JPS5898943A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS5898943A
JPS5898943A JP56197848A JP19784881A JPS5898943A JP S5898943 A JPS5898943 A JP S5898943A JP 56197848 A JP56197848 A JP 56197848A JP 19784881 A JP19784881 A JP 19784881A JP S5898943 A JPS5898943 A JP S5898943A
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photoresist
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Toshiyuki Ishijima
石嶋 俊之
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NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
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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、特に複数の半導
体素子を集積形成した集積回路の系子関分離方法に関す
る。
従来、集積回路の素子間分離法にはPh接合分離や誘電
体分離などがあるが、いずれの方法でも分離に要する面
積が集積M友に大きくfk/411するので、分離に喪
する面積を小さくする試みが多くなされている。
第1図は従来の素子分離層の一例の断面図であるO シリコン基板11にチャンネルストッパ領域17を設け
、表面に薄い二酸化珪素8112、窒化珪素膜13を設
けた後、熱酸化して8108分離層18を選択形成する
。この方法で形成したsio、分離層18の端部は窒化
珪素膜13の端部を持上げ、鳥のくちばし状になって素
子領域へ侵入してくる。
この侵入分だけ分離に要する面積が大きくなるので集積
密度を低下させるという欠点がおる。
第2図+a)〜(c)は従来の素子分離層の形成方法の
一例を説明する丸めの工程断面図である。
まず、第2図((転)に示すように、シリコン基板21
0上に選択的に窒化珪素膜23を形成した後、ホトレジ
スト24を形成する。
次に、第2図(b)に示すように、ホトレジスト24を
耐エツチングマスクとし、反応性スパッタエツチング等
を用いて窒化珪素膜23およびシリコン基板21をエツ
チングして、溝25を形成する。
次に1第2図(CJに示すように、素子領域を覆つ九鼠
化珪素膜23′を耐酸化マスクとして熱酸化を行ない、
溝部25および非素子領域に二酸化珪素J[28を形成
して素子分離を形成する。
しかしながら、この方法による素子分離は、溝部を熱酸
化膜により完全に埋めてしまうということから、素子分
離幅は必ずiスク寸法の倍にな夛、又溝幅に対して成長
する二酸化珪素膜の膜厚の制御性が難しいという欠点が
ある。例えは溝幅に対して薄く二酸化珪素膜を形成した
時、溝部に形成した二酸化珪素膜は完全に擲を埋めず牌
の中央部に二酸化珪素膜の溝が出来る。この二酸化珪素
膜の溝を残したtま、通常の製造方法でnチャンネルシ
リコンゲートMOB型トツンジスタを形成した場合、ポ
リシリコンゲートを形成する丸めにクエハー表面にポリ
シリコンを形成すると、二酸化珪素膜による溝部にポリ
シリコンが埋まってしまう。そして通常のポリシリコン
ゲート加工のエツチングでは、この溝部に埋まったポリ
シリコンを除去することは難しい。このようなポリシリ
コンが溝部に埋まりたままの状態では、#I#部を横切
って並行に走っているポリシリコン間でリークの起こる
原因となシやすい。一方、溝部に厚い二酸化珪素膜を形
成して、溝部を完全に二酸化珪素膜で埋めた場合、二酸
化珪素膜O体積膨張によシ溝部周囲のシリコン基板に応
力がかかり、この結果欠陥が生じ素子間のリーク電流が
増加する。このようなことから溝部に形成する二酸化珪
素膜は、溝幅に対して精度をもって形成される必要があ
るがこの#1幅の制御性は難しい。っまシ、溝幅はホト
レジス)Kよるパターニングや、次のエッチング工程罠
よ)ある程度のばらつきをもつからである。
さらに、溝部に二酸化珪素膜を完全に埋めた場合でも溝
の底部において形成される二酸化珪素膜の体積膨張の結
果、シリコン基板に応力を与えることは避けきれない。
そして特に溝の底部の角における応力は大きくなる。こ
のような応力によって生じた欠陥は、素子の信頼性にお
いて大きな問題となる。
第3図(a)〜G)は従来の素子分離層の形成方法の他
の例を説明するための工程断拘図である。
まず、第3図<a+に示すように、(100)面のシリ
コン基板31上に熱酸化法によシニ緻化珪素展32管形
成し、さらにその上KCVD (Cheml ca I
Vapor Deposltion)法によりg化珪素
膜33を形成する。
次に、第3図(blに示すように、素子領域部をホトレ
ジスト34で覆った後、ホトレジスト34を耐エツチン
グマスクとして、窒化珪素g433および二酸化珪素膜
32をエツチング除去し素子分離領域を篇出させる。
次に、第3図(aに示すように、ホトレジスト34を除
去した後、素子領域部を覆った二酸化珪素膜32および
窒化珪素膜を耐エツチングマスクとして水酸化カリウム
郷の異方性エッチャントで(100)面のシリコン基板
をエツチングしてV字型の溝を形成する。
次に、第3図(dJに示すように、窒化珪素膜34を耐
酸化マスクとして熱酸化を行ない、シリコン基板のv字
型露出表面に二酸化珪素膜36を形成する。
次に、第3図(e)に示すように、CVD法によシウェ
ハー全面に多結晶シリコン38を成長させ、擲を埋める
次に、第3図(flに示すように、電化珪素1x33を
耐エツチングマスクとして多結晶シリコン38をシリコ
ン基板表面までエツチング除去する。
次に、第3図(至)に示すように、窒化珪素膜33を耐
酸化マスクとして無敵化法によ〕前記多結晶シリコン上
に二酸化珪素膜39を形成する。
しかしながら、この従来の素子分離方法は、■字型溝に
埋めたポリシリコン上に厚い酸化膜を形成する必要上か
ら電化珪素膜を耐酸化マスクとして熱酸化を行なってお
シ、このため二酸化珪素膜の素子領域へのしみ込みが大
きくなシ、このしみ込み分をマスク寸法に見込まねばな
らないという欠点を有している。これ拡前述したように
集積密度の向上に対して大きな問題となる。今従来例と
してV字型溝にポリシリコンを埋めたものを上げたが、
U字型溝を用いた同様な素子分離法においても−じ欠点
を有している。
本発明は上記欠点を除去し、素子間分離用のスペースと
マスク寸法からのパターン変換差を非常に小さくしかつ
シリコン基板に応力を与えず平坦で信頼性の高い高集積
化に適した素子間分離層を形成できる半導体装置の製造
方法を提供するものである0 本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン結晶基板表
面に二酸化珪素膜を形成し、その上に窒化珪素膜を形成
する工程と、前記窒化珪1g膜上に素子領域形状を有す
るホトレジストを形成する工程と、前記ホトレジストを
耐エツチングマスクとして前記二酸化珪素膜と窒化珪3
1c膜を選択除去しさらに前記シリコン結晶基板を除去
して溝を形成する工程と、前記窒化珪素膜を耐酸化マス
クとして前記溝部に二酸化珪素膜を形成する工程と、前
記窒化珪素膜を耐イオン注入マスクとして溝部にチャン
ネルストッパとして不純物をイオン注入する工程と、前
記窒化珪素膜上および溝部に多結晶シリコンを成長させ
前記溝部を埋める工程と、素子領域上にある前記窒化珪
素膜を耐エツチングマスクとして前記多結晶シリコンを
シリコン結晶基板表面下までエツチング除去する工程と
、前記窒化珪素膜上および溝部に二酸化珪素膜を形成し
て前記溝部を埋める工程と、ホトレジストにょル前記素
子領域全面を覆う工程と、前記ホトレジストを前記二酸
化珪素膜界面下まで除去する工程と、前記溝部に残留し
ているホトレジストおよび前記素子領域を覆っている窒
化珪素膜を耐エツチングマスクとして前記二酸化珪素膜
をシリコン基板表面までエツチング除去する工程とを含
んで構成される。
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
第4図((転)〜(j)は本発明の一実施例を説明する
ための1根断面図である。
まず、第4図(a) K示すように、P型シリコン基板
41の表面に熱醒化法によシ二酸化珪素膜42を形成し
、その上に窒化珪素膜43を形成し、さらに前記窒化珪
素膜43上に素子領域形状を有するホトレジスト44を
形成する。
次に、第4図(blに示すように、ホトレジスト44を
耐エツチングマスクとして、非素子領域部における窒化
珪素膜43、二酸化珪素膜42、シリコン基板41をエ
ツチングして、深さ1μm以上の深い溝45を形成する
。エツチング方法は、例えば電化珪素膜、二酸化珪素膜
をエツチングする時はCF、を含むガスを用い、シリコ
ン基板をエツチングする場合はCC1,Fを含むガスを
用いた反応性スパッタが適当である。
次に、第4図(C)に示すように、熱酸化法によシ溝4
5の表面に二酸化珪X膜46形成し、次に素子領域表面
を榎っている窒化珪素膜43′を耐イオン注入のマスク
として非素子領域である溝45の底部に例えばホウ累を
注入してチャンネルストッパ領域47を形成する。
次に、第4図(dlに示すように、CVD法により多結
晶シリコン48をウェハー全体に成長させ溝部を完全に
埋める。
次に、第4図(6)に示すように、窒化珪素1!143
’と二酸化珪素#[46を耐エツチングマスクとじて多
結晶シリコン48をシリコン基板表面下までエツチング
除去する。多結晶シリコンのエツチングはシリコン基板
の表面よ)1μm以内で止めるのが適当である。
次に、第4図(flに示すように、プラズマCVD法に
よ)二酸化珪素膜49をクエハー表面全体に成長させる
。仁の時の二酸化珪素膜の厚さは溝における二酸化珪素
膜の界面がシリコン基板の表面付近にくるように設定す
る。
次に、第4図(1)に示すように、クエハー表面全体に
ホトレジスト50を形成する。
次に、第4図(h)に示すように、ホトレジスト5゜を
エツチングしてゆき、溝部の上にだけホトレジス)50
’を残す。ホトレジストのエツチング方法は、例えば敵
素を用いたプラズマエッチ又反応性スパッタエッチが適
当である。
次に、第4図(1)に示すように、ホトレジスト50′
および電化珪素膜43′を耐エツチングマスクとして素
子領域上にある二酸化珪素膜をシリコン基板表面までエ
ツチング除去する。
次に、第4図N)に示すように、ホトレジスト5σ窒化
珪素$43’および二酸化珪素膜をそれぞれ除去し、素
子分離層を完成させる。
次に、本発明を適用した絶縁ゲート電界効果トランジス
タの製造方法について説明する。
第5図(1)〜(C)は本発明を適用し九絶縁ゲート電
界効果トランジスタの製造方法を説明するための工程断
面図である。使用する半導体基板には第4図(j)に示
す素子分離層が既に形成されているものとする。
まず、第5図((転)に示すように、熱酸化法によシゲ
ート酸化膜51を素子領域に形成し九彼、ポリシリコン
からなるゲート電極52を形成する。
次に、第5図(粉に示すように、ゲート電極52を耐イ
オン注入のマスクとして砒素または燐をイオン注入し、
ソース・ドレイン領域53.53’を形成する。
次に、第5図(C)に示すように、熱酸化法によルゲー
ト電極の周〕に二酸化珪素jl154を形成し、さらに
CVD法によシ二酸化珪累膜55形成しこれに導通孔を
あけ、次にアルミニウムなどからなる導体配線56を形
成する。これにより本発明を適用した絶縁ゲート電界効
果トランジスタが得られる〇 上記本発明の適用例11nチヤンネル絶縁ゲート電界効
果トランジスタの場合であるが、本発明祉相補型電界効
果トランジスタおよびパイボー2トランジスタの素子分
離に適用できることはI!r5までもない。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、素子間分
離用のスペースを小さくしかつマスク寸法からのパター
ン変換差も非常に小さく抑えられさらにシリコン基板に
応用を与えず平坦で信頼性の高い高集積化に適した半導
体装置が容易に得られる0
【図面の簡単な説明】
第1囚は従来の素子分離層の一例の断面図、第2図(a
)〜(C)1−i:従来の素子分離層の形成方法の一例
を説明するための工程断面図、第3図(a)〜蓼)は従
来の素子分離層の形成方法の他の例を説明するための工
程断面図、第4図((転)〜(J)は本発明の一実施例
を説明するための工程断面図、#!5図((転)〜(C
Jは本発明を適用した絶縁ゲート電界効果トランジスタ
の製造方法を説明する丸めの工程断面図である。 11.21.31.41・・・・・・シリコン基板、1
2.32゜42・・・・・・二酸化珪素膜、23 、2
3’、 33 、43 、43’・・・・・・電化珪素
膜、24.34.44・・・・・・ホトレジスト、25
.35.45・・・・・・溝部、36.46・・・・・
・二酸化珪素膜、17.47・・・・・・チャンネルス
トッパ領域、18゜28・・・・・・S1偽分離層、3
8 、38’、 48 、48’・・・・・・多結晶シ
リコン、39.49.49’・・・・・・二酸化珪素膜
、50.50’・・・・・・ホトレジスト、51・・・
・・・ゲート酸化膜、52・・・・・・ゲート電極、5
3.53’・・・・・・ソース・ドレイン領域、54・
・・・・・二酸化珪素膜、55・・・・・・CVD法に
よる二酸化珪素膜、56・・・・・・導体配線。 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. シリコン結晶基板表面に二酸化珪素膜を形成し、その上
    に電化珪素膜を形成する工程と、前記電化珪Xg上に素
    子領域形状を有するホトレジストを形成する工程と、前
    記ホトレジストを耐エツチングマスクとして前記二酸化
    珪素膜と電化珪素膜を選択除去しさらに前記シリコン結
    晶基板を除去して陶を形成する工程と、前記電化珪素膜
    を耐酸化マスクとして前記溝部に二酸化珪素膜を形成す
    る工程と、前記電化珪素膜を耐イオン注入マスクとして
    溝部にチャンネルストッパとして不純物をイオン注入す
    る工程と、前記電化珪素膜上および溝部に多結晶シリコ
    ンを成長させ前記溝部を埋める工程と、素子領域上にあ
    る前記輩化珪素膜を耐エツチングマスクとして前記多結
    晶シリコンをシリコン結晶基板表面下までエツチング除
    去する工程と、前記輩化珪素膜上および溝部に二酸化珪
    素膜を形成し前記溝部を埋める工程と、ホトレジストに
    よシ素子全面を被う工程と、前記ホトレジストを前記二
    酸化珪素膜界面下まで除去する工程と、前記溝部に残留
    しているホトレジストおよび前記素子領域を被っている
    電化珪素膜を耐エツチングマスクとして前記二酸化珪素
    膜をシリコン基板表面までエツチング除去する工程とを
    含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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