JPS60189236A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は半導体基板への誘起欠陥を少なくした半導体装
置の製造方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 半導体装置は最近壕すまず高密度化、高性能化される傾
向にあり、特に記憶素子や固体撮像素子の開発に対して
顕著である。これらの素子を開発する上で特に重要な点
は、リーク電流が極力少ない事である。消費電力あるい
はノイズに大きく影響するからである。リーク電流の発
生原因については、半導体装置の回路（パターン）や構
造等から発生するもの、あるいは製造段階における各工
程の処理、例えば洗浄液や電気炉等に含まれる不純物の
混入により発生するものが考えられる。しかし設計や製
造環境の質が向上すると、高温熱処理等による結晶欠陥
や酸素の析出に伴って発達する積層欠陥などの基板自体
からの誘起欠陥が問題となる。しかしこの工程は半導体
装置を製造する上で最も重要な素子間の分離に用すてお
り、ＬＯＣＯ３法（Ｌｏｃａｌ　０ｘｉｄａｔｉｏｎ　
ｏｆ　５ｉｌｉｃｏｎ　）がその代表的な例である。

ＣＭＯＳ技術」（半導体・集積回路技術、第２３回の誘
起欠陥をなくしたものである。この方法を第シリコン窒
化膜１３を順次形成する。第２図（ｂ）において、感光
性樹脂１４をマスクにシリコン窒化膜１３をエツチング
せしめる。（ｃ）において、感光性樹脂１４を除去した
後、シリコン窒化膜１３をマスクに露出した多結晶シリ
コン膜１２を完全に酸化しシリコン酸化膜１６とする。

（ｄ）において、シリコン窒化膜１３．多結晶シリコン
膜１２をエツチングする。ここでシリコン酸化膜１６の
１０００部は図のようにひさし状に突き出ている為、こ
の直下に多結晶シリコン膜１２′が残存する如く、多結
晶シリコン膜１２のエツチングにはりアクティブイオン
エツチング法を用いる。（ｅ）にお因で、シリコン酸化
膜１５のひさし直下部の多結晶シリコン膜１２′を酸化
してシリコン酸化膜１６とし、シリコン酸化膜１１をエ
ツチングして露出しだ】リコン基板１０に能動素子を形
成する方法であ・しかしながら上記方法は、相変わらず
従来の・リコン窒化膜をマスクに多結晶シリコン膜を選
１酸化する為、必然的に多結晶シリコン膜の横方Ｆ酸化
が進み、第２図ｅに示すようにシリコン酸１膜１６のひ
さし直下部のくほみに絶縁物を形成−る工程が必要とな
る。この工程がない場合、ゲト用電極等に用いられる多
結晶シリコン膜は減ＬＣＶＤ法（気相成長法）により形
成する為非常１被覆性が良く、上記くぼみにも残存し易
く、ゲト間のショートの原因になったり、アルミ等の・
属配線の段切れの原因になる恐れがある。又第一すにお
りて、感光性樹脂１４をマスクにシリン窒化膜１３をエ
ツチングする場合、下地が直；多結晶シリコン膜１２で
あると、工・フチング速ｊ比の関係から多結晶シリコン
膜のエツチング速ｊが数倍速く、終点検出する制御が難
かしい。そ・為多結晶シリコン膜１２上に必らずシリコ
ン酸・膜を形成しなければならない。しかしシリコン酸
化膜を介すると、多結膜シリコン膜の選択酸化におりて
、横方向酸化が顕著に発生し、微細化に不／　利である
。

【　以上の如くシリコン基板を選択酸化せずに、上） ヒ　数が多く、かつ酸化膜厚が厚い場合や酸化時間がｉ
　長くなっだ時あるいはシリコン窒化膜と多結晶シリコ
ン膜間のシリコン酸化膜厚が厚い場合は、選Ｅ　抗酸化
の横方向入り込みが大きくなり、素子寸法Ｃの変動によ
る特性不良を発、生する恐れがある。

−発明の目的 鋭　本発明は上記従来の問題点を解消するもので、２　
シリコン基板への誘起欠陥をなくし、かつ工程のコ　簡
単な半導体装置の製造方法を提供するものであ妾　る。

艶　発明の構成 Ｗ　本発明は、シリコン基板表面に酸化膜一層もしＤ　
くけ酸化膜上に酸化防止膜を形成した二層から成１ヒ　
る絶縁膜上に多結晶シリコン膜の工、ノチング・（り−
ンを形成し、多結晶シリコン膜のエツチングパターンを
酸化してシリコン酸化膜に変換することにより、誘起欠
陥をなくしてリーク電流の少ない簡単な素子間分離方法
を得ることができる。

実施例の説明 第３図ａ　−ｄに本発明の一実施例を示し、以下図面に
沿って詳細に説明する。ａにおいて、シリコン基板２１
表面を酸化してシリコン酸化膜２２を約６０ｎｍ形成す
る。次にシリコン窒化膜２３を気相成長法により約５０
ｎｍ形成する。さらに多結晶シリコン膜２４を気相成長
法により約３ｏ。

ｎｍ形成する。

ｂにおいて、ホトリソグラフィ技術によす素子間の分離
を目的とする感光性樹脂パターン２６を形成する。感光
性樹脂パターン２６をマスクに多結晶シリコン膜２４を
エツチングし、素子間の分離領となる部分を残存せしめ
、能動領域となる部分は除去する。多結晶シリコン膜２
４のエツチングにはＣＦ　４＋０２混合ガスを用いてプ
ラズマエツチングする。プラズマエツチングは等方性エ
ツチングの為感光性樹脂パターン２６のマスクに対して
横方向にエツチングが入り込み図のように傾斜が必然的
に生じる。又多結晶シリコン膜２４とシリコン窒化膜２
３のエツチング速度比は約１０対１の差がある為、多結
晶シリコン膜２４の終点制御は容易である。この図３ｂ
の工程が本発明において重要なところである。

Ｃにおいて、感光性樹脂２６を除去した後、１０００℃
Ｑ２＋Ｈ２混合ガス雰囲気中で約１５０分酸化して多結
晶シリコン膜２４のエツチングパターンのみをシリコン
酸化膜２６に変換する。シリコン酸化膜厚は約２倍の６
００ｎｍとなるが、酸化前の多結晶シリコン膜２４の断
面形状が傾斜していることにより、シリコン酸化膜２６
にも傾斜が生じる。

ｄにお−で、シリコン酸化膜２６をマスクに露出してい
るシリコン窒化膜２３をＣＦ４＋Ｏ２混合ガスを用−て
プラズマエ、Ｘ１チングするか、もしくは熱リン酸中で
エツチングする。次にシリコン基板上２２を弗酸系溶液
でエツチングして能動領域となるシリコン基板２１の表
面を露出さす。以後の工程は通常例えばＭＯＳ型（Ｍｅ
ｔａｌ　０ｘｉｄｅ　ｏｎＳｉｌｉｃｏｎ）電界効果ト
ランジスタを製造する場合は、主にゲート用シリコン酸
化膜を形成し、ゲート電極及びリース・ドレイン用不純
物拡散、さらにコンタクト窓を介して金属電極配線を行
なうが、図面は省略する。

又第３図Ｃにおいて、多結晶シリコン膜２４を酸化して
シリコン酸化膜２６に変換した後、素子間分離用シリコ
ン酸化膜２６で囲まれた能動領域となるシリコン基板上
のシリコン窒化膜２３及び直下のシリコン酸化膜２２を
エツチングせずに、そのままゲート用絶縁膜に用いても
良い。工程が非常に簡略化出来る。

その他の実施例として第４図ａ　％　ｄに示す。以下図
面に沿って詳細に説明する。αにおいて、例えばＰ型シ
リコン基板２１表面を酸化してシリコン酸化膜２２を約
５０ｎｍ形成する。次にシリコン窒化膜２３を気相成長
法により約５０ｎｍ形成する。さらに多結晶シリコン膜
２４を気相成長法により約３００　ｎｍ形成する。ｂに
おいて、感光性樹脂パターン２５′を形成して素子間分
離領域となる部分のみを開孔する。この感光性樹脂パタ
ーン２６′をマスクとして基板表面よりイオン注入法に
よりシリコン基板２１表面に到達する加速電圧を用いて
、Ｐ型不純物例えばボロンを導入する。この工程により
素子間分離用多結晶シリコン膜直下のシリコン基板表面
のＰ型不純物濃度が増加し、Ｐ＋不純物領域２７となる
。この領域を設けることにより、シリコン基板表面の横
方向リークをより押さえることができる。

Ｃにおいて、上記感光性樹脂パターン２５′の逆パター
ンである感光性樹脂パターン２５を形成し、これをマス
クとして素子間分離領域が残存する如く多結晶シリコン
膜２４をエンチングする。

ｄにおいて、感光性樹脂パターン２５を除去した後残存
した多結晶シリコン膜を酸化してシリコン酸化膜２６に
変換する。この時Ｐ＋不純物領域２７は活性化される。

この場合も素子間分離用シリコン酸化膜２６で囲まれた
能動領域となるシリコン基板上のシリコン窒化膜２３及
び直下のシリコン酸化膜２２をエツチングせずに、ゲー
ト用絶縁膜に用いて良−０以上の実施例ではシリコン基
板表面にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の二層を形成
してから多結晶シリコン膜を形成したが、多結晶シリコ
ン膜に不純物、例えばＮ型のリンが含まれている場合に
は酸化速度が速く、又多結晶シリコン膜の膜厚が２００
ｎｍ以下の薄い時には、下地シリコン窒化膜は必要ない
。シリコン酸化膜が５０〜２００ｎｍあればほとんどシ
リコン基板は酸化されない。

上記実施例ではイオン注入マスクである感光性樹脂パタ
ーン２６′と、多結晶シリコン膜２４のエツチングマス
クである感光性樹脂パターン２５は反転マスクを用−て
ホトリングラフイ一工程におけるマスク合わせ操作を行
なっている為、Ｐ　不純物領域２７と多結晶シリコン膜
のエツチングパターン２４がずれる可能性がある。そこ
でイオン注入マスクである感光性樹脂パターン２５′を
用いて、自己整合的に反転パターンを形成する技術を用
いることにより、素子特性の向上を図ることができる。

例えば第４図ａ〜ｄの工程において、特にｂとＣの工程
を第５図ａ　−Ｃに示す方法で実現できる。以下図面に
沿って詳細に説明する。但し第４図と同一材料は同一番
号とする。第５図ａにおいてＰ　イオン注入後、感光性
樹脂パターン２５′を除去せず、例えばプラズマ気相成
長法により、シリコン酸化膜２８を約１００℃の低温で
約１１００ｎ堆積さす。この時下地感光性樹脂パターン
２６′を膜厚約１１０００ｎとすると、シリコン酸化膜
２８は感光性樹脂パターン２６′の急峻なエツジ側面で
被覆性が非常に悪い為、表面だけ堆積する。第６図すに
おいて、感光性樹脂パターン２５′のみを除去する専用
液で基板を洗浄すると、感光性樹脂パターン２５′及び
感光性樹脂パターン２５′表面に堆積したシリコン酸化
膜２８がリフトオフされ多結晶シリコン膜２４上には、
感光性樹脂パターン２５′の開孔部に堆積したシリコン
酸化膜２８が選択的に形成され、感光性樹脂パターン２
５′の反転パターンが自己整合的に形成できる。次に図
５０において、シリコン酸化膜２８をマスクに多結晶シ
リコン膜２４をＣＦ４　ガスによるプラズマエツチング
する。以下シリコン酸化膜２８をエツチング後の工程は
、第４図ｄと同じとする。

以上の方法はリフトオフ法を用いて自己整合的に反転パ
ターンを形成したが、その他磁光性樹脂パターン２６′
の下地にリンガラス膜を形成しておき、このリンガラス
膜より高温熱処理でリンを多結晶シリコン膜尾拡散させ
、リンの拡散領域と拡散されていない領域のエツチング
速度差を利用する方法がある。例えば弗酸、硝酸、酢酸
の混合液でエツチングすると、リンを拡散した多結晶シ
リコン膜が約２００ｎｍの場合、リンを拡散した多結晶
シリコン膜のみエツチングされ、拡散していない多結晶
シリコン膜はほぼ完全に残存し、反転パターンを自己整
合的に形成することができる。

以上の自己整合法を用いることにより、より素子特性の
向上が図れる。

発明の効果 以上の本発明による半導体装置の製造方法によれば、多
結晶シリコン膜のエツチングパターンを酸化してシリコ
ン酸化膜に変換する為、酸化時間が必要以上に長くなっ
ても横方向寸法の大きな変動がなく、はとんど多結晶シ
リコン膜のエツチング寸法に依存する。この為寸法の安
定性に優れ、かつ再現性の良い素子特性が得られる。又
多結晶シリコン膜のエツチング断面においては、通常の
ドライエツチングや湿式エツチングを用Ａる場合、必ら
ず９ｏ０以下の傾斜が生じるので、酸化しても厚めシリ
コン酸化膜のエツジは傾斜を有することになる。このこ
とは金属配線層の薄いパターンが横切っても段切れしな
いという大きな利点である。さらにシリコン基板を選択
的に厚く酸化することがないので、基板への誘起欠陥を
なくすことが可能で、リーク電流を低減できる。以上の
ように工程が簡単でかつ素子特性の優れた素子分離がで
きる為工業上有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図ａ　”−ｅは従来の素子分離法を示す製
造工程図、第３図ａ−ｄ、第４図ａ〜ｄ、第５図ａ　−
Ｃは本発明の実施例の素子分離構造の製造工程図である
。 ２１−・・・・・シリコン基板、２２．２８・・・・・
シリコン酸化膜、２３・・・・・・シリコン窒化膜、２
６・・・・・・フィールド酸化膜、２４・・・・多結晶
シリコン膜、２５．２５’・・・・・・感光性樹脂パタ
ーン、２７・・・・・・Ｐ＋不純物領域。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名筆：
１図 第４８１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　半導体基板表面に酸化防止膜を形成する工程、
   前記基板表面に半導体膜を形成し、所定の領域に前記半
   導体膜を残存せしめこの半導体膜を酸化物にする工程、
   前記半導体膜の酸化物で囲まれた前−肥土導体基板領域
   に能動素子を形成する工程を備えた事を特徴とする半導
   体装置の製造方法。
2. （２）半導体膜を形成した後、所定の領域の半導体膜直
   下の半導体基板表面に不純物を導入し、前記体装置の製
   造方法。
3. （３）半導体基板表面に酸化防止膜を形成した絶縁製造
   方法。