JPH05183050A

JPH05183050A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH05183050A
Application number: JP35828691A
Authority: JP
Inventors: Takashi Noguchi; 隆野口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 1993-07-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】従来のＬＯＣＯＳ法に代わり、微細な半導体装
置の製造に適し、プロセス的に安定しており、再現性が
良くスループットの大きな素子分離領域の形成方法、及
びその際の使用に適したマスク材料を提供する。【構成】本発明の半導体装置の製造方法は、（イ）第１
の窒化シリコン膜２２、シリコン膜２４、及び第２の窒
化シリコン膜２６の３層からなるマスク材料２０をシリ
コン基板１０上に形成した後、該マスク材料２０をパタ
ーニングしてシリコン基板を選択的に露出させる工程
と、（ロ）酸素又はオゾン雰囲気中で、該露出部分１４
に紫外線を照射してシリコンを酸化することにより素子
分離領域１２を形成する工程から成る。マスク材料は、
窒化シリコン膜２２、シリコン膜２４、及び窒化シリコ
ン膜２６の３層から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方
法、更に詳しくは、半導体装置の素子分離領域の形成方
法及びかかる方法での使用に適したマスク材料に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置においては同一の基板上に多
くのトランジスタやダイオード等の回路素子が互いに近
接して形成される。基板は半導体であるため、そのまま
では回路素子間に基板を介して導通が生じてしまう。こ
のような回路素子間の分離を行うために素子分離領域を
形成する必要があるが、従来、素子分離領域の形成はＬ
ＯＣＯＳ法で行われている。

【０００３】ＬＯＣＯＳ法は、シリコン基板表面にシリ
コン酸化膜を形成した後、素子分離領域以外の領域に窒
化シリコン膜を堆積させる。次いで、１０００〜１２０
０゜Ｃの水蒸気雰囲気中でシリコン基板表面を酸化させ
る。これによって、露出したシリコン基板表面領域には
厚いシリコン酸化膜が形成され、この領域が素子分離領
域となる。

【０００４】ＬＯＣＯＳ法では、厚いシリコン酸化膜の
膜厚の約半分がシリコン基板内に埋置されて形成される
が、同時に水平方向にも酸化が進行するために、所謂バ
ーズピークが形成される。このバーズビークは、半導体
素子の最小間隔を制限するので、半導体装置の集積度を
向上させる上で大きな問題となっている。即ち、ＬＯＣ
ＯＳ法は今後の微細な半導体装置の製造に適用すること
が困難であると考えられている。

【０００５】それ故、ＬＯＣＯＳ法の問題を解消するた
め、例えば特開平１−２０５５５３号公報に開示された
素子間分離方法が提案されている。この素子間分離方法
は、（Ａ）シリコン基板上に、窒化シリコンから成る薄
い第１耐酸化層を形成する工程と、（Ｂ）第１耐酸化層
上に二酸化ケイ素から成る応力緩和層を形成する工程
と、（Ｃ）応力緩和層上に窒化シリコンから成る第２耐
酸化層を形成する工程と、（Ｄ）これらの３層をシリコ
ン基板の素子形成領域を囲む位置で除去し、シリコン基
板を露出させる工程と、（Ｅ）露出したシリコン基板を
酸化して素子分離層を形成する工程、から成る。そし
て、シリコン基板は熱酸化処理にて酸化される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような方法におい
ては、シリコン基板に素子分離層を形成した後、第２耐
酸化層、応力緩和層、第１耐酸化層を除去するが、応力
緩和層を除去することが困難である。二酸化ケイ素から
成る素子分離層に損傷を与えることなく、二酸化ケイ素
から成る応力緩和層を除去することが困難なためであ
る。

【０００７】また、シリコン基板は熱酸化処理によって
酸化されるので、素子形成領域近傍の第１耐酸化層で被
覆されたシリコン基板にも熱が伝わり、かかる部分のシ
リコン基板も酸化される。従って、形成された素子分離
層は所望の大きさよりも大きくなり、設計通りの微細な
半導体装置の製造が困難になる。

【０００８】従って、本発明の目的は、従来のＬＯＣＯ
Ｓ法に代わり、しかも特開平１−２０５５５３号公報に
記載された素子分離方法を改良した、微細な半導体装置
の製造に適し、プロセス的に安定しており、再現性が良
くスループットの大きな素子分離領域の形成方法を提供
することにある。また、本発明の別の目的は、かかる素
子分離形成方法での使用に適したマスク材料を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、図１に示
すように、（イ）第１の窒化シリコン膜２２、シリコン
膜２４、及び第２の窒化シリコン膜２６の３層からマス
ク材料２０をシリコン基板１０上に形成した後、該マス
ク材料２０をパターニングしてシリコン基板を選択的に
露出させる工程と、（ロ）酸素又はオゾン雰囲気中で、
該露出部分に紫外線を照射してシリコンを酸化すること
により素子分離領域１２を形成する工程、から成ること
を特徴とする半導体装置の製造方法によって達成するこ
とができる。

【００１０】シリコンの酸化処理は酸素又はオゾン雰囲
気中で行う必要があるが、これらのガスを単独で使用し
ても、これらのガスと窒素ガス等の不活性ガスとの混合
ガスを使用してもよい。

【００１１】シリコン基板の露出部分に紫外線を照射す
るためには、エキシマレーザを使用することができる。
エキシマレーザの波長は、例えば１９３ｎｍとすること
が好ましい。

【００１２】本発明の素子分離領域の形成方法への適用
に適したマスク材料２０は、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）
膜２２、シリコン膜２４、及び窒化シリコン膜２６の３
層から成ることを特徴とする。これらの膜はＣＶＤ法で
シリコン基板の表面に形成することができる。下層の窒
化シリコン膜２２の厚さは４０ｎｍ乃至２００ｎｍ、シ
リコン膜２４の厚さは５０ｎｍ乃至３００ｎｍ、窒化シ
リコン膜２６の厚さは４０乃至２００ｎｍであることが
好ましい。

【００１３】

【作用】本発明の素子分離領域の形成方法においては、
シリコン基板の素子分離領域を形成しない領域はマスク
材料２０で被覆され、素子分離領域を形成すべき領域の
みが選択的に露出される。酸素又はオゾン雰囲気下、か
かる素子分離領域を形成すべき領域に紫外線を照射す
る。紫外線は直進性があるため、シリコン基板の水平方
向には熱が伝わり難い。それ故、シリコン基板の露出し
た部分にのみ素子分離領域１２が形成され、マスク材料
で被覆された部分に素子分離領域が形成されることはな
い。

【００１４】また、本発明のマスク材料は３層より成
る。シリコン基板表面に形成される第１の窒化シリコン
膜２２は、下地であるシリコンの酸化を防止する。中間
層であるシリコン膜２４は紫外線の吸収層であり、下層
に熱損傷が発生することを防止する。上層の第２の窒化
シリコン膜２６は、中間層であるシリコン膜２４の酸化
を防止する。中間層はシリコン膜であるが故に、素子分
離領域形成後、シリコン酸化物から成る素子分離領域１
２に損傷を与えることなく、中間層のシリコン膜のみを
容易に除去することができる。かかるシリコン膜２４が
酸化されてシリコン酸化膜になってしまうと、シリコン
酸化物から成る素子分離領域１２に損傷を与えることな
く、中間層のシリコン酸化膜のみを除去することが困難
になる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を実施例に基づ
き説明する。

【００１６】先ず、図１の（Ａ）に示すように、シリコ
ン基板１０の表面に本発明のマスク材料２０を形成す
る。マスク材料２０は３層にて構成されており、その最
下層は厚さ１００ｎｍの第１の窒化シリコン（Ｓｉ
₃Ｎ₄）膜２２から成る。また、中間層は厚さ２００ｎｍ
のシリコン膜２４から成る。更に、最上層は厚さ１００
ｎｍの第２の窒化シリコン膜２６から成る。第１及び第
２の窒化シリコン膜２２，２６及び中間層のシリコン膜
２４は、それぞれ、従来技術により、例えば減圧ＣＶＤ
法にて形成することができる。

【００１７】次に、フォトリソグラフィ技術を用いてマ
スク材料２０をパターニングした後、リアクティブ・イ
オン・エッチング（ＲＩＥ）によってマスク材料２０を
エッチングし、シリコン基板の素子分離領域を形成すべ
き領域１４を選択的に露出させる（図１の（Ｂ）参
照）。尚、ここで、必要に応じて領域１４に、例えば閾
値を制御するためのイオン注入を行うことができる。

【００１８】次いで、このように処理したシリコン基板
１０をチャンバ内に置き、チャンバを酸素ガスで満た
し、チャンバに設けられた石英窓を通してシリコン基板
１０に紫外線をパルス状に照射する。紫外線はエキシマ
レーザによって発生させることが好ましい。尚、効率の
面から、２４８ｎｍ（ＫｒＦ）よりも１９３ｎｍ（Ａｒ
Ｆ）の方が望ましい。また、同時に、シリコン基板１０
をランプを使用して４００〜６００゜Ｃに加熱すること
が、反応速度を早くする上で望ましい。シリコン基板の
露出部分１４は紫外線に暴露されることによって酸化さ
れ、シリコン酸化物から成る素子分離領域１２が形成さ
れる（図１の（Ｃ）参照）。

【００１９】その後、マスク材料２０の第２の窒化シリ
コン膜２６を熱リン酸処理にて除去し、中間層のシリコ
ン膜２４をＲＩＥによって除去し、第１の窒化シリコン
膜２２を熱リン酸処理によって除去する。第１の窒化シ
リコン膜２２が存在するので、マスク材料に被覆された
シリコン基板１０は酸化されることがない。また、中間
層のシリコン膜２４が存在するので、それより下層が熱
損傷を受けることがない。また、第２の窒化シリコン膜
２６が存在するので、中間層のシリコン膜２４が酸化さ
れることがなく、ＲＩＥによって容易に除去することが
できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の半導体装置の素子分離領域形成
方法によれば、マスク材料により被覆されていないシリ
コン基板部分のみに素子分離領域が形成される。素子分
離領域の形成は紫外線により行われるが、紫外線は直進
性があるため、シリコン基板の水平方向には熱が伝わり
難く、シリコン基板の露出した部分にのみ素子分離領域
が正確に形成される。従って、ＬＯＣＯＳ法のように所
謂バーズピークが発生することがなく、しかもシリコン
基板の所定の領域にのみ正確に素子分離領域を形成する
ことができ、半導体装置の微細化が可能となる。また、
低温のプロセスで素子分離領域を形成することができ、
プロセスの簡略化を図ることができる。

【００２１】更には、エッチバック、ポリッシュ等が不
要であり、再現性に優れ、スループットが良好となる。
しかも、面ビームで均一性に優れるエキシマレーザを使
用することにより、シリコン基板全体に均一な素子分離
領域を形成することができる。

【００２２】また、本発明のマスク材料は、被覆したシ
リコン基板に酸化を生じさせることがなく、素子分離領
域形成後、容易に従来のプロセスを用いて除去すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の素子分離領域の形成方法を示すため
の、半導体素子の模式的な一部断面図である。

【符号の説明】

１０シリコン基板１２素子分離領域１４シリコン基板の露出部分２０マスク材料２２第１の窒化シリコン膜２４中間層のシリコン膜２６第２の窒化シリコン膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）第１の窒化シリコン膜、シリコン
膜、及び第２の窒化シリコン膜の３層からマスク材料を
シリコン基板上に形成した後、該マスク材料をパターニ
ングしてシリコン基板を選択的に露出させる工程と、（ロ）酸素又はオゾン雰囲気中で、該露出部分に紫外線
を照射してシリコンを酸化することにより素子分離領域
を形成する工程、から成ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】窒化シリコン膜、シリコン膜、及び窒化シ
リコン膜の３層から成ることを特徴とするマスク材料。