JPH10144678A

JPH10144678A - シリコン酸化膜の形成方法およびフィールド酸化膜の形成方法

Info

Publication number: JPH10144678A
Application number: JP29288996A
Authority: JP
Inventors: Tomiyuki Arakawa; 富行荒川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1996-11-05
Filing date: 1996-11-05
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】バーズビークの形成の抑制を図ることができ
るフィールド酸化膜の形成方法の提供。【解決手段】マスクパタン１４の開口部１２からシリ
コン基板１０に酸素イオン１６を選択的に注入すること
により、シリコン基板１０の内部に酸素イオンの拡散領
域１８を形成する。次に、酸素ガス雰囲気中で、シリコ
ン基板１０の加熱処理を行うことにより、拡散領域１８
を内部シリコン酸化層２０とし、かつ、シリコン基板の
表面に熱酸化膜２２を形成することにより、この内部シ
リコン酸化層２０とこの熱酸化膜２２とを以って構成さ
れるシリコン酸化膜２４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造において、フィールド酸化膜およびシリコン酸化膜の
形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体製造装置の製造におけるフ
ィールド酸化膜の製造方法の一例が、文献１：（「ＬＳ
Ｉプロセス工学」１９８２年、オーム社刊、ｐｐ．１５
７−１５８）に記載されている。この文献に開示の技術
によれば、以下の工程によってフィールド酸化膜を形成
していた。先ず、シリコン基板上に、シリコン基板の素
子分離領域の形成予定領域に開口部を有するマスクパタ
ンを形成する。次に、このマスクパタンの開口部に露出
したシリコン基板を酸素雰囲気中で加熱処理して開口部
に熱酸化膜を形成することによりフィールド酸化膜を形
成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法でフィールド酸化膜を形成すると、上述の文献の第
１５７頁にも記載されている様に、バーズビークと呼ば
れる酸化層が形成されてしまう。バーズビークが形成さ
れると、形成されたフィールド酸化膜の寸法が設計の寸
法とずれてしまうという問題点があった。このため、バ
ーズビークの形成による寸法のずれをおり込んでマスク
パタンの開口部の寸法を設計する必要が生じるだけでな
く、バーズビークの形成は半導体素子の微細化の妨げと
なっていた。また、バーズビークの部分は、フィールド
酸化膜としては厚さが薄いため、バーズビークが生じる
ことにより、リーク電流が増大してしまうという問題点
があった。また、バーズビークの上に導電層を形成した
場合は、このバーズビークを挟んで寄生容量が生じてし
まうという問題点があった。

【０００４】このため、バーズビークの形成の抑制を図
ることができるフィールド酸化膜の形成方法およびシリ
コン酸化膜の形成方法の実現が望まれていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（第１の発明）この出願に係る第１の発明のシリコン酸
化膜の形成方法によれば、シリコン基板に、酸素元素を
含む化合物のイオンおよび酸素イオンのいずれか一方を
少なくとも含むイオンを注入することにより、シリコン
基板の少なくとも内部に該イオンの拡散領域を形成する
工程と、拡散領域が形成されたシリコン基板の加熱処理
を酸化ガス雰囲気中で行うことにより、イオンの拡散領
域を内部シリコン酸化層とし、かつ、シリコン基板の表
面に熱酸化膜を形成することにより、この内部シリコン
酸化層とこの熱酸化膜とを以って構成されるシリコン酸
化膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。

【０００６】このように、第１の発明のシリコン酸化膜
の形成方法によれば、加熱処理の際に、拡散領域の酸素
イオンが、シリコン基板のシリコン原子と結合して内部
シリコン酸化層を形成する。このため、この内部シリコ
ン酸化層と表面から酸化された熱酸化膜とを合わせた厚
さのシリコン酸化膜を形成することができる。その結
果、従来よりも短い加熱処理の時間（加熱時間）で、所
望の厚さのシリコン酸化膜を得ることができる。このた
め、バーズビークが成長する加熱時間を短くすることに
より、バーズビークの形成を抑制することができる。

【０００７】また、第１の発明のシリコン酸化膜の形成
方法において、好ましくは、イオンをシリコン基板の表
面に対して斜め方向に注入し、かつ、拡散領域をシリコ
ン基板の表面から離間させて形成すると良い。

【０００８】このようにイオンを斜め方向に注入すれ
ば、表面に熱酸化膜を形成しない領域のシリコン基板部
分の内部に、内部シリコン酸化膜を形成することができ
る。

【０００９】また、第１の発明のシリコン酸化膜の形成
方法において、好ましくは、加熱処理を行うにあたり、
内部シリコン酸化層と熱酸化膜とが互いに連続して一体
となったシリコン酸化膜を形成すると良い。

【００１０】このように、加熱処理の結果、内部シリコ
ン酸化層と熱酸化膜とが連続して一体となれば、シリコ
ン酸化膜の絶縁性の向上を図ることができる。

【００１１】また、第１の発明のシリコン酸化膜の形成
方法において、好ましくは、シリコン基板の表面に、表
面シリコン酸化膜を形成し、この表面シリコン酸化膜を
介して、イオンをシリコン基板に注入し、加熱処理を行
う前に、表面シリコン酸化膜を除去すると良い。

【００１２】このように、表面シリコン酸化膜を介して
イオンを注入すれば、イオン注入によるシリコン基板の
ダメージの発生を低減することができる。

【００１３】（第２の発明）また、この出願に係る第２
の発明のフィールド酸化膜の形成方法によれば、シリコ
ン基板の上側に、このシリコン基板の素子分離領域が形
成される予定の領域に開口部を有するマスクパタンを形
成する工程と、開口部からシリコン基板に、酸素元素を
含む化合物のイオンおよび酸素イオンのいずれか一方を
少なくとも含むイオンを選択的に注入することにより、
このシリコン基板の少なくとも内部にこのイオンの拡散
領域を形成する工程と、拡散領域が形成されたシリコン
基板の加熱処理を酸化ガス雰囲気中で行うことにより、
拡散領域を内部シリコン酸化層とし、かつ、シリコン基
板の表面に熱酸化膜を形成することにより、この内部シ
リコン酸化層とこの熱酸化膜とを以って構成されるフィ
ールド酸化膜を形成する工程とを含むことを特徴とす
る。

【００１４】このように、第２の発明のフィールド酸化
膜の形成方法によれば、加熱処理の際に、拡散領域も内
部シリコン酸化層となる。このため、この内部シリコン
酸化層と表面から酸化された熱酸化膜とを合わせた厚さ
のフィールド酸化膜を形成することができる。その結
果、従来よりも短い加熱処理の時間（加熱時間）で、所
望の厚さのフィールド酸化膜を得ることができる。この
ため、バーズビークが成長する加熱時間を短くすること
により、バーズビークの形成を抑制することができる。

【００１５】また、第２の発明のフィールド酸化膜の形
成方法において、好ましくは、イオンをシリコン基板の
表面に対して斜め方向に注入し、かつ、拡散領域を、シ
リコン基板のアクティブ領域が形成される予定の領域の
一部分を少なくとも含む領域に、このシリコン基板の表
面から離間させて形成すると良い。

【００１６】このように、イオンを斜め方向に注入すれ
ば、イオン注入時にマスクパタンで覆われている領域で
ある、表面に熱酸化膜を形成しないアクティブ領域のシ
リコン基板部分の内部に、内部シリコン酸化層を形成す
ることができる。その結果、内部シリコン酸化層が形成
されたアクティブ領域部分の寄生容量の低減を図ること
ができる。

【００１７】また、第２の発明のフィールド酸化膜の形
成方法において、好ましくは、加熱処理を行うにあた
り、内部シリコン酸化層と熱酸化膜とが互いに連続して
一体となったフィールド酸化膜を形成すると良い。

【００１８】このように、加熱処理の結果、内部シリコ
ン酸化層と熱酸化膜とが連続して一体となれば、フィー
ルド酸化膜の絶縁性の向上を図ることができる。

【００１９】また、第２の発明のフィールド酸化膜の形
成方法において、好ましくは、シリコン基板の表面に、
表面シリコン酸化膜を形成し、この表面シリコン酸化膜
を介して、イオンをシリコン基板に注入し、加熱処理を
行う前に、表面シリコン酸化膜を除去すると良い。

【００２０】このように、表面シリコン酸化膜を介して
イオンを注入すれば、イオン注入によるシリコン基板の
ダメージの発生を低減することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この出願
に係る第１の発明のシリコン酸化膜の形成方法および第
２の発明のフィールド酸化膜の形成方法の実施の形態に
ついて説明する。尚、参照する図面は、これらの発明が
理解できる程度に、各構成成分の大きさ、形状および配
置関係を概略的に示しているに過ぎない。従って、これ
らの発明は図示例に限定されるものではない。また、図
面では、断面部分のハッチングを一部省略して示す。

【００２２】（第１の実施の形態）図１を参照して、第
１の発明のシリコン酸化膜の形成方法の第１の実施の形
態について説明する。図１の（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の
実施の形態のシリコン酸化膜の形成方法の説明に供する
要部断面工程図である。

【００２３】先ず、この実施の形態においては、イオン
の選択的な注入を行うために、シリコン基板１０上に、
開口部１２を有する窒化膜のマスクパタン１４を形成す
る（図１の（Ａ））。

【００２４】次に、開口部１２からシリコン基板１０に
酸素イオン１６を選択的に注入することにより、シリコ
ン基板１０の内部に酸素イオンの拡散領域１８を形成す
る（図１の（Ｂ））。

【００２５】尚、この拡散領域はシリコン基板１０の表
面１０ａに達していても良い。また、図１においては、
注入される酸素イオン１６を矢印で模式的に示してい
る。

【００２６】次に、拡散領域１８が形成されたシリコン
基板１０の加熱処理を酸化ガスとしての酸素ガス雰囲気
中で行うことにより、拡散領域１８を内部シリコン酸化
層２０とし、かつ、シリコン基板の表面に熱酸化膜２２
を形成することにより、この内部シリコン酸化層２０と
この熱酸化膜２２とを以って構成されるシリコン酸化膜
２４を形成する（図１の（Ｃ））。

【００２７】また、図１の（Ｃ）に示すシリコン酸化膜
２４は、内部シリコン酸化層２０と熱酸化膜２２とが互
いに連続して一体となっている。

【００２８】（第２の実施の形態）次に、図２を参照し
て、第１の発明のシリコン酸化膜の形成方法の第２の実
施の形態について説明する。図２の（Ａ）〜（Ｄ）は、
第２の実施の形態のシリコン酸化膜の形成方法の説明に
供する要部断面工程図である。

【００２９】先ず、この実施の形態においては、イオン
の選択的な注入を行うために、シリコン基板１０上に、
開口部１２を有する窒化膜のマスクパタン１４を形成す
る（図２の（Ａ））。

【００３０】次に、開口部１２からシリコン基板１０に
酸素イオン１６を選択的に注入することにより、シリコ
ン基板１０の内部に酸素イオンの第１の拡散領域２６を
形成する（図２の（Ｂ））。

【００３１】１回目のイオン注入の際に、イオンをシリ
コン基板の表面に対して斜め方向に注入し、かつ、拡散
領域をシリコン基板の表面から離間させて形成する。
（図１の（Ｂ））。また、注入角度の範囲は、傾けた方
向に沿った開口部１２の長さと、マスクパタン１４の厚
さとの比率によって制限される。

【００３２】次に、１回目のイオン注入の際に注入角度
を傾けた方向と反対の方向に、注入角度を傾けて２回目
のイオン注入を行う。そして、第２の拡散領域２８をシ
リコン基板の表面から離間させて形成する（図２の
（Ｃ））。

【００３３】次に、第１の拡散領域２６および第２の拡
散領域２８が形成されたシリコン基板１０の加熱処理を
酸化ガスとしての酸素ガス雰囲気中で行うことにより、
第１の拡散領域２６を第１の内部シリコン酸化層３０と
し、かつ、第２の拡散領域２８を第２の内部シリコン酸
化層３２とし、かつ、シリコン基板１０の表面に熱酸化
膜３４を形成することにより、この第１および第２の内
部シリコン酸化層３０および３２とこの熱酸化膜３４と
を以って構成されるシリコン酸化膜３６を形成する（図
２の（Ｄ））。

【００３４】また、図２の（Ｄ）に示すシリコン酸化膜
３６は、第１の内部シリコン酸化層３０および第２の内
部シリコン酸化層３２と熱酸化膜３４とが互いに連続し
て一体となっている。

【００３５】（第３の実施の形態）次に図３〜図６を参
照して、第１の発明のシリコン酸化膜の形成方法および
第２の発明のフィールド酸化膜の形成方法の例について
合わせて第３の実施の形態として説明する。図３の
（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施の形態のフィールド酸化
膜の形成方法の説明に供する第１の要部断面工程図であ
る。図４の（Ａ）〜（Ｃ）は、図３の（Ｃ）に続く、第
２の要部断面工程図である。図５の（Ａ）〜（Ｃ）は、
図４の（Ｃ）に続く、第３の要部断面工程図である。図
６の（Ａ）〜（Ｃ）は、図５の（Ｃ）に続く、第４の要
部断面工程図である。

【００３６】第３の実施の形態のフィールド酸化膜の形
成方法によれば、先ず、シリコン基板の上側に、マスク
パタンを形成する。このマスクパタンは、このシリコン
基板の素子分離領域が形成される予定の領域に開口部を
有している。

【００３７】マスクパタンの形成にあたって、先ず、シ
リコン基板（シリコンウエハ）４０を用意する（図３の
（Ａ））。

【００３８】そして、このシリコン基板４０を、純水に
よって１％に希釈されたフッ化水素酸溶液を用いて２０
秒間洗浄する。次に、シリコン基板４０を純水を用いて
洗浄する。

【００３９】次に、このシリコン基板４０の表面に、表
面シリコン酸化膜４２を形成する（図３の（Ｂ））。

【００４０】表面シリコン酸化膜４２の形成にあたり、
先ず、シリコン基板４０を横型酸化炉（図示せず）に設
置する。そして、このシリコン基板４０を、酸素雰囲気
中、９５０℃の温度で４５分間シリコン基板の表面を熱
酸化させる。この熱酸化によって、厚さ１０ｎｍの表面
シリコン酸化膜（シリコン熱酸化膜）４２が形成され
る。

【００４１】次に、表面シリコン酸化膜４２上に、シリ
コン窒化膜４４を形成する（図３の（Ｃ））。

【００４２】シリコン窒化膜４４の形成にあたり、先
ず、表面シリコン酸化膜４２が形成されたシリコン基板
４０を、減圧化学気相成長装置（図示せず）の炉内に設
置する。そして、このシリコン基板４０を、ＮＨ₃ およ
びＳｉＨ₄ を主とした雰囲気中、８００℃の温度で９５
分間熱処理をする。この熱処理により、約２００ｎｍの
膜厚のシリコン窒化膜４４が形成される。

【００４３】次に、シリコン窒化膜４４上に、レジスト
パタン４６を形成する。（図４のＡ））。

【００４４】レジストパタン４６の形成にあたっては、
先ず、シリコン窒化膜４４が形成されたシリコン基板４
０を減圧化学気相成長装置の炉内から取り出して、シリ
コン窒化膜４４上に約１μｍの膜厚のレジストを塗布し
た後、通常の露光および現像工程を経て、素子分離形成
予定領域４８に開口部５０を有するレジストパタン４６
を形成する。

【００４５】次に、レジストパタン４６をエッチングマ
スクとして用いて、反応性イオンエッチングによりシリ
コン窒化膜４４の開口部５０に露出している部分を除去
して、シリコン窒化膜パタン５２を形成する（図４の
（Ｂ））。

【００４６】このようにして、レジストパタン４６およ
びシリコン窒化膜パタン５２からなるマスクパタン５４
を形成する。

【００４７】次に、素子分離形成予定領域４８に酸素イ
オン５６を選択的に注入することにより、シリコン基板
４０の内部に、酸素イオンの拡散領域５８を形成する
（図４の（Ｃ））。尚、図４の（Ｃ）においては、注入
される酸素イオン５６を矢印で模式的に示している。

【００４８】酸素イオンの注入にあたっては、先ず、マ
スクパタン５４が形成されたシリコン基板４０をイオン
注入装置（図示せず）に設置する。そして、このシリコ
ン基板４０の表面４０ａに対して垂直に、加速電圧１５
０ｋｅＶ、ドーズ量４×１０¹⁷イオン／ｃｍ² の条件
で、酸素ガスを用いてイオン注入を行う。その結果、酸
素イオンがマスクパタン５４の開口部５０から表面シリ
コン酸化膜４２を介して注入されて、素子分離形成予定
領域４８のシリコン基板４０の内部に拡散領域５８が形
成される。また、イオン注入の際の条件としては、例え
ば加速電圧５０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶ、ドーズ量１×１
０¹⁷〜９×１０¹⁷イオン／ｃｍ² であることが望まし
い。

【００４９】ここで、図７のグラフに、オージェ電子分
光法によって調べたシリコン基板４０内部の酸素イオン
分布を示す。図７のグラフの横軸はシリコン基板４０の
表面４０ａからの深さ（μｍ）を表し、縦軸はオージェ
電子強度（任意単位）を表している。そして、図７中の
曲線Ｉから、深さ０．３８μｍ付近を中心として、シリ
コン基板４０の内部に拡散領域が形成されていることが
分かる。

【００５０】また、図８のグラフに、酸素イオン注入時
の加速エネルギと酸素イオンの投影飛程および標準偏差
との関係の計算結果を示す。図８のグラフの横軸は加速
エネルギを表し、縦軸はシリコン基板の表面からの深さ
（ｎｍ）および標準偏差（ｎｍ）を対数表示で表してい
る。そして、投影飛程を表す曲線IIおよび標準偏差を表
す曲線III から、加速エネルギ１５０ｋｅＶの場合の、
投影飛程は約３８０ｎｍ、標準偏差は約９０ｎｍである
ことが分かる。この投影飛程は、図７に示された、酸素
イオンの分布とほぼ一致している。

【００５１】尚、図８のグラフを得るために用いた計算
方法は、文献２：（電子材料シリーズ「シリコン結晶と
ドーピング」、１９８６年、丸善株式会社刊のｐ１８４
−１８９）に開示されている技術、特に第１８６頁の式
（３・１５）から式（３・１９）に基づくものであり、
図８は、文献２の第１８６頁の図３・１１に相当する。

【００５２】また、シリコン基板に所望のドーズ量Φ
（イオン／ｃｍ² ）を得るための酸素イオンの注入時間
ｔ（秒）は、従来周知の下記の（１）式で与えられる。

【００５３】ｔ＝（Φ×Ｓ_t ×１．６０２×１０¹⁷）／Ｉ・・・（１）但し、Ｓ_t （ｃｍ² ）はイオンビームが照射される総面
積、Ｉ（Ａ）はエンドステーションでのビーム電流を表
す。ここで、上述のイオン注入条件とは異なるが、一例
としてＩ＝１００μＡ、Ｓ_t ＝４ｃｍ² 、Φ＝１．２×
１０¹⁸イオン／ｃｍ² を代入すると、ｔは、約４時間５
０分となる。

【００５４】次に、加熱処理に先立って、レジストパタ
ン４６を除去する（図５の（Ａ））。

【００５５】次に、加熱処理に先立って、表面シリコン
酸化膜４２の開口部５０に露出している部分を、５％フ
ッ化水素（ＨＦ）溶液にを用いて除去する（図５の
（Ｂ））。

【００５６】表面シリコン酸化膜４２の開口部５０に露
出している部分を除去することによって、イオン注入に
よってダメージを受けた主な部分を除去することができ
る。

【００５７】次に、拡散領域５８が形成されたシリコン
基板４０の加熱処理を酸素ガス雰囲気中で行うことによ
り、拡散領域５８を内部シリコン酸化層６０とし、か
つ、シリコン基板４０の表面に熱酸化膜６２を形成する
ことにより、この内部シリコン酸化層６０とこの熱酸化
膜６２とが互いに連続して一体となって、厚さ約５００
ｎｍのフィールド酸化膜６４を開口部５０に形成する
（図５の（Ｃ））。

【００５８】この加熱処理を行うにあたっては、先ず、
表面シリコン酸化膜４２の開口部５０に露出している部
分が除去されたシリコン基板４０を、横型酸化炉に設置
する。そして、このシリコン基板４０を、酸素と水素と
を１５対１０の割合で混合した雰囲気中、１０００℃の
温度で１０分間加熱する。尚、加熱温度は、８００℃〜
１２００℃の範囲が好適である。これは、加熱温度が８
００℃よりも低くなると、シリコン基板中に転位や微小
欠陥が発生し易くなり、また、加熱温度が１２００℃よ
りも高くなると、熱酸化膜中にシリコンが凝集し易くな
るためである。

【００５９】また、この加熱処理の際には、シリコン窒
化膜パタン５２上にも熱酸化膜６６が形成される。

【００６０】ここで、図９に、フィールド酸化膜６４の
バーズビーク部分６４ａの断面図を示す。また、図９
に、従来の方法で、この実施の形態と同じ厚さ約５００
ｎｍのフィールド酸化膜を形成した場合のバーズビーク
の形状を模式的に示す。従来の方法では、厚さ約５００
ｎｍフィールド酸化膜を形成するのに、約１００分間加
熱処理を行うことが必要である。

【００６１】この点、この実施の形態では、従来の十分
の一の約１０分間の加熱処理で同程度の厚さのフィール
ド酸化膜を形成することができる。その結果、この実施
の形態においては、バーズビークの成長を従来の約二分
の一に抑制することができる。従って、この実施の形態
においては、バーズビークの形成を抑制して、かつ、所
望の厚さのフィールド酸化膜を形成することができる。

【００６２】尚、バーズビークの成長の比較にあたって
は、水平方向のバーズビークの先端の位置の判別が困難
であるため、便宜的に、マスクパタンの縁から０．５μ
ｍ外側（マスクパタン側）でのバーズビークの厚さを測
定して比較している。

【００６３】次に、加熱処理の際にシリコン窒化膜パタ
ン５２上に形成された熱酸化膜６６を、５％に希釈した
ＨＦ溶液を用いて除去する（図６の（Ａ））。

【００６４】次に、シリコン窒化膜パタン５２を、１８
０℃に加熱されたりん酸を用いて除去する（図６の
（Ｂ））。

【００６５】次に、残存している表面シリコン酸化膜４
２ａを、５％に希釈したＨＦ溶液を用いて除去する。こ
の表面シリコン酸化膜４２ａが除去されて、シリコン基
板４０の表面４０ａが露出した領域が、アクティブ領域
６８となり、フィールド酸化膜６４が形成された領域が
素子分離領域７０となる（図６（Ｃ））。

【００６６】このように、第２の発明のフィールド酸化
膜の形成方法によれば、加熱処理の際に、拡散領域も内
部シリコン酸化層となる。このため、この内部シリコン
酸化層と表面から酸化された熱酸化層とを合わせた厚さ
のシリコン酸化膜を形成することができる。その結果、
従来よりも短い加熱処理の時間（加熱時間）で、所望の
厚さのフィールド酸化膜を得ることができる。このた
め、バーズビークが成長する加熱時間を短くすることに
より、バーズビークの形成を抑制することができる。

【００６７】（第４の実施の形態）次に、図１０および
図１１を参照して、第１の発明のシリコン酸化膜の形成
方法および第２の発明のフィールド酸化膜の形成方法の
例について合わせて第４の実施の形態として説明する。
図１０の（Ａ）〜（Ｃ）は、第４の実施の形態のフィー
ルド酸化膜の形成方法の説明に供する、第１の要部断面
工程図である。図１１の（Ａ）〜（Ｄ）は、図１０の
（Ｃ）に続く、第２の要部断面工程図である。

【００６８】尚、第４の実施の形態においては、マスク
パタン５４を形成する工程迄は、上述の第３の実施の形
態における工程と同一であるので、その詳細な説明を省
略する。また、図１０および図１１においては、第３の
実施の形態における構成成分の符号と同一の構成成分に
は、同一の符号を付して示す。

【００６９】先ず、図１０の（Ａ）に、シリコン基板４
０上に、マスクパタン５４が形成された状態を示す。図
１０の（Ａ）は、図４の（Ｂ）に対応する。

【００７０】第４の実施の形態においては、マスクパタ
ン５４が形成された後、イオンをシリコン基板４０の表
面に対して１１°傾けた斜め方向（図１０では左上から
右下に向って）注入する。この１回目のイオン注入によ
って、シリコン基板４０のアクティブ領域が形成される
予定の領域の一部分を含む領域、すなわち、マスクパタ
ン５４の下側の領域の一部分を含む領域に、第１の拡散
領域７２を形成する。また、この第１の拡散領域７２
は、シリコン基板４０の表面から離間させて形成する
（図１０の（Ｂ））。また、注入角度の範囲は、傾けた
方向に沿った開口部５０の長さと、マスクパタン５４の
厚さとの比率によって制限される。

【００７１】次に、注入方向を１回目とは反対方向に傾
けて（図１０において、右上から左下に向って）、２回
目のイオン注入を行って、第２の拡散領域７４を形成す
る（図１０の（Ｃ））。第２の拡散領域７４も、第１の
拡散領域７２と同様に、シリコン基板４０の表面４０ａ
から離間して形成される。

【００７２】また、１回目および２回目のイオン注入条
件は、注入方向が斜めであることの他は、上述した第３
の実施の形態におけるイオン注入条件と同一である。ま
た、注入角度の範囲は、傾けた方向に沿った開口部５０
の長さと、マスクパタン５４の厚さとの比率によって制
限される。

【００７３】次に、加熱処理に先立って、レジストパタ
ン４６を除去する（図１１の（Ａ））。

【００７４】次に、加熱処理に先立って、表面シリコン
酸化膜４２の開口部５０に露出している部分を５％フッ
化水素（ＨＦ）溶液にを用いて除去する（図１１の
（Ｂ））。

【００７５】次に、第１および第２の拡散領域７２およ
び７４が形成されたシリコン基板４０の加熱処理を酸素
ガス雰囲気中で行うことにより、第１の拡散領域７２を
第１の内部シリコン酸化層７６とし、第２の拡散領域７
４を第２の内部シリコン酸化層７８とし、かつ、シリコ
ン基板４０の表面に熱酸化膜８０を形成することによ
り、この第１および第２の内部シリコン酸化層７６およ
び７８とこの熱酸化膜８０とが互いに連続して一体とな
って、厚さ約５００ｎｍのフィールド酸化膜８２を開口
部５０に形成する（図１１の（Ｃ））。また、この加熱
処理の際には、シリコン窒化膜パタン５２上にも熱酸化
膜６６が形成される。

【００７６】次に、上述した第３の実施の形態と同様に
して、熱酸化膜６６、シリコン窒化膜パタン５２および
残存している表面シリコン酸化膜４２ａを順次に除去す
る。その結果、シリコン基板４０の表面が露出した部分
がアクティブ領域６８となり、フィールド酸化膜が露出
している部分が素子分離領域７０となる。

【００７７】第４の実施の形態においては、アクティブ
領域６８の一部分の下側に、第１の内部シリコン酸化層
７８および第２の内部シリコン酸化層７８が形成されて
いるため、アクティブ領域の寄生容量の低減を図ること
ができる。

【００７８】上述した各実施の形態では、これらの発明
を特定の材料を用い、特定の条件で構成した例について
のみ説明したが、これらの発明は多くの変更および変形
を行うことができる。例えば、上述した各実施の形態に
おいては、加熱処理の結果、内部シリコン酸化膜と熱酸
化膜とが互いに連続して一体となったシリコン酸化膜お
よびフィールド酸化膜の例について説明したが、これら
の発明では、内部シリコン酸化膜と熱酸化膜とは必ずし
も連続していなくとも良い。

【００７９】また、上述した各実施の形態においては、
加熱処理の際に、酸化ガスとして酸素ガスを用いたが、
これらの発明においては、酸化ガスとして、酸素と水素
との混合ガス、酸素と窒素との混合ガス、または、酸
素、水素および窒素の混合ガスを用いても良い。

【００８０】また、上述した各実施の形態においては、
一回のイオン注入を一定の条件（加速電圧、ドーズ量）
で行ったが、これらの発明では、一回のイオン注入を複
数回に分けてそれぞれ注入条件を変えてイオン注入を行
っても良い。例えば、先ず加速電圧１５０ｋｅＶ、ドー
ズ量４×１０¹⁷イオン／ｃｍ² 、次に、１００ｋｅＶ、
２×１０¹⁷イオン／ｃｍ² 、次に、８０ｋｅＶ、１×１
０¹⁷イオン／ｃｍ² と、順次に加速電圧を下げながらイ
オン注入を行っても良い。加速電圧を下げるのは、初め
に深い所へイオンを注入し、後から浅い所へイオンを注
入するためである。このように複数回に分けてイオン注
入すれば、１回で注入する場合に比べて、より広い範囲
の深さにわたって拡散領域を形成することも可能であ
る。

【００８１】

【発明の効果】

（第１の発明）第１の発明のシリコン酸化膜の形成方法
によれば、加熱処理の際に、拡散領域が内部シリコン酸
化層となる。このため、この内部シリコン酸化層と表面
から酸化された熱酸化膜とを合わせた厚さのシリコン酸
化膜を形成することができる。その結果、従来よりも短
い加熱処理の時間（加熱時間）で、所望の厚さのシリコ
ン酸化膜を得ることができる。このため、バーズビーク
が成長する加熱時間を短くすることにより、バーズビー
クの形成を抑制することができる。

【００８２】また、イオンを斜め方向に注入すれば、表
面に熱酸化膜を形成しない領域のシリコン基板部分の内
部に、内部シリコン酸化層を形成することができる。

【００８３】また、加熱処理の結果、内部シリコン酸化
層と熱酸化膜とが連続して一体となれば、シリコン酸化
膜の絶縁性の向上を図ることができる。

【００８４】また、表面シリコン酸化膜を介してイオン
を注入すれば、イオン注入によるシリコン基板のダメー
ジの発生を低減することができる。

【００８５】（第２の発明）また、第２の発明のフィー
ルド酸化膜の形成方法によれば、加熱処理の際に、拡散
領域が内部シリコン酸化層となる。このため、この内部
シリコン酸化層と表面から酸化された熱酸化膜とを合わ
せた厚さのシリコン酸化膜を形成することができる。そ
の結果、従来よりも短い加熱処理の時間（加熱時間）
で、所望の厚さのフィールド酸化膜を得ることができ
る。このため、バーズビークが成長する加熱時間を短く
することにより、バーズビークの形成を抑制することが
できる。

【００８６】また、酸素等のイオンを斜め方向に注入す
れば、イオン注入時にマスクパタンで覆われている領域
である、表面に熱酸化膜を形成しないアクティブ領域の
シリコン基板部分の内部に、内部シリコン酸化層を形成
することができる。その結果、内部シリコン酸化層が形
成されたアクティブ領域部分の寄生容量の低減を図るこ
とができる。

【００８７】また、加熱処理の結果、内部シリコン酸化
層と熱酸化膜とが連続して一体となれば、フィールド酸
化膜の絶縁性の向上を図ることができる。

【００８８】また、表面シリコン酸化膜を介してイオン
を注入すれば、イオン注入によるシリコン基板のダメー
ジの発生を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施の形態のシリコ
ン酸化膜の形成方法の説明に供する要部断面工程図であ
る。

【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、第２の実施の形態のシリコ
ン酸化膜の形成方法の説明に供する要部断面工程図であ
る。

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施の形態のフィー
ルド酸化膜の形成方法の説明に供する第１の要部断面工
程図である。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、図３の（Ｃ）に続く、第２
の要部断面工程図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、図４の（Ｃ）に続く、第３
の要部断面工程図である。

【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、図５の（Ｃ）に続く、第４
の要部断面工程図である。

【図７】オージェ電子分光法によるシリコン基板内部の
酸素イオン分布の測定結果を示すグラフである。

【図８】酸素イオン注入時の加速エネルギと酸素イオン
の投影飛程および標準偏差との関係の計算結果を示すグ
ラフである。

【図９】フィールド酸化膜のバーズビーク部分の断面図
である。

【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、第４の実施の形態のフィ
ールド酸化膜の形成方法の説明に供する第１の要部断面
工程図である。

【図１１】（Ａ）〜（Ｄ）は、図１０の（Ｃ）に続く、
第２の要部断面工程図である。

【符号の説明】

１０：シリコン基板１０ａ：表面１２：開口部１４：マスクパタン１６：酸素イオン１８：拡散領域２０：内部シリコン酸化層２２：熱酸化膜２４：シリコン酸化膜２６：第１の拡散領域２８：第２の拡散領域３０：第１の内部シリコン酸化層３２：第２の内部シリコン酸化層３４：熱酸化膜３６：シリコン酸化膜４０：シリコン基板４０ａ：表面４２、４２ａ：表面シリコン酸化膜４４：シリコン窒化膜４６：レジストパタン４８：素子分離形成予定領域５０：開口部５２：シリコン窒化膜パタン５４：マスクパタン５６：酸素イオン５８：拡散領域６０：内部シリコン酸化層６２：熱酸化膜６４：フィールド酸化膜６４ａ：バーズビーク部分６６：熱酸化膜６８：アクティブ領域７０：素子分離領域７２：第１の拡散領域７４：第２の拡散領域７６：第１の内部シリコン酸化層７８：第２の内部シリコン酸化層８０：熱酸化膜８２：フィールド酸化膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基板に、酸素元素を含む化合物
のイオンおよび酸素イオンのいずれか一方を少なくとも
含むイオンを注入することにより、前記シリコン基板の
少なくとも内部に該イオンの拡散領域を形成する工程
と、前記拡散領域が形成された前記シリコン基板の加熱処理
を酸化ガス雰囲気中で行うことにより、前記イオンの拡
散領域を内部シリコン酸化層とし、かつ、前記シリコン
基板の表面に熱酸化膜を形成することにより、該内部シ
リコン酸化層と該熱酸化膜とを以って構成されるシリコ
ン酸化膜を形成する工程とを含むことを特徴とするシリ
コン酸化膜の形成方法。
【請求項２】請求項１に記載のシリコン酸化膜の形成
方法において、前記イオンを前記シリコン基板の表面に対して斜め方向
に注入し、かつ、前記拡散領域を前記シリコン基板の表
面から離間させて形成することを特徴とするシリコン酸
化膜の形成方法。
【請求項３】請求項１に記載のシリコン酸化膜の形成
方法において、前記加熱処理を行うにあたり、前記内部シリコン酸化層
と前記熱酸化膜とが互いに連続して一体となったシリコ
ン酸化膜を形成することを特徴とするシリコン酸化膜の
形成方法。
【請求項４】請求項１に記載のシリコン酸化膜の形成
方法において、前記シリコン基板の表面に、表面シリコン酸化膜を形成
し、該表面シリコン酸化膜を介して、前記イオンを前記シリ
コン基板に注入し、前記加熱処理を行う前に、前記表面シリコン酸化膜を除
去することを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項５】シリコン基板の上側に、該シリコン基板
の素子分離領域が形成される予定の領域に開口部を有す
るマスクを形成する工程と、前記開口部から前記シリコン基板に、酸素元素を含む化
合物のイオンおよび酸素イオンのいずれか一方を少なく
とも含むイオンを選択的に注入することにより、該シリ
コン基板の少なくとも内部に該イオンの拡散領域を形成
する工程と、前記拡散領域が形成された前記シリコン基板の加熱処理
を酸化ガス雰囲気中で行うことにより、前記拡散領域を
内部シリコン酸化層とし、かつ、前記シリコン基板の表
面に熱酸化膜を形成することにより、該内部シリコン酸
化層と該熱酸化膜とを以って構成されるフィールド酸化
膜を形成する工程とを含むことを特徴とするフィールド
酸化膜の形成方法。
【請求項６】請求項５に記載のフィールド酸化膜の形
成方法において、前記イオンを前記シリコン基板の表面に対して斜め方向
に注入し、かつ、前記拡散領域を、前記シリコン基板の
アクティブ領域が形成される予定の領域の一部分を少な
くとも含む領域に、該シリコン基板の表面から離間させ
て形成することを特徴とするフィールド酸化膜の形成方
法。
【請求項７】請求項５に記載のフィールド酸化膜の形
成方法において、前記加熱処理を行うにあたり、前記内部シリコン酸化層
と前記熱酸化膜とが互いに連続して一体となったシリコ
ン酸化膜を形成することを特徴とするフィールド酸化膜
の形成方法。
【請求項８】請求項５に記載のフィールド酸化膜の形
成方法において、前記シリコン基板の表面に、表面シリコン酸化膜を形成
し、該表面シリコン酸化膜を介して、前記イオンを前記シリ
コン基板に注入し、前記加熱処理を行う前に、前記表面シリコン酸化膜を除
去することを特徴とするフィールド酸化膜の形成方法。