JPH0620138B2 - 薄膜型mos構造半導体装置の製造法 - Google Patents

薄膜型mos構造半導体装置の製造法

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JPH0620138B2
JPH0620138B2 JP6444986A JP6444986A JPH0620138B2 JP H0620138 B2 JPH0620138 B2 JP H0620138B2 JP 6444986 A JP6444986 A JP 6444986A JP 6444986 A JP6444986 A JP 6444986A JP H0620138 B2 JPH0620138 B2 JP H0620138B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は薄膜型MOS構造半導体装置の製造法に関するも
のであり、具体的には、TFT((Thin Film Transistor;
薄膜トランジスタ)の素子分離工程に関する。
従来の技術 薄膜型MOS構成半導体装置の素子間分離は、基本的には
以下の工程で行われる。
第2図に示すように、絶縁基板1の上にポリシリコン等
のSi膜を形成し、フオトリソグラフイ技術により、各能
動領域間のSi膜を除去し、アイランド2′を形成した
後、熱酸化によりゲート酸化膜3を形成すれば、各能動
素子は電気的に分離し得る。次いでゲート酸化膜上にゲ
ート電極材を成膜し、フオトリソグラフイで所要の形状
にパターニングを行い、ゲート電極4を形成し以後通常
のMOS工程でMOS構造素子を形成する。
この製法は、処理方法が単純で工程数が少ないことが特
長であるが、次の欠点を有している。
その1は、Siアイランドの側面と、下地の絶縁基板が接
触する所(第2図のA点)で、ゲート酸化膜が薄くなる
ことである。素子の使用時にA点近傍のゲート酸化膜が
絶縁破壊を起こす危険が高くなる。
その2は、素子表面の段差が大きく、以後の工程で配線
の断線や短絡の要因となり得ること、またフオトリソグ
ラフイの精度を低下させることである。
また、素子表面を平坦化する技術として、第3図に示す
ように、絶縁基板1′上にSiアイランド2′を形成した
後(第3図a)、CVD法やスパツタ法でSiO23′をSiア
イランド2′の膜厚以上に堆積し、その上にレジスト
4′を塗布して表面を平坦化した後(第3図b)、ドラ
イエツチングする(第3図c)いわゆるエツチバツク法
がある。この素子間分離法は表面の平坦性は得られるが
次の欠点がある。
その1は、CVD法、あるいはスパツタ法で段差上に堆積
したSiO2膜は、CVD法では次の文献(村本,中島;電子
通信学会誌Vol.66,No.7,1983)で、またスパツタ法では
次の文献(T.Serikawa and T.Yachi:J.Electrochem.So
c.vol.128,P918,1981)に各々述べられているように、
段差の側壁には粗な膜質のSiO2が付着する。この粗な膜
質の部分が以後のエツチングや拡散の工程で欠陥を生じ
やすい。
その2は、堆積SiO2の場合、熱酸化膜に比べSi膜との界
面での準位に関連したリーク電流等素子特性を変動させ
る要因が多い。従つて、ゲート絶縁膜の絶縁破壊や、段
差形状や、堆積SiO2膜の膜質不均一や界面準位の不安定
性等の欠点を排除するため、一般には、SiウエハMOS LS
I工程に採用されているLOCOS法に準じた素子間分離法
(コプレ−ナプロセス)により製造されている。
第4図aに示した絶縁基板1の上に、ポリシリコン等の
Si膜2を堆積する。熱酸化法で薄いSiO2層5を形成した
後、CVD法で窒化シリコン6,SiO2を順次堆積する。
下地のSiO2層5はSi膜2と窒化シリコン6が反応する等
のSi膜2と窒化シリコン6が接触することによつて発生
するトラブルを防止するためである。第4図bで示す如
く、フオトリソグラフイ技術で、先ず表面のSiO27を部
分的に除去し、(第4図c)更に、それをマスクとして
窒化シリコン6,SiO25,Si膜2を順次エツチング除去
し第4図dの構造を得る。
次に、SiO2膜7を除去し、この時Si膜を約半分の厚さだ
け残すことが、このプロセスの要点である。次に熱酸化
すると、窒化シリコンで被覆されていない部分のSi膜
2″は完全に酸化すると約2倍の厚さになり、第4図e
に示した構造となる。窒化シリコン6およびその下のSi
O25を除去すると第4図fで示した如くSiO29とSiアイ
ランド2′の上表面が連続した平坦な素子間分離の構造
が得られる。
その後、再度Siアイランド上にゲート酸化膜3′を形成
し(第4図g)、その上にゲート電極材4を堆積し(第
4図h)、フオトリソグラフイ技術でパターニングを行
いゲート電極8′を形成し(8はレジスト)(第4図
i,j)、以後通常のプロセスでMOS型素子を形成し最
終的に第4図kの構造となつて工程を完了する。
以上説明した従来の素子間分離法は工程数が多く、工程
所要時間が長い、更に、Si膜の約半分の厚さをエツチン
グ時に残すことが要点になつていてエツチングの制御性
が悪く平坦度に変動が生じる欠点を有している。工程所
要時間が長くなるのは次の理由による。
(イ) 選択酸化のマスクして窒化シリコンを堆積する必
要がある。
(ロ) この窒化シリコンを用いるため、SiO2層で窒化シ
リコンをサンドイツチ構造にする必要がある。
(ハ) 堆積したSiO2,窒化シリコンを除去する必要があ
る。
によるものである。
発明の目的 本発明は以上の欠点を解決するために提案するもので、
その目的とする所は、局部的ゲート絶縁破壊を防止した
平坦化効果のある薄膜型半導体装置の素子間分離を簡潔
な工程の組合せでしかも少い所要時間で形成する方法を
提供することにある。
発明の構成 発明の要約 上記の目的を達成するため、本発明は、絶縁基板上に第
1のポリシリコン等のSi膜を形成する工程と、このSi膜
をフオトリソグラフイ技術で素子形成領域だけをアイラ
ンドとして残し、その他をエツチング除去する工程と、 このSiアイランドを形成した後、更に全面に第1のSi膜
厚より薄い第2のポリシリコン等のSi膜を堆積する工程
と、この第2の堆積したポリシリコン等のSi膜を熱酸化
で完全にSiO2にする工程と,第1のSi膜によるアイラン
ド表面のSiO2をフオトエツチング法、あるいはエツチバ
ツグ法で除去する工程と、その後、Siアイランド表面に
ゲート酸化膜を形成する工程と、ゲート酸化膜上にゲー
ト電極材を堆積してパターニングしてゲート電極を形成
する工程とを含むことを特徴とする薄膜型MOS構造の素
子間分離の製造法を提供するものである。
従来の窒化シリコンを用いた複雑多岐にわたる工程を要
する選択酸化法と同等の性能を有する素子間分離を、第
1のSi膜の上にポリシリコン等の第2のSi膜を堆積し、
酸化するだけの簡潔単純な短工程で形成し得ることに本
発明の特長がある。
実施例 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
なお、実施例は一つの例示であつて、本発明の主旨を逸
脱しない範囲で種々の変更,あるいは改良を行い得るこ
とは云うまでもない。
また、MOS構造の半導体素子について説明しているが、
本発明による素子間分離は、バイポーラ素子等の能動素
子や、キヤパシター、抵抗等の受動素子間の分離法とし
ても有効であることは明白である。
第1図a〜jに、本発明の半導体装置の製造法の実施例
(工程図)を示す。
第1図aに示す絶縁基板(石英製)1の上に、CVD法に
よりポリシリコン膜2と2000Å堆積した。次に、フオト
リソグラフイ技術を用いてポリシリコン膜の素子形成領
域以外をCCl2F2を用いたプラズマエツチングで除去し、
第1図bに示すポリシリコンのアイランド2′構造を形
成した。600℃の酸素雰囲気中でレジストを灰化除去し
た後、再度この表面に第2のポリシリコン2″をCVD法
により約800Åの厚さに堆積した(第1図c)。次に、9
00℃60分のウエツト熱酸化法でこの第2のポリシリコン
膜2″を完全に酸化してSiO2層9に変えると、素子を形
成するポリシリコンアイランド2′が熱酸化膜で分離さ
れた素子間分離構造が第1図dに示した如く形成され
る。ポリシリコンアイランド間のSiO29の厚さは約1500
Åである。この熱酸化工程では、超過に対して、即ち第
1のポリシリコン膜2′まで酸化が進行しても支障はな
く、素子間分離工程における条件の許容範囲が広く、再
現性の高いプロセスである。
この実施例では、この後、ポリシリコンアイランド2′
上のSiO2を通常のポジレジストによるフオトリソグラフ
イ技術を用いて、フオトレジスト8でマスクし、緩衝弗
酸溶液でエツチング除去し、第4図e,fに示した構造
とし、続いて900℃20分のウエツト熱酸化法で1000Åの
ゲート酸化膜3を形成した(第1図g)。
以後、通常のプロセス通りに、ゲート電極材4としてポ
リシリコンを堆積し、パターニング後ソース,ドレーン
10をイオン注入法で形成し(第1図h,i)、続いてス
パツタSiO2で層間絶縁膜11を堆積し、スルーホールを介
してAl電極12で接続し、最終的に第3図jに示す構造
の、薄膜型MOS構造半導体装置を完成した。
以上説明した本発明の実施例では、ポリシリコンアイラ
ンド上のSiO2を最も簡単なフオトレジストを用いた弗酸
系ウエツトエツチングで除去する方法を示した。この方
法では、第1図fでわかる通り、アイランド周縁に第2
ポリシリコンを酸化したSiO2が残存して、完全平坦な構
造とはなつていない。しかしこの段差は1500Å以下と薄
いことウエツトエツチングや、ゲート酸化時に角が滑ら
かとなるためゲート電極の断線等素子特性に支障を起こ
すものではない。しかも、第2ポリシリコンの堆積膜厚
でこの段差を制御することが可能である。高密度化等の
対策として、より平坦化が必須の場合には、第2ポリシ
リコンの酸化後の膜厚が、第1ポリシリコンアイランド
の膜厚と同等以上になるように第2のポリシリコンを堆
積し、次にフオトレジストをその表面が平坦を得るに充
分な膜厚に全面塗布した後、イオンエツチングでポリシ
リコンアイランドの表面が現われるまで全面をエツチン
グ除去するいわゆるエツチバツク法を用いれば、熱酸化
膜で平坦な素子間分離を形成することができる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、薄膜型半導体装置の素子
間分離を,単純で、再現性の高い工程を用いて、平坦か
つ耐絶縁性に優れた構造として形成し得る利点がある。
更に、従来の方法と比較して素子間分離に要する工程数
を40%以上低減できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図a〜jは本発明の実施例による薄膜型MOS構造半
導体装置の製造法を示す工程図である。 第2図,第3図a〜c工程図及び第4図a〜k工程図
は、従来の薄膜型MOS構造半導体装置の製造法を説明す
るための図である。 1……絶縁基板 2……ポリシリコン等Si膜(基板Si膜) 2′……分離されたSi膜 2″……第1のSi膜に重さねて堆積したSi膜 3……ゲート酸化膜 4……ゲート電極(材) 5……下地SiO2膜 6……窒化Si膜 7……マスクSiO2膜 8……フオトレジスト 9……素子間分離用ポリシリコンの酸化SiO2 10……ソースとドレーン 11……層間SiO2 12……Al電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(イ) 絶縁基板上に第1のSi膜を形成する
    工程と、 (ロ) 前記Si膜を選択除去し、アイランド状に素子形成
    領域を形成する工程と、 (ハ) 前記、素子形成領域がアイランド状に分離された
    表面に第2のSi膜を全面に堆積する工程と、 (ニ) 次に第2のSi膜を完全に酸化させ、素子形成領域
    のSiアイランドを酸化物内に埋め込んだ構造の素子間分
    離領域を形成する工程と、 (ホ) 次にSiアイランド上の酸化物を選択除去する工程
    と、 (ヘ) 前記Siアイランド上にMOS構造半導体装置のゲート
    絶縁膜を成膜させる工程と (ト) 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程
    と、 を含むことを特徴とする薄膜型MOS構造半導体装置の製
    造法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載のSiアイランド
    上の酸化物を選択除去する工程がフオトリソグラフイ技
    術によるエツチング法を用いることを特徴とする薄膜型
    MOS構造半導体装置の製造法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲の第1項記載のSiアイラン
    ド上の酸化物を選択除去する工程がエツチバツク法を用
    いることを特徴とする薄膜型MOS構造半導体装置の製造
    法。
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