(57)【要約】【課題】ポリシリコンと酸化膜で埋め込まれた内部空隙のない良好な形状のトレンチ分離を実現できるトレンチ形成方法を提供することを目的とする。【解決手段】シリコン層３にトレンチ形成マスクの開口部６から異方性ドライエッチングによりトレンチ７を形成し、その内部に分離絶縁膜としての酸化膜９をＣＶＤ法により形成する。次にポリシリコンのサイドウォール１１をトレンチ７の内部に形成した後、さらに厚膜のポリシリコン１２を成長させることにより、トレンチ内部に空隙を残すことなく、埋め込み形状の良好なトレンチを形成することができる。また、トレンチ内部以外に成長した酸化膜９をパターニングして酸化膜２９のように残すことにより、局所的に配線間絶縁耐圧を向上させることも可能である。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第一絶縁膜を介して半導体層を形成したＳＯＩ基板で、前記第一絶縁膜を介して形成された半導体層であるＳＯＩ活性層上に第二の絶縁膜を形成する工程と、前記第二の絶縁膜を開口してエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを用いて前記ＳＯＩ活性層の表面から前記第一絶縁膜まで到達するトレンチを形成する工程と、前記トレンチの側壁に第三絶縁膜を形成する工程と、第一ポリシリコンを形成する工程と、前記トレンチの側壁にのみ前記第一ポリシリコンを残す第一ドライエッチング工程と、前記トレンチの内部を第二ポリシリコンによって埋め込む工程と、前記トレンチ内部のみを残して前記第二ポリシリコンを除去する第二ドライエッチング工程と、前記トレンチの周囲にレジストを残すリソグラフィー工程と、前記トレンチの周囲にレジストを残した状態で、前記第二ドライエッチング工程で除去されずに残った前記トレンチ内部以外のポリシリコンを除去する第三ドライエッチング工程と、さらに前記トレンチ周囲のレジストを残した状態で、前記トレンチ内部以外の前記第三絶縁膜を除去するエッチング工程と、前記トレンチ周囲のレジストを除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
熱酸化でシリコン酸化膜を形成する工程とＣＶＤ法でシリコン酸化膜を形成する工程によって前記第三絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第二の絶縁膜をシリコン窒化物とシリコン酸化膜の二段構成とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第一ドライエッチングによって前記トレンチの側壁に残された前記第一ポリシリコンの上端位置が、前記ＳＯＩ活性層の表面と、前記第一絶縁膜の上面との中間位置より上部に存在することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記リソグラフィー工程で、前記トレンチ周囲に加えて高耐圧配線を形成する部分に該当する位置にもレジストを残すことで、前記トレンチ内部と前記高耐圧配線下以外の前記第三絶縁膜を選択的にエッチングすることを特徴とする請求項１に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関わり、特にＳＯＩ−トレンチ分離の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の素子間分離としては、以前からＰＮ接合を利用した接合分離技術が多く使用されてきたが、半導体装置の小型化やクロストーク防止のため、埋め込み絶縁膜を有するＳＯＩウエハに、ＳＯＩウエハ表面から埋め込み絶縁膜まで届くトレンチを形成し、トレンチ内部に絶縁膜を形成することによる誘電体分離が用いられるようになってきている。この構造によって、素子の下方向は埋め込み絶縁膜で、また横方向はトレンチ内絶縁膜で完全に分離される。
【０００３】
以下、従来のトレンチ形成法を用いた半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。従来のトレンチ形成方法としては、例えば、特許文献１等に開示されている。
【０００４】
図１５〜図２０に、従来のトレンチ形成法を示す。
【０００５】
図１５において、シリコン基板１０１上に、第一の絶縁膜としてのシリコン酸化膜１０２、その上にＳＯＩ活性層としてのシリコン層１０３が形成されたＳＯＩウエハにおいて、そのＳＯＩ活性層の表面にトレンチ形成のマスクとしての第二の絶縁膜１０４を形成し、トレンチを形成する部分のみを除去する。図１６においては、第二の絶縁膜１０４の開口部に異方性ドライエッチングによって、第一の絶縁膜１０２まで届くトレンチ１０５を形成する。図１７においては、トレンチ１０５の側壁に熱酸化によって薄いシリコン熱酸化膜１０６を形成する。図１８においては、ＣＶＤ法によって第三の絶縁膜１０７を形成する。この時、ＣＶＤ法の特徴として、反応ガスが十分に供給されるトレンチ開口部には厚い絶縁膜が形成される一方、反応ガスが供給されにくいトレンチ底部は薄くなるため、第三の絶縁膜は逆テーパ形状となる。図１９において、ポリシリコン１０８でトレンチ１０５を埋め込む。この時、第三の絶縁膜１０７が逆テーパのために、トレンチ１０５の内部にポリシリコンの空隙１０９が発生する。図２０において、ポリシリコン１０８のうちトレンチ１０５内部を残した上で、それ以外の部分に成長した部分をドライエッチングにより除去する。
【特許文献１】特開２０００−２９４６２３号公報（第４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の半導体装置の製造方法では、トレンチ内をポリシリコンで埋め込む際に、トレンチ内にＣＶＤ法によって形成した絶縁膜が逆テーパ形状であることに起因するポリシリコンの空隙が発生する。そして、トレンチ以外の部分に成長したポリシリコンをエッチングで除去する際に、その空隙が表面に現れてしまうと、陥没した埋め込み形状となる。この陥没１１０がトレンチ内に形成されると、その後の工程でトレンチを跨いで配線を形成する際に、配線が断線する危険性がある。また、後工程にリソグラフィの工程がある場合には、その陥没内に入り込んだレジストは、リソグラフィ処理が終わった後のレジスト除去工程において除去されにくいために、レジスト残りを生じる可能性がある。レジスト残りのままＣＶＤや酸化などの熱処理をすると、炉内の汚染を引き起こしてしまう危険性がある。
【０００７】
本発明は、前記の課題を解決して、埋め込み形状の良好なトレンチを形成できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、半導体基板上に第一絶縁膜を介して半導体層を形成したＳＯＩ基板で、前記第一絶縁膜を介して形成された半導体層であるＳＯＩ活性層上に第二の絶縁膜を形成する工程と、前記第二の絶縁膜を開口してエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを用いて前記ＳＯＩ活性層の表面から前記第一絶縁膜まで到達するトレンチを形成する工程と、前記トレンチの側壁に第三絶縁膜を形成する工程と、第一ポリシリコンを形成する工程と、前記トレンチの側壁にのみ前記第一ポリシリコンを残す第一ドライエッチング工程と、前記トレンチの内部を第二ポリシリコンによって埋め込む工程と、前記トレンチ内部のみを残して前記第二ポリシリコンを除去する第二ドライエッチング工程と、前記トレンチの周囲にレジストを残すリソグラフィー工程と、前記トレンチの周囲にレジストを残した状態で、前記第二ドライエッチング工程で除去されずに残った前記トレンチ内部以外のポリシリコンを除去する第三ドライエッチング工程と、さらに前記トレンチ周囲のレジストを残した状態で、前記トレンチ内部以外の前記第三絶縁膜を除去するエッチング工程と、前記トレンチ周囲のレジストを除去することで、埋め込み形状の良好なトレンチが実現できる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本発明によれば、トレンチ内部をポリシリコンで埋め込む際に、ポリシリコンのサイドウォールをトレンチ内に形成した後、さらに厚膜ポリシリコンを成長させることで、トレンチ内部の空隙発生を抑制し埋め込み形状の良好なトレンチを形成することができる。また、リソグラフィーによるパターニングでトレンチ周辺にのみレジストを残した状態でポリシリコンと酸化膜を続けてエッチングすることにより、表面段差部にエッチング残りを生じることなく、かつトレンチ内がポリシリコンで十分満たされた良好な埋め込み形状を実現できる上、さらにトレンチ内部の分離酸化膜を良好な形状で残すことが可能である。なお、パターニングの際、配線間耐圧の必要な部分に成長したトレンチ内分離酸化膜を局所的に残すことにより、配線間耐圧を容易に向上させることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。
【００１１】
図１〜図１２は、本発明の実施形態における半導体装置の製造方法の第一の実施形態である。第一の実施形態は、従来の製造方法に一部の工程を追加することで実現する。まず従来の製造方法の図１５〜図１８と同じ製法で形成する。図１と図１５、図２と図１６、図３と図１７、図４と図１８はそれぞれ同一工程における図である。
【００１２】
図１は、シリコン基板１上にシリコン酸化膜２を形成し、さらにその上にＳＯＩ活性層としてのシリコン層３が形成されたＳＯＩウエハである。また図１には、ゲート電極４が形成された部分も同時に示している。そのＳＯＩ活性層の表面側にトレンチ形成用マスクとしてのシリコン窒化物５を形成する。トレンチは異方性ドライエッチングで形成する。トレンチ形成用マスク材料としては、被エッチング物質であるシリコンとの選択比の大きい物質を選択する必要がある。一般的にシリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜を用いることが多い。今回はその一例としてシリコン窒化膜のみを使う。深いトレンチを形成する際にはエッチング時間が長くなるため、マスク材も厚くしておく必要がある。ＣＶＤ法で形成する際にはシリコン酸化膜の方が成長速度も速く厚膜が容易であること、また低応力であるという利点もあることから、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の二層構成としてもよい。そして、トレンチを形成する部分のみをエッチングによって除去することで開口部６を形成し、シリコン層３の表面を露出させる。
【００１３】
図２においては、異方性ドライエッチングによってシリコン層３をエッチングしてトレンチ７を形成する。この時、シリコン酸化膜２が現れるまでエッチングする。
【００１４】
図３においては、トレンチ７の内部にシリコン熱酸化膜８を形成する。
【００１５】
図４においては、ＣＶＤ法によってシリコン酸化膜９を形成する。このシリコン酸化膜９とシリコン熱酸化膜８により素子間の絶縁分離を実現する。絶縁分離を形成する方法として、熱酸化だけでシリコン酸化膜を形成する方法もあるが、トレンチ低応力化のためにＣＶＤ法でシリコン酸化膜を形成する場合も多い。特に高耐圧ＩＣのように分離耐圧が大きい場合には、トレンチ内に形成するシリコン酸化膜が厚くなり、応力が大きくなる。そのため、ＣＶＤ法による低応力酸化膜を用いる場合が多い。ただし、熱酸化によるシリコン酸化膜の方が良質で、絶縁破壊に対する臨界電界強度も大きいことから、図３、４に示す通り熱酸化とＣＶＤ法の組み合わせとしてもよい。ＣＶＤ法の特徴として、反応ガスが十分に供給されるトレンチ開口部には厚い絶縁膜が形成される一方、反応ガスが供給されにくいトレンチ底部は薄くなるため、シリコン酸化膜９は逆テーパ形状となる。この逆テーパ形状は、従来例の図１９で示したように、トレンチ７をポリシリコンで埋め込む際に、内部に空隙を発生させる要因となる。
【００１６】
図５においては、ポリシリコン１０を形成する。この時、トレンチ７の内部を完全に埋めてしまう必要は無い。トレンチ７の中央部は未堆積の状態にしておく。
【００１７】
図６においては、異方性ドライエッチングによってポリシリコン１０を表面からエッチングする。この時、トレンチ７の内部に堆積したポリシリコン１０はエッチングせずに残しておく。つまりトレンチ７の側壁にのみポリシリコン１０が残った形状となり、ポリシリコンのサイドウォール１１が形成される。このサイドウォール１１は、シリコン酸化膜９の逆テーパ形状を順テーパ形状に変える目的で形成するものである。サイドウォール１１の形状は、主に異方性ドライエッチング時間で決定されるが、そのドライエッチング時間が短く、サイドウォール１１の上端部の位置がトレンチ上部に行きすぎたり、逆に、ドライエッチング時間が長すぎて、サイドウォール１１の上端部の位置がトレンチ下部に行きすぎても、トレンチの逆テーパ形状が露出してしまう。したがって、サイドウォール１１の上端部の位置を異方性ドライエッチング時間で調整し、順テーパ形状を確保する必要がある。前述の通り、ＣＶＤ法の特徴として反応ガスが十分に供給されるトレンチ開口部の成長速度が速いため、開口部付近のシリコン酸化膜が庇のように突き出た形状になる。その庇形状を是正してトレンチ７の形状が順テーパ形状になるようにサイドウォール１１を形成するには、庇の直下、つまり開口部より少し下方にサイドウォール１１の上端部が位置するようにすればよい。少なくとも、サイドウォール１１の上端部はトレンチ深さの中間位置より上方に位置させればよい。
【００１８】
図７においては、さらに厚いポリシリコン１２を堆積する。この時、トレンチ７の内部を完全に埋めることができるだけの十分な厚さのポリシリコンを堆積する。図６に示したように、サイドウォール１１によってトレンチ７の内部の形状を順テーパ形状に是正したことから、ポリシリコン１２はトレンチ７の内部に空隙を残すことなく成長する。
【００１９】
図８においては、ポリシリコン１２のうちトレンチ７内部に成長したもののみを残した上で、それ以外の部分に成長した部分をドライエッチングによって除去する。この時、ゲート電極４の段差部分にあったポリシリコンは、エッチングされずに残ってしまうことから、ポリシリコン残り１３が形成される。もちろん、ドライエッチング時間を長くすることで、ポリシリコン残り１３を除去することは可能であるが、もしドライエッチング時間を長くすると、本来残すべきであるトレンチ７の内部に堆積したポリシリコンもエッチングされてしまい、トレンチ７上の平坦化形状が悪化するので、アルミなどの電気配線がトレンチ上を跨ぐことが困難となる。したがって、このドライエッチング時間は、トレンチ７内のポリシリコンを十分に残す程度で止めておく必要があることから、ポリシリコン残り１３が必然的に発生する。
【００２０】
図９は、リソグラフィー工程を示しており、パターニングしてレジスト１４をトレンチ７の周囲にのみ残す。
【００２１】
図１０においては、レジスト１４でトレンチ７周辺のみを保護した上で、ポリシリコンのドライエッチングを行う。このドライエッチングは、ポリシリコン残り１３のみを除去することを目的とする。そのため、トレンチ７内部に存在するポリシリコンが除去されないようにレジスト１４で保護しておく必要がある。
【００２２】
図１１においては、図１０の状態に引き続き、レジスト１４を残した状態でさらにフッ酸による酸化膜ウェットエッチングを実施する。このウェットエッチングによりシリコン酸化膜９がエッチングされ、最終的にトレンチ７近傍にのみシリコン酸化膜９が残った状態となり、それ以外の部分は完全に除去される。
【００２３】
ウェットエッチングは等方性エッチングであることから、レジスト１４端からトレンチ７の内側に向って横方向にもエッチングが進行する。したがって、レジスト１４をパターニングする際には、トレンチ７直上だけでなく、ウェットエッチング時の横広がりも考慮して広めに設計しておくことが好ましい。図１０においてポリシリコン残り１３を除去したが、このポリシリコン残り１３は、ウェットエッチングによるシリコン酸化膜９のエッチングを阻害する要因になったり、あるいは、ウェットエッチング中に下地のシリコン酸化膜９がエッチングされると、ウェットエッチング槽中にパーティクルとして浮遊し、槽中のパーティクル数を増加させてしまう可能性もあることから、完全に除去しておく必要性がある。
【００２４】
図１２は、レジスト１４を除去した上で、さらに絶縁膜１５を形成し平坦化（リフロー）した後の形状を示している。この図で示す通り、埋め込み形状の良好なトレンチを形成できる。
【００２５】
また、図１３、図１４は、別の実施形態を示している。
【００２６】
図１３は、第一の実施形態を示す工程図中の図９と同一の工程を示している。また図１３には、トレンチ部に加えてＤＭＯＳ部を示してある。２１はＬＯＣＯＳ、２２はＤＭＯＳのゲート電極、２３はソース拡散領域、２４はドレイン拡散領域、２５はバックゲート拡散領域をそれぞれ示している。１４はリソグラフィでトレンチ周辺にのみパターニングされて残されたレジストであるが、このレジスト１４を形成するのと同時に、レジスト２６をゲート電極２２上に形成する。
【００２７】
そして、図１４は、絶縁膜１５を形成してリフローした後に、ドレイン拡散領域２４上にコンタクト電極２７を形成し、さらにゲート電極２２上部を跨いで金属配線２８を形成することで、ドレイン電流を素子外部に取り出せるようにした構造を示している。第一の実施形態を示す工程図中の図１０の通り、酸化膜９をウェットエッチングするが、この時、レジスト２６下がエッチングされずに残るため、酸化膜２９が形成される。そして、絶縁膜１５は酸化膜２９上に形成される。一般的にＤＭＯＳは高耐圧素子として使い、ドレインに高電圧が印加される一方、ゲートには低電圧しか加わらない。したがって、ゲート電極２２と金属配線２８の間には大きな電位差が生じることから、これらの間の絶縁膜を厚く形成し、絶縁耐圧を十分確保できる構造にしておく必要がある。今回の発明では図１４に示す構造にすることで、酸化膜２９と絶縁膜１５の二層構成で厚膜化することが可能であり、絶縁膜１５のみで形成するよりも厚膜化が容易にできるという利点がある。また、絶縁膜１５のみで厚膜化すると、すべての領域が一様に厚膜化されてしまい、コンタクトホールを形成する部分まで厚くしてしまうと、コンタクトホールを形成するためのエッチング時間が長くなってしまうなどの不都合な点が生じる。その点、今回の発明は、酸化膜２９のような構造にすることで耐圧が必要な部分にのみ局所的に厚膜化することが可能であることから、厚膜が無用な領域まで厚膜化してしまうことがない。このように第二の実施形態では、トレンチ内部以外に成長したトレンチ絶縁分離酸化膜を利用し、配線間の層間耐圧が必要な部分にのみ局所的に耐圧を向上させることが容易に実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように本発明によれば、トレンチ内部をポリシリコンで埋め込む際に、ポリシリコンのサイドウォールをトレンチ内に形成した後、さらに厚膜ポリシリコンを成長させることで、トレンチ内部の空隙発生を抑制し埋め込み形状の良好なトレンチを形成することができる。また、リソグラフィーによるパターニングでトレンチ周辺にのみレジストを残した状態でポリシリコンと酸化膜を続けてエッチングすることにより、表面段差部にエッチング残りを生じることなく、かつトレンチ内がポリシリコンで十分満たされた良好な埋め込み形状を実現できる上、さらにトレンチ内部の分離酸化膜を良好な形状で残すことが可能である。なお、パターニングの際、配線間耐圧の必要な部分に成長したトレンチ内分離酸化膜を局所的に残すことにより、配線間耐圧を容易に向上させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第一の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図２】図１に続く第一の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図３】図２に続く第一の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図４】図３に続く第一の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図５】図４に続く第一の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図６】図５に続く第一の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図７】図６に続く第一の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図８】図７に続く第一の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図９】図８に続く第一の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図１０】図９に続く第一の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図１１】図１０に続く第一の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図１２】図１１に続く第一の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図１３】本発明の第二の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図１４】図１３に続く第二の実施形態における半導体装置の製造工程断面図
【図１５】従来の半導体装置の製造工程断面図
【図１６】図１５に続く従来の半導体装置の製造工程断面図
【図１７】図１６に続く従来の半導体装置の製造工程断面図
【図１８】図１７に続く従来の半導体装置の製造工程断面図
【図１９】図１８に続く従来の半導体装置の製造工程断面図
【図２０】図１９に続く従来の半導体装置の製造工程断面図
【符号の説明】
【００３０】
１  シリコン基板
２  シリコン酸化膜
３  シリコン層
４  ゲート電極
５  シリコン窒化物
６  開口部
７  トレンチ
８  シリコン熱酸化膜
９  シリコン酸化膜
１０  ポリシリコン
１１  サイドウォール
１２  ポリシリコン
１３  ポリシリコン残り
１４  レジスト
１５  絶縁膜
２１  ＬＯＣＯＳ
２２  ゲート電極
２３  ソース拡散領域
２４  ドレイン拡散領域
２５  バックゲート拡散領域
２６  レジスト
２７  コンタクト電極
２８  金属配線
２９  酸化膜
１０１  シリコン基板
１０２  シリコン酸化膜
１０３  シリコン層
１０４  絶縁膜
１０５  トレンチ
１０６  シリコン熱酸化膜
１０７  絶縁膜
１０８  ポリシリコン
１０９  空隙
【図１】
2005072224.tif 000003
【図２】
2005072224.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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