JPH07283300A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH07283300A
JPH07283300A JP8736194A JP8736194A JPH07283300A JP H07283300 A JPH07283300 A JP H07283300A JP 8736194 A JP8736194 A JP 8736194A JP 8736194 A JP8736194 A JP 8736194A JP H07283300 A JPH07283300 A JP H07283300A
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JP
Japan
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film
silicon
element isolation
insulating film
semiconductor device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8736194A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuteru Iijima
光輝 飯島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
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Publication of JPH07283300A publication Critical patent/JPH07283300A/en
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Abstract

PURPOSE:To suppress local oxidation of an end part of an element isolation region by a field shield and to reduce the width of the element isolation region. CONSTITUTION:The width of a shield electrode 4 is reduced by side etching and a side-wall insolation film consisting of a silicon nitriding film 7 and a silicon oxidation film 8 is formed inside a recessed part formed thereby. The silicon nitriding film 7 coveres a silicon substrate 1 under the end part of a field shield element isolation structure, thus allowing suppression of local oxidation of the silicon substrate 1 of that part at the time of later gate oxidation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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、フィールドシールド素子分離構造に
よって素子分離を行う半導体装置及びその製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device having element isolation by a field shield element isolation structure and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体装置の高集積化の要望にお
いて、従来のLOCOS法による素子分離方式は、バー
ズビークやチャネルストッパー層からの不純物の横方向
拡散の問題により、サブミクロンレベルまで微細化され
た素子には適用が困難となってきている。そこで、LO
COS法に代わってフィールドシールド素子分離構造に
よる素子分離技術が注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the demand for higher integration of semiconductor devices, the conventional LOCOS element isolation method has been miniaturized to a submicron level due to problems such as bird's beak and lateral diffusion of impurities from a channel stopper layer. It is becoming difficult to apply it to other devices. So LO
In place of the COS method, element isolation technology using a field shield element isolation structure has been attracting attention.

【0003】このフィールドシールド素子分離構造によ
る素子分離技術は、シリコン基板の素子分離領域上に容
量結合用のシリコン酸化膜(以下、「シールドゲート酸
化膜」と称する。)を介してシールド電極を形成し、こ
のシールド電極の電位を例えばGND電位に固定するこ
とにより、シールド電極上を通過する例えばゲート配線
からの電位をカットオフして、寄生MOSトランジスタ
の導通を阻止するものである。
In the element isolation technique using this field shield element isolation structure, a shield electrode is formed on an element isolation region of a silicon substrate via a silicon oxide film for capacitive coupling (hereinafter referred to as "shield gate oxide film"). Then, by fixing the potential of the shield electrode to the GND potential, for example, the potential from the gate wiring passing over the shield electrode is cut off to prevent the conduction of the parasitic MOS transistor.

【0004】このため、フィールドシールド素子分離構
造による素子分離技術は、従来のLOCOS法のような
バーズビークやチャネルストッパー層からの不純物の横
方向拡散などの問題がなく、微細化に適したものとして
注目されている。
Therefore, the element isolation technique using the field shield element isolation structure has no problems such as bird's beak and lateral diffusion of impurities from the channel stopper layer unlike the conventional LOCOS method, and is noted as suitable for miniaturization. Has been done.

【0005】例えば、IEDM-88, pp246-249 "Fully plan
arized 0.5μm technorogies for 16Mb DRAM" におい
て、フィールドシールド素子分離構造による素子分離を
16MDRAMに適用して、良好な素子分離特性が得ら
れることが報告されている。
For example, IEDM-88, pp246-249 "Fully plan
It has been reported that, in the arized 0.5 μm technorogies for 16Mb DRAM ", the element isolation by the field shield element isolation structure is applied to the 16M DRAM to obtain good element isolation characteristics.

【0006】図3は、従来のフィールドシールド素子分
離構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a method of forming a conventional field shield element isolation structure in the order of steps.

【0007】まず、図3(a)に示すように、熱酸化法
によってシリコン基板21上にシールドゲート酸化膜2
2を50nm程度の膜厚に形成した後、イオン注入23
によって、ホウ素をシリコン基板21に1×1012/c
2 程度注入する。このホウ素のイオン注入22は、例
えば素子領域に形成されるMOSトランジスタと素子分
離領域に形成される寄生MOSトランジスタのしきい値
電圧をそれぞれ調整するためのものである。
First, as shown in FIG. 3A, a shield gate oxide film 2 is formed on a silicon substrate 21 by a thermal oxidation method.
2 is formed to a film thickness of about 50 nm, and then ion implantation 23
By means of adding boron to the silicon substrate 21 at 1 × 10 12 / c
Inject about m 2 . The boron ion implantation 22 is for adjusting the threshold voltages of the MOS transistor formed in the element region and the parasitic MOS transistor formed in the element isolation region, respectively.

【0008】次に、図3(b)に示すように、CVDな
どの方法によって、燐がドープされた多結晶シリコン膜
24を200nm程度の厚みに形成し、更に、シリコン
酸化膜25を300〜400nm程度の厚みに形成す
る。多結晶シリコン膜24は、後に素子分離を行うため
のシールド電極となる。
Next, as shown in FIG. 3 (b), a polycrystalline silicon film 24 doped with phosphorus is formed to a thickness of about 200 nm by a method such as CVD, and a silicon oxide film 25 of 300 to 300 nm is further formed. It is formed to a thickness of about 400 nm. The polycrystalline silicon film 24 will be a shield electrode for performing element isolation later.

【0009】次に、フォトレジスト26を全面に塗布し
た後、リソグラフィー技術によってパターニングし、フ
ォトレジスト26が素子分離領域のみを覆うようにす
る。
Next, a photoresist 26 is applied to the entire surface and then patterned by a lithography technique so that the photoresist 26 covers only the element isolation region.

【0010】次に、RIEなどの異方性エッチング法に
より、フォトレジスト26をマスクとしてシリコン酸化
膜25及び多結晶シリコン膜24をエッチングし、多結
晶シリコン膜24をシールド電極の形状に加工する。
Next, the silicon oxide film 25 and the polycrystalline silicon film 24 are etched by the anisotropic etching method such as RIE using the photoresist 26 as a mask to process the polycrystalline silicon film 24 into the shape of the shield electrode.

【0011】次に、図3(c)に示すように、CVDな
どによって全面にシリコン酸化膜を100〜300nm
程度の厚みに形成した後、そのシリコン酸化膜をRIE
などにより異方性エッチングして、多結晶シリコン膜2
4の両側にサイドウォールスペーサー27を形成する。
この時、図示の如く、素子領域の部分のシールドゲート
酸化膜22も除去される。
Next, as shown in FIG. 3C, a silicon oxide film having a thickness of 100 to 300 nm is formed on the entire surface by CVD or the like.
After forming the silicon oxide film to a certain thickness, RIE is performed on the silicon oxide film.
Anisotropic etching is performed by, for example, the polycrystalline silicon film 2
Sidewall spacers 27 are formed on both sides of No. 4.
At this time, as shown in the figure, the shield gate oxide film 22 in the element region is also removed.

【0012】次に、図3(d)に示すように、熱酸化に
よって、素子領域のシリコン基板21の表面部分にゲー
ト酸化膜29を形成する。この時、素子分離領域の端部
においてもシリコン基板21の酸化が起こるため、素子
分離領域の端部のサイドウォールスペーサー27の下方
に局部酸化膜28が形成される。
Next, as shown in FIG. 3D, a gate oxide film 29 is formed on the surface portion of the silicon substrate 21 in the element region by thermal oxidation. At this time, the silicon substrate 21 is also oxidized at the end of the element isolation region, so that a local oxide film 28 is formed below the sidewall spacer 27 at the end of the element isolation region.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】フィールドシールド素
子分離構造は、既述した如く、LOCOS法のようなバ
ーズビークを生じないという利点を本来持っているが、
実際には、上述の如く、フィールドシールド素子分離構
造によって素子分離領域を形成した後に熱酸化を行う
と、図3(d)に示すように、素子分離領域の端部に局
部酸化膜28が形成されるため、LOCOS法のバーズ
ビークの場合と同様、素子分離領域の幅が拡大してしま
うという問題があった。この結果、素子領域に形成され
るMOSトランジスタのゲート幅が縮小され、しきい値
電圧が上昇するという狭チャネル効果の問題があった。
また、素子分離領域の端部の局部酸化によって、シリコ
ン基板21に結晶欠陥が発生し、シールドゲート酸化膜
22の信頼性が低下するという問題もあった。
As described above, the field shield element isolation structure originally has the advantage that bird's beak does not occur unlike the LOCOS method.
Actually, as described above, when the element isolation region is formed by the field shield element isolation structure and then thermal oxidation is performed, a local oxide film 28 is formed at the end of the element isolation region as shown in FIG. 3D. Therefore, as in the case of bird's beak of the LOCOS method, there is a problem that the width of the element isolation region is expanded. As a result, there is a problem of the narrow channel effect that the gate width of the MOS transistor formed in the element region is reduced and the threshold voltage rises.
Further, there is a problem that the local oxidation of the end portion of the element isolation region causes a crystal defect in the silicon substrate 21 and reduces the reliability of the shield gate oxide film 22.

【0014】また、従来のフィールドシールド素子分離
構造においては、シールド電極である多結晶シリコン膜
24の側面を絶縁するために、図3に示したようなサイ
ドウォールスペーサー27を用いているが、このような
構造では、リソグラフィ技術の限界によって決まる多結
晶シリコン膜24の幅にサイドウォールスペーサー27
の幅を加えた全体の幅が素子分離領域の幅となり、素子
分離領域の幅がかなり拡大してしまうという問題があっ
た。この結果、素子の集積度を上げることができなかっ
た。
Further, in the conventional field shield element isolation structure, the side wall spacer 27 as shown in FIG. 3 is used to insulate the side surface of the polycrystalline silicon film 24 which is the shield electrode. In such a structure, the sidewall spacer 27 is formed in the width of the polycrystalline silicon film 24 determined by the limit of the lithography technique.
The width of the element isolation region becomes the total width including the width of the element isolation region, and the width of the element isolation region is considerably increased. As a result, the degree of integration of the device could not be increased.

【0015】そこで、本発明の目的は、フィールドシー
ルド素子分離構造による素子分離領域の端部での局部酸
化を抑制することができるとともに、素子分離領域の幅
を従来よりも縮小することが可能な半導体装置及びその
製造方法を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to suppress local oxidation at the end of the element isolation region due to the field shield element isolation structure and to reduce the width of the element isolation region as compared with the conventional case. A semiconductor device and a method for manufacturing the same are provided.

【0016】[0016]

【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、本発明では、半導体基板上にシールドゲート酸
化膜を介して形成されたシールド電極によって素子分離
を行う半導体装置において、上記シールド電極の上にキ
ャップ絶縁膜が相対的に上記シールド電極よりも大きく
形成され、上記キャップ絶縁膜と上記シールド電極と上
記シールドゲート酸化膜とにより囲まれた凹部内に耐酸
化膜を介して上記シールド電極の側壁絶縁膜が形成され
ている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a semiconductor device in which element isolation is performed by a shield electrode formed on a semiconductor substrate with a shield gate oxide film interposed therebetween. A cap insulating film is formed to be relatively larger than the shield electrode, and the shield electrode is formed in the recess surrounded by the cap insulating film, the shield electrode, and the shield gate oxide film via an oxidation resistant film. Side wall insulating film is formed.

【0017】本発明の一態様では、上記耐酸化膜がシリ
コン窒化膜である。
In one aspect of the present invention, the oxidation resistant film is a silicon nitride film.

【0018】本発明の一態様では、上記側壁絶縁膜がシ
リコン酸化膜である。
In one aspect of the present invention, the sidewall insulating film is a silicon oxide film.

【0019】本発明の一態様では、上記キャップ絶縁膜
がシリコン酸化膜である。
In one aspect of the present invention, the cap insulating film is a silicon oxide film.

【0020】本発明の一態様では、上記キャップ絶縁膜
がシリコン窒化膜である。
In one aspect of the present invention, the cap insulating film is a silicon nitride film.

【0021】本発明の一態様では、上記シールド電極が
多結晶シリコン膜である。
In one aspect of the present invention, the shield electrode is a polycrystalline silicon film.

【0022】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板上にシールドゲート酸化膜、多結晶シリコン膜、キ
ャップ絶縁膜を順次形成する工程と、素子分離領域に上
記キャップ絶縁膜のパターンが残るようにして上記キャ
ップ絶縁膜を選択的に除去する工程と、上記キャップ絶
縁膜の上記パターンの下に上記多結晶シリコン膜のパタ
ーンが残るように上記多結晶シリコン膜を異方性エッチ
ングする工程と、等方性エッチングにより、上記多結晶
シリコン膜の上記パターンをサイドエッチングする工程
と、サイドエッチングされた部分の上記多結晶シリコン
膜の表面を含む全面に耐酸化膜としてシリコン窒化膜を
形成する工程と、上記多結晶シリコン膜のサイドエッチ
ングされた部分を埋め込むようにして、全面にシリコン
酸化膜を形成する工程と、上記シリコン酸化膜、上記シ
リコン窒化膜及び上記シールドゲート酸化膜を異方性エ
ッチングして、上記多結晶シリコン膜の側部に側壁絶縁
膜を形成する工程とを有する。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of sequentially forming a shield gate oxide film, a polycrystalline silicon film, and a cap insulating film on a semiconductor substrate, and a pattern of the cap insulating film remaining in an element isolation region are left. And a step of selectively removing the cap insulating film, and a step of anisotropically etching the polycrystalline silicon film so that the pattern of the polycrystalline silicon film remains under the pattern of the cap insulating film, A step of side-etching the pattern of the polycrystalline silicon film by isotropic etching, and a step of forming a silicon nitride film as an oxidation resistant film over the entire surface including the surface of the side-etched portion of the polycrystalline silicon film. , A silicon oxide film is formed on the entire surface so that the side-etched portion of the polycrystalline silicon film is embedded. Has a degree, the silicon oxide film, the silicon nitride film and the shield gate oxide film is anisotropically etched, and forming a sidewall insulation film on a side of the polycrystalline silicon film.

【0023】本発明の一態様では、上記キャップ絶縁膜
として、シリコン酸化膜を形成する。
In one aspect of the present invention, a silicon oxide film is formed as the cap insulating film.

【0024】本発明の一態様では、上記キャップ絶縁膜
として、シリコン窒化膜を形成する。
In one aspect of the present invention, a silicon nitride film is formed as the cap insulating film.

【0025】[0025]

【作用】本発明においては、フィールドシールド素子分
離構造の端部のシールドゲート酸化膜をシリコン窒化膜
のような耐酸化膜で覆うことにより、その下の半導体基
板の酸化を抑制する。
In the present invention, the shield gate oxide film at the end of the field shield element isolation structure is covered with an oxidation resistant film such as a silicon nitride film to suppress the oxidation of the semiconductor substrate thereunder.

【0026】また、シールド電極をサイドエッチングし
てできた凹部内に側壁絶縁膜を埋め込む構造とすること
により、素子分離領域の幅の拡大を抑制する。
Further, the structure in which the side wall insulating film is embedded in the recess formed by side etching the shield electrode suppresses the expansion of the width of the element isolation region.

【0027】[0027]

【実施例】以下、本発明を実施例につき図1及び図2を
参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments with reference to FIGS.

【0028】図1は、本発明の一実施例によるフィール
ドシールド素子分離構造を有する半導体装置を示す概略
断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a semiconductor device having a field shield element isolation structure according to an embodiment of the present invention.

【0029】同図において、シリコン基板1の素子分離
領域には、シールドゲート酸化膜2を介して多結晶シリ
コン膜4が形成されており、この多結晶シリコン膜4を
GND等の所定の電位に固定することにより素子分離を
行う。多結晶シリコン膜4の上面はシリコン酸化膜5に
より覆われ、側面はシリコン窒化膜7を介してシリコン
酸化膜8により覆われて、ゲート配線10と導通しない
ようになっている。この時、多結晶シリコン膜4の幅
は、キャップ絶縁膜であるシリコン酸化膜5の幅よりも
細くなっており、シリコン酸化膜5、多結晶シリコン膜
4及びシールドゲート酸化膜2で囲まれた凹部内にシリ
コン窒化膜7を介して側壁絶縁膜であるシリコン酸化膜
8が形成されている。一方、この素子分離領域により囲
まれた素子領域には、熱酸化法により形成されたゲート
酸化膜9を介してMOSトランジスタのゲート電極10
が形成され、また、ソース/ドレインである不純物拡散
層11がシリコン基板1内に形成されている。不純物拡
散層11は、層間絶縁膜12に形成されたコンタクト孔
を通してメタル配線13に接続されている。
In the figure, a polycrystalline silicon film 4 is formed in the element isolation region of the silicon substrate 1 via a shield gate oxide film 2, and the polycrystalline silicon film 4 is set to a predetermined potential such as GND. The element is separated by fixing. The upper surface of the polycrystalline silicon film 4 is covered with the silicon oxide film 5, and the side surfaces thereof are covered with the silicon oxide film 8 via the silicon nitride film 7 so as not to be electrically connected to the gate wiring 10. At this time, the width of the polycrystalline silicon film 4 is smaller than the width of the silicon oxide film 5 which is the cap insulating film, and is surrounded by the silicon oxide film 5, the polycrystalline silicon film 4 and the shield gate oxide film 2. A silicon oxide film 8 serving as a sidewall insulating film is formed in the recess via a silicon nitride film 7. On the other hand, in the element region surrounded by the element isolation region, the gate electrode 10 of the MOS transistor is formed via the gate oxide film 9 formed by the thermal oxidation method.
And the impurity diffusion layer 11 serving as the source / drain is formed in the silicon substrate 1. The impurity diffusion layer 11 is connected to the metal wiring 13 through a contact hole formed in the interlayer insulating film 12.

【0030】次に、この実施例による半導体装置の製造
方法を図2を参照して説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIG.

【0031】まず、図2(a)に示すように、ホウ素を
含有した比抵抗が1〜12Ωcmのシリコン基板1の表
面に、熱酸化法によって、50〜100nmの厚みのシ
ールドゲート酸化膜2を形成する。そして、エネルギー
30〜50KeV、ドーズ量1×1012〜5×1012
cm2 程度の条件で、シリコン基板1にホウ素のイオン
注入3を行う。このホウ素のイオン注入3は、素子領域
に形成されるMOSトランジスタと素子分離領域に形成
される寄生MOSトランジスタのそれぞれのしきい値電
圧を調整するためのものである。
First, as shown in FIG. 2A, a shield gate oxide film 2 having a thickness of 50 to 100 nm is formed on the surface of a silicon substrate 1 containing boron and having a specific resistance of 1 to 12 Ωcm by a thermal oxidation method. Form. And energy 30 to 50 KeV, dose amount 1 × 10 12 to 5 × 10 12 /
Boron ion implantation 3 is performed on the silicon substrate 1 under the condition of about cm 2 . The boron ion implantation 3 is for adjusting the threshold voltage of each of the MOS transistor formed in the element region and the parasitic MOS transistor formed in the element isolation region.

【0032】次に、図2(b)に示すように、CVDや
プラズマCVDなどの方法によって、2×1020〜6×
1020/cm3 程度の濃度の燐がドープされた多結晶シ
リコン膜4を100〜200nm程度の厚みに形成し、
更に、シリコン酸化膜5を150〜300nm程度の厚
みに形成する。多結晶シリコン膜4は、後にシールド電
極となるものである。
Next, as shown in FIG. 2B, 2 × 10 20 to 6 × is formed by a method such as CVD or plasma CVD.
A polycrystalline silicon film 4 doped with phosphorus at a concentration of about 10 20 / cm 3 is formed to a thickness of about 100 to 200 nm,
Further, the silicon oxide film 5 is formed to a thickness of about 150 to 300 nm. The polycrystalline silicon film 4 will later become a shield electrode.

【0033】次に、フォトレジスト6を全面に塗布した
後、これをリソグラフィー技術によってパターニング
し、フォトレジスト6が素子分離領域のみを覆うように
する。この時のフォトレジスト6の幅wは0.2〜0.
8μm程度である。
Next, a photoresist 6 is applied to the entire surface and then patterned by a lithography technique so that the photoresist 6 covers only the element isolation region. At this time, the width w of the photoresist 6 is 0.2-0.
It is about 8 μm.

【0034】次に、図2(c)に示すように、RIE、
ECR(Electron Cyclotron Resonance) プラズマエッ
チング、低温エッチングなどの異方性エッチング法によ
り、フォトレジスト6をマスクにしてシリコン酸化膜5
をエッチングした後、フォトレジスト6をアッシングな
どの方法で除去する。
Next, as shown in FIG. 2C, RIE,
ECR (Electron Cyclotron Resonance) Silicon oxide film 5 using photoresist 6 as a mask by anisotropic etching such as plasma etching or low temperature etching.
After etching, the photoresist 6 is removed by a method such as ashing.

【0035】次に、シリコン酸化膜5をマスクとして多
結晶シリコン膜4を異方性エッチングする。この時、平
行平板型反応性イオンエッチング装置を用い、CF4
SF6 などのガスを使用して、ガス圧力によりエッチン
グの異方性を制御する。異方性を高める場合、ガス圧力
を1Torr以下として30〜90sec程度の時間行
う。
Next, the polycrystalline silicon film 4 is anisotropically etched using the silicon oxide film 5 as a mask. At this time, using a parallel plate type reactive ion etching device, CF 4 ,
A gas such as SF 6 is used to control the anisotropy of etching by the gas pressure. To increase the anisotropy, the gas pressure is set to 1 Torr or less and the anisotropy is performed for about 30 to 90 seconds.

【0036】次に、等方性エッチングによって多結晶シ
リコン膜4のサイドエッチングを行い、図示の如く、多
結晶シリコン膜4がシリコン酸化膜5よりも片側で0.
05〜0.1μm程度細くなるようにする。この等方性
エッチングは、本実施例では、やはり平行平板型反応性
イオンエッチング装置を用い、CF4 、SF6 などのガ
スを使用して、ガス圧力を1Torr以上とし、5〜2
0sec程度の時間行う。
Next, the polycrystalline silicon film 4 is side-etched by isotropic etching. As shown in the figure, the polycrystalline silicon film 4 has a thickness of 0.
The thickness is made to be about 05 to 0.1 μm. The isotropic etching, in this example, again using a parallel plate type reactive ion etching apparatus, using gases such as CF 4, SF 6, and the gas pressure and 1Torr or more, 5 to 2
The time is about 0 sec.

【0037】即ち、本実施例では、多結晶シリコン膜4
のエッチングに平行平板型反応性イオンエッチング装置
を用い、CF4 、SF6 などの反応ガスの圧力を制御す
ることによって異方性エッチングと等方性エッチングと
を連続的に行っている。そして、これにより、多結晶シ
リコン膜4を所定の形状に加工するための工程を簡略化
している。
That is, in this embodiment, the polycrystalline silicon film 4 is used.
The parallel plate type reactive ion etching apparatus is used for the etching of 1., and anisotropic etching and isotropic etching are continuously performed by controlling the pressure of the reaction gas such as CF 4 and SF 6 . Thus, the process for processing the polycrystalline silicon film 4 into a predetermined shape is simplified.

【0038】次に、図2(d)に示すように、CVDや
プラズマCVDなどによって、シリコン窒化膜7を20
〜50nm程度の厚みに形成した後、シリコン酸化膜8
を150〜200nm程度の厚みに形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (d), the silicon nitride film 7 is formed into 20 by CVD or plasma CVD.
After being formed to a thickness of about 50 nm, the silicon oxide film 8 is formed.
To a thickness of about 150 to 200 nm.

【0039】次に、図2(e)に示すように、RIE、
ECRプラズマエッチング、低温エッチングなどによっ
て、シリコン基板1の表面が露出するまでシリコン酸化
膜8及びシリコン窒化膜7を異方性エッチングし、側壁
絶縁膜を形成する。この時、シリコン窒化膜7は薄いの
で、側壁絶縁膜とシリコン基板とのエッチング選択比と
してはシリコン酸化膜とシリコン基板との比較的大きな
エッチング選択比を考慮すればよく、シリコン基板1に
与える損傷は比較的軽い。この時のエッチング条件とし
ては、CF4 /CHF3 /Arなどのガスを使用し、ガ
ス圧力を1Torrとして60〜120sec程度の時
間行う。
Next, as shown in FIG. 2 (e), RIE,
The silicon oxide film 8 and the silicon nitride film 7 are anisotropically etched by ECR plasma etching, low temperature etching or the like until the surface of the silicon substrate 1 is exposed to form a sidewall insulating film. At this time, since the silicon nitride film 7 is thin, a relatively large etching selection ratio between the silicon oxide film and the silicon substrate may be taken into consideration as the etching selection ratio between the sidewall insulating film and the silicon substrate. Is relatively light. As the etching conditions at this time, a gas such as CF 4 / CHF 3 / Ar is used, and the gas pressure is 1 Torr, and the etching time is about 60 to 120 sec.

【0040】本実施例においては、図2(e)に示すよ
うに、キャップ絶縁膜であるシリコン酸化膜5とシール
ド電極である多結晶シリコン膜4とシールドゲート酸化
膜2とで形成される凹部内に側壁絶縁膜を形成している
ので、サイドウォールスペーサーとしての側壁絶縁膜の
幅は非常に小さくてよい。即ち、素子分離領域の幅は、
リソグラフィで決めたシリコン酸化膜5の幅w≒0.2
〜0.8μmからそれ程大きくならない。また、シリコ
ン窒化膜7及びシリコン酸化膜8の膜厚を調整すること
で、シリコン酸化膜5と多結晶シリコン膜4とシールド
ゲート酸化膜2とで形成される凹部内にのみ側壁絶縁膜
を残すようにすることも可能で、その場合には、素子分
離領域の幅は、リソグラフィで決めるシリコン酸化膜5
の幅w≒0.2〜0.8μmと同等になる。
In this embodiment, as shown in FIG. 2E, a recess formed by the silicon oxide film 5 as the cap insulating film, the polycrystalline silicon film 4 as the shield electrode, and the shield gate oxide film 2 is formed. Since the sidewall insulating film is formed inside, the width of the sidewall insulating film as the sidewall spacer may be very small. That is, the width of the element isolation region is
Width w of silicon oxide film 5 determined by lithography ≈ 0.2
It does not increase so much from 0.8 μm. Further, by adjusting the film thicknesses of the silicon nitride film 7 and the silicon oxide film 8, the sidewall insulating film is left only in the recess formed by the silicon oxide film 5, the polycrystalline silicon film 4, and the shield gate oxide film 2. In this case, the width of the element isolation region is determined by lithography in the silicon oxide film 5.
The width w is approximately equal to 0.2 to 0.8 μm.

【0041】更に、多結晶シリコン膜4のキャップ絶縁
膜として、シリコン酸化膜5の代わりにシリコン窒化膜
を用いてもよく、その場合には、側壁絶縁膜のキャップ
絶縁膜に対するエッチング選択比を大きくとれるので、
側壁絶縁膜を異方性エッチングする時のキャップ絶縁膜
の膜減りを大幅に減少させることができる。また、その
あとの炉前洗浄工程による膜減りも減少させることがで
き、この結果、形成時のキャップ絶縁膜の膜厚ひいては
側壁絶縁膜の異方性エッチング後のキャップ絶縁膜の膜
厚を薄くすることができる。従って、素子分離構造の高
さを低減することができ、ゲート配線10等の段切れや
エッチング残りによるショート不良などを防止すること
ができる。
Further, as the cap insulating film of the polycrystalline silicon film 4, a silicon nitride film may be used instead of the silicon oxide film 5, and in this case, the etching selection ratio of the side wall insulating film to the cap insulating film is increased. Because it can be taken
It is possible to significantly reduce the film loss of the cap insulating film when the sidewall insulating film is anisotropically etched. Further, the film loss due to the subsequent pre-furnace cleaning step can also be reduced, and as a result, the film thickness of the cap insulating film at the time of formation and, consequently, the film thickness of the cap insulating film after anisotropic etching of the sidewall insulating film can be reduced. can do. Therefore, it is possible to reduce the height of the element isolation structure and prevent short-circuit defects due to step disconnection of the gate wiring 10 and the like and etching residue.

【0042】次に、温度800〜850℃で時間30〜
90分程度の熱酸化を行い、素子領域のシリコン基板1
の表面にゲート酸化膜9を10〜50nm程度の厚みに
形成する。この時、本実施例においては、素子分離構造
の端部下方のシリコン基板1がシリコン窒化膜7で覆わ
れる形となっているので、その部分で酸化が進行するこ
とが抑制され、肥大した局部酸化膜が形成されることが
防止される。
Next, the temperature is 800 to 850 ° C. and the time is 30 to
The silicon substrate 1 in the element region is subjected to thermal oxidation for about 90 minutes.
A gate oxide film 9 having a thickness of about 10 to 50 nm is formed on the surface of the. At this time, in this embodiment, since the silicon substrate 1 below the end portion of the element isolation structure is covered with the silicon nitride film 7, the oxidation is suppressed from progressing in that portion, and the enlarged local area is suppressed. Formation of an oxide film is prevented.

【0043】次に、CVD又はプラズマCVDによっ
て、2×1020〜6×1020/cm3程度の濃度の燐又
は砒素がドープされた多結晶シリコン膜を100〜40
0nmの厚みに形成する。そして、リソグラフィー技術
によってこの多結晶シリコン膜をパターニングし、ゲー
ト電極10を形成する。
Next, by CVD or plasma CVD, a polycrystalline silicon film doped with phosphorus or arsenic at a concentration of about 2 × 10 20 to 6 × 10 20 / cm 3 is added to 100 to 40.
It is formed to a thickness of 0 nm. Then, the polycrystalline silicon film is patterned by the lithography technique to form the gate electrode 10.

【0044】次に、イオン注入法によって燐又は砒素の
不純物を注入し、ゲート電極10と自己整合的に不純物
拡散層11を形成する。この不純物拡散層10の表面濃
度は例えば1×1019〜1×1021/cm3 とし、接合
深さは0.2〜0.3μm程度とする。
Next, an impurity of phosphorus or arsenic is implanted by the ion implantation method to form the impurity diffusion layer 11 in self-alignment with the gate electrode 10. The surface concentration of the impurity diffusion layer 10 is, for example, 1 × 10 19 to 1 × 10 21 / cm 3 , and the junction depth is approximately 0.2 to 0.3 μm.

【0045】次に、不純物拡散層11の熱処理を行った
後、層間絶縁膜12の形成、コンタクト孔の開孔、Al
−Si−Cuなどのメタル配線13の形成などを行っ
て、所望の半導体装置を形成する。
Next, after the impurity diffusion layer 11 is heat-treated, the interlayer insulating film 12 is formed, contact holes are formed, and Al is formed.
A desired semiconductor device is formed by forming a metal wiring 13 such as —Si—Cu.

【0046】以上の工程により、素子分離構造の端部で
の局部酸化がなく、且つ、フィールドシールド素子分離
構造の幅を従来よりも低減した半導体装置を製造するこ
とができる。
Through the above steps, it is possible to manufacture a semiconductor device in which there is no local oxidation at the ends of the element isolation structure and the width of the field shield element isolation structure is smaller than in the conventional case.

【0047】以上、本発明を実施例につき説明したが、
本発明は上述した実施例に限定されるものではない。例
えば、多結晶シリコン膜4はアモルファスシリコン又は
タングステンシリサイド若しくはポリサイドなどでもよ
く、タングステンなどの高融点金属でもよい。また、シ
リコン基板1は、SIMOX(separation by implanted
oxygen)基板などのSOI(Silicon On Insurator)基
板やGaAsなどの化合物半導体基板でもよい。
The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The invention is not limited to the embodiments described above. For example, the polycrystalline silicon film 4 may be amorphous silicon, tungsten silicide or polycide, or a refractory metal such as tungsten. The silicon substrate 1 is SIMOX (separation by implanted).
An SOI (Silicon On Insurator) substrate such as an oxygen substrate or a compound semiconductor substrate such as GaAs may be used.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明によれば、フィールドシールド素
子分離構造の端部での局部酸化を抑制することにより、
シールドゲート酸化膜の信頼性低下を防止できるので、
半導体装置の信頼性を向上させることができるととも
に、素子分離領域の拡大を抑制できるので、素子の集積
度を向上させることができる。
According to the present invention, by suppressing the local oxidation at the end of the field shield element isolation structure,
Since it is possible to prevent the reliability of the shield gate oxide film from decreasing,
Since the reliability of the semiconductor device can be improved and the expansion of the element isolation region can be suppressed, the degree of integration of elements can be improved.

【0049】また、フィールドシールド素子分離構造の
サイドウォールスペーサーによる素子分離領域の幅の拡
大を低減できるので、素子の集積度を更に向上させるこ
とができる。
Further, since the width of the element isolation region can be reduced by the side wall spacer of the field shield element isolation structure, the degree of integration of the elements can be further improved.

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

【図1】本発明の一実施例によるフィールドシールド素
子分離構造を有する半導体装置を示す概略断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device having a field shield element isolation structure according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例によるフィールドシールド素
子分離構造を有す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。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device having a field shield element isolation structure according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図3】従来のフィールドシールド素子分離構造の製造
方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a conventional field shield element isolation structure in order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 シールドゲート酸化膜 4 多結晶シリコン膜 5 シリコン窒化膜 6 フォトレジスト 7 シリコン窒化膜 8 シリコン酸化膜 9 ゲート酸化膜 10 ゲート電極(配線) 11 不純物拡散層 12 層間絶縁膜 13 メタル配線 1 Silicon substrate 2 Shield gate oxide film 4 Polycrystalline silicon film 5 Silicon nitride film 6 Photoresist 7 Silicon nitride film 8 Silicon oxide film 9 Gate oxide film 10 Gate electrode (wiring) 11 Impurity diffusion layer 12 Interlayer insulating film 13 Metal wiring

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上にシールドゲート酸化膜を
介して形成されたシールド電極によって素子分離を行う
半導体装置において、 上記シールド電極の上にキャップ絶縁膜が上記シールド
電極よりも相対的に大きく形成され、 上記キャップ絶縁膜と上記シールド電極と上記シールド
ゲート酸化膜とにより囲まれた凹部内に耐酸化膜を介し
て上記シールド電極の側壁絶縁膜が形成されていること
を特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device for element isolation by a shield electrode formed on a semiconductor substrate via a shield gate oxide film, wherein a cap insulating film is formed on the shield electrode so as to be relatively larger than the shield electrode. A sidewall insulating film of the shield electrode is formed in a recess surrounded by the cap insulating film, the shield electrode, and the shield gate oxide film via an oxidation resistant film.
【請求項2】 上記耐酸化膜がシリコン窒化膜であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the oxidation resistant film is a silicon nitride film.
【請求項3】 上記側壁絶縁膜がシリコン酸化膜である
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the sidewall insulating film is a silicon oxide film.
【請求項4】 上記キャップ絶縁膜がシリコン酸化膜で
あることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the cap insulating film is a silicon oxide film.
【請求項5】 上記キャップ絶縁膜がシリコン窒化膜で
あることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 3, wherein the cap insulating film is a silicon nitride film.
【請求項6】 上記シールド電極が多結晶シリコン膜で
あることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記
載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the shield electrode is a polycrystalline silicon film.
【請求項7】 半導体基板上にシールドゲート酸化膜、
多結晶シリコン膜、キャップ絶縁膜を順次形成する工程
と、 素子分離領域に上記キャップ絶縁膜のパターンが残るよ
うにして上記キャップ絶縁膜を選択的に除去する工程
と、 上記キャップ絶縁膜の上記パターンの下に上記多結晶シ
リコン膜のパターンが残るように上記多結晶シリコン膜
を異方性エッチングする工程と、 等方性エッチングにより、上記多結晶シリコン膜の上記
パターンをサイドエッチングする工程と、 サイドエッチングされた部分の上記多結晶シリコン膜の
表面を含む全面に耐酸化膜としてシリコン窒化膜を形成
する工程と、 上記多結晶シリコン膜のサイドエッチングされた部分を
埋め込むようにして、全面にシリコン酸化膜を形成する
工程と、 上記シリコン酸化膜、上記シリコン窒化膜及び上記シー
ルドゲート酸化膜を異方性エッチングして、上記多結晶
シリコン膜の側部に側壁絶縁膜を形成する工程とを有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A shield gate oxide film on a semiconductor substrate,
A step of sequentially forming a polycrystalline silicon film and a cap insulating film; a step of selectively removing the cap insulating film so that the pattern of the cap insulating film remains in the element isolation region; and the pattern of the cap insulating film. A step of anisotropically etching the polycrystalline silicon film so that the pattern of the polycrystalline silicon film remains underneath, and a step of side-etching the pattern of the polycrystalline silicon film by isotropic etching. A step of forming a silicon nitride film as an oxidation resistant film on the entire surface of the etched portion including the surface of the polycrystalline silicon film, and by filling the side-etched portion of the polycrystalline silicon film with silicon oxide on the entire surface. A step of forming a film, and forming the silicon oxide film, the silicon nitride film, and the shield gate oxide film. And anisotropic etching, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by a step of forming a sidewall insulation film on a side of the polycrystalline silicon film.
【請求項8】 上記キャップ絶縁膜として、シリコン酸
化膜を形成することを特徴とする請求項7に記載の半導
体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a silicon oxide film is formed as the cap insulating film.
【請求項9】 上記キャップ絶縁膜として、シリコン窒
化膜を形成することを特徴とする請求項7に記載の半導
体装置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a silicon nitride film is formed as the cap insulating film.
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