JPS5944842A - 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】 技術分野 本発明は半導体装置の製造方法に関し、更に詳しくは半
導体基板の素子領域間を酸化物で分離した構造の半導体
装置の製造方法に関するものである０ 従来技術 標準的なＭＯ３高密度集積回路（以下簡単にＭＯ８ＬＳ
Ｉと称す）の製造プロセスにおいて、半導体基板上での
各素子間の電気的分離は重要な問題であり、例えばシリ
コンナイトライド膜かシリコンの酸化膜として作用する
ことから、この膜を用いた選択酸化技術による比較的厚
いシリコン酸化膜を素子間に設けることにより上記の問
題に対処している。

まず従来から最も一般的に行われているこの種の分離用
選択酸化膜の製造工程を第１図（ａ）　、　（ｂ）を用
いて以下に説明する０ シリコン基板１土に予め約５００Ａ前後の酸化膜、２を
形成し、続いてシリコンナイトライド膜全例えは気相成
長法で１０００〜２００ＯＡ程度の厚さに形成し、次に
通常のフォトリングラフイー技術で素子全形成すべき領
域（以下単に素子領域と呼ぶ）を被う形状に形成する。

第１図（ａ）でシリコンナイトライド膜で被われていな
い領域は隣接素子間に位置する分離のだめの領域で、シ
リコンナイトライド膜をマスクとして熱酸化によって形
成された厚い酸化膜４で被うことによって不活性領域、
即ち分離領域として機能させる。

ここで高密度化に際しては素子領域のパターン幅か重要
であり、今素子領域について設計寸法をＡ、シリコンナ
イトライドパターン形成後の寸法′ｆ：Ｂ、分離領域形
成後の寸法をＣとする。設計寸法Ａからパターン形成後
の寸法Ｂへの転写時においても、マスク作成、フォトリ
ソグラフィー技術等のために若干の寸法シフトはあるが
、その量はプロセスの最適化等により以下に説明する寸
法シフトに比べれば無視し得る程度で問題はない。（〜
寸法Ｂに対して分離領域形成後の寸法Ｃが第１図（ｂ）
に示すように小さくなり、このように小さくなることが
問題になっている。

上記のような問題は次のような理由のために起こる。

素子領域を被っているシリコンナイトライド膜３は高温
雰囲気においても酸素をはとんど通さず、従って被われ
た下地部分が酸化されるようなことはなく、またシリコ
ンナイトライド自身もほとんど酸化されない。従って第
１図（ｂ）に示すように分離領域にのみ厚い酸化膜４か
形成される。しかしながらシリコンナイトライドパター
ンが切れる部分３ａ、つまり素子領域の両端では、酸素
が等方向に供給されるために酸化が横方向にも進行し、
結果として第１図（ｂ）に示すような素子領域への酸化
層の侵入か生じ、素子領域は寸法Ｃで示す大きさに減少
することになる。上記侵入法さは一般に＝（匁＠饋域の
酸化膜厚ｔ） の関係があり、分離領域は約１０μｍ前後の酸化膜厚が
必要なため両端から生じる素子領域の減少は約２μｍ前
後となる。

上記従来のような製造工程を経ている限り分離領域その
ものの縮小の必然性から、分離領域は原理的に２μｍ程
度以下にできないということは高集積化が強く要求され
ている近年において大きな問題である。設計上分離領域
は１μｍが実用的限界と考えられるが、従来の方法では
最終的にはこの寸法が３μｍ前後にまで広が９、高集積
化に大きな障害になっていた。

目　　的 本発明は、上記従来の素子領域を分離する酸化膜の製造
工程における問題点に鑑みてなされたもので、素子寸法
が設計値からシリコン基板上の最終寸法に到るまでの寸
法シフトが、従来方法を経たものよりも飛躍的に改善さ
れた高集積化ＬＳＩの製造方法を提供するものである。

以下に実施例を挙げて本発明の詳細な説明する。

靭しい実施例 第２図（ａ）において、従来の工程と同様にシリコン基
板ｌの全表面に、約５００Ａ前後の酸化膜２．１０００
〜２００ＯＡ前後のシリコンナイトライド膜３を続けて
形成し、素子領域に対応したパターンを形成すべく、従
来公知のフォトリングラフ４−技術によりレジストパタ
ーンを形成し、次に該レジストパターンをマスクにして
素子領域以外、つまり分離領域のシリコンナイトライド
膜及び酸化膜を除去する。第２図（ａ）は上記工程を終
えた後マスクとして用いたレジストをも除去した状態の
図で、図中の寸法Ｂが素子領域に対応するシリコンナイ
トライド膜寸法となる。

次に上記シリコン基板上に第２図に示すようにポリシリ
コン５を例えば気相成長法で約５０００〜１００００Ａ
の厚さに被着する。

素子領域と相似形で、かつ上記シリコンナイトライド膜
３等による素子領域形成に用いたパターンより素子領域
上を被う面積が小さく設計されたパターンを、通常のフ
ォトリソグラフィー技術によりレジストパターンとして
重ね合せ、該レジスドパターンをマスクとして素子領域
を被っている上記ポリシリコン５を除去する。つまり初
めに形成したシリコンナイトライドパターン３よりも小
さい寸法のポリシリコン窓６を第２図（ｃ）に示すよう
に形成する。この窓６を形成する工程で、下地パターン
との位置ずれが若干生じる惧れはあるが、窓６のパター
ンを設計する際、たとえ位置ずれが生じてもポリシリコ
ン窓６が依然としてシリコンナイトライド膜３上に位置
するようにパターン寸法を設計する。

次にポリシリコン５が完全にシリコン酸化膜に置換るま
で酸化処理を行なう。その結果シリコン基板表面は窓６
を除いて第２図（ｄ）に示すようにポリシリコンの膜厚
に比べてほぼ２倍の膜厚を有するシリコン酸化膜７で被
われる。尚窓６はシリコンナイトライド膜３で被われて
いるため酸化膜の成長はない。

次に例えば熱リン酸のようなシリコンナイトライドを選
択的にエツチングするエツチング剤を用い’Ｑ；、ｙ、
リコンナイトライド膜３を除去する。上記酸化膜で被わ
れた部分のシリコンナイトライドも除去されるため、第
２図（ｅ）に示すように素子領域上で一部オーバーハン
グ状を呈したシリコン酸化膜７が残ることになる。

次に例えばフッ酸系のエツチング剤により上記オーバー
ハング状酸化膜が除去されるまでエツチングする。この
とき分離領域上にポリシリコンの変換によって新たに形
成されたシリコン酸化膜もエツチングされるが、素子領
域上のオーバーハング状酸化膜は表面と側面からのみな
らず、シリコンナイトライド膜３が除去された裏面から
もエツチングされるため、分離領域上の酸化膜よりも約
２倍速くエツチングされ、第２図（ｆ）に示すように分
離領域上にのみ酸化膜８が残る。上記工程後の素子形成
領域パターンＤとシリコンナイトライドパターンＥｋ比
べて、両者の寸法シフト（Ｉ３−Ｄ）はほとんど生じて
いないかむしろ素子形成領域パターンＤの方がやや大き
くなり、従来の工程を経たものに比べて著しく改善され
る。

、ｈｌ＠ｇ程後に形成された素子領域に従来公知の拡散
等の技術を用いて半導体素子を形成し、ＭＯ５ＬＳ　Ｉ
’ｉ作製する。

変形実施例 上述の実施例では、分離領域上のシリコン酸化膜が下地
シリコンの表面より上に凸状となり、平坦性の面から不
都合を伴う惧れがある０本実施例は表面の平坦性を考慮
した製造方法を説明する。

第３図（ａ）において、シリコン木板１上に上述の実施
例と同様にシリコン酸化膜２及びシリコンナイトライド
膜３を素子領域に対応する形状に形成する。シリコンナ
イトライド膜３及びシリコン酸化膜２のパターニング後
基板のシリコンＩをも図に示すように厚さ方向にエツチ
ングする。シリコンｌは反応性スパッタエンチング法に
よりシリコンナイトライドパターンとほぼ同寸法に加工
することは容易であり、はぼ垂直に近い側壁をもって段
９が形成される。尚その他のエツチング方法を適用する
ことも可能であり、また側壁の角度等を調整することも
可能で、目的に応じて使い分けることができる。以降第
３図（ｂ）に示すようにポリシリコン５が形成され、上
述の実施例と同様に窓６の形成、ポリシリコンの酸化、
シリコンナイトライド膜３のエツチング及びオーパーツ
・ング状酸化膜のエツチングが行われ、第３図（ｃ）に
示すように分離領域上の酸化膜がシリコン基板側に埋め
込寸れた素子構造を得る。

ポリシリコン５の膜厚とシリコン１のエツチング深さを
選択することにより、分離領域上のシリコン酸化膜表面
と素子領域シリコン表面をほぼ一致させ、かつ分離領域
上のシリコン酸化膜厚を適切な値に選択することが可能
になる。

その他の変形実施例 第４図（ａ）において、シリコン酸化膜２及びシリコン
ナイトライド膜３で表面の全面が被われたシリコン基板
ＩＫついて、シリコンナイトライド膜３のみをパターン
化し、シリコン酸化膜２は全面に残す。上記のようにシ
リコン酸化膜２が残されたシリコン基板又は上述の実施
例で第２図（ａ）に示すシリコン基板に、第４図（ｂ）
のように分離領域上に熱酸化する。このような熱酸化膜
の形成は従来方法と類似するが、膜厚は最終的に必要な
分離領域上の酸化膜厚よシも十分薄くし、以降上述の実
施例で説明した第２図（ｂ）以下の工程を継続して半導
体装置を作製する。作製された半導体装置は、分離領域
形成後の寸法Ｃ′は若干小さくなるが、上記熱酸化によ
る酸化膜厚を適切に選ぶことによシ、寸法Ｃ′の減少を
従来法に比べて小さくすることができ、しかも最終的な
分離領域上の酸化膜厚を制御性をよくするというメリッ
トが得られる。

第５図は上述の実施例第３図（ａ）に示すように予め分
離領域部分のシリコンをエツチングした後、シリコン基
板全表面に５００Ａ程度の熱酸化膜２′を形成し、その
後上述の第３図（ｂ）〜（ｃ）の工程を施こして半導体
装置を作製する。

第６図は上述の実施例第３図（ａ）の後に第４図（ｂ）
に示したように分離領域上に約２０００Ａ程度の熱酸化
膜を形成し、その後第３図（ｂ）〜（ｃ）の工程を施こ
して半導体装置を作製する。

上述の各実施例において、シリコン基板全表面する前に
酸化処理を施こし、変換された酸化膜に窓を形成して実
施することもできる。

また各実施例において、分離領域シリコン表面をいわゆ
るチヘ・ネルストップ 基板と同じ導電型の不純物を予め選択的に導入しておく
ことは本発明の目的上いう壕でもない。

以上本発明によれば、酸化物によって素子間を分離する
構造の半導体装置において、素子寸法か設計値からシリ
コン基板上での最終寸法までの寸法シフトが飛躍的に改
善され、高集積化ＬＳＩの製造を容易にすることかでき
る・。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は従来工程を説明するだめの
断面図、第２図（ａ）〜（ｆ）は本発明によるー・実施
例を説明するための断面図、第３図（ａ）〜（ｃ）、第
４図（ａ）　、　（ｂ）、第５図、第６図は本発明によ
る他の実施例を説明するための断面である。 １：シリコン基板　３：シリコンナイトライド膜　５、
：ポリシリコン膜　６：窓　７；ンリコン酸化膜　８：
分離領域上酸化膜　９；段／ −１９（ 図　　　　　　　　　　　　　　１ ７、　　　　　　　　　　　　第６図 第２図 Ｉ／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）半導体基板表面の素子領域を残してシリコン酸化膜
   により分離領域を形成した半導体装置の製造方法におい
   て、素子領域を被って素子領域と同一形状にシリコンナ
   イトライド膜を半導体基板表面に形成する工程と、該シ
   リコンナイトライド膜を被って半導体基板表面上にポリ
   シリコン膜を形成する工程と、上記シリコンナイトライ
   ド膜形状と相似形で且つシリコンナイトライド膜の形状
   より小さい形状の窓を有し、ポリシリコン膜の酸化によ
   って形成されたシリコン酸化膜全形成する工程と、上記
   窓を介してシリコンナイトライド膜を選択的に除去する
   工程と、素子領域上のオーバーハング状酸化膜を除去す
   る工程とからなシ、分離領域上に選択的に酸化膜を形成
   することを特徴とする半導体装置の製造方法。