JPH0770531B2 - 埋め込み酸化膜の形成方法 - Google Patents
埋め込み酸化膜の形成方法Info
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- JPH0770531B2 JPH0770531B2 JP16880389A JP16880389A JPH0770531B2 JP H0770531 B2 JPH0770531 B2 JP H0770531B2 JP 16880389 A JP16880389 A JP 16880389A JP 16880389 A JP16880389 A JP 16880389A JP H0770531 B2 JPH0770531 B2 JP H0770531B2
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Landscapes
- Element Separation (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Local Oxidation Of Silicon (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高密度集積回路に要する表面平坦性の精度
の高い埋め込み酸化膜の形成方法に関するものである。
の高い埋め込み酸化膜の形成方法に関するものである。
従来、溝堀り酸化膜埋め込み形分離、いわゆるBOX分離
工程は、LOCOS分離に変わる分離方式として注目されて
いる。これはシリコン基板の分離領域をエッチングして
溝（段差）を形成し、CVD法でシリコン酸化膜を堆積し
平坦化エッチバック工程を経てシリコン基板に形成した
溝にのみシリコン酸化膜を残す方法である。
工程は、LOCOS分離に変わる分離方式として注目されて
いる。これはシリコン基板の分離領域をエッチングして
溝（段差）を形成し、CVD法でシリコン酸化膜を堆積し
平坦化エッチバック工程を経てシリコン基板に形成した
溝にのみシリコン酸化膜を残す方法である。
従来の技術では、平坦化エッチバック工程での終点判定
が時間によるものであったため、埋め込みシリコン酸化
膜と能動領域のシリコンの段差にバラツキが出て素子特
性に悪影響を生じさせていた。
が時間によるものであったため、埋め込みシリコン酸化
膜と能動領域のシリコンの段差にバラツキが出て素子特
性に悪影響を生じさせていた。
この問題を解消する従来例として特開昭63−192236号に
開示されているように、埋め込みシリコン酸化膜堆積前
後にシリコン窒化膜を堆積し、エッチングの際にCNラジ
カルの発光強度をモニタしてエッチングの終点を検出す
るものが提案されている。
開示されているように、埋め込みシリコン酸化膜堆積前
後にシリコン窒化膜を堆積し、エッチングの際にCNラジ
カルの発光強度をモニタしてエッチングの終点を検出す
るものが提案されている。
しかしながら、窒化膜をシリコン基板上に堆積すると基
板との整合性が悪く、応力によって基板にそりが生じて
しまうため、窒化膜とシリコン基板との間に応力を緩和
するための熱酸化膜を介さなければならず、これでは、
工程が多く複雑になる。
板との整合性が悪く、応力によって基板にそりが生じて
しまうため、窒化膜とシリコン基板との間に応力を緩和
するための熱酸化膜を介さなければならず、これでは、
工程が多く複雑になる。
そこで、この発明は、上記従来の課題を解決するため
に、工程が複雑になることなく、エッチバックの終点を
検出して埋め込み酸化膜を形成することができる方法を
提供することを目的とする。
に、工程が複雑になることなく、エッチバックの終点を
検出して埋め込み酸化膜を形成することができる方法を
提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、この出願に係わる発明は、
溝を有する基板上にシリコン酸化膜を堆積し、次いで、
該シリコン酸化膜上にレジスト膜を堆積して表面を平坦
にし、前記基板の表面が現れる時点でエッチングを終了
する，前記レジスト膜及び前記シリコン酸化膜のエッチ
バックを行う方法であって、前記シリコン酸化膜及び前
記レジスト膜とは組成が異なる異種組成の薄膜を介在さ
せ、当該異種組成の薄膜がエッチングされて生ずる活性
種の強度をモニタしながら前記溝内に素子分離用の埋め
込み酸化膜を形成する方法において、前記異種組成の薄
膜をリンガラス（PSG）膜で形成し、該リンガラス膜が
エッチングされて生ずる特定活性種の強度をモニタしな
がら前記シリコン酸化膜及びレジスト膜のエッチングを
行い、当該特定活性種の強度のピークが終了した時点を
前記エッチバックの終点として検出する、ことを特徴と
するものである。
溝を有する基板上にシリコン酸化膜を堆積し、次いで、
該シリコン酸化膜上にレジスト膜を堆積して表面を平坦
にし、前記基板の表面が現れる時点でエッチングを終了
する，前記レジスト膜及び前記シリコン酸化膜のエッチ
バックを行う方法であって、前記シリコン酸化膜及び前
記レジスト膜とは組成が異なる異種組成の薄膜を介在さ
せ、当該異種組成の薄膜がエッチングされて生ずる活性
種の強度をモニタしながら前記溝内に素子分離用の埋め
込み酸化膜を形成する方法において、前記異種組成の薄
膜をリンガラス（PSG）膜で形成し、該リンガラス膜が
エッチングされて生ずる特定活性種の強度をモニタしな
がら前記シリコン酸化膜及びレジスト膜のエッチングを
行い、当該特定活性種の強度のピークが終了した時点を
前記エッチバックの終点として検出する、ことを特徴と
するものである。
リンガラス膜と基板との応力は、窒化膜と基板との応力
に比較して大幅に小さく、具体的には約1/20程度まで小
さいため、リンガラス膜と基板との間に熱酸化膜を介在
して応力を緩和する必要がなくなる。
に比較して大幅に小さく、具体的には約1/20程度まで小
さいため、リンガラス膜と基板との間に熱酸化膜を介在
して応力を緩和する必要がなくなる。
従って、熱酸化膜を形成することがないため、工程を短
縮して埋め込み酸化膜を形成できる。
縮して埋め込み酸化膜を形成できる。
尚、エッチバックの終点は、リンガラスがエッチングさ
れることによって生じる特定活性種の強度をモニタしな
がら前記シリコン酸化膜及びレジスト膜をエッチング
し、この活性種の強度のピークが終了した時点をエッチ
バックの終点とすることにより、このエッチバックの終
点の検出が容易となる。
れることによって生じる特定活性種の強度をモニタしな
がら前記シリコン酸化膜及びレジスト膜をエッチング
し、この活性種の強度のピークが終了した時点をエッチ
バックの終点とすることにより、このエッチバックの終
点の検出が容易となる。
ここで、特定活性種とは、リンガラス膜のエッチングに
よって生じ、化学的に活性状態にあるイオン、ラジカル
等で、機器分析機によりその強度が検出可能なものを言
う。
よって生じ、化学的に活性状態にあるイオン、ラジカル
等で、機器分析機によりその強度が検出可能なものを言
う。
次に、本発明の実施例を添付図面を参照することにより
詳説する。
詳説する。
第１図は、一実施例の工程と説明するための断面構成図
である。
である。
第１図（１）の工程において、半導体シリコン基板１上
にCVD法によりリンガラス膜２を150nm堆積した。この工
程において、リンガラス膜２とシリコン基板１との応力
は小さいため、基板上に熱酸化膜を形成する工程を省略
してリンガラス膜２を形成しても基板１に反りが発生し
ない。
にCVD法によりリンガラス膜２を150nm堆積した。この工
程において、リンガラス膜２とシリコン基板１との応力
は小さいため、基板上に熱酸化膜を形成する工程を省略
してリンガラス膜２を形成しても基板１に反りが発生し
ない。
次いで（２）の工程に移行し、上記リンガラス膜２上に
レジストパターンを形成してリンガラス膜２とシリコン
基板１とを800nmドライエッチングし、基板表面に溝
（段差部）３を形成する。
レジストパターンを形成してリンガラス膜２とシリコン
基板１とを800nmドライエッチングし、基板表面に溝
（段差部）３を形成する。
（３）の工程に移行し、減圧CVD法を用いて、上記溝３
内に基板１と平坦に埋め込まれ素子分離領域となる埋め
込み用のシリコン酸化膜４を1000nm積層形成する。この
時、前記溝内にシリコン酸化膜が入り込み、溝３上のシ
リコン酸化膜４の部分には、この溝に対応する段差が形
成される。
内に基板１と平坦に埋め込まれ素子分離領域となる埋め
込み用のシリコン酸化膜４を1000nm積層形成する。この
時、前記溝内にシリコン酸化膜が入り込み、溝３上のシ
リコン酸化膜４の部分には、この溝に対応する段差が形
成される。
（４）の工程に移動し、後の工程でレジスト膜７を形成
するが、この工程の表面平坦化を完全にするためにレジ
ストパターン５を800nmの高さで上記段差部10に形成
し、さらにこのレジストパターン５の表面にのみシリコ
ン酸化膜６を20nm形成する。このシリコン酸化膜６を形
成する工程は省略しても良い。
するが、この工程の表面平坦化を完全にするためにレジ
ストパターン５を800nmの高さで上記段差部10に形成
し、さらにこのレジストパターン５の表面にのみシリコ
ン酸化膜６を20nm形成する。このシリコン酸化膜６を形
成する工程は省略しても良い。
続いて、レジストコートしてレジスト膜７を形成するこ
とにより、表面を平坦化する。
とにより、表面を平坦化する。
次に（４）迄の工程を経て形成された膜構造を有する半
導体装置をドライエッチング法によってエッチバックを
行う。このエッチバックは次の（５），（６）の工程で
示すようにシリコン基板１の表面が現れるまで行い、前
記溝３内にのみ埋め込み用シリコン酸化膜４が存在し、
かつ、表面が平坦になるようにする。
導体装置をドライエッチング法によってエッチバックを
行う。このエッチバックは次の（５），（６）の工程で
示すようにシリコン基板１の表面が現れるまで行い、前
記溝３内にのみ埋め込み用シリコン酸化膜４が存在し、
かつ、表面が平坦になるようにする。
このエッチバック際、エッチングガスの排気ガスを質量
分析計に導入し、排ガス中のリンイオンの強度のモニタ
を行う。
分析計に導入し、排ガス中のリンイオンの強度のモニタ
を行う。
（５）の工程で示すように、エッチバックを進めて行く
と、レジスト膜７、シリコン酸化膜６、レジストパター
ン５及びリンガラス膜２上のシリコン酸化膜４がエッチ
ングされてリンガラス膜２が表面に露出するようにな
る。
と、レジスト膜７、シリコン酸化膜６、レジストパター
ン５及びリンガラス膜２上のシリコン酸化膜４がエッチ
ングされてリンガラス膜２が表面に露出するようにな
る。
（４）の工程から（５）の工程に至る迄のリンイオン強
度のマスペクトルの経時変化を第２図に示す。
度のマスペクトルの経時変化を第２図に示す。
（５）の工程に示すように、最外表面にリンガラス膜２
が露出し始めるとエッチング排ガス中にリンガラス膜２
がエッチングされて生ずるリンイオンが混入するため
に、リンイオン強度のマススペクトルの強度が急激に高
くなる。すなわち、リンイオン強度が急激に高くなった
時点（t1）が、リンガラス膜２が露出するまでエッチバ
ックが進んでいる状態である。
が露出し始めるとエッチング排ガス中にリンガラス膜２
がエッチングされて生ずるリンイオンが混入するため
に、リンイオン強度のマススペクトルの強度が急激に高
くなる。すなわち、リンイオン強度が急激に高くなった
時点（t1）が、リンガラス膜２が露出するまでエッチバ
ックが進んでいる状態である。
さらにエッチバックを進めて行くと、リンイオンの強度
が急激に低下しリンイオンの強度が基準線の値と等しく
なる。この時点（t2）が、（６）の工程図に示すよう
に、前記リンガラス膜２が150nmエッチングされて基板
１の表面が露出し、基板１の溝３内にのみ埋め込み用シ
リコン酸化膜４が基板と平坦に埋め込まれた状態であ
る。従って、第２図のリンイオン強度がピークが終了し
た時点をエッチバックの終点としてエッチングを終了す
れば、基板１の溝３内にのみ埋め込み用シリコン酸化膜
４が基板と平坦に埋め込まれてなるBOX分離構造を完成
させることができる。
が急激に低下しリンイオンの強度が基準線の値と等しく
なる。この時点（t2）が、（６）の工程図に示すよう
に、前記リンガラス膜２が150nmエッチングされて基板
１の表面が露出し、基板１の溝３内にのみ埋め込み用シ
リコン酸化膜４が基板と平坦に埋め込まれた状態であ
る。従って、第２図のリンイオン強度がピークが終了し
た時点をエッチバックの終点としてエッチングを終了す
れば、基板１の溝３内にのみ埋め込み用シリコン酸化膜
４が基板と平坦に埋め込まれてなるBOX分離構造を完成
させることができる。
上記実施例では、第１図（１）の工程において、リンガ
ラス膜２を基板１上に積層形成しているが、第３図に示
すように、基板１上に埋め込み用シリコン酸化膜４を形
成した後、該シリコン酸化膜上にリンガラス膜２を形成
することもできる。
ラス膜２を基板１上に積層形成しているが、第３図に示
すように、基板１上に埋め込み用シリコン酸化膜４を形
成した後、該シリコン酸化膜上にリンガラス膜２を形成
することもできる。
この場合、リンガラス膜２の表面（第３図のＡ）までエ
ッチバックが進行すると、第４図のリンイオン強度の経
時変化のグラフに示すように、リンイオン強度が上昇し
始め、さらにエッチングを進めるにしたがって、リンイ
オン強度の第１のピーク40が生じる。
ッチバックが進行すると、第４図のリンイオン強度の経
時変化のグラフに示すように、リンイオン強度が上昇し
始め、さらにエッチングを進めるにしたがって、リンイ
オン強度の第１のピーク40が生じる。
さらに、エッチングが進行して、第５図に示すようにレ
ジストパターン５の下層に存在するリンガラス膜20の表
面（第５図のＢ）までエッチバックが進行すると、一度
低下したリンイオンの強度が再度上昇に転じ、エッチン
グの続行にしたがって第４図に示すようにリンイオン強
度の第２のピーク41が発生する。
ジストパターン５の下層に存在するリンガラス膜20の表
面（第５図のＢ）までエッチバックが進行すると、一度
低下したリンイオンの強度が再度上昇に転じ、エッチン
グの続行にしたがって第４図に示すようにリンイオン強
度の第２のピーク41が発生する。
従って、この第２のピークの終了時点（t3）をもってエ
ッチバックを終了すると、前記第１図（６）の工程で示
すと同様に基板１の溝３にのみ埋め込み酸化膜を平坦に
形成することができる。
ッチバックを終了すると、前記第１図（６）の工程で示
すと同様に基板１の溝３にのみ埋め込み酸化膜を平坦に
形成することができる。
上記実施例によれば、窒化膜を介在してエッチバックの
終点検出を行う従来例に比較して、基板と窒化膜との間
に熱酸化膜を形成しなくても良いため、埋め込み酸化膜
の形成工程を短縮することができる。
終点検出を行う従来例に比較して、基板と窒化膜との間
に熱酸化膜を形成しなくても良いため、埋め込み酸化膜
の形成工程を短縮することができる。
また、エッチバックの終点検出を質量分析計のリンイオ
ン強度のモニタに基づいているため、その終点の検出が
正確、かつ、精度良く行うことができるため、微細パタ
ーンを有する集積回路に要するエッチバック工程が精密
に再現性良く行え、さらには、リンイオン強度のピーク
の終点を自動的に検出する方式とすることにより、エッ
チバックを自動化することも可能になることから、埋め
込み酸化膜の形成における歩留まりを向上することがで
きる。
ン強度のモニタに基づいているため、その終点の検出が
正確、かつ、精度良く行うことができるため、微細パタ
ーンを有する集積回路に要するエッチバック工程が精密
に再現性良く行え、さらには、リンイオン強度のピーク
の終点を自動的に検出する方式とすることにより、エッ
チバックを自動化することも可能になることから、埋め
込み酸化膜の形成における歩留まりを向上することがで
きる。
上記実施例では、リンイオン強度のモニタに質量分析方
法を用いているが、これに限定されずガスクロマトグラ
フィ，発光分析方法等の他の機器分析方法を広く使用す
ることが可能である。
法を用いているが、これに限定されずガスクロマトグラ
フィ，発光分析方法等の他の機器分析方法を広く使用す
ることが可能である。
また、特定活性種としてリンイオンを用い、このリンイ
オンのの強度をモニタすることによってエッチバックの
終点を検出しているが、リンガラス膜にホウ素,As,Ge等
をドーブして、これらリン以外のイオンの強度をモニタ
することによってエッチバックの終点を検出することも
可能である。
オンのの強度をモニタすることによってエッチバックの
終点を検出しているが、リンガラス膜にホウ素,As,Ge等
をドーブして、これらリン以外のイオンの強度をモニタ
することによってエッチバックの終点を検出することも
可能である。
また、リンガラス膜がエッチングされる過程で生ずるイ
オン以外の例えばラジカル等の特定活性種を用いて、エ
ッチバックの終点を検出することも可能である。
オン以外の例えばラジカル等の特定活性種を用いて、エ
ッチバックの終点を検出することも可能である。
以上説明したように、本発明に係わる埋め込み酸化膜の
形成方法によれば、基板との間で応力の少ないリンガラ
ス膜を介在させ、このリンガラス膜のエッチングによっ
て生ずる特定活性種をモニタしてエッチバックの終点を
検出しているため、基板とリンガラス膜との間に熱酸化
膜を形成する必要がない結果、工程を短縮した状態で基
板に形成された溝内にのみ埋め込み酸化膜を平坦に形成
することが可能となる。
形成方法によれば、基板との間で応力の少ないリンガラ
ス膜を介在させ、このリンガラス膜のエッチングによっ
て生ずる特定活性種をモニタしてエッチバックの終点を
検出しているため、基板とリンガラス膜との間に熱酸化
膜を形成する必要がない結果、工程を短縮した状態で基
板に形成された溝内にのみ埋め込み酸化膜を平坦に形成
することが可能となる。
第１図は、本発明の一実施例の工程を説明するための断
面構成図、第２図は、第１図の工程で行うエッチバック
の過程で生ずるリンイオン強度のマスペクトルの経時変
化を示すグラフ、第３図は、本発明の他の実施例の工程
で形成された半導体装置の膜構造の断面図、第４図は、
第３図の半導体装置をエッチバックする過程で生ずるリ
ンイオン強度のマススペクトルの経時変化を示すグラ
フ、第５図は、第４図のグラフにおいてリンイオン強度
の第２のピークが生ずる時点における半導体装置の膜構
造断面図である。 図中、１はシリコン基板、２はリンガラス膜、３は溝、
４は埋め込み用シリコン酸化膜、５はレジストパター
ン、６はシリコン酸化膜、７はレジスト膜、である。
面構成図、第２図は、第１図の工程で行うエッチバック
の過程で生ずるリンイオン強度のマスペクトルの経時変
化を示すグラフ、第３図は、本発明の他の実施例の工程
で形成された半導体装置の膜構造の断面図、第４図は、
第３図の半導体装置をエッチバックする過程で生ずるリ
ンイオン強度のマススペクトルの経時変化を示すグラ
フ、第５図は、第４図のグラフにおいてリンイオン強度
の第２のピークが生ずる時点における半導体装置の膜構
造断面図である。 図中、１はシリコン基板、２はリンガラス膜、３は溝、
４は埋め込み用シリコン酸化膜、５はレジストパター
ン、６はシリコン酸化膜、７はレジスト膜、である。
Claims (1)
- 【請求項１】溝を有する基板上にシリコン酸化膜を堆積
し、次いで、該シリコン酸化膜上にレジスト膜を堆積し
て表面を平坦にし、前記基板の表面が現れる時点でエッ
チングを終了する，前記レジスト膜及び前記シリコン酸
化膜のエッチバックを行う方法であって、前記シリコン
酸化膜及び前記レジスト膜とは組成が異なる異種組成の
薄膜を介在させ、当該異種組成の薄膜がエッチングされ
て生ずる活性種の強度をモニタしながら前記溝内に素子
分離用の埋め込み酸化膜を形成する方法において、 前記異種組成の薄膜をリンガラス（PSG）膜で形成し、
該リンガラス膜がエッチングされて生ずる特定活性種の
強度をモニタしながら前記シリコン酸化膜及びレジスト
膜のエッチングを行い、当該特定活性種の強度のピーク
が終了した時点を前記エッチバックの終点として検出す
る、ことを特徴とする埋め込み酸化膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16880389A JPH0770531B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 埋め込み酸化膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16880389A JPH0770531B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 埋め込み酸化膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0334426A JPH0334426A (ja) | 1991-02-14 |
| JPH0770531B2 true JPH0770531B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=15874777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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