JPH0442822B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、素子分離領域の形成方法に関し、特
に酸化膜層をテーパーエツチングすることにより
形成したエツチングマスクを使用してシリコン窒
化膜等の耐酸化膜をエツチングすることによりフ
イールド酸化用のマスクを形成する素子分離領域
の形成方法に関する。

［従来の技術］ 集積回路装置のパターンが微細化するにつれて
該集積回路装置上に形成される各素子の間を互い
に絶縁分離する素子分離領域も微細化し、その占
有面積の微細化が要求されている。このため、素
子分離領域の形成方法として種々のものが提案さ
れているが、従来の選択酸化（LOCOS）法も多
少の改良を加えて依然使用されている。特に最近
は、バーズビークを押えるため、パツドオキサイ
ドを薄くしたり、あるいは多結晶シリコン層をパ
ツドオキサイドとシリコン窒化物（Si₃N₄）層と
の間に形成したりする方法等が提案されている。
そして、これらの方法により、結晶欠陥も押えら
れ、かつバーズビークも従来の半分以下の0.3ミ
クロン程度に押えられ、集積回路装置の集積度の
一層の向上が計られている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、集積回路装置の回路パターンの微細
化が更に進むにつれて、たとえ0.3ミクロンであ
つてもバーズビークが窒化シリコンマスク端から
伸びることは微細パターン形成の場合の大きな障
害となつてきている。

例えば、素子分離領域幅が1.2ミクロン、活性
化領域幅が1.2ミクロンのデバイスを形成しよう
とした場合、バーズビークの0.3ミクロンの伸長
を考慮に入れるとマスク寸法はそれぞれ0.6ミク
ロンおよび1.8ミクロンとする必要がある。とこ
ろが、これらの各領域の形成に使用する露光装置
は、そのデバイスのパターンの代表的なサイズに
合せて用いられるため、1.2ミクロンルールに対
する0.6ミクロン等の寸法を実現することは露光
装置の性能の限界を越えることとなり、従つてこ
のような微細化された各領域を形成することは不
可能であるという不都合があつた。

本発明の目的は、前述の従来例に於ける問題点
に鑑み、不必要かつ露光装置の限界以上に微細な
パターニングを行なうことなく、代表的な余裕の
ある寸法の露光を行なうだけで該露光装置等の性
能限界を越えた微細パターンの実現を可能にする
ことにある。

本発明の他の目的は、露光装置の性能限界を越
えた微細な寸法を有する素子分離領域の形成を可
能にし、もつて半導体集積回路装置の集積度の一
層の向上を計ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 上述の目的を達成するため、本発明にかかわる
素子分離領域の形成方法は、シリコン等の半導体
基板上に少なくとも薄い酸化膜と耐酸化膜とマス
ク用酸化物層とをこの順に形成する工程、前記マ
スク用酸化物層をテーパーエツチングする工程、
このテーパーエツチングされた酸化物層をエツチ
ングマスクとして前記耐酸化膜をエツチングする
工程、および該耐酸化膜をマスクとして半導体基
板のフイールド酸化を行なう工程を備えている。
そして、前記マスク用酸化物層のテーパーエツチ
ングは、該マスク用酸化物層上にレジスト層をパ
ターン形成し、このレジスト層によつて画定され
るエツチング領域において少なくとも該レジスト
層の側壁に堆積を行ないながら該マスク用酸化物
層をドライエツチングすることにより行なわれ
る。

［作用］ 上述の方法において、マスク用酸化物層のエツ
チングは、該マスク用酸化物層のエツチング領域
を画定するレジスト層等の側壁に堆積を行ないな
がら該マスク用酸化物層をエツチングすることに
より行なわれる。このため、エツチングが進行す
るに応じて、レジスト層で画定されるエツチング
領域が徐々に小さくなり従つてテーパーエツチン
グが行なわれる。しかも、このテーパーエツチン
グは、前記レジスト層によつて最初に画定された
エツチング領域が徐々に小さくなるように行なわ
れるから、このようなテーパーエツチングされた
マスク用酸化物層をエツチングマスクとして前記
耐酸化膜をエツチングすることにより、該耐酸化
膜で画定される領域も前記レジスト層によつて最
初に画定されたマスク用酸化物層のエツチング領
域よりも小さくなる。このため、このような耐酸
化膜をマスクとしてフイールド酸化を行なうこと
により露光装置の性能限界以上の微細な素子分離
領域を形成することが可能となる。

［実施例］ 以下、図面により本発明の実施例を説明する。
第１図ａからｆまでは、本発明の１実施例にかか
わる素子分離領域の形成方法の各工程を示す。ま
ず第１図ａにおいて、シリコン基板１上に熱酸化
膜（SiO₂）３を例えば100オングストロームの厚
さだけ成長させ、次に多結晶シリコン層５を例え
ば500オングストロームの厚さだけ堆積させ、さ
らにその上にシリコン窒化膜（Si₃N₄）７を例え
ば1500オングストロームの厚さだけ堆積させる。
次に、リン（Ｐ）濃度4wt％のリンケイ酸ガラス
（PSG）９を例えば１ミクロンの厚さだけ堆積す
る。さらに、素子分離領域を形成するため、ホト
レジスト１１を例えば１ミクロンの厚さだけスピ
ンコートし、素子分離領域幅1.2ミクロン、活性
化領域幅1.2ミクロンのマスクを使用して露光お
よびパターニングを行ない、第１図ｂに示すよう
なホトレジストマスク１１を形成する。

次に、後に詳細に説明するサイドデポジシヨン
を使用したエツチング方法により、酸化膜
（PSG）９をテーパーエツチングし、アツシング
によりホトレジスト１１等を除去する。これによ
り、第１図ｃに示すように、酸化膜９がマスク端
より例えば0.3ミクロンだけ膨らむようにテーパ
ーエツチングされ、酸化膜９で画定されるシリコ
ン窒化膜７の露出部分の幅は0.6ミクロンとなる。

次に、シリコン窒化膜７を酸化膜９をマスクと
してエツチングを行ない、かつその後酸化膜９を
除去することにより、第１図ｄに示すように、シ
リコン窒化膜７を残留部分1.8ミクロン、開口部
0.6ミクロンの寸法にパターニングすることがで
きる。

次に、フイールド酸化を行なうことにより、第
１図ｅに示すように、例えば厚さ5000オングスト
ロームのフイールド酸化膜１３を形成する。この
フイールド酸化膜１３は、素子分離領域を構成す
るものである。

さらに、シリコン窒化膜７、多結晶シリコン層
５、および最下層の薄酸化膜３を除去する。これ
により、第１図ｆに示すように、フイールド酸化
膜領域すなわち素子分離領域1.2ミクロン、活性
化領域1.2ミクロンの構造を得ることができる。

第２図は、上述の素子分離領域の形成処理にお
いて、酸化膜９をテーパーエツチングするために
使用する装置の一例としての３電極方式エツチヤ
ーの概略を示す。同図の装置は、上部電極２１
と、下部電極２３と、これらの上部電極２１およ
び下部電極２３との間に配置された例えば網目状
の中間電極２５等を具備している。中間電極２５
は接地されており、上部電極２１および下部電極
２３にはそれぞれ可変容量２７および２９を介し
て高周波電源３１が接続されている。また、下部
電極２３上にはウエハ３３がおかれている。な
お、上部電極２１、下部電極２３、および中間電
極２５等は所定のチエンバー内に収められてお
り、このチエンバー内には後述のようにエツチン
グ用ガス等が導入できるよう構成されているが、
それらの詳細な図示は省略されている。

第２図の装置においては、高周波電源３１の出
力電力を例えば一定とし、可変容量２７および２
９の容量値を調節することにより下部電極２３側
に置かれたウエハ３３に対しあるレベルでエツチ
ングとデポジシヨンとが同時に行なわれ、しかも
デポジシヨンはホトレジストなどの側壁に行なわ
れるいわゆるサイドデポジシヨンとすることがで
きる。すなわち、下部電極２３への印加電力を増
大すれば該下部電極２３の自己バイアスが増大し
酸化膜エツチングに必要なイオンエネルギーを増
大させることができる。これに対して、上部電極
２１への印加電力を増大すれば下部電極２３の自
己バイアスが減少しデポジシヨンに必要な活性種
の濃度が増大し、従つてデポジシヨンの量が増大
する。

上述の現象をさらに詳細に説明する。一般に、
酸化膜のエツチングガスとしては、CHF₃、
CHF₃＋O₂、C₂F₆＋CHF₃、あるいはC₂F₆＋H₂な
どのガス系が用いられる。これらのガス系がプラ
ズマ状態になるとエツチヤントが生成されると同
時にポリマー化の反応に寄与する反応種も容易に
生成され、スパツタリングの効果のない領域にカ
ーボンを主鎖とするポリマーが形成される。しか
し、下部電極２３への印加電力が大きい場合には
スパツタリング効果により形成されるべきポリマ
ーは除去される。そして、一般に、スパツタリン
グ効率はイオンの入射角に対し角度依存性を持つ
ている。入射角が0゜すなわちイオンがウエハに対
して、垂直方向に入射する場合には、スパツタレ
ートはあまり大きくないある値を有しており、入
射角が50゜前後まで増大するに応じてスパツタレ
ートは上昇し50゜前後でピークを示す。さらに入
射角を大きくするとスパツタレートは減少し、入
射角90゜でスパツタレートは０すなわち全くスパ
ツタリング効果が消失する。これに対して、デポ
ジシヨンレートは角度依存性が小さく活性種の濃
度などにより決定される。通常の反応性イオンエ
ツチングの場合にはポリマーのデポジシヨンレー
トがかなり低い状態にされており、これに対して
スパツタレートは十分大きくなつている。従つ
て、被加工物は垂直にエツチングされる。これに
対して、本発明に関わる方法においては、デポジ
シヨンレートが比較的大きな値に設定され、スパ
ツタレートの大きさにも依存する程度に設定され
る。従つて、イオンの入射角に応じて、スパツタ
レートが変化する際に、デポジシヨンレートがス
パツタレートを越える入射角ではデポジシヨンが
認められる。このため、デポジシヨンレートとス
パツタレートとの比率を適切に選択することによ
り、入射角が比較的大きい場合にデポジシヨンが
行なわれるように第２図の装置を条件設定するこ
とができる。

このような動作条件下で、例えば第３図ａに示
すような被エツチングサンプルを考える。すなわ
ち、同図のサンプルにおいては、シリコン半導体
基板３５上にシリコン酸化物層（SiO₂）３７が
形成され、この酸化物層３７上に例えばコンタク
トホールを画定するための開口部３９を有するホ
トレジスト４１が形成されている。このような被
エツチングサンプルを前述のような動作条件に設
定したエツチヤーによりエツチングすることによ
り、ホトレジスト４１の開口部３９の側壁にデポ
ジシヨンを行ないながら同時に酸化物層３７をエ
ツチングすることができる。すなわち、エツチン
グイオン例えば酸化物層３７に垂直に入射するも
のとすれば、このイオンの酸化物層３７に対する
入射角は0゜であるが、ホトレジスト４１の開口部
３９の側壁部分に対する入射角はほぼ90゜となる。
このため、ホトレジスト４１の開口部３９の側壁
にはポリマーが堆積され、一方酸化物層３７はエ
ツチングされる。このようにして、第３図ｂに示
すように、開口部３９の側壁への堆積と酸化物層
３７のエツチングとが同時に行なわれる結果、ホ
トレジスト４１によつて画定されるエツチング領
域が徐々に狭くなり、酸化物層３７がテーパエツ
チングされる。この場合、第３図ｂの斜線で示す
ように、堆積物はホトレジスト４１の開口３９の
側壁から酸化物層３７のエツチングに応じて作ら
れる傾斜壁に堆積される。このようにしてエツチ
ングが行なわれた後、堆積物４３およびホトレジ
スト４１を除去すれば、第３図ｃに示すように、
傾斜エツチングされた酸化物層３７が得られる。

なお、上述のテーパーエツチングは第２図に示
す３電極方式エツチヤーに限らず、他の装置、例
えばマグネトロン等を使用するECR型エツチヤ
ーにおいてウエハ等に垂直に入射するイオンのエ
ネルギーを独立に制御することにより、あるいは
２電極方式の平行平板型エツチヤーにおいてウエ
ハ等を冷却しガスの吸着効率を上げることにより
行なうこともできる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、レジスト層等へ
のサイドデポジシヨンを利用することにより酸化
膜のテーパーエツチングを行ない、このテーパー
エツチングされた酸化膜を使用してシリコン窒化
膜等のエツチングを行なう。そして、サイドデポ
ジシヨンを使用した酸化膜のエツチング方法によ
れば、レジストマスク端からテーパーエツチング
が進むため、エツチング後の酸化膜領域の寸法が
レジストマスク寸法より縮小された寸法となる。
しかも、上述のサイドデポジシヨンを使用したテ
ーパーエツチング方法においては、テーパー角を
自由に制御することができるから、マスク端から
の酸化膜下部への横方向の寸法の増大分を任意に
制御することが可能となる。従つて、本発明によ
れば、例えば改良されたLOCOS方等の素子分離
領域の形成方法を１ミクロン程度以下の微細な寸
法のデバイス形成に適用する場合に、不必要かつ
露光装置の限界性能以上のパターニングを行なう
必要がなくなる。したがつて、露光装置に極めて
高度の性能を要求することなく集積回路装置の微
細なパターン形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａから第１図ｆまでは、本発明の一実施
例にかかわる素子分離領域の形成方法の各工程を
示す説明図、第２図は、本発明にかかわる素子分
離領域の形成方法を実施するための３電極方式エ
ツチヤーの概略を示す電気回路図、そして第３図
ａから第３図ｃまでは、本発明にかかわる素子分
離領域の形成方法において用いられる酸化膜のテ
ーパーエツチング方法の各工程を示す説明図であ
る。 １：基板、３：薄酸化膜、５：多結晶シリコン
層、７：シリコン窒化膜、９：酸化膜層、１１：
ホトレジスト層、１３：フイールド酸化膜、２
１：上部電極、２３：下部電極、２５：中間電
極、２７，２９：可変容量、３１：高周波電源、
３３：ウエハ、３５：シリコン基板、３７：酸化
膜層、３９：開口部、４１：ホトレジスト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板表面に少なくとも薄い酸化膜と耐
   酸化膜とマスク用酸化物層とをこの順に形成する
   工程、前記マスク用酸化物層をテーパーエツチン
   グする工程、このテーパーエツチングされたマス
   ク用酸化物層をエツチングマスクとして前記耐酸
   化膜をエツチングする工程、および該耐酸化膜を
   マスクとして半導体基板のフイールド酸化を行な
   う工程、を具備することを特徴とする素子分離領
   域の形成方法。 ２ 前記マスク用酸化物層のテーパーエツチング
   は、該マスク用酸化物層上にレジスト層をパター
   ン形成し、このレジスト層によつて画定されるエ
   ツチング領域において少なくとも該レジスト層の
   側壁に堆積を行ないながら該マスク用酸化物層を
   エツチングすることにより行なう特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。 ３ 前記の薄い酸化膜は２酸化ケイ素膜であり、
   この２酸化ケイ素膜上にポリシリコン層を形成し
   た後前記耐酸化膜として窒化シリコン幕を形成す
   る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 前記マスク用酸化物層はリンケイ酸ガラス層
   である特許請求の範囲第１項に記載の方法。