JPH0779133B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0779133B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高密度・高速・低消費電力性を備えた半導体装
置の製造方法に関するものである。
従来の技術 半導体集積回路においては高密度・高速化・低消費電力
化が追い求められており、素子間の分離領域の低減によ
る高密度化やMOS素子におけるソース・ドレインと基板
間に発生する寄生容量などの低減による高速・低消費電
力化などを狙ってSOI（Silicon On Insulator）構造の
素子の開発においてさまざまな試みが実施されている。
第２図は特開昭54-88871号公報に示されている溝堀り分
離発展型のSOI構造半導体装置の製造工程の一例を示す
断面図である。
まず第２図ａのように、シリコン基板１の上に選択的に
開口されたSi3N4膜２を形成する。次にｂに示すよう
に、Si3N4膜２をマスクとして、異方性の強いドライエ
ッチ法、たとえば反応性イオンエッチ（R.I.E）でシリ
コン基板１に開口部３を形成する。この急峻な開口面に
対し第２図ｃのように、Si3N4膜４を減圧CVD法によって
付着させる。次にｄに示すように、スパッタエッチング
法によりSi3N4膜４を除去する。スパッタエッチング法
は、エッチングの直線性が優れているため、側面のSi3N
4膜４はエッチングされず、第２図ｄのようにSi3N4膜２
の上面部及びシリコン基板開口部３底面のみがエッチン
グされる。その後、第２図ｅのようにシリコン基板１の
エッチングを行ない、第２図ｆに示すように酸化を実施
し、酸化物領域５を形成すると単結晶シリコン島領域６
の下面全域が両側からの酸化によりつながる。その後、
単結晶シリコン島領域６表面のSi3N4膜を除去すると、
第２図ｇに示すように単結晶シリコン島領域６の下面お
よび側面全てが酸化物領域５により囲まれた構造とな
る。
発明が解決しようとする問題点 ここで第２図ｅで示したシリコン基板のエッチングは、
次の（第２図ｆ）酸化工程によるシリコン島領域の形状
安定化や、酸化時間の短縮化によりシリコン島領域内の
欠陥の低減化という点から等方的なエッチングにする必
要がある。同様な溝堀り分離発展型のSOI構造半導体装
置の製造方法（特開昭58-250429）ではこの等方的なエ
ッチングをたとえば湿式のエッチングで行なうように記
している。
しかしながら、湿式エッチングでは高密度化に伴ない、
隣合うシリコン島間の分離領域が狭まるにつれて、液が
入り込みにくくなり、エッチング形状にバラツキがおこ
りシリコン島底部が酸化されたりされなかったりという
問題点が起ってくる。この現象はSF6ガス等を用いた等
方性の強いプラズマエッチングでも見られ、シリコン島
間の分離領域の幅が狭まるにつれ、エッチングが進みに
くくなってしまう。また、ドライエッチングを用いてシ
リコン島底部をエッチングする際、Si3N4膜が露出して
しまうと、その部分がエッチングされてしまい、その後
の酸化の際にSi3N4膜により酸化を完全に防止すること
が不可能になる。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明ではCF4,O2等のガス
を用いたマイクロ波放電によるエッチングをこの等方性
エッチング工程に適用した。反応性ラジカルのみがエッ
チングに関与するので0.2μｍ以下のシリコン島間の分
離領域においてもエッチングが等方的にかつ、深さ方向
についても広い分離領域と同等に進む。また、SF6ガス
を用いたプラズマエッチング等でも同様なことが言える
のであるが、このマイクロ波放電によるエッチングでは
耐酸化性被膜としてシリコン窒化膜を使用したときシリ
コンとシリコン窒化膜の選択比は十分ではないが、次の
酸化工程での耐酸化性被膜としてのシリコン窒化膜をシ
リコン島上面及び側面とも例えばシリコン酸化膜等の耐
エッチングマスクで被覆することによりこれを解決し
た。
作用 上記手段に示すように耐エッチング性被膜と耐酸化性被
膜とを分離することにより、ドライエッチングを用いて
等方的なエッチングを均一性よく行なうことが可能にな
った。
実施例 第１図は本発明の一実施例における半導体装置の製造工
程を示す断面図である。
第１図において、１はｎ型（100）シリコン基板で比抵
抗は0.5〜1.0Ωcmである。２は膜厚1000Åのシリコン熱
酸化膜、３は耐酸化性被膜としての膜厚2000Åのシリコ
ン窒化膜、４は異方性及び等方性の２度のドライエッチ
ング工程における耐ドライエッチングとしての膜厚3000
Åのシリコン酸化膜である。５は異方性エッチングによ
り、シリコン基板に形成された開口部、６は膜厚500Å
のシリコン熱酸化膜、７は膜厚1000Åのシリコン窒化
膜、８は膜厚1000Åのシリコン酸化膜、９は等方性ドラ
イエッチングによりシリコン基板に形成された開口部、
10はシリコン基板から絶縁分離された素子領域、11は酸
化膜領域である。
まず、第１図ａのようにｎ型基板１上に熱酸化膜２・シ
リコン窒化膜３・シリコン酸化膜４を順に形成し、素子
領域となる部分以外（分離領域）を異方性の強い反応性
イオンエッチング（R.I.E）等を用いて開口する。次に
第１図ｂに示すように分離領域となる部分をこれもR.I.
E等を用いてシリコン酸化膜４をマスクとしてエッチン
グし、開口部５を形成する。このときシリコン酸化膜４
の膜厚は減少するが後の熱酸化膜，シリコン窒化膜の異
方性エッチングの下地及びシリコン基板の等方性ドライ
エッチングのエッチングマスクとして使用できる膜厚
（1500Å以上）は残っている。次に第１図ｃのように、
シリコン窒化膜３をマスクとして熱酸化を行ない、開口
部の側面及び底面に熱酸化膜６を形成し、その後全面に
シリコン窒化膜７を減圧CVD法等で形成する。なお、こ
の減圧CVD法は開口部５の側面へもシリコン窒化膜７を
均質に付着されるために用いている。この後、第１図ｄ
のように、反応性イオンエッチング法で異方性の強いエ
ッチングを行なうと、開口部５の側壁部のシリコン熱酸
化膜6,シリコン窒化膜７のみを残してその他のシリコン
酸化膜・窒化膜が除去される。ここでもシリコン酸化膜
４の膜厚は減少するが、後のシリコン基板の等方性ドラ
イエッチング工程でのエッチングマスクとして使用でき
る膜厚（500Å以上）は残されている。次に等方性ドラ
イエッチング工程でのマスク材としてのシリコン酸化膜
を開口部側面のシリコン窒化膜７上に被覆させた形で残
すために、前のシリコン窒化膜７で行なったのと同様に
減圧CVD法等で全面にシリコン酸化膜８を形成し（第１
図ｅ）、反応性イオンエッチング法で側壁部のみを残
し、その他のシリコン酸化膜８を除去する（第１図
ｆ）。次にシリコン酸化膜４及び８をマスクとしてCF4
・O2ガスを用いたマイクロ波放電等によるシリコン基板
の等方性エッチングを行ない開口部９を形成する（第１
図ｇ）。マイクロ波放電を用いたエッチングは他のドラ
イエッチ法に比べてシリコン基板とシリコン酸化膜との
選択性が非常に良好（Si/SiO2選択比20以上）であるた
めエッチングマスクとしてのシリコン酸化膜８の膜厚が
薄くてすみ、また隣合った素子領域側面のシリコン酸化
膜８間の距離が0.2μｍ以下であっても、他の分離領域
が広い部分と同様に等方性エッチングが進むため、分離
領域幅を１μｍ以下に狭めることができ、均一性の良い
素子形状を保ちながら高密度に素子を形成することがで
きる。またSF6ガスを世ういたプラズマエッチング等を
使用する場合でも選択性を向上させるという点において
はある程度の効果を得られる。この後第１図ｈに示すよ
うに、高圧酸化法により約７気圧の圧力下で酸化を行な
うと、酸化される領域はシリコン窒化膜3,7に覆われて
いない領域に限定されるため、開口部深さ・酸化時間・
素子領域幅を最適化するとシリコン基板１の一部からな
る素子領域10が酸化膜領域11によりシリコン基板と分離
・絶縁された構造を得ることができる。
以下、この後の工程については省略するが、既知の方法
により分離領域をシリコン酸化膜・ポリシリコン等で埋
め込み、MOSデバイスなどを形成する。
発明の効果 以上説明した発明によれば、溝堀り分離発展型SOI構造
素子の製造技術において耐エッチング性マスク材と耐酸
化性被膜を分離することにより、工業性に優れ均一性が
良好なドライエッチング技術を用い、素子間の分離領域
を１μｍ以下に抑えることが可能になった。特に、耐酸
化性被膜であるシリコン窒化膜を堆積し、エッチングし
た後、耐エッチング被膜であるシリコン酸化膜を堆積
し、エッチングするという工程を有しているため、シリ
コン島の表面及び側面の酸化を完全に防止することがで
きる。パターン寸法が１μｍをきる今後の半導体集積回
路製造技術の中で高速・低消費電力なSOI構造素子を高
密度に形成するための極めて工業的価値の高いものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例における半導体装置の製造方
法を示す工程断面図、第２図は従来の溝堀り分離発展型
SOI構造素子の製造方法を示す工程断面図である。 3,7……シリコン窒化膜、4,8……シリコン酸化膜、５…
…開口部、10……素子領域、11……シリコン熱酸化膜。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板に形成された第１の耐エッチン
    グ性マスク材と第１の耐酸化性被膜をマスクとして前記
    半導体基板に開口部を形成する工程と、第２の耐酸化性
    被膜を減圧CVD法と異方性エッチングにより前記開口部
    側面に形成する工程と、前記第１の耐酸化性被膜及び前
    記開口部側面に形成された前記第２の耐酸化性被膜を覆
    う第２の耐エッチング性マスク材を減圧CVD法と異方性
    エッチングにより形成する工程と、前記第１および第２
    の耐エッチング性マスク材をマスクとして等方性ドライ
    エッチングを行なう工程と、前記第１および第２の耐酸
    化性被膜をマスクとして酸化性雰囲気中で熱処理を行な
    う工程とを含む半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】等方性ドライエッチング工程においてC
    F4、O2ガスを用いたマイクロ波放電によるドライエッチ
    ングを行う特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製
    造方法。
  3. 【請求項３】第１及び第２の耐エッチングマスク材にシ
    リコン酸化膜を用いる特許請求の範囲第１項記載の半導
    体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】酸化工程において1100℃以上の高温におけ
    る酸化を行ない酸化膜と半導体基板との応力を緩和し欠
    陥を低減する特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の
    製造方法。
  5. 【請求項５】第１及び第２の耐酸化性被膜としてシリコ
    ン窒化膜を用いる特許請求の範囲第１項記載の半導体装
    置の製造方法。
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