JPH0415935A - Method of forming region for isolating semiconductor element from other - Google Patents
Method of forming region for isolating semiconductor element from otherInfo
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路を構成する各半導体素子を電
気的に分離する半導体素子分離領域の形成方法に関する
。The present invention relates to a method for forming a semiconductor element isolation region that electrically isolates semiconductor elements constituting a semiconductor integrated circuit.
DRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ
)、SRAM(スタティック・ランダム・アクセス・メ
モリ)等に代表される超LS I(大規模集積回路)は
、3年に4倍の割合で容量か増大しており、DRAMで
は256Kb、IMbが現在主に生産されている。また
、今後の主流となる4Mb、16Mbに関し鋭意検討が
進められており、さらには、64Mb、256Mbと発
展して行くものと予想される。
限られたチップ面積内でのこのような集積度の向上は、
集積回路を構成する各半導体素子の微細化によりもたさ
れたものである。例えば、現在1MbDRAMに使用さ
れているMOS(メタル・オキサイド・セミコンダクタ
)トランジスタの最小寸法はおよそ1μ肩弱であり、今
後0.5μra、 0 、25μlとさらに微細化され
て行くのは確実である。
同様に素子分離領域の縮小も高集積化には不可欠であり
、その分離幅も1μ肩未満、さらには、05μ貫弱に狭
める必要か生じてきた。
一般に素子分離工程の形成には、選択酸化法と呼ばれる
手段が用いられている。この方法は、シリコン基板を覆
うシリコン窒化膜をバターニング開口し、露出したシリ
コン基板表面を選択的に酸化して、絶縁膜であるシリコ
ン酸化膜を形成するものである。
しかし、この方法は、選択酸化時に、シリコン窒化膜で
覆われている領域までシリコン基板の酸化が進行して、
バーズビークと呼ばれるソリコン酸化膜の広がりが生じ
るため、マスクサイズ通りの微細な分離領域を得ること
ができない。つまり、選択酸化法では、素子分離領域の
微細化に限度があり、今後の集積度の向上に対応するこ
とができない。しかも、十分に絶縁特性を得るべく一定
の膜厚を有する酸化膜を得るためには、長時間の酸化工
程が必要であり、酸化による体積膨張のためにノリコン
基板に応力がかかり、欠陥が発生して素子特性を劣化さ
せる問題もある。
このような問題を有する選択酸化法に代わる素子分離法
として、溝埋め込み分離法と呼ばれる方法が提案されて
いる。この方法はりソグラフィにより形成されたレジス
トパターンをエツチングマスクとして用いてシリコン基
板に溝を掘り、溝内部をシリコン酸化膜等の絶縁膜で埋
め込むものである。
ところで、半導体集積回路を構成する各素子は、限られ
たチップ面積内に非常に高密度に配置されているが、1
個のチップ内部において素子密度は一定ではなく様々で
ある。4MbのDRAMを例にとれば、メモリーセル部
の隣接素子間の分離距離は1μm弱と非常に微細である
のに対して、周辺回路部では数μmやあるいは数十μm
と、広い分離領域が存在する。素子分離工程では、これ
ら様々な幅を持つ分離領域を、同一の工程で形成する必
要かある。
第2図は従来の溝埋め込み分離法によって広い分離領域
と狭い分離領域とを同一工程により形成する様子を示し
ている。第2図に従って、従来の溝埋め込み分離法につ
いて説明する。
■ まず、シリコン基板21の上にリソグラフィ工程に
よりレジストパターン(図示せず)を形成上このレジス
トパターンをエツチングマスクとして用いて、肩幅Wt
を有する狭い溝22と溝幅W2を有する広い溝23を形
成する。ここで、狭い溝22の溝幅Wlはノリコン基板
21に製作される集積回路において最小、一方、広い溝
23の溝幅W2は最大である。また、溝22.23の深
さはdであり、広い溝23の溝幅W2は溝深dの2倍よ
り広い(第2図(a))。
■ 次に、気相成長法(以下、CVD法という。)によ
り、シリコン基板21上に膜厚t2のシリコン酸化膜2
4を堆積する(第2図(b))。
シリコン酸化膜24は溝22.23の側壁にもンリコン
基板21表面とほぼ間口速度で堆積するので、狭い溝2
2は溝幅Wlの半分の膜厚で埋め尽くされる。一方、溝
幅か溝深の2倍より大きい溝23の場合には、溝を埋め
尽くすのに少なくとも溝の深さdに相当する膜厚のシリ
コン酸化膜24を堆積する必要がある。結局、ノリコン
基板21上の両方の溝を同時に埋め尽くすために必要な
シリコン酸化膜24の膜厚しは溝の深さd以上であるこ
とが要求される。
また、シリコン酸化膜24の表面は狭い溝22の位置で
は比較的平坦であるか、溝幅が広くなるにつれて平坦性
がなくなり、広い溝23の場合には、第2図(b)に示
すように、溝の深さdに相当する高さの段差が形成され
てしまう。
■ 上記段差をなくすために、リソグラフィ工程により
広い溝23内にレジストパターン25を形成する。これ
は、素子領域に存するシリコン酸化膜24の除去工程に
おいて、広い溝23内に存するシリコン酸化膜が除去さ
れないようにするためである。当然のことながら、レジ
ストパターン25の膜厚t3は溝の深さdとほぼ等しく
、その幅W3は広い溝23の幅W2からノリコン酸化膜
24の膜厚t2の2倍を差し引いた値以下であることが
望まれる。レジストパターン25の形成後、レジストも
しくは他の回転塗布膜26をその上に形成して、表面を
平坦化する(第2図(C))。
■ 最後に、回転塗布膜厚26、レジスト25およびソ
リコン酸化膜24を素子領域におけるソリコン基板表面
217><露出するまで等速度でエツチングして、素子
分離工程を終了する。
このように、溝埋め込み分離法は、リソグラフィ工程で
形成されたレジストパターンをエツチングマスクとして
シリコン基板に加工された溝の領域のみが分離領域とな
るため、リソグラフィの限界まで分離幅の縮小が可能で
あるので、高集積化の進む半導体集積回路の素子分離法
として適したものである。The capacity of very large scale integrated circuits (Large Scale Integrated Circuits), such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) and SRAM (Static Random Access Memory), is increasing at a rate of four times every three years. Currently, 256Kb and IMb DRAMs are mainly produced. In addition, intensive studies are underway on 4Mb and 16Mb, which will become mainstream in the future, and it is expected that they will further develop into 64Mb and 256Mb. This increase in integration within a limited chip area is
This has been brought about by the miniaturization of semiconductor elements that make up integrated circuits. For example, the minimum size of a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor currently used in a 1Mb DRAM is approximately 1μ, and it is certain that it will be further miniaturized in the future to 0.5μra, 0.5μ, or 25μl. Similarly, reduction of the element isolation region is essential for higher integration, and it has become necessary to reduce the isolation width to less than 1μ, or even less than 05μ. Generally, a means called a selective oxidation method is used to form the element isolation process. In this method, a silicon nitride film covering a silicon substrate is patterned and opened, and the exposed silicon substrate surface is selectively oxidized to form a silicon oxide film, which is an insulating film. However, in this method, during selective oxidation, the oxidation of the silicon substrate progresses to the area covered with the silicon nitride film.
Because the solicon oxide film spreads, which is called a bird's beak, it is not possible to obtain a fine isolation region according to the mask size. In other words, with the selective oxidation method, there is a limit to the miniaturization of the element isolation region, and it is not possible to cope with future improvements in the degree of integration. Moreover, in order to obtain an oxide film with a certain thickness to obtain sufficient insulating properties, a long oxidation process is required, and the volume expansion due to oxidation places stress on the Noricon substrate, causing defects. There is also the problem that the device characteristics are deteriorated. As an element isolation method to replace the selective oxidation method which has such problems, a method called a trench-embedding isolation method has been proposed. This method involves digging a trench in a silicon substrate using a resist pattern formed by lithography as an etching mask, and filling the inside of the trench with an insulating film such as a silicon oxide film. Incidentally, each element constituting a semiconductor integrated circuit is arranged at a very high density within a limited chip area.
The element density within each chip is not constant but varies. Taking a 4Mb DRAM as an example, the separation distance between adjacent elements in the memory cell part is very fine, less than 1 μm, whereas in the peripheral circuit part it is several μm or even tens of μm.
There is a wide separation area. In the element isolation process, it is necessary to form isolation regions having various widths in the same process. FIG. 2 shows how a wide isolation region and a narrow isolation region are formed in the same process using the conventional trench filling isolation method. A conventional trench-filling isolation method will be explained with reference to FIG. ■ First, a resist pattern (not shown) is formed on the silicon substrate 21 by a lithography process, and this resist pattern is used as an etching mask to determine the shoulder width Wt.
A narrow groove 22 having a groove width W2 and a wide groove 23 having a groove width W2 are formed. Here, the groove width Wl of the narrow groove 22 is the minimum in the integrated circuit manufactured on the Noricon substrate 21, while the groove width W2 of the wide groove 23 is the maximum. Further, the depth of the grooves 22 and 23 is d, and the groove width W2 of the wide groove 23 is wider than twice the groove depth d (FIG. 2(a)). ■Next, a silicon oxide film 2 with a thickness t2 is deposited on the silicon substrate 21 by a vapor phase growth method (hereinafter referred to as CVD method).
4 (FIG. 2(b)). The silicon oxide film 24 is deposited on the side walls of the grooves 22 and 23 at almost the same speed as the silicon substrate 21 surface, so the narrow groove 2
2 is filled with a film thickness that is half the groove width Wl. On the other hand, in the case of the groove 23 which is larger than twice the groove width or the groove depth, it is necessary to deposit a silicon oxide film 24 having a thickness corresponding to at least the depth d of the groove to completely fill the groove. After all, the thickness of the silicon oxide film 24 required to simultaneously fill both grooves on the Noricon substrate 21 is required to be equal to or greater than the groove depth d. Also, the surface of the silicon oxide film 24 is relatively flat at the position of the narrow groove 22, or becomes less flat as the groove width becomes wider, and in the case of a wide groove 23, as shown in FIG. 2(b). In this case, a step having a height corresponding to the depth d of the groove is formed. (2) In order to eliminate the step difference, a resist pattern 25 is formed in the wide groove 23 by a lithography process. This is to prevent the silicon oxide film existing in the wide groove 23 from being removed in the step of removing the silicon oxide film 24 existing in the element region. Naturally, the film thickness t3 of the resist pattern 25 is approximately equal to the depth d of the groove, and its width W3 is less than or equal to the value obtained by subtracting twice the film thickness t2 of the Noricon oxide film 24 from the width W2 of the wide groove 23. Something is desired. After forming the resist pattern 25, a resist or other spin coating film 26 is formed thereon to flatten the surface (FIG. 2(C)). (2) Finally, the spin coating film 26, the resist 25, and the silicon oxide film 24 are etched at a constant speed until the silicon substrate surface 217 in the element region is exposed, thereby completing the element isolation process. In this way, in the trench-filling isolation method, only the region of the trench processed in the silicon substrate using the resist pattern formed in the lithography process as an etching mask becomes the isolation region, so it is possible to reduce the isolation width to the limit of lithography. Therefore, it is suitable as an element isolation method for semiconductor integrated circuits, which are becoming increasingly highly integrated.
しかしながら、従来の溝埋め込み素子分離法は、素子分
離領域22.23を規定するためのリングラフィ工程の
他に、広い分離領域23におけるノリコン酸化膜24の
段差をなくすべくレジストパターン25を形成するため
のリソグラフィ工程があり、計2回のリソグラフィ工程
を必要とする。
しかも、後者のリソグラフィ工程は、広い分離領域23
におけるシリコン酸化膜24の凹部に正確にレジストパ
ターン25を配置する必要かある/二め、厳密なマスク
アライメントが要求される。半導体集積回路の作製工程
において、リソグラフィ工程の追加は、工程時間を増加
させるのみならず、チップの歩留まりを低下させる大き
な要因となり、最終的に製品コストの増大を招くので、
極力避ける必要がある。
さらに、狭い溝22においては、溝両側の側壁から成長
したCVDシリコン酸化膜24が溝の中央部でぶつかり
あって堆積するため、この溝中央部の酸化膜の膜質は弱
く、素子分離工程以後のフッ酸溶液処理によって溝中央
部の酸化膜が除去されて、スリットが形成されてしまう
。このように溝中央にスリットがあると、ゲート用多結
晶ノリコンなどの配線加工後にらスリット内に導電物質
か残aし、隣接する配線間で電気的に短絡するという問
題がある。
そこで1本発明の目的は、素子分離領域形成の1こめの
工程時間の短縮、半導体集積回路の信頼性の向上、製造
コストの低減等を図るへく、素子分離領域を規定するた
めのリソグラフィ工程以外に全くリソグラフィ工程を必
要とせず、しかも、分離幅が狭い場合においても配線短
絡が生じず、したがって高い信頼性の得られる溝埋め込
み分離法を利用した半導体素子分離領域の形成方法を提
供することである。However, in the conventional trench-filling element isolation method, in addition to the phosphorography process for defining the element isolation regions 22 and 23, a resist pattern 25 is formed to eliminate the step difference in the silicon oxide film 24 in the wide isolation region 23. There are several lithography steps, and a total of two lithography steps are required. Moreover, the latter lithography process
Second, strict mask alignment is required. In the manufacturing process of semiconductor integrated circuits, adding a lithography process not only increases the process time but also becomes a major factor in lowering the chip yield, ultimately leading to an increase in product cost.
It needs to be avoided as much as possible. Furthermore, in the narrow trench 22, the CVD silicon oxide films 24 grown from the sidewalls on both sides of the trench collide and accumulate at the center of the trench, so the film quality of the oxide film in the center of the trench is weak, and after the element isolation process. The oxide film at the center of the groove is removed by the hydrofluoric acid solution treatment, resulting in the formation of a slit. If there is a slit in the center of the groove as described above, there is a problem in that conductive material remains in the slit after wiring such as polycrystalline silicon for gates is processed, causing an electrical short circuit between adjacent wirings. Therefore, an object of the present invention is to shorten the first process time for forming an element isolation region, improve the reliability of a semiconductor integrated circuit, reduce manufacturing costs, etc. To provide a method for forming a semiconductor element isolation region using a trench filling isolation method that does not require any other lithography process, does not cause wiring short circuit even when the isolation width is narrow, and therefore provides high reliability. It is.
上記目的を達成するため、本発明の素子分離領域の形成
方法は、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成し、次に、
1回のリソグラフィ工程によって形成したレジストパタ
ーンをマスクとして、素子分離領域となる部分に存する
上記第1の絶縁膜と上記半導体基板をエツチングして、
上記半導体基板に溝を形成し、次に、上記レジストパタ
ーンを除去して、第2の絶縁膜を上記溝の内壁および」
二記第1の絶縁膜上に形成し、次に、全面エツチングを
行うことにより、上記溝の側壁にのみ上記第2の絶縁膜
を残すと共に、上記溝の底面の中央部にL記半導体基板
の表面を露出させ゛、次に、上記半導体基板表面が露出
した上記溝の底面にノリコノ結晶を選択的に成長させ、
次に、上記成長したノリコン結晶表面を酸化して酸化膜
を形成することを特徴としている。In order to achieve the above object, the method for forming an element isolation region of the present invention includes forming a first insulating film on a semiconductor substrate, and then
Using a resist pattern formed by one lithography process as a mask, etching the first insulating film and the semiconductor substrate in a portion that will become an element isolation region;
A groove is formed in the semiconductor substrate, and then the resist pattern is removed and a second insulating film is formed on the inner wall of the groove and
2. The second insulating film is formed on the first insulating film, and then the entire surface is etched, so that the second insulating film is left only on the side walls of the trench, and the semiconductor substrate L is formed on the central part of the bottom of the trench. exposing the surface of the semiconductor substrate, and then selectively growing a Norikono crystal on the bottom surface of the groove where the surface of the semiconductor substrate is exposed;
Next, the surface of the grown Noricon crystal is oxidized to form an oxide film.
本発明の方法によれば、素子分離領域を形成するために
行うリソグラフィ工程は、素子分離領域の形成工程の当
初において、素子分離領域を規定するレジストパターン
を第■の絶縁膜上に形成するために唯1回実施されるだ
けであって、後の工程では1度もリソグラフィ工程は行
なわれない。
したがって、上記従来の溝埋め込み素子分離法では2回
のリソグラフィ工程を必要としていたのに比へて、工程
が簡略化されて工程時間が短縮化されるのみならず、チ
ップの歩留まりが向上され、製造コストか低減される。
また、第2の絶縁膜を溝の側壁にのみ残して、その中に
シリコン結晶を成長させ、そのシリコン結晶の表面のみ
を選択的に酸化することによって酸化膜を形成して、素
子分離領域となすので、どのように広い幅の素子分離領
域を形成する場合であっても、選択酸化法による酸化膜
形成領域の幅方向寸法を大きくするだけで対応できるた
め、従来法に比べ、工程の簡略化が図れ、広い分離領域
の形成が楽に行える。
一方、狭い溝においては、従来のように酸化膜が溝の中
央部でぶつかりながら堆積されるわけではないので、フ
ッ酸溶液等による処理を施しても溝の中央にはスリット
が形成されることはない。
また、素子分離領域の周辺部を規定する第2の絶縁膜は
、リソグラフィー工程によって形成された溝の側壁に形
成されたものなので、素子分離領域をレジストマスクサ
イズに忠実に形成できる。
さらに、選択酸化法によって素子分離領域の中央部に形
成すべき酸化膜は成長させたシリコン結晶の表面部だけ
であって、選択酸化法だ+、+て素子分離領域を形成す
る場合のように酸化膜の膜厚を非常に厚くする必要かな
くなり、酸化による体積膨張に起因する欠陥の発生も抑
制され、素子特性の向上が図られる。According to the method of the present invention, the lithography process performed to form the element isolation region forms a resist pattern defining the element isolation region on the first insulating film at the beginning of the element isolation region formation step. The lithography process is performed only once during the process, and no lithography process is performed in subsequent steps. Therefore, compared to the conventional trench-embedded device isolation method that requires two lithography steps, the process is not only simplified and process time reduced, but also the yield of chips is improved. Manufacturing costs are reduced. In addition, the second insulating film is left only on the sidewalls of the trench, a silicon crystal is grown therein, and only the surface of the silicon crystal is selectively oxidized to form an oxide film to form an element isolation region. Therefore, no matter how wide the element isolation region is to be formed, it can be handled simply by increasing the width dimension of the oxide film formation region by selective oxidation, which simplifies the process compared to conventional methods. It is possible to easily form a wide separation area. On the other hand, in narrow grooves, the oxide film is not deposited at the center of the groove while colliding with each other as in the conventional method, so even if treatment with hydrofluoric acid solution etc. is applied, a slit will not be formed in the center of the groove. There isn't. Further, since the second insulating film defining the peripheral portion of the element isolation region is formed on the sidewall of the groove formed by the lithography process, the element isolation region can be formed faithfully to the resist mask size. Furthermore, the oxide film that needs to be formed in the center of the element isolation region by selective oxidation is only on the surface of the grown silicon crystal; There is no need to make the oxide film extremely thick, and the occurrence of defects due to volumetric expansion due to oxidation is also suppressed, thereby improving device characteristics.
以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。
第1図(a)〜(g)は本発明の素子分離領域の形成方
法の一実施例を説明する工程図で、異なる幅を持つ素子
分離領域が共通の工程により同一基板上に同時に形成さ
れていく様子が示されている。なお、以下に説明する各
工程(a)〜(g)はそれぞれ第1図の(a)〜(g)
に対応している。
(a) まず、共通のシリコン基板lの表面を薄く酸
化して、膜厚100〜500人のシリコン酸化膜2を形
成した後、減圧CVD法によりシリコン窒化膜3を10
00〜3000人堆積する。このシリコン酸化膜2とシ
リコン窒化膜3とで第1の絶縁膜を形成する。続いて、
分離領域を規定するし・シストパターン4を1回のフォ
トリソグラフィ1程により形成する。このレジストパタ
ーン4において、開口部5Aによって挟い素子分離領域
か規定されると共に、一部のみを図示した開口v5Bに
よって広い素子分離領域が規定される。なお、レジスト
4て覆われた領域のシリコン基板表面に半導体素子か形
成されることになる。
(b) 次に、レジストパターン4をエツチングマス
クとして反応性イオンエツチング(RrE)法によりシ
リコン窒化膜3、シリコン酸化膜2ならびにシリコン基
板Iを異方性エツチング加工して、シリコン基板1に深
さ0.3〜2.0μmの溝5A。
5B(便宜上、レジストパターン4の開口部を示す番号
と同じ番号を使用する。)を形成する。本工程における
エツチング処理では、シリコン基板Iまで一気にエツチ
ングできるので、エツチング制御が容易である。溝5A
、5Bの形成後、レジストパターン4を除去する。第1
図(b)はレジストパターン4除去後の状態を示してい
る。
(c) 次に、溝5A、5Bの内壁を形成するシリコ
ン基板lの露出部を酸化して、100〜300人程度の
薄い形成コン酸化膜6を形成し、続いて、全面にシリコ
ン窒化膜7を減圧CV D法により薄く堆積する。この
ノリコン酸化膜6とシリコン窒化膜7とて第2の絶縁膜
を形成する。
(d) 次に、RrE法により、ノリコン窒化膜7お
よびノリコン酸化膜6をシリコン基板1が露出するまで
異方性エツチングする。この結果、第り図(d)に示す
ように、溝5A、5Bの側壁部にのみ第2の絶縁膜であ
るシリコン酸化膜6とシリコン窒化膜7か残り、R5A
、 5 Bの底面部にはノリコン基板1か露出する。
(e) 次に、ンクロルンラン、塩酸系の成長ガスを
用いて、シリコン基板Iの蔽出した溝5A5Bの底面に
のみ選択的Iこシリコン結晶8をエピタキシャル成長さ
せる。このノリコン結晶8の成長は、成長後のノリコン
結晶8の表面の高さが、シリコン酸化膜2およびノリコ
ン窒化膜3に覆われて加工されていないシリコン基板1
0表面とほぼ同一の高さになるように行うのが望ましい
(第1図(e)参照)。なぜならば、もし成長したノリ
コン結晶8の表面の高さが加工されていないノリコン基
板1の表面の高さより大きく異なっていれば、素子分離
領域完成後、活性領域と素子分離特性との間に大きな段
差ができてしまうからである。
なお、シリコン結晶8を成長させた領域は素子分離領域
の一部となり半導体素子は形成されないため、シリコン
結晶8が結晶欠陥を含んでいても、あるいは多結晶であ
っても構わない。
(f) 次に、シリコン基板1を熱酸化法により酸化
する。このとき、シリコン窒化膜3.7で覆われている
部分は酸化されず、シリコン結晶8の表面のみが酸化さ
れて、シリコン酸化膜9が第1図(f)に示すように形
成される。シリコン結晶8の酸化は、溝5A、5Bのそ
れぞれ側壁に形成したシリコン窒化膜7のおかげで溝の
外へ進行しないため、選択酸化法による素子分離領域形
成時に認められるバーズビークによる素子分離領域の拡
大は起こらない。
なお、素子分離特性を主に決定するのは、溝5A、5B
の両側壁に形成された第2の絶縁膜であるシリコン酸化
膜6およびシリコン窒化膜7であるため、シリコン酸化
膜9の膜厚は、選択酸化法のみで素子分離を行う場合に
必要な酸化膜厚に比べて非常に薄いらので十分である。
したかって酸化時間ら短く、酸化に伴う体積膨張を極力
抑えることができるため、シリコン基板lにかかるスト
レスが小さくなって、結晶欠陥の発生が抑制され、接合
リーク電流等の素子特性を向上させることができる。
(g) 最後に、素子領域を覆うシリコン窒化膜3お
よびシリコン酸化膜2をそれぞれ熱リン酸、薄いフッ酸
溶液で除去して、一連の素子分離領域の形成工程を終了
する。
第1図(g)は上記一連の工程によって得られた狭い素
子分離領域と広い素子分離領域の断面形状を示している
(広い素子分離領域は一部のみ図示)。
このように、この方法で素子分離領域を形成すれば、従
来の溝埋め込み素子分離法に比へて、非常に簡単な工程
で、しかも短時間に、広い素子分離領域と狭い素子分離
領域を同一の工程で、かつ設計通りに形成することがで
きろ1こめ、リソグラフィの限界まで素子分離領域を縮
小することか可能となり、集積回路の今後の一層の微細
化にも十分対応することができる。
上記工程を経て素子分離領域の形成が完了すると、通常
の方法に従って、MOS)ラノノスタやキャパノタ等の
素子をシリコン基板lの活性領域に構築して、上記素子
分離領域を有する半導体集積回路か完成する。
このようにして形成されたMoSトランジスタの特性を
測定した。その結果、選択酸化法で分離した同一のサイ
ズを持つトランジスタに比べて、何ら遜色のない特性を
有することが分った。特に、分離領域中央部の絶縁膜で
あるシリコン酸化膜9は、選択酸化法で形成される酸化
膜に比へて膜厚が非常に薄いため、体積膨張によるシリ
コン基板1へのストレスが微弱となり、接合の逆方向リ
ーク電流は極めて低い値に抑えられた。また、隣接素子
間に必然的に形成される寄生MOS)ランジスタに関し
ては、05μmと極めて狭し)分離幅においてら、その
フィールド反転電圧およびフィールドパンチスルルミ圧
は電源電圧の2倍以上と、良好な特性が得られた。
本実施例においては、ノリコン結晶8はエピタキ/ヤル
成長させた単結晶ノリコンであったか、多結晶シリコン
であってもよい。
なお、本発明は半導体素子分離領域の形成方法に関する
しのであり、特許請求の範囲で明記したものを除いては
、材料、手段、数値等は本実施例に係るものに限定され
るものではない。Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to illustrated embodiments. FIGS. 1(a) to 1(g) are process diagrams illustrating an embodiment of the method for forming an isolation region of the present invention, in which isolation regions having different widths are simultaneously formed on the same substrate by a common process. It shows how it goes. In addition, each process (a) to (g) explained below corresponds to (a) to (g) in FIG. 1, respectively.
It corresponds to (a) First, the surface of a common silicon substrate l is thinly oxidized to form a silicon oxide film 2 with a thickness of 100 to 500, and then a silicon nitride film 3 of 10 to 100 nm is formed by low pressure CVD.
00-3000 people will accumulate. This silicon oxide film 2 and silicon nitride film 3 form a first insulating film. continue,
The isolation region is defined and a cyst pattern 4 is formed by one photolithography process. In this resist pattern 4, a sandwiched element isolation region is defined by the opening 5A, and a wide element isolation region is defined by the opening v5B, only a portion of which is shown. Note that a semiconductor element will be formed on the surface of the silicon substrate in the region covered with the resist 4. (b) Next, using the resist pattern 4 as an etching mask, the silicon nitride film 3, the silicon oxide film 2, and the silicon substrate I are anisotropically etched by a reactive ion etching (RrE) method, so that the silicon substrate 1 is etched to a depth. Groove 5A of 0.3-2.0 μm. 5B (for convenience, the same numbers as those indicating the openings of the resist pattern 4 are used) are formed. In the etching process in this step, the silicon substrate I can be etched all at once, so the etching can be easily controlled. Groove 5A
, 5B, the resist pattern 4 is removed. 1st
Figure (b) shows the state after the resist pattern 4 has been removed. (c) Next, the exposed parts of the silicon substrate l that form the inner walls of the grooves 5A and 5B are oxidized to form a thin silicon oxide film 6 of about 100 to 300 layers, and then a silicon nitride film is formed on the entire surface. 7 is deposited thinly by low pressure CVD method. The silicon oxide film 6 and the silicon nitride film 7 form a second insulating film. (d) Next, the Noricon nitride film 7 and the Noricon oxide film 6 are anisotropically etched using the RrE method until the silicon substrate 1 is exposed. As a result, as shown in Figure (d), the silicon oxide film 6 and the silicon nitride film 7, which are the second insulating films, remain only on the side walls of the trenches 5A and 5B, and the R5A
, 5B, the Noricon board 1 is exposed on the bottom surface. (e) Next, a silicon crystal 8 is selectively grown epitaxially only on the bottom surface of the exposed groove 5A5B of the silicon substrate I using a hydrochloric acid-based growth gas. The growth of the Noricon crystal 8 is such that the height of the surface of the Noricon crystal 8 after growth is covered with the silicon oxide film 2 and the Noricon nitride film 3 on the unprocessed silicon substrate 1.
It is desirable to do this so that the height is approximately the same as the zero surface (see FIG. 1(e)). This is because if the height of the surface of the grown Noricon crystal 8 is significantly different from the height of the surface of the unprocessed Noricon substrate 1, there will be a large gap between the active region and the element isolation characteristics after the element isolation region is completed. This is because there will be a difference in level. Note that since the region where the silicon crystal 8 is grown becomes part of the element isolation region and no semiconductor element is formed therein, it does not matter whether the silicon crystal 8 contains crystal defects or is polycrystalline. (f) Next, the silicon substrate 1 is oxidized by a thermal oxidation method. At this time, the portion covered with the silicon nitride film 3.7 is not oxidized, but only the surface of the silicon crystal 8 is oxidized, and a silicon oxide film 9 is formed as shown in FIG. 1(f). Oxidation of the silicon crystal 8 does not proceed outside the trenches thanks to the silicon nitride film 7 formed on the sidewalls of each of the trenches 5A and 5B, so the device isolation region is enlarged due to bird's beaks that are observed when forming the device isolation region by selective oxidation. doesn't happen. Note that the grooves 5A and 5B mainly determine the element isolation characteristics.
Since the silicon oxide film 6 and the silicon nitride film 7 are the second insulating films formed on both side walls of the It is sufficient because it is very thin compared to the film thickness. Therefore, the oxidation time is short and the volumetric expansion caused by oxidation can be suppressed as much as possible, so the stress applied to the silicon substrate is reduced, the generation of crystal defects is suppressed, and device characteristics such as junction leakage current are improved. I can do it. (g) Finally, the silicon nitride film 3 and silicon oxide film 2 covering the element region are removed using hot phosphoric acid and dilute hydrofluoric acid solution, respectively, to complete the series of steps for forming the element isolation region. FIG. 1(g) shows the cross-sectional shapes of the narrow element isolation region and the wide element isolation region obtained by the series of steps described above (only a portion of the wide element isolation region is shown). In this way, if an element isolation region is formed using this method, a wide element isolation area and a narrow element isolation area can be formed in the same process in a very simple process and in a short time compared to the conventional trench-buried element isolation method. If it can be formed in accordance with the design process, it will be possible to reduce the element isolation region to the limit of lithography, and it will be possible to fully respond to the further miniaturization of integrated circuits in the future. When the formation of the element isolation region is completed through the above steps, elements such as MOS (MOS) lannostar and capanostar are constructed in the active region of the silicon substrate l according to the usual method, and a semiconductor integrated circuit having the element isolation region is completed. . The characteristics of the MoS transistor thus formed were measured. As a result, it was found that the transistor had characteristics comparable to those of transistors of the same size separated by selective oxidation. In particular, the silicon oxide film 9, which is an insulating film in the center of the isolation region, is very thin compared to an oxide film formed by selective oxidation, so the stress on the silicon substrate 1 due to volumetric expansion is weak. , the reverse leakage current of the junction was suppressed to an extremely low value. In addition, regarding the parasitic MOS (transistor) transistor that is inevitably formed between adjacent elements, its field inversion voltage and field punch lumen voltage are more than twice the power supply voltage, which is excellent despite the extremely narrow separation width of 0.5 μm. characteristics were obtained. In this embodiment, the Noricon crystal 8 may be epitaxially/dial-grown single crystal Noricon, or may be polycrystalline silicon. It should be noted that the present invention relates to a method for forming a semiconductor element isolation region, and materials, means, numerical values, etc. are not limited to those related to this embodiment, except as specified in the claims. .
以上より明らかなように、本発明の半導体素子分離領域
の形成方法によれば、リングラフィ工程によって半導体
基板上?こ形成した溝の側壁にのみ第2の絶縁膜を残し
、溝の底面に露出した半導体基板表面に選択的にシリコ
ン結晶を成長させ、この成長したシリコン結晶の表面の
みを選択的に酸化して酸化膜を形成して、この酸化膜と
酸化膜周囲の第2の絶縁膜とで囲まれた領域を素子分離
領域とするので、1ノツクラフイエ程は全工程を通して
分離領域を規定する上記溝形成のための1回のみとなる
。そして、従来の溝埋め込み素子分離法において要求さ
れていた広い素子分離領域を平坦化するための厳密なマ
スクアライメント作業を伴うリングラフィ工程が不要と
なるので、半導体集積回路作製に要する工程数および工
程時間を従来の溝埋め込み素子分離法に比べて大きく低
減することができると共に、チップの歩留まりを向上し
て、製造コストを大幅に削減することができる。
また、本発明によれば、リソグラフィの限界となる極め
て微細な素子分離領域から十分に広い素子分離領域まで
対応可能であり、かつ、いかなる大きさ、いかなる形状
の素子分離領域であっても、リソグラフィ工程によって
形成されるレジストパターンに忠実に形成することがで
きる。したがって、パターンシフトやその他の繁雑な制
約事項がなくなって、回路レイアウトが容易になると共
に、半導体集積回路の微細化に大きく貢献することがで
きる。
また、従来の溝埋め込み分離法とは異なり、溝内を側壁
から成長した酸化膜のみで埋め込むわけではないので、
素子分離工程以後にフッ酸溶液処理を施しても溝中束に
スリットは形成されないため、スリットの存在に起因す
る隣接配線間での電気的短絡という問題は生じず、高い
信頼性を得ろことができる。
また、本発明による選択酸化工程によって形成する酸化
膜の膜厚は大きくする必要がないので、酸化工程時間が
短くて済み、かつ、体積膨張に起因する半導体基板への
ストレスが低減して結晶欠陥の発生を回避できるため、
良好な素子特性を得ることができる。As is clear from the above, according to the method for forming a semiconductor element isolation region of the present invention, a semiconductor element isolation region can be formed on a semiconductor substrate by a phosphorography process. A second insulating film is left only on the side walls of the trench thus formed, silicon crystals are selectively grown on the semiconductor substrate surface exposed at the bottom of the trench, and only the surface of the grown silicon crystal is selectively oxidized. An oxide film is formed, and the region surrounded by this oxide film and the second insulating film around the oxide film is used as the element isolation region, so the one-note rough-cut process is performed throughout the entire process to form the trenches that define the isolation region. It will only be used once. In addition, the phosphorography process that involves strict mask alignment to planarize a wide isolation region, which is required in the conventional trench-buried element isolation method, is no longer required, which reduces the number of steps required to fabricate a semiconductor integrated circuit. The time required for this method can be significantly reduced compared to the conventional trench-embedded device isolation method, and the yield of chips can be improved to significantly reduce manufacturing costs. In addition, according to the present invention, it is possible to handle from an extremely fine element isolation region that is the limit of lithography to a sufficiently wide element isolation region, and it is possible to handle any size and shape of the element isolation region by lithography. The resist pattern can be formed faithfully to the resist pattern formed by the process. Therefore, pattern shifts and other complicated restrictions are eliminated, making circuit layout easier and contributing greatly to miniaturization of semiconductor integrated circuits. Also, unlike the conventional trench-filling isolation method, the trench is not filled with only the oxide film grown from the sidewalls.
Even if hydrofluoric acid solution treatment is performed after the element isolation process, no slits are formed in the bundle in the groove, so there is no problem of electrical shorts between adjacent wirings due to the presence of slits, and high reliability can be achieved. can. In addition, since the thickness of the oxide film formed by the selective oxidation process according to the present invention does not need to be increased, the oxidation process time can be shortened, and the stress on the semiconductor substrate caused by volume expansion can be reduced, resulting in crystal defects. Because it is possible to avoid the occurrence of
Good device characteristics can be obtained.
第1図は本発明の一実施例に従って半導体基板上に素子
分離領域を形成するための各工程を示した図、第2図は
従来の溝埋め込み素子分離法の問題点を説明する図であ
る。
1・・シリコン基板、
2・・・薄いノリクン酸化膜、
3・・・シリコン窒化膜、
4 素子分離領域を規定するレジストパターン、5 A
、 5 B−R(レジストパターンの開口部)、6・
溝内部を酸化して形成したシリコン酸化膜、7・シリコ
ン窒化膜、
8・・・溝底面に露出したシリコン基板表面に選択的に
エビタキンヤル成長させたノリフン結晶、9・・・級長
したノリコン結晶表面を酸化してF;成したシリコン酸
化膜。FIG. 1 is a diagram showing each process for forming an element isolation region on a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating problems of the conventional trench-embedded element isolation method. . 1... Silicon substrate, 2... Thin Norikun oxide film, 3... Silicon nitride film, 4 Resist pattern defining element isolation region, 5 A
, 5 B-R (opening of resist pattern), 6.
Silicon oxide film formed by oxidizing the inside of the trench, 7. Silicon nitride film, 8. Norifun crystal selectively grown on the silicon substrate surface exposed at the bottom of the trench, 9. Noricon crystal surface with elongated length. A silicon oxide film formed by oxidizing F;
Claims (1)
回のリソグラフィ工程によって形成したレジストパター
ンをマスクとして、素子分離領域となる部分に存する上
記第1の絶縁膜と上記半導体基板をエッチングして、上
記半導体基板に溝を形成し、 次に、上記レジストパターンを除去して、第2の絶縁膜
を上記溝の内壁および上記第1の絶縁膜上に形成し、 次に、全面エッチングを行うことにより、上記溝の側壁
にのみ上記第2の絶縁膜を残すと共に、上記溝の底面の
中央部に上記半導体基板の表面を露出させ、 次に、上記半導体基板表面が露出した上記溝の底面にシ
リコン結晶を選択的に成長させ、 次に、上記成長したシリコン結晶表面を酸化して酸化膜
を形成することを特徴とする半導体素子分離領域の形成
方法。(1) Form a first insulating film on a semiconductor substrate, and then
Using the resist pattern formed in the lithography process as a mask, the first insulating film and the semiconductor substrate existing in the element isolation region are etched to form a groove in the semiconductor substrate. The pattern is removed and a second insulating film is formed on the inner wall of the groove and the first insulating film, and then etching is performed on the entire surface, so that the second insulating film is formed only on the side walls of the groove. , and expose the surface of the semiconductor substrate at the center of the bottom of the groove. Next, selectively grow silicon crystals on the bottom of the groove where the semiconductor substrate surface is exposed. 1. A method for forming a semiconductor element isolation region, the method comprising forming an oxide film by oxidizing a surface of a silicon crystal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2119513A JPH0415935A (en) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | Method of forming region for isolating semiconductor element from other |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2119513A JPH0415935A (en) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | Method of forming region for isolating semiconductor element from other |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0415935A true JPH0415935A (en) | 1992-01-21 |
Family
ID=14763131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2119513A Pending JPH0415935A (en) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | Method of forming region for isolating semiconductor element from other |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0415935A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09129850A (en) * | 1995-10-18 | 1997-05-16 | Lg Semicon Co Ltd | High dielectric constant capacitor for semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1990
- 1990-05-09 JP JP2119513A patent/JPH0415935A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09129850A (en) * | 1995-10-18 | 1997-05-16 | Lg Semicon Co Ltd | High dielectric constant capacitor for semiconductor device and manufacturing method thereof |
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