JPS594047A - 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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JPS594047A
JPS594047A JP57112942A JP11294282A JPS594047A JP S594047 A JPS594047 A JP S594047A JP 57112942 A JP57112942 A JP 57112942A JP 11294282 A JP11294282 A JP 11294282A JP S594047 A JPS594047 A JP S594047A
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JP
Japan
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etching
film
insulating film
manufacturing
semiconductor device
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Pending
Application number
JP57112942A
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English (en)
Inventor
Akira Kurosawa
黒沢 景
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W10/00—Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
    • H10W10/01—Manufacture or treatment
    • H10W10/011—Manufacture or treatment of isolation regions comprising dielectric materials
    • H10W10/014—Manufacture or treatment of isolation regions comprising dielectric materials using trench refilling with dielectric materials, e.g. shallow trench isolations
    • H10W10/0143—Manufacture or treatment of isolation regions comprising dielectric materials using trench refilling with dielectric materials, e.g. shallow trench isolations comprising concurrently refilling multiple trenches having different shapes or dimensions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W10/00—Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
    • H10W10/10—Isolation regions comprising dielectric materials
    • H10W10/17—Isolation regions comprising dielectric materials formed using trench refilling with dielectric materials, e.g. shallow trench isolations

Landscapes

  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Element Separation (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に係シ、特に、半導体基
板上で、隣接する各素子を゛電気的に絶縁分離するいわ
ゆる素子間分離法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来、半導体集積回路の素子間分離法としては、寄生チ
ャネルの発生と寄生容量の低減をはかるだめ、絶縁膜代
表的にはシリコン酸化膜を素子分離領域(フィールド領
域)に形成する事が行われてきた。上記フィールド領域
へのシリコン酸化膜の形成方法としては、シリコン望化
膜を耐酸化性マスクとして用い1選択的にシリコン基板
を熱酸化して比較的厚い酸化膜を形成する選択酸化法が
良く知られている。しかし選択酸化法は、選択酸化中酸
化膜が耐酸化性マスクの周辺から鳥のくちばし状(バー
ズビーク)にくい込み、2μm以下のフィールド領域の
幅を加工する拳が事実上不可能であるという、微細化に
とって致命的な問題をかかえていた。また、従来の選択
酸化法はシリコン基板を高温で熱酸化するため、選択酸
化中シリコン基板に結晶欠陥が発生したシ、シリコン窒
化物が耐酸化性マスクとして使用したシリコン窒化膜下
のシリコン基板表面に形成されたシして、これらが原因
となって素子特性が低下するという間噴があった。
そこで、シリコン基板を熱酸化しないで、選択的にフィ
ールド領域に酸化膜を配置する方法がいくつか提案され
ておシ、その一つとしてLOPAS法がある。
第1図を用いて、このLOPAS法を説明する。
まず、(^)に示すように、シリコン基板11の素子形
成予定領域をレジストなどのマスク材12でおおい、方
向性を持つイオンエツチングを行う事により、フィール
ド領域のシリコン基Φ 板11を卸るいテーパー角を持たせてエラチンブレ、@
JJ(J、91 .132  )を形成する。
次に、(b)に示すようにスパッター蒸着法によシ表面
全面にシリコン酸化膜14を蒸着する。次に緩衝弗酸液
で30秒程度工、チングすると、上記蒸着したシリコン
酸化膜14は急峻な段差部で平坦部よシはやくエツチン
グされる性質を持つため、(c)に示すような構造にな
る。次にマスク材12をエツチング除去すると、マスク
材12上のス・平ツター酸化膜14もリフトオフされ、
(d)に示すようにフィールド領域がスフ9ツター酸化
膜14で埋め込まれる。
このLOPAS法によれば、分離用の酸化膜を形成する
のにシリコン基板を熱酸化していないため、従来の選択
酸化法において必要な高温長時間の熱工程が不袂となる
たに)、結晶欠陥の発生や素子特性の劣化の四′JjA
を解決する事ができる。
しかしLOPAS法においては、7リコン基板のエツチ
ングをゆるやかな餉斜角をっけて行う事が必袂であシ、
このため第1図(−)に示す溝132のように、フィー
ルド領域の幅が2μm以下になると十分なエツチング深
さを得る事ができなくなる。そのため、結果として分離
用の絶縁膜の厚さが不十分になシ寄生チャネルや寄生容
量の発生の原因となる。十分なエツチング深さを得るた
め、上記シリコン基板のエツチング法として、急峻な段
差を形成できる異方性エツチングを利用すると、この部
分に蒸着したスパッター酸化膜も緩衝弗酸によるエツチ
ング速度がはやくなシ、容易に除去されてしまうので分
離絶縁膜としての1動きをなきなくなる。そのためこの
LOPAS法でも、やはシ従来の選択酸化法と同様、幅
が2μm以下のフィールド領域の加工は事実上困難であ
シ、フィールド領域の微細化に対して大きな間眺を残し
ていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、かかる従来法の欠点に鑑みなされたも
ので、;Q部長時間の酸化熱処理工程を行う事なくしか
も、1μm以下のフィールド領域の微細加工も可能とし
た新しい素子分離技術による半導体装置の製造方法を提
供する事にある。
〔発明のa要〕
本発明においては、まず半導体基板の菓子形成領域をマ
スク材でおおって、はぼ垂直に基板をエツチングし溝を
形成する。次に全面に第1の絶縁膜を堆積し1表面を平
坦化した後、平坦化膜と第1の絶縁膜を等しいエツチン
グ速度で均一にエツチングを行ない少なくとも上記マス
ク材の側面が4出するようにする。次に、第2の絶縁膜
を全面に堆積する。そしてこの第2の絶縁膜をその段差
部でエツチング速度の速いエツチング法でエツチングし
、露出したマスク材を除去することによって、フィール
ド領域に第1、第2の絶縁膜を選択的に、はぼ平坦な状
態で埋込んだ構造を得る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来法のように筒部長時間の酸化熱処
理工程を必要としないのはもちろん、リソグラフィー技
術の限界寸法までフィールド領域を微細化してしかも十
分な膜厚の分離用絶縁膜を形成できる。そのため例えば
1μm以下の分離幅でも前述の寄生チャネルを抑え寄生
容量を低減した十分な分離特性が得られるようになった
。また分離用絶縁膜の少なくとも一部がシリコン基板中
に埋め込まれているため、分離用絶縁膜形成後の半導体
表面は、はぼ平坦になシ、その後のリソグラフィー精度
を向上する事ができる。また本発明においては、累子領
域と接するフィールド領域周辺の絶縁膜厚をわずかに厚
くして、表面の平坦度をそこなわない程度に素子領域よ
シ盛シ上がらせる事ができる。これは、素子特性にとっ
て好ましい結果をもたらす。例えば第2図に示すように
基板21にフィールド絶縁膜22を完全に平坦に埋め込
み、その後ゲート絶縁膜23、ダート電極24を形成し
てMOS トランジスタを形成したとする。図はトラン
ジスタのチャネル幅W方向の断面図であるが、この構造
ではダート絶縁膜23とフィールド絶縁膜22が接する
コーナ一部251 。
25鵞で電界集中が起とシ、この部分で反転しやすくな
る。そのため、第3図に示したように、サゾスレッ7ユ
ホールドカレント特性をみるとコーナ一部251.25
.の反転に起因するキンクAがみられる。
これに対し本発明の方法によりフィールド領域端部の絶
縁膜厚を例えば、0.1μ程度、菓子領域表面上シ盛υ
上がらせれば、第3図に点線で示すようにとのキンク特
性を完全に除去する事ができる。
また本発明において、マスク材を除去して、フィールド
領域に第1および第2の絶縁膜を埋め込んだ後、酸化性
雰囲気中で熱処理をすることが望ましい。これにより、
第1および第2の絶縁膜が緻密化され、同時に基板と接
する界面も一部散化されて或気的な界面特性も改善され
る。
〔発明の実施例〕
本発明の方法を第4図の実施例によって、詳細に説明す
る。第4図(−)に示すように1例えばPQMシリコン
基板4ノを用意してこの基板上り素子形成予定領域に通
常のリソグラフィーを用いて下地StO□膜42とマス
ク材として例えばALpA4sを形成する。
その大、At膜43をマスクとして基板41と同導電型
の不純物例えばピロンを例えば130keVでイオン注
入する。このときボロンイオン注入1@44sはAt膜
43の下にも周辺がら、clぼガウス分布でまわシ込む
形で形成される。次にこのkl膜43をマスクとして、
フィールド領域のシリコン基板を例えば()、5μ、異
方性ドライエツチング技術を用いてほぼ利直にエツチン
グして、(b)に示すように溝45を形成する(第1の
エツチング工程)。このとき、(a45の側壁には、A
t膜43下にまわり込んだイオン注入1*44tが残る
。次に同じマスクを用いて溝45に基板41と同4電型
の不純物例えばボロンをイオン注入してイオン注入層4
4冨を形成する。その後(、)に示すように、第1の絶
縁膜として例えばCVD5IO□膜461を0.7μm
程度堆積した後、このCVD5I02膜の表面をなだら
かにする平坦化膜として例えば、レジスト膜47を塗布
する。レノスト膜は流動性があるので、図に示すように
、表面がなだらかになる。レゾスト膜47の代シにPS
G l:g3などを用いてもよい。次にし、ノスト膜4
7とCvDS102膜46.のエツチング速度がほぼ等
しいエツチング条件で、異方性ドライエツチングを行う
(第2のエツチング工程)。このとき表面のなだらかな
形状が保たれたままエツチングが進行して、CVD51
0□膜46、の表面もなだらかになるから、さらにエツ
チングを進行させて、(d)に示すように、少なくとも
At膜43の11411面が一部露出するまでエツチン
グする。次に、(e)に示すように、全面に第2の絶縁
膜として例えばプラズマ疼囲気で形彫したCVD5I0
2ftg 46 Zを堆積する。その後例えば弗化アン
モニウムのような緩衝弗酸で例えば30秒工、チングす
る。これによ、? (f)に示すようにAt膜43の側
壁に堆積したプラズマCVD5IO□j換462は除去
され、At膜43の側壁が露出される。次にAtJI@
43を例えば硫酸と過酸化水素水が2対1の混液で処理
すると、At膜43はエツチングされ同時にAt膜43
上に堆積していたプラズマCVD5I02 da 46
□も除去される。結果として、(g)に示すようにフィ
ールド領域の溝部は8102膜46で完全に埋め込まれ
る。その後酸化性雰囲気中で熱処理して、S + 02
膜46を緻密化すると同時に/リコン基板41との界面
も一部酸化して、電気的な界面特性を改善した後、素子
領域上の8102膜42を除去してシリコン基板を露出
する。そして(h)に示すように例えば通常のnチャン
ネルMOS トランジスタの製造工程に従いゲート絶縁
膜48とダート電極49を形成してMOSトランジスタ
を形成する。
爽施例においては、ALLi2Oノやターニングとシリ
コン基板41のエツチングに実ス的にサイPエッチの起
こらない反応性イオンエツチング技術を用いれば、リソ
グラフィー1股界で決まる最小寸法でも、フ< −/レ
ド領域力;寸法通りに形成でき、しかも、分離用の絶縁
IiK力ζ?1?1平坦に埋め込まれるため、七の後の
1ノングラフイ一精度を向上する事かで訴る。まだ必要
にL5じてフィールド領域端部の絶縁膜厚をわず力Sに
JIEくして基板表面の平坦度に、実質的に問題のない
程度絶縁膜をもシ上がらせる!#力1■巳であり、これ
は、用3図に示したような例えばnチャンネルMOS 
+−ランゾスタのサブスレ、ツシュホールドカレント特
性にみられるキンクをとり除くのに効果がある。
なお、本発明は、nチャンネルMO8トランジスタの他
、nチャンネルMOS トランジスタやC−MOS ト
ランジスタは勿論、・々イ、Iゼーラトランジスタの素
子分離にも適用でなる。また本発明は、シリコン基板の
みならず、In −V族化合半導体基板やsos !に
板を用いた場合にも+1i用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(、)〜(d)は従来の素子分離技術を説明−す
る製造工程断面図、第2図は分離用絶縁!罠が完全に平
坦に埋め込まれた構造を持つMOS型トラ。 ンジスタのチャネル幅方向断面図、第3図はそのMOS
 トランジスタのサブスレッシュホールドカレント特性
を示す図、第4図(PL)〜(h)は本発明の一実施例
を説明する製造工程断面図である。 41・・・シリコン基板、43・・・A71111(マ
スク材)、441,44.・・・イオン注入層、45・
・・溝、461・・・CVD5I02膜(鋼1の絶縁膜
)。 46、・・・シフ スマCVD5102 g (第2 
(7)em膜)、47・・・レジスト膜(平坦化膜)、
48・・・ダート絶縁膜、49・・・グー1Kffl。 出頒人代理人  弁理士 局 江 武 )1第1図 第2図 0     0.5      5 ヶ′−[電h(V)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  半導体基板の素子形成領域をマスタ月でおお
    ってエツチングを行いフィールド領域に溝を形成する第
    1のエツチング工程と、溝が形成面の四部を埋めて表面
    を平坦にする平坦化膜を形成する工程と、とれら平坦化
    膜と第1の絶縁膜を等しいエツチング速度で前記マスク
    材の側面の一部が露出するまで均−工、グーングする第
    2のエツチング工程と、その後基板全面に第2の絶縁膜
    を唯積する工程と、この第2の絶縁膜を段差部でエツチ
    ング速度の速いエツチング法でエツチングし前記マスク
    材を露出させてこのマスク材を除去することにより第2
    の絶縁膜をフィールド領域にのみ残置させる工程と、前
    記第1および第2の絶縁膜によシ分離された各素子jし
    成領域に所望の素子を形成する工程とを備えたことを特
    徴とする半導体’jA 1iffiの製造方法。 (2ン  マスク材はAt+ljJであり、・441の
    エツチング工程は溝側壁を略垂直に加工する異方性ドラ
    イエツチングである特許請求の範囲第1項記載の半導体
    装置の製造方法。 (3)第1の絶縁膜はCVD5I02映、平坦化膜はレ
    ジスト膜、PSG膜等の流ii!II性模であり、第2
    のエツチング工程は異方性ドライエツチングである特許
    請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。 (4)0’(1c7)絶縁膜はCVI)S1021pa
    、第2の絶縁膜はプラズマCVD5I0,2膜であり、
    このプラズマCVD5IO7膜の段差部を平坦部より十
    分迷いエツチング速度でエツチングする工程は緩衝弗酸
    によるエツチングであるQ!j許請求の範囲ル1項記載
    の半導体装置の製造方法。 (5)第1のエツチング工程の酬、第1の絶縁膜を堆積
    する前に基板と同じ導紙型を与える不純物をイオン注入
    するようにした特、?″FN4求の範囲第1項記載の半
    導体装置の製造方法。 (6)  マスク材でおおった後筒1のエツチング工程
    の前に基板と同じ導電型を与える不純物をイオン注入す
    るようにした特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の
    製造方法。 (7)素子形成工程前に、絶縁膜が平坦に埋め込まれた
    基板を酸化性算囲気中で熱処理するようにした特許請求
    の範囲@1項記載の半導体装置の製造方法。
JP57112942A 1982-06-30 1982-06-30 半導体装置の製造方法 Pending JPS594047A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02143461A (ja) * 1988-11-25 1990-06-01 Hitachi Ltd 半導体装置の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02143461A (ja) * 1988-11-25 1990-06-01 Hitachi Ltd 半導体装置の製造方法

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