JPH0366127A - 半導体装置の製造方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、半導体装置の製造方法に関する。

さらに詳しくは、素子分離領域を有する半導体装置の製
造方法に関する。

（ロ）従来の技術 従来から、半導体集積回路の素子分離方法としては半導
体基板上に酸化膜を介してパターニングされた窒・化ケ
イ素膜を熱酸化用マスクとして選択熱酸化に付す方法、
いわゆるロコス法が用いられてきた。第２図にロコス法
の工程図を示す。図中、１はソリコン半導体基板、９は
酸化ケイ素膜、ＩＯはパターニングされた窒化ケイ素膜
である。

第２図１の状態の後、選択灼熱酸化を行うことにより、
窒化ケイ素膜の未被覆部分のシリコン半導体基板上に厚
い酸化ケイ素層８が成長し、素子分離領域が確保される
こととなる。なお、窒化ケイ素膜ｌＯは、通常その後除
去される。そして、上記酸化ケイ素膜９の厚みは通常２
００〜３００人とされることが多く、窒化イ素膜ＩＯの
厚みは通常１５００〜２５００人程度とされている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 最近の半導体集積回路の高集積化、高密度化に伴い、素
子分離領域をより高精度に形成することが望まれる。そ
して、高精度に形成するには、基２− 本的に熱酸化時に窒化ケイ素膜の側端から回り込んで、
該窒化ケイ素膜の下に形成される酸化ケイ素の層の幅（
いわゆるバーズビークの長さ；第４図１２．）をできる
だけ少なくする必要がある。

従来のロコス法でかかるバーズビークの長さを減少させ
る方法として、下地層となる酸化ケイ素膜９の厚さを薄
く（通常１００〜２００人程度）、かつ窒化ケイ素膜１
０の厚さを厚＜シ（通常２０００〜３０００人程度）、
さらに熱酸化温度を高くする方法が採られている。

しかしこのように窒化ケイ素膜ｌＯを厚くする方法は、
基本的に屈曲や変形し難い厚みを採用することでその端
部への酸化ケイ素の回り込み形成を防止するものゆえ、
この膜の下部の半導体基板に大きな機械的ストレスが加
わり、その結果、半導体基板内に結晶欠陥を発生させて
半導体素子とした際に電流リーク等の不都合を引き起こ
す問題があった。

この発明はかかる状況に鑑みなされたものであり、半導
体基板に機械的ストレスを与えることな３− くバーズビークが減少されパターン精度の高い素子分離
領域を形成できる半導体装置の製造方法を提供しようと
するものである。

（ニ）課・題を解決するための手段 かくしてこの発明によれば、シリコン半導体基板上に、
第１の酸化ケイ素膜を介して薄膜の第１の窒化ケイ素膜
を形成しかつこの上に第２の酸化ケイ素膜を介して厚膜
の第２の窒化ケイ素膜を形成し、この第２の窒化ケイ素
膜を第２の酸化ケイ素膜と共に素子形成領域に対応する
形状にパターニングすると共に、上記第１の窒化ケイ素
膜を上記形状よりも幅広の形状にパターニングし、次い
で、この半導体基板を熱酸化条件に付すことにより該半
導体基板の窒化ケイ素膜未被覆部分に素子分離用酸化ケ
イ素層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法が提供される。

この発明は、半導体基板の素子形成領域上に、第１の酸
化ケイ素膜、第１の窒化ケイ素膜、第２の酸化ケイ素膜
、第２の窒化ケイ素膜からなる４層構造の熱酸化用マス
クを形成して熱酸化を行う− 点を一つの特徴とするものである。そして、さらに上記
第１の窒化ケイ素膜として薄膜でかつ素子形成領域より
も広幅のものを採用し、かつ上記第２の窒化・ケイ素膜
として厚膜でかつ素子形成領域に対応するパターンのも
のを用いた点を更なる特徴とするものである。

この発明において、第１酸化ケイ素膜は、例えば熱酸化
法やＣＶＤ法で形成することができ、その厚みは通常約
５０〜２００人程度で充分である。

この第１酸化ケイ素膜は、第１窒化ケイ素膜の半導体基
板への悪影響の防止及びエツチング除去性の向上の点で
形成される。

第１窒化ケイ素膜は、例えばＣＶＤ法等により形成する
ことができ、その厚みは通常約５００−１５００人とす
るのが適しており、第２窒化ケイ素膜よりも薄い膜厚が
採用される。

一方、第２酸化ケイ素膜は、例えばＣＶＤ法で形成する
ことができ、その厚みは通常約１００〜３００人程度で
充分である。また、第２の窒化ケイ素も例えばＣＶＤ法
で形成することができ、厚みは第１窒化ケイ素膜よりも
厚くされ、通常２０００〜３０００人が適している。

かかる４層からなる熱酸化用マスクは、半導体基板上に
第１酸化ケイ素膜、第１窒化ケイ素膜、第２酸化ケイ素
膜、第２窒化ケイ素膜をこの順に積層形成した後、パタ
ーニングを行うことにより形成することができる。より
具体的には、４層積層形成後、（ａ）最上層の第２窒化
ケイ素膜を素子形ｔｃ＠域と略同寸法の形状にパターニ
ングする工程、（ｂ）　ＣＶ　Ｄによる酸化ケイ素層の
堆積及び異方性エツチングにより、上記第２窒化ケイ素
膜のパターンの側部にサイドウオール部を形成し、かつ
この第２窒化ケイ素膜及びサイドウオール部の下部以外
の第２酸化ケイ素膜を除去して第１窒化ケイ素膜を露出
させる工程、（ｃ）露出した第１窒化ケイ素膜をエツチ
ングすることにより第２窒化ケイ素膜よりもサイドウオ
ール分幅広の形状にパターニングし、かつサイドウオー
ル部を除去する工程、によって形成することができる。

なお、上記工程（ａ）のパターニングは例えば、ＲｒＥ
法により窒化ケイ素の選択エツチング条件下で行うこと
ができる。工程（ｂ）の異方性エツチングは、例えば、
ＲＩＥ法による酸化ケイ素の選択エッチ・ング条件下で
行うことかできる。なお、第２酸化ケイ素膜の除去はＣ
ＶＤによる酸化ケイ素層の形成前に行ってもよいが、Ｃ
ＶＤによる酸化ケイ素層の堆積後にこの酸化ケイ素層の
エツチングの進行と同時に行うことができる。工程（ｃ
）のエツチングは前記と同様な窒化ケイ素のエツチング
条件下で行うことができる。この際、第１窒化ケイ素膜
の表面も若干エツチングされるが膜厚が大きいのでとく
に不都合は生じない。なお、工程（ｃ）によって露出す
る部位の第１酸化ケイ素膜はとくに除去する必要はない
が、前述のごとく薄膜であるので湿式エツチング等の等
方性エツチングによるサイドウオール部の除去と共に工
程（ｃ）の過程で除去される。

上述のごとく、第１窒化ケイ素膜の幅広形状のパターン
は、サイドウオール部の幅によって決定される。ここで
サイドウオール部は、第２窒化ケイ素膜の厚みによって
決定されるため、その膜厚を調整することにより制御す
ることができる。但し、第２窒化ケイ素膜の膜厚に比し
て広幅のサイドウオー・ル部を形成する場合は、第２窒
化ケイ素膜形威後にこの窒化ケイ素膜上に第３の酸化ケ
イ素膜を形成し、これを素子形成領域対応形状にパター
ニングし次いで同形状に第２窒化ケイ素膜のパターニン
グを行って二層構造の素子形成領域対応パターンを構威
し、この側部に工程（ｂ）と同様にしてサイドウオール
部を形成処理を行えばよい。

いずれにせよ、かかるサイドウオール部の幅は通常、２
５００〜３５００人程度の範囲とするのが適している。

なお、この発明において半導体基板の熱酸化は公知の条
件下で行うことができ、通常Ｈ，Ｏ１０゜ガス雰囲気下
で約９５０〜１１００℃の熱処理によって行うのが適し
ている。

（ホ）作用 熱酸化条件下で、薄膜の第１窒化ケイ素膜の端部、こと
に幅広部分の下方には酸化ケイ素が回り− 込んで形成されるか、この幅広部分の存在により、厚膜
の第２窒化ケイ素膜によるパターンの端部下方への酸化
ケイ素の回り込み形成が著しく抑制又は防止さ・れるこ
ととなる。その結果、半導体基板への機械的ストレスを
著しく低下しっつ厚膜の第２窒化ケイ素膜パターンに対
するバーズビークを減少させることが可能となる。

（へ）実施例 シリコン半導体基板（１５０ｍｍφ）に、熱酸化法によ
って約１００人の第１酸化ケイ素膜を形成し、この上に
減圧ＣＶＤ法によって、約１０００人の第１窒化ケイ素
膜、約２８０人の第２酸化ケイ素膜、約３０００人の第
２窒化ケイ素膜をこの順に形成した。次いで、最上層の
第２窒化ケイ素膜を半導体基板内の索子形成領域に対応
する形状にＲＩＥ法（フッ素系ガス使用）でパターニン
グし、続いて第２酸化ケイ素膜を同形状にＲＩＥ法（フ
ッ素系ガス使用）でパターニングした。

上記パターン形成領域を被覆するように、減圧ＣＶＤ法
で厚み約２５００〜３５００人の酸化ケイ素層を形成し
、フッ素系ガスによる異方性エツチングに付すことによ
り、サイドウオール部（幅約０．２６μｍ）を形成させ
た。

この状態を、第１図Ａに示した。図中、■はシリコン半
導体基板、２は第１酸化ケイ素膜、３は第１窒化ケイ素
膜、４はパターニングされた第２酸化ケイ素膜、５はパ
ターニングされた第２窒化ケイ素膜、７は酸化ケイ素か
らなるサイドウオール部である。

なお、第１図Ｂは、サイドウオール部７の幅を増加すべ
く第２の窒化ケイ素膜５の上部にさらにＣＶＤ法及びパ
ターニングによる第３の酸化ケイ素膜６を形成させた状
態を示すものである。

このようにサイドウオール部７を形成させた後、フッ素
系ガスを用いるＲｒＥ法に付すことにより、サイドウオ
ール部７の下部以外の領域の第１窒化ケイ素膜３を除去
し、次いで第１酸化ケイ素膜２並びに該サイドウオール
部７を湿式エツチングにより除去してこの発明の４層構
造の熱酸化用マスクを得た。この状態を第１図Ｃに示し
た。

９− Ｇ− この後、半導体基板をＨｔＯ１０！ガス雰囲気下、温度
〜１０５０℃下で熱酸化条件に付すことにより、第１図
りに示すごとく半導体基板露出部分に厚さ約ｅｏｏｏ大
の酸化ケイ素層８からなる素子分離領域が形成された。

この素子分離領域とマスクの端部の拡大図を第３図に示
した。

このように、本実施例の方法によれば、バーズビーク長
Ｑ、は約０．１８μｍであり、第４図に示す従来法（ロ
コス法）のＱ１約０．４４μｍに比して半減以下に減少
できていることが判る。なお、第３図及び第４図中の矢
印は、各膜に発生する機械的ストレスの大きさであり、
従来のＬＯＣＯ８法ではバーズビーク下部の半導体基板
に集中していたが第３図の実施例ではストレスが分散さ
れている事を示している。

（ト）発明の効果 この発明の製造方法によれば、半導体基板に機械的スト
レスによる悪影響を与えることなく、バーズビークが著
しく減少されパターン精度に優れた素子分離領域を有す
る半導体装置を得ることができる。

従って、半導体基板内に微細化され高集積化された素子
を有する半導体装置の製造分野においてその有用・性は
極めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−Ｄは、各々この発明の製造方法の工程説明図
、第２図Ａ及びＢは従来法の工程説明図、第３図はこの
発明によって形成された素子分離領域とマスク端部との
関係を示す拡大断面図、第４図は従来法による第３図対
応図である。 １・・・・・シリコン半導体基板、 ２・・・・・・第１酸化ケイ素膜、 ３・・・・・・第１窒化ケイ素膜、 ４・・・・・第２酸化ケイ素膜、 ５・・・・・・第２窒化ケイ素膜、 ６・・・・・第３酸化ケイ素膜 ７・・・・・・サイドウオール部、 ８・・・・・・酸化ケイ素層。 第１図Ａ 図Ｂ 第２図Ａ ０ 第１ 図Ｃ 第２図Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シリコン半導体基板上に、第１の酸化ケイ素膜を介
   して薄膜の第１の窒化ケイ素膜を形成しかっこの上に第
   ２の酸化ケイ素膜を介して厚膜の第２の窒化ケイ素膜を
   形成し、この第２の窒化ケイ素膜を第２の酸化ケイ素膜
   と共に素子形成領域に対応する形状にパターニングする
   と共に、上記第１の窒化ケイ素膜を上記形状よりも幅広
   の形状にパターニングし、次いで、この半導体基板を熱
   酸化条件に付すことにより該半導体基板の窒化ケイ素膜
   未被覆部分に素子分離用酸化ケイ素層を形成することを
   特徴とする半導体装置の製造方法。