JP3523016B2 - 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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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、素子分離領域の形
成工程を含む半導体装置の製造方法に係り、特に、非晶
質シリコン膜中の微結晶の発生を阻止し、素子分離領域
の形状異常を阻止し得る半導体装置の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に半導体装置では、多数の微細な素
子からなる構造を有し、各素子が形成される素子形成領
域と、各素子を分離する素子分離領域とを備えている。
図4はこの種の半導体装置の製造工程を示す製造工程図
である。
【0003】図4(a)に示すように、半導体基板11
上に、HClガスを用いた酸化法により、シリコン酸化
膜12が形成される。シリコン酸化膜12上には、CV
D法により、非晶質シリコン膜13、シリコン窒化膜1
4及び多結晶シリコン膜15が順次堆積される。
【0004】次に、図4(b)に示すように、リソグラ
フィー法により、多結晶シリコン膜15が選択的にエッ
チングされ、しかる後、酸化工程により、多結晶シリコ
ン膜15が多結晶シリコン酸化膜16に改質され、この
多結晶シリコン酸化膜16をマスクとして、シリコン窒
化膜14が選択的にエッチングされる。
【0005】次に、図4(c)に示すように、多結晶シ
リコン酸化膜16が緩衝HF(bufferd-HF)溶液にて除去
され、しかる後、フィールド酸化が施される。次に、ド
ライエッチング法により、シリコン窒化膜14及び非晶
質シリコン膜13が除去される。しかる後、緩衝HF溶
液により、シリコン酸化膜12が除去され、新たに所定
の厚さのゲート酸化膜12aが形成される。
【0006】ここで、図4(d)に示すように、フィー
ルド酸化部に対応する素子分離領域17と、ゲート酸化
膜及びチャネル幅に対応する素子形成領域18とが形成
される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら以上のよ
うな半導体装置の製造方法では、以下に述べるような問
題がある。図5(a)に示すように、非晶質シリコン膜
13に微結晶19が発生する問題がある。このため、図
5(b)に示すように、多結晶シリコン酸化膜16を緩
衝HF溶液を用いて除去する際に、緩衝HF溶液が非晶
質シリコン膜13と微結晶19との隙間から流れ込み、
シリコン酸化膜12の一部を除去して除去領域20を形
成してしまう問題がある。
【0008】また、これにより、図5(c)に示すよう
に、素子分離領域17の形成の際に、形状異常を引き起
こす問題が発生し、製造工程の信頼性を低下させてしま
う。本発明は上記実情を考慮してなされたもので、非晶
質シリコン膜中の微結晶の発生を阻止して、素子分離領
域の形状異常を阻止し、もって、信頼性を向上し得る半
導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、図3か
ら得られるように、非晶質シリコン膜に微結晶が発生す
る原因を、その下層のシリコン酸化膜の表面Cl濃度が
高いからである、とした本発明者による知見に基づいて
いる。
【0010】すなわち、本発明の骨子は、半導体基板上
のシリコン酸化膜の表面Cl濃度を1×1016atom
s/cm3 以下に抑制することにより、その上に堆積さ
れる非晶質シリコン膜の微結晶の発生を阻止し、結果的
に、素子分離領域の形状異常を阻止することである。
【0011】具体的には例えば、半導体基板上のシリコ
ン酸化膜は、HClガスを使用しない酸化法により、表
面Cl濃度を低減させるように形成されてもよい。ここ
で、HClガスを使用しない酸化法としては、例えば、
100%のドライ酸素ガスを用いたドライO2 酸化法、
あるいは水素と酸素とを用いたBOX酸化法などがあ
る。
【0012】なお、半導体基板上のシリコン酸化膜は、
HCl添加による酸化法にて形成されたとしても、その
後に、窒素雰囲気中の加熱等の如き表面Clの除去工程
の適用により、最終的に表面Cl濃度が低減されていれ
ばよい。また、ここにいうHCl添加には、例えばトリ
クロロエタン(C23 Cl3 )、トリクロロエチレン
(C2 HCl3 )、トランスジクロエチレン(C22
Cl2 )又はHCl等のように、HとClを含有するも
のであれば、適宜使用可能となっている。
【0013】さて、以上のような本発明の骨子に基づい
て具体的には以下のような手段が講じられる。 請求項
1に対応する発明は、半導体基板上に塩酸ガスを用い、
表面の塩素濃度が1×10 16 atoms/cm 3 以下の
シリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜
上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、前記非晶質シ
リコン膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シ
リコン窒化膜を選択的に除去する工程と、前記シリコン
窒化膜の選択除去された半導体基板を酸化性雰囲気で加
熱してフィールド酸化膜を形成する工程とを含んでいる
半導体装置の製造方法である。
【0014】また、請求項2に対応する発明は、請求項
1に対応する半導体装置の製造方法において、前記シリ
コン酸化膜を形成する工程としては、前記塩酸ガスを用
いてシリコン酸化膜を形成し、しかる後、所定のガス雰
囲気中で加熱処理を施して当該シリコン酸化膜表面の塩
素濃度を低下させる工程を含んでいる半導体装置の製造
方法である。請求項3に対応する発明は、請求項2に記
載の半導体装置の製造方法において、前記所定のガス雰
囲気が窒素雰囲気又はアルゴン雰囲気である半導体装置
の製造方法である。 (作用) 従って、請求項1に対応する発明は以上のような手段を
講じたことにより、素子分離領域を形成する一連の工程
中、半導体基板上のシリコン酸化膜の表面塩素濃度を1
×1016atoms/cm3以下に抑制することによ
り、非晶質シリコン膜中の微結晶の発生を阻止して、素
子分離領域の形状異常を阻止し、もって、信頼性を向上
させることができる。
【0015】また、請求項2に対応する発明は、シリコ
ン酸化膜を形成する工程としては、塩酸ガスを用いてシ
リコン酸化膜を形成し、しかる後、所定のガス雰囲気中
で加熱処理を施して当該シリコン酸化膜表面の塩素濃度
を低下させる工程を含んでいるので、請求項1に対応す
る作用を同様に得ることができる。請求項3に対応する
発明は、所定のガス雰囲気が窒素雰囲気又はアルゴン雰
囲気であるので、請求項1に対応する作用を同様に得る
ことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実
施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための
製造工程図である。
【0017】いま、半導体基板は、希HF+NC−2に
より、表面が洗浄される。続いて、図3(a)に示すよ
うに、ドライO2 (酸素)ガスを用いた酸化法により、
半導体基板21上にシリコン酸化膜22が形成される。
さらに、CVD法により、非晶質シリコン膜23、シリ
コン窒化膜24及び多結晶シリコン酸化膜25が続けて
堆積される。
【0018】その後、図3(b)に示すように、リソグ
ラフィー法により、多結晶シリコン酸化膜25が選択的
に除去され、残ったシリコン酸化膜25をマスクとして
シリコン窒化膜24が選択的にエッチングされる。
【0019】次に、図3(c)に示すように、多結晶シ
リコン酸化膜25が緩衝HF溶液にて除去された後に、
フィールド酸化が施される。次に、ドライエッチング法
により、シリコン窒化膜24と非晶質シリコン膜23と
が選択的に除去される。しかる後、緩衝HF溶液によ
り、シリコン酸化膜22が所定の厚さだけ除去されて半
導体基板21が部分的に露出される。
【0020】また、露出された半導体基板21上に所定
の厚さのシリコン酸化膜22aが新たに形成される。こ
れにより、図3(d)に示すように、素子分離領域27
と素子形成領域(チャネル幅)28とが形成される。 (評価)次に、本実施形態に係る製造工程中、シリコン
酸化膜22を形成した際に、図2に示すように、シリコ
ン酸化膜22表面におけるCl微結晶発生の有無につい
て調べた。また、比較のために、従来製法のHClガス
使用(HCl添加)のシリコン酸化膜12に関しても調
べた。なお、両者の前処理は、希HF+NC−2(アル
カリ系)と互いに同一処理にした。
【0021】結果は図2に示す通り、本実施形態では、
100%ドライO2 ガスを用いたことにより、シリコン
酸化膜22表面にCl微結晶が発生しなかった。一方、
従来製法では、HClガスを用いたことにより、シリコ
ン酸化膜12表面にCl微結晶が発生した。
【0022】次に、図3に示すように、シリコン酸化膜
22,12表面のCl濃度と微結晶密度との関係を表面
TEM観察を用いて調べた。結果は図示するように、表
面Cl濃度1×1014〜1×1016atoms/cm3
の本実施形態に係る試料が、微結晶密度が零[個/μm
2 ]であり、非晶質シリコン膜23に微結晶が発生しな
かった。
【0023】一方、表面Cl濃度1×1017〜1×10
18atoms/cm3 の従来製法に係る試料は、微結晶
密度が1[個/μm2 ]であり、非晶質シリコン膜13
に微結晶が発生していた。
【0024】上述したように本実施形態によれば、素子
分離領域27を形成する一連の工程中、半導体基板21
上のシリコン酸化膜22の表面Cl濃度を1×1016
toms/cm3 以下に抑制することにより、非晶質シ
リコン膜23中の微結晶の発生を阻止し、素子分離領域
27の形状異常を阻止することができる。
【0025】また、シリコン窒化膜24を除去するため
にマスクを形成する工程は、従来の多結晶シリコン膜1
5の酸化を含む工程とは異なり、始めからシリコン酸化
膜25を形成するので、従来と比べ、工程を短縮するこ
とができる。 (他の実施形態)なお、上記実施形態では、多結晶シリ
コン酸化膜25をマスクとしてシリコン窒化膜24をエ
ッチングした工程について説明したが、これに限らず、
多結晶シリコン酸化膜25に代えて、フォトレジストを
マスクとしてシリコン窒化膜24をエッチングする工程
としても、本発明を同様に実施して同様の効果を得るこ
とができる。
【0026】また、上記実施形態では、半導体基板21
上に100%ドライO2 ガスを用いてシリコン酸化膜2
2を形成し、非晶質シリコン膜23、シリコン窒化膜2
4及び多結晶シリコン酸化膜25を順次堆積する場合に
ついて説明したが、これに限らず、HClガスを用いて
シリコン酸化膜22を形成し、しかる後、例えば900
℃の窒素雰囲気で30分の加熱処理を施してシリコン酸
化膜22表面のCl濃度を低下させる工程を設け、その
後、非晶質シリコン膜23を堆積する製造方法として
も、本発明を同様に実施して同様の効果を得ることがで
きる。
【0027】この変形例の場合、シリコン酸化膜22を
形成後に、例えば、900℃の窒素雰囲気で30分加熱
し、非晶質シリコン膜23、シリコン窒化膜24及び多
結晶シリコン酸化膜25を順次堆積するとしているが、
同一装置内での連続処理を施す方法も包含される。
【0028】またこの変形例の場合、シリコン酸化膜2
2を形成後に、900℃の窒素雰囲気で30分の加熱処
理を施すと述べたが、窒素雰囲気での加熱は、900℃
30分には限定されない。さらに、窒素雰囲気で加熱す
ると述べたが、シリコン酸化膜22の表面Clを除去可
能であれば、加熱の雰囲気は必ずしも限定されず、例え
ばAr雰囲気としてもよい。
【0029】上記実施形態では、半導体基板21上に,
100%ドライO2 ガスを用いてシリコン酸化膜22を
形成する場合について説明したが、これに限らず、HC
lガスを使用しない酸化法であれば、任意の酸化法を用
いてシリコン酸化膜22を形成しても、本発明を同様に
実施して同様の効果を得ることができる。
【0030】また、上記実施形態では、半導体基板21
に対し、シリコン酸化膜22の形成前に施す前処理の溶
液を希HF+CN−2とした場合について説明したが、
これに限らず、他の前処理溶液を用いた製造方法として
も、本発明を同様に実施して同様の効果を得ることがで
きる。
【0031】さらに、これら変形例は、互いに適宜組合
わせて用いたとしても、本発明を同様に実施して同様の
効果を得ることができる。但し、シリコン酸化膜22の
形成工程における、HClガスを使用しない酸化法と、
900℃30分の窒素雰囲気加熱の如きシリコン酸化膜
22の表面Clを除去する工程との組合せは除外され
る。理由は、これら両者はいずれか一方だけでシリコン
酸化膜22の表面Cl濃度を低減できるからである。そ
の他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施できる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、非
晶質シリコン膜中の微結晶の発生を阻止して、素子分離
領域の形状異常を阻止し、もって、信頼性を向上させる
ことができる半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造
方法を説明するための製造工程図
【図2】同実施の形態における微結晶発生の有無を従来
製法と比較して示す図
【図3】同実施の形態における表面Cl濃度と微結晶密
度との関係を示す図
【図4】従来の半導体装置の製造工程を示す製造工程図
【図5】従来の課題を説明するための模式図
【符号の説明】
21…半導体基板 22,22a…シリコン酸化膜 23…非晶質シリコン膜 24…シリコン窒化膜 25…多結晶シリコン酸化膜 27…素子分離領域 28…素子形成領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−134915(JP,A) 特開 平9−8023(JP,A) 特開 平8−83795(JP,A) 特開 平6−326089(JP,A) 特開 昭62−248236(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/316 H01L 21/76

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に塩酸ガスを用い、表面の塩
    素濃度が1×10 16 atoms/cm 3 以下のシリコン
    酸化膜を形成する工程と、 前記シリコン酸化膜上に非晶質シリコン膜を形成する工
    程と、 前記非晶質シリコン膜上にシリコン窒化膜を形成する工
    程と、 前記シリコン窒化膜を選択的に除去する工程と、 前記シリコン窒化膜の選択除去された半導体基板を酸化
    性雰囲気で加熱してフィールド酸化膜を形成する工程と
    を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法
  2. 【請求項2】請求項1に記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、前記シリコン酸化膜を形成する工程は、前記塩酸ガスを
    用いてシリコン酸化膜を形成し、しかる後、所定のガス
    雰囲気中で加熱処理を施して当該シリコン酸化膜表面の
    塩素濃度を低下させる工程を含んでいる ことを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記所定のガス雰囲気は、窒素雰囲気又はアルゴン雰囲
    気であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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