JPS63253640A

JPS63253640A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPS63253640A
Application number: JP8697787A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Nitayama; 仁田山　晃寛
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1987-04-10
Publication date: 1988-10-20

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、半導体基板上における素子分離技術に関し、
特に、素子領域に耐酸化性膜を形成し、それ以外の素子
分離領域を選択的に酸化し１分離絶縁膜を形成する半導
体装置の製造方法に関する。

（従来の技術）半導体集積回路の集積度がますます進む中で、先端デバ
イスの素子分離の寸法は、サブミクロン領域に入ってき
ている。サブミクロン素子分離を実現するために従来の
素子分離技術であるＬＯＣＯ５法を改良した素子分離法
が多数提案されているが、その中で、０３ＥＬＯＩＩ法
という素子分離法が提案されてる。　０．７１ｍ　まで
の素子分離が可能と予測されている。これは、図２に示
すような工程をとる。

まず、半導体基板上に薄いシリコン酸化膜２と。

第１の耐酸化性膜であるシリコン窒化膜３を全面に堆積
しくｃｆ、図２−Ｃａ））、素子分離領域の膵２．３を
反応性イオンエツチングにより、除去する５次に、フィ
ールドエッチ部反転防止用のボロンイオン注入４を行な
う（ｃｆ、図２−（ｂ））。次に、第２の耐酸化性膜と
しての薄いシリコン窒化膜５と、　０．１虜程度のシリ
コン酸化膜６を全面に、気相成長法等により堆積する（
ｃｆ、図２−　（ｃ））。

次に反応性イオンエツチング等による異方性エツチング
により、第１−の耐酸化性膜３の側壁部だけに、第２の
耐酸化性膜５′をシリコン酸化膜６′を残す。（ｃｆ、
図２−　（ｄ））。次に反応性イオンエツチングにより
、開口部のシリコン表面に溝７′を形成しフィールド底
部の反転防止用のボロンイオン注入８をする（ａｆ、図
２−　（ｅ））。

次に、シリコン酸化膜６′をＮｔ（４Ｆ等により除去し
くｃｆ、図２−（ｆ））、この形状の耐酸化性膜をマス
クにして、半導体基板１をｗｅｔ酸化等により選択酸化
し、フィールド酸化膜９′を形成し、素子分離領域の形
成が完成する。

しかし、この従来技術の場合、サブミクロンの素子分離
の形状は実現されるが図２−（ｇ）に示すような大きな
フィールド酸化膜の段差１０が形成されてしまう。例え
ば多結晶シリコン等のさらに上層の材料の加工時に、こ
の大きな段差部で上層材料のエツチング残りが生じて、
配線間ショートの不良をもたらす。また、段差ｌＯの中
央部で、フィールド酸化膜が極端に薄くなっているため
、充分なフィールド反転電圧を維持するためには、フィ
ールド酸化を長時間やらなければならない。そのため、
耐酸化膜下へのフィールド酸化膜の進入（バーズビーク
とよぶ）が増加し、充分狭い素子分離が実現できない、
また、フィールド酸化の長時間の熱工程により、フィー
ルド反転防止用に注入したボロンの再分布が大きくおき
てしまい、素子領域のナロウチャネルのトランジスタの
閾値を高めてしまう（ナロウチャネル効果とよぶ）。さ
らに、半導体基板表面に形成した溝７′の側面と底部の
角度が９０°であるため、フィールド酸化時の酸化膜の
成長時に、側面と底部の交点での応力が大きく働き、フ
ィールド酸化後に多数の結晶欠陥が発生する。この結晶
欠陥は、素子領域の接合のリーク特性を大きく劣化させ
てしまう。

（発明が解決しようとする問題点）以上のように、従来のサブミクロン素子分離技術では、
フィールド酸化膜の段差が発生し、上層の加工が難しく
なること、フィールド酸化を長時間必要で、バーズビー
クが増加すること、反転防止用ボロンの再分布によりナ
ロウチャネル効果が生じること、溝の底部のコーナ一部
分で結晶欠陥が発生することが問題となる。

本発明は、この様な問題を解決した半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決するため本発明では、シリコン基板表
面の溝をテーパーをつけて形成することを特徴とする。

（作　　用）本発明によれば、フィールド酸化膜の段差を緩和し、上
層の加工を容易にできる。またフィールド酸化時間を短
くすることができバーズビークを抑制し、ナロウチャネ
ル効果を抑制し、より微細な素子分離が可能となる。さ
らに、溝の底部のコーナ一部分で発生する結晶欠陥を抑
制し、接合特性改善することができる。従来法では０．
７ｐの素子分離が限度であるが、本発明によれば０．５
−以下の素子分離が可能となる。

（実　施　例）碧」ｊ先魚田− 以下、本発明の一実施例を第１図の工程断面図を用いて
説明する。

第１図（ａ）に示すように、半導体基板１上に薄いシリ
コン酸化′ｆＩＡ２と、第１の耐酸化性膜であるシリコ
ン窒化膜３を全面に堆積する。次に、第１図（ｂ）に示
す・ように、素子分離領域の膜２及び３を写真蝕刻技術
と反応性イオンエツチングにより除去する。次にフィー
ルドエッチ部反転防止用のボロンイオン注入４を行なう
。次に、第１図（ｃ）に示すように、次に第２の耐酸化
性膜としての薄いシリコン窒化膜５と０．１−程度のシ
リコン酸化膜６を全面に、気相成長法等により堆積する
。次に、第１図（ｄ）に示すように、反応性イオンエツ
チング等による異方性エツチングにより、第１の耐酸化
性膜３の側壁部だけに、第２の耐酸化性膜５′とシリコ
ン酸化膜６′を残す。次に、第１図（ｅ）に示すように
、反応性イオンエツチングにおいて、堆積とエツチング
が同時に起きるエツチング条件テ（例えば、ＣうやＣＢ
ｒＦ、等のハロゲン系ガスを用いて）あるいは、ＫＯＦ
ｌ等によるウェットエツチングにより、開口部のシリコ
ン表面に、側面にテーパーをつけた溝７を形成する。

さらに、フィールド底部の反転防止用のボロンイオン注
入８を打ち込む。次に、第１図（ｆ）に示すように、シ
リコン酸化膜６″をＮ１（４Ｆ等により除去する。そし
て、第１図（ｇ）に示すように、水蒸気雰囲気中等によ
り、フィールド酸化を行なうと。

耐酸化性膜３及び５′がマスクになり、素子分離領域が
選択酸化され、平坦なフィールド酸化膜９が形成され、
素子分離領域の形成が完成する。

１・・・シリコン基板２．６・・・シリコン酸化膜３．５．５’・・・シリコン窒化膜４・・・フィールドエッチ反転防止用にイオン注入され
た不純物７．７′・・・シリコン基板表面に形成された溝８・・
・フィールド底部反転防止用にイオン注入された不純物９．９′・・・フィールド酸化膜１０・・・フィールド酸化膜の段差（以上、特許請求の範囲第１項）簗主食見囲本発明は、半導体基板上における素子分離技術に関し、
特に、素子領域に耐酸化性膜を形成し、それ以外の素子
分離領域を選択的に酸化し１分離絶縁膜を形成する半導
体装置の製造方法に関する。

半導体集積回路の集積度がますます進む中で、先端デバ
イスの素子分離の寸法は、サブミクロン領域に入ってき
ている。サブミクロン素子分離を実現するために従来の
素子分離技術であるＬＯ（：Ｏ９法を改良した素子分離
法が多数提案されてしするが。

その中で、最も可能性の高い０５ＥＬＯｕ法という素子
分離法が提案されてる。０，７ｔｒｍまでの素子分離が
可能と予測されている。これは、図５に示すような工程
をとる。まず、半導体基板上に薄いシリコン酸化膜２を
、第２の耐酸化性膜であるシリコン窒化膜３を全面に堆
積しＣａ１１図５−（ａ））、素子分離領域の膜２．３
を反応性イオンエツチングにより、除去する１次に、フ
ィールドエッチ部反転防止用のボロンイオン注入４を行
なうＣｃｆ、図５−（ｂ））。次に、第２の耐酸化性膜
としての薄いシリコン窒化膜５と、０．ＩＩｊＭ程度の
シリコン酸化膜６を全面に、気相成長法等により堆積す
る（ｃｆ、図５−（ｃ））、次に反応性イオンエツチン
グ等による異方性エツチングにより、第１の耐酸化膜３
の側壁部だけに、第２の耐酸化性膜５′をシリコン酸化
膜６′を残す。（ｃｆ、図５−（ｄ））、次に反応性イ
オンエツチングにより、開口部のシリコン表面に溝７を
形成しフィールド底部の反転防止用のボロンイオン注入
８をする（ａｆ、図５−（ｅ））。

次に、シリコン酸化膜６′をＮＨ４Ｆ等により除去しＣ
ａｆ、図５−（ｆ））、この形状の耐酸化性膜をマスク
にして、半導体基板１をｖａｔ酸化等により選択酸化し
、フィールド酸化膜９′を形成し、素子分離領域の形成
が完成する。

しかし、この従来技術の場合、サブミクロンの素子分離
の形状は実現されるが図５−　（ｇ）に示すような大き
なフィールド酸化膜の段差１０が形成されてしまう０例
えば多結晶シリコン等のさらに上層の材料の加工時に、
この大きな段差部で上層材料のエツチング残りが生じて
、配線間ショートの不良をもたらす。また、段差１０の
中央部で、フィールド酸化膜が極端に薄くなっているた
め、充分なフィールド反転電圧を維持するためには、フ
ィールド酸化を長時間やらなければならない。そのため
、耐酸化膜下へのフィールド酸化膜の進入（バーズビー
クとよぶ）が増加し、充分狭い素子分離が実現できない
。また、フィールド酸化の長時間の熱工程により、フィ
ールド反転防止用に注入したボロンの再分布が大きくお
きてしまい、素子領域のすロウチャネルのトランジスタ
の閾値を高めてしまう（ナロウチャネル効果とよぶ）。

さらに。

素子分離幅がせまくなると、フィールド酸化膜の厚さが
薄くなるという問題がある。　（Ｆｉｅｌｄ　丁ｈｉｎ
ｎｉｎｇ効果とよぶ。）これは、フィールド酸化時の酸
化剤の供給が２次元的になることと耐酸化性膜のストレ
スにより、酸化スピードが減少することに。

原因している。この効果が生じると、集積回路の製造工
程を通ると５分離幅のせまい所でのフィールド酸化膜が
極端に薄くなり、フィールド反転電圧やパンチスルー耐
圧等が所望の値以下になり。

素子分離の機能をはたさなくなる。

以上のように、従来のサブミクロン素子分離技術では、
フィールド酸化膜の段差が発生し、上層の加工が難しく
なること、フィールド酸化を長時間必要で、バーズビー
クが増加すること、反転防止用ボロンの再分布によりナ
ロウチャネル効果が生じること、　Ｆｉｅｌｄ　Ｔｈｉ
ｎｎｉｎｇ効果が発生することが問題となる。

上記問題点を解決するため本発明では、フィールド酸化
後に酸化膜をつけたして形成することを特徴とする。

本発明によれば、フィールド酸化膜の段差を緩和し、上
層の加工を容易にできる６またフィールド酸化時間を短
くすることができバーズビークを抑制し、ナロウチャネ
ル効果を抑制し、より微細な素子分離が可能となる。さ
らに、　Ｆｉｅｌｄ　Ｔｔ＋ｉｎｎ−ｉｎｇ効果を抑制
することができる。従来法では０．７−の素子分離が限
度であるが、本発明によれば０．５７ａ以下の素子分離
が可能となる。

以下１本発明の一実施例を第３図の工程断面図を用いて
説明する６第３図（ａ）に示すように、半導体基板１上に薄いシリ
コン酸化ＷＡ２と、第１の耐酸化性膜であるシリコン窒
化膜３を全面に堆積する。次に、第３図（ｂ）に示すよ
うに、素子分離領域の膜２及び３を写真蝕刻技術と反応
性イオンエツチングにょす除去する０次にフィールドエ
ッチ部反転防止用のボロンイオン注入４を行なう０次に
、第３図（ｃ）に示すように１次に第２の耐酸化性膜と
しての薄いシリコン窒化膜５と０．１．程度のシリコン
酸化膜６を全面に、気相成長法等により堆積する０次に
、第３図（ｄ）に示すように、反応性イオンエツチング
等による異方性エツチングにより、第１の耐酸化性膜３
の側壁部だけに、第２の耐酸化性膜５′とシリコン酸化
膜６′を残す０次に、第３図（ｅ）に示すように、反応
性イオンエツチングにより、開口部のシリコン表面に、
溝７を形成する。

さらに、フィールド底部の反転防止用のボロンイオン注
入８を打ち込む０次に、第１Ｍ（ｆ）に示すように、シ
リコン酸化膜６′をＮＩｆ、Ｆ等により除去する。そし
て、第３図（ｇ）に示すように、水蒸気雰囲気中等によ
り、フィールド酸化を行なうと。

耐酸化性膜３及び５′がマスクになり、素子分離領域が
選択酸化され、フィールド酸化膜９が形成される。

次に、第３図（ｒ）に示すように多結晶シリコン１１１
１を１０００人程度全面に堆積する１次に、熱酸化によ
り、多結晶シリコン膜１１を全部酸化して、シリコン酸
化膜１２を形成する。この時第３図（ｉ）に示すように
、フィールド酸化膜の中央の段差１０の段差は吸収され
１表面は平坦になる。さらに第３図（ｊ）に示すように
ＮＨ，Ｆ等により、酸化膜１２をエッチバックして、酸
化膜１２′　　を残す。これにより素子分離形状が完成
し、平坦な分離形状が実現する。

以下、その他の実施例を第４図の工程段面図を用いて説
明する。

第３図（ｈ）の工程までのは、上記実施例と同じで、そ
の後、第４図（、）に示すように、反応性イオンエツチ
ングやＮＨ，Ｆエツチング等により、フィールド酸化膜
の中央の段差部だけに、多結晶シリコン膜１１′　を残
す。

その後第４図（ｂ）に示すように、熱酸化により多結晶
シリコン膜１１’　を全部酸化して、シリコン酸化膜１
２′を形成する。フィールド酸化膜の中央にあった段差
１０の段差は吸収され１表面は平坦になる、これにより
、素子分離形状が完成する。

さらに、その他の実施例を説明する。

第３図（ｇ）の工程までは上記実施例と同じで。

その後、ＣＶＤ酸化膜を全面に堆積して、反応性イオン
エツチングやＮＨ４Ｆエツチング等によりエッチバック
して、平坦な素子分離形状を完成する。

このような方法でもかまわない。

本発明によれば、でき上りのフィールド酸化膜が平坦に
形成でき、従来法のような段差は生じない、したがって
上層の加工が非常に容易になる。

また、フィールド中央部におけるフィールド酸化膜が従
来法のように薄くはならないことから、フィールド酸化
時間を短くしても充分大きなフィールド反転電圧が得ら
れ、酸化時間の短縮が、バーズビークやナロウチャネル
効果を抑制し、より微細な素子分離が可能となる。さら
にＦ１ａ１ｄ　Ｔｈｉｎｎ−ｉｎｇ効果を抑制すること
ができる。従来法では、０．７−の素子分離が限度であ
るが、本発明によれば、０．５−以下の素子分離が可能
となる。

第３，４図は本発明の一実施例の工程断面図である。第
５図は、従来例の工程断面図である。

１・・・シリコン基板２．６・・・シリコン酸化膜３．５．５’・・・シリコン窒化膜４・・・フィールドエッチ反転防止用にイオン注入され
た不純物７・・・シリコン基板表面に形成された溝８・・・フィ
ールド底部反転防止用にイオン注入された不純物９．９′・・・フィールド酸化膜１０・・・フィールド酸化膜の段差１１、１１’・・・多結晶シリコン膜１２、１２’、１２’・・・シリコン酸化膜（以上、特
許請求の範囲第２項）〔発明の効果〕第１の発明によれば、溝７の側面にテーパーがついてい
ることにより、でき上りのフィールド酸化膜が平坦に形
成でき、従来法のような段差は生じない、したがって上
層の加工が非常に容易になる。また、フィールド中央部
におけるフィールド酸化膜が従来法のように薄くはなら
ないことから、フィールド酸化時間を短かくしても充分
な大きなフィールド反転電圧が得られ、酸化時間の短縮
が。

バーズビークやナロウチャネル効果を抑制し、より微細
な素子分離が可能となる。さら溝の底部のコーナ一部で
の応力が、溝にテーパーがついていることから緩和され
、結晶欠陥の発生が抑制され。

接合特性を改善できる。本発明によれば０．５ｐ以下の
素子分離が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、第５図は工程断面図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上の所定の領域に、少なくとも一層以
上の第１の耐酸化性膜を選択的に形成する工程と、全面
に、第２の耐酸化性膜を堆積する工程と、上記第１の耐
酸化性膜の側壁部だけに、上記第２の耐酸化性膜を残置
する工程と、前記半導体基板表面をテーパをつけてエッ
チングする工程と、第１及び第２の耐酸化性膜をマスク
に用いて、前記半導体基板を選択酸化する工程とからな
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（２）半導体基板上の所定の領域に、少なくとも一層以
上の第１の耐酸化性膜を選択的に形成する工程と、全面
に、第２の耐酸化性膜を堆積する工程と、上記第１の耐
酸化性膜の側壁部だけに、上記第２の耐酸化性膜を残置
する工程と、前記半導体基板表面をエッチングする工程
と、第１及び第２の耐酸化性膜をマスクに用いて、前記
半導体基板を選択酸化する工程と、核選択酸化膜上に酸
化膜を残置する工程とからなることを特徴とする半導体
装置の製造方法。