JPH0355984B2 - - Google Patents

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JPH0355984B2
JPH0355984B2 JP57053530A JP5353082A JPH0355984B2 JP H0355984 B2 JPH0355984 B2 JP H0355984B2 JP 57053530 A JP57053530 A JP 57053530A JP 5353082 A JP5353082 A JP 5353082A JP H0355984 B2 JPH0355984 B2 JP H0355984B2
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  • Element Separation (AREA)
  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に集
積回路の素子分離の形成工程を改良した半導体装
置の製造方法に係る。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、半導体集積回路の分野において、素子の
微細化が進められ、これに伴なつて種々の素子分
離技術が開発されている。例えば、素子形成予定
部を凸型に形成し、その側部に絶縁体等を設けて
素子分離を行なう方法が知られている。しかしな
がら、この方法にあつては次のような欠点があつ
た。これを第１図及び第２図図示のMOSトラン
ジスタを参照して詳しく説明する。図中１はｐ型
半導体基板であり、この基板１には厚い酸化膜２
で分離された島状の素子領域が形成されている。
この素子領域には互に電気的に分離されたn+型
のソース、ドレイン領域３，４が設けられ、かつ
これら領域３，４間にはｐ型のチヤンネル領域５
が形成されている。このチヤンネル領域５上には
ゲート酸化膜６を介して多結晶シリコンからなる
ゲート電極７が設けられている。なお、前記基板
１の素子領域は凸型にエツチングされ、その周囲
を前記厚い酸化膜２で埋めている。かかるMOS
トランジスタの動作においては、通常、ゲート電
極７に印加した入力電圧による電界をゲート酸化
膜６に介してその直下の基板１のチヤンネル領域
５表面に反転層を形成することによつて信号を伝
達させるものである。しかしながら、素子領域が
凸型になつていると、そのソース領域３とドレイ
ン領域４を結ぶ側面８…に種々の原因によつて寄
生の反転層が形成される可能性がある。
このようなことから、凸型の素子領域の側面の
不純物濃度を増加させる方法として気相拡散法、
固相拡散法などが行なわれているが、MOSトラ
ンジスタの反転防止のためのチヤンネルカツト領
域等は微妙な不純物濃度の制御が必要なため、イ
オン注入法が最も適した方法として採用されてい
る。しかしながら、イオン注入法は指向性が高い
ために例えば第３図に示す如くｐ型の半導体基板
１をレジストパターン等のマスク材９を用いて凸
型にエツチングし、この後基板１立面に対して垂
直にｐ型不純物（ボロン）のイオン注入を行なう
とエツチング底面にはp+型チヤンネルカツト領
域１０が形成されるものの、凸型の素子領域の側
面８…にはチヤンネルカツト領域は形成されな
い。
上述したイオン注入法の改善策として、第４図
に示す如く斜方向からイオン注入して凸型の素子
領域の側面８…にもp+型チヤンネルカツト領域
１ｄを形成する方法が採用し得る。しかしなが
ら、凸状の素子領域側面は集積回路において、多
方向に向いているため、夫々の側面に斜め方向の
イオン注入を行なうことは量産性の観点から困難
を伴なう。
〔発明の目的〕
本発明は凸型の素子領域の側面全体に簡便かつ
制御性よくチヤンネルカツト領域を形成し得る半
導体装置の製造方法を提供しようとするものであ
る。
〔発明の概要〕
以下、本願第１の発明を詳細に説明する。ま
ず、半導体基板上に所望形状の開口部を有する第
１のマスク材を形成する。このマスク材として
は、例えばAl膜、その他の金属膜、CVD−SiO2
膜又はシリコン窒化膜パターニングしたものを挙
げることができる。また、第１のマスク材と半導
体基板の間に薄い酸化膜を介在させてもよい。こ
のような被膜を介在させれば、第１のマスク材の
開口部側面にリアクテイブイオンエツチング等を
用いて第２のマスク材を形成する際、基板表面が
損傷、汚染されるのを前記被膜により抑制でき
る。
次いで、前記マスク材の開口部を通して基板と
同導電型の不純物を基板にドーピングして高濃度
の不純物領域を形成する。この工程での不純物の
ドーピング手段としては、イオン注入法、熱拡散
法等を採用し得る。
次いで、開口部を含む第１のマスク材上に該開
口部の幅の半分より薄い膜厚のマスク材形成用薄
膜を形成する。ここに用いる薄膜は前記第１のマ
スク材に対して選択エツチング性を有する材料を
選べばよい。具体的には第１のマスク材がAlか
らなる場合は、該薄膜として酸化シリコン膜、窒
化シリコン膜を、第１のマスク材が窒化シリコン
からなる場合は、該薄膜としてAl膜、酸化シリ
コン膜を、用いる。つづいて、基板主面に、対し
て垂直方向にエツチングが進行する異方性エツチ
ング、例えばリアクテイブイオンエツチング
（RIE）により薄膜を、その膜厚程度除去して第
１のマスク材の開口部側面に薄膜を残存させて第
２のマスク材を形成する。
次いで、第１及び第２のマスク材を用いて半導
体基板の不純物領域もしくは該領域とその下の基
板部分を選択エツチングして溝部を形成すると共
に、該溝部の側面に前記不純物領域を残存させ
る。このエツチング手段としてはRIE等の異方性
エツチング法を用いる。こうしたエツチング手段
を採用することにより、側面が垂直もしくはほぼ
垂直に近い溝部を形成できる。この後、必要に応
じて第１、第２のマスク材を用いて基板と同導電
型の不純物を溝部の底面にイオン注入し、ドライ
ビングして高濃度の不純物領域を形成する。こう
した一連の工程により既述した第４図に示す凸状
の素子領域の側面及びエツチング面（溝部底面）
にチヤンネルカツト領域が形成されたのと同様な
構造となる。
上述した工程の後、側面及び底面にチヤンネル
カツト領域が形成された溝部内に分離材を形成す
ることによつて、溝部で囲まれた島状の半導体基
板領域を電気的に分離する素子分離領域を形成で
きる。かかる分離材を溝部に形成する方法として
は、次のような方法を採用し得る。
第１のマスク材として耐酸化性を有する窒化
シリコン等を用い、第２のマスク材を除去した
後露出した基板の溝部表面を直接酸化して酸化
膜からなる分離材を溝部に形成する方法。
溝部の幅が狭い場合、PVD法、CVD法等に
より絶縁膜を溝部が十分埋まるように堆積した
後、平坦化された絶縁膜の表面からエツチング
して溝部内に絶縁膜を残存させることにより分
離材を形成する方法。ここに用いる絶縁材料と
しては、例えばSiO2、Si3N4、或いはAl2O3等
を挙げることができる。場合によつてはリン硅
化ガラス、ボロン硅化ガラス等の低温溶融性の
絶縁材料を用いてもよい。
溝部の幅が狭い場合、PVD法、CVD法等に
より多結晶シリコン、非晶質シリコン等の被酸
化性材料を溝部が十分埋まるように堆積した
後、その被酸化性材料膜を表面からエツチング
して溝部内に残存させ、更に熱酸化処理を施し
て溝部内に一部もしくは全部が酸化膜に変換さ
れた分離材を形成する。
上記、の分離材の形成手段においては、第
１、第２のマスク材を全て除去した後に絶縁膜や
被酸化性材料膜を堆積してもよいし、或いは第２
のマスク材を除去し、第１のマスク材を残存させ
た状態で絶縁膜や被酸化性膜を堆積してもよい。
特に、後者の方法を採用し、絶縁膜や被酸化性膜
の堆積後、これら膜を第１のマスク材表面が露出
するまでエツチングすれば、基板表面から突出す
ると共に溝部側面の残存不純物領域の基板面側を
覆う分離材を形成できる。このような基板表面か
ら突出した分離材を形成すると、該分離材近傍の
ソース、ドレイン領域と基板との接合が基板表面
に露出するのを阻止でき、ひいてはソース、ドレ
イン領域の取出し配線を形成した際の該接合の短
絡を防止できる。
次に、本願第２の発明を詳細に説明する。
まず、第１の発明と同様、半導体基板上に所望
形状の開口部を有する第１のマスク材を形成す
る。つづいて、開口部を含む第１のマスク材上に
該開口部の幅より薄い膜厚のマスク材形成用薄膜
を形成した後、基板主面に対して垂直方向にエツ
チングが進行する異方性エツチング、例えばリア
クテイブイオンエツチング（RIE）により薄膜を
その膜厚程度除去して第１のマスク材の開口部の
側面に薄膜を残存させて第２のマスク材を形成す
る。
次いで、第１、第２のマスク材を用いて半導体
基板を選択エツチングして溝部を形成する。つづ
いて、第２のマスク材を除去した後、基板と同導
電型の不純物をイオン注入、熱処理して前記溝部
の側面及び底面の基板部分に高濃度の不純物領域
を形成する。こうした一連の工程により既述した
第４図に示す凸状の素子領域の側面及びエツチン
グ面（溝部底面）にチヤンネルカツト領域が形成
されたのと同様な構造となる。
上述した工程の後、側面及び底面にチヤンネル
カツト領域が形成された溝部内に上記〜の方
法により分離材を形成することによつて、溝部で
囲まれた島状の半導体基板領域を電気的に分離す
る素子分離領域を形成できる。
〔発明の実施例〕
次に、本発明をｎチヤンネルMOSLSIの製造
に適用した例について図面を参照して説明する。
実施例 １ (i) まず、ｐ型シリコン基板１１を熱酸化してそ
の主面に熱酸化膜１２を成長させた後、全面に
アルミニウム膜（Al膜）１３を真空蒸着した。
つづいて、このAl膜１３の分離領域形成予定
部をフオトエツチング技術によりパターニング
して格子状の開口部１４を形成した後、Al膜
（第１のマスク材）１３をマスクとしてｐ型不
純物、例えばボロンを熱酸化膜１２を通してシ
リコン基板１１にイオン注入し、活性化して
p+型領域１５を形成した（第５図ａ図示）。
(ii) 次いで、全面に開口部１４の幅の半分より充
分薄いCVD−SiO2薄膜１６を堆積した（第５
図ｂ図示）。つづいて、基板１１主面に対して
垂直な方向にエツチングが進行するRIEによつ
てCVD−SiO2薄膜１６を月そ膜厚程度エツチ
ングした。この時、第５図ｃに示す如くAl膜
１３の開口部１４側面にCVD−SiO2薄膜（第
２のマスク材）１７が残存された。なお、この
RIEに際して開口部１４の基板１１表面には熱
酸化膜１２があるため、RIEによる基板１１表
面の損傷や汚染が防止された。
(iii) 次いで、Al膜１３及び残存CVD−SiO2薄膜
１７をマスクとして露出した熱酸化膜１２、更
に基板１１をRIEにより選択エツチングして側
面が垂直な溝部１８を形成した（第５図ｄ図
示）。この時、溝部１８の側面にp+型領域（チ
ヤンネルカツト領域）１９が残存された。つづ
いて、Al膜１３及び残存CVD−SiO2薄膜１７
をマスクとしてボロンをイオン注入、活性化し
て溝部１８底面の基板１１部分にp+型のキヤ
リア・キラー領域２０を形成した（第５図ｅ図
示）。
(iv) 次いで、Al膜１３及び残存CVD−SiO2薄膜
１７を除去した後、全面に溝部１８の開口幅よ
りも充分厚い膜厚でCVD−SiO2膜２１を堆積
した（第５図ｆ図示）。つづいて、SiO2膜２１
及びその下の熱酸化膜１２を基板１１主面が露
出するまで全面エツチングして溝部１８内に
SiO2を残存させ、CVD−SiO2からなる分離材
２２を形成する格子状の素子分離領域２３を形
成した（第５図ｇ参示）。
(v) 次いで、素子分離領域２３で分離された島状
のシリコン基板１１領域に熱酸化膜を成長さ
せ、全面に砒素ドープ多結晶シリコン膜を堆積
し、更にこれをパターニングして複数のゲート
電極２４…を形成した後、これらゲート電極２
４…をマスクとして熱酸化膜をエツチングして
ゲート酸化膜２５…を形成した。つづいて、ゲ
ート電極２４…及び素子分離領域２３をマスク
としてｎ型不純物、例えば砒素をイオン注入
し、活性化してソース、ドレイン領域としての
n+領域２６…を形成してｎチヤンネル
MOSLSIを製造した（第５図ｈ図示）。
しかして、本発明によれば基板１１の素子分離
領域２３を構成する溝部１８の形成後において、
第２のマスク材（残存CVD−SiO2薄膜）１７の
幅分に相当するp+型チヤンネルカツト領域１９
を溝部１８側面に形成できる。したがつて、従来
法の如く煩雑な斜め方向からのイオン注入を行な
うことなく、簡単に素子分離領域２３を構成する
深い溝部１８の側面に形成できるため、素子分離
領域２３を境に形成されたソース、ドレイン領域
としてのn+型領域２６，２６間の寄生チヤンネ
ルの発生を防止できる。しかも、残存CVD−
SiO2薄膜１６の膜厚を変更することによつて任
意の幅のチヤンネルカツト領域を溝部１７側面に
形成できる。
また、素子分離領域２３を構成する溝部１７底
面の基板１１部分にp+型のキヤリア・キラー領
域２０を形成することによつて、表面の反転防止
を達成できると共に、特にCMOS等で問題とな
るラツチアツプ現象による素子間の寄生npnトラ
ンジスタ動作を、ｐ型ベース領域として機能する
p+型キヤリア・キラー領域２０の高濃度化によ
り防止できる。
実施例 ２ (i) 実施例１と同様にｐ型シリコン基板１１上に
熱酸化膜１２を介して格子状の開口部１４を有
するAl膜（第１のマスク材）１３を形成した
（第６図ａ図示）。つづいて、開口部１４を含む
全面にCVD−SiO2薄膜１６を堆積した（第６
図ｂ図示）。ひきつづき、RIEによつてCVD−
SiO2薄膜１６をその膜厚程度エツチングした。
この時、第６図ｃに示す如くAl膜１３の開口
部１４側面にCVD−SiO2薄膜（第２のマスク
材）１７が残存された。
(ii) 次いで、Al膜１３及び残存CVD−SiO2薄膜
１７をマスクとして露出した熱酸化膜１２、更
に基板１１をRIEにより選択エツチングして側
面が略垂直な溝部１８を形成した（第６図ｄ図
示）。つづいて、残存CVD−SiO2薄膜１７とそ
の下の熱酸化膜１２をフツ化アンモニウム等で
除去した後、Al膜１３をマスクとしてｐ型不
純物、例えばボロンを基板１１にイオン注入
し、活性化した。この時溝部１８底面の基板１
１部分に注入され、溝部１８側面にp+型のチ
ヤンネルカツト領域１９′が、溝部１９底面に
p+型のキヤリア・キラー領域２ｄが、同時に
形成された（第６図ｅ図示）。
(iii) 次いで、Al膜１３を除去した後、全面に溝
部１８の開口幅よりも充分厚いCVD−SiO2膜
２１を堆積した（第６図ｆ図示）。つづいて、
SiO2膜２１及びその下の熱酸化膜１２を基板
１１主面が露出するまで全面エツチングして溝
部１８内にSiO2を残存させ、CVD−SiO2から
なる分離材２２を有する格子状の素子分離領域
２３を形成した（第６図ｇ図示）。
(iv) 次いで、実施例１の(v)工程と同様な方法によ
り素子分離領域２３で分離された島状の基板１
１領域にゲート酸化膜２５…を介してゲート電
極２４…を形成し、更にソース、ドレイン電極
としてのn+型領域２６…を基板１１に形成し
てｎチヤンネルMOSLSIを製造した（第６図
ｈ図示）。
上記実施例２によれば実施例１と同様な効果を
有するｎチヤンネルMOSLSIを得ることができ
る。
なお、本発明方法は上記実施例の如きｎチヤン
ネルMOSLSI製造に限られず、ｐチヤンネル
MOSLSI、CMOSLSIの製造等にも同様に適用で
きる。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明によれば凸状の素子
領域の側面全体に簡便かつ制御性よくチヤンネル
カツト領域を形成でき、ひいては素子分離領域で
分離された素子領域間の寄生チヤンネルの発生を
防止した高信頼性のMOSLSI等の半導体装置を
製造し得る方法を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は素子領域が凸状をなすMOSトランジ
スタを示す平面図、第２図は第１図の−線に
沿う断面図、第３図及び第４図は夫々従来の凸状
の素子領域にチヤンネルカツト領域を形成する工
程を示す断面図、第５図ａ〜ｈは本発明の実施例
１におけるMOSLSIの製造工程を示す断面図、
第６図ａ〜ｈは本発明の実施例２における
MOSLSIの製造工程を示す断面図である。 １１……ｐ型シリコン基板、１３……Al膜
（第１マスク材）、１４……開口部、１５……p+
型領域、１７……残存CVD−SiO2薄膜（第２の
マスク材）、１８……溝部、１９，１９′……p+
型チヤンネルカツト領域、２０，２０′……p+型
キヤリア・キラー領域、２２……分離材、２３…
…素子分離領域、２４……ゲート電極、２５……
ゲート酸化膜、２６……n+型領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上に所望形状の開口部を有する第
    １のマスク材を形成する工程と、このマスク材の
    開口部から半導体基板と同導電型の不純物をドー
    ピングして該基板の表面付近に高濃度の不純物領
    域を形成する工程と、前記第１のマスク材の開口
    部側面に第２のマスク材を形成する工程と、前記
    第１、第２のマスク材を用いて半導体基板を選択
    エツチングして溝部を形成すると共に、溝部側面
    に高濃度の不純物領域を残存させる工程とを具備
    したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２ 第１のマスク材が二酸化珪素、窒化珪素、又
    はアルミニウムからなることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。 ３ 第２のマスク材が第１のマスク材に対して選
    択エツチング性を有する材料である窒化珪素、ア
    ルミニウム又は二酸化珪素からなることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導
    体装置の製造方法。 ４ 半導体基板に溝部を形成した後、該溝部内に
    分離材を残存させることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。 ５ 半導体基板上に所望形状の開口部を有する第
    １のマスク材を形成する工程と、このマスク材の
    開口部側面に第２のマスク材を形成する工程と、
    これら第１、第２のマスク材を用いて前記半導体
    基板を選択エツチングして溝部を形成する工程
    と、前記第２のマスク材を除去した後、第１のマ
    スク材の開口部から半導体基板と同導電型の不純
    物をドーピングして前記溝部の少なくとも側面に
    高濃度の不純物領域を形成する工程とをしたこと
    を特徴とする半導体装置の製造方法。 ６ 第１のマスク材が二酸化珪素、窒化珪素、又
    はアルミニウムからなることを特徴とする特許請
    求の範囲第５項記載の半導体装置の製造方法。 ７ 第２のマスク材が第１のマスク材に対して選
    択エツチング性を有する材料である窒化珪素、ア
    ルミニウム又は二酸化珪素からなることを特徴と
    する特許請求の範囲第５項又は第６項記載の半導
    体装置の製造方法。 ８ 半導体基板に溝部を形成し、この溝部の少な
    くとも側面に高濃度の不純物領域を形成した後、
    該溝部内に分離材を残存させることを特徴とする
    特許請求の範囲第５項記載の半導体装置の製造方
    法。
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