JPH03268446A - 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】 ［概要コ ＭＯＳ、ＣＭＯ３，ＢｉＣＭＯ３等の半導体装置の製造
方法に関し、 素子分離幅が狭い半導体装置においても、半導体装置の
製造時に付着する異物の影響を受けずに、確実にチャネ
ルストップ層を形成することができる半導体装置のｗｌ
造方法を提供することを目的とし、 イオン注入により半導体基板上の素子形成領域間にチャ
ネルストップ層を形成するイオン注入工程と、前記半導
体基板を洗浄する洗浄工程と、前記半導体基板上の素子
形成領域を絶縁分離する局部酸化膜を形成する局部酸化
膜形成工程とを有し、前記半導体基板上に素子分離領域
を形成する半導体装置の製造方法において、前記局部酸
化膜形成工程後に、前記局部酸化膜の通過に十分なエネ
ルギでイオン注入する第２のイオン注入工程を有するよ
うに構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明はＭＯＳ、ＣＭＯ３，８１０ＭＯ３等の半導体装
置の製造方法に関する。

半導体素子の素子間の分離は、通常局部酸化膜（ＬＯＧ
Ｏ３ＩＩＱ）とその直下に設けられたチャネルストップ
層を形成することにより行われる。

近年、この素子間の素子分離幅は、半導体素子の集積度
の向上と共に狭くなり、従来４μｍ程度であったものが
現在では１μｍ程度になっている。

局部酸化膜の形成工程の前で行われる、チャネルストッ
プ層を形成するイオン注入工程において、半導体基板上
の素子分離領域に１μｍ程度の異物が付着する場合があ
る。

従来の４μｍ程度の素子分離幅であれば、素子分離領域
に１μｍ程度のＶＢ、物が付着しても、イオン注入工程
でチャネルストップ層は確実に形成される。

しかし、素子分離幅がｌＪＪ、ｍ程度であると、素子分
離領域上にある異物が素子分離領域をふさいでしまい、
例えばイオン打ち込み法によるイオン注入工程では十分
なイオン注入がされない。

［従来の技術］ ［発明が解決しようとする課題１ そのため、素子分離幅が１μｍ程度の半導体素子のチャ
ネルストップ層がうまく形成されず、素子分離不良が発
生しやすくなるという間層があった。

本発明の目的は、素子分離幅が狭い半導体装置において
も、半導体装置の製造時に付着する異物の影響を受けず
に、確実にチャネルストップ層を形成することができる
半導体装置の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、イオン注入により半導体基板上の素子形成
領域間にチャネルストップ層を形成するイオン注入工程
と、前記半導体基板を洗浄する洗浄工程と、前記半導体
基板上の素子形成領域を絶縁分離する局部酸化膜を形成
する局部酸化膜形成工程とを有し、前記半導体基板上に
素子分離領域を形成する半導体装置の製造方法において
、前記局部酸化膜形成工程後に、前記局部酸化膜の通過
に十分なエネルギでイオン注入する第２のイオン注入工
程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法によ
って達成される。

［作用］ 本発明によれば、素子分離幅が狭い半導体装置において
も、半導体装置の製造時に付着する異物の影響を受けず
に、確実にチャネルストップ層を形成することができる
。

［実施例］ 本発明の第１の実施例による半導体装置の製造方法を第
１図を用いて説明する。

第１図はＮチャネルＭＯ８の素子分離工程を示す。

Ｐ型半導体基板１上に例えば厚さ３００人の酸化膜２が
形成され、酸化膜２上にパターニングされた例えば厚さ
２０００人の窒化膜４が素子分離領域３．３′を形成す
るためのマスクとして形成されている（第１図（ａ））
。

まず、窒化膜４をマスクとして素子分離領域３、３′下
部の酸化１１！２直下に不純物が導入されたチャネルス
トップ層を形成するため、Ｂ４をエネルギ２５ｋｅＶ、
ドーズ量４　Ｘ　１０”ｃｍ−’でイオン注入する。Ｐ
型半導体基板１全面に均一にイオン注入されるように、
Ｐ型半導体基板１は、回転可能なステージ（図示せず）
にセットし、ステージを回転させた状態でイオンビーム
を照射する。

そのため、半導体基板をステージにセットするときに基
板から剥がれたレジスト、或いはステージの摺動部から
発生ずる金属粉等が異物として半導体基板−Ｌに付着す
る。

素子分離領域３にはイオン注入によりチャネルストップ
層８が形成されるが、異ｅ１６が付着している素子分離
領域３′はイオン注入されずチャネルストップ層が形成
されない（第１図（ｂ））。

次に、局部酸化膜の形成工程の前処理として、半導体基
板１は水洗を含む洗浄工程により洗浄される。素子分離
領域３′に付着していた異物６はイオン注入後のレジス
ト剥離の時点や水洗などの洗浄工程で簡単に除去できる
。

次に、窒化膜４をマスクとして酸化膜２を局部酸化し、
素子分離領域３．３′にそれぞれ厚さ５０００人程度０
局部酸化膜１０．１０′を形成する６局部酸化膜１０の
形成により、素子分離領域３の酸化膜２直下に形成され
ていたチャネルストップ層８は、局部酸化ｖＩＯに押さ
れ半導体基板１深部に移動する。

次に、窒化膜４を除去した後、Ｂ＋をエネルギ１６０ｋ
ｅＶ、ドーズ量Ｉ　Ｘ　Ｉ　Ｏ”ｃｍ−’で半導体基板
１全面に２度目のイオン注入を行う。すでに形成された
厚い局部酸化膜１０．１０′を通過して局部酸化ＩＩ！
１０．１０′直下にイオン注入のピークがくるように、
局部酸化膜形成前にしたイオン注入より大きなエネルギ
でイオン注入を行う。

このとき、素子分離領域３′に付着していた異物６は、
局部酸化膜形成の前処理で行われた半導体基板１の洗浄
工程で高い確率で除去されている。

従って、素子分離領域３′で局部酸化ｉｌｌ　Ｏ′の直
下にチャネルストップ層８′が形成される。

また、局部酸化膜１０上に異物６′が付着していても、
すでにチャネルストップ層８は形成されているので問題
はない、さらに、２度目のイオン注入により素子領域の
不純物濃度が上がり■工□の変動等の問題があるが、比
較的大きなエネルギで行う２度目のイオン注入のピーク
は、ピークレベル１２に示すように素子領域の深部（半
導体基板１上面から約４０００人の深さ）にくるので問
題ない。

以上のようにして、チャネルストップ層の不良の少ない
素子分離工程が完了する（第１図（Ｃ））素子分離工程
に続く通常のＭＯ３製造工程により、拡散層１４、拡散
層１６、ゲート１８、ソース２０、ドレイン２２、平坦
化絶縁ＪＢ！２４が形成されてＮチャネルＭＯ３が完成
する（第１図（ｄ））。

本実施例では、第１図（ｃ）の異物６′が、異Ｔｈ６の
イ」着していた局部酸化膜１０′上に再び付着した場合
、チャネルストップの形成不良か生じる可能性がある。

しかし、その確率は極めて低いので実際には問題となら
ない。

ここで、半導体基板上の同一箇所に、可動性の異物が２
回付着する確率について考察する。

一般に異物の発生数は５インチの半導体基板上に１００
個前後であり、異物の大きさは０．５〜３μｍの大きさ
のものが多い。

５インチ半導体基板の面積は、１２２．７Ｘ１０８ｃｍ
２である。１回目にランダムに発生ずる異物が面積３μ
■０２　（直径２μｍ）、発生佃数１００個として、特
定箇所に存在する確率Ｐ１は、Ｐｌ−（異物面積／基板
面積）Ｘ１００＋２．４Ｘ１０−” である。

１回［１にランダムに発生した異物を除去した後に２回
目にランダムに発生した異物が同一箇所に付着する確率
Ｐは、２回目の確率をＰ２として、Ｐ−（Ｐ、Ｘｉ　０
０）Ｘ　（Ｐ２Ｘｉ　００）Ｐ＋　ＸＰ２　ＸＩＯ’ ここで、Ｐｌ＝Ｐ２と仮定すれば、 Ｐ−４−６Ｘ１０−” すなわち、半導体基板上の同一箇所に可動性の異物が２
回付着する確率は、約１千億分の１であり極めて低い確
率となる。

本発明の第２の実施例による半導体装置の製造方法を第
２図を用いて説明する。

第１図に示す半導体装置と同一の構成要素には同一の符
号を付して説明を省略または簡略にする。

本実施例はイオン注入工程において、素子分離領域のみ
にイオン注入することを特徴とする。

素子分離領域３．３′にそれぞれ厚さ５０００人程度０
局部酸化ＷＡ１０．１０′の形成を行う工程までは第１
の実施例と同様である（第２図＜ａ）（ｂ））。

窒化ＷＡ４を除去した後、素子分離領域３．３′のみに
イオン注入を行うため厚さ２μｍ程度のレジストを塗布
しパターニングする。

第１の実施例と同様にしてＢ＋をエネル−’ｉ”１６０
ｋｅＶ、ドーズ量ｌＸｌ０”ｃｍ−２で半導体基板１全
面に２度目のイオン注入を行い、洗浄工程で異物６の除
去された素子分ｌｌ！！領域３′で局部酸化膜１０′の
直下にチャネルストップ層８′が形成される（第２図（
ｃ））。

このように本実施例では素子形成領域上にレジストを形
成したので、２度目のイオン注入によっても、素子領域
の不純物濃度はまったく変化がないのでＶ７Ｈの変動等
の問題が起こらない。

本発明の第３の実施例による半導体装置の製造方法を第
３図を用いて説明する。

第１図及び第２図に示す半導体装置と同一の構成要素に
は同一の符号を付して説明を省略または簡略にする。

素子分離領域３．３′にそれぞれ厚さ５０００人程度０
局部酸化Ｍ１０．１０′の形成を行う工程までは第１の
実施例と同様である（第３図（ａ）（ｂ））。

次に、窒化膜４を除去せずに、Ｂ＋をエネルギ１６０ｋ
ｅＶ、ドーズ量Ｉ　Ｘ　１０１３ｃｍ−２で半導体基板
１全面に２度目のイオン注入を行い、洗浄工程で異物６
の除去された素子分離領域３′で局部酸化膜１０′の直
下にチャネルストップ層８′が形成される（第３図（Ｃ
））。

こうすることにより、素子分離工程の工程数を低減する
ことができる。

窒化ＷＡ４を除去しなくても、イオン注入のピークレベ
ル１２は、第３図（ｃ）に示すように必要十分な程度ま
で素子領域の深部（半導体基板１１面から約２０００人
の深さ）にそのピークがくるのでＶ。□等の変動の問題
は発生しない。

本発明の第４の実施例による半導体装置の製造方法を第
４図を用いて説明する。

第１図乃至第３図に示す半導体装置と同一の構成要素に
は同一の符号を付して説明を省略または簡略にする。

第４図（ａ）において、記号ＡはＮＭＯ３領域、記号Ｂ
はバイポーラ領域、記号ＣはＰＭＯ３ｉ域を示している
。

Ｐ型半導体基板１のバイポーラ領域にＡｓ＋をエネルギ
６０ｋｅＶ、ドーズ量４　Ｘ　１０”ｃｍ−”でイオン
注入し、ｎ＋型哩込層４４とＰＭＯ３領域のｎ＋型哩込
層５２を形成し、次に不純物濃度１　Ｘ　１０”ｃｍ−
、厚さ２．０μｍのｎ型エピタキシャル層４２とｎ型エ
ピタキシャル層５０を形成する。次にＮＭＯ３領域に、
Ｂ＋をエネルギ１００ｋｃＶ、ドース量５　Ｘ　１０”
ｃｍ−２でイオン注入しＰウェル拡散層４０とＰＭＯ８
領域のＰ型層／１８とを形成し、バイポーラ領域にＰ＋
をエネルギ１００ｋｅＶ、ドースｊｔ４　ｘ　１０１３
ｃ　ｍ−２でイオン打込みを行いコレクタ補償拡散層４
６を形成する。１１５０°Ｃで３０分の熱処理を行う（
第４図（ａ））。

次に、各領域の上面に例えば厚さ３００への酸化膜２が
形成され、酸化膜２上にパターニングされた例えばＣＶ
Ｄ法を用いた厚さ２０００人の窒化ｖ！４か素子分離領
域３を形成するためのマスクとして形成されている。

まず、窒化膜４をマスクとして素子分離領域３．３′下
部の酸化膜２直下に不純物が導入されたチャネルス１−
ツブ層を形成するため、Ｂ＋をエネルギ２５ｋｅＶ、ド
ーズ量４　Ｘ　１０′３ｃｍ−２でイオン注入する。こ
のとき、ＰＭＯ３領域Ｃとパイボ−ラ領域Ｂにはイオン
注入されないようにレジスト６０でマスクをしておく。

Ｐ型半導体基板１全面に均一にイオン注入されるように
、Ｐ型半導体基板ｌは、回転可能なステージ（図示せず
）にセットし、ステージを回転させた状態でイオンビー
ムを照射する。そのため、半導体基板をステージにセッ
トするときに半導体基板から剥かれたレジストやステー
ジの摺動部がら発生する金属粉等が異物として半導体基
板上に付着する。

素子分１ｌｌｆ顧域３にはイオン注入によりチャネルス
トップ層８が形成されるが、異ｅ１６が付着している素
子分離領域３′はイオン注入されずチャネルストップ層
が形成されない（第４図（ｂ））。

次に、局部酸化族の形成工程の前処理として、半導体基
板１は水洗を含む洗浄工程により洗浄される。素子分離
領域３′に付着していた異！Ｆｌ！１６はイオン注入後
のレジスト剥離の時点や水洗などの洗浄工程で簡単に除
去できる。

次に、窒化ＷＡ／１をマスクとして酸化１ｇ！２を局部
酸化し、素子分Ｍ　ＷＩ域３．３′にそれぞれ厚さ６０
００人程度０局部酸化ＷＡｉｏ、１０′を形成する。局
部酸化膜１０の形成により、素子分離工程３の酸化膜２
直下に形成されていたチャネルストップＦｆＪ８は、局
部酸化１１ＱＩＯに押され半導体基板１深部に移動する
。

次に、窒化膜４をリン酸ボイルにより除去した後、ＰＭ
Ｏ９領域Ｃとバイポーラ領域Ｂをイオン注入されないよ
うにレジスト６２でマスクをした後、Ｂ＋をエネルギ１
６０ｋｅＶ、ドーズ量５Ｘ１０　”ｃ　ｍ−”で半導体
基板ｌ全面に２度目のイオン注入を行う、すでに形成さ
れた厚い局部酸化膜１０．１０′を通過して局部酸化［
１０，１０′直下にイオン注入のピークがくるように、
局部酸化膜形成前にしたイオン注入より大きなエネルギ
でイオン注入を行う。このとき、素子分離領域３′に付
着していた異物６は、局部酸化膜形成の前処理で行われ
た半導体基板１の洗浄工程で高い確率で除去されている
。従って、素子分１ｌｌＩ領域３′で局部酸化ＷＡ１０
′の直下にチャネルストップ層８′が形成される。

また、局部酸化Ｍｌｏ上に異物６′が付着していても、
すでにチャネルストップ層８は形成されているので間肪
はない、さらに、２度目のイオン注入により素子領域の
不純物濃度が上がりＶ７Ｈの変動等の問題があるが、比
較的大きなエネルギで行う２度目のイオン注入のピーク
は、ピークレベル１２に示すように素子領域の深部に形
成されるので問題ない。

以上のようにして、チャネルストップ層の不良の少ない
素子分離工程が完了する（第１図（Ｃ））次に、素子分
離工程に続く通常のＢｉＣＭＯ３製造工程に移行する。

希ＨＦｍ液を用いて厚さ３００Ａの酸化Ｈ２を全面エツ
チングした後、熱酸化により厚さ２００人のゲート酸化
膜を形成する０次にゲートポリシリコンを厚さ４０００
八に成長させてからドライエツチングによりゲート１８
を形成する。Ｂ＋をエネルギ４０ｋｅＶ、ドーズ量ｌＸ
ｌ０１４ｃｍでイオン注入し、バイポーラ領域のベース
７２を形成する。Ａｓ＋をエネル’ｆ’　６０　ｋ　ｅ
　ｙ、ドーズ量５ＸＩＯ’″’ｃｍ−２でイオン打込み
により、ＮＭＯ８のソース１４およびドレイン１６、バ
イポーラ領域のエミッタ７０を形成する。続いて、Ｂ＋
をエネルギ４０ｋｅＶ、ドーズ量ｌＸｌ０”ｃｍ２でイ
オン注入し、ＰＭＯ３のソース１４およびドレイン１６
を形成する（第４図（ｄ））。

ｎ後に厚さ８０００人のＰＳＧ膜を形成しり５０゛Ｃで
３０分りフロー処理し平坦化絶縁膜２４を形成する。ド
ライエツチングによりコンタクトポールを形成し、ＡＩ
でバイポーラ領域のエミッタ電極７４、ベース電［７６
、コレクタ電４ｆ！７８とＰＭＯ３，ＮＭＯＳ領ｊ４の
各＄４２０．２２を形成する。

以上の工程によりＢｉ　ＣＭＯ３が完成する（第１図（
ｅ））。

本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可能である。

本実施例はＮチャネルＭＯ３のチャネルストツ１形成工
程を示したが、ＰチャネルＭＯ３等の他の半導体素子に
応用することもできる。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、素子分離幅が狭い半導体
装置においても、半導体装置の製造時に付着する異物の
影響を受けずに、確実にチャネルストップ層を形成する
ことができるので半導体装置の品質の維持に貢献するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実緒例による半導体装置の製造
方法を示す図、 第２図は本発明の第２の実施例による半導体装置の製造
方法を示す図、 第３図は本発明の第３の実施例による半導体装置の製造
方法を示す図、 第４図は本発明の第４の実施例による半導体装置の製造
方法を示す図 である。 図において、 １・・・半導体基板 ２・・・酸化膜 ３．３′・・・素子分離領域 ４・・・窒化膜 ６．６′・・・異物 ８．８′・・・チャネルストップ層 １０．１０′・・・局部酸化膜 １２・・・イオン打ち込み量のビーク １４・・・拡散層 １６・・・拡散層 １８・・・ゲート ２０・・・ソース ２２・・・ドレイン ２４・・・平坦化絶縁膜 ３０・・・レジスト ４０・・・Ｐウェル拡散層 ４２・・・口型エピタキシャル層 ４４・・・ｎ＋型埋込層 レベル ６・・・ｎ＋型層 ８・・・Ｐ型層 ０・・・ｎ型エピタキシャル層 ２・・・ｎ＋型埋込層 ０・・・レジスト ２・・・レジスト ０・・・エミッタ ２・・・ベース ４・・・エミッタ１極 ６・・・ベース電極 ８・・・コレクタ電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオン注入により半導体基板上の素子形成領域間に
   チャネルストップ層を形成するイオン注入工程と、前記
   半導体基板を洗浄する洗浄工程と、前記半導体基板上の
   素子形成領域を絶縁分離する局部酸化膜を形成する局部
   酸化膜形成工程とを有し、前記半導体基板上に素子分離
   領域を形成する半導体装置の製造方法において、 前記局部酸化膜形成工程後に、前記局部酸化膜の通過に
   十分なエネルギでイオン注入する第２のイオン注入工程
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、 前記第２のイオン注入工程は、前記素子形成領域を含む
   前記半導体基板全体にイオン注入することを特徴とする
   半導体装置の製造方法。 ３、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、 前記第２のイオン注入工程は、前記素子分離領域のみに
   イオン注入することを特徴とする半導体装置の製造方法
   。 ４、請求項２記載の半導体装置の製造方法において、 前記局部酸化膜形成工程と前記第２のイオン注入工程の
   間に、前記素子形成領域上の窒化膜を除去する工程を有
   することを特徴とする半導体装置の製造方法。