JPH06302779A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH06302779A
JPH06302779A JP5107678A JP10767893A JPH06302779A JP H06302779 A JPH06302779 A JP H06302779A JP 5107678 A JP5107678 A JP 5107678A JP 10767893 A JP10767893 A JP 10767893A JP H06302779 A JPH06302779 A JP H06302779A
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JP
Japan
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film
silicon dioxide
shield plate
semiconductor device
dioxide film
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JP5107678A
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English (en)
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Ichiro Murai
一郎 村井
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 素子分離構造を有する半導体装置をより信頼
性高く、より容易に製造する。 【構成】 半導体シリコン基板1上に、二酸化シリコン
膜と、窒化シリコン膜と、二酸化シリコン膜とを順次堆
積させ、ONO膜13を形成する。次に、このONO膜
13の上に、シールドプレート電極4、二酸化シリコン
膜5を順次形成し、シールドプレート電極4及び二酸化
シリコン膜5の側壁部に二酸化シリコン膜からなるサイ
ドウォール6を形成する。そして、ゲート電極8を二酸
化シリコン膜5及びONO膜13の上に形成する。これ
により、シールドプレート電極4の誘電体膜として用い
られるONO膜13は欠陥密度が低いため、信頼性が向
上するとともに、ONO膜13はシールドプレート電極
4及びゲート電極8の誘電体膜として共通に使用できる
ので、工程が削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に関し、特に、高集積化された微細寸法のデバイ
スにおける素子分離構造を有する半導体集積回路及びそ
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のフィールドシールド法と呼ばれる
素子分離方法は、"FULLY PLANARIZED0.5 μm TECHNOLOG
IES FOR 16M DRAM" (IEDM 88 pp246-249)にも記載され
ているように、シールドプレート電極で寄生MOSトラ
ンジスタの電位を有効にカットオフする方法であり、ア
クティブ間隔を縮小し、高集積化するのに適している。
【0003】この従来のフィールドシールド法の一例を
その製造手順に従って説明すると、まず、シリコン基板
上に、シールドゲートの誘電体膜として熱酸化によりシ
ールドゲート酸化膜を50nmの膜厚に成膜後、アクテ
ィブトランジスタのしきい値調整と寄生MOSトランジ
スタのしきい値調整のために、イオン注入法で1×10
12cm-2の条件でホウ素イオンをシリコン基板に不純物
導入する。然る後に、シールドプレート電極をその膜厚
が200nmになるようにリンがドープされたポリシリ
コン膜で形成する。この後に、ゲート酸化膜及びゲート
電極を形成し、層間絶縁膜を形成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のフィ
ールドシールド法では、上述したように、シールドゲー
トの誘電体膜として熱酸化による二酸化シリコン膜を用
いていたが、このシリコン基板上の熱酸化膜は欠陥密度
が高いために、半導体集積回路の歩留りが悪いという問
題があった。
【0005】一方、このシールドゲートの誘電体膜を厚
くすると、今度は、シールドゲート幅が狭くなった場合
に、そのフィールド領域を挟んで隣接するソース/ドレ
イン間のパンチスルーが起こりやすくなるという問題が
あった。
【0006】そこで、本発明の目的は、誘電体膜の欠陥
密度を低下させて薄膜化を可能にし、高歩留り、高信頼
性の半導体装置及びその製造方法を提供することであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の半導体装置は、シリコン基板の一主表
面に形成された少なくとも二酸化シリコン膜と窒化シリ
コン膜とが積層された誘電体膜と、この誘電体膜上に形
成されたシールドプレート電極と、このシールドプレー
ト電極上に形成された絶縁層と、この絶縁層及び前記誘
電体膜上に形成されたゲート電極とを有している。
【0008】なお、前記誘電体膜は、第1の二酸化シリ
コン膜と窒化シリコン膜と第2の二酸化シリコン膜とか
らなる三層膜であってよい。
【0009】本発明において好ましくは、前記誘電体膜
の膜厚は30nm以下である。
【0010】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
シリコン基板上に二酸化シリコン膜と、窒化シリコン膜
と、二酸化シリコン膜とを順次積層して三層膜を成膜す
る工程と、この三層膜を介してシリコン基板内に不純物
を選択的に導入する工程と、前記三層膜上にシールドプ
レート電極を形成する工程と、このシールドプレート電
極を二酸化シリコン膜からなる絶縁膜で覆う工程と、前
記三層膜上にゲート電極を形成する工程とを含んでい
る。
【0011】本発明において好ましくは、前記シールド
プレート電極を二酸化シリコン膜からなる絶縁膜で覆う
工程をCVD法で行う。
【0012】なお、前記シールドプレート電極を二酸化
シリコン膜からなる絶縁膜で覆う工程を熱酸化法で行っ
てもよい。
【0013】
【作用】本発明においては、二酸化シリコン膜と窒化シ
リコン膜と二酸化シリコン膜とからなる三層膜(ONO
膜)または二酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とからな
るON膜を誘電体膜として用いており、これらのONO
膜またはON膜は欠陥密度が二酸化シリコン膜のみから
なる誘電体膜より非常に低いため、例えば、リーク電流
によるシールドプレート接地電位の変動を防ぐことがで
き、信頼性の高い素子分離特性を得ることができる。
【0014】また、ONO膜またはON膜は薄膜化して
用いれば、電界を強く安定させることが可能になり、フ
ィールド領域の両側にある拡散層からの空乏層の伸びを
抑えることが可能になって、アクティブ間のソース/ド
レインのパンチスルー耐性が向上する。
【0015】更に、上記ONO膜またはON膜をゲート
絶縁膜としても用いることにより、製造工程の簡略化が
図れる。更に、この場合、ゲート絶縁膜の薄膜化が可能
であるので、ゲート電極の微細化にも対応できる。
【0016】
【実施例】以下、本発明を一実施例につき図面を参照し
て説明する。
【0017】まず、図2(a)に示すように、比抵抗1
〜12Ω・cmでホウ素を含有した半導体シリコン基板
1上に、熱酸化法により二酸化シリコン膜2を2〜20
nmの膜厚に成長させた後、この二酸化シリコン膜2上
にCVD法を用いて窒化シリコン膜11を、5〜20n
mの膜厚に堆積させ、然る後に、水蒸気雰囲気中で85
0〜950℃、30〜60分の熱処理を行い、上記窒化
シリコン膜11上に二酸化シリコン膜12を1〜10n
m程度の膜厚に形成する。以上の処理により、ONO膜
13を形成するが、その合計膜厚は10〜30nm程度
になればよい。
【0018】次に、ONO膜13の形成後に、アクティ
ブトランジスタのしきい値制御と、寄生MOSトランジ
スタのしきい値制御のために、ホウ素イオン3をエネル
ギー30〜100KeV、ドーズ量1×1011〜5×1
12cm-2の条件で不純物導入する。
【0019】次に、図2(b)に示すように、リンイオ
ンを2×1020〜6×1020cm-3程度含有したポリシ
リコン膜4をCVD法により100〜200nm程度の
膜厚に成膜した後、このポリシリコン膜4上に二酸化シ
リコン膜5をCVD法で50〜200nm程度の膜厚に
成膜する。
【0020】次に、図2(c)に示すように、微細加工
法を用いて上記ポリシリコン膜4がシールドプレート電
極の形状になるように、ポリシリコン膜4及び二酸化シ
リコン膜5を加工した後、再び全面に二酸化シリコン膜
6をCVD法で成膜する。
【0021】然る後に、図3(a)に示すように、異方
性エッチングにより二酸化シリコン膜6をエッチングし
て、サイドウォールを形成する。なお、このエッチング
時には、二酸化シリコン膜6と窒化シリコン膜11との
エッチング比を大きくして、窒化シリコン膜11を残す
必要がある。
【0022】然る後に、熱酸化法を用いて、水蒸気雰囲
気中で、850〜950℃、30〜60分で熱処理を行
い、再び窒化シリコン膜11上に二酸化シリコン膜12
を形成する。
【0023】次に、図3(b)に示すように、リン又は
ヒ素を2×1020〜6×1020cm-3程度含有し膜厚が
100〜400nmのポリシリコン薄膜をCVD法によ
り成膜し、このポリシリコン薄膜を微細加工法を用いて
加工してゲート電極8を形成する。
【0024】このゲート電極8の形成後に、イオン注入
法でヒ素又はリンの不純物9をイオン注入することによ
り自己選択的にソース/ドレイン拡散層10を形成す
る。このソース/ドレイン拡散層10は、表面濃度1×
1019〜1×1021cm-3のヒ素又はリンの不純物を含
有している。接合の深さは0.2〜0.3μm程度であ
る。
【0025】以後、図1に示すように、ソース/ドレイ
ン拡散層10のアニール、層間絶縁膜14の形成、コン
タクトホール15の開孔、金属配線16の形成などを行
い、デバイスとして動作させる。
【0026】本実施例では、ポリシリコン膜4からなる
シールドプレート電極を接地電位に固定すれば、ソース
/ドレイン拡散層10間のパンチスルー耐性を向上さ
せ、かつゲート電極8の寄生MOSトランジスタのしき
い値を向上させることが可能となる。
【0027】なお、上述した実施例においては、誘電体
膜としてONO膜13を用いているが、ON膜を用いて
もよい。このON膜を形成するには、熱酸化を行わず、
膜厚0.1〜0.2nm程度の自然酸化膜のみが存在す
る半導体シリコン基板1上に窒化シリコン膜をCVD法
で堆積させ、然る後に、二酸化シリコン膜12を形成し
たのと同様の熱処理を行い、上記窒化シリコン膜11上
に二酸化シリコン膜を形成すればよい。このON膜は合
計で10〜30nm程度の膜厚になればよい。
【0028】また、上述した実施例においては、シール
ドプレート電極であるポリシリコン薄膜4の上に二酸化
シリコン膜5、側壁部に二酸化シリコン膜6をCVD法
により形成してポリシリコン薄膜4を覆っているが、図
4(a)に示すように、ポリシリコン薄膜4をシールド
プレート電極の形状に形成した後、図4(b)に示すよ
うに、酸素雰囲気中で850〜950℃、30〜60分
で熱処理を行い、熱酸化法によりポリシリコン薄膜4を
覆う二酸化シリコン膜7を100〜200nmの膜厚に
成膜してもよい。この二酸化シリコン膜7は、ポリシリ
コン薄膜4上での膜厚が100〜200nmであれば、
ONO膜13上ではその1/10程度と薄くしか成膜さ
れない。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、シールドプレート電極
及びゲート電極の誘電体膜としてONO膜又はON膜を
用いているので、誘電体膜の欠陥密度を減少させること
ができ、従って、半導体装置の歩留りを向上させること
ができる。また、誘電体膜を薄膜化することができるの
で、フィールド領域を挟んだソース/ドレイン間のパン
チスルー耐性を向上させることができ、従って、信頼性
が高く、かつ、微細化、高集積化が可能な半導体装置を
得ることができる。更に、誘電体膜をシールドプレート
電極とゲート電極とで共用することができるので、製造
工程の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による半導体装置を示す概略
断面図である。
【図2】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
を工程順に示す概略断面図である。
【図3】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
を工程順に示す概略断面図である。
【図4】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
の別の例を工程順に示す概略断面図である。
【符号の説明】
1 半導体シリコン基板 2 二酸化シリコン膜 3 ホウ素イオン 4 ポリシリコン薄膜 5 二酸化シリコン膜 6 二酸化シリコン膜 7 二酸化シリコン膜 8 ゲート電極 11 窒化シリコン膜 12 二酸化シリコン膜 13 ONO膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板の一主表面に形成された少
    なくとも二酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とが積層さ
    れた誘電体膜と、この誘電体膜上に形成されたシールド
    プレート電極と、このシールドプレート電極上に形成さ
    れた絶縁層と、この絶縁層及び前記誘電体膜上に形成さ
    れたゲート電極とを有することを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 前記誘電体膜は、第1の二酸化シリコン
    膜と窒化シリコン膜と第2の二酸化シリコン膜とからな
    る三層膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置。
  3. 【請求項3】 前記誘電体膜の膜厚は30nm以下であ
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 シリコン基板上に第1の二酸化シリコン
    膜と、窒化シリコン膜と、第2の二酸化シリコン膜とか
    らなる三層膜を成膜する工程と、 この三層膜を介して前記シリコン基板内に不純物を選択
    的に導入する工程と、 前記三層膜上にシールドプレート電極を形成する工程
    と、 このシールドプレート電極を二酸化シリコン膜からなる
    絶縁膜で覆う工程と、 前記三層膜上に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。
  5. 【請求項5】 前記シールドプレート電極を二酸化シリ
    コン膜からなる絶縁膜で覆う工程をCVD法で行うこと
    を特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記シールドプレート電極を二酸化シリ
    コン膜からなる絶縁膜で覆う工程を熱酸化法で行うこと
    を特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20010925