JPH03241855A - 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】 〔概要〕 半導体装置の製造方法に関し、 チャネルカットとフィールド酸化膜をセルファラインで
形成することができ、チャネルカットとフィールド酸化
膜の位置ずれをなくして素子分離を安定に行うことがで
きる半導体装置の製造方法を提供することを目的とし、 下地の膜上に絶縁膜及び該絶縁膜とエツチング選択比が
異なる第１の膜を順次形成する工程と、該第１の膜をエ
ツチングして開口部を形成するとともに、該開口部内に
該絶縁膜を露出させる工程と、該第１の膜をマスクとし
て該開口部を介して該下地の膜に不純物を導入すること
によりチャネルカットを形成する工程と、該開口部を覆
うように該第１の膜上に該絶縁膜及び該第１の膜とエツ
チング選択比が異なる該第２の膜を形成する工程と、該
第２の膜を該開口部内のみに残るようにエツチングする
工程と、該第２の膜をマスクとして該第１の膜及び該絶
縁膜をエツチングして素子領域を形成する工程とを含む
ように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に高集積Ｉ
Ｃにおいて、微細な素子分離領域を形成することができ
る半導体装置の製造方法に関する。

近時、ＩＣの高集積化に伴い、素子分離も益々微細化が
要求されている。そして、近時の厳しい微細化に対応す
ることができ、しかもチャネルカットとフィールド酸化
膜をセルファラインで形成することができ、チャネルカ
ットとフィールド酸化膜の位置ずれをなくして素子分離
を安定に行うことができる半導体装置の製造方法が要求
されている。

〔従来の技術〕

以下、ＬＯＧＯ３による素子分離方法を用いた従来技術
について説明する。

第３図（ａ）〜（ｅ）は従来の半導体装置の製造方法の
一例を説明する図である。

この図において、３１はＳｔ等からなり例えばＰ型の基
板、３２は５ｔｏｚ等からなるシリコン酸化膜、３３は
Ｓｉ、Ｎ、等からなるシリコン窒化膜、３４はシリコン
窒化膜３３に形成された開口部、３５は・例えばｐ゛型
のチャネルカット、３６はＳｉｎ、等からなる素子分離
領域としてのフィールド酸化膜、３７は素子領域である
。

次に、その製造方法について説明する。

まず、第３図（ａ）に示すように、例えば熱酸化により
基板３１上にＳｉｎ、からなるシリコン酸化膜３２を形
成する。

次に、第３図（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法によ
りシリコン酸化膜３２上にＳ！２Ｎ４を堆積してシリコ
ン窒化膜３３を形成した後、例えばＲＩＥにより素子領
域のみにシリコン窒化膜３３が残るようにシリコン窒化
膜３３を選択的にエツチングして開口部３４を形成する
とともに、開口部３４内にシリコン酸化膜３２を露出さ
せる。

次に、第３図（Ｃ）に示すように、Ｂ等のイオン注入に
よりシリコン窒化膜３３をマスクとして開口部４を介し
て基板３１にＢ′−を導入することによりチャネルカッ
ト３５を形成する。チャネルカット３５は素子間の電気
的絶縁性を高めるためのものであり、具体的にはフィー
ルド酸化膜３６下の基板３１表面部に基板３１と同導電
型の不純物を拡散させることにより、基板３１濃度を上
げフィールドトランジスタのしきい値電圧ｖｔｈを高め
るように行われている。

次に、第３図（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜３３
をマスクとして基板３１を選択的に熱酸化して素子分離
領域としてのＳｉｎ、からなるフィールド酸化膜３６を
形成する。この時、熱酸化時の熱処理によりチャネルカ
ット３５の不純物（Ｂ９）が活性化されてチャネルカッ
ト３５がＰ゛型の拡散層となる。

次に、例えばリン酸によりマスクとして用いたシリコン
窒化１１１３３を除去した後、例えばウェットエツチン
グによりシリコン酸化膜３２を除去して基板３１を露出
させることにより、第３図（ｅ）に示すような素子領域
３７を得ることができる。

そして、素子領域３７にゲート絶縁膜を形成し、ゲート
電極を形成した後、ソース／ドレイン拡散層を形成し、
次いで眉間絶縁膜、コンタクトホール及び配線層等を形
成することにより半導体層が完成する。

上記したＬＯＧＯ３という素子分離法を用いた従来の半
導体装置の製造方法は、シリコン窒化膜３３の耐酸化性
が強い性質を利用して、このシリコン窒化膜３３をマス
クとしてシリコン基板３１を選択的に熱酸化して膜厚の
厚いフィールド酸化膜３６を形成することにより素子分
離を行うものである。

ＬＯＧＯ３で形成されたフィールド酸化膜３６は、厚み
がなめらかに変化しているため、そのフィールド酸化膜
３６上部にＡｆ等の配線層を形成する際、断線が生し難
い等の利点がある。しかしながら、素子分離領域となる
フィールド酸化膜３６周辺部が素子領域側へ広がる（こ
の部分は、その形から鳥のくちばしくバーズビーク）と
呼ばれる）傾向があり、素子領域を小さくしてしまう欠
点がある。

具体的には例えばフィールド酸化膜３６を６０００人の
膜厚で形成すると、片側バーズビークがバーズビーク長
７００人で形成され、両側で１４００人の幅の素子領域
が犠牲になってしまう。このため、素子が微細になって
くると、バーズビークの幅分だけ素子領域が狭くなった
り、逆に素子分離領域を狭めたりするという問題が生ず
る。このように、素子領域が狭くなると、トランジスタ
のゲート幅が実効的に短くなり、狭チャネル効果、短チ
ヤネル効果、コンタクトに関する種々の設計マージンの
減少等が発生し、また、素子分離領域が狭くなるとフィ
ールドトランジスタの閾値電圧の低下、リーク電流の増
大等が発生する。このため、素子領域または素子分離領
域の幅をある程度以上に確保しなければならず、素子微
細化が困難になっていた。

上記バーズビークが生じて素子領域が狭くなってしまう
という問題を解決する従来技術としてはフィールドシー
ルド法による場合が挙げられる。

以下、図面を用いて具体的に説明する。

第４図（ａ）〜（ｆ）は従来の半導体装置の製造方法の
他の一例を説明する図である。

この図において、４１はＳｉ等からなり例えばｐ型の基
板、４２はＳｉｎ、等からなるシリコン酸化膜、４３は
レジスト膜、４４はレジスト［４３に形成されたチャネ
ルカント形成用の開口部、４５は例えばｐ型のチャネル
カット、４６はＳｉｎ、等からなる素子分離領域として
のフィールド酸化膜、４７はレジスト膜、４８はレジス
ト膜４７に形成された開口部、４９は素子領域である。

次に、その製造方法について説明する。

まず、第４図（ａ）に示すように、例えば熱酸化により
基板４１上に５ｉＯｚからなるシリコン酸化膜４２を形
成する。

次に、第４図（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜４２
上にレジストを塗布してレジスト膜４３を形成した後１
、露光・現像によりレジスト膜４３をバターニングして
チャネルカット形成用の開口部４４を形成するとともに
、開口部４４内にシリコン酸化膜４２を露出させる０次
いで、Ｂ等のイオン注入によりレジスト膜４３をマスク
として開口部４４を介して基板４１にＢ゛を導入するこ
とよりチャネルカット４５を形成した後、第４図（Ｃ）
に示すように、マスクとして用いたレジスト膜４３を除
去する。

次に、第４図（ｄ）に示すように、熱酸化により基板４
１を酸化してフィールド酸化膜４６を形成する。この時
、熱酸化時の熱処理によりチャネルカット４５の不純物
（Ｂ゛）が活性化されてチャネルカット４５がｐ゛型の
拡散層となる。

次に、第４図（ｅ）に示すように、フィールド酸化膜４
６上にレジストを塗布してレジスト膜４７を形成した後
、露光・現像によりチャネルカット４５に対応するフィ
ールド酸化膜４６上の領域のみにレジスト膜４７が残る
ようにレジスト膜４７をパターニングして開口部４日を
形成するとともに、開口部４８内にフィールド酸化膜４
６を露出させる。

次に、例えばＲＩＥによりレジスト膜４７をマスりとし
て開口部４８内のフィールド酸化膜４６、シリコン酸化
膜４２を選択的にエツチングして基板４１を露出させる
ことにより、第４図（ｆ）に示すような素子領域４９を
得ることができる。

そして、レジスト膜４７を除去し、素子領域４９にゲー
ト絶縁膜を形成し、ゲート電極を形成した後、ソース／
ドレイン拡散層を形成し、次いで眉間絶縁膜、コンタク
トホール及び配線層等を形成することにより半導体装置
が完成する。

上記したフィールドシールド法を用いた従来の半導体装
置の製造方法は、ＬＯＧＯ３によりバーズビークが生じ
て素子領域が狭くなるという問題を解消できるという利
点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記したフィールドシールド法を用いた
従来の半導体装置の製造方法は、チャネルカット４５と
フィールド酸化膜４６をセルファラインで形成すること
ができなかった。具体的には、まず、第４図（ｂ）に示
す如く一度しシスト膜４３をパターニングしてからチャ
ネルカット４５のイオン注入を行い、第４図（ｅ）、（
ｆ）に示す如く、再度レジスト膜４７をパターニングし
てからこれをマスクとしてフィールド酸化膜４６をエツ
チングするという別々のレジストマスクを用いて２度の
フォトリソグラフィー工程による位置合わせを行ってお
り、フォトリソグラフィー工程による位置合わせずれに
よってチャネルカット４５とフィールド酸化膜４６の位
置がずれ易く、素子分離を安定に行うのが困難であると
いう問題があった。これは、微細化される程顕著になり
、最悪の場合、素子分離不良になり、リーク電流が生じ
る。

そこで、本発明は、チャネルカットとフィールド酸化膜
をセルファラインで形成することができ、チャネルカッ
トとフィールド酸化膜の位置ずれをなくして素子分離を
安定に行うことができる半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による半導体装置の製造方法は上記目的達成のた
め、下地の膜上に絶縁膜及び該絶縁膜とエツチング選択
比が異なる第１の膜を順次形成する工程と、該第１の膜
をエツチングして開口部を形成するとともに、該開口部
内に該絶縁膜を露出させる工程と、該第１の膜をマスク
として該開口部を介して該下地の膜に不純物を導入する
ことによりチャネルカットを形成する工程と、該開口部
を覆うように該第１の膜上に該絶縁膜及び該第１の膜と
エツチング選択比が異なる該第２の膜を形成する工程と
、該第２の膜を該開口部内のみに残るようにエツチング
する工程と、該第２の膜をマスクとして該第１の膜及び
該絶縁膜をエツチングして素子領域を形成する工程とを
含むものである。

〔作用〕

本発明は、第１図（ａ）〜（ｆ）に示すように、基板１
上にフィールド酸化Ｐａ、２及びシリコン窒化膜３が順
次形成され、シリコン窒化膜３がエッチソゲされて開口
部４が形成されるとともに、開口部４内にフィールド酸
化膜２が露出され、シリコン窒化膜３をマスクとして開
口部４を介して基板ｌに不純物が導入されることにより
チャネルカット５が形成された後、開口部４が覆われる
ようにシリコン窒化膜３上にレジスト膜６が形成され、
レジスト膜６が開口部４内のみに残るようにエツチング
された後、レジスト膜６をマスクとしてシリコン窒化膜
３及びフィールド酸化膜２がエツチングされて素子領域
８が形成される。

このように、本発明では、第１図（ｂ）に示す如くシリ
コン窒化膜３に形成した開口部４を介してイオン注入に
よりチャネルカット５を形成し、第１図（ｄ）〜（ｆ）
に示す如くシリコン窒化膜３に形成した開口部４内に埋
め込んだレジスト膜６をマスクとしてフィールド酸化膜
２をパターニングにより形成している。即ち、チャネル
カット５及びフィールド酸化膜２をセルファラインで形
成することができるようになる。

〔実施例］ 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図（ａ）〜（ｇ）は本発明に係る半導体装置の製造
方法の一実施例を説明する図である。

この図において、１はＳｉ等からなり例えばＰ型の基板
、２は５ｉ０２等からなるフィールド酸化膜、３はＳｉ
３Ｎ４等からなるシリコン窒化膜、４はシリコン窒化膜
３に形成された開口部、５はチャネルカット、６はレジ
スト膜、７はレジスト膜６に形成された開口部、８は素
子領域である。

次に、その製造方法について説明する。

まず、第１図（ａ）に示すように、熱酸化により基Ｆｉ
１を選択的に酸化して膜厚が例えば１５００人のＳｉｎ
、からなるフィールド酸化膜２を形成する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法によ
りフィールド酸化膜２上にＳｉ、Ｎ、を堆積して膜厚が
例えば１５００Åのシリコン窒化膜３を形成した後、例
えばＲＩＥによりシリコン窒化膜３をエツチングして開
口部４を形成するとともに、開口部４内にフィールド酸
化膜２を露出させる。なお、シリコン窒化膜３の膜厚と
しては、チャネルカット形成のためのイオン注入時に不
純物が開口部４内の素子領域となる基板１のみに注入さ
れるように適宜設定する。次いで、例えば６０ｋｅＶ、
Ｉ　ＸＩＯ”ｃｉ−”でＢ　（ＢＦ、でもよい）等のイ
オン注入によりシリコン窒化膜３をマスクとして開口部
４を介して基板１にＢ゛を導入することによりチャネル
カット５を形成する。

次に、第１図（ｃ）に示すように、開口部４を覆うよう
にシリコン窒化膜３上に例えばポジ型で粘度が１２ｃｐ
のレジストを塗布して膜厚が例えば６０００人のレジス
ト膜６を形成する。

次に、第１図（ｄ）に示すように、例えば０２ガス、０
．０５Ｔｏｒｒ　、　　５００−のＲＩＥによりレジス
ト膜６を開口部４内のみに残るようにエッチバックする
。この時、開口部４内のみにレジスト膜６が埋め込まれ
、シリコン窒化膜３が露出される。

次に、第１図（ｅ）に示すように、例えばＣＦ。

ガス１０２ガス、１．５Ｔｏｒｒ、　　ｌ　ｋ−のＲＩ
Ｅによりレジスト膜６をマスクとしてシリコン窒化膜３
をエツチングして開口部７を形成するとともに、開口部
７内にフィールド酸化Ｍ２が露出される。

次に、第１図（ｆ）に示すように、例えばＣＦ４ガス／
　ＣＨＦ　ｘガス、１．８Ｔｏｒｒ、　　１　ｋＷのｔ
Ｅによりレジスト膜６をマスクとしてフィールド酸化膜
２をエツチングして基板ｌを露出させることにより、第
１図（ｆ）に示すような素子領域８を得ることができる
。次いで、第１図（ｇ）に示すように、レジスト膜６を
除去した後、例えば８５０°Ｃｌ２Ｏ分、Ｎ２ガス雰囲
気中の熱処理をしてチャネルカット５のＢ゛を活性化し
てチャネルカット５を拡散層にする。

そして、従来法と同様素子領域８にゲート絶縁膜を形成
し、ポリＳｉ等からなるゲート電極を形成した後、ソー
ス／ドレイン拡散層（ＬＤＤ構造にしてもよい）を形成
し、次いで、ＢＰＳＣ；等からなる眉間絶縁膜、コンタ
クトホール及びＡ１等からなる配線層等を形成すること
により半導体装置が完成する。

すなわち、上記実施例では、第１図（ｂ）に示す如くシ
リコン窒化膜３に形成した開口部４を介してイオン注入
によりチャネルカット５を形成し、第１図（ｄ）〜（ｆ
）に示す如くシリコン窒化膜３に形成した開口部４内に
埋め込んだレジスト膜６をマスクとしてフィールド酸化
膜２をパターニングにより形成するため、チャネルカッ
ト５及びフィールド酸化膜２をセルファラインで形成す
ることができる。このように、フォトリソグラフィー工
程による位置合わせはシリコン窒化Ｉ１３に開口部４を
形成する際必要なだけで、チャネルカット５及びフィー
ルド酸化膜２を形成する際にはフォトリソグラフィー工
程による位置合わせはなくなるため、チャネルカット５
とフィールド酸化膜２の位置ずれをなくして素子分離を
安定に行うことができる。また、バーズビークが発生し
ないうえ、チャネルカット５とフィールド酸化膜２の位
置ずれによる微細化の阻害をなくすことができる。

なお、上記実施例では、チャネルカット５の不純物を拡
散させてチャネルカット５を拡散層とする熱処理をレジ
スト膜６を除去した後に行う場合について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、例えばイオン
注入してチャネルカット５を形成した直後に熱処理して
行う場合であってもよい。

また、上記実施例は、チャネルカット５及びレジスト膜
６マスクの形成を、開口部４が形成された単層のシリコ
ン窒化１１！　３を用いて行う場合について説明したが
、本発明はこれに限定されるものではなく、単層のシリ
コン窒化膜３の換わりに第２図（ａ）、（ｂ）に示す如
く、開口部１２が形成された、膜厚が例えば１０００入
のシリコン窒化膜３及びＣＶ　Ｄ　Ｓ　ｉ　Ｏｚ等から
なる膜厚が例えば１０００人のシリコン酸化膜１１の２
層膜を用いて行う場合であってもよい。この場合、シリ
コン酸化膜１１及びシリコン窒化膜３をエツチング除去
する際（シリコン酸化膜１１はフン酸溶液またはＣＦ、
ガス／ＣＨＦ、ガス）、上記実施例の特に厚膜な単層の
シリコン窒化膜３をエツチングする場合よりもレジスト
膜６及びフィールド酸化膜２の膜減りを起こり難くする
ことができる。具体的には、上記実施例のシリコン窒化
膜３が厚膜な場合、シリコン窒化膜３を除去する際、レ
ジスト膜６が膜減りしたり変質したりし易（、また、シ
リコン窒化膜３のフィールド酸化膜２に対するエツチン
グ選択比（約０．４）が小さいため、フィールド酸化膜
２が膜減りしたり横方向のサイドエツチングにより分離
幅が増加したりする可能性がある。これを、シリコン酸
化膜１１及びシリコン窒化膜３の２層膜にし、シリコン
窒化膜３を５００人程度と適宜薄くすることにより、ウ
ェハ内での位置によるばらつきが出ないようにエツチン
グを終了させることができる。

また、上記各実施例はチャネルカット５の形成を、開口
部４．１２形威のために用いたレジストを除去してから
シリコン窒化膜３、またはシリコン酸化膜１１及びシリ
コン窒化膜３をマスクして用いて行う場合であるが、本
発明はこれに限定されるものではなく開口部４．１２形
成のために用いたレジストを除去せずにレジスト及びシ
リコン窒化膜３、またはレジスト、シリコン酸化膜１１
及びシリコン窒化膜３をマスクとして用いて行う場合で
あってもよい。なお、ドーズ量が多くてレジストが変質
しレジスト除去がし難くなる場合はレジストをとってか
らイオン注入を行うのが好ましく、また、レジストがあ
ればその分マスクとしての機能が向上するためレジスト
除去が容易な場合はレジストを除去せずにイオン注入を
行うのが好ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、チャネルカットとフィールド酸化膜を
セルファラインで形成することができ、チャネルカット
とフィールド酸化膜の位置ずれをなくして微細な素子分
離を安定に行うことができるという効果がある。

第３図は従来例の製造方法の一例を説明する図、第４図
は従来例の製造方法の他の一例を説明する図である。

■・・・・・・基板、 ２・・・・・・フィールド酸化膜、 ３・・・・・・シリコン窒化膜、 ４・・・・・・開口部、 ５・・・・・・チャネルカット、 ６・・・・・・レジスト膜、 ８・・・・・・素子領域。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例
の製造方法を説明する図、 第２図は他の実施例の製造方法を説明する図、他の実施
例の製造方法を説明する間 第 図 糎 従来例の一例の製造方法を説明する 従来例の他の一例の製造方法を説明する図第 図 従来例の一例の製造方法を説明する図 第 図 従来例の他の一例の製造方法を説明する図第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）下地の膜（１）上に絶縁膜（２）及び該絶縁膜（
   ２）とエッチング選択比が異なる第１の膜（３）を順次
   形成する工程と、 該第１の膜（３）をエッチングして開口部 （４）を形成するとともに、該開口部（４）内に該絶縁
   膜（２）を露出させる工程と、 該第１の膜（３）をマスクとして該開口部 （４）を介して該下地の膜（１）に不純物を導入するこ
   とによりチャネルカット（５）を形成する工程と、 該開口部（４）を覆うように該第１の膜（３）上に該絶
   縁膜（２）及び該第１の膜（３）とエッチング選択比が
   異なる該第２の膜（６）を形成する工程と、 該第２の膜（６）を該開口部（４）内のみに残るように
   エッチングする工程と、 該第２の膜（６）をマスクとして該第１の膜（３）及び
   該絶縁膜（２）をエッチングして素子領域（８）を形成
   する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
   法。 （２）前記下地の膜（１）がシリコン基板からなること
   を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。 （３）前記絶縁膜（２）がシリコン酸化膜からなること
   を特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方
   法。 （４）前記第１の膜（３）がシリコン窒化膜からなるこ
   とを特徴とする請求項１乃至３記載の半導体装置の製造
   方法。 （５）前記第２の膜（６）がレジスト膜からなることを
   特徴とする請求項１〜４記載の半導体装置の製造方法。 （６）前記第１の膜（３）が、上層がシリコン酸化膜で
   下層がシリコン窒化膜の２層膜からなることを特徴とす
   る請求項１、２、３、５記載の半導体装置の製造方法。