JPS58202545A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPS58202545A JPS58202545A JP57085726A JP8572682A JPS58202545A JP S58202545 A JPS58202545 A JP S58202545A JP 57085726 A JP57085726 A JP 57085726A JP 8572682 A JP8572682 A JP 8572682A JP S58202545 A JPS58202545 A JP S58202545A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明はフィールド領域に比較的厚いフィールド絶縁膜
を表面が平坦になるように埋めこむ半導体装置の製造方
法に関する。
を表面が平坦になるように埋めこむ半導体装置の製造方
法に関する。
半導体としてシリコンを用いた半導体装置、特にＭＯ８
型半導体装置においては寄生チャネルによる絶縁不良を
なくシ、かつ寄生容量を小さくする為に、素子間のいわ
ゆるフィールド領域には厚い絶縁膜が形成される。
型半導体装置においては寄生チャネルによる絶縁不良を
なくシ、かつ寄生容量を小さくする為に、素子間のいわ
ゆるフィールド領域には厚い絶縁膜が形成される。
従来このような素子間分離法としては選択酸化法が良く
知られている。これは素子形成領域を耐酸化性マスク、
代表的にはシリコン窒化膜で覆い、高温酸化をおこなっ
てフィールド領域にのみ選択的に厚い酸化膜を形成する
技術である。しかしこのような選択酸化法においては、
上記高温酸化中、シリコン窒化膜の下端部からフィール
ド酸化膜が鳥のくちばしくバーズビーク）状にくいこむ
。このため素子形成領域の寸法誤差の原因となシ、更に
集積回路の高集積化を妨げている。また、フィールド領
域と素子形成領域の境界には約０．３〜０．５μｍ程度
の表面段差が形成される。この表面段差は選択酸化後の
リングラフィ精度の低下及び表面段差部での金属配線の
信頼性低下の原因となっていた。
知られている。これは素子形成領域を耐酸化性マスク、
代表的にはシリコン窒化膜で覆い、高温酸化をおこなっ
てフィールド領域にのみ選択的に厚い酸化膜を形成する
技術である。しかしこのような選択酸化法においては、
上記高温酸化中、シリコン窒化膜の下端部からフィール
ド酸化膜が鳥のくちばしくバーズビーク）状にくいこむ
。このため素子形成領域の寸法誤差の原因となシ、更に
集積回路の高集積化を妨げている。また、フィールド領
域と素子形成領域の境界には約０．３〜０．５μｍ程度
の表面段差が形成される。この表面段差は選択酸化後の
リングラフィ精度の低下及び表面段差部での金属配線の
信頼性低下の原因となっていた。
これに対し、上記バーズビークをなくシ、シかも表面段
差のない状態で素子間分離用の厚い酸化膜を形成する方
法として、フィールド領域をエツチングして溝を彫り、
ことにフィールド酸化膜を埋込む技術が知られている。
差のない状態で素子間分離用の厚い酸化膜を形成する方
法として、フィールド領域をエツチングして溝を彫り、
ことにフィールド酸化膜を埋込む技術が知られている。
以下にこの従来法の工程を第１図を用いて簡単に説明す
る。
る。
第１図（、）に示すように、たとえばシリコン基板１１
に熱酸化膜１２を形成しその上にＡＩＩ膜１３を堆積し
、通常の写真食刻工程を用いてレジスト膜１４で素子形
成領域をおおい、ＡＩ 膜１３および熱酸化膜１２をパ
ターニングする。そしてＡＩ 膜１３をマスクとして
（ｂ）に示すようにシリコン基板１１を所望のフィール
ド絶縁膜厚に相当する深さに反応性イオンエツチングに
てエツチングした後、やけ）Ａノ膜１３をマスクと基板
の場合はホウ素をイオン注入し反転防止層１５を形成す
る。その後（、）に示す如く、全面に溝の深さよ）厚い
プラズマＣＶＤ ８１０２ 膜１６ ｔを堆積し、そ
のまま弗化アンモニウム溶液で１分根度エツチングする
。このとき素子形成領域周囲の側壁に堆積したプラズマ
ｃｖｎ ５ｉｏ２ 膜は、他の部位の５ＩＯ２膜よりエ
ツチングが急速に進むので、側壁部の５１０２ 膜が
選択的に除去され、細溝が形成される。その後素子形成
領域上のＡｎ 膜１３を除去すると、その上に堆積し
たプラズマＣＶＤ ５ｉｎ２ 膜がリフトオフされ、
（ｄ）に示した構造になる。次に（、）に示す如く前記
細溝を埋めこむように全面にＣＶＤ ５ＩＯ２膜１６３
を堆積し、更にその表面の凹部を埋めこんで表面を平坦
化するように、流動性で、かつ後述のエツチング工程で
５ｔｏ２ 膜１６１．１６２と同じエツチング速度を
有する例えばレジスト膜１７を塗布形成する。その後（
ｆ）に示す如く、レジスト膜１７及びＣＶＤ５ｌＯ２膜
１６，１，１６２を均一エツチングして素子形成領域を
露出させる。（ｇ）はこの後素子形成領域にダート酸化
膜１８を介してダート電極１９を形成した状態を、示し
ている。
に熱酸化膜１２を形成しその上にＡＩＩ膜１３を堆積し
、通常の写真食刻工程を用いてレジスト膜１４で素子形
成領域をおおい、ＡＩ 膜１３および熱酸化膜１２をパ
ターニングする。そしてＡＩ 膜１３をマスクとして
（ｂ）に示すようにシリコン基板１１を所望のフィール
ド絶縁膜厚に相当する深さに反応性イオンエツチングに
てエツチングした後、やけ）Ａノ膜１３をマスクと基板
の場合はホウ素をイオン注入し反転防止層１５を形成す
る。その後（、）に示す如く、全面に溝の深さよ）厚い
プラズマＣＶＤ ８１０２ 膜１６ ｔを堆積し、そ
のまま弗化アンモニウム溶液で１分根度エツチングする
。このとき素子形成領域周囲の側壁に堆積したプラズマ
ｃｖｎ ５ｉｏ２ 膜は、他の部位の５ＩＯ２膜よりエ
ツチングが急速に進むので、側壁部の５１０２ 膜が
選択的に除去され、細溝が形成される。その後素子形成
領域上のＡｎ 膜１３を除去すると、その上に堆積し
たプラズマＣＶＤ ５ｉｎ２ 膜がリフトオフされ、
（ｄ）に示した構造になる。次に（、）に示す如く前記
細溝を埋めこむように全面にＣＶＤ ５ＩＯ２膜１６３
を堆積し、更にその表面の凹部を埋めこんで表面を平坦
化するように、流動性で、かつ後述のエツチング工程で
５ｔｏ２ 膜１６１．１６２と同じエツチング速度を
有する例えばレジスト膜１７を塗布形成する。その後（
ｆ）に示す如く、レジスト膜１７及びＣＶＤ５ｌＯ２膜
１６，１，１６２を均一エツチングして素子形成領域を
露出させる。（ｇ）はこの後素子形成領域にダート酸化
膜１８を介してダート電極１９を形成した状態を、示し
ている。
この従来法に於ては、シリコン基板のエツチングに反応
性イオンエツチングを用いることにより、素子領域の寸
法は写真食刻工程で形成したマスクの寸法によって規定
され、素子領域の寸法変換差はゼロにすることができる
。また、５− 表面が平坦にできるため、リングラフィ精度の向上と配
線の信頼性も著しく向上する。
性イオンエツチングを用いることにより、素子領域の寸
法は写真食刻工程で形成したマスクの寸法によって規定
され、素子領域の寸法変換差はゼロにすることができる
。また、５− 表面が平坦にできるため、リングラフィ精度の向上と配
線の信頼性も著しく向上する。
しかしながらこのような従来法を用いて微小寸法、たと
えば１μｍ以下のｆ−）幅をもつＭＯＳ ）ランジスタ
を製作した場合、ｒ−ト電極１９下の基板領域のうち、
第１図（ｇ）に示すｒ−ト幅Ｗの端部で電位が高くなり
、中央部に較べて反転し易く、そのためトランジスタの
しきい値電圧が低下する。このようにＭＯＳ ）ランジ
スタのしきい値電圧はダート幅に依存することになり、
集積化の妨げとなる。また素子領域端部での電界集中に
より、素子の信頼性も低下する。
えば１μｍ以下のｆ−）幅をもつＭＯＳ ）ランジスタ
を製作した場合、ｒ−ト電極１９下の基板領域のうち、
第１図（ｇ）に示すｒ−ト幅Ｗの端部で電位が高くなり
、中央部に較べて反転し易く、そのためトランジスタの
しきい値電圧が低下する。このようにＭＯＳ ）ランジ
スタのしきい値電圧はダート幅に依存することになり、
集積化の妨げとなる。また素子領域端部での電界集中に
より、素子の信頼性も低下する。
本発明は上記従来法の問題に鑑みてなされたもので、素
子形成領域表面端部の絶縁膜厚を制御することにより、
上記欠点を除いた半導体装置の製造方法を提供するもの
である。
子形成領域表面端部の絶縁膜厚を制御することにより、
上記欠点を除いた半導体装置の製造方法を提供するもの
である。
本発明の方法では、まず半導体基板のフィー６−
ルド領域をエツチングして溝を形成する際に、耐エツチ
ングマスクの下地に予め耐酸化性膜を介在させておく。
ングマスクの下地に予め耐酸化性膜を介在させておく。
そして従来と同様にフィールド領域に溝を形成し、ここ
に選択的にフィールド絶縁膜を埋込んで表面を平坦化す
る。この場合本発明においては、フィールド絶縁膜を埋
め込んだ後、またはその埋込み工程の途中の段階で、前
記耐酸化性膜をマスクとして基板を酸化性雰囲気にさら
すことにより、素子形成領域周辺を一部酸化する。これ
によシ酸化膜が素子形成領域端部にわずかに食い込んで
、素子形成領域に改めて酸化膜を形成したとき、その端
部の酸化膜が中央部よりも厚い状態を得ることができる
。
に選択的にフィールド絶縁膜を埋込んで表面を平坦化す
る。この場合本発明においては、フィールド絶縁膜を埋
め込んだ後、またはその埋込み工程の途中の段階で、前
記耐酸化性膜をマスクとして基板を酸化性雰囲気にさら
すことにより、素子形成領域周辺を一部酸化する。これ
によシ酸化膜が素子形成領域端部にわずかに食い込んで
、素子形成領域に改めて酸化膜を形成したとき、その端
部の酸化膜が中央部よりも厚い状態を得ることができる
。
本発明によれば、素子形成領域に例えばＭＯＳトランジ
スタを形成した場合・：、ダート幅方向についてダート
酸化膜厚が端部で中央部より僅かに厚くなる。この結果
、微小寸法のＭＯＳ）ランジスタにおいても素子領域の
ｒ−）幅方向端部の電位が中央部とほぼ同じになり、し
きい値電圧の低下が防止される。まだ同様の理由で素子
領域周辺の電界集中が緩和されて信頼性向上が図られる
。
スタを形成した場合・：、ダート幅方向についてダート
酸化膜厚が端部で中央部より僅かに厚くなる。この結果
、微小寸法のＭＯＳ）ランジスタにおいても素子領域の
ｒ−）幅方向端部の電位が中央部とほぼ同じになり、し
きい値電圧の低下が防止される。まだ同様の理由で素子
領域周辺の電界集中が緩和されて信頼性向上が図られる
。
以下、この発明をλｌ１Ｄ８型半導体装置に適用した実
施例につき図面を参照して説明する。第２図（、）〜（
ｈ）は一実施例の製造工程を示すものである。
施例につき図面を参照して説明する。第２図（、）〜（
ｈ）は一実施例の製造工程を示すものである。
まず、第２図（、）に示すように、面方位（１００）比
抵抗５〜５０μｍのＰ型シリコン基板２１を用意し、厚
さ３００１程度の熱酸化膜２２を形成した後この上に耐
酸化性膜として厚さ１０００Ｘ程度のシリコン窒化膜２
３を形成し、更に耐エツチングマスク兼リフトオフ材と
なるＡＩ 膜２４を形成する。次に通常の写真食刻工程
により素子形成領域上をレジスト膜２５で覆う。次１′
・・。
抵抗５〜５０μｍのＰ型シリコン基板２１を用意し、厚
さ３００１程度の熱酸化膜２２を形成した後この上に耐
酸化性膜として厚さ１０００Ｘ程度のシリコン窒化膜２
３を形成し、更に耐エツチングマスク兼リフトオフ材と
なるＡＩ 膜２４を形成する。次に通常の写真食刻工程
により素子形成領域上をレジスト膜２５で覆う。次１′
・・。
に同図（ｂ）に示すように、レジスト膜２５をマスクと
してＡＩ 膜２４．窒化膜２３．酸化膜２２を反応性イ
オンエツチングを用いて実質的にサイドエッチの入らな
い条件でノ４ターニングした後、シリコン基板２１をエ
ツチングして溝を形成する。シリコン基板２１のエツチ
ングには例えばＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエツチ
ングを用いる。その後溝部にはイオン注入を行なって反
転防止層２６を形成する。次に同図（ｃ）に示すように
、第１の絶縁膜としてプラズマＣＶＤによるＳ１０
膜２７１を溝の深さよシ僅かに厚く全面に堆積し、フ、
化アンモニウムによ多段差部を選択的にエツチングした
後、希フッ酸処理によシＡｌ 膜２４と共にその上の８
１０２ 膜をリフトオフして同図（ｄ）に示すように
、フィールド領域の溝に８１０２ 膜２７１が選択的
に埋込まれ周辺に細溝が残された状態を得る。その後、
同図（・）に示すように、全面に細溝を埋めるように第
２の絶縁膜としてＣＶＤによるｓｉｏ□ 膜２７２を堆
積し、更にその凹部を埋めて表面を平坦化するレジスト
等の流動性物質膜２９゛を塗布形成する。そして、流動
性物質膜２９および５ＩＯ２膜２７ （２７１、、？
７＝ ）に対してエツチング９− 速度の等しい条件の反応性イオンエツチングにより全面
均一にエツチングし、同図（ｆ）に示すようにフィール
ド領域に平坦ＫＳ１０２ 膜２７を埋込む。この後、
例えば１０００℃の水蒸気雰囲気中にて３０分程度熱処
理し、同図（ｇ）に示すように窒化膜２３の端部から僅
かに熱酸化膜３゜が食い込んだ状態とする。そして、窒
化膜３゜を除去し、その下の熱化膜２２を一旦除去した
後、同図（ｈ）のように改めてグー）酸化膜３１を形成
し、その上にダート電極３２を形成する。
してＡＩ 膜２４．窒化膜２３．酸化膜２２を反応性イ
オンエツチングを用いて実質的にサイドエッチの入らな
い条件でノ４ターニングした後、シリコン基板２１をエ
ツチングして溝を形成する。シリコン基板２１のエツチ
ングには例えばＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエツチ
ングを用いる。その後溝部にはイオン注入を行なって反
転防止層２６を形成する。次に同図（ｃ）に示すように
、第１の絶縁膜としてプラズマＣＶＤによるＳ１０
膜２７１を溝の深さよシ僅かに厚く全面に堆積し、フ、
化アンモニウムによ多段差部を選択的にエツチングした
後、希フッ酸処理によシＡｌ 膜２４と共にその上の８
１０２ 膜をリフトオフして同図（ｄ）に示すように
、フィールド領域の溝に８１０２ 膜２７１が選択的
に埋込まれ周辺に細溝が残された状態を得る。その後、
同図（・）に示すように、全面に細溝を埋めるように第
２の絶縁膜としてＣＶＤによるｓｉｏ□ 膜２７２を堆
積し、更にその凹部を埋めて表面を平坦化するレジスト
等の流動性物質膜２９゛を塗布形成する。そして、流動
性物質膜２９および５ＩＯ２膜２７ （２７１、、？
７＝ ）に対してエツチング９− 速度の等しい条件の反応性イオンエツチングにより全面
均一にエツチングし、同図（ｆ）に示すようにフィール
ド領域に平坦ＫＳ１０２ 膜２７を埋込む。この後、
例えば１０００℃の水蒸気雰囲気中にて３０分程度熱処
理し、同図（ｇ）に示すように窒化膜２３の端部から僅
かに熱酸化膜３゜が食い込んだ状態とする。そして、窒
化膜３゜を除去し、その下の熱化膜２２を一旦除去した
後、同図（ｈ）のように改めてグー）酸化膜３１を形成
し、その上にダート電極３２を形成する。
この実施例によれば、素子領域周辺の例えば０．１から
０．２μｍの領域の酸化膜厚を、図示のように中央部よ
シ例えば０．１μ程度厚く形成できるン従ってこの実施
例によればｒ−）電極下の領域のケート幅方向端部と中
央部での電位をほぼ等しくする事が出来、そのため微細
寸法をもつトランジスタであってもしきい値電圧の低下
がなくなる。また従来法によればダート酸化膜はダート
幅方向端部で電界集中により絶縁破壊を起こす確□率が
高かったカ゛叱の実施例の方法１０− によれば、このような破壊の確率が激減し、したがって
歩留りが著しく向上する。
０．２μｍの領域の酸化膜厚を、図示のように中央部よ
シ例えば０．１μ程度厚く形成できるン従ってこの実施
例によればｒ−）電極下の領域のケート幅方向端部と中
央部での電位をほぼ等しくする事が出来、そのため微細
寸法をもつトランジスタであってもしきい値電圧の低下
がなくなる。また従来法によればダート酸化膜はダート
幅方向端部で電界集中により絶縁破壊を起こす確□率が
高かったカ゛叱の実施例の方法１０− によれば、このような破壊の確率が激減し、したがって
歩留りが著しく向上する。
なお、上記実施例では、フィールド領域に完全に平坦に
なるように５ＩＯ２膜２７を埋込んだ後酸化性雰囲気に
さらして素子形成領域周辺に熱酸化膜を形成した。しか
しこの工程は完全に平坦になるまで埋込む前、例えば第
２図（ｄ）の工程後に行なってもよい。即ち第２図（ｄ
）の状態とした後、酸化性雰囲気にさらすことにより、
第３図（、）に示すように素子形成領域周辺に熱酸化膜
３０を形成する。そして、耐酸化性マスクとして用いた
窒化膜２３を除去した後、先の実施例と同様、同図（ｂ
）のようにＣＶＤによる８１０２ 膜２７３と流動性
物質膜２９により平坦化し、均−工、チングにより同図
（Ｃ）のように平坦にフィールド領域に５１０２ 膜２
７を埋込み、更に同図（ｄ）のように酸化膜２２を除、
去・ス改めてダート酸化膜３１を形成してダート電極３
２を形成する。
なるように５ＩＯ２膜２７を埋込んだ後酸化性雰囲気に
さらして素子形成領域周辺に熱酸化膜を形成した。しか
しこの工程は完全に平坦になるまで埋込む前、例えば第
２図（ｄ）の工程後に行なってもよい。即ち第２図（ｄ
）の状態とした後、酸化性雰囲気にさらすことにより、
第３図（、）に示すように素子形成領域周辺に熱酸化膜
３０を形成する。そして、耐酸化性マスクとして用いた
窒化膜２３を除去した後、先の実施例と同様、同図（ｂ
）のようにＣＶＤによる８１０２ 膜２７３と流動性
物質膜２９により平坦化し、均−工、チングにより同図
（Ｃ）のように平坦にフィールド領域に５１０２ 膜２
７を埋込み、更に同図（ｄ）のように酸化膜２２を除、
去・ス改めてダート酸化膜３１を形成してダート電極３
２を形成する。
このようにしても先の実施例と同様の効果が得られる。
また以上ではＭＯＢ型半導体装置を説明したが、この発
明はバイポーラ型半導体装置の素子分離にも適用できる
ことは勿論である。
明はバイポーラ型半導体装置の素子分離にも適用できる
ことは勿論である。
第１図（、）〜（ｇ）は従来法の素子分離工程例を示す
図、第２図（、）〜（ｈ）は本発明の一実施例の素子分
離工程を示す図、第３図（ａ）〜（ｄ）は他の実施例の
素子分離工程を示す図である。 ２１・・・シリコン基板、２２・・・熱酸化膜、２３・
・・シリコン窒化膜（耐酸化性膜）、２４・・・ＡＩ膜
（耐エツチングマスク兼リフトオフ材）、２５・・・レ
ジスト膜、２６・・・反転防止層、２７１・・・シフ
スマＣＶＤ ８１０２ 膜（第１の絶縁膜）、２７！
・・・ＣｖＤＳ１０２ 膜（第２の絶縁膜）、２８・
・・細溝、２９・・・熱酸化膜、３１・・・ｆ−）酸化
膜、３２・・・ｒ−ト電極。 出願人代理へ 弁理士 鈴 江 武 彦第１図 ４ 第１図 ６ １６２１６１
図、第２図（、）〜（ｈ）は本発明の一実施例の素子分
離工程を示す図、第３図（ａ）〜（ｄ）は他の実施例の
素子分離工程を示す図である。 ２１・・・シリコン基板、２２・・・熱酸化膜、２３・
・・シリコン窒化膜（耐酸化性膜）、２４・・・ＡＩ膜
（耐エツチングマスク兼リフトオフ材）、２５・・・レ
ジスト膜、２６・・・反転防止層、２７１・・・シフ
スマＣＶＤ ８１０２ 膜（第１の絶縁膜）、２７！
・・・ＣｖＤＳ１０２ 膜（第２の絶縁膜）、２８・
・・細溝、２９・・・熱酸化膜、３１・・・ｆ−）酸化
膜、３２・・・ｒ−ト電極。 出願人代理へ 弁理士 鈴 江 武 彦第１図 ４ 第１図 ６ １６２１６１
Claims (2)
- （１） 半導体基板の素子形成領域に耐酸化性膜を介
して耐エツチングマスクを形成しフィールド領域を選択
的にエツチングして溝を形成する工程と、形成された溝
に表面が平坦になるようにフィールド絶縁膜を埋込む工
程と、前記耐酸化性膜を残した状態で基板を酸化性雰囲
気にさらすことによ）素子形成領域周辺を一部酸化する
工程と、前記フィールド絶縁膜で分離された素子形成領
域に所望の素子を形成する工程とを備えたことを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - （２） 前記フィールド絶縁膜を埋込む工程は、前記
耐エツチングマスクをリフトオフ材として溝部周辺に細
溝を残す状態で溝内平坦部に選択的に第１の絶縁膜を埋
込む工程と、残された細溝を埋めるように全面に第２の
絶縁膜を堆積する工程と、この第２の絶縁膜表面を流動
性物質膜により平坦化する工程と、この流動性物質膜お
よび前記第１．第２の絶縁膜をこれらに対してエツチン
グ速度の略等しい条件で均一エツチングして細溝に選択
的に第２の絶縁膜を埋込む工程とからなり、前記素子形
成領域周辺を一部酸化する工程は、溝内平坦部に選択的
に第１の絶縁膜を埋込んだ後または細溝に選択的に第２
の絶縁膜を埋込んだ後に行なうものである特許請求の範
囲第１項記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57085726A JPS58202545A (ja) | 1982-05-21 | 1982-05-21 | 半導体装置の製造方法 |
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