(57)【要約】【課題】シリコン基板を加工するためのドライエッチングにおいて、円錐状パターン欠陥の発生を抑制しつつマスク材となる絶縁膜に対して高い選択比を確保できるようにする。【解決手段】シリコン窒化膜１２及びシリコン酸化膜１１をパターン化するためのレジストパターン１３を用いたドライエッチングにおいて、オーバーエッチング時にシリコン基板１０における分離用溝形成領域の表面部を掘り下げることにより、円錐状パターン欠陥の原因となるシリコン基板１０中の成長時導入欠陥を除去する。その後、パターン化されたシリコン窒化膜１２Ａをマスクとしてシリコン基板１０に対してドライエッチングを行なうことにより分離用溝１４を形成する。【選択図】図１
2006041554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン酸化物を含む成長時導入欠陥を内部に有するシリコン基板を用意する工程と、
前記シリコン基板から前記成長時導入欠陥を除去する工程と、
マスクパターンを用いるドライエッチングにより、前記シリコン基板における前記成長時導入欠陥が除去された領域に凹部を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記成長時導入欠陥を除去する工程よりも前に、
前記シリコン基板上に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜に対してレジストパターンを用いてドライエッチングを行なうことにより、前記絶縁膜をパターン化して前記マスクパターンを形成する工程を備え、
前記成長時導入欠陥を除去する工程は、前記シリコン基板に対して前記レジストパターンを用いてドライエッチングを行なうことにより、前記シリコン基板における前記凹部が形成される領域の表面部を掘り下げて前記成長時導入欠陥を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記成長時導入欠陥を除去する工程における、前記シリコン基板のエッチングレートに対するシリコン酸化膜のエッチングレートの比は０．５以上で且つ５．０以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記成長時導入欠陥を除去する工程における、前記シリコン基板が掘り下げられる深さは２５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン窒化酸化膜のうちの少なくとも１つからなることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記成長時導入欠陥を除去する工程よりも前に、
シリコン窒化膜及びシリコン窒化酸化膜のうちの少なくとも１つからなる前記マスクパターンを形成する工程を備え、
前記成長時導入欠陥を除去する工程は、前記シリコン基板に対して前記マスクパターンを用いてドライエッチングを行なうことにより、前記シリコン基板における前記凹部が形成される領域の表面部を掘り下げて前記成長時導入欠陥を除去する工程を含み、
前記成長時導入欠陥を除去する工程における、前記シリコン基板のエッチングレートに対するシリコン酸化膜のエッチングレートの比は０．５以上で且つ５．０以下であり、
前記成長時導入欠陥を除去する工程における、前記シリコン基板のエッチングレートに対する前記マスクパターンとなる絶縁膜のエッチングレートの比は１０以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記成長時導入欠陥を除去する工程は、前記シリコン基板に対してＣ4Ｆ8ガス又はＣ5Ｆ8ガスからなるプラズマを用いてドライエッチングを行なう工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記成長時導入欠陥を除去する工程における、前記シリコン基板が掘り下げられる深さは２５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記成長時導入欠陥を除去する工程は、前記シリコン基板の表面部を酸化し、それによって形成された酸化層のうち前記凹部が形成される領域の上側部分を除去することにより、前記成長時導入欠陥を除去すると共に残存する前記酸化層からなる前記マスクパターンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記酸化層の厚さは５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項９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、シリコン基板をエッチングする際に円錐状のパターン欠陥を低減しつつ、良好な加工形状を得ることができる半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の微細半導体素子の素子分離形成においては、シリコン基板に溝を形成した後、該溝にシリコン酸化膜を埋め込み、その後、該シリコン酸化膜の表面を平坦化することによって素子分離を形成するＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法が用いられている。
【０００３】
以下、従来の半導体装置の製造方法、具体的には従来の素子分離形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図９（ａ）〜（ｄ）は従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【０００５】
まず、図９（ａ）に示すように、シリコン基板８０上にシリコン酸化膜８１を熱酸化により形成した後、シリコン酸化膜８１の上にシリコン窒化膜８２をＣＶＤ法等の成膜方法により形成し、その後、シリコン窒化膜８２の上に所望の素子分離パターンと対応するレジストパターン８３をフォトリソグラフィー技術により形成する。
【０００６】
次に、レジストパターン８３をマスクとしてシリコン窒化膜８２及びシリコン酸化膜８１に対して順次ドライエッチングを行なった後、図９（ｂ）に示すように、アッシング及び洗浄によりレジストパターン８３をシリコン基板８０から剥離する。これにより、パターン化されたシリコン酸化膜８１Ａとパターン化されたシリコン窒化膜８２Ａとが形成される。すなわち、所望の素子分離パターンがシリコン窒化膜８２及びシリコン酸化膜８１に転写される。また、このとき、シリコン窒化膜８２及びシリコン酸化膜８１に対するエッチングを正確に停止させるために、シリコン基板８０に対するシリコン酸化膜８１又はシリコン窒化膜８２の選択比を高く保つ必要がある。例えば、シリコン酸化膜８１のシリコン基板８０に対する選択比（＝（シリコン酸化膜８１のエッチングレート）／（シリコン基板８０のエッチングレート））を５以上に保つ必要がある。このため、シリコン窒化膜８２及びシリコン酸化膜８１に対するドライエッチングにおいては、エッチングガスとしてＣＦ4 又はＣＨＦ3 が用いられる。
【０００７】
次に、図９（ｃ）に示すように、パターン化されたシリコン窒化膜８２Ａをマスクとしてシリコン基板８０に対してドライエッチングを行なった後、該ドライエッチング時に形成された堆積物を除去するために洗浄を行なうことにより、シリコン基板８０に分離用溝８４を形成する。このとき、シリコン基板８０のドライエッチングにおいては、マスク材であるシリコン窒化膜８２に対して高い選択比が求められる。具体的には、「（シリコン基板８０のエッチングレート）／（シリコン窒化膜８２のエッチングレート）」が１５以上であることが求められる。このため、シリコン基板８０のドライエッチングにおいては、プロセスガスとして、塩素又は臭化水素等のハロゲンを含む混合ガスが用いられる。一般に、このようなシリコン基板のドライエッチングでは、シリコン酸化膜に対するシリコン基板の選択比も高くなる。
【０００８】
ところで、図９（ｃ）に示すドライエッチング工程を開始する前の時点において、シリコン基板８０の表面には自然酸化膜（図示省略）が形成されているので、この状態でシリコン基板８０に対するドライエッチングを開始すると、エッチングが停止してしまう。このため、前述の自然酸化膜をフッ酸により除去した後にシリコン基板のドライエッチングを行なったり、又はシリコン基板のドライエッチングの始めに、シリコン酸化膜のエッチングレートが大きいガス（ＣＦ4 又はＳＦ6 等）のプラズマを用いて自然酸化膜に対してエッチングを行なった後にシリコン基板のドライエッチングを行なう。
【０００９】
次に、分離用溝８４の壁面（以下、トレンチ側壁と称する）の表面準位を低減するために、トレンチ側壁のシリコン基板８０を熱酸化により酸化する。その後、分離用溝８４にシリコン酸化膜をＣＶＤ法により埋め込んだ後、該シリコン酸化膜をＣＭＰ法により平坦化し、その後、残存するシリコン窒化膜８２（パターン化されたシリコン窒化膜８２Ａ）をウェットエッチングにより除去する。これにより、図９（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜よりなる素子分離絶縁膜８５が完成する。
【特許文献１】特開平９−２６０３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の半導体装置の製造方法においては、図１０に示すように、シリコン基板８０に対してドライエッチングを行なって分離用溝８４を形成したときに、分離用溝８４に円錐状のパターン欠陥８６が生じて素子分離が不十分になるという問題点がある。それに対して、シリコン基板のドライエッチング時におけるシリコン窒化膜に対する選択比を低下させることによって、円錐状パターン欠陥を低減できることが知られている。ところが、この場合、シリコン基板のドライエッチング時にマスクとして機能するシリコン窒化膜が薄くなることにより、シリコン基板の加工精度が劣化するという問題がある。また、このシリコン窒化膜が薄くなることにより、素子分離形成時にシリコン窒化膜がＣＭＰのストッパーとして十分に機能しなくなる結果、シリコン基板表面まで削られて研磨異常が発生するという問題がある。
【００１１】
前記に鑑み、本発明は、シリコン基板を加工するためのドライエッチングにおいて、円錐状パターン欠陥の発生を抑制しつつマスク材となる絶縁膜に対して高い選択比を確保できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本願発明者は、図１０に示すような円錐状パターン欠陥８６が発生してしまう原因を調査したところ、シリコン基板のドライエッチングの際に、シリコン基板中に存在する欠陥が核となってマスクとして作用する結果、円錐状パターン欠陥が発生していることが確認された。以下、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１３】
図１１（ａ）及び（ｂ）は円錐状パターン欠陥の発生メカニズムを示す模式図である。尚、図１１（ａ）及び（ｂ）において、図９（ａ）〜（ｄ）に示す従来の半導体装置と同一の部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。また、図１１（ａ）は、シリコン窒化膜８２及びシリコン酸化膜８１をドライエッチング技術によりパターン化した後にレジストパターン８３を除去した直後の状態（図９（ｂ）参照）を示しており、図１１（ｂ）は、シリコン基板８０に対してドライエッチングを行なって分離用溝８４を形成した直後の状態（図９（ｃ）参照）を示している。
【００１４】
図１１（ａ）に示すように、シリコン基板８０の表面部には、その結晶成長時に成長時導入欠陥と呼ばれる８面体の欠陥（ボイド）８０ａが形成されている。また、８面体ボイド８０ａの角部には異常酸化に起因すると思われるシリコン酸化物８０ｂが形成されている。このような状態のシリコン基板８０に対してドライエッチングを行なうと、図１１（ｂ）に示すように、８面体ボイド８０ａは消滅する一方、シリコン基板８０のドライエッチングにおけるシリコン酸化膜に対する選択比が高いため、シリコン酸化物８０ｂは除去されずにマスクとなって円錐状パターン欠陥８６を形成してしまう。このとき、パターン欠陥の形状が円錐状になるのは、シリコン基板８０のドライエッチングにおいてトレンチ側壁にテーパを付けるために側壁保護膜を形成していることによる。
【００１５】
すなわち、本願発明者は、シリコン基板を加工するためのドライエッチングにおいて円錐状パターン欠陥の発生を抑制するためには、該ドライエッチングを行なう前に、シリコン基板の表面部に含まれる成長時導入欠陥を除去する必要があるという知見を得た。尚、シリコン酸化物を含む成長時導入欠陥はシリコン基板中に埋まっており、前述の自然酸化膜除去処理（図９（ｃ）に示すシリコン基板８０のドライエッチング工程の開始前にシリコン基板８０の表面に形成されている自然酸化膜をフッ酸等により除去する処理）等では除去できない。このため、成長時導入欠陥、特にシリコン基板中のシリコン酸化物を除去するためには、シリコンとシリコン酸化物とに対して同時にエッチングを行なえる状態でシリコン基板の表面部を掘り下げる必要性がある。
【００１６】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであって、具体的には、本発明に係る半導体装置の製造方法は、シリコン酸化物を含む成長時導入欠陥を内部に有するシリコン基板を用意する工程と、シリコン基板から成長時導入欠陥を除去する工程と、マスクパターンを用いるドライエッチングにより、シリコン基板における成長時導入欠陥が除去された領域に凹部を形成する工程とを備えている。尚、本発明の半導体装置の製造方法において、成長時導入欠陥の除去は、シリコン基板の表面部のうち所定の領域（つまり凹部形成領域）のみについて行なってもよいし、又は、シリコン基板の全面について行なってもよい。後者の場合、「シリコン基板における成長時導入欠陥が除去された領域」つまり「シリコン基板全面」のうち、所定の領域に凹部を形成する。
【００１７】
本発明の半導体装置の製造方法よると、凹部を形成するためのシリコン基板のドライエッチング前に、円錐状パターン欠陥の原因となるシリコン基板中の成長時導入欠陥を除去するため、シリコン基板のドライエッチング条件として、パターン欠陥低減のための制約を考慮する必要が無くなる。従って、シリコン基板のドライエッチングにおいて、円錐状パターン欠陥の発生を抑制しつつマスク材となる絶縁膜に対して高い選択比を確保できるので、シリコン基板を高精度で加工できる。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法において、成長時導入欠陥を除去する工程よりも前に、シリコン基板上に絶縁膜を形成した後、絶縁膜に対してレジストパターンを用いてドライエッチングを行なうことにより、絶縁膜をパターン化してマスクパターンを形成する工程を備え、成長時導入欠陥を除去する工程は、シリコン基板に対してレジストパターンを用いてドライエッチングを行なうことにより、シリコン基板における凹部が形成される領域の表面部を掘り下げて成長時導入欠陥を除去する工程を含むことが好ましい。
【００１９】
このようにすると、シリコン基板のドライエッチングに用いられるマスクパターンを損傷させることなく、シリコン基板のドライエッチング前に、パターン欠陥の原因となるシリコン基板中の成長時導入欠陥を除去できる。
【００２０】
この場合、成長時導入欠陥を除去する工程における、シリコン基板のエッチングレートに対するシリコン酸化膜のエッチングレートの比は０．５以上で且つ５．０以下であることが好ましい。
【００２１】
このようにすると、シリコンとシリコン酸化物とに対して同時にエッチングを行なえるので、シリコン基板中の成長時導入欠陥、具体的には８面体ボイドの角部に形成されているシリコン酸化物を確実に除去できる。
【００２２】
或いは、この場合、成長時導入欠陥を除去する工程における、シリコン基板が掘り下げられる深さは２５ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２３】
このようにすると、パターン欠陥の原因となる成長時導入欠陥を確実に除去できる。
【００２４】
或いは、この場合、絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン窒化酸化膜のうちの少なくとも１つからなることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、シリコン基板に凹部を高精度で形成できる。
【００２６】
本発明の半導体装置の製造方法において、成長時導入欠陥を除去する工程よりも前に、シリコン窒化膜及びシリコン窒化酸化膜のうちの少なくとも１つからなるマスクパターンを形成する工程を備え、成長時導入欠陥を除去する工程は、シリコン基板に対してマスクパターンを用いてドライエッチングを行なうことにより、シリコン基板における凹部が形成される領域の表面部を掘り下げて成長時導入欠陥を除去する工程を含み、成長時導入欠陥を除去する工程における、シリコン基板のエッチングレートに対するシリコン酸化膜のエッチングレートの比は０．５以上で且つ５．０以下であり、成長時導入欠陥を除去する工程における、シリコン基板のエッチングレートに対するマスクパターンとなる絶縁膜のエッチングレートの比は１０以上であることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、シリコン基板のドライエッチングに用いられるマスクパターンを損傷させることなく、シリコン基板のドライエッチング前に、パターン欠陥の原因となるシリコン基板中の成長時導入欠陥を除去できる。
【００２８】
この場合、成長時導入欠陥を除去する工程は、シリコン基板に対してＣ4Ｆ8ガス又はＣ5Ｆ8ガスからなるプラズマを用いてドライエッチングを行なう工程を含むことが好ましい。
【００２９】
このようにすると、シリコン基板のエッチングレートに対するマスクパターンとなる絶縁膜のエッチングレートの比を確実に１０以上に保つことができる。
【００３０】
或いは、この場合、成長時導入欠陥を除去する工程における、シリコン基板が掘り下げられる深さは２５ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３１】
このようにすると、パターン欠陥の原因となる成長時導入欠陥を確実に除去できる。
【００３２】
本発明の半導体装置の製造方法において、成長時導入欠陥を除去する工程は、シリコン基板の表面部を酸化し、それによって形成された酸化層のうち凹部が形成される領域の上側部分を除去することにより、成長時導入欠陥を除去すると共に残存する酸化層からなるマスクパターンを形成する工程を含むことが好ましい。
【００３３】
このようにすると、マスクパターンとなる絶縁膜及びシリコン基板のそれぞれのドライエッチング条件において、円錐状パターン欠陥低減のための制約を考慮する必要が無くなる。また、シリコン基板のドライエッチングのためのマスク材として、成長時導入欠陥の除去時に形成した酸化層を用いるため、工程を簡単化できる。
【００３４】
この場合、酸化層の厚さは５０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、パターン欠陥の原因となる成長時導入欠陥を確実に除去できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によると、シリコン基板のドライエッチング前に、パターン欠陥の原因となる成長時導入欠陥を除去できるので、パターン欠陥低減のための制約を考慮することなくシリコン基板のドライエッチングを行なえる。従って、シリコン基板のドライエッチングにおいて、パターン欠陥の発生を抑制しつつマスク材となる絶縁膜に対して高い選択比を確保でき、それによってシリコン基板を高精度で加工できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
図１（ａ）〜（ｄ）は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００３９】
まず、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０上に厚さ１０ｎｍ程度のシリコン酸化膜１１を熱酸化により形成した後、シリコン酸化膜１１の上に厚さ１５０ｎｍ程度のシリコン窒化膜１２をＣＶＤ法等の成膜方法により形成し、その後、シリコン窒化膜１２の上に所望の素子分離パターンと対応するレジストパターン１３をフォトリソグラフィー技術により形成する。
【００４０】
次に、図１（ｂ）に示すように、レジストパターン１３をマスクとしてシリコン窒化膜１２及びシリコン酸化膜１１に対して順次ドライエッチングを行なう。これにより、パターン化されたシリコン酸化膜１１Ａとパターン化されたシリコン窒化膜１２Ａとが形成される。すなわち、所望の素子分離パターンがシリコン窒化膜１２及びシリコン酸化膜１１に転写される。
【００４１】
第１の実施形態では、シリコン窒化膜１２及びシリコン酸化膜１１のドライエッチングにおいて、オーバーエッチング時におけるシリコン酸化膜１１のシリコン基板１０に対する選択比（＝（シリコン酸化膜１１のエッチングレート）／（シリコン基板１０のエッチングレート））を０．５程度から５．０程度までの範囲に調整しながら、シリコン基板１０の分離用溝形成領域（レジストパターン１３又はパターン化されたシリコン窒化膜１２Ａの開口部の下側の基板領域）の表面部を削り取る。具体的には、例えば平行平板型ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置において、プロセスガスとなるＣＨＦ3 、ＣＦ4 及びＯ2 の流量をそれぞれ５０ml/min（標準状態）、１５０ml/min（標準状態）及び２０ml/min（標準状態）に設定すると共に、プロセス圧力及び高周波電力（プラズマ発生用）をそれぞれ３０Pa及び４００Ｗに設定して、シリコン窒化膜１２及びシリコン酸化膜１１に対してドライエッチングを行なう。このドライエッチング条件におけるシリコン酸化膜１１のシリコン基板１０に対する選択比は２程度であり、第１の実施形態においては、この条件下でオーバーエッチング時にシリコン基板１０の分離用溝形成領域を基板表面側から３０ｎｍ程度削り取る。これにより、シリコン基板１０のドライエッチング時（図１（ｃ））に円錐状パターン欠陥の原因となるシリコン基板１０中の成長時導入欠陥が除去される。
【００４２】
尚、シリコン窒化膜１２及びシリコン酸化膜１１のドライエッチングにおいて、メインエッチングの条件はオーバーエッチングの条件と同じであってもよいし又は異なっていてもよい。また、オーバーエッチングの程度はシリコン基板１０を掘り下げる深さによって変わるが、おおよそ１５〜２０％程度である。
【００４３】
次に、図１（ｃ）に示すように、アッシング及び洗浄によりレジストパターン１３をシリコン基板１０から剥離した後、パターン化されたシリコン窒化膜１２Ａをマスクとしてシリコン基板１０に対して例えばエッチング深さが４００ｎｍ程度になるまでドライエッチングを行なう。このとき、マスク材であるシリコン窒化膜１２に対して高い選択比が求められる。具体的には、「（シリコン基板１０のエッチングレート）／（シリコン窒化膜１２のエッチングレート）」が１５以上であることが求められる。このため、例えば誘導結合型プラズマエッチング装置において、プロセスガスとなるＣｌ2 及びＯ2 の流量をそれぞれ１５０ml/min（標準状態）及び８ml/min（標準状態）に設定すると共に、プロセス圧力、ソース電力及びバイアス電力をそれぞれ１．３Pa、６００Ｗ及び２００Ｗに設定して、シリコン基板１０に対して例えば４５秒間ドライエッチングを行なう。尚、第１の実施形態においては、この条件でシリコン基板１０のドライエッチングを行なう直前に、シリコン基板１０の露出部分（図１（ｂ）参照）の上に形成されている自然酸化膜（図示省略）を除去するために、前述の誘導結合型プラズマエッチング装置において、プロセスガスとなるＣｌ2 の流量を１５０ml/min（標準状態）に設定すると共に、プロセス圧力、ソース電力及びバイアス電力をそれぞれ０．６７Pa、１５０Ｗ及び２００Ｗに設定して５秒間程度エッチングを行なう。
【００４４】
次に、シリコン基板１０のドライエッチング時に形成された堆積物を除去するために洗浄を行なうことにより、図１（ｃ）に示すように、シリコン基板１０に分離用溝１４を形成する。その後、分離用溝１４の壁面、つまりトレンチ側壁の表面準位を低減するために、トレンチ側壁のシリコン基板１０を熱酸化により酸化する。その後、分離用溝１４にシリコン酸化膜をＣＶＤ法により埋め込んだ後、該シリコン酸化膜をＣＭＰ法により平坦化し、その後、残存するシリコン窒化膜１２（パターン化されたシリコン窒化膜１２Ａ）をウェットエッチングにより除去する。これにより、図１（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜よりなる素子分離絶縁膜１５が完成する。
【００４５】
第１の実施形態によると、シリコン基板１０の表面部に含まれる成長時導入欠陥を除去した後、パターン化されたシリコン窒化膜１２Ａをマスクとして用いるドライエッチングにより、シリコン基板１０における成長時導入欠陥が除去された領域に分離用溝１４を形成する。すなわち、シリコン基板１０のドライエッチング前に、円錐状パターン欠陥の原因となるシリコン基板１０中の成長時導入欠陥を除去するため、シリコン基板１０のドライエッチング条件として、パターン欠陥低減のための制約を考慮する必要が無くなる。従って、シリコン基板１０のドライエッチングにおいて、円錐状パターン欠陥の発生を抑制しつつマスク材となるシリコン窒化膜１２に対して高い選択比を確保できるので、分離用溝１４を高精度で形成できる。
【００４６】
また、第１の実施形態によると、シリコン窒化膜１２及びシリコン酸化膜１１をパターン化するためのレジストパターン１３を用いたドライエッチングにおいて、オーバーエッチング時にシリコン基板１０における分離用溝形成領域の表面部を掘り下げることにより成長時導入欠陥を除去する。このため、シリコン基板１０のドライエッチング時にマスクとして用いられるシリコン窒化膜１２を損傷させることなく、シリコン基板１０のドライエッチング前に、パターン欠陥の原因となるシリコン基板１０中の成長時導入欠陥を除去できる。
【００４７】
図２は、図１（ｂ）に示すシリコン窒化膜１２及びシリコン酸化膜１１のドライエッチング工程におけるシリコン酸化膜１１のシリコン基板１０に対する選択比（＝（シリコン酸化膜１１のエッチングレート）／（シリコン基板１０のエッチングレート））に対する、円錐状パターン欠陥数（１ｃｍ2 当たり）の依存性を調べた結果を示している。図２に示すように、シリコン酸化膜１１のシリコン基板１０に対する選択比（以下、対シリコン選択比と称する）が０．５程度から５．０程度までの範囲においてパターン欠陥数が大幅に低減していることがわかる。それに対して、対シリコン選択比が０．５程度以下の場合、シリコン酸化膜１１のエッチングレートが低すぎるためにシリコン基板１０中の成長時導入欠陥（具体的にはシリコン酸化物）を除去できず、その結果、該シリコン酸化物がマスクとして作用して円錐状パターン欠陥が発生してしまう。また、対シリコン選択比が５．０程度以上の場合、シリコン基板１０のエッチングレートが低すぎるためにシリコン基板１０中に埋まっているシリコン酸化物を掘り起こすことができず、その結果、該シリコン酸化物がマスクとして作用して円錐状パターン欠陥が発生してしまう。
【００４８】
すなわち、第１の実施形態においては、成長時導入欠陥を除去するためのオーバーエッチング時における、シリコン酸化膜１１のシリコン基板１０に対する選択比は０．５以上で且つ５．０以下であることが好ましい。このようにすると、シリコンとシリコン酸化物とに対して同時にエッチングを行なえるので、シリコン基板１０中の成長時導入欠陥、具体的には８面体ボイドの角部に形成されているシリコン酸化物を確実に除去でき、それによってパターン欠陥の発生を抑制できる。
【００４９】
図３は、図１（ｂ）に示すシリコン窒化膜１２及びシリコン酸化膜１１のドライエッチング工程におけるシリコン基板１０の表面部の削り込み量に対する、円錐状パターン欠陥数（１ｃｍ2 当たり）の依存性を調べた結果を示している。図３に示すように、シリコン基板１０の表面部の削りこみ量を２５ｎｍ以上にすることによって、パターン欠陥数を低減できることがわかる。
【００５０】
すなわち、第１の実施形態においては、成長時導入欠陥を除去するためのオーバーエッチング時における、シリコン基板１０が掘り下げられる深さは２５ｎｍ以上であることが好ましい。このようにすると、シリコン基板１０中の成長時導入欠陥を確実に除去でき、それによってパターン欠陥の発生を抑制できる。
【００５１】
尚、第１の実施形態において、シリコン基板１０のドライエッチング時のマスクとしてシリコン窒化膜１２（正確にはシリコン窒化膜１２とシリコン酸化膜１１との積層膜）を用いたが、これに限られず、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜若しくはシリコン窒化酸化膜の単層膜を用いてもよいし、又は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜及びシリコン窒化酸化膜のうちの２つ以上の絶縁膜の積層膜等を用いてもよい。
【００５２】
また、第１の実施形態において、ドライエッチングによってシリコン基板１０にＳＴＩ用の分離用溝１４を形成する場合を対象としたが、これに代えて、ドライエッチングによってシリコン基板１０にキャパシタ形成用溝又はディープトレンチ等の凹部を形成する場合を対象としても同様の効果が得られる。
【００５３】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００５４】
図４（ａ）〜（ｅ）は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００５５】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板２０上に厚さ１０ｎｍ程度のシリコン酸化膜２１を熱酸化により形成した後、シリコン酸化膜２１の上に厚さ１５０ｎｍ程度のシリコン窒化膜２２をＣＶＤ法等の成膜方法により形成し、その後、シリコン窒化膜２２の上に所望の素子分離パターンと対応するレジストパターン２３をフォトリソグラフィー技術により形成する。
【００５６】
次に、レジストパターン２３をマスクとしてシリコン窒化膜２２及びシリコン酸化膜２１に対して順次ドライエッチングを行なった後、図４（ｂ）に示すように、アッシング及び洗浄によりレジストパターン２３をシリコン基板２０から剥離する。これにより、パターン化されたシリコン酸化膜２１Ａとパターン化されたシリコン窒化膜２２Ａとが形成される。すなわち、所望の素子分離パターンがシリコン窒化膜２２及びシリコン酸化膜２１に転写される。第２の実施形態においては、シリコン酸化膜２１及びシリコン窒化膜２２のドライエッチングでエッチングを正確に停止させるため、シリコン基板２０に対して高い選択比を確保する。具体的には、例えば平行平板型ＲＩＥ装置において、プロセスガスとなるＣＨＦ3 及びＯ2 の流量をそれぞれ５０ml/min（標準状態）及び５ml/min（標準状態）に設定すると共に、プロセス圧力及び高周波電力（プラズマ発生用）をそれぞれ６０Pa及び４００Ｗに設定して、シリコン窒化膜２２及びシリコン酸化膜２１に対してドライエッチングを行なう。このドライエッチング条件におけるシリコン酸化膜２１のシリコン基板２０に対する選択比は８程度である。
【００５７】
次に、パターン化されたシリコン窒化膜２２Ａをマスクとしてシリコン基板２０に対してドライエッチングを行なって分離用溝２４を形成する工程（図４（ｄ）参照）の前処理として、図４（ｃ）に示すように、パターン化されたシリコン窒化膜２２Ａをマスクとして用いたドライエッチングにより、シリコン基板２０の分離用溝形成領域（パターン化されたシリコン窒化膜２２Ａの開口部の下側の基板領域）上の自然酸化膜（図示省略）と、該分離用溝形成領域の表面部とを除去する。これにより、分離用溝２４を形成する工程（図４（ｄ）参照）で円錐状パターン欠陥の原因となるシリコン基板２０中の成長時導入欠陥（８面体ボイド及びその角部に形成されているシリコン酸化物）を除去できる。具体的には、例えば誘導結合型プラズマエッチング装置において、プロセスガスとなるＣ4Ｆ8及びＯ2 の流量をそれぞれ２０ml/min（標準状態）ずつに設定すると共に、プロセス圧力、ソース電力及びバイアス電力をそれぞれ０．６７Pa、３００Ｗ及び２００Ｗに設定して例えば３０秒間ドライエッチングを行なう。ここで、プロセスガスとしてＣ4Ｆ8ガスを用いると、前述の前処理における、シリコン基板２０のエッチングレートに対するシリコン酸化膜（シリコン酸化物）のエッチングレートの比を０．５程度から５．０程度までの範囲に設定でき、それによってシリコンとシリコン酸化物とに対して同時にエッチングを行なえる。また、該前処理における、シリコン基板２０のエッチングレートに対するシリコン窒化膜２２のエッチングレートの比を高く（具体的には１０以上に）設定できる。第２の実施形態においては、この条件下でシリコン基板２０の分離用溝形成領域を基板表面側から３０ｎｍ程度削り取る。これにより、後のシリコン基板２０に対するドライエッチング時（図４（ｄ）参照）にマスクとして用いられる、パターン化されたシリコン窒化膜２２Ａの損傷を防止しつつ、シリコン基板２０上の自然酸化膜とシリコン基板２０中の成長時導入欠陥とを確実に除去できる。
【００５８】
次に、図４（ｄ）に示すように、パターン化されたシリコン窒化膜２２Ａをマスクとしてシリコン基板２０に対して例えばエッチング深さが４００ｎｍ程度になるまでドライエッチングを行なう。このとき、マスク材であるシリコン窒化膜２２に対して高い選択比が求められる。具体的には、「（シリコン基板２０のエッチングレート）／（シリコン窒化膜２２のエッチングレート）」が１５以上であることが求められる。このため、例えば図４（ｃ）に示す前処理に用いた誘導結合型プラズマエッチング装置において、プロセスガスとなるＣｌ2 及びＯ2 の流量をそれぞれ１５０ml/min（標準状態）及び８ml/min（標準状態）に設定すると共に、プロセス圧力、ソース電力及びバイアス電力をそれぞれ１．３Pa、６００Ｗ及び２００Ｗに設定して、シリコン基板２０に対して例えば４５秒間ドライエッチングを行なう。尚、第２の実施形態においては、この条件でシリコン基板２０のドライエッチングを行なう直前に、前述の図４（ｃ）に示す前処理を行なう。
【００５９】
次に、シリコン基板２０のドライエッチング時に形成された堆積物を除去するために洗浄を行なうことにより、図４（ｄ）に示すように、シリコン基板２０に分離用溝２４を形成する。その後、分離用溝２４の壁面、つまりトレンチ側壁の表面準位を低減するために、トレンチ側壁のシリコン基板２０を熱酸化により酸化する。その後、分離用溝２４にシリコン酸化膜をＣＶＤ法により埋め込んだ後、該シリコン酸化膜をＣＭＰ法により平坦化し、その後、残存するシリコン窒化膜２２（パターン化されたシリコン窒化膜２２Ａ）をウェットエッチングにより除去する。これにより、図４（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜よりなる素子分離絶縁膜２５が完成する。
【００６０】
第２の実施形態によると、シリコン基板２０の表面部に含まれる成長時導入欠陥を除去した後、パターン化されたシリコン窒化膜２２Ａをマスクとして用いるドライエッチングにより、シリコン基板２０における成長時導入欠陥が除去された領域に分離用溝２４を形成する。すなわち、シリコン基板２０のドライエッチング前に、円錐状パターン欠陥の原因となるシリコン基板２０中の成長時導入欠陥を除去するため、シリコン基板２０のドライエッチング条件として、パターン欠陥低減のための制約を考慮する必要が無くなる。従って、シリコン基板２０のドライエッチングにおいて、円錐状パターン欠陥の発生を抑制しつつマスク材となるシリコン窒化膜２２に対して高い選択比を確保できるので、分離用溝２４を高精度で形成できる。
【００６１】
また、第２の実施形態によると、パターン化されたシリコン窒化膜２２Ａをマスクとしてシリコン基板２０に対してドライエッチングを行なって分離用溝２４を形成する工程の前処理として、パターン化されたシリコン窒化膜２２Ａをマスクとして用いたドライエッチングにより、シリコン基板２０における分離用溝形成領域の表面部を掘り下げて成長時導入欠陥を除去する。このとき、シリコン基板２０のエッチングレートに対するシリコン酸化膜のエッチングレートの比は０．５以上で且つ５．０以下であると共に、シリコン基板２０のエッチングレートに対するシリコン窒化膜２２のエッチングレートの比は１０以上である。このため、シリコン基板２０のドライエッチング時にマスクとして用いられるシリコン窒化膜２２を損傷させることなく、シリコン基板２０のドライエッチング前に、パターン欠陥の原因となるシリコン基板２０中の成長時導入欠陥を除去できる。
【００６２】
尚、第２の実施形態において、シリコン基板２０のドライエッチングの前処理（図４（ｃ）参照）に用いられるエッチングガスとしてＣ4Ｆ8ガスを用いたが、これに限られず、シリコン窒化膜に対して高い選択比を保ちつつシリコン酸化物とシリコンとに対して同時にエッチングを行なえる他のガス（具体的にはシリコン基板のエッチングレートに対するシリコン酸化物のエッチングレートの比が０．５以上で且つ５．０以下になると共にシリコン基板のエッチングレートに対するシリコン窒化膜のエッチングレートの比が１０以上になるような他のエッチングガス）、例えばＣ5Ｆ8ガス等を用いても同様の効果が期待できる。
【００６３】
また、第２の実施形態において、シリコン基板２０のドライエッチングの前処理、つまり成長時導入欠陥を除去する工程における、シリコン基板２０が掘り下げられる深さは２５ｎｍ以上であることが好ましい。このようにすると、シリコン基板２０中の成長時導入欠陥を確実に除去できる。
【００６４】
また、第２の実施形態において、シリコン基板２０のドライエッチング時のマスクとしてシリコン窒化膜２２（正確にはシリコン窒化膜２２とシリコン酸化膜２１との積層膜）を用いたが、これに限られず、シリコン窒化膜若しくはシリコン窒化酸化膜の単層膜を用いてもよいし、又はシリコン窒化膜、シリコン酸化膜及びシリコン窒化酸化膜のうちの２つ以上の絶縁膜の積層膜等を用いてもよい。
【００６５】
また、第２の実施形態において、ドライエッチングによってシリコン基板２０にＳＴＩ用の分離用溝２４を形成する場合を対象としたが、これに代えて、ドライエッチングによってシリコン基板２０にキャパシタ形成用溝又はディープトレンチ等の凹部を形成する場合を対象としても同様の効果が得られる。
【００６６】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００６７】
図５（ａ）〜（ｄ）及び図６（ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００６８】
まず、図５（ａ）に示すように、シリコン基板３０を用意する。このとき、シリコン基板３０の表面部には、成長時導入欠陥となる８面体ボイド３０ａが形成されていると共に、８面体ボイド３０ａの角部にシリコン酸化物３０ｂが形成されている。８面体ボイド３０ａ及びシリコン酸化物３０ｂは、シリコン基板３０を結晶成長させるときに生じたものである。
【００６９】
次に、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板３０の表面部を熱酸化により酸化することによって酸化層３１を形成する。このとき、成長時導入欠陥、つまり８面体ボイド３０ａ及びシリコン酸化物３０ｂが酸化層３１に取り込まれるように、熱酸化により酸化層３１をその厚さが５０ｎｍ程度以上（例えば７５ｎｍ程度）になるように成長させる。
【００７０】
次に、図５（ｃ）に示すように、シリコン基板３０のドライエッチング時（図６（ｂ）参照）に円錐状パターン欠陥発生の要因となる成長時導入欠陥（具体的にはシリコン酸化物３０ｂ）を取り込んだ酸化層３１を、例えば、炭素及びフッ素を含むガスからなるプラズマを用いて除去する。具体的には、例えばダウンフロー型プラズマエッチング装置において、プロセスガスとなるＣＦ4 及びＯ2 の流量をそれぞれ１００ml/min（標準状態）ずつに設定すると共に、プロセス圧力及び高周波電力（プラズマ発生用）をそれぞれ１００Pa及び３００Ｗに設定して、酸化層３１に対して例えば１２０秒間ドライエッチングを行なう。
【００７１】
次に、酸化層３１が除去されたシリコン基板３０の新表面をアッシング及び洗浄により清浄化した後、図５（ｄ）に示すように、シリコン基板３０上に厚さ１０ｎｍ程度のシリコン酸化膜３２を熱酸化により形成した後、シリコン酸化膜３２の上に厚さ１５０ｎｍ程度のシリコン窒化膜３３をＣＶＤ法等の成膜方法により形成し、その後、シリコン窒化膜３３の上に所望の素子分離パターンと対応するレジストパターン３４をフォトリソグラフィー技術により形成する。
【００７２】
次に、レジストパターン３４をマスクとしてシリコン窒化膜３３及びシリコン酸化膜３２に対して順次ドライエッチングを行なった後、図６（ａ）に示すように、アッシング及び洗浄によりレジストパターン３４をシリコン基板３０から剥離する。これにより、パターン化されたシリコン酸化膜３２Ａとパターン化されたシリコン窒化膜３３Ａとが形成される。すなわち、所望の素子分離パターンがシリコン窒化膜３３及びシリコン酸化膜３２に転写される。第３の実施形態においては、シリコン酸化膜３２及びシリコン窒化膜３３のドライエッチングでエッチングを正確に停止させるため、シリコン基板３０に対して高い選択比を確保する。具体的には、例えば平行平板型ＲＩＥ装置において、プロセスガスとなるＣＨＦ3 及びＯ2 の流量をそれぞれ５０ml/min（標準状態）及び５ml/min（標準状態）に設定すると共に、プロセス圧力及び高周波電力（プラズマ発生用）をそれぞれ６０Pa及び４００Ｗに設定して、シリコン窒化膜３３及びシリコン酸化膜３２に対してドライエッチングを行なう。このドライエッチング条件におけるシリコン酸化膜３２のシリコン基板３０に対する選択比は８程度である。
【００７３】
次に、図６（ｂ）に示すように、パターン化されたシリコン窒化膜３３Ａをマスクとしてシリコン基板３０に対して例えばエッチング深さが４００ｎｍ程度になるまでドライエッチングを行なう。このとき、マスク材であるシリコン窒化膜３３に対して高い選択比が求められる。具体的には、「（シリコン基板３０のエッチングレート）／（シリコン窒化膜３３のエッチングレート）」が１５以上であることが求められる。このため、例えば誘導結合型プラズマエッチング装置において、プロセスガスとなるＣｌ2 及びＯ2 の流量をそれぞれ１５０ml/min（標準状態）及び８ml/min（標準状態）に設定すると共に、プロセス圧力、ソース電力及びバイアス電力をそれぞれ１．３Pa、６００Ｗ及び２００Ｗに設定して、シリコン基板３０に対して例えば４５秒間ドライエッチングを行なう。尚、第３の実施形態においては、この条件でシリコン基板３０のドライエッチングを行なう直前に、シリコン基板３０の露出部分（図６（ａ）参照）の上に形成されている自然酸化膜（図示省略）を除去するために、前述の誘導結合型プラズマエッチング装置において、プロセスガスとなるＣｌ2 の流量を１５０ml/min（標準状態）に設定すると共に、プロセス圧力、ソース電力及びバイアス電力をそれぞれ０．６７Pa、１５０Ｗ及び２００Ｗに設定して５秒間程度エッチングを行なう。
【００７４】
次に、シリコン基板３０のドライエッチング時に形成された堆積物を除去するために洗浄を行なうことにより、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板３０に分離用溝３５を形成する。その後、分離用溝３５の壁面、つまりトレンチ側壁の表面準位を低減するために、トレンチ側壁のシリコン基板３０を熱酸化により酸化する。その後、分離用溝３５にシリコン酸化膜をＣＶＤ法により埋め込んだ後、該シリコン酸化膜をＣＭＰ法により平坦化し、その後、残存するシリコン窒化膜３３（パターン化されたシリコン窒化膜３３Ａ）をウェットエッチングにより除去する。これにより、図６（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜よりなる素子分離絶縁膜３６が完成する。
【００７５】
第３の実施形態によると、シリコン基板３０の全面に亘って成長時導入欠陥を除去した後、マスクパターン（パターン化されたシリコン窒化膜３３Ａ）を用いるドライエッチングにより、シリコン基板３０の所定の領域に分離用溝３５を形成する。すなわち、シリコン基板３０のドライエッチング前に、円錐状パターン欠陥の原因となるシリコン基板３０中の成長時導入欠陥を除去するため、シリコン基板３０のドライエッチング条件として、パターン欠陥低減のための制約を考慮する必要が無くなる。従って、シリコン基板３０のドライエッチングにおいて、円錐状パターン欠陥の発生を抑制しつつマスク材となるシリコン窒化膜３３に対して高い選択比を確保できるので、分離用溝３５を高精度で形成できる。
【００７６】
また、第３の実施形態によると、シリコン基板３０の表面部を酸化し、それによって形成された酸化層３１を除去することにより、パターン欠陥の原因となる成長時導入欠陥を除去した後、シリコン基板３０上にシリコン酸化膜３２及びシリコン窒化膜３３を形成する。その後、シリコン酸化膜３２及びシリコン窒化膜３３に対してレジストパターン３４を用いてドライエッチングを行なうことにより、シリコン基板３０のドライエッチングに用いられるマスクパターンを形成する。すなわち、該マスクパターンとなるシリコン酸化膜３２及びシリコン窒化膜３３のドライエッチング前に、パターン欠陥の原因となるシリコン基板３０中の成長時導入欠陥を除去できる。このため、シリコン酸化膜３２及びシリコン窒化膜３３のドライエッチング条件、並びにシリコン基板３０のドライエッチング条件のそれぞれにおいて、円錐状パターン欠陥低減のための制約を考慮する必要が無くなる。また、成長時導入欠陥の除去処理によってシリコン酸化膜３２及びシリコン窒化膜３３が損傷を受けることもない。
【００７７】
尚、第３の実施形態において、成長時導入欠陥を除去するために形成される酸化層３１の厚さは５０ｎｍ程度以上であることが好ましい。このようにすると、パターン欠陥の原因となる成長時導入欠陥を酸化層３１に確実に取り込むことができる。
【００７８】
また、第３の実施形態において、シリコン基板３０のドライエッチング時のマスクとしてシリコン窒化膜３３（正確にはシリコン窒化膜３３とシリコン酸化膜３２との積層膜）を用いたが、これに限られず、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜若しくはシリコン窒化酸化膜の単層膜を用いてもよいし、又は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜及びシリコン窒化酸化膜のうちの２つ以上の絶縁膜の積層膜等を用いてもよい。
【００７９】
また、第３の実施形態において、酸化層３１を除去するために、ＣＦ4 を含むガスからなるプラズマを用いて酸化層３１に対してドライエッチングを行なったが、これに代えて、炭素及びフッ素を含む他のガスからなるプラズマを用いて酸化層３１に対してドライエッチングを行なってもよい。或いは、フッ酸を含む溶液、又はフッ酸及び硝酸を含む溶液等を用いて酸化層３１に対してウエットエッチングを行なってもよい。フッ酸及び硝酸を含む溶液等を用いて酸化層３１に対してウエットエッチングを行なった場合、酸化層３１の下側のシリコン基板３０（酸化されていない部分）の表面部も除去できるので、成長時導入欠陥をより確実に除去できる。
【００８０】
また、第３の実施形態において、ドライエッチングによってシリコン基板３０にＳＴＩ用の分離用溝３５を形成する場合を対象としたが、これに代えて、ドライエッチングによってシリコン基板３０にキャパシタ形成用溝又はディープトレンチ等の凹部を形成する場合を対象としても同様の効果が得られる。
【００８１】
（第３の実施形態の変形例）
以下、本発明の第３の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法について説明する。
【００８２】
第３の実施形態の変形例が第３の実施形態と異なっている点は次の通りである。すなわち、第３の実施形態においては、シリコン基板３０の表面部を酸化し、それによって形成された酸化層３１を除去することにより、成長時導入欠陥を除去した後、シリコン基板３０の上に、該基板のドライエッチングマスクとなる絶縁膜を形成した。それに対して、第３の実施形態の変形例においては、シリコン基板３０の表面部を酸化し、それによって形成された酸化層３１のうち分離用溝形成領域の上側部分を除去することにより、成長時導入欠陥を除去すると共に残存する酸化層３１からなる前記のドライエッチングマスクを形成する。
【００８３】
以下、図面を参照しながら説明する。
【００８４】
図７（ａ）〜（ｃ）及び図８（ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。尚、本変形例においては、図５（ａ）〜（ｄ）及び図６（ａ）〜（ｃ）に示す第３の実施形態と同一の部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８５】
まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板３０を用意する。このとき、シリコン基板３０の表面部には、成長時導入欠陥となる８面体ボイド３０ａが形成されていると共に、８面体ボイド３０ａの角部にシリコン酸化物３０ｂが形成されている。８面体ボイド３０ａ及びシリコン酸化物３０ｂは、シリコン基板３０を結晶成長させるときに生じたものである。
【００８６】
次に、図７（ｂ）に示すように、シリコン基板３０の表面部を熱酸化により酸化することによって酸化層３１を形成する。このとき、成長時導入欠陥、つまり８面体ボイド３０ａ及びシリコン酸化物３０ｂが酸化層３１に取り込まれるように、熱酸化により酸化層３１をその厚さが５０ｎｍ程度以上（例えば７５ｎｍ程度）になるように成長させる。
【００８７】
次に、図７（ｃ）に示すように、酸化層３１の上に所望の素子分離パターンと対応するレジストパターン３４をフォトリソグラフィー技術により形成する。その後、レジストパターン３４をマスクとして酸化層３１に対してドライエッチングを行なった後、図８（ａ）に示すように、アッシング及び洗浄によりレジストパターン３４をシリコン基板３０から剥離する。これにより、酸化層３１のうち分離用溝３５（図８（ｂ）参照）の形成領域の上側部分を除去でき、それによって、シリコン基板３０のドライエッチング時（図８（ｂ）参照）に円錐状パターン欠陥発生の要因となる成長時導入欠陥を除去できる。また、所望の素子分離パターンが酸化層３１に転写され、パターン化された酸化層３１Ａが形成される。第３の実施形態の変形例においては、酸化層３１のドライエッチングでエッチングを正確に停止させるため、シリコン基板３０に対して高い選択比を確保する。具体的には、例えば平行平板型ＲＩＥ装置において、プロセスガスとなるＣＨＦ3 及びＯ2 の流量をそれぞれ５０ml/min（標準状態）及び０ml/min（標準状態）に設定すると共に、プロセス圧力及び高周波電力（プラズマ発生用）をそれぞれ６０Pa及び４００Ｗに設定して、酸化層３１に対してドライエッチングを行なう。このドライエッチング条件における酸化層３１のシリコン基板３０に対する選択比は８程度である。尚、Ｏ2 の流量については数ml/min（標準状態）程度に設定してもよい。
【００８８】
次に、図８（ｂ）に示すように、パターン化された酸化層３１Ａをマスクとしてシリコン基板３０に対して例えばエッチング深さが４００ｎｍ程度になるまでドライエッチングを行なう。このとき、マスク材である酸化層３１に対して高い選択比が求められる。具体的には、「（シリコン基板３０のエッチングレート）／（酸化層３１のエッチングレート）」が１５以上であることが求められる。このため、例えば誘導結合型プラズマエッチング装置において、プロセスガスとなるＣｌ2 及びＯ2 の流量をそれぞれ１５０ml/min（標準状態）及び４ml/min（標準状態）に設定すると共に、プロセス圧力、ソース電力及びバイアス電力をそれぞれ１．３Pa、６００Ｗ及び２００Ｗに設定して、シリコン基板３０に対して例えば４５秒間ドライエッチングを行なう。尚、第３の実施形態の変形例においては、この条件でシリコン基板３０のドライエッチングを行なう直前に、シリコン基板３０の露出部分（図８（ａ）参照）の上に形成されている自然酸化膜（図示省略）を除去するために、前述の誘導結合型プラズマエッチング装置において、プロセスガスとなるＣｌ2 の流量を１５０ml/min（標準状態）に設定すると共に、プロセス圧力、ソース電力及びバイアス電力をそれぞれ０．６７Pa、１５０Ｗ及び２００Ｗに設定して５秒間程度エッチングを行なう。
【００８９】
次に、シリコン基板３０のドライエッチング時に形成された堆積物を除去するために洗浄を行なうことにより、図８（ｂ）に示すように、シリコン基板３０に分離用溝３５を形成する。その後、分離用溝３５の壁面、つまりトレンチ側壁の表面準位を低減するために、トレンチ側壁のシリコン基板３０を熱酸化により酸化する。その後、分離用溝３５にシリコン酸化膜をＣＶＤ法により埋め込んだ後、該シリコン酸化膜をＣＭＰ法により平坦化し、その後、残存する酸化層３１（パターン化された酸化層３１Ａ）をウェットエッチングにより除去する。これにより、図８（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜よりなる素子分離絶縁膜３６が完成する。
【００９０】
第３の実施形態の変形例によると、シリコン基板３０の表面部に含まれる成長時導入欠陥を除去した後、マスクパターン（パターン化された酸化層３１Ａ）を用いるドライエッチングにより、シリコン基板３０における成長時導入欠陥が除去された領域に分離用溝３５を形成する。すなわち、シリコン基板３０のドライエッチング前に、円錐状パターン欠陥の原因となるシリコン基板３０中の成長時導入欠陥を除去するため、シリコン基板３０のドライエッチング条件として、パターン欠陥低減のための制約を考慮する必要が無くなる。従って、シリコン基板３０のドライエッチングにおいて、円錐状パターン欠陥の発生を抑制しつつマスク材となる酸化層３１に対して高い選択比を確保できるので、分離用溝３５を高精度で形成できる。
【００９１】
また、第３の実施形態の変形例によると、シリコン基板３０の表面部を酸化し、それによって形成された酸化層３１のうち分離用溝３５の形成領域の上側部分を除去することにより、パターン欠陥の原因となる成長時導入欠陥を除去する。このとき、残存する酸化層３１（パターン化された酸化層３１Ａ）は、シリコン基板３０のドライエッチング時にマスクパターンとして用いられる。このため、酸化層３１及びシリコン基板３０のそれぞれのドライエッチング条件において、円錐状パターン欠陥低減のための制約を考慮する必要が無くなる。また、シリコン基板３０のドライエッチングのためのマスク材として、成長時導入欠陥の除去時に形成した酸化層３１を用いるため、工程を簡単化できる。
【００９２】
尚、第３の実施形態の変形例において、成長時導入欠陥を除去するために形成される酸化層３１の厚さは５０ｎｍ程度以上であることが好ましい。このようにすると、パターン欠陥の原因となる成長時導入欠陥を酸化層３１に確実に取り込むことができる。
【００９３】
また、第３の実施形態の変形例において、ドライエッチングによってシリコン基板３０にＳＴＩ用の分離用溝３５を形成する場合を対象としたが、これに代えて、ドライエッチングによってシリコン基板３０にキャパシタ形成用溝又はディープトレンチ等の凹部を形成する場合を対象としても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にシリコン基板のエッチングに適用した場合には、円錐状のパターン欠陥を低減しつつシリコン基板を高精度で加工でき、非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の図１（ｂ）に示すシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜のドライエッチング工程におけるシリコン酸化膜のシリコン基板に対する選択比に対する、円錐状パターン欠陥数の依存性を調べた結果を示す図である。
【図３】図１（ｂ）に示すシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜のドライエッチング工程におけるシリコン基板の削り込み量に対する、円錐状パターン欠陥数の依存性を調べた結果を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１０】従来の半導体装置の製造方法において円錐状パターン欠陥が発生した様子を示す図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は本願発明者が解明した、円錐状パターン欠陥の発生メカニズムを示す模式図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０  シリコン基板
１１  シリコン酸化膜
１１Ａ  パターン化されたシリコン酸化膜
１２  シリコン窒化膜
１２Ａ  パターン化されたシリコン窒化膜
１３  レジストパターン
１４  分離用溝
１５  素子分離絶縁膜
２０  シリコン基板
２１  シリコン酸化膜
２１Ａ  パターン化されたシリコン酸化膜
２２  シリコン窒化膜
２２Ａ  パターン化されたシリコン窒化膜
２３  レジストパターン
２４  分離用溝
２５  素子分離絶縁膜
３０  シリコン基板
３０ａ  ８面体ボイド
３０ｂ  シリコン酸化物
３１  酸化層
３１Ａ  パターン化された酸化層
３２  シリコン酸化膜
３２Ａ  パターン化されたシリコン酸化膜
３３  シリコン窒化膜
３３Ａ  パターン化されたシリコン窒化膜
３４  レジストパターン
３５  分離用溝
３６  素子分離絶縁膜
８０  シリコン基板
８０ａ  ８面体ボイド
８０ｂ  シリコン酸化物
８１  シリコン酸化膜
８１Ａ  パターン化されたシリコン酸化膜
８２  シリコン窒化膜
８２Ａ  パターン化されたシリコン窒化膜
８３  レジストパターン
８４  分離用溝
８５  素子分離絶縁膜
８６  円錐状パターン欠陥
【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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【図１１】
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