JPS6011463B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法にかかり、特に厚い二酸
化珪素を選択的に形成した半導体装置の製造方法に関す
るものである。

半導体集積回路装置の選択酸化技術に関してはすでに１
９７１年ェルセ・コーィらによってフィリップス・リサ
ーチ・レポート（１９７１年、２母萱、１６６頁）に報
告されている。

これは電界効果型トランジスターに使用したものでいわ
ゆるＬＯＣＯＳ（いｃａｌ○ｘｉ船ｔｉｏｎｏｆＳｉｌ
ｉｃｏｎ）とよばれているものである。この方法はまず
珪素基板上全面に窒化桂素膜を形成し、引き続きこの窒
化珪素膜の表面に酸化桂秦膜を形成し、通常の写真蝕刻
法によって窒化珪素膜表面に形成された酸化珪素膜を選
択的にエッチング除去する。さらにこの酸化桂素膜をマ
スクとして窒化珪素膜をエッチングする。その後、この
残された窒化桂素膜を酸化のマスクとして利用し、熱酸
化すると前の工程でエッチング除去された領域に厚い二
酸化桂素膜を形成できる。窒化樟素膜を除去すれば選択
的に二酸化珪素膜が形成されたことになる。この方法に
よれば、珪素基板表面と厚い二酸化珪素膜表面との段差
が少なく、かつ基板表面に形成される素子間には厚い絶
縁膜を有するため、素子間の寄生ＭＯＳトランジスター
の閥値電圧は高くなるという長所をもつが、その反面寄
生ＭＯＳトランジスターのチャンネル長はほとんど増加
せず、素子間の十分な絶縁分離が得られない上に、窒化
樟素膜上に酸化珪素膜を形成する工程において、窒化樟
素膜と珪素基板との熱膨張係数の差による“反り”が生
じる欠点がある。

すなわち、酸化珪素膜の形成には７００〜１２００ｑｏ
にも及ぶ高温の熱処理を必要とするが、この高温状態か
ら室温に冷却する際、基板上に全面に形成される窒化膜
と基板との熱膨張係数の差によって珪素基板に反りが生
ずる。このためその後の基板と露光マスクとの密着性が
悪くなり、微細パターンの形成が困難になる。またトラ
ンジスター等の素子の電気的特性にも悪影響を与える。
本発明の目的は、窒化珪素膜を熱酸化する工程を改良し
、半導体基板の反りを無くし、微細パターンの形成を容
易とし、ひいては素子間の絶縁分離が確実でかつ良好な
電気的特性を有する半導体装置の製造方法を提供するも
のである。

本発明の半導体装置の製造方法は、選択的に形成された
二酸化珪素等の絶縁膜を表面に有する半導体基板上の全
面に窒化蛙黍膜を成長させ、その後前記絶縁膜を被覆し
た以外の領域上の窒化珪素膜を陽極酸化して酸化物に変
換する。

このことによって基板表面に細面化面を形成することに
なる。さらに望ましくはその後熱酸化によって陽極酸化
によって得られた酸化膜を厚くしたり又はこの陽極酸化
によって得られた酸化物を化学的に除去した後に露出す
る半導体基板表面を熱酸化して厚い酸化膜を形成する。
本発明の半導体装置の製造方法によれば「半導体基板上
に二酸化珪素を選択的に形成し、その後全面に窒化珪素
膜を形成して、この窒化珪素膜の所定部を陽極酸化を利
用することによって酸化膜に変換しているため熱膨張係
数の差に基づく半導体基板の“反り”を生じることがな
い。

従って半導体基板上に露光マスクを密着して装置できる
ので、微細パターンの写真蝕刻を確実に行なうことがで
きる。又、本発明を半導体集積回路の素子間に用いると
、素子間の基板表面には高抵差数１００△の粗面化面が
形成される。半導体基板表面に生じる寄生ＭＯＳトラン
ジスターのチャンネルは基板表面から１００Ａ以内であ
るのでたとえ寄生ＭＯＳトランジスタ−が生じても、そ
の実効チャンネル長は実質的に長くなり、素子間分離が
より確実にできる。次に図面に従って本発明の実施例を
説明する。

第１図Ａ〜日は本発明の第１の実施例の主要工程におけ
る断面図を示す。第１図Ａに示す如くｐ型桂素基板１０
１上に１０００〜２０００△程度の二酸化珪素膜１０２
，１０２′を形成し、通常の写真蝕刻技術により後に素
子間領域となる部分を選択的に除去する。

次に半導体基板１０１の露出する領域にｐ型不純物、た
とえば棚素を表面濃度で１０肌‐３程度熱拡散させＰ＋
拡散層１０３を形成する。

これは後に形成される素子間の寄生ＭＯＳトランジスタ
ー効果に基づく絶縁不良を防止するためである。次に第
１図Ｂに示すように酸化珪素膜１０４を基板表面全面に
気相成長させる。窒化珪素膜の膜厚としてはピンホール
が発生しない程度に薄い５００〜２５００△が選ばれる
。本実施例では「窒化珪素膜厚を８００△とした。その
後第１図Ｃに示した如く棚酸アンモニウムを飽和せしめ
たエチレングリコール溶液中で陽極酸化し、前記Ｐ十拡
散層１０３上の窒化桂素膜１０４を二酸化珪素膜１０５
に変換する。

この時の選択酸化のためのマスクは必要とせず電界は活
性領域と不活性領域上の窒化珪素膜にそれぞれ１ぴＶ′
肌以上５×１びＶ／仇以下とする。

電解条件としては窒化珪素膜にか）る電界を０．８〜６
×１ぴＶ／の電流を０．４〜８ｍＡノのに選ばれる陽極
酸化によって得られる二酸化珪素膜１０５は窒化桂素膜
１０４のみならず桂素基板１０１をも含めて形成させる
ことが望ましい。このことは後述するように半導体集積
回路表面の段差を完全になくすために極めて効果的であ
る。また陽極酸化によって得られる二酸化珪素膜１０５
は予め形成しておいた二酸化樟素膜１０２，１０２′の
下には形成され難く、横方向への酸化が少ない。このこ
とも後に述べるように微細パターン形成に有利となる。
次に第１図Ｄに示すように酸化珪素膜１０２，１０２′
上に残った窒化珪素膜１０４，１０４「をマスクとして
弱弗酸液に浸潰し、二酸化珪素膜１０５を選択的にエッ
チング除去する。次に半導体基板を１０００〜１１０ぴ
０のスチーム雰囲気中で熱酸化し、露出するＰ＋拡散層
１０３の表面に１．３山程度の厚い周辺酸化膜１０７を
成長し次いで窒化珪素膜１０４，１０４′および酸化珪
素膜１０２，１０２′を熱リン酸中でエッチングを行な
い除去し、その後基板１０１の露出した領域に約１００
０Ａのゲート酸化膜１０７′を熱酸化して再成長する。
その図を第１図Ｅに示した。その後は通常のシリコンゲ
ート型電界トランジスターの製造方法のごとくゲート酸
化膜１０７′の上面に多結晶珪素膜ＩＤ８，１０８′を
選択的に形成し（第１図Ｆ）、さらにリンを熱拡散して
ｎ型のソース領域１０９， １０９′及びドレィン領域
１１０，１１０′を形成し、前記多結晶桂素膜１０８，
１０８′およびソース・ドレィン領域１０９，１０９′
，１１０，‘量０′上に二酸化珪素膜１１１，１１１７
を形成する（第１図Ｇ）。その後ソース、ドレィン領域
及びゲート領域上の二酸化蓬素膜１１１，１１１′の所
定部に開孔を形成し、それぞれの開孔を通してアルミニ
ウムの配線層１１２，１１３，１１４によって表面配線
を形成して第１図日のシリコンゲート型ＭＯＳ集積回路
装置を完成する。上述の実施例の第１の効果は、すでに
前述したように窒化桂素膜を基板表面全面に被覆した状
態で熱処理工程を行なわないため、基板の反りや歪みが
生ずることがない。

その結果、後の集積回路製造工程に於ける微細パターン
の形成がしやすくまた素子の電気的特性やｐｎ接合のリ
ーク電流特性も損うことがない。第２の効果としては、
前記に述べたように窒化碇素膜の陽極酸化の際、窒化珪
素膜だけでなく「珪素基板表面をも同時に酸化でき、こ
の酸化膜をエッチング除去することによって素子間とな
る領域の基板表面を下降せしめ、さらに熱酸化処理する
ため集積回路表面の段差を完全になくすことができる。
珪素を熱酸化によって二酸化珪素に変換する際には二酸
化桂素膜厚の約４５％の厚さに相当する珪素が二酸化珪
素に変換される。このため約ｌｒの酸化膜を形成する場
合基板表面を予め４５００Ａ程度陽極酸化しておくと「
ほぼ完全に平坦な表面が得られる。第１の実施例の第３
の効果としては設計値とほぼ等しい構造の素子が得られ
ることである。すなわち、基板の反りや歪みがないため
、ホトレジストによるパターン形成がマスク通り‘こで
き、その上本来、酸化膜基板の耐酸化性能が良くないが
この酸化膜の表面は窒化膿の陽極酸化によって側面をも
窒化珪素膜によって保護される如くなるため、横方向へ
の酸化が進行されにくい。従ってほぼ設計値に等しいパ
ターンが形成できかつ微細パターンにも有利となる。さ
らに本実施例の第４の効果として、素子間に形成される
寄生ＭＯＳトランジスターの閥値電圧が高くなり素子間
のＩＪーク電流が減少することがあげられる。即ち、陽
極酸化によって変換された酸化膜をエッチング除去する
と、そのエッチングされた後、高低差数１００Ａにも及
ぶ凹凸の生じた粗面化面が形成される。一方寄生ＭＯＳ
トランジスターのチャンネルは基板表面に１００Ａ以下
の厚さに形成されるにすぎないので素子間の実効的なチ
ャンネル長が拡張され、素子間隔を２仏程度に縞少して
も寄生ＭＯＳ効果を生ずる寄生トランジスターの閥値電
圧が十分高くなり、素子間リークを生じない効果がある
。次に本発明の第２の実施例について第２図Ａ〜Ｃを用
いて説明する。

第２図Ａはｐ型珪素基板２０１上に１０００〜２０００
Ａ程度の二酸化珪素２０２，２０２′を形成し、次いで
後に素子領域となる部分以外の領域を通常の写真蝕刻技
術により選択的に除去した図である。

その後窒化珪素膜２０３を前記基板２０１の表面全面に
気相成長させる。その図を第２図Ｂに示した。次にｐ型
不純物である棚素をイオン注入してＰ＋拡散層２０４を
形成する。このとき二酸化珪素２０２，２０２〆はイオ
ン注入のマスクとして働く。したがって、二酸化珪素２
０２，２０２「は比較的厚く設定され、窒化珪素膜２０
３の厚さはイオン注入条件によって定まる値とさられる
。その後の工程は前述の第１の実施例の第１図Ｃ以下の
工程と同様に行なう。第２の実施例によって得られる効
果は第１の実施例で述べたと同様な効果を得られること
は明らかである。

その他の効果として熱拡散の場合と比べてＰ＋拡散層２
０４の濃度を制御し易くかつバラツキを少なくできる。
また「製造工程が簡素化され歩蟹りも向上する。さらに
Ｐ＋拡散層２０４の濃度のバラッキが少ないため陽極酸
化のときに流の均一性が良く基板全体にバラッキもなく
酸化される。次に本発明の第３の実施例を第３図Ａ〜Ｄ
を用いて説明する。

初めに第３図Ａに示す如くｐ型桂素基板３０１上にｎ型
ェピキシャル成長層３０２を形成し、その後１０００Ａ
程度の二酸化珪素膜３０３，３０３′を被覆させこの二
酸化珪素膜の絶縁分離領域に相当する部分をエッチング
除去する。

さらに基板表面全面に窒化珪素膜３０４を気相成長する
。次に第１の実施例と同様に窒化珪素膜３０４とｎ型ェ
ピタキシャル層３０２の表面の一部を陽極酸化させ、二
酸化珪素膜３０５を形成する。その図を第３図Ｂに示し
た。その後第３図Ｃに示す如く陽極酸化させた二酸化桂
秦膜３０５をエッチング除去し、引き続き熱酸化を行な
いヱピタキシャル層３０２を貫通して基板３０１の表面
に到る酸化膜の絶縁層３０６を形成する。このとき第１
の実施例で述べた如く集積回路表面上の酸化膜を完全に
平坦にすることができる。その後は通常のバィポーラ型
トランジスターの製造方法に従ってコレクター３０７、
ベース３０８、ェミッタ３０９を形成し、最後にアルミ
ニウム配線３１０，３１１，３１２を形成して第３図Ｄ
の構造を得る。この実施例ではバイポーラ型トランジス
ター、バィポーラ型集積回路装置に応用したものである
が、第１の実施例と同機に高密度、高性能、高信頼度を
得ることができる。

第１、第２、第３の実施例でｐ型珪素基板を用いたが、
ｎ型桂素基板を用いてもよい。

また珪素以外の半導体、例えばゲルマニウム、などを用
いてもよい。さらに実施例の中で陽極酸化の電解液とし
て棚酸水溶液を用いたが他の電解液、例えばクエン酸、
希硫酸「リン酸、綾酸などを用いてもよい。場合によっ
てはエチレングリコールを加えてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｈ‘ま第１の実施例の主要工程に於ける断面
図、第２図Ａ〜Ｃは第２の実施例の主要工程に於ける断
面図、第３図Ａ〜Ｄは第３の実施例の主要工程に於ける
断面図である。 図中１０１，２０１，３０１はｐ型蓬素単結晶基板、１
０３，２０４はＰ十拡散層、１０２，１０２′，１０５
，ＩＱ７３１０７ｒ，１１１，１１１′，２０２，２０
２′，３０３，３０３′，３０５，３０６は二酸化珪素
、１０４，２０３，３０４は窒化珪素膜、１０８，１０
８′は多結晶桂素、１１２，１１３，１１４，３１０，
３１１，３１２はアルミニウムの配線である。多’図 努′図 努２図 努３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体素体の一主表面に選択的に絶縁膜を形成し、
   前記半導体素体の前記一主表面の少なくとも前記絶縁膜
   と覆われない部分上に窒化膜を形成し、前記半導体素子
   の前記一主表面の前記絶縁膜に覆われない部分上に有す
   る前記窒化膜を陽極酸化し、前記陽極酸化された窒化膜
   下の前記半導体素体の一主表面に酸化物を形成すること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。