JPH04249324A - Manufacture of semiconductor substrate - Google Patents

Manufacture of semiconductor substrate

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Publication number
JPH04249324A
JPH04249324A JP1450991A JP1450991A JPH04249324A JP H04249324 A JPH04249324 A JP H04249324A JP 1450991 A JP1450991 A JP 1450991A JP 1450991 A JP1450991 A JP 1450991A JP H04249324 A JPH04249324 A JP H04249324A
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JP
Japan
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oxide film
silicon oxide
film
silicon
oxidation
Prior art date
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Pending
Application number
JP1450991A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Nakao
隆 中尾
Kikuo Yamabe
紀久夫 山部
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to JP1450991A priority Critical patent/JPH04249324A/en
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  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Element Separation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an element isolation method by which a high integration can be achieved, by which a leakage current is small and whose reliability is high by a method wherein a silicon oxide film is formed on the surface of a semiconductor substrate, the silicon oxide film is nitrified, an oxidation- resistant mask is then formed and a field oxide film is formed. CONSTITUTION:A silicon oxide film 2 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1; the silicon oxide film 2 is nitrified; and a silicon oxide film 3 which contains nitrogen is formed. Then, an oxidation-resistant film 4 is formed; a heat treatment is executed in an oxidizing atmosphere; and a field oxide film 6 is formed. For example, a thermal oxide film 2 is formed on the surface of an Si substrate 1; after that, a heat treatment is executed in an ammonia atmosphere; the silicon oxide film 2 is nitrified; and a silicon oxide film 3 which contains nitrogen is formed. Then, a mask formed of a silicon nitride film 4 is formed; field ions are implanted; and an inversion-preventing impurity layer 5 is formed. After that, a heat treatment is executed in a steam atmosphere, and a field oxide film 6 is formed in a region which is revealed from the silicon nitride film 4.

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、半導体装置の製造方法
に係り、特に素子分離に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to device isolation.

【0002】0002

【従来の技術】近年、半導体集積回路は、微細化および
高集積化の一途を辿っている。このため、寄生チャネル
による絶縁不良をなくし、配線の寄生容量を小さくする
ため、素子間のいわゆるフィールド領域に厚い絶縁膜を
形成し、この絶縁膜によって素子間分離をおこなうよう
にしている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor integrated circuits have continued to become smaller and more highly integrated. Therefore, in order to eliminate insulation defects due to parasitic channels and reduce parasitic capacitance of wiring, a thick insulating film is formed in the so-called field region between elements, and the elements are isolated by this insulating film.

【0003】この1つの例として、図4に示すように選
択酸化法(LOCOS法)が広く用いられている。
As one example of this, the selective oxidation method (LOCOS method) is widely used as shown in FIG.

【0004】この方法では、シリコン基板の主表面に熱
酸化法によって応力緩衝のための薄い酸化シリコン膜を
形成した後、減圧CVD法(LPCVD法)によって窒
化シリコン膜を形成し、素子分離領域の窒化シリコン膜
に開口を形成した後、イオン注入により反転防止層を形
成し、最後に選択酸化を行うことが多い。
In this method, a thin silicon oxide film for stress buffering is formed on the main surface of a silicon substrate by a thermal oxidation method, and then a silicon nitride film is formed by a low pressure CVD method (LPCVD method). After forming an opening in the silicon nitride film, an anti-inversion layer is often formed by ion implantation, and finally selective oxidation is performed.

【0005】この方法は、次のようにして行われている
[0005] This method is carried out as follows.

【0006】まず、図4に示すように、n型シリコン基
板101を用意し、表面に膜厚50nm程度の熱酸化膜
102を形成した後、膜厚250nm程度の窒化シリコ
ン膜103を順次形成する。
First, as shown in FIG. 4, an n-type silicon substrate 101 is prepared, and after a thermal oxide film 102 with a thickness of about 50 nm is formed on the surface, a silicon nitride film 103 with a thickness of about 250 nm is sequentially formed. .

【0007】この後、通常のフォトレジスト工程により
、フィールド酸化膜形成領域の窒化シリコン膜103を
エッチングする。
Thereafter, the silicon nitride film 103 in the field oxide film forming region is etched by a normal photoresist process.

【0008】そしてこの窒化シリコン膜103をマスク
として、フィールドイオン注入を行い、p型の反転防止
不純物層105を形成する。ここでは、注入イオン種と
してボロンを用い、加速電圧50keV,ドーズ量1×
1013cm−2のイオン注入条件で行う。
Then, using this silicon nitride film 103 as a mask, field ion implantation is performed to form a p-type anti-inversion impurity layer 105. Here, boron was used as the implanted ion species, the acceleration voltage was 50 keV, and the dose was 1×
The ion implantation is performed under the condition of 1013 cm-2.

【0009】この後、選択酸化法を用いて酸化を行い、
耐酸化性膜としての窒化シリコン膜103から露呈する
領域にフィールド酸化膜106を形成する。
[0009] After this, oxidation is performed using a selective oxidation method,
A field oxide film 106 is formed in a region exposed from the silicon nitride film 103 as an oxidation-resistant film.

【0010】そして、フィールド酸化膜と同時に形成さ
れた窒化シリコン膜上の酸化シリコン膜107を緩衝弗
酸でエッチングし、この後窒化シリコン膜104および
酸化シリコン膜102を除去する。
Then, the silicon oxide film 107 on the silicon nitride film formed at the same time as the field oxide film is etched with buffered hydrofluoric acid, and then the silicon nitride film 104 and the silicon oxide film 102 are removed.

【0011】このようにして素子分離は行われるが、フ
ィールド酸化膜形成時に薄い酸化シリコン膜102とシ
リコン基板101との界面に形成される通常ホワイトリ
ボンと称される窒化シリコン膜108を除去するために
酸化シリコン膜102を除去した後、一旦、熱酸化膜を
形成し即エッチングを行う。
Element isolation is performed in this way, but in order to remove the silicon nitride film 108, usually called a white ribbon, which is formed at the interface between the thin silicon oxide film 102 and the silicon substrate 101 during field oxide film formation. After removing the silicon oxide film 102, a thermal oxide film is formed and immediately etched.

【0012】この後、ゲート絶縁膜の形成、ゲート電極
の形成……等の素子領域の形成を行う。
[0012] After this, formation of element regions such as formation of a gate insulating film, formation of a gate electrode, etc. is performed.

【0013】このようなLOCOS法を用いた素子分離
方法では、以下に示すような理由から素子分離領域の幅
が1μm 以下になると素子間分離能力が低下し使用困
難となる。
In an element isolation method using such a LOCOS method, when the width of the element isolation region is less than 1 μm, the isolation ability between elements decreases, making it difficult to use for the following reasons.

【0014】その第1の理由は、フィールド酸化膜10
6の形成時に素子形成領域にまで食い込んで酸化が行わ
れ、バーズビーク109が形成されて素子形成領域が狭
くなり、素子分離領域の幅も狭くすることはできない。 バーズビーク109の長さは、酸化シリコン膜102と
窒化シリコン膜104の厚さと、フィールド酸化膜10
6の形成温度とに依存することが知られている。
The first reason is that the field oxide film 10
At the time of forming 6, the oxidation penetrates into the element forming region, forming a bird's beak 109, narrowing the element forming region, and making it impossible to narrow the width of the element isolation region. The length of the bird's beak 109 is determined by the thickness of the silicon oxide film 102 and the silicon nitride film 104, and the thickness of the field oxide film 10.
6 is known to depend on the formation temperature.

【0015】酸化温度を高くすると、前述したチャンネ
ルストッパーの不純物分布が広がり過ぎて、動作時の隣
合うトランジスタ間のリーク電流が大きくなってしまう
という問題が生じる。
If the oxidation temperature is increased, the above-mentioned impurity distribution in the channel stopper becomes too wide, resulting in a problem that leakage current between adjacent transistors during operation becomes large.

【0016】また、酸化シリコン膜102の膜厚を薄く
したり、窒化シリコン膜104の膜厚を大きくしたりす
ると、フィールド酸化膜106の形成時にシリコン基板
中に結晶欠陥が入り易くなり、トランジスタ形成後のソ
ース・ドレインのpn接合のリーク電流の増大をもたら
すという問題がある。
Furthermore, if the thickness of the silicon oxide film 102 is made thin or the thickness of the silicon nitride film 104 is made large, crystal defects will easily enter the silicon substrate during the formation of the field oxide film 106, resulting in the formation of a transistor. There is a problem in that the leakage current of the source/drain pn junction increases later.

【0017】一方、新しい素子分離技術の1つとして、
基板のフィールド領域に溝を形成し、この溝内にCVD
法により酸化シリコン膜を埋め込み表面を平坦化するよ
うにしたいわゆるボックス(Box)法と呼ばれる方法
がある。
On the other hand, as one of the new element isolation technologies,
A trench is formed in the field region of the substrate and CVD is performed within the trench.
There is a method called the so-called box method, in which a silicon oxide film is buried and the surface is planarized.

【0018】このボックス法は、素子間分離が良好に行
われる反面、溝の中に酸化シリコン膜を埋め込むため基
板シリコンとの熱膨張係数の差によってストレスが増大
し、溝底部等から結晶欠陥が発生するという問題があっ
た。これは、リーク電流発生の原因となる。また、この
ような素子分離領域内にMOSFETを形成した場合、
溝のコーナ部がどうしても露出してしまい、そのコーナ
ー部でゲート電極からの電界集中が発生し、MOSFE
Tの閾値が低下し、スレッショルド特性がハンプを持っ
てしまうという問題があった。
Although this box method provides good isolation between elements, since the silicon oxide film is buried in the trench, stress increases due to the difference in coefficient of thermal expansion with the silicon substrate, and crystal defects are generated from the bottom of the trench. There was a problem that occurred. This causes leakage current to occur. Furthermore, when a MOSFET is formed in such an element isolation region,
The corners of the groove are inevitably exposed, and the electric field from the gate electrode is concentrated at the corner, causing the MOSFE to
There is a problem in that the threshold value of T decreases and the threshold characteristic has a hump.

【0019】このような問題を回避するため、図5(a
) に一例を示すように、埋め込み材料として多結晶シ
リコンなどの低ストレス材を使用することにより、上述
の結晶欠陥によるリーク電流の抑制を行う方法も提案さ
れている。これは、n型シリコン基板101表面に形成
された溝Vの中に酸化シリコン膜107を介して多結晶
シリコン膜108を埋め込み、多結晶シリコン膜108
の表面酸化によって酸化シリコン膜109を形成し、こ
の酸化シリコン膜109で窒化シリコン膜を覆うように
したものである。
In order to avoid such problems, FIG. 5(a)
), a method has also been proposed in which the leakage current caused by the above-mentioned crystal defects is suppressed by using a low stress material such as polycrystalline silicon as the filling material. This is done by embedding a polycrystalline silicon film 108 through a silicon oxide film 107 in a groove V formed on the surface of an n-type silicon substrate 101.
A silicon oxide film 109 is formed by surface oxidation, and this silicon oxide film 109 covers the silicon nitride film.

【0020】この方法によれば、溝の内部に充填されて
いる物質の大半は多結晶シリコンであるため、熱膨張係
数の差によるストレスは低減される。しかしながら、多
結晶シリコン膜を埋め込んだのちに種々の酸化工程が施
されるために図5(b) に示すように多結晶シリコン
膜108と酸化シリコン膜109あるいは酸化シリコン
膜109とシリコン基板101との間に楔状に酸化が進
行し、やはり基板内に結晶欠陥が生じるという問題があ
る。
According to this method, since most of the material filled inside the groove is polycrystalline silicon, the stress caused by the difference in thermal expansion coefficients is reduced. However, since various oxidation processes are performed after embedding the polycrystalline silicon film, as shown in FIG. During this period, oxidation progresses in a wedge-like manner, resulting in the problem of crystal defects occurring within the substrate.

【0021】また、多結晶シリコン膜を埋め込んだ場合
、シリコン基板との絶縁が1箇所でも破壊すると上層に
形成される配線の浮遊容量が急激に増大し、デバイス動
作が不安定になるという問題がある。
In addition, when a polycrystalline silicon film is embedded, if the insulation with the silicon substrate is broken even in one place, the stray capacitance of the wiring formed in the upper layer increases rapidly, making device operation unstable. be.

【0022】さらに、依然として、埋め込み後の絶縁膜
109の表面が素子形成領域の基板表面よりも低くなる
と、溝のコーナ部が露出するため、後に形成されるトラ
ンジスタは、このコーナ部において電界集中が起こり、
閾値電圧が低下するという問題があった。
Furthermore, if the surface of the insulating film 109 after embedding is lower than the substrate surface of the element formation region, the corner portions of the grooves will be exposed, and therefore the transistors to be formed later will suffer from electric field concentration at these corner portions. happened,
There was a problem that the threshold voltage decreased.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の選
択酸化法ではバーズビークの長さが大きくなり、集積度
を上げることが困難であるという問題があった。
As described above, the conventional selective oxidation method has the problem that the length of the bird's beak increases, making it difficult to increase the degree of integration.

【0024】またボックス法を用いた従来の素子分離方
法では多結晶シリコン膜と酸化シリコン膜との間に楔状
に酸化が進行し、基板内に結晶欠陥が生じ、リーク電流
増大の原因となるという問題がある。
Furthermore, in the conventional device isolation method using the box method, oxidation progresses in a wedge-like manner between the polycrystalline silicon film and the silicon oxide film, causing crystal defects in the substrate and causing an increase in leakage current. There's a problem.

【0025】本発明は前記実情に鑑みてなされたもので
、高集積化が可能で、かつリーク電流が小さく信頼性の
高い素子分離方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is an object of the present invention to provide a highly reliable device isolation method that allows for high integration, has low leakage current, and is highly reliable.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】そこで本発明の第1では
、LOCOS法によって素子分離を行うに際し、耐酸化
性マスクの形成に先立ち、応力緩衝用に酸化シリコン膜
を形成した後、例えばこれを高温のアンモニアあるいは
窒素ガス雰囲気に晒して、酸化シリコン膜とシリコン基
板との界面近傍および酸化シリコン膜表面および酸化シ
リコン膜内部を窒化し、これによりフィールド酸化時の
横方向酸化を抑制しバーズビークの成長の抑制を行うよ
うにしている。
[Means for Solving the Problems] Accordingly, in the first aspect of the present invention, when performing element isolation by the LOCOS method, a silicon oxide film is formed for stress buffering before forming an oxidation-resistant mask, and then, for example, this film is By exposing to a high temperature ammonia or nitrogen gas atmosphere, the vicinity of the interface between the silicon oxide film and the silicon substrate, the surface of the silicon oxide film, and the inside of the silicon oxide film are nitrided, thereby suppressing lateral oxidation during field oxidation and preventing the growth of bird's beaks. We are trying to suppress this.

【0027】また本発明の第2では、基板表面に溝を形
成しこの溝表面を酸化し酸化シリコン膜を形成した後、
例えば高温のアンモニアあるいは窒素ガス雰囲気に晒し
て、酸化シリコン膜とシリコン基板との界面近傍および
酸化シリコン膜表面および酸化シリコン膜内部を窒化す
るようにしている。
In the second aspect of the present invention, after forming a groove on the substrate surface and oxidizing the groove surface to form a silicon oxide film,
For example, the vicinity of the interface between the silicon oxide film and the silicon substrate, the surface of the silicon oxide film, and the inside of the silicon oxide film are nitrided by exposing to a high temperature ammonia or nitrogen gas atmosphere.

【0028】[0028]

【作用】上記第1によれば、フィールド酸化のためのマ
スクとしての窒化シリコン膜の形成に先だち窒化処理を
行う。この窒化処理は、不純物導入工程の前であり、高
温下で行うことができるため十分な処理が可能となる。 従って後に行われるフィールド酸化に際して、素子分離
領域上の窒化シリコン膜開口部から侵入した酸化剤が素
子形成領域部に及ぶのは困難となり、横方向の酸化の進
行を抑制することができる。
[Operation] According to the first method, nitriding treatment is performed prior to forming a silicon nitride film as a mask for field oxidation. This nitriding treatment is performed before the impurity introduction step and can be performed at high temperatures, allowing for sufficient treatment. Therefore, during field oxidation to be performed later, it becomes difficult for the oxidizing agent that has entered through the silicon nitride film opening on the element isolation region to reach the element formation region, and it is possible to suppress the progress of oxidation in the lateral direction.

【0029】また窒化処理後も、膜組成としては酸化シ
リコン膜に窒素原子が数%程度含まれる程度であるため
、フィールド酸化時に酸化シリコン膜の窒化部による応
力によってシリコン基板中に結晶欠陥が発生したりする
こともない。
Furthermore, even after the nitriding process, since the film composition is such that the silicon oxide film contains only a few percent of nitrogen atoms, crystal defects may occur in the silicon substrate due to the stress caused by the nitrided portion of the silicon oxide film during field oxidation. There's nothing to do.

【0030】また本発明の第2によれば、溝内壁を窒化
処理することにより酸化シリコン膜と多結晶シリコン膜
との間や酸化シリコン膜とシリコン基板との間に楔状酸
化が進行するのが抑制され、結晶欠陥によるリークの発
生も皆無となる。
According to the second aspect of the present invention, by nitriding the inner wall of the trench, wedge-shaped oxidation is prevented from progressing between the silicon oxide film and the polycrystalline silicon film and between the silicon oxide film and the silicon substrate. This also eliminates the occurrence of leakage due to crystal defects.

【0031】[0031]

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照しつ
つ詳細に説明する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0032】実施例1 図1は、本発明実施例の素子分離領域の形成工程図であ
る。
Embodiment 1 FIG. 1 is a process diagram for forming an element isolation region according to an embodiment of the present invention.

【0033】まず、図1(a) に示すように、比抵抗
5〜50Ω・cmのp型(100)シリコン基板1を用
意し、表面に膜厚50nm程度の熱酸化膜2を形成する
First, as shown in FIG. 1(a), a p-type (100) silicon substrate 1 having a resistivity of 5 to 50 Ω·cm is prepared, and a thermal oxide film 2 with a thickness of about 50 nm is formed on the surface.

【0034】この後、1200℃1分間のアンモニア雰
囲気中で熱処理し、酸化シリコン膜2を窒化し窒素を含
む酸化シリコン膜3とする。
Thereafter, heat treatment is performed at 1200° C. for 1 minute in an ammonia atmosphere to nitride the silicon oxide film 2 to form a silicon oxide film 3 containing nitrogen.

【0035】次いで、LPCVD法により膜厚150n
m程度の窒化シリコン膜4を形成し、通常のフォトレジ
スト工程により、フィールド酸化膜形成領域の窒化シリ
コン膜4をエッチング除去し、この窒化シリコン膜4を
マスクとして、フィールドイオン注入を行い、p型の反
転防止不純物層5を形成する(図1(b) )。ここで
は、注入イオン種としてボロンを用い、加速電圧50k
eV,ドーズ量1×1013cm−2のイオン注入条件
で行う。
Next, the film thickness was 150 nm by LPCVD method.
A silicon nitride film 4 with a thickness of about m is formed, the silicon nitride film 4 in the field oxide film formation region is etched away by a normal photoresist process, and field ion implantation is performed using the silicon nitride film 4 as a mask to form a p-type An anti-inversion impurity layer 5 is formed (FIG. 1(b)). Here, boron was used as the implanted ion species, and the acceleration voltage was 50k.
The ion implantation is performed under the conditions of eV and a dose of 1×10 13 cm −2 .

【0036】この後、図1(c) に示すように、10
00℃の水蒸気雰囲気中で6時間の熱処理を行い(選択
酸化)、耐酸化性膜としての窒化シリコン膜4から露呈
する領域にフィールド酸化膜6を形成する。
After that, as shown in FIG. 1(c), 10
A heat treatment is performed for 6 hours in a steam atmosphere at 00° C. (selective oxidation) to form a field oxide film 6 in a region exposed from the silicon nitride film 4 as an oxidation-resistant film.

【0037】そして、フィールド酸化膜と同時に形成さ
れた窒化シリコン膜4上の酸化シリコン膜7を緩衝弗酸
で1分間エッチングし、この後化学的ドライエッチング
によって窒化シリコン膜4を除去する。
Then, the silicon oxide film 7 on the silicon nitride film 4 formed at the same time as the field oxide film is etched with buffered hydrofluoric acid for one minute, and then the silicon nitride film 4 is removed by chemical dry etching.

【0038】続いて、酸化時に形成される通常ホワイト
リボンと称される窒化シリコン膜8を除去するために一
旦、1200℃の酸素雰囲気中で1分間熱処理を行い犠
牲的に熱酸化膜を形成し即緩衝弗酸でエッチングを行う
Next, in order to remove the silicon nitride film 8 which is usually called a white ribbon formed during oxidation, heat treatment is performed for 1 minute in an oxygen atmosphere at 1200° C. to form a sacrificial thermal oxide film. Immediately perform etching with buffered hydrofluoric acid.

【0039】この後、図1(d) に示すようにゲート
絶縁膜9となる膜厚20nmの酸化シリコン膜を新たに
形成し、トランジスタ形成のための閾値制御のためのイ
オン注入を加速電圧100keV,ドーズ量1×101
2cm−2の条件で行ったのち、引き続きトランジスタ
形成プロセスを続行する。
After this, as shown in FIG. 1(d), a new silicon oxide film with a thickness of 20 nm, which will become the gate insulating film 9, is formed, and ion implantation for threshold control for transistor formation is performed at an accelerating voltage of 100 keV. , dose 1×101
After carrying out the process under the condition of 2 cm -2 , the transistor formation process is continued.

【0040】このようにして形成された素子分離領域は
、フィールド酸化のためのマスクとしての窒化シリコン
膜の形成に先だち窒化処理を行うため、フィールド酸化
に際して酸化剤が素子形成領域の窒化シリコン膜下に及
んでも酸化が進行せず、バーズビークの成長を小さくす
ることができ、高集積化に際しても信頼性を良好に維持
することができる。
The element isolation region thus formed is subjected to nitriding treatment prior to the formation of a silicon nitride film as a mask for field oxidation. Oxidation does not proceed even in the case of high integration, the growth of bird's beak can be reduced, and reliability can be maintained favorably even in the case of high integration.

【0041】また窒化処理後も、膜組成としては酸化シ
リコン膜に窒素原子が数%程度含まれる程度であるため
、フィールド酸化時に酸化シリコン膜の窒化部による応
力によってシリコン基板中に結晶欠陥が発生したりする
こともない。
Even after the nitriding process, since the film composition is such that the silicon oxide film contains only a few percent of nitrogen atoms, crystal defects may occur in the silicon substrate due to the stress caused by the nitrided portion of the silicon oxide film during field oxidation. There's nothing to do.

【0042】実施例2 図2は、本発明の第2の実施例の素子分離領域の形成工
程図である。
Embodiment 2 FIG. 2 is a process diagram for forming an element isolation region according to a second embodiment of the present invention.

【0043】この方法は、実施例1では酸化シリコン膜
2を窒化した後LPCVD法によりフィールド酸化マス
クとしての窒化シリコン膜4を形成したが、ここではこ
の窒化シリコン膜の形成に先立ち多結晶シリコン膜11
を形成し、この多結晶シリコン膜を再度高温化で窒化処
理し窒化シリコン膜12を形成した後、窒化シリコン膜
4を形成し、これら3層の膜を同時にパターニングする
ようにした点が異なるのみで他については同様である。
In this method, in Example 1, a silicon nitride film 4 was formed as a field oxidation mask by LPCVD after nitriding the silicon oxide film 2, but in this case, a polycrystalline silicon film was formed before forming this silicon nitride film. 11
The only difference is that this polycrystalline silicon film is nitrided again at high temperature to form a silicon nitride film 12, and then a silicon nitride film 4 is formed, and these three layers are patterned simultaneously. The same is true for everything else.

【0044】すなわちまず、図2(a) に示すように
、比抵抗5〜50Ω・cmのp型(100)シリコン基
板1を用意し、表面に膜厚50nm程度の熱酸化膜2を
形成する。
That is, first, as shown in FIG. 2(a), a p-type (100) silicon substrate 1 with a specific resistance of 5 to 50 Ω·cm is prepared, and a thermal oxide film 2 with a thickness of about 50 nm is formed on the surface. .

【0045】この後、1200℃1分間のアンモニア雰
囲気中で熱処理し、酸化シリコン膜2を窒化し窒素を含
む酸化シリコン膜3とする。
Thereafter, heat treatment is performed at 1200° C. for 1 minute in an ammonia atmosphere to nitride the silicon oxide film 2 to form a silicon oxide film 3 containing nitrogen.

【0046】次いで、LPCVD法により膜厚50nm
程度の多結晶シリコン膜11を形成したのちさらに12
00℃1分間のアンモニア雰囲気中で熱処理し、この多
結晶シリコン膜11表面を窒化し厚さ2〜3nmの窒化
シリコン膜12を形成する。さらにLPCVD法により
膜厚150nm程度の窒化シリコン膜4を形成し、通常
のフォトレジスト工程により、フィールド酸化膜形成領
域の窒化シリコン膜4をエッチング除去し、この窒化シ
リコン膜4をマスクとして、フィールドイオン注入を行
い、p型の反転防止不純物層5を形成する(図2(b)
 )。ここでは、注入イオン種としてボロンを用い、加
速電圧50keV,ドーズ量1×1013cm−2のイ
オン注入条件で行う。
[0046] Next, a film with a thickness of 50 nm was formed by the LPCVD method.
After forming a polycrystalline silicon film 11 of approximately
Heat treatment is performed in an ammonia atmosphere at 00° C. for 1 minute to nitride the surface of this polycrystalline silicon film 11 to form a silicon nitride film 12 having a thickness of 2 to 3 nm. Furthermore, a silicon nitride film 4 with a thickness of about 150 nm is formed by the LPCVD method, and the silicon nitride film 4 in the field oxide film formation region is etched away by a normal photoresist process. Using this silicon nitride film 4 as a mask, field ion A p-type anti-inversion impurity layer 5 is formed by implantation (FIG. 2(b)).
). Here, boron is used as the implanted ion species, and the ion implantation is performed under conditions of an acceleration voltage of 50 keV and a dose of 1.times.10@13 cm@-2.

【0047】この後、図2(c) に示すように、10
00℃の水蒸気雰囲気中で6時間の熱処理を行い(選択
酸化)、耐酸化性膜としての窒化シリコン膜4から露呈
する領域にフィールド酸化膜6を形成する。
After this, as shown in FIG. 2(c), 10
A heat treatment is performed for 6 hours in a steam atmosphere at 00° C. (selective oxidation) to form a field oxide film 6 in a region exposed from the silicon nitride film 4 as an oxidation-resistant film.

【0048】そして、フィールド酸化膜と同時に形成さ
れた窒化シリコン膜4上の酸化シリコン膜7を緩衝弗酸
で1分間エッチングすることにより除去し、この後化学
的ドライエッチングによって窒化シリコン膜4を除去す
る。さらに窒化シリコン膜12および多結晶シリコン膜
を11を除去する。
Then, the silicon oxide film 7 on the silicon nitride film 4 formed at the same time as the field oxide film is removed by etching with buffered hydrofluoric acid for 1 minute, and then the silicon nitride film 4 is removed by chemical dry etching. do. Furthermore, the silicon nitride film 12 and the polycrystalline silicon film 11 are removed.

【0049】続いて、酸化時に形成される通常ホワイト
リボンと称される窒化シリコン膜8を除去するために一
旦、1200℃の酸素雰囲気中で1分間熱処理を行い犠
牲的に熱酸化膜を形成し即緩衝弗酸でエッチングを行う
Next, in order to remove the silicon nitride film 8 which is usually called a white ribbon formed during oxidation, heat treatment is performed for 1 minute in an oxygen atmosphere at 1200° C. to form a sacrificial thermal oxide film. Immediately perform etching with buffered hydrofluoric acid.

【0050】この後、図2(d) に示すようにゲート
絶縁膜9となる膜厚20nmの酸化シリコン膜を新たに
形成し、トランジスタ形成のための閾値制御のためのイ
オン注入を行ったのち、引き続きトランジスタ形成プロ
セスを続行する。
After this, as shown in FIG. 2(d), a new silicon oxide film with a thickness of 20 nm is formed to become the gate insulating film 9, and ion implantation is performed to control the threshold value for forming a transistor. , and then continues the transistor formation process.

【0051】このプロセスで、多結晶シリコン膜11の
酸化による酸素消費量が大きいため酸化剤の素子形成領
域への到達が抑制される。従って実施例1よりもさらに
、バーズビークの成長を抑制することができ、高集積化
に際しても信頼性をさらに向上させることができる。
In this process, the amount of oxygen consumed by the oxidation of the polycrystalline silicon film 11 is large, so that the oxidizing agent is prevented from reaching the element formation region. Therefore, the growth of bird's beak can be further suppressed than in Example 1, and the reliability can be further improved even in the case of high integration.

【0052】また窒化処理後も、膜組成としては酸化シ
リコン膜に窒素原子が数%程度含まれる程度であるため
、フィールド酸化時に酸化シリコン膜の窒化部による応
力によってシリコン基板中に結晶欠陥が発生したりする
こともない。
Furthermore, even after nitriding, since the film composition is such that the silicon oxide film contains only a few percent of nitrogen atoms, crystal defects may occur in the silicon substrate due to the stress caused by the nitrided portion of the silicon oxide film during field oxidation. There's nothing to do.

【0053】さらに、この例では多結晶シリコン膜11
表面に形成した窒素を含む酸化シリコン膜12によって
多結晶シリコン膜11における横方向酸化を抑制するこ
とができ、高集積かに際して信頼性を著しく向上させる
ことができる。
Furthermore, in this example, the polycrystalline silicon film 11
Lateral oxidation in the polycrystalline silicon film 11 can be suppressed by the nitrogen-containing silicon oxide film 12 formed on the surface, and reliability can be significantly improved in high integration.

【0054】実施例3 次に、本発明の第3の実施例のこの半導体装置の形成工
程について説明する。先ず、図3(a) に示すように
、比抵抗5〜50Ω・cmのp型(100)シリコン基
板1を用意し、表面に膜厚20nm程度の熱酸化膜、膜
厚10nm程度の酸化シリコン膜を形成し、続いてこれ
らの酸化膜を実施例1および2と同様にして窒化し、そ
れぞれ窒素を含む酸化シリコン膜21,22とする。さ
らに膜厚0.2μm 程度の多結晶シリコン膜23、膜
厚10nm程度の窒化シリコン膜24、膜厚10nm程
度のCVD窒化シリコン膜25、CVD酸化シリコン膜
26を順次形成し、これらの多層膜に対しリソグラフィ
およびエッチング技術を用いて幅0.5μmの溝を形成
し、これをマスクとして反応性イオンエッチングにより
、深さ0.5μmの溝27を形成する。
Embodiment 3 Next, a process for forming a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 3(a), a p-type (100) silicon substrate 1 with a specific resistance of 5 to 50 Ωcm is prepared, and a thermal oxide film with a thickness of about 20 nm and a silicon oxide film with a thickness of about 10 nm are coated on the surface. These oxide films are then nitrided in the same manner as in Examples 1 and 2 to form silicon oxide films 21 and 22 containing nitrogen, respectively. Furthermore, a polycrystalline silicon film 23 with a film thickness of about 0.2 μm, a silicon nitride film 24 with a film thickness of about 10 nm, a CVD silicon nitride film 25 with a film thickness of about 10 nm, and a CVD silicon oxide film 26 are sequentially formed, and these multilayer films are On the other hand, a groove with a width of 0.5 μm is formed using lithography and etching techniques, and a groove 27 with a depth of 0.5 μm is formed by reactive ion etching using this as a mask.

【0055】この後、図3(b) に示すように、10
00℃10分の熱酸化によって溝内壁部に膜厚約50n
mの酸化シリコン膜28を形成し、この後図3(c) 
に示すように、1200℃1分間のアンモニア雰囲気中
で熱処理し、酸化シリコン膜28を窒化し窒素を含む酸
化シリコン膜28aとする。
After this, as shown in FIG. 3(b), 10
A film thickness of approximately 50n was formed on the inner wall of the groove by thermal oxidation at 00°C for 10 minutes.
3(c).
As shown in FIG. 2, heat treatment is performed at 1200° C. for 1 minute in an ammonia atmosphere to nitride the silicon oxide film 28 to form a silicon oxide film 28a containing nitrogen.

【0056】そしてさらに図3(d) に示すようにC
VD法により膜厚0.4μm 程度の多結晶シリコン膜
29を堆積する。
Further, as shown in FIG. 3(d), C
A polycrystalline silicon film 29 having a thickness of about 0.4 μm is deposited by the VD method.

【0057】この後、反応性イオンエッチングにより、
エッチバックを行い、CVD酸化シリコン膜26表面が
露呈するまで、多結晶シリコン膜29をエッチングし、
溝内に多結晶シリコン膜29を平坦化して残存せしめる
ようにする。そしてウエットエッチング法によりこのC
VD酸化シリコン膜26をエッチング除去する。
After that, by reactive ion etching,
Etch back and etch the polycrystalline silicon film 29 until the surface of the CVD silicon oxide film 26 is exposed,
The polycrystalline silicon film 29 is planarized and left in the trench. Then, by wet etching method, this C
The VD silicon oxide film 26 is removed by etching.

【0058】さらに図3(e) に示すように、100
0℃の酸化性雰囲気中で熱酸化を行い、この多結晶シリ
コン膜29表面に膜厚約0.2μm の酸化シリコン膜
を形成する。この酸化シリコン膜29aは、後の様々な
エッチング工程のことを考えて厚く形成しておくように
する。 そして、さらにこの後1200℃のアンモニア雰囲気中
で1分間熱処理し、CVD窒化シリコン膜25をマスク
としてこの酸化シリコン膜を窒化し窒素を含む酸化シリ
コン膜30とする。
Furthermore, as shown in FIG. 3(e), 100
Thermal oxidation is performed in an oxidizing atmosphere at 0° C. to form a silicon oxide film with a thickness of about 0.2 μm on the surface of this polycrystalline silicon film 29. This silicon oxide film 29a is formed to be thick in consideration of various later etching steps. Then, heat treatment is further performed for 1 minute in an ammonia atmosphere at 1200° C., and this silicon oxide film is nitrided using the CVD silicon nitride film 25 as a mask to form a nitrogen-containing silicon oxide film 30.

【0059】この後、図3図(f) に示すように、マ
スクとして用いた多層膜を順次エッチングしゲート絶縁
膜となる膜厚20nmの酸化シリコン膜9を新たに形成
し、トランジスタ形成のための閾値制御のためのイオン
注入を行ったのち、引き続きトランジスタ形成プロセス
を続行する。
After this, as shown in FIG. 3(f), the multilayer film used as a mask is sequentially etched to form a new silicon oxide film 9 with a thickness of 20 nm, which will become a gate insulating film, and is used to form a transistor. After performing ion implantation for threshold control, the transistor formation process continues.

【0060】このようにして形成された素子分離領域は
、溝内に形成された多結晶シリコン膜の表面を覆う窒素
を含む酸化シリコン膜の上部が、基板表面から突出して
いるため、溝コーナー部の露出もなくなり、ハンプ特性
もなく特性の良好なMOSFETを得ることが可能とな
る。
In the element isolation region thus formed, the upper part of the nitrogen-containing silicon oxide film covering the surface of the polycrystalline silicon film formed in the trench protrudes from the substrate surface. This eliminates the exposure of the MOSFET, and it becomes possible to obtain a MOSFET with good characteristics without hump characteristics.

【0061】なお、前記実施例で、CVD酸化シリコン
膜には窒素が入りやすいため、酸化剤拡散を抑制する効
果が著しいものであることを特記しておく。
It should be noted that in the above embodiment, since nitrogen easily enters the CVD silicon oxide film, the effect of suppressing oxidant diffusion is remarkable.

【0062】また、埋め込み層の材料としては、多結晶
シリコンのみならず、酸化シリコン膜、BPSG膜や窒
化シリコン膜等の絶縁膜でもよく、特に熱膨張率が基板
に近い材料であることが望ましい。
The material for the buried layer may be not only polycrystalline silicon but also an insulating film such as a silicon oxide film, a BPSG film, or a silicon nitride film, and it is particularly desirable to use a material with a coefficient of thermal expansion close to that of the substrate. .

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の第1
によれば、フィールド酸化のためのマスクとしての窒化
シリコン膜の形成に先だち窒化処理を行うため、横方向
の酸化が抑制され、素子分離領域を微細化することがで
き高密度化が容易となる。
[Effects of the Invention] As explained above, the first aspect of the present invention
According to , since the nitriding process is performed before forming the silicon nitride film as a mask for field oxidation, lateral oxidation is suppressed, the element isolation region can be miniaturized, and high density can be easily achieved. .

【0064】また本発明の第2によれば、埋め込み層の
形成に先立ち、溝の内壁に窒化処理を行うので、酸化シ
リコン膜と埋め込み材料との間や酸化シリコン膜とシリ
コン基板との間に楔状酸化が進行するのが抑制され、結
晶欠陥によるリークの発生も皆無となり信頼性が向上す
る。
According to the second aspect of the present invention, the inner wall of the trench is nitrided prior to forming the buried layer, so that there is no nitridation between the silicon oxide film and the buried material or between the silicon oxide film and the silicon substrate. Progress of wedge-shaped oxidation is suppressed, and there is no leakage due to crystal defects, improving reliability.

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

【図1】本発明の第1の実施例の素子分離工程を示す説
明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an element isolation process in a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の素子分離工程を示す説
明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an element isolation process according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例の素子分離工程を示す説
明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an element isolation process according to a third embodiment of the present invention.

【図4】従来例の素子分離方法を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a conventional element isolation method.

【図5】従来例の素子分離方法を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a conventional element isolation method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  p型シリコン基板 2  酸化シリコン膜 3  窒素を含む酸化シリコン膜 4  窒化シリコン膜 5  チャンネルストッパ層 6  フィールド絶縁膜 7  酸化シリコン膜 9  ゲート絶縁膜 11  多結晶シリコン膜 12  窒化シリコン膜 21  窒素を含む熱酸化膜 22  窒素を含む酸化シリコン膜 23  多結晶シリコン膜 24  窒化シリコン膜 25  CVD窒化シリコン膜 26  酸化シリコン膜 27  溝 28  酸化シリコン膜 28a  窒素を含む酸化シリコン膜 29  多結晶シリコン膜 30  窒素を含む酸化シリコン膜 1 P-type silicon substrate 2 Silicon oxide film 3 Silicon oxide film containing nitrogen 4 Silicon nitride film 5 Channel stopper layer 6 Field insulation film 7 Silicon oxide film 9 Gate insulating film 11 Polycrystalline silicon film 12 Silicon nitride film 21 Thermal oxide film containing nitrogen 22 Silicon oxide film containing nitrogen 23 Polycrystalline silicon film 24 Silicon nitride film 25 CVD silicon nitride film 26 Silicon oxide film 27 Groove 28 Silicon oxide film 28a Silicon oxide film containing nitrogen 29 Polycrystalline silicon film 30 Silicon oxide film containing nitrogen

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体基板表面に酸化シリコン膜を形
成する酸化シリコン膜形成工程と、前記酸化シリコン膜
を窒化し、窒素を含む酸化シリコン膜を形成する窒化工
程と、耐酸化性マスクを形成するマスク形成工程と、酸
化性雰囲気中で熱処理を行いフィールド酸化膜を形成す
る選択酸化工程とを含むことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
1. A silicon oxide film forming step of forming a silicon oxide film on the surface of a semiconductor substrate, a nitriding step of nitriding the silicon oxide film to form a silicon oxide film containing nitrogen, and forming an oxidation-resistant mask. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a mask forming step and a selective oxidation step of performing heat treatment in an oxidizing atmosphere to form a field oxide film.
【請求項2】  半導体基板表面に溝を形成する溝形成
工程と、前記溝表面に酸化シリコン膜を形成する酸化工
程と前記酸化シリコン膜を窒化し、窒素を含む酸化シリ
コン膜を形成する窒化工程と、この溝内に埋め込み材料
を充填する充填工程とを含むことを特徴とする半導体装
置の製造方法。
2. A trench forming step of forming a trench on the surface of a semiconductor substrate, an oxidizing step of forming a silicon oxide film on the surface of the trench, and a nitriding step of nitriding the silicon oxide film to form a silicon oxide film containing nitrogen. and a filling step of filling the trench with a filling material.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09213692A (en) * 1996-01-25 1997-08-15 Taiwan Moshii Denshi Kofun Yugenkoshi Fabrication of semiconductor integrated circuit through regional oxidation of silicon and structure of semiconductor integrated circuit
US5977608A (en) * 1995-09-27 1999-11-02 Mosel Vitelic, Inc. Modified poly-buffered isolation

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