JPS6173336A

JPS6173336A - 選択的絶縁薄膜形成方法

Info

Publication number: JPS6173336A
Application number: JP59195162A
Authority: JP
Inventors: Keiji Horioka; 啓治堀岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-09-18
Filing date: 1984-09-18
Publication date: 1986-04-15

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】〔発明の技術分野〕本発明は、半導体基体上に配化物や窒１ヒ物等からなる
絶縁性薄膜を選択的に形成する方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、半導体装置の製造工程において、素子分離や層間
絶縁を行うために、絶縁性の１膜を必要なパターンに従
って選択的に形成することが不可欠となっているが、絶
縁膜を選択的に形成するためには一般に複雑な工程が必
要である。例えば、Ｓｉ集積回路の素子分離法として一
般に用いられているロコス法では、一旦８１基板上に窒
化シリコン膜をパターニングした後、これを拡散障壁と
して基板シリコンを選択的に酸化して５１０２膜を形成
させる。この場合、 ■　Ｓｌと３ｉ３Ｎ＋ｌのストレスを緩和するだめの酸
化層形成 ■　３ｉヨＮ４膜の堆積 ■　フォトレジストを用いたパターン形成■　Ｓｉ３Ｎ
＋膜のエツチング ■　レジストの除去 ■　Ｓｉの酸化 ■　Ｓｉ３Ｎ＋膜の除去と云うような複雑な工程が必要である。

ここで、５ｉｉＮ＋膜の代りにＳｉＯ２膜をマスクとし
て選択的に基板を酸化できれば、上記■■の工程を省略
することが可能となる。これを実現する方法として、シ
リコンをエツチングする性質のあるハロゲン元素を含む
反応性ガスと酸素を含む原料ガスとの混合ガス雰囲気中
に８１基板を晒し、反応性ガスの吸収帯内波長の光を照
射する方法がある。この方法では、さらに反応性ガスと
酸化性ガスとの混合比を変化させることにより、エツチ
ング生成物の酸化率が異なるため、基板表面の凹凸を制
御することができる。また、マスクとして１００［人］
程度の極めて薄い酸化膜を用いることができるので、パ
ターン変換差を小さくできる等の憂れた特長を有してい
る。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、形成されるＳｉＯ２膜には微細な空孔
が存在し、エツチング特性や絶縁特性が良くないと云う
問題があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、絶縁性薄膜を選択的に形成することが
でき、且つ形成される絶縁性薄膜の特性向上をはかり得
る選択的絶縁薄膜形成方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、光を用いて選択的に形成された絶縁性
薄膜を、更に気相化学反応を用いてその性質を向上させ
ることにある。

即ち本発明は、半導体基体上に絶縁性薄膜を選択的に形
成する選択的絶縁薄膜形成方法において、半導体基体上
に所定パターンのマスクが形成された試料を、酸素若し
くは窒素、或いはこれらの少なくとも一方を含む原料ガ
スとハロゲン元素を含む反応性ガスとの混合ガス雰囲気
中に晒すと共に、少なくとも上記反応性ガスの吸収帯域
内の光を照射し上記基体の表面に絶縁性薄膜を堆積し、
次いで前記試料を半導体元素を含むガスと前記原料ガス
との混合ガス雰囲気中で加熱又は光照射するようにした
方法である。

ここで、半導体基体とは、絶縁性基板上にシリコン層を
形成した、所謂ＳＯ８構造のものも含む。

〔発明の効果］本発明によれば、半導体基体上に良質の絶縁性薄膜を選
択的に形成することができ、且つその工程の簡略化をは
かり１ｑる。このため、半導体集積回路の製造コストの
低減をはかり得る。また、基板表面の凹凸の制御、パタ
ーン変換差の低減が可能である等の利点がある。

（発明の実施例）第１図は本発明の一実施例方法に使用した１８縁薄膜製
造装置を示す概略構成図である。図中１１は真空容器で
あり、この容器１１内には試料１２を載置したサセプタ
１３が収容されている。サセプタ１３には試料１２を加
熱するためのヒータ１４が設けられている。また、容器
１１の左側壁には、ガス導入口１５．１６．１７がそれ
ぞれ設けられている。ガス導入口１５からは原料ガスと
して例えば酸素ガスが導入され、ガス導入口１６からは
反応性ガスとして例えば塩素ガスが導入され、ガス導入
口１７からは半導体ガスとして例えばテトラメチルシラ
ンガスが導入されるものとなっている。そして、容器１
１内に導入された各種のガスは容器１１の右側壁に設け
られた排気口１８から排気されるものとなっている。

一方、前記容器１１の上方には反射ミラー２１が配置さ
れている。このミラー２１は図中の実線及び破線で示す
如く回動可能な構造となっている。

そして、ミラー２１が実線に示す状態で、前記反応性ガ
スを解離するための第１の光２２がミラー２１で反射さ
れ、前記容器１１の上部に設（）られた光透過窓２３を
介して容器１１内に導入される。

また、ミラー２１が破線に示す状態で、前記試料１２を
加熱するための第２の光２４がミラー２１により反０１
され、第１の光２２と同様に容器１１内に導入されるも
のとなっている。なお、上記第１の光２２を発光する光
源としては、平均出力２［Ｗ　／　ｃｉ　］のＸｅＣｌ
エキシマレーザを用いた。

また、上記第２の光２４を発光する光源としては、平均
出力１０’［Ｗ／Ｃｌ１ｌ］のＡｒイオンレーザを用い
た。

次に、上記装置を用いた絶縁薄膜形成方法について説明
する。

まず、第２図（ａ）に示す如＜Ｓｉ基板３）上に熱酸化
ＳｉＯ２膜からなるマスク３２を選択形成した。この試
料１２を前記容器１１内のサセプタ１３上に配置し、次
のような条件で膜形成を行った。即ち、反応性ガスして
の塩素ガス及び原料ガスとしての酸素ガスを容器１１内
に導入し、容器１１内の塩素ガス分圧を１０［ｔｏｒｒ
］　、酸素ガス分圧を２００　［ｔｏｒｒ］にした。次
いで、ヒータ１４により試料１２を２５０　［℃］に加
熱し、試料１２上にＸｅＣ１エキシマレーザ光２２を２
０分間照射した。これにより、基板３）上には第２図（
ｂ）に示す如くマスク３２で覆われていない部分に選択
的に３ｉ０２膜（絶縁性薄膜）３３が４０００　［人］
の厚さで形成された。

第３図は塩素ガス分圧を一定（１０ｊｏｒｒ）としたと
きの形成膜厚とエツチング深さとの比率を示した特性図
である。０２分圧が２　Ｑ　［ｔｏｒｒ］から５００　
［ｔｏｒｒ］の範囲で、この比率は０．１８〜２．３ま
で変化する。なお、第３図の縦軸は第４図に示す如＜Ｓ
ｉ基板３）のエツチングｉｂと５ｉ０２膜３３の堆積ｍ
ｂとの比＜　ａ　、、”　ｂ　＞とじた。

ここで、上記のＳｉ○２膜３３をＨＦ−ＮＨ４Ｆ混合溶
液中でエツチングすると、１分間当り２［μＴｒＬ］エ
ツチングされた。この（石は、熱醇化膜のエツチング速
度の約２５倍である。また、この５ｉ０２膜３３をＮ２
中で１０００［’Ｃ］３０分間アニールすると膜厚が３
０［％］減少し、アニール前のＳ　ｉ　０２膜３３には
微細な空孔３４が多最に含まれていることが判る。

そこで、本実施例では前記工程によりＳｉＯ２膜３３膜
形３したのち、容器１１内を一旦排気した。続いて、容
器１ゴ内に酸素ガス及びテトラメチルシランガスを導入
し、容器１１内の酸素ガス分圧を５　［ｔｏｒｒｉ　、
テトラメチルシランガス分圧を１［ｔｏｒｒ］とした。

その後、試料１２をヒータ１４で２５　［’Ｃ／ｍｉｎ
　］の割合いで７５０　［℃］まで加熱し、この状態を
１０分間保持した。この処理により、第２図（Ｃ）に示
す如く前記空孔３４がテトラメチルシランと酸素との化
学気相反応により生成したＳｉＯ２により埋められると
同時に、基板上全面に化学気相反応による５ｉ０２膜３
５が堆積した。

かくして形成されたＳｉＯ２膜３３′のＨＦ−Ｎ８４Ｆ
中でのエツチング速度は、１分間当り１５００　［人１
と大幅に改善されていた。さらに、このＳｉＯ２膜３３
′をＮ２中１０００　［’Ｃ］で３０分間アニールして
も、その膜厚の減少は（かめて少ないものであった。ま
た、５ｉ０２膜３３′の絶縁耐圧を測定すると、極めて
良好な待行がｉＪられ、Ｓｉ集積回路の素子分離及び層
間絶縁等にこの５ｉｅ３膜３３’　を十分使用できるこ
とが確認された。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

この実施例は、前記空孔３４の埋込みを確実にするため
、ヒータによる加熱と光照射による加熱とを併用した方
法である。即ち、前記実施例で１ｑられたＳｉ○２膜３
３′のＨＦ−Ｎ８４Ｆ中でのエツチング速度１５００［
入７ｍ１ｎ］は、熱醇化膜のエツチング速度８００［人
／ｍｉｎ　］と比較すると、依然として約２倍であり、
空孔３４が完全に埋込まれたわけではない。これは、表
面付近に堆積したＳｉＯ２膜３５がテトラメチルシラン
及び酸素の８１０２膜３３中への拡散を妨げるからであ
る。

そこで本実施例では、先の実ｒＪＩ！例と同様に３ｉ０
２膜３３を形成したのち、容器１１内を排気した。続い
て、先と同様に容器１１内に酸素ガス及びテトラメチル
シランガスを導入し、容器１１内の酸素ガス分圧を５　
［ｔｏｒｒｌ　、テトラメチルシランガス分圧を１［ｔ
ｏｒｒｌとした。その後、Ａｒイオンレーザ光２４を試
料１２上に照射すると共に、ヒータ１４の温度を２５［
’Ｃ／ｍｉｎコの割合いで４００　［℃］まで加熱し、
この状態を１０分間保持した。この処理により、先と同
様に前記空孔３４がテトラメチルシランと酸素との化学
気相反応により生成したＳｉＯ２により埋められると同
時に、基板上全面に化学気相反応によるＳｉＯ２膜３５
が堆積した。

カクシテ得らｈたＳ　１ｏ２３３’　（７）ＨＦ−ＮＨ
４Ｆ中でのエツチング速度は１０００［人／ｍｉｎ　］
と熱に化ＳｉＯ２膜と略同様の値であった。また、こ（
７）Ｓ　ｉ　０２　ＭＩ３３’　をＮ２中１０００　［
℃コで３０分間アニールしても、その膜厚の減少は殆ど
見られなかった。このように先の実施例よりも良質のＳ
ｉＯ２膜３３’　が得られるのは、次のような理由と考
えられる。即ち、Ａｒイオンレーザ光２４はＳｉＯ２膜
３３．３５には吸収されずＳ１基板３）に選択的に吸収
される。このため、テトラメチルシランと酸素との反応
が８１基板３）に近い側から優先的に進行することにな
り、空孔３４がＳｉＯ２により効果的に埋込まれること
になるのである。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記膜形成時に用いる原料ガスとしては
、酸素の他にＮＯ２、ＳＯ２等のガスを用いることがで
きる。即ち、原料ガスとしては酸素若しくは窒素、或い
はこれらの少なくとも一方を含むガスであればよい。ま
た、反応性ガスとしては、ＣＩ２の代りに臭素、弗素等
のハロゲン元素を含むものであれば用いることが可能で
ある。さらに、反応性ガスの励起用光源としては、ｘｅ
Ｃル−ザの他に、水銀ランプ、キセノンランプ等の光源
を用いることができる。また、アニール時に用いる半導
体ガスとしては、テトラメチルシランの他に、シラン、
ジシランその他、アルキルシラン類、ハロゲン化シラン
類を用いてもよい。また、アニール時の加熱法としては
Ａｒレーザ光以外にＣ○２レーザ光やマイクロ波を用い
ることも可能である。ざらに、光照射による加熱手段と
して、基板試料を直接加熱することなく、半導体ガス或
いは原料ガスに吸収される波長の光を用い、これらのガ
スを加熱するようにしてもよい。

その池、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用した絶縁薄膜製造
装置を示す概略構成図、第２図（ａ）〜（Ｃ＞は上記装
置を用いた絶縁薄膜形成工程を示す断面図、第３図は酸
素分圧とエツチング団−堆積口の比＜ａ／ｂ）との関係
を示す特性図、第４図は上記比（ａ／ｂ）の関係を説明
するための模式図である。１１・・・真空容器、１２・・・試料、１３・・・サセ
プタ、１４・・・ヒータ、１５，１６．１７・・・ガス
導入口、１８・・・ガス排気口、２１・・・反射ミラー
、２２・・・第１の光、２３・・・光透過窓、２４・・
・第２の光、３）・・・８１基根、３２・・・熱醒化膜
（マスク）、３３゜３３′・・・８１０２ｇ！（絶縁性
薄膜）、３４・・・空孔、３５・・・Ｓ　１０２　　Ｉ
！。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定パターンのマスクが形成された半導体基体を
、酸素若しくは窒素或いはこれらの少なくとも一方を含
む原料ガスとハロゲン元素を含む反応性ガスとの混合ガ
ス雰囲気中に晒すと共に、少なくとも上記反応性ガスの
吸収帯域内の光を照射し上記基体の表面に絶縁性薄膜を
形成する工程と、次いで前記基体を半導体元素を含むガ
スと前記原料ガスとの混合ガス雰囲気中で加熱若しくは
光照射する工程とを含むことを特徴とする選択的絶縁薄
膜形成方法。
（２）前記基体を加熱する手段として、前記絶縁性薄膜
或いは前記基体に吸収される波長の光を照射することを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の選択的絶縁薄膜
形成方法。
（３）前記光照射する手段として、前記半導体元素を含
むガス若しくは原料ガスの少なくとも一方の吸収帯域内
波長の光を照射することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の選択的絶縁薄膜形成方法。
（４）前記半導体基体としてシリコン基板を用い、前記
半導体元素を含むガスとしてシリコン元素を含むガスを
用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の選
択的絶縁薄膜形成方法。