JP2757919B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2757919B2
JP2757919B2 JP1052236A JP5223689A JP2757919B2 JP 2757919 B2 JP2757919 B2 JP 2757919B2 JP 1052236 A JP1052236 A JP 1052236A JP 5223689 A JP5223689 A JP 5223689A JP 2757919 B2 JP2757919 B2 JP 2757919B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特
に半導体基板に溝部を形成し、その中に素子分離用の絶
縁物を埋設したり、溝形キャパンタを形成したりするも
のである。
〔従来の技術〕
従来の半導体装置及びその製造方法について、半導体
基板に形成された溝部に絶縁物を埋設して素子分離領域
を形成するものに例をとり、第4図および第5図に基づ
いて説明する。
第4図(A),(B)は特開昭63−257244号公報に示
された従来の半導体装置の構造を示す断面図であり、図
において、1はシリコン基板、2は素子領域α,βを分
離するためシリコン基板1に形成された溝部、5はシリ
コン基板1の表面と同じ高さ(第4図(A))、あるい
はシリコン基板1の表面よりも突出した形状(第4図
(B))になる様、前記溝部2に埋め込まれた絶縁物で
ある。ここに絶縁物5としてはCVD(Chemical Vapor De
position)酸化膜等が用いられる。
次に、第4図(B)に示した半導体装置についてその
製造方法を第5図(A)〜(H)に基づいて説明する。
まず、第5図(A)に示す様にシリコン基板1上に例
えば数100Å程度の薄い熱酸化膜6と、第1の絶縁膜と
しての例えば数1000Å程度の比較的厚い窒化膜7と、シ
リコン基板1をエッチングする際のマスクとなる絶縁
膜、例えばCVD酸化膜8とをその順に形成する。ここ
で、熱酸化膜6は、後に窒化膜7を除去する際にシリコ
ン基板1を保護するために設けられたものであり、窒化
膜7を除去する際にシリコン基板1に与える損傷が問題
とならない場合には熱酸化膜6を形成する必要はない。
次に、第5図(B)に示す様に、フォトリソグラフィ
ーによってレジストパターンを形成し、前記CVD酸化膜
8をエッチングする。
そして前記CVD酸化膜8のパターンをマスクにして、
窒化膜7、熱酸化膜6をエッチングして溝部2を形成す
る箇所に窓開けを行う(第5図(c)参照)。
次に、窓開けされたパターンをマスクとして、異方性
の反応性イオンエッチングによりシリコン基板1に溝部
2を形成する(第5図(D)参照)。
そして、CVD酸化膜8を除去した後、素子分離用の絶
縁膜として例えばCVD酸化膜5を堆積して、このCVD酸化
膜5によって溝部2を埋め込む(第5図(E)参照)。
そして前記溝部2の窪みが表面にできるだけ現れない
ようにするために、CVD酸化膜5の上にフォトレジスト
4を厚く塗布する(第5図(F)参照)。
このフォトレジスト9とCVD酸化膜5とがほぼ同じ速
度でエッチングされるように、フォトレジスト9とCVD
酸化膜5とを平坦にプラズマエッチングして行き、窒化
膜7に達したところでエッチング処理を停止する(第5
図(G)参照)。
最後に、窒化膜7を熱燐酸あるいはプラズマエッチン
グなどによって除去し、さらに、熱酸化膜6をエッチン
グしてシリコン基板1の表面を露出させる(第5図
(H)参照)。
これにより、第4図(B)に示した様なシリコン基板
1の表面から突出した絶縁物5を形成した半導体装置を
得ることができる。但し、窒化膜7の除去によって、絶
縁物5をシリコン基板1の表面から突出させることがで
きるから、この熱酸化膜6の除去は必ずしも必要ではな
い、なお、上述した製造方法の説明では省略したが、CV
D酸化膜5を埋め込む前に、溝部2内へチャネルカット
用のボロンを注入したり、熱酸化膜を形成したりする処
理等が適宜に行われている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の半導体装置は以上のように構成され、溝部2に
埋め込まれた絶縁物5がシリコン基板1の表面と同一面
の高さを有するもの(第4図(A)参照)、あるいはシ
リコン基板1の表面よりも突出させた形状のもの(第4
図(B)参照)が存在するが、この構造だと素子分離領
域が形成された後に行われる素子形成過程において次の
ような問題点が生じる。例えば、トランジスタのゲート
を形成する工程や酸化膜エッチング工程などにおいて希
釈したフッ化水素やフッ化アンモニウムによるエッチン
グ処理が行われるが、前記溝部2に埋め込まれた絶縁物
たるCVD酸化膜5は、素子形成過程でシリコン基板1に
形成される熱酸化膜(図示せず)よりも前記エッチング
処理液に対してのエッチング速度が速いために、CVD酸
化膜5がシリコン基板1の表面よりも下に落ち込んでし
まう。しかも、このようにして生じた溝部2の段差は急
峻なために、後にゲート電極や配線を形成する際に、前
部段差部に沿ってゲート電極材料や配線材料のエッチン
グ残渣が生じ易く、隣接配線関で短絡現象を引き起こす
などの問題を生じる。そして、また素子動作時の電界集
中が段差部のエッジに発生するなどの問題点があった。
この発明は上記のような従来の問題点を解消するため
になされたもので、例えば、後工程においてゲート電極
や配線を形成する際に、絶縁物が埋め込まれる溝部と半
導体基板との境目にエッチング残渣が生じにくく、素子
動作時に電界集中が起こらない様な溝部を有する半導体
装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
請求項1記載の半導体装置の製造方法の発明は、半導
体基板の一主面上に第1の絶縁膜及びその上に第2の絶
縁膜を形成し、溝部を形成しようとする前記半導体基板
の上部にあたる前記第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜を除
去する工程と、前記第2の絶縁膜をエッチングマスクと
して前記第1の絶縁膜をドライエッチングによりオーバ
ーサイズにエッチングする工程と、前記第2の絶縁膜と
前記オーバーサイズにエッチングされた第1の絶縁膜と
から成る段差を有するエッチングマスクを介して異方性
のドライエッチングを行い、半導体基板の一主面に溝部
を形成すると共に前記溝部の縁を角のない曲面に形成す
る工程からなるものである。
請求項2記載の半導体装置の製造方法の発明は、半導
体基板の一主面上に第1の絶縁膜及びその上に第2の絶
縁膜を形成し、溝部を形成しようとする前記半導体基板
の上部にあたる前記第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜を除
去する工程と、前記第1及び第2の絶縁膜をエッチング
マスクとして異方性エッチングを行い前記半導体基板の
一主面に溝部を形成する工程と、前記第2の絶縁膜をエ
ッチングマスクとして前記第1の絶縁膜をドライエッチ
ングによりオーバーサイズにエッチングする工程と、前
記第2の絶縁膜と前記オーバーサイズにエッチングされ
た第1の絶縁膜とからなる段差を有するエッチングマス
クを介して前記溝部の縁を角のない曲面となるようにド
ライエッチングする工程とからなるものである。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
(I)第1図はこの発明に係る半導体装置の溝部に素子
分離用の絶縁膜を形成させた構造を示したものであり、
(A)図は絶縁物を基板表面と同じ高さに埋設した断面
図、(B)図は絶縁物を基板表面より突出させた断面図
である。
図において、1はシリコン基板、2は素子領域α,β
を分離するためにシリコン基板1に形成された溝部、3
はシリコン基板1の表面から前記溝部2の側面にかけて
なめらかな曲面を有している縁である。5はシリコン基
板1の表面とほぼ同じ高さ(第1図(A))を有する
か、あるいは突出した形状(第1図(B))を有する素
子分離用絶縁膜である。なおこの絶縁膜は例えばCVD酸
化膜等により形成されている。
この半導体装置において、溝部2の開口部の縁3がな
めらかな曲面となっているため、後工程でゲート電極や
配線層を形成する際に、エッチング残渣や隣接配線間で
短絡現象もなく、素子動作時の電界分布の局所集中を防
ぐことができる。特に第1図(B)に示す様に溝部2に
埋め込まれた素子分離用絶縁膜5をシリコン基板1の表
面よりも突出させることにより、後のエッチング処理に
より当該絶縁膜5が基板表面より落ち込むことがない。
しかも、基板表面から突出した絶縁物のエッジ部(第1
図(B)のγ)はエッチング処理により滑らかになり、
ゲート電極や配線形成工程において特にエッチング残渣
が生じにくくなる利点がある。
(II)次に前記半導体装置についての第1の製造方法の
発明を、第2図(A)〜(H)に従って説明する。
まず、第2図(A)に示す様に、シリコン基板1上に
例えば200Å程度の薄い熱酸化膜6と第1の絶縁膜とし
て3000Å程度の窒化膜7と、シリコン基板1をエッチン
グする際のマスクとなる第2の絶縁膜例えばCVD酸化膜8
3000Åをその順に形成する。ここで熱酸化膜6は、後
に窒化膜7を除去する際にシリコン基板1の表面を保護
するために設けられている。
次に、第2図(B)に示す様にフォトリソグラフィー
によってレジストパターンを形成し、前記CVD酸化膜
8、窒化膜7、熱酸化膜6を例えばフッ素系のエッチン
グを施し、溝部2を形成する箇所に窓開けを行う。
そして、窓開けしたCVD酸化膜8をマスクとして、窒
化膜7と熱酸化膜6を0.3〜0.5μm程度プラズマエッチ
ングによりオーバーサイズにパターンを形成する(第2
図(C)参照)。
その後、CVD酸化膜8と段差のついた窒化膜7、熱酸
化膜6をマスクにして、塩素系ガスによる異方性の反応
性イオンエッチングによりシリコン基板1に溝部2を形
成する(第2図(D)参照)。この時、異方性のために
エッチングするイオン種やラジカルが基板に対して垂直
に進んで来るが、途中に段差を有するマスクが形成され
ており、前記CVD酸化膜8のマスクの影になっているオ
ーバーサイズ部分4の所にも、前記イオン種又はラジカ
ルが散乱されてわずかながらも斜めに入射し、溝部2の
縁のエッチングが進む。しかも、窓に近い程イオン種や
ラジカルの数は多くなっているのでエッチングが窓の距
離によって進み方が異なり、基板の表面から溝部の側面
にかけてなめらかな縁が得られることになる。
そして、CVD酸化膜8を除去した後、素子分離用の絶
縁膜であるCVD酸化膜5を堆積させて溝部2を埋め込む
(第2図(E)参照)。
次に、溝部2の窪みが表面に出来るだけ現れないよう
にするために、CVD酸化膜5の上にフォトレジスト9を
厚く塗布する(第2図(F)参照)。
このフォトレジスト9とCVD酸化膜5とがほぼ同じエ
ッチング速度でプラズマエッチングされて行き窒化膜7
に達した所でオーバーエッチングされエッチング処理を
停止する(第2図(G)参照)。ここで、窒素ガスの検
出によりエッチングの窒化膜7に達したことを知ること
ができる。
次に、窒化膜7を熱燐酸あるいはプラズマエッチング
などによって除去する。さらに熱酸化膜6をエッチング
してシリコン基板1の表面を露出させる(第2図(H)
参照)。
以上のようにして、第1図(B)に示した素子分離領
域を有する半導体装置を得る。
(III)次に、この出願に係る半導体装置についての第
2の製造方法の発明を、第3図に基づいて説明する。
まず、シリコン基板1上に、200Å程度の熱酸化膜6
と、第1の絶縁膜として3000Å程度の窒化膜7と、その
上に第2の絶縁膜として3000Å程度のCVD酸化膜8をこ
の順に形成した後、フォトリソグラフィーによりレジス
トパターンを形成し、前記CVD酸化膜8、窒化膜7、熱
酸化膜6をエッチングして、溝部2を形成する箇所に窓
開けを行う(第3図(A)参照)。
次に、第3図に示す様に前記窓開けを行った箇所を通
して、シリコン基板1を塩素系ガスによる異方性の反応
性イオンエッチングを施し、シリコン基板1に溝部2を
形成する。
次に、第3図(C)に示す様に前記CVD酸化膜8をエ
ッチングマスクとして、窒化膜7と熱酸化膜6を0.3〜
0.5μm程度プラズマエッチングして、オーバーサイズ
のパターンを形成する。
次に、前記CVD酸化膜8と段差のついた窒化膜7及び
熱酸化膜6をマスクにして、異方性(あるいは等方性)
の反応性イオンエッチングを施し、シリコン基板1に設
けた溝部2の開口部の縁をなめらかな曲面を有する縁3
に加工する(第3図(D)参照)。
その後、第2図(E)〜(H)について説明したもの
と同様の工程により第1図(B)に示した半導体装置が
得られる。
(IV)なお、上述の実施例では、溝部2に埋め込まれ
たCVD酸化膜5のエッチバックを途中で止めるために第
1の絶縁膜として窒化膜7を用いたが、これはノンドー
プの多結晶シリコン膜などを用いてもよい。また、上
記実施例では、窒化膜7の上に第2の絶縁膜としてCVD
酸化膜8をデポさせていたが、これは別の物質でもよ
く、三層レジストで使用されるボトムレジストや普通の
レジストであってもよく、上記実施例と同様の効果を得
られる。
また、上記実施例では半導体装置の溝部に、素子分離
用の絶縁膜を形成させたものを示したが、前記溝部にキ
ャパシタ等を形成させるものであってもよく、広く溝部
を有する半導体装置一般に適用できる。
〔発明の効果〕
以上のように、この出願に係る半導体装置の発明によ
れば、半導体基板に形成された溝部の縁が角のない曲面
に形成されているため、後に絶縁物を埋設したり、ゲー
ト電極や配線を形成する際に、エッチング残渣や隣接配
線間での短絡現象等もなく、素子動作時の電界分布の局
所集中も避けることができ、信頼性の優れた装置が得ら
れる効果がある。
また、この出願に係る半導体装置の製造方法の発明に
よれば、前記信頼性の優れた半導体装置を、歩留りよく
かつ簡易正確に製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(A),(B)はそれぞれ半導体装置の発明の一
実施例を示す断面図、第2図(A)〜(H)は半導体装
置の製造方法の第1の発明を示す断面工程図、第3図
(A)〜(D)は半導体装置の製造方法の第2の発明を
示す断面工程図、第4図(A),(B)は従来の半導体
装置を示す断面図、第5図(A)〜(H)は従来の半導
体装置の製造方法を示す断面工程図である。 図において、1はシリコン基板、2は溝部、3は縁、4
はオーバーサイズ部分、5は素子分離用絶縁膜、6は熱
酸化膜、7は窒化膜(第1の絶縁膜)、8はCVD酸化膜
(第2の絶縁膜)、9はフォトレジストである。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 芳雄 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電 機株式会社エル・エス・アイ研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−219759(JP,A) 特開 昭57−60851(JP,A) 特開 昭56−103446(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の一主面上に第1の絶縁膜及び
    その上に第2の絶縁膜を形成し、溝部を形成しようとす
    る前記半導体基板の上部にあたる前記第1の絶縁膜及び
    第2の絶縁膜を除去する工程と、前記第2の絶縁膜をエ
    ッチングマスクとして前記第1の絶縁膜をドライエッチ
    ングによりオーバーサイズにエッチングする工程と、前
    記第2の絶縁膜と前記オーバーサイズにエッチングされ
    た第1の絶縁膜とから成る段差を有するエッチングマス
    クを介して異方性のドライエッチングを行い、半導体基
    板の一主面に溝部を形成すると共に前記溝部の縁を角の
    ない曲面に形成する工程からなる半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項2】半導体基板の一主面上に第1の絶縁膜及び
    その上に第2の絶縁膜を形成し、溝部を形成しようとす
    る前記半導体基板の上部にあたる前記第1の絶縁膜及び
    第2の絶縁膜を除去する工程と、前記第1及び第2の絶
    縁膜をエッチングマスクとして異方性エッチングを行い
    前記半導体基板の一主面に溝部を形成する工程と、前記
    第2の絶縁膜をエッチングマスクとして前記第1の絶縁
    膜をドライエッチングによりオーバーサイズにエッチン
    グする工程と、前記第2の絶縁膜と前記オーバーサイズ
    にエッチングされた第1の絶縁膜とからなる段差を有す
    るエッチングマスクを介して前記溝部の縁を角のない曲
    面となるようにドライエッチングする工程とからなる半
    導体装置の製造方法。
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