(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第１の絶縁膜を形成した後、前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜上にレジストパターンを形成した後、前記レジストパターンをマスクとして前記第２の絶縁膜をエッチング処理する工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
前記エッチング処理された第２の絶縁膜の端部近傍における前記第１の絶縁膜には照射しないように、前記第１の絶縁膜に対して放射線を照射して、前記放射線が照射された部分の第１の絶縁膜を除去する工程と、
前記放射線の照射部分が除去された第１の絶縁膜をマスクとして、半導体基板をエッチング処理する工程と、
前記エッチング処理された半導体基板を熱酸化処理する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、前記放射線を、前記第２の絶縁膜の上方から前記第１の絶縁膜に対して斜めに照射することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法において、前記放射線が、Ｘ線であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の製造方法において、前記Ｘ線のエネルギーが、０．５〜５ｋｅＶであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の製造方法において、前記半導体基板をエッチング処理することにより、素子分離用の溝を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法において、前記熱酸化処理により、前記溝の内面を酸化させるとともに、前記溝の上端部を丸みを帯びた形状に酸化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６に記載の製造方法において、前記半導体基板は、シリコン基板であり、前記シリコン基板上に第１の絶縁膜としてのシリコン酸化膜を形成し、前記シリコン酸化膜上に第２の絶縁膜としてのシリコン窒化膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に半導体装置の素子分離技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＭＯＳ等の半導体装置における素子分離技術として、ＬＯＣＯＳ（ｌｏｃａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ）法が用いられていた。しかし、上記ＬＯＣＯＳ法による素子分離では、バーズビーク等の問題があった。
【０００３】
そこで、近年の半導体装置の微細化及び高密化に伴って、上記ＬＯＣＯＳ法に代わる素子分離技術として、半導体基板に素子分離用の溝（浅溝）を形成するＳＴＩ（ｓｈａｌｌｏｗ  ｔｒｅｎｃｈ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ：浅溝素子分離技術）が注目されている。
しかし、上記ＳＴＩ（浅溝素子分離技術）では、半導体基板に形成された上記溝の上端部に電界が集中してしまい、溝の上端部付近に形成されたトランジスタの閾値電圧が局所的に低下する問題があった。
従って、閾値電圧が高いトランジスタと、閾値電圧が低いトランジスタが並列につながってしまうため、逆狭チャンネル効果や、サブスレショルド領域においてキンクが発生してしまう問題があった。これにより、ゲート幅が狭いトランジスタにおいて、オフリーク電流が多くなるという問題があった。
【０００４】
この対策として、シリコン基板に溝をドライエッチング処理により形成した後に、シリコン基板を熱酸化処理することにより、溝の上端部を丸みを帯びた形状に酸化させて、局所的な電界の集中を抑えるようにした。
しかし、シリコン基板エッチング用のマスクとして用いられるシリコン窒化膜の応力の影響により、溝の上端部において熱酸化レートが抑えられてしまい、熱酸化処理された溝の形状が、オーバーハング形状になってしまう可能性があった。
【０００５】
図２は、従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
以下、図２を参照して、従来の半導体装置の製造方法について説明する。
先ず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１としてのシリコン基板上に、シリコン酸化膜２を形成した後、上記シリコン酸化膜２上にシリコン窒化膜３を形成する。
【０００６】
次に、図２（ｂ）に示すように、上記シリコン窒化膜３上にレジストパターン４を形成した後、このレジストパターン４をマスクとして、上記シリコン酸化膜２及びシリコン窒化膜３をドライエッチング処理して開口５０を形成する。
【０００７】
そして、図２（ｃ）に示すように、上記シリコン酸化膜２及びシリコン窒化膜３をマスクとして、半導体基板１をドライエッチング処理して溝７を形成する。
【０００８】
続いて、上記シリコン窒化膜３を熱燐酸を用いてウェットエッチング処理することにより、図２（ｄ）に示すような形状が得られる。
【０００９】
最後に、図２（ｅ）に示すように、半導体基板１を熱酸化処理して、溝７の上端部７１を丸みを帯びた形状に酸化させる。
【００１０】
上述したように、従来の半導体装置の製造方法では、熱燐酸を用いてシリコン窒化膜３をウェットエッチング処理することにより、シリコン窒化膜３に対してシリコン酸化膜２をオフセットさせた。これにより、シリコン窒化膜３の応力の影響を抑えて、半導体基板１の熱酸化処理を行った。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の製造方法において、熱燐酸を用いたウェットエッチング処理は、等方的なエッチング処理であるので、縦方向にもシリコン窒化膜３がエッチングされてしまう。すなわち、シリコン窒化膜３の膜厚が薄くなってしまう。
また、シリコン窒化膜３は、上記熱酸化処理後に行われるＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程において、ストップ膜として用いられる。
【００１２】
従って、上記熱燐酸を用いたウェットエッチング処理を行うと、シリコン窒化膜３の膜厚が薄くなるため、熱酸化処理後に行うＣＭＰ工程において、プロセスマージンが少なくなってしまう問題があった。
【００１３】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、半導体装置の素子分離において、シリコン窒化膜の膜厚を変化させることなく、シリコン窒化膜に対してシリコン酸化膜をオフセットさせることを目的とする。また、それとともに、シリコン窒化膜の応力の影響を抑えて、シリコン基板の熱酸化処理を行うことも目的とする。
【００１４】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１の絶縁膜を形成した後、前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜上にレジストパターンを形成した後、前記レジストパターンをマスクとして前記第２の絶縁膜をエッチング処理する工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
前記エッチング処理された第２の絶縁膜の端部近傍における前記第１の絶縁膜には照射しないように、前記第１の絶縁膜に対して放射線を照射して、前記放射線が照射された部分の第１の絶縁膜を除去する工程と、
前記放射線の照射部分が除去された第１の絶縁膜をマスクとして、半導体基板をエッチング処理する工程と、
前記エッチング処理された半導体基板を熱酸化処理する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記放射線を、前記第２の絶縁膜の上方から前記第１の絶縁膜に対して斜めに照射することが好適である。
【００１７】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記放射線が、Ｘ線であることが好適である。
【００１８】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記Ｘ線のエネルギーが、０．５〜５ｋｅＶであることが好適である。
【００１９】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記半導体基板をエッチング処理することにより、素子分離用の溝を形成することが好適である。
【００２０】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記熱酸化処理により、前記溝の内面を酸化させるとともに、前記溝の上端部を丸みを帯びた形状に酸化させることが好適である。
【００２１】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記半導体基板は、シリコン基板であり、前記シリコン基板上に第１の絶縁膜としてのシリコン酸化膜を形成し、前記シリコン酸化膜上に第２の絶縁膜としてのシリコン窒化膜を形成することが好適である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明するための図である。
図１を参照して、本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法について説明する。
【００２３】
先ず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１としてのシリコン基板上に、第１の絶縁膜２としてのシリコン酸化膜を、熱酸化処理またはＣＶＤ法等により形成する。
そして、上記シリコン酸化膜２上に、第２の絶縁膜３としてのシリコン窒化膜をＣＶＤ法等により形成する。
ここで、シリコン酸化膜２の膜厚は、１０〜２０ｎｍ程度であり、シリコン窒化膜３の膜厚は、１００〜２００ｎｍ程度である。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜３上にレジストパターン４をリソグラフィ工程により形成し、このレジストパターン４をマスクとして、シリコン窒化膜３をドライエッチング処理することにより開口５を形成する。
ここで、開口５の幅（図中、開口幅５１で示す）は、０．２μｍ程度である。
【００２５】
続いて、図１（ｃ）に示すように、上記レジストパターン４を除去した後、シリコン酸化膜２に対して放射線６（後述）を照射して、この放射線６が照射された部分のシリコン酸化膜２を光刺激脱離により除去する。
ここで、放射線６を、上記エッチング処理されたシリコン窒化膜３の端部３１近傍におけるシリコン酸化膜２には照射しないように、シリコン酸化膜２に対して照射する。従って、上記端部３１近傍のシリコン酸化膜２は除去されないため、シリコン窒化膜３に対して、シリコン酸化膜２がオフセットされる。
また、図１（ｃ）中の矢印で示すように、放射線６を、シリコン窒化膜３の上方からシリコン酸化膜２に対して斜めに照射することによって、上述したように、シリコン窒化膜３の端部３１近傍のシリコン酸化膜２に対しては、放射線６が照射されない。
【００２６】
また、この工程において、シリコン基板１の温度範囲は、５００〜１０００℃である。上記温度範囲内で、シリコン基板１の温度を高くすることによって、シリコン酸化膜２の除去レート（エッチレート）が高くすることができる。
【００２７】
また、上記光刺激脱離には、エネルギー及び強度の高い放射線を用いる必要があり、上記放射線としては、例えば、放射光実験施設で得られるシンクロトロン放射光が用いられる。より詳細には、上記シンクロトロン放射光から得られるＸ線（特性Ｘ線）が用いられる。
また、上記Ｘ線のエネルギーは、１ｋｅＶ程度である。なお、Ｘ線のエネルギーや強度については、Ｘ線の照射対象となるシリコン酸化膜２の膜質や膜厚等によって変更可能である。例えば、上記Ｘ線のエネルギーは、０．５〜５ｋｅＶの範囲で設定される。
【００２８】
次に、図１（ｄ）に示すように、放射線６の照射部分が除去されたシリコン酸化膜２をマスクとして、シリコン基板１をエッチング処理することにより、シリコン基板１に素子分離用の溝（ＳＴＩ）７を形成する。
【００２９】
最後に、図１（ｅ）に示すように、上記エッチング処理されたシリコン基板１を熱酸化処理することにより、上記溝７の内面を酸化させるとともに、上記溝７の上端部７１を丸みを帯びた形状に酸化させる。ここで、上記上端部７１に形成された丸みは、半径の大きな丸みとなる。
【００３０】
以上説明した半導体装置の製造方法をまとめると、先ず、シリコン基板１上にシリコン酸化膜２を形成し、このシリコン酸化膜２上にシリコン窒化膜３を形成する。そして、シリコン窒化膜３上にレジストパターン４を形成した後、このレジストパターン４をマスクとして、シリコン窒化膜３をエッチング処理する。
さらに、シリコン酸化膜２にＸ線（放射線）６を照射して、このＸ線照射部分のシリコン酸化膜２を光刺激脱離により除去する。ここで、シリコン窒化膜３の端部３１近傍のシリコン酸化膜２にはＸ線６が照射されない。
次に、上記Ｘ線照射部分が除去されたシリコン酸化膜２をマスクとして、シリコン基板１をエッチング処理することにより、素子分離用の溝７を形成する。
最後に、上記溝７が形成されたシリコン基板１を熱酸化処理することにより、溝７の内面を酸化させるとともに、溝７の上端部７１を丸みを帯びた形状に酸化させる。
【００３１】
すなわち、本実施の形態による半導体製造方法によれば、シリコン窒化膜３の端部３１近傍のシリコン酸化膜２は除去されないため、シリコン窒化膜３に対してシリコン酸化膜２は水平方向にオフセットされる。つまり、シリコン窒化膜３よりもシリコン酸化膜２の方が、水平方向に長くなる。
この時、従来のような熱燐酸を用いたウェットエッチング処理を行わず、放射線６を用いた光刺激脱離によってシリコン酸化膜２を除去するため、シリコン窒化膜３の膜厚が変化しない。
また、上記シリコン基板１を熱酸化処理する際に、シリコン基板１に形成された溝７の上端部７１は、シリコン窒化膜３の応力の影響を受けることなく、丸みを帯びた形状に酸化される。これにより、溝７の上端部７１に電界が集中しないため、シリコン基板１に形成されたトランジスタの特性が向上する。
【００３２】
従って、シリコン窒化膜３の膜厚を変化させることなく、シリコン窒化膜３に対してシリコン酸化膜２をオフセットさせることができる。それとともに、シリコン窒化膜３の応力の影響を抑えてシリコン基板１の熱酸化処理を行うことができる。
【００３３】
また、上記熱酸化処理の後に行われるＣＭＰ工程において、ストップ膜として用いられるシリコン窒化膜３の膜厚が変化しないため、上記ＣＭＰ工程でのプロセスマージンが高くなる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、放射線を照射することにより第１の絶縁膜のみを除去するため、第２の絶縁膜の膜厚は変化しない。また、エッチング処理された第２の絶縁膜の端部近傍における第１の絶縁膜には、放射線が照射されないため、第２の絶縁膜に対して第１の絶縁膜がオフセットされる。
従って、第２の絶縁膜の膜厚を変化させることなく、第２の絶縁膜に対して第１の絶縁膜をオフセットさせることができる。これにより、第１の絶縁膜の応力の影響を抑えて、半導体基板の熱酸化処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１  半導体基板（シリコン基板）、２  第１の絶縁膜（シリコン酸化膜）、３第２の絶縁膜（シリコン窒化膜）、４  レジストパターン、５  開口、６  放射線（シンクロトロン放射光，Ｘ線）、７  溝（ＳＴＩ）、３１  端部、５１  開口幅、７１  上端部。
【図１】
0003544920.tif 000002
【図２】
0003544920.tif 000003