JPS5857737A - 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】 本発明は、半導体装置の製造方法とくに半導体装置にお
ける分離用絶縁膜の製造方法に関するもので、特に横方
向の絶縁膜の入り込みがなく、正確な寸法精度で分離用
絶縁膜が形成でき、かつ結晶欠陥の発生をおさえた絶縁
膜分離構造を有する半導体装置の製造方法を提供するも
のである。

従来の半導体装置の分離用酸化膜の形成方法として、シ
リコン窒化膜を酸化マスクとした選択酸化法が広く用い
られている。第１図ｆ、）〜（ｄ）は、選択酸化前まで
の各工程を説明する断面図である。

（ａ）は、シリコン基板１の表面に酸化膜２及び窒化膜
３を形成した後、レジスト４をマスクとして、半導体素
子形成用の島領域とすべき部分の表面酸化膜及び窒化膜
を残し、分離領域部分６に窓開げを行なったものである
。（ｂｌは、窓開けした分離領域のシリコン基板を、レ
ジスト４をマスクとして異方性ドライエツチングにより
、目標酸化膜厚の約半分はどエツチングして四部６を形
成した状態である。、（Ｃ）は、レジスト４を除去した
後第２の酸化膜７及び窒化膜８を形成したもので、ｆｄ
）は異方性ドライエツチングにより、島領域及び分離領
域表面上の第２の窒化膜８を除去し、さら匠凹部６底面
の窒化膜３を除去し、島領域の表面及び側面にのみ窒化
膜３を残した状態である。

第２図は、第１図（ｄｌの構造より島領域表面及び側面
の窒化膜３をマスクとして、選択酸化を行なって分離酸
化膜９を形成し、然る後、表面シリコン窒化膜を除去し
たものである。

前記方法により形成された分離酸化膜９は、従来問題と
なっていた横方向の酸化（バード・ビーフ）による分離
領域の広がりを非常に少なくしたという長所を有するが
、シリコン窒化膜のストレスによって選択酸化時に多数
の結晶欠陥が誘発されるという問題があり、以後島領域
に形成される半導体素子の電気的特性に悪影響を与える
ことが知られている。このような結晶欠陥は、下地酸化
膜／窒化膜の膜厚比を適当な値にし、プロセス熱処理条
件を工夫することによる低減させることができるが、選
択酸化前のシリコン開口部６の構造が、第１図（ｄ）の
ように垂直な角度をもつ形状であると、選択酸化時にお
けるシリコン開口部の体積膨張により、シリコン基板に
余分なストレスが加わるため、どうしても結晶欠陥の発
生を皆無にすることはできない。

本発明は、上記した結晶欠陥の発生を防止し、なおかつ
正確な寸法精度を有する絶縁膜分離の方法を提供するも
のである。

本発明の基本的構成は、選択酸化前の半導体基板開口部
の構造を一部テーパをもった形状にして、選択酸化時に
おける半導体結晶へ加わるストレスを緩和させ、結晶欠
陥の発生を防止することから成る。以下、実施例にそっ
て説明する。

第３図は、本発明の一実施例ｆおンて選択酸化Ａｉｌの
シリコン基板に開口部６を形成した断面構造を示す断面
図である。第３図においては、シリコンエッチ開口部の
断面構造が、第１図（ｄ）のようｔＣ垂直な形状と異な
り、シリコンエツチングの上方部は垂直に、下方部はテ
ーパをもった構造になっている。１１は半導体シリコン
基板、１２は下地の酸化膜（５ｉＯｚ膜）、１３は選択
酸化用の窒化膜（５ｉｓＮｉ膜）である。島領域の側面
に窒化膜を形成する方法は従来と同様である。シリコン
が酸化される際、体積膨張によりシリコン基板に余分な
ストレスが加わるが、従来の断面構造では横方向の体積
膨張が、側面の窒化膜により抑えられるために、シリコ
ン基板に大きなストレスが加わるのに対して、第３図の
構造では、下方部のシリコン開口部の面積に比べ、上方
部が広がっているため、横方向の酸化の広がりに余裕が
あり、酸化時におけるシリコン基板に加わるストレスが
緩和できる。

すなわち、第３図において、酸化はシリコン開口部Ｓよ
り始まるが、垂直部の開口面積人の方が広いため、酸化
による横方向の体積膨張があってもシリコン基板にスト
レスが加わることがない。

従って第３図の構造にすることにより、分離酸化膜形成
時の結晶欠陥の発生を抑制することができる。

また、酸化は窒化膜１３で被われていない下方部から開
始されることから、側面窒化膜１３は、耐酸化マスク性
としては下方部はど薄くてよい。

第３図の構造にすれば、窒化膜の異方性ドライエツチン
グにより側面に９化膜を残す工程において、側面窒化膜
の膜厚は必然的にテーパのついた下方部の方が、垂直な
上方部よりも薄くなり、側面の窒化膜によるシリコン基
板へのストレスが従来よ６１．− りも低減されるという有利さも合わせて有する。

次Ｋ、シリコン基板１１のエツチングにおいて、第３図
のような途中で角度が異なる構造を形成する方法を以下
に説明する。

第４図は、一般に物質■を物質１をマスクにして異方性
ドライエツチングしたときの、エツチング形状を説明す
る図である。物質■の表面上（ＰＯＢ）Ｋ、物質１がム
ＯＰのパターン形状で形成されている。ここで、物質■
の表面での物質ｌのテーバ角度（くムｏｐ）をθとする
。物質ｌをマスクとして物質■を異方性ドライエツチン
グによりエツチングしたとき、時間δｔの間に物質！、
物質■がそれぞれδＸ、δｙだけ垂直方向にエツチング
されるとすると、δを後の物質Ｉ、物質■の形状はそ′
れぞれ、ム’Ｏ’Ｐ　、　Ｐ　Ｏ’Ｑ　Ｂ’になる、さ
らに時間δを後には物質１はム′０“Ｐ、物質■はＰＯ
“Ｑ′Ｂ′′の形状にエツチングされる。エツチングマ
スクの物質ｌがテーパをもっているため、物質■のエツ
チング形状もテーパを持ち、その角度θ′（〈０”Ｑ’
Ｒ）は、物質１のテーパ角度θを用いて、次式（１）よ
り求まる。

、’、ｔａｎθ′＝丑ｔａｎθ ＝δｔａｎθ　・・・・・・・・・（１）ここで、Ｄは
マスク物質Ｉがエツチング時間δｔの間に横方向の後退
する距離（Ｄ＝ＯＯ’＝Ｏ’Ｏ“）である。（１）式に
おいてδ””／ａｘは物質■の物質１に対するエツチン
グの選択比を表わしている。

例えば、選択比が１より大きいとき、すなわち、物質■
のエツチング速度が、物質１のエツチング速度より太き
いときは、物質■のエツチング形状のテーパ角力エツチ
ングマスクの物質！のテーノく角よりも大きくなる。通
常の異方性ドライエツチングは、選択比を大きくとれる
条件で行なわれる。

しかしながら、式（１）かられかるように、抜工・ノチ
ング物質のエツチング形状は、選択比のとりがたにより
任意に変えることができる。

上記の異方性ドライエツチングにおけるエツチング形状
の特徴を用い、第３図に示した選択酸化前のシリコン開
口部の構造を形成する方法を第６゛図体）〜（ｅ）に示
す。

第６図（ａ）は、シリコン基板１１上に下地酸化膜１２
　（ａｏｏ〜１０００ム０）、窒化膜１３（１，０００
〜２０００ム）をそれぞれ形成し、さらにシリコン基板
エツチングの第２マスクの物質１４および第１マスクの
物質１６を堆積した後、し／スト１６を分離領域形成箇
所だけ窓開けしたものである。

（ｂ）は、レジスト１６をマスクとして、下地酸化膜１
２、窒化膜１３、第２マスク物質１４．第１マスク物質
１６を異方性ドライエツチングによりエツチングした後
、レジストを除去したものである。

（ｃｌは、第１マスク物質１６をマスクとしてシリコン
基板１１を異方性ドライエツチングによりエツチングし
たものである。物質１５とシリコンとのエツチング選択
比を１よりも小さくとっておくと。

シリコンエツチングのテーパ角は第１マスク物質１５よ
りも大きくなり、垂直性が良い。（ｄｉは、第１マスク
物質１６が完全に、エツチングされてなくなり、ひきつ
づき、第２マスク物質１４をマスクとしてシリコンをエ
ツチングしたものである。物質１４とシリコンの選択比
を１よりも大きくとっておくと、シリコンエツチングの
テーノ（角は第２マスク物質よりも小さくなり、垂直性
が悪くなる。

その結果、第１．第２の物質１５．１４を２層マスクと
して、異方性ドライエツチングを連続して行ｔｘうと、
シリコン基板は、（ｄ）のように自動的に途中でテーパ
角が異なった形状にエツチングされる。シリコンエツチ
ングの垂直な上方部１６とテーパのついた下方部１７の
深さ方向の長さは、第１、第２のマスク物質１５．１４
の膜厚を適当にとることによって任意に決めることがで
きろ。

エツチングガスとして、例えば四塩化炭素を用　　・い
た場合、適当な条件において、シリコンとＣＶＤ酸化膜
とアルミ膜のエツチング速度の比を、約１０：１：３０
程度にとれるので、上記第１マスク物質１６および第２
マスク物質１４をそれぞれＣＶＤ酸化膜、アルミ膜にす
れば、第６図（ｄ）のようなシリコンエツチング形状を
形成することがでキル。図（ｅ）は、シリコン基板１１
の開口部に酸化膜１８を３００〜１ｏｏＯムはど形成し
、さらにＣＶＤ法により耐酸化性膜としての窒化膜を１
０００〜２０００ムはど被着させた後、異方性ドライエ
ツチングにより前記窒化膜をエツチングして、側面にの
み窒化膜１′９を残したものである。

以後、島領域の表面及び側面の窒化膜をマスクとして酸
択酸化を行ない、分離用酸化膜を形成する。

以上説明したように、本発明の選択酸化前の半導体開口
部の構造を一部テーバ部をもった形状にすることにより
、結晶欠陥の発生を抑え、なおかつ寸法精度の正確な絶
縁膜分離構造を有する半導体装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は、従来の分離酸化膜の製造方法
を示す工程断面図、第２図は第１図（ｄｌの構造より選
択酸化を行ない分離酸化膜を形成した構造の断面図、第
３図は本発明の選択酸化前の構造を説明する断面図、第
４図は異方性ドライエツチングのエツチング形状を説明
する断面図、第６図（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施
例にかかる分離酸化膜を形成する製造方法を示す工程断
面図である。 １１・・・・・・シリコン半導体基板、１３，１９・・
・・・・シリコン窒化膜、１４・・・・・・第１の物質
、１６・・・・・・第２の物質。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名（ｂ
） １２　　図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板よりエツチング速度の遅い第１の物質と、前
   記半導体基板よりエツチング速度の速い第２の物質を２
   層マスクとして、前記半導体基板の分離領域を異方性ド
   ライエツチングにより所定の深さまでエツチングする工
   程と、前記基板の島領域とすべき部分　の表面および前
   記基板のエツチング部のイ則面に耐酸化性膜を形成する
   工程と、前記耐酸化性膜をマスクとして前記半導体基板
   を選択酸化する工程とを備えたことを特徴とする半導体
   装置の製造方法、