JP2677239B2 - 半導体装置の素子分離領域の製造方法 - Google Patents

半導体装置の素子分離領域の製造方法

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JP2677239B2
JP2677239B2 JP9530695A JP9530695A JP2677239B2 JP 2677239 B2 JP2677239 B2 JP 2677239B2 JP 9530695 A JP9530695 A JP 9530695A JP 9530695 A JP9530695 A JP 9530695A JP 2677239 B2 JP2677239 B2 JP 2677239B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の素子分離領
域の製造方法に関し、特に溝による素子分離領域の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の素子分離領域の形成
は、LOCOS法等によりなされていた。しかしながら
このような素子分離領域の製造方法では、半導体装置の
微細化,高密度化に対応することが困難になり、近年で
は半導体基板表面に溝を形成してこれらの溝を絶縁膜で
充填する素子分離領域の製造方法が着目されている。こ
れらの溝の幅が1種類の場合にはあまり問題は生じない
が、複数種類の幅の溝が存在する場合にこれらの溝に絶
縁膜を均一に充填することは困難である。この問題を解
消する一手法は、(本出願人の先の出願である)特開平
6−204332号公報に記載されている。
【0003】半導体装置の素子分離領域の製造工程の断
面模式図である図5および図6を参照すると、上記公開
公報記載の半導体装置の素子分離領域の製造方法は、次
のとおりになる。
【0004】まず、シリコン基板201の表面に、熱酸
化により第1の酸化シリコン膜202を形成する。CV
D法により、全面に第1の窒化シリコン膜203を形成
する。フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにした異
方性エッチングにより、窒化シリコン膜203,酸化シ
リコン膜202およびシリコン基板201を順次エッチ
ングして、(例えば深さ0.5μmの)溝221A,2
21Bを形成する。溝221A,221Bの幅は異なっ
ている(例えば0.5μm,1.5μmである)〔図5
(a)〕。上記フォトレジスト膜を除去した後、窒化シ
リコン膜203をマスクにした熱酸化により、溝221
A並びに溝221Bの側面および底面に第2の酸化シリ
コン膜222を形成する。CVD法により、全面に第2
の窒化シリコン膜223を形成する。このとき、溝22
1A並びに溝221Bの側面および底面を覆う窒化シリ
コン膜は窒化シリコン膜223のみであるが、シリコン
基板201の上面を覆う窒化シリコン膜は窒化シリコン
膜203および窒化シリコン膜223である〔図5
(b)〕。次に、RIEにより窒化シリコン膜223の
膜厚程度の窒化シリコン膜のエッチバックが行なわれ
る。この結果、シリコン基板201の上面には窒化シリ
コン膜203が残置され、溝221A並びに溝221B
の側面にはそれぞれ窒化シリコン膜223aが残置され
る。残置された窒化シリコン膜203および窒化シリコ
ン膜223aをマスクにした熱酸化により、溝221A
並びに溝221Bの底面に(酸化シリコン膜202,2
22の膜厚より厚い)所望の膜厚の第3の酸化シリコン
膜232を形成する。このとき、第2の酸化シリコン膜
222は、溝221A並びに溝221Bの側面にのみに
酸化シリコン膜222aとして残置される〔図5
(c)〕。
【0005】次に、熱燐酸により窒化シリコン膜20
3,223aを除去し、さらにバッファード弗酸により
酸化シリコン膜202,222aを除去する。この結
果、シリコン基板201の表面および溝221A並びに
溝221Bの側面が露出される〔図5(d)〕。続い
て、(弗酸(HF)中に酸化シリコン(SiO2 )を過
飽和状態で含んだ)珪弗化水素酸(H2 SiF6 )溶液
に硼酸(H3 BO4 )水溶液の滴下,もしくはアルミニ
ウム(Al)板を設置した状態で、この溶液中にシリコ
ン基板201を浸漬する液相成長法により、酸化シリコ
ン膜232の表面上に第4の酸化シリコン膜である(L
PD)酸化シリコン膜242A,242bがそれぞれ選
択的に成長し、これら(LPD)酸化シリコン膜242
A,242bにより溝221A,221Bがそれぞれ充
填される〔図6〕。
【0006】上記公開公報に記載された製造方法によれ
ば、複数種類の幅の溝が存在する場合にこれらの溝に酸
化シリコン膜からなる絶縁膜を均一に充填することは容
易になる。すなわち、酸化シリコン膜242Aの上面の
高さと酸化シリコン膜242Bの上面の高さとは、概ね
同じになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記公開
公報に記載された半導体装置の素子分離領域の製造方法
には、いくつかの問題点がある。
【0008】まず第1に、この方法では2回の窒化シリ
コン膜の成膜と4回の酸化シリコン膜の成膜と1回の窒
化シリコン膜のエッチバックとが必要なことからも明ら
かなように、製造工程が長いという欠点がある。
【0009】第2に、特に(第3の)酸化シリコン膜2
32の成膜により生ずるストレスに起因した接合リーク
の増大という問題点を含んでいる。窒化シリコン膜20
3および窒化シリコン膜223a(窒化シリコン膜22
3)はLOCOS酸化の際のマスクに用いることから、
これらの膜厚は20nm以上必要である。20nm以上
の膜厚の窒化シリコン膜203,223を熱燐酸でエッ
チング除去する際に酸化シリコン膜232が残置するた
めには、酸化シリコン膜232の最小膜厚(溝221
A,221Bの側面近傍の部分)が30nm以上あるこ
とが必要である。このとき、溝221A,221Bのそ
れぞれ底面中央部における酸化シリコン膜232の膜厚
は、それぞれ50nm以上,80nm以上になる。溝2
21Aの底面中央部における酸化シリコン膜232の膜
厚が溝221Aの底面中央部における酸化シリコン膜2
32の膜厚に比べて薄いのは、LOCOS酸化の際に幅
の狭い溝221Aの方が酸素の供給(まわりこみ)が少
なくなるためである。このように酸化シリコン膜232
の膜厚は無視できない厚さが必要なことから、溝221
A,221Bのそれぞれ底面の側面近傍にストレンが生
じやするなり、上記構造の素子分離領域を有するシリコ
ン基板201に半導体素子を形成する場合、接合リーク
が増大することになる。
【0010】第3に、上記の製造方法はさらなる微細化
には適用が困難である。これは、窒化シリコン膜223
の膜厚に無視出きない値の下限値が存在するため、溝2
21Aの幅によっては、この溝221Aが酸化シリコン
膜222および窒化シリコン膜223により埋設されて
しまうことになる。
【0011】第4に、微細加工に用いる露光の際に、焦
点深度に関わる問題が生じる。上述したように溝221
Aの底面(中央部)の酸化シリコン膜232の膜厚と溝
221Bの底面(中央部)の酸化シリコン膜232の膜
厚と差異等からも明らかなように、シリコン基板201
の表面と(LPD)酸化シリコン膜242Aの上面もし
くは(LPD)酸化シリコン膜242Bの上面との高さ
の差は10nm台になる。i線(波長365nm)露光
の場合の好ましい段差は50nm以下であり、KrFレ
ーザ(波長249nm)あるいはArFレーザ(波長1
93nm)を用いたエキシマレーザ露光の場合の好まし
い段差は30nm以下である。これらの好ましい段差に
比べて、上記の段差は決して無視できる小さな値ではな
い。
【0012】したがって、本発明の半導体装置の素子分
離領域の製造方法の目的は、短かい製造工程により、接
合リークが少なく、かつ、表面の段差の少なく、微細加
工に適した素子分離領域の製造方法を提供することにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の素
子分離領域の製造方法の第1の態様は、シリコン基板の
表面に第1の酸化シリコン膜を形成する工程と、フォト
レジスト膜をマスクにして上記第1の酸化シリコン膜お
よびシリコン基板に対する異方性エッチングを順次行な
い、このシリコン基板に溝を形成するとともにこれらの
溝の側面に有機ポリマーからなる堆積膜を形成する工程
と、上記フォトレジスト膜および堆積膜をマスクにして
プラズマ酸化を行ない、上記溝の底面に選択的に第2の
酸化シリコン膜を形成する工程と、概ね上記第1の酸化
シリコン膜の上面と同じ高さになるまで、上記第2の酸
化シリコン膜の表面に液相成長法により選択的に第3の
酸化シリコン膜を形成する工程と、上記フォトレジスト
膜および堆積膜を除去し、少なくとも上記溝の側面と上
記第3の酸化シリコン膜との間の空隙をSOG膜からな
る第4の酸化シリコン膜により充填する工程と、上記第
4,第3並びに第1の酸化シリコン膜に対して等方性ウ
ェットエッチングもしくは化学機械研磨を行ない、上記
シリコン基板の表面を露出させるとともに上記溝を充填
するこれらの第3および第4の酸化シリコン膜の上面の
高さを概ねこのシリコン基板の表面と一致させる工程と
を有する。
【0014】好ましくは、上記溝を形成するための上記
異方性エッチングの少なくとも最終段階が、フルオロ・
カーボン系のエッチングガスにより行なわれる。
【0015】本発明の半導体装置の素子分離領域の製造
方法の第2の態様は、シリコン基板の表面に第1の酸化
シリコン膜を形成する工程と、第1のフォトレジスト膜
をマスクにして上記第1の酸化シリコン膜およびシリコ
ン基板に対する異方性エッチングを順次行ない、このシ
リコン基板に第1の深さを有する第1の溝を形成すると
ともにこれらの第1の溝の側面に有機ポリマーからなる
第1の堆積膜を形成する工程と、上記第1のフォトレジ
スト膜および第1の堆積膜をマスクにしてプラズマ酸化
を行ない、上記第1の溝の底面に選択的に第2の酸化シ
リコン膜を形成する工程と、概ね上記第1の酸化シリコ
ン膜の上面と同じ高さになるまで、上記第2の酸化シリ
コン膜の表面に液相成長法により選択的に第3の酸化シ
リコン膜を形成する工程と、上記第1のフォトレジスト
膜および上記第1の堆積膜を除去し、少なくとも上記第
1の溝の側面と上記第3の酸化シリコン膜との間の空隙
をSOG膜からなる第4の酸化シリコン膜により充填す
る工程と、第2のフォトレジスト膜をマスクにして酸化
シリコン膜およびシリコン基板に対する異方性エッチン
グを順次行ない、このシリコン基板に第2の深さを有す
る第2の溝を形成するとともにこれらの第2の溝の側面
に有機ポリマーからなる第2の堆積膜を形成する工程
と、上記第2のフォトレジスト膜および第2の堆積膜を
マスクにしてプラズマ酸化を行ない、上記第2の溝の底
面に選択的に第5の酸化シリコン膜を形成する工程と、
概ね上記第4の酸化シリコン膜の上面と同じ高さになる
まで、上記第5の酸化シリコン膜の表面に液相成長法に
より選択的に第6の酸化シリコン膜を形成する工程と、
上記第2のフォトレジスト膜および第2の堆積膜を除去
し、少なくとも上記第2の溝の側面と上記第6の酸化シ
リコン膜との間の空隙をSOG膜からなる第7の酸化シ
リコン膜により充填する工程と、上記第7,第6,第
4,第3並びに第1の酸化シリコン膜に対して等方性ウ
ェットエッチングもしくは化学機械研磨を行ない、上記
シリコン基板の表面を露出させるとともに上記第1の溝
を充填するこれらの第3並びに第4の酸化シリコン膜の
上面の高さと上記第2の溝を充填するこれらの第6並び
に第7の酸化シリコン膜の上面の高さとを概ねこのシリ
コン基板の表面と一致させる工程とを有する。
【0016】好ましくは、上記第1および第2の溝を形
成するための上記異方性エッチングの少なくとも最終段
階がフルオロ・カーボン系のエッチングガスにより行な
われ、上記第2の深さが上記第1の深さより深くなって
いる。さらに好ましくは、上記第2のフォトレジスト膜
をマスクにして異方性エッチングされる上記酸化シリコ
ン膜が、少なくとも上記第4および第1の酸化シリコン
膜、あるいは、少なくとも上記第3および第2の酸化シ
リコン膜である。
【0017】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0018】半導体装置の素子分離領域の製造工程の断
面模式図である図1および図2を参照すると、本発明の
第1の実施例による半導体装置の素子分離領域の製造方
法は、次のとおりになる。
【0019】まず、熱酸化により、シリコン基板101
の表面に膜厚100nm程度の(第1の)酸化シリコン
膜102を形成する。続いて、酸化シリコン膜102の
表面上に、例えば2種類の所定の幅(例えば0.35μ
mの幅および1μmの幅)の開口部を有したフォトレジ
スト膜111aを形成する〔図1(a)〕。
【0020】次に、フォトレジスト膜111aをマスク
にして、酸化シリコン膜102,シリコン基板101を
順次異方性エッチングし、シリコン基板101に(シリ
コン基板101表面からの)深さが例えば0.3μmの
溝121A,121Bを形成する。溝121A,121
Bの幅はそれぞれ0.35μm,1μmである。この異
方性エッチングにより、(フォトレジスト膜111aの
側面および酸化シリコン膜102の開口側面を含めて)
溝121A,121Bの側面にはそれぞれ膜厚20nm
程度の堆積膜115aが形成される。これらの堆積膜1
15aは、炭素(C),水素(H)およびハロゲン元素
(主として弗素(F))から構成された有機ポリマーで
ある。
【0021】上記異方性エッチングは、反応性イオンエ
ッチング(RIE)であり、例えばCF4 ,CHF3
2 6 ,C3 8 あるいはC4 10等のフルオロ・カ
ーボン系のフロンをエッチング・ガスとして用いる。こ
の場合、例えば、必要に応じて水素(H2 )の添加のも
とに酸化シリコン膜102をエッチングし、必要に応じ
て塩素(Cl2 )の添加のもとにシリコン基板101を
エッチングするが、シリコン基板101のエッチングの
最終段階ではCl2 を添加せずに(例えば代りにH2
添加して)行なう。また、(シリコン基板101のエッ
チングの最終段階を除いた)シリコン基板101のエッ
チングは、例えばCCl2 2 ,CCl3 F等のフルオ
ロ・クロロ・カーボン系のフロンをエッチング・ガスに
用いてもよい。
【0022】エッチング・ガスにHが含まれるかもしく
はH2 が添加されている場合、すなわち反応系にHが含
まれている場合、堆積膜115aの成長が促進される。
フルオロ・クロロ・カーボン系のフロンからなるエッチ
ング・ガスもしくはCl2 が添加されている場合、すな
わち反応系にClが含まれている場合、Cl2 の分圧比
に応じて、堆積膜115aの成長が抑制され,さらには
堆積膜115aがエッチング除去される。このため、シ
リコン基板101のエッチングの最終段階では、Cl2
を添加せずに、例えば代りにH2 を添加し,フルオロ・
カーボン系のフロンをエッチング・ガスに用いて(すな
わち、反応系にHを含んだ状態で)エッチングを行な
う。これにより、堆積膜115aの膜厚の調整が容易に
なり、堆積膜115aにより幅の狭い溝121Aが充填
されるということが容易に回避される。
【0023】続いて、0.1W/cm2 以下のパワー密
度による酸素プラズマ処理を施して、溝121A,12
1Bの底面に選択的に膜厚2〜4nm程度(自然酸化膜
並みの膜厚)の(第2の)酸化シリコン膜132aを形
成する〔図1(b)〕。この酸素プラズマ処理のパワー
密度は、フォトレジスト膜の剥離(プラズマ・アッシン
グ)用の酸素プラズマ処理のパワー密度に比べて、1/
10以下のパワー密度である。このため、この酸素プラ
ズマ処理では、フォトレジスト膜111aおよび堆積膜
115aの剥離はほとんど起らず、溝121A,121
Bの底面に露出したシリコン面がプラズマ酸化されるこ
とになる。すなわち、このプラズマ酸化においては、フ
ォトレジスト膜111aおよび堆積膜115aが実効的
にマスクとして機能することになる。
【0024】本実施例では、上記特開平6−20433
2号公報に記載された製造方法とは異なり、溝121A
の底面に形成された酸化シリコン膜132aの膜厚と溝
121Bの底面に形成された酸化シリコン膜132aの
膜厚とは等しくなる。これは、上記公開公報記載の方法
に比べて、本実施例の方法の酸素の平均自由行程が充分
に長いためである。溝121A等の幅がさらに狭くなっ
た場合には、RIEによる酸素プラズマ処理を行なえば
よい。また、本実施例ではプラズマ酸化により極めて薄
い酸化シリコン膜132aを形成するため、LOCOS
酸化により溝の底面に選択的に酸化シリコン膜を形成す
る上記公開公報記載の方法と異なり、酸化シリコン膜1
32aの形成に起因するストレスの発生は極めて小さな
ものとなる。
【0025】次に、(弗酸(HF)中に酸化シリコン
(SiO2 )を過飽和状態で含んだ)珪弗化水素酸(H
2 SiF6 )溶液に硼酸(H3 BO4 )水溶液の滴下,
もしくはアルミニウム(Al)板を設置した状態で、こ
の溶液中にシリコン基板101を浸漬する。このときの
液温は、例えば30℃である。これにより、溝121
A,121Bの底面に形成された酸化シリコン膜132
aの表面上に、酸化シリコン膜102の上面の高さに概
ね一致する高さになるまで、第3の酸化シリコン膜であ
る(LPD)酸化シリコン膜142A,142Bを選択
的に液相成長させる。このときの(LPD)酸化シリコ
ン膜142A,142Bの成長速度は、2nm/min
程度である。このように成長速度が低いことからも明ら
かなように、(LPD)酸化シリコン膜142A,14
2Bの上面の高さを酸化シリコン膜102の上面の高さ
に概ね一致させることは容易であり、これらの高さの誤
差を1nm台に抑えることができる〔図1(c)〕。
【0026】次に、1.0〜6W/cm2 程度のパワー
密度による酸素プラズマ処理により上記フォトレジスト
膜111aおよび堆積膜115aをアッシング剥離す
る。さらに、有機剥離の工程を施す。さらに好ましく
は、再度0.1W/cm2 以下のパワー密度による酸素
プラズマ処理を施す。有機剥離を行なうのは、プラズマ
・アッシングにより発生する(特に溝121A,121
Bの側面表面あるいは溝121A,121Bの側面と
(LPD)酸化シリコン膜142A,142Bとの空隙
に存在する)微粒子を除去することと、溝121A,1
21Bの側面のシリコン面を親水性化することとにあ
る。また、再度の低パワー密度の酸素プラズマ処理を行
なうならば、溝121A,121Bの側面に極めて薄い
酸化シリコン膜が形成され、これらの側面での親水性が
充分に高くなる。
【0027】続いて、有機溶剤に無機シリカが溶解して
なる溶液をシリコン基板101表面に回転塗布し、まず
300℃程度の熱処理を施して有機溶剤およぶ水分を除
去する。さらに750〜900℃のH2 −O2 雰囲気に
よる熱処理を施すことにより、無機シリカが反応して、
第4の酸化シリコン膜である(SOG)酸化シリコン膜
152aが形成される。この酸化雰囲気の熱処理によ
り、(SOG)酸化シリコン膜152a,酸化シリコン
膜132aおよび(LPD)酸化シリコン膜142A,
142Bの膜質は、熱酸化により得られた酸化シリコン
膜102の膜質とほぼ同じになる。また、この酸化雰囲
気の熱処理によりシリコン101表面,溝121A,1
21Bの側面表面でのシリコンの酸化は行なわれないた
め、LOCOS酸化により溝の底面に選択的に酸化シリ
コン膜を形成する上記特開平6−204332号公報の
方法とは異なり、シリコンが酸化シリコンになることに
よる堆積膨張(熱膨張ではない)は発生せず、この酸化
雰囲気の熱処理によるストレスの発生も従来方法より小
さくなる。
【0028】上述したように本実施例では溝121A,
121Bの側面の表面が親水性化されていることから、
上記溶液の回転塗布に際して、堆積膜115aが除去さ
れた溝121A,121Bの側面と酸化シリコン膜14
2A,142Bとの空隙へのこの溶液の侵入が支障なく
行なわれる。また、(シリコン基板101表面ではな
く)酸化シリコン膜102上面と(LPD)酸化シリコ
ン膜142A,142B上面との高さの差が1nm台で
あることと、シリコン基板101表面に酸化シリコン膜
102が形成されていることとから、(SOG)酸化シ
リコン膜152aの上面は、ほぼ完璧に平坦になってい
る〔図2(a)〕。もし仮に、シリコン基板101表面
に酸化シリコン膜102が形成されていないならば、あ
るいは(LPD)酸化シリコン膜142A,142B上
面の高さが酸化シリコン膜102上面の高さと概ね一致
していなければ、(SOG)酸化シリコン膜の表面はな
だらかではあるものの、平坦にはならない。
【0029】次に、HF:NH4 F≒1:30(堆積
比)からなるバッファード弗酸により、シリコン基板1
01の表面が露出するまで、(SOG)酸化シリコン膜
152a,(LPD)酸化シリコン膜142A,142
B,および酸化シリコン膜102を等方性ウェトエッチ
ングする。このとき、溝121Aに残置される(LP
D)酸化シリコン膜142Aaおよび(SOG)酸化シ
リコン膜152aaの上面と、溝121Bに残置される
(LPD)酸化シリコン膜142Baおよび(SOG)
酸化シリコン膜152aaの上面と、シリコン基板10
1の表面との高さは、1nm台の誤差の範囲でほぼ一致
する。これは、上記バッファード弗酸による室温での
(熱酸化による)酸化シリコン膜に対するエッチング速
度は18nm/minと低い値であるためにこの酸化シ
リコン膜のエッチングが制御性よく行なわれ、さらに、
シリコン基板101の表面に酸化シリコン膜102が設
けられているためである。これにより、溝121Aとこ
の溝121Aを充填する酸化シリコン膜132a,(L
PD)酸化シリコン膜142Aaおよび(SOG)酸化
シリコン膜152aaとからなる幅の狭い素子分離領域
と、溝121Bとこの溝121Bを充填する酸化シリコ
ン膜132a,(LPD)酸化シリコン膜142Baお
よび(SOG)酸化シリコン膜152aaとからなる幅
の広い素子分離領域とが形成される〔図2(b)〕。
【0030】また、本実施例では、(SOG)酸化シリ
コン膜152aの上面がほぼ完璧に平坦であることと、
(SOG)酸化シリコン膜152aおよび(LPD)酸
化シリコン膜142A,142Bの膜質がほぼ熱酸化に
よる酸化シリコン膜の膜質に同等であることと、シリコ
ン基板101の表面に酸化シリコン膜102が設けられ
ていることとから、上記バッファード弗酸による等方性
ウェトエッチングの代りに、化学機械研磨(CMP)を
用いても、図2(b)に図示したのと同様の形状の素子
分離領域を形成することができる。
【0031】以上説明したように上記第1の実施例(4
回の酸化シリコン膜の成膜が必要)は、上記特開平6−
204332号公報記載の方法(2回の窒化シリコン膜
の成膜と4回の酸化シリコン膜の成膜と1回の窒化シリ
コン膜のエッチバックとが必要)より製造工程が短かく
なる。また、本実施例においても熱処理工程は存在する
が、上記公開公報の方法と異なり、熱処理工程によるス
トレスの発生は少なく、本実施例によるシリコン基板に
半導体素子を形成しても、接合リークの増大の抑制は容
易である。さらに、本実施例では溝側面に形成する堆積
膜の膜厚制御が容易であることから、従来の方法より支
障なく微細な幅の素子分離領域を形成できる。さらにま
た、溝内にのみ酸化シリコン膜を残置させる工程におい
て、本実施例ではこの加工工程の前段階におけるシリコ
ン基板表面の露出はなく,さらにこの段階におけるシリ
コン基板表面を覆う酸化シリコン膜の表面がほぼ完璧に
平坦であることから、溝内に残置される酸化シリコン膜
の上面の高さとシリコン基板表面の高さとを焦点深度の
値より小さな値の範囲で概ね一致させることが容易にな
り、素子分離領域形成以降のフォトリソグラフィ工程が
容易になる。
【0032】半導体装置の素子分離領域の製造工程の断
面模式図である図3および図4を参照すると、本発明の
第2の実施例は上記第1の実施例の応用例であり、深さ
の異なる素子分離領域が以下のように形成される。
【0033】まず、図2(a)に図示した工程までは、
上記第1の実施例と同様の方法により形成される。次
に、例えば0.5μmの幅の開口部を有した(第2の)
フォトレジスト膜111bを形成する。続いて、フォト
レジスト膜111bをマスクにして、(SOG)酸化シ
リコン膜153a,酸化シリコン膜102,シリコン基
板101を順次異方性エッチングし、シリコン基板10
1に(シリコン基板101表面からの)深さが例えば
1.5μmの溝121Cを形成する。溝121Cの幅は
0.5μmである。この異方性エッチングにより、(フ
ォトレジスト膜111bの側面,(SOG)酸化シリコ
ン膜152aおよび酸化シリコン膜102の開口側面を
含めて)溝121Cの側面には膜厚20nm程度の(第
2の)堆積膜115bが形成される。これらの堆積膜1
15aも、炭素(C),水素(H)およびハロゲン元素
(主として弗素(F))から構成された有機ポリマーで
ある。なお、(SOG)酸化シリコン膜153aおよび
酸化シリコン膜102に対する異方性エッチングは上記
第1の実施例と同様に行なうが、シリコン基板101に
対する異方性エッチングは最終段階を除いて例えば臭化
水素(HBr)に塩素(Cl2 )を添加したRIEで行
ない,最終段階は上記第1の実施例と同様に行なう。こ
れは、シリコン基板101を深く異方性エッチングする
ためである。その後、上記第1の実施例と同様に、パワ
ー密度の低い酸素プラズマ処理により、溝121Cの底
面に選択的に膜厚2〜4nm程度の(第5の)酸化シリ
コン膜132bを形成する〔図3(a)〕。
【0034】次に、上記第1の実施例と同様の方法によ
り、酸化シリコン膜132bの表面上に、(SOG)酸
化シリコン膜152aの上面の高さに概ね一致する高さ
になるまで、第6の酸化シリコン膜である(LPD)酸
化シリコン膜142Cを選択的に形成する〔図3
(b)〕。さらに、上記第1の実施例と同様の方法によ
り、フォトレジスト膜111bおよび堆積膜115bを
剥離する。さらにまた、上記第1の実施例と同様の方法
により、第7の酸化シリコン膜であり,ほぼ完璧に平坦
の表面を有する(SOG)酸化シリコン膜152bを形
成する〔図3(c)〕。
【0035】続いて、上記第1の実施例と同様に、H
F:NH4 F≒1:30(堆積比)からなるバッファー
ド弗酸を用いた等方性ウェットエッチングにより、シリ
コン基板101の表面が露出するまで、(SOG)酸化
シリコン膜152b,(LPD)酸化シリコン膜142
C,(SOG)酸化シリコン膜152a,酸化シリコン
膜102および(LPD)酸化シリコン膜142A,1
42Bをエッチングする。このエッチングにより、溝1
21A内には(SOG)酸化シリコン膜152aaおよ
び(LPD)酸化シリコン膜142Aaが残置され、溝
121B内には(SOG)酸化シリコン膜152aaお
よび(LPD)酸化シリコン膜142Baが残置され、
溝121C内には(SOG)酸化シリコン膜15baお
よび(LPD)酸化シリコン膜142Caが残置され
る。この結果、3種類の素子分離領域、すなわち、溝1
21Aとこの溝121Aを充填する酸化シリコン膜13
2a,(LPD)酸化シリコン膜142Aaおよび(S
OG)酸化シリコン膜152aaとからなる深さの浅い
幅の狭い素子分離領域と、溝121Bとこの溝121B
を充填する酸化シリコン膜132a,(LPD)酸化シ
リコン膜142Baおよび(SOG)酸化シリコン膜1
52aaとからなる深さの浅い幅の広い素子分離領域
と、溝121Cとこの溝121Cを充填する酸化シリコ
ン膜132b,(LPD)酸化シリコン膜142Caお
よび(SOG)酸化シリコン膜152baとからなる深
さの深い素子分離領域とが形成される〔図4〕。なお、
本実施例においても、上記第1の実施例と同様に、上記
バッファード弗酸による等方性ウェトエッチングの代り
に、CMPを用いても、図4に図示したのと同様の形状
の素子分離領域を形成することができる。
【0036】なお、上記第2の実施例では、深さの浅い
溝121A,121Bを形成した後に深さの深い溝12
1Cを形成したが、これらの溝の形成順序はこれに限定
されるものではない。
【0037】上記第2の実施例は、製造工程の長さを除
いては上記第1の実施例の有する効果を有している。製
造工程の長さに関しては、本実施例と上記第1の実施例
とを比較するのは本質的ではなく、深さの異なる素子分
離領域の形成に上記特開平6−204332号公報記載
の方法を適用したものと比較すべきである。このような
比較によれば、明らかに本実施例の方が上記公開公報記
載の方法より製造工程は短かくなる。
【0038】上記第2の実施例では、溝121Cに形成
された深さの深い素子分離領域と、溝121B等に形成
された深さの浅い素子分離領域とは離れて設けられてい
る。本実施例の適用により、深さの浅い素子分離領域を
貫通する深さの深い素子分離領域を形成することは、容
易である。図2(a)に図示した段階まては上記第1の
実施例と同様に形成し、溝121Bの上部にこの溝の幅
より狭い開口部を有するフォトレジスト膜を形成し、こ
のフォトレジスト膜をマスクにして上記第2の実施例と
同様のRIEにより(SOG)酸化シリコン膜152
a,(LPD)酸化シリコン膜142B,酸化シリコン
膜132およびシリコン基板101の異方性エッチング
すれはよい。この場合、深さの深い溝は、溝121A,
121B等の後に形成する必要がある。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の素子分離領域の製造方法は、シリコン基板の表面に熱
酸化膜を形成し、フォトレジスト膜をマスクにしてRI
Eにより溝を形成するとともにこの溝の側面に有機ポリ
マーからなる堆積膜を形成し、溝の底面に選択的にプラ
ズマ酸化膜を形成し、液相成長法により溝内を充填する
(LPD)酸化シリコン膜をプラズマ酸化膜の表面上に
選択的に形成し、フォトレジスト膜および堆積膜を剥離
した後、(SOG)酸化シリコン膜を形成し、シリコン
基板の表面が露出するまで酸化シリコン膜の等方性ウェ
ットエッチングもしくはCPMを行なっている。
【0040】このため、本実施例によれば、従来より製
造工程が短縮され、本実施例による素子分離領域を有す
るシリコン基板に形成する半導体素子の接合リークの増
大も抑制され、より微細な幅の素子分離領域の形成も容
易になり、表面段差が焦点深度より少なくすることが容
易であるため微細加工用のフォトリソグラフィ工程が容
易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の製造工程の断面模式図
である。
【図2】上記第1の実施例の製造工程の断面模式図であ
る。
【図3】本発明の第2の実施例の製造工程の断面模式図
である。
【図4】上記第2の実施例の最終工程の断面模式図であ
る。
【図5】従来の半導体装置の素子分離領域の製造方法の
製造工程の断面模式図である。
【図6】上記従来の半導体装置の素子分離領域の製造方
法の最終工程の断面模式図である。
【符号の説明】
101,201 シリコン基板 102,132a,132b,202,222,222
a,232 酸化シリコン膜 111a,111b フォトレジスト膜 115a,115b 堆積膜 121A,121B,121C,221A,221B
溝 142A,142Aa,142B,142Ba,142
C,142Ca,202,232,242A,242B
(LPD)酸化シリコン膜 152a,152aa,152b,152ba (S
OG)酸化シリコン膜 203,223,223a 窒化シリコン膜

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板の表面に第1の酸化シリコ
    ン膜を形成する工程と、 フォトレジスト膜をマスクにして前記第1の酸化シリコ
    ン膜およびシリコン基板に対する異方性エッチングを順
    次行ない、該シリコン基板に溝を形成するとともに該溝
    の側面に有機ポリマーからなる堆積膜を形成する工程
    と、 前記フォトレジスト膜および堆積膜をマスクにしてプラ
    ズマ酸化を行ない、前記溝の底面に選択的に第2の酸化
    シリコン膜を形成する工程と、 概ね前記第1の酸化シリコン膜の上面と同じ高さになる
    まで、前記第2の酸化シリコン膜の表面に液相成長法に
    より選択的に第3の酸化シリコン膜を形成する工程と、 前記フォトレジスト膜および堆積膜を除去し、少なくと
    も前記溝の側面と前記第3の酸化シリコン膜との間の空
    隙をSOG膜からなる第4の酸化シリコン膜により充填
    する工程と、 前記第4,第3並びに第1の酸化シリコン膜に対して等
    方性ウェットエッチングもしくは化学機械研磨を行な
    い、前記シリコン基板の表面を露出させるとともに前記
    溝を充填する該第3および第4の酸化シリコン膜の上面
    の高さを概ね該シリコン基板の表面と一致させる工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の素子分離領域の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 前記溝を形成するための前記異方性エッ
    チングの少なくとも最終段階が、フルオロ・カーボン系
    のエッチングガスにより行なわれることを特徴とする請
    求項1記載の半導体装置の素子分離領域の製造方法。
  3. 【請求項3】 シリコン基板の表面に第1の酸化シリコ
    ン膜を形成する工程と、 第1のフォトレジスト膜をマスクにして前記第1の酸化
    シリコン膜およびシリコン基板に対する異方性エッチン
    グを順次行ない、該シリコン基板に第1の深さを有する
    第1の溝を形成するとともに該第1の溝の側面に有機ポ
    リマーからなる第1の堆積膜を形成する工程と、 前記第1のフォトレジスト膜および第1の堆積膜をマス
    クにしてプラズマ酸化を行ない、前記第1の溝の底面に
    選択的に第2の酸化シリコン膜を形成する工程と、 概ね前記第1の酸化シリコン膜の上面と同じ高さになる
    まで、前記第2の酸化シリコン膜の表面に液相成長法に
    より選択的に第3の酸化シリコン膜を形成する工程と、 前記第1のフォトレジスト膜および第1の堆積膜を除去
    し、少なくとも前記第1の溝の側面と前記第3の酸化シ
    リコン膜との間の空隙をSOG膜からなる第4の酸化シ
    リコン膜により充填する工程と、 第2のフォトレジスト膜をマスクにして酸化シリコン膜
    およびシリコン基板に対する異方性エッチングを順次行
    ない、該シリコン基板に第2の深さを有する第2の溝を
    形成するとともに該第2の溝の側面に有機ポリマーから
    なる第2の堆積膜を形成する工程と、 前記第2のフォトレジスト膜および第2の堆積膜をマス
    クにしてプラズマ酸化を行ない、前記第2の溝の底面に
    選択的に第5の酸化シリコン膜を形成する工程と、 概ね前記第4の酸化シリコン膜の上面と同じ高さになる
    まで、前記第5の酸化シリコン膜の表面に液相成長法に
    より選択的に第6の酸化シリコン膜を形成する工程と、 前記第2のフォトレジスト膜および第2の堆積膜を除去
    し、少なくとも前記第2の溝の側面と前記第6の酸化シ
    リコン膜との間の空隙をSOG膜からなる第7の酸化シ
    リコン膜により充填する工程と、 前記第7,第6,第4,第3並びに第1の酸化シリコン
    膜に対して等方性ウェットエッチングもしくは化学機械
    研磨を行ない、前記シリコン基板の表面を露出させると
    ともに前記第1の溝を充填する該第3並びに第4の酸化
    シリコン膜の上面の高さと前記第2の溝を充填する該第
    6並びに第7の酸化シリコン膜の上面の高さとを概ね該
    シリコン基板の表面と一致させる工程とを有することを
    特徴とする半導体装置の素子分離領域の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第1および第2の溝を形成するため
    の前記異方性エッチングの少なくとも最終段階が、フル
    オロ・カーボン系のエッチングガスにより行なわれるこ
    とを特徴とする請求項3記載の半導体装置の素子分離領
    域の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第2の深さが前記第1の深さより深
    いことを特徴とする請求項3もしくは請求項4記載の半
    導体装置の素子分離領域の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第2のフォトレジスト膜をマスクに
    して異方性エッチングされる前記酸化シリコン膜が、少
    なくとも前記第4および第1の酸化シリコン膜であるこ
    とを特徴とする請求項5記載の半導体装置の素子分離領
    域の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記第2のフォトレジスト膜をマスクに
    して異方性エッチングされる前記酸化シリコン膜が、少
    なくとも前記第3および第2の酸化シリコン膜であるこ
    とを特徴とする請求項5記載の半導体装置の素子分離領
    域の製造方法。
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