(57)【要約】【課題】分離トレンチ部分に発生する熱応力を緩和することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決方法】ＳＯＩ層２０の表面に酸化膜３０を形成する工程を備える。酸化膜３０の表面に窒化膜４０を形成する工程を備える。分離トレンチ領域Ｒ２内のＳＯＩ層２０、酸化膜３０、窒化膜４０を除去し、第１トレンチ５２を形成する工程を備える。第１トレンチ５２の側壁に露出しているＳＯＩ層２０を熱酸化することで、第１トレンチ５２を幅狭第１トレンチ５２ａに変化させると共に、内部が熱酸化膜６０により充填されている分離トレンチ領域Ｒ２を形成する工程を備える。窒化膜４０を除去する工程を備える。アモルファスシリコン層７０を形成することで、幅狭第１トレンチ５２ａの開口部をアモルファスシリコン層により閉塞する工程を備える。アモルファスシリコン層７０を、熱酸化により熱酸化膜７１へ変質させる工程を備える。【選択図】図７
2011151241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に素子分離領域が形成されている半導体装置の製造方法であり、
半導体基板の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
酸化膜の表面に窒化膜を形成する窒化膜形成工程と、
素子分離領域内の半導体基板、酸化膜、および窒化膜を除去することにより、第１トレンチを形成する第１のトレンチ形成工程と、
第１トレンチの側壁に露出している半導体基板を熱酸化により第１熱酸化膜に変質させることで、第１トレンチの幅を狭くすると共に、第１トレンチを除いてその内部が第１熱酸化膜により充填されている分離トレンチを形成する第１熱酸化工程と、
前記窒化膜を除去する窒化膜除去工程と、
窒化膜を除去した後の半導体基板の表面にアモルファスシリコン層を形成することで、第１トレンチの開口部をアモルファスシリコン層により閉塞するアモルファスシリコン層形成工程と、
アモルファスシリコン層を熱酸化により第２熱酸化膜へ変質させる第２熱酸化工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
アモルファスシリコン層の厚さは、前記第１熱酸化工程によって狭くされた後の第１トレンチの開口部の開口幅の√２倍以上である
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３】
第１のトレンチ形成工程では、１つの分離トレンチを形成する領域に複数の第１トレンチが形成され、
複数の第１トレンチの各々の幅が等しくされている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
第１のトレンチ形成工程では、１つの分離トレンチを形成する領域に複数の第１トレンチが形成されると共に、第１トレンチの幅が、第１トレンチ同士の間に形成される壁部の壁厚を１．２２倍した値よりも大きくされる
ことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記分離トレンチが形成されている領域の第２熱酸化膜上部にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
レジスト膜が形成されている領域以外の第２熱酸化膜を除去する第２熱酸化膜除去工程と、
レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と
をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体基板の素子分離領域に分離トレンチが形成されている半導体装置であり、
前記分離トレンチは、
半導体基板の表面から所定の深さまでの範囲に形成されている第１熱酸化膜と、
第１熱酸化膜の表面に形成されている第２熱酸化膜を有しており、
第１熱酸化膜には、第１熱酸化膜の幅より狭い幅のトレンチが形成されており、
第２熱酸化膜が、第１熱酸化膜に形成されたトレンチの開口部を閉塞していることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、半導体基板に素子領域と素子分離領域が形成されている半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トレンチによる素子分離を行なう方法として、シリコン基板にトレンチ（溝）を形成し、形成したトレンチに酸化シリコン膜を埋め込む方法が知られている。特許文献１には、トレンチ形成後にトレンチの側壁を熱酸化することで、トレンチ内部を熱酸化シリコン膜で充填する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２０５１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
酸化シリコンは、シリコンより熱膨張係数が小さい。このため、トレンチ内部が酸化シリコン膜で埋め込まれている構造では、半導体装置形成プロセスでの熱処理過程において、熱膨張係数の差に起因して発生する熱応力により、弾性変形しやすいシリコン側に歪みが発生する場合がある。シリコンに歪みが発生すると、歪みを緩和するためにシリコンに転位等の結晶欠陥が発生し、素子特性が劣化するおそれがある。
【０００５】
本願の技術は、上記の問題を解決するために創案された。すなわち、本願は、半導体基板に素子形成領域と素子分離領域が形成されている半導体装置の製造方法において、分離トレンチ部分に発生する熱応力を緩和することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に開示される半導体装置の製造方法は、半導体基板に素子分離領域が形成されている半導体装置の製造方法である。この半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程を備える。また、酸化膜の表面に窒化膜を形成する窒化膜形成工程を備える。また、素子分離領域内の半導体基板、酸化膜、および窒化膜を除去することにより、第１トレンチを形成する第１のトレンチ形成工程を備える。また、第１トレンチの側壁に露出している半導体基板を熱酸化により第１熱酸化膜に変質させることで、第１トレンチの幅を狭くすると共に、第１トレンチを除いてその内部が第１熱酸化膜により充填されている分離トレンチを形成する第１熱酸化工程を備える。また、窒化膜を除去する窒化膜除去工程を備える。また、窒化膜を除去した後の半導体基板の表面にアモルファスシリコン層を形成することで、第１トレンチの開口部をアモルファスシリコン層により閉塞するアモルファスシリコン層形成工程を備える。また、アモルファスシリコン層を熱酸化により第２熱酸化膜へ変質させる第２熱酸化工程を備える。
【０００７】
この製造方法では、半導体基板の表面に酸化膜と窒化膜を形成し、これらの膜と半導体基板の一部を除去して第１トレンチを形成する。次いで、第１熱酸化工程により、第１トレンチの側壁に露出している半導体基板が熱酸化により酸化されることで、内部が第１熱酸化膜で充填されている分離トレンチが形成される。
【０００８】
半導体基板が酸化されると第１熱酸化膜となり、体積が膨張する。よって、熱酸化が進むにつれ、第１トレンチの両側壁から第１熱酸化膜がトレンチの中央へ向かって膨張し、第１トレンチの幅が狭くなっていく。そして第１熱酸化工程では、第１トレンチの両側壁から膨張してきた第１熱酸化膜同士が接合して第１トレンチが消滅してしまうことがないように、熱酸化を行う。すなわち、幅が狭くなった状態の第１トレンチが、分離トレンチ内に残存するように熱酸化が行われる。また第１熱酸化工程では、窒化膜により、分離トレンチを形成する領域以外の領域の半導体基板が熱酸化されることが防止される。
【０００９】
アモルファスシリコン層形成工程では、窒化膜を除去した後の半導体基板の表面にアモルファスシリコン層を形成することで、第１トレンチの開口部をアモルファスシリコン層により閉塞する。よって、分離トレンチの熱酸化膜内に、第１トレンチが空隙として存在している構造を形成することができる。そして第２熱酸化工程では、熱酸化により、アモルファスシリコン層を第２熱酸化膜に変質させる。
【００１０】
この製造方法で製造された半導体装置では、第１トレンチにより形成される空隙によって、半導体装置形成時の熱処理により分離トレンチ部分に発生する熱応力を緩和することができる。よって、熱応力に起因してシリコンに結晶欠陥が発生することを抑制できるため、素子特性が劣化することを防止することができる。
【００１１】
また、本願の半導体装置の製造方法では、第１熱酸化工程によって、分離トレンチを第１熱酸化膜で充填する工程と、分離トレンチの熱酸化膜内に幅の狭い第１トレンチを作成する工程を同時に行うことができる。よって、分離トレンチの熱酸化膜にトレンチを形成するための専用の工程を備える必要がないため、半導体装置の製造工程を簡略化することができる。
【００１２】
また、本願の半導体装置の製造方法で製造された半導体装置では、第１トレンチの開口部を第２熱酸化膜により閉塞することができる。熱酸化膜は、ＣＶＤ法などによって堆積されるシリコン酸化膜などに比して、緻密な膜であり高耐圧性を有する。よって、半導体装置の耐圧を高めることが可能となる。
【００１３】
また、本願に開示される半導体装置の製造方法では、アモルファスシリコン層の厚さは、第１熱酸化工程によって狭くされた後の第１トレンチの開口部の開口幅の√２倍以上であることが好ましい。半導体基板の上面から見た場合に、第１トレンチが直角に屈曲した屈曲部を有するように形成される場合がある。この場合、第１トレンチの最大幅は、屈曲部の対角線長さ（直線部の幅の√２倍）となる。また、２本の直線状の第１トレンチが直交して、交差部を有する場合もある。この場合、第１トレンチの最大幅は、交差部の対角線長さ（直線部の幅の√２倍）となる。よって、アモルファスシリコン層の厚さを、狭くされた後の第１トレンチの開口部の開口幅（直線部の幅）の√２倍以上とすることで、確実に第１トレンチの開口部をアモルファスシリコン層で閉塞することが可能となる。
【００１４】
また、本願に開示される半導体装置の製造方法の第１のトレンチ形成工程では、１つの分離トレンチを形成する領域に複数の第１トレンチが形成され、複数の第１トレンチの各々の幅が等しくされていることが好ましい。サブミクロンオーダーの厚い熱酸化膜の形成においては、酸化速度は２乗速に従うため、必要酸化時間がシリコン膜厚の２乗に比例することになる。本願の半導体装置の製造方法では、１つの分離トレンチに対して複数の第１トレンチを形成することで、第１トレンチ同士の間に壁状に形成される半導体基板の幅を小さくすることができる。よって、熱酸化膜充填工程において酸化するシリコンの厚さを薄くすることができるため、熱酸化に必要な時間を短縮することが可能となる。
【００１５】
また、本願に開示される半導体装置の製造方法の第１のトレンチ形成工程では、１つの分離トレンチを形成する領域に複数の第１トレンチが形成されてもよい。このとき、第１トレンチの幅が、第１トレンチ同士の間に形成される壁部の壁厚を１．２２倍した値よりも大きくされることが好ましい。１つの分離トレンチに対して第１トレンチを複数形成することで、第１トレンチ同士の間に半導体基板の壁部が形成される。そして、壁部を完全に第１熱酸化膜に変質させた場合、変質後の壁厚は水平方向へ２．２２倍に膨張する。すなわち、壁部の両側面が、酸化前の壁厚の０．６１倍ずつ、第１トレンチを狭くする方向へ膨張する。すると、壁部を完全に第１熱酸化膜に変質した場合に、第１トレンチが残存している状態とするためには、理論上、第１トレンチの幅を、壁部の壁厚の１．２２倍の値よりも大きくすればよいことが分かる。
【００１６】
また、本願に開示される半導体装置の製造方法では、フォトエッチング技術等によって、分離トレンチが形成されている領域の第２熱酸化膜上部にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程をさらに備えることができる。なお、フォトエッチング技術とは、フォトリソグラフィからＲＩＥ等のエッチングまでの一連の技術を意味する。フォトエッチング技術では従来公知の技術を用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、レジスト膜が形成されている領域以外の第２熱酸化膜を除去する第２熱酸化膜除去工程をさらに備えることができる。また、レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程をさらに備えることができる。
【００１７】
分離トレンチが形成されている領域以外の領域には、トランジスタ等の各種素子を形成するための素子形成領域が存在する。そして、第２熱酸化膜除去工程によって、素子形成領域の表面を選択的に露出することができる。よって、以後の工程において、素子形成領域に素子を形成することが可能となる。
【００１８】
また、本願に開示される半導体装置は、半導体基板の素子分離領域に分離トレンチが形成されている半導体装置である。分離トレンチは、半導体基板の表面から所定の深さまでの範囲に形成されている第１熱酸化膜と、第１熱酸化膜の表面に形成されている第２熱酸化膜を有している。また、第１熱酸化膜には、第１熱酸化膜の幅より狭い幅のトレンチが形成されている。また、第２熱酸化膜が、第１熱酸化膜に形成されたトレンチの開口部を閉塞している。この半導体装置は、本願の半導体装置の製造方法によって具体化される半導体装置である。当該半導体装置では、第１熱酸化膜に形成されているトレンチによって、半導体装置形成時の熱処理により分離トレンチ部分に発生する熱応力を緩和することができる。また、第１熱酸化膜に形成されているトレンチの開口部が第２熱酸化膜で閉塞されているため、後の工程でトレンチ内に薬液等が進入することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本願に開示される半導体装置の製造方法によれば、半導体基板に素子形成領域と素子分離領域が形成されている半導体装置を製造する場合において、分離トレンチ部分に発生する熱応力を緩和することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】半導体装置の製造工程を説明する図（その１）である。
【図２】半導体装置の製造工程を説明する図（その２）である。
【図３】半導体装置の製造工程を説明する図（その３）である。
【図４】半導体装置の製造工程を説明する図（その４）である。
【図５】半導体装置の製造工程を説明する図（その５）である。
【図６】半導体装置の製造工程を説明する図（その６）である。
【図７】半導体装置の製造工程を説明する図（その７）である。
【図８】半導体装置の製造工程を説明する図（その８）である。
【図９】半導体装置の製造工程を説明する図（その９）である。
【図１０】半導体装置の製造工程を説明する図（その１０）である。
【図１１】半導体装置の製造工程を説明する図（その１１）である。
【図１２】最大開口幅を説明する図（その１）である。
【図１３】最大開口幅を説明する図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。
（特徴１）第１トレンチ５２の側壁に露出しているＳＯＩ層２０の熱酸化は、１１００℃以上で行なわれる。
（特徴２）アモルファスシリコン層７０の成膜は、スパッタ法により行なわれる。
（特徴３）アモルファスシリコン層７０の成膜は、常圧ＣＶＤ法により行なわれる。
【実施例】
【００２２】
本願の実施例について図面を参照しながら説明する。図１から図１５を用いて、素子形成領域Ｒ１にＳＯＩ（Silicon On Insulator）層２０を残し、分離トレンチ領域Ｒ２にトレンチ部を形成する工程を説明する。素子形成領域Ｒ１は、トランジスタ等の半導体素子を形成する領域である。分離トレンチ領域Ｒ２は、隣接する素子形成領域Ｒ１同士を電気的に分離するための分離トレンチを形成する領域である。なお、図１から図１５は、素子形成領域Ｒ１および分離トレンチ領域Ｒ２の部分断面図である。
【００２３】
図１に示すように、ＳＯＩ基板９は、埋込酸化膜１０とＳＯＩ層２０を備える。ＳＯＩ層２０は単結晶シリコンである。なお本実施例では、埋込酸化膜１０の下部に存在する保持基板は省略して説明する。図１に示すように、まず、ＳＯＩ層２０の表面に酸化膜３０が形成される。酸化膜３０は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法による熱酸化膜堆積、もしくは熱酸化により形成される。なお、酸化膜３０は、素子分離として広く用いられているＬＯＣＯＳ酸化膜であってもよい。次に、酸化膜３０の表面にＣＶＤ法にて窒化膜４０が形成される。窒化膜４０は、後の熱酸化工程で、所望外のＳＯＩ層２０が熱酸化してしまうことを防止するための膜である。よって窒化膜４０の厚さは、酸化を防ぐために十分な厚さであればよく、例えば５０（ｎｍ）とされる。
【００２４】
図２に示すように、窒化膜４０の表面にレジスト層５０が形成される。そしてフォトエッチング技術にて、分離トレンチ領域Ｒ２の領域内のレジスト層５０が除去され、開口部５１が形成される。開口部５１は、後述する第１トレンチ５２を形成するためのマスク孔である。開口部５１は、１つの分離トレンチ領域Ｒ２に対して、複数形成されることが好ましい。また、複数の開口部５１の各々の開口幅は、等しくされることが好ましい。
【００２５】
次に、図３に示すように、ＣＦ系のガスを用いたドライエッチングにより、窒化膜４０および酸化膜３０をエッチングする。続いて、シリコンに対してエッチング効果のあるガス（ＳＦ６など）を用いたドライエッチングにより、ＳＯＩ層２０をドライエッチングする。これにより、第１トレンチ５２が、ＳＯＩ層２０に２つ形成される。また、第１トレンチ５２同士の間にＳＯＩ層２０の壁部５３が形成される。
【００２６】
ここで、第１トレンチ５２の幅をトレンチ幅Ｗ１と定義し、壁部５３の厚さを壁厚Ｗ２と定義する。トレンチ幅Ｗ１と壁厚Ｗ２との比の決め方について説明する。後述する熱酸化工程（図５）において、壁部５３が完全に熱酸化膜に変質されると、変質後の壁厚Ｗ２は２．２２倍に膨張する。すなわち、壁部５３の両側面が、壁厚Ｗ２の０．６１倍の値ずつ、水平方向（図面左右方向）へ膨張する。同様に、壁部５３と対向している第１トレンチ５２の側壁も、壁厚Ｗ２の０．６１倍の値だけ、水平方向に膨張する。すると、壁部５３を完全に熱酸化膜に変質した後に、第１トレンチ５２が分離トレンチ領域Ｒ２内に残存している状態とするためには、理論上、第１トレンチ５２のトレンチ幅Ｗ１を、壁部５３の壁厚Ｗ２の１．２２倍の値よりも大きくなるように、レジスト寸法及びドライエッチング寸法を制御すればよいことが分かる。
【００２７】
図４に示すように、エッチング後に残存しているレジスト層５０を除去する。除去方法は、硫酸と過酸化水素水と水の混合液であるＳＰＭ（Sulfuric acid/hydrogen Peroxide Mixture）によるウェットエッチングを用いてもよいし、アッシングを用いてもよい。
【００２８】
図５に示すように、第１トレンチ５２の側壁に露出しているＳＯＩ層２０を、熱酸化によりシリコン単結晶から熱酸化膜６０に変質させる。このとき、素子形成領域Ｒ１のＳＯＩ層２０は、窒化膜４０により、熱酸化されることが防止されている。ＳＯＩ層２０が熱酸化膜６０に変質すると、体積が膨張する。よって、熱酸化が進むにつれ、第１トレンチ５２の両側壁から熱酸化膜６０が第１トレンチ５２の中央へ向かって膨張し、第１トレンチ５２の幅が狭くなっていく。そして、熱酸化工程が完了すると、第１トレンチ５２が幅狭第１トレンチ５２ａに変化する。これにより、図５に示すように、分離トレンチ領域Ｒ２の内部が熱酸化膜６０により充填されていると共に、分離トレンチ領域Ｒ２に幅狭第１トレンチ５２ａが存在している構造を形成できる。ここで、幅狭第１トレンチ５２ａの開口部の幅を開口幅Ｗ３と定義する。なお、図５における熱酸化工程は、熱酸化膜６０の流動性による応力緩和を目的として、１１００℃以上の高温で行なうことが望ましい。
【００２９】
また、壁部５３が完全に熱酸化膜６０に変質した後も熱酸化工程を続行すると、分離トレンチ領域Ｒ２と素子形成領域Ｒ１の境界部に存在するＳＯＩ層２０の熱酸化が進むため、幅狭第１トレンチ５２ａの側壁がさらに膨張する。すると、幅狭第１トレンチ５２ａの側壁を形成している熱酸化膜６０同士が接合してしまい、幅狭第１トレンチ５２ａが消滅してしまう。よって、壁部５３が完全に熱酸化膜６０に変質した時点で熱酸化を終了するように、熱酸化量を調整する必要がある。熱酸化量の調整方法の例としては、壁部５３の壁厚Ｗ２を完全に酸化するための酸化時間を算出し、算出した酸化時間を用いて熱酸化を行なう方法が挙げられる。
【００３０】
図６に示すように、窒化膜４０が除去される。窒化膜４０の除去には、熱燐酸によるウェットエッチングを用いてもよいし、ドライエッチングを用いてもよい。
【００３１】
図７に示すように、窒化膜４０を除去した後の表面に、スパッタ法によりアモルファスシリコン層７０を成膜する。このとき、幅狭第１トレンチ５２ａの開口幅Ｗ３が狭くされている。また、スパッタ法は、減圧ＣＶＤ法などに比して埋め込み性が良くない。よって、幅狭第１トレンチ５２ａの内部へアモルファスシリコンが埋め込まれにくくなるため、アモルファスシリコン層７０が幅狭第１トレンチ５２ａの開口部を閉塞するように熱酸化膜６０の表面部で成長する。これにより、分離トレンチ領域Ｒ２の熱酸化膜６０内に、幅狭第１トレンチ５２ａが空隙として存在している構造を形成することができる。また、幅狭第１トレンチ５２ａの開口部をアモルファスシリコン層７０で閉塞することにより、後の工程で幅狭第１トレンチ５２ａ内に薬液等が進入することを防止することができる。
【００３２】
ここで、アモルファスシリコン層７０で幅狭第１トレンチ５２ａの開口部を確実に閉塞するためには、開口幅Ｗ３の値は、０．５（μｍ）以下が好ましい。また、幅狭第１トレンチ５２ａは高いアスペクト比を有していることがよく、アスペクト比が５〜１０の範囲内であることが好ましい。アスペクト比は、トレンチの深さと幅の比である。アモルファスシリコン層７０の成膜時に、幅狭第１トレンチ５２ａ内部にもアモルファスシリコンが埋め込まれるが、アスペクト比を高くすることにより、幅狭第１トレンチ５２ａ内部がアモルファスシリコンで完全に埋まってしまうことを防止することができる。よって、幅狭第１トレンチ５２ａ内に空隙を存在させることができるため、熱応力を緩和すること可能となる。
【００３３】
また、アモルファスシリコン層７０の成膜は、スパッタ法に限らず、ＣＶＤ法によって行なわれてもよい。なお、常圧ＣＶＤ法の方が、減圧ＣＶＤ法よりも、反応生成物が幅狭第１トレンチ５２ａの底部まで届きにくく、埋め込み性が悪い。よって、常圧ＣＶＤ法を用いてアモルファスシリコン層７０を成膜する方が、幅狭第１トレンチ５２ａの開口部をより閉塞しやすくなる。
【００３４】
また、アモルファスシリコン層７０の成膜厚さの決め方について、図１２および図１３を用いて説明する。図１２に示すように、ＳＯＩ基板９を上面から見た場合に、素子レイアウトの関係上、幅狭第１トレンチ５２ａが直角に屈曲した屈曲部Ａ１を有するように形成される場合がある。この場合、幅狭第１トレンチ５２ａの最大開口幅Ｗ４は、屈曲部Ａ１の対角線長さとなる。よって、最大開口幅Ｗ４は、幅狭第１トレンチ５２ａの開口幅Ｗ３の√２倍（約１．４１倍）となる。また、図１３に示すように、２本の直線状の幅狭第１トレンチ５２ａが直交して、交差部Ａ２を形成する場合もある。この場合、幅狭第１トレンチ５２ａの最大開口幅Ｗ４は、交差部Ａ２の対角線長さとなる。よって、最大開口幅Ｗ４は、幅狭第１トレンチ５２ａの開口幅Ｗ３の√２倍となる。
【００３５】
以上より、アモルファスシリコン層７０の成膜厚さを、幅狭第１トレンチ５２ａの開口部の開口幅Ｗ３の√２倍以上とすることで、確実に幅狭第１トレンチ５２ａの開口部をアモルファスシリコン層７０で閉塞することが可能となる。例えば、幅狭第１トレンチ５２ａの開口幅Ｗ３が０．５（μｍ）である場合には、アモルファスシリコン層７０の厚さは、０．７１（μｍ）以上にする必要がある。
【００３６】
図８に示すように、最表層のアモルファスシリコン層７０を熱酸化し、熱酸化膜７１へ変質させる。これにより、分離トレンチ領域Ｒ２に充填されている絶縁体が、全てシリコン熱酸化膜とされている構造を作成できる。シリコン熱酸化膜は、ＣＶＤ法などによって堆積されるシリコン酸化膜などに比して、緻密な膜であり高耐圧性を有する。よって、半導体装置の耐圧を高めることが可能となる。
【００３７】
なお、アモルファスシリコン層７０の熱酸化時の酸化温度は、熱酸化膜７１の流動性による応力緩和を目的として、１１００℃以上の高温であることが望ましい。
【００３８】
図９に示すように、フォトエッチング技術によって、分離トレンチ領域Ｒ２が形成されている領域の熱酸化膜７１上部に、レジスト層９０が形成される。そしてフォトエッチング技術にて、素子形成領域Ｒ１のレジスト層９０が除去され、開口部が形成される。本処理は、素子形成領域Ｒ１のＳＯＩ層２０の表面を露出するための前準備の処理である。
【００３９】
図１０に示すように、フッ酸によるウェットエッチングにより、レジスト層９０の開口部の熱酸化膜７１および酸化膜３０がエッチングされる。エッチング時間を調整することで、素子形成領域Ｒ１部分のＳＯＩ層表面を完全に露出することができる。
【００４０】
図１１に示すように、エッチング後に残存しているレジスト層９０を除去する。除去方法は、前述したＳＰＭによるウェットエッチングを用いてもよいし、アッシングを用いてもよい。
【００４１】
本願に係る半導体装置の製造方法の効果を説明する。本願の半導体装置の製造方法では、幅狭第１トレンチ５２ａにより形成される空隙によって、半導体装置形成時の熱処理時に素子形成領域Ｒ１および分離トレンチ領域Ｒ２に発生する熱応力を緩和することができる。よって、熱応力に起因して素子形成領域Ｒ１のＳＯＩ層２０に結晶欠陥が発生することを抑制できるため、素子特性が劣化することを防止することができる。
【００４２】
また、本願の半導体装置の製造方法では、図５に示す熱酸化工程によって、分離トレンチ領域Ｒ２を熱酸化膜６０で充填する工程と、幅狭第１トレンチ５２ａを作成する工程を同時に行うことができる。よって、分離トレンチ領域Ｒ２内に充填されている熱酸化膜６０にトレンチを形成するための専用の工程を備える必要がないため、半導体装置の製造工程を簡略化することができる。
【００４３】
また、本願の半導体装置の製造方法では、１つの分離トレンチ領域Ｒ２に対して複数の第１トレンチ５２を形成することで、第１トレンチ５２同士の間に形成される壁部５３の壁厚を小さくすることができる。サブミクロンオーダーの厚い熱酸化膜の形成においては、酸化速度は２乗速に従うため、必要酸化時間が膜厚の２乗に比例することになる。例えば、膜厚が０．５（μｍ）の熱酸化膜の形成時間に比して、膜厚が０．２５（μｍ）の熱酸化膜の形成時間は、約１／４の時間となる。よって、熱酸化工程において酸化する壁部５３の壁厚を薄くすることにより、熱酸化に必要な時間を短縮することが可能となる。
【００４４】
また、酸化膜をトレンチ深さの２〜３倍程度成膜し、さらにＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程にて酸化膜除去および平坦化を実施することで素子分離構造を形成する方法に比して、本願の半導体装置の製造方法では、ＣＭＰ工程を用いる必要がない。よって、低コストで素子分離構造を形成することができる。
【００４５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず特許請求の範囲を限定するものではない。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【００４６】
図７のアモルファスシリコン層７０の成膜工程では、必ずしも熱酸化膜６０の表面近傍のみにアモルファスシリコン層７０が存在する必要はなく、幅狭第１トレンチ５２ａの内部にアモルファスシリコンが存在しても良い。幅狭第１トレンチ５２ａの内部のアモルファスシリコンは、図８の熱酸化工程によって必ずしも熱酸化しない。しかし、幅狭第１トレンチ５２ａの内部のアモルファスシリコンは、周囲を埋込酸化膜１０、熱酸化膜６０、７１で覆われているため、高電圧素子間の耐圧を確保することが可能である。
【００４７】
本実施例では、ＳＯＩ基板９を用いる場合を説明したが、これに限られない。シリコン単結晶のみからなる通常のシリコン基板を用いても、本願の半導体装置の製造方法を実施することが可能である。
【００４８】
また本実施例では、１つの分離トレンチ領域Ｒ２に複数の第１トレンチ５２が形成される場合を説明したが、この形態に限られない。分離トレンチ領域Ｒ２の幅が狭い場合など、熱酸化速度を高める必要がない場合には、１つの分離トレンチ領域Ｒ２に１つの第１トレンチ５２を形成してもよい。
【００４９】
また、本願の半導体装置の製造方法では、１つの分離トレンチ領域Ｒ２に対して、任意の数の幅狭第１トレンチ５２ａを形成することができる。幅狭第１トレンチ５２ａの数は、分離トレンチ領域Ｒ２の幅や、高電圧素子間の耐圧確保のために必要な空隙の数などに応じて任意に設定することができる。
【符号の説明】
【００５０】
９  ＳＯＩ基板
２０  ＳＯＩ層
３０  酸化膜
４０  窒化膜
５２  第１トレンチ
５２ａ  幅狭第１トレンチ
５３  壁部
６０、７１  熱酸化膜
７０  アモルファスシリコン層
Ｒ１  素子形成領域
Ｒ２  分離トレンチ領域
Ｗ１  トレンチ幅
Ｗ２  壁厚
Ｗ３  開口幅
【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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【図１２】
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【図１３】
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