JPH09330920A

JPH09330920A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH09330920A
Application number: JP14960496A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Maruo; 豊丸尾
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 1997-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ＬＯＣＯＳ素子分離においてバーズビークが短
く、基板へのストレスが少ない半導体装置の製造方法を
提供する。【解決手段】フィールド酸化膜形成時のマスクとしてシ
リコン窒化膜１０３を選択的に形成して、そのマスクに
側壁１０５’を設ける。次にフィールド酸化膜形成予定
領域にＯ、Ｓｉ、Ａｒ、Ｈ、Ｂまたは、ＢＦ２の不純物
イオン１０６を注入することにより基板にダメージ層１
０７を形成する。その後、熱酸化によりフィールド酸化
膜１０８を得る。【効果】フィールド酸化膜形成時のマスクとして働く側
壁の幅だけ微細化が可能となり、基板に注入されたイオ
ンにより基板に対して垂直方向の酸化レートがあがり、
水平方向の酸化レートは相対的に下がり、バーズビーク
は短くなる。更に、側壁直下の酸化が抑えられるため、
基板の受けるストレスは軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に微細化に適した素子分離形成工程に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造方法において、特に素
子分離形成工程に関しては公知方法としてパッド酸化膜
上の選択的に形成された酸化防止膜（シリコン窒化膜）
をマスクとして酸化処理を行い、素子分離膜としてフィ
ールド酸化膜（厚いシリコン酸化膜）を得る。

【０００３】現在、微細化が進む中で、特公平２−０１
４７８２、特開昭６１−２５６６５０、特開平６−２９
１１１３のように、フィールド酸化を行う場合のマスク
層に側壁を設けることにより、フォトリソグラフィー技
術の限界を越えた微細化を実現しようとした技術があ
る。

【０００４】また、バーズビークを抑えるために、特開
平４−０８０９２７、特開平５−０４１３７５、特開昭
６３−１２２１５６、特開平３−２８５３４５、特開平
４−２４５６３３の様にフィールド酸化膜形成予定領域
にイオン注入を施し横方向への酸化に比べ縦方向の酸化
を増大させる技術があった。

【０００５】即ち、図４は従来の半導体装置の製造方法
の工程順に沿ったウェーハの断面図である。図４に示す
ように、素子分離領域を形成するためにシリコン基板４
０１のウェーハ上にストレス緩和のためのパッド酸化膜
を熱酸化によりシリコン酸化膜４０２をつける。次にウ
ェーハ全面にＣＶＤ法によりシリコン窒化膜４０３を堆
積する。それから、レジスト膜４０４をウェーハ全面に
塗布した後、フォトリソグラフィー法によりフィールド
酸化膜の形成予定領域を選択的に開口する。

【０００６】次に図４（ｂ）に示すようにドライエッチ
ング法により選択的にシリコン窒化膜をエッチングす
る。

【０００７】それから、図４（ｃ）に示すように前記シ
リコン窒化膜４０３をマスクとして、ウェット酸化、ド
ライ酸化、またはウェット酸化とドライ酸化を併用する
ことによりフィールド酸化膜として厚い酸化膜４０５を
形成し、図４（ｄ）の構造を得る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の素子分
離形成工程に関しては微細化が可能かつ、バーズビーク
を抑えること、更に基板へのストレスを軽減することが
困難という問題がある。

【０００９】そこで本発明は上記問題点を解決するもの
であり、微細化が可能かつ、バーズビークを抑えるこ
と、更に基板へのストレスを軽減することが可能な半導
体装置の製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、フィールド酸
化膜を形成する工程において酸化防止膜をパッド酸化膜
を介して、シリコン基板上に選択的に設ける工程、前記
酸化防止膜に側壁を設ける工程、前記酸化防止膜およ
び、前記側壁をマスクとして不純物のイオン注入を行う
工程、更に前記酸化防止膜および、前記側壁をマスクと
して熱酸化処理を行い前記フィールド絶縁膜を形成する
工程を含むことを特徴とする。

【００１１】また、前記酸化防止膜に側壁を設ける工程
において、側壁をシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポ
リシリコン膜または、アモルファスシリコン膜により形
成することを特徴とする。

【００１２】そして、前記側壁をマスクとして不純物の
イオン注入を行う工程において、不純物をＯ（酸素）イ
オン、Ｓｉ（シリコン）イオン、Ａｒ（アルゴン）イオ
ン、Ｈ（水素）イオン、Ｂ（ボロン）イオンまたは、Ｂ
Ｆ２を用いることを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明の半導体装置の製造方法によれば、フィ
ールド酸化時のマスク層に側壁を付けることにより、フ
ォトリソグラフィー技術を用いて開口されるスペースに
比べ側壁分だけ微細化が可能となる。また、高濃度の不
純物が打ち込まれることによりシリコン基板のシリコン
間の結合力が下がり、酸化時に酸素と反応してシリコン
酸化膜となるために必要なエネルギーが低くなる。その
ため、イオン注入されたフィールド酸化膜形成予定領域
のみ酸化レートが上がる。

【００１４】したがって、従来と同じフィールド酸化膜
厚を得るための酸化時間は少なくとも良い。このことは
マスク層端に形成されている側壁直下のシリコン基板が
酸化される時間が短縮されることであり、その結果、側
壁直下の基板が受けるストレスは従来に比べて軽減され
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては実
施例をもとに以下に詳細に説明する。図１、図２、図３
は本発明の半導体装置の製造方法の工程順に沿ったウェ
ーハの断面図である。

【００１６】図中の１０１、２０１、３０１、４０１は
シリコン基板である。１０２、２０２、３０２、４０２
は熱酸化により形成されたシリコン酸化膜である。１０
３、２０３、３０３、２０５、４０３はＣＶＤ法により
形成されたシリコン窒化膜である。１０４、２０４、３
０４、４０４はレジストである。１０５はＣＶＤ法によ
り形成されたシリコン酸化膜である。３０５はＣＶＤ法
により形成されたポリシリコン膜またはアモルファスシ
リコン膜である。１０５’、２０５’、３０５’は側壁
である。１０６、２０６、３０６はＯ（酸素）、Ｓｉ
（シリコン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｈ（水素）、Ｂ（ボ
ロン）または、ＢＦ₂の不純物イオンである。１０７、
２０７、３０７は高濃度のイオンが注入された領域であ
る。１０８、２０８、３０８、４０５は熱酸化により形
成されたシリコン酸化膜から成るフィールド酸化膜であ
る。３０９はポリシリコン膜またはアモルファスシリコ
ン膜であった膜が熱酸化によりシリコン酸化膜となった
ものである。

【００１７】本発明の実施例について説明する。まず、
図１について説明する。図１（ａ）に示すように素子分
離領域を形成するためにシリコン基板１０１のウェーハ
上にストレス緩和のためのパッド酸化膜を熱酸化により
数十Åから３００Åの厚さのシリコン酸化膜１０２をつ
ける。次にウェーハ全面にＣＶＤ法により１０００Åか
ら２０００Åの厚さのシリコン窒化膜１０３を堆積す
る。それから、レジスト膜１０４をウェーハ全面に塗布
した後、フォトリソグラフィー法によりフィールド酸化
膜の形成予定領域を選択的に開口する。

【００１８】次に図１（ｂ）に示すようにドライエッチ
ング法により圧力数百ｍＴｏｒｒ下でＣＨ₄またはＣＨ₄
Ｏ₂のエッチングガスを用いてレジスト開口部のシリコ
ン窒化膜をエッチングする。

【００１９】それから、図１（ｃ）に示すようにＣＶＤ
法によりシリコン酸化膜１０５を堆積する。

【００２０】その後、図１（ｄ）に示すようにドライエ
ッチング法により圧力数Ｔｏｒｒ下でＣＨＦ₃のエッチ
ングガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングし、シリ
コン窒化膜１０３の端に側壁１０５’を形成する。

【００２１】次に図１（ｅ）に示すようにＯ（酸素）、
Ｓｉ（シリコン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｈ（水素）、Ｂ
（ボロン）または、ＢＦ₂の不純物イオンを１０¹⁵ｃｍ
^-2以上のドーズ量で注入する。それにより不純物の入っ
た領域１０７を形成する。

【００２２】ここで、ドーパントとしてＳｉ（シリコ
ン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｈ（水素）イオンを使用した
場合、シリコン基板にはダメージを受けた層が形成さ
れ、酸化雰囲気中では酸化が促進される。

【００２３】また、ドーパントとしてＯ（酸素）イオン
を用いる場合はシリコン基板中にシリコン酸化膜ＳｉＯ
₂となるＯ（酸素）が入り込んでいるため酸化レートが
著しく向上する。

【００２４】そして、ドーパントとしてＢ（ボロン）ま
たは、ＢＦ₂の不純物イオンを使用した場合は、フィー
ルド反転耐圧を抑えるためのストッパとしての効果も期
待できる。

【００２５】それから、図１（ｆ）に示すように前記シ
リコン窒化膜１０３と側壁１０５’をマスクとして、１
０００℃〜１１５０℃の条件下でウェット酸化、ドライ
酸化、またはウェット酸化とドライ酸化を併用すること
によりフィールド酸化膜として厚い酸化膜１０８を形成
する。

【００２６】続いて、図１（ｇ）に示すようにシリコン
窒化膜を除去する前にシリコン窒化膜上に形成された薄
いシリコン酸化膜、フィールド酸化膜の上部と側壁１０
５’をフッ酸を含む溶液にてエッチングする。エッチン
グ量は側壁１０５’を完全に取り除く程度に行う。

【００２７】次に図１（ｈ）に示すように、１００数十
℃程度の熱リン酸にてシリコン窒化膜をエッチングす
る。

【００２８】それから後は通常の工程を行い、ＭＩＳト
ランジスタを形成する。

【００２９】このように形成された素子分離領域は側壁
幅だけフォトリソグラフィー法の限界以上のより狭い領
域を開口でき、微細化が可能となる。

【００３０】また、イオン注入により形成されたダメー
ジ層は熱酸化の際、ダメージの無い領域に比べて１．５
倍〜２倍の酸化速度を有するため、フィールド酸化膜形
成工程におけるウェーハの縦方向の酸化速度はバーズビ
ークが形成される横方向の酸化速度に比べて大きい。つ
まり、従来と同じ膜厚のフィールド酸化膜を得るため
に、少ない時間で行えるため、横方向の酸化は少なく、
バーズビークは短くなる。

【００３１】更に、バーズビークが形成される領域上の
シリコン窒化膜１０３においては下のシリコン基板の酸
化が少ないため、従来に比べて盛り上がりが少ない。そ
のため、シリコン基板にかかるストレスも少ないという
効果がある。

【００３２】次に、図２について説明する。図２（ａ）
に示すように素子分離領域を形成するためにシリコン基
板２０１のウェーハ上にストレス緩和のためのパッド酸
化膜を熱酸化により数十Åから３００Åの厚さのシリコ
ン酸化膜２０２をつける。次にウェーハ全面にＣＶＤ法
により１０００Åから２０００Åの厚さのシリコン窒化
膜２０３を堆積する。それから、レジスト膜２０４をウ
ェーハ全面に塗布した後、フォトリソグラフィー法によ
りフィールド酸化膜の形成予定領域を選択的に開口す
る。

【００３３】次に図２（ｂ）に示すようにドライエッチ
ング法により圧力数百ｍＴｏｒｒ下でＣＨ₄またはＣＨ₄
Ｏ₂のエッチングガスを用いてレジスト開口部のシリコ
ン窒化膜をエッチングする。

【００３４】それから、図２（ｃ）に示すようにＣＶＤ
法によりシリコン窒化膜２０５を堆積しする。

【００３５】その後、図２（ｄ）に示すようにドライエ
ッチング法により圧力数Ｔｏｒｒ下でＣＨＦ₃のエッチ
ングガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングし、シリ
コン窒化膜２０３の端に側壁２０５’を形成する。

【００３６】次に図２（ｅ）に示すようにＯ（酸素）、
Ｓｉ（シリコン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｈ（水素）、Ｂ
（ボロン）または、の不純物イオンを１０¹⁵ｃｍ^-2以上
のドーズ量で注入する。それによりダメージを受けた領
域２０７を形成する。

【００３７】ここで、前記図１で説明したようにドーパ
ントとしてＳｉ（シリコン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｈ
（水素）イオンを使用した場合、シリコン基板にはダメ
ージを受けた層が形成され、酸化雰囲気中では酸化が促
進される。

【００３８】また、ドーパントとしてＯ（酸素）イオン
を用いる場合はシリコン基板中にシリコン酸化膜ＳｉＯ
₂となるＯ（酸素）が入り込んでいるため酸化レートが
著しく向上する。

【００３９】そして、ドーパントとしてＢ（ボロン）ま
たは、ＢＦ₂の不純物イオンを使用した場合は、フィー
ルド反転耐圧を抑えるためのストッパとしての効果もき
たいできる。

【００４０】それから、図２（ｆ）に示すように前記シ
リコン窒化膜２０３と側壁２０５’をマスクとして、１
０００℃〜１１５０℃の条件下でウェット酸化、ドライ
酸化、またはウェット酸化とドライ酸化を併用すること
によりフィールド酸化膜として厚い酸化膜２０８を形成
する。

【００４１】続いて、図２（ｇ）に示すようにシリコン
窒化膜を除去する前にシリコン窒化膜上に形成された薄
いシリコン酸化膜とフィールド酸化膜の上部をフッ酸を
含む溶液にてエッチングする。エッチング量はフィール
ド酸化膜の１０％〜２０％を取り除く程度に行う。

【００４２】次に図２（ｈ）に示すように、１００数十
℃程度の熱リン酸にてシリコン窒化膜をエッチングす
る。

【００４３】それから後は通常の工程を行い、ＭＩＳト
ランジスタを形成する。

【００４４】このように形成された素子分離領域は側壁
幅だけフォトリソグラフィー法の限界以上のより狭い領
域を開口でき、微細化が可能となる。

【００４５】また、イオン注入により形成されたダメー
ジ層は熱酸化の際、ダメージの無い領域に比べて１．５
倍〜２倍の酸化速度を有するため、フィールド酸化膜形
成工程におけるウェーハの縦方向の酸化速度はバーズビ
ークが形成される横方向の酸化速度に比べて大きい。つ
まり、従来と同じ膜厚のフィールド酸化膜を得るため
に、少ない時間で行えるため、横方向の酸化は少なく、
バーズビークは短くなる。

【００４６】更に、バーズビークが形成される領域上の
シリコン窒化膜２０３および側壁２０５’においてはそ
の直下のシリコン基板の酸化が少ないため、従来に比べ
て盛り上がりが少ない。そのため、シリコン基板にかか
るストレスも少ないという効果がある。

【００４７】ついで、図３について説明する。図３
（ａ）に示すように素子分離領域を形成するためにシリ
コン基板３０１のウェーハ上にストレス緩和のためのパ
ッド酸化膜を熱酸化により数十Åから３００Åの厚さの
シリコン酸化膜３０２をつける。次にウェーハ全面にＣ
ＶＤ法により１０００Åから２０００Åの厚さのシリコ
ン窒化膜３０３を堆積する。それから、レジスト膜３０
４をウェーハ全面に塗布した後、フォトリソグラフィー
法によりフィールド酸化膜の形成予定領域を選択的に開
口する。

【００４８】次に図３（ｂ）に示すようにドライエッチ
ング法により圧力数百ｍＴｏｒｒ下でＣＨ₄またはＣＨ₄
Ｏ₂のエッチングガスを用いてレジスト開口部のシリコ
ン窒化膜をエッチングする。

【００４９】それから、図３（ｃ）に示すようにＣＶＤ
法によりポリシリコン膜またはアモルファスシリコン膜
３０５を堆積しする。

【００５０】その後、図３（ｄ）に示すようにドライエ
ッチング法により圧力数Ｔｏｒｒ下でＣＨＦ₃のエッチ
ングガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングし、シリ
コン窒化膜３０３の端に側壁３０５’を形成する。

【００５１】次に図３（ｅ）に示すようにＯ（酸素）、
Ｓｉ（シリコン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｈ（水素）、Ｂ
（ボロン）または、ＢＦ₂の不純物イオンを１０¹⁵ｃｍ
^-2以上のドーズ量で注入する。それによりダメージを受
けた領域３０７を形成する。

【００５２】ここで、前記図１で説明したようにドーパ
ントとしてＳｉ（シリコン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｈ
（水素）イオンを使用した場合、シリコン基板にはダメ
ージを受けた層が形成され、酸化雰囲気中では酸化が促
進される。

【００５３】また、ドーパントとしてＯ（酸素）イオン
を用いる場合はシリコン基板中にシリコン酸化膜ＳｉＯ
₂となるＯ（酸素）が入り込んでいるため酸化レートが
著しく向上する。

【００５４】そして、ドーパントとしてＢ（ボロン）ま
たは、ＢＦ２の不純物イオンを使用した場合は、フィー
ルド反転耐圧を抑えるためのストッパとしての効果も期
待できる。

【００５５】それから、図３（ｆ）に示すように前記シ
リコン窒化膜３０３と側壁３０５’をマスクとして、１
０００℃〜１１５０℃の条件下でウェット酸化、ドライ
酸化、またはウェット酸化とドライ酸化を併用すること
によりフィールド酸化膜として厚い酸化膜３０８を形成
する。このとき、側壁３０５’も酸化されシリコン酸化
膜となる。

【００５６】続いて、図３（ｇ）に示すようにシリコン
窒化膜を除去する前にシリコン窒化膜上に形成された薄
いシリコン酸化膜、フィールド酸化膜の上部と側壁３０
５’をフッ酸を含む溶液にてエッチングする。エッチン
グ量は側壁３０５’を完全に取り除く程度に行う。

【００５７】次に図３（ｈ）に示すように、１００数十
℃程度の熱リン酸にてシリコン窒化膜をエッチングす
る。

【００５８】それから後は通常の工程を行い、ＭＩＳト
ランジスタを形成する。

【００５９】このように形成された素子分離領域は側壁
幅だけフォトリソグラフィー法の限界以上のより狭い領
域を開口でき、微細化が可能となる。また側壁３０５’
の幅は、ポリシリコン膜またはアモルファスシリコン３
０５の膜厚を代えることにより、制御可能である。

【００６０】また、イオン注入により形成されたダメー
ジ層は熱酸化の際、ダメージの無い領域に比べて１．５
倍〜２倍の酸化速度を有するため、フィールド酸化膜形
成工程におけるウェーハの縦方向の酸化速度はバーズビ
ークが形成される横方向の酸化速度に比べて大きい。つ
まり、従来と同じ膜厚のフィールド酸化膜を得るため
に、少ない時間で行えるため、横方向の酸化は少なく、
バーズビークは短くなる。

【００６１】更に、バーズビークが形成される領域上の
シリコン窒化膜３０３においては下のシリコン基板の酸
化が少ないため、従来に比べて盛り上がりが少ない。そ
のため、シリコン基板にかかるストレスも少ないという
効果がある。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば以下
の効果を有する。

【００６３】このように形成された素子分離領域は狭い
領域を開口でき、微細化が可能となる。また、イオン注
入により形成されたダメージ層は熱酸化の際、より大き
い酸化速度を有するため、従来より短い時間で行えるた
め、横方向の酸化は少なく、バーズビークは短くなる。

【００６４】更に、バーズビークが形成される領域上の
シリコン窒化膜下のシリコン基板の酸化が少ないため、
従来に比べて盛り上がりが少く、シリコン基板にかかる
ストレスも少ないという効果がある。

【００６５】よって、より結晶欠陥の少なく、微細化が
可能な素子分離を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体装置の製造方法の工程順に
沿ったウェーハの断面図である。

【図２】本発明による半導体装置の製造方法の工程順に
沿ったウェーハの断面図である。

【図３】本発明による半導体装置の製造方法の工程順に
沿ったウェーハの断面図である。

【図４】従来の半導体装置の製造方法の工程順に沿った
ウェーハの断面図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１・・・シリコン基板１０２、２０２、３０２、３０９、４０２・・・シリコ
ン酸化膜１０３、２０３、３０３、２０５、４０３・・・シリコ
ン窒化膜１０４、２０４、３０４、４０４・・・レジスト１０５・・・シリコン酸化膜３０５・・・ポリシリコン膜またはアモルファスシリコ
ン膜１０５’・・・シリコン酸化膜から成る側壁２０５’・・・シリコン窒化膜から成る側壁３０５’・・・ポリシリコン膜またはアモルファスシリ
コン膜から成る側壁１０６、２０６、３０６・・・Ｏ（酸素）、Ｓｉ（シリ
コン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｈ（水素）、Ｂ（ボロン）
または、ＢＦ２の不純物イオン１０７、２０７、３０７・・・高濃度のイオンが注入さ
れた領域１０８、２０８、３０８、４０５・・・フィールド酸化
膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィールド酸化膜を形成する工程におい
て、酸化防止膜をパッド酸化膜を介して、シリコン基板
上に選択的に設ける工程、前記酸化防止膜に側壁を設け
る工程、前記酸化防止膜および、前記側壁をマスクとし
て不純物のイオン注入を行う工程、更に前記酸化防止膜
および、前記側壁をマスクとして熱酸化処理を行い前記
フィールド絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記酸化防止膜に側壁を設ける工程におい
て、側壁をシリコン酸化膜により形成することを特徴と
する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記酸化防止膜に側壁を設ける工程におい
て、側壁をシリコン窒化膜により形成することを特徴と
する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記酸化防止膜に側壁を設ける工程におい
て、側壁をポリシリコン膜または、アモルファスシリコ
ン膜により形成することを特徴とする請求項１記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項５】前記側壁をマスクとして不純物のイオン注
入を行う工程において、不純物をＯ（酸素）イオンを用
いることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項６】前記側壁をマスクとして不純物のイオン注
入を行う工程において、不純物イオンをＳｉ（シリコ
ン）イオン、Ａｒ（アルゴン）イオンまたは、Ｈ（水
素）を用いることを特徴とする請求項１記載の半導体装
置の製造方法。
【請求項７】前記側壁をマスクとして不純物のイオン注
入を行う工程において、不純物イオンをＢ（ボロン）イ
オンまたは、ＢＦ２を用いることを特徴とする請求項１
記載の半導体装置の製造方法。