(57)【要約】【目的】より均一な膜厚の絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【構成】本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、ポリシリコン膜を挟んだ２層のＳｉＮ膜を形成する工程（Ｓ１０２〜Ｓ１０６）と、上層のＳｉＮ膜から基体内部まで届く開口部を形成する工程（１０８）と、誘導結合型プラズマ化学気相成長法を用いて、開口部内の所定の高さ位置にシリコンリッチ層が形成されるように絶縁膜を形成する工程（Ｓ１１０）と、シリコンリッチ層より上方に位置する絶縁膜をエッチングする工程（Ｓ１１８）と、上層ＳｉＮ膜をエッチングする工程（Ｓ１２０）と、シリコンリッチ層とポリシリコン膜をエッチングする工程（Ｓ１２２）と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2008210909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に第１のシリコン窒化膜を形成する第１のシリコン窒化膜形成工程と、
前記第１のシリコン窒化膜上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
前記シリコン膜上に第２のシリコン窒化膜を形成する第２のシリコン窒化膜形成工程と、
前記第２のシリコン窒化膜から前記基体内部まで届く開口部を形成する開口部形成工程と、
高密度プラズマ化学気相成長法を用いて、前記開口部内の前記基体と離隔した高さ位置に他よりシリコン含有率が高いシリコンリッチ層が形成されるようにシリコン含有絶縁膜を前記開口部内に形成する絶縁膜形成工程と、
前記シリコンリッチ層より上方に位置する前記シリコン含有絶縁膜をエッチングにより除去する第１の除去工程と、
前記シリコン含有絶縁膜を除去した後、前記第２のシリコン窒化膜をエッチングにより除去する第２の除去工程と、
前記第２のシリコン窒化膜を除去した後、前記シリコンリッチ層と前記シリコン膜をエッチングにより除去する第３の除去工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基体上にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、
前記シリコン窒化膜上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
前記シリコン膜から前記基体内部まで届く開口部を形成する開口部形成工程と、
高密度プラズマ化学気相成長法を用いて、前記開口部内の前記基体と離隔した高さ位置に他よりシリコン含有率が高いシリコンリッチ層が形成されるようにシリコン含有絶縁膜を前記開口部内に形成する絶縁膜形成工程と、
前記シリコンリッチ層より上方に位置する前記シリコン含有絶縁膜をエッチングにより除去する第１の除去工程と、
前記シリコン含有絶縁膜を除去した後、前記シリコンリッチ層と前記シリコン膜をエッチングにより除去する第２の除去工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記シリコンリッチ層は、前記シリコン窒化膜と接触する位置に形成されることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
異なる幅の複数の前記開口部が形成され、
前記シリコンリッチ層は、下面の高さ位置が前記複数の開口部内で略同じ高さ位置に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記シリコン含有絶縁膜は、所定のガスを供給することで形成され、
前記シリコンリッチ層は、前記シリコン含有絶縁膜を前記開口部内に形成する際に供給されるガスの流量を制御することで形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか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、半導体装置の製造方法に係り、例えば、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造を形成する際の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＴＩ構造を形成するには、一般に、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜（以下、ＳｉＮ膜と記載する。））が表面に形成されたシリコン基板上にトレンチを形成して、そのトレンチにシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を成膜する。そして、トレンチからはみ出た余分なＳｉＯ２膜を化学機械研磨（ＣＭＰ）法を用いて除去しながら平坦化することでＳＴＩ構造が形成される。ここで、アスペクト比（溝深さと開口幅の比）が例えば１以上のような場合、形成されたトレンチにＳｉＯ２膜を成膜するには、誘導結合型プラズマ化学気相成長（或いは、高密度プラズマ化学気相成長：ＨＤＰ−ＣＶＤとも言う。）法が用いられる。その際には、堆積を行いながら同時にスパッタリングを行うことで成膜していく。そして、特にプロセスガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）や酸素（Ｏ２）に加えて水素（Ｈ２）を使用して成膜を行う技術が用いられる（例えば、特許文献１，２参照）。Ｈ２を使用することで、オーバーハングによるトレンチ上部の開口閉塞を抑制しながら成膜することができる。これにより、トレンチへの埋め込み性を向上させている。
【０００３】
誘導結合型プラズマ化学気相成長法では、堆積を行いながら同時にスパッタリングを行うために、トレンチの両側の上部に形成されたＳｉＮ膜の角部が削れてしまうといった現象（以後、クリッピングと記す）が生じる。特にトレンチ間の幅が狭い箇所において顕著に発生する。このＳｉＮ膜は、ＣＭＰによる平坦化処理の際のＣＭＰストッパーの役目を果たすため、クリッピングが発生するとその役目を果たさなくなってしまうといった問題が発生していた。その結果、トレンチ間の幅が狭い領域で成膜した絶縁膜がトレンチ間の幅が広い領域のそれよりも削れすぎてしまう、すなわち、絶縁膜の膜厚にバラツキが発生するといった問題が生じていた。
【特許文献１】米国特許第６５９６６５３号公報
【特許文献２】米国特許第６５９６６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述したような従来の問題点を克服し、より均一な膜厚の絶縁膜を形成す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】
【０００５】
本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、
基体上に第１のシリコン窒化膜を形成する第１のシリコン窒化膜形成工程と、
前記第１のシリコン窒化膜上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
前記シリコン膜上に第２のシリコン窒化膜を形成する第２のシリコン窒化膜形成工程と、
前記第２のシリコン窒化膜から前記基体内部まで届く開口部を形成する開口部形成工程と、
高密度プラズマ化学気相成長法を用いて、前記開口部内の前記基体と離隔した高さ位置に他よりシリコン含有率が高いシリコンリッチ層が形成されるようにシリコン含有絶縁膜を前記開口部内に形成する絶縁膜形成工程と、
前記シリコンリッチ層より上方に位置する前記シリコン含有絶縁膜をエッチングにより除去する第１の除去工程と、
前記シリコン含有絶縁膜を除去した後、前記第２のシリコン窒化膜をエッチングにより除去する第２の除去工程と、
前記第２のシリコン窒化膜を除去した後、前記シリコンリッチ層と前記シリコン膜をエッチングにより除去する第３の除去工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の他の態様の半導体装置の製造方法は、
基体上にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、
前記シリコン窒化膜上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
前記シリコン膜から前記基体内部まで届く開口部を形成する開口部形成工程と、
高密度プラズマ化学気相成長法を用いて、前記開口部内の前記基体と離隔した高さ位置に他よりシリコン含有率が高いシリコンリッチ層が形成されるようにシリコン含有絶縁膜を前記開口部内に形成する絶縁膜形成工程と、
前記シリコンリッチ層より上方に位置する前記シリコン含有絶縁膜をエッチングにより除去する第１の除去工程と、
前記シリコン含有絶縁膜を除去した後、前記シリコンリッチ層と前記シリコン膜をエッチングにより除去する第２の除去工程と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、下層のシリコン窒化膜にはクリッピングが発生しないようにすることができる。その結果、より均一な膜厚の絶縁膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
高密度プラズマ化学気相成長法で、Ｈ２を使用して成膜を行う場合に、幅の狭いトレンチに対して埋め込み性を向上させるためにＯ２流量を相対的に減らすとプロセスガス流量等の成膜パラメーターを変更していないにもかかわらず、成膜の途中で膜の組成が変化する場合がある。これは成膜の途中でＳｉＯ２膜を構成するシリコン（Ｓｉ）と酸素の結合（Ｓｉ−Ｏ）とは別に、シリコンとシリコンの結合（Ｓｉ−Ｓｉ）が形成されるためである。その結果として酸素不足の組成（ＳｉＯｘ，ｘ＜２）が形成される。言い換えるとシリコンが酸素に対して過剰な絶縁膜であるＳｉリッチ膜が成膜されてしまう。このＳｉリッチ膜が成膜されると、膜質がポリシリコン（Ｐｏｌｙ  Ｓｉ）に近くなるために、ＣＭＰ等によるＳｉＯ２の平坦化工程にて、成膜したＳｉＯ２が削れにくく、ひいては、トレンチ内部にこのＳｉリッチ膜が残り絶縁性の劣化を招く恐れが生じる。本発明の実施の形態においては、このようなＳｉリッチ膜の形成位置及び厚さを制御することで、ＳＴＩ構造における絶縁膜の平坦化に利用する。以下、図面を用いて本発明の実施の形態を具体的に示す。
【０００９】
実施の形態１．
実施の形態１では、基体となる基板上に上下層の２層のＳｉＮ膜とその層間に介在させたポリシリコン膜の積層構造を形成する。そして、この積層構造をマスクとして形成したトレンチに対して高密度プラズマＣＶＤ法にて絶縁膜（ＳｉＯ２）膜を堆積し、このとき基板よりも上の位置かつ上部層のＳｉＮ膜表面より下の位置に酸素不足の膜（Ｓｉリッチ層）を堆積する構成について説明する。
【００１０】
図１は、実施の形態１における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
図１において、実施の形態１の半導体装置の製造方法では、ＳｉＮ膜形成工程（Ｓ１０２）と、ポリシリコン膜形成工程（Ｓ１０４）と、ＳｉＮ膜形成工程（Ｓ１０６）と、開口部形成工程（Ｓ１０８）と、絶縁膜形成工程（Ｓ１１０）と、ＳｉＯ２膜エッチング工程（Ｓ１１８）と、ＳｉＮ膜エッチング工程（Ｓ１２０）と、ポリシリコン及びシリコンリッチ膜エッチング工程（Ｓ１２２）と、平坦化工程（Ｓ１２４）という一連の工程を実施する。また、絶縁膜形成工程（Ｓ１１０）は、その内部工程として、ＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１１２）とシリコンリッチ層形成工程（Ｓ１１４）とＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１１６）という一連の工程を実施する。
【００１１】
図２は、図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図２では、図１のＳｉＮ膜形成工程（Ｓ１０２）から開口部形成工程（Ｓ１０８）までを示している。
【００１２】
図２（ａ）において、ＳｉＮ膜形成工程として、基板２００上の表面にＣＶＤ法によって、ＳｉＮ膜の薄膜を例えば１００〜２００ｎｍの膜厚で堆積し、下層側のＳｉＮ膜２１０を形成する。ここでは、ＣＶＤ法によって成膜しているが、その他の方法を用いても構わない。また、基板２００として、例えば、直径３００ミリのシリコンウェハを用いる。ここで、基板２００表面にはゲート酸化膜材料やポリシリコン等で構成されるゲート電極材料が形成されていても構わない。或いは、その他の層が形成されていても構わない。
【００１３】
図２（ｂ）において、ポリシリコン膜形成工程として、ＳｉＮ膜２１０上にＣＶＤ法によって、ポリシリコン膜の薄膜を例えば１０〜２０ｎｍの膜厚で堆積し、ポリシリコン膜２２０を形成する。ここでは、ＣＶＤ法によって成膜しているが、その他の方法を用いても構わない。
【００１４】
図２（ｃ）において、ＳｉＮ膜形成工程として、ポリシリコン膜２２０表面にＣＶＤ法によって、ＳｉＮ膜の薄膜を例えば１００〜２００ｎｍの膜厚で堆積し、上層側のＳｉＮ膜２１２を形成する。ここでは、ＣＶＤ法によって成膜しているが、その他の方法を用いても構わない。
【００１５】
図２（ｄ）において、開口部形成工程として、リソグラフィ工程とドライエッチング工程でＳＴＩ構造を作製するためのトレンチ（溝）である開口部１５０，１５２をＳｉＮ膜２１２とポリシリコン膜２２０とＳｉＮ膜２１０と基板２００内に形成する。すなわち、ＳｉＮ膜２１２から基板２００内部まで届く開口部１５０，１５２を形成する。ここでは、トレンチ幅の広い開口部１５０と幅の狭い開口部１５２を形成する。図示していないレジスト塗布工程、露光工程等のリソグラフィ工程を経てＳｉＮ膜２１２の上にレジスト膜が形成された基板２００に対し、露出したＳｉＮ膜２１２とその下層に位置するポリシリコン膜２２０とＳｉＮ膜２１０と基板２００を異方性エッチング法により除去することで、基板２００の表面に対し、略垂直に開口部１５０，１５２を形成することができる。例えば、一例として、反応性イオンエッチング法により開口部１５０，１５２を形成すればよい。
【００１６】
図３は、図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図３では、図１の絶縁膜形成工程（Ｓ１１０）を示している。すなわち、ＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１１２）からＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１１６）までを示している。図３（ａ）〜図３（ｃ）において、絶縁膜形成工程として、高密度プラズマＣＶＤ法を用いて、開口部１５０，１５２内の基板２００と離隔した高さ位置に他よりシリコン含有率が高いシリコンリッチ層が形成されるようにシリコン含有絶縁膜を開口部１５０，１５２内及びＳｉＮ膜２１２上に形成する。以下、内部工程について説明する。
【００１７】
図３（ａ）において、ＳｉＯ２膜形成工程として、誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を用いた高密度プラズマＣＶＤ法で、開口部１５０，１５２内及びＳｉＮ膜２１２表面にＳｉＯ２膜を形成する。ここでは、開口部１５０，１５２内におけるＳｉＮ膜２１２の膜厚の途中の高さまでＳｉＯ２膜２３０を形成する。すなわち、ＳｉＯ２膜２３０の上面の高さがＳｉＮ膜２１２の下面よりも高く、ＳｉＮ膜２１２の上面よりも低い位置まで形成する。
【００１８】
図４は、実施の形態１における誘導結合型プラズマＣＶＤ装置の概念図である。
誘導結合型プラズマＣＶＤ装置３００では、上部がドーム型に形成されたチャンバ３１０内に電極を兼ねたステージ３２０が配置される。そして、チャンバ３１０の上部では、コイル状に巻かれたアンテナが配置され、アンテナがＲＦ電源３５０に接続される。また、ステージ３２０にはＲＦ電源３５２が接続される。そして、ステージ３２０には絶縁膜を形成するための試料となる基板４００が配置される。この基板４００は、上述した開口工程までが施された基板となる。そして、ＲＦ電源３５０からソース電力がアンテナに印加され、ＲＦ電源３５２からバイアス電力がステージ３２０に印加される。そして、チャンバ３１０内には、吸気部３３０からプロセスガスとしてＳｉＨ４、Ｏ２、Ｈ２が供給される。また、排気部３４０からチャンバ３１０内のガスが図示しない真空ポンプによって外部に排気される。プロセスガスは、例えば、ＳｉＨ４が０．０２７Ｐａ・ｍ３／ｓ（１６ｓｃｃｍ）、Ｏ２が０．０６８Ｐａ・ｍ３／ｓ（４０ｓｃｃｍ）、Ｈ２が１．６９Ｐａ・ｍ３／ｓ（１０００ｓｃｃｍ）供給されると好適である。その際、チャンバ３１０内圧力は、例えば、９．５ｍＴｏｒｒ程度が望ましい。そして、例えば、ソース電力が９ｋＷ、バイアス電力が６ｋＷに設定されると好適である。以上のような条件のもと、堆積を行いながら同時にスパッタリングを行うことで成膜していく。そして、特にプロセスガスとしてＨ２を使用することで、オーバーハングによるトレンチ上部の開口閉塞を抑制しながら成膜することができる。これにより、トレンチへの埋め込み性を向上させている。ＳｉＯ２膜を形成する際には、このようにスパッタリングを行なっているので、上述したように開口部１５０，１５２の肩の部分に位置するＳｉＮ膜２１２にクリッピングが生じる。
【００１９】
図３（ｂ）において、シリコンリッチ層形成工程として、誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を引き続き用いて、ＳｉＮ膜２１２の膜厚の途中の高さまで開口部１５０，１５２内に形成されたＳｉＯ２膜２３０上にシリコン過多（酸素不足）のシリコンリッチ膜（ＳｉＯｘ，ｘ＜２）２４０の層を形成する。ここでは、ＳｉＮ膜２１２の上面の高さを超えない厚さで形成する。すなわち、シリコンリッチ膜２４０の下面の高さがＳｉＮ膜２１２の下面よりも高く、シリコンリッチ膜２４０の上面の高さがＳｉＮ膜２１２の上面よりも低い位置になるように形成する。また、ＳｉＮ膜２１２にクリッピングが生じた場合でも、シリコンリッチの層がＳｉＮ膜２１２と隙間なく接触するような位置にシリコンリッチ膜２４０を形成する。すなわち、ＳｉＮ膜２１２にクリッピングが生じたとしても、後述するシリコンリッチ膜２４０の上層のＳｉＯ２膜２３０を形成した際に、上下層のＳｉＯ２膜２３０が一部でも接触しないようにシリコンリッチ膜２４０を形成する。形成方法としては、下層のＳｉＯ２膜２３０の堆積の途中に、ＳｉＯ２膜２３０の堆積で用いるプロセスガスであるＳｉＨ４流量を増やす、或いはＯ２流量を減らす、或いはＨ２流量を増やすことによって堆積させることができる。例えば、ＳｉＨ４を０．０２７Ｐａ・ｍ３／ｓ（１６ｓｃｃｍ）から０．０４２Ｐａ・ｍ３／ｓ（２５ｓｃｃｍ）に増やすことで形成することを確認した。その間に境界条件が存在すると考えられる。或いは、例えば、Ｏ２を０．０６１Ｐａ・ｍ３／ｓ（３６ｓｃｃｍ）まで減らすことで形成することを確認した。或いは、例えば、Ｈ２を２．５３Ｐａ・ｍ３／ｓ（１５００ｓｃｃｍ）に増やすことで形成することを確認した。各ガス量は、他のガス量との関係で好適な条件を適宜選択すればよい。
【００２０】
図３（ｃ）において、ＳｉＯ２膜形成工程として、誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を引き続き用いて、シリコンリッチ膜２４０上にＳｉＯ２膜２３０を形成する。シリコンリッチ膜２４０を所定の位置に形成後、プロセス条件を元に戻すことでシリコンリッチ膜２４０の下層と同じＳｉＯ２膜２３０を形成することができる。そして、ＳｉＯ２膜２３０を形成することで開口部１５０，１５２を埋め込んでおく。
【００２１】
以上のように、ＳｉＯ２膜２３０が堆積していく途中でシリコンリッチ膜２４０を形成することができる。そして、このシリコンリッチの層は、シリコン含有絶縁膜を開口部１５０，１５２内に形成する際に供給されるガスの流量を制御することで形成できる。また、開口部が形成されない広い領域では、図３（ｃ）に示すようにＳｉＮ膜２１２上に形成されるＳｉＯ２膜２３０が堆積していく途中でシリコンリッチ膜２４０が形成されることになる。
【００２２】
図５は、図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図５では、図１のＳｉＯ２膜エッチング工程（Ｓ１１８）から平坦化工程（Ｓ１２４）までを示している。
【００２３】
図５（ａ）において、ＳｉＯ２膜エッチング工程として、弗酸（ＨＦ）、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、或いはその混合液（バッファード弗酸）等のＳｉＯ２膜をエッチングできる薬液に基板表面を浸漬させる処理を行なうことで堆積したＳｉＯ２膜２３０をエッチングして除去する。或いは基板表面にこの薬液を供給する処理を行なうことで堆積したＳｉＯ２膜２３０をエッチングして除去する。この処理により、シリコンリッチ膜２４０とＳｉＮ膜２１２がエッチングストッパーとなって、これらの膜より上方に位置するＳｉＯ２膜２３０を除去することができる。シリコンリッチ膜２４０は、ＳｉＮ膜２１２と接触する位置に形成されているので、シリコンリッチ膜２４０の下層のＳｉＯ２膜２３０がエッチングされることを防止できる。その結果、例えば、基板２００表面にはゲート酸化膜が形成されていたとしても、シリコンリッチ膜２４０の下層のＳｉＯ２膜２３０を通じてこのゲート酸化膜がエッチングされることを防止できる。
【００２４】
図５（ｂ）において、ＳｉＮ膜エッチング工程として、１５０℃以上の熱リン酸等のＳｉＮ膜をエッチングできる薬液に基板表面を浸漬させる処理を行なうことで堆積した上層のＳｉＮ膜２１２をエッチングして除去する。或いは基板表面にこの薬液を供給する処理を行なうことで堆積したＳｉＮ膜２１２をエッチングして除去する。この処理により、ポリシリコン膜２２０上のＳｉＮ膜２１２を除去することができる。ここでは、シリコンリッチ膜２４０の下層のＳｉＯ２膜２３０をエッチングしないためにもＳｉＯ２膜との選択性を有する薬液を用いると好適である。また、この処理によりポリシリコン膜２２０がエッチングストッパーとなってクリッピングが生じたＳｉＮ膜２１２を除去することができる。
【００２５】
図５（ｃ）において、ポリシリコン及びシリコンリッチ膜エッチング工程として、弗硝酸、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、或いはテトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）等のＳｉＯ２膜に対してポリシリコン及びシリコンリッチ膜のエッチング選択比の高い薬液に基板表面を浸漬させる処理を行なうことで堆積したポリシリコン膜２２０及びシリコンリッチ膜２４０をエッチングして除去する。或いは基板表面にこの薬液を供給する処理を行なうことで堆積したポリシリコン膜２２０及びシリコンリッチ膜２４０をエッチングして除去する。この処理により、ＳｉＮ膜２１０上のポリシリコン膜２２０及びＳｉＯ２膜２３０上のシリコンリッチ膜２４０を除去することができる。この工程により後述する平坦化工程でＳｉＯ２膜２３０が削れにくくなる問題を解消することができる。
【００２６】
以上のように各工程を実施することで、図５（ｃ）に示すようなＳＴＩ構造を形成することができる。また、幅の広い開口部１５０に形成されたＳｉＯ２膜２３０と、幅の狭い開口部１５２に形成されたＳｉＯ２膜２３０とで膜厚が同程度であれば、ＣＭＰ処理を省略することができる。例えば、幅の広い開口部１５０に形成されたＳｉＯ２膜２３０上のシリコンリッチ膜２４０の下面と、幅の狭い開口部１５２に形成されたＳｉＯ２膜２３０上のシリコンリッチ膜２４０の下面とを略同じ高さ位置に形成すればよい。これにより結果的に両開口部１５０，１５２のＳｉＯ２膜２３０の高さを略一致させることができるのでその後のＣＭＰ処理による平坦化を省略することができる。平坦化を省略できれば、コストダウンにもつながり好適である。また、ＳｉＮ膜を２層構造としたことで、下層のＳｉＮ膜２１０にはクリッピングを生じさせない。そのため、上層のＳｉＮ膜２１２にクリッピングが生じても問題はない。よって、開口部１５０，１５２に対する絶縁膜の埋込条件の幅を拡げることが可能となる。その結果、開口部１５０，１５２に対する埋込性能を向上させることが可能となる。ひいては、両開口部１５０，１５２のＳｉＯ２膜２３０の高さをより一致させやすくすることができる。他方、両開口部１５０，１５２のＳｉＯ２膜２３０の高さの差が許容値を超えている場合には次の平坦化工程を実施すればよい。
【００２７】
図５（ｄ）において、平坦化工程として、ＣＭＰ法によって、基板２００の表面を研磨して、ＳｉＮ膜２１０をＣＭＰストッパーとして開口部１５０，１５２上面より上部にはみ出たＳｉＯ２膜２３０を研磨荷重Ｐで研磨除去する。その結果、図５（ｄ）に示すように幅の広い開口部１５０に形成されたＳｉＯ２膜２３０と幅の狭い開口部１５２に形成されたＳｉＯ２膜２３０とを平坦化することができる。ここで、ポリシリコン膜２２０を間に挟んで上層のＳｉＮ膜２１２と下層のＳｉＮ膜２１０を形成しているので、下層のＳｉＮ膜２１０にクリッピングを生じさせないことは上述した通りである。その結果、ＣＭＰストッパーに生じたクリッピングに起因して平坦化工程で絶縁膜が削れすぎてしまう問題を回避することができる。以上のように各工程を実施することで、図５（ｄ）に示すようなＳＴＩ構造を形成することができる。
【００２８】
なお、実施の形態１におけるシリコンリッチ膜２４０の下面は、基板２００の上面よりも上側の高さ位置であれば、ポリシリコン膜２２０の上面よりも下側の高さ位置であっても構わない。シリコンリッチ膜２４０の下面を基板２００の上面よりも上側とする理由は、シリコンリッチ膜２４０を基板２００と離隔した位置に形成することで、シリコンリッチ膜２４０をエッチングして除去する際に、基板２００を形成するシリコン等がエッチングされることを防止できることによる。このようにシリコンリッチ膜２４０の下面をポリシリコン膜２１０の上面よりも下側とした場合、上層のＳｉＮ膜２１２の膜厚をもっと薄く形成したとしてもクリッピングにより上下層のＳｉＯ２膜２３０が接触することを確実に防止できる。さらにこのとき、シリコンリッチ膜２４０の上面についてもポリシリコン膜２２０の上面より下側の高さ位置にしてもよい。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態１では、２層のＳｉＮ膜を形成したが、実施の形態２では、上層のＳｉＮ膜の形成を省略する形態について説明する。
【００３０】
図６は、実施の形態２における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
図６において、実施の形態２の半導体装置の形成方法では、図１の工程のうち、ＳｉＮ膜形成工程（Ｓ１０６）とＳｉＮ膜エッチング工程（Ｓ１２０）と平坦化工程（Ｓ１２４）を省略した点以外は、図１と同様である。すなわち、ＳｉＮ膜形成工程（Ｓ１０２）〜ポリシリコン膜形成工程（Ｓ１０４）までは、実施の形態１と同様である。その結果、図２（ｂ）の状態となる。
【００３１】
図７は、図６のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図７では、図６の開口部形成工程（Ｓ１０８）からシリコンリッチ層形成工程（Ｓ１１４）までを示している。
【００３２】
図７（ａ）において、開口部形成工程として、実施の形態１と同様、リソグラフィ工程とドライエッチング工程でＳＴＩ構造を作製するためのトレンチ（溝）である開口部１５０，１５２をポリシリコン膜２２０とＳｉＮ膜２１０と基板２００内に形成する。すなわち、ポリシリコン膜２２０から基板２００内部まで届く開口部１５０，１５２を形成する。形成方法等、この工程におけるその他の内容は実施の形態１と同様である。
【００３３】
図７（ｂ）において、ＳｉＯ２膜形成工程として、誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を用いて、開口部１５０，１５２内及びポリシリコン膜２２０表面にＳｉＯ２膜を形成する。ここでは、開口部１５０，１５２内におけるＳｉＮ膜２１０の膜厚の途中の高さまでＳｉＯ２膜２３０を形成する。すなわち、ＳｉＯ２膜２３０の上面の高さがＳｉＮ膜２１０の下面よりも高く、ＳｉＮ膜２１０の上面よりも低い位置まで形成する。形成方法は、実施の形態１と同様である。また、ＳｉＯ２膜を形成する際には、上述したようにスパッタリングを行なっているので、開口部１５０，１５２の肩の部分に位置するポリシリコン膜２２０にクリッピングが生じる。
【００３４】
図７（ｃ）において、シリコンリッチ層形成工程として、誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を引き続き用いて、ポリシリコン膜２２０の上面を越える高さ位置まで開口部１５０，１５２内に形成されたＳｉＯ２膜２３０上にシリコン過多（酸素不足）のシリコンリッチ膜（ＳｉＯｘ，ｘ＜２）２４２の層を形成する。すなわち、シリコンリッチ膜２４２の下面の高さがＳｉＮ膜２１０の上面よりも低く、かつＳｉＮ膜２１０の下面よりも高く、シリコンリッチ膜２４２の上面の高さがポリシリコン膜２２０の上面よりも高い位置になるように形成する。また、シリコンリッチの層がＳｉＮ膜２１０と接触するような位置にシリコンリッチ膜２４２を形成する。すなわち、ポリシリコン膜２２０にクリッピングが生じたとしても、後述するシリコンリッチ膜２４２の上層のＳｉＯ２膜２３０を形成した際に、上下層のＳｉＯ２膜２３０が一部でも接触しないようにシリコンリッチ膜２４２を形成する。形成方法は、実施の形態１と同様である。
【００３５】
図８は、図６のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図８では、図６のＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１１６）からポリシリコン及びシリコンリッチ膜エッチング工程（Ｓ１２２）までを示している。
【００３６】
図８（ａ）において、ＳｉＯ２膜形成工程として、誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を引き続き用いて、シリコンリッチ膜２４２上にＳｉＯ２膜２３０を形成する。シリコンリッチ膜２４２を所定の位置に形成後、プロセス条件を元に戻すことでシリコンリッチ膜２４２の下層と同じＳｉＯ２膜２３０を形成することができる。そして、ＳｉＯ２膜２３０を形成することで開口部１５０，１５２を埋め込んでおく。
【００３７】
以上のように、実施の形態１と同様、ＳｉＯ２膜２３０が堆積していく途中でシリコンリッチ膜２４０を形成することができる。
【００３８】
図８（ｂ）において、ＳｉＯ２膜エッチング工程として、ＨＦ、ＮＨ４Ｆ、或いはその混合液（バッファード弗酸）等のＳｉＯ２膜をエッチングできる薬液に基板表面を浸漬させる処理を行なうことで堆積したＳｉＯ２膜２３０をエッチングして除去する。或いは基板表面にこの薬液を供給する処理を行なうことで堆積したＳｉＯ２膜２３０をエッチングして除去する。この処理により、シリコンリッチ膜２４２とポリシリコン膜２２０がエッチングストッパーとなって、これらの膜より上方に位置するＳｉＯ２膜２３０を除去することができる。ここでシリコンリッチ膜２４２が、ＳｉＮ膜２１０と接触する位置にまで形成されていると、シリコンリッチ膜２４２の下層のＳｉＯ２膜２３０がエッチングされることを確実に防止できる。その結果、例えば、基板２００表面にはゲート酸化膜が形成されていたとしても、シリコンリッチ膜２４２の下層のＳｉＯ２膜２３０を通じてこのゲート酸化膜がエッチングされることを防止できる。
【００３９】
図９は、シリコンリッチ膜がポリシリコン膜の下層のＳｉＮ膜と接触する位置に形成されていない場合の不具合の可能性について説明するための図である。
図９では、シリコンリッチ膜２４８がポリシリコン膜２２０の下層のＳｉＮ膜２１０と接触する位置に形成されていない場合を示している。上述したように、ＳｉＯ２膜２３０を形成する際にはスパッタリングが行なわれるのでポリシリコン膜２２０にクリッピングが生じる。また、このポリシリコン膜２２０は、ＳｉＮ膜２１０に比べて膜厚を薄く形成しているので、場合によっては、図９に示すようにクリッピングにより上下層のＳｉＯ２膜２３０が接触してしまう恐れがある。その場合、シリコンリッチ膜２４８より上層のＳｉＯ２膜２３０をエッチングする際に一緒に下層のＳｉＯ２膜２３０までエッチングされてしまうため好ましくない。その点、実施の形態２では、ＳｉＮ膜２１０と接触するような位置にまでシリコンリッチ膜２４２を形成することで、上下層のＳｉＯ２膜２３０が接触することを確実に防止できる。但し、ポリシリコン膜２２０に多少クリッピングが生じたとしても、シリコンリッチの層がポリシリコン膜２２０に隙間なく接触し得る程度にポリシリコン膜２２０を厚く形成した場合は、シリコンリッチ膜２４２の下面をＳｉＮ膜２１０の上面より上側の高さ位置にしてもよい。
【００４０】
図８（ｃ）において、ポリシリコン及びシリコンリッチ膜エッチング工程として、弗硝酸、ＫＯＨ、或いはＴＭＡＨ等のＳｉＯ２膜に対してポリシリコン及びシリコンリッチ膜のエッチング選択比の高い薬液に基板表面を浸漬させる処理を行なうことで堆積したポリシリコン膜２２０及びシリコンリッチ膜２４０をエッチングして除去する。或いは基板表面にこの薬液を供給する処理を行なうことで堆積したポリシリコン膜２２０及びシリコンリッチ膜２４２をエッチングして除去する。この処理により、ＳｉＮ膜２１０上のポリシリコン膜２２０及びＳｉＯ２膜２３０上のシリコンリッチ膜２４２を除去することができる。
【００４１】
以上のように各工程を実施することで、図８（ｃ）に示すようなＳＴＩ構造を形成することができる。ここでは、ＳｉＮ膜２１０上面よりもＳｉＯ２膜２３０上面が低くなってしまうが、基板２００の上面よりも高い位置であれば使用可能である。また、ＣＭＰ法による平坦化工程を省略することを前提とすれば、ポリシリコン膜２２０にクリッピングが生じても問題はない。よって、開口部１５０，１５２に対する絶縁膜の埋込条件の幅を拡げることが可能となる。その結果、開口部１５０，１５２に対する埋込性能を向上させることが可能となる。ひいては、両開口部１５０，１５２のＳｉＯ２膜２３０の高さをより一致させやすくすることができる。
【００４２】
なお、実施の形態２におけるシリコンリッチ層についても、基板２００と離隔した位置であればその高さ位置は特に限定されるものではない。例えば、シリコンリッチ層の下面が基板２００の上面より高く、上面がポリシリコン膜２２０の上面の高さ位置以下になるように形成しても構わない。但し、この場合も、シリコンリッチ層の下面の高さがＳｉＮ膜２１０の上面よりも低く、シリコンリッチ層がＳｉＮ膜２１０と接触するように形成することが好ましい。このような実施の形態２の変形例における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートは、図６と同様である。
【００４３】
図１０は、図６のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図１０では、図６のＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１１６）からポリシリコン及びシリコンリッチ膜エッチング工程（Ｓ１２２）までを示している。
【００４４】
シリコンリッチ膜２４４の形成位置及び厚さが異なる以外は、ＳｉＮ膜形成工程（Ｓ１０２）〜ＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１１６）まで図７と同様に実施する。その結果、図１０（ａ）に示す状態となる。
【００４５】
そして、図１０（ｂ）において、ＳｉＯ２膜エッチング工程として、シリコンリッチ膜２４４とポリシリコン膜２２０をエッチングストッパーとして、これらの膜より上方に位置するＳｉＯ２膜２３０を除去する。この実施の形態２の変形例でも、ＳｉＮ膜２１０と接触するような位置にまでシリコンリッチ膜２４４を形成すると、上下層のＳｉＯ２膜２３０が接触することを防止できる。その結果、シリコンリッチ膜２４４より上層のＳｉＯ２膜２３０をエッチングする際に一緒に下層のＳｉＯ２膜２３０までエッチングされてしまうことを確実に防止できる。そして、図１０（ｃ）において、ポリシリコン及びシリコンリッチ膜エッチング工程として、ポリシリコン膜２２０及びシリコンリッチ膜２４４をエッチングして除去する。以上のように構成しても、図８（ｃ）に示したものと全く同様に、図１０（ｃ）に示すようなＳＴＩ構造を形成することができる。
【００４６】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、プロセスガスの流量を制御することでＳｉリッチ膜を形成したが、形成する手法はこれには限られず、プロセスガスとしてＳｉＨ４、Ｏ２、Ｈ２を供給後、所定の時間が経過した時点からその組成がＳｉリッチになるような流量条件を予め設定しておいても好適である。そして、所望するＳｉリッチ膜が形成された後は、一旦、ガスの供給を停止し、その後、改めて同じ条件のプロセスガスを供給するようにしてもよい。このように形成してもＳｉリッチ膜を挟む２層のＳｉＯ２膜を形成することができる。また、高密度プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ２膜を形成するための装置としては、誘導結合型プラズマＣＶＤ装置に限定されるものではなく、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置やヘリコン波励起プラズマＣＶＤ装置を使用してもよい。さらに、上述した実施の形態においては、基板上にＳｉＮ膜とポリシリコン膜を積層したうえで、これらをマスクとして用いてトレンチである開口部を形成したが、ポリシリコン膜にかえてアモルファスシリコン膜を形成しても構わない。
【００４７】
また、各膜の膜厚や、開口部のサイズ、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。
【００４８】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体装置及び半導体装置の製造方法は、本発明の範囲に包含される。
【００４９】
また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、フォトリソグラフィプロセス、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施の形態１における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
【図２】図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図３】図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図４】実施の形態１における誘導結合型プラズマＣＶＤ装置の概念図である。
【図５】図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図６】実施の形態２における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
【図７】図６のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図８】図６のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図９】シリコンリッチ膜がポリシリコン膜の下層のＳｉＮ膜と接触する位置に形成されていない場合の不具合の可能性について説明するための図である。
【図１０】図６のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
２００  基板
１５０，１５２  開口部
２１０，２１２  ＳｉＮ膜
２２０  ポリシリコン膜
２３０  ＳｉＯ２膜
２４０，２４２，２４４，２４８  シリコンリッチ膜
【図１】
2008210909.tif 000003
【図２】
2008210909.tif 000004
【図３】
2008210909.tif 000005
【図４】
2008210909.tif 000006
【図５】
2008210909.tif 000007
【図６】
2008210909.tif 000008
【図７】
2008210909.tif 000009
【図８】
2008210909.tif 000010
【図９】
2008210909.tif 000011
【図１０】
2008210909.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月27日(2008.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
基体上に第１のシリコン窒化膜を形成する第１のシリコン窒化膜形成工程と、
前記第１のシリコン窒化膜上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
前記シリコン膜上に第２のシリコン窒化膜を形成する第２のシリコン窒化膜形成工程と、
前記第２のシリコン窒化膜から前記基体内部まで届く開口部を形成する開口部形成工程と、
高密度プラズマ化学気相成長法を用いて、前記開口部内の前記基体と離隔した高さ位置に他よりシリコン含有率が高いシリコンリッチ層が形成されるようにシリコン含有絶縁膜を前記開口部内と前記第２のシリコン窒化膜上に形成する絶縁膜形成工程と、
前記シリコンリッチ層と前記第２のシリコン窒化膜より上方に位置する前記シリコン含有絶縁膜をエッチングにより除去する第１の除去工程と、
前記シリコン含有絶縁膜を除去した後、前記第２のシリコン窒化膜をエッチングにより除去する第２の除去工程と、
前記第２のシリコン窒化膜を除去した後、前記シリコンリッチ層と前記シリコン膜をエッチングにより除去する第３の除去工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
基体上にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、
前記シリコン窒化膜上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
前記シリコン膜から前記基体内部まで届く開口部を形成する開口部形成工程と、
高密度プラズマ化学気相成長法を用いて、前記開口部内の前記基体と離隔した高さ位置に他よりシリコン含有率が高いシリコンリッチ層が形成されるようにシリコン含有絶縁膜を前記開口部内と前記シリコン膜上に形成する絶縁膜形成工程と、
前記シリコンリッチ層と前記シリコン膜より上方に位置する前記シリコン含有絶縁膜をエッチングにより除去する第１の除去工程と、
前記シリコン含有絶縁膜を除去した後、前記シリコンリッチ層と前記シリコン膜をエッチングにより除去する第２の除去工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、
基体上に第１のシリコン窒化膜を形成する第１のシリコン窒化膜形成工程と、
前記第１のシリコン窒化膜上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
前記シリコン膜上に第２のシリコン窒化膜を形成する第２のシリコン窒化膜形成工程と、
前記第２のシリコン窒化膜から前記基体内部まで届く開口部を形成する開口部形成工程と、
高密度プラズマ化学気相成長法を用いて、前記開口部内の前記基体と離隔した高さ位置に他よりシリコン含有率が高いシリコンリッチ層が形成されるようにシリコン含有絶縁膜を前記開口部内と前記第２のシリコン窒化膜上に形成する絶縁膜形成工程と、
前記シリコンリッチ層と前記第２のシリコン窒化膜より上方に位置する前記シリコン含有絶縁膜をエッチングにより除去する第１の除去工程と、
前記シリコン含有絶縁膜を除去した後、前記第２のシリコン窒化膜をエッチングにより除去する第２の除去工程と、
前記第２のシリコン窒化膜を除去した後、前記シリコンリッチ層と前記シリコン膜をエッチングにより除去する第３の除去工程と、
を備えたことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
また、本発明の他の態様の半導体装置の製造方法は、
基体上にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、
前記シリコン窒化膜上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
前記シリコン膜から前記基体内部まで届く開口部を形成する開口部形成工程と、
高密度プラズマ化学気相成長法を用いて、前記開口部内の前記基体と離隔した高さ位置に他よりシリコン含有率が高いシリコンリッチ層が形成されるようにシリコン含有絶縁膜を前記開口部内と前記シリコン膜上に形成する絶縁膜形成工程と、
前記シリコンリッチ層と前記シリコン膜より上方に位置する前記シリコン含有絶縁膜をエッチングにより除去する第１の除去工程と、
前記シリコン含有絶縁膜を除去した後、前記シリコンリッチ層と前記シリコン膜をエッチングにより除去する第２の除去工程と、
を備えたことを特徴とする。