JPH07105434B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JPH07105434B2
JPH07105434B2 JP60177166A JP17716685A JPH07105434B2 JP H07105434 B2 JPH07105434 B2 JP H07105434B2 JP 60177166 A JP60177166 A JP 60177166A JP 17716685 A JP17716685 A JP 17716685A JP H07105434 B2 JPH07105434 B2 JP H07105434B2
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Japan
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region
channel stop
implantation
element isolation
resist
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勇雄 村上
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松下電子工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体装置の製造方法、特に半導体集積回路
における素子領域間の分離に好適な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 semiconductor device manufacturing method, and more particularly to a manufacturing method suitable for separating element regions in a semiconductor integrated circuit.

従来の技術 MIS型半導体集積回路における素子領域間分離技術とし
て、従来、選択酸化法が多用されてきた。この方法はLO
COS(Local Oxidation of Silicon)法と呼ばれ、半導
体基板上に耐酸化材料、たとえば窒化シリコン膜のマス
クを形成し、この耐酸化材料で覆われていない部分に厚
い酸化シリコン膜を成長させ分離領域とするものであ
る。近年、上記LOCOS法を改良し、1ミクロン程度の微
細パターンにまで適応できる選択酸化技術が提案される
に至っている(たとえば、特公昭58-49027)。
2. Description of the Related Art Conventionally, a selective oxidation method has been widely used as a technique for separating element regions in a MIS type semiconductor integrated circuit. This method is LO
This is called the COS (Local Oxidation of Silicon) method, in which a mask of an oxidation resistant material such as a silicon nitride film is formed on a semiconductor substrate, and a thick silicon oxide film is grown on a portion not covered with the oxidation resistant material to form an isolation region. It is what In recent years, there has been proposed a selective oxidation technique which is an improvement of the LOCOS method and is applicable to a fine pattern of about 1 micron (for example, Japanese Patent Publication No. 58-49027).

上記選択酸化法では、寄生トランジスタの閾値電圧を高
くするために、厚い酸化シリコン膜の下に、チャネルス
トップ領域を設けている。
In the above selective oxidation method, a channel stop region is provided under the thick silicon oxide film in order to increase the threshold voltage of the parasitic transistor.

発明が解決しようとする問題点 チャネルストップ領域形成用の不純物は、耐酸化材料の
パターニング後に、イオン注入法により、予め、基板面
に導入される。このため、分離用酸化シリコン膜成長時
の増速作用や熱の作用によって、素子領域にまでチャネ
ルストップ用不純物が拡散してしまう。この現象が原因
となって、狭チャネル効果が生じ、ゲート幅が実寸法よ
り短くなってしまう。さらに、1ミクロン程度の分離幅
の場合、従来の注入量(約1×1013cm-2)では、素子領
域間の耐圧が5V以下となってしまい良好な分離特性が得
られない。従って、注入量を増加させねばならないが、
濃度が高くなると、拡散長くなり狭チャネル効果が顕著
に現われてくる。以上の様に、チャネルストップ領域の
形成が、微細化の大きな障害となっている。
Problems to be Solved by the Invention Impurities for forming a channel stop region are previously introduced into a substrate surface by an ion implantation method after patterning an oxidation resistant material. For this reason, the channel stop impurity diffuses into the element region due to the acceleration effect and heat effect during the growth of the isolation silicon oxide film. Due to this phenomenon, a narrow channel effect occurs and the gate width becomes shorter than the actual size. Further, in the case of a separation width of about 1 micron, with the conventional implantation amount (about 1 × 10 13 cm -2 ), the breakdown voltage between the element regions becomes 5 V or less, and good separation characteristics cannot be obtained. Therefore, the injection volume must be increased,
As the concentration increases, the diffusion becomes longer and the narrow channel effect becomes noticeable. As described above, the formation of the channel stop region is a major obstacle to miniaturization.

問題点を解決するための手段 上記問題を解決するために、本発明では、第1の注入工
程と第2の注入工程とにより、チャネルストップ用の拡
散領域に濃度差ならびに深度差を設けた。まず、第1の
注入工程により分離領域全体に第1のチャネルストップ
用不純物を注入する。次いで、分離領域端部の所定域
を、注入のマスクとなり得る材料で覆った後に、第2の
注入工程により、分離領域端部の所定域以外の領域、す
なわち、分離領域の中心位置に第2のチャネルストップ
用不純物を注入する。第1のチャネルストップ領域は、
分離用酸化シリコン膜下における反転層の形成を防止す
るもので、第2のチャネルストップ領域は、ソース及び
ドレインの空乏層領域が、分離用酸化シリコン膜とシリ
コン基板との界面より下方の深い位置でぶつかり合うこ
とによるパンチスルー現象を防止するものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, in the present invention, a concentration difference and a depth difference are provided in the diffusion region for channel stop by the first implantation step and the second implantation step. First, a first channel stop impurity is implanted into the entire isolation region by the first implantation step. Then, after covering a predetermined region at the end of the separation region with a material that can serve as a mask for implantation, a second implantation process is performed to form a second region at a region other than the predetermined region at the end of the isolation region, that is, at the center position of the separation region. Impurities for channel stop are implanted. The first channel stop region is
In order to prevent the formation of the inversion layer under the isolation silicon oxide film, the depletion layer regions of the source and drain of the second channel stop region are located at deep positions below the interface between the isolation silicon oxide film and the silicon substrate. This prevents the punch-through phenomenon caused by the collision of the two.

また、本発明では、第2の注入量を第1の注入量よりも
多くすることにより、また、第2の注入の加速電圧を第
1の注入の加速電圧よりも大きくすることにより、一層
効果を増すことになる。
Further, in the present invention, the second implantation amount is made larger than the first implantation amount, and the acceleration voltage of the second implantation is made larger than the acceleration voltage of the first implantation. Will increase.

選択酸化法の利点のひとつとして、チャネルストップ用
不純物を自己整合的に注入できることが挙げられる。本
発明では、第1の注入工程は、従来通りレジストを注入
のマスクとし、自己整合的である。第2の注入工程に関
しても、第1の注入のマスクでもあるレジストを、180
℃〜210℃の温度で30分程度熱処理し、軟化伸延させて
分離領域端部の所定域を覆う形状になして、これを第2
の注入のマスクとして用いる方法によれば、容易に自己
整合的となる。
One of the advantages of the selective oxidation method is that the channel stop impurities can be injected in a self-aligned manner. In the present invention, the first implantation step is self-aligned, using the resist as a mask for implantation as in the conventional case. Also for the second implantation step, the resist that is also the mask for the first implantation is
Heat treatment at a temperature of ℃ ~ 210 ℃ for about 30 minutes, soften and extend to form a shape that covers a predetermined area of the end of the separation area.
According to the method used as a mask for the implantation of Si, it becomes easily self-aligning.

作用 本発明によれば、第1の注入により形成した第1のチャ
ネルストップ層により、界面での反転層の形成を防止
し、第2の注入により形成した第2のチャネルストップ
層により界面より下でのパンチスルーを防止することが
できることとなる。第1の注入量は比較的薄くてよいた
め、チャネルストップ領域の横方向拡散による狭チャネ
ル効果を現象させることが可能となる。従って、たとえ
ば、1ミクロン以下の素子分離幅であっても、選択酸化
法による分離が可能となる。さらに、第1および第2の
注入を自己整合的に施すことが可能なため、フォトリソ
グラフィーによる制限を受けず、微細パターンにも充分
適応できるものである。
Effect According to the present invention, the first channel stop layer formed by the first implantation prevents the formation of the inversion layer at the interface, and the second channel stop layer formed by the second implantation causes the formation of the lower layer below the interface. It is possible to prevent punch-through in. Since the first implantation amount may be relatively thin, it is possible to cause the narrow channel effect due to the lateral diffusion of the channel stop region. Therefore, for example, even if the element isolation width is 1 micron or less, isolation by the selective oxidation method is possible. Furthermore, since the first and second implants can be performed in a self-aligned manner, they are not limited by photolithography and can be sufficiently applied to a fine pattern.

実施例 第1図は本発明の実施例の製造方法により形成された典
型的な半導体装置の断面図である。この半導体装置は、
シリコン基板1の所定領域に、LOCOS法によって、二酸
化シリコン膜2を形成すると共に、同二酸化シリコン膜
2の直下に、浅く、かつ、低濃度の第1のチャネルスト
ップ層3と、中心位置付近にあって、深く、かつ、高濃
度の第2のチャネルストップ層4とを設けたものであ
る。第1および第2の各チャネルストップ層3,4は、い
ずれも、LOCOS法によって形成される二酸化シリコン膜
2の工程前に、予め、イオン注入法によって、適量の不
純物イオンを注入しておき、これをLOCOS法実施の過程
で拡散させることによって形成される。
Embodiment FIG. 1 is a sectional view of a typical semiconductor device formed by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. This semiconductor device
A silicon dioxide film 2 is formed in a predetermined region of the silicon substrate 1 by the LOCOS method, and a shallow and low-concentration first channel stop layer 3 is formed immediately below the silicon dioxide film 2 and near the center position. Therefore, the second channel stop layer 4 having a deep and high concentration is provided. In each of the first and second channel stop layers 3 and 4, before the step of forming the silicon dioxide film 2 formed by the LOCOS method, an appropriate amount of impurity ions are implanted by the ion implantation method in advance, It is formed by diffusing this in the process of implementing the LOCOS method.

第2図(a)〜(i)は、本発明をLOCOS法に適用した
場合のプロセス断面図である。以下、第2図に従って、
本発明の一実施例を示す。
FIGS. 2A to 2I are process sectional views when the present invention is applied to the LOCOS method. Below, according to FIG.
1 shows an embodiment of the present invention.

P型シリコン基板5に、応力緩和用の酸化シリコン膜6
を500Å程度成長させ、この上に耐酸化材料である窒化
シリコン膜7を2000Å程度形成した後、厚さ1.4μm程
度のレジスト8を塗布し、既知のフォトエッチング技術
を用いて分離形成領域の窒化シリコン膜7を除去したも
のが第2図(a)である。次いで、第2図(b)のよう
に、レジスト8をマスクとしてボロンイオン9を40KeV,
5×1012atom/cm2の条件で注入して、第2図(c)に示
すように、第1の注入層10を形成する。
A silicon oxide film 6 for stress relaxation is formed on the P-type silicon substrate 5.
Of about 500 Å, and a silicon nitride film 7 as an oxidation resistant material is formed on this for about 2000 Å. Then, a resist 8 having a thickness of about 1.4 μm is applied, and nitridation of the isolation formation region is performed using a known photoetching technique. The silicon film 7 is removed as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 2B, the resist 8 is used as a mask and boron ions 9 are added at 40 KeV,
Implantation is performed under the condition of 5 × 10 12 atom / cm 2 to form the first implantation layer 10 as shown in FIG. 2 (c).

ここで、200℃,30分の熱処理を加え、第2図(d)のよ
うに、分離形成領域にまでレジスト8を軟化伸延させ
る。本実施例では、レジスト8の横方向への伸びは、片
側で0.25μmであるが、熱処理条件を適宜選定すること
により、横方向への伸びの長さを制御できる。次いで、
再びレジスト8をマスクとして、第2図(e)のよう
に、ボロンイオン11を、60KeV,1.5×1013atom/cm2の条
件で注入して、第2図(f)に示すように、第2の注入
層12を形成する。次いで、第2図(g)のように、レジ
スト8を除去し、900℃,30分,窒素雰囲気中で第1の注
入層10と第2の注入層12をアニール処理した後に、第2
図(h)のように、1000℃,150分,ウェット酸化によ
り、分離用酸化シリコン膜13と、第1のチャネルストッ
プ領域14および第2のチャネルストップ層15を形成す
る。そして、窒化シリコン膜7と応力緩和用酸化シリコ
ン膜6を除去して、第2図(i)に示すように二酸化シ
リコン膜13を残置させて分離工程を終了する。以下、通
常のMOSプロセスにより、分離用酸化シリコン膜13によ
って囲まれたシリコン基板領域に所望の能動素子を形成
した。
At this time, heat treatment is performed at 200 ° C. for 30 minutes to soften and extend the resist 8 to the separation formation region as shown in FIG. In this embodiment, the lateral extension of the resist 8 is 0.25 μm on one side, but the lateral extension length can be controlled by appropriately selecting the heat treatment conditions. Then
Again using the resist 8 as a mask, boron ions 11 are implanted under the conditions of 60 KeV, 1.5 × 10 13 atom / cm 2 as shown in FIG. 2 (e), and as shown in FIG. 2 (f), The second injection layer 12 is formed. Then, as shown in FIG. 2G, the resist 8 is removed, the first implantation layer 10 and the second implantation layer 12 are annealed in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 30 minutes, and then the second implantation is performed.
As shown in FIG. 6H, the isolation silicon oxide film 13, the first channel stop region 14 and the second channel stop layer 15 are formed by wet oxidation at 1000 ° C. for 150 minutes. Then, the silicon nitride film 7 and the stress relaxation silicon oxide film 6 are removed, and the silicon dioxide film 13 is left as shown in FIG. Hereinafter, a desired active element was formed in a silicon substrate region surrounded by the isolation silicon oxide film 13 by a normal MOS process.

なお上記実施例では、第2の注入のマスクとしてレジス
トを用いたが、注入のマスクとなり得る材料(例えば、
酸化シリコン膜、窒化シリコン膜など)をパターニング
によって形成した場合でも、第1図に示すような分離が
可能であることは明白である。
Although the resist is used as the mask for the second implantation in the above embodiment, a material that can be used as a mask for the implantation (for example,
Even when a silicon oxide film, a silicon nitride film, etc.) is formed by patterning, it is obvious that the separation as shown in FIG. 1 can be performed.

発明の効果 本発明により得られた分離領域は、分離幅1.0ミクロン
においても、素子領域間の耐圧が15V以上となり、また
寄生閾値電圧も16V以上となった。さらに、接合耐圧も1
5V以上であり、選択酸化法が微細パターンにも適用可能
となった。
Effect of the Invention In the isolation region obtained by the present invention, the breakdown voltage between the element regions was 15 V or more and the parasitic threshold voltage was 16 V or more even in the isolation width of 1.0 micron. Furthermore, the junction breakdown voltage is 1
Since it is 5V or more, the selective oxidation method can be applied to fine patterns.

なお本実施例の説明では、LOCOS法に適用した場合につ
いて述べたが、全ての選択酸化型の素子分離技術に適用
できることはもちろんである。
In the description of the present embodiment, the case of applying the LOCOS method has been described, but it goes without saying that the present invention can be applied to all selective oxidation type element isolation techniques.

以上述べた様に、本発明は、半導体集積回路の微細化,
高性能化に大きく寄与するものである。
As described above, the present invention is directed to miniaturization of semiconductor integrated circuits,
This greatly contributes to higher performance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の製造方法により形成された半導体装置
の断面図、第2図(a)〜(i)は本発明の一実施例に
よる半導体装置の製造方法を説明するためのプロセス断
面図である。 1,5……シリコン基板、2,6,13……二酸化シリコン膜、
3,14……第1のチャネルストップ層(領域)、4,15……
第2のチャネルストップ層、7……窒化シリコン膜、8
……フォトレジスト、9,11……ボロンイオン、10……第
1の注入層、12……第2の注入層。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device formed by the manufacturing method of the present invention, and FIGS. 2A to 2I are process sectional views for explaining a manufacturing method of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Is. 1,5 …… Silicon substrate, 2,6,13 …… Silicon dioxide film,
3,14 …… First channel stop layer (region), 4,15 ……
Second channel stop layer, 7 ... Silicon nitride film, 8
...... Photoresist, 9,11 ・ ・ ・ Boron ion, 10 ・ ・ ・ First injection layer, 12 ・ ・ ・ Second injection layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板面に、選択酸化法により素子分
離領域を形成する工程において、素子分離形成領域の前
記半導体基板中に第1のチャンネルストップ用不純物注
入を施す工程と、その後熱処理を施して、前記素子分離
領域の周辺のレジストを前記素子分離領域まで軟化伸延
させる工程と、前記軟化伸延したレジストをマスクにし
て、第2のチャンネルストップ用不純物を注入する工程
と、前記レジストを除去する工程と、前記素子分離領域
を酸化して分離用酸化膜を形成し、前記素子分離用酸化
膜の下に第1及び第2のチャンネルストップ領域を形成
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A step of forming an element isolation region on a semiconductor substrate surface by a selective oxidation method, a step of implanting a first channel stop impurity into the semiconductor substrate in the element isolation formation region, and a heat treatment thereafter. Then, a step of softening and extending the resist around the element isolation region to the element isolation region, a step of implanting a second channel stop impurity using the softened and extended resist as a mask, and removing the resist And a step of oxidizing the element isolation region to form an isolation oxide film, and forming first and second channel stop regions under the element isolation oxide film. .
JP60177166A 1985-08-12 1985-08-12 Method for manufacturing semiconductor device Expired - Lifetime JPH07105434B2 (en)

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