JPH05226466A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH05226466A
JPH05226466A JP2411392A JP2411392A JPH05226466A JP H05226466 A JPH05226466 A JP H05226466A JP 2411392 A JP2411392 A JP 2411392A JP 2411392 A JP2411392 A JP 2411392A JP H05226466 A JPH05226466 A JP H05226466A
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JP
Japan
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film
insulating film
groove
polycrystalline silicon
etching
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Application number
JP2411392A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Tasaka
和弘 田坂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溝による素子分離領域の形成方法に関し、溝
埋込絶縁膜からの不純物拡散によるトランジスタ特性の
変動を防ぎ、ゲート酸化膜の膜質を向上させる。またそ
れと共に、どの様な幅の分離領域の形成をも可能にす
る。 【構成】 シリコン基板1上にゲート酸化膜2、多結晶
シリコン膜3、BPSG膜4を形成した後、フォトレジ
スト膜5を用いて溝素子分離領域6に開口部を形成す
る。次にエッチングレートの小さいCVD酸化膜9とエ
ッチングレートの大きいBPSG膜10を堆積して溝8
を埋めた後、多結晶シリコン膜3をストッパーとしてエ
ッチバックする。次に窒化シリコン膜11を堆積し、選
択的に除去することにより素子領域7を覆う。さらに、
これをマスクに選択酸化を行いフィールド酸化膜12を
形成する。次に窒化シリコン膜11を除去した後、全面
にシリサイド配線を形成する。これと多結晶シリコン膜
3とを選択的に除去してポリサイドゲート電極16を形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に溝への堆積絶縁膜の埋込みを利用しながらど
のような幅の分離領域をも形成することを可能にする製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の溝を用いる素子分離領域の形成方
法を図5を用いて説明する。
【0003】まず図5(a)に示す様に、P型のシリコ
ン基板1上に第1の酸化膜14を形成する。続いてその
上に多結晶シリコン膜3を形成する。次にフォトレジス
ト膜5を形成したのち、溝素子分離領域6となる所のみ
開孔する。次にこのフォトレジスト膜5をマスクに多結
晶シリコン膜3及び第1の酸化膜14、シリコン基板1
をエッチングし、溝8を形成する。
【0004】次に図5(b)に示す様に熱酸化により第
2の酸化膜15を形成したのち、全面にBPSG膜10
をCVD法により堆積し、900℃程度の熱処理により
これをリフローし溝8を埋める。次に図6(a)に示す
様に、多結晶シリコン膜3をストッパーとしてBPSG
膜10及び第2の酸化膜15をエッチングすると、BP
SG膜が埋め込まれた溝素子分離領域が形成される。次
にエッチバックのストッパーの役割を終えた多結晶シリ
コン膜3を完全に除去したのち、全面に窒化シリコン膜
11を形成する。さらにこれを選択的にエッチングし、
熱酸化を行うことにより、図6(b)に示す様にフィー
ルド酸化膜12が形成される。次に選択酸化のマスクと
なった窒化シリコン膜11及び第1の酸化膜14を除去
し、新たにゲート酸化膜2を形成する。続いて全面に多
結晶シリコン膜及びタングステンシリサイド等のシリサ
イド膜を形成し、パターニングしてポリサイドゲート電
極16を形成する。この際溝のBPSG膜10が後退し
ているためゲート酸化膜のエッジ17が生じている。
【0005】この操作により、素子領域7を溝素子分離
領域6で完全に分離し、その他をフィールド酸化膜12
により分離することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の溝によ
る素子分離領域の形成方法では、溝分離領域を形成した
後にケート酸化膜を形成するため、溝埋込BPSG膜か
らのボロン、リンのアウトディフュージョンによりトラ
ンジスタのしきい値電圧が変動する。また、溝の端部に
おいて、ゲート酸化膜がエッジをもつため電界集中によ
り耐圧、リーク電流特性に変動が生ずる。そのため半導
体装置の信頼性および歩留りを低下させるという問題点
があった。
【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、半導体基板にゲート絶縁膜を介して多結晶シ
リコン膜及び第1の絶縁膜を順次形成する工程と、素子
分離領域の前記第1の絶縁膜と前記多結晶シリコン膜及
び前記ゲート絶縁膜を選択的にエッチングしてさらに前
記第1の絶縁膜と自己整合的に前記半導体基板をエッチ
ングし溝を形成する工程と、この溝を含む全面上に第2
の絶縁膜と前記第2の絶縁膜よりエッチングレートが大
である第3の絶縁膜を形成し溝を埋める工程と、前記多
結晶シリコン膜をストッパーとして前記第3の絶縁膜と
前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜をエッチバック
し前記溝内に前記第2及び第3の絶縁膜を残存させる工
程と、半導体基板上全面に窒化シリコン膜を形成する工
程と、前記窒化シリコン膜を選択的にエッチングした
後、前記窒化シリコン膜をマスクに選択酸化を行ないフ
ィールド絶縁膜を形成する工程と、前記窒化シリコン膜
をエッチングにより完全に除去する工程と、前記半導体
基板上全面に導電性膜を堆積する工程と、前記導電性膜
及び前記多結晶シリコン膜を選択的に除去してゲート電
極を形成する工程とを含むものである。
【0008】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1及び図2は、本発明の第1の実施例を説明する
為の工程順に示した半導体チップの断面図と平面図であ
る。
【0009】まず図1(a)に示す様にP型のシリコン
基板1にゲート酸化膜2を10〜25nmの厚さに形成す
る。続いて全面に100〜150nmの厚さに基板と逆導
電型の、例えばリンドープの多結晶シリコン膜3及び第
1の絶縁膜として厚さ200〜300nmのBPSG膜4
を形成する。次に、将来素子領域7となる所を完全に囲
む様に溝素子分離領域6を形成するためフォトレジスト
膜5を用いて、図示の如く0.3〜0.6μm の幅で開
孔する。次にこのフォトレジスト膜5をマスクとして、
BPSG膜4と多結晶シリコン膜3およびゲート酸化膜
2を異方性エッチング法でエッチングし、シリコン基板
1を露出させる。
【0010】次に図1(b)に示す様に、フォトレジス
ト膜5を除去したのち、BPSG膜4をマスクとしてシ
リコン基板1のエッチングを行ない、深さ0.5〜1.
5μm の溝8を形成する。
【0011】次に図1(c)に示す様に、CVD法によ
り全面に第2の絶縁膜としてノンドープの酸化シリコン
膜(以下CVD酸化膜という)9を100〜200nm被
膜する。続いて溝8を完全に埋め込むために第3の絶縁
膜として、CVD酸化膜9よりエッチングレートの大き
いBPSG膜10を0.5〜2.0μm の厚さに堆積
し、850〜950℃程度の熱処理によりこれをリフロ
ーし、溝を完全に埋め込むと同時に表面を平坦にする。
【0012】次に図2(a)及び図7に示す様に、多結
晶シリコン膜3をストッパーとしてBPSG膜10とC
VD酸化膜9とBPSG膜4をエッチングする。理想的
には第3の絶縁膜であるBPSG膜10の上面がストッ
パーである多結晶シリコン膜3の上面と一致したところ
でエッチバックを止めるのが良いけれども、エッチバッ
クの制御性の困難からオーバーエッチングとなり、最悪
ゲート酸化膜2下面の位置以下になる場合が想定され
る。しかし、この場合においても、BPSG膜10より
エッチングレートの小さい第2の絶縁膜としてのCVD
酸化膜9を設けているため、溝8の側部でのシリコン基
板1の露出が防止される。
【0013】以上の操作により溝素子分離領域6が形成
される。
【0014】次に全面を窒化シリコン膜11で被覆した
後、図示の如く、素子領域7を覆う様に選択的に除去す
る。ここで後にフィールド酸化膜となる部分の多結晶シ
リコン膜3が完全に酸化される様に窒化シリコン膜11
のマスクの周囲は溝素子分離領域6内に設定される。
【0015】次に図2(b)に示す様に850℃〜98
0℃の酸化性雰囲気の熱処理を施すことにより、フィー
ルド酸化膜12を得る。ここでこの膜厚は絶縁耐圧が確
保されかつ多結晶シリコン膜3が完全に酸化される膜厚
を選ぶことが重要である。しかし、実際の酸化時間は多
結晶シリコン膜3がリンドープされていることによる増
速酸化により短い時間で済み、熱処理による溝埋込酸化
膜と基板とのストレス等を軽減することが可能である。
【0016】次に窒化シリコン膜11をドライエッチン
グにより完全に除去した後、全面にタングステンシリサ
イド等のシリサイド膜を堆積し、選択的に除去すること
により、シリサイド配線13を形成する。この操作によ
り溝素子分離領域6とこれに自己整合的に形成されたフ
ィールド酸化膜12、多結晶シリコン膜とシリサイド膜
からなるポリサイドゲート電極を有するトランジスタが
形成される。
【0017】ここでフィールド酸化膜12形成時、多結
晶シリコン膜3からシリコン基板1へリンが拡散し、素
子分離特性が不安定らなることが懸念されるが、そもそ
も、このフィールド酸化膜12の約割は、シリサイド配
線13以後の配線とシリコン基板1との絶縁耐圧を確保
することであり、分離は溝によって完全になされるので
問題は生じない。
【0018】次に図3及び図4に本発明の第2の実施例
を説明するための工程順に示した半導体チップの断面図
及び平面図を示す。
【0019】第1の実施例との相違は図4(a)に示す
様にフィールド酸化膜12を形成する所の多結晶シリコ
ン膜3を完全に除去した後熱酸化を行う点である。多結
晶シリコン膜3を完全に酸化せずとも十分にシリコン基
板1を酸化することで絶縁耐圧を確保可能な場合におい
て有用である。これにより、熱酸化時間をより短くする
ことが可能になる。
【0020】上記実施例においてはリンドープした多結
晶シリコン膜3について述べてきたが、ノンドープでも
構わない。その場合は窒化膜を除去するのにウェットエ
ッチングを用いても良い。但し、シリサイド膜を堆積し
た後イオン注入等を用いてゲートポリサイド電極を形成
する所の多結晶シリコン膜を低抵抗化する必要がある。
【0021】
【発明の効果】以上説明した様に本発明は、ゲート酸化
膜及び多結晶シリコン膜を形成した後溝埋込を行うの
で、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑制する。ま
た、溝端部がCVD酸化膜により覆われているため、ゲ
ート酸化膜のエッジが存在せず耐圧、リーク電流特性が
安定する。さらに、溝埋込のストッパー及びポリサイド
ゲート電極を兼ねる多結晶シリコン膜を周辺部において
は、選択酸化によりフィールド酸化膜に変換するので、
溝埋込を用いてどのような幅の分離領域でも形成するこ
とが可能である。ここで素子領域は、溝によって完全に
分離されているので、フィールド酸化膜厚は、耐圧を確
保できる膜厚であれば良い。また、この多結晶シリコン
膜は、基板と逆導電型例えばリンドープになっているか
ら、増速酸化により必要な膜厚を短時間で得ることが出
来るので、溝埋込BPSG膜と基板とのストレスを軽減
する効果もある。
【0022】しかしこの際、多結晶シリコン膜からリン
が基板へ拡散する恐れがあるが、これは溝によって完全
に分離されるので問題にはならない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための半導体
チップの断面図と平面図である。
【図2】本発明の第1の実施例を説明するための半導体
チップの断面図と平面図である。
【図3】本発明の第2の実施例を説明するための半導体
チップの断面図と平面図である。
【図4】本発明の第2の実施例を説明するための半導体
チップの断面図と平面図である。
【図5】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
半導体チップの断面図と平面図である。
【図6】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
半導体チップの断面図と平面図である。
【図7】本発明の要約を表現した半導体チップの断面図
と平面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 ゲート酸化膜 3 多結晶シリコン膜 4 BPSG膜 5 フォトレジスト膜 6 溝素子分離領域 7 素子領域 8 溝 9 CVD酸化膜 10 BPSG膜 11 窒化シリコン膜 12 フィールド酸化膜 13 シリサイド配線 14 第1の酸化膜 15 第2の酸化膜 16 ポリサイドゲート電極 17 ゲート酸化膜のエッジ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板にゲート絶縁膜を介して多結
    晶シリコン膜及び第1の絶縁膜を順次形成する工程と、
    素子分離領域の前記第1の絶縁膜と前記多結晶シリコン
    膜及び前記ゲート絶縁膜を選択的にエッチングしてさら
    に前記第1の絶縁膜と自己整合的に前記半導体基板をエ
    ッチングし溝を形成する工程と、この溝を含む全面上に
    第2の絶縁膜と前記第2の絶縁膜よりエッチングレート
    が大である第3の絶縁膜を形成し溝を埋める工程と、前
    記多結晶シリコン膜をストッパーとして前記第3の絶縁
    膜と前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜をエッチバ
    ックし前記溝内に前記第2及び第3の絶縁膜を残存させ
    る工程と、半導体基板上全面に窒化シリコン膜を形成す
    る工程と、前記窒化シリコン膜を選択的にエッチングし
    た後、前記窒化シリコン膜をマスクに選択酸化を行ない
    フィールド絶縁膜を形成する工程と、前記窒化シリコン
    膜をエッチングにより完全に除去する工程と、前記半導
    体基板上全面に導電性膜を堆積する工程と、前記導電性
    膜及び前記多結晶シリコン膜を選択的に除去してゲート
    電極を形成する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. 【請求項2】 半導体基板にゲート絶縁膜を介して多結
    晶シリコン膜及び第1の絶縁膜を順次形成する工程と、
    素子分離領域の前記第1の絶縁膜と前記多結晶シリコン
    膜及び前記ゲート絶縁膜を選択的にエッチングしてさら
    に前記第1の絶縁膜と自己整合的に前記半導体基板をエ
    ッチングし溝を形成する工程と、この溝を含む全面上に
    第2の絶縁膜と前記第2の絶縁膜よりエッチングレート
    が大である第3の絶縁膜を形成し溝を埋める工程と、前
    記多結晶シリコン膜をストッパーとして前記第3の絶縁
    膜と前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜をエッチバ
    ックし前記溝内に前記第2及び第3の絶縁膜を残存させ
    る工程と、半導体基板上全面に窒化シリコン膜を形成す
    る工程と、前記窒化シリコン膜及び前記多結晶シリコン
    膜を選択的にエッチングした後、前記窒化シリコン膜を
    マスクとして選択酸化を行ないフィールド絶縁膜を形成
    する工程と、前記窒化シリコン膜をエッチングにより完
    全に除去する工程と、前記半導体基板上全面に導電性膜
    を堆積する工程と、前記導電性膜及び前記多結晶シリコ
    ン膜を選択的に除去してゲート電極を形成する工程とを
    含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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