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JPH05291243A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

  • ️Fri Nov 05 1993
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置における
素子分離領域、中でもフィールド酸化膜の形成方法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming an element isolation region in a semiconductor device, especially a field oxide film.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体装置の素子分離領域の形成
方法には、Si基板の場合LOCOS(Local O
xidation of Silicon)法が利用さ
れている。図11に従来のLOCOS法の製造の方法を
示す。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of forming an element isolation region of a semiconductor device, a LOCOS (Local O
The xidation of Silicon) method is used. FIG. 11 shows a manufacturing method of the conventional LOCOS method.

【0003】Si基板1上に薄い酸化膜を熱酸化により
形成しパット酸化膜2とする(図11(a))。このパ
ット酸化膜2上に窒化膜であるSi3 4 膜3をLPC
VD(減圧化学的気相成長)法により形成し、その後素
子分離領域となる部分のSi3 4 膜3を除去する。
(図11(b))。次に、熱酸化により前記Si3 4
膜3をマスクにして素子分離領域にフィールド酸化膜4
を成長形成する(図11(c))。しかしながら、従来
のLOCOS法では、バーズビークと呼ばれる素子形成
予定領域(以下単に素子領域と称す)への酸化のくいこ
み10が起る。このバーズビーク10を減少させる方法
としてパット酸化膜2を薄くする方法と、窒化膜3を厚
くする方法がある。この考えにもとづいて各種の改良型
のLOCOS法が検討されてきた。
A thin oxide film is formed on the Si substrate 1 by thermal oxidation to form a pad oxide film 2 (FIG. 11 (a)). A Si 3 N 4 film 3 which is a nitride film is formed on the pad oxide film 2 by LPC.
It is formed by the VD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method, and then the Si 3 N 4 film 3 in the portion to be the element isolation region is removed.
(FIG.11 (b)). Then, the Si 3 N 4 is formed by thermal oxidation.
The field oxide film 4 is formed in the element isolation region using the film 3 as a mask.
Are grown (FIG. 11C). However, in the conventional LOCOS method, a dent 10 of oxidation into a device formation scheduled region (hereinafter simply referred to as a device region) called bird's beak occurs. As a method of reducing the bird's beak 10, there are a method of thinning the pad oxide film 2 and a method of thickening the nitride film 3. Based on this idea, various improved LOCOS methods have been studied.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各種改
良によっても充分な解決が得られていない。というの
は、バーズビークを小さくするために、パット酸化膜を
薄くするもしくは、Si34 膜を厚くする方法をとる
と、何れにしてもSi3 4 膜の内部ストレスによるS
i基板中への歪を緩和できない。従って、その歪(スト
レス)により結晶欠陥が発生する(例えば応用物理、
[8](1991)P.774−781掲載)。この
欠陥は、電気特性に重大な影響を与える。一方、欠陥の
発生しない条件の下でLOCOS法を実施すると、素子
サイズが小さくなるほどバーズビークが素子領域全面に
達し、素子領域が出来なくなる。
However, various improvements have not been able to sufficiently solve the problems. This is because if the pad oxide film is thinned or the Si 3 N 4 film is thickened in order to reduce the bird's beak, the S due to the internal stress of the Si 3 N 4 film will be used in any case.
The strain in the i substrate cannot be relaxed. Therefore, a crystal defect occurs due to the strain (stress) (for example, applied physics, 6
0 [8] (1991) P. 774-781). This defect seriously affects the electrical properties. On the other hand, if the LOCOS method is performed under the condition that no defects occur, the bird's beak reaches the entire surface of the element region as the element size becomes smaller, and the element region cannot be formed.

【0005】本発明では、素子サイズの縮小に対応する
ために、前記歪の発生を抑制しつつ、バーズビークの発
生を小さくするために、Si3 4 膜とSi基板の間に
パット酸化膜のない領域もしくは、薄い領域を形成し、
充分な素子分離領域を得ることを目的とする。
In the present invention, a pad oxide film is formed between the Si 3 N 4 film and the Si substrate in order to reduce the occurrence of the bird's beak while suppressing the occurrence of the strain in order to deal with the reduction in the element size. Forming a non-existing area or a thin area,
The purpose is to obtain a sufficient element isolation region.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的のた
め、半導体素子の製造方法、特に素子分離領域形成工程
のLOCOS法において、Si基板とSi3 4 膜の間
に形成するパット酸化膜のSi3 4 膜のパターンの端
部、すなわち、素子領域となる領域の端部のパット酸化
膜を除去もしくは、パターン中心部(素子領域の主部、
つまり周辺部ではない意味)のパット酸化膜厚より薄く
することにより、バーズビークの侵入を抑えつつ、パタ
ーン中心部歪を緩和するようにしたものである。
To achieve the above object, the present invention provides a pad oxide film formed between a Si substrate and a Si 3 N 4 film in a method of manufacturing a semiconductor device, particularly in a LOCOS method of a device isolation region forming step. Of the pattern of the Si 3 N 4 film, that is, the pad oxide film at the end of the region to be the element region is removed or the pattern center (the main portion of the element region,
In other words, the thickness of the pad oxide film (not in the peripheral portion) is made thinner so that the distortion of the central portion of the pattern is relaxed while suppressing the penetration of bird's beaks.

【0007】[0007]

【作用】前述したように本発明は、LOCOS法を用い
る際に、素子領域となるSi34 膜の周辺部のパット
酸化膜を除去もしくは中心部より薄くするようにしたの
で、中心部での前記歪が緩和され、Si基板への結晶欠
陥の導入が抑えられ、かつ周辺部では、前記歪があるの
でフィールド酸化膜のバーズビークを抑えることが可能
となる。即ち、窒化膜による歪(ストレス)が酸化膜の
成長(バーズビーク)を抑える。
As described above, according to the present invention, when the LOCOS method is used, the pad oxide film in the peripheral portion of the Si 3 N 4 film which becomes the element region is removed or made thinner than the central portion. The strain is relaxed, the introduction of crystal defects into the Si substrate is suppressed, and the strain is present in the peripheral portion, so that the bird's beak of the field oxide film can be suppressed. That is, the strain (stress) due to the nitride film suppresses the growth (bird's beak) of the oxide film.

【0008】[0008]

【実施例】図1は、本発明の第1の実施例を示す製造工
程図である。従来例と同様にSi基板1上に熱酸化によ
りパット酸化膜2を形成し、その一部をホトリソ(ホト
リソグラフィ)・エッチング技術を用いてパターニング
する。その形状は、素子領域となる領域の幅より小さい
幅にしておく(図1(a))。このようにすることによ
り、次にSi3 4 膜3を堆積した後、素子領域となる
領域にSi3 4 膜3を残すようにパターニングすれ
ば、素子領域の周辺部(端部)では、図1(a)に示す
ようにパット酸化膜2のない形状が実現できる。その
後、熱酸化によりフィールド酸化膜4を形成すると、素
子領域の端部はSi3 4 膜3のみであるからそのスト
レス(歪)でその部分の酸化が抑えられ、バーズビーク
の小さい形状が実現できる(図1(b))。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing a first embodiment of the present invention. As in the conventional example, the pad oxide film 2 is formed on the Si substrate 1 by thermal oxidation, and a part of the pad oxide film 2 is patterned using the photolithography (photolithography) etching technique. Its shape is set to be smaller than the width of the element region (FIG. 1A). By doing so, if the Si 3 N 4 film 3 is deposited next and then the patterning is performed so as to leave the Si 3 N 4 film 3 in the region to be the element region, the peripheral portion (edge portion) of the element region is As shown in FIG. 1A, a shape without the pad oxide film 2 can be realized. After that, when the field oxide film 4 is formed by thermal oxidation, since the end of the element region is only the Si 3 N 4 film 3, the stress (strain) suppresses the oxidation of that portion, and a small bird's beak shape can be realized. (FIG. 1 (b)).

【0009】図2は、本発明の第2の実施例を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【0010】Si基板1上に熱酸化によりパット酸化膜
2を形成する。その後、Si3 4膜3を形成し、素子
領域となる領域を残し、ホトリソ・エッチング技術によ
りパターニングする。このとき、素子領域以外のSi3
4 膜3およびパット酸化膜2を同時に除去する。(図
2(a))。次に、第2のSi3 4 膜5を全面に堆積
する(図2(b))。その後異方性のあるエッチング、
例えばRIE(Reactive Ion Etchi
ng)法により、第2のSi3 4 膜5をエッチングす
ると、第1のSi3 4 膜3の側壁およびパット酸化膜
2の側壁のみに第2のSi3 4 膜5が残る(図2
(c))。次に、熱酸化によりフィールド酸化膜4を形
成する(図2(d))。第1の実施例と同様、素子領域
の端部は窒化膜5だけ(酸化膜2のない部分)となって
いるので、同じ効果が得られる。
A pad oxide film 2 is formed on the Si substrate 1 by thermal oxidation. After that, a Si 3 N 4 film 3 is formed, and a region to be an element region is left, and patterning is performed by a photolithographic etching technique. At this time, Si 3 outside the element region
The N 4 film 3 and the pad oxide film 2 are removed at the same time. (FIG. 2 (a)). Next, the second Si 3 N 4 film 5 is deposited on the entire surface (FIG. 2B). Then anisotropic etching,
For example, RIE (Reactive Ion Etchi)
By ng) method, when the second Si 3 N 4 film 5 is etched, second Si 3 N 4 film 5 remains only on the side wall and the side wall of the pad oxide film 2 of the first Si 3 N 4 film 3 ( Figure 2
(C)). Next, the field oxide film 4 is formed by thermal oxidation (FIG. 2D). Similar to the first embodiment, since the end of the element region is the nitride film 5 only (the portion without the oxide film 2), the same effect can be obtained.

【0011】図3ないし図4は、本発明の第3の実施例
を示す図である。
FIGS. 3 to 4 are views showing a third embodiment of the present invention.

【0012】Si基板1上にパット酸化膜2を熱酸化に
より形成する(図3(a))。次にSi3 4 膜3をパ
ット酸化膜2上にLPCVD法により形成し、素子領域
を残し、ホトリソ・エッチングによりパターニングする
(図3(b))。
A pad oxide film 2 is formed on the Si substrate 1 by thermal oxidation (FIG. 3A). Next, the Si 3 N 4 film 3 is formed on the pad oxide film 2 by the LPCVD method, and the element region is left, and patterning is performed by photolithography etching (FIG. 3B).

【0013】その後、HF(フッ酸)を用いてパット酸
化膜2を除去する。このとき、HFは等方性エッチング
であるため、Si3 4 膜3の下にも侵入し、Si3
4 膜3の下のパット酸化膜2の一部も除去される(図3
(c))。
After that, the pad oxide film 2 is removed by using HF (hydrofluoric acid). In this case, HF is because it is isotropic etching, also encroach underneath the Si 3 N 4 film 3, Si 3 N
4 A part of the pad oxide film 2 under the film 3 is also removed (see FIG. 3).
(C)).

【0014】次に、LPCVD法により再度、第2のS
3 4 膜6を形成する。このときの第2のSi3 4
膜6の膜厚は、パット酸化膜2の膜厚の半分程度、すな
わちパット酸化膜2の膜厚が200Å程度とすると、第
2のSi3 4 膜6の膜厚は100〜150Å程度とす
ることで、第1のSi3 4 膜3の下の前記空洞部を埋
めることが可能である(図4(d))。
Next, the second S is again formed by the LPCVD method.
The i 3 N 4 film 6 is formed. The second Si 3 N 4 at this time
The film thickness of the film 6 is about half the film thickness of the pad oxide film 2, that is, when the film thickness of the pad oxide film 2 is about 200Å, the film thickness of the second Si 3 N 4 film 6 is about 100 to 150Å. By doing so, it is possible to fill the cavity below the first Si 3 N 4 film 3 (FIG. 4D).

【0015】次に,素子領域以外の第2のSi3 4
6を除去する。このとき、異方性エッチングを行なうこ
とにより、第1のSi3 4 膜3をマスクにしてエッチ
ングされるために、特にホトリソを行なう必要はない。
また等方性エッチングで利用することも可能である(図
4(e))。次に熱酸化によりフィールド酸化膜4を形
成する(図4(f))。これも効果は第1、第2の実施
例と同様である。
Next, the second Si 3 N 4 film 6 other than the element region is removed. At this time, since anisotropic etching is performed using the first Si 3 N 4 film 3 as a mask, it is not necessary to perform photolithography.
It can also be used for isotropic etching (Fig. 4 (e)). Next, the field oxide film 4 is formed by thermal oxidation (FIG. 4 (f)). This also has the same effect as the first and second embodiments.

【0016】以上の3つの実施例は、いずれも素子領域
となる領域のSi3 4 膜の周辺部のパット酸化膜がな
い状態を実現するための方法を示したものであり、いず
れも効果は第1の実施例に記載したことと同等である。
The above-mentioned three embodiments show methods for realizing a state where there is no pad oxide film in the peripheral portion of the Si 3 N 4 film in the region which becomes the element region, and all of them are effective. Is equivalent to that described in the first embodiment.

【0017】次に示す2つの実施例は、周辺部のパット
酸化膜厚を中心部に比較し薄くする方法について述べる
ものである。この方法でも第1ないし第3の実施例と同
様の効果を得られる。
The following two embodiments describe a method of reducing the thickness of the pad oxide film in the peripheral portion as compared with that in the central portion. With this method, the same effects as those of the first to third embodiments can be obtained.

【0018】図5ないし図6は、本発明の第4の実施例
を示す図である。
5 to 6 are views showing a fourth embodiment of the present invention.

【0019】Si基板1上にパット酸化膜2を形成する
(図5(a))。次にこのパット酸化膜2上にSi3
4 膜3を形成し、素子領域を残しホトリソエッチングに
よりパターニングする(図5(b))。
A pad oxide film 2 is formed on the Si substrate 1 (FIG. 5A). Next, on this pad oxide film 2, Si 3 N
4 The film 3 is formed, and patterning is performed by photolithography etching leaving the element region (FIG. 5B).

【0020】次に、パターンされたSi3 4 膜3をマ
スクとしてパット酸化膜2をエッチングする(図5
(c))。このとき、パット酸化膜2の一部が残るよう
にエッチングする。即ち、薄く残す。このパット酸化膜
2のエッチングは、Si3 4 膜3のエッチングと同一
装置内で連続的に行なうことが可能である。
Next, the pad oxide film 2 is etched by using the patterned Si 3 N 4 film 3 as a mask (FIG. 5).
(C)). At this time, etching is performed so that a part of the pad oxide film 2 remains. That is, leave thin. The etching of the pad oxide film 2 can be continuously performed in the same apparatus as the etching of the Si 3 N 4 film 3.

【0021】次に、全面に再度第2のSi3 4 膜5を
形成する(図6(d))。その後、異方性エッチングに
よりエッチングすることにより、第1のSi3 4 膜3
の側壁および一部エッチングされたパット酸化膜2上に
前記第2のSi3 4 膜5が残る。また、第2のSi3
4 膜5のパターン以外の領域のパット酸化膜2も同時
に除去する。(図6(e))。この状態で熱酸化するこ
とにより、フィールド酸化膜4を形成する(図6
(f))。
Next, the second Si 3 N 4 film 5 is formed again on the entire surface (FIG. 6D). After that, the first Si 3 N 4 film 3 is etched by anisotropic etching.
The second Si 3 N 4 film 5 is left on the sidewalls of and the partly etched pad oxide film 2. In addition, the second Si 3
The pad oxide film 2 in the region other than the pattern of the N 4 film 5 is also removed at the same time. (FIG.6 (e)). The field oxide film 4 is formed by thermal oxidation in this state (FIG. 6).
(F)).

【0022】本発明の第5の実施例を図7ないし図8に
示す。
A fifth embodiment of the present invention is shown in FIGS.

【0023】Si基板1上に100Å程度のパット酸化
膜2を熱酸化により形成する(図7(a))。次に薄い
Si3 4 膜7をLPCVD法により形成する。この薄
いSi3 4 膜7の膜厚は500Å〜1000Å程度と
する。この薄いSi3 4 膜7を素子領域以外の領域に
残るようにホトリソ・エッチングを行なう(図7
(b))。
A pad oxide film 2 of about 100 Å is formed on the Si substrate 1 by thermal oxidation (FIG. 7A). Next, a thin Si 3 N 4 film 7 is formed by the LPCVD method. The thickness of the thin Si 3 N 4 film 7 is set to about 500Å to 1000Å. Photolithography and etching are performed so that the thin Si 3 N 4 film 7 remains in regions other than the element region (see FIG. 7).
(B)).

【0024】次に熱酸化を行なうと、薄いSi3 4
7のない(つまり、Si3 4 膜7がマスクとなる)領
域に酸化膜2が成長する。さらに、バーズビークの形成
と同様の現象でSi3 4 膜7の下部の一部にも酸化膜
2が侵入する。これをパット酸化膜2とし、このときの
酸化膜厚を200〜300Åとする(図7(c))。
Next, when thermal oxidation is performed, the oxide film 2 grows in a region where the thin Si 3 N 4 film 7 is absent (that is, the Si 3 N 4 film 7 serves as a mask). Further, the oxide film 2 also penetrates into a part of the lower portion of the Si 3 N 4 film 7 by the same phenomenon as the formation of the bird's beak. This is used as the pad oxide film 2, and the oxide film thickness at this time is set to 200 to 300Å (FIG. 7C).

【0025】次に薄いSi3 4 膜7を熱リン酸を用い
て除去し、再度Si3 4 膜3を形成し、素子領域にの
みSi3 4 膜3を残すようにホトリソ・エッチングを
行なう(図8(d))。次に熱酸化により、フィールド
酸化膜4を形成する(図8(e))。
Next, the thin Si 3 N 4 film 7 is removed by using hot phosphoric acid, the Si 3 N 4 film 3 is formed again, and photolithography etching is performed so that the Si 3 N 4 film 3 is left only in the element region. (FIG. 8 (d)). Next, the field oxide film 4 is formed by thermal oxidation (FIG. 8E).

【0026】図9ないし図10は本発明の第6の実施例
を示す。
9 to 10 show a sixth embodiment of the present invention.

【0027】Si基板1上にパット酸化膜2を形成する
(図9(a))。次に、その上にSi3 4 膜3を形成
し、素子領域のみを残しホトリソエッチングにより除去
する(図9(b))。
A pad oxide film 2 is formed on the Si substrate 1 (FIG. 9A). Next, a Si 3 N 4 film 3 is formed thereon, and is removed by photolithography etching leaving only the element region (FIG. 9B).

【0028】次に、熱酸化を行なう。この熱酸化により
フィールド酸化膜の一部となる酸化膜8を形成する。こ
の酸化膜8の膜厚はフィールド酸化膜の半分程度とする
(図9(c))。
Next, thermal oxidation is performed. By this thermal oxidation, the oxide film 8 which becomes a part of the field oxide film is formed. The thickness of the oxide film 8 is about half that of the field oxide film (FIG. 9C).

【0029】次に全面に第2のSi3 4 膜5を堆積す
る(図10(d))。その後異方性エッチングにより第
2のSi3 4 膜5をエッチングすることにより、第1
のSi3 4 膜3の側壁部に第2のSi3 4 膜5が残
る(図10(e))。次にさらに熱酸化を行なうことに
より、第2のSi3 4 膜5のない領域にフィールド酸
化膜4を形成する。
Next, a second Si 3 N 4 film 5 is deposited on the entire surface (FIG. 10 (d)). Thereafter, the second Si 3 N 4 film 5 is etched by anisotropic etching to obtain the first
The second Si 3 N 4 film 5 remains on the side wall of the Si 3 N 4 film 3 (FIG. 10E). Next, thermal oxidation is further performed to form field oxide film 4 in the region where second Si 3 N 4 film 5 is not provided.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、LOCOS法を用いる際に、素子領域となるSi3
4 膜の周辺部のパット酸化膜を除去、もしくは中心部
より薄くするようにしたので、中心部では窒化膜による
歪が緩和されるので、結晶欠陥は発生せず、かつ周辺部
ではその歪があるからバーズビークを抑えることが可能
となる。
As described in detail above, according to the present invention, when the LOCOS method is used, Si 3 which becomes an element region is formed.
Since the pad oxide film in the peripheral portion of the N 4 film is removed or made thinner than the central portion, the strain due to the nitride film is relaxed in the central portion, so crystal defects do not occur, and the strain in the peripheral portion is reduced. Therefore, it is possible to suppress bird's beak.

【0031】また、第6の実施例では所定のフィールド
酸化膜厚の半分程度まで通常のLOCOS法を行ない、
その後、Si3 4 膜の周辺部に再度Si3 4 膜を形
成し、再度所定のフィールド酸化膜厚まで酸化すること
により、バーズビークの侵入を抑えることができる。
In the sixth embodiment, the normal LOCOS method is performed up to about half the predetermined field oxide film thickness,
After that, the Si 3 N 4 film is formed again on the periphery of the Si 3 N 4 film and is oxidized again to a predetermined field oxide film thickness, whereby the bird's beak can be prevented from entering.

【0032】従って、良好なフィールド酸化膜を得ら
れ、デバイスの縮小化にも充分に対応できる。
Therefore, a good field oxide film can be obtained, and the device can be downsized sufficiently.

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

【図1】本発明の第1の実施例。FIG. 1 is a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例。FIG. 2 is a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例(その1)。FIG. 3 is a third example (1) of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例(その2)。FIG. 4 is a third embodiment (No. 2) of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施例(その1)。FIG. 5 is a fourth embodiment (1) of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施例(その2)。FIG. 6 is a fourth embodiment (2) of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施例(その1)。FIG. 7 is a fifth embodiment (1) of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施例(その2)。FIG. 8 is a fifth embodiment (No. 2) of the present invention.

【図9】本発明の第6の実施例(その1)。FIG. 9 is a sixth example (1) of the present invention.

【図10】本発明の第6の実施例(その2)。FIG. 10 is a sixth embodiment (2) of the present invention.

【図11】従来例。FIG. 11 shows a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 パット酸化膜 3 Si3 4 膜 4 フィールド酸化膜 5,6 第2のSi3 4 1 Si substrate 2 Pat oxide film 3 Si 3 N 4 film 4 Field oxide film 5, 6 Second Si 3 N 4 film