JPH0553298B2 - - Google Patents

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JPH0553298B2
JPH0553298B2 JP30918288A JP30918288A JPH0553298B2 JP H0553298 B2 JPH0553298 B2 JP H0553298B2 JP 30918288 A JP30918288 A JP 30918288A JP 30918288 A JP30918288 A JP 30918288A JP H0553298 B2 JPH0553298 B2 JP H0553298B2
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JP
Japan
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film
oxidation
semiconductor substrate
oxidizing
resistant
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JP30918288A
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Shigeru Morita
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特
に半導体装置において、素子を互いに分離する素
子分離用絶縁膜の形成方法に関する。
(従来の技術) 従来、高密度の集積回路の素子間分離法とし
て、例えば選択酸化法(LOCOS法;Local
Oxidation of Silicon)が知られている。この
LOCOS法とは、半導体基板上に表面保護膜(通
常、半導体基板を酸化した絶縁膜)を介して耐酸
化性膜、例えばシリコン窒化膜(SiN3)を形成
し、パターニングを行なつた後に、上記シリコン
窒化膜をマスクにして選択酸化を行なうことによ
り基板上に素子分離用の厚い酸化膜を形成するも
のである。
しかしながら、上述したLOCOS法では、選択
酸化用マスク材として使用されるシリコン窒化膜
の下側の半導体基板に入り込むバーズビークによ
り、シリコン窒化膜の寸法と形成された素子分離
領域の寸法との間に誤差が生じる。これは、シリ
コン窒化膜と、半導体基板の間に存在する表面保
護膜の厚さに依存し、この表面保護膜が厚い程バ
ーズビークは大きくなる。この理由は選択酸化時
に酸化剤(酸素)が表面保護膜、即ち酸化膜内を
拡散して半導体基板表面方向に移動し、シリコン
窒化膜層の直下でも半導体基板の酸化が進行する
からである。例えばシリコン窒化膜の膜厚を
250nm、半導体基板(シリコン基板)とシリコ
ン窒化膜間の、絶縁膜(シリコン酸化膜)の膜厚
を150nm、選択酸化時の素子分離用絶縁膜を
800nm、出来上がり素子分離用絶縁膜厚を500〜
600nmとすると、上記寸法誤差は1.2〜1.6μmと
なる。このため、LOCOS法を用いて電気的に充
分な素子分離特性を得ようとする場合、実用的な
素子分離領域の幅は、2.0μm程度が限界であり、
これ以上の微細な素子分離には向かないという欠
点がある。このバーズビークの問題は表面保護膜
を薄くするか、もしくは無くしてしまえば抑える
ことはできるが、表面保護膜は本来、選択酸化時
の半導体基板内のストレスを緩和し結晶欠陥の発
生を抑え、耐酸化性膜の除去時においては半導体
基板表面への直接的なダメージを防止できる効果
を持ち、必要以上に薄くしたり無くしたりするこ
とは困難である。
(発明が解決しようとする課題) この発明は上記のような点に鑑み為されたもの
で、LOCOS法を用いた従来の半導体装置の素子
分離用絶縁膜の製造方法では、この素子分離用絶
縁膜の出来上がり寸法の誤差が大きい点を改善
し、微細な素子分離領域も精度良く素子分離用絶
縁膜を形成できる半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明による半導体装置の製造方法にあつて
は、半導体基板上にこの基板の表面保護膜を形成
し、この表面保護膜上に耐酸化性膜を形成した
後、この耐酸化性膜を写真蝕刻法により選択的に
除去して開口を形成する。次に、残存された耐酸
化性膜をマスクして等方性エツチングにより開口
内の表面保護膜を除去する。この時、オーバーエ
ツチングし耐酸化性の開口部に近接して耐酸化性
膜の下層に位置する表面保護膜まで除去する。次
に、酸化性膜をこの上に形成し、先の等方性エツ
チングにより形成された半導体基板と耐酸化性膜
との間の〓間もこの酸化性膜で埋める。そして、
この酸化性膜を酸化すると同時に耐酸化性膜をマ
スクに選択的に半導体基板まで酸化し、これによ
り素子分離用絶縁膜を形成する。
(作用) 上記のような半導体装置の製造方法にあつて
は、耐酸化性膜と半導体基板方向への酸化剤(酸
素)の移動は、耐酸化性膜と半導体基板との間の
〓間に存在している酸化性膜を酸化しながら(酸
化剤として消費されながら)進行するようにな
る。従つて、従来のように、酸化剤(酸素)が酸
化膜である表面保護膜(半導体基板酸化膜)中を
単に拡散で移動する場合に比較してその量・速度
ともに低下する。この結果、バーズビークの伸び
は減少し、素子分離用絶縁膜の出来上がり寸法の
誤差は縮小する。
(実施例) 以下、第1図、および第2図を参照してこの発
明の実施例に係わる半導体装置の製造方法につい
て説明する。
(1) 第1図a乃至第1図gは、この発明の第1の
実施例について製造工程順に示した断面図であ
る。
まず、第1図aに示すように、例えばP型
(面方位100)で比抵抗が1〜2Ωcmのシリコン
基板11を1000℃の酸化雰囲気中で酸化して膜
厚が、例えば150nmのシリコン酸化膜12
(表面保護膜)を形成する。次に、このシリコ
ン酸化膜12上に気相成長法により膜厚が、例
えば250nmのシリコン窒化膜13(耐酸化性
膜)を堆積形成する。
次に、第1図bに示すように、素子分離用絶
縁膜形成予定領域(素子分離領域)上のシリコ
ン窒化膜13を、図示しないホトレジストを用
いて選択的に除去して開口を形成した後、残さ
れたシリコン窒化膜13をマスクとして反転防
止の為に開口下のシリコン基板11内に、例え
ばB(ボロン)を加速電圧100KeVで、ドーズ
量5×1013/cm2となるようにイオン注入し、反
転防止層14を形成する。
次に、第1図cに示すように、シリコン窒化
膜13をマスクとして露出したシリコン酸化膜
12を、例えばNH4F(フツ化アンモニウム)
溶液で選択的に除去する。さらにこの時、オー
バーエツチングによりシリコン窒化膜13の開
口部端からシリコン窒化膜13の内部方向に約
100nmまで位置するシリコン酸化膜12を基
板表面方向(水平方向)に部分的に除去し、シ
リコン窒化膜13とシリコン基板11との間に
〓間を形成する。
次に、第1図dに示すように、酸化性膜とし
てのポリシリコン膜15を、例えばLPCVD
(Low Pressure Chemical Vapor
Deposition)法により、膜厚が75nmになるよ
うに堆積形成する。この時、シリコン窒化膜1
3とシリコン基板11の〓間も、ポリシリコン
膜15で埋められる。
次に、第1図eに示すように、1000℃のH2
+O2雰囲気中で、このポリシリコン膜15を
酸化し、シリコン酸化膜15′を形成する。こ
の時、形成されるシリコン酸化膜15′の膜厚
は約150nmとなる。さらに酸化を継続し、シ
リコン窒化膜13をマスクにシリコン基板11
を選択的に酸化し、素子分離用絶縁膜16(シ
リコン酸化膜)を、例えば800nm程度形成す
る。
次に、第1図fに示すように、例えばNH4F
溶液でシリコン酸化膜15′を除去する。さら
に続いて、例えばCDE(Chemcal Dry
Etching)法により、シリコン窒化膜13を除
去し、素子分離用絶縁膜16を露出させる。
最後に、第1図gに示すように、例えば
NH4F溶液でシリコン酸化膜12を除去し、素
子形成領域のシリコン基板11を露出させるこ
とによつて、素子領域、および素子分離領域の
形成を終了する。この後、既知の方法により素
子形成領域上に所定の素子を形成すればよい。
このような、素子分離用絶縁膜の製造方法を
用いた半導体装置の製造方法によると、耐酸化
性膜であるシリコン窒化膜13とシリコン基板
11との間の〓間に酸化性膜であるポリシリコ
ン膜15が介在していることにより、シリコン
窒化膜13をマスクに選択酸化を行なう際、酸
化剤(酸素)がこのポリシリコン層15を酸化
しながら(酸化剤として消費されながら)進行
するようになる。従つて、酸化剤(酸素)が表
面保護膜である酸化膜中を単に拡散で移動する
場合に比較して、その量、および移動する速度
ともに低下する。従つて、シリコン窒化膜13
の下に入込む酸化剤(酸素)によつてこのシリ
コン窒化膜13の下のシリコン基板11が酸化
されて形成されるバーズビークの伸びは減少す
る。この結果、素子分離用絶縁膜の出来上がり
寸法の誤差が縮小する。
尚、このような、素子分離用絶縁膜の製造方
法を用いた半導体装置の製造方法では、ポリシ
リコン膜15を全て酸化しきることが重要とな
る。例えばこのポリシリコン層15が全て酸化
されずに僅かに残存したとすると、この酸化さ
れなかつたシリコン層15を除去する際に、シ
リコン基板11を傷める恐れがある。よつて、
この耐酸化性膜であるシリコン窒化膜13とシ
リコン基板11との間の〓間に介在する酸化性
膜であるポリシリコン酸化膜15は、〓間を形
成するオーバーエツチングの際に、その量を半
導体装置の製造工程等における条件により適切
に調節し、ポリシリコン膜15が全て酸化しき
れるように調整することが必要である。
(2) 以下、第2の実施例として、第2図a乃至第
2図eを参照して説明する。
まず、第2図aに示すように、例えばP型
(面方位100)で比抵抗が1〜2Ωcmのシリコン
基板11に第1の実施例の工程と同様の工程に
より、第1の実施例の第1図dまでの状態の半
導体装置が形成される。
次に、第2図bに示すように、例えばRIE法
によりポリシリコン層15を選択的に除去す
る。この際、シリコン窒化膜13と、シリコン
基板11の〓間のポリシリコン膜15は、シリ
コン窒化膜13をマスクとして残す。
次に、第2図cに示すように、1000℃のH2
+O2雰囲気中で、シリコン窒化膜13をマス
クにシリコン基板11を選択的に酸化し、素子
分離用絶縁膜16(シリコン酸化膜)を、例え
ば800nm程度形成する。この時、同時にポリ
シリコン膜15も酸化し、シリコン酸化膜1
5′を形成する。この時、形成されるシリコン
酸化膜15′の膜厚は約150nmとなる。
次に、第2図dに示すように、例えばCDE
(Chemcal Dry Etching)法により、シリコン
窒化膜13を除去する。この時、シリコン酸化
膜12,15′、および16は、ほとんど除去
されない。
最後に、第2図eに示すように、例えば
NH4F溶液でシリコン酸化膜12、およびシリ
コン酸化膜15′を除去し、素子形成領域のシ
リコン基板11露出させることによつて、素子
領域、および素子分離領域の形成を終了する。
このような、素子分離用絶縁膜の製造方法を
用いた半導体装置の製造方法によると、第1の
実施例と同様に、耐酸化性膜であるシリコン窒
化膜13とシリコン基板11との間の〓間に酸
化性膜であるポリシリコン膜15が介在してい
ることにより、シリコン窒化膜13をマスクに
選択酸化行なう際、酸化剤(酸素)がこのポリ
シリコン層15を酸化しながら(酸化剤として
消費されながら)進行するようになる。従つ
て、酸化剤(酸素)が表面保護膜である酸化膜
中を単に拡散で移動する場合に比較して、その
量、および移動する速度ともに低下する。従つ
て、シリコン窒化膜13の下に入込む酸化剤
(酸素)によつてこのシリコン窒化膜13の下
のシリコン基板11が酸化されて形成されるバ
ーズビークの伸びは減少する。この結果、素子
分離用絶縁膜の出来上がり寸法の誤差が縮小す
る。
また、ポリシリコン膜15を、シリコン窒化
膜13とシリコン基板11との間の〓間の部分
を除き、酸化工程の前に除去しているので、素
子分離用絶縁膜の酸化工程において、ポリシリ
コン膜15を介さずに直接、シリコン基板11
を酸化できるので、より厚い素子分離絶縁膜を
形成するのに有利である。またNH4F溶液でシ
リコン酸化膜12、および15′を除去する工
程を1回にすることができるので、工程の簡略
化が達成される。
尚、この第2の実施例においても、第1の実
施例同様、耐酸化性膜であるシリコン窒化膜1
3とシリコン基板11との間の〓間を形成する
オーバーエツチングの際に、その量を半導体装
置の製造工程等における条件により適切に調節
し、ポリシリコン膜15が全て酸化しきれるよ
うに調整することが必要である。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によると、出来上
がり素子分離用絶縁膜厚を500〜600nmとする
と、シリコン窒化膜の開口幅の寸法と、形成され
た素子分離領域の水平方向の寸法の誤差は0.8〜
1.2μmとなり、従来に比較し、約0.4μm誤差を縮
小させることが可能となる。これにより、実用的
な素子分離領域の幅を1.6μm程度まで縮小するこ
とが可能となる。
尚、従来法でも出来上がり素子分離用絶縁膜厚
を薄くすることが許されるとして素子分離用絶縁
膜形成用の選択酸化膜厚を薄くしたり、シリコン
窒化膜厚を厚くしたりすることにより、出来上が
りの最小素子分離幅を小さくすることは可能であ
るが、このような条件に本発明を適用すれば、さ
らに素子分離幅を微細化できることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例に係わる半導
体装置の製造方法について、製造工程順に示した
断面図、第2図はこの発明の第2の実施例に係わ
る半導体装置の製造方法について製造工程順に示
した断面図である。 11……シリコン基板、12……表面保護膜、
13……シリコン窒化膜、14……反転防止層、
15……ポリシリコン膜、15′……シリコン酸
化膜、16……素子分離用絶縁膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板上に表面保護膜および耐酸化性膜
    を順次形成する工程と、前記耐酸化性膜の素子分
    離領域に対応する部分を選択的に除去して開口を
    形成する工程と、等方性エツチングにより前記開
    口内に露出した表面保護膜を前記半導体基板の表
    面に沿つて水平方向にエツチングし前記耐酸化性
    膜の下層に位置する前記表面保護膜の一部を除去
    して前記半導体基板と耐酸化性膜との間に〓間を
    形成する工程と、全面に酸化性膜を形成して先に
    表面保護膜の一部を除去して前記半導体基板と前
    記耐酸化性膜の間に形成した〓間の部分をこの酸
    化性膜で埋め込む工程と、この酸化性膜を酸化し
    て第1の酸化膜としさらに酸化を進め前記耐酸化
    性膜をマスクに前記半導体基板を選択的に酸化し
    て前記素子分離領域に対応する部分の半導体基板
    中に所定の深さまで達する厚い第2の酸化膜を形
    成する工程と、前記第1の酸化膜を除去する工程
    と、前記耐酸化性膜および素子領域に対応する部
    分の残存する前記第1の酸化膜と前記耐酸化性膜
    を除去する工程と、前記表面保護膜を除去して前
    記半導体基板表面を露出する工程と、この露出し
    た素子領域に対応する部分の半導体基板上に半導
    体素子を形成する工程とを具備することを特徴と
    する半導体装置の製造方法。 2 半導体基板上に表面保護膜および耐酸化性膜
    を順次形成する工程と、前記耐酸化性膜の素子分
    離領域に対応する部分を除去して開口を形成する
    工程と、等方性エツチングにより前記開口内に露
    出した表面保護膜を前記半導体基板の表面に沿つ
    て水平方向にエツチングし前記耐酸化性膜の下層
    に位置する前記表面保護膜の一部を除去して前記
    半導体基板と耐酸化性膜との間に〓間を形成する
    工程と、全面に酸化性膜を形成して先に表面保護
    膜の一部を除去して前記半導体基板と前記耐酸化
    性膜との間に形成した〓間の部分も前記酸化性膜
    で埋め込む工程と、異方性エツチングにより前記
    酸化性膜を前記半導体基板と前記耐酸化性膜との
    間に形成した〓間の部分のみ残して除去する工程
    と、前記耐酸化性膜をマスクに前記半導体基板を
    選択的に酸化して前記素子分離領域に対応する部
    分の半導体基板中に所定の深さまで達する厚い第
    1の酸化膜を形成する工程と、同時に前記〓間に
    残る酸化性膜を酸化して第2の酸化膜を形成する
    工程と、前記耐酸化性膜を除去する工程と、前記
    第2の酸化膜および前記表面保護膜を除去して前
    記半導体基板表面を露出する工程と、この露出し
    た素子領域に対応する部分の半導体基板上に半導
    体素子を形成する工程とを具備することを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
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