JPS6141139B2 - - Google Patents

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JPS6141139B2
JPS6141139B2 JP53061812A JP6181278A JPS6141139B2 JP S6141139 B2 JPS6141139 B2 JP S6141139B2 JP 53061812 A JP53061812 A JP 53061812A JP 6181278 A JP6181278 A JP 6181278A JP S6141139 B2 JPS6141139 B2 JP S6141139B2
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silicon
layer
substrate
semiconductor substrate
mask
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Rii Kuroodaa Birii
Aaru Hantaa Uiriamu
Uiriamu Oomondo Junia Dagurasu
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International Business Machines Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は埋設酸化物領域を有する半導体デバイ
スの製造に関するものであり、更に具体的に言え
ばイオン注入によつて予め損傷（damage）され
然る後焼鈍された基体上に直接的に窒化物マスク
を施す方法に関するものである。
厚い酸化物領域を生長させるとき窒化シリコン
酸化マスクの下にも酸化物が薄く突出して生長す
る事実は、例えば窒化シリコンのマスクによつて
区画された埋設酸化物領域を有する半導体の製造
において周知である。ゲート領域となるべき場所
に生じるこの薄い突出部はそのくちばし状の断面
形状に起因して「鳥のくちばし」と呼ばれてい
る。これはシリコン基体の表面と窒化シリコン・
マスクの間に置かれて両者を離隔している薄い二
酸化シリコンのパツドの下に酸素が横方向拡散す
ることによつて生じる。薄い二酸化シリコン・パ
ツドが何故使用されると言うと、シリコン基体の
上に直接的に窒化シリコンのマスクを配置すると
シリコン基体中に、歪みに起因する欠陥及び転位
が発生し、それがデバイスの性能に有害な影響を
及ぼすからである。かくて歪み欠陥を回避するた
め二酸化シリコンのパツドを使用すると、望まし
くない「鳥のくちばし」状態を生じることにな
る。
これまでは、離隔パツドの使用を続けながらそ
の結果生じる「鳥のくちばし」状態を最小化する
ことにより製造プロセスを改善しようと試みられ
て来た。
例えば米国特許第3900350号は通常の酸化シリ
コンに代えて酸化マスクの下多結晶シリコンのパ
ツドを使用することにより「鳥のくちばし」状態
を減少することを教示している。この米国特許は
窒化シリコン酸化マスクがシリコン基体上に直接
配置されると歪み欠陥を生じることを事実上教示
している。
米国特許第3961999号（IBM）も又「鳥のくち
ばし」問題を最小化するための方法を開示してい
る。この米国特許では通常の二酸化シリコンのパ
ツドがシリコン基体と窒化シリコン層の間に配置
される。この米国特許の教示は、窒化物マスクの
開孔と対応した開孔を二酸化シリコン・パツドに
食刻し、二酸化シリコン層の周辺部の窒化シリコ
ン層の下側の切除及び露出を可能ならしめること
を含んでいる。
上述の２つの米国特許は、窒化物マスクとシリ
コン基体の間にパツドを用いることを継続しつつ
それによつて発生される「鳥のくちばし」問題を
最小化しようと試みている点で従来技術の代表例
である。
本発明の方法は、第一に「鳥のくちばし」問題
を生じさせる所のマスクと基体との間の中間パツ
ドの必要性を排除する点で独特である。本発明の
方法はシリコン基体上に直接窒化物マスクが配置
されることを可能にししかもこの配置によりこれ
まで生じていた所の歪み欠陥を排除できる。本発
明の方法は制御された深さまでイオン注入により
シリコン基体の表面を先ず損傷させる段階と、マ
スク層からの「歪みに起因する欠陥」の伝播を阻
止する所の密集した転位網状配列を生じさせるた
めの焼鈍段階とを含む。
本発明で使用されるようなシリコンのイオン注
入はシリコンを硬化するのに使用され得ることが
知られている。IBMテクニカル・デスクロージ
ヤ・ブレテン第19巻、第２号（1976年７月発行）
に掲載されたS.M.Hu氏の論文「Hardening
Silcon Wafers by」onImplantation」は熱的に歪
まされたシリコン・ウエハの転位を減少させるた
めにそのような技術を使用している。
本発明の目的は、酸化マスク層の下に突出する
酸化物「くちばし」の形成の問題を排除しうる半
導体デバイス製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は「歪みに起因する欠陥」を
生じることなく酸化マスク層をシリコン基体上に
直接配置しうる所の半導体デバイス製造を提供す
ることである。
本発明の他の目的はシリコン基体がイオン注入
され且つその表面上に密集した転位網状配列を生
じるように焼鈍されて、結果として「歪みに起因
する欠陥」が発生されることなく基体表面上に酸
化マスクを配置しうる所の半導体デバイス製造方
法を提供することである。
第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図はシリコン基
体、二酸化シリコン・パツド及び窒化シリコン・
マスクの組合わせの断面と「鳥のくちばし」発生
態様とを図解している。第１Ａ図においてシリコ
ン基体１０は所望の領域上に窒化シリコン１２の
マスクを持つている。窒化シリコン・マスク１４
は二酸化シリコン・パツド１２によつて基体１０
から離隔されている。何故なら、基体１０上に直
接的に窒化物マスク１４を載置するとシリコン基
体に歪み変形を発生しそれがデバイスの性能を悪
化するからである。
第１Ｂ図においては埋設された酸化物１６がイ
オン・マスク領域に生長されて、突出した酸化物
突出部１６ａがマスク１４の下に生じている。酸
化の後にマスク１４は第１Ｃ図に示されたように
除去される。埋設酸化物パターンに沿うシリコン
酸化物の突出部１６ａは比較的広いので、シリコ
ン酸化物の「鳥のくちばし」状の突出部の一部は
食刻プロセスにより窒化物マスク１４及びその下
に延びる薄い酸化物層１２を除去してもなお残留
する。「鳥のくちばし」突出部のそのような残留
部分は、次に続く半導体拡散プロセスにおいて望
ましくない効果を生じる。つまり拡散されたゾー
ンの側方境界を決定する可能性があり、その場合
には元来存在する材料の残留領域を有するゾーン
の半導体p-n接合が曲つた縁辺を持つ可能性があ
る。拡散されたゾーンを形成するための後者の半
導体製造段階において、ｐ―ｎ接合が露出される
に至る可能性すら存在する。
米国特許第3900350号を参照して既に説明され
たように、二酸化シリコンの代りに多結晶シリコ
ンで構成されたパツドが使用されうる。単にシリ
コン基体上の多結晶シリコン・パツドは窒化物マ
スクによつて発生される歪みを減少すると同時
に、「鳥のくちばし」を最小化する。この技術は
食刻により或にいは食刻に先立つ酸化物への変換
により除去されなければならない所の比較的厚い
中間パツドの使用を依然として採用している。
第２Ａ図を参照すると、制御された厚さｄまで
ビーム１８によりイオン注入された所のシリコン
基体１０の断面が示されている。イオン注入は基
体１０上に著しく損傷された且つ一様なアモルフ
アス（非結晶質）層を生じさせる。次に基体１０
は焼鈍され、著しく損傷された層２０は極めて密
集した転位網状配列を発生する。そのミクロ構造
は注入に使用されたイオン・エネルギ、イオン照
射量（dose）及びイオンの種類によつて決ま
る。
イオン注入及び焼鈍によつて生じた密集した転
位網状配列はその下の単結晶シリコンを「歪みに
起因する欠陥」から保護し、窒化物酸化マスク１
４が第２Ｂ図に示されるように基体１０上に直接
付着されることを許容する。
基体１０のイオン注入され且つ焼鈍された表面
は酸化に対しても保護されるので、従来技術の薄
いシリコン酸化物パツドを介する酸化物の側方拡
散によりマスクの下に存在するシリコンの酸化に
よつて形成される所のシリコン酸化物の側方突出
部からもたらされる「鳥のくちばし」は形成され
ない。かくて第２Ｃ図は酸化後の構造体の断面を
示し、第２Ｄ図は窒化物酸化マスク１４と（若し
も必要ならば）「鳥のくちばし」が存在しない密
集した転位網状層２０とを除去した後の構造を示
す。
具体的な実施例の製造例が下記のように与えら
れる。段階(1)：層２０を形成するため、20KeVの
注入エネルギを使用し凡そ1015cm-2の合計照射量
（dose）で裸のシリコン基体１０中へArを注入す
る。次いで通常の技術により焼鈍されてよい。段
階(2)：層１４を形成するため300乃至1000Åの範
囲の厚さにSi3N4の低温度付着を行なう。段階
(3)：通常の手順（例えば光学的石版印刷）により
Si3N4D酸化マスクのパターンを付与する。段階
(4)：アイソレーシヨン酸化を行なう。乾燥―湿潤
―乾燥により例えば6500Åの厚さにする。段階
(5)：バツフアドHF＋熱H3PO4のような通常のプ
ロセによりSi3N4酸化マスクを除去する。段階
(6)：若しも必要ならばSiの食刻（約500Å）によ
り或いは損傷領域の酸化（約1000ÅのSiO2の生
長）とそれにつづくその酸化物の食刻除去によ
り、損傷Si層を取除く。
若しも窒化物層を通じてイオン注入を行なうの
に十分なだけイオン・エネルギが増加されるな
ら、段階(2)の後に段階(1)を行なうことも可能であ
る。
イオンの種類の選択は、それが殆んどすべての
場合にシリコン中で電気的に活性であつてはなら
ないと言う事実により主として決定される。例え
ばSi、Ge、Ar、Ne及びＯが候補に挙げられる。
イオン・エネルギは損傷領域の深さを制御す
る。イオン照射量はシリコン中に連続的なアモル
フアス層を形成するための臨界照射量に近くなけ
ればならない。例えばSi中のArに対してcm-2当り
５×1014乃至10×1014イオンである。更に段階(6)
はバイポーラ・デバイスの製造には必要とされな
いであろうが、MOS×FET製造には必要であ
る。
以上の通り、転位網状層を生じさせるためイオ
ン注入により半導体基体を処理したことにより、
「鳥のくちばし」として知られた状態が排除さ
れ、窒化物マスクが中間の二酸化シリコン・パツ
ドの必要なしに半導体基体の結果の表面へ直接的
に施されうる所の、新規な半導体デバイス製造方
法が開示された。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図は従来技術で知
られた窒化物酸化マスク及び二酸化シリコン・パ
ツドを用いてシリコン基体中に埋設酸化領域を形
成するための段階を示し、第２Ａ図、第２Ｂ図、
第２Ｃ図、第２Ｄ図は本発明の原理に従つて基体
がイオン注入され且つ焼頓された後に基体上に直
接的に窒化物酸化マスクを用いてシリコン基体中
に埋設酸化領域を形成するための段階を示す。第
２Ａ図乃至２Ｄ図において、１０……半導体基
体、１４……窒化物酸化マスク層、１８……イオ
ン・ビーム、２０……密集した転位網状配列層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基体を用意する段階と、 上記半導体基体の表面にイオンを注入して該表
    面を損傷した後焼鈍して密集した転位網状配列層
    を形成させ次に上記損傷した基体の表面上に直接
    的に窒化物酸化マスク層を施し、又は上記半導体
    基体の表面に先ず窒化物酸化マスク層を施し次に
    上記窒化物酸化マスク層を介して上記半導体基体
    の表面にイオンを注入した後焼鈍する段階と、 酸化物埋設を希望する領域に開孔部を形成する
    ように上記窒化物マスク層に開孔パターンを与え
    る段階と、 埋設された酸化物が上記開孔部領域に形成され
    るまで上記半導体基体を酸化する段階と、 上記窒化物酸化マスク層を除去する段階とを含
    む半導体デバイス製造方法。 ２ 上記半導体基体は単結晶シリコンであること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
    デバイス製造方法。 ３ 上記注入されるイオンは上記シリコン基体中
    で電気的に活性でないアルゴン、ゲルマニウム、
    ネオン、酸素及びシリコンから成る群から選択さ
    れたものであることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の半導体デバイス製造方法。 ４ 上記イオン注入のエネルギは上記損傷された
    層の深さを制御し、且つシリコン中に連続的なア
    モルフアス層を形成するための臨界照射量にほぼ
    等しく、上記臨界照射量は上記シリコン基体中の
    アルゴンに対して５×1014乃至10×1014程度であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
    半導体デバイス製造方法。
JP6181278A 1977-06-03 1978-05-25 Method of producing semiconductor Granted JPS542671A (en)

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