JPS6118148A - 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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JPS6118148A
JPS6118148A JP13716984A JP13716984A JPS6118148A JP S6118148 A JPS6118148 A JP S6118148A JP 13716984 A JP13716984 A JP 13716984A JP 13716984 A JP13716984 A JP 13716984A JP S6118148 A JPS6118148 A JP S6118148A
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JP
Japan
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film
single crystal
sio2
silicon layer
sio2 film
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JP13716984A
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English (en)
Inventor
Kazuo Nojiri
野尻 一男
Kazuyuki Tsukuni
和之 津国
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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
    • H01L21/76294Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using selective deposition of single crystal silicon, i.e. SEG techniques

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

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】 〔技術分野〕 本発明はIC,LSI等の半導体装置の製造方法に関し
、特に素子の高密度化を図ると共にその信頼性の向上を
図り得る素子間分離構造の形成を可能とした製造方法に
関するものである。
〔背景技術〕
一般にIC,LSI等の半導体装置においては、チップ
内の回路を構成する多数の素子は夫々電気的に絶縁分離
される必要がある6現在LSIの製造工程で一般に行な
われている素子間分離法はLacos (シリコン選択
酸化)法と呼ばれるものでSi3 N4膜(シリコンナ
イトライド膜)をマスクとしてシリコン基板の表面を選
択酸化し、この酸化膜を分離領域とするものである。
ところが、このカー法では酸化時の熱応力からシリコン
基板の欠陥発生を防止するため前記Si3 N4膜の下
側にパッドSiO2と呼ばれる熱酸化膜を設けなければ
ならず、これがため酸化時にパッドSiO2膜を通して
酸素がシリコン基板に侵入し、横方向の酸化が進行して
所謂バーズビークが形成される現象が起こる。そして、
このバーズビークによって素子間分離領域の幅寸法が増
大し、素子領域の有効面積が減少して集積密度の向上が
阻害される結果となっている。
このLOCO8法に対する素子間分離技術として、19
82年発行のI E D M (Internatio
nalElectron  Devices  Mee
ting)  Technical  Digest第
241頁にシリコンの選択エピタキシャル技術を用いた
方法で提案されている。この方法は、第1図に示すよう
に、シリコン基板1の表面に形成した厚さ1〜2μmの
熱酸化SiO2膜2をフォトエツチングして素子領域と
なるべき部分を開口し、その上で開口されたシリコン基
板1の表面に単結晶シリコン層3をエピタキシャル成長
させる方法である。こうして形成せしめた単結晶シリコ
ン層3を素子領域として、前記SiO2膜を2を素子間
分離領域として使用する。
この技術によれば、LOCO8法におけるようなバース
ビークの発生が全くないため、素子間分離領域の微細化
を図り、素子の集積度を向上できる。しかしながらこの
技術では、同図のようにエピタキシャル成長された単結
晶シリコン層3の上部側面にSiO2膜2と所要の角度
をなす傾斜面、所謂ファセット4が発生し易く、このフ
ァセット4が形成されると単結晶シリコン層3とSiO
2膜2の境界部にV字型の溝が形成され平坦度が著しく
損なわれる。そして、V字溝の存在により、以後の工程
でゲート電極のパターニングの後もゲート材料がエツチ
ングされずに溝中に残り、ゲート間がショートする等の
信頼性を低下させる問題が生じることになる。因みに、
シリコン基板として(100)面結晶を用いた場合前記
ファセットは(,311)或いは(111)面であり、
それはこれらの面の成長速度が遅いためであると考えら
れている。・また、系にHCLを用いる選択エピタキシ
ル成長技術においてはHCLによるシリコンの異方的な
エツチング効果も加わってファセットは一層顕著になる
。本発明者の検討によればエビタキャル層の結晶性を向
上するためにエピタキシル成長速度を遅くすればするほ
どファセットは大きくなる傾向にあった。このように、
ファセットの発生は結晶学的に避けられないものである
また、前記選択エピタキシャル技術ではシリコン基板(
ウェーハ)内のエビタキャル層の厚さのばらつきが大き
く、たとえば直径76IIffilのウェーハを用いた
場合、ウェーハ内のエピタキシャル層の厚さの均一性は
±5〜10%である。したがって同図のようにウェーハ
内の場所によってエピタキシャル層(単結晶シリコン層
)3がSiO22よりも上に突出し或いはこれよりも下
になる部分が生じ、同一のウェーハ内での平坦度が著し
く損なわれ、前述のように信頼性の低下を生じることに
なる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は素子間分離領域の微細化と平坦性を向上
し、これにより素子の集積度と信頼性を向上することの
できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は平坦構造を半導体ウェーハの全面に
わたって得ることのできる製造方法を提供することにあ
る。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、半導体基板の主面上に絶縁膜と耐磨耗性膜を
形成した後これをパターニングし、その開口部に新たに
単結晶層を充分厚く形成しかつこれを前記絶縁膜表面と
一致するまで研磨して平坦化することにより、素子間分
離領域を微細化して素子の集積度を向上すると共に、素
子領域と素子間分離領域の上面を一致させてその平坦化
を達成することができ、これにより信頼性の向上を図る
こともできる。
〔実施例〕
第2図は本発明をNチャネルMO8OLSIに適用した
実施例を示し、特に素子間分離構造の製造プロセスを中
心に示すものである。
先ず、第2図(A)のようにP型のシリコン(半導体)
基板11を熱酸化して主面に1〜2μm厚のSiO2膜
12を形成し、その上にCVD(Chemical V
apor Deposition)法によりSi3 N
413を形成する。このSi3 N4膜13は後述する
ように研磨時のストッパ層として作用するものであり、
ストッパとしての機能を損わない範囲でできるだけ薄く
形成し、例えば500〜100OA程度とする。
次に、同図(B)のようにフォトレジスト膜14をパタ
ーニングし、これをマスクとして前記Si3 N4膜1
3とSiO2膜12をパターンエツチングする。このと
き、 SiO2膜12は垂直にエツチングされることが
好ましく、このためRIE (反応性イオンエツチング
)法等の異方性の強いエツチング法を使用する。これに
より、残されたSiO□膜12aは素子間分離領域とし
て形成されることになる。
次に、フォトレジスト膜14を除去した後に同図(C)
に示すようにシリコン基板11の融出している部分のみ
に選択的にP型の単結晶シリコン層15をエピタキシャ
ル成長させる。この選択エピタキシャル成長は反応ガス
として5iH2CQ2−HCQ  H2系を用い、ジボ
ラン(82He )等の不純物ソースガスを使用する。
そして、単結晶シリコン層15は前記SiO2膜1−2
aよりも充分に厚く、すなわちSiO2膜12aの上に
張り出すように形成する。これにより、ファセット(V
型の溝)の発生を未然に防止することができる。
しかる上で、同図(D)のようにシリコン基板llの表
面を研磨し、SiO2膜12a上に張り出た単結晶シリ
コン層15を研磨する。この研磨は単結晶シリコン層重
5の表面がSiO2膜12aの表面と一致するまで、正
確にはSi3 N4膜13aの表面と一致するまで行な
う。研磨法には通常のシリコンウェーハの鏡面仕上げに
用いられている方法が利用でき、即ち回転される研磨布
にウェーハを押しつければよい。研磨材としては通常K
OHのようなアルカリ性溶液にSiO2の微粉末を混ぜ
たスラリ°−を用いる。このとき、単結晶シリコン層1
5とSiO2膜12aとの研磨速度の比は15:1程度
でありSiO2膜12aがシリコン層15の研磨に対す
るストッパとして作用できるが、SiO2膜12a上に
形成したSi3 N4膜13aに対するシリコン層15
の研磨比は50:1であり、SiO2膜12a単独の場
合よりも格段に高い研磨比が得られ、前述した表面の一
致、つまり平坦化を極めて高精度に行なうことができる
次に、同図(E)のようにシリコン層15の表面を軽く
酸化して厚さ200〜300A程度の薄いSiO2膜1
6を形成し、続いて熱りん酸等を用いてSi3 N4膜
13aを同図(F)のようにエツチング除去する。この
とき、シリコン層15はSiO2膜16によって被われ
ているためエツチング液がシリコン層15の表面を冒す
のを防止できる。そして、その後にSiO2膜16を除
去すれば、同図(G)のようにSiO2−膜12aを素
子間分離領域とし、シリコン層を素子領域とした構造が
完成される。
なお、第3図は以上のようにして形成されたウェーハの
素子領域に通常プロセスに従ってゲート絶縁膜17.ゲ
ート電極18.ソース・ドレイン領域19からなるNチ
ャネルMOSトランジスタを形成したものである。
この方法によれば、素子間分離領域としてのSi02膜
12aにバーズビークが発生することがないため、この
分離領域の微細化を図ることができ、素子の高集積化に
有効となる。また、素子領域としての単結晶シリコン層
15は分離領域のSiO2膜12aよりも充分に厚くエ
ピタキシャル成長させかつこれを研磨しているので、フ
ァセット(v溝)が形成されることはなく、かつウェー
ハ各部において若干のエピタキシャル成長の差が生じて
いても全てこれを平坦に形成することができ、後工程に
おける種々の不具合を防止して信頼性の向上を達成でき
る。
〔効果〕
(1)半導体基板の主面上に絶縁膜と耐磨耗性膜を形成
した後これをパターニングし、その開口部に新たに単結
晶層を充分厚く形成しかつこれを前記絶縁膜表面と一致
するまで研磨して平坦化しているので、素子間分離領域
の微細化は容易であり、素子の高集積化が達成できる。
(2)同様に単結晶層を充分厚く形成してからこれを研
磨しているので、ファセットを防止でき、かつウェーハ
内各部における単結晶層の厚さのばらつきを解消でき、
これによりウェーハー全体にわたって平坦化を実現し、
信頼性の向上に有効となる。
(3)絶縁膜の上に耐磨耗性膜を形成しているので、単
結晶層の研磨に際して耐磨耗性膜がストッパとして作用
することになり、これにより平坦化のための研磨作業を
容易にすると共に、平坦精度を向上することができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。
たとえば、素子間分離領域としてのSiO2膜は必ずし
も熱酸化膜である必要はなくCVD法、プラズマCVD
法、スパッタ法等で形成してもよい。
また、これらの方法で形成した膜と熱酸化膜との重ね膜
でもよい。更にはSiO2以外の膜でもよい。
また、耐磨耗性膜は必ずしもSi3 N4膜である必要
はなく、硬度の高い耐磨耗性の膜であればTa20wg
のような膜でもよい。なお、前例では耐磨耗性膜を除去
しているが、素子特性に悪影響を及ぼさない材料であれ
ばこれをそのまま残しておいてもよい。
〔利用分野〕
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるNチャネルMO5L
SIに適用した場合について説明したが、それに限定さ
れるものではなく、PチャネルMO8LSI、相補型M
O8LS1.更にはバイポーラLSI等にも適用できる
【図面の簡単な説明】
第1図は従来方法の不具合を説明するための断面図、 第2図(A)〜(G)は本発明方法を説明するための工
程断面図、 第3図はNチャネルMOSトランジスタに適用した状態
を示す断面図である。 11・・・シリコン基板(半導体基板)、12゜12a
・・・SiO2膜(絶縁膜、素子間分離領域)、13.
13a・・・513N4膜(耐磨耗性膜)、15・・・
単結晶シリコン層、16・・・SiO□膜、17・・・
ゲート絶縁膜、18・・・ゲート電極、19・・・ソー
ス・ドレイン領域。 第  1  図 第  3  図 第  2  図 第  2  図 (E)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板の主面上に絶縁膜とその上に耐磨耗性膜
    を形成する工程と、これら耐磨耗性膜と絶縁膜とを所定
    パターンに形成し前記半導体基板の主面を部分的に露出
    させる工程と、この露出された主面上に新たな単結晶半
    導体層を前記耐磨耗性膜上に張り出すように充分な厚さ
    に形成する工程と、この単結晶半導体層をその表面が前
    記耐磨耗性膜ないし絶縁膜の表面に一致するまで研磨し
    て平坦化する工程とを備えることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。 2、平坦化研磨の後に耐磨耗性膜を除去してなる特許請
    求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。 3、シリコン半導体基板の主面上に絶縁膜としてSiO
    _2膜を形成し、耐磨耗性膜としてSi_3N_4膜を
    形成し、露出された基板には単結晶シリコン層をエピタ
    キシャル成長によって形成してなる特許請求の範囲第1
    項又は第2項記載の半導体装置の製造方法。
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