JP2006147677A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】耐酸化性マスク層5を所定膜厚残すようにレジストマスク7を用いて耐酸化性マスク層をエッチングする第1のエッチング工程と、第1のエッチング工程によって所定膜厚残された耐酸化性マスク層5をレジストマスク7を用いてエッチングし、素子分離領域12に対応する部分のSOI層4を露出させる第2のエッチング工程とを有し、第1のエッチング工程における耐酸化性マスク層5のエッチングレートを第2のエッチング工程における耐酸化性マスク層のエッチングレートよりも高くし、第2のエッチング工程におけるエッチングの対シリコン選択比を第1のエッチング工程におけるエッチングの対シリコン選択比よりも高くする。
【選択図】 図2
Description
一方、通常のシリコン半導体基板上に半導体素子の間を絶縁分離するため素子分離層を形成する方法の一つとしてLOCOS法があり、比較的膜厚の厚いSOI層に素子分離層を形成する方法として利用されている。
図1において、1はSOI基板であり、シリコン等からなる支持基板2と、支持基板2上に形成された2酸化珪素からなる絶縁層3および薄い単結晶シリコンからなるSOI層4を積層して形成される。
5は耐酸化性マスク層としてのシリコン窒化膜であり、SOI層4上に熱酸化法により形成された薄い2酸化珪素膜であるパッド酸化膜6上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成され、LOCOS法により後述する素子分離層9を形成するときのマスクとして機能する。
7はレジストであり、シリコン窒化膜5上に塗布して形成され、エッチング処理時にSOI層4の表面上の半導体素子を形成する領域(トランジスタ形成領域11という。)を覆うマスク部材である。
9は素子分離層であり、SOI層4の表面上の素子分離領域12にLOCOS法によりシリコンをドライ酸化させて形成された2酸化珪素の絶縁膜であって、SOI層4のトランジスタ形成領域11の間をそれぞれ絶縁分離する。
以下に、図1を用いてPで示す工程に従って本実施例の半導体素子の製造方法について説明する。
P2(図1)、準備されたSOI基板1のSOI層4上に熱酸化法によりパッド酸化膜6を形成し、そのパッド酸化膜6上にCVD法によりシリコン窒化膜5を形成する。パッド酸化膜6の膜厚は、例えば70オングストロームであり、シリコン窒化膜5の膜厚は、例えば1000オングストロームである。
P4(図2)、トランジスタ形成領域11に対応する領域に形成したレジストマスクを用いてエッチング装置、例えばダイボーリング型マグネトロンRIE(Reactive Ion Etching)装置により下記の第1の条件(シリコン窒化膜エッチングレート:2080オングストローム/min、シリコンエッチングレート:156オングストローム/min、対シリコン選択比(被エッチング膜(ここでは窒化シリコン膜)とシリコン膜のエッチング速度比をいう。):13程度)による異方性エッチングを行い、シリコン窒化膜5を所定膜厚残してエッチングする(第1のエッチング工程)。
使用ガス :CHF3/Ar/O2=30/150/2(sccm)
圧力 :40mTorr
RF(Radio Frequency)パワー:300W
下部電極加熱温度:40℃
この第1のエッチング工程で残留させるシリコン窒化膜5の所定膜厚は、上記P2の工程で形成したシリコン窒化膜5の膜厚の10%以上30%以下、好ましくは10%となるようにシリコン窒化膜5をエッチングするとよい。
P5(図2)、次いで、トランジスタ形成領域11に対応する領域に形成したレジストマスクをそのまま用いて第1の条件より対シリコン選択比が高い下記第2の条件(シリコン窒化膜エッチングレート:1520オングストローム/min、シリコンエッチングレート:34オングストローム/min、対シリコン選択比:45程度)による異方性エッチングにより、残留したシリコン窒化膜5、パッド酸化膜6をエッチングすることでSOI層4を露出させ、除去部8を形成する(第2のエッチング工程)。
使用ガス :CHF3/CO/CH2F2=15/170/15(sccm)
圧力 :25mTorr
RFパワー :800W
下部電極加熱温度:40℃
この第2のエッチング工程においては、SOI層4の表面を露出させつつSOI層4をできるだけ削らないで残すことが望ましいが、この対シリコン選択比が高い第2のエッチング工程によればシリコンのエッチング量を最小限に抑制することができ、第2のエッチング工程の終了時にシリコン層すなわちSOI層4を後のLOCOS酸化に必要な分(例えば10〜20nm程度)だけ絶縁層3上に残留させることができる。
その後、熱燐酸およびフッ化水素酸のウェット法によりシリコン窒化膜5およびパッド酸化膜6を除去する。この場合にパッド酸化膜6は熱燐酸によるシリコン窒化膜5の除去の際の保護膜としても機能する。
なお、本実施例ではシリコン窒化膜5をパッド酸化膜6を介してSOI層4上に形成しているが、パッド酸化膜6はシリコン窒化膜5と単結晶シリコンであるSOI層4との結晶構造の格子定数の差により生ずる応力の緩和やシリコン窒化膜5の除去の際のSOI層4の保護等が必要なときに設ければよく、その必要がないときはシリコン窒化膜5をSOI層4上に直接形成するようにすればよい。
なお、上記各実施例においては、比較的薄いSOI層に本発明を適用するとして説明したが、比較的厚いSOI層に適用しても残留させるSOI層を安定して形成することができ、上記各実施例と同様の効果を得ることができる。
2 支持基板
3 絶縁層
4 SOI層
5 シリコン窒化膜
6 パッド酸化膜
7 レジスト
8 除去部
9 素子分離層
11 トランジスタ形成領域
12 素子分離領域
Claims (6)
- SOI層を含むSOI構造からなる半導体素子の製造方法において、
表面上にトランジスタ形成領域と素子分離領域とを有する前記SOI層を準備する工程と、
前記SOI層表面上に耐酸化性マスク層を形成する工程と、
前記耐酸化性マスク層上の前記トランジスタ形成領域に対応する領域にレジストマスクを形成する工程と、
前記耐酸化性マスク層を所定膜厚残すように、前記レジストマスクを用いて前記耐酸化性マスク層をエッチングする第1のエッチング工程と、
前記第1のエッチング工程によって所定膜厚残された前記耐酸化性マスク層を前記レジストマスクを用いてエッチングし、前記素子分離領域に対応する部分の前記SOI層を露出させる第2のエッチング工程と、
前記第2のエッチング工程によって残された前記耐酸化性マスク層を用いて前記露出したSOI層をLOCOS法により酸化し、素子分離層を形成する工程とを有し、
前記第1のエッチング工程における前記耐酸化性マスク層のエッチングレートは、前記第2のエッチング工程における前記耐酸化性マスク層のエッチングレートよりも高く、
前記第2のエッチング工程におけるエッチングの対シリコン選択比は、前記第1のエッチング工程におけるエッチングの対シリコン選択比よりも高いこと、
を特徴とする半導体素子の製造方法。 - SOI層を含むSOI構造からなる半導体素子の製造方法において、
表面上にトランジスタ形成領域と素子分離領域とを有する前記SOI層を準備する工程と、
前記SOI層表面上にパッド酸化膜を形成し、前記パッド酸化膜上に耐酸化性マスク層を形成する工程と、
前記耐酸化性マスク層上の前記トランジスタ形成領域に対応する領域にレジストマスクを形成する工程と、
前記耐酸化性マスク層を所定膜厚残すように、前記レジストマスクを用いて前記耐酸化性マスク層をエッチングする第1のエッチング工程と、
前記第1のエッチング工程によって所定膜厚残された前記耐酸化性マスク層とパッド酸化膜とを前記レジストマスクを用いてエッチングし、前記素子分離領域に対応する部分の前記SOI層を露出させる第2のエッチング工程と、
前記第2のエッチング工程によって残された前記耐酸化性マスク層を用いて前記露出したSOI層をLOCOS法により酸化し、素子分離層を形成する工程とを有し、
前記第1のエッチング工程における前記耐酸化性マスク層のエッチングレートは、前記第2のエッチング工程における前記耐酸化性マスク層のエッチングレートよりも高く、
前記第2のエッチング工程におけるエッチングの対シリコン選択比は、前記第1のエッチング工程におけるエッチングの対シリコン選択比よりも高いこと、
を特徴とする半導体素子の製造方法。 - 請求項1または請求項2において、
前記所定膜厚は、前記耐酸化性マスク層の膜厚の10パーセント以上30パーセント以下の範囲としたことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 請求項1または請求項2において、
前記所定膜厚は、前記耐酸化性マスク層の膜厚の10パーセントとしたことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項において、
前記第1のエッチング工程におけるエッチングは、異方性エッチングであることを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか一項において、
前記第2のエッチング工程におけるエッチングは、異方性エッチングであることを特徴とする半導体素子の製造方法。
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