JPS5992547A - アイソレ−シヨン方法 - Google Patents

アイソレ−シヨン方法

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JPS5992547A
JPS5992547A JP20196882A JP20196882A JPS5992547A JP S5992547 A JPS5992547 A JP S5992547A JP 20196882 A JP20196882 A JP 20196882A JP 20196882 A JP20196882 A JP 20196882A JP S5992547 A JPS5992547 A JP S5992547A
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JP
Japan
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film
semiconductor substrate
oxidation
silicon
resistant
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JP20196882A
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Katsuhiko Ito
勝彦 伊藤
Kazuo Nojiri
野尻 一男
Masatake Kishino
岸野 正剛
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • 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
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    • H01L21/76202Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO
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    • H01L21/76216Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO introducing electrical inactive or active impurities in the local oxidation region, e.g. to alter LOCOS oxide growth characteristics or for additional isolation purpose introducing electrical active impurities in the local oxidation region for the sole purpose of creating channel stoppers
    • HELECTRICITY
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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】 この発明は、半導体領域を他の半導体領域から電気的に
分離するためのアイソレーション方法、より具体的には
選択的に酸化した部分を素子間分離領域とするアイソレ
ーション方法の改良技術に関する。
半導体集積回路(以下ICという)においては、一つの
チップ内に多数の素子を作り込み回路を構3− 成するため、各々の素子を電気的に絶縁分離することが
必要である。現在ICの製造工程で一般的に行なわれて
いる素子間分離法はL OCOS (Lo−cal 0
xidation of 5ilicon)と呼ばれる
ものでシリコン窒化膜の耐酸化作用が大きいことを利用
し、シリコン窒化膜を酸化のマスクとして選択酸化する
方法である。
この選択酸化による方法の場合、シリコン窒化膜を直接
シリコン基板に被着させ選択酸化を行なうと、膜の応力
のためにシリコン基板に欠陥が発生する。そのため、従
来一般に、パッド酸化膜と呼ばれている熱酸化膜をシリ
コン窒化膜とシリコン基板との間に挿入し応力を緩和す
る方法が採られている。
ところが、パッド酸化膜を用いるがために、選択酸化に
よって酸化膜が素子領域にくい込むという現象、いわゆ
るバーズビークが発生し、素子領域の有効面積を減少さ
せるため、集積度向上の障害となっている。このバーズ
ビークの影響はパターンの微細化が進むにつれて大きく
なることばい4− うまでもない。たとえば、標準的なダイナミックRA 
M (Random Access Memory)に
おいて、素子領域、素子分離領域の最小線幅(マスク設
計値)を2μmとした場合、集積度はバーズビークの発
生が無い時で1.3X10’セル/dであるのに対し、
0.5μmのバーズビークが発生すると9XIO’セル
/cTIまで低下する。
そこで、LOCO8法でのバーズビークの発生を防止す
るため、いくつかの方法が提案されている。
その一つは、S E COM (Selfaligne
d EdgeCoating Method、第42回
応用物理学会予稿集、第541頁、1981年秋)であ
る。第1図にSEC0M工程の実施例を説明する。まず
、第1図(a)のようにシリコン半導体基板1を酸化し
第1パツドシリコン酸化膜2を形成した後、その上に第
1図(b)のようにCVD法(Chemical Va
pour Deposion ;化学的気相成長法)で
第1のシリコン窒化膜3を被着する。ついで第1図(e
)に示すように第1のシリコン窒化膜3と第1パツドシ
リコン酸化膜2、さらにはシリコン半導体基板1をホト
エツチングで素子分離領域用の溝4をパターニングする
。この時、エツチングはRI E (Reactive
 Ion Etchi−ng;反応性イオンエツチング
)法のようにエツチングの指向性の強い方法を用い、サ
イドエツチング量が少なく、ホトレジスト膜5と溝4と
の変換差を小さくする。溝4部分におけるシリコン半導
体基板1のエツチング深さは、シリコンが酸化すること
によってその厚さが約2.2倍になることから、フィー
ルド酸化膜厚の半分程度の値にすることが素子表面の平
坦化のために望ましい。
次に、第1図(d)に示すように、第2パツドシリコン
酸化膜6を形成し、第1図(e)のようにCVD法で第
2のシリコン窒化膜7を被着した後、RIE法によって
第2のシリコン窒化膜7をエツチングする。この時、R
IE法は指向性の強いエツチング法であるため溝4の側
壁の第2のシリコン窒化膜7はそのまま残り、かつ素子
領域8上の第1のシリコン窒化膜3も残る。したがって
、溝4の底だけがシリコン窒化膜がない構造となる。
その後第18図(g)のように、シリコン窒化膜3およ
び7をマスクとして選択酸化することによって、フィー
ルド酸化膜9を生成する。そして、第1−図(h)のよ
うに表面のシリコン窒化膜3および7の一部、並びにパ
ッドシリコン酸化膜2をエツチングすることにより、素
子領域8のシリコン面を露出させアイソレーションを完
了する。
このようにSEC0M工程によれば、溝4の側壁部分を
も耐酸化性のシリコン窒化膜7によってマスクしている
ので、前述したバーズビーク防止の効果が得られる。し
かし、SEC0Mにあっても、溝4の深さが通常0.5
μm程度と深いだけに、それを埋める酸化膜9の形成時
にかなりのストレスがかかることは否めない。しかも、
酸化膜9と側壁部分のシリコン窒化膜7とのぬれが必ず
しも良くないことなどから、両者の境界部分にへこみ1
.0が生じる問題がある。なお、フィールド酸化膜の生
成時の温度を1100℃とすることによって、酸化膜に
発生する転位を防止することが可能であると報告されて
いるが、そうした場合。
7− 酸化温度を任意に選べないという別の問題が生じること
になる。
また、SEC0Mと同様の別の報告例〔J、 Ele−
ctrochem、 Soc、、127(11)、24
68(1981))がある。その工程は第1図とほとん
ど同じであるが、第1図(c)のシリコン半導体基板1
のエツチング時に第1パツドシリコン酸化膜2を用いて
アンダーカットし、第2図(a)に示すようにパッドシ
リコン酸化膜2をオーバハング構造にすることと、第1
図(d)の第2パツドシリコン酸化膜6を生成しないこ
と以外は同じ工程を経て、第2図(a)の構造となる。
その後、フィールド酸化膜9を生成するが、その酸化膜
9は、第1パツドシリコン酸化膜2の膜厚によって形状
が異なることになってしまう。たとえば、第1パツドシ
リコン酸化膜2が30nmの場合、第2図(b)のよう
になり、Onmの場合には、第2図(c)のようになる
。いずれの場合にも、第2のシリコン窒化膜7の裏側に
酸化膜が生成され、第1のシリコン窒化膜3を変形させ
る。
8− そのため、フィールド酸化膜9が横方向に拡がり、LO
GO8のバーズビークと同様に集積度向上の妨げとなる
。また、第2図(b)のようにパッドシリコン酸化膜2
があると、明らかにバーズビーク1−1の発生が認めら
れる。
したがって、この発明の目的は、バーズビークの発生を
防止しうろことは勿論のこと、SEC0Mおよびそれに
類似した方法における問題をも解消しうる改良技術を提
供することにある。
この発明の特徴点は次の二点にある。一つは、選択酸化
に際し、半導体基板の一面全体に多結晶シリコン膜ある
いはシリコン酸化膜のいずれか一方の薄い膜を堆積する
ようにしたこと、もう−っは、その薄い膜の堆積前に、
溝の底部部分にのみ選択的にシリコン、つまり単結晶シ
リコン、多結晶シリコンあるいは無定形シリコンを形成
するようにしたこと、である。
以下、この発明を第3図に示す実施例に沿って説明する
。その実施例は、この発明をNチャネルMO8TCの製
造に適用した場合である。第3図(a)は第1図(e)
における第2のシリコン窒化膜7を被着した状態を示し
たもので、そのところまではSEC0M工程と同じであ
る。その後、第3図(b)に示すように、RIE法で第
2のシリコン窒化膜7と第2パツドシリコン酸化膜6を
エツチングすることによって、溝4の側壁部を第2のシ
リコン窒化膜7で、素子領域8の上を第1のシリコン窒
化膜3でそれぞれ覆い、溝4の底面においてのみシリコ
ン半導体基板1が露出するようにする。そして、寄生チ
ャネル防止のために、第1のシリコン窒化膜3と第1パ
ツドシリコン酸化膜2をマスクにして矢印のようにボロ
ンイオンを打込み、高濃度領域12を形成する。
その後、第3図(c)のように、全面に多結晶シリコン
膜13を形成した後、第3図(d)のようにフィールド
酸化膜91を生成する。この時、多結晶シリコン膜13
が酸化されると、シリコン半導体基板1の一面のうち、
シリコン窒化膜3および7で覆われている領域はそれ以
上酸化されず、溝4の底部のシリコン半導体面だけが酸
化されフィールド酸化膜91が生成される。その後は従
来と同様で、第3図(、)に示すように第1のシリコン
窒化膜3」二の酸化膜91および第1のシリコン窒化膜
3並びに第1パツドシリコン酸化膜2を除去し、素子領
域8のシリコン面を露出させアイソレーションを完了す
る。
この発明においても、フィールド酸化膜91は側面をシ
リコン窒化膜7で覆われた溝4の底面のシリコン面を酸
化することによる体積膨張を利用してその溝4を埋める
ように形成されるが、それと同時に側面に形成した多結
晶シリコン膜13も酸化されるため、溝4の底面から膨
張してきた酸化膜と溝4の側面から膨張してきた酸化膜
同志がくっつき合うこととなり、それら接触面での特性
が改善されるという利点がある。また、シリコン窒化膜
上に形成した多結晶シリコン膜13が酸化されるため、
耐酸化マスクとしてのシリコン窒化膜とフィールド酸化
膜91との密着性が改善される。その」二、シリコン窒
化膜7とフィールド酸化膜91との境界面のへこみを多
結晶シリコン膜11− 13の酸化膜によって埋めることができることから、素
子領域8のシリコン表面と分離領域の酸化膜91の表面
とが同一平面上にある。すなわち、完全に平坦化された
構造を持つこととなり、ゲート電極形成、配線形成など
における断線を防止することができるという利点をも持
っている。
次に、この発明の別の実施例を第4図を用いて説明する
。第4図(a)、(b)は第3図(a)、(b)と全く
同じ工程である。その後、第4図(c)に示すようにシ
リコン半導体基板1が露出している溝4の底面のみに選
択的にシリコン膜14を成長させる。シリコンを選択的
に成長させる方法としては、一般にいわれているHCI
ガスを添加した選択エピタキシャル法や選択CVD法を
用いると良V)Il その後、多結晶シリコン膜13を全面に薄く形成して、
第3図(d)、(e)と同様フィールド酸化膜91を生
成後、酸化膜91の一部および第1のシリコン窒化膜3
、並びに第1パツドシリコン酸化膜2をエツチングして
素子領域8のシリコン面12− を露出させアイソレーションを完了する。
このように、多結晶シリコン膜13の堆積前に、溝4の
底部部分のみに選択的にシリコン膜14を形成した場合
には、前記第3図のものにおける利点に加えて次のよう
な利点をも得ることができる。
゛ すなわち、溝4の中に成長させたシリコン14を酸
化させるため、シリコン半導体基板1に対するストレス
を小さくすることができ、その結果、基板1に発生する
欠陥を防ぐことができ、かつ酸化温度をある程度任意に
選ぶことができるという利点である。
なお、第3図および第4図の実施例は、NチャネルMO
3ICについて述べたが、この発明はPチャネルMO8
IC1相補型MO3TC1さらにはバイポーラICにも
適用可能であることはいうまでもない。また、多結晶シ
リコン膜13に代えて、CVD法によるシリコン酸化膜
を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(h)は既に提案されている従来の素子
間分離法の改良法(SECOM)の製造工程を示す断面
図、 第2図(a)〜(c)は別の改良法の断面図、(東)〜
(el 第オ「ホキの発明の実施例によるMOSFETす断面図
である。 1・・・シリコン半導体基板、2・・・第1パツドシリ
コン酸化膜(第1の薄い絶縁膜)、3・・・第1のシリ
コン窒化膜(第1の耐酸化膜)、4・・・溝、6・・・
第2のシリコン窒化膜(第2の耐酸化膜)、8・・・素
子領域、9,91・・・フィールド酸化膜、15− 第  4IO 第  3 図 Δ /Z

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1−0半導体基板の一生面の、選択的に酸化した部分を
    素子間分離領域とするアイソレーション方法であって、
    次の(A)〜(E)の各工程からなることを特徴とする
    アイソレージ目ン方法。 (A)半導体基板の一生面に、第1の薄い絶縁膜および
    その上に第1の耐酸化膜を形成した後、これら膜に所定
    のパターニングを行ない上記半導体基板までエツチング
    することによって、上記半導体基板の一生面に溝を形成
    する工程。 (B)上記溝内の半導体基板表面に第2の薄い絶縁膜を
    形成した後、その溝を含む半導体基板の一生面全体に第
    2の耐酸化膜を形成し、ついで指向性の強いエツチング
    法を用いて溝底面のみの耐酸化膜とその下の絶縁膜を除
    去することによって、その部分の半導体面を露出させる
    とともに、上記溝側面に第2の耐酸化膜を、上記半導体
    基板の一生面に第1の耐酸化膜をそれぞれ部分的に残す
    工程。 (C)上記第1および第2の耐酸化膜を含む上記半導体
    基板の一生面に、多結晶シリコンあるいはシリコン酸化
    膜のいずれか一方を全面に薄く堆積する工程。 (D)上記第1および第2の耐酸化膜をマスクとして、
    上記(C)工程において堆積した膜および/またはその
    下の上記半導体基板の半導体面を選択的に酸化すること
    によって、溝部分を酸化膜によって埋める工程。 (E)上記半導体基板−主面の第1の耐酸化膜と上記第
    1の薄い絶縁膜を除去することによって、半導体紙板の
    一生面を平坦にする工程。 2、半導体基板の一生面上、選択的に酸化した部分を素
    子間分離領域とするアイソレーション方法であって、次
    の(A)〜(F)の各工程からなることを特徴とするア
    イソレーション方法。 (A)半導体基板の一生面に、第1の薄い絶縁膜および
    その上に第1の耐酸化膜を形成した後、これら膜に所定
    のパターニングを行ない上記半導体基板までエツチング
    することによって、上記半導体基板の一生面に急峻な立
    上がりを持った溝を形成する工程。 (B)上記溝内の半導体基板表面に第2の薄い絶縁膜を
    形成した後、その溝を含む半導体基板の一生面全体に第
    2の耐酸化膜を形成し、ついで指向性の強いエツチング
    法を用いて溝底面のみの耐酸化膜とその下の絶縁膜を除
    去することによって、その部分の半導体面を露出させる
    一方、上記溝側面に第2の耐酸化膜を、上記半導体基板
    の一生面に第1の耐酸化膜をそれぞれ部分的に残す工程
    。 (C)上記部分的に残った第1および第2の耐酸化膜を
    含む半導体基板の一生面に、多結晶シリコンあるいはシ
    リコン酸化膜のいずれか一方を全面に薄く堆積する工程
    。 (D)上記部分的に残った第1および第2の耐酸化膜を
    マスクとして、上記(C)工程において堆積した膜およ
    び/またはその下の上記半導体基板の半導体面を選択的
    に酸化することによって、溝部分を酸化膜によって埋め
    る工程。 (E)上記半導体基板−主面の第1の耐酸化膜と上記第
    1の薄い絶縁膜を除去することによって、半導体基板の
    一生面を平坦にする工程。 CF)上記(B)工程と(C)工程との間において、半
    導体面が露出した溝底部にのみシリコンを選択的に成長
    させる工程。 3、上記(F)工程におけるシリコンの成長は、選択的
    エピタキシャル法によることを特徴とする特許請求の範
    囲第2項記載のアイソレーション方法。 4、上記(F)工程におけるシリコンの成長は、CVD
    法によることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の
    アイソレーション方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4682408A (en) * 1985-04-01 1987-07-28 Matsushita Electronics Corporation Method for making field oxide region with self-aligned channel stop implantation
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