JPH02260660A - Mos型半導体装置の製造方法 - Google Patents

Mos型半導体装置の製造方法

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JPH02260660A
JPH02260660A JP8350789A JP8350789A JPH02260660A JP H02260660 A JPH02260660 A JP H02260660A JP 8350789 A JP8350789 A JP 8350789A JP 8350789 A JP8350789 A JP 8350789A JP H02260660 A JPH02260660 A JP H02260660A
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forming
groove
mask
oxide film
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Katsuhiko Hieda
克彦 稗田
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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。

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、半導体装置の製造方法に係り、とくに絶縁膜
埋込みによる素子分離技術を用いたMOS型半導体装置
の製造方法に関する。
(従来の技術) 従来、MO3集積回路においては、寄生チャネルによる
絶縁不良をなくし、また配線の寄生容量を小さくする為
に素子間の分離領域(いわゆるフィールド領域)に厚い
絶縁膜を形成することが行われている。その一つの例と
して、ウニ/%の素子分離領域に溝をエツチングにより
形成し、ここに気相成長法(CVD法)により酸化膜を
平坦に埋め込む方法(BOX法)が知られている。この
方法は、LOCO8法によるビーズバークの発生が無く
、微細な素子領域を形成することができ、また表面の平
坦性が優れたものとなる、といった特徴を有する。
しかしながらこのBOX法にも解決すべき問題がある。
例えば、BOX法では埋込みCVD酸化膜をレジストを
用いたエッチバック法で形成するため、ウニへ面内にお
いてSi基板が露出して、チャネル領域に凸状のコーナ
ーができる。その様子を第7図(a) (b)を用いて
説明する。第7図(a) (b)は、Si基板21に反
応性イオンエツチング(RI E)により満22を形成
し、この溝22にCVD酸化膜23を埋込み、素子領域
にゲート絶縁膜24を介してゲート電極25を形成した
状態(チャネル方向は紙面に垂直)を示している。もし
第7図(a)に示すように埋込み酸化膜23の表面が素
子領域のSi基板面と一致していれば、問題ない。とこ
ろが実際には、エッチバックによる酸化膜埋込みはそれ
ほど制御性よく行われず、第7図(b)に示すように、
素子領域のSi基板が凸型になる。そうすると、コーナ
ーAの部分には寄生チャネルが形成され、ドレイン電流
のサブスレッショルド特性にハンプが出て、MOSトラ
ンジスタのカットオフ特性が悪化する。その特性を、第
6図に(ハ)従来例として示した。第6図の(イ)は、
第7図(a)のように素子領域が凸状にならない理想状
態での特性であり、このときハンプは出ない。
(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来の絶縁膜埋込み法でMO8集積回路を
形成した場合、チャネル領域の基板が凸状になってコー
ナーができ、寄生チャネルが形成されてカットオフ特性
が劣化するという問題があった。
本発明はこのような問題を解決して、優れたカットオフ
特性が得られる絶縁膜埋込み構造のMOS型半導体装置
の製造方法を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、半導体基板の素子分離領域に溝を形成した後
、この溝の上部コーナーに丸みをつけ、その後素子領域
にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する。
(作用) 本発明によれば、素子領域の基板が素子分離領域に埋め
込ま屯る絶縁膜表面より突出する状態に形成されても、
その素子領域のコーナーに一定の丸みをつけることによ
って寄生チャネルの効果を抑制することができ、カット
オフ特性の優れたMOS集積回路を得ることができる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図(a) (b)は、一実施例のMOS集積回路に
おける一つのMOS)ランリスタ部分を示す斜視図と断
面図である。断面図は、チャネル長方向に直交する面で
ある。第2図(a)〜(h)はその断面で見た製造工程
図である。
まず不純物濃度がI X 1017/ cn3程度のp
型Si基板1の表面に50no+程度の熱酸化膜11と
200 na+程度のCVDシリコン窒化膜12を積層
形成し、これを素子領域にのみ残すように選択エツチン
グによりバターニングする(第2図(a))。
次に1000℃程度のウェット雰囲気中で熱酸化を行な
い、素子分離領域の基板面に20Cjnm程度の熱酸化
膜13を形成する(第2図(b))。このとき、熱酸化
膜13は、素子領域に食い込んだ状態で形成され、所謂
バーズビークが形成される。
次にNH,F液などを用いて熱酸化膜13をエツチング
除去し、ついで窒化膜12をマスクとして用いてRIE
により素子分離領域に深さ約0.3μmの溝14を形成
する(第2図(C))。
溝14は図示のようにほぼ垂直側壁をもって形成される
次に必要に応じて溝14の内壁をアルカリ溶液を含むエ
ツチング液で50〜100人エツチングし、RIE時の
ダメージ層を除去する。そして熱酸化を行なって溝14
の内壁に30nm程度の酸化膜2.を形成する(第2図
(d))。なおこのとき素子分離領域の溝底部にフィー
ルド反転防止のためにボロンをイオン注入してp型層を
形成しても良い。この反転防止層形成の工程を入れる場
合は、まず10rv程度の薄い熱酸化膜を形成してイオ
ン注入を行い、さらに熱酸化を行って2On11程度酸
化膜を形成する・。
次に全面にCVDによるシリコン酸化膜2□を約400
 nm堆積し、フォトレジスト15を塗布して表面を平
坦化する(第2図(e))。その後、フォトレジスト1
5と酸化膜2に対してエツチング速度が等しくなるよう
にエツチング条件を調整したガス条件で全面エツチング
(所謂エッチバック)を行い、基板上の窒化膜12を露
出させる(第2図(r))。
次にケミカル・ドライエッチング(CD E)により選
択的に窒化膜12を除去し、ついで例えばNH4F液を
用いてその下の熱酸化膜11をエツチングして素子領域
の基板面を露出させる(第2図(g))。この酸化膜エ
ツチングの工程で、溝の上部コーナー7に曲率半径0.
05μm以上の丸みを形成する。この丸みの曲率半径は
、酸化膜11および2.の膜厚に依存している。
その後、素子領域にゲート酸化膜3を形成し、この上に
リンをドープした多結晶シリコン膜をCVDにより堆積
してこれをバターニングしてゲート電極4を形成する。
そしてこの後通常の工程にしたがって、ヒ素またはリン
をイオン注入してソース5.ドレイン6を形成する(第
2図(h))。
このときゲート電極側壁にスペーサを設けた状態でイオ
ン注入を行うことにより、ソース、ドレインをLDD構
造としてもよい。
最後に図では省略したが、全面にCVD酸化膜を堆積し
、コンタクト孔を開け、AI配線を形成して完成する。
この実施例によるMOS)ランリスタのゲート電圧Vg
とドレイン電流1dの特性を第6図に示す。71F1定
条件は、ドレイン電圧Vd−0,IV。
ソース電圧OV、基板電圧Ovである。第6図の曲線(
ロ)は、溝上部コーナーの曲率半径を「−0,05μm
とした場合であり、従来例に比べてハンプ特性は抑制さ
れている。また、r−1μmとした場合には、理想状態
の場合の曲線(イ)とほぼ同じ特性が得られている。以
上により、コーナーの丸みを曲率半径0.05μm以上
とすることにより、MOSトランジスタのサブスレッシ
ョルド特性が改善され、優れたカットオフ特性が得られ
る。
第3図(a) (b)は、別の実施例の要部工程を示す
。先の実施例と対応する部分には先の実施例と同一符号
を付しである。この実施例では、酸化膜11と窒化膜1
2の積層膜をパターン形成した後、まずこれをマスクと
して用いてRIEにより素子分離領域に溝14を形成す
る(第3図(a))。その後、水蒸気を含む1000℃
程度の雰囲気中で熱酸化を行って、溝14の内壁に20
nm程度の酸化膜21を形成する(第3図(b))。こ
のとき、熱酸化膜21が素子領域に食い込むことにより
、溝上部コーナー7に曲率半径0.05μm以上の丸み
が形成される。この後は、第2図(e)の工程に移れば
よい。
第4図(a)〜(c)は上記実施例を変形した別の実施
例の要部工程である。この実施例では、第3図の実施例
でのRIE時のマスク効果を高めるために、窒化膜12
上には重ねてCVD酸化膜16を20r+m程度形成し
ており、これらの積層膜をマスクとして素子分離領域に
溝14を形成する(第4図(a))。次に、酸化時のバ
ーズビークがより入り易くなるように、溝14に端面が
露出している酸化膜11を溶液エツチングにより僅かに
横方向に例えば0.1μm程度エツチングしてその端面
を後退させる(第4図(b))。その後先の実施例と同
様に熱酸化膜2.を形成する(第4図(C))。
これにより、−層滑らかな丸みを形成することができる
第5図(a)〜(d)は更に第4図の実施例を変形した
実施例で、溝上部コーナーに丸みをつける方法にCDE
を利用した場合の要部工程を示す。第5図(a) (b
)までは、第4図(a) (b)と同じである。この後
、CF4と02ガスを混合したガス条件でCDEにより
溝側面のエツチングを行う(第5図(C))。これによ
り、溝14の上部コーナー7に丸みが形成されると同時
に、底部コーナーにも丸みが形成される。その後必要に
応じてウェット雰囲気により熱酸化を行ない、溝内壁に
5OnI11程度の酸化膜21を形成する(第5図(d
))。この後は先の実施例と同様である。
この実施例によれば、丸み形成にCDEを利用すること
により、コーナーの曲率の大きさをエツチング時間によ
り高精度に制御することができる。
またRIE時のダメージ層も除去される。またこの実施
例では、溝底部のコーナーにも丸みがつけられる結果、
後に埋め込まれる絶縁膜と基板の熱膨張係数の違いによ
るストレスが緩和されるという効果が得られる。これは
結晶欠陥の発生を抑制し、ソース、ドレイン接合のリー
ク電流を抑制して、優れた素子特性を得ることを可能と
する。
本発明は上記実施例に限られない。例えば、実施例では
CVD酸化膜を素子分離膜として埋め込んだが、酸化膜
を介して多結晶シリコン膜やPSGなどを素子分離膜と
して埋め込むこともでき、その場合も本発明は有効であ
る。ゲート電極材料も、多結晶シリコン膜に限らず、モ
リブデン(M o )やタングステン(W)などの高融
点金属でもよいし、M o S i 2. W S i
 2. T t S i 2などのシリサイドを用いた
ポリサイド膜でもよい。
基板もp型St基板の他、n型基板にp型ウェルを形成
した基板などを用いることができる。
本発明によるMOS)ランリスタは、1トランジスタ/
1キヤパシタのDRAMにおけるセル・トランジスタの
ほか、各種MO5集禎回路。
CMO3集積回路或いはBiCMO5回路などに適用す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) (b)は、本6発明の一実施例によるM
OS)ランリスタの構造を示す斜視図と断面図、第2−
図(a)〜(h)はその製造工程を示す断面図、第3図
(a) (b)は他め実施例の要部製造工程を示す断面
図、 第4図(a)〜(c)はさらに他の実施例の要部製造工
程を示す断面図、 第5図(a)〜(d)はさらに他の実施例の要部製造工
程を示す断面図、 第6図は本発明の実施例によるMOSトランジスタの特
性を従来例と比較して示す図、第7図(a) (b)は
従来技術を説明するための断面図である。 1・・・p型Si基板、2・・・素子分離膜、2I・・
・熱酸化膜、2□・・・CVD酸化膜、3・・・ゲート
酸化膜、4・・・ゲート電極、5・・・ソース、6・・
・ドレイン、7・・・コーナー 11・・・熱酸化膜、
12・・・CVDシリコン窒化膜、13・・・熱酸化膜
、14・・・素子分離溝、15・・・フォトレジスト、
16・・・CVD酸化膜。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板の素子形成領域に酸化膜と耐酸化性膜
    の積層膜からなるマスクを形成する工程と熱酸化を行っ
    て素子分離領域の基板面に一部素子形成領域に食い込む
    ように酸化膜を形成する工程と、 前記素子分離領域の酸化膜を前記耐酸化性膜をマスクと
    して溶液エッチングにより除去する工程と、 前記耐酸化性膜をマスクとして反応性イオンエッチング
    により素子分離領域に溝を形成する工程と、 前記溝の内壁面に熱酸化膜を形成し、同時に溝の上部コ
    ーナーに丸みをつける工程と、 前記溝に気相成長法により素子分離膜を埋め込む工程と
    、 前記素子分離膜で囲まれた基板面にゲート絶縁膜を介し
    てゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極をマスクとして不純物を導入してソース
    およびドレインを形成する工程と、を備えたことを特徴
    とするMOS型半導体装置の製造方法。
  2. (2)半導体基板の素子形成領域に酸化膜と耐酸化性膜
    の積層膜からなるマスクを形成する工程と、前記マスク
    を用いて反応性イオンエッチングにより素子分離領域に
    溝を形成する工程と、 熱酸化を行って素子分離領域の内壁面に一部素子形成領
    域に食い込むように酸化膜を形成し、同時に前記溝の上
    部コーナーに丸みを形成する工程と、 前記溝に気相成長法により素子分離膜を埋め込む工程と
    、 前記素子分離絶縁膜で囲まれた基板面にゲート絶縁膜を
    介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を
    マスクとして不純物を導入してソースおよびドレインを
    形成する工程と、を備えたことを特徴とするMOS型半
    導体装置の製造方法。
  3. (3)溝を形成した後、耐酸化性膜をマスクとして溶液
    エッチングにより酸化膜エッチングを行って溝内壁にろ
    露出する酸化膜の端面を後退させる工程を有する請求項
    2記載のMOS型半導体装置の製造方法。
  4. (4)半導体基板の素子形成領域に積層膜からなるマス
    クを形成する工程と、 前記マスクを用いて反応性イオンエッチングにより素子
    分離領域に溝を形成する工程と、 等方性エッチングにより溝内壁に露出する下層膜の端面
    を後退させ、その後ケミカル・ドライエッチングにより
    素子分離領域の基板露出面をエッチングし、同時に前記
    溝の上部コーナーに丸みをつける工程と、 前記溝に気相成長法により素子分離膜を埋め込む工程と
    、 前記素子分離膜で囲まれた基板面にゲート絶縁膜を介し
    てゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極をマスクとして不純物を導入してソース
    およびドレインを形成する工程と、を備えたことを特徴
    とするMOS型半導体装置の製造方法。
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