(57)【要約】【課題】簡略化された工程と低コストでもって、ボイドを発生させることなくトレンチ素子分離構造を製造する方法を提供する。【解決手段】ＳＯＩ基板のＳＯＩ層表面にパッド酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜を形成後、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜に達するトレンチを形成する。次にＳＯＩ基板表面のシリコン酸化膜の表面及び前記トレンチの底部が覆われるようにポジ型レジストを塗布し、シリコン酸化膜上に塗布したレジストのみを露光、現像して除去する。次に露出した前記シリコン酸化膜をエッチングして除去し、続いてトレンチ底部に残ったレジストを除去する。トレンチ内壁面に側壁酸化膜を形成し、次いで多結晶シリコン等の埋設材料を充填する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＯＩ基板のＳＯＩ層表面にパッド酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜等の酸化膜を形成後、レジストをマスクとしてＳＯＩ層に達する開口部を形成し、次に前記シリコン酸化膜をマスクとして前記開口部に前記ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜に達するトレンチを形成し、その後該トレンチ内壁面に絶縁用の側壁酸化膜を形成し、次いで多結晶シリコン等の埋設材料を充填することによってトレンチ素子分離構造を形成する半導体装置の製造方法において、前記トレンチの形成後に、前記ＳＯＩ基板表面のシリコン酸化膜の表面及び前記形成されたトレンチの底部が覆われるようにポジ型レジストを塗布する工程と、該工程により前記シリコン酸化膜上に塗布されたレジストのみを露光、現像して除去する工程と、該工程により露出した前記シリコン酸化膜をエッチングして除去する工程と、該工程後に前記トレンチ底部に残ったレジストを除去する工程とを少なくとも実施した後に前記トレンチ内壁面の側壁酸化膜形成に移る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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板にトレンチを形成して素子間分離を行なう半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板としてＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用い、素子間を埋め込み酸化膜に到達するトレンチで分離するトレンチ素子分離構造は、分離幅をＬＯＣＯＳ構造などと比較してかなり狭めることができる。このことから、デバイスの高密度化には不可欠の技術とされ、近年、自動車用等のＩＣ、ＬＳＩに広く採用されている。
【０００３】
このトレンチ分離に求められる性能としては、分離耐圧、トレンチ上部の平坦度、耐久性等がある。中でも、高集積化の観点からは、形成したトレンチの上部に微細配線を形成することが必要であり、このためトレンチ上部の平坦度が重要となる。また、工程コストの点から、トレンチ形成工程は可能な限り簡略化することが求められる。このような性能とコストを両立させるために、トレンチの形成方法には種々の方法が提案されている。
【０００４】
（従来技術１）
その一つとして、特許文献１に開示されている方法がある。その製造工程の概要を図４に示す。まず出発材料として支持基板（Ｓｉ）１、埋め込み酸化膜（ＳｉＯ２）２、ＳＯＩ層（Ｓｉ）３からなるＳＯＩ基板を用意する。そしてＳＯＩ層３表面にパッド酸化膜４及びシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）５を形成する。その後、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）６をＣＶＤ法等により形成する（図４（ａ）参照）。次にレジストをマスクとして、ＳｉＯ２膜６、Ｓｉ３Ｎ４膜５、パッド酸化膜４をＳＯＩ層４に達するまでエッチングして開口部を形成し、続いてＳｉＯ２膜６をマスクにＳＯＩ層３を選択的にエッチングし、埋め込み酸化膜３にまで達するトレンチ７を形成する（図４（ｂ）参照）。
【０００５】
そして、形成したトレンチ７の内壁面にＣ．Ｄ．Ｅ．処理を施して、トレンチエッチング時のダメージを除去した後、トレンチ７の内壁面にウェット熱酸化により側壁酸化膜８を形成する（図４（ｃ）参照）。続いて、トレンチ７内を埋設するように多結晶シリコン９を堆積し、ドライエッチング処理によりＳｉＯ２膜６上に堆積した余分な多結晶シリコン９をエッチバックし、ＳｉＯ２膜６を露出させる（図４（ｄ）参照）。この後、Ｓｉ３Ｎ４膜５をストッパとしてＣＭＰにより、ＳｉＯ２膜６とトレンチ７内の多結晶シリコン９を同時に研磨除去して平坦化を行なう（図４（ｅ）参照）。次いで多結晶シリコン９の上部を熱酸化してキャップ酸化膜１０を形成し、最後にＳｉ３Ｎ４膜５を除去してトレンチ構造を完成させる（図４（ｆ）参照）。
【０００６】
この方法は、トレンチ７内に埋設する多結晶シリコン９の高さ制御を容易にして平坦度を高める点に特徴がある。しかしながら、この方法によるとＳｉＯ２膜６と多結晶シリコン９を同時に研磨することが必要であり、コスト増加を招きやすい。さらに、この場合、Ｓｉ３Ｎ４膜５は研磨のストッパとして機能するように選択比に応じた膜厚に設計されているが、Ｓｉ３Ｎ４膜５の膜厚及び研磨のウェハ面内バラツキから、Ｓｉ３Ｎ４膜５は研磨時に削れることが前提である。このためＳｉ３Ｎ４膜５をＬＯＣＯＳ用の酸化マスクとして用いることは困難であり、ＬＯＣＯＳ形成時には、改めてＳｉ３Ｎ４膜を形成することが必要で、工程簡略化とコスト削減の制約となっていた。
【０００７】
（従来技術２）
上記従来技術１の問題点を解決する方法として、トレンチ形成直後に希フッ酸等の薬液を使って、ＳｉＯ２系のマスクを除去する方法が考えられる。その方法による製造工程の概要を図５に示す。準備したＳＯＩ基板の表面にパッド酸化膜４、Ｓｉ３Ｎ４膜５、ＳｉＯ２膜６を形成（図５（ａ）参照）後、埋め込み酸化膜２に達するトレンチ７を形成（図５（ｂ）参照）する。ここまでの工程は、図４（ａ）、（ｂ）と同様である。
【０００８】
この後、希フッ酸等の薬液を使用してトレンチエッチングのマスクに使用したＳｉＯ２膜６を除去する（図５（ｃ）参照）。次に、トレンチ７内壁面をウェット熱酸化して側壁酸化膜８を形成し、多結晶シリコン９等の埋設材料を充填する。その後、Ｓｉ３Ｎ４膜５上の余分の多結晶シリコンをエッチバックで除去した後、充填した多結晶シリコン９の上部を熱酸化してキャップ酸化膜１０を成長させ、トレンチ素子分離構造を完成させる（図５（ｄ）参照）。
【０００９】
しかし、上記した工程では、トレンチ７内に埋設された多結晶シリコン９の下端部にボイド（す）１１が発生する。これはトレンチ７を形成した後、希フッ酸等の薬液を使用してマスクに使用したＳｉＯ２膜６を除去する際に、埋め込み酸化膜２もエッチングされる結果、埋め込み酸化膜２に図５（ｃ）に示すような“えぐれ”１２が生ずるためである。“えぐれ”１２が発生すると、その後に側壁酸化膜８を形成し、多結晶シリコン９等の埋設材を充填した際に、図５（ｄ）に示すようなボイド１１が発生する。このようなボイドが存在すると、素子の耐圧にバラツキ等が発生する原因となるため問題であった。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−９３９７２
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、簡略化された工程と低コストでもって、ボイドを発生させることもなく、トレンチ素子分離構造を製造する方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層表面にパッド酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜等の酸化膜を形成後、レジストをマスクとしてＳＯＩ層に達する開口部を形成し、次に前記シリコン酸化膜をマスクとして前記開口部に前記ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜に達するトレンチを形成し、その後該トレンチ内壁面に絶縁用の側壁酸化膜を形成し、次いで多結晶シリコン等の埋設材料を充填することによってトレンチ素子分離構造を形成する半導体装置の製造方法において、前記トレンチ形成後、前記側壁酸化膜の形成に至る間に少なくとも次の工程を行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
（１）．前記トレンチの形成後に、前記ＳＯＩ基板表面のシリコン酸化膜の表面及び前記形成されたトレンチの底部が覆われるようにポジ型レジストを塗布する工程。
（２）．該工程により前記シリコン酸化膜上に塗布されたレジストのみを露光、現像して除去する工程。
（３）．該除去工程により露出した前記シリコン酸化膜をエッチングして除去する工程。
（４）．該工程後に前記トレンチ底部に残ったレジストを除去する工程。
【００１３】
このような工程を行なえば、ＳＯＩ基板表面のシリコン酸化膜をエッチングして除去する際、トレンチ底部はレジストにより覆われており、埋め込み酸化膜はエッチング液に曝されない。従って、埋め込み酸化膜に“えぐれ”が生ぜず、多結晶シリコン等の埋設材を充填した際に、トレンチ下部にボイドが発生しなくなる。さらに、この工程によれば、ＳｉＯ２膜と多結晶シリコンを同時に研磨する必要がないため工程簡略化とコスト削減に効果がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について図１〜図３を参照して説明する。なお、図中、図４、図５と同一又は相当部分には同一符号が付してある。
【００１５】
本実施形態においても、出発材料であるＳＯＩ基板の表面に酸化膜を形成し、トレンチを形成するまでの工程は、従来の技術の図４（ａ）（ｂ）、図５（ａ）（ｂ）と同様である。即ち、まずＳＯＩ基板を用意する。ＳＯＩ基板は、支持基板（Ｓｉ）１、埋め込み酸化膜（ＳｉＯ２）２、ＳＯＩ層（Ｓｉ）３からなる構成を有する（図３（ａ）参照）。このような構造は、ウェハの貼合わせによる方法、あるいは酸素イオンをシリコン基板に打ち込んで内部に絶縁層を形成するＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  Ｏｘｙｇｅｎ）と呼ばれる方法で形成される。
【００１６】
次に、準備したＳＯＩ基板のＳＯＩ層３表面にトレンチエッチングのマスクとなる絶縁膜を堆積する（図３（ｂ）参照）。図の例では、約４３ｎｍのパッド酸化膜４を熱酸化にて形成後、約１６０ｎｍのシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）５を堆積し、さらにその上に例えば常圧ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ノンドープＳｉＯ２膜）６を約１８００ｎｍ形成する。
【００１７】
次いで、表面にレジスト１３を塗布し、トレンチ形成用フォトマスクを用いて露光することで、所定の部分のレジスト１３を除去して窓を開口する。残ったレジスト１３をマスクとして、ＳｉＯ２膜６、Ｓｉ３Ｎ４膜５、パッド酸化膜４をＳＯＩ層３に達するまでドライエッチングして開口部１４を形成する（図１（ｃ）参照）。この後、レジスト１３を剥離する。続いて、ＳｉＯ２膜６をマスクとして露出したＳＯＩ層３をエッチングするトレンチエッチングを行ない、埋め込み酸化膜２にまで達するトレンチ７を形成する（図１（ｄ）参照）。
【００１８】
前述の従来技術２で説明した工程では、この後、マスクとして使用したシリコン酸化膜６を除去する工程を実施したが、本実施形態の場合には、図２（ａ）〜（ｄ）に示すフローに従って処理し、問題となったボイト（す）の発生を防止する。すなわち、まず図２（ａ）に示すようにトレンチ７を形成した基板の表面にポジ型のレジスト１５を塗布する。このとき使用するレジスト１５の粘度は、レジストの持つ流動性で、トレンチ７の底部にレジストが行き渡ることが可能な粘度とする。従って、トレンチ７の底部にもレジスト１６が溜まる。
【００１９】
レジスト１５、１６が塗布されたならば、次に基板表面全面を露光する。このとき基板表面のレジスト１５は十分に露光されるのに対して、トレンチ７の底部に溜まったレジスト１６には、十分な光が行き渡らず、露光されない状態で残るようにする。レジスト１５、１６としてポジ型レジストを使用しているので、基板表面のレジスト１５は感光してその後の現像により取り除かれる。これに対し、トレンチ７の底部に溜まったレジスト１６は感光されていないので、現像しても取り除かれず残存することになる（図２（ｂ）参照）。
【００２０】
このように基板表面の露光に際に、トレンチ７底部のレジスト１６が露光されないようにするには、光を基板表面に対して傾けて入射させると、トレンチ７底部に直接到達する光の成分をカットすることができて効果的である。この角度αとしては、例えば、幅２μｍ、深さ１６μｍのトレンチの場合、
α≧ｔａｎ−１（２／１６）＝７°
すなわち、７°オフ以上傾けるのが効果的である。
【００２１】
このようにして露光が完了したならば現像し、エッチングしてトレンチエッチングのマスクとして使用したＳｉＯ２膜６を除去する。このとき、トレンチ７底部の埋め込み酸化膜２は、レジスト１６により保護されているのでエッチングを免れる（図２（ｃ）参照）。エッチング後、キャロス等の薬液により、トレンチ７底部に残っているレジスト１６を溶解除去する（図２（ｄ）参照）。この結果、埋め込み酸化膜２に“えぐれ”は生ぜず、きれいな形状のトレンチ７が出来上がる。
【００２２】
次に、トレンチ７内壁面をウェット熱酸化して絶縁分離用の側壁酸化膜８を形成する（図３（ａ）参照）。このとき、図１（ａ）で形成したＳｉ３Ｎ４膜５が酸化のマスクとなって、基板表面には酸化膜が形成されない。次に埋設用の多結晶シリコン９をＬＰ−ＣＶＤ法等の被覆性の良い方法で堆積し（図３（ｂ）参照）、エッチバック等の方法でトレンチ７内部を除き基板表面の不要な多結晶シリコン９を除去する（図３（ｃ）参照）。最後に、再びＳｉ３Ｎ４膜５をマスクとして酸化することにより、トレンチ７の上部にキャップ酸化膜１０を形成し（図３（ｄ）参照）、必要に応じてＳｉ３Ｎ４膜５を取り除いてトレンチ素子分離構造を完成させる。
【００２３】
このような本実施形態の工程によれば、基板表面のＳｉＯ２膜６をエッチングして除去する際、トレンチ７底部はレジスト１６により覆われており、埋め込み酸化膜２はエッチング液に曝されない。従って、埋め込み酸化膜２に“えぐれ”が生ぜず、多結晶シリコン９等の埋設材を充填した際に、トレンチ７下部にボイドが発生することが防止される。さらに、この工程によれば、ＳｉＯ２膜６と多結晶シリコン９とを同時に研磨する必要がないため工程簡略化とコスト削減に効果がある。また、キャプ酸化後に残ったＳｉ３Ｎ４膜５は、ＬＯＣＯＳ形成時の酸化マスクとして利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に従いトレンチ７を形成するまでの工程図である。
【図２】本発明の一実施形態に従いトレンチ形成後、基板表面のＳｉＯ２酸化膜６を除去するまでの工程図である。
【図３】本発明の一実施形態に従い側壁酸化膜８の形成からトレンチ素子分離構造を完成させるまでの工程図である。
【図４】従来技術１によるトレンチ素子分離構造完成までの工程図である。
【図５】従来技術２によるトレンチ素子分離構造完成までの工程図である。
【符号の説明】
図面中、１はＳＯＩ基板の支持基板、２はＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜、３はＳＯＩ基板のＳＯＩ層、４はパッド酸化膜、５はシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）、６はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、７はトレンチ、８は側壁酸化膜、９は多結晶シリコン、１０はキャップ酸化膜、１１はボイド（す）、１２は“えぐれ”、１３、１５、１６はレジスト、１４は開口部を示す。
【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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