JPS6334950A - 半導体装置の選択酸化分離方法 - 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〕 本発明は、ンリコン集積回路の裏道方法に係り、特にＬ
ＳＩにおける素子間分離に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩ製造技術として、窒化膜をマスクとして選択酸化
によシ形成した厚い酸化膜を用いる累子間分離法（ＬＯ
ＣＯ８法）が一般的である。

しかし、窒化膜とシリコン間の応力を緩和するために窒
化膜の下に設けるバッド醸化膜に沿って酸化が進行しバ
ーズビークを生じ、分離領域幅に最小限界があった。

上記欠点を除くものとして、フレームＬＯＣＯ８法が提
案されている。この方法につき、第２図を参照して、以
下に説明する。第２図（ａ）に示すように、シリコン基
板１上にシリコン酸化膜２．シリコン窒化膜３乞全面に
形成した後、予定される素子能動領域（フィールド絶縁
膜で分離される領域）に該当する部位にホトレジストパ
ターン４を形成する。次に、第２図（ｂ）に示すように
、反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）によって、シリコ
ン酸化膜２．シリコン窒化膜３をエツチング後ホトレジ
ストパターン４を除去すると、ホトレジストパターン４
の直下のシリコン酸化膜５・シリコン窒化膜６が残る。

さらに、第２図（ｃ）に示すように、全面にシリコン窒
化膜７をおおった後、第２図（ｄｌに示すようにＲＩＥ
によってエッチバックし、シリコン酸化膜５・シリコン
窒化膜６の側面にシリコン窒化膜によるサイドウオール
８を形成する。続いて、高温の水蒸気ふんい気中で全面
熱酸化を行なわせる。このとき、シリコン酸化脛５・シ
リコン窒化膜６・サイドウオール８が一体となった熱酸
化マスク（仮称）　１０が、表面分おおうシリコン窒化
膜の耐酸化性のため酸化されず、第２図（ｅｌに示すよ
うに分離領域のみに厚いフィールド絶縁Ｍ９が形成され
ることになる。

シリコン酸化Ｍ５は、サイドウオール８によって囲まれ
ているから、従来のＬＯＣＯ８法の二うに前記熱酸化の
際に、この部分に沿って酸化が進むことがなく、バーズ
ビークが発生しない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、フレームＬＯＣＯ８法は、確かにバーズ
ビーク防止に役立つが、シリコン窒化膜のサイドウオー
ルの之めに、シリコン基板を全面酸化し厚いフィールド
絶縁膜をつくる際に、シリコン基板にストレスがか〜る
。ストレスを最小にする条件は、上記した熱酸化マスク
の構造が複雑なため、最適化条件を得ることが難しく、
プロセス制御性・安定性に欠け、量産に適していない。

また、サイドウオール形成のために、ＲＩＥによってシ
リコン窒化膜をエッチバックするが、その際にシリコン
基板表面がエツチングふんい気にさらされ、イオン衝撃
により損傷をうけ、またエツチングチャンバー内の汚染
源をとりこみ表面が汚染さｎることも生ずる。

本発明の目的は、上記の欠点を除き、フレームＬＯＣＯ
８法より安定な工程であって、プロセスマージンの大き
い新しい素子間分離法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の方法は、シリコン基板上にシリコン酸化膜・多
結晶シリコン膜を順次形成する工程と、該多結晶シリコ
ン膜上に、素子能動領域を予定して、該当する部位にシ
リコン酸化膜・シリコン窒化膜の２層構造のパターンを
形成する工程と、咳２層構造のパターンの側面に７リコ
ン窒化膜のサイドウオールを有する熱酸化マスクを形成
する工程と、前記シリコン基板全面を熱酸化し、厚いフ
ィールド絶縁膜を形成する工程と、前記熱酸化マスクお
よびその直下のシリコン酸化膜・多結晶シリコンＭを除
去する工程とによって、素子間分離を行なうものである
。

〔作用〕

フレームＬＯＣＯ８法ではシリコン基板上に直接に、シ
リコン酸化膜・シリコン窒化膜の２層構造パターンをも
ち側面にシリコン窒化膜のサイドウオールを有する熱酸
化マスクを形成した。本発明では、シリコン基板上にシ
リコン酸化膜・多結晶シリコン膜を形成してから、その
上に前記熱酸化マスクを形成するようにしたものである
。

熱酸化によりフィールド絶縁膜を形成する際に、前記の
シリコン基板上に設けたシリコン酸化膜・多結晶シリコ
ン膜が応力のバッファの役割を果す。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明する
。第１図が工程順に示した断面図である。

先ず、第１図（ａ）　において、（１００）シリコン基
板１１上に、高温の酸性ふんい気中でシリコン酸化膜１
２を５０ＯＡ成長させた後、気相成長法により６００　
Ａの多結晶シリコン膜１３１＆：堆積して形成する。上
記工程が本発明の特徴とする工程である。ひき続き、気
相成長法により５００Ａのシリコン酸化膜１４．１５０
０　Ａ　のシリコン窒化膜１５を堆積させる。次にホト
リングラフィ法により素子能動領域と予定する部位に該
当する位置にホトレジストパターン１６１に形成する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、ホトレジストパター
ン１６？マスクとして、ＲＩＥによって、シリコン窒化
膜１５．シリコン酸化ｇ（１４を順次エツチング除去す
る。このとき多結晶シリコン膜１３は、シリコン酸化膜
１４に対して選択比が十分あるため、殆どエツチングさ
れない。したがって、多結晶シリコン膜１３上にシリコ
ン酸化膜１７゜シリコン窒化膜１８の２層構造のパター
ンが形成される。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、気相成長法により全
面にシリコン窒化Ｂ！Ａ１９を３００ＯＡ堆積させる。

そし′″ＣＲＩＥによってエッチパックし、第１図（ｄ
ｌに示すように、シリコン酸化ｉ　１７　、　　シリコ
ン窒化膜１８の２層構造パターンおよびその側面のサイ
ドウオール２０ｆｔ除いて、シリコン窒化膜１９は全面
除去され多結晶シリコン膜１３が露出される。前記シリ
コン酸化膜１７・シリコン窒化膜１８・サイドウオール
囚は一体となって熱酸化マスク２１になる。

次に、第１図（ｅ）に示すように、１１００ｔ：’　の
水蒸気ふんい気中で熱酸化することにより、前記熱酸化
マスク２１以外はすべて厚いシリコン酸化膜であるフィ
ールド絶縁膜乙に変えらｎる。このとき、多結晶シリコ
ン膜１３．　シリコン酸化膜１２がバッファとなってシ
リコン基板１１にか−る応力が緩和される。また、熱酸
化マスク２１のサイドウオール加によって、酸化種の横
方向からの進入が防止され、シリコン基板１１の露出し
た部分のみ熱酸化され、素子能動領域に予定された部分
へのバーズビークの入りこみが阻止さｎる。熱酸化は、
多結晶シリコン族１３が完全に熱酸化されさらにシリコ
ン基板１１が酸化されて、所定の厚さのフィールド絶Ｒ
農ｎが形成するまで続ける。このとき熱酸化マスク２１
直下の多結晶シリコン膜１３′、シリコン酸化膜１２′
は、残っている。

次に第１図（ｆ＋に示すように、全面を加熱さｎたＨ３
ＰＯ４系の液中で湿式エツチングを行ない、シリコン窒
化膜１８．サイドウオール２ｆｌｌｌ−除去した後、順
にシリコン酸化膜１７．多結晶シリコン１ｉ　１３’　
、シリコン酸化膜１２’をそれぞｎのエツチング液で除
去する。こ汎によって素子間分離が完成する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明はシリコン基板上に素子間
分離絶縁膜形成のための熱酸化工程における応力のバッ
ファになるシリコン酸化膜および多結晶７リコン膜の２
層膜を形成した後、予定する累子能動領域上をシリコン
窒化膜のマスクパターンでおおる。さらにマスクパター
ンの側面をシリコン窒化膜のサイドウオールで囲むよう
に形成した一体物を絶縁分離膜の形成の熱酸化マスクと
して、熱酸化を行なう。

高温の熱酸化の場合にも、熱酸化マスクの下方にあり、
最初に設けたシリコン酸化膜・多結晶シリコン膜の２層
構造がバッファとなり、シリコン基板に応力が加わらな
い。そのため、熱酸化マスクの構造、即ちマスクを構成
する各膜厚の組合わせなどは厳格でなくてよく、工程の
安定性−プロセスマージンが大きい。なおバーズビーク
が発生しないことはフレームＬＯＣＯ３法と同一であり
、同法より信頼性が太きい。

さらに、シリコン基板は、すべての工程において、プラ
ズマエツチングにさらされることがないので、イオンに
よる損傷、あるいはプラズマエツチングの際の汚染のお
それもないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工程を示す断面図、第２図
は従来例の断面図である。 １１・・・シリコン基板、 １２　、１２’　、　１４　、１７・・・シリコン酸化
膜、１３　、１３’・・・多結晶シリコン膜、１５　、
１８・・・シリコン窒化膜、 １６・・・ホトレジストパターン、 １９・・・シリコン窒化膜、Ｉ・・・サイドウオール、
２１・・・熱酸化マスク、　ｎ・・・フィールド絶縁膜
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコン基板上にシリコン酸化膜・多結晶シリコン膜を
   順次形成する工程と、該多結晶シリコン膜上に素子能動
   領域を予定して、該当する部位にシリコン酸化膜・シリ
   コン窒化膜の２層構造のパターンを形成する工程と、該
   ２層構造のパターンの側面にシリコン窒化膜のサイドウ
   ォールを有する熱酸化マスクを形成する工程と、前記シ
   リコン基板全面を熱酸化し、厚いフィールド絶縁膜を形
   成する工程と、前記熱酸化マスクおよびその直下のシリ
   コン酸化膜・多結晶シリコン膜を除去する工程とからな
   ることを特徴とする半導体装置の選択酸化分離方法。