JP3680521B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に半導体基板にトレンチを形成することにより素子分離を行う方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体基板にトレンチを形成することにより素子分離を行う方法においては論文「IEICE TRANS.ELECTRON.,VOL.E77−C,NO.8 AUGUST 1994 P.1385〜P.1394」に示されるように半導体基板平面に対して垂直にトレンチを形成していた。そのため、素子分離領域に接する素子形成領域端部で結晶性の欠陥が発生してトランジスタ特性に悪影響を及ぼしていた。
【0003】
また、論文「IEDM96 P.829〜P.832」に示されるように素子分離予定領域を熱酸化により熱酸化膜を形成した後、酸化膜を除去してトレンチを形成するという方法があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術ではトレンチを形成する際の半導体基板に発生する欠陥が素子形成領域の半導体基板表面に近いところにできる可能性がある。そのため、トランジスタ特性に悪影響を与えるという課題があった。
【0005】
また、素子分離予定領域を熱酸化により熱酸化膜を形成するため、素子形成領域に酸化膜が形成され、素子形成領域を狭めるという課題があった。
【0006】
そこで、本発明はかかる課題を解決するため、トランジスタ特性に悪影響を与えず、素子形成領域を狭めない素子分離方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第1の酸化膜を形成する工程、
前記第1の酸化膜上にシリコン窒化膜を堆積する工程、前記シリコン窒化膜上に第2の酸化膜を堆積する工程、素子分離予定領域の上方の前記第2の酸化膜と前記シリコン窒化膜と前記第1の酸化膜と、前記素子分離予定領域の前記半導体基板とをエッチングし、該半導体基板に第1の溝を形成する異方性エッチング工程、露出した前記半導体基板表面に熱酸化により第3の酸化膜を形成する工程、ウェットエッチングにより前記第3の酸化膜を除去する工程、前記第2の酸化膜をマスクとして前記異方性エッチングにより露出された前記半導体基板をエッチングし、前記第1の溝の側面の該半導体基板はエッチングされないよう前記第1の溝より深い第2の溝を形成する工程、露出した前記半導体基板表面に熱酸化により第4の酸化膜を形成する工程、前記第1の溝及び前記第2の溝に第5の酸化膜を埋め込む工程、を具備する。
【0009】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記第1の酸化膜をシリコンオキシナイトライドにより形成する。
【0010】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記第1の溝の深さは、第2の溝の深さの1/10以上である。
【0012】
【作用】
上記のように本発明によれば、半導体基板上に浅い溝を形成する第1次異方性エッチング処理を行う。このエッチングは溝の深さを浅くするため、半導体基板に発生する結晶性の欠陥は少ない。次工程の熱酸化により、結晶性の欠陥は回復される。
【0013】
そして、トレンチを形成する第2次異方性エッチング処理は前記浅い溝の側面の半導体基板をエッチングしないよう溝を深くするため、エッチングによる半導体基板に発生する結晶性の欠陥は、素子形成領域の端部から離れた位置にあるため、トランジスタ特性に与える悪影響はない。
【0014】
また、半導体基板上に浅い溝を形成する第1次異方性エッチング処理後の熱酸化も結晶性の欠陥は回復を目的とする工程であるため、酸化量は少なくて良い。
【0015】
したがって、熱酸化による素子形成領域への酸化膜の侵入はほとんどない。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面の実施例に基づき以下に詳細に説明する。図中の101、201、301、401はシリコン基板であり、102、104、202、204は、シリコン酸化膜またはシリコンオキシナイトライドであり、103、103’、203、203’、303、403、403’は、シリコン窒化膜であり、105、205、304、405は、レジストであり、106、108、206、407は、浅い溝であり、107、110、207、210、302、306、402、406は、熱酸化膜であり、109、209、305、409は、深い溝であり、110、110’、208、208’、211、211’、307、307’、404、408、410、410’は、CVD酸化膜である。
【0017】
まず、図1(a)に示すようにシリコン基板101上にドライ酸化またはウェット酸化により膜厚100Å〜200Åの熱酸化膜102を形成する。または、熱酸化膜102の代わりにCVD法によりシリコンオキシナイトライド膜102を堆積する。
【0018】
それから、膜厚1000Å〜2500Åのシリコン窒化膜103をCVD法により熱酸化膜102上に堆積する。
【0019】
更に、シリコン窒化膜103上にCVD法により膜厚1000Å〜2000Åのシリコン酸化膜104を堆積する。または、シリコン酸化膜104の代わりにCVD法によりシリコンオキシナイトライド膜104を堆積する。
【0020】
そして、フォトリソグラフィー法により素子分離予定領域のレジスト105を開口し、エッチングガス CHF3、CF4、Arの混合ガスを0.2〜0.5Torrの圧力下で素子分離予定領域のシリコン酸化膜104を選択的に除去する。
【0021】
次に図1(b)に示すようにレジスト105を剥離した後、シリコン酸化膜104をマスクとしてエッチングガス CHF3、CF4、Arの混合ガスを0.4〜1Torrの圧力下で素子分離予定領域のシリコン窒化膜103と熱酸化膜102および、シリコン基板101を300Å〜1000Åの深さに達する浅い溝106を形成するようにエッチングする。
【0022】
ついで、図1(c)に示すように900℃以上でドライ酸化または800℃以上でウェット酸化により膜厚100Å〜200Åの熱酸化膜107を露出したシリコン基板表面に形成する。
【0023】
本発明によれば、素子分離領域に接する素子形成領域の端部は熱酸化により、フォトリソグラフィー法により開口されたシリコン酸化膜104または、シリコンオキシナイトライド膜104および、シリコン窒化膜103の端部より、素子形成領域側に位置するようになる。
【0024】
また、シリコン酸化膜104または、シリコンオキシナイトライド膜104および、シリコン窒化膜103は庇状になり、素子分離領域に張り出してくる。
【0025】
しかし、熱酸化によって形成される熱酸化膜107は、結晶性の欠陥の回復が目的であるため、酸化膜厚は少なくてよい。
【0026】
したがって、素子形成領域を削る量に値する酸化膜厚は少なくできる。
【0027】
そして、図1(d)に示すようにフッ酸溶液により熱酸化膜107をエッチングし、再度素子分離予定領域のシリコン基板表面を露出させる。
【0028】
次に、図1(e)に示すようにシリコン酸化膜104を再度マスクとしてエッチングガスCHF3、CF4、Arの混合ガスを0.4〜1Torrの圧力下で素子分離予定領域のシリコン基板101を3000Å〜5000Åの深さに達する溝109を形成するようにエッチングする。
【0029】
本発明によれば、このエッチング時、シリコン酸化膜104または、シリコンオキシナイトライド膜104および、シリコン窒化膜103が庇状に素子分離領域側に位置する出っ張るようになる。
【0030】
そのため、エッチング時のダメージによる結晶性の欠陥は図1(d)に示される浅い溝108の底部に発生する。
【0031】
したがって、トランジスタ特性に影響を与えるシリコン基板表面近傍かつ、素子形成領域の端部と結晶性の欠陥は遠くなるため、トランジスタ特性に影響を及ぼすことがない。
【0032】
ついで、図1(f)に示すように900℃以上でドライ酸化または800℃以上でウェット酸化により膜厚100Å〜200Åの熱酸化膜110を露出したシリコン基板表面に形成する。
【0033】
それから、図1(g)に示すようにCVD法によりシリコン酸化膜111を溝109を完全に埋め込むように堆積する。
【0034】
そして、図1(h)に示すようにCMP法により表面を削り取り、シリコン酸化膜111’とシリコン窒化膜103’がシリコン基板に対して水平となるように平坦化する。
【0035】
それから後は、LOCOS法によるトランジスタの製造方法と同様にシリコン窒化膜103’下の素子形成領域にトランジスタを形成していく。
【0036】
もうひとつの実施例として図2に基づき、説明する。
【0037】
まず、図2(a)に示すようにシリコン基板201上にドライ酸化またはウェット酸化により膜厚100Å〜200Åの熱酸化膜202を形成する。または、熱酸化膜202の代わりにCVD法によりシリコンオキシナイトライド膜202を堆積する。
【0038】
それから、膜厚1000Å〜2500Åのシリコン窒化膜203をCVD法により熱酸化膜202上に堆積する。
【0039】
更に、シリコン窒化膜203上にCVD法により膜厚1000Å〜2000Åのシリコン酸化膜204を堆積する。または、シリコン酸化膜204の代わりにCVD法によりシリコンオキシナイトライド膜204を堆積する。
【0040】
そして、フォトリソグラフィー法により素子分離予定領域のレジスト205を開口し、エッチングガスCHF3、CF4、Arの混合ガスを0.2〜0.5Torrの圧力下で素子分離予定領域のシリコン酸化膜204を選択的に除去する。
【0041】
次に、図2(b)に示すようにレジスト205を剥離した後、シリコン酸化膜204をマスクとしてエッチングガス CHF3、CF4、Arの混合ガスを0.4〜1Torrの圧力下で素子分離予定領域のシリコン窒化膜203と熱酸化膜202および、シリコン基板201を300Å〜1000Åの深さの浅い溝206を形成するようにエッチングする。
【0042】
ついで、図2(c)に示すように900℃以上でドライ酸化または、800℃以上でウェット酸化により膜厚100Å〜200Åの熱酸化膜207を露出したシリコン基板表面に形成する。
【0043】
本発明によれば、素子分離領域に接する素子形成領域の端部は熱酸化により、フォトリソグラフィー法により開口されたシリコン酸化膜204または、シリコンオキシナイトライド膜204および、シリコン窒化膜203の端部より、素子形成領域側に位置するようになる。
【0044】
また、シリコン酸化膜204または、シリコンオキシナイトライド膜204および、シリコン窒化膜203は庇状になり、素子分離領域に張り出してくる。
【0045】
しかし、熱酸化によって形成される熱酸化膜207は、結晶性の欠陥の回復が目的であるため、酸化膜厚は少なくてよい。
【0046】
したがって、素子形成領域を削る量に値する酸化膜厚は少なくできる。
【0047】
そして、図2(d)に示すようにCVD法によりシリコン酸化膜208を堆積する。
【0048】
次に、図2(e)に示すようにエッチングガス CHF3、CF4、Arの混合ガスを0.2〜0.5Torrの圧力下で素子分離予定領域のシリコン基板が露出するまでシリコン酸化膜208をエッチングする。結果的に素子分離予定領域に内側にシリコン酸化膜の側壁ができる。
【0049】
さらに、シリコン酸化膜208’をマスクとしてエッチングガス CHF3、CF4、Arの混合ガスを0.4〜1Torrの圧力下で素子分離予定領域のシリコン基板201を3000Å〜5000Åの深さに達する溝209を形成するようにエッチングする。
【0050】
本発明によれば、このエッチング時、シリコン酸化膜204または、シリコンオキシナイトライド膜204および、シリコン窒化膜203が庇状に素子分離領域側に位置する出っ張るようになる。
【0051】
そのため、エッチング時のダメージによる結晶性の欠陥は図2(c)に示されるシリコン基板の浅い溝の底部に発生する。
【0052】
したがって、トランジスタ特性に影響を与えるシリコン基板表面近傍かつ、素子形成領域の端部と結晶性の欠陥は遠くなるため、トランジスタ特性に影響を及ぼすことがない。
【0053】
ついで、図2(f)に示すように一旦、フッ酸溶液によりシリコン酸化膜208、208’をエッチングし、再度素子分離予定領域のシリコン基板表面を露出させる。
【0054】
それから、900℃以上でドライ酸化または800℃以上でウェット酸化により膜厚100Å〜200Åの熱酸化膜210を露出したシリコン基板表面に形成する。
【0055】
つづいて、図2(g)に示すようにCVD法によりシリコン酸化膜211を溝209を完全に埋め込むように堆積する。
【0056】
そして、図2(h)に示すようにCMP法により表面を削り取り、シリコン酸化膜211’とシリコン窒化膜203’がシリコン基板に対して水平となるように平坦化する。
【0057】
それから後は、LOCOS法によるトランジスタの製造方法と同様にシリコン窒化膜203’下の素子形成領域にトランジスタを形成していく。
【0058】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、トレンチを形成する際のマスクとしてのシリコン酸化膜または、シリコンオキシナイトライド膜および、シリコン窒化膜が庇状に素子分離領域側に出っ張り、エッチング時のダメージを防ぐことができる。
【0059】
したがって、トランジスタ特性に影響を与えるシリコン基板表面近傍かつ、素子形成領域の端部と結晶性の欠陥は遠くなるため、トランジスタ特性に影響を及ぼすことがないという効果を有する。
【0060】
また、その庇は熱酸化によって形成される熱酸化膜の膜厚の量で制御でき、素子形成領域が狭くなることを軽減できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法を工程に従って示した断面図。
【図2】本発明の半導体装置の製造方法を工程に従って示した断面図。
【図3】従来の半導体装置の製造方法を工程に従って示した断面図。
【図4】従来の半導体装置の製造方法を工程に従って示した断面図。
【符号の説明】
101,201,301,401・・・シリコン基板
102,104,202,204・・・シリコン酸化膜またはシリコンオキシナイトライド
103,103’,203,203’,303,403,403’・・・シリコン窒化膜
105,205,304,405・・・レジスト
106,108,206,407・・・浅い溝
107,110,207,210,302,306,402,406・・・熱酸化膜
109,209,305,409・・・深い溝
110,110’,208,208’,211,211’,307,307’,404,408,410,410’・・・CVD酸化膜
Claims (3)
- 半導体基板上に第1の酸化膜を形成する工程、
前記第1の酸化膜上にシリコン窒化膜を堆積する工程、
前記シリコン窒化膜上に第2の酸化膜を堆積する工程、
素子分離予定領域の上方の前記第2の酸化膜と前記シリコン窒化膜と前記第1の酸化膜
と、前記素子分離予定領域の前記半導体基板とをエッチングし、該半導体基板に第1の溝
を形成する異方性エッチング工程、
露出した前記半導体基板表面に熱酸化により第3の酸化膜を形成する工程、
ウェットエッチングにより前記第3の酸化膜を除去する工程、
前記第2の酸化膜をマスクとして前記異方性エッチングにより露出された前記半導体基板をエッチングし、前記第1の溝の側面の該半導体基板はエッチングされないよう前記第1の溝より深い第2の溝を形成する工程、
露出した前記半導体基板表面に熱酸化により第4の酸化膜を形成する工程、
前記第1の溝及び前記第2の溝に第5の酸化膜を埋め込む工程、を具備する、半導体装置の製造方法。 - 前記第1の酸化膜をシリコンオキシナイトライドにより形成する、請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の溝の深さは、第2の溝の深さの1/10以上である、請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法。
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