JPH1187336A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH1187336A
JPH1187336A JP9267825A JP26782597A JPH1187336A JP H1187336 A JPH1187336 A JP H1187336A JP 9267825 A JP9267825 A JP 9267825A JP 26782597 A JP26782597 A JP 26782597A JP H1187336 A JPH1187336 A JP H1187336A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
film
semiconductor substrate
field oxide
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP9267825A
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Japanese (ja)
Inventor
Chikao Kimura
親夫 木村
Takahide Usui
孝英 臼井
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New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1187336A publication Critical patent/JPH1187336A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress bird's beak formation and form a field oxide film, by forming an oxidation-resistant film on the surface of a semiconductor substrate for opening an oxide film forming region and generating a crystal defect in the semiconductor substrate especially by implanting impurity ions. SOLUTION: A thin oxide film 2 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 which is composed of silicon single crystal. A nitride film 3 to be an oxidation-resistant film is formed on the oxide film 2. A photoresist film 4 is patterned on the nitride film 3 so as to open an oxide film forming region. The photoresist film 4 is used as the etching mask, the nitride film 3 in the oxide film forming region is removed and the thin oxide film 2 is exposed. Then, argon ions are implanted through the exposed thin oxide film 2. A crystal defect is generated in the semiconductor substrate 1 by the ion implantation. Then, the photoresist film 4 is removed, heat treatment is performed in the atmosphere that contains oxygen and nitrogen, and a field oxide film 5 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、素子分離用の厚い酸化膜(フィール
ド酸化膜)の製造方法に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a thick oxide film (field oxide film) for element isolation.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン単結晶からなる半導体基板上
に、バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタ等の
半導体装置を形成する場合、予め、素子形成領域の周辺
に選択酸化法を用いて、素子分離用の厚い酸化膜(フィ
ールド酸化膜)を形成する。
2. Description of the Related Art When a semiconductor device such as a bipolar transistor or a MOS transistor is formed on a semiconductor substrate made of silicon single crystal, a thick oxide film for element isolation is previously formed by using a selective oxidation method around an element forming region. A film (field oxide film) is formed.

【0003】従来のフィールド酸化膜は、以下のように
形成される。まず、シリコン単結晶からなる半導体基板
1表面に、熱酸化法により、薄い酸化膜2を形成し、こ
の薄い酸化膜2上に窒化膜3を全面に堆積させる。次に
窒化膜3上に、フィールド酸化膜形成領域を開口するよ
うにホトレジスト膜4をパターニングする(図4)。こ
のホトレジスト膜4をエッチングマスクとして、開口内
の窒化膜3をエッチング除去し、薄い酸化膜2を露出さ
せる(図5)。ホトレジスト膜4を除去した後、窒化膜
3を耐酸化性膜として使用し、熱酸化を行う。その結
果、窒化膜3の開口部分に、厚いフィールド酸化膜5が
形成される(図6)。
A conventional field oxide film is formed as follows. First, a thin oxide film 2 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 made of silicon single crystal by a thermal oxidation method, and a nitride film 3 is deposited on the thin oxide film 2 over the entire surface. Next, a photoresist film 4 is patterned on the nitride film 3 so as to open a field oxide film formation region (FIG. 4). Using the photoresist film 4 as an etching mask, the nitride film 3 in the opening is removed by etching to expose the thin oxide film 2 (FIG. 5). After removing the photoresist film 4, thermal oxidation is performed using the nitride film 3 as an oxidation-resistant film. As a result, a thick field oxide film 5 is formed at the opening of nitride film 3 (FIG. 6).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような製造方法で
は、半導体基板表面に対して垂直方向(深さ方向)への
酸化膜の成長と同時に、水平方向(横方向)へも酸化膜
が成長する。この水平方向へ成長した酸化膜は、いわゆ
るバーズビークと呼ばれ、微細化の妨げとなっていた。
In such a manufacturing method, an oxide film grows in the horizontal direction (lateral direction) simultaneously with the growth of the oxide film in the vertical direction (depth direction) with respect to the surface of the semiconductor substrate. I do. The oxide film grown in the horizontal direction is called a bird's beak, and has hindered miniaturization.

【0005】バーズビークを小さくする方法として、例
えば耐酸化性膜として使用する窒化膜を厚くする方法が
提案されている。しかし、窒化膜は形成時の応力が大き
く、膜厚を厚くすると、シリコン基板に与えるストレス
が大きくなり、転位などの欠陥が発生するという問題点
があり、十分に厚い窒化膜を形成することができなかっ
た。そのため、バーズビークの形成を効果的に抑えるこ
とができなかった。
As a method of reducing bird's beak, for example, a method of increasing the thickness of a nitride film used as an oxidation resistant film has been proposed. However, a nitride film has a large stress at the time of formation, and when the film thickness is increased, the stress applied to the silicon substrate increases, and there is a problem that defects such as dislocations are generated. could not. Therefore, the formation of bird's beak could not be effectively suppressed.

【0006】本発明は、上記問題点を解消し、バーズビ
ークの形成を抑制し、フィールド酸化膜を形成すること
ができる半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which solves the above problems, suppresses the formation of bird's beaks, and can form a field oxide film.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、シリコン単結晶からなる半導体基板表面の所
定領域に、酸化膜を形成する半導体装置の製造方法にお
いて、前記半導体基板表面に、前記酸化膜形成領域を開
口する耐酸化性膜を形成する工程と、前記開口内の前記
半導体基板中に結晶欠陥を発生させる工程と、該半導体
基板を熱処理することにより、前記開口内に、表面に水
平な方向にくらべて垂直方向に厚く成長した酸化膜を形
成する工程とを含むことを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming an oxide film on a predetermined region of a surface of a semiconductor substrate made of silicon single crystal. Forming an oxidation-resistant film that opens the oxide film-forming region; generating crystal defects in the semiconductor substrate in the opening; and heat-treating the semiconductor substrate to form a surface in the opening. Forming an oxide film that has grown thicker in the vertical direction than in the horizontal direction.

【0008】特に、不純物イオン、具体的にはシリコ
ン、アルゴンを注入することにより、簡便に、前記半導
体基板中に結晶欠陥を発生させることができ、バーズビ
ークの形成を抑制したフィールド酸化膜を形成すること
が可能となる。
In particular, by implanting impurity ions, specifically, silicon and argon, a crystal defect can be easily generated in the semiconductor substrate, and a field oxide film in which the formation of bird's beaks is suppressed is formed. It becomes possible.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。まず、表面を清浄化したシリコン単結晶か
らなる半導体基板1を用意する。酸素及び水素を含む雰
囲気で、900〜1000℃程度で熱処理し、半導体基
板1表面に、厚さ200オングストローム程度の薄い酸
化膜2を形成する。
Embodiments of the present invention will be described below. First, a semiconductor substrate 1 made of a silicon single crystal whose surface has been cleaned is prepared. A heat treatment is performed at about 900 to 1000 ° C. in an atmosphere containing oxygen and hydrogen to form a thin oxide film 2 having a thickness of about 200 Å on the surface of the semiconductor substrate 1.

【0010】薄い酸化膜2上に、通常のCVD法によっ
て、耐酸化性膜となる窒化膜3を1000オングストロ
ーム形成する。この窒化膜3上に、フィールド酸化膜形
成予定領域を開口するように、ホトレジスト膜4をパタ
ーニングする(図1)。このホトレジスト膜4をエッチ
ングマスクとして使用し、フィールド酸化膜形成予定領
域の窒化膜3を除去し、薄い酸化膜2を露出させる。
On the thin oxide film 2, a nitride film 3 serving as an oxidation-resistant film is formed to a thickness of 1000 angstroms by a normal CVD method. A photoresist film 4 is patterned on the nitride film 3 so as to open a region where a field oxide film is to be formed (FIG. 1). Using the photoresist film 4 as an etching mask, the nitride film 3 in the region where the field oxide film is to be formed is removed, exposing the thin oxide film 2.

【0011】ここで、露出した薄い酸化膜2を通して、
加速エネルギー80KeV、注入量1×1016atom
/cm2の条件で、アルゴンイオンを注入する(図
2)。このイオン注入によって、図2に破線で示す部分
の半導体基板1中には、結晶欠陥が発生する。
Here, through the exposed thin oxide film 2,
Acceleration energy 80 KeV, injection amount 1 × 10 16 atom
/ Cm 2, argon ions are implanted (FIG. 2). Due to this ion implantation, crystal defects occur in the portion of the semiconductor substrate 1 indicated by the broken line in FIG.

【0012】その後、ホトレジスト膜4を除去し、酸素
及び窒素を含む雰囲気中で、900〜1000℃程度で
44分間熱処理し、半導体基板1表面に、厚さ2000
オングストローム程度のフィールド酸化膜5を形成する
(図3)。
Thereafter, the photoresist film 4 is removed, and a heat treatment is performed at about 900 to 1000 ° C. for 44 minutes in an atmosphere containing oxygen and nitrogen, so that a thickness of 2000
A field oxide film 5 of about Å is formed (FIG. 3).

【0013】比較のため、厚さ2000オングストロー
ムのフィールド酸化膜5を形成する上記条件で、イオン
注入を行わず酸化膜を形成すると、フィールド酸化膜の
厚さは、1600オングストロームとなった。
For comparison, when an oxide film is formed without performing ion implantation under the above-described conditions for forming a field oxide film 5 having a thickness of 2000 Å, the thickness of the field oxide film becomes 1600 Å.

【0014】この場合、両者の深さ方向の酸化膜の成長
速度を比較すると、従来方法が36.4オングストロー
ム/分であるのに対し、本発明は、45.5オングスト
ローム/分となり、本発明は短時間に酸化膜を形成する
ことができることがわかる。一方、バーズビークが形成
される領域は、結晶欠陥が発生していない部分なので、
その成長速度は、本発明、従来方法とも、ほぼ同一とな
り、酸化時間に比例する。従って、同じ厚さのフィール
ド酸化膜を形成する場合、短時間の熱処理で終わる本発
明の方が、バーズビークの形成が少なくなることにな
る。
In this case, comparing the growth rate of the oxide film in the depth direction of the two, the conventional method is 36.4 Å / min, whereas the present invention is 45.5 Å / min. Shows that an oxide film can be formed in a short time. On the other hand, the region where the bird's beak is formed is a portion where no crystal defects occur,
The growth rate is almost the same in both the present invention and the conventional method, and is proportional to the oxidation time. Therefore, when a field oxide film having the same thickness is formed, the bird's beak is less formed in the present invention which ends with a short heat treatment.

【0015】なお、半導体基板1のフィールド酸化膜形
成領域に結晶欠陥を発生させることが可能であれば、薄
い酸化膜2の膜厚等に応じて、イオン注入の条件を種々
変更することが可能である。しかし、表面近傍にのみ結
晶欠陥を発生させた後、比較的長時間の熱処理を行うよ
うな場合、イオン注入を行う場合と行わない場合とで、
酸化膜の成長速度に大きな差が無くなってしまう場合が
ある。従って、形成するフィールド酸化膜の厚さが厚い
場合、結晶欠陥が深い位置に発生するように、イオン注
入条件を設定することが必要となる。
If it is possible to generate a crystal defect in the field oxide film forming region of the semiconductor substrate 1, it is possible to variously change the ion implantation conditions according to the thickness of the thin oxide film 2 and the like. It is. However, after a crystal defect is generated only in the vicinity of the surface, when heat treatment is performed for a relatively long time, when ion implantation is performed and when ion implantation is not performed,
In some cases, a large difference in the growth rate of the oxide film disappears. Therefore, when the thickness of the field oxide film to be formed is large, it is necessary to set ion implantation conditions so that crystal defects occur at deep positions.

【0016】以上、アルゴンイオンを注入した場合を例
に取り、説明を行ったが、これに限定されることなく、
シリコンイオンを注入した場合でも、同様にバーズビー
クの形成の少ない、フィールド酸化膜を形成することが
できることが確認されている。この場合も、半導体基板
中に結晶欠陥を発生させる条件で、シリコンイオンを注
入する必要があることはいうまでもない。
The above description has been made taking the case where argon ions are implanted as an example, but the present invention is not limited to this.
It has been confirmed that even when silicon ions are implanted, a field oxide film with little bird's beak can be formed. Also in this case, it is needless to say that silicon ions need to be implanted under conditions that cause crystal defects in the semiconductor substrate.

【0017】また、耐酸化性膜として薄い酸化膜上に形
成した窒化膜を使用する場合について説明を行ったが、
これに限らず、種々変更することが可能である。
Also, a case has been described where a nitride film formed on a thin oxide film is used as the oxidation resistant film.
The present invention is not limited to this, and various changes can be made.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱酸化の時間を短縮することができ、結果的に、バーズ
ビークの形成を少なくすることが可能となり、半導体素
子の微細化を図ることが可能となるという効果がある。
As described above, according to the present invention,
The time for thermal oxidation can be shortened, and as a result, the formation of bird's beaks can be reduced, and the effect of miniaturizing the semiconductor element can be achieved.

【0019】また、厚い窒化膜を形成させる必要がな
く、熱酸化の時間を短縮することができるので、素子形
成領域の半導体基板に、結晶欠陥を発生させることがな
いので、半導体素子の高性能化を図ることができるとい
う効果もある。
Further, since it is not necessary to form a thick nitride film and the time for thermal oxidation can be shortened, no crystal defects are generated in the semiconductor substrate in the element formation region. There is also an effect that it can be achieved.

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

【図1】本発明の実施の形態を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【図4】従来のフィールド酸化膜の形成工程を説明する
図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a conventional process of forming a field oxide film.

【図5】従来のフィールド酸化膜の形成工程を説明する
図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a conventional process of forming a field oxide film.

【図6】従来のフィールド酸化膜の形成工程を説明する
図である。
FIG. 6 is a view for explaining a conventional step of forming a field oxide film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 薄い酸化膜 3 窒化膜 4 ホトレジスト膜 5 フィールド酸化膜 REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor substrate 2 thin oxide film 3 nitride film 4 photoresist film 5 field oxide film

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン単結晶からなる半導体基板表面
の所定領域に、酸化膜を形成する半導体装置の製造方法
において、 前記半導体基板表面に、前記酸化膜形成領域を開口する
耐酸化性膜を形成する工程と、 前記開口内の前記半導体基板中に結晶欠陥を発生させる
工程と、 該半導体基板を熱処理することにより、前記開口内に、
表面に水平な方向にくらべて垂直方向に厚く成長した酸
化膜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。
2. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an oxide film on a predetermined region of a surface of a semiconductor substrate made of silicon single crystal; Performing a crystal defect in the semiconductor substrate in the opening; and performing a heat treatment on the semiconductor substrate to form a crystal defect in the opening.
Forming an oxide film that has grown thicker in the vertical direction than in the horizontal direction on the surface of the semiconductor device.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、不純物イオンを注入することにより、前記半導
体基板中に結晶欠陥を発生させることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a crystal defect is generated in the semiconductor substrate by implanting impurity ions.
【請求項3】 請求項2記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記不純物はは、アルゴンあるいはシリコンで
あることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein said impurity is argon or silicon.
JP9267825A 1997-09-12 1997-09-12 Manufacture of semiconductor device Pending JPH1187336A (en)

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JP (1) JPH1187336A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6727147B2 (en) 2002-06-10 2004-04-27 Oki Electric Industry Co., Ltd. MOSFET fabrication method
JP2010153762A (en) * 2008-11-27 2010-07-08 Toshiba Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same

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