(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が｛１１０｝面を成しており、｛１１０｝面に垂直な｛１１１｝面又は｛１１２｝面の第１のオリエンテーションフラット（１ａ、１ｂ）が外周部に形成されているシリコン基板を用い、該シリコン基板の表面にトレンチを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記第１のオリエンテーションフラットを基準として｛１１１｝面を選択し、前記トレンチの長手方向の側壁が｛１１１｝面に延設されるように、ウェットエッチングを行い、前記トレンチを形成する工程を有し、
前記トレンチを形成する工程を行った後に、前記トレンチ内を熱酸化することで前記トレンチの内壁表面に酸化膜（３０）を形成し、その後、前記酸化膜を除去することによって前記トレンチの内壁の丸め処理を行う工程を有していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
表面が｛１１０｝面を成しており、｛１１０｝面に垂直な｛１１１｝面の第１のオリエンテーションフラット（１ａ、１ｂ）と、｛１１０｝面と垂直で、かつ前記第１のオリエンテーションフラットと平行でない｛１１１｝面の第２のオリエンテーションフラット（１ｃ）とが、外周部に形成されているシリコン基板を用い、該シリコン基板の表面にトレンチを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記第１のオリエンテーションフラットを基準として｛１１１｝面を選択し、前記トレンチの長手方向の側壁が｛１１１｝面に延設されるように、ウェットエッチングを行い、前記トレンチを形成する工程を有し、
前記トレンチを形成する工程を行った後に、前記トレンチ内を熱酸化することで前記トレンチの内壁表面に酸化膜（３０）を形成し、その後、前記酸化膜を除去することによって前記トレンチの内壁の丸め処理を行う工程を有していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ウェットエッチングでは、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液、又は水酸化カリウム水溶液を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記トレンチを形成する工程では、
前記シリコン基板をウェットエッチングする工程と、
前記ウェットエッチングで形成されたトレンチの内壁に酸化膜（２０）を形成する工程と、
前記トレンチの底部に配置された前記酸化膜をエッチングしたのち、さらに、前記トレンチの底部において前記シリコン基板を前記ウェットエッチングする工程とを有し、
前記トレンチの内壁に酸化膜を形成する工程と、トレンチの底部をウェットエッチングする工程と、を繰り返し行なうことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記トレンチを形成する工程を行った後に、前記トレンチ内にシリコン膜をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記シリコン基板を前記ウェットエッチングに使用するエッチング液中に浸し、前記シリコン基板と前記エッチング液とに電圧を印加することによって、異方性エッチングと等方性エッチングとを切換えて前記トレンチを形成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記シリコン基板のうち前記トレンチの形成予定部分にイオン注入を行った後に、前記ウェットエッチングを施すことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の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、トレンチ形成に適したシリコン基板を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造プロセスにおけるエッチング技術の進歩により、半導体基板に微細なトレンチを形成することが可能となった。これにより、ウェハに形成された隣り合う素子間をトレンチによって分離するトレンチ分離が可能となった。
【０００３】
トレンチ分離では通常のＬＯＣＯＳ酸化膜による素子分離と比較して素子分離領域を大幅に縮小できる。特に、埋め込みコレクタ層を有するバイポーラ型の集積回路では、トレンチ分離の採用により、ＬＯＣＯＳ分離に対して８０％近く素子分離領域の縮小が可能となり、これによって半導体装置の集積度の向上を図ることができる。
【０００４】
半導体基板にトレンチを形成する場合は、例えば図２６に示す工程が行われる。まず、図２６（ａ）に示すように、半導体基板１０１の表面上に熱酸化膜１０２を形成し、この熱酸化膜１０２の上面にＣＶＤ法によって酸化膜１０３を成膜する。そして、図２６（ｂ）に示すように、酸化膜１０３の上にレジストパターン１０４を形成し、このレジストパターン１０４をマスクにして熱酸化膜１０２と酸化膜１０３をエッチングする。これにより、図２６（ｃ）に示すように半導体基板１０１上に熱酸化膜１０２と酸化膜１０３からなるエッチングマスクが形成される。
【０００５】
次に、図２６（ｄ）に示すようにＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマエッチング装置、またはＩＣＰ（Inductivety  Coupled  Plasma）プラズマエッチング装置を用いて半導体基板１０１にトレンチ１０５を形成する。
【０００６】
この後、トレンチ１０５内に絶縁膜材料を埋め込んでトレンチ分離を形成したり、トレンチ１０５内に電極形成材料を埋め込んでトレンチキャパシタを形成したり、トレンチ１０５内に埋め込み用のエピタキシャル膜を成長させたり、という後工程を施して半導体装置が形成される。
【０００７】
しかしながら、上記トレンチ１０５の形成時に半導体基板１の露出面にエッチング種が衝突し、半導体基板１の結晶にダングリングボンド（不対結合手）が形成されるため、トレンチ１０５の内壁の表層部に表面の凹凸が大きな結晶欠陥層１０６が形成される。このため、上記後工程でトレンチ１０５内を埋め込んだとき、結晶欠陥層１０６のダングリングボンドによってリーク電流を発生させ、素子特性を劣化させるという問題がある。
【０００８】
そこで、特開平７−１０６４１４号公報では、トレンチ形成後にトレンチ内壁の表面層のダメージ（欠陥）を除去する方法を提案している。
【０００９】
この公報に示される方法では、トレンチ形成後に、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）によってトレンチ内壁を０．２μｍ程度除去し、続いて、数百Å程度の犠牲酸化処理を行ったのち、酸化膜を除去することで残った欠陥層を除去する。そして、最終的に、乱れたシリコン結晶を窒素雰囲気中でアニールすることにより結晶性を回復させる。これにより、トレンチ内壁の表面層のダメージを除去している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示されたトレンチ形成方法では、犠牲酸化処理で形成される酸化膜厚を大きくすれば結晶欠陥を完全に取り除くことが可能である。しかしながら、酸化膜除去後のトレンチ内壁形状が局所的に応力集中の生じ易い形状となるため、応力集中が生じない程度の犠牲酸化とすると、十分に結晶欠陥を取り除くことができないという問題がある。
【００１１】
さらに、結晶欠陥層の除去工程におけるＣＤＥが枚葉処理であるのに加え、犠牲酸化工程や窒素雰囲気中でのアニール工程等の複数の処理工程を施す必要があることからコストが増加するという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明者らは、トレンチ内壁の表層部に結晶欠陥層が形成されにくいトレンチ形成方法について検討を行った。その結果、トレンチの側壁がＳｉ｛１１０｝面に対して垂直に切り立った面（例えば、相対向する（１−１１）面と（−１１−１）面の組み合わせ、若しくは（−１１１）面と（１−１−１）面の組み合わせ）となるようなウェットエッチングを施すことにより、異方性の高いエッチングが行え、トレンチ内壁の表層部の結晶欠陥層をほぼなくすことができるということを見出した。
【００１３】
このため、トレンチの側壁が上記面方位となるように選択してウェットエッチングを施すことにより、上記問題を解消することができるといえる。
【００１４】
しかしながら、ウェハに形成されているオリエンテーションフラット（以下、オリフラという）を基準としてトレンチの面方位を選択することになるが、一般的なウェハではＸ線ピークがで易いという理由からオリフラが（１００）方向に形成され、選択したい面方位とは無関係に形成されているため、トレンチの面方位の選択が容易に行えない。
【００１５】
本発明は上記問題に鑑みて成され、トレンチの内壁の表層部の結晶欠陥がほぼなくせる面方位の選択が容易に行えるシリコン基板を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、表面が｛１１０｝面を成しており、｛１１０｝面に垂直な｛１１１｝面又は｛１１２｝面に第１のオリエンテーションフラット（１ａ、１ｂ）が外周部に形成されているシリコン基板を提案している。
【００１７】
このように、｛１１１｝面又は｛１１２｝面に第１のオリエンテーションフラット（１ａ、１ｂ）を形成するようにすれば、トレンチ形成時に｛１１１｝面を容易に選択することが可能となる。
【００２３】
請求項２に記載の発明では、表面が｛１１０｝面を成しており、｛１１０｝面に垂直な｛１１１｝面の第１のオリエンテーションフラット（１ａ、１ｂ）と、｛１１０｝面と垂直で、かつ前記第１のオリエンテーションフラットと平行でない｛１１１｝面の第２のオリエンテーションフラット（１ｃ）とが、外周部に形成されているシリコン基板を提案している。
【００２４】
このように、第２のオリエンテーションフラットが表面の｛１１０｝面に垂直で、かつ第１のオリエンテーションフラットと平行でないようにすることで、ウェットエッチング用の平行四辺形のパターンを半導体基板に形成した際に、容易に４つの辺の位置関係を確認することができる。
【００２９】
そして、請求項１および２に記載の発明においては、第１のオリエンテーションフラットを基準として｛１１１｝面を選択し、トレンチの長手方向の側壁が｛１１１｝面に延設されるように、ウェットエッチングを行い、トレンチを形成する工程を有し、トレンチを形成する工程を行った後に、トレンチ内を熱酸化することでトレンチの内壁表面に酸化膜（３０）を形成し、その後、酸化膜を除去することによってトレンチの内壁の丸め処理を行う工程を有していることを特徴としている。
【００３０】
このように、第１のオリエンテーションフラットを基準に｛１１１｝面を選択するようにしてウェットエッチングを行えば、側壁が｛１１１｝面に沿って延設されたトレンチを容易に形成することができる。また、丸め処理を行うことにより、トレンチゲートやトレンチキャパシターそして素子分離に適用する際にコーナー部の電界集中することを防ぐことができる。また、トレンチ内に素子分離のための絶縁膜や電極のための金属等が埋め込みやすくなる。
【００３１】
この場合、請求項３に示すように、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液、又は水酸化カリウム水溶液をエッチング液として用いることができる。
【００３２】
請求項４に記載の発明においては、トレンチを形成する工程では、シリコン基板をウェットエッチングする工程と、ウェットエッチングで形成されたトレンチの内壁に酸化膜（２０）を形成する工程と、トレンチの底部に配置された酸化膜をエッチングしたのち、さらに、トレンチの底部においてシリコン基板をウェットエッチングする工程とを有し、トレンチの内壁に酸化膜を形成する工程と、トレンチの底部をウェットエッチングする工程と、を繰り返し行なうことを特徴としている。
【００３３】
このようなトレンチ形成工程では、トレンチの側壁が酸化膜に保護された状態でウェットエッチングが行われるため、トレンチが横方向エッチングされることを抑制しつつ、トレンチの縦方向エッチングを進めることができる。これにより、トレンチの高アスペクト比化を図ることができる。
【００３６】
なお、請求項５に示すように、トレンチを形成する工程を行った後に、トレンチ内にシリコン膜をエピタキシャル成長させたり、請求項６に示すように、シリコン基板とエッチング液とに電圧を印加することによって、異方性エッチングと等方性エッチングとを切換えたりすることによって、上記丸め処理を行うことも可能である。
【００３７】
請求項７に記載の発明においては、シリコン基板のうちトレンチの形成予定部分にイオン注入を行った後に、ウェットエッチングを施すことを特徴としている。
【００３８】
これにより、ウェットエッチングにおける基板法線方向へのエッチングレートを向上させることができる。
【００４２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００４３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態を適用した半導体基板の模式図を示す。以下、１に基づいて、半導体基板の構成について説明する。なお、本明細書での面方位の表記において、（ｈｋｌ）面と示したものは特定の面方位を表し、｛ｈｋｌ｝面と示したものは対称性により等価な面を表すものとする。つまり、｛ｈｋｌ｝面は  （ｈｋｌ）面  （ｈ−ｋｌ）面（ｈｋ−ｌ）面（ｈ−ｋ−ｌ）面（−ｈｋｌ）（−ｈ−ｋｌ）面（−ｈｋ−ｌ）面（−ｈ−ｋ−ｌ）面の全てもしくは一つ以上の面を表現するものとする。また、図１中に、参考として、各面方位が示してある。
【００４４】
図１に示す半導体基板１は、結晶軸が＜１１０＞方向であるＳｉ（１１０）基板である。この半導体基板１には、（１１０）面に垂直な（−１１１）面、若しくは（１−１−１）面で切断されたオリフラ（第１のオリフラ）１ａが形成されている。すなわち、トレンチの側面として選択したい面方位と半導体基板１に形成されたオリフラ１ａとが平行となっている。
【００４５】
このため、半導体基板１に形成されたオリフラ１ａを基準として容易に（−１１１）面若しくは（１−１−１）面を選択することが可能となる。このため、このような半導体基板１を用いれば、トレンチの側面を容易に（−１１１）面若しくは（１−１−１）面とすることができ、好適にトレンチ形成用のウェットエッチングを行うことが可能となる。
【００４６】
例えば、図２（ａ）に示すように、側壁が（−１１１）面又は（１−１−１）面に沿って延設され、先端が（−１１−１）面と（１−１１）面に沿ったトレンチを形成することができる。なお、この場合には、半導体基板１の表面において（１−１１）面と（−１１１）面とが成す角度は７０．５°となる。
【００４７】
図３に、本実施形態の半導体基板１を用いたトレンチ形成工程を示し、この図に基づいてトレンチの形成方法を具体的に説明する。
【００４８】
〔図３（ａ）、（ｂ）に示す工程〕
図１に示す半導体基板１を用意する。そして、半導体基板１の表面に、ＣＶＤ（Chemical vapor deposition）法又はＰＶＤ（Physical vapor deposition）法により、酸化膜若しくは窒化膜からなるマスク材料２を形成する。このとき、酸化膜の場合には熱酸化により形成してもよい。
【００４９】
このマスク材料２は後工程での異方性ウェットエッチング液のマスクにされるため、Ｓｉとのエッチングの選択性からその膜厚を決定することができる。例えば、マスク材料２を酸化膜とし、９０℃、濃度２２ｗｔ．％の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液を用いてエッチングした場合には、Ｓｉと酸化膜の選択比が約１／２０００となる。従って、仮にＳｉを２０μｍエッチングしようとする場合には酸化膜を０．０１μｍ以上成膜する必要がある。
【００５０】
〔図３（ｃ）に示す工程〕
マスク材料２の上にフォトレジスト３を塗布した後、半導体基板１のうち（−１１１）面又は（１−１−１）面に沿ったパターンを露光し、レジスト３の現像を行う。
【００５１】
このとき、半導体基板１には（１１０）面に垂直な（−１１１）面若しくは（１−１−１）面を成すオリフラ１ａが形成してあるため、フォトリソグラフィ工程において（−１１１）面又は（１−１−１）面に沿ったパターンを容易に選択することができる。
【００５２】
〔図３（ｄ）に示す工程〕
レジスト３をマスクとしてマスク材料２をドライエッチングを行い、マスク材料２を開口させる。その後、半導体基板１上のレジスト３を剥離させる。
【００５３】
〔図３（ｅ）に示す工程〕
マスク材料２をマスクとして、ＴＭＡＨ水溶液又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等を用いたウェットエッチングを行い、Ｓｉ基板の表面にトレンチ４を形成する。ＴＭＡＨ水溶液又はＫＯＨ水溶液等は、Ｓｉ｛１１１｝面に対するエッチング速度が他の面のエッチング速度よりきわめて遅いという特性を有するので、これらの水溶液を用いてエッチングすると、Ｓｉ（１１０）面に対して垂直に切り立った側壁を有するトレンチ４を形成することができる。
【００５４】
このため、本実施形態の場合には、図２（ａ）に示すように、側壁が（−１１１）面又は（１−１−１）面に沿って延設されており、かつ図２（ｂ）に示すように側壁が（１１０）面に対して垂直に切り立ったトレンチ４が形成される。
【００５５】
ここで、実験結果の一例として  マスク開口幅  が１．０μｍで９０℃、濃度２２ｗｔ．％のＴＭＡＨ水溶液を用いてトレンチ形成を行った時の断面ＳＥＭ像を図４に示す。
【００５６】
この図に示されるように、深さ：１１０．５±３．９μｍ、トレンチ上部幅Ａが４．２±０．２μｍ、トレンチ底部幅Ｂが４．１±０．１μｍ、トレンチ深さが１１０．５±３．９μｍ、アスペクト比が約２６となったトレンチ４が形成されている。このときの深さ方向のエッチング量に対して幅方向のエッチング量の比は約６６：１である。そのため、マスク開口幅を限りなく小さくすると、最大でアスペクト比が約３３のトレンチ４を加工することが可能である。
【００５７】
〔図３（ｆ）に示す工程〕
純水中で半導体基板１を洗浄した後、表面のマスク材料２をエッチングする。これにより、トレンチ４が形成された半導体基板１が形成される。
【００５８】
このように形成したトレンチ４は、Ｓｉ（１１０）面上に垂直な側壁を持ったトレンチ構造であり、図２６に示すドライエッチングにより形成したトレンチ１０５と比べて側壁の表面の凹凸を原子レベルまで低減でき、更にトレンチ内壁の表層部における欠陥密度を基板内部の結晶と同等のものにすることができる。
【００５９】
このため、本実施形態で示すトレンチ４が形成された半導体基板１を用いて、例えばトレンチゲートやトレンチキャパシターそして素子分離が形成される半導体装置を形成すれば、結晶欠陥に要因した電気特性の悪化を低減することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図５に、本発明の第２実施形態を適用した半導体基板１の模式図を示す。この半導体基板１は、結晶軸が＜１１０＞方向であるＳｉ（１１０）基板である。この半導体基板１には、（１１０）面に垂直な（１−１２）面、若しくは（−１１−２）面で切断されたオリフラ（第１のオリフラ）１ｂが形成されている。すなわち、トレンチの側面として選択したい面方位と半導体基板１に形成されたオリフラ１ｂとが垂直となっている。
【００６１】
このため、半導体基板１に形成されたオリフラ１ｂを基準として容易に（−１１１）面若しくは（１−１−１）面を選択することが可能となる。このため、このような半導体基板１を用いれば、トレンチの側面を容易に（−１１１）面若しくは（１−１−１）面とすることができ、好適にトレンチ形成用のウェットエッチングを行うことが可能となる。これにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６２】
なお、トレンチの形成方法に関しては第１実施形態と同様であるため、省略する。
【００６３】
（第３実施形態）
図６に、本発明の第３実施形態を適用した半導体基板１の模式図を示す。この半導体基板１は、第１実施形態の半導体基板１の対して（１００）面にもオリフラ（第２のオリフラ）１ｃを形成したものである。例えば、シリコンのインゴットからウェハを切り出す前に、Ｘ線回折によって（１００）面を検出し、オリフラ１ｃを形成している。
【００６４】
このオリフラ１ｃは｛１１１｝面と平行若しくは垂直に形成されたオリフラ１ａとは異なった長さとされており、ここでは｛１１１｝面と平行若しくは垂直に形成されたオリフラ１ａの弦の長さより短くしている。
【００６５】
半導体基板１に対する各面方位を図示すると図７（ａ）のように示されるが、図７（ａ）が半導体基板１の表側から見た時の各面方位を示しているとすると、半導体基板１の裏側から見た時の各面方位は図７（ｂ）のように示される。
【００６６】
これらの図から判るように、Ｓｉ（１１０）面に垂直な｛１１１｝面は、ウェハ中心とオリフラ中央を通る仮想線Ｓに対して対称とならないので、半導体基板１の表面からと裏面からでは同一の座標軸をとらない。つまり、図７（ａ）、（ｂ）に示すようにオリフラ１ａを（−１１１）面としたときに、仮想線Ｓを軸として半導体基板１を裏返すと、Ｓｉ（１１０）面とＳｉ（１１０）面に垂直な｛１１１｝面の交線は異なる方向となる。
【００６７】
このため、半導体基板１の表裏面を取り違えるとトレンチが所望の形状で形成されない。そのため、ウェハの表面と裏面を判別するマーキングが必要になる。
【００６８】
これに対し、本実施形態では、１つめのオリフラ１ａとは異なる方向にもオリフラ１ｃを形成し、さらにこれらのオリフラ１ａ、１ｃを異なる大きさとしているため、半導体基板１の表裏面を判別することが可能となる。このため、所望の面にトレンチを形成することが可能となる。
【００６９】
また、通常、半導体製造プロセスで使用される装置は、半導体基板に形成されたオリフラを認識し、オリフラを基準としてマスク合わせ等を行っているが、オリフラ以外にも半導体基板の外周に凹み等が形成されていた場合には、弦の長さが最も長い部分をオリフラとして認識するようになっている。
【００７０】
このため、本実施形態に示すように、半導体基板１の表裏面判別用のオリフラ１ｃを｛１１１｝面と平行若しくは垂直に形成されたオリフラより小さく形成するのが好ましい。
【００７１】
なお、本実施形態では、面方位をＸ線回折によって特定しやすいことから、半導体基板１の表裏面判別用のオリフラ１ｃを（１００）面に形成しているが、他の方向に形成してもかまわない。
【００７２】
換言すれば、本実施形態の場合には、（−１１１）面又は（１−１−１）面としたオリフラ１ａの法線方向と、（１００）面に形成したオリフラ１ｃの法線方向との成す角度が５４．７４°となるが、これ以外の角度となるようにしても良い。
【００７３】
例えば、図８に示すように、第２のオリフラとなるオリフラ１ｃを（１００）面の代りに、第１のオリフラとなるオリフラ１ａが形成された（−１１１）面と平行でない（−１１−１）面に形成すれば、ウェットエッチング用の平行四辺形を形成した際に、第１、第２のオリフラ１ａ、１ｃと平行であるか否かの判断により、４つの辺の位置関係を容易に確認することができ、正確なパターンであるか否かの判定を容易に行うことができる。なお、このような（−１１−１）面はＸ線測定によって容易に判定できるため、第２のオリフラ１ｃを容易に作製することができる。
【００７４】
但し、半導体基板１の表裏面判別用のオリフラ１ｃと｛１１１｝面と平行に形成されたオリフラ１ａとが、ウェハ中心を挟んで対称位置に形成されるようにした場合には、半導体基板１の表裏面が判別できなくなるため、上記対称位置とは異なる位置にオリフラ１ｃを形成する必要がある。
【００７５】
従って、本実施形態の場合には、（−１１１）方向又は（１−１−１）方向に形成したオリフラ１ａの法線方向と、オリフラ１ｃの法線方向との成す角度が２°〜１７８°若しくは１８２°〜３５８°となるようにすればよい。
【００７６】
（第４実施形態）
図９に、本発明の第４実施形態を適用した半導体基板１の模式図を示す。この半導体基板１は、第３実施形態で示した半導体基板１の表裏面判別用のオリフラに代えて、切り欠き（ノッチ）１ｄを形成したものである。
【００７７】
このように、｛１１１｝面に形成したオリフラ１ａとは別に、表裏面判別用に切り欠き１ｄを形成するようにしても第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、ウェハ中心と切り欠き１ｄとを結ぶ線と、オリフラ１ａの法線方向との成す角度が４５°の場合を示してある。
【００７９】
（第５実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる平面形状のトレンチ４を形成する場合について説明する。本実施形態のトレンチ４の平面形状を図１０（ａ）に示し、図９（ａ）のＢ−Ｂ断面図を図１０（ｂ）に示す。
【００８０】
第１実施形態では、トレンチ４の側壁が（−１１１）面又は（１−１−１）面に沿って延設されていると共に、トレンチ４の先端が（−１１−１）面と（１−１１）面に沿って延設されている。そして、半導体基板１の表面において（１−１１）面と（−１１１）面との角度が７０．５°となっている。
【００８１】
これに対し、本実施形態では、トレンチ４の先端が図１０に示すように（−１−１−１）面と（１１０）面との交線となるようにしている。この場合、（−１−１−１）面と（１１０）面との交線と（−１１１）方向との成す角度が５４．７°となる。
【００８２】
このような構成としても、側壁が（−１１１）面又は（１−１−１）面に沿って延設され、かつ側壁が（１１０）面に対して垂直に切り立ったトレンチ４とすることができる。
【００８３】
但し、本実施形態の場合には、図１０（ｂ）に示すようにトレンチ４の先端の断面が（−１−１−１）面に沿ったテーパ形状となるため、図１０（ａ）の斜線部分において、トレンチ深さが他の領域よりも浅くなる。従って、この領域には素子等が形成できなくなるため、このような領域が少なくなる図２（ａ）の平面形状でトレンチ４を形成する方が好ましい。
【００８４】
（第６実施形態）
本実施形態では、第５実施形態に対してさらにトレンチ４の平面形状を変化させる場合を説明する。本実施形態のトレンチ４の平面形状を図１１（ａ）に示し、図１１（ａ）のＣ−Ｃ断面図を図１１（ｂ）に示す。
【００８５】
本実施形態では、第１実施形態と第５実施形態のトレンチ形状を組み合わせている。図１１（ａ）に示すように、トレンチ４の側面が（−１１１）面又は（１−１−１）面に延設されるようにしている。そして、トレンチ４の先端の一方が、（−１１−１）面と（１１０）面との交線と、（−１−１−１）面と（１１０）面との交線とによって構成されるようにし、先端の他方が、（１−１１）面と（１００面との交線と、（−１−１−１）面と（１１０）面との交線とによって構成されるようにしている。これによりトレンチの平面形状が六角形で構成される。
【００８６】
このような構成のトレンチでも、トレンチの先端のうち（−１−１−１）面と（１１０）面との交線で構成した部分においては、図１１（ｂ）に示すように、トレンチ先端の断面が（−１−１−１）面に沿ったテーパ形状となる。
【００８７】
しかしながら、トレンチの先端を（−１−１−１）面と（１１０）面との交線のみで構成せず、（−１１−１）面と（１１０）面との交線又は（１−１１）面と（１１０）面との交線と組み合わせているため、トレンチ先端の断面がテーパ形状となる領域を減少させることができる。これにより、素子等が形成できなくなる領域を少なくすることができ、トレンチ４の長手方向におけるコンパクト化を図ることができる。
【００８８】
（第７実施形態）
本実施形態では、第６実施形態に対してさらにトレンチ４の平面形状を変化させる場合を説明する。本実施形態のトレンチ４の平面形状を図１２（ａ）に示し、図１２（ａ）のトレンチ４の先端部の拡大図を図１２（ｂ）に示す。
【００８９】
本実施形態では、図１２（ａ）に示すように、トレンチ４の先端の一方が、（−１１−１）面と（１１０）面との交線と、（−１−１−１）面と（１１０）面との交線とを複数回繰り返した形状で構成されるようにし、先端の他方が、（１−１１）面と（１１０）面との交線と、（−１−１−１）面と（１１０）面との交線とを複数回繰り返した形状で構成されるようにしている。これにより、トレンチ４の先端がギザギザ形状で構成される。
【００９０】
このような構成においては、第６実施形態よりもさらにトレンチ先端の断面がテーパ形状となる領域を減少させることができる。
【００９１】
なお、トレンチ４が本実施形態と異なる平面形状であっても、本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００９２】
例えば、図１３に示すように、トレンチ４の先端の一方が、（−１−１−１）面と（１１０）面との交線と、（−１１１）面と（１１０）面との交線とを複数回繰り返して構成され、先端の他方が、（−１−１−１）面と（１１０）面との交線と、（１−１−１）面と（１１０）面との交線とを複数回繰り返して構成された平面形状であってもよい。
【００９３】
また、図１４に示すように、トレンチ４の先端の一方が、（１−１１）面と（１１０）面との交線と、（−１１１）面と（１１０）面との交線とを複数回繰り返して構成され、先端の他方が、（−１１−１）面と（１１０）面との交線と、（１−１−１）面と（１１０）面との交線とを複数回繰り返して構成された平面形状であってもよい。
【００９４】
（第８実施形態）
本実施形態では、第１〜第７実施形態とは異なる形状のトレンチ４を形成する場合を説明する。本実施形態のトレンチ４の平面形状を図１５（ａ）に示し、図１４（ａ）のトレンチ４のＤ−Ｄ断面を図１５（ｂ）に示す。
【００９５】
第１〜第６実施形態では、トレンチ４を直線状に形成するライントレンチパターンの場合を示したが、本実施形態のようにトレンチ４を枠状に囲む囲みトレンチパターンの場合を示している。
【００９６】
このように囲みトレンチパターンとする場合には、図１５（ａ）に示すようにトレンチ４の外周のうち、長辺側の各辺を、（１−１−１）面又は（−１１１）面に沿って延設し、短辺側の各辺を、（−１１−１）面又は（１−１１）面に沿って延設するようにすれば、図２に示したトレンチ４の場合と同様の効果を得ることができる。
【００９７】
（第９実施形態）
本実施形態では、第８実施形態とは異なる囲みトレンチパターンについて説明する。本実施形態のトレンチ４の平面形状を図１６（ａ）に示し、図１６（ａ）のトレンチ４のＥ−Ｅ断面を図１６（ｂ）に示す。
【００９８】
本実施形態では、トレンチ４の外周のうち、長辺側の各辺を、（１−１−１）面又は（−１１１）面に疎手延設し、短辺側の各辺を、（−１−１−１）面と（１１０）面との交線となるようにしている。このような構成にすれば、図１０に示したトレンチ４の場合と同様の効果を得ることができる。なお、この場合においても、トレンチ４のうち（−１−１−１）面と（１１０）面との交線とされた辺は、図１６（ｂ）に示すように断面がテーパー形状となるため、第８実施形態に示した平面形状とした方が好ましい。
【００９９】
（第１０実施形態）
本実施形態では、第８、９実施形態とは異なる囲みトレンチパターンについて説明する。本実施形態のトレンチ４の平面形状を図１７（ａ）に示し、図１７（ａ）のトレンチ４のＦ−Ｆ断面を図１７（ｂ）に示す。
【０１００】
本実施形態では、トレンチ４の外周のうち、長辺側の各辺を、（１−１−１）面又は（−１１１）面に沿って延設し、短辺側を、（−１−１−１）面と（１１０）面との交線及び（−１１−１）面と（１１０）面との交線、若しくは（−１−１−１）面と（１１０）面との交線及び（１−１１）面と（１１０）面との交線とからなるようにしている。このような構成にすれば、図１１に示したトレンチ４の場合と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
（第１１実施形態）
本実施形態では、第１０実施形態の囲みトレンチパターンの平面形状を変更する場合について説明する。本実施形態のトレンチ４の平面形状を図１８に示す。
【０１０２】
本実施形態では、トレンチ４の外周のうち短辺側が、（−１−１−１）面と（１００）面との交線及び（−１１−１）面と（１１０）面との交線の繰り返し、若しくは（−１−１−１）面と（１１０）面との交線及び（１−１１）面と（１１０）面との交線の繰り返しとなるようにしている。このような構成にすれば、図１２に示したトレンチ４の場合と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
なお、囲みトレンチパターンの場合においても、本実施形態と異なる平面形状で本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【０１０４】
例えば、図１９に示すように、トレンチ４の短辺側の一方が、（−１−１−１）面と（１１０）面との交線及び（−１１１）面と（１１０）面との交線が複数回繰り返して構成され、先端の他方が、（−１−１−１）面と（１１０）面との交線及び（１−１−１）面と（１１０）面との交線が複数回繰り返して構成された平面形状であってもよい。
【０１０５】
また、図２０に示すように、トレンチの短辺側の一方が、（１−１１）面と（１１０）面との交線及び（−１１１）面と（１１０）面との交線が複数回繰り返して構成され、先端の他方が、（−１１−１）面と（１１０）面との交線及び（１−１−１）面と（１１０）面との交線が複数回繰り返して構成された平面形状であってもよい。
【０１０６】
（他の実施形態）
▲１▼上記各実施形形態においては、（１１０）面のＳｉ基板を半導体基板１として用いたが、｛１１０｝面の一例として用いたものであり、｛１１０｝面のどの半導体基板１を用いても良い。この場合においても、｛１１０｝面に対して垂直を成す｛１１１｝面又は｛１１２｝面にオリフラを形成するようにし、オリフラと平行若しくは垂直を成す面をトレンチの側壁とすれば、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
例えば、オリフラを（１−１１）面もしくは（−１１−１）面に沿って形成し、異方性ウェットエッチングで形成されるトレンチの側壁が相対向する（１−１１）面、（−１１−１）面の組み合わせとなるようにすればよい。
【０１０８】
また、オリエンテーションフラットを（１−１−２）方向若しくは（−１１２）方向とすることにより、（１−１１）面又は（−１１−１）面とをオリフラとが垂直になるようにし、異方性ウェットエッチングで形成されるトレンチの側壁が相対向する（１−１１）面、（−１１−１）面の組み合わせとなるようにすればよい。
【０１０９】
▲２▼また、上記各実施形態におけるトレンチ形成用のウェットエッチングの異方性を高めるために、ウェットエッチング工程前に図２１に示すようにトレンチ形成予定領域にイオン注入を行い、予め欠陥層１０を形成しておいてもよい。
【０１１０】
これにより、基板法線方向へのエッチングレートを向上させることができる。これは、イオン注入によって多くの未結合手（ダングリングボンド）を形成しておくことにより、ウェットエッチング時に分解しなければならないＳｉの結合数を減らすことができるからである。なお、イオン注入に用いるイオン種としては、デバイス特性への影響が少ないないＳｉやＡｒ、Ｘｅ等の希ガス元素を用いることが望ましい。
【０１１１】
▲３▼また、上記各実施形態におけるトレンチ４のアスペクト比を向上させるために、ウェットエッチング工程を図２２に示すように行っても良い。
【０１１２】
ます、ウェットエッチングをある程度進めたのち、図２２（ａ）に示すようにトレンチ４の内壁を酸化する。このとき、トレンチ４の側壁が（１１１）面、底面が（１１０）面となることから、側壁と底面の酸化レートが異なるため、側壁の方が厚い酸化膜２０が形成される。
【０１１３】
続いて、ＨＦ処理によって酸化膜２０をエッチングする。このとき、トレンチ４の底面の酸化膜２０の方が側壁の酸化膜２０よりも速く除去される。このため、トレンチ４の底面の酸化膜２０が除去されたときにＨＦ処理を止め、側壁の酸化膜２０が残るようにする。  その後、またウェットエッチングを進めたのち、トレンチ内の熱酸化及びＨＦ処理を行うという一連の処理を繰り返す。これにより、図２２（ｂ）に示すようにトレンチ４の側壁が酸化膜２０に保護された状態でウェットエッチングが行われるため、トレンチ４が横方向エッチングされることを抑制しつつ、トレンチ４の縦方向エッチングを進めることができる。これにより、トレンチ４の高アスペクト比化を図ることができる。
【０１１４】
なお、ここでの酸化膜２０の形成を熱酸化ではなく、酸化性水溶液によって行っても良い。例えば、Ｈ2Ｏ2とＨ2ＳＯ4とが１：４の比で混合された混合液を用いて、１〜１０ｍｉｎで酸化することにより酸化膜２０を形成することができる。
【０１１５】
このときも熱酸化処理と同様に側壁と底面の酸化レートが異なるため、側壁の方が厚い酸化膜２０が形成される。
【０１１６】
このような、酸化性水溶液を用いる場合には、工程が全て薬液処理であるため、基板を薬液槽に移し替えるだけの作業で済み、処理が容易である。
【０１１７】
▲４▼上記各実施形形態は、トレンチ４をウェットエッチング（図３（ｅ）に示す工程参照）によって行っているが、このようなウェットエッチングを行った場合には、トレンチ４の底部がほぼ直角となる。このため、トレンチ４の底部の丸め処理を行うようにしてもよい。
【０１１８】
例えば、図２３（ａ）に示すように、１０００℃好ましくは１１００℃以上での熱酸化によってトレンチ４の内壁面に酸化膜３０を形成する。その後、図２３（ｂ）に示すように、酸化膜３０をフッ酸でエッチングする。これにより、トレンチ４の開口部や底部を丸めることができる。
【０１１９】
これは、高温で酸化することで、酸化膜３０の粘弾性（粘性的性質と弾性的性質を合わせ持つこと）により、酸化膜３０の変形が容易であるため、均一に酸化が進行し、開口部や底部の角張った形状が丸く酸化されることになるためである。
【０１２０】
このトレンチ４の開口部及び底部の丸め処理により、トレンチゲートやトレンチキャパシターそして素子分離に適用する際にコーナー部の電界集中することを防ぐことができる。また、トレンチ内に素子分離のための絶縁膜や電極のための金属等が埋め込みやすくなる。
【０１２１】
なお、酸化処理以外の開口部・底部を丸める手法としては、トレンチ加工後にフッ硝酸水溶液、ＣＤＥにより等方性エッチングを行なうことによっても可能である。
【０１２２】
また、トレンチ４を形成した後に、シリコン膜をエピタキシャル成長させることによってトレンチ４の表面をシリコン膜で覆うようにしてもよい。
【０１２３】
さらに、図２４に示すようにＳｉ（１１０）基板からなる半導体基板１と異方性エッチング液４０の間に電圧を印可することにより異方性のエッチングを等方性のエッチングに変化することができる。これは電圧を印可することにより酸化膜が形成されるためであり、これによりＳｉの直接のエッチングが酸化膜の形成を介した間接的なエッチングに変化するためである。
【０１２４】
このようにしても上記と同様の効果が得られる。また、電圧を印可することにより酸化膜が形成されるため、トレンチ底面と側面の面方位による酸化レートの差を利用して、側壁の酸化膜が除去されない時間間隔でパルス的に電圧を印可することにより側壁の拡がりを押さえることができ、高アスペクトなトレンチ形成が可能になる。
【０１２５】
▲５▼また、上述したように、本発明はウェットエッチングによってトレンチを形成する場合に適用されるが、必ずしもはじめからウェットエッチングを行う必要はない、例えば、図２５に示す工程によってトレンチを形成する場合についても本発明を適用可能である。以下、図２５を参照してトレンチ形成工程を説明する。ただし、第１実施形態で説明した図３と同様の工程については図３を参照する。
【０１２６】
まず、図３（ａ）〜（ｄ）に示す工程を施し、マスク材料２のうちトレンチ形成予定領域を開口させる。この後、図２５（ａ）に示すようにＥＣＲプラズマエッチング装置またはＩＣＰプラズマエッチング装置によって、半導体基板１をエッチングし、半導体基板１にトレンチ４を形成する。
【０１２７】
このとき、トレンチ内壁の表面に大きな凹凸が形成された状態となる。そのため、この後、図２５（ｂ）に示すように、マスク材料２を除去したのち、トレンチ４内をＴＭＡＨ水溶液又はＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングする。例えば、９０℃、濃度２２ｗｔ．％のＴＭＡＨ水溶液で０．５〜２ｍｉｎエッチングを行う。これにより、トレンチ４の側壁及び底部の表面を平滑化することができる。
【０１２８】
このように、一度ドライエッチングを行った後、ウェットエッチングを行うような場合においても本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における半導体基板１を示す図である。
【図２】（ａ）はトレンチの平面形状を示す図であり、（ｂ）は（ａ）Ａ−Ａ断面を示す図である。
【図３】図２に示すトレンチの形成工程を示す図である。
【図４】図３の工程によって形成したトレンチの断面の様子を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態における半導体基板１を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態における半導体基板１を示す図である。
【図７】半導体基板１の表裏面における面方位を説明するための図である。
【図８】第２のオリフラとしてのオリフラ１ｃを（−１１−１）面に形成した場合における半導体基板１を示した図である。
【図９】本発明の第４実施形態における半導体基板１を示す図である。
【図１０】本発明の第５実施形態におけるトレンチ形状を示す図であって、（ａ）トレンチの平面形状を示す図であり、（ｂ）は（ａ）Ｂ−Ｂ断面を示す図である。
【図１１】本発明の第６実施形態におけるトレンチ形状を示す図であって、（ａ）トレンチの平面形状を示す図であり、（ｂ）は（ａ）Ｃ−Ｃ断面を示す図である。
【図１２】本発明の第７実施形態におけるトレンチ形状を示す図であって、（ａ）トレンチの平面形状を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図１３】第７実施形態の他の例におけるトレンチの平面形状を示す図である。
【図１４】第７実施形態の他の例におけるトレンチの平面形状を示す図である。
【図１５】本発明の第８実施形態におけるトレンチ形状を示す図であって、（ａ）トレンチの平面形状を示す図であり、（ｂ）は（ａ）Ｄ−Ｄ断面を示す図である。
【図１６】本発明の第９実施形態におけるトレンチ形状を示す図であって、（ａ）トレンチの平面形状を示す図であり、（ｂ）は（ａ）Ｅ−Ｅ断面を示す図である。
【図１７】本発明の第１０実施形態におけるトレンチ形状を示す図であって、（ａ）トレンチの平面形状を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面を示す図である。
【図１８】本発明の第１１実施形態におけるトレンチ形状を示す図である。
【図１９】第１１実施形態の他の例におけるトレンチの平面形状を示す図である。
【図２０】第１１実施形態の他の例におけるトレンチの平面形状を示す図である。
【図２１】他の実施形態で説明するトレンチの形成方法を示す図である。
【図２２】他の実施形態で説明するトレンチの形成方法を示す図である。
【図２３】他の実施形態で説明するトレンチの形成方法を示す図である。
【図２４】他の実施形態で説明するトレンチの形成方法を示す図である。
【図２５】他の実施形態で説明するトレンチの形成方法を示す図である。
【図２６】従来のトレンチの形成工程を示す図である。
【符号の説明】
１…半導体基板、１ａ〜１ｃ…オリフラ、１ｄ…切り欠き、
２…マスク材料、３…レジスト、４…トレンチ。
【図１】
0004631152.tif 000002
【図２】
0004631152.tif 000003
【図３】
0004631152.tif 000004
【図４】
0004631152.tif 000005
【図５】
0004631152.tif 000006
【図６】
0004631152.tif 000007
【図７】
0004631152.tif 000008
【図８】
0004631152.tif 000009
【図９】
0004631152.tif 000010
【図１０】
0004631152.tif 000011
【図１１】
0004631152.tif 000012
【図１２】
0004631152.tif 000013
【図１３】
0004631152.tif 000014
【図１４】
0004631152.tif 000015
【図１５】
0004631152.tif 000016
【図１６】
0004631152.tif 000017
【図１７】
0004631152.tif 000018
【図１８】
0004631152.tif 000019
【図１９】
0004631152.tif 000020
【図２０】
0004631152.tif 000021
【図２１】
0004631152.tif 000022
【図２２】
0004631152.tif 000023
【図２３】
0004631152.tif 000024
【図２４】
0004631152.tif 000025
【図２５】
0004631152.tif 000026
【図２６】
0004631152.tif 000027