JPH08153717A - Element isolation insulation film and its formation - Google Patents
Element isolation insulation film and its formationInfo
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- JPH08153717A JPH08153717A JP29644494A JP29644494A JPH08153717A JP H08153717 A JPH08153717 A JP H08153717A JP 29644494 A JP29644494 A JP 29644494A JP 29644494 A JP29644494 A JP 29644494A JP H08153717 A JPH08153717 A JP H08153717A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の素子分離
絶縁膜およびその形成方法に関し、特に微細集積化が進
んだメモリ素子の半導体集積回路に利用される低誘電率
を有する素子分離絶縁膜およびそ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 an element isolation insulating film of a semiconductor device and a method of forming the same, and more particularly to an element isolation insulating film having a low dielectric constant used for a semiconductor integrated circuit of a memory element which has been further miniaturized. And a method for forming the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の素子分離絶縁膜の多くは、
LOCOS酸化法により形成されている。このLOCO
S酸化法は、シリコン基板の表面にパッド酸化シリコン
膜を形成した後、窒化シリコン膜をパターニングして酸
化防止マスクを形成する。その後シリコン基板表面を選
択酸化することによりLOCOS酸化膜を形成する方法
である。2. Description of the Related Art Most of element isolation insulating films of semiconductor devices are
It is formed by the LOCOS oxidation method. This LOCO
In the S oxidation method, a pad silicon oxide film is formed on the surface of a silicon substrate, and then the silicon nitride film is patterned to form an oxidation prevention mask. After that, a LOCOS oxide film is formed by selectively oxidizing the surface of the silicon substrate.
【0003】上記LOCOS酸化法では、窒化シリコン
膜エッジ部で基板面方向に酸化膜が伸びて、いわゆるバ
ーズビークと呼ばれるものを生じる。このバーズビーク
は半導体デバイスの微細化を阻害する要因の一つにな
る。図6に示すように、シリコン基板101表層の一部
分をLOCOS法によって酸化する。特に約0.35μ
mおよびそれ以下の狭いアクティブ領域102には、窒
化シリコン膜111a(111)の両端側下方から成長
してくるLOCOS酸化膜112,113のバーズビー
ク112B,113Bが重なるため、その部分の膜厚d
1は既に形成してあるパッド酸化シリコン膜114の膜
厚d2よりも厚くなる。In the LOCOS oxidation method, the oxide film extends in the substrate surface direction at the edge portion of the silicon nitride film, and a so-called bird's beak is generated. This bird's beak is one of the factors that hinder the miniaturization of semiconductor devices. As shown in FIG. 6, a part of the surface layer of the silicon substrate 101 is oxidized by the LOCOS method. Especially about 0.35μ
Since the bird's beaks 112B and 113B of the LOCOS oxide films 112 and 113, which grow from the lower sides of both ends of the silicon nitride film 111a (111), overlap the narrow active region 102 of m or less, the film thickness d at that portion is reduced.
1 becomes thicker than the film thickness d2 of the pad silicon oxide film 114 already formed.
【0004】そこで、窒化シリコン膜111をエッチン
グ除去した後、上記バーズビーク112B,113Bが
延びた部分の下方のシリコン基板101にアクティブ領
域102を形成するために、シリコン基板101の表面
が露出するまでバーズビーク112B,113Bをエッ
チングして除去していた。Therefore, after the silicon nitride film 111 is removed by etching, in order to form the active region 102 on the silicon substrate 101 below the portion where the bird's beaks 112B and 113B extend, the bird's beak is exposed until the surface of the silicon substrate 101 is exposed. 112B and 113B were removed by etching.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
示すように、アクティブ領域102が形成される領域に
延びたバーズビーク112B,113B(2点鎖線で示
す部分)の膜厚はバーズビークが延びていないパッド酸
化シリコン膜114(1点鎖線で示す部分)の膜厚より
も厚い。そのため、パッド酸化シリコン膜114ととも
にバーズビーク112B,113Bをエッチングによっ
て除去すると、LOCOS酸化膜112,113の上層
(破線で示す部分)もバーズビーク112B,113B
の厚さとほぼ同等の厚さが除去される。その結果、この
LOCOS酸化膜112,113の膜厚D2は設計値D
1よりも薄くなる。また、図示はしないが、狭いアクテ
ィブ領域を形成するためにLOCOS酸化の膜厚自体を
薄くする方法もある。しかしながら、この方法でもでき
あがりのLOCOS酸化膜の膜厚は薄くなる。このよう
にLOCOS酸化膜の膜厚が薄くなると寄生容量が増加
する。そのため、遅延時間が長くなり回路の動作速度が
低下することになる。However, as shown in FIG. 7, the bird's beaks 112B and 113B (portions indicated by the two-dot chain line) extending in the region where the active region 102 is formed do not extend in thickness. It is thicker than the film thickness of the pad silicon oxide film 114 (portion indicated by a chain line). Therefore, when the bird's beaks 112B and 113B are removed by etching together with the pad silicon oxide film 114, the upper layers (portions indicated by broken lines) of the LOCOS oxide films 112 and 113 are also bird's beaks 112B and 113B.
A thickness approximately equal to the thickness of is removed. As a result, the film thickness D2 of the LOCOS oxide films 112 and 113 is the design value D.
It becomes thinner than 1. Although not shown, there is also a method of reducing the film thickness itself of LOCOS oxidation in order to form a narrow active region. However, the thickness of the LOCOS oxide film formed by this method is thin. As the thickness of the LOCOS oxide film is reduced, the parasitic capacitance increases. Therefore, the delay time becomes long and the operation speed of the circuit is lowered.
【0006】本発明は、微細化および低寄生容量化に優
れた素子分離絶縁膜およびその形成方法を提供すること
を目的とする。An object of the present invention is to provide an element isolation insulating film excellent in miniaturization and low parasitic capacitance and a method for forming the same.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた素子分離絶縁膜およびその形成方
法である。すなわち、素子分離絶縁膜は、酸化膜からな
り、その酸化膜中に5atomic%以上20atomic%以下の
フッ素原子を含むものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is an element isolation insulating film and a method of forming the same for achieving the above object. That is, the element isolation insulating film is made of an oxide film, and the oxide film contains 5 atomic% or more and 20 atomic% or less of fluorine atoms.
【0008】その形成方法として第1の方法では、窒化
シリコン膜を酸化防止マスクに用いた選択酸化法によっ
てシリコン基板に酸化膜を形成する際に、酸化膜を形成
する選択酸化雰囲気にフッ素ガスまたはフッ素を含むガ
スを導入して選択酸化を行うことでシリコン基板に酸化
膜を形成する。In the first method for forming the oxide film, when forming an oxide film on a silicon substrate by a selective oxidation method using a silicon nitride film as an oxidation prevention mask, a fluorine gas or a selective oxidation atmosphere for forming the oxide film is used. An oxide film is formed on the silicon substrate by introducing a gas containing fluorine and performing selective oxidation.
【0009】第2の方法では、窒化シリコン膜を酸化防
止マスクに用いた選択酸化法によってシリコン基板に酸
化膜を形成した後、フッ素イオンまたはフッ素を含むイ
オンを選択的に上記酸化膜に導入する。In the second method, after forming an oxide film on a silicon substrate by a selective oxidation method using a silicon nitride film as an anti-oxidation mask, fluorine ions or ions containing fluorine are selectively introduced into the oxide film. .
【0010】第3の方法では、窒化シリコン膜を酸化防
止マスクに用いた選択酸化法によってシリコン基板に酸
化膜を形成する際に、酸化防止マスクを形成した後でか
つ選択酸化を行う前に、シリコン基板の酸化膜の形成予
定領域にフッ素イオンまたはフッ素を含むイオンを選択
的に導入する。その後選択酸化を行ってシリコン基板の
酸化膜の形成予定領域に酸化膜を形成する。In the third method, when an oxide film is formed on a silicon substrate by a selective oxidation method using a silicon nitride film as an oxidation prevention mask, after the oxidation prevention mask is formed and before the selective oxidation is performed, Fluorine ions or ions containing fluorine are selectively introduced into a region of the silicon substrate where the oxide film is to be formed. After that, selective oxidation is performed to form an oxide film in a region of the silicon substrate where the oxide film is to be formed.
【0011】[0011]
【作用】上記素子分離絶縁膜では、酸化膜中に5atomic
%以上20atomic%以下のフッ素原子が含まれているこ
とから、フッ素原子を含まない酸化膜の誘電率(4.
2)よりも誘電率が低くなる。その誘電率はフッ素の含
有量によって異なるが3.0〜3.5程度になる。な
お、フッ素の含有量が5atomic%よりも少ない酸化膜で
は誘電率が十分に低くならない。一方、フッ素の含有量
が20atomic%を超えると、膜中のフッ素が飽和状態に
近くなるので、フッ素と雰囲気中の水素とが反応してフ
ッ化水素を生成する。そのような場合には、生成したフ
ッ化水素によって素子分離絶縁膜上に形成されたアルミ
ニウム系配線が腐食される。または腐食されて断線に至
る。したがって、フッ素原子の含有量を上記のような範
囲に設定した。[Function] In the above element isolation insulating film, 5 atomic is contained in the oxide film.
% Or more and 20 atomic% or less of fluorine atoms, the dielectric constant (4.
It has a lower dielectric constant than 2). Its dielectric constant is about 3.0 to 3.5, though it depends on the content of fluorine. An oxide film containing less than 5 atomic% of fluorine does not have a sufficiently low dielectric constant. On the other hand, when the content of fluorine exceeds 20 atomic%, the fluorine in the film becomes close to the saturated state, and the fluorine reacts with hydrogen in the atmosphere to generate hydrogen fluoride. In such a case, the generated hydrogen fluoride corrodes the aluminum wiring formed on the element isolation insulating film. Or it will be corroded and lead to disconnection. Therefore, the content of fluorine atoms is set within the above range.
【0012】上記素子分離絶縁膜の形成方法として、第
1の方法では、窒化シリコン膜を酸化防止マスクに用い
た選択酸化法によってシリコン基板に酸化膜を形成する
際に、選択酸化雰囲気にフッ素ガスまたはフッ素を含む
ガスを導入して選択酸化を行うことから、シリコン基板
に形成される酸化膜中にフッ素原子が含まれる。As a method of forming the element isolation insulating film, in the first method, when the oxide film is formed on the silicon substrate by the selective oxidation method using the silicon nitride film as an oxidation prevention mask, a fluorine gas is used in a selective oxidizing atmosphere. Alternatively, since a gas containing fluorine is introduced to perform selective oxidation, fluorine atoms are contained in the oxide film formed on the silicon substrate.
【0013】上記第2の方法では、窒化シリコン膜を酸
化防止マスクに用いた選択酸化法によってシリコン基板
に酸化膜を形成した後、フッ素イオンまたはフッ素を含
むイオンを選択的に酸化膜に導入することから、酸化膜
にはフッ素原子が含まれる。そして上記イオン注入で
は、酸化防止マスクがイオン注入マスクになるので、酸
化防止マスクに覆われているアクティブ領域になるシリ
コン基板部分にはフッ素は導入されない。In the second method, an oxide film is formed on a silicon substrate by a selective oxidation method using a silicon nitride film as an oxidation prevention mask, and then fluorine ions or ions containing fluorine are selectively introduced into the oxide film. Therefore, the oxide film contains fluorine atoms. In the above-mentioned ion implantation, since the oxidation mask serves as an ion implantation mask, fluorine is not introduced into the silicon substrate portion which is the active region covered with the oxidation mask.
【0014】第3の方法では、窒化シリコン膜を酸化防
止マスクに用いた選択酸化法によってシリコン基板に酸
化膜を形成する際に、酸化防止マスクを形成した後でか
つ選択酸化を行う前に、シリコン基板の酸化膜の形成予
定領域にフッ素イオンまたはフッ素を含むイオンをシリ
コン基板の酸化膜の形成予定領域に選択的に導入する。
その後選択酸化を行うことから、フッ素原子が含まれた
状態でシリコン基板が酸化されてフッ素原子を含む酸化
膜が形成される。そして上記イオン注入では、酸化防止
マスクがイオン注入マスクになるので、酸化防止マスク
に覆われているアクティブ領域になるシリコン基板部分
にはフッ素は導入されない。In the third method, when an oxide film is formed on a silicon substrate by a selective oxidation method using a silicon nitride film as an oxidation prevention mask, after the oxidation prevention mask is formed and before the selective oxidation is performed, Fluorine ions or ions containing fluorine are selectively introduced into a region of the silicon substrate where the oxide film is to be formed.
After that, selective oxidation is performed, so that the silicon substrate is oxidized in a state in which fluorine atoms are contained and an oxide film containing fluorine atoms is formed. In the above-mentioned ion implantation, since the oxidation mask serves as an ion implantation mask, fluorine is not introduced into the silicon substrate portion which is the active region covered with the oxidation mask.
【0015】上記各方法では、酸化膜にフッ素が含まれ
るので、その酸化膜の誘電率は低くなる。そこで、酸化
膜の膜厚を薄くしても素子分離に必要な絶縁性は確保さ
れるので、微細なアクティブ領域に形成されたバーズビ
ークが成長した部分の酸化膜を除去した際に素子分離絶
縁膜になる酸化膜の表層が除去されても、この酸化膜は
誘電率が低いので素子分離絶縁膜としての絶縁性が確保
される。In each of the above methods, since the oxide film contains fluorine, the dielectric constant of the oxide film becomes low. Therefore, even if the oxide film is thinned, the insulating property required for element isolation is secured. Therefore, when removing the oxide film in the portion where the bird's beaks formed in the fine active region have grown, the element isolation insulating film is removed. Even if the surface layer of the oxide film to be removed is removed, the oxide film has a low dielectric constant, so that the insulating property as the element isolation insulating film is ensured.
【0016】[0016]
【実施例】本発明の実施例を図1の概略構成図によって
説明する。図に示すように、シリコン基板11の表面に
は酸化防止マスクを用いた選択酸化法によって形成され
た素子分離絶縁膜1が設けられている。この素子分離絶
縁膜1は5atomic%以上20atomic%以下のフッ素原子
を含む酸化シリコン膜(酸化膜)からなる。上記選択酸
化法は、例えばLOCOS酸化法、改良LOCOS酸化
法等によって行われる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG. As shown in the figure, an element isolation insulating film 1 formed by a selective oxidation method using an oxidation prevention mask is provided on the surface of a silicon substrate 11. The element isolation insulating film 1 is made of a silicon oxide film (oxide film) containing 5 atomic% or more and 20 atomic% or less of fluorine atoms. The selective oxidation method is performed by, for example, a LOCOS oxidation method, an improved LOCOS oxidation method, or the like.
【0017】上記素子分離絶縁膜1は、酸化シリコン膜
中に5atomic%以上20atomic%以下のフッ素原子が含
まれていることから、フッ素原子を含まない酸化シリコ
ン膜の誘電率(4.2)よりも誘電率が低くなる。その
誘電率はフッ素の含有量によって異なるが3.0〜3.
5程度になる。例えば、誘電率が3.0の素子分離絶縁
膜1は、従来の酸化シリコンからなる素子分離絶縁膜の
膜厚よりもおよそ30%薄い膜厚で従来の素子分離絶縁
膜と同等の絶縁性を有する。したがって、従来よりも3
0%程度膜厚が薄くても寄生容量の発生がない。なお、
フッ素の含有量が5atomic%よりも少ない酸化シリコン
膜では誘電率が十分に低くならない。一方、フッ素の含
有量が20atomic%を超えると、素子分離絶縁膜1中の
フッ素が飽和状態に近くなるので、フッ素と雰囲気中の
水素とが反応してフッ化水素を生成する。そのような場
合には、生成したフッ化水素によって素子分離絶縁膜上
に形成されるアルミニウム系配線(図示省略)が腐食さ
れることになる。またはアルミニウム系配線が腐食され
て断線に至る。したがって、フッ素原子の含有量を上記
のような範囲に設定した。Since the element isolation insulating film 1 contains 5 atomic% or more and 20 atomic% or less of fluorine atoms in the silicon oxide film, the dielectric constant (4.2) of the silicon oxide film containing no fluorine atoms is used. Also has a low dielectric constant. Its dielectric constant varies depending on the content of fluorine, but is 3.0 to 3.
It will be about 5. For example, the element isolation insulating film 1 having a dielectric constant of 3.0 has a film thickness approximately 30% thinner than that of the conventional element isolation insulating film made of silicon oxide, and has the same insulating property as that of the conventional element isolation insulating film. Have. Therefore, it is 3
No parasitic capacitance is generated even if the film thickness is about 0%. In addition,
A silicon oxide film containing less than 5 atomic% of fluorine does not have a sufficiently low dielectric constant. On the other hand, when the content of fluorine exceeds 20 atomic%, the fluorine in the element isolation insulating film 1 becomes close to a saturated state, and the fluorine reacts with hydrogen in the atmosphere to generate hydrogen fluoride. In such a case, the aluminum fluoride wiring (not shown) formed on the element isolation insulating film is corroded by the generated hydrogen fluoride. Alternatively, the aluminum-based wiring is corroded resulting in disconnection. Therefore, the content of fluorine atoms is set within the above range.
【0018】次に、素子分離絶縁膜の形成方法に関する
第1発明の実施例を図2の形成工程図によって説明す
る。Next, an embodiment of the first invention relating to the method for forming the element isolation insulating film will be described with reference to the process chart of FIG.
【0019】図2の(1)に示すように、熱酸化法によ
って、シリコン基板11の表面にパッド酸化シリコン膜
12を、例えば10nmの膜厚に形成する。その後、低
圧CVD法によって、窒化シリコン(Si3 N4 )膜1
3を、例えば100nmの膜厚に形成する。さらにレジ
スト膜を塗布した後、リソグラフィーによってパターニ
ングを行ってレジストマスク14を形成する。As shown in FIG. 2A, the pad silicon oxide film 12 is formed on the surface of the silicon substrate 11 to have a film thickness of, for example, 10 nm by the thermal oxidation method. After that, the silicon nitride (Si 3 N 4 ) film 1 is formed by the low pressure CVD method.
3 is formed to have a film thickness of 100 nm, for example. Further, after applying a resist film, patterning is performed by lithography to form a resist mask 14.
【0020】次いで図2の(2)に示すように、ドライ
エッチングによって窒化シリコン膜13に2点鎖線で示
す部分を除去して、残した窒化シリコン膜(13)で酸
化防止マスク15を形成する。このとき、パッド酸化シ
リコン膜12は残したままでも差し支えはない。図では
上記パッド酸化シリコン膜12をエッチングした場合を
示す。上記ドライエッチングでは、例えば枚葉式のマグ
ネトロン反応性イオンエッチング装置を用いる。そして
エッチング雰囲気を、流量が5sccmのオクタフルオ
ロシクロブタン(C4 F8 )と流量が4sccmの酸素
(O2 )と流量が100sccmのアルゴン(Ar)と
で構成し、エッチング雰囲気の圧力を2.7Pa、RF
パワーを1kWに設定する。その後、酸素アッシングま
たはウェット処理によってレジストマスク14を除去す
る。Then, as shown in FIG. 2B, the portion indicated by the chain double-dashed line is removed from the silicon nitride film 13 by dry etching, and the remaining silicon nitride film (13) is used to form an anti-oxidation mask 15. . At this time, the pad silicon oxide film 12 may be left as it is. The figure shows the case where the pad silicon oxide film 12 is etched. In the dry etching, for example, a single wafer type magnetron reactive ion etching apparatus is used. The etching atmosphere is composed of octafluorocyclobutane (C 4 F 8 ) having a flow rate of 5 sccm, oxygen (O 2 ) having a flow rate of 4 sccm, and argon (Ar) having a flow rate of 100 sccm, and the pressure of the etching atmosphere is 2.7 Pa. , RF
Set the power to 1kW. After that, the resist mask 14 is removed by oxygen ashing or wet processing.
【0021】次いで図2の(3)に示すように、選択酸
化雰囲気にフッ素ガスまたはフッ素を含むガスを導入し
て上記酸化防止膜15に覆われている領域を除くシリコ
ン基板11の表面を選択酸化して、酸化シリコン膜16
を形成する。上記選択酸化雰囲気は、例えば流量が10
SLMの酸素(O2 )と流量が10SLMの水素
(H2 )と流量が5SLMのフッ素(F)とで構成し、
酸化温度を950℃に設定する。上記選択酸化雰囲気
は、例えば、酸素(O2 )とフッ素(F)との混合ガス
雰囲気または水蒸気とフッ素(F)との混合ガス雰囲気
であってもよい。Next, as shown in FIG. 2C, a surface of the silicon substrate 11 except for the region covered with the anti-oxidation film 15 is selected by introducing a fluorine gas or a gas containing fluorine into the selective oxidizing atmosphere. Oxidation and silicon oxide film 16
To form. The selective oxidizing atmosphere has a flow rate of 10 for example.
It is composed of oxygen (O 2 ) of SLM, hydrogen (H 2 ) with a flow rate of 10 SLM, and fluorine (F) with a flow rate of 5 SLM.
Set the oxidation temperature to 950 ° C. The selective oxidizing atmosphere may be, for example, a mixed gas atmosphere of oxygen (O 2 ) and fluorine (F) or a mixed gas atmosphere of water vapor and fluorine (F).
【0022】その後、酸化防止マスク15とパッド酸化
シリコン膜12とを除去する。酸化防止マスク15は、
窒化シリコンから形成されているので、例えば熱リン酸
によるウェットエッチングによって除去する。またパッ
ド酸化シリコン膜12はライトエッチングによって除去
する。上記ライトエッチングは、フッ酸:H2 O=1:
100程度のフッ酸水溶液に1分〜2分間浸漬して行
う。上記ライトエッチングでは、酸化シリコン膜16の
上層も除去される。このようにして、図2の(4)に示
すように、シリコン基板11の表面側に酸化シリコン膜
(16)からなる素子分離絶縁膜1が形成される。After that, the anti-oxidation mask 15 and the pad silicon oxide film 12 are removed. The antioxidant mask 15 is
Since it is made of silicon nitride, it is removed by wet etching with hot phosphoric acid, for example. The pad silicon oxide film 12 is removed by light etching. The light etching is performed using hydrofluoric acid: H 2 O = 1:
It is performed by immersing it in a hydrofluoric acid solution of about 100 for 1 to 2 minutes. The light etching also removes the upper layer of the silicon oxide film 16. In this way, as shown in (4) of FIG. 2, the element isolation insulating film 1 made of the silicon oxide film (16) is formed on the surface side of the silicon substrate 11.
【0023】上記第1発明の実施例では、酸素と水素と
フッ素との混合雰囲気中でシリコン基板11の表面を酸
化することから、生成される素子分離絶縁膜1はフッ素
原子を含む酸化シリコン膜16になる。そのため、素子
分離絶縁膜1の誘電率は、酸化シリコン中に含まれるフ
ッ素の量によって3.0程度にまで低減される。なお、
上記酸化シリコン膜16中に含まれるフッ素原子の量
は、選択酸化雰囲気に導入されるフッ素流量を制御する
ことによって調整する。In the embodiment of the first invention, the surface of the silicon substrate 11 is oxidized in a mixed atmosphere of oxygen, hydrogen and fluorine, so that the element isolation insulating film 1 produced is a silicon oxide film containing fluorine atoms. Become 16. Therefore, the dielectric constant of the element isolation insulating film 1 is reduced to about 3.0 depending on the amount of fluorine contained in silicon oxide. In addition,
The amount of fluorine atoms contained in the silicon oxide film 16 is adjusted by controlling the flow rate of fluorine introduced into the selective oxidizing atmosphere.
【0024】次に、素子分離絶縁膜の形成方法に関する
第2発明の実施例を図3の形成工程図によって説明す
る。図では、上記図2で説明したのと同様の構成部品に
は同一符号を付す。Next, an embodiment of the second invention relating to the method of forming the element isolation insulating film will be described with reference to the process chart of FIG. In the figure, the same components as those described with reference to FIG.
【0025】図3の(1)に示すように、上記図2の
(1),(2)で説明したと同様にして、シリコン基板
11の表面にパッド酸化シリコン膜12(例えば膜厚が
10nm)を形成し、その上に窒化シリコン膜13(例
えば膜厚が100nm)を形成する。さらにレジスト膜
を塗布した後、リソグラフィーによってレジストマスク
(図示省略)を形成する。その後ドライエッチングによ
って窒化シリコン膜13に2点鎖線で示す部分を除去し
て、残した窒化シリコン膜(13)で酸化防止マスク1
5を形成する。このとき、パッド酸化シリコン膜12
(1点鎖線で示す部分)もエッチングする。その後、酸
素アッシングまたはウェット処理によって上記レジスト
マスクを除去する。As shown in (1) of FIG. 3, the pad silicon oxide film 12 (for example, a film thickness of 10 nm is formed on the surface of the silicon substrate 11 in the same manner as described in (1) and (2) of FIG. 2 above. ) Is formed, and a silicon nitride film 13 (having a film thickness of 100 nm, for example) is formed thereon. After applying a resist film, a resist mask (not shown) is formed by lithography. After that, a portion indicated by a chain double-dashed line is removed from the silicon nitride film 13 by dry etching, and the remaining silicon nitride film (13) is used as the anti-oxidation mask 1.
5 is formed. At this time, the pad silicon oxide film 12
The portion (shown by the one-dot chain line) is also etched. Then, the resist mask is removed by oxygen ashing or wet treatment.
【0026】次いで図3の(2)に示すように、例えば
酸素と水素とからなる選択酸化雰囲気において上記酸化
防止膜15に覆われている領域を除くシリコン基板11
の表面を選択酸化して、フッ素原子を含む酸化シリコン
膜16を形成する。上記選択酸化雰囲気は、例えば流量
が10SLMの酸素(O2 )と流量が10SLMの水素
(H2 )とで構成し、酸化温度を950℃に設定する。Then, as shown in FIG. 3B, the silicon substrate 11 excluding the region covered with the anti-oxidation film 15 in a selective oxidizing atmosphere consisting of oxygen and hydrogen, for example.
The surface of is selectively oxidized to form a silicon oxide film 16 containing fluorine atoms. The selective oxidizing atmosphere is composed of, for example, oxygen (O 2 ) having a flow rate of 10 SLM and hydrogen (H 2 ) having a flow rate of 10 SLM, and the oxidation temperature is set to 950 ° C.
【0027】次いで図3の(3)に示すように、上記窒
化シリコンからなる酸化防止マスク15をイオン注入マ
スクにしたイオン注入法によって、フッ素(F+ )イオ
ンを上記酸化シリコン膜16に導入する。このイオン注
入条件は、例えば、打ち込みエネルギーを30keV、
ドーズ量を10P(peta)cm-2に設定する。Next, as shown in (3) of FIG. 3, fluorine (F + ) ions are introduced into the silicon oxide film 16 by an ion implantation method using the oxidation prevention mask 15 made of silicon nitride as an ion implantation mask. . The ion implantation conditions are, for example, an implantation energy of 30 keV,
The dose amount is set to 10 P (peta) cm −2 .
【0028】その後、酸化防止マスク15とパッド酸化
シリコン膜12との除去する。酸化防止マスク15とパ
ッド酸化シリコン膜12の除去は、上記第1実施例で説
明したと同様の方法によって行う。このようにして、図
3の(4)に示すように、シリコン基板11の上層に、
フッ素原子を含む酸化シリコン膜(16)からなる素子
分離絶縁膜1が形成される。After that, the anti-oxidation mask 15 and the pad silicon oxide film 12 are removed. The anti-oxidation mask 15 and the pad silicon oxide film 12 are removed by the same method as described in the first embodiment. Thus, as shown in (4) of FIG. 3, on the upper layer of the silicon substrate 11,
The element isolation insulating film 1 made of a silicon oxide film (16) containing fluorine atoms is formed.
【0029】上記第2発明の実施例では、イオン注入法
によって、酸化シリコン膜16にフッ素イオンを導入す
ることから、素子分離絶縁膜1はフッ素原子を含むこと
になる。そのため、素子分離絶縁膜1の誘電率が3.0
程度にまで低減される。また、上記イオン注入では、シ
リコン基板11のアクティブ領域が窒化シリコンからな
る酸化防止マスク15に覆われていることから、酸化防
止マスク15がイオン注入マスクになる。このため、ア
クティブ領域にはフッ素イオンは導入されない。なお、
上記酸化シリコン膜16中に含まれるフッ素原子の量
は、イオン注入されるフッ素のドーズ量を制御すること
によって調整する。In the embodiment of the second invention, since fluorine ions are introduced into the silicon oxide film 16 by the ion implantation method, the element isolation insulating film 1 contains fluorine atoms. Therefore, the dielectric constant of the element isolation insulating film 1 is 3.0.
It is reduced to the extent. Further, in the above ion implantation, since the active region of the silicon substrate 11 is covered with the oxidation preventing mask 15 made of silicon nitride, the oxidation preventing mask 15 serves as an ion implantation mask. Therefore, fluorine ions are not introduced into the active region. In addition,
The amount of fluorine atoms contained in the silicon oxide film 16 is adjusted by controlling the dose amount of fluorine ion-implanted.
【0030】次に、素子分離絶縁膜の形成方法に関する
第3発明の実施例を図4の形成工程図によって説明す
る。図では、上記図2で説明したのと同様の構成部品に
は同一符号を付す。Next, an embodiment of the third invention relating to the method of forming the element isolation insulating film will be described with reference to the process chart of FIG. In the figure, the same components as those described with reference to FIG.
【0031】図4の(1)に示すように、上記図2の
(1),(2)で説明したのと同様にして、シリコン基
板11の表面にパッド酸化シリコン膜12(例えば膜厚
が10nm)を形成し、その上に窒化シリコン(Si3
N4 )膜13(例えば膜厚が100nm)を形成する。
さらにレジスト膜を塗布した後、リソグラフィーによっ
てパターニングを行って、レジストマスク14を形成す
る。次いでドライエッチングによって窒化シリコン膜1
3に2点鎖線で示す部分を除去して、残した窒化シリコ
ン膜(13)で酸化防止マスク15を形成する。このと
き、パッド酸化シリコン膜12は残したままでも差し支
えはない。図では上記パッド酸化シリコン膜12をエッ
チングした場合を示す。As shown in FIG. 4A, the pad silicon oxide film 12 (for example, with a film thickness of 10 μm) is formed on the surface of the silicon substrate 11 in the same manner as described in (1) and (2) of FIG. 10 nm) and silicon nitride (Si 3
N 4 ) film 13 (for example, a film thickness of 100 nm) is formed.
After applying a resist film, patterning is performed by lithography to form a resist mask 14. Then, a silicon nitride film 1 is formed by dry etching.
A portion indicated by a chain double-dashed line in 3 is removed, and an oxidation preventing mask 15 is formed by the remaining silicon nitride film (13). At this time, the pad silicon oxide film 12 may be left as it is. The figure shows the case where the pad silicon oxide film 12 is etched.
【0032】次いで図4の(2)に示すように、レジス
トマスク14を残したまま、このレジスト膜および酸化
防止マスク15をイオン注入マスクにしたイオン注入法
によってフッ素(F+ )イオンをシリコン基板11の酸
化シリコン膜の形成予定領域17に導入する。このイオ
ン注入条件は、打ち込みエネルギーを40keV、ドー
ズ量を10P(peta)cm-2に設定する。その結
果、酸化シリコン膜の形成予定領域17にのみフッ素イ
オンが導入され、レジストマスク14で覆われているア
クティブ領域にはフッ素イオンは導入されない。Then, as shown in FIG. 4B, with the resist mask 14 left, fluorine (F + ) ions are added to the silicon substrate by an ion implantation method using the resist film and the oxidation prevention mask 15 as ion implantation masks. The silicon oxide film 11 is introduced into the region 17 where the silicon oxide film is to be formed. As the ion implantation conditions, the implantation energy is set to 40 keV and the dose amount is set to 10 P (peta) cm −2 . As a result, fluorine ions are introduced only into the region 17 where the silicon oxide film is to be formed, and fluorine ions are not introduced into the active region covered with the resist mask 14.
【0033】その後、酸素アッシングまたはウェット処
理によってレジストマスク14を除去する。次いで図4
の(3)に示すように、例えば酸素と水素とからなる選
択酸化雰囲気において上記酸化防止膜15に覆われてい
る領域を除くシリコン基板11の表面を選択酸化して、
フッ素原子を含む酸化シリコン膜16を形成する。上記
選択酸化雰囲気は、例えば流量が10SLMの酸素(O
2 )と流量が10SLMの水素(H2 )とで構成し、酸
化温度を950℃に設定する。After that, the resist mask 14 is removed by oxygen ashing or wet processing. Then in FIG.
(3), the surface of the silicon substrate 11 excluding the region covered with the anti-oxidation film 15 is selectively oxidized in a selective oxidizing atmosphere of oxygen and hydrogen,
A silicon oxide film 16 containing fluorine atoms is formed. The selective oxidizing atmosphere is, for example, oxygen (O 2) having a flow rate of 10 SLM.
2) the flow is constituted out with hydrogen 10 SLM (H 2), it sets the oxidation temperature to 950 ° C..
【0034】その後、酸化防止マスク15とパッド酸化
シリコン膜12との除去する。酸化防止マスク15およ
びパッド酸化シリコン膜12は、第1実施例で説明した
のと同様の方法によって除去する。その結果、図4の
(4)に示すように、シリコン基板11の上層に酸化シ
リコン膜(16)からなる素子分離絶縁膜1を形成され
る。After that, the oxidation prevention mask 15 and the pad silicon oxide film 12 are removed. The oxidation prevention mask 15 and the pad silicon oxide film 12 are removed by the same method as described in the first embodiment. As a result, as shown in FIG. 4D, the element isolation insulating film 1 made of the silicon oxide film 16 is formed on the silicon substrate 11.
【0035】上記第3発明の実施例では、イオン注入法
によって、酸化シリコン膜の形成予定領域にフッ素を導
入しておくので、その領域を選択酸化した際には、フッ
素を含む酸化シリコン膜16が生成され、この酸化シリ
コン膜が素子分離絶縁膜1になる。そのため、素子分離
絶縁膜1の誘電率が3.0程度にまで低減される。ま
た、上記イオン注入では、シリコン基板11のアクティ
ブ領域が少なくとも窒化シリコンからなる酸化防止マス
ク15に覆われていることから、酸化防止マスク15が
イオン注入マスクになる。またレジストマスク14を残
してイオン注入を行った場合には、このレジストマスク
14がイオン注入マスクになる。このため、酸化防止マ
スク15に覆われているアクティブ領域にはフッ素イオ
ンは導入されない。なお、上記酸化シリコン膜16中に
含まれるフッ素原子の量は、シリコン基板11にイオン
注入されるフッ素のドーズ量を制御することによって調
整する。In the third embodiment of the present invention, since fluorine is introduced into the region where the silicon oxide film is to be formed by the ion implantation method, when the region is selectively oxidized, the silicon oxide film 16 containing fluorine is formed. Are produced, and this silicon oxide film becomes the element isolation insulating film 1. Therefore, the dielectric constant of the element isolation insulating film 1 is reduced to about 3.0. Further, in the above ion implantation, since the active region of the silicon substrate 11 is covered with the oxidation prevention mask 15 made of at least silicon nitride, the oxidation prevention mask 15 serves as an ion implantation mask. Further, when ion implantation is performed with the resist mask 14 left, this resist mask 14 serves as an ion implantation mask. Therefore, fluorine ions are not introduced into the active region covered with the oxidation prevention mask 15. The amount of fluorine atoms contained in the silicon oxide film 16 is adjusted by controlling the dose amount of fluorine ion-implanted into the silicon substrate 11.
【0036】以上説明したように、上記第1〜第3発明
の各実施例では、素子分離絶縁膜1となる酸化シリコン
膜16はフッ素原子が含まれた状態で形成される。その
ため、素子分離絶縁膜1の誘電率が3.0程度にまで低
減される。なお従来の二酸化シリコンからなる酸化シリ
コン膜では誘電率が4.2程度であった。そこで本実施
例のように誘電率が3.0程度に低下した素子分離絶縁
膜1は、従来のLOCOS酸化膜厚に換算すると膜厚を
30%程度増加させたのと同等になる。As described above, in each of the above-described first to third inventions, the silicon oxide film 16 serving as the element isolation insulating film 1 is formed in a state containing fluorine atoms. Therefore, the dielectric constant of the element isolation insulating film 1 is reduced to about 3.0. The conventional silicon oxide film made of silicon dioxide had a dielectric constant of about 4.2. Therefore, the element isolation insulating film 1 having a dielectric constant reduced to about 3.0 as in this embodiment is equivalent to the conventional LOCOS oxide film thickness increased by about 30%.
【0037】このように、素子分離絶縁膜1の誘電率が
低くなるので、素子分離絶縁膜1の膜厚を薄くしても素
子分離に必要な絶縁性は確保される。そのため、図5に
示すように、シリコン基板11に形成される微細なアク
ティブ領域21(例えば幅が0.35μm)の両側に形
成した素子分離絶縁膜1,2から成長したバーズビーク
31B,32B部分(2点鎖線で示す部分)を除去した
際には、素子分離絶縁膜1,2の各表層(1点鎖線で示
す部分)も除去される。しかしながら、素子分離絶縁膜
1,2は誘電率が例えば3.0程度と低いので、表層を
除去しない状態の酸化シリコンのみからなる素子分離絶
縁膜よりも寄生容量が大きくなることはない。そのた
め、素子の動作速度に大きな影響を与えるようなことは
ない。As described above, since the dielectric constant of the element isolation insulating film 1 becomes low, the insulation required for element isolation can be secured even if the element isolation insulating film 1 is thinned. Therefore, as shown in FIG. 5, bird's beaks 31B and 32B portions grown from the element isolation insulating films 1 and 2 formed on both sides of the fine active region 21 (for example, width 0.35 μm) formed on the silicon substrate 11 ( When the part (shown by the chain double-dashed line) is removed, each surface layer of the element isolation insulating films 1 and 2 (the part shown by the single-dot chain line) is also removed. However, since the element isolation insulating films 1 and 2 have a low dielectric constant of, for example, about 3.0, the parasitic capacitance does not become larger than that of the element isolation insulating film made of only silicon oxide without removing the surface layer. Therefore, the operating speed of the device is not significantly affected.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上、説明したように本発明の素子分離
絶縁膜によれば、素子分離絶縁膜の誘電率が低くなるの
で、素子分離絶縁膜の膜厚を薄くしても寄生容量が大き
くならない。そのため、素子の動作速度の低下を来すこ
とがない。請求項2の発明によれば、選択酸化時にフッ
素を含む状態で酸化膜を形成することができる。また請
求項3の発明によれば、酸化膜を形成した後にこの酸化
膜中にフッ素を導入することができる。さらに請求項4
の発明によれば、フッ素を含む状態で酸化膜を形成する
ことができる。したがって、いずれの方法であっても、
酸化膜中にフッ素原子が含まれるので、低誘電率の酸化
膜からなる素子分離絶縁膜を形成することができる。As described above, according to the element isolation insulating film of the present invention, since the dielectric constant of the element isolation insulating film is low, the parasitic capacitance is large even if the element isolation insulating film is thin. I won't. Therefore, the operating speed of the element does not decrease. According to the invention of claim 2, the oxide film can be formed in a state containing fluorine during the selective oxidation. According to the invention of claim 3, after forming the oxide film, fluorine can be introduced into the oxide film. Further claim 4
According to the invention, the oxide film can be formed in a state containing fluorine. Therefore, whichever method is used,
Since the oxide film contains fluorine atoms, it is possible to form an element isolation insulating film made of an oxide film having a low dielectric constant.
【図1】本発明の素子分離絶縁膜の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an element isolation insulating film of the present invention.
【図2】第1発明の実施例の形成工程図である。FIG. 2 is a process drawing of an embodiment of the first invention.
【図3】第2発明の実施例の形成工程図である。FIG. 3 is a process drawing of an embodiment of the second invention.
【図4】第3発明の実施例の形成工程図である。FIG. 4 is a forming process diagram of the embodiment of the third invention.
【図5】本発明の一作用の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of an operation of the present invention.
【図6】従来例の形成方法の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional forming method.
【図7】課題の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a problem.
1 素子分離絶縁膜 11 シリコン基板 13 窒化シリコン膜 15 酸化防止マスク 16 酸化シリコン膜 17 酸化膜の形成予定領域 1 Element Isolation Insulating Film 11 Silicon Substrate 13 Silicon Nitride Film 15 Antioxidant Mask 16 Silicon Oxide Film 17 Oxide Film Formation Area
Claims (4)
膜からなる素子分離絶縁膜において、 前記酸化膜中に5atomic%以上20atomic%以下のフッ
素原子を含むことを特徴とする素子分離絶縁膜。1. An element isolation insulating film made of an oxide film used for element isolation of a semiconductor device, wherein the oxide film contains fluorine atoms of 5 atomic% or more and 20 atomic% or less.
た選択酸化法によってシリコン基板に酸化膜を形成する
素子分離絶縁膜の形成方法において、 酸化膜を形成する選択酸化雰囲気にフッ素ガスまたはフ
ッ素を含むガスを導入して前記シリコン基板を選択酸化
することによって該シリコン基板に酸化膜を形成するこ
とを特徴とする素子分離絶縁膜の形成方法。2. A method for forming an element isolation insulating film for forming an oxide film on a silicon substrate by a selective oxidation method using a silicon nitride film as an oxidation prevention mask, wherein fluorine gas or fluorine is used in a selective oxidation atmosphere for forming the oxide film. A method for forming an element isolation insulating film, comprising forming an oxide film on the silicon substrate by introducing a gas containing the material and selectively oxidizing the silicon substrate.
た選択酸化法によってシリコン基板に酸化膜を形成する
素子分離絶縁膜の形成方法において、 前記シリコン基板を選択酸化することによって該シリコ
ン基板に酸化膜を形成した後、フッ素イオンまたはフッ
素を含むイオンを選択的に該酸化膜に導入することを特
徴とする素子分離絶縁膜の形成方法。3. A method of forming an element isolation insulating film, wherein an oxide film is formed on a silicon substrate by a selective oxidation method using a silicon nitride film as an oxidation prevention mask, wherein the silicon substrate is selectively oxidized to be oxidized on the silicon substrate. After forming the film, a method for forming an element isolation insulating film, which comprises selectively introducing fluorine ions or ions containing fluorine into the oxide film.
た選択酸化法によってシリコン基板に酸化膜を形成する
素子分離絶縁膜の形成方法において、 前記酸化防止マスクを形成した後でかつ前記選択酸化を
行う前に、シリコン基板の酸化膜の形成予定領域にフッ
素イオンまたはフッ素を含むイオンを選択的に導入し、
その後選択酸化を行って前記酸化膜の形成予定領域に酸
化膜を形成することを特徴とする素子分離絶縁膜の形成
方法。4. A method for forming an element isolation insulating film, wherein an oxide film is formed on a silicon substrate by a selective oxidation method using a silicon nitride film as an oxidation prevention mask, wherein the selective oxidation is performed after the oxidation prevention mask is formed. Before performing, fluorine ions or ions containing fluorine are selectively introduced into a region of the silicon substrate where the oxide film is to be formed,
After that, selective oxidation is performed to form an oxide film in a region where the oxide film is to be formed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29644494A JPH08153717A (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Element isolation insulation film and its formation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29644494A JPH08153717A (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Element isolation insulation film and its formation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08153717A true JPH08153717A (en) | 1996-06-11 |
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ID=17833626
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JP29644494A Pending JPH08153717A (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Element isolation insulation film and its formation |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH08153717A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5902128A (en) * | 1996-10-17 | 1999-05-11 | Micron Technology, Inc. | Process to improve the flow of oxide during field oxidation by fluorine doping |
US7176549B2 (en) | 1995-10-24 | 2007-02-13 | Micron Technology, Inc. | Shallow trench isolation using low dielectric constant insulator |
-
1994
- 1994-11-30 JP JP29644494A patent/JPH08153717A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6611038B2 (en) | 1996-10-17 | 2003-08-26 | Micron Technology, Inc. | Semiconductor wafer isolation structure formed by field oxidation |
US6762475B2 (en) * | 1996-10-17 | 2004-07-13 | Micron Technology, Inc. | Semiconductor wafer isolation structure formed by field oxidation |
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