JPH0541375A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0541375A
JPH0541375A JP19634291A JP19634291A JPH0541375A JP H0541375 A JPH0541375 A JP H0541375A JP 19634291 A JP19634291 A JP 19634291A JP 19634291 A JP19634291 A JP 19634291A JP H0541375 A JPH0541375 A JP H0541375A
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JP
Japan
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silicon oxide
oxide film
element isolation
film
oxide layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP19634291A
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English (en)
Inventor
Masateru Kawaguchi
眞輝 川口
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】フィールド酸化膜の下側の酸化膜を厚くして素
子分離特性を向上させる。 【構成】素子分離酸化膜6の直下に、あらかじめ酸素イ
オン注入による析出シリコン酸化物層7を形成し、熱処
理を加えることによりこの析出シリコン酸化物層7を成
長・凝集させ、素子分離酸化膜6と合体させることによ
り、深さ方向にさらに厚い酸化膜を形成する。

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に関し、特に
素子分離領域の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体集積回路における素子分離
技術としていわゆる選択酸化法であるLOCOS法や、
LOCOS法で問題となるバーズビークを抑制した改良
LOCOS法などが知られている。
【0003】図4はLOCOS法で形成した素子分離領
域の断面図である。通常のLOCOS法では半導体基板
1上に熱酸化膜2を形成した後、この上に耐酸化性の高
い膜、例えば、シリコン窒化膜(Si3 4 膜)を形成
し、パターニングを施したのち、チャネルストッパ領域
8を形成するためにボロンイオンの注入を行い、次にこ
のシリコン窒化膜をマスクとして選択酸化を行うことに
より、厚い素子分離酸化膜6を形成する。このLOCO
S法は量産性に優れ集積回路を製造する上で極めて重要
な技術である。
【0004】一方、改良LOCOS法は、通常のLOC
OS法で問題となる、いわゆるバーズビークの低減を図
る目的で開発されたものである。例えばSEPOX(S
elective Polysilicon Oxid
ation)法では、半導体基板上に熱酸化膜,ポリシ
リコン膜,シリコン窒化膜を順次形成し、シリコン窒化
膜をパターニングしたのちに、選択酸化を行う。酸素の
拡散係数は、シリコン酸化膜中よりポリシリコン膜中の
方が小さいため、SEPOX法では、このポリシリコン
膜により酸素の横方行拡散が抑えられるため、バーズビ
ークを大幅に抑制した素子分離領域を形成することがで
きる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のL
OCOS法や改良LOCOS法では、サブミクロンルー
ルの半導体装置の製造において、素子分離酸化膜の横方
向への拡がり、いわゆるバーズバーク量が無視できなく
なるため、微細化には適さないという問題があった。ま
た、素子分離酸化膜が、半導体基板表面より下方向にあ
まり入りこまないため、素子分離領域の微細化が進むと
素子分離能力が低下して、パンチスルー耐圧が著しく低
下し、半導体装置の信頼性及び歩留りが低下するという
問題点があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板上に形成された素子分離酸化膜と、この素子
分離酸化膜直下のチャネルストッパ領域に形成された析
出酸化物層とを含むものである。
【0007】
【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は本発明の第1の実施例を示す素子分離領域の
断面図、図2(a)〜(c)は、その主要な製造過程を
示す断面図である。以下製造工程に従って説明する。
【0008】まず図2(a)に示すように、半導体基板
1の表面上に熱酸化膜2を、例えば50nm程形成す
る。続いてシリコン窒化膜3を300nm程と、シリコ
ン酸化膜4を500nm程形成し、次にフォトレジスト
膜5を形成しパターニングを施す。次に、このフォトレ
ジスト膜5をマスクとしてシリコン酸化膜4とシリコン
窒化膜3を異方性エッチング法を用いてエッチングす
る。次にチャネルストッパ用のイオンとして、例えばボ
ロンを加速エネルギー100〜200kev,注入量1
×1013〜2×1013cm-2の条件でイオン注入し、続
いて酸素イオンを加速エネルギー80〜200kev,
注入量1×1018cm-2程度でイオン注入を行う。な
お、上記ボロンと酸素のイオン注入はどちらを先に行っ
てもよい。
【0009】次に図2(b)に示すように、フォトレジ
スト膜5とシリコン酸化膜4を順次とり除く。
【0010】続いて図2(c)に示すように、約100
℃のスチーム雰囲気中で酸化することにより素子分離酸
化膜6を形成する。あらかじめイオン注入しておいた酸
素原子は、素子分離酸化膜6の直下において、この酸化
処理中にグレイン状の析出シリコン酸化物層7として、
シリコン基板表面より0.2〜0.5μmの深さを中心
にして高密度に析出する。最後にシリコン窒化膜3を取
り除くことにより図1に示す第1の実施例の半導体装置
が得られる。
【0011】次に図3を用いて本発明の第2の実施例を
説明する。まず第1の実施例と同様の方法を用いて図2
(c)に示される半導体装置を製作する。次に1300
℃程度の温度で10〜30分、乾燥N2 ガスに微量の0
2ガスを添加した雰囲気中で熱処理を加える。このとき
図2(c)に示されるグレイン状の析出シリコン酸化物
層7はこの熱処理によって成長し、互い凝集しあうた
め、析出シリコン酸化物層7の一部、あるいは全部がシ
リコン酸化物層9となり、図2(c)に示される素子分
離酸化膜6と合体する。次にシリコン窒化膜3を取り除
くことにより、図3に示す第2の実施例の構造が得られ
る。
【0012】なお上記実施例において、シリコン酸化膜
4は酸素イオンの注入を行う際、加速されたイオンが半
導体基板上に形成した膜をつきぬけて、素子形成領域の
半導体基板中に打ち込まれるのを防止するために用いた
ものであり、シリコン酸化膜以外の適当な膜を用いても
よい。
【0013】また、図3では析出シリコン酸化物層7と
接続され一体化した素子分離酸化膜の構造を例として挙
げたが、熱処理工程を制御することにより、第1と第2
の実施例の中間状態、すなわち一部の析出シリコン酸化
物層7が素子分離酸化膜6と接続されない構造を形成す
ることも可能である。
【0014】逆に言えば、熱処理を操作することによ
り、素子分離酸化膜6との接続,合体に関与する析出シ
リコン酸化物層7の量を制御することができ、それはす
なわち、析出シリコン酸化物層7が素子分離酸化膜6と
合体して達成される、一体化した素子分離酸化膜の膜厚
増加量を制御することができるということである。
【0015】本発明の第1と第2の実施例で素子分離素
化膜6を形成するのにLOCOS法を用いたが、本発明
ではLOCOS法に限らず、他のLOCOS系素子分
離、例えばすでに報告されているOSELO法、SEP
OX法等を用いてもよいしCVD法により形成したシリ
コン酸化膜などを用いる方法によって素子分離領域の酸
化膜を形成してもよい。
【0016】次に本実施例で用いた素子分離酸化膜6直
下のイオン注入による酸素原子によるシリコン酸化物の
絶縁性について図を用いて詳しく説明する。図5(a)
〜(c)は、注入した酸素原子の基板の深さ方向に対す
る酸素濃度のグラフと約100℃での熱処理後のシリコ
ン酸化物の状態を対応させた図である。
【0017】図5(a)における破線Bに示すイオン注
入条件は、投影RPでの酸素原子濃度がシリコン基板中
のシリコン原子と二酸化シリコンを形成する組成比にな
るように設定したものである。この条件で酸素をイオン
注入したものに約1000℃の熱処理を加えると、酸素
濃度がm1〜m2の領域ではシリコン酸化膜が形成され
酸素濃度がm1以下の領域では析出シリコン酸化物7A
が高密度にグレイン状に析出した析出シリコン酸化物層
7が形成される。このシリコン酸化膜では二酸化シリコ
ンによる体積膨張によるストレスが大きく、欠陥が発生
しやすいと考えられる。しかしながら析出シリコン酸化
物層7では欠陥を生じさせるほど大きなストレスはかか
らない。
【0018】本発明はストレスによる欠陥が少ないと考
えられるこの析出シリコン酸化物層7を利用するもので
ある。図6(a)〜(c)は、この析出シリコン酸化物
層の絶縁性を説明するための拡大断面図であり、図5
(a)の実線Aにおける酸素濃度m1付近からそれ以下
における析出シリコン酸化物層を示している。
【0019】図6(a)に示すように、酸素濃度がm1
に近接する領域では、析出シリコン酸化物7Aのグレイ
ンは密につまっており、グレインとグレインの間にシリ
コンは存在せず絶縁性が期待できる。また図6(b)に
示すように、それよりわずかに遠ざかった領域では、析
出シリコン酸化物7Aのグレインとグレインの間に未反
応のシリコンが存在するものの図6(b)の中の矢印に
示されるように、電流の通り道は防がれており、絶縁性
が期待できる領域が存在する。しかしながらそれ以上遠
ざかると図6(c)に示されるように、析出シリコン酸
化物7Aのグレイン間の距離が大きくなり絶縁性はなく
なる。
【0020】本発明は上記説明中の図6(a),(b)
に示される領域を利用し、図6(a)における析出シリ
コン酸化物層7が素子分離酸化膜の底部に接続する構造
を用いるものである。図5(a),(b)は本発明の所
望するシリコン酸化物を析出するために用いる条件の注
入酸素原子の基板深さ方向に対する濃度のグラフと、約
1000℃の熱処理後の析出シリコン酸化物の状態を対
応させた図である。図5(a)における実線Aの酸素濃
度のピーク(m1)に対応する析出シリコン酸化物7A
は図6(a)に示したように密につまっており、グレイ
ン間にすきまはない。上記理由により酸素イオンの注入
条件を注入エネルギー80〜200keV,注入量1×
1017〜1×1018cm-2とした。注入エネルギーは、
素子分離酸化膜底部の基板表面からの距離に合わせる。
P は、注入エネルギー80〜200keVで0.2μ
m〜0.5μmである。この条件により、ストレスによ
る欠陥を抑制し、絶縁性の期待できる析出シリコン酸化
物を形成することができる。以上、本発明の第1の実施
例で用いた析出シリコン酸化物についての説明である。
【0021】本発明の第2の実施例では、上記析出シリ
コン酸化物7Aに約1300℃の熱処理を加えたものを
使用する。図5(c)は、酸素原子をイオン注入し、約
1000℃の熱処理にひき続き、約1300℃の熱処理
を加えた状態のものを図5(a),(b)に対応させた
図である。析出シリコン酸化物7Aは約1300℃の熱
処理を加えると、図7に示すように、ある程度の大きさ
を持つグレインは成長し、他のグレインと合体して大き
くなるが、小さなグレインは消減してゆく性質を持つた
め、析出シリコン酸化物層7は、シリコン酸化物層を形
成し、絶縁性が得られる。
【0022】このように第2の実施例では、析出シリコ
ン酸化物7Aに約1300℃の熱処理を加えることによ
り、シリコン酸化物グレインを成長させ、素子分離酸化
膜と合体したシリコン酸化物層9を形成し絶縁膜とす
る。
【0023】以上、本発明の第1の実施例により素子分
離酸化膜直下に高密度に存在する析出シリコン酸化物の
絶縁性により、集積度を損なうことなく素子分離特性、
特にパンチスルー耐圧と素子分離領域反転電圧を向上さ
せることができる。
【0024】また本発明の第2の実施例においては、第
1の実施例における析出シリコン酸化物を成長させ凝集
させることにより、素子分離酸化膜と合体した構造を達
成し、バーズビーク量を増加させることなく、素子分離
酸化膜の深さ方向の膜厚を大幅に増加することができる
ため、さらに優れた素子分離特性を有する微細素子分離
領域を備えた半導体装置が得られる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
オン注入により酸素イオンを半導体基板に打ち込み、形
成したシリコン酸化物を利用するため、半導体基板表面
からの酸素原子の拡散のみにより形成される熱酸化技術
では得難い深さにバーズビークフリーの素子分離酸化膜
を容易に形成できる結果、素子分離特性が大幅に向上し
た微細な素子分離領域を有する半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の断面図。
【図2】第1の実施例の製造方法を説明するための半導
体チップの断面図。
【図3】本発明の第2の実施例の断面図。
【図4】従来の半導体装置の一例の断面図。
【図5】シリコン基板の深さ方向に対する酸素濃度と、
形成される析出シリコン酸化物層の分布を示す図。
【図6】析出したシリコン酸化物の絶縁性を説明するた
めの図。
【図7】析出したシリコン酸化物の成長を説明するため
の図。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 熱酸化膜 3 シリコン窒化膜 4 シリコン酸化膜 5 フォトレジスト膜 6 素子分離酸化膜 7 析出シリコン酸化物層 7A 析出シリコン酸化物 8 チャネルストッパ領域 9 シリコン酸化物層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された素子分離酸化
    膜と、この素子分離酸化膜直下のチャネルストッパ領域
    に形成された析出酸化物層とを含むことを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項2】 析出酸化物層の少くとも一部は素子分離
    酸化膜と合体している請求項1記載の半導体装置。
JP19634291A 1991-08-06 1991-08-06 半導体装置 Pending JPH0541375A (ja)

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JP19634291A JPH0541375A (ja) 1991-08-06 1991-08-06 半導体装置

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JPH0541375A true JPH0541375A (ja) 1993-02-19

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ID=16356240

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JP19634291A Pending JPH0541375A (ja) 1991-08-06 1991-08-06 半導体装置

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JP (1) JPH0541375A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990004595A (ko) * 1997-06-28 1999-01-15 김영환 반도체 소자의 소자분리 방법
KR20000004405A (ko) * 1998-06-30 2000-01-25 김영환 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990004595A (ko) * 1997-06-28 1999-01-15 김영환 반도체 소자의 소자분리 방법
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