JPS62291940A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
3、発明の詳細な説明
産業上の利用分野
本発明は高密度・高速・低消費電力性を備えた半導体装
置の製造方法に関するものである。
置の製造方法に関するものである。
従来の技術
半導体集積回路においては高密度・高速化・低消費電力
化が追い求められており、素子間の分離領域の低減によ
る高密度化やMO3素子におけるソース・ドレインと基
板間に発生する寄生容量などの低減による高速・低消費
電力化などを狙ってS OI (5ilicon On
In5u12Ltor )構造の素子の開発において
さまざまな試みが実施されている。
化が追い求められており、素子間の分離領域の低減によ
る高密度化やMO3素子におけるソース・ドレインと基
板間に発生する寄生容量などの低減による高速・低消費
電力化などを狙ってS OI (5ilicon On
In5u12Ltor )構造の素子の開発において
さまざまな試みが実施されている。
第2図は特開昭54−88871号公報に示されている
溝堀り分離発展型のSOI構造半導体装置の製造工程の
一例を示す断面図である。
溝堀り分離発展型のSOI構造半導体装置の製造工程の
一例を示す断面図である。
まず第2図aのように、シリコン基板1の上に選択的に
開口された5i5N4膜2を形成する。次にbに示すよ
うに、 Si 5N 4膜2をマスクとして、異方性の
強いドライエッチ法、たとえば反応性イオンエッチ(R
,IJ)でシリコン基板1に開口部3を形成する。この
急峻な開口面に対し第2図gのように、5i5N4膜4
を減圧CVD法によって付着させる。次にdに示すよう
に、スパッタエツチング法によりSi3N4 膜4を除
去する。スパッタエツチング法は、エツチングの直線性
が優れているため、側面の Si 5N 4膜4はエツ
チングされず、第2図dのように5i5N4膜2の上面
部及びシリコン基板開口部3底面のみがエツチングされ
る。その後、第2図eのようにシリコン基板1のエツチ
ングを行ない、第2図fに示すように酸化を実施し、酸
化物領域6を形成すると単結晶シリコン島領域6の下面
全域が両側からの酸化によりつながる。その後、単結晶
シリコン島領域6表面のSi3N4膜を除去すると、第
2図gに示すように単結晶シリコン島領域6の下面およ
び側面全てが酸化物領域6により囲まれた構造となる。
開口された5i5N4膜2を形成する。次にbに示すよ
うに、 Si 5N 4膜2をマスクとして、異方性の
強いドライエッチ法、たとえば反応性イオンエッチ(R
,IJ)でシリコン基板1に開口部3を形成する。この
急峻な開口面に対し第2図gのように、5i5N4膜4
を減圧CVD法によって付着させる。次にdに示すよう
に、スパッタエツチング法によりSi3N4 膜4を除
去する。スパッタエツチング法は、エツチングの直線性
が優れているため、側面の Si 5N 4膜4はエツ
チングされず、第2図dのように5i5N4膜2の上面
部及びシリコン基板開口部3底面のみがエツチングされ
る。その後、第2図eのようにシリコン基板1のエツチ
ングを行ない、第2図fに示すように酸化を実施し、酸
化物領域6を形成すると単結晶シリコン島領域6の下面
全域が両側からの酸化によりつながる。その後、単結晶
シリコン島領域6表面のSi3N4膜を除去すると、第
2図gに示すように単結晶シリコン島領域6の下面およ
び側面全てが酸化物領域6により囲まれた構造となる。
発明が解決しようとする問題点
ここで第2図eで示したシリコン基板のエツチングは、
次の(第2図f)酸化工程によるシリコン島領域の形状
安定化や、酸化時間の短縮化によるシリコン島領域内の
欠陥の低減化という点から等方向なエツチングにする必
要がある。同様な溝堀り分離発展型のSOI構造半導体
装置の製造方法(特開昭68−250429 )ではこ
の等方向なエツチングをたとえば湿式のエツチングで行
なうように記している。
次の(第2図f)酸化工程によるシリコン島領域の形状
安定化や、酸化時間の短縮化によるシリコン島領域内の
欠陥の低減化という点から等方向なエツチングにする必
要がある。同様な溝堀り分離発展型のSOI構造半導体
装置の製造方法(特開昭68−250429 )ではこ
の等方向なエツチングをたとえば湿式のエツチングで行
なうように記している。
しかしながら、湿式エツチングでは高密度化に伴ない、
隣合うシリコン高量の分離領域が狭まるにつれて、液が
入り込みにくくなり、エツチング形状にバラツキがおこ
りシリコン島底部が酸化されたりされなかったりという
問題点が起ってくる。
隣合うシリコン高量の分離領域が狭まるにつれて、液が
入り込みにくくなり、エツチング形状にバラツキがおこ
りシリコン島底部が酸化されたりされなかったりという
問題点が起ってくる。
この現象はSF6ガス等を用いた等方性の強いプラズマ
エツチングでも見られ、シリコン高量の分離領域の幅が
狭まるにつれ、エツチングが進みにくくなってしまう。
エツチングでも見られ、シリコン高量の分離領域の幅が
狭まるにつれ、エツチングが進みにくくなってしまう。
問題点を解決するだめの手段
上記問題点を解決するため、本発明ではCF4゜02等
のガスを用いたマイクロ波放電によるエツチングをこの
等方性工・ソチング工程に適用した。
のガスを用いたマイクロ波放電によるエツチングをこの
等方性工・ソチング工程に適用した。
反応性ラジカルのみがエツチングに関与するので0.2
μm以下のシリコン高量の分離領域においてもエツチン
グが等方向にかつ、深さ方向についても広い分離領域と
同等に進む。また、SF6 ガスを用いたプラズマエっ
チング等でも同様なことが言えるのであるが、このマイ
クロ波放電によるエツチングでは耐酸化性被膜としてシ
リコン窒化膜を使用したときシリコンとシリコン窒化膜
の選択比は十分ではないが、次の酸化工程での耐酸化性
被膜としてのシリコン窒化膜をシリコン島上面及び側面
とも例えばシリコン酸化膜等の耐エツチングマスクで被
層することによりこれを解決した。
μm以下のシリコン高量の分離領域においてもエツチン
グが等方向にかつ、深さ方向についても広い分離領域と
同等に進む。また、SF6 ガスを用いたプラズマエっ
チング等でも同様なことが言えるのであるが、このマイ
クロ波放電によるエツチングでは耐酸化性被膜としてシ
リコン窒化膜を使用したときシリコンとシリコン窒化膜
の選択比は十分ではないが、次の酸化工程での耐酸化性
被膜としてのシリコン窒化膜をシリコン島上面及び側面
とも例えばシリコン酸化膜等の耐エツチングマスクで被
層することによりこれを解決した。
作用
上記手段に示すように耐エツチング性被膜と耐酸化性被
膜とを分離することにより、ドライエツチングを用いて
等方向なエツチングを均一性よく行なうことが可能にな
った。
膜とを分離することにより、ドライエツチングを用いて
等方向なエツチングを均一性よく行なうことが可能にな
った。
実施例
第1図は本発明の一実施例における半導体装置の製造工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
第1図において、1はn型(100)シリコン基板で比
抵抗は0.6〜1、OΩαである。2は膜厚1000人
のシリコン熱酸化膜、3は耐酸化性被膜としての膜厚2
000人のシリコン窒化膜、4は異方性及び等方性の2
度のドライエツチング工程における耐ドライエツチマス
クとしての膜厚3000人のシリコン酸化膜である。6
は異方性工、7チングにより、シリコン基板に形成され
た開口部、6は膜厚500人のシリコン熱酸化膜、7は
膜厚1000人のシリコン窒化膜、8は膜厚1000人
のシリコン酸化膜、9は等方性ドライエツチングにより
シリコン基板に形成された開口部、1oはシリコン基板
から絶縁分離された素子領域、11は酸化膜領域である
。
抵抗は0.6〜1、OΩαである。2は膜厚1000人
のシリコン熱酸化膜、3は耐酸化性被膜としての膜厚2
000人のシリコン窒化膜、4は異方性及び等方性の2
度のドライエツチング工程における耐ドライエツチマス
クとしての膜厚3000人のシリコン酸化膜である。6
は異方性工、7チングにより、シリコン基板に形成され
た開口部、6は膜厚500人のシリコン熱酸化膜、7は
膜厚1000人のシリコン窒化膜、8は膜厚1000人
のシリコン酸化膜、9は等方性ドライエツチングにより
シリコン基板に形成された開口部、1oはシリコン基板
から絶縁分離された素子領域、11は酸化膜領域である
。
まず、第1図aのようにn型基板1上に熱酸化膜2・シ
リコン窒化膜3・シリコン酸化膜4を順に形成し、素子
領域となる部分以外(分離領域)を異方性の強い反応性
イオンエツチング(R,IJ)等を用いて開口する。次
に第1図すに示すように分離領域となる部分をこれもR
,IJ 等を用いてシリコン酸化膜4をマスクとして
エツチングし、開口部6を形成する。このときシリコン
酸化膜4の膜厚は減少するが後の熱酸化膜、シリコン窒
化膜の異方性エツチングの下地及びシリコン基板の等方
性ドライエツチングのエツチングマスクとして使用でき
る膜厚(1600Å以上)は残っている。次に第1図C
のように、シリコン窒化膜3をマスクとして熱酸化を行
ない、開口部の側面及び底面に熱酸化膜6を形成し、そ
の後全面にシリコン窒化膜7を減圧cvn法等で形成す
る。なお、この減圧CVD法は開口部6の側面へもシリ
コン窒化膜7を均質に付着されるために用いている。
リコン窒化膜3・シリコン酸化膜4を順に形成し、素子
領域となる部分以外(分離領域)を異方性の強い反応性
イオンエツチング(R,IJ)等を用いて開口する。次
に第1図すに示すように分離領域となる部分をこれもR
,IJ 等を用いてシリコン酸化膜4をマスクとして
エツチングし、開口部6を形成する。このときシリコン
酸化膜4の膜厚は減少するが後の熱酸化膜、シリコン窒
化膜の異方性エツチングの下地及びシリコン基板の等方
性ドライエツチングのエツチングマスクとして使用でき
る膜厚(1600Å以上)は残っている。次に第1図C
のように、シリコン窒化膜3をマスクとして熱酸化を行
ない、開口部の側面及び底面に熱酸化膜6を形成し、そ
の後全面にシリコン窒化膜7を減圧cvn法等で形成す
る。なお、この減圧CVD法は開口部6の側面へもシリ
コン窒化膜7を均質に付着されるために用いている。
この後、第1図dのように、反応性イオンエツチング法
で異方性の強いエツチングを行なうと、開口部らの側壁
部のシリコン熱酸化膜6.シリコン窒化膜7のみを残し
てその他のシリコン酸化膜・窒化膜が除去される。ここ
でもシリコン酸化膜4の膜厚は減少するが、後のシリコ
ン基板の等方性ドライエツチング工程でのエツチングマ
スクとして使用できる膜厚(600Å以上)は残されて
いる。次に等方性ドライエツチング工程でのマスク材と
してのシリコン酸化膜を開口部側面のシリコン窒化膜7
上に被覆させた形で残すために、前のシリコン窒化膜7
で行なったのと同様に減圧CVD法等で全面にシリコン
酸化膜8を形成しく第1図e)、反応性イオンエツチン
グ法で側壁部のみを残し、その他のシリコン酸化膜8を
除去する(第1図f)。次にシリコン酸化膜4及び8を
マスクトシて CF4・ o2ガスを用いたマイクロ波
放電等によるシリコン基板の等方性エツチングを行ない
開口部9を形成する(第1図g)。マイクロ波放電を用
いたエツチングは他のドライエッチ法に比べてシリコン
基板とシリコン酸化膜との選択性が非常に良好(81/
3102選択比20以上)であるためエツチングマスク
としてのシリコン酸化膜8の膜厚が薄くてすみ、また隣
合った素子領域側面のシリコン酸化膜8間の距離が0.
2μm以下であっても、他の分離領域が広い部分と同様
に等方性エツチングが進むため、分離領域幅を1 μm
以下に狭めることができ、均一性の良い素子形状を保ち
ながら高密度に素子を形成することができる。
で異方性の強いエツチングを行なうと、開口部らの側壁
部のシリコン熱酸化膜6.シリコン窒化膜7のみを残し
てその他のシリコン酸化膜・窒化膜が除去される。ここ
でもシリコン酸化膜4の膜厚は減少するが、後のシリコ
ン基板の等方性ドライエツチング工程でのエツチングマ
スクとして使用できる膜厚(600Å以上)は残されて
いる。次に等方性ドライエツチング工程でのマスク材と
してのシリコン酸化膜を開口部側面のシリコン窒化膜7
上に被覆させた形で残すために、前のシリコン窒化膜7
で行なったのと同様に減圧CVD法等で全面にシリコン
酸化膜8を形成しく第1図e)、反応性イオンエツチン
グ法で側壁部のみを残し、その他のシリコン酸化膜8を
除去する(第1図f)。次にシリコン酸化膜4及び8を
マスクトシて CF4・ o2ガスを用いたマイクロ波
放電等によるシリコン基板の等方性エツチングを行ない
開口部9を形成する(第1図g)。マイクロ波放電を用
いたエツチングは他のドライエッチ法に比べてシリコン
基板とシリコン酸化膜との選択性が非常に良好(81/
3102選択比20以上)であるためエツチングマスク
としてのシリコン酸化膜8の膜厚が薄くてすみ、また隣
合った素子領域側面のシリコン酸化膜8間の距離が0.
2μm以下であっても、他の分離領域が広い部分と同様
に等方性エツチングが進むため、分離領域幅を1 μm
以下に狭めることができ、均一性の良い素子形状を保ち
ながら高密度に素子を形成することができる。
また SF6ガスを用いたプラズマエツチング等を使用
する場合でも選択性を向上させるという点においてはあ
る程度の効果を得られる。この後第1図りに示すように
、高圧酸化法により約7気圧の圧力下で酸化を行なうと
、酸化される領域はシリコン窒化膜3.7に覆われてい
ない領域に限定されるため、開口部深さ・酸化時間・素
子領域幅を最適化するとシリコン基板1の一部からなる
素子領域1oが酸化膜領域11によりシリコン基板と分
離・絶縁された構造を得ることができる。
する場合でも選択性を向上させるという点においてはあ
る程度の効果を得られる。この後第1図りに示すように
、高圧酸化法により約7気圧の圧力下で酸化を行なうと
、酸化される領域はシリコン窒化膜3.7に覆われてい
ない領域に限定されるため、開口部深さ・酸化時間・素
子領域幅を最適化するとシリコン基板1の一部からなる
素子領域1oが酸化膜領域11によりシリコン基板と分
離・絶縁された構造を得ることができる。
以下、この後の工程については省略するが、既知の方法
により分離領域をシリコン酸化膜・ポリシリコン等で埋
め込み、MOSデバイスなどを形成する。
により分離領域をシリコン酸化膜・ポリシリコン等で埋
め込み、MOSデバイスなどを形成する。
発明の詳細
な説明した発明によれば、溝堀り分離発展型SOI構造
素子の製造技術において耐エツチング性マスク材と耐酸
化性被膜を分離することにより、工業性に優れ均一性が
良好なドライエツチング技術を用い、素子間の分離領域
を1 μm以下に抑えることが可能になった。パターン
寸法が1μmをきる今後の半導体集積回路製造技術の中
で高速・低消費電力なSOI構造素子を高密度に形成す
るための極めて工業的価値の高いものである。
素子の製造技術において耐エツチング性マスク材と耐酸
化性被膜を分離することにより、工業性に優れ均一性が
良好なドライエツチング技術を用い、素子間の分離領域
を1 μm以下に抑えることが可能になった。パターン
寸法が1μmをきる今後の半導体集積回路製造技術の中
で高速・低消費電力なSOI構造素子を高密度に形成す
るための極めて工業的価値の高いものである。
第1図は本発明の一実施例における半導体装置の製造方
法を示す工程断面図、第2図は従来の溝堀り分離発展型
SOI構造素子の製造方法を示す工程断面図である。 3.7・・・・・・シリコン窒化!、4.8・・・・・
・シリコン酸化膜、6・・・・・・開口部、10・・・
・・・素子領域、11・・・・・・シリコン熱酸化膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが1名第1
図 第1図
法を示す工程断面図、第2図は従来の溝堀り分離発展型
SOI構造素子の製造方法を示す工程断面図である。 3.7・・・・・・シリコン窒化!、4.8・・・・・
・シリコン酸化膜、6・・・・・・開口部、10・・・
・・・素子領域、11・・・・・・シリコン熱酸化膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが1名第1
図 第1図
Claims (5)
- (1)半導体基板に形成された第1の耐エッチング性マ
スク材と耐酸化性被膜をマスクとして前記半導体基板に
開口部を形成する工程と、第2の耐エッチング性マスク
材と耐酸化性被膜を減圧CVD法と異方性エッチングに
より前記開口部側面に形成させる工程と、前記第1およ
び第2の耐エッチング性マスク材をマスクとして等方性
ドライエッチングを行なう工程と、前記第1および第2
の耐酸化被膜をマスクとして酸化性雰囲気中で熱処理を
行なう工程とを含む半導体装置の製造方法。 - (2)等方性ドライエッチ工程においてCF_4、O_
2ガスを用いたマイクロ波放電によるドライエッチング
を行なう特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造
方法。 - (3)第1及び第2の耐エッチングマスク材にシリコン
酸化膜を用いる特許請求の範囲第1項記載の半導体装置
の製造方法。 - (4)酸化工程において1100℃以上の高温における
酸化を行ない酸化膜と半導体基板との応力を緩和し欠陥
を低減する特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製
造方法。 - (5)第1及び第2の耐酸化性被膜としてシリコン窒化
膜を用いる特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製
造方法。
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