JPH04123431A - 半導体装置及びその製造方法 - 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】 〔目　次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 構造の実施例の模式側断面（第１図） 第１の方法の実施例の工程断面図 （第２図） 第２の方法の実施例の工程断面図 （第３図） 発明の効果 〔概　要］ 半導体装置及びその製造方法、特に半導体装置における
素子間分離酸化膜の構造及びその製造方法に関し、 全体的な膜厚が薄く、且つ素子間の分離が完全になされ
る素子間分離酸化膜の構造及びその製造方法を提供する
ことを目的とし、 珪素半導体基板を用いて形成された半導体装置であって
、該珪素半導体基板の内部からその表面上に突出して形
成された珪素酸化膜からなる素子間分離酸化膜により素
子領域が画定されており、且つ、該素子間分離酸化膜の
中央領域が、該素子間分離酸化膜の該中央領域以外の領
域よりも選択的に厚く形成されている構成の半導体装置
、及び、珪素半導体基板上に第１の酸化珪素膜と第１の
窒化珪素膜を順次形成する工程と、該第１の窒化珪素膜
に素子形成領域周辺の素子間分離領域を画定する第１の
開孔を形成する工程と、該第１の開孔の内面を含む該第
１の窒化珪素膜上に第２の酸化珪素膜を形成した後、該
第１の開孔の側面部に第２の窒化珪素膜からなるサイド
ウオールを形成する工程と、該第１の窒化珪素膜及び該
第２の窒化珪素膜サイドウオールを耐酸化マスクにして
選択酸化を行い該半導体基板面に第１の素子間分離酸化
膜を形成する工程と、該第２の窒化珪素膜サイドウオー
ルを除去した後、該第１の窒化珪素膜を耐酸化マスクに
して選択酸化を行い該半導体基板面に該第１の素子間分
離酸化膜に重ねて第２の素子間分離酸化膜を形成する工
程とを用い、中央領域が該中央領域以外の領域よりも選
択的に厚く形成された素子間分離酸化膜を形成する構成
を有する半導体装置の製造方法、及び、珪素半導体基板
上に酸化珪素膜と窒化珪素膜を順次形成する工程と、該
窒化珪素膜に素子形成領域の周辺の素子間分離領域を画
定する開孔を形成する工程と、該窒化珪素膜をマスクに
し該開孔を介し斜め方向からチャネルストッパ形成用の
不純物をイオン注入し、該開孔下部の半導体基板面に、
該開孔中央の下部領域がその周辺部より高い濃度分布を
有する不純物導入領域を形成する工程と、該窒化珪素膜
を耐酸化マスクにして選択酸化を行い、該開孔下部の該
半導体基板面に高不純物濃度に形成されている中央領域
が厚く、低不純物濃度を有する中央領域以外の領域が薄
い素子間分離酸化膜を形成する工程を有する構成の半導
体装置の製造方法。

〔産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置及びその製造方法、特に半導体装置
における素子間分離酸化膜の構造及びその製造方法に関
する。

近年、半導体装置の高集積化が急速に進んでいるが、そ
の際、半導体装置の大型化を避けるため、半導体チップ
を拡大することは望ましくない。

そこで、小型の半導体チップ内により多くの半導体素子
を高密度に配置することによって高集積化を図る必要が
あり、その場合、半導体素子の微細化を図ると共に、素
子量分＃領域の幅を極度に狭めてそれに専有される面積
を縮小し、半導体素子形成領域の面積をより充分に確保
することが必要になる。

また、半導体素子が微細化され高密度に配設されるよう
になると、配線形成面に形成される段差が配線品質の低
下を招くので、素子間分離酸化膜の厚さも薄く形成する
ことが必要になる。

〔従来の技術］ 半導体装置の素子間の分離には、ＬＯＣＯ５法と通称さ
れる選択酸化法により珪素半導体基板面に形成した素子
間分離酸化膜が最も多く用いられる。

従来の製造工程において、上記素子間分離酸化膜による
素子間分離領域の形成に用いられていた方法は次の通り
である。

即ち、第４図（ａ）に示すように、珪素半導体基板５１
上に初期酸化膜５２と耐酸化膜である窒化珪素膜５３と
を順次形成した後、選択エツチングを行って上記窒化珪
素膜５３に、素子形成領域５４Ａ　、５４Ｂ等の周囲に
設けられる素子間分離領域５５を画定する開孔５６を形
成する。

次いで、第４図（ｂ）に示すように、上記窒化珪素膜５
３をマスクにし、その開孔５５を介しチャネルストッパ
形成用の不純物を−様な濃度にイオン注入（１，Ｉ）す
る。１５７は不純物注入領域を示す。

次いで、上記窒化珪素膜５３をマスクにし熱酸化を行い
、第４図（Ｃ）に示すように、前記窒化珪素膜５３の開
孔５６下の半導体基板５１面に選択的に素子間分離酸化
膜５８を形成すると同時に、前記不純物イオン注入領域
１５７を活性化してチャネルストッパ５７を形成する方
法であった。

〔発明が解決しようとする課題］ しかし上記従来の方法によると、バーズビーク５８！Ｉ
１１からなる領域を除く素子間分離酸化膜５８の全域が
均一な厚さに形成される。

そのため、配線形成面の段差を軽減するために素子間分
離酸化膜５８を薄く形成した際には、この素子間分離酸
化膜５８上を横切る配線（図示せず）と素子間分離酸化
膜５８下部の半導体基板５１との間の距離が−様に狭ま
って、その間の結合容量が増すために、この素子間分離
領域に半導体基板５１（厳密にはチャネルストッパ領域
）と素子間分離酸化膜５日と、素子間分離酸化膜５８上
に形成される上部配線（図示せず）とからなる寄生ＭＯ
３ＦＥＴが、上部配線（図示せず）に印加される電圧に
よってオンし、隣接する半導体素子間が短絡するという
問題を生ずる。

また、上記寄生ＭＯ３ＦＥＴがオンすることによる半導
体素子間の短絡を防止するために素子間分離酸化膜５８
を厚く形成した場合は、素子間分離酸化膜５８の膜厚が
−様なためにその端部に形成される段差が大きく急峻に
なると共に、素子形成領域５４Ａ　、５４Ｂ等内にバー
ズビーク５７□が大きく伸長し、素子形成領域５４Ａ　
、５４Ｂ等の面積が縮小されるという問題を生ずる。

そこで本発明は、全体的な膜厚を薄くし、且つ素子間の
分離が完全になされるような素子間分離酸化膜の構造及
びその製造方法を提供して、上記問題点を除去すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、珪素半導体基板を用いて形成された半導体
装置であって、該珪素半導体基板の内部からその表面上
に突出して形成された珪素酸化膜からなる素子間分離酸
化膜により素子領域が画定されており、且つ、該素子間
分離酸化膜の中央領域が、該素子間分離酸化膜の該中央
領域以外の領域よりも選択的に厚く形成されている本発
明による半導体装置、或いは、 珪素半導体基板上に第１の酸化珪素膜と第１の窒化珪素
膜を順次形成する工程と、該第１の窒化珪素膜に素子形
成領域周辺の素子間分離領域を画定する第１の開孔を形
成する工程と、該第１の開孔の内面を含む該第１の窒化
珪素膜上に第２の酸化珪素膜を形成した後、該第１の開
孔の側面部に第２の窒化珪素膜からなるサイドウオール
を形成する工程と、該第１の窒化珪素膜及び該第２の窒
化珪素！サイドウオールを耐酸化マスクにして選択酸化
を行い該半導体基板面に第１の素子間分離酸化膜を形成
する工程と、該第２の窒化珪素膜サイドウオールを除去
した後、該第１の窒化珪素膜を耐酸化マスクにして選択
酸化を行い該半導体基板面に該第１の素子間分離酸化膜
に重ねて第２の素子間分離酸化膜を形成する工程とを用
い、中央領域が該中央領域以外の領域よりも選択的に厚
く形成された素子間分離酸化膜を形成することを特徴と
する半導体装置の製造方法、或いは、珪素半導体基板上
に酸化珪素膜と窒化珪素膜を順次形成する工程と、該窒
化珪素膜に素子形成領域の周辺の素子間分離領域を画定
する開孔を形成する工程と、該窒化珪素膜をマスクにし
該開孔を介し斜め方向からチャネルストッパ形成用の不
純物をイオン注入し、該開孔下部の半導体基板面に、該
開孔中央の下部領域がその周辺部より高い濃度分布を有
する不純物導入領域を形成する工程と、該窒化珪素膜を
耐酸化マスクにして選択酸化を行い、該開孔下部の該半
導体基板面に高不純物濃度に形成されている中央領域が
厚く、低不純物濃度を有する中央領域以外の領域が薄い
素子間分離酸化膜を形成する工程を有する本発明による
半導体装置の製造方法によって解決される。

〔作　用〕

即ち本発明に係る構造おいては、素子間分離酸化膜の全
体的な膜厚を薄くして、素子領域と素子間分離酸化膜の
素子領域に接する部分との段差を低減し、且つバーズビ
ークによる素子領域の縮小を防止する。そして全体的膜
厚を薄くしたことによって素子間分離酸化膜下の基板面
に寄生ＭＯ３ＦＥＴ効果によって生ずるチャネルは、素
子間分離酸化膜の延在方向に沿う中央領域を選択的に厚
くしてこの素子間分離酸化膜の厚い部分の下部で遮断す
る。このような構造にすると素子領域と素子間分離酸化
膜の厚い部分との間に形成される大きな段差は緩やかな
斜面状になるので、素子間分離酸化膜上を横切って形成
される配線のカバレッジ不良による品質低下は防止され
る。

上記本発明に係る構造を形成するための本発明に係る第
１の方法においては、最終的な素子分離酸化膜を形成す
るための選択酸化用耐酸化マスク膜の側面に第２の耐酸
化膜によるサイドウオールを形成し、このサイドウオー
ルを含む耐酸化膜をマスクにして１回目の選択酸化を行
って、先ず素子間分離領域中央部にサイドウオールの端
面に整合する第１の素子間分離酸化膜を形成した後、前
記サイドウオールを除去して２回目の選択酸化を行い、
前記第１の素子間分離酸化膜に重ねて最終的な幅を有す
る薄い第２の素子間分離酸化膜を形成するもので、第１
、第２の素子間分離酸化膜の厚さの和によって、中央領
域の膜厚を前記チャネルを遮断するのに必要な所要の厚
さに確保する。

また、第２の方法においては、耐酸化マスク膜の素子間
分離領域上に形成し−た開孔を介し、素子間分離領域の
延在方向に対して直角な２方向からチャネルストッパ形
成用不純物を斜めにイオン注入することによって、素子
間分離領域に中央領域で高く周辺領域で低い濃度分布を
有する不純物導入領域を形成し、選択酸化に際して酸化
レートが高濃度部で高く、低濃度部で低くなることによ
って素子間分離用酸化膜の膜厚を、中央領域部で選択的
に前記チャネルを遮断する程度に厚く、その他の領域で
薄く形成させる。

〔実施例〕

以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。

第１図は本発明に係る構造の一実施例の模式断面図、第
２図（ａ）〜げ）は本発明の第１の方法に係る一実施例
の工程断面図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の第２の
方法に係る他の実施例の工程断面図である。

全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。

第１図は本発明に係る素子間分離酸化膜を有するＭＯ３
型半導体装置の一実施例を示したもので、図中、１はＰ
−型珪素（Ｓｉ）基板、２は素子間分離酸化膜、２ｕは
素子分離酸化膜の上方突起部、２ｄは素子分離酸化膜の
下方突起部、３はｐ型チャネルストッパ、４Ａは第１の
素子形成領域、４Ｂは第２の素子形成Ｎ域、５はゲート
酸化膜、６はゲート電極、７は第１のトランジスタ（Ｔ
ｒ　＋　）のｎ゛゛ソース領域、８はＴｒ、のｎ゛型ト
ドレイン領域９は第２のトランジスタ（Ｔｒｚ）のｎ゛
゛ソース領域、１゜は二酸化珪素（Ｓｉｎ２）絶縁膜、
１１は燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）層間絶縁膜、１２はＴｒ
、のドレイン配線、１３はＴｒ２のソース配線、１４は
高電位配線を示す。

この図に示されるように本発明に係る素子間分離酸化膜
２においては、紙面の前後に向かう延在方向に沿ってそ
の中央領域の厚さｔｌが上方突起部２ｕ及び下方突起部
２ｄによって、その周辺領域の厚さｔ２よりも厚く形成
される。そして中央領域の厚さ１．は、素子間分離酸化
膜２上に配設される高電位配線１４によって生ずる寄生
ＭＯ３効果により素子間分離酸化Ｍ２下部の基板面に反
転層が形成されないような厚さ例えば５０００〜６００
０人に形成され、その周辺領域の厚さｔ２ば素子形成Ｈ
域４Ａ、４Ｂ等との段差が絶縁膜や配線材料層のカバレ
ージ性を確保できる程度に薄く、例えば２０００〜３０
００人程度に形成される。

このようにすると、素子間分離酸化Ｍ２の厚い中央領域
と素子形成領域４Ａ、４Ｂ面との段差は２段階に高くな
った緩やかな傾斜となるので、この段差部における絶縁
膜や配線材料層のカバレンジ性は向上し、この素子間分
離酸化膜２上を横切って形成される絶縁膜や配線の品質
低下は生じない。

また素子間分離酸化膜２の下部の基板面に形成される反
転層も、素子間分離酸化膜２の厚さ１．の厚い部分の下
部で遮断されるので第１、第２の素子形成領域４Ａ、４
Ｂ間に連続した反転層（チャネル）は形成されず、素子
間の分離は完全に行われる。

上記本発明の特徴を有する素子間分離酸化膜は、以下に
第２図（ａ）〜げ）を参照し一実施例により示す本発明
の第１の方法によって形成できる。

第２図（ａ）参照 即ち、例えばｐ−型Ｓｉ基板１上に先ず熱酸化により厚
さ３００人程０の第１の酸化膜１５を形成し、次いでそ
の上にＣＶＤ法により厚さ２０００人程度０第１の窒化
珪素（Ｓｉ３Ｎ４）膜１６を形成し、次いでこの第１の
Ｓｉ３Ｎ４膜１６に通常のフォトリソグラフィにより素
子形成領域４Ａ、４Ｂ間の素子間分離領域１７を画定す
る第１の開孔１８を形成し、次いで第１の開孔１８を介
しチャネルストッパ用の硼素（Ｂ゛）をイオン注入する
。１１９はＢ゛゛入領域を示す。

第２図（ｂ）参照 次いで、上記第１の開孔１８の内面を含む第１のＳｉ３
Ｎ４膜１６上に、ＣＶＤ法により厚さ３００人程０の第
２の酸化膜（ＳｉＯ□膜）２ｏ形成した後、この基板上
に第２のＳｉ、Ｎ、膜１２１を形成する。

第２図（Ｃ）参照 次いで、異方性エツチングによる全面エツチングを行っ
て、前記第１の開孔１８の側面部に第２の５ｉ３１１１
４膜サイドウオール２１を形成する。

第２図（ロ）参照 次いで、第１のＳｉ３Ｎ、膜１６と第２のＳｔ　山腹サ
イドウオール２１を耐酸化マスクにして例えばウェット
酸素中で９００°Ｃ程度の温度でＳｉ基板の選択酸化を
行い、Ｓｉ３Ｎ４膜サイドウオール２１の端部に整合す
る厚さ３０００人程度０第１の素子間分離酸化膜２Ａを
形成する。ここで前記Ｂ゛注入Ｎ域１１９はｐ型チャネ
ルストッパ１９になる。

第２図（ｅ）参照 次いで、第２のＳｉ３Ｎ４膜サイドウオール２１を燐酸
ボイル等により選択的に除去する。

第２図（ｆ）参照 次いで第１のＳｉ３Ｎ４膜１６を耐酸化マスクにして例
えばウェット酸素中で９００’Ｃ程度の温度でＳｉ基板
の選択酸化を行い、前記第１の素子間分離酸化膜２Ａに
重ねて第１の５ｉｚＮａ　Ｍ１６の開孔１８の側壁に整
合する厚さ２０００〜３０００人程度の第２の素子間分
離酸化膜２Ｂを形成し、第１の素子間分離酸化膜２Ａに
よって中央領域が選択的に厚く形成された素子間分離酸
化膜２が完成する。

そして以後図示しないが、燐酸ボイル等により第１の５
ｉＪ４膜１６を除去した後、通常のＭＯＳプロセスに従
って素子形成Ｎ域にＭＯＳ）ランジスタ等の形成がなさ
れる。

また、本発明の特徴を有する素子間分離酸化膜は、以下
に第３図（ａ）〜（Ｃ）を参照し他の実施例で示す本発
明の第２の方法によっても形成できる。

第３図（ａ）参照 この方法においては、先ず前記実施例同様に、例えばｎ
−型Ｓｉ基板３１上に先ず熱酸化により厚さ３００人程
０の第１の酸化膜１５を形成し、次いで、その上にＣＶ
Ｄ法により厚さ２０００人程度０第１の５ｉＪ４膜１６
を形成し、次いでこの第１のＳｉ３Ｎ、膜１６に通常の
フォトリソグラフィにより素子形成領域４Ａ、４Ｂ間の
素子間分離領域１７を画定する第１の開孔１８を形成す
る。

第３図（ｂ）参照 次いで、上記第１の５ｉＪ４膜１６の第１の開孔１８を
介し、紙面に対して前後方向の素子間分離領域１７の延
在方向に対して直角な左右の２方向からチャネルストッ
パ形成用不純物、例えば＾Ｓ゛を加速エネルギー５０Ｋ
ｅＶ　、　　ドーズ量１０　’　２〜１０　”　ｃｍ　
−”程度で４５度以上の角度で斜めにイオン注入＜１．
　Ｉ）する。ここで、第１の開孔１８下部の素子間分離
領域１７に、左右両方からＡｓ”が注入される中央領域
で高濃度１２２Ｈを有し、片側からしかＡｓ”が注入さ
れない周辺領域が低濃度１２２Ｌを有するＡｓ”注入領
域１２２が形成される。

第３図（Ｃ）参照 次いで、第１のＳＬ：ｌＮ４膜１６をマスクにして前記
実施例同様、例えばウェット酸素中８００°Ｃで選択酸
化を行い、素子間分離領域１７に第１の５ｉＪｎ膜１６
の開孔１８の側壁に整合する中央領域の厚さが５０００
λ程度の素子間分離酸化膜２を形成する。

なお、この酸化に際し前記Ａｓ”注入領域１２２におけ
るＡｓ”が高濃度１２２Ｈに注入されている中央領域と
、低濃度１２２Ｌの周辺領域との酸化レートの比は１．
２〜１．３対１程度になるので、周辺領域の厚さは４０
００人近傍に薄くなる。

またこの方法においては、上記素子間分離酸化膜２と同
時にその下部にｎ°型チャネルストッパ２２が形成され
る。

なお、本発明の第２の方法は、上記実施例に示すように
ｎ型基板を用いる場合の方が増殖酸化が一層起こり易く
て効果は顕著であるが、Ｐ型基板に適用しても勿論効果
は生ずる。

上記実施例により説明したように、本発明に係る製造方
法により形成される本発明に係る素子間分離酸化膜は、
全体的に薄い厚さに形成され、その延在方向に沿う中央
領域のみが選択的に厚く形成される。

従って、素子形成領域と素子間分離酸化膜の中央部の厚
い部分との大きな段差は、素子形成領域に接する素子間
分離酸化膜の薄い領域を経て２段階に上昇する緩やかな
傾斜になるので、この段差部における絶縁膜や配線材料
層のカバレンジ性は向上し、この素子間分離酸化膜２上
を横切って形成される絶縁膜や配線の品質低下は注しな
い。

また素子間分離酸化膜下の基板面に形成される反転層も
、素子間分離酸化膜２の厚い部分の下部で途切れ、隣接
する素子形成領域間に連続した反転層（チャネル）は形
成されず、素子間の分離は完全に行われる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、絶縁膜や配線層の
カバレッジ性を損なわず、且つ素子間の分離が完全にな
される素子間分離酸化膜が形成できるので、素子が微細
化され高密度、高集積化される半導体装置の歩留り及び
信顛性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る構造の一実施例の模式側断面図、 第２図（ａ）〜げ）は本発明の第１の方法に係る一実施
例の工程断面図、 第３図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の第２の方法に係る他の
実施例の工程断面図、 第４図（ａ）〜（Ｃ）は従来方法の工程断面図である。 図において、 １はｐ−型Ｓｉ基板、 ２は素子間分離酸化膜、 ２ｕは素子分離酸化膜の上方突起部、 ２ｄは素子分離酸化膜の下方突起部、 ３はｐ型チャネルストッパ、 ４Ａは第１の素子形成領域、 ４Ｂは第２の素子形成領域、 ５はゲート酸化膜、 ６はゲート電極、 ７及び９はｎ゛型ソース領域、 ８はｎ゛１型ドレイン領域、 １０はＳｉ０ｇ絶縁膜、 １１はＰＳＧ層間絶縁膜、 １２は第１のトランジスタのドレイン配線、１３は第２
のトランジスタのソース配線、１４は高電位配線 Ｔｒ、は第１のトランジスタ、 Ｔｒｚは第２のトランジスタ を示す。 箋 斗 図 水溌」月のγ１の方法に係５−実艶例の工程断命図藁 図 水たり月の晃２（７）７５；云にイ乱うイ色の寅〃筈、
竹１１のニオ￥断品図第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、珪素半導体基板を用いて形成された半導体装置であ
   って、 該珪素半導体基板の内部からその表面上に突出して形成
   された珪素酸化膜からなる素子間分離酸化膜により素子
   領域が画定されており、 且つ、該素子間分離酸化膜の中央領域が、該素子間分離
   酸化膜の該中央領域以外の領域よりも選択的に厚く形成
   されていることを特徴とする半導体装置。 ２、珪素半導体基板上に第１の酸化珪素膜と第１の窒化
   珪素膜を順次形成する工程と、 該第１の窒化珪素膜に素子形成領域周辺の素子間分離領
   域を画定する第１の開孔を形成する工程と、 該第１の開孔の内面を含む該第１の窒化珪素膜上に第２
   の酸化珪素膜を形成した後、該第１の開孔の側面部に第
   ２の窒化珪素膜からなるサイドウォールを形成する工程
   と、 該第１の窒化珪素膜及び該第２の窒化珪素膜サイドウォ
   ールを耐酸化マスクにして選択酸化を行い該半導体基板
   面に第１の素子間分離酸化膜を形成する工程と、 該第２の窒化珪素膜サイドウォールを除去した後、該第
   １の窒化珪素膜を耐酸化マスクにして選択酸化を行い該
   半導体基板面に該第１の素子間分離酸化膜に重ねて第２
   の素子間分離酸化膜を形成する工程とを用い、 中央領域が該中央領域以外の領域よりも選択的に厚く形
   成された素子間分離酸化膜を形成することを特徴とする
   半導体装置の製造方法。 ３、珪素半導体基板上に酸化珪素膜と窒化珪素膜を順次
   形成する工程と、 該窒化珪素膜に素子形成領域の周辺の素子間分離領域を
   画定する開孔を形成する工程と、 該窒化珪素膜をマスクにし該開孔を介し斜め方向からチ
   ャネルストッパ形成用の不純物をイオン注入し、該開孔
   下部の半導体基板面に、該開孔中央の下部領域がその周
   辺部より高い濃度分布を有する不純物導入領域を形成す
   る工程と、 該窒化珪素膜を耐酸化マスクにして選択酸化を行い、該
   開孔下部の該半導体基板面に高不純物濃度に形成されて
   いる中央領域が厚く、低不純物濃度を有する中央領域以
   外の領域が薄い素子間分離酸化膜を形成する工程を有す
   ることを特徴とする半導体装置の製造方法。