(57)【要約】【課題】フィールド酸化膜の素子形成領域との界面に凹凸を生じさせることなく、シリコン基板表面との段差及びバーズビークを低減する。【解決手段】シリコン基板２上のバッファ酸化膜４及びシリコン窒化膜６に開口部８を形成して素子分離予定領域を画定し（工程（Ａ）及び（Ｂ））、開口部８端部にバッファ酸化膜４及びシリコン窒化膜６の側面を覆う非単結晶性の半導体膜からなる保護壁１０ａを形成する（工程（Ｃ）及び（Ｄ））。シリコン窒化膜６及び保護壁１０ａをマスクにして素子分離予定領域のシリコン基板２をエッチングして凹部１２を形成する（工程（Ｅ））。その後、フィールド酸化を行なって素子分離予定領域にフィールド酸化膜１４を形成する（工程（Ｆ））。【選択図】図１
2008016689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程（１）〜（４）をその順に含んで素子分離膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（１）半導体基板の表面にバッファ絶縁膜を形成し、さらにその上に耐酸化性膜を形成し、写真製版技術とエッチング技術により素子分離予定領域の前記バッファ酸化膜及び前記耐酸化性膜を除去して、前記素子分離予定領域に開口部をもつマスクパターンを形成する工程、
（２）前記開口部の縁の側面を覆う非単結晶性の半導体膜からなる保護壁を形成する工程、
（３）前記マスクパターン及び前記保護壁をマスクにして、前記半導体基板表面をエッチングして凹部を形成する工程、
（４）前記保護壁及び前記半導体基板表面を熱酸化して素子分離膜を形成する工程。
【請求項２】
前記工程（２）では、前記マスクパターンを含む前記半導体基板上の全体に非単結晶性の半導体膜を形成した後、前記非単結晶性の半導体膜をエッチングすることで前記開口部の縁の側面に前記非単結晶性の半導体膜を残して保護壁とし、
前記工程（３）は、前記工程（２）のエッチング処理を続行して前記保護壁の一部と前記素子分離予定領域に露出している前記半導体基板をエッチングして前記凹部を形成する請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記工程（３）において前記保護壁の一部がエッチングされた後も前記バッファ絶縁膜の側面は前記保護壁によって覆われている請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記工程（２）及び工程（３）のエッチング処理は異方性エッチング処理である請求項２又は３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記凹部の前記半導体基板表面からの深さは、前記工程（４）において形成される素子分離膜の膜厚の３分の１から３分の２の範囲内である請求項１から４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
前記凹部の前記半導体基板表面からの深さは、前記工程（４）において形成される素子分離膜の膜厚の２分の１である請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記半導体基板はシリコン基板である請求項１から６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
前記バッファ絶縁膜はバッファ酸化膜である請求項１から７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
前記耐酸化性膜はシリコン窒化膜である請求項１から８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
前記非単結晶性の半導体膜は、ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜である請求項１から９のいずれかに記載の製造方法。
【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、特にシリコン基板に形成される素子を電気的に分離するための素子分離膜を形成する方法を含むものに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法について説明する。図３は半導体装置の製造方法の一部を順に示す工程断面図である。
【０００３】
（Ａ）シリコン基板２上にシリコン酸化膜４を例えば厚さ２０ｎｍ程度に形成し、その上に耐酸化性膜としてシリコン窒化膜２６を例えば厚さ１００ｎｍ程度に形成する。
【０００４】
（Ｂ）シリコン窒化膜２６上に耐エッチング性膜としてレジスト膜を形成し、写真製版技術により素子分離予定領域に開口部をもつレジストパターンを形成する。そのレジストパターンをマスクにして素子分離予定領域のシリコン窒化膜２６及びシリコン酸化膜４をエッチング除去し、素子分離予定領域にシリコン基板２の表面が露出した開口部領域２８を形成する。その後、レジストパターンを除去する。
【０００５】
（Ｃ）酸化性ガス雰囲気、例えば温度１０００℃、窒素などの不活性ガスをキャリアガスとした水蒸気雰囲気で熱処理を施し、例えば３００〜８００ｎｍの厚さのフィールド酸化膜３０を形成する。
【０００６】
（Ｄ）素子形成領域のシリコン窒化膜２６及びシリコン酸化膜４を除去する。
【０００７】
（Ｅ）ゲート電極形成領域に例えば厚さ１０ｎｍのゲート酸化膜４ａを形成する。その後、シリコン基板２の主表面全体に例えば厚さ２００〜５００ｎｍのポリシリコン膜３２を形成する。写真製版によりポリシリコン膜３２上にゲート電極形成領域を覆うレジストパターン３４を形成する。
【０００８】
（Ｆ）レジストパターン３４をマスクにしてゲート電極形成領域以外のポリシリコン膜３４を除去し、ゲート電極形成領域にポリシリコンからなるゲート電極３６ａ、３６ｂを形成する。
【０００９】
上記工程のうち（Ａ）〜（Ｃ）に示したＬＯＣＯＳ法による素子分離膜の形成における問題点として、素子分離膜であるフィールド酸化膜が形成されている領域が他の領域よりも盛り上がってしまい、シリコン基板２表面の平坦性が悪化するという平坦性悪化の問題と、画定された素子分離予定領域よりも外側の素子形成領域側にフィールド酸化膜が食い込んでしまうというバーズビークの問題の２点がある。
【００１０】
平坦性の悪化による不具合について説明する。
図３に示される通常のＬＯＣＯＳ法で素子分離膜を形成すると、（Ｄ）に示されるようにシリコン基板２の表面とフィールド酸化膜３０の上端面との間に段差が生じる。この段差の高さはフィールド酸化膜３０の膜厚のほぼ半分程度であり、フィールド酸化膜３０を例えば膜厚８００ｎｍで形成した場合には、４００ｎｍ程度の段差ができることになる。この段差は、例えば図３（Ｅ）に示されるように、例えばゲート電極を形成するために形成されるポリシリコン膜３２の上面の形状に反映され、ポリシリコン膜３２の上面にも段差が生じる。ポリシリコン膜３２の上面に段差があると、ポリシリコン膜３２の上に形成される写真製版工程用のレジストパターン３４の形成にも影響する。すなわち、ポリシリコン膜３２上面の段差によって素子形成領域とフィールド酸化膜３０上の領域とでは高さが異なっているため、それらの領域上にレジストパターン３４を形成する場合において、露光処理を行なう際に両方の領域に焦点を合わせることが困難となり、どちらか一方のレジストパターンが不完全な形状となる不具合が発生する。また、図示していないが、例えばフィールド酸化膜の端部を跨ぐようなポリシリコン膜からなるパターンを形成する場合に、段差部分のパターン幅が狭くなるなどの不具合が発生することがある。
【００１１】
次にバーズビークについて説明する。
ＬＯＣＯＳ法により形成されたフィールド酸化膜３０の端部では、例えば図１（Ｃ）に示されるように、本来のフィールド酸化膜形成領域である素子分離予定領域から素子形成領域に向かって酸化膜の食い込みが生じる。このバーズビークの長さはＬＯＣＯＳ形成方法にもよるが０.５μｍ程度にもなり、素子形成領域の有効面積を狭めることとなって回路の集積化の障害となる。
【００１２】
ＬＯＣＯＳ法による平坦性の悪化を改善する方法として、例えばフィールド酸化膜形成領域である素子分離予定領域のシリコン基板をエッチングにより掘り下げる方法を挙げることができる。その方法を図４を参照して説明する。
【００１３】
（Ａ）シリコン基板２上にシリコン酸化膜４を形成し、さらにシリコン酸化膜４上にシリコン窒化膜３８を形成する。その後、写真製版技術及びエッチング技術を用いて、素子分離予定領域のシリコン窒化膜３８及びシリコン酸化膜４を除去して開口部４０を形成する。
【００１４】
（Ｂ）シリコン窒化膜３８をマスクにして開口部４０のシリコン基板２表面をエッチングして素子分離予定領域のシリコン基板２を掘り下げ、凹部４２を形成する。
【００１５】
（Ｃ）酸化性ガス雰囲気中で熱処理を施して、素子分離予定領域にフィールド酸化膜４４を形成する。
【００１６】
図４の方法では、フィールド酸化膜を形成する前に素子分離予定領域のシリコン基板を掘り下げることで、シリコン基板２の表面とフィールド酸化膜４４上面の段差が低減されている。しかしこの方法では、シリコン基板２を掘り下げて凹部４２を形成することで、凹部４２の側壁としてシリコン基板２が露出する。この状態でフィールド酸化を行なうと、シリコン窒化膜３８によって画定した素子分離予定領域よりも外側の素子形成領域へ酸化膜（バーズビーク）が著しく成長するという不具合がある。
【００１７】
そこで、シリコン基板の表面と素子分離膜上面の段差を低減し、かつバーズビークの成長を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１の方法は、図５（Ａ）に示されているように、素子分離予定領域のシリコン基板２をエッチングして掘り下げて凹部４２を形成し、凹部４２の側壁にポリシリコンからなる保護壁４６を形成する。保護壁４６は、凹部４２が形成されたシリコン基板２表面全体にポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜に異方性エッチング処理を施して凹部４２の側壁部分のみにポリシリコン膜を残すことで形成する。その状態で、図５（Ｂ）に示されるように酸化雰囲気において熱処理を行なうことによりフィールド酸化膜４８を形成する。
【００１８】
図５の方法では、フィールド酸化膜４８を形成する前に素子分離予定領域のシリコン基板２を掘り下げているのでシリコン基板２表面とフィールド酸化膜４８上面の段差が低減されている。そして、掘り下げた凹部４２の側壁にポリシリコンからなる保護壁４６を形成しているので、（Ｂ）のフィールド酸化工程では保護壁４６が完全に酸化されるまで窒化膜パターン３８直下のシリコン基板は酸化されないため、バーズビークの成長が抑制される。
【００１９】
しかし、上記方法では形成されたフィールド酸化膜４８の端部に保護壁４６を構成するポリシリコンが酸化されて形成されたシリコン酸化膜が多く残留している。ポリシリコンを酸化して形成されたシリコン酸化膜は、シリコンと酸化膜との界面の平坦性が損なわれて凹凸が発生することが知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。図５で言えば、（Ｂ）の破線で囲まれた部分４８ａに示されているように、掘り下げた凹部４２の側壁にポリシリコンからなる保護壁４６を形成してフィールド酸化を行なうと、保護壁４６が酸化された領域の界面に凹凸が発生する。凹凸がフィールド酸化膜４８の端部に存在した状態で、例えば図５（Ｃ）に示すようにシリコン基板２とは反対導電型の拡散層５０を形成して接合とした場合、接合面のとなるフィールド酸化膜４８の端部４８ａにおいて接合耐圧が低下するという不具合が起こる。また、シリコン基板２上にゲート酸化膜及びゲート電極を形成した場合、ゲート酸化膜端部のフィールド酸化膜４８端部付近に凹凸が残存し、ゲート電極に印加される電圧により発生する電界がこの凹凸部分４８ａに集中して酸化膜信頼性が低下するという不具合もある。
【特許文献１】特開平２−３９４３４号公報
【特許文献２】特開昭６２−１８６５６７号公報
【特許文献３】特開平３−３４５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
そこで本発明は、フィールド酸化膜の素子形成領域との界面に凹凸を生じさせることなく、シリコン基板表面との段差及びバーズビークを低減することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、以下の工程（１）〜（４）をその順に含んで素子分離膜を形成することを特徴とするものである。
（１）半導体基板の表面にバッファ絶縁膜を形成し、さらにその上に耐酸化性膜を形成し、写真製版技術とエッチング技術により素子分離予定領域のバッファ酸化膜及び耐酸化性膜を除去して、素子分離予定領域に開口部をもつマスクパターンを形成する工程、
（２）開口部の縁の側面を覆う非単結晶性の半導体膜からなる保護壁を形成する工程、
（３）マスクパターン及び保護壁をマスクにして、半導体基板表面をエッチングして凹部を形成する工程、
（４）保護壁及び半導体基板表面を熱酸化して素子分離膜を形成する工程。
【００２２】
上記工程（２）では、マスクパターンを含む半導体基板上に非単結晶性の半導体膜を形成した後、その非単結晶性の半導体膜をエッチングすることで開口部の縁の側面に非単結晶性の半導体膜を残して保護壁とし、工程（３）は、工程（２）のエッチング処理を続行して保護壁の一部と素子分離予定領域に露出しているシリコン基板をエッチングして凹部を形成するようにしてもよい。そうすれば、工程（２）の保護壁を形成する工程の続きで工程（３）の凹部を形成する工程を行なうことができる。
その場合、保護壁の一部がエッチングされた後もバッファ酸化膜の側面は保護壁によって覆われていることが好ましい。
【００２３】
上記工程（２）又は工程（３）のエッチング処理として、例えば異方性エッチング処理を挙げることができる。
【００２４】
上記工程（３）で形成される凹部のシリコン基板表面からの深さは、工程（４）において形成される素子分離膜の膜厚の３分の１から３分の２の範囲内であることが好ましく、素子分離膜の膜厚の２分の１であればより好ましい。
【００２５】
半導体基板の一例としてシリコン基板を挙げることができる。
また、バッファ絶縁膜の一例としてバッファ酸化膜を挙げることができ、耐酸化性膜の一例としてシリコン窒化膜を挙げることができる。
【００２６】
非単結晶性の半導体膜としては、ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜を用いることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の半導体装置の製造方法は、素子分離予定領域を開口させたバッファ絶縁膜及び耐酸化性膜の開口部の縁の側面に非単結晶性の半導体膜からなる保護壁を形成し、その保護壁と耐酸化性膜をマスクにして半導体基板をエッチングして掘り下げて凹部を形成し、耐酸化性膜をマスクにして熱処理を行なって素子分離予定領域に素子分離膜を形成するようになっているので、半導体基板表面と素子分離膜上面との段差を低減でき、保護壁によってバーズビークの成長を抑制できる。そしてこの方法では、凹部の側壁部分には非単結晶性の半導体膜からなる保護壁が存在しないので、素子分離膜と素子形成領域との界面に凹凸が発生せず、接合耐圧の低下やゲート酸化膜の信頼性低下を防止できる。
【００２８】
工程（２）でマスクパターンを含むシリコン基板上の全体に非単結晶性の半導体膜を形成した後、その非単結晶性の半導体膜をエッチングすることで開口部の縁の側面に非単結晶性の半導体膜を残して保護壁とし、工程（３）は工程（２）のエッチング処理を続行して保護壁の一部と素子分離予定領域に露出している半導体基板をエッチングして凹部を形成するようにすれば、非単結晶性の半導体膜からなる保護壁の形成と素子分離予定領域の凹部の形成を同一の工程で行なうことができるので、工程を簡略化することができる。
【００２９】
非単結晶性の半導体膜からなる保護壁の形成と素子分離予定領域の凹部の形成とを同一の工程で行なうようにした場合、保護壁の一部がエッチングされた後もバッファ絶縁膜の側面は保護壁によって覆われているようにすれば、素子分離膜を形成する熱処理工程において、保護壁が完全に酸化されるまでバッファ絶縁膜を介して酸素が半導体基板に供給されることがないので、バーズビークの成長を抑制できる。
【００３０】
上記工程（２）及び（３）のエッチング処理として異方性エッチング処理を用いれば、非単結晶性の半導体膜からなる保護壁の幅や高さを制御性良く形成することができる。
【００３１】
工程（３）で形成される凹部のシリコン基板表面からの深さが工程（４）において形成される素子分離膜の膜厚の３分の１から３分の２の範囲内であれば、シリコン基板表面と素子分離膜上面との段差を低くすることができ、さらに工程（３）で形成される凹部のシリコン基板表面からの深さが工程（４）において形成される素子分離膜の膜厚の２分の１であれば、シリコン基板表面と素子分離膜上面との段差をさらに低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は半導体装置の製造におけるフィールド酸化膜形成方法の一実施例を示す工程断面図である。以下の説明（Ａ）〜（Ｆ）は図１の（Ａ）〜（Ｆ）に対応した説明である。
【００３３】
（Ａ）半導体基板であるシリコン基板２上にバッファ絶縁膜としてシリコン酸化膜４を例えば１０〜１００ｎｍ、ここでは２０ｎｍ程度の厚さに形成し、さらにその上に耐酸化性膜としてシリコン窒化膜６を例えば２０〜５００ｎｍ、ここでは１００ｎｍ程度の厚さに形成する。
【００３４】
（Ｂ）シリコン窒化膜６上に耐エッチング性膜としてのレジスト膜を形成し、写真製版技術を用いて、素子形成領域を被って素子分離予定領域に開口部をもつレジストパターンを形成する。そのレジストパターンをマスクにして、素子分離予定領域のシリコン窒化膜６及びシリコン酸化膜４をエッチング除去して開口部８を形成する。その後、レジストパターンを除去する。これにより、シリコン基板２の素子形成領域はシリコン酸化膜４とシリコン窒化膜６で覆われ、素子分離予定領域はシリコン基板２の表面が露出する。
【００３５】
（Ｃ）シリコン窒化膜６上を含むシリコン基板２表面全体に、非単結晶性の半導体膜としてポリシリコン膜１０を例えば５０〜５００ｎｍ、ここでは２００ｎｍの厚さに形成する。
【００３６】
（Ｄ）異方性エッチング処理により、ポリシリコン膜１０をエッチバックして開口部８の端部のみにポリシリコン膜１０を残し、シリコン酸化膜４及びシリコン窒化膜６の側面を覆う保護壁１０ａを形成する。ここでは、シリコン酸化膜４が２０ｎｍ、シリコン窒化膜が１００ｎｍであるので、保護壁１０ａの高さは１２０ｎｍとなる。
【００３７】
（Ｅ）上記工程（Ｄ）の異方性エッチング処理を続行し、保護壁１０ａの一部とともに素子分離予定領域の露出したシリコン基板２を同時にエッチングして凹部１２を形成する。このエッチング処理ではシリコン窒化膜６がマスクとなり、シリコン窒化膜６に覆われていないシリコン基板２の表面とポリシリコンからなる保護壁１０ａのみがエッチングされる。素子分離予定領域のシリコン基板２表面の掘り下げ深さは例えば５０〜１００ｎｍ、ここでは７０ｎｍとする。
異方性エッチング処理のシリコン基板２に対するエッチレートと、ポリシリコン膜（保護壁１０ａ）に対するエッチレートが同じである場合、シリコン基板２表面から７０ｎｍ掘り下げて凹部１２を形成すると、一部がエッチングされた後の保護壁１０ａの高さは１２０−７０＝５０ｎｍとなる。
【００３８】
上記工程（Ｄ）及び（Ｅ）における異方性エッチング処理では、例えばマイクロ波プラズマエッチャーを用い、圧力が０.５Ｐａ、ＲＦパワーが３０Ｗ、マイクロ波パワーが４００Ｗ、エッチングガスとしてＨＢｒ、Ｃｌ2、Ｏ2を用い、それぞれの流量は７５ｃｃ／ｍｉｎ、３５ｃｃ／ｍｉｎ、３ｃｃ／ｍｉｎである。
【００３９】
（Ｆ）酸化性ガス雰囲気中で熱処理を施し、例えば２００〜８００ｎｍ、ここでは３００ｎｍの厚さのフィールド酸化膜１４を形成する。酸化性ガス雰囲気としては、温度が例えば８００〜１１００℃、常圧、窒素などの不活性ガスをキャリアガスとした水蒸気雰囲気で、例えば酸素を１００００ｃｃ／ｍｉｎ、水素を１００００ｃｃ／ｍｉｎ、窒素を５０００ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入する。
【００４０】
この実施例では、フィールド酸化膜１４を形成する前に素子分離予定領域のシリコン基板２に凹部１２を形成して掘り下げているので、シリコン基板２の表面とフィールド酸化膜１４上面の段差が低減される。
また、凹部１２は素子分離予定領域を画定する窒化膜６の開口部８よりも保護壁１０ａの膜厚分だけ内側に形成されているので、フィールド酸化膜１４を形成するための熱処理工程（Ｆ）で、素子分離予定領域の内側の保護壁１０ａ下のシリコン基板が完全に酸化されるまでは素子分離予定領域より外側のシリコン基板は酸化されないので、バーズビークの成長を抑制できる。そして、保護壁１０ａはシリコン酸化膜４の側面を完全に覆っているので、フィールド酸化膜１４を形成するための熱処理工程（Ｆ）で、保護壁１０ａが完全に酸化されるまではシリコン酸化膜４を介してシリコン基板２に酸素が供給されないので、バーズビークの成長を抑制できる。
【００４１】
上記工程（Ｅ）において保護壁１０ａは凹部１２の内側に形成されないでシリコン酸化膜４及びシリコン窒化膜６の側面部分にのみ形成されているので、上記工程（Ｆ）においてポリシリコンからなる保護壁１０ａが酸化されて形成されたシリコン酸化膜は、フィールド酸化膜１４の窒化膜６のエッジ部分の直近に限られ、フィールド酸化膜１４端部のシリコン基板２との界面部分はシリコン基板２が酸化されて形成されたシリコン酸化膜のみで構成されているので、フィールド酸化膜１４とシリコン基板２との界面部分に凹凸が発生することがなく、平坦性を保持することができる。これにより、フィールド酸化膜１４とシリコン基板２との界面部分における接合耐圧の低下や酸化膜信頼性の低下を防止できる。
【００４２】
この実施例では、上記工程（Ｅ）においてフィールド酸化膜１４を形成する前に素子分離予定領域のシリコン基板２を掘り下げて形成した凹部１２の深さは７０ｎｍである。フィールド酸化膜１４の膜厚を３００ｎｍとすれば、シリコン基板２表面とフィールド酸化膜１４上面との段差は概算で８０ｎｍとなる。通常のＬＯＣＯＳ法でシリコン基板を掘り下げずに３００ｎｍのフィールド酸化をした場合、シリコン基板の表面とフィールド酸化膜上面との段差は約１５０ｎｍにもなり、深さ７０ｎｍの凹部１２をフィールド酸化膜１４形成前に形成したことで、段差がほぼ半分になっている。
【００４３】
次に、半導体装置の製造方法のさらに他の実施例を説明する。図２は半導体装置の製造におけるフィールド酸化膜形成方法のさらに他の実施例を示す工程断面図である。
【００４４】
（Ａ）シリコン基板２上にバッファ酸化膜としてのシリコン酸化膜４を例えば２０ｎｍ程度の厚さに形成し、さらにその上に耐酸化性膜としてシリコン窒化膜１６を例えば２００ｎｍ厚さに形成する。
【００４５】
（Ｂ）シリコン窒化膜１６上に素子分離予定領域に開口部をもつ耐エッチング性膜としてのレジストパターンを写真製版技術を用いて形成し、そのレジストパターンをマスクにして素子分離予定領域のシリコン窒化膜１６及びシリコン酸化膜４をエッチング除去して開口部１８を形成する。
【００４６】
（Ｃ）シリコン窒化膜１６上を含むシリコン基板２表面全体に非単結晶性の半導体膜としてポリシリコン膜２０を例えば２００ｎｍの厚さで形成する。
【００４７】
（Ｄ）ポリシリコン膜２０を異方性エッチング処理によってエッチバックして開口部１８の端部のみにポリシリコン膜を残して、シリコン酸化膜４及びシリコン窒化膜１６の側面を覆う保護壁２０ａを形成する。
【００４８】
（Ｅ）上記工程（Ｄ）の異方性エッチング処理を続行し、保護壁２０ａの一部とともに素子分離予定領域の露出したシリコン基板２を同時にエッチングして凹部２２を形成する。凹部２２の深さはここでは１５０ｎｍとする。一部がエッチングされた後の保護壁２０ａの高さは７０ｎｍとなる。
【００４９】
（Ｆ）酸化性ガス雰囲気中で熱処理を施し、例えば３００ｎｍの厚さのフィールド酸化膜２４を形成する。
【００５０】
この実施例において、３００ｎｍの膜厚のフィールド酸化膜２４を形成する前に素子分離予定領域のシリコン基板２にフィールド酸化膜２４の膜厚の半分である１５０ｎｍの深さの凹部２２を形成して掘り下げているので、シリコン基板２表面とフィールド酸化膜２４上面との段差は概ね無くなっている。このように、素子分離予定領域に形成する凹部２２の深さをフィールド酸化膜２４の膜厚の３分の１から３分の２の範囲にすることで、シリコン基板２表面とフィールド酸化膜２４上面の段差を小さくしてフィールド酸化膜２４形成後のシリコン基板２の表面の平坦性を高めることができる。そして、凹部２２の深さをフィールド酸化膜２４の膜厚の半分程度にすることで、シリコン基板２表面とフィールド酸化膜２４上面の段差を概ねなくすことができる。
【００５１】
この実施例で示されているように、工程（Ｅ）で凹部２２を形成した後において、少なくともシリコン酸化膜４の側面は保護壁２０ａによって完全に覆われていることが好ましい。これは、工程（Ｆ）のフィールド酸化膜２４を形成するための熱処理で、ポリシリコンからなる保護壁２０ａが完全に酸化されるまではシリコン酸化膜４を介してシリコン基板に酸素が供給されないので、バーズビークの成長を抑制することができるからである。そのため、工程（Ｅ）で凹部２２を形成した後の保護壁２０ａがシリコン酸化膜４の側面を完全に覆っているようにするためには、異方性エッチング処理のシリコン基板に対するエッチレートとポリシリコン膜に対するエッチレートがほぼ同じであると仮定すると、シリコン窒化膜１６は凹部２２の深さ以上の膜厚が必要である。
【００５２】
ただし、ここでは、異方性エッチング処理のシリコン基板に対するエッチレートとポリシリコン膜に対するエッチレートがほぼ同じであると仮定しているが、異方性エッチング処理のシリコン基板に対するエッチレートの方がポリシリコン膜に対するエッチレートよりも大きい場合や、シリコン基板に対するエッチレートの方がポリシリコン膜に対するエッチレートよりも小さい場合がある。
【００５３】
例えば、異方性エッチング処理のポリシリコン膜に対するエッチレートがシリコン基板に対するエッチレートの１.３倍であった場合、シリコン基板２表面とフィールド酸化膜２４上面との段差をなくすには、フィールド酸化膜２４を４００ｎｍの膜厚で形成すると仮定すると、シリコン窒化膜１６は２６０ｎｍ以上の膜厚が必要である。すなわち、凹部２２の深さはフィールド酸化膜２４の膜厚の半分の２００ｎｍであり、シリコン基板２を２００ｎｍ掘り下げる間に保護壁２０ａはその１.３倍の２６０ｎｍエッチングされる。したがって、２６０ｎｍエッチングされた後もシリコン酸化膜４の側面が保護壁２０ａによって完全に覆われているためにはシリコン窒化膜１６の膜厚は２６０ｎｍ以上必要である。
【００５４】
一般化すると、異方性エッチング処理のポリシリコン膜に対するエッチレートがシリコン基板に対するエッチレートのＸ倍のエッチングレートを持っており、素子分離予定領域に形成するフィールド酸化膜膜厚がＹであるとき、シリコン基板表面とフィールド酸化膜上面との段差をなくすための最適条件として、シリコン基板の掘り下げ深さはＹ／２であり、シリコン窒化膜の膜厚はＸＹ／２以上である。
【００５５】
本明細書中では、非単結晶性の半導体膜としてポリシリコン膜を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ポリシリコン膜に代えてアモルファスシリコン膜を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】半導体装置の製造におけるフィールド酸化膜形成方法の一実施例を示す工程断面図である。
【図２】半導体装置の製造におけるフィールド酸化膜形成方法のさらに他の実施例を示す工程断面図である。
【図３】従来の半導体装置の製造方法の一部を順に示す工程断面図である。
【図４】従来の半導体装置の製造方法におけるフィールド酸化膜形成方法の一例を示す工程断面図である。
【図５】従来の半導体装置の製造方法におけるフィールド酸化膜形成方法の他の例を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
２    シリコン基板
４    シリコン酸化膜
６，１６  シリコン窒化膜
８，１８  開口部
１０，２０  ポリシリコン膜
１０ａ，２０ａ  保護壁
１２，２２  凹部
１４，２４  フィールド酸化膜
【図１】
2008016689.tif 000003
【図２】
2008016689.tif 000004
【図３】
2008016689.tif 000005
【図４】
2008016689.tif 000006
【図５】
2008016689.tif 000007