JPH01124241A - 素子分離領域の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、素子分離領域の形成方法に関し、特に酸化膜
層をテーパーエツチングすることにより形成したエツチ
ングマスクを使用してシリコン窒化膜等の耐酸化膜をエ
ツチングすることによりフィールド酸化用のマスクを形
成する素子分離領域の形成方法に関する。

［従来の技術］ 集積回路装置のパターンが微細化するにつれて該集積回
路装置上に形成される各素子の間を互いに絶縁分離する
素子分離領域も微細化し、その占有面積の微細化が要求
されている。このため、素予分離領域の形成方法として
種々のものが提案されているが、従来の選択酸化（ＬＯ
ＧＯ８）法も多少の改良を加えて依然使用されている。

特に最近は、バーズビークを押えるため、パッドオキサ
イドを薄くしたり、あるいは多結晶シリコン層をパッド
オキサイドとシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）層との間に
形成したりする方法等が提案されている。そして、これ
らの方法により、結晶欠陥も押えられ、かつバーズビー
クも従来の半分以下の０．３ミクロン程度に押えられ、
集積回路装置の集積度の一層の向上が計られている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、集積回路装置の回路パターンの微細化が更に
進むにつれて、たとえ０，３ミクロンであってもバーズ
ビークが窒化シリコンマスク端から伸びることは微細パ
ターン形成の場合の大きな障害となりできている。

例えば、素子分離領域幅が１．２ミクロン、活性化領域
幅が１．２ミクロンのデバイスを形成しようとした場合
、バーズビークの０６３ミクロンの伸長を考慮に入れる
とマスク寸法はそれぞれ０．６ミクロンおよび１．８ミ
クロンとする必要がある。ところが、これらの各領域の
形成に使用する露光装置は、そのデバイスのパターンの
代表的なサイズに合せて用いられるため、１．２ミクロ
ンルールに対する０、６ミクロン等の寸法を実現するこ
とは露光装置の性能の限界を越えることとなり、従って
このような微細化された各領域を形成することは不可能
であるという不都合があった。

本発明の目的は、前述の従来例に於ける問題点に鑑み、
不必要かつ露光装置の限界以上に微細なバターニングを
行なうことなく、代表的な余裕のある寸法の露光を行な
うだけで該露光装置等の性能限界を越えた微細パターン
の実現を可能にすることにある。

本発明の他の目的は、露光装置の性能限界を越えた微細
な寸法を有する素子分離領域の形成を可能にし、もって
半導体集積回路装置の集積度の一層の向上を計ることに
ある。

［問題点を解決するための手段］ 上述の目的を達成するため、本発明にかかわる素子分離
領域の形成方法は、シリコン等の半導体基板上に少なく
とも薄い酸化膜と耐酸化膜とマスク用酸化物層とをこの
順に形成する工程、前記マスク用酸化物層をテーパーエ
ツチングする工程、このテーパーエツチングされた酸化
物層をエツチングマスクとして前記耐酸化膜をエツチン
グする工程、および該耐酸化膜をマスクとして半導体基
板のフィールド酸化を行なう工程を備えている。

そして、前記マスク用酸化物層のテーパーエツチングは
、該マスク用酸化物層上にレジスト層をパターン形成し
、このレジスト層によって画定されるエツチング領域に
おいて少なくとも該レジスト層の側壁に堆積を行ないな
がら該マスク用酸化物層をドライエツチングすることに
より行なわれる。

［作用］ 上述の方法において、マスク用酸化物層のエツチングは
、該マスク用酸化物層のエツチング領域を画定するレジ
スト層等の側壁に堆積を行ないながら該マスク用酸化物
層をエツチングすることにより行なわれる。このため、
エツチングが進行するに応じて、レジスト層で画定され
るエツチング領域が徐々に小さくなり従ってテーパーエ
ツチングが行なわれる。しかも、このテーパーエツチン
グは、前記レジスト層によって最初に画定されたエツチ
ング領域が徐々に小さくなるように行なわれるから、こ
のようなテーパーエツチングされたマスク用酸化物層を
エツチングマスクとして前記耐酸化膜をエツチングする
ことにより、該耐酸化膜で画定される領域も前記レジス
ト層によって最初に画定されたマスク用酸化物層のエツ
チング領域よりも小さくなる。このため、このような耐
酸化膜をマスクとしてフィールド酸化を行なうことによ
り露光装置の性能限界以上の微細な素子分離領域を形成
することが可能となる。

［実施例］ 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）から（ｆ）までは、本発明の１実施例にか
かわる素子分離領域の形成方法の各工程を示す。まず第
１図（ａ）において、シリコン基板１上に熱酸化膜（Ｓ
　ｉ０２　）３を例えば１００オングストロームの厚さ
だけ成長させ、次に多結晶シリコン層５を例えば５００
オングストロームの厚さだけ堆積させ、さらにその上に
シリコン窒化膜（Ｓ１３Ｎ４）７を例えば１５００オン
グストロームの厚さだけ堆積させる。次に、リン（Ｐ）
濃度４ｗｔ％のリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）９を例えば
１ミクロンの厚さだけ堆積する。さらに、素子分離領域
を形成するため、ホトレジスト１１を例えば１ミクロン
の厚さだけスピンコードし、素子分離領域幅１．２ミク
ロン、活性化領域幅１．２ミクロンのマスクを使用して
露光およびバターニングを行ない、第１図（ｂ）に示す
ようなホトレジストマスク１１を形成する。

次に、後に詳細に説明するサイドデポジションを使用し
たエツチング方法により、酸化膜（ＰＳＧ）９をテーパ
ーエツチングし、アッシングによりホトレジスト１１等
を除去する。これにより、第１図（Ｃ）に示すように、
酸化膜９がマスク端より例えば０．３ミクロンだけ膨ら
むようにテーパーエツチングされ、酸化膜９で画定され
るシリコン窒化膜７の露出部分の幅は０．６ミ、クロン
となる。

次に、シリコン窒化膜７を酸化膜９をマスクとしてエツ
チングを行ない、かつその後酸化膜９を除去することに
より、第１図（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜７を
残留部分１．８ミクロン、開口部０．６ミクロンの寸法
にパターニングすることができる。

次に、フィールド酸化を行なうことにより、第１図（ｅ
）に示すように、例えば厚さ５０００オングストローム
のフィールド酸化膜１３を形成する。このフィールド酸
化膜１３は、素子分離領域を構成するものである。

さらに、シリコン窒化膜７、多結晶シリコン層５、およ
び最下層の薄酸化膜３を除去する。これにより、第１図
（ｆ）に示すように、フィールド酸化膜領域すなわち素
子分離領域１，２ミクロン、活性化領域１，２ミクロン
の構造を得ることができる。

第２図は、上述の素子分離領域の形成処理において、酸
化膜９をテーパーエツチングするために使用する装置の
一例としての３電極方式エツチャーの概略を示す。同図
の装置は、上部電極２１と、下部電極２３と、これらの
上部電極２１および下部電極２３との間に配置された例
えば網目状の中間電極２５等を具備している。中間電極
２５は接地されており、上部電極２１および下部電極２
３にはぞれぞれ可変容量２７および２９を介して高周波
電源３１が接続されている。また、下部電極２３上には
ウェハ３３がおかれている。なお、上部電極２１、下部
電極２３、および中間電極２５等は所定のチェンバー内
に収められており、このチェンバー内には後述のように
エツチング用ガス等が導入できるよう構成されているが
、それらの詳細な図示は省略されている。

第２図の装置においては、高周波電源３１の出力電力を
例えば一定とし、可変容量２７および２９の容量値を調
節することにより下部電極２３側に置かれたウェハ３３
に対しあるレベルでエツチングとデポジションとが同時
に行なわれ、しかもデポジションはホトレジストなどの
側壁に行なわれるいわゆるサイドデポジションとするこ
とができる。すなわち、下部電極２３への印加電力を増
大すれば該下部電極２３の自己バイアスが増大し酸化膜
エツチングに必要なイオンエネルギーを増大させること
ができる。これに対して、上部電極２１への印加電力を
増大すれば下部電極２３の自己バイアスが減少しデポジ
ションに必要な活性種の濃度が増大し、従ってデポジシ
ョンの量が増大する。

上述の現象をさらに詳細に説明する。一般に、酸化膜の
エツチングガスとしては、ＣＨＦ３、ＣＨＦ　　＋ＯＳ
ＣＦ　　＋ＣＨＦ　　、あるいは０２ＦＧ＋Ｈ２などの
ガス系が用いられる。これらのガス系がプラズマ状態に
なるとエッチャントが生成されると同時にポリマー化の
反応に寄与する反応種も容易に生成され、スパッタリン
グの効果のない領域にカーボンを主鎖とするポリマーが
形成される。しかし、下部電極２３への印加電力が大き
い場合にはスパッタリング効果により形成されるべきポ
リマーは除去される。そして、一般に、スパッタリング
効率はイオンの入射角に対し角度依存性を持っている。

入射角が０″すなわちイオンがウェハに対して、垂直方
向に入射する場合には、スパッタレートはあまり大きく
ないある値を有しており、入射角が５０°前後まで増大
するに応じてスパッタレートは上昇し５０°前後でピー
クを示す。さらに入射角を大きくするとスパッタレート
は減少し、入射角９０″でスパッタレートは０すなわち
全くスパッタリング効果が消失する。これに対して、デ
ポジションレートは角度依存性が小さく活性種の濃度な
どにより決定される。通常の反応性イオンエツチングの
場合にはポリマーのデポジションレートがかなり低い状
態にされており、これに対してスパッタレートは十分大
さ（なっている。従って、被加工物は垂直にエツチング
される。これに対して、本発明に関わる方法においては
、デポジションレートが比較的大きな値に設定され、ス
パッタレートの大きさにも依存する程度に設定される。

従って、イオンの入射角に応じて、スパッタレートが変
化す、る際に、デポジションレートがスパッタレートを
越える入射角ではデポジションが認められる。このため
、デポジションレートとスパッタレートとの比率を適切
に選択することにより、入射角が比較的大きい場合にデ
ポジションが行なわれるように第２図の装置を条件設定
することができる。

このような動作条件下で、例えば第３図（ａ）に示すよ
うな被エツチングサンプルを考える。すなわち、同図の
サンプルにおいては、シリコン半導体基板３５上にシリ
コン酸化物層（Ｓ　ｉＯ２）３７が形成され、この酸化
物層３７上に例えばコンタクトホールを画定するための
開口部３９を有するホトレジスト４１が形成されている
。このような被エツチングサンプルを前述のような動作
条件に設定したエツチャーによりエツチングすることに
より、ホトレジスト４１の開口部３９の側壁にデポジシ
ョンを行ないながら同時に酸化物層３７をエツチングす
ることができる。すなわち、エツチングイオンが例えば
酸化物層３７に垂直に入射するものとすれば、このイオ
ンの酸化物層３７に対する入射角は０°であるが、ホト
レジスト４１の開口部３９の側壁部分に対する入射角は
ほぼ９０″となる。このため、ホトレジスト４１の開口
部３９の側壁にはポリマーが堆積され、−方酸化物層３
７はエツチングされる。このようにして、第３図（ｂ）
に示すように、開口部３９の側壁への堆積と酸化物層３
７のエツチングとが同時に行なわれる結果、ホトレジス
ト４１によって画定されるエツチング領域が徐々に狭く
なり、酸化物層３７がテーパーエツチングされる。この
場合、第３図（ｂ）の斜線で示すように、堆積物はホト
レジスト４１の開口３９の側壁から酸化物層３７のエツ
チングに応じて作られる傾斜壁に堆積される。このよう
にしてエツチングが行なわれた後、堆積物４３およびホ
トレジスト４１を除去すれば、第３図（ｃ）に示すよう
に、傾斜エツチングされた酸化物層３７が得られる。

なお、上述のテーパーエツチングは第２図に示す３電極
刃式エツチャーに限らず、他の装置、例えばマグネトロ
ン等を使用するＥＣＲ型エツチャーにおいてウェハ等に
垂直に入射するイオンのエネルギーを独立に制御するこ
とにより、あるいは２電極刃式の平行平板型エツチャー
においてウェハ等を冷却しガスの吸着効率を上げること
により行なうことも′できる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、レジスト層等へのサイド
デポジションを利用することにより酸化膜のテーパーエ
ツチングを行ない、このテーパーエツチングされた酸化
膜を使用してシリコン窒化膜等のエツチングを行なう。

そして、サイドデポジションを使用した酸化膜のエツチ
ング方法によれば、レジストマスク端からテーパーエツ
チングが進むため、エツチング後の酸化膜領域の寸法が
レジストマスク寸法より縮小された寸法となる。

しかも、上述のサイドデポジションを使用したテーパー
エツチング方法においては、テーパー角を自由に制御す
ることができるから、マスク端からの酸化膜下部への横
方向の寸法の増大分を任意に制御することが可能となる
。従って、本発明によれば、例えば改良されたＬＯＣＯ
８法等の素子分離領域の形成方法を１ミクロン程度以下
の微細な寸法のデバイス形成に適用する場合に、不必要
かつ露光装置の限界性能以上のバターニングを行なう必
要がなくなる。したがって、露光装置に極めて高度の性
能を要求することなく集積回路装置の微細なパターン形
成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）から第１図（ｆ）までは、本発明の一実施
例にかかわる素子分離領域の形成方法の各工程を示す説
明図、 第２図は、本発明にかかわる素子分離領域の形成方法を
実施するための３電極方式エツチャーの概略を示す電気
回路図、そして 第３図（ａ）から第３図（ｃ）までは、本発明にかかわ
る素子分離領域の形成方法において用いられる酸化膜の
テーパーエツチング方法の各工程を示す説明図である。 に基板、　　　　　　　　３：薄酸化膜、５：多結晶シ
リコン層、　７：シリコン窒化膜、９：酸化膜層、　　
　　１１：ホトレジスト層、１３：フィールド酸化膜、
２１：上部電極、２３：下部電極、　　　　２５：中間
電極、２７．２９：可変容量、　３１：高周波電源、３
３：ウェハ、　　　　　　３５：シリコン基板、３７：
酸化膜層、　　　　３９：開口部、４１：ホトレジスト
。 特許出願人　日本モトローラ株式会社 代理人　弁理士　池　内　義　明 Ｕ　谷バーエソオ攻び７．ツレ〉フ゛ ｎ　　５ｉｚＮ４工１．ケンワＬ訃ＰＳＧ牌云第１図 ■　フィールド′酸化 第１図 ＠２図 ↓　　テーバ゛−工・７手 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板表面に少なくとも薄い酸化膜と耐酸化膜
   とマスク用酸化物層とをこの順に形成する工程、前記マ
   スク用酸化物層をテーパーエッチングする工程、このテ
   ーパーエッチングされたマスク用酸化物層をエッチング
   マスクとして前記耐酸化膜をエッチングする工程、およ
   び該耐酸化膜をマスクとして半導体基板のフィールド酸
   化を行なう工程、を具備することを特徴とする素子分離
   領域の形成方法。 ２、前記マスク用酸化物層のテーパーエッチングは、該
   マスク用酸化物層上にレジスト層をパターン形成し、こ
   のレジスト層によって画定されるエッチング領域におい
   て少なくとも該レジスト層の側壁に堆積を行ないながら
   該マスク用酸化物層をエッチングすることにより行なう
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、前記の薄い酸化膜は２酸化ケイ素膜であり、この２
   酸化ケイ素膜上にポリシリコン層を形成した後前記耐酸
   化膜として窒化シリコン幕を形成する特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。 ４、前記マスク用酸化物層はリンケイ酸ガラス層である
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。