JP2992171B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造方
法に関し、特に、微細な素子間分離を精度良く安定して
行なえる半導体装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体チップ上に配置された
多数の素子間を電気的に分離する素子分離技術は、半導
体装置の性能、集積度および歩留りを決定する重要な技
術であるとされてきた。この素子間分離技術の一例とし
て、シリコン窒化膜をマスクとして用いて、シリコン基
板表面を選択的に酸化するＬＯＣＯＳ（Local Oxidatio
n of Si ）法が広く一般的に知られている。

【０００３】上記のＬＯＣＯＳ法を実施するには、まず
マスク層として機能するシリコン窒化膜を所望の形状に
パターニングしなければならない。以下、図１０〜図１
５を用いて、従来の素子間分離技術の一例としてのＬＯ
ＣＯＳ法およびその問題点について説明していくことに
する。図１０は、素子形成領域間を分離するために用い
られるマスク層をパターニングするためのレジストパタ
ーンを示す平面図である。図１１は、図１０におけるＸ
Ｉ−ＸＩ線に沿って見た断面を示す図である。

【０００４】まず図１０を参照して、第１および第２の
素子形成領域２２ａ，２２ｂ間の所定の素子分離幅Ｗ３
を得るために、素子分離幅Ｗ３の幅方向に所定の間隔Ｗ
４を隔ててレジストパターン２８を形成する。ここで、
図１１を用いて、上記のレジストパターン２８が形成さ
れた状態の半導体装置の断面構造について説明する。図
１１を参照して、半導体基板２５上には酸化膜２６およ
び窒化膜２７が順次形成されている。そして、窒化膜２
７上には所定形状にパターニングされたレジストパター
ン２８が形成されている。

【０００５】次に、このレジストパターン２８をマスク
として用いて、窒化膜２７を所定の形状にパターニング
する。図１２は、レジストパターン２８を用いて窒化膜
２７をパターニングした様子を示す断面図である。この
ときの窒化膜２７の開口幅がＷ２である。このマスク層
として機能する窒化膜２７の間隔Ｗ２によって、素子分
離幅が決定されることになる。

【０００６】このように、窒化膜２７をパターニングし
た後、レジストパターン２８を除去する。この状態が図
１３（ａ）、（ｂ）に示されている。図１３（ａ）は、
レジストパターン２８を除去した後のシリコン窒化膜２
７を示す平面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）
のＢ領域を拡大した図である。その後、この窒化膜２７
をマスクとして用いて、フィールド酸化を行なうことに
よって、素子分離領域に、フィールド酸化膜２９を形成
する。この状態が、図１４および図１５に示されてい
る。図１４および図１５は、図１３（ａ）におけるＸＩ
Ｖ−ＸＩＶ断面およびＸＶ−ＸＶ断面を示す図である。

【０００７】以上のような工程を経て素子間分離構造が
形成された後、半導体基板２５上における素子形成領域
に種々のデバイスが形成されることになる。以上説明し
たように、従来の素子間分離構造を形成するためには、
それぞれの素子形成領域上に独立したマスク層（上記の
場合はシリコン窒化膜２７）を形成し、そのマスク層を
マスクとして用いて選択酸化を行なっていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の素子間分離法には、次に説明するような問題点が
あった。その問題点について、再び図１０〜図１５を用
いて説明する。

【０００９】まず図１０を参照して、近年の素子の微細
化および高集積化の要求に伴い、素子間分離幅Ｗ３の値
も小さいものが要求されてきている。それに伴い、レジ
ストパターン２８の分離幅方向の間隔Ｗ４の値も小さな
値となることが要求される。このレジストパターン２８
の間隔Ｗ４の値が小さくなるにつれ、パターニングのた
めの露光の際の精度が問題となってくる。

【００１０】すなわち、図１０において、幅Ｗ４のレジ
スト部分を除去するようにパターニングするには、この
狭い間隔Ｗ４のレジスト内を露光しなければならない。
しかし、この間隔Ｗ４は約０．３μｍ程度と非常に狭い
ため、そこに照射される光の量は少なくなる。そのた
め、上記の幅Ｗ４のレジスト部分が、除去されるところ
もあれば残るところもある。また、上記のように、微小
な領域に露光するので、図１１を参照して（この図では
レジストパターン２８の端縁２８ａの形状はなめらかな
場合が示されている）、レジストパターン２８の端縁２
８ａの形状が、凹凸形状を有する場合もある。すなわ
ち、現像後に、レジストパターン２８の端縁２８ａの形
状が不安定になる。

【００１１】そして、たとえば、レジストパターン２８
の端縁２８ａが凹凸形状を有する場合には、その形状を
反映して、窒化膜２７の端縁の一部も図１３（ａ），
（ｂ）に示されるように、凹凸形状を有しやすくなる。
それにより、図１４に示されるようにフィールド酸化膜
２９を形成した際に、フィールド酸化膜２９の周縁部の
近傍において、結晶欠陥が生じやすくなり、リーク電流
が発生するといった問題点が生じていた。また、レジス
トパターン２８の端縁２８ａの形状が不安定になること
に起因して素子分離幅がばらつくといった現象も生じて
いた。

【００１２】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、微細な素子間分離を安定し
て行なうことが可能となる半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に基づく半導体
装置の製造方法は、ＬＯＣＯＳ法による分離酸化膜を形
成する半導体装置の製造方法であり、下記の各工程を備
える。半導体基板の上に酸化膜と窒化膜とを順次形成す
る。半導体基板の第１と第２の素子形成領域を覆う第１
と第２の部分と、第１と第２の素子形成領域の間を分離
する幅が０．３μｍ以下であり、分離する幅方向と交差
する方向の幅がＬＯＣＯＳ法によって生じるバーズビー
クの長さの２倍以下である線パターンで第１と第２の部
分を接続する第３の部分とを含み、第３の部分の端縁と
該端縁に連なる第１および第２の部分の端縁とのなす角
度が鈍角であるレジストパターンを形成する。レジスト
パターンに従って窒化膜を除去し、酸化膜の一部表面を
露出させる。この窒化膜をマスクとして用いて酸化膜を
選択的に熱酸化する。

【００１４】

【作用】この発明に基づく半導体装置の製造方法によれ
ば、第１、第２および第３の部分からなるレジストパタ
ーンをマスクとして窒化膜がパターニングされる。それ
により、窒化膜は、第１および第２の部分と、この第１
および第２の部分を接続する第３の部分とで構成される
形状になる。この第３の部分は、素子分離領域上に形成
されており、素子形成領域を分離する幅方向と交差する
方向の幅が分離酸化膜のバーズビークの長さの２倍以下
となっている。

【００１５】このようにパターニングされた窒化膜をマ
スクとして用いて、半導体基板上に形成されている酸化
膜を選択的に熱酸化する。それにより、素子分離領域に
フィールド酸化膜が形成されることになる。このとき、
上記の素子分離領域上に形成された第３の部分の素子形
成領域を分離する幅方向と交差する方向の幅が、バーズ
ビークの長さの２倍以下であるため、熱酸化することに
よって分離酸化膜を形成した場合に、この第３の部分に
形成された窒化膜の下でバーズビークがつながることに
なる。それにより、第１と第２の素子形成領域間を確実
に分離することが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明に基づく実施例について、図
１〜図１０を用いて説明する。図１は、この発明に基づ
く一実施例において用いられるマスクパターンを示す平
面図である。図１を参照して、第１の素子形成領域２ａ
を覆うようにマスクパターン１における第１の部分１ａ
が形成されている。また、第２の素子形成領域２ｂを覆
うようにマスクパターン１の第２の部分１ｂが形成され
ている。この第１の部分１ａと第２の部分１ｂとは、素
子分離領域３上に形成された第３の部分１ｃによって接
続されている。

【００１７】ここで、上記のようなマスクパターン１を
用いてＬＯＣＯＳ法によって分離酸化膜を形成した場合
について説明する。ここで再び図１を参照して、マスク
パターン１は、実線で囲まれた領域内に形成された窒化
膜である。このマスクパターン１をマスクとして用いて
熱酸化を行なう。それにより、マスクパターン１の外側
にフィールド酸化膜が形成される。

【００１８】このとき、マスクパターン１における第３
の部分１ｃの幅Ｗを規定する端縁１１，１２に着目する
と、上記の熱酸化によってこの端縁１１，１２の外側に
フィールド酸化膜が形成されることになる。そして、図
１において、この端縁１１から下方に延びるようにフィ
ールド酸化膜のバーズビークが形成される。また、図１
において、端縁１２から上方に延びるようにバーズビー
クが形成される。

【００１９】この両者のバーズビークがつながるよう
に、マスクパターン１における第３の部分１ｃの幅Ｗが
設定されている。言い換えれば、上記の第３の部分１ｃ
の幅Ｗの値は、端縁１１から延びるように発生するバー
ズビークの長さと、端縁１２から延びるように発生する
バーズビークの長さの総和以下の値となるように設定さ
れることになる。すなわち、第３の部分１ｃの幅Ｗの値
は、発生するバーズビークの長さの２倍以下の値であれ
ばよいといえる。それにより、フィールド酸化膜のバー
ズビークによって、第３の部分１ｃ下にフィールド酸化
膜を形成することが可能となる。

【００２０】その結果、第３の部分１ｃの下に形成され
たフィールド酸化膜によって、第１および第２の素子形
成領域２ａ，２ｂを分離することが可能となる。すなわ
ち、一体化された１つのマスクパターン１を用いて２つ
の素子形成領域２ａ，２ｂを分離することが可能とな
る。上記の第３の部分１ｃの素子分離幅方向の長さＬの
値は、０．３μｍ程度以下である場合に本発明は特に有
効である。

【００２１】ここで、バーズビーク長について説明す
る。図１０はフィールド酸化膜９におけるバーズビーク
長Ｌ１を説明するための図である。図１０を参照して、
本明細書において、バーズビーク長Ｌ１とは、フィール
ド酸化膜９の周縁部において、その膜厚が徐々に薄くな
っている部分の平面的な長さのことをいうものとする。

【００２２】図２は、上記のようなマスクパターン１を
複数個接続し、そのマスクパターン１をマスクとして用
いてフィールド酸化を行なった様子を示す図である。図
２を参照して、相互に接続されて一体化しているマスク
パターン１をマスクとして用いてフィールド酸化を行な
うことによって、互いに分離された素子形成領域２を形
成することが可能となる。これは、上記のマスクパター
ン１における第３の部分１ｃ下でフィールド酸化膜のバ
ーズビークがつながることによって、図１を用いて説明
した上記の現象と同様の現象により素子形成領域２を互
いに分離することが可能となるからである。

【００２３】次に、図３を参照して、本発明の適用例の
一例について説明する。図３は、複数の素子形成領域２
を互いに分離するように素子分離領域３が形成されてい
る様子を示す模式図である。図３を参照して、本発明が
有効である部分は、素子形成領域２が互いに近接してい
る部分であって、特に領域４で示されるように、素子形
成領域２のコーナー部同士が対向している部分である。

【００２４】図４は、上記の領域４における素子形成領
域２を互いに分離するためのマスクパターン１が形成さ
れている様子を示す模式図である。図４を参照して、素
子形成領域２のコーナー部同士が対向している部分に、
マスクパターン１における第３の部分１ｃが形成される
ことになる。それにより、このマスクパターン１をマス
クとして用いて熱酸化を行なうことによって、上記の場
合と同様に、素子形成領域２を分離することが可能とな
る。

【００２５】次に、図５〜図９を用いて、この発明に基
づく半導体装置の製造方法における特徴的な各工程を説
明する。図５は、この発明に基づく一実施例における半
導体装置の製造方法の第１工程を示す平面図である。図
６は、図５に示されるＶＩＡ−ＶＩＡ線に沿って見た断
面図（ａ）および図５におけるＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿っ
て見た断面図（ｂ）を示す図である。図７は、この発明
に基づく一実施例における半導体装置の製造方法の第２
工程を示す平面図である。図８は、図７におけるＶＩＩ
ＩＡ−ＶＩＩＩＡ線に沿って見た断面図（ａ）および図
７におけるＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線に沿って見た断面
図（ｂ）を示す図である。図９は、この発明に基づく一
実施例における半導体装置の製造方法の第３工程を示す
断面図であり、図８における（ｂ）図に対応する断面を
示す図である。

【００２６】まず図５を参照して、レジスト８を所望の
形状にパターニングする。この場合であれば、図１に示
されたマスクパターン１と同様の形状となるように第１
の部分８ａ、第２の部分８ｂおよび第３の部分８ｃを有
するように形成されている。

【００２７】従来例においては、この第３の部分８ｃは
存在しなかったため、この第３の部分８ｃに相当する部
分を除去しなければならなかった。そのため、第１の部
分８ａおよび第２の部分８ｂが近接している場合には、
その部分に露光の際に所望の光量を得ることが困難であ
ったため、パターニングの際にばらつきが生じていた。
しかし、第３の部分８ｃを残すように露光する際には、
従来例のように微小な領域に光をあてる必要がなくなる
ため、所望の光量を得やすくなり、精度良くかつ安定し
てパターニングを行なうことが可能となる。

【００２８】次に、図６を参照して、上記のレジスト８
をパターニングした際の断面構造について説明する。ま
ず図６（ａ）を参照して、半導体基板５主表面には、１
００〜３００Å程度の膜厚を有する酸化膜６が形成され
ている。この酸化膜６上には、１５００〜２５００Å程
度の膜厚を有する窒化膜７が形成されている。この窒化
膜７が後のフィールド酸化の工程でマスク層として機能
することとなる。窒化膜７上には、図５に示されるレジ
ストパターン８が形成されている。次に、図６（ｂ）を
参照して、第１の部分８ａおよび第２の部分８ｂの間の
領域には、所定の幅Ｗを有する第３の部分８ｃが形成さ
れている。このＷの値は、後の工程で形成されるフィー
ルド酸化膜９のバーズビーク長の２倍以下の値である。

【００２９】次に、図７を参照して、上記のようにパタ
ーニングされたレジスト８をマスクとして用いてエッチ
ングすることによって、窒化膜７をパターニングする。
このときの断面構造が図８に示されている。

【００３０】以上のようにパターニングされた窒化膜７
をマスクとして用いて、フィールド酸化を行なうことに
よって、素子分離領域にフィールド酸化膜９を形成す
る。それにより、図９に示されるように、窒化膜７にお
ける第３の部分７ｃ下に位置する領域にも、フィールド
酸化膜９が形成されることになる。このとき、窒化膜７
の第３の部分７ｃ下に位置する部分に形成されるフィー
ルド酸化膜９は、フィールド酸化膜９のバーズビーク部
分によって形成されることになるため、その膜厚Ｄの値
は、他の素子分離領域におけるフィールド酸化膜９の膜
厚Ｄ１よりも小さいものとなっている。なお、上記の膜
厚Ｄの値は、各デバイスに要求される分離能力を有する
ような値となるように選定される。すなわち、この膜厚
Ｄの値が所望の値となるように、フィールド酸化膜９の
膜厚Ｄ１の値が選定される。

【００３１】以上のようにして、第３の部分７ｃ下にフ
ィールド酸化膜９を形成することができるため、窒化膜
７における第１の部分７ａ下および第２の部分７ｂ下に
位置する領域に互いに分離された素子形成領域を形成す
ることが可能となる。さらに、窒化膜７における第３の
部分７ｃ下でバーズビークがつながることによって第３
の部分７ｃ下にフィールド酸化膜９が形成されるため、
第３の部分７ｃの周縁部の形状も、従来に比べて極めて
滑らかな形状となる。それにより、従来のようなフィー
ルド酸化膜の周縁部の凹凸形状に起因するリーク電流の
問題も回避することが可能となる。以上のようにして素
子分離領域が形成された後は、半導体基板５上における
素子形成領域に、種々のデバイスが形成されることにな
る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、微細な素子間分離を精度良くかつ安定して行なうこ
とが可能となる。それにより、半導体装置が微細化され
高集積化された場合にも、信頼性の高い半導体装置を提
供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に基づく一実施例において使用される
マスクパターンを示す平面模式図である。

【図２】図１に示されるマスクパターンを用いて素子分
離領域を形成している様子を示す平面模式図である。

【図３】本発明の好ましい適用例を示す模式図である。

【図４】図３における領域４上に本発明特有のマスクパ
ターンを形成している様子を模式的に示す平面図であ
る。

【図５】この発明に基づく一実施例における半導体装置
の製造工程の第１工程を示す平面図である。

【図６】図５に示される状態の半導体装置のＶＩＡ−Ｖ
ＩＡ線に沿って見た断面図（ａ）、ＶＩＢ−ＶＩＢ線に
沿って見た断面図（ｂ）である。

【図７】この発明に基づく一実施例における半導体装置
の製造工程の第２工程を示す平面図である。

【図８】図７に示される状態の半導体装置のＶＩＩＩＡ
−ＶＩＩＩＡ線に沿って見た断面図（ａ）、ＶＩＩＩＢ
−ＶＩＩＩＢ線に沿って見た断面図（ｂ）である。

【図９】この発明に基づく一実施例における半導体装置
の製造工程の第３工程を示す断面図であり、図８におけ
る（ｂ）に示される断面に対応する断面を示す図であ
る。

【図１０】バーズビーク長Ｌ１を説明するための説明図
である。

【図１１】従来のマスクパターンを示す平面模式図であ
る。

【図１２】図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿って見
た断面を示す図である。

【図１３】従来の方法でパターニングされたレジストを
用いて窒化膜をパターニングしている様子を示す断面図
である。

【図１４】従来の方法でパターニングされた窒化膜を示
す平面模式図（ａ）および（ａ）におけるＣ領域を拡大
した平面模式図（ｂ）である。

【図１５】従来の方法を用いてフィールド酸化膜を形成
している様子を示す断面図であり、図１４（ａ）におけ
るＸＶ−ＸＶ線に沿って見た断面を示す図である。

【図１６】従来の方法を用いてフィールド酸化膜を形成
している様子を示す断面図であり、図１４（ａ）におけ
るＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿って見た断面に相当する断面を
示す図である。

【符号の説明】

１，１１ マスクパターン １ａ，７ａ，８ａ 第１の部分 １ｂ，７ｂ，８ｂ 第２の部分 １ｃ，７ｃ，８ｃ 第３の部分 ２ａ，２２ａ 第１の素子形成領域 ２ｂ，２２ｂ 第２の素子形成領域 ３，２３ 素子分離領域 ７，２７ 窒化膜 ８，２８ レジスト ９，２９ フィールド酸化膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/316 H01L 21/76

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＬＯＣＯＳ法による分離酸化膜を形成す
   る半導体装置の製造方法であって、 半導体基板の上に酸化膜と窒化膜とを順次形成する工程
   と、 前記半導体基板の第１と第２の素子形成領域を覆う第１
   と第２の部分と、前記第１と第２の素子形成領域の間を
   分離する幅が０．３μｍ以下であり、前記分離する幅方
   向と交差する方向の幅がＬＯＣＯＳ法によって発生する
   バーズビークの長さの２倍以下である線パターンで前記
   第１と第２の部分を接続する第３の部分とを含み、前記
   第３の部分の端縁と該端縁に連なる前記第１および第２
   の部分の端縁とのなす角度が鈍角であるレジストパター
   ンを形成する工程と、 前記レジストパターンに従って前記窒化膜を除去し、前
   記酸化膜の一部表面を露出させる工程と、 前記窒化膜をマスクとして用いて前記酸化膜を選択的に
   熱酸化する工程と、を備えた半導体装置の製造方法。