JPH06275605A

JPH06275605A - 素子分離構造の形成方法

Info

Publication number: JPH06275605A
Application number: JP6221393A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Nakamura; 智史中村
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【構成】シリコン基板１１上には、第１シリコン酸化膜
１２、ポリシリコン膜１３、第２シリコン酸化膜１４お
よびシリコン窒化膜１６が積層して形成される。素子形
成領域１７上の領域にレジスト１８がパターン形成され
る。レジスト１８をマスクとした異方性エッチングによ
って、シリコン窒化膜１６がパターニングされる。この
エッチングは第２シリコン酸化膜１４で確実に停止す
る。次に、露出している第２シリコン酸化膜１４が除去
される。その後、シリコン窒化膜１６をマスクとした選
択酸化により、フィールド酸化膜１９が成長させられ
る。【効果】シリコン窒化膜１６のエッチングのばらつきが
ポリシリコン膜１３に転写されない。そのため、バーズ
ビーク２０の長さを高精度で制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板の表面に選
択的にフィールド酸化膜を成長させることによって素子
形成領域を分離するための、素子分離構造の形成方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板上に形成される複数個の素子
を電気的に分離するために、従来から、ＬＯＣＯＳ（Lo
cal Oxidation of Silicon）法が広く用いられている。
ＬＯＣＯＳ法では、半導体基板上にパッド酸化膜が形成
され、このパッド酸化膜の上に、素子形成領域を被覆す
る窒化膜がパターン形成される。そして、この窒化膜を
マスクとした熱酸化処理によって、素子形成領域のまわ
りにフィールド酸化膜が成長し、このフィールド酸化膜
によって素子形成領域間の分離が達成される。

【０００３】しかし、ＬＯＣＯＳ法では、フィールド酸
化膜の縁部のバーズビークが素子形成領域内に長く延び
て形成され、そのため、実質的な素子形成領域の面積が
小さくなるという欠点があった。この問題を解決した典
型的な先行技術はＬＯＰＯＳ法と呼ばれ、図３および図
４に示されている。まず、図３(a) に示すようにシリコ
ン基板１の表面にパッド酸化膜２が形成される。そし
て、図３(b) に示すように、パッド酸化膜２上にポリシ
リコン膜３が形成される。このポリシリコン膜３の膜厚
は、たとえば１２００Åとされる。ポリシリコン膜３上
には、図３(c) に示すように、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ
₄）膜４が形成される。この窒化シリコン膜４上には、
素子形成領域８の上方の領域にレジスト９がパターン形
成される。

【０００４】次に、図４(d) に示すように、レジスト９
をマスクとした異方性エッチングが行われる。これよ
り、素子形成領域８上にシリコン窒化膜４が残るよう
に、このシリコン窒化膜４がパターニングされる。この
とき同時に、ポリシリコン膜３は、最初の膜厚の半分程
度の膜厚（たとえば６００Å）となるまでエッチングさ
れる。

【０００５】次に、シリコン窒化膜４をマスクとして酸
化処理を施すと、図４(e) に示すように、シリコン窒化
膜４で被覆されていない領域にフィールド酸化膜５が成
長する。このとき、シリコン窒化膜４の直下のポリシリ
コン膜３には酸素はあまり速やかには浸透しないので、
バーズビーク７は素子形成領域８内にあまり長く延びる
ことはない。

【０００６】最後に、図４(f) に示すように、シリコン
窒化膜４、ポリシリコン膜３およびパッド酸化膜２が除
去され、フィールド酸化膜５によって分離された素子形
成領域８が得られる。このようにして、バーズビーク７
の短いフィールド酸化膜５を形成できるから、広い素子
形成領域８を得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
先行技術では、シリコン窒化膜４をエッチングする図４
(d) の工程において、エッチング装置内のプラズマの不
均一性などのために、シリコン窒化膜４のエッチングレ
ートにはウエハ面内でばらつきが生じる。このため、シ
リコン窒化膜４のエッチングの不均一性が、シリコン窒
化膜４に続いてエッチングされるポリシリコン膜３に転
写される。その結果、ポリシリコン膜３の残膜３ａの膜
厚には、ウエハ面内でばらつきが生じる。そのため、バ
ーズビーク７の長さは、ウエハ面内でばらつくことにな
る。すなわち、残膜３ａが厚い箇所ではバーズビーク７
は短くなり、残膜３ａが薄い箇所ではバーズビーク７は
長くなる。その結果、素子形成領域８の面積がウエハ面
内で不均一になり、素子特性に悪影響を与えるという問
題があった。

【０００８】この問題を解決するために、ウエハ面内に
おけるエッチングレートの均一性を向上することが考え
られる。しかし、そのためには、エッチング装置内のプ
ラズマの均一性を向上したりウエハの温度の面内均一性
を向上したりするなどの根本的な対策が必要である。そ
のため、生産コストの大幅な増加が避けられず、実用的
ではない。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、バーズビークの長さを高精度で制御して、
高い寸法精度で素子形成領域を分離することができる素
子分離構造の形成方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用】上記の目的を
達成するための本発明の素子分離構造の形成方法は、半
導体基板上にポリシリコン膜を形成する工程と、ポリシ
リコン膜の上にエッチングストッパ層を形成する工程
と、エッチングストッパ層の上に耐酸化性膜を形成する
工程と、所定領域に耐酸化性膜を残すように、この耐酸
化性膜を上記エッチングストッパ層が露出するまで選択
的にエッチングする工程と、上記耐酸化性膜をマスクと
した選択的な酸化により、耐酸化性膜が形成されている
領域以外の領域にフィールド酸化膜を成長させる工程と
を含むことを特徴とする。

【００１１】なお、上記ポリシリコン膜を形成する工程
の前に、上記半導体基板の表面に酸化膜を形成する工程
をさらに含むことが好ましい。この場合には、上記ポリ
シリコン膜は上記酸化膜の表面に形成されることにな
る。上記の方法によれば、耐酸化性膜を選択的にエッチ
ングする際に、このエッチングはエッチングストッパ層
で停止する。そのため、エッチングストッパ層の下部の
ポリシリコン膜に耐酸化性膜のエッチングのばらつきの
影響が及ぶことがない。そのため、ポリシリコン膜は半
導体基板の各部で均一な膜厚を有することができる。そ
の結果、耐酸化性膜をマスクとした選択的酸化によって
フィールド酸化膜を成長させたときに、このフィールド
酸化膜のバーズビークの長さは、高精度で制御される。
したがって、高い寸法精度で素子形成領域を分離するこ
とができる。

【００１２】上記ポリシリコン膜と上記エッチングスト
ッパ層とは、請求項４に記載されているように、同一の
ＣＶＤ装置を用いて連続的に形成されてもよい。このよ
うにすれば、素子分離構造の形成工程を簡素化できる。
なお、半導体基板の表面に酸化膜を形成するときには、
この酸化膜の膜厚は、３００Å以下であることが好まし
い。これは、バーズビークがあまり長く延びないように
するためである。

【００１３】また、上記ポリシリコン膜の膜厚は、３０
０Å乃至１２００Åの範囲であることが好ましい。ポリ
シリコン膜の膜厚が上記の範囲よりも薄いときにはバー
ズビークが長く延びて素子形成領域を狭めるおそれがあ
る。また、ポリシリコン膜の膜厚が上記の範囲よりも厚
いときには、フィールド酸化膜の縁部の立ち上がりが急
峻になり、半導体基板とフィールド酸化膜の表面との間
に明確な段差が生じるおそれがある。すなわち、バーズ
ビークを妥当な形状とするためには、ポリシリコン膜の
膜厚を上記の範囲内の値とすることが好ましい。

【００１４】同様に、エッチングストッパ層がシリコン
酸化膜で構成されるときには、バーズビークを妥当な形
状とするために、このエッチングストッパ層の膜厚を３
００Å以下とすることが好ましい。

【００１５】

【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図１および図２は本発明の一実
施例の素子分離構造の形成方法を工程順に示す断面図で
ある。まず、図１(a) に示されているように、シリコン
基板１１の表面を９５０℃の酸化雰囲気中で熱酸化し、
パッド酸化膜としての第１シリコン酸化膜１２を形成す
る。この第１シリコン酸化膜１２の膜厚は、たとえば３
００Å程度とされる。

【００１６】次に、図１(b) に示すように、シリコン酸
化膜１２の上に、６００Å程度のポリシリコン膜１３が
形成され、さらに、その上にエッチングストッパ層とし
ての３００Å程度の第２シリコン酸化膜１４が形成され
る。ポリシリコン膜１３の形成は、減圧ＣＶＤ（化学的
気相成長）装置を用いて行われる。すなわち、膜形成室
内の温度を７００℃程度とし、ＳｉＨ₄ガスを熱分解し
てポリシリコン膜１３が形成される。その後、ポリシリ
コン膜１３の表面を９００℃の酸化雰囲気中で熱酸化す
ることにより、第２シリコン酸化膜１４が形成される。

【００１７】なお、第２シリコン酸化膜１４の形成は、
減圧ＣＶＤ装置を用いて行うこともできる。この場合に
は、ポリシリコン膜１３の形成後に、引続きＳｉＨ₄ガ
スとＮ₂Ｏガスとを同時に膜形成室内に供給し、この混
合ガスを熱分解することにより、ポリシリコン膜１３上
に第２シリコン酸化膜１４を堆積させればよい。このよ
うにすれば、ポリシリコン膜１３および第２シリコン酸
化膜１４を連続的に形成することができる。

【００１８】次に、図１(c) に示すように、耐酸化性膜
としてのシリコン窒化膜１６が、ポリシリコン膜１３上
に堆積させられる。シリコン窒化膜１６の形成は、たと
えば、減圧ＣＶＤ装置を用いて行われる。このとき、膜
形成室内の温度はたとえば７８０℃とされ、ＳｉＨ₂Ｃ
ｌ₂ガスとＮＨ₃ガスとが原料ガスとして膜形成室内に
供給される。そして、これらの原料ガスの熱分解によっ
てシリコン窒化膜１６が形成される。シリコン窒化膜１
６の膜厚は、たとえば、３０００Å程度とされる。シリ
コン窒化膜１６上には、トランジスタなどの素子を形成
すべき素子形成領域１７の直上の領域にレジスト１８が
パターン形成される。

【００１９】次に、図１(d) に示されているように、レ
ジスト１８をマスクとした異方性エッチング（たとえば
反応性イオンエッチング法）によって、シリコン窒化膜
１６のパターニングが行われる。この異方性エッチング
は、酸化シリコンに対する窒化シリコンの選択比が高い
条件で行われる。そして、エッチングは、第２シリコン
酸化膜１４が露出するまで行われ、この第２シリコン酸
化膜１４によって停止される。これにより、ウエハ面内
においてエッチングレートのばらつきが生じていたとし
ても、レジスト１８で被覆されていない部分のシリコン
窒化膜１４は、確実に除去される。また、シリコン窒化
膜１６のエッチングのばらつきの影響は、第２シリコン
酸化膜１４によって完全に遮断され、ポリシリコン膜１
３に及ぶことはない。

【００２０】次に、図２(e) に示すように、第２シリコ
ン酸化膜１４の露出部分が、フッ酸（ＨＦ）などによっ
てエッチング除去され、シリコン窒化膜１６が形成され
ていない領域においてポリシリコン膜１３が露出させら
れる。なお、この第２シリコン酸化膜１４の露出部分を
エッチング除去する工程は省かれてもよい。上記のよう
にシリコン窒化膜１６のエッチングのばらつきの影響は
第２シリコン酸化膜１４によって完全に遮断されるか
ら、ポリシリコン膜１３はウエハ面内で均一な膜厚を有
することができる。

【００２１】次いで、レジスト１８が除去され、図２
(f) に示されているように、シリコン窒化膜１６をマス
クとした選択的な熱酸化処理によって、シリコン窒化膜
１６が形成されていない領域にフィールド酸化膜１９が
成長させられる。この熱酸化処理は、たとえば、９８０
℃のＨ₂Ｏ₂雰囲気中における水蒸気酸化によって、フ
ィールド酸化膜１９の膜厚が８０００Å程度となるまで
行われる。

【００２２】その後は、図２(g) に示されているよう
に、素子形成領域１７上の第１シリコン酸化膜１２、ポ
リシリコン膜１３、第２シリコン酸化膜１４およびシリ
コン窒化膜１６が除去される。このようにして、素子形
成領域１７がフィールド酸化膜１９によって分離され
る。以上のように本実施例では、シリコン窒化膜１６と
ポリシリコン膜１３との間に第２シリコン酸化膜１４が
介在させられる。そのため、シリコン窒化膜１６をエッ
チングしたときに、このエッチングはシリコン酸化膜１
４によって確実に停止する。その結果、シリコン窒化膜
１６のエッチングのばらつきがポリシリコン膜１３に転
写されることがない。そのため、ポリシリコン膜１３の
膜厚を、ウエハ面内で均一にすることができる。

【００２３】したがって、フィールド酸化膜１９のバー
ズビーク２０の長さは、ウエハ面内で均一になり、これ
により、素子形成領域１７の面積をウエハ面内で均一化
できる。換言すれば、素子形成領域を高い寸法精度で形
成することができる。しかも、エッチングレートの均一
化などは不要であるから、特別なエッチング装置が必要
となることもない。したがって、生産コストが過度に増
大するおそれもない。

【００２４】本発明の実施例の説明は以上のとおりであ
るが、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の設計変更を
施すことが可能である。たとえば、上記の実施例では、
エッチングストッパ層としてシリコン酸化膜が用いられ
ているが、シリコン酸化膜以外の膜が適用されてもよ
い。

【００２５】また、上記の実施例で示された各膜の膜厚
は一例に過ぎず、各膜の膜厚は必要に応じて適宜設定す
ることができる。ただし、第２シリコン酸化膜１４は可
及的に薄く形成することが好ましく、３００Å以下の膜
厚とすることが好ましい。第２シリコン酸化膜１４を厚
く形成すると、フィールド酸化膜１９の上面に形成され
る角部２１（図２(g) 参照）が大きく成長するおそれが
あり、大きな段差を生じさせてしまうおそれがある。

【００２６】また、ポリシリコン膜１３の膜厚は３００
Å〜１２００Åであることが好ましい。この範囲よりも
膜厚が薄いときにはバーズビーク２０が長く延びて素子
形成領域１７を狭めるおそれがあり、上記の範囲よりも
膜厚が厚いときには、フィールド酸化膜１９の縁部の立
ち上がりが急峻になり、シリコン基板１１とフィールド
酸化膜１９の表面との間に明確な段差が生じるおそれが
ある。すなわち、バーズビーク２０を妥当な形状とする
ためには、ポリシリコン膜１３の膜厚を上記の範囲内の
値とすることが好ましい。

【００２７】同様に、バーズビーク２０があまり長く延
びないようにするために、第１シリコン酸化膜１２の膜
厚は３００Å以下とすることが好ましい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明の素子分離構造の形
成方法によれば、耐酸化性膜のエッチングの不均一性が
ポリシリコン膜に転写されることがないから、ポリシリ
コン膜は半導体基板の各部で均一な膜厚を有することが
できる。その結果、フィールド酸化膜のバーズビークの
長さを高い精度で制御することができる。これにより、
高い寸法精度で素子形成領域を分離することができる。

【００２９】さらに、ポリシリコン膜とエッチングスト
ッパ層とを同一のＣＶＤ装置を用いて連続的に形成すれ
ば、比較的簡単な工程で良好な素子分離構造を形成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の素子分離構造の形成方法を
工程順に示す断面図である。

【図２】図１(d) の工程に続く製造工程を工程順に示す
断面図である。

【図３】先行技術の方法を工程順に示す断面図である。

【図４】図３(d) の工程に続く工程を工程順に示す断面
図である。

【符号の説明】

１１シリコン基板１２第１シリコン酸化膜１３ポリシリコン膜１４第２シリコン酸化膜１６シリコン窒化膜１７素子形成領域１８レジスト１９フィールド酸化膜２０バーズビーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上にポリシリコン膜を形成する
工程と、ポリシリコン膜の上にエッチングストッパ層を形成する
工程と、エッチングストッパ層の上に耐酸化性膜を形成する工程
と、所定領域に耐酸化性膜を残すように、この耐酸化性膜を
上記エッチングストッパ層が露出するまで選択的にエッ
チングする工程と、上記耐酸化性膜をマスクとした選択的な酸化により、耐
酸化性膜が形成されている領域以外の領域にフィールド
酸化膜を成長させる工程とを含むことを特徴とする素子
分離構造の形成方法。
【請求項２】上記ポリシリコン膜を形成する工程の前
に、上記半導体基板の表面に酸化膜を形成する工程をさ
らに含み、上記ポリシリコン膜は上記酸化膜の表面に形成されるこ
とを特徴とする請求項１記載の素子分離構造の形成方
法。
【請求項３】上記酸化膜の膜厚は、３００Å以下である
ことを特徴とする請求項２記載の素子分離構造の形成方
法。
【請求項４】上記ポリシリコン膜と上記エッチングスト
ッパ層とは、同一のＣＶＤ装置を用いて連続的に形成さ
れることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
の素子分離構造の形成方法。
【請求項５】上記ポリシリコン膜の膜厚は、３００Å乃
至１２００Åの範囲であることを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載の素子分離構造の形成方法。
【請求項６】上記エッチングストッパ層はシリコン酸化
膜からなり、その膜厚は３００Å以下であることを特徴
とする請求項１乃至５のいずれかに記載の素子分離構造
の形成方法。