JPH08298261A - 素子間分離領域形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 選択酸化の際に耐酸化性膜からなるマスクの
端部を薄くするようにしたので、その部分が反りやすく
なり、マスクがシリコン基板に与える応力を低減でき、
結晶品質の低下を抑制できるとともに、バーズビークに
よる素子形成領域の寸法の制御性が劣化することを防止
することができる素子間分離領域形成方法を提供する。 【構成】 シリコン基板１１上に直接又は下敷酸化膜を
介して膜厚の薄い第１のシリコン窒化膜１２を形成する
工程と、このシリコン窒化膜１２上に酸化膜１３を形成
する工程と、この酸化膜１３上に第２のシリコン窒化膜
１４を形成する工程と、前記第１のシリコン窒化膜１２
／酸化膜１３／第２のシリコン窒化膜１４をパターニン
グし、この第１のシリコン窒化膜１２／酸化膜１３／第
２のシリコン窒化膜１４からなるマスクを形成する工程
と、前記酸化膜１３をエッチングして前記マスクの端部
に隙間を形成する工程と、シリコン基板を熱酸化雰囲気
中で処理する工程と、前記マスクを除去し、半導体素子
形成領域１６を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子間を電気的
に分離するための素子間分離領域を形成する方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコン基板に素子間分離領域を
形成する方法としては、いわゆるＬＯＣＯＳ法が知られ
ている。以下、図２を参照しながら、かかる従来の素子
間分離領域の形成方法について説明する。

【０００３】（１）図２（Ａ）に示すように、ＬＯＣＯ
Ｓ法では、まずシリコン基板１に下敷酸化膜２が、例え
ば３０ｎｍの厚さで形成される。次に、この下敷酸化膜
２上に耐酸化性膜としてシリコン窒化膜３が、例えば１
５０ｎｍの厚さで形成される。（２）次に、シリコン窒
化膜３がシリコン基板１の半導体素子形成領域として予
定される部分上に残存するようにパターニングされ、図
２（Ｂ）に示すように、シリコン窒化膜３からなるマス
ク３ａが得られる。ここでは、下敷酸化膜２もシリコン
窒化膜３と同様にパターニングされた例を示している。

【０００４】（３）次に、この状態で、ウェット酸化法
により処理する。この処理は、例えば、１０００℃の温
度の水蒸気雰囲気中に試料を６０分間投入することで行
われる。この処理において、図２（Ｃ）に示すように、
シリコン基板１のマスク３ａで覆われていない部分に、
選択的に厚さ４００ｎｍ程度のフィールド酸化膜（素子
間分離領域）４が形成される。

【０００５】（４）次に、図２（Ｄ）に示すように、マ
スク３ａが除去され、次に下敷酸化膜２が除去される。
なお、下敷酸化膜２の除去の際に、この下敷酸化膜２の
厚さ分だけフィールド酸化膜４（素子間分離領域）もエ
ッチングされ薄くなる。下敷酸化膜２の除去で露出され
たシリコン基板１部分が半導体素子形成領域５（以下、
素子形成領域５という）となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の素子間分離領域形成方法では、シリコン窒化膜
３からなるマスク３ａの端部で、このマスク下に入り込
むような酸化（以下「横方向の酸化」という）が進行す
るため、このマスク３ａの端部下に、いわゆるバーズビ
ーク４ａが形成され、その分、素子形成領域５の寸法が
設計値よりも狭くなる。

【０００７】このため、バーズビーク４ａが生じること
を見越して素子形成領域５の面積に予め余裕を取ってお
く必要があり、半導体装置の高集積化を妨げる１つの原
因となっていた。また、上記バーズビーク４ａを低減す
るには、マスク３ａであるシリコン窒化膜３を厚くする
か、及び又は、下敷酸化膜２を薄くすることが有効であ
ることが知られている。その理由は、マスク３ａを厚く
すると、マスク３ａ端部での反りが生じ難くなり、ま
た、下敷酸化膜２を薄くすると、マスク３ａ下への酸化
剤の拡散による侵入が抑制できるので、いずれにおいて
も、フィールド酸化膜４形成時の横方向の酸化を抑制で
きるからである。しかし、マスク３ａを厚くしたり、あ
るいは下敷酸化膜２を薄くすると、シリコン窒化膜３が
シリコン基板１に与える応力が大きくなり、これによ
り、素子形成領域５の結晶品質を損ねる恐れがある。

【０００８】本発明は、上記問題点を解決し、選択酸化
の際に耐酸化性膜からなるマスクの端部を薄くするよう
にしたので、その部分が反りやすくなり、マスクがシリ
コン基板に与える応力を低減でき、結晶品質の低下を抑
制できるとともに、バーズビークによる素子形成領域の
寸法の制御性が劣化することを防止することができる素
子間分離領域形成方法を提供することができる。

【０００９】

【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、 （１）シリコン基板上に直接又は下敷酸化膜を介して耐
酸化性膜からなるマスクを形成し、このマスクを有する
シリコン基板を熱酸化処理してこのシリコン基板に選択
的に素子間分離領域を形成する素子間分離領域形成方法
において、シリコン基板上に直接又は下敷酸化膜を介し
て膜厚の薄い第１の耐酸化性膜を形成する工程と、この
耐酸化性膜上に酸化膜を形成する工程と、この酸化膜上
に第２の耐酸化性膜を形成する工程と、前記第１の耐酸
化性膜／酸化膜／第２の耐酸化性膜をパターニングし、
この第１の耐酸化性膜／酸化膜／第２の耐酸化性膜から
なるマスクを形成する工程と、前記酸化膜をエッチング
して前記マスクの端部に隙間を形成する工程と、シリコ
ン基板を熱酸化雰囲気中で処理する工程とを含むように
したものである。

【００１０】（２）シリコン基板上に直接又は下敷酸化
膜を介して耐酸化性膜からなるマスクを形成し、このマ
スクを有するシリコン基板を熱酸化処理して、このシリ
コン基板に選択的に素子間分離領域を形成する素子間分
離領域形成方法において、シリコン基板上に直接又は下
敷酸化膜を介して第１の耐酸化性膜を形成する工程と、
この耐酸化性膜上に酸化膜を形成する工程と、この酸化
膜上に第２の耐酸化性膜を形成する工程と、前記第２の
耐酸化性膜をパターニングし、第１のマスクを形成する
工程と、前記酸化膜をエッチングし、前記第１のマスク
の端部に隙間を形成する工程と、前記第２の耐酸化性膜
をエッチングし除去すると同時に、前記第１の耐酸化性
膜を素子形成領域上に凸形に残存するように除去し、第
２のマスクを形成する工程と、前記酸化膜を除去する工
程と、シリコン基板を熱酸化雰囲気中で処理する工程と
を含むようにしたものである。

【００１１】

【作用】

（１）請求項１記載の素子間分離領域形成方法によれ
ば、耐酸化性膜のマスクの厚さを薄くするようにしたの
で、選択酸化の際に、そのマスク端部が反りやすくなる
ため、従来法で問題になる応力による結晶品質の低下を
低減できる。また、反りやすくする耐酸化性膜のマスク
端部の横方向の寸法は、この耐酸化性膜の上層の酸化膜
のエッチング量によって制御できる。さらに、この酸化
膜の膜厚によって、このマスク端部の選択酸化時の反り
量を制御できる。

【００１２】これらにより、素子形成領域の寸法を制御
できる。この場合、反りやすくしたマスク端部から素子
形成領域となる部分へのバーズビークの侵入（成長）
は、この素子形成領域上部に残存する反り難いマスク部
分によって抑制される。これにより、前記酸化膜のエッ
チング量、及びその膜厚で素子形成領域の寸法を精度良
く制御できる。

【００１３】（２）請求項２記載の素子間分離領域形成
方法によれば、耐酸化性膜のマスクを凸形にして端部を
薄くするようにしたので、選択酸化の際に、そのマスク
端部が反りやすくなるため、従来法で問題となる応力に
よる結晶品質の低下を低減できる。また、素子形成領域
に当たる部分へのバーズビークの侵入を抑制することが
できる。更に、上記（１）と同様に素子形成領域の寸法
を、シリコン窒化膜上の酸化膜の厚さとエッチング量で
制御できる。

【００１４】また、酸化膜のエッチングを選択酸化の前
に行うようにしたので、酸化膜のエッチングに伴う、フ
ィールド酸化膜の目減り量を少なくすることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例を示す
素子間分離領域形成工程断面図である。 （１）まず、図１（Ａ）に示すように、シリコン基板１
１上に耐酸化性膜としての膜厚の薄い第１のシリコン窒
化膜１２（膜厚の薄い第１の耐酸化性膜）を、例えば２
０ｎｍの膜厚に形成する。次に、酸化膜１３を、例えば
ＣＶＤ法により５０ｎｍの膜厚に形成した後、耐酸化性
膜としての第２のシリコン窒化膜１４（第２の耐酸化性
膜）を、例えば１００ｎｍの膜厚に形成する。

【００１６】（２）次に、図１（Ｂ）に示すように、第
１のシリコン窒化膜１２、酸化膜１３及び第２のシリコ
ン窒化膜１４を、これらがシリコン基板１１の半導体素
子形成領域とされる部分上に選択的に残存するようにパ
ターニングし、シリコン窒化膜１２／酸化膜１３／シリ
コン窒化膜１４からなるマスクを形成する。 （３）次に、図１（Ｃ）に示すように、酸化膜１３をウ
ェットエッチング法等の等方性エッチングにより処理
し、前記パターニングされたシリコン窒化膜１２とシリ
コン窒化膜１４の端部から、横方向に例えば５０ｎｍだ
け除去する。

【００１７】（４）次に、図１（Ｄ）に示すように、こ
のシリコン基板１１を熱酸化雰囲気中で処理する。ここ
では、この処理を１０００℃の温度の水蒸気雰囲気中に
試料を１２０分間投入することで行う。これにより、シ
リコン基板１１のシリコン窒化膜１２で覆われていない
部分に、この場合厚さ４００ｎｍ程度のフィールド酸化
膜（素子分離領域）１５が形成される。

【００１８】このとき、シリコン窒化膜１２の膜厚は従
来法に比べて薄く、さらにその端部が露出して、前記シ
リコン窒化膜１４との間に隙間を形成しているため、シ
リコン窒化膜１２は反りやすく、シリコン基板１１に与
える応力の影響を大幅に低減できる。また、フィールド
酸化膜１５が厚くなって、シリコン窒化膜１２端部の反
りが大きくなると、前記隙間の大きさによっては、前記
シリコン窒化膜１４端部に接触するようになるため、シ
リコン窒化膜１４がシリコン窒化膜１２の反りを抑制す
ることになる。しかし、この場合も、シリコン窒化膜１
４の応力は直接シリコン基板１１に影響しない。しか
も、横方向酸化によるバーズビークの成長を抑制するこ
とができる。

【００１９】（５）次に、図１（Ｅ）に示すように、シ
リコン窒化膜１４及び酸化膜１３及びシリコン窒化膜１
２を、それぞれ従来同様に除去する。シリコン基板１１
の露出された部分が半導体素子形成領域１６となる。こ
のとき、酸化膜１３を除去する際に、その厚さ分だけフ
ィールド酸化膜１５が薄くなるが、このエッチング時に
はフィールド酸化膜１５の素子形成領域部分に接した端
部はシリコン窒化膜１２に覆われているため、エッチン
グされないので、半導体素子形成領域１６の寸法に影響
を与えることはない。

【００２０】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図３は本発明の第２実施例を示す素子間分離領域形
成工程断面図である。 （１）まず、図３（Ａ）に示すように、シリコン基板２
１上に耐酸化性膜としての第１のシリコン窒化膜２２
（第１の耐酸化性膜）を、例えば５０ｎｍの膜厚に形成
する。次に、第１の実施例と同様に、酸化膜２３を厚さ
例えば５０ｎｍ形成し、次いで、第２のシリコン窒化膜
２４（第２の耐酸化性膜）を厚さ例えば５０ｎｍに形成
した後、最上層のシリコン窒化膜２４をシリコン基板２
１の半導体素子形成領域と予定される部分に選択的に残
存するようにパターニングし、第１のマスクを形成す
る。

【００２１】（２）次に、図３（Ｂ）に示すように、酸
化膜２３をウェットエッチング法により処理して、パタ
ーニングされたシリコン窒化膜２４の端部から横方向
に、例えば５０ｎｍだけ除去する。 （３）次に、図３（Ｃ）に示すように、シリコン窒化膜
２４及びシリコン窒化膜２２をドライエッチング法によ
り除去する。このとき、シリコン窒化膜２４と２２は膜
厚が等しいので、ドライエッチングの際にオーバーエッ
チングすることにより、シリコン窒化膜２２の酸化膜２
３で覆われていない部分だけは薄くなる、凸形の第２の
マスク２２ａ（シリコン窒化膜）を形成する。

【００２２】（４）次に、図３（Ｄ）に示すように、酸
化膜２３を除去した後、第１の実施例と同様の選択酸化
を行うことにより、フィールド酸化膜２５が形成され
る。このとき、第２のマスク２２ａ（シリコン窒化膜）
は、凸形で端部が薄くなっているので反りやすく、シリ
コン基板２１に与える応力の影響を低減している。ま
た、第２のマスク（シリコン窒化膜）２２ａの厚い部分
（素子形成領域に当たる部分）へのバーズビークの侵入
を抑制できる。

【００２３】（５）次に、図３（Ｅ）に示すように、第
２のマスク（シリコン窒化膜）２２ａを除去する。する
と、シリコン基板２１の露出された部分が半導体素子形
成領域２６となる。第１、第２の実施例では、従来法の
ように下敷酸化膜をシリコン基板上に形成しない例を説
明したが、下敷酸化膜を形成してもよい。下敷酸化膜は
従来法よりも薄く形成できるので、バーズビークの成長
は従来法よりも抑制できる。

【００２４】また、熱酸化処理法は、ウェット酸化法に
限られず、ドライ酸化法、あるいはウェット酸化法及び
ドライ酸化法を併用する方法でもよい。また、実施例で
は耐酸化性膜としてシリコン窒化膜を用いる例を説明し
たが、熱酸化法でのマスクとして使用できる耐酸化性膜
であれば、シリコン窒化膜以外（例えば、ＳｉＯ_x Ｎ_y
膜）のものでもよい。

【００２５】また、２つの耐酸化性膜に挟まれ、ウェッ
トエッチング処理を行う膜に酸化膜を用いたが、そのエ
ッチングの際に耐酸化性膜及びシリコン基板が同時にエ
ッチングされない膜であれば酸化膜以外のものも適用可
能である。なお、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能で
あり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００２６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。 （１）請求項１記載の発明によれば、耐酸化性膜のマス
クの厚さを薄くするようにしたので、選択酸化の際に、
そのマスク端部が反りやすくなるため、従来法で問題に
なる応力による結晶品質の低下を低減できる。

【００２７】また、反りやすくする耐酸化性膜のマスク
端部の横方向の寸法は、この耐酸化性膜の上層の酸化膜
のエッチング量によって制御できる。更に、この酸化膜
の膜厚によって、このマスク端部の選択酸化時の反り量
を制御できる。これらにより、素子形成領域の寸法を制
御できる。この場合、反りやすくしたマスク端部から素
子形成領域となる部分へのバーズビークの侵入（成長）
は、この素子形成領域上部に残存する反り難いマスク部
分によって抑制される。これにより、前記酸化膜のエッ
チング量、及びその膜厚で素子形成領域の寸法を精度良
く制御できる。

【００２８】（２）請求項２記載の発明によれば、耐酸
化性膜のマスクを凸形にして端部を薄くするようにした
ので、選択酸化の際に、そのマスク端部が反りやすくな
るため、従来法で問題となる応力による結晶品質の低下
を低減できる。また、素子形成領域に当たる部分へのバ
ーズビークの侵入を抑制することができる。更に、上記
（１）と同様に素子形成領域の寸法を、シリコン窒化膜
上の酸化膜の厚さとエッチング量で制御できる。

【００２９】また、酸化膜のエッチングを選択酸化の前
に行うようにしたので、酸化膜のエッチングに伴う、フ
ィールド酸化膜の目減り量を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す素子間分離領域形成
工程断面図である。

【図２】従来の素子間分離領域形成工程断面図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す素子間分離領域形成
工程断面図である。

【符号の説明】

１１，２１ シリコン基板 １２，２２ 第１のシリコン窒化膜（膜厚の薄い第１
の耐酸化性膜） １３，２３ 酸化膜 １４，２４ 第２のシリコン窒化膜（第２の耐酸化性
膜） １５，２５ フィールド酸化膜（素子分離領域） １６，２６ 半導体素子形成領域 ２２ａ 凸形の第２のマスク（シリコン窒化膜）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板上に直接又は下敷酸化膜を
   介して耐酸化性膜からなるマスクを形成し、該マスクを
   有するシリコン基板を熱酸化処理して該シリコン基板に
   選択的に素子間分離領域を形成する素子間分離領域形成
   方法において、（ａ）シリコン基板上に直接又は下敷酸
   化膜を介して膜厚の薄い第１の耐酸化性膜を形成する工
   程と、（ｂ）該耐酸化性膜上に酸化膜を形成する工程
   と、（ｃ）該酸化膜上に第２の耐酸化性膜を形成する工
   程と、（ｄ）前記第１の耐酸化性膜／酸化膜／第２の耐
   酸化性膜をパターニングし、該第１の耐酸化性膜／酸化
   膜／第２の耐酸化性膜からなるマスクを形成する工程
   と、（ｅ）前記酸化膜をエッチングして前記マスクの端
   部に隙間を形成する工程と、（ｆ）シリコン基板を熱酸
   化雰囲気中で処理する工程とを含むことを特徴とする素
   子間分離領域形成方法。
2. 【請求項２】 シリコン基板上に直接又は下敷酸化膜を
   介して耐酸化性膜からなるマスクを形成し、該マスクを
   有するシリコン基板を熱酸化処理して該シリコン基板に
   選択的に素子間分離領域を形成する素子間分離領域形成
   方法において、（ａ）シリコン基板上に直接又は下敷酸
   化膜を介して第１の耐酸化性膜を形成する工程と、
   （ｂ）該耐酸化性膜上に酸化膜を形成する工程と、
   （ｃ）該酸化膜上に第２の耐酸化性膜を形成する工程
   と、（ｄ）前記第２の耐酸化性膜をパターニングし、第
   １のマスクを形成する工程と、（ｅ）前記酸化膜をエッ
   チングし、前記第１のマスクの端部に隙間を形成する工
   程と、（ｆ）前記第２の耐酸化性膜をエッチングして除
   去すると同時に前記第１の耐酸化性膜を素子形成領域上
   に凸形に残存するように除去し、第２のマスクを形成す
   る工程と、（ｇ）前記酸化膜を除去する工程と、（ｈ）
   シリコン基板を熱酸化雰囲気中で処理する工程とを含む
   ことを特徴とする素子間分離領域形成方法。