(57)【要約】【課題】フィールド酸化膜の端部（即ち、バーズビーク）の表面に形成される窪みを小さくすることができるようにした半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】シリコン基板１上にシリコン窒化膜を形成する工程と、シリコン窒化膜をパターニングして窒化膜マスク５を形成する工程と、窒化膜マスク５が形成されたシリコン基板１の上方全面にシリコン酸化膜を形成する工程と、シリコン酸化膜をエッチバックして窒化膜マスク５の側面にサイドウォール９を形成する工程と、窒化膜マスク５及びサイドウォール９をマスクにシリコン基板１の表面を局所的に熱酸化してフィールド酸化膜１１を形成する工程と、熱酸化により窒化膜マスク５の表面に形成された変質層１３をＨＦ溶液でエッチングして除去する工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜をパターニングして窒化膜パターンを形成する工程と、
前記窒化膜パターンが形成された前記シリコン基板の上方にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜をエッチバックして前記窒化膜パターンの側面に前記シリコン酸化膜からなるサイドウォールを形成する工程と、
前記窒化膜パターン及び前記サイドウォールをマスクとして熱酸化を行ない、前記シリコン基板の表面にフィールド酸化膜を形成する工程と、
少なくとも前記窒化膜パターンの表面をＨＦ溶液に曝す工程と、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】
シリコン基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜をパターニングして窒化膜パターンを形成する工程と、
前記窒化膜パターンが形成された前記シリコン基板の上方にポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜をエッチバックして前記窒化膜パターンの側面に前記ポリシリコンからなるサイドウォールを形成する工程と、
前記窒化膜パターン及び前記サイドウォールをマスクとして熱酸化を行ない、前記シリコン基板の表面にフィールド酸化膜を形成する工程と、
少なくとも前記窒化膜パターンの表面をＨＦ溶液に曝す工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記シリコン窒化膜を形成する前に、前記シリコン基板上にパッド酸化膜を形成する工程を含み、
前記シリコン窒化膜を形成する工程では、前記パッド酸化膜上に前記シリコン窒化膜を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記フィールド酸化膜を形成する工程では、前記窒化膜パターンの表面に変質層が形成され、
前記ＨＦ溶液に曝す工程で、前記変質層が除去されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、フィールド酸化膜の形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１にも開示されているように、シリコン基板上に形成される素子間の分離方法として、ＬＯＣＯＳ（ｌｏｃａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ）法が知られている。図４（ａ）に示すように、ＬＯＣＯＳ法では、まず始めに、シリコン基板５１上にシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜からなるパッド酸化膜５３を形成し、その上にシリコン窒化（Ｓｉ3Ｎ4）膜を形成する。次に、このシリコン窒化膜をパターニングして窒化膜マスク５５を形成する。窒化膜マスク５５で覆われている領域が素子領域であり、窒化膜マスク５５で覆われていない領域が素子分離領域である。
【０００３】
次に、図４（ｂ）に示すように、窒化膜マスク５５が形成されたシリコン基板５１に酸化処理を施して、素子分離領域のシリコン基板５１にフィールド酸化膜６１を形成する。窒化膜マスク５５は優れた耐酸化性を有するため、素子領域のシリコン基板５１表面を酸化雰囲気から保護しつつ、素子分離領域のシリコン基板５１表面にフィールド酸化膜６１を厚く形成することができる。なお、このフィールド酸化膜６１の形成工程では、窒化膜マスク５５の端部（以下、窒化膜端部という。）の下にも酸素が入り込み、横方向（即ち、素子領域の方向）への酸化も多少進行する。このため、窒化膜端部の下には、いわゆるバーズビークがフィールド酸化膜６１の一部として形成される。
フィールド酸化膜６１を形成した後は、図４（ｃ）に示すように、窒化膜マスク５５を例えば熱燐酸溶液でウェットエッチングしてこれを除去する。
【特許文献１】特開平０７−２０１９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のＬＯＣＯＳ法では、フィールド酸化膜６１を形成する際の熱酸化処理により、窒化膜マスク５５の表面に変質層６３が形成される。この変質層６３はシリコン酸化窒化（ＳｉＯＮ）膜であり、熱燐酸溶液ではほとんどエッチングされない性質の膜である。窒化膜マスク５５は熱燐酸溶液を用いたウェットエッチングにより除去されることが一般的であるが、窒化膜マスク５５の表面に変質層６３が残っていると窒化膜マスク５５の除去が阻害されてしまう。そこで、従来の技術では、ＨＦ系の溶液（以下、ＨＦ溶液という。）で変質層６３をエッチングしこれを完全に除去してから、熱燐酸溶液によるエッチングを行っていた。
【０００５】
しかしながら、このＨＦ溶液によるエッチング処理では、変質層６３だけでなくフィールド酸化膜６１もエッチングされる。例えば、フィールド酸化膜６１は図４（ｂ）の破線で示す位置まで削られる。また、窒化膜マスク５５の端部ではその直下においてサイドエッチングが進行する。その結果、図４（ｃ）に示すように、フィールド酸化膜６１の端部（即ち、バーズビーク）の表面が局所的に削られて、窪みｈができてしまう。この窪みｈは、その後に工程を経ても段差として存在しつづけるので、例えばゲート電極用のポリシリコン膜をパターニングする工程では、この段差にドライエッチングの残渣が蓄積しやすいという問題があった。
【０００６】
なお、このような窪みの問題は特許文献１においても発生するものと考えられる。即ち、特許文献１の図２（ｆ）の工程では、フィールド酸化膜を形成する際に、Ｓｉ3Ｎ4膜からなる側壁の表面が露出しているのでそこに変質層が形成される。従って、特許文献１においても、側壁を熱燐酸溶液でエッチングする前にＨＦ溶液で変質層をエッチングして除去する必要があるが、変質層をエッチングする際にフィールド酸化膜もエッチングされるので、（図示はされていないが）フィールド酸化膜の端部の表面に窪みが形成されてしまう。
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、フィールド酸化膜の端部（即ち、バーズビーク）の表面に形成される窪みを小さくすることができるようにした半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、発明１の半導体装置の製造方法は、シリコン基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜をパターニングして窒化膜パターンを形成する工程と、前記窒化膜パターンが形成された前記シリコン基板の上方にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜をエッチバックして前記窒化膜パターンの側面に前記シリコン酸化膜からなるサイドウォールを形成する工程と、前記窒化膜パターン及び前記サイドウォールをマスクとして熱酸化を行ない、前記シリコン基板の表面にフィールド酸化膜を形成する工程と、少なくとも前記窒化膜パターンの表面をＨＦ溶液に曝す工程と、を含むことを特徴とするものである。ここで、「ＨＦ溶液」とはフッ酸（ＨＦ）を含む溶液のことであり、例えば、希フッ酸溶液（ＤＨＦ：Ｄｉｌｕｔｅｄ  Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ  Ａｃｉｄ）又はバッファードフッ酸溶液（ＢＨＦ：Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ  Ａｃｉｄ）のことである。
【０００８】
発明２の半導体装置の製造方法は、シリコン基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜をパターニングして窒化膜パターンを形成する工程と、前記窒化膜パターンが形成された前記シリコン基板の上方にポリシリコン膜を形成する工程と、前記ポリシリコン膜をエッチバックして前記窒化膜パターンの側面に前記ポリシリコンからなるサイドウォールを形成する工程と、前記窒化膜パターン及び前記サイドウォールをマスクとして熱酸化を行ない、前記シリコン基板の表面にフィールド酸化膜を形成する工程と、少なくとも前記窒化膜パターンの表面をＨＦ溶液に曝す工程と、を含むことを特徴とするものである。
【０００９】
発明３の半導体装置の製造方法は、発明１又は発明２の半導体装置の製造方法において、前記シリコン窒化膜を形成する前に、前記シリコン基板上にパッド酸化膜を形成する工程を含み、前記シリコン窒化膜を形成する工程では、前記パッド酸化膜上に前記シリコン窒化膜を形成することを特徴とするものである。ここで、シリコン酸化膜上に形成されたポリシリコン膜をドライエッチングする場合、シリコン酸化膜に対してポリシリコン膜のエッチング選択比を大きくとることができる。
【００１０】
発明４の半導体装置の製造方法は、発明１から発明３の何れか一の半導体装置の製造方法において、前記フィールド酸化膜を形成する工程では、前記窒化膜パターンの表面に変質層が形成され、前記ＨＦ溶液に曝す工程で、前記変質層が除去されることを特徴とするものである。ここで、「変質層」とはシリコン酸化窒化（ＳｉＯＮ）膜のことである。
発明１〜発明４の半導体装置の製造方法によれば、窒化膜パターンの表面をＨＦ溶液に晒す際に、窒化膜パターンとフィールド酸化膜との間へのＨＦ溶液の入り込みを抑制することができるので、フィールド酸化膜の端部（即ち、バーズビーク）の表面に形成される窪みを小さくすることができる。従って、例えば、上記窪みにドライエッチングの残渣が蓄積してしまうことを防ぐことができる。
【００１１】
また、例えば、シリコン酸化膜からなるパッド酸化膜上にポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をエッチバックしてサイドウォールを形成する場合には、ドライエッチングの基板方向への進行をパッド酸化膜で容易に止めることができる。従って、エッチバック時に、シリコン基板がプラズマ雰囲気に晒されてその結晶構造に欠陥が生じること（即ち、プラズマ損傷）を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（１）第１実施形態
図１（ａ）〜図２（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
図１（ａ）に示すように、まず始めに、シリコン基板１上にパッド酸化膜３を形成する。このパッド酸化膜３はシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜からなり、フィールド酸化時の応力緩和を目的としたものである。このパッド酸化膜３は、例えば熱酸化又はＣＶＤ法で形成する。次に、このパッド酸化膜３上にシリコン窒化（Ｓｉ3Ｎ4）膜を形成する。このシリコン窒化膜は例えばＣＶＤ法で形成する。そして、フォトリソグラフィー及びドライエッチング技術により、このシリコン窒化膜をパターニングして窒化膜マスク５を形成する。図１（ａ）において、窒化膜マスク５で覆われている領域が素子領域であり、窒化膜マスク５で覆われていない領域が素子分離領域である。
【００１３】
次に、図１（ｂ）に示すように、窒化膜マスク５が形成されたシリコン基板１の上方全面にシリコン酸化膜７を形成する。このシリコン酸化膜７の形成は例えばプラズマＣＶＤ（Ｐ−ＣＶＤ）法、又は、減圧ＣＶＤ（ＬＰ−ＣＶＤ）法で行う。次に、異方性のドライエッチングによりシリコン酸化膜７をエッチバックする。これにより、図１（ｃ）に示すように、窒化膜マスク５の端部（以下、窒化膜端部という。）の側面にシリコン酸化膜からなるサイドウォール９を形成する。このサイドウォール９の形成工程では、シリコン酸化膜だけでなく、窒化膜マスク５で覆われていない（即ち、素子分離領域の）パッド酸化膜３もエッチングされる。それゆえ、例えば、図１（ｃ）に示すように、素子分離領域のシリコン基板１表面が露出する。
【００１４】
次に、図２（ａ）に示すように、窒化膜マスク５及びサイドウォール９が形成されたシリコン基板１に熱酸化処理を施して、素子分離領域のシリコン基板１にフィールド酸化膜１１を形成する。即ち、窒化膜マスク５及びサイドウォール９をマスクにシリコン基板１の表面を局所的に熱酸化してフィールド酸化膜１１を形成する。窒化膜マスク５は優れた耐酸化性を有するため、素子領域のシリコン基板１を酸化雰囲気から保護しつつ、素子分離領域のシリコン基板１にフィールド酸化膜１１を厚く形成することができる。また、このフィールド酸化膜１１の形成工程では、窒化膜端部の下にも酸素が入り込み、横方向（即ち、素子領域の方向）への酸化も多少進行する。このため、窒化膜端部の下には、いわゆるバーズビークがフィールド酸化膜１１の一部として形成される。
【００１５】
なお、このフィールド酸化膜１１の形成工程では、その熱酸化処理により、窒化膜マスク５の表面に変質層１３が形成される。この変質層１３は例えばＳｉＯＮ膜であり、熱燐酸溶液ではほとんどエッチングされない性質の膜である。このような窒化膜マスク５の表面に変質層１３が残っていると窒化膜マスク５の除去が阻害されてしまう。そこで、本発明では、フィールド酸化膜１１を形成した後で、ＨＦ溶液（例えば、ＤＨＦ又はＢＨＦ等）を用いたウェットエッチング処理をシリコン基板１に施す。これにより、窒化膜マスク５の表面から変質層１３を完全に除去することができる。また、このウェットエッチング処理では、ＨＦ溶液によってサイドウォール９及びフィールド酸化膜１１の両方ともエッチングされる。その結果、例えばサイドウォール９は完全に除去され、フィールド酸化膜１１は図２（ａ）の破線で示す位置まで削られる。
【００１６】
ここで、本発明では、窒化膜端部とフィールド酸化膜１１との間をサイドウォール９で覆っているので、窒化膜端部とフィールド酸化膜１１との間へのＨＦ溶液の入り込みを抑制することができる。即ち、ＨＦ溶液は、ウェットエッチングによってサイドウォール９を取り除くまでの間、窒化膜マスク５とフィールド酸化膜１１との間に入り込むことができない。従って、図２（ｂ）に示すように、フィールド酸化膜１１の端部（即ち、バーズビーク）の表面に形成される窪みｈを小さくすることができる。変質層１３を除去した後は、例えば熱燐酸溶液で窒化膜マスク５をエッチングして除去する。これにより、図２（ｃ）に示すように、素子領域上から窒化膜マスクが完全に除去される。
【００１７】
なお、窒化膜マスク５を除去した後は、例えば、素子領域のシリコン基板１上からパッド酸化膜３を完全に除去し、露出したシリコン基板１上にゲート酸化膜（図示せず）を形成する。次に、ＣＶＤ法により、ゲート酸化膜上にポリシリコン膜（図示せず）を形成する。そして、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、このポリシリコン膜をパターニングしてゲート電極（図示せず）を形成する。これ以降は、通常のＣＭＯＳプロセスにより、例えばＭＯＳトランジスタを形成する。
このように、本発明の第１実施形態によれば、ＨＦ溶液で変質層１３を除去する際に、窒化膜マスク５とフィールド酸化膜１１との間へのＨＦ溶液の入り込みを抑制することができる。従って、バーズビークの表面に形成される窪みｈを小さくすることができる。
【００１８】
また、この窪みｈの大きさ（即ち、平面視による面積や、断面視による深さ）は、その後、工程を経ても小さなまま維持される。それゆえ、例えば、ゲート電極を形成するためのポリシリコン膜のドライエッチング工程において、そのエッチングの残渣が窪みｈに蓄積してしまうことを防ぐことができる。また、フォトリソグラフィー工程、ドライエッチ工程等のパターニングが容易となるため、製品の歩留まりを向上することができ、さらに微細なパターニングが可能となる。
【００１９】
（２）第２実施形態
上記の第１実施形態では、窒化膜端部の側面にシリコン酸化膜からなるサイドウォール９を形成する場合について説明したが、本発明のサイドウォールはこれに限られることはない。例えば、窒化膜端部の側面にシリコン酸化膜ではなく、ポリシリコン膜からなるサイドウォールを形成しても良い。第２実施形態ではこの点について説明する。
【００２０】
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。図３において、図１及び図２と同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。この第２実施形態において、窒化膜マスク５を形成する工程までは第１実施形態と同じである。即ち、図３（ａ）において、シリコン基板１上にパッド酸化膜３を形成し、その上に、シリコン窒化膜を形成する。次に、フォトリソグラフィー及びドライエッチング技術により、このシリコン窒化膜をパターニングして窒化膜マスク５を形成する。
【００２１】
次に、窒化膜マスク５が形成されたシリコン基板１の上方全面にポリシリコン膜１７を形成する。このポリシリコン膜１７の形成は例えばプラズマＣＶＤ（Ｐ−ＣＶＤ）法、又は、減圧ＣＶＤ（ＬＰ−ＣＶＤ）法で行う。そして、異方性のドライエッチングによりポリシリコン膜１７をエッチバックする。これにより、図３（ｂ）に示すように、窒化膜端部の側面にポリシリコン膜１７からなるサイドウォール１９を形成する。
【００２２】
ここで、シリコン酸化膜上に形成されたポリシリコン膜をドライエッチングする場合、シリコン酸化膜に対してポリシリコン膜のエッチング選択比を大きくとることができる。例えば、Ｃｌ系もしくはＢｒ系のガス、又は、これらのガスにＯ2を添加したＣｌ2／Ｏ2、ＨＢｒ／Ｏ2などのガス系を用いることにより、ポリシリコン膜の選択比を大きくとることができる。
【００２３】
このため、ポリシリコン膜１７をエッチバックしてサイドウォール１９を形成する際に、ドライエッチングの基板方向への進行をパッド酸化膜３で容易に止めることができる。エッチバック時に、素子分離領域のシリコン基板１表面の露出を避けることができるので、シリコン基板１がプラズマ雰囲気に晒されてその結晶構造に欠陥が生じること（即ち、プラズマ損傷）を防止することができる。図３（ｂ）に示すように、ポリシリコンからなるサイドウォール１９を形成した後は、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１に熱酸化処理を施して、素子分離領域のシリコン基板１にフィールド酸化膜１１を形成する。
【００２４】
なお、この第２実施形態では、フィールド酸化膜１１の形成工程でポリシリコン膜１７からなるサイドウォール１９は完全に熱酸化され、その組成がＳｉからＳｉＯ2となる。また、この第２実施形態においても、フィールド酸化膜１１を形成する際に窒化膜マスク５の表面に変質層１３が形成されるので、窒化膜マスク５上から変質層１３を除去する必要がある。
【００２５】
次に、ＨＦ溶液（例えば、ＤＨＦ又はＢＨＦ等）を用いたウェットエッチング処理をシリコン基板１に施して、変質層１３を除去する。これにより、窒化膜マスク５の表面から変質層１３を除去することができる。また、このウェットエッチング工程では、ＨＦ溶液によってサイドウォール１９及びフィールド酸化膜１１の両方ともエッチングされる。その結果、例えばサイドウォール１９は完全に除去され、フィールド酸化膜１１は図３（ｃ）の破線で示す位置まで削られる。そして、これ以降の工程は、第１実施形態と同じである。
このように、本発明の第２実施形態によれば、サイドウォール１９により、窒化膜マスク５とフィールド酸化膜１１との間へのＨＦ溶液の入り込みを抑制することができる。従って、第１実施形態と同様に、バーズビークの表面に形成される窪みｈを小さくすることができる。
【００２６】
また、この第２実施形態では、ポリシリコン膜１７をエッチバックしてサイドウォール１９を形成する際に、ドライエッチングの基板方向への進行をパッド酸化膜３で容易に止めることができる。従って、素子分離領域のシリコン基板１表面におけるプラズマ損傷を防止することができる。これにより、素子分離領域のシリコン基板１において、例えば結晶欠陥を原因とするリーク電流の発生を防止することができるので、半導体装置の歩留まりの向上や動作信頼性の向上に寄与することができる。
上記の第１、第２実施形態では窒化膜マスク５が本発明の「窒化膜パターン」に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その１）。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その２）。
【図３】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図。
【図４】従来例に係る半導体装置の製造方法とその問題点を示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１  シリコン基板、３  パッド酸化膜、５  窒化膜マスク、７  シリコン酸化膜、９、１９  サイドウォール、１１  フィールド酸化膜、１３  変質層、ｈ  窪み
【図１】
2008288519.tif 000003
【図２】
2008288519.tif 000004
【図３】
2008288519.tif 000005
【図４】
2008288519.tif 000006