JP2007012697A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】支持基板と、該支持基板上方の半導体層とを有する半導体基板に形成する形成する半導体素子の製造方法が、トランジスタ形成領域と素子分離領域とを設定した半導体基板を準備する工程と、半導体基板の半導体層上にパッド酸化膜を形成する工程と、パッド酸化膜上に耐酸化性マスク層を形成する工程と、耐酸化性マスク層上にトランジスタ形成領域を覆うレジストマスクを形成する工程と、このレジストマスクをマスクとして耐酸化性マスク層をエッチングして素子分離領域のパッド酸化膜を露出させる第1のエッチング工程と、レジストマスクを除去し、露出した耐酸化性マスク層をマスクとして露出させたパッド酸化膜の下の半導体層をLOCOS法により酸化し、素子分離層を形成する工程とを備える。
【選択図】 図2
Description
また、近年の半導体装置の高密度化に対応して半導体素子が微細化し、半導体素子を形成する半導体層の厚さを50nm(ナノメータ)以下とするSOI基板やSOS基板が主流となってきている。
この比較的膜厚の厚いシリコン層に素子分離層を形成する場合の一般的な製造方法は、素子分離層を形成する前にシリコン層上にパッド酸化膜を介してシリコン窒化膜を形成し、これらを異方性エッチングによりエッチングしてシリコン層を露出させ、LOCOS法により露出したシリコンを酸化させて2酸化珪素(SiO2)による絶縁膜を生成して形成している。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、半導体層に素子分離層を安定して形成することができると共に、バーズビークの形成を抑制する手段を提供することを目的とする。
本実施例ではSOI基板を例に説明する。
図1、図2において、1は半導体基板としてのSOI基板であり、支持基板としてのシリコン基板2と、シリコン基板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半導体層としてのシリコン薄膜層4を積層して形成される。
なお、パッド酸化膜6の代表的な役割の一つは、シリコン窒化膜5と単結晶シリコンであるシリコン薄膜層4との結晶構造の格子定数の差により生ずる応力を緩和することである。
9は除去部であり、異方性エッチングによりエッチングされた部位である。
12はバーズビークであり、LOCOS法によりシリコン薄膜層4を酸化させたときに、素子分離領域11からトランジスタ形成領域8に向かって成長した2酸化珪素で形成される。
P1(図1)、シリコン基板2に絶縁層3とシリコン薄膜層4を積層し、トランジスタ形成領域8と素子分離領域11とを設定したSOI基板1を準備する。シリコン薄膜層4の膜圧は、例えば350Å(オングストローム)である。
P3(図1)、リソグラフィによりシリコン窒化膜5上にトランジスタ形成領域8を覆うレジストマスク7を形成する。
また、発明者の第1のエッチング条件の内、バイアス用RFパワーのみを変化させた実験によれば、対酸化膜選択比はバイアス用RFパワーに影響され、図3に示すように対酸化膜選択比は2.5以上とするにはバイアス用RFパワーを10W以上、40W未満の範囲に設定すればよいことが判る。
上記の第1のエッチング工程の目的は、SOI基板1に設定されている全ての素子分離領域11のパッド酸化膜6上のシリコン窒化膜5を完全に除去して後の工程で形成する素子分離層10に欠陥を生じさせないことにある。
このため、パッド酸化膜6のシリコン窒化膜5の残渣5aの有無に関わらず、第2のエッチング工程を組込んで素子分離領域11のパッド酸化膜6を清浄な状態で確実に露出させる工程とした。
また、Heを添加するのは、プラズマを安定して生成するためである。この場合に、発明者の第2のエッチング条件の内、He流量のみを変化させた実験によれば、対酸化膜選択比はHe流量に影響され、図4(a)に示すように対酸化膜選択比をSOI基板1の素子分離領域11の全領域で15程度とするにはHe流量を50sccmとするのがよく、図4(b)に示すようにHe流量を増して100sccmとすると対酸化膜選択比が8程度に減少することが判る。
また、パッド酸化膜6下のシリコン薄膜層4が全くエッチングされずにそのままの厚さで残っているので、LOCOS法による酸化に要するシリコン層の厚さを十分に確保することができ、厚い素子分離層10を迅速かつ安定して形成することができる。
これにより、SOI基板1のシリコン薄膜層4に素子分離層10に囲まれたトランジスタ形成領域8が形成され、そのトランジスタ形成領域8に半導体素子が形成される。
以上説明したように、本実施例では、シリコン薄膜層にパッド酸化膜とシリコン窒化膜を形成して積層した後に、シリコン窒化膜を第1のエッチング条件によりシリコン窒化膜を除去し、露出させたパッド酸化膜をLOCOS法により酸化して素子分離層を形成するようにしたことによって、パッド酸化膜下のシリコン薄膜層をそのままの厚さで残すことができ、LOCOS法による酸化に要するシリコン層の厚さを十分に確保して素子分離層を安定して形成することができ、半導体素子間の絶縁分離を完全なものとして半導体装置の信頼性を向上させることができると共に、シリコン薄膜層の側面が直接酸化されることを防止してバーズビークの形成を抑制することができ、実効的なトランジスタ形成領域を拡大することができる。
更に第2のエッチング条件を、第1のエッチング条件のCF4ガスをSF6ガスに置換した混合ガスを用い、バイアス用RFパワーを0Wとしたことによって、シリコン窒化膜5の残渣5aを確実に取除くと共に、第1のエッチング工程よりも対酸化膜選択比を上げることでパッド酸化膜6のエッチング速度を抑制してパッド酸化膜を確実に残すことができる。
また、本実施例においては、半導体基板はSOI基板であるとして説明したが、半導体基板は前記に限らず、支持基板としてのサファイア基板に、薄い単結晶シリコンからなる半導体層としてのシリコン薄膜層を積層して形成されたSOS基板であってもよい。
2 シリコン基板
3 絶縁層
4 シリコン薄膜層
5 シリコン窒化膜
5a 残渣
6 パッド酸化膜
7 レジストマスク
8 トランジスタ形成領域
9 除去部
10 素子分離層
11 素子分離領域
12 バーズビーク
Claims (4)
- 支持基板と、該支持基板上方の半導体層とを有する半導体基板に形成する半導体素子の製造方法において、
トランジスタ形成領域と素子分離領域とを設定した前記半導体基板を準備する工程と、
該半導体基板の半導体層上にパッド酸化膜を形成する工程と、
該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に、前記トランジスタ形成領域を覆うレジストマスクを形成する工程と、
該レジストマスクをマスクとして、前記耐酸化性マスク層をエッチングして前記素子分離領域のパッド酸化膜を露出させる第1のエッチング工程と、
前記レジストマスクを除去し、露出した前記耐酸化性マスク層をマスクとして、前記露出させたパッド酸化膜の下の半導体層をLOCOS法により酸化し、素子分離層を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 請求項1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が、CF4ガスとHBrガスとの混合ガスを用い、カソード電極に印可するイオンエネルギー制御のためのバイアス用RFパワーを10W以上、40W未満とした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。 - 支持基板と、該支持基板上方の半導体層とを有する半導体基板に形成する半導体素子の製造方法において、
トランジスタ形成領域と素子分離領域とを設定した前記半導体基板を準備する工程と、
該半導体基板の半導体層上にパッド酸化膜を形成する工程と、
該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に、前記トランジスタ形成領域を覆うレジストマスクを形成する工程と、
該レジストマスクをマスクとして、前記耐酸化性マスク層をエッチングして前記素子分離領域のパッド酸化膜を露出させる第1のエッチング工程と、
前記レジストマスクをそのまま用い、前記第1のエッチング工程におけるエッチングの対酸化膜選択比よりも高い対酸化膜選択比でエッチングして、前記第1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の残渣を取除く第2のエッチング工程と、
前記レジストマスクを除去し、露出した前記耐酸化性マスク層をマスクとして、前記露出させたパッド酸化膜の下の半導体層をLOCOS法により酸化し、素子分離層を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 請求項3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が、CF4ガスとHBrガスとの混合ガスを用い、カソード電極に印可するイオンエネルギー制御のためのバイアス用RFパワーを10W以上、40W未満とした異方性エッチングであり、
前記第2のエッチング工程におけるエッチングは、前記CF4ガスをSF6ガスに置換し、バイアス用RFパワーを0Wとした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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