JPH0334426A - 埋め込み酸化膜の形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野］ この発明は、高密度集積回路に要する表面平坦性の精度
の高い埋め込み酸化膜の形成方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、溝堀り酸化膜埋め込み形分離、いわゆるＢＯＸ分
離工程は、ＬＯＧＯ３分離に変わる分離方式として注目
されている。これはシリコン基板の分離領域をエツチン
グして溝（段差）を形成し、ＣＶＤ法でシリコン酸化膜
を堆積し平坦化エッチバック工程を経てシリコン基板に
形成した溝にのみシリコン酸化膜を残す方法である。

従来の技術では、平坦化エッチバック工程での終点判定
が時間によるものであったため、埋め込みシリコン酸化
膜と能動領域のシリコンの段差にバラツキが出て素子特
性に悪影響を生じさせていた。

この問題を解消する従来例として特開昭６３−１９２２
３６号に開示されているように、埋め込みシリコン酸化
膜堆積前後にシリコン窒化膜を堆積し、エツチングの際
にＣＮラジカルの発光強度をモニタしてエツチングの終
点を検出するものが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、窒化膜をシリコン基板上に堆積すると基
板との整合性が悪く、応力によって基板にそりが生じて
しまうため、窒化膜とシリコン基板との間に応力を緩和
するための熱酸化膜を介さなければならず、これでは、
工程が多く複雑になる。

そこで、この発明は、上記従来の課題を解決するために
、工程が複雑になることなく、エッチバックの終点を検
出して埋め込み酸化膜を形成することができる方法を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この出願に係わる発明は、
溝を有する基板上にシリコン酸化膜を堆積し、次いで、
該シリコン酸化股上にレジスト膜を堆積して表面を平坦
にし、前記基板の表面が現れる時点でエツチングを終了
する。前記レジスト膜及び前記シリコン酸化膜のエッチ
バックを行う方法であって、前記シリコン酸化膜及び前
記レジスト膜とは組成が異なる異種組成の薄膜を介在さ
せ、当該異種組成の薄膜がエツチングされて生ずる活性
種の強度をモニタしながら前記溝内に素子分離用の埋め
込み酸化膜を形成する方法において、前記異種組成の薄
膜をリンガラス（ＰＳＧ）膜で形成し、該リンガラス膜
がエツチングされて生ずる特定活性種の強度をモニタし
ながら前記シリコン酸化膜及びレジスト膜のエツチング
を行い、当該特定活性種の強度のピークが終了した時点
を前記エッチバックの終点として検出する、ことを特徴
とするものである。

〔作用〕

リンガラス膜と基板との応力は、窒化膜と基板との応力
に比較して大幅に小さく、具体的には約ｌ／２０程度ま
で小さいため、リンガラス膜と基板との間に熱酸化膜を
介在して応力を緩和する必要がなくなる。

従って、熱酸化膜を形成することがないため、工程を短
縮して埋め込み酸化膜を形成できる。

尚、エッチバックの終点は、リンガラスがエツチングさ
れることによって生じる特定活性種の強度をモニタしな
がら前記シリコン酸化膜及びレジスト膜をエツチングし
、この活性種の強度のピークが終了した時点をエッチバ
ックの終点とすることにより、このエッチバックの終点
の検出が容易となる。

ここで、特定活性種とは、リンガラス膜のエツチングに
よって生じ、化学的に活性状態にあるイオン、ラジカル
等で、機器分析機によりその強度が検出可能なものを言
う。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を添付図面を参照することにより
詳説する。

第１図は、一実施例の工程を説明するための断面構成図
である。

第１図（１）の工程において、半導体シリコン基板１上
にＣＶＤ法によりリンガラス膜２を１５０ｎｍ堆積した
。この工程において、リンガラス膜２とシリコン基板１
との応力は小さいため、基板上に熱酸化膜を形成する工
程を省略してリンガラス膜２を形成しても基板１に反り
が発生しない。

次いで（２）の工程に移行し、上記リンガラス膜２上に
レジストパターンを形成してリンガラス膜２とシリコン
基牟反１とを８００ｎｍドライエツチングし、基板表面
に溝（段差部）３を形成する。

（３）の工程に移行し、減圧ＣＶＤ法を用いて、上記溝
３内に基板１と平坦に埋め込まれ素子分離領域となる埋
め込み用のシリコン酸化膜４を１１０００ｎ積層形戒す
る。この時、前記溝内にシリコン酸化膜が入り込み、溝
３上のシリコン酸化膜４の部分には、この溝に対応する
段差が形成される。

（４）の工程に移行し、後の工程でレジスト膜７を形成
するが、この工程の表面平坦化を完全にするためにレジ
ストパターン５を８００ｎｍの高さで上記段差部１０に
形成し、さらにこのレジストパターン５の表面にのみシ
リコン酸化膜６を２０ｎｍ形或する。このシリコン酸化
膜６を形成する工程は省略しても良い。

続いて、レジストコートしてレジスト膜７を形成するこ
とにより、表面を平坦化する。

次に（４）迄の工程を経て形成された膜構造を有する半
導体装置をドライエツチング法によってエッチバックを
行う。このエッチバックは次の（５）、　（６）の工程
で示すようにシリコン基板ｌの表面が現れるまで行い、
前記溝３内にのみ埋め込み用シリコン酸化膜４が存在し
、かつ、表面が平坦になるようにする。

このエッチバック際、エツチングガスの排気ガスを質量
分析計に導入し、排ガス中のリンイオンの強度のモニタ
を行う。

（５）の工程で示すように、エッチバックを進めて行く
と、レジスト膜７、シリコン酸化膜６、レジストパター
ン５及びリンガラス膜２上のシリコン酸化膜４がエツチ
ングされてリンガラス膜２が表面に露出するようになる
。

（４）の工程から（５）の工程に至る迄のリンイオン強
度のマスベクトルの経時変化を第２図に示す。

（５）の工程に示すように、最外表面にリンガラス膜２
が露出し始めるとエツチング排ガス中にリンガラス膜２
がエツチングされて生ずるリンイオンが混入するために
、リンイオン強度のマススペクトルの強度が急激に高く
なる。すなわち、リンイオン強度が急激に高くなった時
点（ｔｌ）が、リンガラス膜２が露出するまでエッチバ
ックが進んでいる状態である。

さらにエッチバックを進めて行くと、リンイオンの強度
が急激に低下しリンイオンの強度が基準線の値と等しく
なる。この時点（Ｌ２）が、（６）の工程図に示すよう
に、前記リンガラス膜２が１５０ｎｍエツチングされて
基板１の表面が露出し、基板１の溝３内にのみ埋め込み
用シリコン酸化膜４が基板と平坦に埋め込まれた状態で
ある。従って、第２図のリンイオン強度がピークが終了
した時点をエッチバックの終点としてエツチングを終了
すれば、基板１の溝３内にのみ埋め込み用シリコン酸化
膜４が基板と平坦に埋め込まれてなるＢＯＸ分離構造を
完成させることができる。

上記実施例では、第１図（１）の工程において、リンガ
ラス膜２を基板ｌ上に積層形成しているが、第３図に示
すように、基ｖｉｔ上に埋め込み用シリコン酸化膜４を
形成した後、該シリコン酸化膜上にリンガラス膜２を形
成することもできる。

この場合、リンガラス膜２の表面（第３図のＡ）までエ
ッチバックが進行すると、第４図のリンイオン強度の経
時変化のグラフに示すように、リンイオン強度が上昇し
始め、さらにエツチングを進めるにしたがって、リンイ
オン強度の第１のピーク４０が生じる。

さらに、エツチングが進行して、第５図に示すようにレ
ジストパターン５の下層に存在するリンガラス膜２０の
表面（第５図のＢ）までエッチバックが進行すると、−
度低下したリンイオンの強度が再度上昇に転じ、エツチ
ングの続行にしたがって第４図に示すようにリンイオン
強度の第２のピーク４１が発生する。

従って、この第２のピークの終了時点（ｔ、）をもって
エッチバックを終了すると、前記第１図（６）の工程で
示すと同様に基板１の溝３にのみ埋め込み酸化膜を平坦
に形成することができる。

上記実施例によれば、窒化膜を介在してエッチバックの
終点検出を行う従来例に比較して、基板と窒化膜との間
に熱酸化膜を形成しなくても良いため、埋め込み酸化膜
の形成工程を短縮することができる。

また、エッチバックの終点検出を質量分析計のリンイオ
ン強度のモニタに基づいているため、その終点の検出が
正確、かつ、精度良く行うことができるため、微細パタ
ーンを有する集積回路に要するエッチバック工程が精密
に再現性良く行え、さらには、リンイオン強度のピーク
の終点を自動的に検出する方式とすることにより、エッ
チバックを自動化することも可能になることから、埋め
込み酸化膜の形成における歩留まりを向上することがで
きる。

上記実施例では、リンイオン強度のモニタに質量分析方
法を用いているが、これに限定されずガスフ０フ１９９
フ４９発光分析方法等の他の機器分析方法を広く使用す
ることが可能である。

また、特定活性種としてリンイオンを用い、このリンイ
オンのの強度をモニタすることによってエッチバックの
終点を検出しているが、リンガラス膜にホウ素、　Ａｓ
、　Ｇｅ等をドープして、これらリン以外のイオンの強
度をモニタすることによってエッチバックの終点を検出
することも可能である。

また、リンガラス膜がエツチングされる過程で生ずるイ
オン以外の例えばラジカル等の特定活性種を用いて、エ
ッチバックの終点を検出することも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係わる埋め込み酸化膜の
形成方法によれば、基板との間で応力の少ないリンガラ
ス膜を介在させ、このリンガラス膜のエツチングによっ
て生ずる特定活性種をモニタしてエッチバックの終点を
検出しているため、基板とリンガラス膜との間に熱酸化
膜を形成する必要がない結果、工程を短縮した状態で基
板に形成された溝内にのみ埋め込み酸化膜を平坦に形成
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の工程を説明するための断
面構成図、第２図は、第１図の工程で行うエッチバック
の過程で生ずるリンイオン強度のマスベクトルの経時変
化を示すグラフ、第３図は、本発明の他の実施例の工程
で形成された半導体装置の膜構造の断面図、第４図は、
第３図の半導体装置をエッチバックする過程で生ずるリ
ンイオン強度のマススペクトルの経時変化を示すグラフ
、第５図は、第４図のグラフにおいてリンイオン強度の
第２のピークが生ずる時点における半導体装置の膜構造
断面図である。 図中、■はシリコン基板、２はリンガラス膜、３は溝、
４は埋め込み用シリコン酸化膜、５はレジストパターン
、６はシリコン酸化膜、７はレジスト膜、である。 虫□ 汐 図 臼 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）溝を有する基板上にシリコン酸化膜を堆積し、次
   いで、該シリコン酸化膜上にレジスト膜を堆積して表面
   を平坦にし、前記基板の表面が現れる時点でエッチング
   を終了する、前記レジスト膜及び前記シリコン酸化膜の
   エッチバックを行う方法であって、前記シリコン酸化膜
   及び前記レジスト膜とは組成が異なる異種組成の薄膜を
   介在させ、当該異種組成の薄膜がエッチングされて生ず
   る活性種の強度をモニタしながら前記溝内に素子分離用
   の埋め込み酸化膜を形成する方法において、前記異種組
   成の薄膜をリンガラス（ＰＳＧ）膜で形成し、該リンガ
   ラス膜がエッチングされて生ずる特定活性種の強度をモ
   ニタしながら前記シリコン酸化膜及びレジスト膜のエッ
   チングを行い、当該特定活性種の強度のピークが終了し
   た時点を前記エッチバックの終点として検出する、こと
   を特徴とする埋め込み酸化膜の形成方法。