JPH06302687A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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- JPH06302687A JPH06302687A JP8863893A JP8863893A JPH06302687A JP H06302687 A JPH06302687 A JP H06302687A JP 8863893 A JP8863893 A JP 8863893A JP 8863893 A JP8863893 A JP 8863893A JP H06302687 A JPH06302687 A JP H06302687A
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Abstract
Description
【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
関する。更に詳しくは半導体基板上に形成された半導体
集積回路を構成する電界効果トランジスタ素子及び複数
の素子を電気的に分離する素子分離領域を有する半導体
装置の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a field effect transistor element forming a semiconductor integrated circuit formed on a semiconductor substrate and an element isolation region for electrically isolating a plurality of elements.
【0002】[0002]
【従来の技術】DRAM(Dynamic Random Access Memor
y), SRAM(Static Random AccessMemory) 等に代表
される超LSI(Large Scale Integrated circuit)は、
3年毎に4倍の割合で容量が増大しており、DRAMで
は現在256Kb,1Mbあるいは4Mbの容量を持つ
ものが主に生産されている。また今後の主流となる16
Mb及び64MbのDRAMに関し鋭意検討が進められ
ており、さらには256Mb,1Gbと大容量化が進む
のは確実である。限られたチップ面積内での、このよう
な集積度の向上は、集積回路を構成する各素子の微細化
によりもたらされたものである。例えば、現在1Mbの
DRAMに使用されているMOSトランジスタの最小寸
法はおよそ1μmであり、今後0.5μm、更に0.2
5μmと微細化する必要がある。同時に素子分離領域の
縮小も高集積化には不可欠であり、その分離幅も1μm
未満さらには0.5μm弱に狭める必要が生じてきた。2. Description of the Related Art DRAM (Dynamic Random Access Memor)
y), SRAM (Static Random Access Memory) and other VLSIs (Large Scale Integrated circuits)
The capacity is increasing four times every three years, and DRAMs currently having a capacity of 256 Kb, 1 Mb or 4 Mb are mainly produced. It will be the mainstream in the future 16
Mb and 64 Mb DRAMs are being studied intensively, and it is certain that the capacity will be further increased to 256 Mb and 1 Gb. Such an improvement in the degree of integration within a limited chip area is brought about by the miniaturization of each element constituting the integrated circuit. For example, the minimum size of a MOS transistor currently used in a 1 Mb DRAM is about 1 μm, and 0.5 μm and 0.2
It is necessary to reduce the size to 5 μm. At the same time, the reduction of the element isolation region is indispensable for high integration, and the isolation width is 1 μm.
It has become necessary to narrow the thickness to less than 0.5 μm.
【0003】一般に素子分離領域の形成には、選択酸化
法と呼ばれる手段が用いられており、例えば特開平第3
−268446号公報、特開平第4−22170号公報
等に記載されている。ここで図3及び図4は従来の選択
酸化法により素子分離領域を形成する半導体装置の製造
方法を示している。以下、図3及び図4に従って、半導
体装置の製造方法を説明する。Generally, a device called a selective oxidation method is used for forming the element isolation region.
No. 268446, Japanese Patent Laid-Open No. 4-22170, and the like. Here, FIGS. 3 and 4 show a method of manufacturing a semiconductor device in which an element isolation region is formed by a conventional selective oxidation method. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIGS.
【0004】まず、シリコン基板201の表面を薄く酸
化して10〜70nmのシリコン酸化膜202を形成し
た後、LPCVD(減圧気相成長法)により100〜2
00nmのシリコン窒化膜203を堆積する。次に、半
導体素子が構築される活性領域と素子分離領域を規定す
るレジストパターン204をフォトリソグラフィ工程に
より形成する。ここで、レジストパターン204の開口
部205が素子分離領域となる(図3(a))。First, the surface of the silicon substrate 201 is thinly oxidized to form a silicon oxide film 202 having a thickness of 10 to 70 nm, and then 100 to 2 is formed by LPCVD (Low Pressure Vapor Deposition).
A 00 nm silicon nitride film 203 is deposited. Next, a resist pattern 204 defining an active region where a semiconductor device is constructed and an element isolation region is formed by a photolithography process. Here, the opening 205 of the resist pattern 204 becomes an element isolation region (FIG. 3A).
【0005】次に、レジストパターン204をエッチン
グマスクとして、開口部205のシリコン窒化膜203
をRIE法によりエッチングする。この結果、後に活性
領域となる領域にのみシリコン窒化膜203が残され
る。ここで素子分離領域の反転電圧を高めるため、必要
に応じてシリコン基板201と同型の不純物をイオン注
入する(例えばボロンイオンをエネルギー150ke
V,注入量1×1013cm-2で注入する。)(図3
(b))。Next, using the resist pattern 204 as an etching mask, the silicon nitride film 203 in the opening 205 is formed.
Are etched by the RIE method. As a result, the silicon nitride film 203 is left only in a region which will be an active region later. Here, in order to increase the inversion voltage of the element isolation region, an impurity of the same type as that of the silicon substrate 201 is ion-implanted as needed (for example, boron ions having an energy of 150 ke).
V, and the injection amount is 1 × 10 13 cm -2 . ) (Fig. 3
(B)).
【0006】更に、レジストパターン204を除去した
後、シリコン基板201を1000〜1100℃で熱酸
化すれば、開口部205では酸素が供給され、シリコン
基板201の表面が酸化されて素子分離領域用シリコン
酸化膜206(300〜600nm)が形成される。一
方、活性領域はシリコン基板201表面を耐酸化膜であ
るシリコン窒化膜203が覆っているため、酸素が供給
されず、シリコン酸化膜の成長は起こらない。ただし、
開口部205の近傍では、薄いシリコン酸化膜202が
酸素の供給通路となり、シリコン基板201表面が酸化
される。この結果シリコン酸化膜206がシリコン窒化
膜203を押し上げる形で食い込んで成長する。このシ
リコン酸化膜206がシリコン窒化膜203の下に食い
込んだ領域207は一般にその形状よりバーズビークと
よばれる(図4(a))。Further, after removing the resist pattern 204, if the silicon substrate 201 is thermally oxidized at 1000 to 1100 ° C., oxygen is supplied to the openings 205, the surface of the silicon substrate 201 is oxidized, and silicon for element isolation regions is oxidized. An oxide film 206 (300 to 600 nm) is formed. On the other hand, since the surface of the silicon substrate 201 in the active region is covered with the silicon nitride film 203 which is an oxidation resistant film, oxygen is not supplied and the silicon oxide film does not grow. However,
In the vicinity of the opening 205, the thin silicon oxide film 202 serves as an oxygen supply passage, and the surface of the silicon substrate 201 is oxidized. As a result, the silicon oxide film 206 bites into the silicon nitride film 203 and grows. A region 207 in which the silicon oxide film 206 digs under the silicon nitride film 203 is generally called a bird's beak because of its shape (FIG. 4A).
【0007】次に、およそ150℃に加熱したリン酸溶
液を用いてシリコン窒化膜203を除去すれば、素子分
離領域に選択的に厚いシリコン酸化206が残される
(図4(b))。ここで、トランジスタのしきい値電圧
を調整するためシリコン基板201と同型の不純物であ
るボロンイオンを全面に20keVで注入する。このエ
ネルギーでは厚いシリコン酸化膜からなる素子分離領域
206をボロンイオンは通過せず、活性領域のシリコン
基板201の表面にのみ不純物添加される(図4
(c))。Next, the silicon nitride film 203 is removed by using a phosphoric acid solution heated to about 150 ° C., whereby thick silicon oxide 206 is selectively left in the element isolation region (FIG. 4B). Here, in order to adjust the threshold voltage of the transistor, boron ions, which are impurities of the same type as the silicon substrate 201, are implanted into the entire surface at 20 keV. With this energy, boron ions do not pass through the element isolation region 206 made of a thick silicon oxide film, and impurities are added only to the surface of the silicon substrate 201 in the active region (FIG. 4).
(C)).
【0008】ところで、図3(b)で記述したボロン注
入は、素子分離領域の反転電圧を高め、トランジスタの
チャンネル領域の拡大を抑える事を目的にしている。し
かし、その代わりにこの時点で素子分離領域206下部
にボロンイオンを注入しても同様の効果を得ることがで
きる(図4(d))。即ち、しきい値電圧を調整するボ
ロン注入とは別に、素子分離領域206を貫通してシリ
コン基板201の表面に到達する、より高いエネルギー
でボロンを注入してシリコン酸化膜206下部の不純物
濃度を高くする。この時、ボロンイオンは素子分離領域
のみでなく、活性領域にも注入される。ただしシリコン
基板201の内部にボロンの高濃度領域208が形成さ
れるのであって、活性領域でのシリコン基板201の表
面はほとんど影響を受けない。また図3(b)において
説明したボロン注入では、注入後素子分離領域206を
形成するため、1000℃以上の高温熱処理を受けるた
めボロンの再拡散が生じる。この結果、素子分離領域近
傍の活性領域の不純物濃度が増加して実効的チャネル幅
が狭まる、さらにはチャネル幅が狭いトランジスタでは
しきい値電圧が増加する、いわゆる狭チャネル効果など
の問題を有している。これに対し、図4(d)の分離酸
化膜越しの注入では、高温での熱処理がないため、これ
らの問題は解消され微細化に適した手法である。By the way, the boron implantation described in FIG. 3B is intended to increase the inversion voltage of the element isolation region and suppress the expansion of the channel region of the transistor. However, instead of this, the same effect can be obtained by implanting boron ions below the element isolation region 206 at this point (FIG. 4D). That is, in addition to boron implantation for adjusting the threshold voltage, boron is implanted with higher energy to reach the surface of the silicon substrate 201 by penetrating the element isolation region 206 to reduce the impurity concentration below the silicon oxide film 206. Make it higher At this time, boron ions are implanted not only in the element isolation region but also in the active region. However, since the high boron concentration region 208 is formed inside the silicon substrate 201, the surface of the silicon substrate 201 in the active region is hardly affected. In the boron implantation described with reference to FIG. 3B, since the element isolation region 206 is formed after the implantation, a high temperature heat treatment of 1000 ° C. or higher is performed, so that boron re-diffusion occurs. As a result, there is a problem such as a so-called narrow channel effect in which the impurity concentration in the active region near the element isolation region is increased and the effective channel width is narrowed, and further, the threshold voltage is increased in a transistor with a narrow channel width. ing. On the other hand, in the implantation through the isolation oxide film of FIG. 4D, since there is no heat treatment at a high temperature, these problems are solved and it is a method suitable for miniaturization.
【0009】次に、シリコン酸化膜202を希フッ酸溶
液で除去した後、通常の工程に従って、ゲート絶縁膜2
09、ゲート電極210、ソース及びドレイン領域たる
n+不純物拡散領域211、層間絶縁膜212、コンタ
クト配線213、金属配線214等の形成、加工を施せ
ば、従来の素子分離法により電気的に分離されたトラン
ジスタが形成できる(図4(e))。Next, after removing the silicon oxide film 202 with a dilute hydrofluoric acid solution, the gate insulating film 2 is subjected to a normal process.
09, the gate electrode 210, the n + impurity diffusion region 211 as the source and drain regions, the interlayer insulating film 212, the contact wiring 213, the metal wiring 214, etc. are formed and processed, and then electrically separated by the conventional element isolation method. Transistor can be formed (FIG. 4E).
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上記の様に、選択酸化
法は、非常に容易な工程で素子間分離領域を形成できる
ため、従来より半導体集積回路素子の分離技術として広
く用いられてきた。しかし、半導体集積回路の高集積化
に伴い、素子間分離領域のさらなる縮小が不可欠となる
が、上記選択酸化法は以下の問題を有しているため分離
領域の縮小化が困難となっている。As described above, the selective oxidation method has been widely used as a technique for separating semiconductor integrated circuit devices from the past because it can form the device isolation region in a very easy process. However, with the high integration of semiconductor integrated circuits, further reduction of the element isolation region is indispensable. However, the selective oxidation method has the following problems, which makes it difficult to reduce the isolation region. .
【0011】まず、第1に図4(a)で説明した、バー
ズビークと呼ばれる分離酸化膜の活性領域への食い込み
による分離領域の拡大のための微細化が妨げられる問題
がある。ただし、この問題に対する解決手段として下記
の提案が実際に実行されている。First, there is a problem that the miniaturization for enlarging the isolation region, which is called bird's beak, as described above with reference to FIG. 4A, is caused by the biting of the isolation oxide film into the active region. However, the following proposals are actually implemented as a solution to this problem.
【0012】例えば、耐酸化膜であるシリコン窒化膜下
に多結晶シリコン膜を配置して、バーズビークの食い込
みを抑えるポリシリコンパッド法(“ A 0.5μm Isola
tionTechnology Using Advanced Poly Silicon Pad LOC
OS(APPL) ”T.Nichihara et.al. IEDM88,100-103 )、
あるいは、パターニングしたシリコン窒化膜側面に第2
シリコン窒化膜を配して、バーズビークの拡大を防ぐオ
フセットロコス法(“A New Isolation Technology for
VLSI”K.Nojiri et.al. Extended Abstracts17th SSD
M.1985,337-340 )などがある。For example, a polysilicon pad method ("A 0.5 .mu.m Isola") is used to suppress a bird's beak from biting by arranging a polycrystalline silicon film under a silicon nitride film which is an oxidation resistant film.
tion Technology Using Advanced Poly Silicon Pad LOC
OS (APPL) "T. Nichihara et.al. IEDM88,100-103),
Alternatively, a second film may be formed on the side surface of the patterned silicon nitride film.
Offset Locos method (“A New Isolation Technology for
VLSI ”K.Nojiri et.al. Extended Abstracts17th SSD
M.1985, 337-340).
【0013】第2に分離領域の反転防止のため注入した
不純物の再拡散によりトランジスタのチャネルが狭ま
る、あるいはチャネル幅の狭いトランジスタのしきい値
電圧が増加する狭チャネル効果が微細化の障壁となる。
この問題に対して、従来の技術で述べたように、分離酸
化膜の形成後、比較的高いエネルギーで不純物注入を行
うことで不純物の再拡散を防止する事が可能となる。し
かるに、上記手法では以下に示す問題を有している。Second, the narrow channel effect in which the channel of the transistor is narrowed by the re-diffusion of the impurity implanted to prevent the inversion of the isolation region or the threshold voltage of the transistor having a narrow channel width is increased becomes a barrier to miniaturization. .
To address this problem, as described in the related art, it is possible to prevent re-diffusion of impurities by implanting impurities with relatively high energy after forming the isolation oxide film. However, the above method has the following problems.
【0014】分離酸化膜形成後、全面に比較的高いエネ
ルギーで不純物注入を行うため、シリコン基板表面は余
り影響を受けないが、活性領域部のシリコン基板内部の
不純物濃度が増加する。このため、基板のバイアス効果
によりシリコン基板の電位が変わったとき、トランジス
タのしきい値電圧が大きく変動する問題が生じる。また
基板内部の不純物濃度が増加することにより、トランジ
スタのソース、ドレイン領域たる拡散層でのn+ /p
(もしくはp+ /n)接合での接合容量の増加、接合耐
圧の低下が引き起こされる。接合容量の増加は回路動作
の高速化を妨げるものであり、接合耐圧の低下は半導体
素子の許容電圧範囲を狭め回路の信頼性を低下させるこ
とになる。After forming the isolation oxide film, impurities are implanted into the entire surface with relatively high energy, so that the surface of the silicon substrate is not affected so much, but the impurity concentration inside the silicon substrate in the active region increases. Therefore, when the potential of the silicon substrate changes due to the bias effect of the substrate, there arises a problem that the threshold voltage of the transistor largely changes. Further, since the impurity concentration inside the substrate is increased, n + / p in the diffusion layer that is the source and drain regions of the transistor is increased.
(Or p + / n) junction causes an increase in junction capacitance and a decrease in junction breakdown voltage. The increase in the junction capacitance hinders the speeding up of circuit operation, and the decrease in the junction breakdown voltage narrows the allowable voltage range of the semiconductor element and reduces the reliability of the circuit.
【0015】本発明の目的は、上記の問題点を解消し、
半導体集積回路素子の微細化に適した半導体装置の製造
方法を提供することにある。An object of the present invention is to solve the above problems,
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device suitable for miniaturization of a semiconductor integrated circuit element.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、シリコン基板上に半導体素子及び該半導体素子を電
気的に分離する素子分離領域を有する半導体装置の製造
方法であって、前記半導体素子が形成される領域に耐酸
化性層を選択的に形成し、前記耐酸化性層で覆われてい
ない領域の前記シリコン基板表面を酸化して素子分離領
域を形成し、該素子分離領域及び前記耐酸化性層を通過
してシリコン基板に到達する加速エネルギーで前記シリ
コン基板と同型の不純物イオンを注入し、その後前記耐
酸化性層を除去して素子分離領域を形成することを特徴
とする半導体装置の製造方法が提供される。Thus, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a semiconductor element and an element isolation region for electrically isolating the semiconductor element on a silicon substrate. An oxidation resistant layer is selectively formed in a region to be formed, the surface of the silicon substrate in a region not covered with the oxidation resistant layer is oxidized to form a device isolation region, and the device isolation region and the acid resistance are formed. A semiconductor device in which impurity ions of the same type as those of the silicon substrate are implanted with acceleration energy that passes through the chemical conversion layer and reaches the silicon substrate, and then the oxidation resistant layer is removed to form an element isolation region. A method of manufacturing the same is provided.
【0017】以下に本発明の半導体装置の製造方法を説
明する。まずシリコン基板上に耐酸化性層を積層する。
ここで、本発明に使用できるシリコン基板には、p型あ
るいはn型の導電型を有する基板が挙げられる。更に耐
酸化性層は、少なくとも1層の耐酸化性薄膜を含む膜で
あれば、複数の薄膜の積層構造からなってもよい。この
ような耐酸化性層として、例えばシリコン窒化膜が挙げ
られる。また、複数の膜を積層する場合その構成は、シ
リコン酸化膜、多結晶シリコン膜等の組合せからなる構
成の膜を使用することができる。この耐酸化性層の層厚
あるいは耐酸化性薄膜を含む複数の薄膜からなる場合に
はその全膜厚は、後に形成される素子分離領域と同等の
不純物イオンに対する阻止能を有するように形成される
ことが好ましい。例えば、シリコン基板を850〜10
00℃で熱酸化して、膜厚10〜50nmのシリコン酸
化膜を形成した後、耐酸化性層としてシリコン窒化層を
層厚150〜250nmでLPCVD(減圧気相成長
法)によって積層することができる。A method of manufacturing the semiconductor device of the present invention will be described below. First, an oxidation resistant layer is laminated on a silicon substrate.
Here, examples of the silicon substrate that can be used in the present invention include substrates having p-type or n-type conductivity. Further, the oxidation resistant layer may have a laminated structure of a plurality of thin films as long as it is a film including at least one oxidation resistant thin film. An example of such an oxidation resistant layer is a silicon nitride film. Further, when a plurality of films are laminated, the structure thereof may be a film composed of a combination of a silicon oxide film, a polycrystalline silicon film and the like. When the oxidation-resistant layer is composed of a plurality of thin films including the oxidation-resistant thin film or the oxidation-resistant thin film, the total thickness of the oxidation-resistant layer is formed so as to have the same ability to prevent impurity ions as the element isolation region to be formed later. Preferably. For example, a silicon substrate is 850 to 10
After thermal oxidation at 00 ° C. to form a silicon oxide film with a thickness of 10 to 50 nm, a silicon nitride layer as an oxidation resistant layer with a thickness of 150 to 250 nm may be laminated by LPCVD (Low Pressure Vapor Deposition). it can.
【0018】次に上記耐酸化性層上にフォトリソグラフ
ィ法によって、レジストパターンを形成する。レジスト
材料にはポジ及びネガ型のどちらでも使用することがで
きる。また前記レジストパターンは、後に形成される素
子分離領域上にその開口部を有していることが必要であ
る。Next, a resist pattern is formed on the oxidation resistant layer by photolithography. Both positive and negative resist materials can be used. Further, the resist pattern needs to have an opening on an element isolation region to be formed later.
【0019】次に上記レジストパターンをエッチングマ
スクとして、開口部のシリコン窒化膜を、RIE(反応
性イオンエッチング)、ECR(Electron Cyclotron R
esonance)エッチング等の方法で除去する。このように
して後に活性領域となる領域のみに耐酸化性層が残るこ
ととなる。Next, using the resist pattern as an etching mask, the silicon nitride film in the opening is subjected to RIE (reactive ion etching) and ECR (Electron Cyclotron R).
esonance) Etching is used to remove it. In this way, the oxidation resistant layer remains only in the region which will be the active region later.
【0020】レジストパターンを除去し、シリコン基板
を1000〜1100℃で熱酸化する。この熱酸化によ
って層厚300〜400nmの素子分離領域が形成され
る。ただし、シリコン酸化膜が酸素の供給流路となり、
開口部近傍のシリコン基板表面を耐酸化性層の端部を押
し上げるように酸化し、いわゆるバーズビークと呼ばれ
る構造が形成される。このバーズビークは素子の微細化
の妨げとなるが、これを防止するために従来技術の欄に
記載した改善方法等を使用することで防止することもで
きる。The resist pattern is removed, and the silicon substrate is thermally oxidized at 1000 to 1100 ° C. This thermal oxidation forms an element isolation region having a layer thickness of 300 to 400 nm. However, the silicon oxide film becomes the oxygen supply channel,
The surface of the silicon substrate in the vicinity of the opening is oxidized so as to push up the end of the oxidation resistant layer to form a so-called bird's beak structure. This bird's beak hinders the miniaturization of the device, but it can also be prevented by using the improvement method described in the section of the prior art to prevent this.
【0021】次に、シリコン基板と同型の導電型を有す
る不純物を注入する。本発明では不純物は、素子分離領
域及び耐酸化性層を突き抜けてシリコン基板の表面層に
注入される。この注入によって、チャネル領域の拡がり
の規定と同時に、しきい値電圧を調整する不純物注入を
行うことができる。注入する不純物には、N型トランジ
スタ形成領域には、P型不純物であるホウ素、P型トラ
ンジスタ形成領域には、N型不純物であるリン、砒素等
が挙げられる。例えば、ホウ素をイオン注入する場合、
60〜150KeVの加速エネルギーで、1×1012〜
1×1013cm -2の注入量が望まれ、またリンをイオン
注入する場合、150〜400KeVの加速エネルギー
で、1×1012〜1×1013cm-2の注入量が望まれ
る。Next, it has the same conductivity type as the silicon substrate.
Impurities are injected. In the present invention, impurities are element isolation regions.
Penetrates through the area and the oxidation resistant layer and becomes the surface layer of the silicon substrate.
Injected. This implantation expands the channel region
Immediately at the same time as
It can be carried out. Impurities to be implanted include N-type transistors.
In the star formation region, P-type impurities such as boron and P-type
In the transistor forming region, N-type impurities such as phosphorus and arsenic
Is mentioned. For example, when implanting boron,
1 × 10 at acceleration energy of 60 to 150 KeV12~
1 x 1013cm -2Injection dose is desired, and phosphorus ion
When injecting, acceleration energy of 150 to 400 KeV
So 1 x 1012~ 1 x 1013cm-2Injection amount is desired
It
【0022】次に耐酸化性層をおよそ150℃に加熱し
たリン酸の溶液を使用して除去し、所望の領域に素子分
離領域が形成される。この後、シリコン酸化膜を希フッ
酸で除去したあと、公知の方法によって、ゲート絶縁
膜、ソース・ドレイン領域、層間絶縁膜、コンタクト配
線、金属配線等を形成することによって半導体装置を得
ることができる。Next, the oxidation resistant layer is removed using a solution of phosphoric acid heated to about 150 ° C. to form an element isolation region in a desired region. After that, the silicon oxide film is removed with dilute hydrofluoric acid, and then a gate insulating film, a source / drain region, an interlayer insulating film, a contact wiring, a metal wiring, and the like are formed by a known method to obtain a semiconductor device. it can.
【0023】[0023]
【作用】本発明の方法によれば、素子分離領域に添加さ
れた不純物の再拡散が押さえられるため、チャネル幅の
狭いトランジスタでしきい値電圧が増加する狭チャネル
効果を抑制することができる。さらにチャネル部基板内
部の不純物濃度を必要以上に高める事もないため、トラ
ンジスタ基板バイアス効果が低減され、また接合容量の
増加、接合耐圧の低下を防止できる。According to the method of the present invention, since the re-diffusion of the impurities added to the element isolation region is suppressed, it is possible to suppress the narrow channel effect of increasing the threshold voltage in the transistor having a narrow channel width. Further, since the impurity concentration inside the channel substrate is not increased more than necessary, the transistor substrate bias effect is reduced, and the junction capacitance and junction breakdown voltage can be prevented from decreasing.
【0024】さらにはトランジスタのしきい値電圧を調
整する不純物注入とチャンネルストップを目的とした素
子分離領域への注入を同一の工程で行えるため、注入工
程及びレジストマスク形成工程が省略でき、工程数の削
減、コストの削減が図られる。Further, since the impurity implantation for adjusting the threshold voltage of the transistor and the implantation for the element isolation region for the purpose of channel stop can be performed in the same step, the implantation step and the resist mask forming step can be omitted, and the number of steps can be reduced. And cost reductions.
【0025】[0025]
【実施例】本発明による実施例を以下に図1(a)及び
図1(b)、図2(a)〜(d)に従って詳述する。ま
ず、p型シリコン基板101の表面を薄く酸化して30
nmのシリコン酸化膜102を形成した後、LPCVD
(減圧気相成長法)により200nmのシリコン窒化膜
103を堆積した。次に、半導体素子が形成される活性
領域と素子分離領域を決定するレジストパターン104
をフォトリソグラフィ工程により形成した。ここで、レ
ジストパターン104の開口部105が素子分離領域と
なる(図1(a))。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 (a), 1 (b) and 2 (a)-(d). First, the surface of the p-type silicon substrate 101 is thinly oxidized to 30
LPCVD after forming a silicon oxide film 102
A 200 nm silicon nitride film 103 was deposited by (reduced pressure vapor deposition method). Next, a resist pattern 104 that determines an active region where a semiconductor element is formed and an element isolation region.
Was formed by a photolithography process. Here, the opening 105 of the resist pattern 104 becomes an element isolation region (FIG. 1A).
【0026】次に、レジストパターン104をエッチン
グマスクとして、開口部105のシリコン窒化膜103
をRIE法によりエッチングした。この結果、後に活性
領域となる領域にのみシリコン窒化膜103が残される
(図1(b))。Next, using the resist pattern 104 as an etching mask, the silicon nitride film 103 in the opening 105 is formed.
Was etched by the RIE method. As a result, the silicon nitride film 103 is left only in a region which will be an active region later (FIG. 1B).
【0027】レジストパターン104を除去した後、シ
リコン基板101を1000℃〜1100℃で熱酸化し
た。開口部105では酸素が供給されるので、シリコン
基板101の表面が酸化され、シリコン酸化膜からなる
素子分離領域106が形成された。本実施例では素子分
離領域106の膜厚を350nmとした。一方、活性領
域はシリコン基板101表面を耐酸化膜であるシリコン
窒化膜103が覆っているため、酸素が供給されず、素
子分離領域の成長は起こらない。しかしながら、開口部
105の近傍では、薄いシリコン酸化膜102が酸素の
供給通路となり、シリコン窒化膜103の下のシリコン
基板101表面が酸化されることにより素子分離領域1
06がシリコン窒化膜103を押し上げる形で食い込ん
で成長した。この素子分離領域106がシリコン窒化膜
103の下に食い込んだ領域107は一般にその形状よ
りバーズビークとよばれる(図2(a))。After removing the resist pattern 104, the silicon substrate 101 was thermally oxidized at 1000 ° C. to 1100 ° C. Since oxygen was supplied to the opening 105, the surface of the silicon substrate 101 was oxidized and an element isolation region 106 made of a silicon oxide film was formed. In this embodiment, the film thickness of the element isolation region 106 is 350 nm. On the other hand, since the surface of the silicon substrate 101 in the active region is covered with the silicon nitride film 103 which is an oxidation resistant film, oxygen is not supplied and the element isolation region does not grow. However, in the vicinity of the opening 105, the thin silicon oxide film 102 serves as an oxygen supply passage, and the surface of the silicon substrate 101 under the silicon nitride film 103 is oxidized, so that the element isolation region 1 is formed.
06 bites in the form of pushing up the silicon nitride film 103 and grows. A region 107 in which the element isolation region 106 digs under the silicon nitride film 103 is generally called a bird's beak because of its shape (FIG. 2A).
【0028】次に、トランジスタチャネル領域の拡がり
を規定するチャネルストップ注入のためのボロン注入を
この段階で行った。本実施例ではエネルギー130Ke
v,注入量4×1012cm-2でボロンを注入した。この注
入条件では、ボロンイオンの飛程距離はシリコン酸化膜
中0.39μmであるため、本実施例で形成した素子分
離領域での膜厚350nmの素子分離領域106を突き
抜けてシリコン基板101表面に打ち込まれた。またシ
リコン窒化膜に対して0.30μmの飛程であるため、
活性領域においても200nmのシリコン窒化膜103
および30nmのシリコン酸化膜102を突き抜けてシ
リコン基板101の表面にボロンイオンが打ち込まれ、
不純物領域108が形成された。Next, boron implantation for channel stop implantation which defines the spread of the transistor channel region was performed at this stage. In this embodiment, energy 130 Ke
v, boron was injected at an injection amount of 4 × 10 12 cm -2 . Under this implantation condition, since the range of boron ions is 0.39 μm in the silicon oxide film, the element isolation region 106 having a film thickness of 350 nm in the element isolation region formed in this embodiment penetrates the surface of the silicon substrate 101. It was driven in. Also, since the range is 0.30 μm with respect to the silicon nitride film,
200 nm silicon nitride film 103 even in the active region
And boron ions are implanted into the surface of the silicon substrate 101 through the silicon oxide film 102 of 30 nm and
Impurity region 108 is formed.
【0029】この様に本方法を用いれば、トランジスタ
のしきい値電圧を調整する不純物イオン注入と、チャン
ネルストップ注入とを唯一度の注入工程により行う事が
可能であった(図2(b))。次に、およそ150℃に
加熱したリン酸溶液を用いてシリコン窒化膜103を除
去すれば、分離領域に選択的に厚い素子分離領域106
を残すことが可能であった(図2(c))。As described above, by using this method, it is possible to perform the impurity ion implantation for adjusting the threshold voltage of the transistor and the channel stop implantation in a single implantation step (FIG. 2 (b)). ). Next, the silicon nitride film 103 is removed using a phosphoric acid solution heated to about 150 ° C., so that the element isolation region 106 that is thicker than the isolation region is selectively formed.
Could be left (FIG. 2 (c)).
【0030】次に、シリコン酸化膜102を希フッ酸溶
液で除去した後、通常の工程に従って、ゲート絶縁膜1
09、ゲート電極110、ソース及びドレイン領域たる
n+拡散領域111、層間絶縁膜112、コンタクト配
線113、金属配線114等の形成、加工を施すことに
よって、本発明による素子分離領域および電界効果トラ
ンジスタを形成できた(図2(d))。Next, after removing the silicon oxide film 102 with a dilute hydrofluoric acid solution, the gate insulating film 1 is subjected to a normal process.
09, the gate electrode 110, the n + diffusion region 111 as the source and drain regions, the interlayer insulating film 112, the contact wiring 113, the metal wiring 114, etc. are formed and processed to form the element isolation region and the field effect transistor according to the present invention. It was able to be formed (FIG.2 (d)).
【0031】以上の工程により形成された電界効果トラ
ンジスタでは、トランジスタしきい値電圧を調整する不
純物イオン注入と、チャネルストップ注入とを同一のイ
オン注入工程により同時に行う事ができるため、集積回
路製造にかかる工程数の削減、コストの低減をもたらす
事ができた。In the field effect transistor formed by the above steps, the impurity ion implantation for adjusting the transistor threshold voltage and the channel stop implantation can be simultaneously performed in the same ion implantation step, so that it is possible to manufacture an integrated circuit. It was possible to reduce the number of steps and the cost.
【0032】さらに、チャネルストップ注入は分離領域
に形成されるシリコン酸化膜越しに行って、不純物を添
加しているため、不純物の再拡散を低減することができ
た。このためチャネル幅の狭いトランジスタにおいて
も、チャネル部不純物濃度が増加してしきい値電圧が増
加する狭チャネル効果が抑制され、チャネル幅0.4μ
mまでしきい値電圧が一定のトランジスタを得ることが
できた。また活性領域においても、シリコン窒化膜越し
に不純物注入を行うことにより、シリコン基板表面部の
み不純物濃度を増加させてしきい値電圧を設定する事が
できた。この結果、活性領域基板内部の不純物濃度が比
較的低濃度に押さえられるため、基板バイアス効果の低
減及び、接合容量の低減を図る事が可能となった。たと
えば、従来法で形成した接合では、単位面積当り8×1
0-4F/m2であった接合容量を5×10-4F/m2まで
低減する事ができた。この接合容量の低減により回路動
作の高速化をもたらすことができた。つまり回路を動作
させる場合、接合容量は寄生容量として働くからであ
る。Furthermore, since the channel stop implantation is performed through the silicon oxide film formed in the isolation region and the impurities are added, the re-diffusion of the impurities can be reduced. Therefore, even in a transistor having a narrow channel width, the narrow channel effect in which the impurity concentration in the channel portion is increased and the threshold voltage is increased is suppressed, and the channel width is 0.4 μm.
It was possible to obtain a transistor having a constant threshold voltage up to m. Also in the active region, by implanting impurities through the silicon nitride film, it was possible to increase the impurity concentration only in the surface portion of the silicon substrate and set the threshold voltage. As a result, the impurity concentration inside the active region substrate is suppressed to a relatively low concentration, so that it is possible to reduce the substrate bias effect and the junction capacitance. For example, in the case of joining formed by the conventional method, 8 × 1 per unit area
The junction capacitance, which was 0 -4 F / m 2 , could be reduced to 5 × 10 -4 F / m 2 . This reduction in the junction capacitance has made it possible to speed up the circuit operation. That is, when operating the circuit, the junction capacitance acts as a parasitic capacitance.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上より明らかな様に、本発明の半導体
装置の製造方法によれば、半導体回路素子の製造工程を
短縮しコストの低減を図れるのみでなく、狭チャネル効
果の抑制、基板バイアス効果の抑制、接合容量の低減に
より、半導体素子の微細化、信頼性の向上及び高速化を
もたらすことができる。As is apparent from the above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, not only the manufacturing process of semiconductor circuit elements can be shortened and the cost can be reduced, but also the narrow channel effect can be suppressed and the substrate bias can be reduced. By suppressing the effect and reducing the junction capacitance, the semiconductor element can be miniaturized, the reliability can be improved, and the speed can be increased.
【図1】本発明の実施例を説明する概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view illustrating an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例を説明する概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view illustrating an embodiment of the present invention.
【図3】従来例を説明する概略断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view illustrating a conventional example.
【図4】従来例を説明する概略断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view illustrating a conventional example.
101、201 シリコン基板 102、202 シリコン酸化膜 103、203 シリコン窒化膜 104、204 レジストパターン 105、205 レジストパターンの開口部 106、206 素子分離領域 107、207 バーズビーク 108、208 不純物領域 109、209 ゲート絶縁膜 110、210 ゲート電極 111、211 n+ 拡散領域 112、212 層間絶縁膜 113、213 コンタクト配線 114、214 金属配線101, 201 silicon substrate 102, 202 silicon oxide film 103, 203 silicon nitride film 104, 204 resist pattern 105, 205 opening of resist pattern 106, 206 element isolation region 107, 207 bird's beak 108, 208 impurity region 109, 209 gate insulation Films 110, 210 Gate electrodes 111, 211 n + diffusion regions 112, 212 Interlayer insulating films 113, 213 Contact wiring 114, 214 Metal wiring
Claims (3)
体素子を電気的に分離する素子分離領域を有する半導体
装置の製造方法であって、前記半導体素子が形成される
領域に耐酸化性層を選択的に形成し、前記耐酸化性層で
覆われていない領域の前記シリコン基板表面を酸化して
素子分離領域を形成し、該素子分離領域及び前記耐酸化
性層を通過してシリコン基板に到達する加速エネルギー
で前記シリコン基板と同型の不純物イオンを注入し、そ
の後前記耐酸化性層を除去して素子分離領域を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。1. A method of manufacturing a semiconductor device having a semiconductor element and an element isolation region for electrically isolating the semiconductor element on a silicon substrate, wherein an oxidation resistant layer is selected in a region where the semiconductor element is formed. Formed on the surface of the silicon substrate to oxidize the surface of the silicon substrate in a region not covered by the oxidation resistant layer to form a device isolation region, and then reach the silicon substrate through the device isolation region and the oxidation resistant layer. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that impurity ions of the same type as those of the silicon substrate are implanted with an accelerating energy to form an element isolation region by removing the oxidation resistant layer.
た耐酸化性層の層厚と、素子分離領域の膜厚が、注入さ
れる不純物イオンに対して同等の阻止能を有することか
らなる請求項1記載の半導体装置の製造方法。2. A layer thickness of an oxidation resistant layer formed in a region where a semiconductor element is formed, and a film thickness of an element isolation region have equivalent blocking ability to implanted impurity ions. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
性薄膜を含む複数の薄膜からなる請求項1記載の半導体
装置の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the oxidation resistant layer is composed of a plurality of thin films including at least one oxidation resistant thin film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8863893A JPH06302687A (en) | 1993-04-15 | 1993-04-15 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8863893A JPH06302687A (en) | 1993-04-15 | 1993-04-15 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06302687A true JPH06302687A (en) | 1994-10-28 |
Family
ID=13948368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8863893A Pending JPH06302687A (en) | 1993-04-15 | 1993-04-15 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH06302687A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1079416A (en) * | 1996-08-09 | 1998-03-24 | Samsung Electron Co Ltd | Placement stage for semiconductor wafer |
-
1993
- 1993-04-15 JP JP8863893A patent/JPH06302687A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH1079416A (en) * | 1996-08-09 | 1998-03-24 | Samsung Electron Co Ltd | Placement stage for semiconductor wafer |
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