(57)【要約】【課題】従来の素子分離構造の形成方法では、シリコン基板１上に形成されたＮＳＧ膜６ａ，６ｂは、厚さが厚いことに加えて、吸湿膨張や熱膨張するため、シリコン基板１の両面での存在状態が極端にアンバランスになると、シリコン基板１に内部応力が発生し、その結果、絶縁性が劣化する原因となった。【解決手段】本発明の素子分離構造の形成方法は、シリコン基板１表面にトレンチ４を形成する工程と、ＮＳＧ膜６ａ，６ｂを成長させてトレンチ４内部を埋込む工程と、シリコン基板１裏面側に形成された不要なＮＳＧ膜６ｂを、その厚さの半分まで部分除去する工程と、シリコン基板１表面側に形成されたＮＳＧ膜６ａをトレンチ４内部のＮＳＧ膜６ａを残して、すべて除去する工程と、シリコン基板１裏面側の残りのＮＳＧ膜６ｂをすべて除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の素子分離構造の形成方法である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、
半導体基板表面にトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
前記半導体基板上に絶縁性の堆積層を成長させ、前記トレンチ内部を前記堆積層で埋込む埋込工程と、
前記半導体基板の裏面側に成長した不要な堆積層を、その厚さの途中まで部分除去する第１の堆積層除去工程と、
前記半導体基板の表面側に成長した堆積層を、前記トレンチ内部の堆積層を残して、すべて除去する第２の堆積層除去工程と、
前記半導体基板の裏面側の残りの堆積層を、すべて除去する第３の堆積層除去工程とを含むことを特徴とする半導体装置の素子分離構造の形成方法。
【請求項２】
前記第１，２，３の堆積層除去方法は、化学機械研磨法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素子分離構造の形成方法。
【請求項３】
前記トレンチのアスペクト比（トレンチ深さ／トレンチ幅）は、１以下であることを特徴とする請求項１、または、請求項２に記載の半導体装置の素子分離構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程における素子分離構造の形成方法に関し、特に、半導体基板にトレンチを形成し、そのトレンチ内を絶縁性の堆積層で埋込む素子分離構造（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ：ＳＴＩ）の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の素子分離構造の形成方法の一例を図４〜図６に示す。図４〜図６は、工程順を示す断面図である。
【０００３】
先ず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１上に熱酸化法により、シリコン熱酸化膜２ａ，２ｂを形成し、続けて、ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜３ａ，３ｂを成長させる。ここで、シリコン熱酸化膜２ａ，２ｂおよびシリコン窒化膜３ａ，３ｂは、シリコン基板１の両面に形成される。
【０００４】
次に、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング法を用いて、表面側のシリコン熱酸化膜２ａおよびシリコン窒化膜３ａを所定のパターニングし、トレンチ形成用のエッチングマスクを形成する。
【０００５】
次に、図４（ｃ）に示すように、そのエッチングマスクを用いて、シリコン基板１をドライエッチングし、例えば、高耐圧用の低アスペクト比（幅広）のトレンチ４（深さ１．５μｍ，幅６μｍ程度）を形成する。
【０００６】
次に、図５（ｄ）に示すように、熱酸化法によりトレンチ４内壁にシリコン熱酸化膜５を形成し、トレンチ４内壁を保護するとともにトレンチ４のコーナを丸めて応力集中を緩和させる。尚、シリコン熱酸化膜５は、シリコン窒化膜３ａ，３ｂで被覆されていないトレンチ４内壁にしか形成されない。
【０００７】
次に、図５（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法により、シリコン基板１上に厚いＮＳＧ膜６ａ，６ｂ（ノンドープのＳｉＯ２膜；Ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）を成長させ、トレンチ４内部を完全に埋込む。ここで、ＮＳＧ膜６ａ，６ｂは、シリコン基板１の両面に形成される。また、シリコン基板１表面側のＮＳＧ膜６ａの表面は、トレンチ４を反映した凹凸形状となる。
【０００８】
次に、シリコン基板１裏面側に形成された不要なシリコン熱酸化膜２ｂ，シリコン窒化膜３ｂ，ＮＳＧ膜６ｂを除去する。この除去方法は、図５（ｆ）に示すように、先ず、シリコン基板１表面側をフォトレジスト膜７で被覆する。そして、先ず、ＮＳＧ膜をドライエッチングで除去した後、順次、シリコン窒化膜をホットリン酸、シリコン熱酸化膜をフッ酸溶液でウェットエッチング除去する。
【０００９】
次に、図６（ｇ）に示すように、フォトレジスト膜を除去した後、シリコン窒化膜３ａをストッパとして、シリコン基板１表面側のＮＳＧ膜６ａを化学機械研磨（ＣＭＰ）し除去する。
【００１０】
次に、図６（ｈ）に示すように、シリコン窒化膜をホットリン酸でウェットエッチング除去する。
【００１１】
次に、図６（ｉ）に示すように、シリコン熱酸化膜とＮＳＧ膜の一部とをウェットエッチングで除去し、トレンチ４内部のＮＳＧ膜６ａ表面とシリコン基板１表面とが平坦になるようにする。
【００１２】
このようにして、トレンチ４内部が、シリコン基板１表面と面一の高さまでＮＳＧ膜６ａで埋込まれた素子分離構造が完成する（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１３】
【非特許文献１】
前田和夫著「はじめての半導体プロセス」工業調査会出版、２０００年１２月１０日、ｐ．１７０−１７１
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の素子分離構造の形成方法の場合、シリコン基板１上に形成されたＮＳＧ膜６ａ，６ｂは、厚さが厚いことに加えて、吸湿膨張や熱膨張するため、シリコン基板１の両面に均等に存在する状態では問題ないが、工程途中で、両面での存在状態が極端にアンバランスになると、シリコン基板１に発生する内部応力のためシリコン基板１が反り、その結果、トレンチ４内部のＮＳＧ膜６ａにクラックが生じ、絶縁性の劣化を招くおそれがあった。特に、トレンチ４のアスペクト比（トレンチ深さ／トレンチ幅）が、１以下であるような低アスペクト比（幅広）のトレンチ４の場合、この傾向が大きかった。
【００１５】
本発明の目的は、半導体基板の両面に形成された堆積層の存在状態が、工程途中で極端にアンバランスになることを防止し、半導体基板に内部応力が発生しないようにして、その結果として、トレンチ内の堆積層の絶縁性劣化の生じない素子分離構造の形成方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の素子分離構造の形成方法は、
少なくとも、
半導体基板表面にトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
半導体基板上に絶縁性の堆積層を成長させ、トレンチ内部を堆積層で埋込む埋込工程と、
半導体基板の裏面側に成長した不要な堆積層を、その厚さの途中まで部分除去する第１の堆積層除去工程と、
半導体基板の表面側に成長した堆積層を、トレンチ内部の堆積層を残して、すべて除去する第２の堆積層除去工程と、
半導体基板の裏面側の残りの堆積層を、すべて除去する第３の堆積層除去工程とを含むことを特徴とする半導体装置の素子分離構造の形成方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の素子分離構造の形成方法の一例を図１〜図３に示す。図１〜図３は、工程順を示す断面図である。尚、図４〜図６と同一部分には同一符号を付す。
【００１８】
先ず、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１上に熱酸化法により、シリコン熱酸化膜２ａ，２ｂを形成し、続けて、ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜３ａ，３ｂを成長させる。ここで、シリコン熱酸化膜２ａ，２ｂおよびシリコン窒化膜３ａ，３ｂは、シリコン基板１の両面に形成される。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術とドライエッチングで、表面側のシリコン熱酸化膜２ａおよびシリコン窒化膜３ａを所定のパターニングし、トレンチ形成用のエッチングマスクを形成する。
【００２０】
次に、図１（ｃ）に示すように、そのエッチングマスクを用いて、シリコン基板１をドライエッチングし、例えば、高耐圧用の低アスペクト比（幅広）のトレンチ４（深さ１．５μｍ，幅６μｍ程度）を形成する。
【００２１】
次に、図１（ｄ）に示すように、熱酸化法によりトレンチ４内壁にシリコン熱酸化膜５を形成し、トレンチ４内壁を保護するとともにトレンチ４のコーナを丸めて応力集中を緩和させる。尚、シリコン熱酸化膜５は、シリコン窒化膜３ａ，３ｂで被覆されていないトレンチ４内壁にしか形成されない。
【００２２】
次に、図２（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法により、シリコン基板１上に厚いＮＳＧ膜６ａ，６ｂ（ノンドープのＳｉＯ２膜；Ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）を成長させ、トレンチ４内部を完全に埋込む。ここで、ＮＳＧ膜６ａ，６ｂは、シリコン基板１の両面に形成される。また、シリコン基板１表面側のＮＳＧ膜６ａの表面は、トレンチ４を反映した凹凸形状となる。
【００２３】
次に、本発明の半導体装置の素子分離構造の形成方法の特徴として、シリコン基板１の両面に形成されてＮＳＧ膜６ａ，６ｂを交互に分割して除去する。
【００２４】
先ず、図２（ｆ）に示すように、シリコン基板１裏面側に形成されたＮＳＧ膜６ｂを、その厚さの半分の厚さまで化学機械研磨（ＣＭＰ）で部分的に除去する。この段階で、シリコン基板１表面側にはＮＳＧ膜６ａが形成された厚さのまま存在し、一方、シリコン基板１裏面側にはＮＳＧ膜６ｂが、形成された厚さの半分の厚さだけ存在している。このため、従来のように裏面側のＮＳＧ膜６ｂを一挙に除去した場合に比べて、極端に存在状態がアンバランスになることがなく、シリコン基板１に大きな内部応力は発生しない。
【００２５】
次に、図２（ｇ）に示すように、シリコン窒化膜３ａをストッパとして、シリコン基板１表面側のＮＳＧ膜６ａを化学機械研磨（ＣＭＰ）し、トレンチ４内部のＮＳＧ膜６ａを残してすべて除去する。この段階で、シリコン基板１表面側にはトレンチ４内部にＮＳＧ膜６ａが存在するだけとなり、一方、シリコン基板１裏面側には、形成された厚さの半分のＮＳＧ膜６ｂが存在している。このため、極端に存在状態がアンバランスになることがなく、シリコン基板１に大きな内部応力は発生しない。
【００２６】
次に、図３（ｈ）に示すように、シリコン基板１裏面側に残ったＮＳＧ膜６ｂを化学機械研磨（ＣＭＰ）し、すべて除去する。この段階で、シリコン基板１表面側にはトレンチ４内部にＮＳＧ膜６ａが存在するだけとなり、一方、シリコン基板１裏面側にはＮＳＧ膜は、まったく無く、存在状態はほぼ均等であり、シリコン基板１に内部応力は発生しない。
【００２７】
次に、図３（ｉ）に示すように、シリコン窒化膜をホットリン酸でウェットエッチング除去した後、シリコン熱酸化膜をフッ酸溶液でウェットエッチング除去する。
【００２８】
次に、図３（ｊ）に示すように、ＮＳＧ膜６ａの一部をウェットエッチング除去し、トレンチ４内部のＮＳＧ膜６ａ表面とシリコン基板１表面とが平坦になるようにする。
【００２９】
このようにして、トレンチ４内部が、シリコン基板１表面と面一の高さまでＮＳＧ膜６ａで埋込まれた素子分離構造が完成する。
【００３０】
上記のように、シリコン基板１の両面のＮＳＧ膜６ａ，６ｂを交互に分割して除去すると、ＮＳＧ膜６ａ，６ｂの存在状態が極端にアンバランスになることがないため大きな内部応力の発生がなく、その結果、トレンチ４内部のＮＳＧ膜６ａにクラックが生じて絶縁性の劣化を招くおそれがない。
【００３１】
尚、上記では、低アスペクト比（幅広）のトレンチ４で説明したが、特にこれに限るものではない。但し、低アスペクト比（幅広）のトレンチ４ほど、トレンチ４内部のＮＳＧ膜６ａにクラックが生じやすいため本発明の素子分離構造の形成方法の効果が顕著である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の素子分離構造の形成方法によると、半導体基板の両面に形成された堆積層を交互に分割して除去するため、堆積層の存在状態が極端にアンバランスになることがないため大きな内部応力の発生がなく、その結果、トレンチ内部の堆積層にクラックが生じて絶縁性の劣化を招くおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の素子分離構造の形成方法の一例の断面図
【図２】本発明の素子分離構造の形成方法の一例の断面図
【図３】本発明の素子分離構造の形成方法の一例の断面図
【図４】従来の素子分離構造の形成方法の一例の断面図
【図５】従来の素子分離構造の形成方法の一例の断面図
【図６】従来の素子分離構造の形成方法の一例の断面図
【符号の説明】
１  シリコン基板
２ａ，２ｂ  シリコン熱酸化膜
３ａ，３ｂ  シリコン窒化膜
４  トレンチ
５  シリコン熱酸化膜
６ａ，６ｂ  ＮＳＧ膜
７  フォトレジスト膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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