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JP2940433B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JP2940433B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2940433B2
JP2940433B2 JP7129768A JP12976895A JP2940433B2 JP 2940433 B2 JP2940433 B2 JP 2940433B2 JP 7129768 A JP7129768 A JP 7129768A JP 12976895 A JP12976895 A JP 12976895A JP 2940433 B2 JP2940433 B2 JP 2940433B2
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silicon
oxidation
element isolation
oxide film
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にシリコン基板を選択的に酸化することによる
素子分離構造の形成方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming an element isolation structure by selectively oxidizing a silicon substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置における素子分離構造を形成
するための従来の代表的方法として、図3に示すよう
に、シリコン基板の選択酸化法(Local Oxidation Of S
ilicon;「LOCOS法」という)が用いられている。図3
(A)〜図3(C)を参照して、従来のLOCOS法を以下
に説明する。
2. Description of the Related Art As a conventional representative method for forming an element isolation structure in a semiconductor device, as shown in FIG. 3, a selective oxidation method (Local Oxidation Of S
ilicon; referred to as the "LOCOS method"). FIG.
The conventional LOCOS method will be described below with reference to FIGS.

【0003】まず、図3(A)に示すように、シリコン
基板21上に薄い酸化シリコン膜22と窒化シリコン膜
23を形成する。
[0003] First, as shown in FIG. 3A, a thin silicon oxide film 22 and a silicon nitride film 23 are formed on a silicon substrate 21.

【0004】次に、フォトリソグラフィー技術とエッチ
ング技術を用いて、図3(B)に示すように酸化シリコ
ン膜22と窒化シリコン膜23に開口部24を形成す
る。
Next, an opening 24 is formed in the silicon oxide film 22 and the silicon nitride film 23 as shown in FIG. 3B by using a photolithography technique and an etching technique.

【0005】この状態で熱酸化工程を施すことにより、
図3(C)に示すように開口部24に選択的に素子分離
のための酸化シリコン膜25が成長し、これが素子分離
領域となり、素子分離領域以外の領域が素子領域とな
る。
By performing a thermal oxidation step in this state,
As shown in FIG. 3C, a silicon oxide film 25 for element isolation is selectively grown in the opening 24, which becomes an element isolation region, and a region other than the element isolation region becomes an element region.

【0006】上記LOCOS法では、素子分離のための酸化
シリコン膜25を形成する選択的な酸化工程において、
耐酸化膜である窒化シリコン膜23下部の酸化シリコン
膜22を通して横方向から酸化剤が拡散するため、バー
ズビーク(bird's beak)と呼ばれる酸化シリコン膜の
素子領域への食い込み26(すなわち素子領域の変形)
が生じてしまい、素子の微細化を制限する大きな問題と
なっていた。
In the LOCOS method, in a selective oxidation step of forming a silicon oxide film 25 for element isolation,
Since the oxidant diffuses laterally through the silicon oxide film 22 below the silicon nitride film 23, which is an oxidation-resistant film, the silicon oxide film is called a bird's beak.
This has been a major problem that limits the miniaturization of elements.

【0007】また、上記LOCOS法では素子領域の表面と
素子分離領域の表面に段差が生じ、この後のフォトリソ
グラフィーの精度の低下等の問題発生の原因となってい
た。
In the LOCOS method, a step is formed between the surface of the element region and the surface of the element isolation region, which causes problems such as a decrease in accuracy of photolithography thereafter.

【0008】更に、選択酸化時に酸化膜が素子領域方向
に膨張し、加えてシリコン基板21と窒化シリコン膜2
3とで熱膨張係数が大きく異なるために、素子領域へ強
い応力がかかり、素子特性に悪影響を及ぼすことも問題
となっていた。
Further, at the time of selective oxidation, the oxide film expands toward the element region, and in addition, the silicon substrate 21 and the silicon nitride film 2
3 has a large difference in thermal expansion coefficient, so that a strong stress is applied to the element region, which adversely affects the element characteristics.

【0009】上記問題点の解決を試みた従来例として、
例えば特開昭61−294839号公報、特開昭61−
44442号公報、特開昭61−100945号公報等
には各種改良型のLOCOS法が提案されている。
[0009] As a conventional example of trying to solve the above problem,
For example, JP-A-61-294839 and JP-A-61-294839
Various improved LOCOS methods have been proposed in JP-A-44442, JP-A-61-100945, and the like.

【0010】まず、特開昭61−294839号公報に
示されている改良型LOCOS法について、図4(A)〜図
5(F)を参照して説明する。
First, the improved LOCOS method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-294839 will be described with reference to FIGS. 4 (A) to 5 (F).

【0011】図4(A)に示すように、シリコン基板3
1上の酸化シリコン膜32の上に窒化シリコン膜33を
選択的に形成した後、図4(B)に示すように、第1の
選択的な酸化を行い素子分離領域に薄い第1の選択酸化
シリコン膜34を形成する。
[0011] As shown in FIG.
After the silicon nitride film 33 is selectively formed on the silicon oxide film 32 on the substrate 1, the first selective oxidation is performed as shown in FIG. A silicon oxide film 34 is formed.

【0012】次に、希弗酸溶液等によるエッチングを用
いて図4(C)に示すように、第1の選択酸化シリコン
膜34を除去し、その後化学気相堆積法(CVD法)に
より第2の窒化シリコン膜35を全面に堆積し、図5
(D)に示す構造を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, the first selective silicon oxide film 34 is removed by etching with a dilute hydrofluoric acid solution or the like, and then the first selective silicon oxide film 34 is removed by chemical vapor deposition (CVD). 2 is deposited on the entire surface of the silicon nitride film 35 as shown in FIG.
The structure shown in (D) is formed.

【0013】ここで、第2の窒化シリコン膜35に対し
て異方性エッチングを行うことにより、図5(E)に示
すように、第1の窒化シリコン膜33の側面に位置する
部分の第2の窒化シリコン膜35のみを残す。
Here, by performing anisotropic etching on the second silicon nitride film 35, as shown in FIG. Only the second silicon nitride film 35 is left.

【0014】その後、第2の選択的な酸化を行うことに
より、図5(F)に示すように、素子分離のための酸化
シリコン膜36から成る素子分離構造を形成する。
Thereafter, by performing a second selective oxidation, an element isolation structure composed of a silicon oxide film 36 for element isolation is formed as shown in FIG.

【0015】この改良型LOCOS法では、第2の窒化シリ
コン膜35が耐酸化性を有するため、第2の選択的な酸
化時に素子領域への酸化剤の拡散が減少することから、
バーズビークの伸長が抑制される。
In the improved LOCOS method, since the second silicon nitride film 35 has oxidation resistance, the diffusion of the oxidizing agent into the element region during the second selective oxidation is reduced.
Bird's beak elongation is suppressed.

【0016】同時に、第1の選択的な酸化により形成さ
れた第1の選択酸化シリコン膜34を除去し、シリコン
基板31の素子分離領域表面が、図4(C)に示すよう
に窪んだ状態で第2の選択的な酸化を行うため、素子領
域の表面と素子分離領域の表面との間の段差を軽減する
ことができる。
At the same time, the first selective silicon oxide film 34 formed by the first selective oxidation is removed, and the surface of the element isolation region of the silicon substrate 31 is depressed as shown in FIG. Then, the second selective oxidation is performed, so that a step between the surface of the element region and the surface of the element isolation region can be reduced.

【0017】次に、特開昭61−44442号公報に
は、図6及び図7にその工程を示す改良型LOCOS法が示
されている。
Next, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44442 discloses an improved LOCOS method whose steps are shown in FIGS.

【0018】まず、図6(A)に示すように、シリコン
基板41上に酸化シリコン膜42及び第1の窒化シリコ
ン膜43を選択的に形成した後、酸化シリコン膜42の
サイドエッチングを行い、図6(B)に示す構造を形成
する。
First, as shown in FIG. 6A, after a silicon oxide film 42 and a first silicon nitride film 43 are selectively formed on a silicon substrate 41, side etching of the silicon oxide film 42 is performed. The structure shown in FIG. 6B is formed.

【0019】その後、図6(C)に示すように、第2の
窒化シリコン膜44を全体に堆積し、更に、異方性エッ
チングにより酸化シリコン膜42がサイドエッチされた
部分のみに第2の窒化シリコン膜44を残す。
After that, as shown in FIG. 6C, a second silicon nitride film 44 is deposited on the whole, and the second silicon nitride film 44 is formed only on the portion where the silicon oxide film 42 is side-etched by anisotropic etching. The silicon nitride film 44 is left.

【0020】この状態で選択的な酸化を行い、図7
(D)に示すように、素子分離のための酸化シリコン膜
45を形成する。ここで、窒化シリコン膜44が横方向
への酸化剤の拡散を抑えるため、バーズビークの伸長が
抑制される。
In this state, selective oxidation is performed, and FIG.
As shown in (D), a silicon oxide film 45 for element isolation is formed. Here, since the silicon nitride film 44 suppresses the diffusion of the oxidizing agent in the lateral direction, the elongation of the bird's beak is suppressed.

【0021】次に、特開昭61−100945号公報に
提案されている改良型LOCOS法は次のようなものであ
る。即ち、図3に示した従来のLOCOS法における酸化シ
リコン膜22を酸窒化シリコン膜に置き換えることによ
り、バーズビークの伸長と、素子分離のための酸化シリ
コン膜形成の際の選択的な酸化時における素子領域への
応力の印加を低減できるとされている。
Next, the improved LOCOS method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-100945 is as follows. That is, by replacing the silicon oxide film 22 in the conventional LOCOS method shown in FIG. 3 with a silicon oxynitride film, the bird's beak can be extended and the device can be selectively oxidized when forming the silicon oxide film for device isolation. It is said that the application of stress to the region can be reduced.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
種改良型LOCOS法にも以下に述べるような様々な問題が
存在する。
However, the above-mentioned various improved LOCOS methods have various problems as described below.

【0023】まず、特開昭61−294839号公報に
おける改良型LOCOS法では、図4(A)に示した構造に
対して第1の選択的な酸化を行うため、図4(B)の時
点でバーズビーク37が発生することは避けられず、こ
のために、図5(F)に示した最終的な素子分離構造に
おいても、バーズビーク37の形状を反映して、素子領
域の端部でシリコン基板表面の変形38が生じてしま
う。
First, in the improved LOCOS method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-294839, first selective oxidation is performed on the structure shown in FIG. Inevitably, a bird's beak 37 is generated. Therefore, even in the final device isolation structure shown in FIG. 5F, the silicon substrate is formed at the end of the device region by reflecting the shape of the bird's beak 37. The surface deformation 38 occurs.

【0024】この変形の度合いは、図3に示した従来の
LOCOS法におけるバーズビークの発生によるものに比べ
れば抑制されているものの、素子が更に微細化された場
合には大きな問題となる。更に、この改良型LOCOS法で
は、第1の選択酸化シリコン膜34の形成、該酸化シリ
コン膜34のエッチング、第2の窒化シリコン膜35の
堆積、該窒化シリコン膜35の異方性エッチング等を行
わなければならず、このような工程数の大幅な増加と複
雑化は製造コスト削減の観点からも問題となる。
The degree of this deformation is the same as that of the prior art shown in FIG.
Although it is suppressed as compared with that caused by the occurrence of bird's beak in the LOCOS method, it becomes a serious problem when the element is further miniaturized. Further, in the improved LOCOS method, formation of a first selective silicon oxide film 34, etching of the silicon oxide film 34, deposition of a second silicon nitride film 35, anisotropic etching of the silicon nitride film 35, and the like are performed. Such a large increase in the number of steps and the increase in complexity are problematic from the viewpoint of reduction in manufacturing cost.

【0025】また、特開昭61−44442号公報に示
されている改良型LOCOS法では、図6(A)の酸化シリ
コン膜42にサイドエッチングを施すことにより、図6
(B)に示すような構造を形成するが、サイドエッチの
度合いを正確に制御することは難しく、ここで生じる窒
化シリコン膜43下部の食い込み46による影響が最終
的な素子分離構造にも反映され、素子領域の端部でシリ
コン基板表面近傍の変形47が生じてしまう(図7
(E)参照)。
In the improved LOCOS method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44442, side etching is performed on the silicon oxide film 42 shown in FIG.
Although the structure as shown in FIG. 1B is formed, it is difficult to control the degree of side etching accurately, and the influence of the bite 46 below the silicon nitride film 43 is also reflected in the final device isolation structure. 7, deformation 47 near the surface of the silicon substrate occurs at the end of the element region (FIG. 7).
(E)).

【0026】更に、素子分離のための酸化シリコン膜4
5を形成する際の選択的な酸化を行う工程において、素
子領域への酸化剤の拡散を抑える耐酸化膜である窒化シ
リコン膜44は、図7(D)に示すように、シリコン基
板41表面より上の部分のみに形成されており、シリコ
ン基板表面からより深い部分には耐酸化膜が存在しない
ことから、シリコン基板表面より深い部分を介した酸化
剤の浸入を防ぐことは困難である。
Further, a silicon oxide film 4 for element isolation
As shown in FIG. 7D, in the step of performing selective oxidation at the time of forming 5, the silicon nitride film 44, which is an oxidation-resistant film that suppresses diffusion of an oxidizing agent into the element region, becomes a surface of the silicon substrate 41 as shown in FIG. Since it is formed only in the upper part and the oxidation resistant film does not exist in the part deeper from the silicon substrate surface, it is difficult to prevent the infiltration of the oxidizing agent through the part deeper than the silicon substrate surface.

【0027】従って、この改良型LOCOS法によれば、確
かに図3に示した従来のLOCOS法に比べればバーズビー
クの発生は抑えられるものの、その抑制の度合いは小さ
い。
Therefore, according to the improved LOCOS method, although the occurrence of bird's beak is suppressed as compared with the conventional LOCOS method shown in FIG. 3, the suppression degree is small.

【0028】更に、窒化シリコン膜を耐酸化膜として用
いているために、従来のLOCOS法と同様に、素子分離の
ための酸化シリコン膜45を形成する際の選択的な酸化
時に素子領域に大きな応力がかかり、素子特性に悪影響
を与えることは依然として問題となる。また、従来のLO
COS法と同様に、素子領域表面と素子分離領域表面との
間に段差が生じることも問題である。
Further, since the silicon nitride film is used as the oxidation-resistant film, a large area is left in the element region during selective oxidation when forming the silicon oxide film 45 for element isolation, as in the conventional LOCOS method. It is still a problem that stress is applied and adversely affects device characteristics. In addition, conventional LO
As in the case of the COS method, there is a problem that a step is formed between the surface of the element region and the surface of the element isolation region.

【0029】本発明は、上記従来のLOCOS法または改良
型LOCOS法における問題点を解決すべくなされたもの
で、従来のLOCOS法に若干の変更を加えるだけで工程数
の大幅な増加と複雑化を伴わずに、バーズビークの発
生、素子領域表面と素子分離領域との間の段差、及び素
子分離のための酸化シリコン膜形成時の選択的な酸化時
のシリコン基板にかかる応力を同時に抑制することを可
能とする全く新規な半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the conventional LOCOS method or the improved LOCOS method. A slight change in the conventional LOCOS method greatly increases the number of steps and the complexity. And simultaneously suppressing the occurrence of bird's beak, the step between the element region surface and the element isolation region, and the stress applied to the silicon substrate during selective oxidation when forming a silicon oxide film for element isolation. It is an object of the present invention to provide a completely novel method of manufacturing a semiconductor device which enables the following.

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、シリコン基板表面を選択的に酸化するこ
とにより素子分離構造を形成する半導体装置の製造方法
において、(a)前記シリコン基板表面に形成した第1の
酸化シリコン膜上に耐酸化膜を選択的に形成する工程
と、(b)前記耐酸化膜をマスクとして前記第1の酸化シ
リコン膜を酸窒化して前記耐酸化膜に覆われていない素
子分離領域に酸窒化シリコン膜を形成する工程と、(c)
前記耐酸化膜をマスクとして前記酸窒化シリコン膜に異
方性エッチングを施し、素子分離領域の前記シリコン基
板を露出させる工程と、(d)前記耐酸化膜をマスクとし
て素子分離領域の前記シリコン基板を選択的に酸化し、
素子分離のための酸化シリコン膜を形成する工程と、を
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供す
る。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device in which an element isolation structure is formed by selectively oxidizing a surface of a silicon substrate. Selectively forming an oxidation resistant film on the first silicon oxide film formed on the surface; and (b) oxidizing and nitriding the first silicon oxide film using the oxidation resistant film as a mask. Forming a silicon oxynitride film in an element isolation region not covered by (c)
Performing anisotropic etching on the silicon oxynitride film using the oxidation resistant film as a mask to expose the silicon substrate in an element isolation region; and (d) etching the silicon substrate in the element isolation region using the oxidation resistant film as a mask. Selectively oxidizes
Forming a silicon oxide film for element isolation.

【0031】本発明において、好ましくは、前記第1の
酸化シリコン膜を所定の膜厚にて形成し、酸窒化時にお
ける酸窒化シリコン膜のバーズビークの前記耐酸化膜下
部への成長を制限するようにしたことを特徴とする。
In the present invention, it is preferable that the first silicon oxide film is formed to have a predetermined film thickness to limit the growth of a bird's beak of the silicon oxynitride film below the oxidation-resistant film during oxynitriding. It is characterized by the following.

【0032】本発明において、好ましくは、前記異方性
エッチングにより残された前記酸窒化シリコン膜が前記
工程(d)において前記素子分離のための酸化シリコン膜
形成の際の選択的な酸化に対する耐酸化膜として作用す
ることを特徴とする。
In the present invention, preferably, the silicon oxynitride film left by the anisotropic etching is resistant to acid against selective oxidation at the time of forming the silicon oxide film for element isolation in the step (d). Characterized by acting as an oxide film.

【0033】本発明において、好ましくは、前記異方性
エッチングにより前記素子分離領域の前記シリコン基板
にリセス部を形成し、前記リセス表面に素子分離のため
の選択的な酸化を行うことを特徴とする。
In the present invention, preferably, a recess is formed in the silicon substrate in the element isolation region by the anisotropic etching, and selective oxidation for element isolation is performed on the surface of the recess. I do.

【0034】また、本発明は、シリコン基板表面を選択
的に酸化することにより素子分離構造を形成する半導体
装置の製造方法において、(a)前記シリコン基板表面に
形成した酸化シリコン膜上に耐酸化膜を選択的に形成
し、前記耐酸化膜をマスクとして前記酸化シリコン膜を
酸窒化して前記耐酸化膜に覆われていない素子分離領域
に対応する領域に酸窒化シリコン膜を形成し、前記酸窒
化シリコン膜が前記シリコン基板の界面及び/又は前記
酸窒化シリコン膜表面近傍に窒素を豊富に含有する領域
を有し、(b)前記酸窒化シリコン膜を前記耐酸化膜をマ
スクとして異方性エッチングして前記素子分離領域の前
記シリコン基板を露出させ(c)素子分離のための酸化
膜を選択的に形成する際に、前記素子分離領域側端に残
された窒素を豊富に含有する領域にてバーズビークの成
長を抑止するようにしたことを特徴とする半導体装置の
製造方法を提供する。
Further, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device for forming an element isolation structure by selectively oxidizing the silicon substrate surface, the (a) the silicon substrate surface
Oxidation-resistant film is selectively formed on the formed silicon oxide film
Then, the silicon oxide film is formed using the oxidation resistant film as a mask.
Forming a silicon oxynitride film in a region corresponding to the element isolation region not covered with the oxidation-resistant film by oxynitriding, wherein the silicon oxynitride film is at an interface of the silicon substrate and / or near the surface of the silicon oxynitride film; nitrogen has a region rich in, (b) prior to the silicon oxynitride film is anisotropically etching the oxidation resistant film as a mask the isolation region
Exposing the silicon substrate , and (c) suppressing the growth of bird's beaks in the nitrogen-rich region remaining at the side of the device isolation region when selectively forming an oxide film for device isolation. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that:

【0035】[0035]

【作用】本発明においては、初めに耐酸化膜をマスクと
して第1の酸化シリコン膜を酸窒化し、素子分離領域に
酸窒化シリコン膜を形成する。この酸窒化工程により、
窒素を多く含有する酸窒化シリコン膜のバーズビーク
が、後に素子領域となる耐酸化膜の下部にわずかに食い
込む。
According to the present invention, first, the first silicon oxide film is oxynitrided using the oxidation resistant film as a mask to form a silicon oxynitride film in the element isolation region. By this oxynitridation process,
The bird's beak of the silicon oxynitride film containing a large amount of nitrogen bites into a lower portion of the oxidation-resistant film which will later be an element region.

【0036】この酸窒化シリコン膜のバーズビークの食
い込みは、耐酸化膜またはシリコン基板との界面近傍に
多量に存在する窒素のために自己抑制され、その結果、
耐酸化膜下への食い込みは非常に小さく抑えることがで
きる。
The bird's beak digging of the silicon oxynitride film is self-suppressed due to a large amount of nitrogen existing near the interface with the oxidation-resistant film or the silicon substrate.
Biting below the oxidation-resistant film can be extremely small.

【0037】次に、上記耐酸化膜をマスクとして該酸窒
化シリコン膜を異方性エッチングすることにより、上記
酸窒化シリコン膜のうち耐酸化膜の下部の小さいバーズ
ビークの部分のみが残される。
Next, the silicon oxynitride film is anisotropically etched using the oxidation resistant film as a mask, thereby leaving only a small bird's beak under the oxide resistant film in the silicon oxynitride film.

【0038】この状態で素子分離のための酸化シリコン
膜を形成するために選択的な酸化を行うが、上記酸窒化
シリコン膜の必要最小限に抑えられたバーズビークの部
分が耐酸化性を有し、更に、この耐酸化性を有するバー
ズビークがシリコン基板表面よりも深い部分にも存在す
ることから、選択的な酸化時の酸化剤の耐酸化膜下部へ
の拡散が有効に抑制され、最終的なバーズビーク、素子
領域の変形を小さく抑えることが可能になる。
In this state, selective oxidation is performed to form a silicon oxide film for element isolation. The bird's beak of the silicon oxynitride film, which has been minimized, has oxidation resistance. Furthermore, since the oxidation-resistant bird's beak is also present in a portion deeper than the silicon substrate surface, the diffusion of the oxidizing agent to the lower portion of the oxidation-resistant film during selective oxidation is effectively suppressed, and the final Bird's beak and deformation of the element region can be reduced.

【0039】また、本発明の製造方法においては、素子
分離領域における上記酸窒化シリコン膜をエッチング
し、基板が表面から窪んだ状態から素子分離のための選
択的な酸化を行うため、素子領域表面と素子分離領域表
面との間の段差を小さくすることができる。
Further, in the manufacturing method of the present invention, the silicon oxynitride film in the element isolation region is etched to perform selective oxidation for element isolation from a state where the substrate is depressed from the surface. Between the substrate and the surface of the element isolation region can be reduced.

【0040】同時に、素子分離のための酸化シリコン膜
形成時の選択的な酸化に対する耐酸化膜が、窒化シリコ
ン膜ではなく酸窒化シリコン膜であり、窒化シリコン膜
と比較して酸窒化シリコン膜の熱膨張係数は、シリコ
ン、酸化シリコンの熱膨張係数と近い値をもつために酸
化時にシリコン基板にかかる応力は小さく、素子特性へ
の悪影響も最小限に抑えることを可能としている。
At the same time, the oxidation resistant film against selective oxidation when forming a silicon oxide film for element isolation is not a silicon nitride film but a silicon oxynitride film. Since the thermal expansion coefficient has a value close to the thermal expansion coefficients of silicon and silicon oxide, the stress applied to the silicon substrate during oxidation is small, and it is possible to minimize adverse effects on device characteristics.

【0041】[0041]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1(A)〜図2(E)は本発明の一実施
例を製造方法を工程順に説明するための図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1A to 2E are diagrams for explaining a manufacturing method of an embodiment of the present invention in the order of steps.

【0042】まず、シリコン基板11に被着されている
酸化シリコン膜12上の窒化シリコン膜13をフォトリ
ソグラフィー及びエッチングにより、後に素子領域とな
る部分のみに残し、図1(A)に示すような形状を形成
する。
First, the silicon nitride film 13 on the silicon oxide film 12 deposited on the silicon substrate 11 is left only in a portion to be an element region later by photolithography and etching, as shown in FIG. Form a shape.

【0043】この状態で、一酸化二窒素または一酸化窒
素等のガス雰囲気中で温度800℃〜1050℃、時間
1分〜5分の熱処理を行い、酸化シリコン膜12を酸窒
化することにより、図1(B)に示すように、素子分離
領域に酸窒化シリコン膜14を形成する。
In this state, heat treatment is performed in a gas atmosphere such as dinitrogen monoxide or nitrogen monoxide at a temperature of 800 ° C. to 1050 ° C. for 1 minute to 5 minutes to oxynitrid the silicon oxide film 12. As shown in FIG. 1B, a silicon oxynitride film 14 is formed in an element isolation region.

【0044】この酸窒化工程前の酸化シリコン膜12に
おいては、その表面と、シリコン基板11あるいは窒化
シリコン膜13との界面近傍に不完全な酸化シリコン層
が顕著に存在し、このような酸化シリコン膜12を酸窒
化することにより窒素が優先的に上記不完全酸化シリコ
ン層に導入される。この効果により、図1(B)におけ
る酸窒化シリコン膜14の界面または表面近傍の部分1
5に窒素が多量に含有されることになる。
In the silicon oxide film 12 before this oxynitriding step, an incomplete silicon oxide layer is remarkably present near the interface between the surface thereof and the silicon substrate 11 or the silicon nitride film 13. By oxynitriding the film 12, nitrogen is preferentially introduced into the incomplete silicon oxide layer. Due to this effect, the portion 1 near the interface or surface of the silicon oxynitride film 14 in FIG.
5 will contain a large amount of nitrogen.

【0045】したがって、酸化シリコン膜12の酸窒化
時に、酸窒化がある程度まで進行すると、窒化シリコン
膜13端部の下部において、窒化シリコン膜13と酸窒
化シリコン膜14との界面近傍の窒素を多く含有する領
域と、シリコン基板11と酸窒化シリコン膜14との界
面近傍の窒素を多く含有する領域とが接触し、酸窒化時
に導入される酸化剤の窒化シリコン膜13の下部への拡
散が、前記の窒素を多く含有する領域により阻害される
ことから、酸窒化の対象である酸化シリコン膜12の膜
厚を例えば15nmとすることにより、酸窒化時のバー
ズビーク16の窒化シリコン膜13下部への食い込みを
最小限に抑えることが可能になる。
Therefore, when the oxynitridation of the silicon oxide film 12 proceeds to a certain extent during the oxynitridation of the silicon oxide film 12, a large amount of nitrogen near the interface between the silicon nitride film 13 and the silicon oxynitride film 14 is formed below the end of the silicon nitride film 13. The region containing nitrogen and the region containing a large amount of nitrogen near the interface between the silicon substrate 11 and the silicon oxynitride film 14 come into contact with each other, and the diffusion of the oxidizing agent introduced during the oxynitridation into the lower part of the silicon nitride film 13 is reduced Since the silicon oxide film 12 to be oxynitrided is, for example, 15 nm in thickness, the bird's beak 16 at the time of oxynitridation is formed below the silicon nitride film 13 because the silicon oxide film 12 to be oxynitrided is hindered by the region containing a large amount of nitrogen. Biting can be minimized.

【0046】次に、図1(B)の構造に対して、窒化シ
リコン膜13をマスクとして酸窒化シリコン膜14の異
方性のエッチングを行うことにより、図1(C)に示す
ように窒化シリコン膜13の端部の下部に存在する、酸
窒化シリコン膜14の小さなバーズビーク16のみを残
した形状を形成する。
Next, anisotropic etching of the silicon oxynitride film 14 is performed on the structure of FIG. 1B using the silicon nitride film 13 as a mask, as shown in FIG. A shape is formed in which a small bird's beak 16 of the silicon oxynitride film 14 existing below the end of the silicon film 13 is left alone.

【0047】その後、酸化雰囲気中で酸化工程を行うこ
とにより、素子分離のための酸化シリコン膜17を形成
する(図2(D)参照)。
Thereafter, an oxidation step is performed in an oxidation atmosphere to form a silicon oxide film 17 for element isolation (see FIG. 2D).

【0048】上記一連の工程において、酸化シリコン膜
12の酸窒化により、図1(B)におけるバーズビーク
が抑制できること、シリコン基板11の表面よりも深い
部分にも形成されている窒素を多量に含有する酸窒化シ
リコン膜15の小さいバーズビーク16が、素子分離の
ための酸化シリコン膜17を形成する選択的な酸化時に
おける、窒化シリコン膜13の下部のシリコン基板中へ
の酸化剤の拡散を有効に抑制することにより、最終的な
バーズビークの素子領域への食い込み18を、従来のLO
COS法あるいは改良型LOCOS法と比較して著しく小さく抑
えることができる。
In the above series of steps, the bird's beak in FIG. 1B can be suppressed by the oxynitridation of the silicon oxide film 12, and a large amount of nitrogen formed in a portion deeper than the surface of the silicon substrate 11 is contained. The small bird's beak 16 of the silicon oxynitride film 15 effectively suppresses the diffusion of the oxidizing agent into the silicon substrate below the silicon nitride film 13 during the selective oxidation for forming the silicon oxide film 17 for element isolation. By doing so, the penetration 18 of the final bird's beak into the element region is
Compared to the COS method or the improved LOCOS method, it can be significantly reduced.

【0049】同時に、図1(B)における素子分離領域
の酸窒化シリコン膜14を異方性エッチングにより除去
し、図1(C)に示すように素子分離領域の表面が窪ん
だ状態から、素子分離のための選択的な酸化を行うた
め、図2(D)に示すように、素子領域表面と素子分離
領域表面との間の段差を低減できる。
At the same time, the silicon oxynitride film 14 in the device isolation region in FIG. 1B is removed by anisotropic etching, and the device isolation region is depressed as shown in FIG. Since selective oxidation for isolation is performed, a step between the surface of the element region and the surface of the element isolation region can be reduced as shown in FIG.

【0050】また、素子分離のための酸化シリコン膜形
成時のバーズビーク抑制のために酸窒化シリコン膜を用
いているため、選択酸化時にシリコン基板にかかる応力
を小さくすることが可能である。
Further, since a silicon oxynitride film is used to suppress a bird's beak during the formation of a silicon oxide film for element isolation, the stress applied to the silicon substrate during selective oxidation can be reduced.

【0051】そして、上記実施例では、従来のLOCOS法
に酸窒化工程と、形成された酸窒化シリコン膜のエッチ
ング工程を加えるだけで、工程数の大幅な増加と複雑化
を伴わずに容易に前記従来例の諸問題を解決することを
可能とし、製造コスト削減の観点からも、有効な方法で
ある。
In the above embodiment, only the oxynitridation step and the etching step of the formed silicon oxynitride film are added to the conventional LOCOS method. This is an effective method from the viewpoint of solving the problems of the conventional example and reducing the production cost.

【0052】ちなみに、実際の半導体装置の製造に際し
ては、以上の素子分離のための選択酸化の後に、窒化シ
リコン膜13をエッチングにより除去し、図2(E)に
示すような構造を形成した後、通常のトランジスタの製
造工程に移行すればよい。
In the actual manufacture of a semiconductor device, the silicon nitride film 13 is removed by etching after the above selective oxidation for element isolation to form a structure as shown in FIG. The process may be shifted to a normal transistor manufacturing process.

【0053】なお、上記実施例では、図1(A)に示す
酸化シリコン膜12を、一酸化二窒素または一酸化窒素
雰囲気中で酸窒化することにより、図1(B)に示すよ
うな酸窒化シリコン膜14を形成したが、これ以外に
も、アンモニア雰囲気中で酸化シリコン膜12の窒化を
行った後に、酸素雰囲気中で酸化を行うことにより酸窒
化シリコン膜14を形成してもよい。
In the above embodiment, the silicon oxide film 12 shown in FIG. 1A is oxynitrided in an atmosphere of dinitrogen monoxide or nitrogen monoxide, so that the silicon oxide film 12 shown in FIG. Although the silicon nitride film 14 is formed, the silicon oxynitride film 14 may be formed by nitriding the silicon oxide film 12 in an ammonia atmosphere and then performing oxidation in an oxygen atmosphere.

【0054】以上、本発明を上記実施例に即して説明し
たが、本発明は上記態様にのみ限定されず、本発明の原
理に準ずる各種態様を含むことは勿論である。
Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, but includes various embodiments according to the principle of the present invention.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法によれば、シリコン基板表面を選択的に酸
化することによる素子分離構造の形成において、素子分
離のための絶縁膜の素子領域への食い込み、素子領域と
素子分離領域との間の表面段差を有効に減少することが
でき、半導体装置の微細化を容易化することができる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the formation of an element isolation structure by selectively oxidizing the surface of a silicon substrate, an element of an insulating film for element isolation is formed. Biting into a region and a surface step between an element region and an element isolation region can be effectively reduced, and miniaturization of a semiconductor device can be facilitated.

【0056】同時に、本発明によれば、素子分離のため
の酸化シリコン膜形成の際の選択酸化時におけるシリコ
ン基板にかかる応力を低減することができるため、半導
体素子特性への悪影響を抑止することを可能とし、歩留
りの向上を達成する。
At the same time, according to the present invention, it is possible to reduce the stress applied to the silicon substrate at the time of selective oxidation when forming a silicon oxide film for element isolation, thereby suppressing adverse effects on semiconductor element characteristics. And improve the yield.

【0057】更に、本発明の半導体装置の製造方法は、
従来のLOCOS法に若干の変更を加えるだけで、従来の素
子分離法における諸問題を解決することが可能とされ、
工程数の大幅な増加を複雑化を伴わないため、製造コス
ト削減の観点からも極めて有効な製造方法であり、その
実用的価値は極めて高い。
Further, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
With only minor changes to the conventional LOCOS method, it is possible to solve the problems in the conventional element isolation method,
Since the increase in the number of steps is not accompanied by complication, this is an extremely effective manufacturing method from the viewpoint of reduction in manufacturing cost, and its practical value is extremely high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(A)〜(C)は本発明の一実施例の製造方法
を工程順に説明する図である。
FIGS. 1A to 1C are diagrams illustrating a manufacturing method according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】(D)〜(E)は本発明の一実施例の製造方法
を工程順に説明する図である。
FIGS. 2D to 2E are diagrams for explaining a manufacturing method according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図3】(A)〜(C)は従来の素子分離方法の一例を
工程順に示す図である。
FIGS. 3A to 3C are diagrams showing an example of a conventional element isolation method in the order of steps.

【図4】(A)〜(C)は従来の素子分離方法の一例を
工程順に示す図である。
FIGS. 4A to 4C are views showing an example of a conventional element isolation method in the order of steps.

【図5】(D)〜(F)は従来の素子分離方法の一例を
工程順に示す図である。
FIGS. 5D to 5F are views showing an example of a conventional element isolation method in the order of steps.

【図6】(A)〜(C)は従来の別の素子分離方法を工
程順に示す図である。
FIGS. 6A to 6C are diagrams showing another conventional element isolation method in the order of steps.

【図7】(D)〜(E)は従来の別の素子分離方法を工
程順に示す図である。
FIGS. 7D to 7E are views showing another conventional element isolation method in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 シリコン基板 12 酸化シリコン膜(第1の酸化シリコン膜) 13 窒化シリコン膜 14 酸窒化シリコン膜 15 窒素を多く含む酸窒化シリコン膜 16 酸窒化膜のバーズビーク 17 素子分離のための酸化シリコン膜 18 バーズビーク 21 シリコン基板 22 酸化シリコン膜 23 窒化シリコン膜 24 開口部 25 素子分離のための酸化シリコン膜 26 バーズビーク 31 シリコン基板 32 酸化シリコン膜 33 第1の窒化シリコン膜 34 第1の選択酸化シリコン膜 35 第2の窒化シリコン膜 36 素子分離のための酸化シリコン膜 37 バーズビーク 38 素子領域の変形 41 シリコン基板 42 酸化シリコン膜 43 第1の窒化シリコン膜 44 第2の窒化シリコン膜 45 素子分離のための酸化シリコン膜 46 食い込み 47 素子領域の変形 Reference Signs List 11 silicon substrate 12 silicon oxide film (first silicon oxide film) 13 silicon nitride film 14 silicon oxynitride film 15 silicon oxynitride film containing much nitrogen 16 bird's beak of oxynitride film 17 silicon oxide film for element isolation 18 bird's beak Reference Signs List 21 silicon substrate 22 silicon oxide film 23 silicon nitride film 24 opening 25 silicon oxide film for element isolation 26 bird's beak 31 silicon substrate 32 silicon oxide film 33 first silicon nitride film 34 first selective silicon oxide film 35 second Silicon nitride film 36 Silicon oxide film for device isolation 37 Bird's beak 38 Deformation of device region 41 Silicon substrate 42 Silicon oxide film 43 First silicon nitride film 44 Second silicon nitride film 45 Silicon oxide film for device isolation 46 bite 47 Deformation of the child area

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリコン基板表面を選択的に酸化すること
により素子分離構造を形成する半導体装置の製造方法に
おいて、 (a)前記シリコン基板表面に形成した第1の酸化シリコ
ン膜上に耐酸化膜を選択的に形成する工程と、 (b)前記耐酸化膜をマスクとして前記第1の酸化シリコ
ン膜を酸窒化して前記耐酸化膜に覆われていない素子分
離領域に酸窒化シリコン膜を形成する工程と、 (c)前記耐酸化膜をマスクとして前記酸窒化シリコン膜
に異方性エッチングを施し、素子分離領域の前記シリコ
ン基板を露出させる工程と、 (d)前記耐酸化膜をマスクとして素子分離領域の前記シ
リコン基板を選択的に酸化し、素子分離のための酸化シ
リコン膜を形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device in which an element isolation structure is formed by selectively oxidizing a surface of a silicon substrate, wherein: (a) an oxidation-resistant film is formed on a first silicon oxide film formed on the surface of the silicon substrate; (B) oxynitriding the first silicon oxide film using the oxidation resistant film as a mask to form a silicon oxynitride film in an element isolation region not covered by the oxidation resistant film (C) performing anisotropic etching on the silicon oxynitride film using the oxidation-resistant film as a mask to expose the silicon substrate in an element isolation region; and (d) using the oxidation-resistant film as a mask. Selectively oxidizing the silicon substrate in an element isolation region to form a silicon oxide film for element isolation.
【請求項2】前記第1の酸化シリコン膜を所定の膜厚に
て形成し、酸窒化時における酸窒化シリコン膜のバーズ
ビークの前記耐酸化膜下部への成長を制限するようにし
た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。
2. The method according to claim 1, wherein the first silicon oxide film is formed to have a predetermined thickness, and growth of a bird's beak of the silicon oxynitride film below the oxidation-resistant film during oxynitridation is limited. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項3】前記異方性エッチングにより残された前記
酸窒化シリコン膜が前記工程(d)において前記素子分離
のための酸化シリコン膜形成の際の選択的な酸化に対す
る耐酸化膜として作用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。
3. The silicon oxynitride film left by the anisotropic etching acts as an oxidation-resistant film against selective oxidation in forming the silicon oxide film for element isolation in the step (d). 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項4】前記異方性エッチングにより前記素子分離
領域の前記シリコン基板にリセス部を形成し、前記リセ
ス表面に素子分離のための選択的な酸化を行うことを特
徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
4. A method according to claim 1, wherein a recess is formed in said silicon substrate in said device isolation region by said anisotropic etching, and selective oxidation for device isolation is performed on said surface of said recess. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項5】シリコン基板表面を選択的に酸化すること
により素子分離構造を形成する半導体装置の製造方法に
おいて、 (a)前記シリコン基板表面に形成した酸化シリコン膜上
に耐酸化膜を選択的に形成し、前記耐酸化膜をマスクと
して前記酸化シリコン膜を酸窒化して前記耐酸化膜に覆
われていない素子分離領域に対応する領域に酸窒化シリ
コン膜を形成し、前記酸窒化シリコン膜が前記シリコン
基板の界面及び/又は前記酸窒化シリコン膜表面近傍に
窒素を豊富に含有する領域を有し、 (b)前記酸窒化シリコン膜を前記耐酸化膜をマスクとし
て異方性エッチングして前記素子分離領域の前記シリコ
ン基板を露出させ、 (c)素子分離のための酸化膜を選択的に形成する際に、
前記素子分離領域側端に残された窒素を豊富に含有する
領域にてバーズビークの成長を抑止するようにしたこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
5. A method of manufacturing a semiconductor device in which an element isolation structure is formed by selectively oxidizing a surface of a silicon substrate, comprising: (a) forming a silicon oxide film on the surface of the silicon substrate ;
An oxidation resistant film is selectively formed on the substrate, and the oxidation resistant film is used as a mask.
Oxynitriding the silicon oxide film to cover the oxidation resistant film
A silicon oxynitride film is formed in a region corresponding to an unisolated element isolation region, and the silicon oxynitride film has a region rich in nitrogen near an interface of the silicon substrate and / or near the surface of the silicon oxynitride film. and the silicone of the isolation region is anisotropically etched as a mask said oxidation resistant film; (b) a silicon oxynitride film
Exposing the emission substrate, when selectively forming an oxide film for the (c) element isolation,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein growth of a bird's beak is suppressed in a region containing abundant nitrogen left at an end of the element isolation region.
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