JPH04245633A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH04245633A
JPH04245633A JP1062891A JP1062891A JPH04245633A JP H04245633 A JPH04245633 A JP H04245633A JP 1062891 A JP1062891 A JP 1062891A JP 1062891 A JP1062891 A JP 1062891A JP H04245633 A JPH04245633 A JP H04245633A
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JP
Japan
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semiconductor
silicon substrate
nitride film
silicon nitride
film layer
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Application number
JP1062891A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Hashimoto
和彦 橋本
Takahiro Matsuo
隆弘 松尾
Yoshihiko Hirai
義彦 平井
Noboru Nomura
登 野村
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP1062891A priority Critical patent/JPH04245633A/en
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Abstract

PURPOSE:To facilitate fine element isolation wherein reduction of isolation width is not caused by growth of bird's beak and film thickness is large. CONSTITUTION:A silicon oxide film layer 12 and a silicon nitride film layer 13 are formed on the surface of a silicon substrate 11; a resit pattern 13 is formed on the silicon nitride film layer 13; by using said pattern as a mask, the film layers 13 and 12 are etched; thus the pattern is transferred, and the semiconductor silicon substrate 11 is selectively exposed; said substrate 11 is irradiated with hydrogen ion 14, and a hydrogen ion irradiation region 15 is formed; said substrate is heat-treated in an oxidizing atmosphere for a specified period, at a temperature lower than or equal to the conventional temperature, and a semiconductor silicon substrate region irradiated with hydrogen ions is transformed into a thick oxide film 16. After that, the silicon nitride film and the silicon oxide film layer are eliminated, and the semiconductor silicon substrate surface is exposed.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】  本発明は、半導体デバイスの
微細素子分離技術に関するものであり、特に、選択酸化
法による半導体装置の製造方法の改良に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to fine element isolation technology for semiconductor devices, and in particular to improvements in a method for manufacturing semiconductor devices using a selective oxidation method.

【0002】0002

【従来の技術】集積回路は共通の半導体シリコン基板上
において、互いに絶縁層分離された複数の能動素子を含
んでいる。従来のLOCOS(Local Oxida
tion of Silicon)法による半導体装置
の製造方法では、半導体基板は埋込絶縁物を介してアク
テイブ領域とフィールド領域とに分離され、素子はアク
テイブ領域につくられるが、従来、上記分離は選択酸化
法によって、(図5)に示す工程によって行われていた
2. Description of the Related Art An integrated circuit includes a plurality of active elements separated from each other by an insulating layer on a common semiconductor silicon substrate. Conventional LOCOS (Local Oxida)
In a method of manufacturing a semiconductor device using the ion of silicon method, a semiconductor substrate is separated into an active region and a field region via a buried insulator, and elements are formed in the active region. Conventionally, the separation is performed using selective oxidation. The process was carried out by the process shown in FIG. 5.

【0003】まず、半導体シリコン基板11の表面上に
シリコン酸化膜層51を形成し、さらにシリコン酸化膜
層上にシリコン窒化膜層52を形成する(図5(a))
。次に、リソグラフィー技術とドライエッチング技術を
用いて、シリコン窒化膜層およびシリコン酸化膜層を選
択的に除去し、半導体シリコン基板を選択的に露出させ
、予定アクテイブ領域上に耐酸化性のマスク層を形成す
る(図5(b))。次に、酸化性雰囲気中において一定
温度下で一定時間にわたり加熱処理することによって酸
化を行い、半導体シリコン基板に深く埋没した厚いフィ
ールド酸化膜53を形成する(図5(c))。 次に、アクテイブ領域上のシリコン窒化膜層およびシリ
コン酸化膜層を除去して、半導体シリコン基板表面を露
出させ素子分離を行う(図5(d))。
First, a silicon oxide film layer 51 is formed on the surface of a semiconductor silicon substrate 11, and a silicon nitride film layer 52 is further formed on the silicon oxide film layer (FIG. 5(a)).
. Next, using lithography technology and dry etching technology, the silicon nitride film layer and silicon oxide film layer are selectively removed, the semiconductor silicon substrate is selectively exposed, and an oxidation-resistant mask layer is formed on the planned active area. (Fig. 5(b)). Next, oxidation is performed by heat treatment at a constant temperature for a constant time in an oxidizing atmosphere to form a thick field oxide film 53 deeply buried in the semiconductor silicon substrate (FIG. 5(c)). Next, the silicon nitride film layer and silicon oxide film layer on the active region are removed to expose the semiconductor silicon substrate surface and perform element isolation (FIG. 5(d)).

【0004】以上のような方法により、半導体デバイス
の絶縁膜による素子分離を行うことができる。しかし、
この方法における酸化工程では、薄いシリコン酸化膜層
を通過して酸素が横方向に移動する結果、アクテイブ領
域の表面の外周部分に酸化物の成長が起こる。このよう
にして形成される横方向への酸化物突起はバーズビーク
と呼ばれている。このバーズビークの形成は、周辺酸化
物の縁端を移動させることによって、予め指定されたア
クテイブ領域の寸法を変化させる上、アクテイブ領域の
外周部分を湾曲させることによって、アクテイブ領域の
使用可能な部分を減少させることになる。
[0004] By the method described above, it is possible to perform element isolation using an insulating film of a semiconductor device. but,
The oxidation step in this method results in oxide growth at the outer periphery of the surface of the active region as a result of the lateral movement of oxygen through the thin silicon oxide layer. The lateral oxide projections formed in this way are called bird's beaks. This bird's beak formation changes the pre-specified dimensions of the active area by moving the edges of the peripheral oxide, and also reduces the usable portion of the active area by curving the outer periphery of the active area. This will result in a decrease.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、この従
来の製造方法では、(図5(c))に示したようにフィ
ールド酸化膜の成長時にアクテイブ領域へのフィールド
酸化膜の侵入が大きく、(図5(d))のように、アク
テイブ領域が狭くなってしまう。従って、所望のアクテ
イブ領域寸法を得るためには、フィールド酸化膜の横方
向への侵入分を考慮しなければならず、その面積を多く
必要とする。また、アクテイブ領域寸法が微細になると
、フィールド酸化膜の横方向への侵入のため、仕上がり
アクテイブ領域が非常に狭くなったり、あるいは形成不
可能になる。(図4)に、設計分離幅に対する、実際に
プロセスを経て得られた分離幅との関係を示す。この図
より、設計分離幅が0.5μmの場合、実際の分離幅は
0.2μm程度となり、0.3μmものアクテイブ領域
の寸法の減少がみられる。すなわち、厚い酸化膜を形成
する過程において、横方向に0.3μmのバーズビーク
が成長したことになる。さらに、0.3μmの設計分離
幅では、実際のプロセスでは完全に分離をおこなうこと
ができないという問題が生じる。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in this conventional manufacturing method, as shown in FIG. , (FIG. 5(d)), the active region becomes narrow. Therefore, in order to obtain a desired active region size, consideration must be given to the lateral penetration of the field oxide film, which requires a large area. Furthermore, when the size of the active region becomes fine, the finished active region becomes very narrow or cannot be formed due to the lateral invasion of the field oxide film. (FIG. 4) shows the relationship between the designed separation width and the separation width actually obtained through the process. From this figure, when the designed separation width is 0.5 μm, the actual separation width is about 0.2 μm, which shows a reduction in the size of the active region by 0.3 μm. That is, in the process of forming a thick oxide film, a bird's beak of 0.3 μm was grown in the lateral direction. Furthermore, with the designed separation width of 0.3 μm, there arises a problem that complete separation cannot be achieved in an actual process.

【0006】そこで、バーズビークの成長を抑えるため
に、LOCOS法を改良したさまざまの方法が提案され
てきているが、それらは工程がより複雑になり、表面段
差がきつくなったり、また、結晶欠陥も増加するためリ
ーク電流が増えるという欠点をもちあわせている。これ
らは半導体集積回路装置の高集積化にとって大きな障害
になるという欠点がある。本発明者らは、これらの課題
を解決するために、半導体デバイスの微細素子分離技術
における、選択酸化法による半導体装置の製造方法を完
成した。
[0006] In order to suppress the growth of bird's beak, various improved methods of the LOCOS method have been proposed, but these methods require more complicated processes, tighter surface steps, and crystal defects. This also has the disadvantage of increasing leakage current. These have the drawback of being a major obstacle to increasing the degree of integration of semiconductor integrated circuit devices. In order to solve these problems, the present inventors have completed a method for manufacturing a semiconductor device using a selective oxidation method in fine element isolation technology for semiconductor devices.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体シリコン基板の表面にシリコン酸化膜
層を形成し、前記シリコン酸化膜層上にシリコン窒化膜
層を形成する工程と、前記シリコン窒化膜層上にレジス
トパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクと
して、前記シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜層をエ
ッチングしパターンを転写し、前記半導体シリコン基板
を選択的に露出させる工程と、前記半導体シリコン基板
上に水素イオンから成る群より選ばれた、十分なエネル
ギーを持った一定量のイオンを照射する工程と、前記基
板を酸化雰囲気中において一定温度下で一定時間にわた
り加熱処理することによって、前記イオンの照射を受け
た前記半導体シリコン基板領域を厚い酸化膜に変化させ
る工程と、前記シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜層
を除去して前記半導体シリコン基板表面を露出させる工
程とを備えて成る方法を提供するものである。そして、
望ましくは、半導体シリコン基板上に照射するイオンの
照射量が5×1014/cm2以上であり、加速電圧が
40kV以下である方法を提供する。
Means for Solving the Problems A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the steps of forming a silicon oxide film layer on the surface of a semiconductor silicon substrate, and forming a silicon nitride film layer on the silicon oxide film layer; forming a resist pattern on the silicon nitride film layer, using the resist pattern as a mask, etching the silicon nitride film and silicon oxide film layer to transfer the pattern and selectively exposing the semiconductor silicon substrate; irradiating the semiconductor silicon substrate with a certain amount of ions with sufficient energy selected from the group consisting of hydrogen ions; and heating the substrate in an oxidizing atmosphere at a certain temperature for a certain period of time. changing the semiconductor silicon substrate region irradiated with the ions into a thick oxide film, and removing the silicon nitride film and silicon oxide film layer to expose the semiconductor silicon substrate surface. It provides a method to achieve this goal. and,
Desirably, a method is provided in which the amount of ion irradiation onto the semiconductor silicon substrate is 5×10 14 /cm 2 or more, and the acceleration voltage is 40 kV or less.

【0008】さらに、また、本発明は、半導体シリコン
基板の表面にシリコン酸化膜層を形成し、前記シリコン
酸化膜層上にシリコン窒化膜層を形成する工程と、前記
シリコン窒化膜層上にレジストパターンを形成し、前記
レジストパターンをマスクとして、前記シリコン窒化膜
およびシリコン酸化膜層をエッチングしパターンを転写
し、前記半導体シリコン基板を選択的に露出させる工程
と、前記半導体シリコン基板上に窒素イオンから成る群
より選ばれた、十分なエネルギーを持った一定量のイオ
ンを照射する工程と、前記基板を酸化雰囲気中において
一定温度下で一定時間にわたり加熱処理することによっ
て、前記イオンの照射を受けた前記半導体シリコン基板
領域を厚い酸化膜に変化させる工程と、前記シリコン窒
化膜およびシリコン酸化膜層を除去して前記半導体シリ
コン基板表面を露出させる工程とを備えて成る方法を提
供するものである。そして、望ましくは、半導体シリコ
ン基板上に照射するイオンの照射量が5×1014/c
m2以上であり、加速電圧が200kV以下である方法
を提供する。
Furthermore, the present invention also provides a step of forming a silicon oxide film layer on the surface of a semiconductor silicon substrate, forming a silicon nitride film layer on the silicon oxide film layer, and forming a resist on the silicon nitride film layer. forming a pattern, using the resist pattern as a mask, etching the silicon nitride film and silicon oxide film layer to transfer the pattern and selectively exposing the semiconductor silicon substrate; irradiation with a certain amount of ions with sufficient energy, selected from the group consisting of and a step of removing the silicon nitride film and the silicon oxide film layer to expose the surface of the semiconductor silicon substrate. . Preferably, the amount of ion irradiation onto the semiconductor silicon substrate is 5×1014/c.
m2 or more and the acceleration voltage is 200 kV or less.

【0009】すなわち、シリコン半導体材料にイオン照
射を施すことによって、シリコン基板にダメージを誘起
させ、シリコンをより酸化しやすい状態にする。また、
半導体シリコン基板に照射するイオンの照射量として、
イオンの照射を受けていないシリコン半導体材料に比べ
て、イオンの照射を受けたシリコン半導体材料の酸化速
度を本質的に増大させるように十分多くする。(図3)
には、酸化温度と酸化速度との関係を、従来の方法と本
方法とで比較して示してある。従来の方法よりも、本方
法で酸化を行った方が、低い酸化温度でより速い酸化速
度が得られていることがわかる。その結果、イオン照射
を受けた領域は、従来の酸化温度より、より低い温度で
容易に酸化することができ、横方向への酸化膜の侵入を
抑えるこどができ、バーズビークの大きさを小さくする
ことができる。本方法で得られた、設計分離幅と実際の
分離幅との関係を(図4)に示す。バーズビークの入り
込みはほとんどなく、設計分離幅に対して実際に得られ
る分離幅はほとんど同じであることがわかる。また、半
導体シリコン基板への欠陥を考慮して、シリコン半導体
材料へ照射するイオンとして、水素、または窒素が最適
であり、シリコン半導体プロセスの中でも容易に使用す
ることができる。
That is, by irradiating a silicon semiconductor material with ions, damage is induced to the silicon substrate, making the silicon more susceptible to oxidation. Also,
As the ion irradiation amount to the semiconductor silicon substrate,
Sufficient to substantially increase the oxidation rate of silicon semiconductor material that has been irradiated with ions compared to silicon semiconductor material that has not been irradiated with ions. (Figure 3)
shows a comparison of the relationship between oxidation temperature and oxidation rate between the conventional method and the present method. It can be seen that a faster oxidation rate is obtained at a lower oxidation temperature when oxidation is performed using the present method than when using the conventional method. As a result, the area irradiated with ions can be easily oxidized at a lower temperature than the conventional oxidation temperature, suppressing the lateral penetration of the oxide film, and reducing the size of the bird's beak. can do. The relationship between the designed separation width and the actual separation width obtained by this method is shown in FIG. 4. It can be seen that there is almost no intrusion of the bird's beak, and the actually obtained separation width is almost the same as the designed separation width. Further, in consideration of defects to the semiconductor silicon substrate, hydrogen or nitrogen is optimal as the ion to be irradiated to the silicon semiconductor material, and can be easily used in the silicon semiconductor process.

【0010】0010

【作用】本発明は、前記した半導体装置の製造方法によ
り、容易に膜厚の厚い、バーズビークの成長による分離
幅の減少のない、微細素子分離を形成することができる
。特に、シリコン半導体材料へ照射するイオンとして、
水素、または窒素を用いることによって、照射された領
域のシリコンの酸化速度が急激に速くなり、また、これ
らのイオンはシリコン半導体プロセスの中でも容易に使
用することができる。すなわち、これらのイオンをシリ
コン半導体材料に照射し、低温で酸化することによって
、照射されてない領域の酸化を抑えることができ、設計
分離幅どうりに分離を形成することができる。従って、
本発明を用いることによって、低温で容易に、正確で欠
陥の少ない、半導体デバイスの微細素子分離形成に有効
に作用する。
According to the present invention, by the method of manufacturing a semiconductor device described above, it is possible to easily form a fine element isolation which is thick and does not reduce the isolation width due to the growth of bird's beaks. In particular, as ions for irradiating silicon semiconductor materials,
By using hydrogen or nitrogen, the oxidation rate of silicon in the irradiated area is rapidly increased, and these ions can also be easily used in silicon semiconductor processes. That is, by irradiating a silicon semiconductor material with these ions and oxidizing it at a low temperature, oxidation of the non-irradiated region can be suppressed, and an isolation can be formed as per the designed isolation width. Therefore,
By using the present invention, it is possible to effectively form fine element isolations of semiconductor devices easily, accurately, and with fewer defects at low temperatures.

【0011】[0011]

【実施例】以下本発明の一実施例の半導体装置の製造方
法について、図面を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】(図1)は本発明の実施例における半導体
装置の製造方法の工程断面図を示すものである。  半
導体シリコン基板11の表面に900〜1100℃の熱
酸化によってシリコン酸化膜層12を10〜50nm厚
形成し、さらに、この上に耐酸化性膜としてシリコン窒
化膜層13を化学気相反応法により100〜300nm
厚形成した(図1(a))。このシリコン窒化膜層上に
リソグラフィー技術を用いてレジストパターンを形成し
、このレジストパターンをマスクとして、シリコン窒化
膜およびシリコン酸化膜層のエッチングを行いパターン
を転写し、半導体シリコン基板を選択的に露出させた。 次に、露出された半導体シリコン基板上に水素イオン1
4を、加速電圧30kV、照射量1x1015/cm2
で照射することによって、半導体シリコン基板上に水素
イオン照射領域15を形成した(図1(b))。この時
の、水素イオン照射領域の厚さは約0.5μmであり、
シリコン窒化膜の残留部分の下方のシリコン基板は、シ
リコン窒化膜がマスクとなり水素イオンの照射を受けな
い。この基板を酸化雰囲気中において従来の温度より低
い温度下で一定時間にわたり加熱処理することによって
、水素イオンの照射を受けた半導体シリコン基板領域を
300〜1000nmの厚い酸化膜16に変化させるこ
とができた(図1(c))。この時、水素イオンの照射
を受けたシリコン半導体材料の酸化速度は、(図3)に
示すように、従来のようにイオンの照射を受けていない
シリコン半導体材料のそれより、速くなっているので、
縦方向の酸化は横方向の酸化より実質的に速い速度で起
こる。その結果、横方向の酸化によるバーズビークの侵
入は実質的に低減することができ、図に示すように、設
計寸法に近い分離幅を得ることができた。その後、シリ
コン窒化膜およびシリコン酸化膜層を除去して半導体シ
リコン基板表面を露出させることによって、微細素子分
離を形成することができた(図1(d))。
(FIG. 1) shows a process cross-sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device in an embodiment of the present invention. A silicon oxide film layer 12 with a thickness of 10 to 50 nm is formed on the surface of the semiconductor silicon substrate 11 by thermal oxidation at 900 to 1100°C, and a silicon nitride film layer 13 is further formed thereon as an oxidation-resistant film by a chemical vapor phase reaction method. 100-300nm
It was formed thickly (Fig. 1(a)). A resist pattern is formed on this silicon nitride film layer using lithography technology, and using this resist pattern as a mask, the silicon nitride film and silicon oxide film layer are etched to transfer the pattern and selectively expose the semiconductor silicon substrate. I let it happen. Next, 1 hydrogen ion is placed on the exposed semiconductor silicon substrate.
4, acceleration voltage 30kV, irradiation amount 1x1015/cm2
A hydrogen ion irradiation region 15 was formed on the semiconductor silicon substrate by irradiation with hydrogen ions (FIG. 1(b)). At this time, the thickness of the hydrogen ion irradiation area was approximately 0.5 μm,
The silicon substrate below the remaining portion of the silicon nitride film is not irradiated with hydrogen ions because the silicon nitride film serves as a mask. By heat-treating this substrate in an oxidizing atmosphere at a temperature lower than the conventional temperature for a certain period of time, the area of the semiconductor silicon substrate irradiated with hydrogen ions can be changed into a thick oxide film 16 of 300 to 1000 nm. (Figure 1(c)). At this time, the oxidation rate of the silicon semiconductor material that has been irradiated with hydrogen ions is faster than that of the silicon semiconductor material that has not been irradiated with ions, as shown in Figure 3. ,
Longitudinal oxidation occurs at a substantially faster rate than transverse oxidation. As a result, the invasion of bird's beaks due to lateral oxidation could be substantially reduced, and as shown in the figure, a separation width close to the design dimension could be obtained. Thereafter, by removing the silicon nitride film and the silicon oxide film layer to expose the surface of the semiconductor silicon substrate, fine element isolation could be formed (FIG. 1(d)).

【0013】なお、本発明において、水素イオンの照射
量はシリコン半導体材料の酸化速度が実質的に増大する
ことができるような量でよく、その量は5×1014/
cm2以上で十分である。また、水素イオンのシリコン
基板への照射深度は酸化される厚み程度でよく、この時
の加速電圧は40kV以下で十分である。
In the present invention, the amount of hydrogen ion irradiation may be such that the oxidation rate of the silicon semiconductor material can be substantially increased, and the amount is 5×10 14 /
cm2 or more is sufficient. Further, the depth of irradiation of the silicon substrate with hydrogen ions may be approximately the same as the oxidized thickness, and an acceleration voltage of 40 kV or less is sufficient at this time.

【0014】以下本発明の第2の実施例について図面を
参照しながら説明する。(図2)は本発明の第2の実施
例を示す半導体装置の製造方法の工程断面図である。半
導体シリコン基板11の表面に900〜1100℃の熱
酸化によってシリコン酸化膜層21を10〜50nm厚
形成し、さらに、この上に耐酸化性膜としてシリコン窒
化膜層22を化学気相反応法により100〜300nm
厚形成した(図2(a))。このシリコン窒化膜層上に
リソグラフィー技術を用いてレジストパターンを形成し
、このレジストパターンをマスクとして、シリコン窒化
膜およびシリコン酸化膜層のエッチングを行いパターン
を転写し、半導体シリコン基板を選択的に露出させた。 次に、露出された半導体シリコン基板上に窒素イオン2
3を、加速電圧は150kV、照射量1x1015/c
m2で照射することによって、半導体シリコン基板上に
窒素イオン照射領域24を形成した(図2(b))。こ
の時の、窒素イオン照射領域の厚さは約0.4μmであ
り、シリコン窒化膜の残留部分の下方のシリコン基板は
、シリコン窒化膜がマスクとなり窒素イオンの照射を受
けない。この基板を酸化雰囲気中において従来の温度よ
り低い温度下で一定時間にわたり加熱処理することによ
って、窒素イオンの照射を受けた半導体シリコン基板領
域を300〜1000nmの厚い酸化膜25に変化させ
ることができた(図2(c))。この時、窒素イオンの
照射を受けたシリコン半導体材料の酸化速度は、(図3
)に示すように、従来のようにイオンの照射を受けてい
ないシリコン半導体材料のそれより、速くなっているの
で、縦方向の酸化は横方向の酸化より実質的に速い速度
で起こる。その結果、横方向の酸化によるバーズビーク
の侵入は実質的に低減することができ、図に示すように
、設計寸法に近い分離幅を得ることができた。その後、
シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜層を除去して半導
体シリコン基板表面を露出させることによって、微細素
子分離を形成することができた(図2(d))。
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. (FIG. 2) is a process cross-sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device showing a second embodiment of the present invention. A silicon oxide film layer 21 with a thickness of 10 to 50 nm is formed on the surface of the semiconductor silicon substrate 11 by thermal oxidation at 900 to 1100° C., and a silicon nitride film layer 22 is further formed thereon as an oxidation-resistant film by a chemical vapor phase reaction method. 100-300nm
It was formed thickly (FIG. 2(a)). A resist pattern is formed on this silicon nitride film layer using lithography technology, and using this resist pattern as a mask, the silicon nitride film and silicon oxide film layer are etched to transfer the pattern and selectively expose the semiconductor silicon substrate. I let it happen. Next, 2 nitrogen ions are placed on the exposed semiconductor silicon substrate.
3, acceleration voltage is 150kV, irradiation amount is 1x1015/c
A nitrogen ion irradiation region 24 was formed on the semiconductor silicon substrate by irradiating with m2 (FIG. 2(b)). At this time, the thickness of the nitrogen ion irradiation region is about 0.4 μm, and the silicon substrate below the remaining portion of the silicon nitride film is not irradiated with nitrogen ions because the silicon nitride film serves as a mask. By heat-treating this substrate in an oxidizing atmosphere at a temperature lower than the conventional temperature for a certain period of time, the area of the semiconductor silicon substrate irradiated with nitrogen ions can be changed into a thick oxide film 25 of 300 to 1000 nm. (Figure 2(c)). At this time, the oxidation rate of the silicon semiconductor material irradiated with nitrogen ions is (Fig. 3
), the vertical oxidation occurs at a substantially faster rate than the lateral oxidation, as it is faster than that of silicon semiconductor materials that have not been conventionally irradiated with ions. As a result, the invasion of bird's beaks due to lateral oxidation could be substantially reduced, and as shown in the figure, a separation width close to the design dimension could be obtained. after that,
By removing the silicon nitride film and the silicon oxide film layer to expose the surface of the semiconductor silicon substrate, fine element isolation could be formed (FIG. 2(d)).

【0015】なお、本発明において、窒素イオンの照射
量はシリコン半導体材料の酸化速度が実質的に増大する
ことができるような量でよく、その量は5×1014/
cm2以上で十分である。また、窒素イオンのシリコン
基板への照射深度は酸化される厚み程度でよく、この時
の加速電圧は200kV以下で十分である。
In the present invention, the amount of nitrogen ion irradiation may be such that the oxidation rate of the silicon semiconductor material can be substantially increased, and the amount is 5×10 14 /
cm2 or more is sufficient. Further, the depth of irradiation of the silicon substrate with nitrogen ions may be approximately the same as the oxidized thickness, and an acceleration voltage of 200 kV or less is sufficient at this time.

【0016】なお、半導体シリコン基板上にシリコン酸
化膜層を形成したが、このシリコン酸化膜層を形成しな
くてもよい。また、シリコン窒化膜、およびシリコン酸
化膜層をエッチングした後に、イオン照射を行ったが、
シリコン窒化膜層をエッチングした後に、イオン照射を
行ってもよい。
Although the silicon oxide film layer is formed on the semiconductor silicon substrate, it is not necessary to form this silicon oxide film layer. In addition, ion irradiation was performed after etching the silicon nitride film and silicon oxide film layer, but
Ion irradiation may be performed after etching the silicon nitride film layer.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フィールド酸化膜を形成する前にシリコン半導体材料中
へ水素イオン、または窒素イオンを照射することによっ
て、照射されたシリコン領域の酸化速度を本質的に向上
させ、低温でも十分速い酸化速度が得られるので、従来
の製造方法の欠点となっていた選択酸化でのフィールド
酸化膜のアクテイブ領域への侵入を減少させることがで
き、その結果、フィールド酸化膜の侵入を考慮した余裕
面積をほとんど必要としなくてすむ。また、半導体プロ
セスとの整合性もよく、微細なアクテイブ領域を再現性
よく容易に形成することができ、しかも正確で欠陥の少
ない素子分離として有効に作用するので、超高密度集積
回路の製造に大きく寄与することができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention,
By irradiating hydrogen ions or nitrogen ions into the silicon semiconductor material before forming the field oxide film, the oxidation rate of the irradiated silicon area is essentially improved, and a sufficiently high oxidation rate can be obtained even at low temperatures. , it is possible to reduce the intrusion of the field oxide film into the active region due to selective oxidation, which was a drawback of conventional manufacturing methods, and as a result, there is almost no need for extra area to take into account the intrusion of the field oxide film. I'm done. It also has good compatibility with semiconductor processes, making it possible to easily form fine active regions with good reproducibility, and working effectively as an accurate element isolation with few defects, making it ideal for manufacturing ultra-high density integrated circuits. It can make a big contribution.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の第1の実施例における半導体装置の製
造方法の工程断面図である。
FIG. 1 is a process cross-sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device in a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例における半導体装置の製
造方法の工程断面図である。
FIG. 2 is a process cross-sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】酸化膜の成長速度と酸化温度との関係をあらわ
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the growth rate of an oxide film and the oxidation temperature.

【図4】設計分離幅と実際の分離幅との関係を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the designed separation width and the actual separation width.

【図5】従来の半導体装置の製造方法の工程断面図であ
る。
FIG. 5 is a process cross-sectional view of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11    半導体シリコン基板 12    シリコン酸化膜 13    シリコン窒化膜 14    水素イオン 15    水素イオン照射領域 16    酸化膜 11 Semiconductor silicon substrate 12 Silicon oxide film 13 Silicon nitride film 14 Hydrogen ion 15 Hydrogen ion irradiation area 16 Oxide film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体シリコン基板の表面上にシリコ
ン窒化膜層を形成する工程と、前記シリコン窒化膜層上
にレジストパターンを形成し、前記レジストパターンを
マスクとして、前記シリコン窒化膜をエッチングしパタ
ーンを転写し、前記半導体シリコン基板を選択的に露出
させる工程と、前記半導体シリコン基板上に水素イオン
を含む十分なエネルギーを持った一定量のイオンを照射
する工程と、前記基板を酸化雰囲気中において一定温度
下で一定時間にわたり加熱処理することによって、前記
イオンの照射を受けた前記半導体シリコン基板領域を厚
い酸化膜に変化させる工程と、前記シリコン窒化膜を除
去して前記半導体シリコン基板表面を露出させる工程と
を備えて成ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A step of forming a silicon nitride film layer on the surface of a semiconductor silicon substrate, forming a resist pattern on the silicon nitride film layer, etching the silicon nitride film using the resist pattern as a mask, and patterning the silicon nitride film. a step of transferring and selectively exposing the semiconductor silicon substrate; a step of irradiating the semiconductor silicon substrate with a certain amount of ions with sufficient energy including hydrogen ions; and a step of placing the substrate in an oxidizing atmosphere. A step of changing the semiconductor silicon substrate region irradiated with the ions into a thick oxide film by heat treatment at a constant temperature for a certain period of time, and removing the silicon nitride film to expose the surface of the semiconductor silicon substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of:
【請求項2】  イオンの照射量が5×1014/cm
2以上であり、加速電圧が40kV以下であることを特
徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
[Claim 2] Ion irradiation dose is 5×1014/cm
2 or more, and the acceleration voltage is 40 kV or less.
【請求項3】  半導体シリコン基板の表面上にシリコ
ン窒化膜層を形成する工程と、前記シリコン窒化膜層上
にレジストパターンを形成し、前記レジストパターンを
マスクとして、前記シリコン窒化膜をエッチングしパタ
ーンを転写し、前記半導体シリコン基板を選択的に露出
させる工程と、前記半導体シリコン基板上に窒素イオン
を含む十分なエネルギーを持った一定量のイオンを照射
する工程と、前記基板を酸化雰囲気中において一定温度
下で一定時間にわたり加熱処理することによって、前記
イオンの照射を受けた前記半導体シリコン基板領域を厚
い酸化膜に変化させる工程と、前記シリコン窒化膜を除
去して前記半導体シリコン基板表面を露出させる工程と
を備えて成ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A step of forming a silicon nitride film layer on the surface of a semiconductor silicon substrate, forming a resist pattern on the silicon nitride film layer, and etching the silicon nitride film using the resist pattern as a mask to form a pattern. a step of transferring and selectively exposing the semiconductor silicon substrate; a step of irradiating the semiconductor silicon substrate with a certain amount of ions with sufficient energy including nitrogen ions; and a step of placing the substrate in an oxidizing atmosphere. A step of changing the semiconductor silicon substrate region irradiated with the ions into a thick oxide film by heat treatment at a constant temperature for a certain period of time, and removing the silicon nitride film to expose the surface of the semiconductor silicon substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of:
【請求項4】  イオンの照射量が5×1014/cm
2以上であり、加速電圧が200kV以下であることを
特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
[Claim 4] Ion irradiation dose is 5×1014/cm
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the acceleration voltage is 2 or more and the acceleration voltage is 200 kV or less.
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