(57)【要約】【課題】  長時間のオーバー酸化を行わなくても確実に半導体柱に未酸化部を残さないで半導体柱を熱酸化できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  この発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板１１に複数のトレンチ溝１２を形成するエッチング工程と、隣接するトレンチ溝１２の間の半導体柱を熱酸化する絶縁工程を含む。エッチングされるトレンチ溝１２は、その開口部の長辺がＹ軸に対して平行し、その短辺がＸ軸に対して平行に整列しており、トレンチ短辺幅はＷａｔ、トレンチ長辺幅はＷｂｔである。Ｘ軸方向に隣接するトレンチ溝１２の間での半導体柱の幅をＷａｓ、Ｙ軸方向に隣接するトレンチ溝１２の間での半導体柱の幅をＷｂｓとし、半導体基板１１に形成される開口部のうち、原点側の第１列、第３列のトレンチ溝１２を１列毎に、トレンチ長辺幅（Ｗｂｔ）の１／２だけＹ軸方向にずらしている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に複数のトレンチ溝を形成するエッチング工程と、隣接する前記トレンチ溝の間の半導体柱を熱酸化する絶縁工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記エッチング工程では、前記半導体基板に形成される開口部をそれぞれ前記半導体基板上で直交座標軸のＸ軸方向あるいはＹ軸方向に平行移動したとき、前記開口部の軌跡によって前記半導体柱のすべての領域がカバーされる位置に前記トレンチ溝を形成したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング工程では、前記開口部に相当する位置にそれぞれ同じ大きさの開口を備えたトレンチパターンのマスクを用いることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記エッチング工程では、前記開口部に相当する位置にそれぞれ同じ大きさの円形開口を備えたトレンチパターンのマスクを用いることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記エッチング工程では、前記開口部に相当する位置にそれぞれ同じ大きさの多角形の開口を備えたトレンチパターンのマスクを用いることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁工程では、前記半導体柱に未酸化部を残さないようにオーバー酸化するようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁工程の後に、前記トレンチ溝内部を酸化膜で埋め込む埋込工程を実施することによって、前記半導体基板に閉じた所定の領域を有する絶縁部分を形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記エッチング工程の後に垂直イオン注入、および斜めイオン注入を行って、前記トレンチ溝の表面にオフセットドレイン領域を形成したことを特徴とする請求項１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、半導体基板に複数のトレンチ溝を形成するエッチング工程と、隣接するトレンチ溝の間の半導体柱を熱酸化する絶縁工程を含む半導体装置の製造方法に関し、特に未酸化部分のない広い絶縁領域を備えた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造に係るトレンチ形成プロセスには、ＤＲＡＭなどにおけるキャパシタンス作成技術、半導体集積回路の素子分離のためのＳＯＩ技術、あるいはディスクリートＭＯＳＦＥＴのトレンチゲート作成技術など、さまざまなトレンチ形成方式が検討され、開発されている。一方、近年になって、パワーＩＣに使用される横型高耐圧ＭＯＳＦＥＴへの応用技術も提案されている。
【０００３】
こうした横型高耐圧ＭＯＳＦＥＴの構造のひとつに、図７に示すようなトレンチの周囲にオフセットドレイン層（ドレインドリフト領域）を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この横型高耐圧ＭＯＳＦＥＴの構造について説明する。半導体基板１００にトレンチ１１０を形成し、このトレンチ１１０に沿ってオフセットドレイン層１１１を形成し、トレンチ１１０を絶縁膜１１２で充填し、半導体基板１００の表面層にｐウェル領域１１３を形成する。ｐウェル領域１１３の表面層にオフセットドレイン層１１１と離してソース領域１１４を形成し、ソース領域１１４とオフセットドレイン層１１１に挟まれたｐウェル領域１１３上にゲート絶縁膜１１５を介してゲート電極１１６が形成され、半導体基板１００の表面層にオフセットドレイン層１１１と接してドレイン領域１１７を形成する。ソース領域１１４上とドレイン領域１１７上にソース電極１１８とドレイン電極１１９をそれぞれ形成する。オフセットドレイン層１１１は、トレンチ内壁に高濃度にドープされた多結晶シリコン膜を形成し、それを熱処理して、多結晶シリコン層を拡散源としてトレンチ１１０に沿うように、半導体基板１００に拡散層を形成することで形成される。
【０００５】
このようなトレンチ形成プロセスでは、幅の広いトレンチ、例えば２０μｍ×２０μｍの領域に渡る大きなトレンチに酸化膜などの絶縁膜を埋め込む技術が必要になる。そこで、こうした幅の広いトレンチ内に絶縁膜を埋め込んで良質の絶縁領域を形成するために、高いアスペクト比を有するストライプ状のトレンチ形成用溝（トレンチ溝）を複数本整列して作成し、つぎに隣接するトレンチ溝間の半導体基板（半導体柱）を熱酸化し、その後に各トレンチ溝を絶縁膜で埋め、複数のトレンチ溝が結合されたトレンチ形状とするトレンチ形成プロセスが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
図８は、複数のトレンチ溝からなるトレンチパターンを示す平面図、図９は、半導体基板を熱酸化して形成される熱酸化領域を示す平面図である。
半導体基板１には、複数のストライプ状のトレンチ溝２が形成されている。半導体基板１の左下を原点（０，０）とする直交座標系を想定したとき、これらのトレンチ溝２は、いずれもその開口部がＸ軸方向トレンチ幅Ｗａｔ、Ｙ軸方向トレンチ幅Ｗｂｔの大きさであり、それぞれのトレンチ溝２同士がＸ軸方向に半導体柱の幅Ｗａｓ（≦Ｗａｔ）、Ｙ軸方向に半導体柱の幅Ｗｂｓ（≦Ｗｂｔ）だけ離れて整列している。すなわち、図８における半導体基板１のトレンチ左下隅の座標（ｘ，ｙ）は、
（ｘ，ｙ）＝（ｎ×（Ｗａｔ＋Ｗａｓ）、ｎ×（Ｗｂｔ＋Ｗｂｓ））
となる（ただし、ｎは整数である。）。
【０００７】
ここで「整列」とは、このように複数のトレンチ溝２を上記の式のように規則的に配置することを意味する。
つぎに、隣接するトレンチ溝２の間の半導体柱が酸化される。この酸化では、高温に加熱したシリコンなどの半導体柱がその両側面から供給される酸素分子（Ｏ2）と化学反応して熱酸化領域３を形成する。このとき、ストライプ状のトレンチ溝２を区分する半導体柱同士の交差部分には、図９に示すように熱酸化領域３によって埋められていない菱形の酸化残り部４が存在しているが、さらに熱酸化工程を続行することにより酸化残り部４は解消され、トレンチ溝２の内部を酸化物で埋め込むことにより閉じた広い絶縁領域を形成することができる。
【特許文献１】米国特許第５，８４４，２７５号明細書
【特許文献２】特開２００３−３７２６７号公報（段落番号〔００２０〕〜〔００２７〕および図１７〜図２６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した半導体基板１のトレンチ形成プロセスでは、エッチングにより複数のトレンチ溝２を隣接して形成し、トレンチ溝２間の半導体柱を熱酸化する絶縁工程と、その後のトレンチ溝内部を酸化膜で埋め込む埋込工程によって、閉じた広い絶縁領域を形成することができるが、その絶縁工程には以下に説明するような問題があった。
【０００９】
図８に示す従来のトレンチパターンは、トレンチ溝２の開口部をそれぞれ半導体基板１上で直交座標軸のＸ軸方向あるいはＹ軸方向に平行移動しても、開口部の軌跡が半導体柱同士の交差部分を通過することがないパターンになっている。そのため、図９に示すように、トレンチ直線部が完全酸化されていても、その時点でトレンチ溝２を区分する半導体柱同士の交差部分の中心位置には、なお酸化残り部４が存在している。なぜならば、半導体柱同士の交差部分では、その四隅を結ぶ対角線の交点のトレンチ壁からの距離がトレンチ溝２の直線部と比べて√２倍だけ遠くに位置しており、その部分の半導体柱を熱酸化する酸素がトレンチ溝２の四隅から中心部分まで侵入するのに時間がかかり、完全酸化されにくいからである。
【００１０】
図１０は、図９の半導体基板をさらに熱酸化した状態を示す平面図である。ここに示すように、この半導体基板１をさらに熱酸化（オーバー酸化）しても、このような酸化残り部４を解消することは極めて困難であった。また、酸化残り部４を完全に酸化するため、長時間のオーバー酸化が行われたときには、酸化による応力で半導体柱に変形が生じ、その後の埋込工程などのプロセス実施が困難になるという問題もあった。
【００１１】
このように、半導体基板のトレンチを利用して広い絶縁領域を作る場合に、トレンチ内に形成された絶縁領域中に酸化残り部４があると、絶縁耐圧が低下してしまうので、そのような絶縁領域を利用して作成される半導体装置では、素子分離や耐圧構造などが不充分なものとなってしまう。
【００１２】
なお、半導体柱の交差部分をなくすためには、一本のトレンチ溝を長く形成し、あるいはトレンチ溝の幅を広く形成すればよいが、そのようなトレンチ溝を形成した場合には半導体基板自体に歪みが生じるおそれがあって好ましくない。
【００１３】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、長時間のオーバー酸化を行わなくても確実に半導体柱に未酸化部を残さないで半導体柱を熱酸化できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明では、上記問題を解決するために、半導体基板に複数のトレンチ溝を形成するエッチング工程と、隣接する前記トレンチ溝の間の半導体柱を熱酸化する絶縁工程を含む半導体装置の製造方法が提供される。この半導体装置の製造方法では、前記エッチング工程では、前記半導体基板に形成される開口部をそれぞれ前記半導体基板上で直交座標軸のＸ軸方向あるいはＹ軸方向に平行移動したとき、前記開口部の軌跡によって前記半導体柱のすべての領域がカバーされる位置に前記トレンチ溝を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、トレンチ溝間の半導体柱に未酸化部分がなく、かつ熱酸化後に半導体柱の変形のない絶縁領域を形成でき、これを用いて完全な素子分離構造や、横型高耐圧ＭＯＳＦＥＴ等を作成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るトレンチ溝が形成された半導体基板を示す平面図である。
【００１７】
シリコンウェハなどの半導体基板１１には、複数のトレンチ溝１２が形成されている。これらのトレンチ溝１２は、その開口部の長辺がＹ軸に対して平行し、その短辺がＸ軸に対して平行に整列しており、トレンチ短辺幅はＷａｔ、トレンチ長辺幅はＷｂｔ、Ｘ軸方向に隣接するトレンチ溝１２の間での半導体柱の幅Ｗａｓ（≦Ｗａｔ）、Ｙ軸方向に隣接するトレンチ溝１２の間での半導体柱の幅Ｗｂｓ（≦Ｗｂｔ）は、いずれも従来のトレンチパターン（図８）と一致している。ここでは、半導体基板１１に形成される開口部のうち、原点側の第１列、第３列のトレンチ溝１２を１列毎に、トレンチ長辺幅（Ｗｂｔ）の１／２だけＹ軸方向にずらしている点で、従来のトレンチパターンとは異なっている。
【００１８】
すなわち、複数のトレンチ溝１２は、その開口部をそれぞれ半導体基板１１上で直交座標軸のＸ軸方向に平行移動したとき、これらの開口部の軌跡によって半導体柱の幅Ｗａｓ，Ｗｂｓの領域がすべてカバーされるようなトレンチパターンを形成している。そのため、図８のトレンチパターンとは異なり、半導体柱同士の交差部分であっても、熱酸化時にトレンチ溝１２の長辺側壁面から酸素を供給することができる。
【００１９】
なお、トレンチ溝１２のエッチング工程では、ドライエッチングの一種である反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、所定のマスクを用いて半導体基板１１の垂直方向のみを蝕刻する。
【００２０】
図２は、半導体基板を熱酸化して形成される熱酸化領域を示す平面図、図３は、図２の半導体基板をさらに熱酸化した状態を示す平面図である。
ここでは、熱酸化領域１３のうちトレンチ溝１２の四隅に対応する部分では、隣接するトレンチ溝１２の長辺側から半導体柱が酸化されることになり、トレンチ溝１２の直線部から充分な酸素を熱酸化時に供給できる。また、酸化残り部１４の形状はほぼ三角形であって、しかも従来方法の酸化残り部４の大きさに比較して小さくなる。したがって、熱酸化工程ではオーバー酸化をそれほど長時間行わなくても、図３に示すように半導体柱に未酸化部を残さないで、完全酸化することができる。そして、半導体柱の熱酸化工程の後に残っているトレンチ溝１２は、その内部を酸化膜で埋め込む埋込工程を実施することによって、半導体基板１１内に閉じた広い領域を有する絶縁部分（バルク領域）を形成することができる。
【００２１】
なお、上述したトレンチ溝１２のエッチング工程の後に、トレンチ溝１２の底面には垂直イオン注入を行い、トレンチ溝１２の短辺側壁面には斜めイオン注入を行って、トレンチ溝の表面にオフセットドレイン領域を形成し、その上下方向（Ｙ軸方向）にソース・ドレイン領域をそれぞれ形成することによって、前述した横型高耐圧ＭＯＳＦＥＴ（図７）を構成することができる。
【００２２】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係るトレンチ溝が形成されたシリコンウェハを示す平面図である。
【００２３】
半導体基板２１に形成された複数のトレンチ溝２２は、その開口部の短辺がＹ軸に対して平行し、その長辺がＸ軸に対して平行に整列している。これらのトレンチ溝２２は、実施の形態１と同様にトレンチ長辺幅がＷａｔ、トレンチ短辺幅がＷｂｔの矩形であって、Ｘ軸方向に隣接するトレンチ溝２２の間での半導体柱の幅Ｗａｓ（≦Ｗａｔ）、Ｙ軸方向に隣接するトレンチ溝２２の間での半導体柱の幅Ｗｂｓ（≦Ｗｂｔ）であって、原点側の第１列、第３列のトレンチ溝２２を１列毎に、トレンチ短辺幅（Ｗｂｔ）だけＹ軸方向にずらしている。
【００２４】
すなわち、この実施の形態２では、トレンチ溝２２の開口部をそれぞれ半導体基板２１上で直交座標軸のＸ軸方向に平行移動したとき、これらの開口部の軌跡によって半導体柱の幅Ｗａｓ，Ｗｂｓの領域がすべてカバーされるようなトレンチパターンを形成している。そのため、従来のトレンチパターン（図８）とは異なり、半導体柱同士の交差部分であっても、熱酸化時にトレンチ溝２２の短辺側壁面から酸素を供給することができる。
【００２５】
図５は、半導体基板を熱酸化して形成される熱酸化領域を示す平面図、図６は、図５の半導体基板をさらに熱酸化した状態を示す平面図である。
ここでは、熱酸化領域２３のうちトレンチ溝２２の四隅に対応する部分では、隣接するトレンチ溝２２の短辺側から半導体柱が酸化されることになり、トレンチ溝２２の直線部から充分な酸素を熱酸化時に供給できる。また、酸化残り部２４の形状はほぼ三角形であって、しかも従来方法の酸化残り部４の大きさに比較して小さくなる。したがって、熱酸化工程ではオーバー酸化をそれほど長時間行わなくても、図６に示すように半導体柱に未酸化部を残さないで、完全酸化することができる。そして、半導体柱の熱酸化工程の後に残っているトレンチ溝２２は、その内部を酸化膜で埋め込む埋込工程を実施することによって、半導体基板２１内に閉じた広い領域を有する絶縁部分（バルク領域）を形成することができる。
【００２６】
なお、上述したトレンチ溝２２のエッチング工程の後に、トレンチ溝２２の底面には垂直イオン注入を行い、トレンチ溝２２の短辺側壁面には斜めイオン注入を行って、トレンチ溝の表面にオフセットドレイン領域を形成することによって、前述した横型高耐圧ＭＯＳＦＥＴ（図７）を構成することができる。この場合、実施の形態１とは異なり、ソース・ドレイン領域がそれぞれトレンチの左右方向（Ｘ軸方向）に配置される。
【００２７】
以上に説明した各実施の形態によれば、半導体基板に複数のトレンチ溝を形成するエッチング工程と、隣接するトレンチ溝の間の半導体柱を熱酸化する絶縁工程を含む半導体装置の製造方法において、長時間のオーバー酸化を必要としないため、熱酸化後に発生する応力がトレンチ長辺部に不均一に加わることを防ぎ、変形の起こりにくい構造の半導体装置を得ることができる。
【００２８】
なお、この発明は、半導体基板１１，２１にトレンチを形成するプロセス全般について適用できるものであるが、特にパワーＩＣなどに使用される横型高耐圧ＭＯＳＦＥＴのプロセスとして好適である。
【００２９】
また、トレンチ溝１２，２２は同一寸法の長方形の開口を備えたトレンチパターンである場合について説明したが、開口形状については三角形、菱形等の多角形であってもよい。また、この発明方法ではトレンチパターンが円形の開口のものであっても同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るトレンチ溝が形成された半導体基板を示す平面図である。
【図２】半導体基板を熱酸化して形成される熱酸化領域を示す平面図である。
【図３】図２の半導体基板をさらに熱酸化した状態を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るトレンチ溝が形成されたシリコンウェハを示す平面図である。
【図５】半導体基板を熱酸化して形成される熱酸化領域を示す平面図である。
【図６】図５の半導体基板をさらに熱酸化した状態を示す平面図である。
【図７】本発明が適用可能な半導体装置の構成を示す要部断面図である。
【図８】従来の複数のトレンチ溝からなるトレンチパターンを示す平面図である。
【図９】従来技術により半導体基板を熱酸化して形成される熱酸化領域を示す平面図である。
【図１０】図９の半導体基板をさらに熱酸化した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１１，２１  半導体基板
２，１２，２２  トレンチ溝
１３，２３  熱酸化領域
１４，２４  酸化残り部
１１０  トレンチ
１１１  オフセットドレイン層
１１２  絶縁層
１１３  ｐウェル領域
１１４  ソース領域
１１５  ゲート絶縁膜
１１６  ゲート電極
１１７  ドレイン領域
１１８  ソース電極
１１９  ドレイン電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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