JPH08330412A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 素子形成領域の表面を機械的化学研磨法によ
って研磨することなく、シリコン基板の表面を好適に平
坦化することを可能とする。 【構成】 シリコン基板１の表面に酸化膜２を形成し、
かつ選択形成した窒化膜３を利用して厚い素子分離酸化
膜４を形成した後、全面に絶縁膜（第２の窒化膜）５を
形成し、かつ素子形成領域上に窒化膜３が残された状態
で終了されるよう機械的化学研磨法による研磨を行う。
その後、残された窒化膜３を除去し、かつ酸化膜２及び
素子分離酸化膜４をエッチングして表面を平坦化する。
窒化膜３と絶縁膜５との合計の膜厚の範囲内で機械的化
学研磨の制御を行えばよく、制御範囲の余裕を大きく
し、シリコン基板の素子形成領域の表面が研磨されるこ
とを回避でき、素子特性の劣化が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に素子間分離用の選択酸化膜を形成するととも
に表面の平坦化を図った半導体装置の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年における半導体装置の高集積化によ
り半導体基板上に形成する配線の多層化が進められてく
ると、半導体基板の表面の凹凸による段差部において上
層配線の段切れ等の問題が生じ易くなる。このため、半
導体基板の表面を平坦化するための製造方法が種々提案
されている。このような手法の１つとして、特開平４−
６３４３２号公報に提案されているものがある。

【０００３】図３はその製造方法を工程順に示す断面図
である。先ず、（ａ）のように、シリコン基板２１の表
面に２００Å程度の第１のシリコン酸化膜２２を熱酸化
法により形成した後、素子形成領域に酸化防止用の窒化
膜２３を選択的に形成する。次いで、（ｂ）のように、
酸素雰囲気中で加熱して窒化膜２３以外のシリコン基板
２１の表面を選択酸化し、厚い選択酸化膜、即ち素子間
分離酸化膜２４を形成する。次いで、（ｃ）のように、
前記窒化膜２３をストッパに利用して、機械的化学研磨
法によりボンディング）を行ない、前記選択酸化膜２４
の表面を研磨する。しかる後、（ｄ）のように、窒化膜
２３を燐酸により除去し、かつシリコン基板２１の表面
を軽くエッチングすることで、シリコン基板２１の表
面、即ち素子形成領域と素子間分離領域の表面を平坦化
することが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような技術では、
素子間分離酸化膜を選択形成するために比較的に薄い窒
化膜２３を機械的化学研磨のストッパに利用しているた
め、研磨の制御をこの窒化膜の膜厚の範囲内で行う必要
がある。したがって、研磨制御の範囲を大きくするため
には窒化膜２３を厚くすることが好ましいが、逆に窒化
膜２３が厚いと選択酸化を行う際にシリコン基板２１の
表面に欠陥が生じ易く、トランジスタ等の素子特性に悪
影響を与えることになる。また、機械的化学研磨は研磨
の制御性が低いために、この窒化膜２３のみで研磨の終
点を検出することは難しく、特に、素子形成領域の面積
が非常に大きな場合にはなおさら困難なものになる。こ
のため、薄く形成せざるを得ない窒化膜２３の膜厚以上
に研磨を行って場合には、シリコン基板２１の素子形成
領域の表面が研磨されてしまうことになり、その後に形
成するトランジスタ等の素子の特性不良を生じる原因と
なる。

【０００５】

【発明の目的】本発明の目的は、素子形成領域の表面を
研磨することなく、シリコン基板の表面を好適に平坦化
することが可能な半導体装置の製造方法を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、シ
リコン基板の表面に酸化膜を形成する工程と、前記シリ
コン基板の素子形成領域の前記酸化膜上に窒化膜を選択
的に形成する工程と、前記窒化膜をマスク材としてシリ
コン基板の表面を酸化処理して厚い素子分離酸化膜を形
成する工程と、全面に絶縁膜を形成する工程と、前記素
子形成領域上に前記窒化膜が残された状態で終了される
よう機械的化学研磨法により前記絶縁膜ないし素子間分
離酸化膜を研磨する工程と、前記残された窒化膜を除去
する工程と、前記酸化膜及び素子分離酸化膜をエッチン
グして表面を平坦化する工程とを含んでいる。

【０００７】ここで、絶縁膜として窒化膜を用いること
が好ましい。また、窒化膜を燐酸により除去し、酸化膜
及び素子分離酸化膜をフッ酸によりエッチングすること
が好ましい。

【０００８】

【作用】シリコン基板を機械的化学研磨により平坦化処
理する際に、窒化膜と、その上に形成した絶縁膜との合
計の膜厚の範囲内で研磨制御を行えばよく、制御範囲の
余裕を大きくし、制御性が悪い場合でもシリコン基板の
素子形成領域の表面が研磨されることを回避でき、素子
特性の劣化が防止される。

【０００９】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。先ず、（ａ）のように、シリコン基板１の表面に熱
酸化法により３００Å程度の第１の酸化膜２を形成す
る。そして、その上に窒化膜を形成し、かつこれを選択
エッチングして素子形成領域のみに残した選択酸化用の
窒化膜３を形成する。そして、（ｂ）のように、前記窒
化膜３をマスク材としてシリコン基板１の表面を酸素雰
囲気中におき、９５０℃で加熱して素子分離領域に約５
０００Åの選択酸化膜、すなわち素子分離酸化膜４を形
成する。なお、この素子分離酸化膜４は前記シリコン基
板１の表面よりも２０００Å程度突出した状態に形成さ
れる。

【００１０】次いで、（ｃ）のように、全面に第２の窒
化膜５を２０００Å程度の厚さに形成する。この第２の
窒化膜５は前記窒化膜２と協動してストッパ膜として機
能されるものであり、その表面は略平坦に近い面形状に
形成される。そして、（ｄ）のように、機械的化学研磨
法により前記第２の窒化膜５、窒化膜３及び素子分離酸
化膜４を研磨する。これにより、第２の窒化膜５及び窒
化膜３と素子分離酸化膜４の表面が平坦化される。

【００１１】この研磨時においては、素子形成領域上に
は、窒化膜３と第２の窒化膜５とが合計された膜厚の窒
化膜が存在されていることになるため、研磨に際しての
制御は、これら合計の膜厚の範囲内で行えばよい。した
がって、通常の研磨制御を行う限りでは、素子形成領域
に窒化膜３が残された状態で研磨を終了させることが容
易となる。場合によっては、第２窒化膜５と窒化膜３が
残された状態で研磨が終了される。したがって、機械的
化学研磨の制御性が低い場合でも、シリコン基板１の素
子形成領域の表面を研磨することは殆ど生じない。

【００１２】しかる後、（ｅ）のように、燐酸によって
窒化膜３ないし第２窒化膜５を除去する。次いで、
（ｆ）のように、フッ酸によりシリコン基板１の酸化
膜、すなわち前記酸化膜２および素子分離酸化膜４をエ
ッチングすることで、素子形成領域の酸化膜を除去し、
かつその表面を平坦化することが可能となる。

【００１３】このように、本実施例の製造方法では、機
械的化学研磨に際しての制御範囲を、窒化膜３と第２窒
化膜５との合計の膜厚の範囲内で行えばよいため、研磨
に際しての制御の余裕を大きくとることができる。した
がって、素子形成領域に窒化膜３を残した状態で研磨を
終了させることが容易であり、素子形成領域のシリコン
基板１の表面を機械的化学研磨法により研磨することを
確実に回避することが可能となる。これにより、素子形
成領域に形成するトランジスタ等の素子の特性劣化を未
然に防止することが可能となる。

【００１４】また、機械的化学研磨の制御範囲を大きく
するために選択酸化用マスク材としての窒化膜３の膜厚
を厚くする必要もないため、選択酸化時にシリコン基板
に欠陥が生じることもなく、この点からも素子特性が劣
化されることはない。

【００１５】なお、図２は前記したような処理を行った
シリコン基板にＭＯＳ型トランジスタを形成した状態を
示す図である。シリコン基板１の素子形成領域の表面上
にゲート酸化膜１１、ゲート電極１２を形成し、かつ素
子形成領域にはソース、ドレインの各領域１３を形成す
る。そして、全面に第１層間絶縁膜１４、第１配線１
５、第２層間絶縁膜１６、第２配線１７、パッシベーシ
ョン膜１８を順次形成してＭＯＳ型トランジスタを形成
する。このように形成されたＭＯＳ型トランジスタは、
素子形成領域の表面が機械的化学研磨されることがない
ため、トランジスタ特性に高いものを容易に得ることが
できる。また、素子分離酸化膜の表面を平坦化すること
で、配線層における凹凸を緩和し、段切れ等の不具合を
未然に防止することが可能である。

【００１６】ここで、前記実施例では機械的化学研磨の
ストッパ膜として第２窒化膜を利用しているが、場合に
よって酸化膜等、他の膜を利用することも可能である。
ただし、前記実施例のように、選択酸化用マスク材とし
ての窒化膜と同じ窒化膜を用いたときには、第２窒化膜
と窒化膜とを同一の機械的化学研磨法によって連続して
研磨することができるため、工程数を増加させることが
ない点で有利である。

【００１７】また、第２窒化膜の膜厚は素子分離酸化膜
の膜厚、ないしは素子分離酸化膜とシリコン基板との表
面段差寸法によって適宜に調整するものであることは言
うまでもない。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、窒化膜を
マスク材としてシリコン基板の表面を酸化処理して厚い
素子分離酸化膜を形成した後に、全面に絶縁膜を形成
し、かつ素子形成領域上に前記窒化膜が残された状態で
終了されるよう機械的化学研磨法により前記絶縁膜ない
し素子間分離酸化膜を研磨しているので、研磨に際して
の制御範囲を窒化膜と絶縁膜の合計の膜厚範囲に拡大で
き、シリコン基板の素子形成領域の表面が研磨されるこ
とはなく、形成される素子の特性劣化を未然に防止する
ことができる。また、選択酸化用マスク材としての窒化
膜を厚くしなくとも素子形成領域が研磨されることが防
止でき、シリコン基板表面における欠陥の発生を防止す
ることができる。

【００１９】また、研磨ストッパ用の膜として絶縁膜と
して窒化膜を用いることで、機械的化学研磨を連続して
行うことができ、研磨工程の増加を防止することができ
る。

【００２０】さらに、窒化膜を燐酸により除去し、酸化
膜及び素子分離酸化膜をフッ酸によりエッチングするこ
とで、シリコン基板の素子形成領域にダメージを与える
ことなくその平坦化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を製造工程順に示す断面図であ
る。

【図２】本発明の実施例で製造した半導体装置の一例の
断面図である。

【図３】従来の製造方法を工程順に示す断面図である。

【符号の説明】 １ シリコン基板 ２ 酸化膜 ３ 窒化膜 ４ 素子分離酸化膜 ５ 第２の窒化膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板の表面に酸化膜を形成する
   工程と、前記シリコン基板の素子形成領域の前記酸化膜
   上に窒化膜を選択的に形成する工程と、前記窒化膜をマ
   スク材としてシリコン基板の表面を酸化処理して厚い素
   子分離酸化膜を形成する工程と、全面に絶縁膜を形成す
   る工程と、前記素子形成領域上に前記窒化膜が残された
   状態で終了されるよう機械的化学研磨法により前記絶縁
   膜ないし素子間分離酸化膜を研磨する工程と、前記残さ
   れた窒化膜を除去する工程と、前記酸化膜及び素子分離
   酸化膜をエッチングして表面を平坦化する工程とを含む
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 絶縁膜として窒化膜を用いる請求項１の
   半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 窒化膜を燐酸により除去し、酸化膜及び
   素子分離酸化膜をフッ酸によりエッチングする請求項２
   の半導体装置の製造方法。