JPS59182537A - 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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JPS59182537A
JPS59182537A JP5506083A JP5506083A JPS59182537A JP S59182537 A JPS59182537 A JP S59182537A JP 5506083 A JP5506083 A JP 5506083A JP 5506083 A JP5506083 A JP 5506083A JP S59182537 A JPS59182537 A JP S59182537A
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JP
Japan
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film
groove
oxide film
substrate
coated glass
Prior art date
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Pending
Application number
JP5506083A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuo Wada
恭雄 和田
Akira Sato
朗 佐藤
Yoshifumi Kawamoto
川本 佳史
Tetsukazu Hashimoto
哲一 橋本
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/762Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
    • H01L21/76237Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials introducing impurities in trench side or bottom walls, e.g. for forming channel stoppers or alter isolation behavior

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体表面の凹部に不純物拡散層および絶縁
物層?有する半導体装置に関する。
〔背景技術〕
従来の半導体集積回路(以下IC)装置における素子間
の分離は、主にLOCO8法(I、ocalQxida
tion of 5ilicon ;ジュー0.111
1−1フベルズら、フィリップス、リサーチ、レホート
25巻、118頁、1970年、 J、 A、Appe
lsctcl;Ph1lips Res II(、ep
ts、25,118 (19701,)によシ行なわれ
て来た。しかし、LOCO8法による素子間分離法を、
分離幅1〜2μm以下(すなわち、活性領域幅1−2μ
m以下)のICに適用する場合には、以下に述べる技術
的問題点のある事が明らかになった。
(1)素子間分離酸化膜(以下LOGO8酸化膜)成長
時の、酸化膜の活性領域への進入(いわゆるバード・ピ
ーク(birds beak ) lによる、活性領域
寸伝の減少。
(21LOCO8酸化膜成長時のチャネルドープ不純物
の横方向拡散による狭チャネル効果っ(1)による幅の
減少は、はぼ酸化膜厚と晴しい値となり、たとえばLO
CO8酸化膜厚全0.8μrnとすると、0.8μm1
すなわち設計1μrn幅のパターンは、0.2μmとな
る。また(2)による狭チャネル効果も、パターンの片
側から、はぼ酸化膜厚に相当する距離起こる。したがっ
て0.8μmの厚さのり、0CO8酸化膜を成長させる
場合には、活性領域幅が2.4μm (0,8μrnx
3 )以下の場合、(1)および(2)の効果の影響を
受ける。したがって1〜2μ「nよシも微細な加工技術
によるMOSFET等のデバイスには、≠1規な集子間
分離法が要求される。この素子間分離法に要求される特
性は、(1)素子間分離幅の寸法変化が小さいこと。
(2)不純物拡散の距離を制御できること。
〔発明の目的〕
本発明は従来技術の問題点を解決し、良好な素子間、J
離購造を提供することである。
〔発明のla侠〕
半導体基板上に形成する素子間を分周tll ′f′る
ために素子を形成すべき、活性領域以外の部分に溝全形
成し、その溝の周囲の半導体基板に、該半導体基板と同
一の導電型を与える不純物ケドーブし、さらに該溝を塗
布カラスから成る絶縁物で満たした購造全実明、させる
ものである。この構造は、前述の(1)および(2)の
要求ヲ尚だすものであり、1〜2μm以下の素子間分離
幅を持つ半導体集積回路装置を実現させるものである。
〔発明・の実施例」 実施例 1 第1図(a)は、P型(10’0)而100.・mのシ
リコン基板1上に、1000Cの乾燥酸素中で厚さ50
nrnの酸化膜2を成長させ、さらに化学蒸着法(Ch
emical Vapor Deposition :
 CV D法)によυ、窒化シリコン膜3および酸化シ
リコン膜7をおのおの厚さ0.12μmおよび0.5μ
mに堆積し、通常のホトリングラフィによりレジストパ
ターン形成後、該酸化シリコン膜7 ’!i? CF4
 + H2ガスで、また5%酸素(Ch)k含有した四
弗化炭素(CF4)ガスを用いたプラズマエッチによp
1素子分離領域となるべき部分4の該窒化シリコン膜3
をおのおの取り除き、さらにCF4ガスを用いたμ波プ
ラズマエッチによシ、該シリコン基板を深さ2μmまで
エッチした状態を示す。この時の分離領域40幅は、0
.8μmであり、また、該μ波プラズマエッチによる加
工でのサイドエッチはほぼ0μmである。
第1図(b)は、該配化シリコン膜7を弗酸溶液中で除
去後、1000C乾燥酸素中で酸化し、該分離領域4の
半導体基板上に厚さ20nmの熱酸化膜5を成長させた
状態である。該熱酸化膜5は該分離領域の安定性を保つ
上で重要である。この理由は該熱酸化膜がないと、界面
準位密度がf15X10”cln−2と高く、これを補
償するためは、同等量以上のボロンケドープする必要が
あシ、これは前述の狭チャネル効果を増大して、素子特
性を劣化させる原因となるためである。また、この界面
準位の存在は、素子分離領域での電子−正孔再結合速度
の増大をもたらし、雑音、リーク電流の原因となって素
子特性を劣化させる。
第1図(CIは、ボロンを含む塗布ガラス(たとえば東
京応化製0CDL(−11310(商品名))を、スピ
ンナ回転数3000賽で塗布し、該素子分離領域4の深
さ2μmの穴を埋め、さらにそれ以外の平坦部に、厚さ
0.3μ【nの塗布ガラス膜を残し、200C乾燥窒素
中で20分間ベーク佼、ウェット酸素雰l」気中で、2
00Cに保った炉中に挿入し、10C/分の速度で、8
00C迄昇温し、800Cで20分間保ち、緻密化を行
なって、ボロンガラス(以下BSGと略)層6を形成し
た状態である。800Cのウェット酸化で緻密化を行な
う理由は、以下の二点に要約される。
(1)塗布ガラスは、アニール温度700c以上で、溶
媒がほぼ蒸発し、完全に近いBSG膜に変化する。
(2)溶媒および縮合した時に生ずる水(ns i (
OH)4 →(S 1O2) n+2−n−H2O)の
アニールによる逃散は、ウェット酸素雰囲気の方が起シ
易く、乾燥窒素中でアニールすると、厚さO14μrn
以上の塗布ガラス層は、応力により破壊が起る。この応
力の原因は、前述の溶媒、水の膨張の他に、塗布ガラス
膜のアニールによる体積収縮(25%)がめる。したが
って、ウェット酸素雰囲気、あるいは、P205 、 
B203雰囲気等、塗布ガラス中の液媒の拡散係数が大
きい状態でアニールする必要がある。
ウェット雰囲気中で酸化する事によ、!l)、Bh。
膜6中のボロンが酸化膜5中を拡散し、基板1中に拡散
されて、チャネルドープ層8が形成される。
該チャイルトープ層8の存在により、該素子分離領域4
のしきい電圧(以下vTHと略)は、約20Vとなり、
′FiL気的分気合分離に行なう事ができる。
実施例 2 第2図(a)は、n型(100)面、1oΩ・mのシリ
コン基板11上に厚さ2oΩmの熱酸化膜12、厚さ5
oΩmのCVD窒化シリ−+ンi13、厚さ500Ωm
のCVD酸化シリコン膜14とおのおのの堆積し、ホト
レジスト技術および反応性スパッタエッチにより、素子
分離領域となるべき部分に溝15を形成した状態である
第2図(b)は、該CVDe化シリコン膜14を弗ef
4H中で除去後、イオン打込み法によりヒ素(A s 
l 全50 K e Vで7 X 10 l2cm−2
打込み、乾燥窒素中で100OC,40分間のアニール
全行なった後、乾燥酸素中で950tl’、30分間酸
化し、厚さ30 o mの酸化膜16を成長させ、同時
に溝15の側壁部分を含む内壁全体に、ヒ素拡散層17
ぐ形成した状態を示す。この時、ヒ紮拡散層が該溝15
の内壁全体に形成される理由は、ヒ素の蒸気圧が100
0t:”で数気圧以止ど高いため、乾燥窒素中でアニー
ル全行なう事により、溝J5中に一度逃散し、再び内壁
に付着して半導体基板11中に拡散されるためである。
ヒ素を十分に制御して拡散するためには、該溝15の内
壁のシリコン基板11上に、自然酸化膜などのヒ素拡散
を妨げる膜が存在しない事が心火であム したがって、
乾燥窒素中でアニールする前に、弗酸溶液中等で十分に
洗浄し自然酸化膜を除去する。外た窒素中の酸素、およ
び水分の濃度も、数F以下である事が必要である。
第2図(C)は、塗布ガラスたとえば0CDAs−11
310(商品名:東京応化製)を回転数4000嘔でス
ピン塗布し、平坦部膜厚200 n n〕の塗布ガラス
膜を形成、800Cウエツ)W囲気中でアニールし、該
塗布ガラス膜を酸化シリコン(SiO2)に変換し、さ
らに、弗酸、容赦中で200 n rnエッチ後、再び
、塗布ガラスを50001戸で回転塗布し、900Cウ
エツト雰囲気中でアニールして、第1の埋込み5iOz
層18および第2の埋込み層19を形成した状態を示す
。本実施例のように、多重塗布を行なうと、よυ平坦な
分離溝の埋込みが可能となる。
実施例 3 第3図(a)は、P型(1001面、10Ω・鋸のシリ
コン基板21上に 厚さ20Ωmの熱酸化膜22および
厚さ120ΩmのCVDシリコン窒化膜23ケ成長させ
、反応性スパッタエッチにより幅0.8μm深さ1μm
の溝24ヶ形成し、さらにイオン打込み法によりボロン
イオン’に25KeVで1×10・2Crn−2打込み
、ボロン拡散層33を形成した状態を示す。
第3図(b)は、ボロンklOPl含有する塗布ガラス
をスピンナ回転ff2000rp111で塗布し、平坦
面の膜厚i0.15μmとし、溝中に厚さ0.6μmの
膜厚の塗布ガラス層25を形成、ウェット雰囲気中で1
00Cから20C/wの割合で徐々に昇温し、800C
で20分間アニールした状態を示す。
塗布ガラスを直接塗布しても界面準位密度(Q5)の影
響を受けないのは、後に述べるようにウェット酸素中の
熱処理によシ成長する酸化膜のため、シリコン−シリコ
ン酸化俣界面のQssがl X 10” cm−2以下
に低減されるためである。
第3図(C)は、該塗布ガラス増25を弗酸溶液中で厚
さ0.15μmだけ除去し、再びボロンを100騨含有
する塗布ガラスを、平坦面の膜厚が0.15μmになる
ように塗布し、ウェット雰囲気中で200Cから5 Q
 C/rmnで昇温し、1000Cで10分間アニール
し、第二の塗布ガラス層26孕形成した状態を示す。
との1oooCのウェット酸化により、塗布ガラスとシ
リコン界面に成長した酸化ノ換のため、Q s sは1
0 ” cm−2以下に低減でき、過剰ボロンの拡散は
不要である事がわかった。またこの拡散により、溝24
の内壁にボロン拡散層34が形成される。
第3図(d)は、該第二の塗布ガラス層26の表面全弗
酸溶液中で0.15μmエッチし、さらに180Cに加
熱した熱リン酸中で20分間加熱し、該シリコン窒化膜
23を除去また弗酸溶液中で該酸化膜22を除去し、ゲ
ート酸化膜27チヤネルドーブ層28、ケート導電体2
9形成、ソースドレーン30形成、層間−31形成、ア
ルミニウム配線32形成等のプロセスを経て、MO8F
’ETあるいはMo5ICv完成しfこ状態を示す。
〔発明の効果〕
本実施例によシ実現されたMOSFETは、ハードビー
フによるチャネル幅の減少全0.1μmまた狭チャネル
効果ヲ0.6μ「nに押える事ができ、従来方法の0.
4μmおよび2.0μ【nに比較して、1/3以下とす
る事ができた。
本発明による他の効果は、素子分離領域の幅が0.8μ
mと狭いにもかかわらす、分離領域のしきい電圧は、1
5v以上と、高い値が得られ良好な素子分離特性が実現
できる点にある。この理由は、ソースドレーン領域の接
合深さよシも、索子分離領域が深く基板中に質入してい
るため、いわゆる二次元効果によるしきい電圧の低下が
起シにくいためである。
以上実施例によシ詳細に説明した如く、本発明によれば
、素子分離領域幅を1μm以下にしても、活性領域幅の
減少、狭チャネル効果等の素子特性劣化を伴なわず、か
つ分離耐圧も15V以上と、艮好な素子特性を実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
嬉1図〜第3図は、本発明の実施例を示す工程図である
、 1.11.21・・・シリコン基根、2,12,22゜
5.16・・・熱酸化膜、3,13.23・・・窒化シ
リコン膜、4,15.24・・・溝、6,18,19゜
25.26・・・塗布ガラス膜、7,14.31・・・
CV D 酸化膜、8.i7,33,34.28−fヤ
ネルドープ層、27・・・ケート酸化j換、29・・・
ゲート−8電体、30・・・ソースドレーン領域、32
・・・第 1  (2) 第 2 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、半導体集積回路において、−導電型を有する半導体
    基板に、溝を形成する工程と、該溝によシ露出された半
    導体基板側壁に、該半導体基板と同一の導電型を与える
    不純物全拡散する工程と、該溝を塗布ガラスによって埋
    める工程と、該塗布ガラス層をウェット雰囲気で加熱処
    理する工程を少なくとも含む事を特徴とする半導体装置
    の製造方法。
JP5506083A 1983-04-01 1983-04-01 半導体装置の製造方法 Pending JPS59182537A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62106645A (ja) * 1985-11-01 1987-05-18 Fujitsu Ltd 集積回路の素子分離方法
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US7416987B2 (en) 2003-11-28 2008-08-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method of fabricating the same

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