(57)【要約】      （修正有）【課題】トレンチ内の空洞の上端部が開口することのない半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】トレンチ内に絶縁膜を充填する際、トレンチ内に空洞１０を残して第１の絶縁膜１１を充填した後、その空洞を開口させ、その後改めて第２の絶縁膜１２を充填する。このように構成すると、第１の絶縁膜を充填して形成される空洞の上端部の位置より、第２の絶縁膜を充填して形成される空洞の上端部の位置を深い位置に移動することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板にトレンチを形成し、該トレンチ内を絶縁膜で充填する工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記トレンチを形成する工程と、
該トレンチ内に、第１の絶縁膜で囲まれ、前記半導体基板表面から第１の深さに上端部を有する第１の空洞を残して、第１の絶縁膜を充填する工程と、
前記トレンチ内の前記第１の絶縁膜の一部を除去し、前記第１の空洞を開口する工程と、
前記トレンチ内に第２の絶縁膜を充填し、該第２の絶縁膜および前記第１の絶縁膜で囲まれ、前記第１の深さより深い第２の深さに上端部を有する第２の空洞を形成する工程と、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記載の半導体装置の製造方法において、
前記トレンチ内の前記第２の絶縁膜を前記第２の深さより浅い第３の深さまで除去する工程を含む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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に絶縁分離のためのトレンチを備えた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体基板に形成した複数の半導体素子をそれぞれ電気的に分離するために絶縁分離トレンチが用いられている。絶縁分離用トレンチは、半導体基板にトレンチを形成し、このトレンチ内に絶縁膜が埋め込まれている。このような絶縁分離トレンチを備えた半導体装置では、絶縁膜と半導体基板との熱膨張係数の差によって生じる応力の影響で、結晶欠陥が発生し、半導体装置の特性が低下してしまう。そのため、トレンチ内に空洞を残し、応力ストレスを緩和する方法が提案されている（例えば、引用文献１）。
【０００３】
空洞を有する絶縁分離トレンチを備えた半導体装置は、一般的に図３に示す製造工程により形成することができる。まず、半導体基板１の主表面上に、熱酸化法により厚さ０．０１μｍ程度のシリコン酸化膜２を形成し、このシリコン酸化膜２上にＣＶＤ法により厚さ０．１μｍ程度のシリコン窒化膜３を形成する。 さらに、このシリコン窒化膜３上にＣＶＤ法により厚さ０．８μｍ程度のシリコン酸化膜４を形成する。次にシリコン酸化膜２、シリコン窒化膜３およびシリコン酸化膜４をパターニングし、トレンチ形成予定領域を開口する（図３ａ）。
【０００４】
その後、露出する半導体基板１をエッチング除去することにより、幅１μｍ程度、深さ１２μｍ程度のトレンチ５を形成する（図３ｂ）。
【０００５】
トレンチ５の内壁面には、熱酸化法により厚さ０．０５μｍ程度のシリコン酸化膜６を形成し、イオン注入により、トレンチ５の底部にパンチスルーストップ領域７を形成する（図３ｃ）。
【０００６】
シリコン窒化膜３上のシリコン酸化膜４およびトレンチ５内のシリコン酸化膜６を一旦除去し、熱酸化法によりトレンチ５の内壁面に再び厚さ０．０５μｍ程度のシリコン酸化膜８を形成する（図３ｄ）。
【０００７】
その後、半導体基板１表面全面にＣＶＤ法によりＴＥＯＳ膜からなる絶縁膜９を形成し、トレンチ５内に充填する。このとき絶縁膜９は、シリコン窒化膜３上およびトレンチ５内に順次堆積してトレンチ５内を充填していくが、トレンチ５の開口部に堆積する絶縁膜９はトレンチ５の中心方向に徐々にせり出し、開口部が狭窄していく。その結果、図３（ｅ）に示すように、トレンチ５内に絶縁膜９で囲まれた空洞１０が形成される。このとき空洞１０の上端部は、図３（ｅ)に示すように半導体基板１表面の近傍に位置することになる。
【０００８】
その後、平坦化のためエッチバックすると、空洞１０上に残る絶縁膜９もエッチングされ、図３（ｆ）に示すようにわずかに絶縁膜９が残る構造となる。ここで、エッチバックの工程は、オーバーエッチング条件で行われるため、図４に示すように空洞１０が開口してしまう場合がある。また、平坦化の工程では図３（ｆ）に示すように空洞１０上に絶縁膜９が残っていても、その後に行われるエッチング工程等で、空洞１０が開口してしまう場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平３−２２９４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように従来の半導体装置の製造方法では、空洞１０の上端部が半導体基板の表面近傍に位置するため、平坦化やその後のエッチング工程で、空洞１０の上端部に残る絶縁膜９がなくなり空洞１０が開口してしまうという問題があった。開口が形成されると、その後の製造工程で不具合が発生してしまう。
【００１１】
例えば、半導体基板１表面にレジストを塗布する工程では、レジストが空洞１０の奥深くまで入り込んでしまい、通常のレジスト除去工程では除去できなくなってしまう。空洞１０内に残されたレジストは、その後の熱処理により炭化し、製品の歩留まり低下や半導体装置の特性劣化を引き起こしてしまう。本発明は、このような問題点を解消し、トレンチ内の空洞の上端部が開口することがない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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板にトレンチを形成し、該トレンチ内を絶縁膜で充填する工程を含む半導体装置の製造方法において、前記トレンチを形成する工程と、該トレンチ内に、第１の絶縁膜で囲まれ、前記半導体基板表面から第１の深さに上端部を有する第１の空洞を残して、第１の絶縁膜を充填する工程と、前記トレンチ内の前記第１の絶縁膜の一部を除去し、前記第１の空洞を開口する工程と、前記トレンチ内に第２の絶縁膜を充填し、該第２の絶縁膜および前記第１の絶縁膜で囲まれ、前記第１の深さより深い第２の深さに上端部を有する第２の空洞を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
本願請求項２に係る発明は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記トレンチ内の前記第２の絶縁膜を前記第２の深さより浅い第３の深さまで除去する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、空洞の上端部を半導体基板表面よりも確実に深い位置に形成することができるため、平坦化やエッチング等の工程でトレンチ５内の絶縁膜がエッチングされたとしても空洞１０が開口することはなく、製品の歩留まりの悪化や、半導体装置の特性の低下を抑制することができる。
【００１５】
また、トレンチ５内には空洞１０を残した構造としているため、トレンチ５内に充填する絶縁膜と半導体基板１との熱膨張係数の差によって生じるストレスを緩和することができる。
【００１６】
さらに、空洞１０上に残る絶縁膜の厚さを薄くすることで、さらにトレンチ５内に充填する絶縁膜と半導体基板１との熱膨張係数の差によって生じるストレスを緩和することができる。
【００１７】
トレンチ５に埋め込まれた絶縁膜表面が半導体基板１より下がった形状とすると、半導体基板１表面とトレンチ５側面の双方向から生じるエッジ部へのストレス集中が緩和されるという利点がある。
【００１８】
本発明の製造方法は、通常の半導体装置の製造工程のみで構成するため、歩留まり良く半導体装置を形成できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例を説明する図である。
【図２】本発明の実施例を説明する図である。
【図３】従来の実施例を説明する図である。
【図４】従来の実施例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、トレンチ内に絶縁膜を充填する際、トレンチ内に空洞を残して第１の絶縁膜を充填した後、その空洞を開口させ、その後改めて第２の絶縁膜を充填する。このように構成すると、第１の絶縁膜を充填して形成される空洞の上端部の位置より、第２の絶縁膜を充填して形成される空洞の上端部の位置を深い位置に移動することが可能となる。以下、実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の第１の実施例について説明する。まず、先に説明した従来例同様、半導体基板１の主表面上に、熱酸化法により厚さ０．０１μｍ程度のシリコン酸化膜２を形成し、このシリコン酸化膜２上にＣＶＤ法により厚さ０．１μｍ程度のシリコン窒化膜３を形成する。 さらに、このシリコン窒化膜３上にＣＶＤ法により厚さ０．８μｍ程度のシリコン酸化膜４を形成する。次にシリコン酸化膜２、シリコン窒化膜３およびシリコン酸化膜４をパターニングし、トレンチ形成予定領域を開口する（図３ａ）。
【００２２】
その後、露出する半導体基板１をエッチング除去することにより、幅１μｍ程度、深さ１２μｍ程度のトレンチ５を形成する（図３ｂ）。
【００２３】
トレンチ５の内壁面には、熱酸化法により厚さ０．０５μｍ程度のシリコン酸化膜６を形成し、イオン注入により、トレンチ５の底部にパンチスルーストップ領域７を形成する（図３ｃ）。
【００２４】
シリコン窒化膜３上のシリコン酸化膜４およびトレンチ５内のシリコン酸化膜６を一旦除去し、熱酸化法によりトレンチ５の内壁面に再び厚さ０．０５μｍ程度のシリコン酸化膜８を形成する（図３ｄ）。
【００２５】
その後、図１（ａ）に示すように、半導体基板１表面全面にＣＶＤ法によりＴＥＯＳ膜からなる第１の絶縁膜１１を形成し、トレンチ５内に充填する。このとき第１の絶縁膜１１は、シリコン窒化膜３上およびトレンチ５内に順次堆積してトレンチ５内に充填されていくが、トレンチ５の開口部に堆積する第１の絶縁膜１１はトレンチ５の中心方向に徐々にせり出し、開口部が狭窄していく。その結果、トレンチ５内に空洞１０が形成された状態となる。ここで、空洞１０の上端部には第１の絶縁膜１１がわずかに残る形状となる。すなわち、空洞１０の上端部の位置Ａが半導体基板１表面の近傍に配置することになる。以上の工程は、先に説明した従来例と同様であり、絶縁膜９が第１の絶縁膜１１に相当する。
【００２６】
次に本発明では、平坦化のためエッチバックする際、空洞１０が開口するまで空洞１０上の第１の絶縁膜１１をエッチングする。図１(ａ)に示すように、空洞１０は、中央部分が広く、上端部ほど幅が狭くなる。そこでこの第１の絶縁膜１０のエッチングは、空洞１０の幅の狭い上端部を開口するにとどまらず、空洞１０の中央部分の幅の広い領域が露出するまでエッチングするのが好ましい（図１ｂ）。
【００２７】
その後、ＣＶＤ法によりＴＥＯＳ膜からなる第２の絶縁膜１２を形成し、トレンチ５内に充填する。このとき第２の絶縁膜１２は、開口部内に入り込んで堆積し、空洞１０の狭い開口部を狭窄し、トレンチ５内に充填される（図１ｃ）。
【００２８】
その結果、空洞１０の上端部の位置Ｂは、先に第１の絶縁膜１１の堆積で形成された空洞１０の上端部の位置Ａより深い位置に配置することになる。
【００２９】
その後、平坦化のためにエッチバックしても、空洞１０上には第２の絶縁膜１２が厚く堆積しており、空洞１０が開口することはない（図１ｄ）。またその後のエッチング工程でも、空洞１０が開口することはない。
【００３０】
なお、開口１０の上端部の位置は、第１の絶縁膜１１をエッチングして開口を形成する場合（図１ｂ）の第１の絶縁膜１１のエッチング量を増やすことで、深い位置に移動させることが可能となる。その場合、第２の絶縁膜１２をトレンチ内に充填する場合に、第２の絶縁膜１２により囲まれた新たな開口が形成しない深さに設定すればよい。
【実施例２】
【００３１】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。上記第１の実施例では、トレンチ５内に第１の絶縁膜１１と第２の絶縁膜１２を充填して平坦する際、エッチングのばらつき等を考慮し、オーバーエッチングする。その際、トレンチ５内の第１の絶縁膜１１あるいは第２の絶縁膜１２は、わずかにエッチングされることになる。この場合、図１（ｄ）に示すように、空洞１０の上端部上に残る第１の絶縁膜１１と第２の絶縁膜１２は厚く残ることになる。
【００３２】
厚い第１の絶縁膜１１と第２の絶縁膜１２を残すことは、これらと半導体基板１との熱膨張係数の差による応力が発生してしまう場合がある。特に、本発明では、応力を緩和する開口１０の体積を従来例より小さくするため、空洞１０による応力緩和の効果が小さくなる。そこで、図２に示すように空洞１０上の第１の絶縁膜１１および第２の絶縁膜１２を薄くすることで、応力緩和を図ることが可能となる。
【００３３】
この第１の絶縁膜１１と第２の絶縁膜１２を薄くする工程は、残りの膜厚がある程度のばらついても許容されるため、空洞１０の上端部上に十分な厚さの第２の絶縁膜１２が残る条件に設定すれば、空洞１０が開口するような不具合を招くこともない。
【符号の説明】
【００３４】
１:半導体基板、２：シリコン酸化膜、３：シリコン窒化膜、４：シリコン酸化膜、５：トレンチ、６：シリコン酸化膜、７：パンチスルーストップ領域、８：シリコン酸化膜、９：絶縁膜、１０：空洞、１１：第１の絶縁膜、１２：第２の絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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