JPH0268929A

JPH0268929A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0268929A
Application number: JP22020888A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kuroda; 英明黒田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1990-03-08
Anticipated expiration: 2013-03-04
Also published as: JP2722518B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はいわゆるＬ　ＯＣＯＳ　（ｌｏｃａｌ　ｏｘｔ
ｄａｔｉｏｎｏｆ　５ｉｌｉｃｏｎ）法等の半導体酸化
膜と耐酸化膜のパターンによって選択酸化を行う半導体
装置の製造方法に関し、特にバーズビークや基板への応
力の小さな素子分離領域の形成方法に関するものである
。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体領域上に半導体酸化膜と耐酸化膜が所
要のパターンに形成されて選択酸化により素子分離領域
が形成される半導体装置の製造方法において、耐酸化膜
の下部若しくは耐酸化膜と半導体層の積層膜の下部に、
その開口部側壁に半導体層を設けた半導体酸化膜を形成
して、選択酸化を行うことにより、バーズビークや基板
への応力を小さくすると共に、エツチング時の問題も解
決するものである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の素子間分離に用いられるフィールド酸
化膜等の素子骨＃領域の形成方法としては、選択酸化法
（いわゆるＬＯＣＯ３法）が−船に広く知られている。

この選択酸化法は、半導体領域上に酸化膜及び耐酸化膜
として機能する窒化膜を所要のパターンに形成し、マス
ク層のない領域を酸化させる方法である。ところが、従
来の選択酸化法では、フィールド酸化膜の膜厚に応じて
バーズビークが長くなり、高集積化に不利である等の問
題が生じていた。

そこで、その従来の選択酸化法を改良した選択酸化法が
いくつか提案されている。その１つは、シリコン酸化股
上にポリシリコン層を介してシリコン窒化膜を設けて、
これらをマスク層として選択酸化を行う方法であり、例
えば特開昭６１−７４３５０号公報、特開昭５６−７０
６４４号公報或いは特公昭６３−２３６５６号公報など
に記載される技術がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の間
にポリシリコン層を介在させる技術では、ポリシリコン
層の応力緩和の機能によってバーズビークを小さくする
ことが可能となるが、次のような問題がある。

すなわち、ポリシリコン層には、酸化のストレス等でピ
ンホールが形成される時が有り、ホットりん酸（Ｈ，Ｐ
Ｏ，）によるシリコン窒化膜の除去時に、バーズビーク
を抑えるために極めて薄くされたシリコン酸化膜（例え
ば膜厚５０人程度）にもピンホールが形成される。そし
て、ＫＯＨによるエツチングでポリシリコン層を除去す
ると、同時に、シリコン酸化膜のピンホールを介してシ
リコン基板もエツチングされてしまっていた。また、ポ
リシリコン層のエツチングの際に、ドライエツチングで
は薄いシリコン酸化膜も除去されることからＫＯＨを用
いている。しかし、生産的に可動イオンに゛を持ち込む
ことになり、歩留り等に影響する。

そこで、本発明は上述の選択酸化法にかかる技術的な課
題に鑑み、バーズビーク等を抑えながら、シリコン窒化
膜、ポリシリコン層等の除去時の問題も解決するような
半導体装置の製造方法を提供することも目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造
方法は、半導体領域上に半導体酸化膜と耐酸化膜が所要
のパターンに形成されて選択酸化により素子分離領域が
形成される半導体装置の製造方法であって、半導体酸化
膜の開口部側壁に半導体層を形成すると共にその半導体
層上及び半導体酸化膜上に耐酸化膜を形成して選択酸化
を行うことを特徴とし、或いは上記半導体酸化膜と耐酸
化膜の間及びその半導体酸化膜の開口部側壁に半導体層
を形成してから選択酸化を行うことを特徴としている。

これら発明において、半導体酸化膜の開口部側壁に設け
られる半導体層下に、上記半導体酸化膜よりも薄い半導
体酸化膜を形成する構成としても良い。

上記半導体酸化膜の開口部側壁は、選択酸化のマスク層
としての端部となる側壁であり、その側壁全部に半導体
層が形成されても良く、その側壁の一部のみに半導体層
が形成されるものでも良い。

材料の一例について列挙すると、半導体酸化膜としては
シリコン酸化膜、半導体層としてはポリシリコン層、耐
酸化膜としてシリコン窒化膜をそれぞれ用いることがで
きる。

〔作用〕

半導体酸化膜の開口部側壁に半導体層を形成することで
、その半導体層が選択酸化時のバーズビークによる応力
を緩和させることができ、同時にバーズビークの横方向
の拡がりを小さくさせる。

このために、バーズビークを抑えるために薄い酸化膜を
形成しなくとも良く、特に本発明にかかる方法では、そ
の半導体酸化膜の膜厚を十分に厚いものにすることがで
きる。従って、前述のピンホールの問題を解決すること
ができ、ドライエツチング等のエツチングも使用可能と
なる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

第１の実施例本実施例は、シリコン基板上に選択酸化によりフィール
ド酸化膜を形成する例であって、ポリシリコン層をシリ
コン酸化膜の側壁に形成する例である。以下、本実施例
をその工程に従って第１図ａ〜第１図ｄを参照しながら
説明する。

まず、第１図ａに示すように、フィールド酸化膜を形成
すべきシリコン基板１の表面にシリコン酸化膜２を形成
する。このシリコン酸化膜２は熱酸化等の手段により形
成され、その膜厚は５００Å以下程度とされる。これは
従来の５０人程度のパッド酸化膜の膜厚より十分に厚く
なる。次に、耐酸化膜としてのシリコン窒化膜３がシリ
コン酸化膜２上に積層される。このシリコン窒化膜３の
形成は、減圧ＣＶＤ法より行うことができ、その膜厚は
１０００〜１５００人程度にされる。

程度コン基板ｌ上にシリコン酸化膜２とシリコン窒化膜
３を積層した後、レジスト層４を用いたパターニングを
行う。レジスト層４は、選択露光によりフィールド酸化
膜の形成予定令頁域が開口され窓部５が形成されたパタ
ーンにされる。次に、異方性エツチングにより、シリコ
ン窒化膜３を窓部５の形状を反映して選択的に除去し、
シリコン窒化膜３の開口部６を形成する。この開口部６
の底部ではシリコン酸化膜２が露出する。このときシリ
コン酸化膜２をさらに除去させて、シリコン基板１の表
面が露出するようにしても良い。

次に、レジスト層４の剥離後、第１図すに示すように、
シリコン酸化膜２の等方性エツチングを行う。このシリ
コン酸化膜２の等方性エツチングは、例えば希弗酸液等
を用いながら行うことができ、シリコン酸化膜２の開口
部側壁８をエツチングにより横方向に後退させて、その
開口部側壁８の開口側のシリコン窒化膜３とシリコン基
板１の間に空隙部７を形成することができる。ここで、
その空隙部７の横方向の後退量は、例えば数百〜数千人
程度のサイズとされる。

次に、減圧ＣＶＤ法を用いて全面に半導体層であるポリ
シリコン層９を形成し、上記空隙部７をそのポリシリコ
ン層９によって埋める。そして、第１図Ｃに示すように
、そのポリシリコン層９を等方的なエツチングして空隙
部７の内部のシリコン酸化膜２の開口部側壁８にのみポ
リシリコン層９を残す。ここで、ポリシリコン層９の全
面への形成以前に、全体を薄（（例えば５０Å以下）酸
化して薄い酸化膜１０をシリコン基板ｌの表面に形成す
ることもできる。この場合には、バーズビークが多少長
くなるが、ポリシリコン層９のエツチングの終点検出が
容易となる。このため、第２図に示すように、シリコン
基板１をオーバーエツチングしてしまうことも未然に防
止される。また、逆に、シリコン酸化膜２の開口部側壁
８にポリシリコンＮ９を充填しながら、シリコン基板１
の表面を所要の深さ削って、次の選択酸化の工程で、平
坦なフィールド酸化膜を形成するようにしても良い。

次に、第１図ｄに示すように、酸化を行ってシリコン酸
化膜からなるフィールド酸化膜１１を開口部６の底部に
形成する。埋めこまれたポリシリコン層９は酸化されて
シリコン酸化膜の一部となる。この時、シリコン酸化膜
２の開口部側壁部８にポリシリコン層９が存在するため
に、バーズビークの成長が抑制され、しかもそのポリシ
リコン層９が酸化の成長の緩衝層として機能して、シリ
コン窒化膜３の上記開口部６での応力が緩和される。従
って、微細なフィールド酸化膜１１を容易に得ることが
でき、半導体装置の高集積化に有利となる。

このようなフィールド酸化膜１１の形成後、通常の選択
酸化法と同様に、ホットりん酸（Ｈ，ＰＯ２）を用いて
シリコン窒化膜３を除去し、続いてシリコン酸化膜２を
除去する。即ち、ポリシリコン層の除去のためのプロセ
スは不要である。

このような半導体装置の製造方法によって、何ら前述の
ピンホールやＫＯＨの問題なく、バーズビークの小さな
フィールド酸化膜１１を得ることができ、その応力もポ
リシリコン層９によって緩和されることになる。

なお、本実施例では、半導体層にポリシリコン層を用い
たが、必要に応じて他の材料層を用いることができる。

第２の実施例本実施例は、選択酸化によってシリコン基板上にフィー
ルド酸化膜を形成する例であり、そのマスク層がシリコ
ン酸化膜、ポリシリコン層、シリコン窒化膜により構成
される例である。本実施例をその工程に従って説明する
。

まず、第３図ａに示すように、シリコン基板２１上にシ
リコン酸化［２２が形成される。このシリコン酸化膜２
２の形成は、熱酸化等の手段によって行うことができ、
その膜厚は１００Å以上のＫＯＨによるエツチングに耐
える程度の厚みとされる。従来のパッド酸化膜の膜厚は
５０人程度であり、このソリコン酸化膜２２はそれと比
較して十分に厚く形成される。次に、そのシリコン酸化
膜２２の上部にポリシリコン層２３を形成し、さらにそ
のポリシリコン層２３上に減圧ＣＶＤ法からシリコン窒
化１１＊２４を形成する。ここで、ポリシリコン層２３
の膜厚は５００人程程度あり、シリコン窒化膜２４の膜
厚は１０００〜１５００人程度とされる。

程度、第３図すに示すように、シリコン窒化膜２４上に
、レジスト層２５を形成し、このレジスト層２５を選択
露光してエツチングのマスクを得る。このレジスト層２
５のパターンは、フィールド酸化膜が形成される予定の
領域で開口部２６が形成される。そして、そのレジスト
層２５をマスクとじて異方性エツチングを行い、シリコ
ン窒化膜２４をバターニングする。すなわち、開口部２
６のパターンを反映した開口部２７が形成される。

この時シリコン窒化膜２４の下部のポリシリコンＮ２３
が、シリコン窒化ＩＰＪ２４のエツチングのストッパー
として機能する。

このようにシリコン窒化膜２４のパターニングの後、レ
ジスト層２５を剥離し、ポリシリコン層２３を等方的に
エツチングする。この等方的なエツチングによって初め
にポリシリコン層２３の側壁が横方向に後退する。後退
量は、−例として５００人程程度されるが、あまり後退
させる量が多い場合には、フィールド酸化時にそのポリ
シリコン層２３の部分を酸化することができなくなるた
め、条件に応じ適度の後退量とすることが好ましい。続
いて、弗酸でエツチングを行い、シリコン基板２１の表
面のシリコン酸化膜２２を除去する。

このとき後退させたポリシリコン層２３がある領域では
シリコン酸化膜２２はエツチングされず、従って、開口
部２７よりもポリシリコン層２３の側壁が後退した分だ
けシリコン酸化膜２２が後退して除去されることになる
。その結果、シリコン窒化膜２４とシリコン基板２１の
間には、空隙部が形成され、ポリシリコン層２３の側壁
の位置を反映したシリコン酸化膜２２の開口部側壁３１
が形成されることになる。

このようなシリコン酸化膜２２を後退させた後、第３図
Ｃに示すように、例えば減圧ＣＶＤ法を用いて全面に半
導体層であるポリシリコン層２８を形成し、上記空隙部
をそのポリシリコン層２日によって埋め、開口部側壁３
１にポリシリコン層２８を形成する。なお、このポリシ
リコンＭ２Ｂの形成前に、シリコン基板２１上に薄い（
例えば５０人程度）シリコン酸化膜３０を形成しても良
く、その場合には、第４図に示すように、次のポリシリ
コンＮ２８のエツチング工程での終点検出に用いること
ができるようになる。

次に、第３図ｄに示すように、空隙部以外のポリシリコ
ン層２８を除去する。このポリシリコン層２８の除去は
、例えば等方性エツチングによって行うこともでき、異
方性エツチングによって行っても良い。これらのエツチ
ングで不要なポリシリコンＮ２８を除去する場合には、
ある程度シリコン基板２１が除去されても良い。また、
積極的にシリコン基板２１をエツチングして平坦なフィ
ールド酸化膜を得るようにしても良い。異方性エツチン
グによる場合には、レジスト膜を平坦化のために設け、
そのレジスト膜とポリシリコン層２８のエツチングレー
トと同じにしてエツチングすることができる。この異方
性エツチングの時には、シリコン窒化膜２４のエツチン
グの防止のために、予めシリコン窒化膜２４上にＣＶＤ
法によってシリコン酸化膜を形成しておいても良い。こ
のようなエツチングによって、ポリシリコン層２日の形
状は、シリコン基板２１の表面上で上記シリコン酸化膜
２２の開口部側壁に残されたものとなる。

次に、第３図ｅに示すように、酸化を行ってシリコン酸
化膜からなるフィールド酸化膜２９を開口部２７の底部
に形成する。埋めこまれたポリシリコン層２８は酸化さ
れてシリコン酸化膜の一部となる。この時、ポリシリコ
ン層２８の存在から、バーズビークの成長が抑制され、
しかもそのポリシリコン層２日が酸化の緩衝層として機
能して、シリコン窒化膜２４の応力が緩和され、基板へ
のダメージが抑えられることになる。従って、微細なフ
ィールド酸化膜２９を容易に得ることができ、素子の高
集積化に有利となる。

このようなフィールド酸化膜２９の形成後、通常の選択
酸化法と同様に、ホットりん酸（Ｈ，ＰＯ，）を用いて
シリコン窒化膜２４を除去する。

このとき仮にポリシリコン層２３にピンホールがあった
としても、その下部のシリコン酸化膜２２が比較的厚（
形成されているために、そのピンホールは基板まで至ら
ない、従って、次にポリシリコン層２３を除去しても基
板まで除去されるような問題は生じない。このポリシリ
コンＮ２３の除去はＫＯＨを用いても良いが、シリコン
酸化膜２２が厚いため、ドライエツチングによって除去
しても良い、ドライエツチングによってポリシリコン層
２３を除去した時では、Ｋ゛の可動イオンの問題も抑え
ることができる。以下、ゲート酸化等の所要のプロセス
を経て、所望の半導体装置を完成する。

このような本実施例の半導体装置の製造方法では、シリ
コン酸化膜２２の開口部側壁に設けたポリシリコン層２
８が、選択酸化の際に、緩衝層として機能するために、
バーズビークの成長が抑えられ、同時に応力も緩和され
る。また、シリコン酸化膜２２の膜厚を極めて薄くする
必要がないために、ピンホールや可動イオンの問題を解
決できる。

能することから、バーズビークを小さくすることができ
、応力を緩和させることができる。また、半導体層によ
ってバーズビークの成長を抑えるため、基板上の半導体
酸化膜の膜厚を極めて薄くする必要がなくなり、従って
、エツチング時の問題を解決することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜第１図ｄは本発明の半導体装置の製造方法の
一例をその工程に従って説明するためのそれぞれ工程断
面図、第２図はその一例の変形例の工程断面図、第３図
ａ〜第３図ｅは本発明の半導体装置の製造方法の他の一
例をその工程に従って説明するためのそれぞれ工程断面
図、第４図はその他の一例の変形例の工程断面図である
。〔発明の効果〕本発明の半導体装置の製造方法は、上述のように半導体
酸化膜の開口部側壁に半導体層が形成され、この半導体
層が選択酸化時の緩衝層として機１．２１・・・シリコ
ン基板２．２２・・・シリコン酸化膜３．２４・・・シリコン窒化膜９．２３．２８・・・ポリシリコン層８゜３１・・・開口部側壁

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体領域上に半導体酸化膜と耐酸化膜が所要の
パターンに形成されて選択酸化により素子分離領域が形
成される半導体装置の製造方法において、半導体酸化膜の開口部側壁に半導体層を形成すると共に
、その半導体層上及び半導体酸化膜上に耐酸化膜を形成
して、選択酸化を行うことを特徴とする半導体装置の製
造方法。
（２）半導体領域上に半導体酸化膜と耐酸化膜が所要の
パターンに形成されて選択酸化により素子分離領域が形
成される半導体装置の製造方法において、上記半導体酸化膜と耐酸化膜の間及びその半導体酸化膜
の開口部側壁に半導体層を形成して、選択酸化を行うこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
（３）半導体酸化膜の開口部側壁に設けられる半導体層
下に、上記半導体酸化膜よりも薄い半導体酸化膜を形成
することを特徴とする請求項第（１）又は（２）項記載
の半導体装置の製造方法。