JPH0294630A - 微細エッチング法 - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、微細エツチング法に関する。さらに詳しく
は、各種半導体デバイスやその材料の表面酸化ケイ素膜
に微細なパターンを形成するための方法に関する。この
発明のＪ、ツチング法は、ことに半導体デバイスの素子
分離領域を形成する際の素子分離間隔を規制４”る累Ｙ
・表面のベターユング法として有用である。

（ロ）従来の技術 複数の素子が集合した半導体デバイスにおいては、各素
子間に絶縁体からなる素子分離領域が形成される。そし
て、かかる素子分離領域の形成方法としてシリコン窒化
膜を用いた選択酸化法（ｔ、　ｏ　ｃ　ｏ　ｓ法）が−
船釣に用いられている。この選択酸化法は、窒化ケイ素
膜をマスクとして、露出するシリコン半導体ｈｒｓ板面
に素子分離領域を形成する厚い酸化ケイ素の層を熱酸化
により形成する方法である。そしてより具体的には、第
２図（イ）に示されるように素子分離の対象となるシリ
コン半導体基板【表面に酸化ケイ素膜２を形成し、ざら
にこの」二に窒化ケイ素膜の形成及びホトリソグラフィ
と異方性エツチングによる素子分離用パターニングを行
ってマスクとなる所定のパターンの窒化ケイ素膜３を形
成し、次いでこれを熱酸化条件に付して第２図（ロ）に
示されるごとき肉厚の酸化ケイ素の層８を形成する方法
が汎）１１されている。

かかる方法において、素子分離幅（Ｘ）は、窒化ケイ素
膜３のパターニング時のホトリソグラフィにおける投影
露光装置による描画によって決定されることとなる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 素子の高集積化、小型化に伴い、水子分離領域の幅（ｘ
）をより小さくすることが要求され、ことにザブミクロ
ン領域の幅の素子分離が必要となっている。

しかしながら、上記従来の素子分離法においては、投影
露光装置の能力限界により、ザブミク〔ノン幅のパター
ニングが困ａｔである。例えば、通常の可視−紫外光を
用いたホトリソグラフィでは、ぜいぜい０．６〜０．７
μｍの幅のパターニングを行えるにすぎず、これ以下の
幅の微細な素子分離領域を形成することは困難であった
。

そして、このようなパターニング幅の限界に基づく不都
合は、上記素子分離領域についてのみならず、素子表面
のコンタクト領域の形成等の微細なエツチングやパター
ニングを行う場合にも設計上の制限として生じるらので
あった。

この発明は、かかる状況下なされ）こ乙のであり、こと
に、従来法に比してより微細な幅のエツチングを行うこ
とができ、ことに前述した微細な素子分離領域の形成時
の表面パターニングに応用できる酸化ケイ素膜のエツチ
ング法を提供しようとするものである。

（ニ）課題を解決するための手段 かくしてこの発明によれば、（ａ）酸化ケイ素膜上に、
窒化ケイ素膜を形成する工程、（ｂ）この窒化ケイ素膜
を部分的にエツチング除去してパターニングする工程、
（ｃ）得られたパターン形成面上に多結晶シリコンを堆
積さＵた後、この堆積層をエツチングすることにより、
上記パターンを構成する窒化ケイ素膜の側縁にｉｔ″ｔ
って多結晶シリコンによるスペーサ領域を残仔形成する
工程、（（ｂ）上記窒化ケイ素膜及び多結晶シリコンの
スペーサ領域をマスクとして下部の酸化ケイ素模をエツ
チング除去する工程、からなる微細エツチング法が提供
される。

この発明の微細エツチング法は、窒化ケイ素膜をマスク
として下部の酸化ケイ素膜を微細エツチングできる方法
である。

この発明の方法における工程（ａ）は酸化ケイ素膜」−
に窒化ケイ素膜を形成する工程からなる。酸化ケイ素膜
は、適当な基体１−に形成されたものが用いられ、例え
ば、シリコン基板上に直接形成された形態、シリコン基
板上に窒化ケイ素膜や他の酸化ケイ素膜又はその混合層
を育する基体上に形成された形感のいずれであってもよ
い。ここで窒化ケイ素膜の形成は、ＣＶ　Ｉ）法で行う
のが適している。

工程（Ｉ））は、上記窒化ケイ素膜をパターニングｊ゛
る工程からなる。パターニングは、ホトレジストを用い
たホトリソグラフィにより行われる。この際の窒化ケイ
素膜のエツチング（よ反応性イオンエツチング（以下、
ｌ　Ｉ　Ｅ　）のような鬼方性エツチングで行うのが適
しており、ことに、下層の酸化ケイ素膜を浸食すること
なく選択的に窒化ケイ素膜をエツチングできる点で、四
塩化炭素、りＣｌロホルムのごときクロ〔１カーボン系
のガスを用いたＲＩＥで行うのが適している。

工程（Ｃ）は、酸化ケイ素ネ」−にパターン形成された
窒化ケイ素膜の側縁に沿って多結晶シリコンによるスペ
ーサ領域を形成する工程からなる。かかるスペーサ領域
は、パターン形成面に、公知のＣＶＤ法によって多結晶
シリコンの堆積層を形成し、これをエツチングすること
により形成することができる。エツチングは、窒化ケイ
素膜」ユの多結晶シリコンが完全に除去され、通常、窒
化ケイ素膜が露出する進行われ、エツチング手法は、ｎ
ｉ７述したクロロカーボン系のガスを用いたＩｔ　Ｉ　
Ｅを適用ケるのが適している。まｌこ多結晶シリコンの
堆積厚みはパターンの幅によっても異なるが、サブミク
ロンの幅を意図する場合には、１０００〜４０００人程
度が適している。このような厚みの多結晶シリコン堆積
層のエツチングを窒化ケイ素膜前が露出する迄行うこと
により、酸化ケイ素膜上の多結晶シリコン堆積層もエツ
チング除去されるが、窒化ケイ素膜と酸化ケイ素膜の段
差により、窒化ケイ素膜の側縁部に多結晶シリコンを残
存さ０゛ることかできる。かかる縁部の多結晶シリコン
は、窒化ケイ素膜によるパターンの幅を狭める一種のス
ペーサとして働く。例えば、前述した厚みの多結晶シリ
コンを用いた場合には、スペーサとして０．０５〜０．
４μｍ程度の幅のものを残存形成することができる。

このようにして窒化ケイ累のホトリソグラフィよりも微
細な幅のバターニングが行われた後、窒化ケイ素膜及び
多結晶シリコンスベーザをマスクとして酸化ケイ素膜の
エツチングが行われろ。この際のエツチングは、酸化ケ
イ素膜を選択的にエツチングでき、実質的に窒化ケイ素
や多結晶シリコンをエツチングしない条件で行うのが適
しており、通常、トリフルオロメタン、ジフルオ〔１メ
クン等のフルオロカーボン系のガスを用いたＩｔ　Ｉ　
Ｅで行うのが適している。これにより、酸化ケイ素膜に
対してホトリソグラフィの限界を超えた微細幅のエツチ
ングを行うことが可能となる。

この発明の微細エツチング法を応用することにより、微
細な素子分離領域を形成することができる。かかる方法
は、素子分離を意図するシリコン基板上に、酸化ケイ素
膜及び窒化ケイ素膜をこの順に積層してなる選択酸化用
の基体を対象とし、この窒化ケイ素膜のパターニングを
、この発明の酸化ケイ素膜のエツチング法を利用して微
細に行うことを特徴とする。叩ら、上記選択酸化用基体
上（窒化ケイ素膜上）に対象となる上部酸化ケイ素膜を
形成し、この酸化ケイ素膜をこの発明の方法によって微
細エツチングした後、この酸化ケイ素膜をさらに一種の
マスクとして下部の窒化ケイ素膜のエツチングを行い、
次いでＬ　ＯＣＯＳ　法ニよる選択酸化を行って肉厚酸
化ケイ素層による素子分離領域を形成４°る方法である
。この際の各エツチング法は各材料に適した前述した条
件を採用することができる。また、選択酸化法自体は、
公知の方法を応用することができる。

（ホ）作用 パターンを構成する窒化ケイ素膜の側縁に形成される多
結晶シリコンのスペーサ領域は、窒化ケイ素膜のパター
ン間幅を狭めるよう作用するため、従来形成か困難であ
った微細な幅のエツチングが可能となる。そしてかかる
微細な幅のエツチングパターンを利１１１することによ
り、微細な素子分離領域の形成を行うことが可能となる
。

（へ）実施例 以下、この発明の微細エツチング法を利用して、微細な
素子分離領域を形成した実施例について説明する。

まずシリコン基板■こ熱酸化により数百人の酸化ケイ素
膜２を成長させ、この上に約２０００人の窒化ケイ素膜
３をＣＶＤ法（原料ガス：５ｉｌｌａとＮ　Ｈ、）で成
長さ仕た。この」ユにさらにＣＶＤ法Ｉとより酸化ケイ
素膜４を酸化ケイ素膜２と同じ膜厚で堆積し、さらに窒
化ケイ素膜５を窒化ケイ素膜３と同じ膜厚で成長さＵ゛
た（第１図（ａ）参照）。

ここで、酸化ケイ素膜２と窒化ケイ素膜３は選択酸化用
のものであり、酸化ケイｆ、膜４はこの発明のエツチン
グ対象となる膜であり、窒化ケイ素膜５は、酸化ケイ素
膜４のエツチング用マスクとなるものである。

次いで、窒化ケイ素膜５上に、感光性樹脂からなるホト
レジストを塗布し、これを素子分離領域に対応する所定
パターンに露光現像した後、四塩化炭素を反応性ガスと
するｒｌｌＥ法により窒化ケイ素膜５をエツチングして
第１図（ｂ）に示すごとく幅（ｘ）が０．８μｍの溝状
のパターンを形成した。

レジスト６が除去した後、パターン面全体にＣＶＤ法（
原料ガス：　Ｓ　ｉ　［！、）により多結晶シリコンを
堆積（堆積厚み２５００人）し、次いで上記と同じＲＩ
Ｅ法でエツチングを行い、窒化ケイ素膜５か露出した時
点でエツチングを停止することにより、第１図（ｃ）に
示すごとくパターン化された窒化ケイ素膜５の側縁に沿
って幅（ｙ）が０．２μ−の多結晶シリコンの帯状層（
スペーサ７）を残存形成させ八〇これにより、酸化ケイ
素膜４の露出面の幅は、（ｘ−２ｙ）、即ち０．４ｕｒ
ｎに狭められている。

この状態で、窒化ケイ素膜５及びスーペーザ７をマスク
として、酸化ケイ素膜４の異方性エツチングを行った。

エツチングは、トリフロオ口メタンを反応性ガスとして
用いたｆｌ　Ｉ　Ｅ法で行った。

これにより第１図（ｄ）に示すごとく酸化ケイ素膜４に
幅（ｘ−２ｙ）の微細エツチングを行うことができた。

即ち、ホトリソグラフィによる描画の限界よりら２ｙ狭
い幅の微細エツチングを行うことができる。

この実施例においては、微細エツチング加工された上記
酸化ケイ素膜４をマスクとして、さらに窒化ケイ素膜３
のパターニング並びに選択酸化による素子分離領域の形
成が行われる。即ち、第１図（（Ｉ）の状態で四塩化炭
素を反応性ガスとするＩｔＩＥ法を行うことにより、窒
化ケイ素膜３の露出面がエツチングされ、この際同時に
、酸化ケイ素膜４上の窒化ケイ素膜５、スペーサ７もエ
ツチング除去される（第１図（ｃ）参照）。次いで、ト
リフロオｃ１メタンのＩｔ　ｌ　ＩＥにより、表面の酸
化ケイ素膜４及び下層の酸化ケイ素膜２の露出面をエツ
チング除去することにより、シリコン基板の選択酸化さ
れるべき部分が露出され、ごの状態で約１０００℃下（
ＩＩ、Ｏガス雰囲気下）で選択酸化処理を行うことによ
り、第１図（ｒ）に示されるごとく、従来よりも狭い素
子分離幅（ｘ−２ｙ）に対応する肉厚の酸化ケイ′＋！
、層８が形成されることとなる。

（ト）発明の効果 この発明の微細エツチング法によれば、従来のホトリソ
グラフィでは形成困難であったサブミクロン域の狭幅の
パターニングを行うことができる。

そしてこのエツチング法を利用することにより、微細な
素子分離領域を形成することしできる。従って、この発
明の方法は、高集積化、小型化が要求される半導体デバ
イスの分身において極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（４）は、この発明の微細エツチング法
を利用した微細な素子分離領域を形成する工程を順次示
す説明図、第２図（イ）（ロ）は、従来の素子分離領域
を形成する工程を示す説明図である。 ！１ｍ Ｉ・・・・・・シリコン基板、 ３・・・・・・窒化ケイ素膜、 ５・・・・・・窒化ケイ素膜、 ７・・・・・・スペーサ、 ２・・・・・・酸化ケイ素膜、 ４・・・・・・酸化ケイ素膜、 ６・・・・・・レジスト、 ８・・・・・・酸化ケイ素層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）酸化ケイ素膜上に、窒化ケイ素膜を形成する
   工程、 （ｂ）この窒化ケイ素膜を部分的にエッチング除去して
   パターニングする工程、 （ｃ）得られたパターン形成面上に多結晶シリコンを堆
   積させた後、この堆積層をエッチングすることにより、
   上記パターンを構成する窒化ケイ素膜の側縁に沿って多
   結晶シリコンによるスペーサ領域を残存形成する工程、 （ｄ）上記窒化ケイ素膜及び多結晶シリコンのスペーサ
   領域をマスクとして下部の酸化ケイ素膜をエッチング除
   去する工程、 からなる微細エッチング法。