JPS5856437A - 半導体装置の製造方法 - 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】 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に素子分離領
域の形成工程を改良した半導体装置の製造方法に関する
。

半導体集積回路は容量の増大、機能の多様化によシ増々
大規模化する傾向にあシ、これに伴なって素子の微細化
は３μｍ、２μｍついにはすシミクロンの寸法にすると
とが要求されている。

ところで、上述の微細化に不可欠な技術として素子間を
誘電体に゛よシ分離する技術があシ、その一つとして従
来から選択酸化技術が行なわれている。しかして２、選
択酸化技術にょるｎｐｎパイ／−２里集積回路の製造す
る方法を第１図（、）〜（、）を参照して以下に説明す
る。

（１）　　ｔず、ｐ型シリコン基板１の主面にｎ＋埋込
み層２・・・を選択的に形成し、エピタキシャル法によ
［ｎ型エピタキシャル半導体層３を成長させた後、エピ
タキシャル半導体層３表面に熱酸化によシ下地。酸化膜
４を成長させ、更にシリコン窒化膜５を増稠する。つづ
いて、これら膜５．４の素子分離領域の形成予定部に開
孔窓６を写真蝕刻法によシ選択的に形成する（第１図（
ａ）図示）１、 （２）　　次いで、シリコン窒化膜５及び下地酸化膜４
をマスクとして露出した！Ｉｍエピタキシャル半導体層
３を選択的にエッチｙダ除去して溝部７を形成した後、
同シリコン窒化膜５及び下地酸化膜４をマスクとしてゾ
ロンをイオン注入し溝部１底部のｎ型エピタ中シャル半
導体層３付近に？ロンイオ、ン注入層８を形成した（第
１図（ｂ）図示）。

（３）次いで、シリコン鼠化膜５を耐酸化性マスクとし
て高温ウェット雰囲気中で熱酸化処理し、溝部１部分を
選択酸化して酸化膜分離層９を形成した。この時、第１
図（ｃ）に示す如＜、Ｓロンイオン注入層８が拡散して
同分離層９底部にｒ型反転防止層１０が形成された。つ
づいて、シリコン窒化膜５及び下地酸化膜４を除去した
後、図示しな−が常法に従って酸化膜分離層９で分離さ
れた島状の１屋工ピタキシヤル半導体層３にｐ型のベー
ス領域を形成し、更に同ペース領域内に？型工ず、夕領
域、エピタキシャル層３に？型コレクタ取出し領域を形
成してｎｐｎバイポーラ集積回路を製造する。

しかしながら、上述した選択酸化法にあっては、高温酸
化を長時間行なう必要から、シリコン窒化膜６下に設け
られた窒化膜に起因するオキシナイトライドの生成防止
を目的とする下地酸化Ｍ４を介して横方向に酸化が進行
する、ｉわゆるサイド酸化が起こシ、第１図（Ｃ）に示
す如くバードビーク１１やバードヘッド１２を生じる。

バードビーク１１の発生は島状の素子領域の縮小化につ
ながるばかシか、同素子領域のパターン変換誤差が大き
く、なった〕、写真蝕刻法による開口窓のノ々ターン精
度の悪化、微細な開口窓の形成困難等を一招いたシする
。前記・櫂−ドヘッドの発生は、ｎ型工ｆタキシャル半
導体層３表面の１段差となシ、配線の断切れにつながる
欠点がある。また、溝部１の側面が深さ方向と分の２倍
の幅となシ、１前述のパードーーりに加えて更に集積度
低下を招く。更に素子特性にも著し埴悪影響を及ぼす。

例えば、シリコン雪化ｗＸ５を耐酸化性マスクとして高
温酸素雰囲気中で熱酸化処理すると、シリ″：１ｙ窒化
膜５とエピタキシャル半導体層Ｓ等とのストレ不発生、
熱酸化中でのｎ型エピタキシャル半導体層３等への熱歪
による０−８−Ｆ　（０ｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｉｎｄｕｅ
＠ｄＳｔａｅｋｌｎｇ　Ｆａｕｌｔｓ　）等の結晶欠陥
が分離層９．周囲のｎ型エピタキシャル半導体層３等に
発生し、素子特性を著しく劣化させる。

そこで、上記問題を改善する方法として、たとえばＩＢ
Ｍ　Ｔ＠ｅｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒ＠Ｂｕｌ
ｌｅｔｉｎ　Ｍｏ１．２２　Ａ７　、Ｄｅｃ＠ｄ＊ｒ　
１９．７９７が提案されている。この方法を第２図＜＆
）〜（ｄ）　を参照して説明する。

まずｐ型シリコン基板１にｎ＋！込み層２ｔ−形成後、
その上Ｋｎ型エピタキシャル半導体層３を成長させ、表
面に約１００Ｘ程度の下地酸化ａ４を形成する。その後
約１０００１程度の第１シ、リコン窒化膜５ｔ−堆積後
、所望のシリコン窒化膜と下地酸化膜′を開口し、表面
に露出したｍＷエピタキシャル半導体層を工オチンクス
ルことによって、溝部１と、シリコン窒化膜５のひさ、
し構造管形成する〔第２図（ａ）図示〕。次に熱酸化処
理を施し、該溝部１周囲に酸化膜１３を約１００Ｘ程度
形成する。しかる後、再度全体に第２シリコン窒化膜１
４を堆積させた後、前記第１シリコン窒化膜５のひさし
をマスクにしてリアクティゾイオンエッチングによって
溝部７底部の第２シリコン窒化膜１４を自己整合的に除
去する、〔第２図（ｂ）図示〕、このように溝部７の側
壁に自己整合的に窒化膜を形成した後、必要に応じてＣ
型不純物イオンを溝部７底部の半導体基板１に打ちこむ
、続いて熱酸化処理を施すことによって溝部１には酸化
膜分離層９′が形成されると共に、ｐ１反転防止層１σ
が上記酸化熱工程によって形成される〔第２図（Ｃ）図
示す〕、その後第１シリコン窒化膜５、第２シリコン窒
化膜１４ならび下地酸化膜４を工。

チング除去する（第２図（ｄ）図示）。

しかして、上記方法では、溝部７の側面にＲＩＫによっ
て耐酸化性絶縁膜である第２シリコン窒化膜１４を自己
整合的に形成することにより、前記溝部７の横方向への
酸化の拡シを少なくできる。つまυ酸化剤は溝部７の底
部の窒化膜開口部から浸入し、溝部２の底部に厚い酸化
膜を形成するとともに、第２シリコン窒化膜１４の酸化
膜１３に沿って酸化剤が浸入するためそこに形成される
酸化膜が、前記第２シリコン窒化腺１４ｙｆｒ押し上げ
、ちょうど溝部１の表面まで酸化膜分離層ｑが形成され
る。このため、ｎ型エピタキシャル半導体層３表面とほ
ぼ平坦で、バード・ピークの小さい酸化膜分離層９′が
形成できる。しかし、かかる方法においては、第２図ｃ
ｂ＞において、シリコン窒化膜１４を溝部１の側面にＲ
，１，１，で自己整合的に形成する際、半導体層３表面
のシリコン窒化膜５も同時にエツチングされてなくなっ
てしまうか、あるいは極薄く残る場合がある。このシリ
コン窒化膜３は、溝部７へ選択的に形成する酸化膜分離
層９′のマスク材であり、膜厚が大きければバード・ピ
ークの小さい酸化膜分離層が形成できる。その反面、前
記シリコン窒化膜５の膜厚を大きくすると、該シリコン
窒化膜５の下のｎ型エピタキシャル半導体層３に結晶欠
陥が起シやずいという相対する現象が生じる。友とえば
分離層の深さがｌ＃１程度の場合、シリコン窒化膜５は
約１０００Ｘ、下地酸化膜４は１００Ｋの膜厚にするこ
とが良いとされている。以上のことから第２図（ｂ）に
おけるシリコン窒化膜５＃−ｉ、溝部７の側面にシリコ
ン窒化膜１４を形成する際、ある−足の膜厚を保たなけ
ればガらない。

しかし、現在のＲＩＥのエツチングレートは、５００１
〜１０００　Ｘ／ｌｉｎで、さらにウエノ１内のばらつ
きが大きくことから、エピタキシャル半導体層３上のシ
リコン窒化１１［ｆｆを均一膜厚で、かつある膜厚内（
例えば１０００Ｘ±１０％）にとどめることは量産的に
は難しい。

本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、
パーｒ・ピークを抑制してノターン変換差の小さい高集
積度化が可能な素子分離層を有す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。

すなわち、本発明は一導電型の半導体層もしくは半導体
基板上に、第１の耐酸化性絶縁膜、非単結晶半導体膜及
び第２の耐酸化性絶縁膜を順次形成する工程と、第２の
耐酸化性絶縁膜と非単結″６半導体膜を少なくとも１箇
所以上開口する工程と、この開口部内側面に露出する非
単結晶半導体膜部分を選択的に熱酸化して酸化膜を形成
する工程と、開口部内側面に形成された酸化膜をマスク
として該開口部から露出する第１の耐酸化性絶縁膜をエ
ツチングして前記三層膜に開口窓全形成する工程と、前
記第２の耐酸化性絶縁膜をマスクとして開口窓から露出
する半導体層もしくは半導体基板をエツチングして溝部
を形成すると共に、該溝部の開口に前記三層膜をひさし
状に延出する工程と、この溝部を含む全面に第３の耐酸
化性絶縁膜を形成する工程と、前記第２の耐酸化性絶縁
膜又は前記開口窓の内側面の一部に形成された酸化膜を
マスクとして前記溝部の底部一部の第３の絶縁膜をエツ
チングして該溝部の底部一部の半導体層もしくは半導体
基板を露出させる工程と、熱酸化処理を施して前記溝部
を酸化体で埋設することによシ、素子分離層を形成する
工程とを具備し次ことを特徴とするものである。

本発明における第１の耐酸化性絶縁膜は選択酸化時に半
導体層もしくは半導体基板が酸化されるのを防止すると
共に、バード・ピークの発生を抑制する役目をする。か
かる第１の耐酸化性絶縁膜としては、例えばシリコン窒
化膜、アルミナ膜等を挙げることができる。

本発明における非単結晶半導体膜は第１の耐酸化性絶縁
膜の保護するために用いられる。また、半導体膜の開口
後の熱酸により該開口内側面に形成する酸化膜は、半導
体層もしくは半導体基板に溝部を形成する際、該非晶質
半導体膜が工、チングされるのを阻止するために用いら
れる。かかる非単結晶半導体膜としては、例えば多結晶
シリコン膜、メロン、燐、砒素等の不純物を含む多結晶
シリコン膜、非晶質シリコン膜、或いはタングステンシ
リサイｒ１モリブデンシリサイドなどの金属シリサイド
膜等を挙げることができる。

本発明における第２の耐酸化性絶縁膜は半導体層もしく
は半導体基板に溝部を形成する際のマスクとして作用す
ると共に、非単結晶半導体膜を保護する役目をする。

次に１本発明をｎｐｎバイプーラ集積回路の製造に適用
した例について第３図（１）〜伽）を参照して説明する
。

実施例 〔１〕まず、ｐｍシリコン基板１０１の主面Ｋｎ＋埋込
み層２０２＠ｈ１０２鵞、１０２．−・・を選択的に形
成し、エピタキシャル成長法によりｎ型のシリ逼ンエビ
タキシャル層１０３を成長させた。つづいて、熱酸化処
理を施してエピタキシャル層１０３表面に例えば厚さ１
００Ｘの下地酸化膜（図示せず）を形成し、更にこの下
地酸化膜上にＣＶＤ法にょシ例えば厚さ１ｏｏｏＸの第
１のシリコン窒化膜１０４、厚さ５００Ｘの多結晶シリ
コン膜１０５及び厚さ２０００〜２５００Ｘの第２のシ
リコン窒化膜１０６を順次堆積した後、第２のシリコン
窒化膜１０６の素子分離層形成予定部をフォトエツチン
グ技術によ〕選択的にエツチングして開口を形成しｆｃ
（第３図（ａ）図示）。

（ｉｉ）次いで、第２のシリコン窒化膜１０ｇをマスク
として開口から露出する多結晶シリコン膜１０５部分を
選択的にエツチング除去して開口部１０７を形成した後
、熱酸化処理した。この時、開口部１０７・・・の内側
面に露出する多結晶シリコン膜１０５部分が酸化されて
例えば幅１５００Ｘの環状の酸化膜１０８・・・が形成
された（第３図伽）図示）、つづいて、第２のシリコン
窒化Ｍ１０６及び酸化膜１０８・・・をマスクとして第
１のシリコン窒化１１１１０４及び下地酸化膜を選択的
に工、チングして前記四層膜に開孔窓１０９・・・を形
成したーこのエツチングに際して第２のシリコン窒化膜
１０６は第１−のシリコン窒化膜１０４の膜厚相当分（
１００ＯＸ程度）エツチングされる。ひきつづき、第２
のシリコン窒化膜１０６及び酸化膜１０８・・・をマス
クとして開孔窓１０Ｙから露出するｎ型シリコンエピタ
キシャル層１０３を選択エツチングして溝部１１０・・
・と、前記四層膜の庇部１１１を形成した（第３図（ｅ
）図示）。

（ｉｉｉ）次いで、熱酸化処理を施して溝部１１０・・
・内側面に・例えば厚さ１００−、ｌの下地酸化膜（図
示せず）を形成した後、庇部１１１をマスクとして溝部
１１０・・・の底部にｐＷ不純物、例えばメロンをイオ
ン注入してｐ型反転防止層１１２・・・を形成した。つ
づ−て、溝部１１０・・・を含む全面に減圧ＣｖＤ法如
よｐ例えば厚さ３００＾のシリコン窒化膜を堆積した（
第３図（ｄ）図示）この時、溝部１１０・・・内側面の
下地酸化膜及び第２のシリコン窒化膜１０６上等に均一
厚の第３のシリコン窒化膜１１３が堆積された。

Ｏ■〕次いで、庇部１１１をマスクにして溝部１１０・
・・底部の第３のシリコン窒化膜１１３及び下地酸化膜
をリアクティプイオンエ、チングして溝部１１０・・・
の内側面化シリコン窒化膜１１３′を残存させると共和
開孔１１４・・・を形成した。この工、チングに際して
オーバーエツチングすることにより、第２のシリコン窒
化膜Ｉθ６が工、チング除去されるが、その下の第１の
シリコン窒化膜１０４は多結晶シリコ７１１１０５及び
酸化膜１０８・・・で覆われているため、膜減りは防止
される（第３図（・）図示）、つづいて、多結晶シリコ
ン膜１０５及び酸化膜１０１１・・・を順次工、チング
除去した（８３図（ｆ）図示ン。

〔■〕次いで、熱酸化処理を施し九、この時、酸化剤は
溝部１１０・・・底部の残存シリコン窒化膜１１３′の
開孔１１４・・・がら侵入し、溝部１１０、　　・・・
底部に厚い酸化膜を形成すると共に、溝部１１０・・・
内側面の下地酸化膜（図示せず）に沿って侵入し、形成
される酸化膜によって残存シリコン窒化膜１１３′が上
方に押し上げら九、溝部１１０・・−の表面まで酸化体
１１５・・・が形成さｎる（第３図（Ｘ）図示）、つづ
いて、ｎ型シリコンエピタキシャル層１０３上の第１の
シリコン窒化膜１０４．酸化体１１５・・・上の残存シ
リコン窒化膜１１３′をエツチング除去し、更にエピタ
キシャル層１０３上の下地酸化膜をエツチング除去して
酸化体１１５・・・で埋設され穴溝部１１０・・・から
なる素子分離層１１６・・・が形成された（第３図（ト
））図示）、その後、図示しないが常法に従って素子分
離層１１６・・・で分離された島状のｎ型シリコンエピ
タキシャル層１０３＊・１０３冨＊　１０Ｊ　１・・・
ＫＰ型のベース領域を形成し、更に同ベース領域内にｔ
型エミッタ領域、エピタキシャル層１０３１．１０３３
＋　１０３　Ｂ・・・にｎ　型コレクタ取出し領域を形
成してｎｐｎバイポーラ集積回路を製造した。

しかして、本発明方法によれば第３図０）に示す如く溝
部１１０・・・内側面にシリコン窒化膜１１３’ｆｆリ
アクテイブイオンエツチングにより自己整合的に残存さ
せる際、多結晶シリコン膜１０５及び環状の酸化膜１０
ｇ−・・がエツチングマスクとなるため、第１のシリコ
ン窒化Ｍ１０４は全く工、チングされない、ちなみに、
同一条件でのりアクティブイオンエツチングの工、チン
グレートはシリコン窒化物よシも多結晶シリコンの方が
４〜６倍遅い、このため、多結晶シリコン膜１０５及び
酸化膜１０　Ｂ　−・を除去することによってｎ型シリ
コンエピタキシャル層１０３上に初期堆積時の膜厚を有
する第１のシリコン窒化膜１０４を残存できる。従って
、熱酸化処理によってバードビーク、バードへ、ドが抑
制されたノ９ターン変換差が小さく、かつｎ型シリコン
エピタキシャル層１．　ＯＪｌとほぼ同レベルの平坦な
素子分離層１１６を備えたｎｐｎバイポーラ集積回路金
得ることができる。

なお本発明方法は上記実施例の如（ｎｐｎバイポーラ集
積回路の製造のみならず、ＩＬ、ＥＣＬなどの他のパイ
ポート集積回路、ＭＯ８集積回路の製造等にも同様に適
用できる。

以上詳述した如（、本発明によれは熱酸化時のバードビ
ークやバードへ、ト９の生成を抑制して一９ターン変換
差の小さい微細か素子分離層を形成でき、ひいては高集
積度の半導体装置を製造できる等顕著な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜＜ｃ）は従来法によるｎｐｎバイポーラ
集積回路の製造における酸化膜分離層の形成工程を示す
断面図、第２図（ａ）〜（ｄ）は従来の改良された方法
によるｎｐｎバイポーラ集積回路の製造における酸化膜
分離層の形成工程を示す断面図、第３図（＆）〜（ｈ）
は本発明の実施例でのｎｐｎバイポーラ集積回路の製造
における素子分離層の形成工程を示す断面図である。 １０１・・・ｐ型シリコン基板、１０２＊、１０２鵞。 Ｊ　０２．−ｎ　　埋込み層、ＪＯＪｅ１０３１　Ｈ１
０３鵞＊１０３ｓ・・・讐ＷシＩＪ：ｙンエビタキシャ
ル層、１０４，１０６．１１３−−シリコン窒化膜、１
０８・・・酸化膜、１１ｏ・・・溝部、１１１−庇部、
１１２・・・ｐ＋型反転防止層５ｌｌＪＩ’・・・残存
シリコン窒化膜、１１１−・酸化体、１１６・・・素子
分離層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）−導電型の半導体層もしくは半導体基板上に、第
   １の耐酸化性絶縁膜、非単結晶半導体膜及び第２の耐酸
   化性絶縁膜を順次形成する工程と、第２の耐酸化性絶縁
   膜と非単結晶半導体膜を少なくとも１箇所以上開口する
   工程と、この開口部内側面に露出する非単結晶半導体膜
   部分を選択的に熱酸化して酸化膜を形成する工程と、開
   口部内側面に形成された酸化膜をマスクとして核間口部
   から露出する第１の耐酸化性絶縁膜をエツチングして前
   記三層膜に開口窓を形成する工程と、前記第２の耐酸化
   性絶縁膜をマスクとして開口窓から露出する半導体層も
   しくは半導体基板をエツチングして溝部を形成すると共
   に、該溝部の開口に前記三層膜をひさし状に延出する工
   程と、この溝部を含む全面に第３の耐酸化性絶縁膜を形
   成する工程と、前記第２の耐酸化性絶縁膜又は前記開口
   窓の内側面の一部に形成された酸化膜をマスクとして前
   記溝部の底部一部の第３の絶縁膜をエツチングして該溝
   部の底部一部の半導体層もしくは半導体基板を露出させ
   る工程と、熱酸化処理を施して前記溝部を酸化体で埋設
   することにより素子分離層を形成す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. （２）非単結晶半導体膜が多結晶シリコン膜、不純物ド
   ーグ多結晶シリコン膜もしくは金属硅化物膜のうちのい
   ずれか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。