(57)【要約】【課題】ＳＴＩ技術を用いた素子において，トレンチ上端部の不要なエッチング溝の形成を防ぎ，他の工程に不具合を生じない半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板１０１上に保護酸化膜１０２，窒化膜１０３，窒化膜１０３を保護する絶縁膜１０４を順次形成する工程と，トレンチ１０５を形成する工程と，絶縁膜１０４をエッチングして開口端をアクティブ領域方向に広げる工程と，トレンチ１０５に熱酸化膜１０６を形成する工程と，絶縁膜１０４をマスクに窒化膜１０３をエッチングして熱酸化膜と窒化膜との段差をトレンチ上端部からアクティブ領域方向にスライドする工程と，充填酸化膜１０７を形成する工程と，窒化膜１０３を露出する工程と，充填酸化膜１０７をエッチングする工程と，窒化膜１０３及び保護酸化膜１０２を除去する工程と，を含む。【選択図】  図１
2004356484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＴＩ技術を用いた半導体素子の製造方法において；
アクティブ領域を保護する保護酸化膜，エッチングストッパとなる窒化膜が順次形成された基板に，前記窒化膜を保護する絶縁膜を形成する工程と，
素子分離領域の前記絶縁膜，前記窒化膜，前記保護酸化膜及び前記基板をエッチングし，トレンチを形成する工程と，
前記絶縁膜をエッチングし，前記絶縁膜の開口端を前記アクティブ領域の内部方向に広げる工程と，
熱処理を施し，前記トレンチに熱酸化膜を形成する工程と，
開口端を広げた前記絶縁膜をマスクに前記窒化膜をエッチングし，前記熱酸化膜と前記窒化膜との段差を前記トレンチ上端部から前記アクティブ領域の内部方向に移動する工程と，
前記トレンチを埋め込む充填酸化膜を形成する工程と，
前記充填酸化膜及び前記絶縁膜を選択的にエッチングし，前記窒化膜を露出する工程と，
前記トレンチ内の前記充填酸化膜をエッチングし，前記基板上面及び前記充填酸化膜上面の位置を合わせる工程と，
前記窒化膜及び前記保護酸化膜を除去する工程と，
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁膜は，酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記充填酸化膜及び前記絶縁膜の選択的なエッチングは，ＣＭＰ研磨を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記充填酸化膜及び前記絶縁膜を選択的にエッチングする際に，前記窒化膜は殆どエッチングされないことを特徴とする請求項１，２または３のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜の開口端を前記アクティブ領域の内部方向に広げる工程において，前記絶縁膜の開口端を前記アクティブ領域の内部方向に約５０ｎｍ広げることを特徴とする請求項１，２，３または４のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
ＳＴＩ技術を用いた半導体素子の製造方法において；
アクティブ領域を保護する保護酸化膜，エッチングストッパとなる窒化膜が順次形成された基板に，前記窒化膜を保護するポリシリコン膜を形成する工程と，
素子分離領域の前記ポリシリコン膜，前記窒化膜，前記保護酸化膜及び前記基板をエッチングし，トレンチを形成する工程と，
熱処理を施し，前記トレンチに熱酸化膜を形成し，前記ポリシリコン膜を酸化膜に変える工程と，
前記酸化膜をマスクに前記窒化膜をエッチングし，前記熱酸化膜と前記窒化膜との段差を前記トレンチ上端部から前記アクティブ領域の内部方向に移動する工程と，
前記トレンチを埋め込む充填酸化膜を形成する工程と，
前記充填酸化膜及び前記酸化膜を選択的にエッチングし，前記窒化膜を露出する工程と，
前記トレンチ内の前記充填酸化膜をエッチングし，前記基板上面及び前記充填酸化膜上面の位置を合わせる工程と，
前記窒化膜及び前記保護酸化膜を除去する工程と，
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記ポリシリコン膜の代わりにアモルファスシリコン膜を用いることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記充填酸化膜及び前記酸化膜の選択的なエッチングは，ＣＭＰ研磨を用いることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記充填酸化膜及び前記酸化膜を選択的にエッチングする際に，前記窒化膜は殆どエッチングされないことを特徴とする請求項６，７または８のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
ＳＴＩ技術を用いた半導体素子の製造方法において；
アクティブ領域を保護する保護酸化膜，エッチングストッパとなる窒化膜が順次形成された基板に，前記窒化膜を保護する絶縁膜を形成する工程と，
素子分離領域の前記絶縁膜，前記窒化膜，前記保護酸化膜及び前記基板をエッチングし，トレンチを形成する工程と，
熱処理を施し，前記トレンチに熱酸化膜を形成する工程と，
前記基板全面にスペーサ形成用酸化膜を形成後エッチバックし，前記トレンチ側壁に，前記基板面より下方に段差を有する酸化膜側壁スペーサを形成する工程と，
前記トレンチを埋め込む充填酸化膜を形成する工程と，
前記充填酸化膜及び前記絶縁膜を選択的にエッチングし，前記窒化膜を露出する工程と，
前記トレンチ内の前記充填酸化膜及び前記酸化膜側壁スペーサをエッチングし，前記基板上面及び前記充填酸化膜上面の位置を合わせる工程と，
前記窒化膜及び前記保護酸化膜を除去する工程と，
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記絶縁膜は，酸化膜であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記充填酸化膜及び前記絶縁膜の選択的なエッチングは，ＣＭＰ研磨を用いることを特徴とする請求項１０または１１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
前記充填酸化膜及び前記絶縁膜を選択的にエッチングする際に，前記窒化膜は殆どエッチングされないことを特徴とする請求項１０，１１または１２のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
ＳＴＩ技術を用いた半導体素子の製造方法において；
アクティブ領域を保護する保護酸化膜，エッチングストッパとなる窒化膜が順次形成された基板に，前記窒化膜を保護する絶縁膜を形成する工程と，
素子分離領域の前記絶縁膜，前記窒化膜，前記保護酸化膜及び前記基板をエッチングし，トレンチを形成する工程と，
熱処理を施し，前記トレンチに熱酸化膜を形成する工程と，
前記基板全面にポリシリコン膜を形成後エッチバックし，前記トレンチ側壁に，前記基板面より下方に段差を有するポリシリコン膜側壁スペーサを形成する工程と，
熱処理を施し，前記ポリシリコン膜側壁スペーサを酸化膜側壁スペーサに変える工程と，
前記トレンチを埋め込む充填酸化膜を形成する工程と，
前記充填酸化膜及び前記絶縁膜を選択的にエッチングし，前記窒化膜を露出する工程と，
前記トレンチ内の前記充填酸化膜及び前記酸化膜側壁スペーサをエッチングし，前記基板上面及び前記充填酸化膜上面の位置を合わせる工程と，
前記窒化膜及び前記保護酸化膜を除去する工程と，
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
前記ポリシリコン膜の代わりにアモルファスシリコン膜を用いることを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記絶縁膜は，酸化膜であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記充填酸化膜及び前記絶縁膜の選択的なエッチングは，ＣＭＰ研磨を用いることを特徴とする請求項１４，１５または１６のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記充填酸化膜及び前記酸化膜を選択的にエッチングする際に，前記窒化膜は殆どエッチングされないことを特徴とする請求項１４，１５，１６または１７のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記ポリシリコン膜をエッチバックし，ポリシリコン膜側壁スペーサを形成する際に，トレンチ底部の前記熱酸化膜は殆どエッチングされないことを特徴とする請求項１４，１５，１６，１７または１８のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造方法において，詳しくはＳｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ（ＳＴＩ）技術を用いた半導体素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年，半導体素子の微細化に伴い，素子間を分離するための技術として，絶縁物で充填されたトレンチを形成するＳＴＩ技術が用いられている。従来のＳＴＩプロセスフローを図９〜１０を用いて以下に説明する。
【０００３】
まず基板５０１に保護酸化膜５０２を形成した後に，窒化膜５０３を成膜する。その後，素子分離領域にトレンチ５０５を形成する為，既知のリソグラフィ技術を利用し，窒化膜５０３上にレジストパターンを形成する（図示せず）。このレジストパターンを用い，ドライエッチングにて窒化膜５０３，保護酸化膜５０２，基板５０１を連続してエッチングし，トレンチ５０５を形成する（図９（ａ））。
【０００４】
トレンチ形成後，レジスト材を除去し，次にトレンチ内部のシリコン表面のダメージ防止，結晶欠陥発生防止及び汚染防止のため，かつトレンチ上端部の角を丸めるため熱酸化を行い（丸め酸化処理），熱酸化膜である丸め酸化膜５０６を形成する。次にトレンチ内部をＣＶＤ酸化膜５０７で充填する（図９（ｂ））。その後，窒化膜５０３上のＣＶＤ酸化膜５０７の除去処理を行う（図９（ｃ））。
【０００５】
その後，アクティブ領域面と素子分離領域の面の位置を合わせるために，フッ酸を用いてトレンチ内のＣＶＤ酸化膜を高さ調整するためのエッチング（Ｌ）を行う（図１０（ｄ））。このエッチング後に，熱りん酸の溶液にて窒化膜５０３，及びフッ酸にてシリコン基板５０１上の保護酸化膜５０２を除去する（図１０（ｅ））。
【０００６】
その後，ＣＶＤ酸化膜上端部にて，図１０（ｄ）のＤ１に示すディボットと呼ばれるＣＶＤ酸化膜が陥没する形状異常が発生する。これは，トレンチを充填するＣＶＤ酸化膜を成膜する前の下地の構造としてトレンチ上端部に丸め酸化膜５０６と窒化膜５０３との段差形状５０８（図９（ｂ））を有しており，この段差部に成膜されるＣＶＤ酸化膜の膜質が他の領域の膜質と異なる為，フッ酸のエッチングレートに差が生じるのが原因として考えられている。
【０００７】
なお，窒化膜を除去した後に行うフッ酸のエッチング総処理量が多いほど，例えば，図１０（ｅ）のＤ２に示すように，ディボットの大きさは大きくなる。このディボットは，トレンチ上端部のＣＶＤ酸化膜が陥没し，さらにその後のフッ酸前処理等により，トレンチ上端部の熱酸化膜（丸め酸化膜）が薄くなったり，トレンチ上端部が露出したりするので，素子特性を悪化させる不具合があった。
【０００８】
このディボットの大きさを低減する手法として，図１１〜１２に示すプロセスフローが提案されている。トレンチを形成し図１１（ａ），丸め酸化膜を形成した後，窒化膜後退エッチングと呼ばれる熱りん酸などのウェットもしくはドライエッチングにて，窒化膜の等方エッチングを実施し，丸め酸化膜と窒化膜との段差形状５０９の位置をトレンチ上端部の直上付近からアクティブ領域内部側にスライドさせる図１１（ｂ）。
【０００９】
その後のトレンチ内部をＣＶＤ酸化膜で充填する工程（図１１（ｃ））以降は，先に述べた従来技術と同様である。窒化膜を後退させることでディボット発生箇所は，図１２（ｅ）に示すように従来のトレンチ上端部からシリコン後退量分だけアクティブ領域側にスライドすることになり，その後のフッ酸のエッチング後においてもディボットの大きさは改善され，図１２（ｆ）に示すようにトレンチ上端部のＣＶＤ酸化膜が陥没するのを防ぐことができる。
【００１０】
その他にも，ＳＴＩ技術を用いた素子間分離において，トレンチ上端部に起因する不具合を改善する方法として。下記に示す文献が開示されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−４４２７３
【特許文献２】
特開２００１−２６７４１６
【特許文献３】
特開２０００−２７７６０４
【特許文献４】
特開２００１−１１８９１９
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし，上記に示した窒化膜の後退エッチングを用いる方法は，窒化膜の後退エッチング量の正確な制御性，面内，面間均一性を要求される。制御不安定であると窒化膜厚がばらつくことになる為，後工程のＣＭＰでの研磨後，窒化膜厚のばらつきが悪化，かつＣＭＰ後のトレンチ内ＣＶＤ酸化膜の高さ調整エッチング量の設定が困難になるという問題があった。
【００１３】
本発明は，従来の半導体素子の製造方法が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，ディボットの発生を改善するとともに，窒化膜厚のばらつきが悪化してトレンチ内ＣＶＤ酸化膜の高さ調整エッチング量の設定が困難になることのない，新規かつ改良された半導体素子の製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，ＳＴＩ技術を用いた半導体素子の製造方法において；保護酸化膜，窒化膜が順次形成された基板に，窒化膜を保護する絶縁膜を形成する工程と，フォトリソグラフィによって素子分離領域をパターニングして各膜及び基板をエッチングし，トレンチを形成する工程と，絶縁膜をエッチングして開口端をアクティブ領域の内部方向に広げる工程と，熱処理を施してトレンチに熱酸化膜を形成する工程と，絶縁膜をマスクに窒化膜をエッチングして熱酸化膜と窒化膜との段差をトレンチ上端部からアクティブ領域の内部方向にスライド（移動）する工程と，トレンチを埋め込んで充填酸化膜を形成する工程と，充填酸化膜及び絶縁膜を選択的にエッチングして窒化膜を露出する工程と，トレンチ内の充填酸化膜をエッチングして基板上面及び充填酸化膜上面の位置を合わせる工程と，窒化膜及び保護酸化膜を除去する工程と，を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法が提供される。
【００１５】
ここで絶縁膜は酸化膜であることが好ましく，窒化膜の後退エッチング時に窒化膜表面がエッチングされるのを防ぎ，窒化膜厚がばらつきを低減する。また，充填酸化膜のエッチングにはＣＭＰ研磨を用いることができ，窒化膜が殆どエッチングされない条件を用いることにより，やはり基板面内の窒化膜厚ばらつきを低減することができる。
【００１６】
絶縁膜の開口端は，アクティブ領域の内部方向に約５０ｎｍ広げることが好ましく，つまり窒化膜を約５０ｎｍ後退させ，窒化膜と熱酸化膜との段差をトレンチ上端部からずらすことにより，ディボットがアクティブ領域寄りに形成され，トレンチ上端部の熱酸化膜が薄くなったり，トレンチ上端部が露出したりするのを防ぎ素子特性の悪化を防ぐことができる。
【００１７】
また，本発明の第２の観点によれば，保護酸化膜，窒化膜が順次形成された基板に，窒化膜を保護するポリシリコン膜を形成する工程と，各膜及び基板をエッチングして素子分離領域にトレンチを形成する工程と，熱処理を施してトレンチに熱酸化膜を形成するとともにポリシリコン膜を酸化膜に変える工程と，ポリシリコン膜から変化した酸化膜をマスクに窒化膜をエッチングして熱酸化膜と窒化膜との段差をアクティブ領域寄りに移動する工程と，トレンチを埋め込む充填酸化膜を形成する工程と，充填酸化膜及び酸化膜を選択的にエッチングして窒化膜を露出する工程と，トレンチ内の充填酸化膜をエッチングし，基板上面及び充填酸化膜上面の位置を合わせる工程と，窒化膜及び保護酸化膜を除去する工程と，を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法が提供される。
【００１８】
第２の観点による方法においては，窒化膜を保護する絶縁膜の代わりに形成したポリシリコン膜を，トレンチに熱酸化膜を形成する際の熱処理で酸化膜に変化させていることが特徴であり，第１の観点による方法と同様の効果が得られる。また，ポリシリコン膜の代わりにアモルファスシリコン膜を用いることもできる。
【００１９】
また，トレンチに熱酸化膜を形成する際の前処理として，フッ酸を用いる場合，窒化膜を保護する絶縁膜として酸化膜を用いていると膜減りして酸化膜が消失する可能性があるが，ポリシリコン膜であればその心配はない。また，ポリシリコン膜が酸化膜に変化する際にポリシリコン膜（酸化膜）の開口端がアクティブ領域内部側に自然に後退するので，ポリシリコン膜を別途にエッチングする必要はない。
【００２０】
さらに本発明の第３の観点によれば，保護酸化膜，窒化膜が順次形成された基板に，窒化膜を保護する絶縁膜を形成する工程と，素子分離領域の各膜及び基板をエッチングしてトレンチを形成する工程と，熱処理を施してトレンチに熱酸化膜を形成する工程と，基板全面にスペーサ形成用酸化膜を形成した後，ドライエッチングによりエッチバックして，トレンチ側壁に，基板面より下方に段差を有する酸化膜側壁スペーサを形成する工程と，トレンチを埋め込む充填酸化膜を形成する工程と，充填酸化膜及び絶縁膜を選択的にエッチングして窒化膜を露出する工程と，トレンチ内の充填酸化膜及び酸化膜側壁スペーサをエッチングし，基板上面及び充填酸化膜上面の位置を合わせる工程と，窒化膜及び保護酸化膜を除去する工程と，を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法が提供される。
【００２１】
第３の観点による方法は，窒化膜と熱酸化膜とによる段差に充填酸化膜を形成させないために，窒化膜と熱酸化膜とによる段差部つまり窒化膜及びトレンチの側壁を覆う酸化膜のスペーサを形成するものである。また，そのスペーサを形成する時に生じる段差は，トレンチ内の基板より下方に位置しているので，充填酸化膜を形成する際にはこのスペーサ段差部に膜質の変化が生じるが，フッ酸による充填酸化膜エッチングの影響を受けず，ディボットは全く発生しない。
【００２２】
また，窒化膜上の絶縁膜はなくても構わないが，酸化膜を形成してスペーサ形成時に窒化膜を保護することが好ましく，後工程での除去も容易である。また，充填酸化膜のエッチングにはＣＭＰ研磨を用いることができ，窒化膜が殆どエッチングされない条件を用いることにより，基板面内の窒化膜厚ばらつきを低減することができる。
【００２３】
さらに，第４の観点によれば，保護酸化膜，窒化膜が順次形成された基板に，窒化膜を保護する絶縁膜を形成する工程と，素子分離領域の各膜及び基板をエッチングしてトレンチを形成する工程と，熱処理を施してトレンチに熱酸化膜を形成する工程と，基板全面にポリシリコン膜を形成した後ドライエッチによりエッチバックしてトレンチ側壁に，基板面より下方に段差を有するポリシリコン膜のスペーサを形成する工程と，熱処理によりポリシリコン膜の側壁スペーサを酸化膜の側壁スペーサに変える工程と，トレンチを埋め込む充填酸化膜を形成する工程と，充填酸化膜及び絶縁膜を選択的にエッチングして窒化膜を露出する工程と，トレンチ内の充填酸化膜及びスペーサをエッチングして基板上面及び充填酸化膜上面の位置を合わせる工程と，窒化膜及び保護酸化膜を除去する工程と，を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法が提供される。
【００２４】
窒化膜及びトレンチの側壁を覆い，基板面の下方に段差を有する酸化膜のスペーサを形成するものであり，第３の観点と同様の効果を得てディボットが生じない。ただし，酸化膜のスペーサは，ポリシリコン膜のスペーサを熱処理によって変化させたものである。また，ポリシリコン膜の代わりにアモルファスシリコンを用いても効果は同様である。
【００２５】
また，側壁スペーサを形成する時には，ポリシリコン膜をエッチングするため，酸化膜との選択比が高いエッチング条件を設定することにより，トレンチ底部の熱酸化膜は殆どエッチングされない状態に残すことができる。これにより，充填酸化膜形成の際に，トレンチ底部の基板にダメージや結晶欠陥が発生するのを防止することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本実施形態にかかる半導体素子の製造方法について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１〜図２に，第１の実施の形態によるＳＴＩプロセスフローについて示す。シリコンの基板１０１に基板１０１を保護する保護酸化膜１０２を１５ｎｍ程度の膜厚で酸化して形成した後に，後にエッチングストッパとなる窒化膜１０３をＬＰＣＶＤにて成膜し，さらに窒化膜１０３上に窒化膜を保護する絶縁膜１０４として，例えばＣＶＤ酸化膜を，ＬＰＣＶＤを用いて７０ｎｍ程度の膜厚で成膜する。
【００２８】
その後，素子分離領域Ｂにトレンチ１０５を形成する為，既知のリソグラフィ技術を利用してアクティブ領域の絶縁膜１０４上にレジストパターンを形成する（図示せず）。このレジストパターンを用いて，ドライエッチングにて絶縁膜１０４，窒化膜１０３，保護酸化膜１０２，基板１０１を連続でエッチングし，トレンチ１０５を形成する（図１（ａ））。エッチング後，レジスト材を除去する。
【００２９】
次に，後の窒化膜後退設定量Ｍと同一値とする絶縁膜１０４（ＣＶＤ酸化膜）の後退エッチング処理をフッ酸等にて実施する。次にトレンチ１０５部シリコン表面のダメージ防止，結晶欠陥発生防止，かつトレンチ１０５上端部の角の丸め加工を行うため，熱処理を施し（丸め酸化処理），３０ｎｍ程度の熱酸化膜１０６を形成する（図１（ｂ））。その後，窒化膜１０３の等方エッチングを熱りん酸を用いて５０ｎｍ程度行い，熱酸化膜１０６と窒化膜１０３との段差形状１０８の位置をトレンチ１０５上端部の直上付近からアクティブ領域Ａの内部側にスライドさせる。
【００３０】
熱酸化膜と窒化膜との段差部にＣＶＤ酸化膜を形成した場合，段差部のＣＶＤ酸化膜は他の部分と組成が異なり，フッ酸にてエッチングする際にエッチングレートに差が生じて，ディボットと呼ばれるＣＶＤ酸化膜が陥没する形状異常が発生する。このディボットがトレンチ上端部に発生すると，フッ酸のエッチングや前処理等でディボットの大きさがトレンチ深さ方向に大きくなってしまい，トレンチ端部の熱酸化膜が薄くなったり，端部が露出してしまったりする。これは，素子分離特性を悪化させる不具合を引き起こす。
【００３１】
そのため，熱酸化膜１０６と窒化膜１０３との段差形状１０８の位置をスライドさせ，後にディボットの発生する位置をアクティブ領域よりに移動させるものである。この移動量，つまり窒化膜後退設定量Ｍは，トレンチ上端部からずれた所にディボットが発生して特性不具合を起こさない距離であり，もちろんアクティブ領域内部にスライドさせすぎて，本素子に影響があってはいけない。そこで，本実施の形態では，約５０ｎｍとした。
【００３２】
次にトレンチ１０５内部を絶縁物で充填する為，充填酸化膜として，例えばＣＶＤ酸化膜１０７を成膜する（図１（ｃ））。その後，ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いて窒化膜１０３上のＣＶＤ酸化膜１０７と絶縁膜１０４とを除去する（図２（ｄ））。この時，ＣＶＤ酸化膜１０７や絶縁膜１０４（ＣＶＤ酸化膜）のエッチングレートに対して，窒化膜のエッチングレートは低いので，窒化膜１０３はエッチングストッパとなり，そのまま残る。
【００３３】
また，除去する方法としては，ＣＭＰだけでなく素子分離領域Ｂをレジストパターンで保護し，アクティブ領域ＡのＣＶＤ酸化膜１０７をエッチングで除去する方法でもよい。その場合にもＣＶＤ酸化膜に対して窒化膜のエッチングレート低いエッチング方法を選択し，窒化膜１０３が影響を受けないことが望ましい。
【００３４】
その後，アクティブ領域Ａ面と素子分離領域Ｂの面の位置を合わせるように，フッ酸を用いてトレンチ１０５内ＣＶＤ酸化膜１０７を高さ調整するためのエッチングを行う（図２（ｅ））。この時，アクティブ領域の熱酸化膜と窒化膜との段差形状位置にＤに示すようにディボットが形成される。この後に，熱りん酸の溶液にて窒化膜１０３，及びフッ酸にて基板１０１上の保護酸化膜１０２を除去する（図２（ｆ））。ここで，トレンチ１０５上端部の熱酸化膜と窒化膜との段差形状位置はアクティブ内部側にスライドしているので，フッ酸によるエッチング処理を多くしても，ディボットは大きくならない。
【００３５】
第１の実施の形態では，窒化膜後退エッチング処理前に窒化膜１０３表面を絶縁膜１０４で保護する構造であるため，窒化膜後退エッチング量Ｍのばらつきが大きい場合でも窒化膜１０３の厚さは影響を受けない。よって，ＣＭＰでの研磨後の窒化膜厚のばらつきが悪化し，かつＣＭＰ後のトレンチ内ＣＶＤ酸化膜の高さ調整エッチング量の設定が困難になるという問題が回避可能になる。
【００３６】
また，従来では，窒化膜後退エッチングを行う際の膜厚変動を見込んで，窒化膜１０３を厚く成膜する必要があったが，本実施の形態では，絶縁膜１０４が窒化膜１０３を保護しているので膜厚が変化しないため，窒化膜１０３の薄膜化が可能になる。また，窒化膜１０３及び絶縁膜１０４（ＣＶＤ酸化膜）の後退エッチングを行うため，トレンチ１０５内部に充填するＣＶＤ酸化膜のカバレージを良好に保つことが可能である。
【００３７】
（第２の実施の形態）
図３〜図４は，第２の実施の形態によるＳＴＩプロセスフローを表す。シリコン基板２０１に保護酸化膜２０２を１５ｎｍ程度の膜厚で酸化して形成した後に，ＬＰＣＶＤにて窒化膜２０３を成膜し，さらに窒化膜２０３上に保護膜としてＬＰＣＶＤを用いて，ポリシリコン膜２０４（またはアモルファスシリコン膜）を１０ｎｍ程度の膜厚で成膜する。その後，第１の実施の形態と同様に素子分離領域にトレンチ２０５を形成する（図３（ａ））。
【００３８】
次にトレンチ２０５部シリコン表面のダメージ防止，結晶欠陥発生防止，かつトレンチ２０５上端部の角を丸め加工を行うため，熱処理（丸め酸化処理）を行い，３０ｎｍ程度の熱酸化膜２０６を形成する。このとき，ポリシリコン膜２０４は同時に酸化され，酸化膜２０７に変化する（図３（ｂ））。その後，窒化膜２０３後退エッチングを熱りん酸を用いて５０ｎｍ程度行い，トレンチ２０５上端部の直上付近に存在していた熱酸化膜２０６と窒化膜２０３との段差形状位置をアクティブ領域内部側にスライドさせる。
【００３９】
次にトレンチ２０５内部を充填する充填酸化膜として，ＣＶＤ酸化膜２０８を形成する（図３（ｃ））。その後第１の実施の形態と同様にＣＭＰを用いて窒化膜２０３上のＣＶＤ酸化膜２０８と酸化膜２０７とを除去する（図４（ｄ））。その後，トレンチ２０５内ＣＶＤ酸化膜２０８の高さ調整エッチングを行い（図４（ｅ）），熱りん酸の溶液にて窒化膜２０３，及びフッ酸にて基板２０１上の保護酸化膜２０２を除去する（図４（ｆ））。
【００４０】
本実施の形態においても，トレンチ上端部の熱酸化膜と窒化膜との段差形状位置はアクティブ領域内部側にスライドしているので，フッ酸によるエッチング処理を多くしても，ディボットが大きくなって素子特性に影響を及ぼすことはない。また，窒化膜後退エッチング処理前に窒化膜２０３を酸化膜２０７で保護する構造であるため，窒化膜後退エッチング量のばらつきが大きい場合でも窒化膜２０３は膜厚変化しない。よって，ＣＭＰでの研磨後の窒化膜厚のばらつき悪化や，トレンチ内ＣＶＤ酸化膜の高さ調整エッチング量の設定が困難になる問題が回避可能になる。
【００４１】
さらに，第１の実施の形態では窒化膜を保護する絶縁膜の後退エッチングを行う必要があったが，本実施の形態では，ポリシリコン膜２０４が熱処理により酸化膜２０７に反応変化する際にポリシリコン膜２０４（酸化膜２０７）がアクティブ領域方向に後退するため，酸化膜２０７の後退エッチングが不要である効果もある。また，第１の実施の形態においては，丸め酸化処理をする前の前洗浄処理にフッ酸を含んでいる場合，前処理による膜減りで絶縁膜１０４（ＣＶＤ酸化膜）が消失する懸念があったが，本実施の形態では前処理時はフッ酸に影響を受けないポリシリコン膜２０４であるので，消失する懸念はない。また，ポリシリコン膜がアモルファスシリコン膜であった場合にも，同様の効果が得られる。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図５〜６は，第３の実施の形態によるＳＴＩプロセスフローを表す。シリコン基板３０１に保護酸化膜３０２を１５ｎｍ程度の膜厚で酸化して形成した後に，ＬＰＣＶＤにて窒化膜３０３を成膜する。さらに窒化膜を保護する絶縁膜３０４を，例えばＬＰＣＶＤを用いてＣＶＤ酸化膜を４０ｎｍ程度の膜厚で成膜する。その後，第１の実施の形態と同様に素子分離領域にトレンチ３０５を形成する（図５（ａ））。
【００４３】
トレンチ３０５を形成後，トレンチ３０５部シリコン表面のダメージ防止，結晶欠陥発生防止，かつトレンチ上端部の角を丸め加工を行うため，熱処理を施し（丸め酸化処理），熱酸化膜３０６を３０ｎｍ程度形成する。その後，全面にスペーサ形成用酸化膜として，ＣＶＤ酸化膜３０７を成膜した（図５（ｂ））後，ドライエッチングを用いてエッチバックし，平坦部のＣＶＤ酸化膜３０７及び熱酸化膜３０６をエッチングし，窒化膜３０３及びトレンチ３０５の側壁に，基板３０１面より下方に段差を有する酸化膜側壁スペーサとして，スペーサ３０８，３０９を形成する（図５（ｃ））。
【００４４】
もちろんこのスペーサ３０８，３０９は，基板面より下方に段差を有していれば，段差部でスペーサ３０８，３０９がつながっていても構わない。また，窒化膜３０３上の絶縁膜３０４もエッチングされてしまっても構わない。
【００４５】
スペーサ３０８は窒化膜３０３からトレンチ３０５上部の熱酸化膜３０６にかけて形成されており，スペーサ３０９は，トレンチ３０５内の熱酸化膜３０６上部からトレンチ３０５底面に至るまでに形成されるスペーサである。窒化膜３０３と熱酸化膜３０６とで形成される段差部は，スペーサ３０８に覆われており，スペーサ３０８とスペーサ３０９とによる段差が基板３０１の表面より下がったトレンチ３０５内の位置３１１に存在する。
【００４６】
その後，トレンチ３０５内部を充填する充填酸化膜として，ＣＶＤ酸化膜３１０を形成する（図６（ｄ））。その後第１の実施の形態と同様にＣＭＰを用いて窒化膜３０３上のＣＶＤ酸化膜３１０を除去する（図６（ｅ））。その後，トレンチ３０５内ＣＶＤ酸化膜３１０の高さ調整エッチングを行い，熱りん酸の溶液にて窒化膜３０３，及びフッ酸にて基板３０１上の保護酸化膜３０２を除去する（図６（ｆ））。
【００４７】
こうして第３の実施の形態においては，ディボット発生起因である段差がシリコン基板より下がった位置３１１に存在し，ＣＶＤ酸化膜３１０の膜質が他の領域のそれと異なる領域がその位置３１１に形成されるため，フッ酸のエッチングの際に，ディボットが全く発生しない平滑なエッチングが可能である。そのため，ＣＭＰ研磨後，窒化膜３０３膜厚のばらつき悪化する問題やトレンチ内ＣＶＤ酸化膜の高さ調整エッチング量の設定が困難になるという問題が回避可能になる。また，第１及び第２の実施の形態のような窒化膜と熱酸化膜の段差をアクティブ領域内部側にスライドさせるための窒化膜後退エッチングは不要となる。
【００４８】
（第４の実施の形態）
図７〜図８に，第４の実施の形態によるＳＴＩプロセスフローを表す。基板４０１に保護酸化膜４０２を１５ｎｍ程度の膜厚で酸化して形成した後に，ＬＰＣＶＤにて窒化膜４０３を成膜する。さらに窒化膜４０３上に窒化膜を保護する絶縁膜４０４としてＬＰＣＶＤを用いてＣＶＤ酸化膜を４０ｎｍ程度の膜厚で成膜する。その後，第１の実施の形態と同様に素子分離領域にトレンチ４０５を形成する（図７（ａ））。
【００４９】
次にトレンチ４０５部シリコン表面のダメージ防止，結晶欠陥発生防止，かつトレンチ上端部の角を丸め加工を行うため，丸め酸化処理を行い，熱酸化膜４０６を３０ｎｍ程度形成する。その後，ＬＰＣＶＤを用いて，全面にポリシリコン膜（またはアモルファスシリコン膜）４０７を２０ｎｍ程度の膜厚で成膜し（図７（ｂ）），ドライエッチングを用いてエッチバックし，平坦部のポリシリコン膜（またはアモルファスシリコン膜）４０７及び熱酸化膜４０６をエッチングし，窒化膜４０３及びトレンチ４０５の側壁に，基板４０１面より下方に段差を有するポリシリコン膜側壁スペーサとして，スペーサ４０８，４０９を形成する（図７（ｃ））。
【００５０】
第３の実施の形態と同様，スペーサ４０８，４０９は，基板面より下方に段差を有していれば，段差部でスペーサ４０８，４０９がつながっていても構わない。また，窒化膜４０３上の絶縁膜４０４はエッチングされてしまっても構わない。さらに，ポリシリコン膜と酸化膜のエッチング選択比の高いエッチング条件を用いることにより，トレンチ４０５底部の熱酸化膜はエッチングされず，底面のシリコンは，露出しない。
【００５１】
スペーサ４０８は窒化膜４０３からトレンチ４０５上部の熱酸化膜４０６にかけて形成されており，スペーサ４０９は，トレンチ４０５内の熱酸化膜４０６上部からトレンチ４０５底面に至るまでに形成されるスペーサである。窒化膜４０３と熱酸化膜４０６とで形成される段差部は，スペーサ４０８に覆われており，スペーサ４０８とスペーサ４０９とによる段差が基板４０１の表面より下がったトレンチ４０５内の位置４１１に存在する。
【００５２】
その後，熱処理を施し，ポリシリコン（またはアモルファスシリコン）のスペーサ４０８及びスペーサ４０９を酸化膜のスペーサ４１８及びスペーサ４１９に変化させる。その後，トレンチ４０５内部を充填する充填酸化膜として，ＣＶＤ酸化膜４１０を形成する（図８（ｄ））。その後第１の実施の形態と同様にＣＭＰを用いて窒化膜４０３上のＣＶＤ酸化膜４１０及び窒化膜保護膜４０４を除去する（図８（ｅ））。その後，トレンチ４０５内ＣＶＤ酸化膜４１０及び酸化膜のスペーサ４１８の高さ調整エッチングを行い，熱りん酸の溶液にて窒化膜４０３，及びフッ酸にて基板４０１上の保護酸化膜４０２を除去する（図８（ｆ））。
【００５３】
第４の実施の形態においては，第３の実施の形態と同様，ディボット発生起因であるトレンチ内部の段差がシリコン基板より下がった位置４１１に存在し，ＣＶＤ酸化膜４１０の膜質が他の領域のそれと異なる領域がその位置４１１に形成される特徴を有する為，フッ酸のエッチングの際は，ディボットが全く発生しない平滑なエッチングが可能である。そのため，ＣＭＰ研磨後の窒化膜厚のばらつき悪化，トレンチ内ＣＶＤ酸化膜の高さ調整エッチング量の設定が困難になるという問題が回避可能になる。また，窒化膜と熱酸化膜の段差をアクティブ領域内部側にスライドさせるための窒化膜後退エッチングは不要である。
【００５４】
また，第３の実施の形態では，スペーサエッチングの後にトレンチ底部のシリコンが露出するので，トレンチ内部をＣＶＤ酸化膜で充填する工程にて，トレンチ底部のシリコン基板にダメージ３２０（図６（ｄ））が発生し，結晶欠陥が発生することが懸念される。しかし本実施の形態では，ポリシリコン膜と酸化膜のエッチング選択比の高いエッチング条件を用いることにより，このエッチング後のシリコン露出を防止することが可能となり，シリコン基板にダメージが発生するのを防ぐことができる。また，ポリシリコン膜がアモルファスシリコン膜であった場合にも，同様の効果が得られる。
【００５５】
以上，添付図面を参照しながら本実施形態にかかる半導体素子の製造方法の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明による半導体素子の製造方法によれば，ＳＴＩプロセスにおいて，窒化膜の上に窒化膜の保護絶縁膜を形成してからトレンチを形成し，窒化膜の後退エッチングを行うので，後退エッチング時に窒化膜厚の膜減りやばらつきがなくなり，他の工程に影響を及ぼすことがなく，トレンチ上端部の熱酸化膜と窒化膜との段差形状位置をスライドさせることによりディボットの発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるプロセスを概略的に示す工程断面図であり，（ａ）はトレンチ形成後の図，（ｂ）は窒化膜保護膜の後退設定量のエッチングを行った後の図，（ｃ）は窒化膜の後退エッチングを行い，トレンチ内部を充填する酸化膜を全面に形成した後の図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる図１に続くプロセスを概略的に示す工程断面図であり，（ｄ）はＣＭＰにより素子間分離領域以外の酸化膜を除去した後の図，（ｅ）はトレンチ内部の酸化膜をエッチングした後の図，（ｆ）は窒化膜，保護酸化膜を除去した後の図である。
【図３】第２の実施の形態にかかるプロセスを概略的に示す工程断面図であり，（ａ）はトレンチ形成後の図，（ｂ）は窒化膜の後退エッチングを行い，丸め熱処理を行った後の図，（ｃ）はトレンチ内部を充填する酸化膜を全面に形成した後の図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる図３に続くプロセスを概略的に示す工程断面図であり，（ｄ）はＣＭＰにより素子間分離領域以外の酸化膜を除去した後の図，（ｅ）はトレンチ内部の酸化膜をエッチングした後の図，（ｆ）は窒化膜，保護酸化膜を除去した後の図である。
【図５】第３の実施の形態にかかるプロセスを概略的に示す工程断面図であり，（ａ）はトレンチ形成後の図，（ｂ）は全面に酸化膜を形成した後の図，（ｃ）は側壁スペーサを形成した後の図である。
【図６】第３の実施の形態にかかる図５に続くプロセスを概略的に示す工程断面図であり，（ｄ）はトレンチ内部を充填する酸化膜を全面に形成した後の図，（ｅ）はＣＭＰにより素子間分離領域以外の酸化膜を除去し，トレンチ内部の酸化膜をエッチングした後の図，（ｆ）は窒化膜，保護酸化膜を除去した後の図である。
【図７】第４の実施の形態にかかるプロセスを概略的に示す工程断面図であり，（ａ）はトレンチ形成後の図，（ｂ）は全面にポリシリコンを形成した後の図，（ｃ）は側壁スペーサを形成した後の図である。
【図８】第４の実施の形態にかかる図７に続くプロセスを概略的に示す工程断面図であり，（ｄ）はトレンチ内部を充填する酸化膜を全面に形成した後の図，（ｅ）はＣＭＰにより素子間分離領域以外の酸化膜を除去し，トレンチ内部の酸化膜をエッチングした後の図，（ｆ）は窒化膜，保護酸化膜を除去した後の図である。
【図９】従来技術にかかるプロセスを概略的に示す工程断面図であり，（ａ）はトレンチ形成後の図，（ｂ）はトレンチ内部を充填する酸化膜を全面に形成した後の図，（ｃ）はＣＭＰにより素子間分離領域以外の酸化膜を除去した後の図である。
【図１０】従来技術にかかる図９に続くプロセスを概略的に示す工程断面図であり，（ｄ）はトレンチ内部の酸化膜をエッチングした後の図，（ｅ）は窒化膜，保護酸化膜を除去した後の図である。
【図１１】従来技術にかかるプロセスを概略的に示す工程断面図であり，（ａ）はトレンチ形成後の図，（ｂ）は窒化膜の後退エッチングを行った後の図，（ｃ）はトレンチ内部を充填する酸化膜を全面に形成した後の図である。
【図１２】従来技術にかかる図１１に続くプロセスを概略的に示す工程断面図であり，（ｄ）はＣＭＰにより素子間分離領域以外の酸化膜を除去した後の図，（ｅ）はトレンチ内部の酸化膜をエッチングした後の図，（ｆ）は窒化膜，保護酸化膜を除去した後の図である。
【符号の説明】
１０１    基板
１０２    保護酸化膜
１０３    窒化膜
１０４    絶縁膜
１０５    トレンチ
１０６    熱酸化膜
１０７    充填酸化膜
１０８    段差形状
Ｄ    ディボット
Ｍ    窒化膜後退設定量
Ａ    アクティブ領域
Ｂ    素子間分離領域
【図１】
2004356484.tif 000003
【図２】
2004356484.tif 000004
【図３】
2004356484.tif 000005
【図４】
2004356484.tif 000006
【図５】
2004356484.tif 000007
【図６】
2004356484.tif 000008
【図７】
2004356484.tif 000009
【図８】
2004356484.tif 000010
【図９】
2004356484.tif 000011
【図１０】
2004356484.tif 000012
【図１１】
2004356484.tif 000013
【図１２】
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