JPH01503827A - 半導体のフイールド酸化物形成方法 - 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】 半導体のフィールド酸化物形成方法 技術分野 この発明は半導体基板にフィールド酸化物を形成する方法に関する。

背景技術 集積回路の製造は、普通、半導体基板又はウエノ・の処理から始まシ、アクティ ブ装置と基板埋込接続線とを形成する第１の領域と、最初のアクティブ領域を電 気的に分離する第２の誘電体領域とに基板を分離する処理を行う。フィールド酸 化物誘電体材料は通常の２酸化シリコンである。今まで各種フィールド酸化物形 成技術が開発され、開示されてきたが、シリコンの局部的酸化（ＬＯＣＯＳ　） として一般に知られている技術が半導体業界で支配的ではないが広く行われてい る。このＬＯＣＯＳ方式において、シリコン基板のアクティブ領域が窒化シリコ ン層によってマスクされ、フィールド酸化物領域を熱酸化してフィールド誘電体 領域を形成する。　ＬＯＣＯ８方式は基本的には簡単且つ有効であるが、半導体 チップの最終製品の歩出シ又は実行性能を低下させるという欠点を有する。

先行技術について最も頻繁に遭遇する欠点は一般に一パーツヘッド”又は１パ一 ツビーク２問題として知られているマスク窒化物層の下にフィールド酸化物が侵 入して使用可能なアクティブ領域を狭くするという問題である。

このパージピーク又はパージヘッド問題を軽くしようとする多くの技術が開発さ れてきた。例えば、米国特許第４，５６３，２２７号は半導体基板に酸化物層が 形成され、酸化物層の上に窒化物酸が形成されるようにした方式を開示している 。形成された層を通して異方性エツチングによシ溝が形成され、それが基板まで 通るようにした。そこで酸化物層がサイド・エツチングされる。その溝の表面上 に第２の酸化物層を成長し、その全表面上に化学蒸着（ＣＶＤ）方式により第２ の窒化シリコン層が形成される。次に、異方性ドライ・エツチングによシ、溝の 側壁を除き、溝の底面を含む水平面から其２の窒化シリコン層が除去される。次 に酸化が行われて溝を満たすと、酸化物層と基板との間の界面の近くに厚く安定 な窒化シリコン層があるために・り一ノヘッド又はバージビークのない相当平坦 な面を形成することができる。

しかし、この公知方法はアクティブ領域の端に緊張転位が生じ、フィールド酸化 物に相当大きなノツチ又は溝を発生してその後にデポジットした導電材料の残留 物をトラップすることになるという欠点を有する。

発明の開示 この発明の目的はパーツヘッド又はパーツビーク問題を軽減し、処理を複雑にぜ ずに上記の欠点を除去するようにした半導体の形成方法を提供することである。

従って、この発明によると、基板アクティブ領域の上に５０　ｎｍ又はそれ以上 の厚さにパッド酸化物層を形成し、パッド酸化物層の上に１００　ｎｍ又はそれ 以上の厚さに第１の窒化シリコン層を形成し、ホトレジスト・マスクの存在下で 第１の窒化物層を通してノ母、ド酸化物層を異方性エツチングして基板に大体垂 直な側壁のフィールド酸化物領域を形成し、パターン化された基板及び層の上に 公称厚１０〜１３　ｎｍの第２の正角窒化シリコン層を形成し、第２の窒化シリ コン層の水平面を異方性エツチングして垂直側壁の第２の２化シリコンを保持し ながら基板の選ばれた水平面を露出し、露出した基板及び第２の窒化シリコンを 酸化して保持されている側壁窒化シリコンの曲シ及びはがれを伴う酸化を有効に し、酸化基板面の上面がノ母、ド酸化物層のレベルに近くなるまで基板の酸化を 続け、残シの窒化シリコンを除去する各工程を含むフィールド酸化物の形成方法 を提供した。

この発明方法は半導体の製造概念を更に向上して組合わせ、パージビークの形成 をおさえて相当平坦な表面を作シ、アクティブなシリコンの端部における緊張を 誘発する転位をおさえ、アクティブ・シリコン端部におけるノツチの形成を防止 するようにした。これは単に１つの窒化物の低圧ＣＶＤ工程及び従来のＬＯＣＯ ３処理の実行に使用される工程に対し、単に異方性工。

チング工程を加えるのみで達成することができる。

図面の簡単な説明 次に、下記の添付図面を参照してその例によシこの発明の一実施例を説明する。

第１〜３図はフィールド酸化物成長前の製造工程における集積回路基板の断面図 である。

第４Ａ〜４Ｃ図はこの発明によるフィールド酸化物成長の進行過程における断面 図である。

第５図はフィールド酸化物領域によって分離されたアクティブ領域の複合集積回 路構造の断面図である。

発明を実施するだめの最良の形態 一般に、この発明方法は相当厚い第１の窒化物層の下に相当厚い第１のノや、ド 酸化物層を使用し、下にノヤッド酸化物層がない非常に薄い正角にデポジ、トシ た第２の窒化物層と、基板凹部からの２酸化シリコンの成長と薄い第２の窒化物 層の酸化消費との対と、第１のパッド酸化物のレベルとフィールド酸化物の画面 移動との一致する時間及び位置とを使用するものである。

好ましい実施例では、シリコン基板のアクティブ領域はパッド２酸化シリコン層 を５０　ｎｍ又はそれ以上の範囲の厚さに、及びＬＰＧＶＤ第１の窒化シリコン 層を公称１００　ｎｍ又はそれ以上、例えば２００　ｎｍ厚でカバーされる。次 に、その構造体はホトリソグラフ処理されてアクティブ領域の上にマスク−ホト レノスト・ノやターンを残す。その後のＲＩＥ又は他の異方性エツチングは順次 マスクされていない窒化物層とその下にあるパッド酸化物層と更に公称１２０　 ｎｒｎの深さまでシリコン基板を除去して、はぼ垂直な側壁と共に溝領域を形成 する。薄いＬＰＣＶＤ窒化シリ窒化シリコ成層公称厚１３ｎｍ又はそれ以下に正 ゛角デポジットされる。水平面から窒化シリコンを異方性エツチングして除去し て後、垂直側壁上に約１２　ｎｍ又はそれ以下の第２の窒化シリコン層材料を残 す０次に、窒化シリコンの薄い側壁のり７テイング（はがれ）／ベンディング（ 曲シ）と、酸化成長したフィールド酸化物とパッド酸化物との完全な接合とを生 じるようになるまで基板からフィールド酸化物を成長させる。

第１図の好ましい実施例は単結晶シリコン基板１に２酸化シリコン誘電体フィー ルド酸化物領域の形成から開始する。第１図の構造を形成するため、まずシリコ ン基板が熱酸化され公称厚が少くとも５０　ｎｍを有するパッド酸化物層２を形 成する。この厚さは１０〜２０ナノメートルのノそラド酸化物を有する従来のも のより相当厚く、そのため差動係数の拡大緊張を緩和する。

相当厚いノ（ラド酸化物層２は２つの幾分異なる作用を実行する。その１つは通 常の実流における剪断緊張の除去であシ、第２は後述の方法によるアクティブ領 域の角における拡大誘発圧縮緊張の除去である。従来の厚さのパッド酸化物は両 機能を実行しない。

第１図に示す基板１のパッド酸化＠２はＬＰＣＶＤにより、好ましくは２００　 ｎｍの公称厚にシリコン窒化物１層３でカバーされる。そこでホトレジストがデ ポジットされ、ホトリングラフ処理されて、一般に基板１のアクティブ領域５の 間のフィールド酸化物形成領域に対応する開口６において窒化物１層３を露出す るホトレノス）　（ＰＲ）マスク・パターン４を保持する。

第１図の構造は、第２図に示す製造段階に達するため、従来のりアクティブ・イ オン・エツチング（ＲＩＥ）によシ異方性エツチングされてホトレジスト４でマ スクされていない窒化物１層を除去し、更に／ソツド酸化物層２の整列されたセ グメントと基板１のその部分とを除去して適当に基板１に約１２０ナノメートル 厚の深すの凹部を形成する。ホトレジスト４の除去に続き、基板１はＬＰＣＶＤ 窒化シリ窒化シリコン上層７公称厚１０〜１３ｎｍまで正角にカバーされる。

第２図の構造は他の異方性エツチングを受ける。このエツチングは露出した水平 面から少くとも１３　ｎｍの窒化シリコンを除去するう第３図に示すように、そ のような異方性エツチングの結果、シリコン基板１の場所６にある穴の底面８は 露出され、側壁窒化シリコンｎ層９は公称１ナノメートルだけ薄くされて残され る。

パッド酸化物は側壁窒化物９の下に１ま存在しないので、熱フィールド酸化成長 中側壁窒化物層９の下色に対する酸素粒子の移動を禁止する。明らかに、酸素粒 子はフィールド酸化物成長の初期段階中（１１ｊ壁窒化物層９によって・やラド 酸化物層に対する直接アクセスは停止する。側壁窒化物層９の大きさは相当重要 であり、酸化物効果を制御するだけでなく、シリコン基＠１の２Ｕ壁１１に沿っ て異なる膨張係数で誘発される緊張破壊を回避する。すなわち、側壁窒化物９の １２　ｎｍはシリコン基板１に対する緊張破壊を発生しないで形成されるだけ十 分に薄い値である。側壁１１は２酸化シリコンの成長においてベンディング及び リフティングを容易にするに適した速度で酸化されるが、特に希望する時間まで パッド酸化物領域に対してアクセスする酸化粒子を停止するだけ十分な厚さであ る。

第４Ａ〜４Ｃ図は公称７５０分間、公称的９００℃で、Ｈ２＋０２の好ましいフ ィールド酸化環境を使用したフィールド酸化物の成長の各段階の構造を示す。フ ィールド酸化物の成長が第４Ｂ図の構造まで進行継続されたとき、前の側壁窒化 物層９は十分にベンディング（曲げ）され、リフティング（ひきはがし）される 。

この期間中、シリコン基板１の側壁領域１２の緊張は酸化開始における側壁窒化 物の存在及び酸化中における酸化物に対する表面変換によシ更に薄くされること によって除去される。窒化物層１３は第４Ｂ図の酸化段階において約３　ｎｍ又 はそれ以下に薄くされる。

第４Ｂ図は残留側壁窒化シリコン１３のリフティングによシ酸化の終シ近くで相 当厚いパッド酸化物を露出する。そこでパッド酸化物はそれがなければ緊張から おこる転位が発生するかもしれないシリコン基板の角１６附近のフィールド酸化 物１４において増加する緊張を除去する通路として作用する。フィールド酸化物 の成長が第４Ｃ図のように続けられ、配化物に対する残留側壁窒化シリコン１３ の変換はシリコン基板の角１６に達するよう相当短い酸素粒子の通路を開く。

その結果、シリコン基板の角１６において酸化速度が強調され、相当半径が大き く、円滑な外形の局部緊張のない角１７を形成した。再び、相当厚いパッド酸化 物層２は局部緊張を除去して垂直直接移動を抑制し、領域１８で緩和する通路を 発生する。その上、側壁窒化物層１３（第４Ｂ図）のマスクによシ窒化物層２２ の低角領域２１の上に比較的成長が制限されたフィールド酸化物１９はアクティ ブ領域５の端のフィールド酸化物にノツチ又は溝の形成を相当抑制する。

側壁窒化物層のリフティングとベンディングとの間の平衡した相互作用に従い、 側壁窒化物の酸化物への変換、パッド酸化物を通す緊張の除去、酸化工程の終シ 近くで行われるアクティブ領域の端におけるシリコン基板の変換の強調、アクテ ィブ領域の相当丸い端部における緊張の多方面への除去などによシ、パーツビー ク問題の非常に大きな除去のみでなく、アクティブ領域は緊張による転位を受け ず、フィールド酸化物構造は有害なノツチ又は溝を形成しない。その上、これら 希望する特徴は大きさ及び動作を考慮して２つのあまシ精密でない製造工程を加 えるのみで達成される。

第５図はマスク窒化物２２（第４Ｃ図）及び・やラド酸化物２を含む酸化物層を 除去した後を表わす集積回路構造を示し、Ｐチャンネル装置２３及びＮチャンネ ル装置２４のような典型的なＣＭＯ８電界効果トランジスタの選択的形成がそれ に続く。

国際調査報告

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．基板アクテイブ領域（５）の上にパッド酸化物層（２）を厚さ範囲５０ｎｍ 又はそれ以上に形成し、前記パッド酸化物層（２）の上に第１の窒化シリコン層 を厚さ範囲１００ｎｍ又はそれ以上に形成し、前記第１の窒化物層（３）と前記 パッド酸化物層（２）とを通して前記基板（１）に対しホトレジスト・マスク（ ４）の存在下で異方性エッチングしてフイールド酸化物領域をほぼ垂直な側壁（ １１）で規定し、前記パターン化された層及び基板の上に公称厚１０〜１３ｎｍ に正角な第２の窒化シリコン層（７）を形成し、前記第２の窒化シリコン層（７ ）の水平面を異方性エッチングして前記ほぼ垂直な側壁（１１）上に第２の窒化 シリコンを維持しなから前記基板の選ばれた水平面を露出し、前記露出した基板 （１）及び第２の窒化シリコンを酸化して維持されている側壁窒化シリコン（９ ）のベンディング及びリフティングを伴う酸化を行い、前記酸化基板表面の上面 が前記パッド酸化物層（２）のレベルに近付くまで前記基板（１）の酸化を続行 し、残留窒化シリコンを除去する各工程を含む半導体基板（１）のアクティブ領 域（５）間にフィールド酸化物領域を形成する方法。
2. ２．前記フィールド酸化物領域を規定する異方性エッチングは前記パッド酸化物 （２）の厚さより大きい深さまで前記半導体基板に延びるようにした請求の範囲 １項記載の方法。
3. ３．前記深さは約１２０ｎｍである請求の範囲２項記載の方法。
4. ４．前記水平面の異方性エッチングに続くほぼ垂直な側壁（１１）に保持されて いる前記窒化シリコン（９）の厚さは公称範囲９〜１２ｎｍである請求の範囲２ 項記載の方法。
5. ５．前記基板（１）はシリコンであり、前記側壁窒化シリコン（９）は前記基板 から成長した酸化物が前記パッド酸化物（２）に達したときに２醇化シリコンに 変換されるようにした請求の範囲３項又は４項記載の方法。