JPH08102487A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH08102487A
JPH08102487A JP23653894A JP23653894A JPH08102487A JP H08102487 A JPH08102487 A JP H08102487A JP 23653894 A JP23653894 A JP 23653894A JP 23653894 A JP23653894 A JP 23653894A JP H08102487 A JPH08102487 A JP H08102487A
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真 井内
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体装置において選択酸化による素子分離領
域の形成において、バーズビークを抑制する。 【構成】マスク窒化シリコン膜4を選択的に除去したの
ちに、シリコン・イオンをその平均飛程がフィールド酸
化時に消費されるシリコン量よりも深くなるように注入
した後にフィールド酸化を行う。イオン注入による2次
欠陥の成長による漏れ電流の発生が抑えられ、かつシリ
コン空孔による増速酸化の効果でバーズビークを抑える
ことができる。

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の製造方法に
関し、特に選択酸化法による素子分離領域の形成方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】素子分離領域の形成方法としては、従来
から窒化シリコン膜等の耐酸化性を有するマスクを素子
分離形成領域以外の領域に被着してから酸化性雰囲気で
酸化してフィールド酸化膜を形成する、いわゆるLOC
OS方(選択酸化法)が用いられてきた。
【0003】しかしながらこのLOCOS法による素子
分離領域を有する半導体装置の製造方法では、マスクの
下部に酸化種が侵入しいわゆるバーズビークが形成され
るのでその分だけ素子分離領域の所要面積が広くなり、
半導体装置の高集積化の妨げとなっている。
【0004】このビーズバークを抑える一つの手法とし
て、素子分離形成領域にあらかじめイオン注入を行い、
注入イオンの平均飛程(以降Rpと記す)で与えられる
深さ付近に発生する2次欠陥による増速酸化を利用する
方法が提唱されている。以降このバーズビーク低減法に
てついて図面を参照して説明する。
【0005】図3(a)〜(d)は、特開昭62−16
5951号公報に開示される素子分離酸化膜の形成方法
の説明のための工程順断面図である。まず図3(a)に
示すように半導体シリコン基板1上に熱酸化法によりパ
ッド酸化膜2を形成し、次にパッド酸化膜2上に耐酸化
性のマクスとして働くマスク窒化シリコン膜3を形成す
る。次に図3(b)に示すように通常のフォトリソグラ
フィーにより素子分離形成領域上を開口するようにフォ
トレジストパターン4を形成しマスク窒化シリコン膜3
をエッチング除去する。続いてこのフォトレジストパタ
ーンをマスクとしてヒ素を注入する。この時イオンの平
均飛程Rpがパッド酸化膜2の厚みとほぼ等しくなるよ
うにエネルギーを選択する。例えば22nmのパッド酸
化膜2の場合にはヒ素イオンを40keV,5×1015
cm-2の条件で注入する。このようにイオン濃度のピー
クが基板表面に一致するようにイオン注入を行うこと
で、続く低温の選択酸化工程でフィールド酸化膜5を形
成する際に増速酸化を起こさせ、バーズビークを低減し
ようというものである。この時増速酸化をより促進する
ために図3(c)に示すようにフォトレジストパターン
4により開口された領域のパッド酸化膜2を除去するこ
ともできる。フォトレジストパターン4を除去した後に
フィールド酸化を行う(図2(d))。マスク窒化シリ
コン膜3、パッド酸化膜2を順次除去して素子分離領域
が完成する。
【0006】また同様の方法でマスク窒化シリコン膜3
を用いることなくイオン注入による2次欠陥のみで選択
酸化を行い、LOCOS構造を形成する方法も特開昭6
2−165950号公報に開示されている。
【0007】また特開昭60−101947号公報に
は、ヒ素イオンに替えてアルゴンイオンを30keV,
1×1015cm-2の案件で注入し、この注入によりRp
近傍に導入された2次欠陥による増速酸化を利用してフ
ィールド酸化を行い、バーズビークの低減を図るという
方法も提唱されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の半
導体装置の製造方法においては半導体基板表面にRpが
来るように注入エネルギーを設定している。そしてこの
イオン注入による2次欠陥を利用して増速酸化を行いバ
ーズビークを抑えている。
【0009】しかしながら、このRp付近に発生した2
次欠陥は熱処理工程で縮小しにくく、特に続く工程がフ
ィールド酸化工程という酸化工程があるのでこの2次欠
陥は縮小せず、逆に成長して素子分離領域の下部に残留
する。この成長した結晶欠陥が素子の活性領域に掛かる
と接合漏れ電流の増加等半導体装置の致命的な特性の劣
化につながるという問題がある。
【0010】また、特開昭62−165951号公報,
特開昭62−165950号公報に開示される従来の半
導体装置の製造方法においては増速酸化を起こすための
イオン注入をヒ素イオンを用いて行っている。ヒ素はシ
リコン中では電気的に活性な不純物であり、後工程の熱
処理でヒ素が拡散し半導体装置の特性が変動するという
問題点がある。
【0011】本発明の目的は、選択酸化時にバーズビー
クの発生を抑制できかつ接合漏れ電流の増加を伴うこと
のない半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、選択酸化法により素子分離領域を形成する際
に、比較的高いエネルギーで不活性イオンを半導体シリ
コン基板中に注入しそのRpで与えられるイオン注入領
域の深さ未満の位置まで選択酸化を行うというものであ
る。不活性イオンとしては、シリコンイオン、炭素イオ
ンまたはゲルマニウムイオンを用いるのがよい。
【0013】
【作用】高エネルギーで不活性イオン注入した場合には
基板表面からRp程度の位置までシリコン空孔が発生す
る。この空孔はイオン注入時に本来格子点にあるべきシ
リコンが注入イオンにより反跳されて形成されたもので
ある。この空孔が選択酸化時に発生する格子間シリコン
を吸収するいわゆるシンク位置として働き、深さ方向の
酸化速度が横方向の酸化速度よりも大きくなりバーズビ
ークが低減する。
【0014】また比較的高いエネルギーで不活性イオン
を注入することで、そのRp程度の深さには2次欠陥は
発生するが選択酸化により消費されるシリコンの領域に
は2次欠陥は発生せず、従来例のように選択酸化時に欠
陥が成長して接合漏れ電流が増加するという問題は発生
しない。
【0015】また注入するイオンとして電気的に不活性
イオンを選択しているので、後工程の熱処理で注入され
たイオンが拡散しても半導体装置の特性が変動するとい
う問題も発生しない。
【0016】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
【0017】図1は本発明の第1の実施例の説明のため
の工程順断面図である。
【0018】まず、図1(a)に示すように、半導体シ
リコン基板1上に熱酸化法により厚さ30nmのパッド
酸化膜2を形成する。次に化学気相成長法により200
nmの厚さのマスク窒化シリコン膜3(耐酸化性のマス
ク)を形成する。次に、図1(b)に示すように、通常
のフォトリソグラフィーにより素子分離形成領域上を開
口するようにフォトレジストパターン4を形成し素子分
離形成領域のマスク窒化シリコン膜3をエッチング除去
する。次に同一のフォトレジストパターン4をマスクと
してシリコンイオンを650keVのエネルギーでドー
ズ量5×1015cm-2で注入することによりイオン注入
領域6aを形成する。シリコンイオンを650keVで
注入するとそのシリコン中での平均飛程は約1000n
mとなる。次にフォトレジストパターン4を除去し、1
000℃,パイロジェニック酸化(水素燃焼酸化)によ
り、図1(c)に示すように、600nmのフィールド
酸化膜5を形成する。
【0019】この選択酸化時に消費されるシリコンはお
よそフィールド酸化膜の1/2即ち300nmであり、
これはシリコンイオンのRpよりも十分に浅い領域であ
る。よってRp程度の深さのところに存在する注入され
た格子間シリコン及び2次欠陥はこのフィールド酸化膜
5に掛かることはなく、フィールド酸化時に2次欠陥が
成長することもない。またこの条件下でフィールド酸化
を行うと基板表面からRp程度離れたところまでに存在
するシリコン空孔が、フィールド酸化時に発生する格子
間シリコンを吸収するシンクとして働くことにより酸化
速度が向上し、酸化速度はシリコンイオンを注入しない
場合の約2倍になる。これは深さ方向への酸化速度に限
定されるため、パッド酸化膜下部に侵入する酸化種によ
る酸化は増速されない。よってフィールド酸化時間が短
くなるために実効的なバーズビーク長が減少する。具体
的には従来法によるバーズビーク長は約0.3μmであ
ったが、本発明の実施例による方法で作製した素子分離
領域(フィールド酸化膜5)のバーズビーク長は約0.
15μmと半減することが確認された。
【0020】続いてマスク窒化シリコン膜3、パッド酸
化膜2を順次ウェットエッチングにより除去することで
バーズビークを抑えた素子分離領域を得ることが可能と
なる。
【0021】図2(a)〜(d)は本発明の第2の実施
例の説明のための工程順断面図である。
【0022】まず、図2(a)に示すように、半導体シ
リコン基板1上に熱酸化法により厚さ30nmのパッド
酸化膜2を形成する。次に化学気相成長法により200
nmの厚さのマスク窒化シリコン膜3を形成する。次に
シリコンイオンを800keVのエネルギーでドーズ量
5×1015cm-2で注入することによりイオン注入領域
6bを形成する。次に図2(d)に示すように、通常の
フォトリソグラフィーにより素子分離形成領域上を開口
するようにフォトレジストパターン4を形成し素子分離
形成領域のマスク窒化シリコン膜3をエッチング除去す
る。次にフォトレジストパターン4を除去し、1000
℃,パイロジェニック酸化により600nmのフィール
ド酸化膜5を形成する。
【0023】続いてマスク窒化シリコン膜3、パッド酸
化膜2を順次ウェットエッチングにより除去することで
バーズビークを抑えた素子分離領域を得ることが可能と
なる。
【0024】第1の実施例では素子分離形成領域にのみ
シリコンイオンを注入したが、本実施例では全面にイオ
ン注入を行っている。このイオン注入の目的はフィール
ド酸化時に増速酸化を引き起こすためにシリコン空孔を
導入することにあるので、特に素子分離形成領域下部に
のみ注入する必要性はない。また本実施例によれば素子
形成領域(フィールド酸化膜5で区画された領域)の下
部の深さ1000nmの部分に、イオン注入による2次
欠陥が発生しこれが金属不純物等を捕獲するいわゆるゲ
ッタリングの活用ができる利点がある。
【0025】以上の実施例においてはイオン種としてシ
リコンイオンを用いた場合について説明したが、半導体
シリコン基板中で電気的に不活性となるイオン、即ち同
族元素である炭素,ゲルマニウムなどを注入しても同様
な効果が得られる。
【0026】なお、チャネルストッパはフィールド酸化
膜5を形成後にイオン注入を行って形成することができ
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法は、素子分離領域形成のための選択酸化で消
費されるシリコンの深さよりも深い領域に電気的に不活
性イオンを注入する工程を有しており、この注入により
発生したシリコン空孔による増速酸化によりバーズビー
クを抑えることができ、かつイオン注入による2次欠陥
がフィールド酸化膜よりはるかに下部に存在するように
できるため接合漏れ電流の増加による素子特性の性能劣
化を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の説明のための工程順断
面図である。
【図2】本発明の第2の実施例の説明のための工程順断
面図である。
【図3】従来法による半導体製造方法の説明のための工
程順断面図である。
【符号の説明】
1 半導体シリコン基板 2 パッド酸化膜 3 マスク窒化シリコン膜 4 フォトレジストパターン 5 フィールド酸化膜 6,6a,6b イオン注入領域

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体シリコン基板の表面から所定の深
    さに不活性イオンを注入したのち、前記深さ未満の位置
    まで選択酸化を行って素子分離領域を形成する工程を有
    することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 不活性イオンを選択的に注入する請求項
    1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 不活性イオンを全面に注入する請求項1
    記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 不活性イオンがシリコンイオン、炭素イ
    オンまたはゲルマニウムイオンである請求項1,2また
    は3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
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010066388A (ko) * 1999-12-31 2001-07-11 박종섭 트렌치 구조의 소자분리막을 갖는 반도체장치
KR100449318B1 (ko) * 2001-12-20 2004-09-18 동부전자 주식회사 반도체 장치의 소자 분리막 형성방법
JP2006066480A (ja) * 2004-08-25 2006-03-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法

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KR100449318B1 (ko) * 2001-12-20 2004-09-18 동부전자 주식회사 반도체 장치의 소자 분리막 형성방법
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Effective date: 19970225