JPS6062135A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に素子分離技
術の改良に係る。

〔発明の技術的背景〕

半導体装置の素子分離技術としては一般的に選択酸化法
が使用されている。しかし、この選択酸化法では形成さ
れる素子分離酸化膜の端部にいわゆるバーズビークが発
生するため、ホ１〜マスク上の素子領域のパターンの寸
法と、実際に形成される素子領域の寸法との間の寸法変
換差が大きく、デバイスの高集積化に対して障害となっ
ている。

このようなことから今後の高集積デバイスにおいては寸
法変換差の小さい素子分離技術が要望されている。

こうした寸法変換差の小さい素子分離技術として第１図
＜　ａ＞〜（ｈ）に示すような方法が提案されている。

まず、例えば表面の結晶方位（１００）のＰ−型シリコ
ン基板１上に厚さ約５Ｃ）０人の第１の熱酸化膜２を形
成し、更にこの上に厚さ約１２００人の第１のシリコン
窒化膜３を堆積する（第１図（ａ）図示）。次に、写真
蝕剣法により素子領域予定部上にホトレジストパターン
４を形成した後、Ｃ２Ｆｅを含むガスを用いた反応性イ
オンエツチングによりフィールド領域予定部上の第１の
シリコン窒化膜３及び第１の熱酸化膜２を順次エツチン
グし、更に基板１を深さ約３０００〜３５００リン度エ
ツチングする。この際、基板１は０２ＦＩ、ガスの特異
性からテーパー状にエツチングされ、結晶方位（１１１
）の傾斜面５ａと結晶方位（１００）の底部の平坦面５
ｂとが形成される。

なお、基板１のエツチングにはＫＯＨ溶液が用いられる
場合もある。つづいて、フィールド反転防止用の不純物
、例えばＩＩＢ＋を加速エネルギー１００ｋｅＶ、ドー
ズ量的ｌＸ１０　ｃｍ”の条件でイオン注入する（同図
（ｂ）図示）。

次いで、前記ホトレジストパターン４を除去した後、熱
酸化を行ない露出した基板１の傾斜面５Ｑ及び平坦面５
ｂ上に厚さ約３００人の第２の熱酸化膜６を形成する。

つづいて、全面に厚さ３００人の第２のシリコン窒化膜
７を堆積し、更に厚さ約３０００人のＣＶＤ酸化膜８を
堆積する（同図（０）図示）。つづいて、このＣＶＤＭ
化膜８を反応性イオンエツチングによりエツチングする
。

この結果、フィールド領域予定部の基板１の少なくとも
傾斜面５ａを覆うようにＣＶＤ１ｍ化膜８′。

８′が形成される。このいわゆるエッチバック工程では
エツチング時間のマージンは２０％であることが望まし
い。また、この反応性イオンエツチングの条件はＳｉＯ
２のエツチングレートがＳｉ　３　Ｎ４のエツチングレ
ートより大ぎくなるように設定する（同図（ｄ）図示）
。つづいて、残存ＣＶＤ酸化膜８−．８”をマスクとし
てフィールド領域予定部の平坦面５ｂ上の第２のシリコ
ン窒化膜７をエツチングする。この際、素子領域予定部
上の第１のシリコン窒化膜３上の第２のシリコン窃イ１
−腸７もｌｌｉｌ時にエツチングされるｃｌｉｉ１図（
ｅ）図示）。つづいて、前記残存ｃｖｏａ化膜８＝、８
−をＮ８４Ｆ等によりエツチング除去する。この際、フ
ィールド領域予定部の平坦面５ｂ上の第２の熱酸化膜６
の露出した部分も同時にエツチングされる（同図（ｆ）
図示）。

次いで、素子領域予定部上の第１のシリコン窒化膜３及
びフィールド領域予定部の少なくとも傾斜面５ａ上を覆
う第２のシリコン窒化膜７を耐酸化性マスクとして燃焼
酸化雰囲気中で熱酸化を行ない、厚さ約７０００人のフ
ィールド酸化１１１９を形成する。これと同時に前記ボ
ロンイオン注入層が活性化してＰ型フィールド反転防止
層１０が形成される（同図（ｇ）図示）。つづいて、残
存した第１のシリコン窒化膜３及び第２のシリコン窒化
膜７をエツチング除去する（同図＜　ｈ＞図示）。

以下、通常の工程に従い、フィールド酸化膜９によって
囲まれた素子領域に例えばＭＯ８半導体装置を形成する
。

上述した方法はフィールド領域予定部の基板１の傾斜面
（サイドウオール）５ａ上に第２のシリコン窒化ｌｌｌ
７を残存させているので、通常の選択酸化法と異なり−
、バーズビークの発生による寸法変換差を小さくするこ
とができる。なお、以下この方法をＳＷＡＭ　Ｉ　（Ｓ
　ｉｄｅ　Ｗａｌｌ　ＭａｓｋｅｄＩ　５ｏｌａｔｉｏ
ｎ）法と略称する。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、上述した従来の５ＷＡＩＶＩＩ法には以
下のような問題点がある。

第１図（ｅ）の工程で、残存ＣＶＤ酸化膜８−２８′を
マスクとしてフィールド領域予定部の平坦面５ｂ上の第
２のシリコン窒化膜７をエツチングする際、この第２の
シリコン窒化膜７の膜厚のばらつきやウェハ面内でのエ
ツチングレートのばらつきを考慮に入れ、２０％程度の
マージンを見込んでオーバーエツチングする。このため
、第２図に示す如く、素子領域予定部上では第２のシリ
コン窒化膜７だけでなく、第１のシリコン窒化膜３もエ
ツチングされてしまう。この結果、第１のシリコン窒化
１！ｉ！３の膜厚が薄ずぎると、この第１のシリコン窒
化ＷＡ３にピンホールが発生したり、極端な場合にはな
くなってしまい、大きな問題となっていた。一方、この
第１のシリコン窒化膜３の膜厚を十分厚くした場合には
、第１図（ｅ）の工程で第２のシリコン窒化１１７をエ
ツチング除去した後の第１のシリコン窒化膜３はピンホ
ールが発生しない程度の十分な膜厚を保つことができる
。

しかし、膜厚が厚すぎると後のフィールド酸化工程で基
板１にストレスによる結晶欠陥が発生するため実使用に
耐えられないという欠点があった。

更に、第３図に示ずように、第１図（ｆ）の工程で残存
ＣＶＤＩ化膜８−，８′をエツチング除去する際、第２
の熱酸化膜６もその端部からエツチング除去される。こ
の第２の熱酸化膜６のサイドエツチングは残存ＣＶＤＩ
Ｉ化膜８′の膜厚に比例して増加し、図中の距離ａがだ
んだん狭くなるため、後′のフィールド酸化時にバーズ
と−りが素子領域予定部の第１のシリコン窒化膜３直下
に入り込むようになり、パターン変換差を大きくしてし
まうことになる。また、フィールド酸化膜の幅を狭くし
ようとした場合、ｃｖＤ酸化膜８（及び残存ｃｖｏ酸化
膜８−）を薄くしなければならないが、こうすると残存
した第２のシリコン窒化膜７の平坦面上での寸法が短く
なるため、第２の熱酸化膜６のサイドエツチングが無視
できなくなり、フィールド酸化膜の微細化にとって障害
となる。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、素子領
域予定部上の第１の窒化膜の膜減りをなくし、かつ素子
分１１ｉ酸化膜を微細化し得る半導体装置の製造方法を
提供しようとするものである。

〔発明の概要） 本発明の半導体装置の製造方法は、−導電型の半導体基
板上に酸化膜及び第１の窒化膜を順次形成する工程と、
これら第１の窒化膜及び酸化膜の一部を選択的にエツチ
ングし、更に傾斜面と平坦面が形成されるように露出し
た基板の一部を選択的にエツチングする工程と、全面に
半導体膜（例えば多結晶シリコン膜）、第２の窒化膜及
び窒化膜に対して選択エツチング性を＠づる被膜（例え
１、−Ｆ　／”！　υｎ　？ｉｆｌ　Ｉ？　Ｉｆｔ！　
）＊　［ｋ　（丘ｆ８　ｉ　Ａ　Ｔ　Ｅ　ン、Ｆ　右４
１１エツチングにより該被膜をエツチングし、少なくと
も前記基板のエツチング領域の傾斜面上を覆うように前
記被膜を残存させる工程と、残存した被膜をマスクとし
て前記第２の窒化膜をエツチング除去する工程と、残存
した被膜を除去する工程と、残存した第１及び第２の窒
化膜を耐酸化性マスクとして熱酸化を行ないフィールド
酸化膜を形成する工程とを具備したことを特徴とするも
のである。

こうした方法によれば、基板のエツチング領域を覆うよ
うに残存している被膜をマスクとして第２の窒化膜をエ
ツチング除去する際、素子領域予定部上の第１の窒化股
上には半導体膜が存在するので第１の窒化膜が膜減りす
ることはない。また、従来の方法と異なり、残存した被
膜を除去する際に第２の窒化股下にサイドエツチングが
生じることがないので、パターン変換差が小さく、フィ
ールド酸化膜の微細化に有利となる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第４図（ａ）〜（１］）を参照
して説明する。

まず、例えば表面の結晶方位（１００）のＰ−型シリコ
ン基板１１上に厚さ約５００人の熱酸化膜１２を形成し
、更にこの上に厚さ約１２００人の第１のシリコン窒化
膜１３をＩＬ　ｆｉ　する（第４図（ａ＞図示）。次に
、写真蝕刻法により素子領域予定部上にホトレジストパ
ターン１４を形成した後、Ｃ２Ｆ６を含むカスを用いた
反応性イオンエツチングによりフィールド領域予定部上
の第１のシリコン窒化膜１３及び熱酸化膜１２を順次エ
ツチングし、更に基板１１を深さ約１２００人程度エツ
チングする。この際、基板１１はＣ２Ｆｓカスの特異性
からテーパー状にエツチングされ、結晶方位＜１１１　
）の傾斜面１５ａと結晶方位（１００）の底部の平坦面
１５ｂとが形成される。

なお、基板１１のエツチングにはＫ　Ｏｌ−１溶液が用
いられる場合もある。つづいて、フィールド反転防止用
の不純物、例えば　Ｂ　を加速エネルギー１００ｋｅＶ
、ドーズ量的Ｉ　Ｘ　”Ｉ　Ｏ”ｃｍ−２の条件でイオ
ン注入する（同図（ｂ）図示）。

次いで、前記ホトレジストパターン１４を除去した後、
全面に厚さ約５００人の多結晶シリコン膜１６、厚さ約
３００人の第２のシリコン窒化膜１７及び厚さ約２００
０人のＣＶＤＩ化ｌ！１８を順次堆積する（同図（Ｃ）
図示）。つづいて、このＣＶＤＭ化腸１化合１８性イオ
ンエツチングによりエツチングする。この結果、フィー
ルド領域予定部の基板１１の少なくとも傾斜面１５ａを
覆うようにＣＶＤＩＩ化膜１８−．１８’−が形成され
る。この際、反応性イオンエツチングの条件は３ｉ０２
のエツチングレートがＳｉ　ａ　Ｎ４のエツチングレー
トより大きくなるように設定する（同図（ｄ）図示）。

つづいて、残存ＣＶＤ酸化膜１８′、１８′をマスクと
してフィールド領域予定部の平坦面１５ｂ上の第２のシ
リコン窒化膜１７をエツチングする。この際、素子領域
予定部上の第２のシリコン窒化膜１７も同時にエツチン
グされる（同図＜　ｅ＞図示）。（なお、第２のシリコ
ン窒化Ｉｌ＊１７のエツチング工程は、エツチング条件
を設定することによりＣＶＤ酸化Ｉｔ！１Ｂの反応性イ
オンエツチング時にオーバーエツチング（２０％程度）
で連続的に除去するようにしてもよい）。つづいて、残
存ｃｖｏ酸化膜１８−９１８−をＮＨ４Ｆなどによりエ
ツチング除去する。

この結果、素子領域予定部上は熱酸化膜１２を介して厚
さ約１２００人の第１のシリコン窒化膜１３及び厚さ約
５００人の多結晶シリコン膜１６によって、またフィー
ルド領域予定部の少なくとも傾斜面１５ａ上は多結晶シ
リコン膜１６を介して厚さ約３００人のＭ２のシリコン
窒化膜１７によってそれぞれ覆われ、平坦面１５’ａ’
上で多結晶シリコン＋１１１６が露出した状態どなつで
いる（同図（ｆ’）図示）。

次いで、素子領域予定部上の第１のシリコン窒化膜１３
及びフィールド領域予定部の少なくとも傾斜面１５ａ上
を覆う第２のシリコン窒化膜１７を耐酸化性マスクとし
て燃焼酸化雰囲気中で熱酸化を行ない、厚さ約７０００
人のフィールド酸化膜１９を形成する。これと同時に前
記ボロンイオン注入層が活性化してＰ型フィールド反転
防止層２０が形成される。また、露出している多結晶シ
リコン膜１６も熱酸化膜２１に変換される（同図（（１
）図示）。つづいて、前記熱酸化膜２１をＮＨ４Ｆを用
いて除去した後、残存している第１及び第２のシリコン
窒化Ｉｔ！１３．１７を除去する（同図（ｈ）図示）。

以下、通常の工程に従い、フィールド酸化膜１９によっ
て囲まれた素子領域に例えばＭＯ８半導体装置を形成す
る。

しかして、上記方法によれば、第４図（ｅ）の工程にお
いて、第２のシリコン窒化ｌ１１７をエツチング除去す
る際に素子領域予定部上の第１のシリコン窒化膜１３上
には多結晶シリコン膜１６が存在するので、第１のシリ
コン窒化膜１３が膜減りすることはない。このことは、
ｃｖｏ葭化膜″１８を反応性イオンエツチングによりエ
ツチングする際にエツチング条件を設定して第２のシリ
コン窒化膜１７を連続的にエツチングする場合でも同様
である。このため、従来の方法のように第１のシリコン
窒化膜１３の膜厚を厚くする必要はない。したがって、
フィールド酸化時にストレスにより発生する結晶欠陥を
完全になくゼるように、第１のシリコン窒化膜１７の膜
厚をできるがぎり薄くすることができる。

また、同図（ｆ）の工程において、残存ＣＶＤ酸化膜１
８′、１８−をＮＨ４Ｆ溶液によって除去する際、従来
の方法と異なり第２のシリコン窒化膜１７下には酸化膜
が存在しないので、第２のシリコン窒化膜１７下ではザ
イド■ツヂングは全く生じない。つまり、第３図に示し
た幅ａはｃ■Ｄ酸化膜１８の膜厚によりほぼ決定される
。したがって、フィールド領域の間隔を狭くして微細化
を図る場合、ＣＶＤ酸化股１８の膜厚を薄くする必要が
あるが、その膜厚はバーズビークの見積りにより容易に
決定することができ、フィールド酸化膜１９の微細化に
右利となる。

なお、上記実施例では、第４図（ａ）の」二程でフィー
ルド反転防止のための　Ｂ　のイオン注入を行なってい
るが、これに限らず、多結晶シリコン膜１６中にボロン
をドーピングしてフィールド酸化時にボロンを基板１１
内に拡散させてフィールド反転防止層２０を形成しても
よい。この場合、フィールド酸化工程前に熱処理により
基板１１ヘボロンを拡散させてもよいことは勿論である
。

また、この場合多結晶シリコンへのボロンの導入方法と
して、イオン注入法を用いてもよい。このようにボロン
をイオン注入すると、第５図に示すように第１のシリコ
ン窒化膜１３の側壁の多結晶シリコン膜１６中にはボロ
ンイオンが全く注入されないため、低温でボロンイオン
を活性化した後、ボロン添加多結晶シリコンと無添加多
結晶シリコンとでエツチングレートの異なる溶液（例え
ば、ＫＯＨ混合液等）を用いて無添加多結晶シリコン１
６′のみを除去し、更に第２のシリコン窒化膜を堆積し
てもよい。このようにすれば、フィールド酸化時に上面
からの多結晶シリコン膜に沿う酸化が抑えられ、窒化膜
を除去した後のフィールド酸化膜の表面をより平坦化す
ることができる。

また、本発明方法において、フィールド領域予定部の基
板１１のエツチングの深さは２５００Å以下であること
が望ましい。これは以下のような理由による。

フィールド酸化膜はその膜厚の約４５％に相当する厚さ
の基板のシリコンを消費して成長する。

ところで、フィールド酸化膜の膜厚を厚くしようとする
と、バーズビークの発生を押えることができなくなるの
で、ＳＷＡＭＩ法の本来の目的である寸法変換差の減少
を達成できなくなる。また、膜厚が薄すぎると素子分離
の（幾能が十分に発揮できない。このため、フィールド
酸化膜の膜厚は約８０００Å以下の適当な値であること
が望ましい。

一方、フィールド酸化膜は後の工程でその表面がエツチ
ングされるが、エツチングｍが多すぎて素子領域の端部
近傍でのフィールド酸化膜の膜厚が薄くなると、素子の
動作時に素子領域の端部において電界集中が起きて耐圧
が低下覆る等の種々の問題を生じる。このため、フィー
ルド酸化膜は素子領域表面よりも約２０００人突出して
いることが望ましい。以上の条件を考慮して、膜厚８０
００人のフィールド酸化膜を形成する場合、基板１１の
エツチング深さＴｅは次のにうにしてめられる。

８０００＝８０００Ｘ０．４５＋Ｔｅ　十２０００　、
　、’、　Ｔ　ｅ　＝＝　２５００したがって、フィー
ルド領域予定部の基板１１のエツチング深さは２５．０
０Å以下であることが望ましい。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、素子領域予定部上の第１の窒化膜の膜減りを防止
することができ、寸法変換差の小さい微細なフィールド
酸化膜を確実に形成でき、ひいては素子の高集積化を達
成できる等顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　〜（１））　は従来のフィールド酸化膜
の形成方法を示す断面図、第２図及び第３図はそれぞれ
従来の方法の欠点を示す断面図、第４図（ａ）　〜（１
１）　は本発明の実施例におけるフィールド酸化膜の形
成方法を示す断面図、第５図は本発明の変形例を示す断
面図である。 １１・・・Ｐ−型シリコン基板、１２・・・熱酸化膜、
１３・・・第１のシリコン窒化膜、１４・・・ホトレジ
ストパターン、、１５ａ・・・傾斜面、１５ｂ・・・平
坦面、１６・・・多結晶シリコン膜、１７・・・第２の
シリコン窒化膜、１８・・・ＣＶＤ酸化膜、１８′・・
・残存ＣＶＤ酸化膜、１９・・・フィールド酸化膜、２
０・・・Ｐ型反転防止層、２１・・・熱酸化膜。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第１図 第２図 第３図 第４図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　−導電型の半導体基板上に酸化膜及び第１の窒
   化膜を順次形成する工程と、これら第１の窒化膜及び酸
   化膜の一部を選択的にエツチングし、更に傾斜面と平坦
   面が形成されるように露出した基板の一部を選択的にエ
   ツチングづる工程と、全面に半導体膜、第２の窒化膜及
   び窒化膜に対して選択エツチング性を有する被膜を順次
   堆積する工程と、異方性エツチングにより該被膜をエツ
   チングし、少なくとも前記基板のエツチング領域の傾斜
   面上を覆うように前記被膜を残存さしる工程と残存した
   被膜をマスクとして前記第２の窒化膜をエツチング除去
   する工程と、残存した被膜を除去する工程と、残存した
   第１及び第２の窒化膜を耐酸化性マスクとして熱酸化を
   行ないフィールド酸化膜を形成する工程とを具備したこ
   とを特徴とす（２１半導体膜が多結晶シリコン膜又は非
   晶質シリコン膜であることを特徴と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。 （３）半導体膜が基板と同導電型の不純物を含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導
   体装置の製造方法。 （４）半導体膜にイオン注入法により基板と同導電型の
   不純物を導入することを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の半導体装置の製造方法。 （５）半導体膜に基板と同導電型の不純物を導入した後
   、異方性エツチングにより被膜をエツチングし、基板の
   エツチング領域の傾斜面上を覆うように被膜を残存させ
   る工程の前までに、熱処理を、施して半導体膜内の不純
   物を基板中に拡散させることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項又は第４項記載の半導体装置の製造方法。 装置の製造方法。