JPS593948A - Ｍｏｓ製造技術におけるフイ−ルドオキサイドを製造するための方法 - 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】 本発明はフィールドオキサイド（ｆｉｅｌｄ　ｏｘｉｄ
ｅ）の成長中所謂バードピーキング（ｂｉｒｄ　ｂｅａ
ｋｉｎｇ）を減少腰且つデバイスの密度及び保全性を改
良するため標準ＭＯ３型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ
）製造方法に対する変更に関する。

ＭＯ８集積回路の製造において、製法の初期のステップ
は個々の電界効果トランジスタが形成されるべきである
シリコンチップ内の位１６開にフィールドオキサイドの
厚い領域を作ることである。

６フイールドオキサイドはトランジスタを他のものから
隔離するのに役立つ。トランジスタはこれ等がチップ上
に堆積される伝導ライン（ｃｏｎｄｕｃｔ　ｉｎｇｌｉ
ｎｅ）により完全に形成された後選択的に相互に接続さ
れる。

フィールドオキサイドを製造するための標準順位はエッ
チストップ（ｅｔｃｌ＋　５ｔｏｐ）として作用し、そ
してまた基板及び次に形成されるニトリド（ｎｉｌ、−
ｒｉｄｅ）層に熱的に適合するため基板表面にオキサイ
ドの薄い層を形成することである。それからニトリド層
は選択的にエツチングされて、フィールドオキサイドが
成長されるべきである領域を露出する。チップは完成し
た集積回路に要求される表面輪郭に応じてオキサイド領
域を介して又はシリコン基板内へのいくつかの道を介し
てエツチングすることができる。フィールドオキサイド
は熱酸化（Ｌｈｅｒｍａｌ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）技法
を用いて成長される。

理想的には、フィールドオキサイドの成長はニトリドマ
スキング（ｎｉｔｒｉｄｅ　ｍａｓｋｉｎｇ）層により
カバーされないこれ等の領域に限定される。しかし乍ら
、いくらかの酸素及び酸化種（ｏｘｉｃｌｉｚｉｎｇｓ
ｐｅｃｉ−ｅｓ）はニトリドマスキング層の下のエッチ
ストップ／サマールマツチ（ｅｔｃｌ＋　５ｔｏｐ／ｌ
ｈｅｒｍａｌ　＋ｎａＬｃｂ）オキサイド層に沿って通
過することができ、そして下方にあるシリコンと反応す
ることができる。

この結果、露出された領域においてフィールドオキサイ
ドの成長が行なわれるとき、ニトリドマスキング層の縁
の下方に好ましくないオキサイドの成長がある。フィー
ルドオキサイドの縁の輪郭はこの結果バードビーク（ｂ
ｉｒｃｌ　ｂｅａｋ）の形状となり、そしてＭＯ３製造
技術のこの好ましくない現象はバードピーキング（ｂｉ
ｒｄ　ｂｅａｋｉｎＨ）として知られるよ、うになった
。

バードピーキングの有害な特性は３重となる。

第１に、分離フィールドオキサイドとして作用するチッ
プのその部分と電界効果トランジスタを製造する′−た
め処理加工できるチップのその部分との間の距離が比較
的広く、厚さ０．８μｍのフィールドオキサイドに対し
て１μＩｌｌ程度であるから分解能が減少する。第２に
、電界効果トランジスタのソース及びドレインを製造す
る際、ｎ型基板内へのｐ型の植え込み（ｉｍｐｌａｎｔ
ａｔｉｏｎ）（又はこの反対）は各々のソース又はドレ
インの位置で行なわれる。

この植え込みターデッドがオキサイドのバードビーク緑
と重なり合う場合、この植え込みは基板への、浸透を妨
げられそして植え込み領域は比較的小さい。次に、道（
ｖｉａ）が金属接点の堆積のための植え込まれた領域に
対してエツチングされるとき、若しも接、α道’（ｃｏ
ｎｔａｃｔ　ｖｉａ）がバードビークに重なれば、その
接点は基板に対して電気的に短絡する。通常、これは道
をフィールドオキサイド縁から離して位置づけすること
により避けられる。これは達成し得る記録密度を減少す
る。第３に、バードビークにおける植え込み浸透（ｉｍ
ｐｌａｎｔ　ｐｅｎｅｔ−ｒｌｌｉｏｎ）の防止はトラ
ンジスタしきい電圧における好ましくない変化及びトラ
ンンスタの縁に鉛って電流のクラウディング効果（ｃｒ
ｏｕ＋ｄｉｎＨｅｌＴｅｃｔ）を生ずることがある。

バードピーキングを減少する試みにおいて、ニトリドマ
スクの代りにポリシリコン（ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏ口）
を使用することが知られており、いくらかの酸素及びエ
ッチストップ／サーマルマツチオキサイド層に沿って浸
透する現在の種（ｓｐｅｃｉｅｓ）はそのときシリコン
の代用物としてポリシリコン内へ沈下する傾向がある。

ポリシリコンはシリコンニトリドよりもより容易に酸素
と反応する。バードピーキングを減少する他の方法は１
ｏｏＡよりも少い非常に薄いオキサイに層のみを形成す
ることであった。しかし乍ら、薄いオキサイド層はエッ
チストップ（ｅｔｃｈ　５Ｌｏｐ）と同様な作用をせず
、従ってあば、だのある基板表面を残し、そしてデバイ
ス性能を滅しる。

本発明によれば、ＭＯ８集積回路の製造のための工程に
おいて、フィールドオキサイｒは、下方にある基板への
酸素及び酸化種の浸透を抑制する傾向のある材料層をシ
リコン基板の表面上に形成し、オキサイド層を抑制層上
に亘り形成し、ニトリド層をオキサイド層上に亘り形成
し、マスクを規定するためニトリド層の選択した領域・
を除去し、前記オキサイド層、前記抑制層及びマスクに
より露出される領域におけるシリコン基板の少くとも１
部を除去し、そして前記領域においてフィールドオキサ
イドを成長するステップによって製造される。

抑制層は低圧力化学蒸着によって直接シリコン基板上に
作られたニトリド・ベースの層であることができる。′
あるいはまた、エッチストップ／サーマルマツチオキサ
イドは亜酸化窒素、アンモニア、窒素、−酸化窒素及び
二酸化窒素の如き窒素を含むガス内で高温焼鈍により変
更される。

フィールドオキサイドの成長につづいて、ニトリドマス
ク及びその上の抑制層はデートオキサイドの成長に先立
って除去することができる。ニトリドであれば、抑制層
は最初に層を酸化することにより除去することかで外、
それから形成されたオキサイドを除去する。

標準的なＭＯ５製造技術はフィールド酸化の前に墨〕型
みぞ（…ｅｌｆ）又は１１型みぞに導入するためのドラ
イブ・イン（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）拡散を含む。ドライブ
・イン拡散ステップ及びシリコン表面上に窒化された層
を作るためオキサイドを熱的に焼鈍するステップは同し
装置で連続的に行なうことができるが、唯一の必要要件
はガス組成、流量及び温度を変化することである。

本発明の実施態様を添付図面を参照して、実施例により
説明する。

従来技術の１（ａ）乃至１（ｄ）を詳細に参照すると、
シリコンオキサイド１０の４ｏｏＡ層がシリコン基板１
２上に成長されており、次にシリコンニトリド１４の１
２００Ａが続いている（第１（ａ）図）。

ニトリド層１４がフォトデフアインされ（ｐｈｏｔｏｄ
ｅ−ｆｉｎｅ）そして選択された領域（第”１（ｂ）図
）が光学的に下にあるオキサイド１０及びシリコン基板
の１部と一緒にエツチングにより除かれる。エツチング
される領域において、チップを１８０分間、１０５０℃
の湿り酸素雰囲気にさらすことによって厚さ９０　（’
）　ＯＡのフィールドオキサイドが成長さ五る（第１（
ｃ）図）。シリコンは酸素ガス又は酸化種（ｏｘｉｄｉ
ｚｉｎｇ　５ｐｅｃｉｅｓ）にさらされている基板のこ
れ等の表面において消費される。明らかに、最初Ｊ、：
露出された表面Ｊ８においてかなりの成長があるが酸素
はまたニトリドマスクの下方にあるオキサイド層１０に
沿っていくらかの距離浸透する。

オキサイド層内に存在する酸化種の確実性（ｐｒｏｌ〕
ａ−ｂｉｌｉｔｙ）はオ・キサイド層に沿う距離に逆比
例し、そしてニトリド緑下方のシリコンオキサイドの厚
さは消費されたシリコンの量によって変化スルノで、マ
スク下方で成長した望ましくないオキサイドの形感物２
２は第１（ｃ）図に示された形状となる。この形状のた
め、ニトリドマスクの縁の下方の成長現象は一般にバー
ドピーキングと１」テば゛れる。

前述の如く厚いフィールドオキサイド領域とＦＥＴ（電
界効果トランジスタ）デバイスの位置を示している比較
的薄いオキサイド１０との開のバードピーキング形成物
２２はそれが可能な記録密度を減少し、且つまたデバイ
ス接点と基板との間に電気的短絡を生ずることがある。

第１（ａ）図の特徴に対応する特徴が同一の番号で示さ
れている第２（ａ）図を参照すると、シリコン基板１２
及びサブニトリドオキサイド（ｓｕｂ−ｎｉＬ−ｒｉｄ
ｅ　ｏｘｉｄｅ）と相互に隣接する第２の、比較的薄い
ニトリド又は二）　ＩＪド・ベースの層２４の形成物が
本発明により提案されている（第２（ａ）図）。

層２４は最初に低圧化学蒸着法（ＬＰＧＶＤ）において
、シリコン基板の直接頂部上に堆積され、次いでオキサ
イド層が低圧化学蒸着される。しかし乍、ら、より好ま
しい製造方法においては、ニトリド・ベースの層２４は
亜酸化窒素（Ｎ２０）の如き窒素ガスを含む雰囲気内で
チップを焼鈍することによりサブ・ニトリドオキサイド
層１０を形成後製造される。シリコン基板１２　＋−に
２０Ｘ乃至２（）ＯＡ程度の不動態化（ｐａｓｓｉｖａ
Ｌｉｎｓ）　したニトリド・ベースの層を作るため、正
しい位置に４０ＯＡの熱サブ・ニトリドオキサイドを有
するチップが４時間１１００℃で亜酸化窒素内で焼鈍さ
れる。

この焼鈍ステップはサブ・ニトリドオキサイド層１０が
その中で作られると同じ７アーネスチユーブ内で行なう
ことができる。時間、温度、及びチュこブ内のガスの組
成はニトリド・ベースの層の特性を最適化するように選
択される。窒素を含むガスの反応はオキサイド１０を部
分的に窒化することであり、そして次にフィールドオキ
サイド領域が成長するとき酸化種の分散を抑制するシリ
コンオキシニトリド（ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）の層を作
ることである。窒化の主たる領域はオキサイド１０とシ
リコン基板１２との間のインターフェースにおいて生ず
るが、これは熱処理に使用されるガス又は〃ス混合物に
依存する。本質的ではないが、オキサイドとシリコン基
板との開のインターフェースのみ窒化し、そして変換さ
れないオキサイドの大部分を残すのが好ましい。この利
点の１つは、オキサイド１０が次の標準エツチング方法
を用いて容易に剥離できることである。一旦焼鈍ステッ
プがニトリド１４が堆積される。層２４及び１０は低圧
化学蒸着され、それからすべての３つの層２４．１０及
び２４は同じ７ア一ネスチユーブ操作で連続的に都合よ
く堆積することができる。

標準印刷技法を用いて、レジストパターンがニトリド層
１４上に亘り作られ、そしてフィールドオキサイドがそ
こで成長されるべきニトリドの露出領域は反応（ｒｅａ
ｃｔｉｖｅ）イオンエツチングを用いて除去される。次
にこれ等の露出した領域において、サブ・ニトリドオキ
サイド１０、下方の窒化、された層２４及びシリコン基
板１２の部分が同じエツチング装置を用いて、しかし除
去される特定の層によって適切な反応及び非反応イオン
エツチング条件を用いてエッグングされる（第２（ｂ）
図及び第２（ｃ）図）。それからフィールドオキサイド
１６の９０００　Ａ層がチップを酸素の雰囲気及び約３
時間、１０７５℃の温度にさらすことによって露出され
た領域に成長される（第２（ｄ）図）。

第１（ｃ）図に示されている如く、ニトリド層１４の縁
におけるフィールドオキサイド領域１６は第２（ｄ）図
に示されたものと形状において全く異なっている。特に
、ニトリド層１４の下にバートビＴキングの進入がない
。酸素抑制ニトリドベースの層２４の小部分が下方にあ
る基板に沿って酸化種によって消費されるので、ニトリ
ドマスクの外方末端の下方のフィールドオキサイドに小
さなこぶ２６があ゛る。しかし乍ら、フィールドオキサ
イドの境界２８は実質的に垂直であり、そして前記進入
は最小である。

次にチップはホトレジスト層を除去し、ニトリドマスキ
ング層１６の表面に形ｆ＆されるすべてのオキサイド３
０をエツチングして除き、ニトリドマスク自身をエツチ
ングし、そしてニトリド・べ−入の抑制層を残すためサ
ブ・ニトリドオキサイド１０をエツチングすることによ
り、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のソース、ドレイ
ン、デート及びデートオキサイ１この形成の準備のでト
た第２（ｅ）図に示された状態に処理加工される。それ
から抑制層２４は酸化され、そして基板１２に対して再
びエツチングされ、清潔な基板表面を形成して、その」
＝（こデートオキサイドを成長することがでｂる。これ
等の後者の屑除去ステップにおいては、反応イオン（ｒ
ｅａｃｔｉｖｅ　１ｏｎ）エツチング及びウェット（ｕ
ｒｅａ）エツチングが使用される。フィールドオキサイ
ド領域１６は非常に厚いので、これは実際に多重エツチ
ング及び酸化ステップｔこよＩ）影響されない。

すべてのエツチングステップにおいて、反応イオンエツ
チングはその代りにプラズマエツチングにより代用する
ことができ、反応イオンエツチング又はプラズマエツチ
ングにおける雰囲気は各々組成の選択に依存しており；
例えばニトリド・ベースの層はＣＦ４及び酸素の雰囲気
内でエツチングすることができ、これに対してオキサイ
ドはＣＦ４のみの中でエツチングすることができる。

実際に、エツチングステップのいくつかはウェットエツ
チング法により行なうことかできるが、相互に両立でき
る処理ステップを使用することはチップを処理加工する
のに好都合である。

、本発明は酸素がニトリドマスクの下方のシリコン基板
内に進入するのを抑制するため二）　ＩＪド・ペースの
層に関して記述したけれども、理論的には、任意の抑制
層が相互に隣接する基板及びエッチストップ／サーマル
マツチ（ｅｔｃｌ＋　５ｔｏｐ／　ＬｈｅｒＩｌｌａ−
ｌ　ｍａｔｃｌ＋）オキサイドに使用することができる
。

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｒ　ｔｈｅ　Ｅ　１ｅｃｔｒｏｎｉ
ｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙの第１２９版ＩＩｔＪ１号、第
１８４頁に”、ＥＪＴｅｃＬ　ｏｆ　Ｔｌ＋ｅ−ｍａｌ
ｌｙ　　Ｎ１ｔｒｉｄｅｄ　５ｉＯ２（Ｎｉｔｒｏｘｉ
ｄｅ）ｏｎ　　ＭＯ３ｃｂａｒａｃｔｅｒｉｓＬｉｃｓ
”と題する刊行物の中でイトウ（■ｔｏ）等はデバイス
デートオキサイドの熱窒化（Ｌｌ＋ｅ４−ｍａｌ　ｎ１
ｔｒｉｄａｔｉｏｎ）により製造された薄いオキシニト
リド（ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）デートの形成を提案した
ことも恐らく述べておかなければならない。イトウ等は
高いフィールド安定性、低い表面状態密度、及び強力な
汚染バリヤの改良された特性を有するデートオキサイド
を製造することに関係した。

関連する刊行物では、窒化の程度はデートオキサイドが
シリコン基板とインターフェースする部分よりもオキサ
イドの外面においでより多くなければならないというこ
とが最適条件として明記している；即ちＪｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　ｔｈｅ　ＥｌｅｃＬｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏ
ｃｉｅｔｙ、　第１２７版、第９号、第２０５３頁の”
Ｄｉｒｅｃｔ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｎ１ｔｒｉｄａＬｉｏ
ｎ　ｏｆ　５ｉｌｉｃｏｎＤｉｏｘｉｄｅ　Ｆｉｌｍ　
ｉｎ　Ａｎｌ＋ｙｄｒｏｕｓ　Ａｍｍｏｎｉａ　Ｇａｓ
”である。本発明の場合には、ニトリドはシリコン基板
とオキサイド層のインターフェースにおし１て最適に提
供される。また、本願に関するオキサイド層はデートオ
キサイドではなく、実際には、製造中、エッチストップ
及びサーマルマツチング層として作用する消耗的なオキ
サイドである。

【図面の簡単な説明】

従来技術を示す第１（ａ）図乃至第１（ｄ）図はＭＯＳ
デバイスのフィールドサイド領域の成長における連続段
階中のシリコンチップの部分の断面図を示している。 第２（ａ）図乃至第２（ｅ）図は本発明に従う方法によ
るＭＯＳフィールドオキサイド領域の成長における連続
段階を示しているシリコンチップの部分の部分断面図で
ある。 １０・・・シリコンオキサイド １２・・・シリコン基板 １４・・・シリコンニトリド １６・・・フィールドオキサイド ２２・・・バードピーキング形成物 ２４・・・抑制層 ＦＩＧ、　ｔ。 ＦＩＧ、　１ｂ ＦＩＧ、Ｉｃ ＦＩＧ、　１ｄ ＦＩＧ。 ＦＩＧ、　２ａ ＦＩＧ、　２ｂ ＦＩＧ、　２ｃ ＦＩＧ、　２ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　、　　Ｍ　ＯＳ集積回路の製造のための方法におい
   て、下にある基板に灯して酸素及び酸化種の浸透を抑制
   する傾向のある材料の層をシリコン基板の表面上に形成
   し、該抑制層−トに亘すオキサイト層を形成し、該オキ
   サイド層上に亘りシリコンニトリドの層を形成し、マス
   クを規定するため該ニトリド層の選択された領域を除去
   し、該マスクにより露出された領域において該オキサイ
   ド層及び該抑制層を除去し、そして該領域にフィールド
   オキサイドを成長するステップを含むことを特徴とする
   フィールドオキサイ）・を製造するための方法。 ２、　更（こし露出した領域において該／リコン基板の
   １部を除去することを含む特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ３、　形成された該抑制層が厚さ３０Ａ　７＋７至２ｆ
   ）　（’ｌ　Ａ程度である特許請求の範囲第１項記赦の
   方法。 ４、　該抑制層が該オキサイド層を形成するｉＩｊに低
   圧力化学蒸着ステップにおいて直接該ンリコン基板ｌニ
   へ堆積される特Ｒ’＋請求の範囲第１項記戦の方法。 ５、　詠オキサイド層か１９さｌ　（ｌ　ｆ）　Ａから
   ６０（）Ａである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６、　該ニトリドが厚さ８００Ａから２５　ｆ）＋１Ａ
   である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７、　該抑制層か該オキサイド層の形成後、窒素を含む
   雰囲気内て・該ンリフンチツプを熱的に焼鈍することに
   よＩ）製造される特許請求の範囲第１項記赦の方法。 ８、　該フィールドオキサイドの成長に続いて、詠ニト
   リＬ層の残りの領域、１該ニトリドの１この詠オキサイ
   ド層の残「）の領域及び該抑制層の残ｌ）の領域か除去
   される特許請求の範囲第１項記載のノー法。 ９．該層の除去がエツチングにより行なわれる特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 １０、該層の除去が反応イオンエツチングによる特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 １１、該抑制層が除去の前に酸化される特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 １２、該抑制層がニトリド層である特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 １３、該抑制層がシリコンオキシニトリドである特許請
   求の範囲第１項記載の方法。