(57)【要約】【課題】トップラウンド角度を緩やかに制御でき、トレンチエッチング後に発生されたエッチング損失層を除去できるトレンチ型素子分離膜を備えた半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板上に素子分離領域を画定するパッド層パターンを形成するステップと、パッド層パターンをマスクとして用いて半導体基板の露出された表面をエッチングしてトレンチを形成するステップと、トレンチの上部コーナーを丸める（ｒｏｕｎｄ）ため、後エッチング処理するステップと、後エッチング処理されたトレンチの側壁を酸化させて側壁酸化膜を形成するステップと、側壁酸化膜上にライナー（ｌｉｎｅｒ）窒化膜を形成するステップと、ライナー窒化膜上にトレンチを埋め込むようにギャップフィル絶縁膜を形成するステップと、ギャップフィル絶縁膜を平坦化させるステップとを含む。【選択図】図１０
2005026662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に素子分離領域を画定するパッド層パターンを形成するステップと、
前記パッド層パターンをマスクとして用いて前記半導体基板の露出された表面をエッチングしてトレンチを形成するステップと、
前記トレンチの上部コーナーを丸める（ｒｏｕｎｄ）ため、後エッチング処理するステップと、
前記後エッチング処理されたトレンチの側壁を酸化させて側壁酸化膜を形成するステップと、
前記側壁酸化膜上にライナー（ｌｉｎｅｒ）窒化膜を形成するステップと、
前記ライナー窒化膜上に前記トレンチを埋め込むようにギャップフィル絶縁膜を形成するステップと、
前記ギャップフィル絶縁膜を平坦化させるステップとを含むことを特徴とする半導体素子の素子分離膜の形成方法。
【請求項２】
前記トレンチを形成するステップは、少なくとも臭化水素ガスと塩素ガスとを含むガスを利用し、前記トレンチの上部コーナーを３０゜乃至６０゜の角度に制御することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の素子分離膜の形成方法。
【請求項３】
前記トレンチを形成するステップは、
臭化水素を利用してエッチングする第１ステップと、
前記第１ステップ後、生成された自然酸化膜をＣＦ４ガスを利用して除去する第２ステップと、
前記トレンチが所定の深さを有するように、臭化水素ガスと塩素ガスとを含むガスを利用してエッチングする第３ステップと、
前記第３ステップ後にチャンバー内雰囲気中の塩素ガスを除去するように、ＣＦ４と酸素ガスとを含むガスを利用してエッチングする第４ステップとを含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の素子分離膜の形成方法。
【請求項４】
前記後エッチング処理は、等方性エッチングにより行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の素子分離膜の形成方法。
【請求項５】
前記等方性エッチングにより前記トレンチの上部コーナーの角度は５０゜乃至８０゜の範囲に制御されることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の素子分離膜の形成方法。
【請求項６】
前記等方性エッチングは、ＣＦ４とＯ２とを含むガスを利用して行うことを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の素子分離膜の形成方法。
【請求項７】
前記側壁酸化膜を形成するステップは、乾式酸化法を利用して行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の素子分離膜の形成方法。
【請求項８】
前記乾式酸化法は、９００℃乃至１０００℃の温度で実施して前記側壁酸化膜を６０Å乃至１００Åの厚さに形成することを特徴とする請求項７に記載の半導体素子の素子分離膜の形成方法。
【請求項９】
半導体基板の表面を所定の深さにエッチングして、上部コーナーが丸められた（ｒｏｕｎｄｅｄ）トレンチを形成するステップと、
前記トレンチを後エッチング処理して、前記トレンチの上部コーナーをさらに丸めるステップと、
前記後エッチング処理されたトレンチの側壁を酸化させて、側壁酸化膜を形成するステップと、
前記側壁酸化膜上にライナー（ｌｉｎｅｒ）窒化膜を形成するステップと、
前記ライナー窒化膜上に前記トレンチを埋め込むようにギャップフィル絶縁膜を形成するステップと、
前記半導体基板の面を露出させるように、前記ギャップフィル絶縁膜を平坦化させるステップと、
前記露出された半導体基板の表面上に酸化膜を形成するステップと、
前記酸化膜を含む構造物上面にゲート電極用導電膜を形成するステップ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１０】
前記酸化膜を形成するステップは、
前記半導体基板の表面上にしきい電圧調節のためのスクリーン酸化膜を形成するステップと、
前記スクリーン酸化膜をマスクとして、しきい電圧調節のためのドーパントを注入するステップと、
前記スクリーン酸化膜を除去するステップと、
前記スクリーン酸化膜の除去後、露出された前記半導体基板の表面上にゲート酸化膜を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記側壁酸化膜、スクリーン酸化膜、及びゲート酸化膜は乾式酸化法で形成することを特徴とする請求項９又は１０に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記側壁酸化膜は、９００℃〜１０００℃の温度で６０Å〜１００Åの厚さに形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
前記スクリーン酸化膜は、８５０℃〜１０００℃の温度で５０Å〜１５０Åの厚さに形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記ゲート酸化膜は、８５０℃〜１０００℃の温度で形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
前記上部コーナーが丸められたトレンチを形成するステップは、
少なくとも臭化水素ガスと塩素ガスとを含むガスを利用して、前記トレンチの上部コーナーを３０゜〜６０゜の角度に丸めることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記トレンチを形成するステップは、
臭化水素を利用してエッチングする第１ステップと、
前記第１ステップ後、生成された自然酸化膜をＣＦ４ガスを利用して除去する第２ステップと、
前記トレンチが所定の深さを有するように、臭化水素ガスと塩素ガスとを含むガスを利用してエッチングする第３ステップと、
前記第３ステップ後にチャンバー内雰囲気中の塩素ガスを除去するように、ＣＦ４と酸素ガスとを含むガスを利用してエッチングする第４ステップとを含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記トレンチの上部コーナーをさらに丸めるステップは、
等方性エッチングにより行われることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記等方性エッチングにより、前記トレンチの上部コーナーの角度は５０゜乃至８０゜の範囲に制御されることを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記等方性エッチングは、ＣＦ４とＯ２とを含むガスを利用して行うことを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の素子分離膜の形成方法及びそれを用いた半導体素子の製造方法に関し、特に、トレンチ構造の素子分離膜の形成方法及びそれを用いた半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体装置の素子分離工程（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ＩＳＯ）、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）工程、またはＰＧＩ（Ｐｒｏｆｉｌｅｄ  Ｇｒｏｖｅ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程などのような素子分離方法を利用して半導体基板の所定部分にフィールド絶縁膜を形成して活性領域を定義するフィールド領域を形成する。
【０００３】
素子分離方法のうち、ＬＯＣＯＳ法は、活性領域を定義する酸化マスクである窒化膜を半導体基板上に形成し、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングして半導体基板の所定部分を露出させた後、露出された半導体基板を酸化させて素子分離領域として利用されるフィールド酸化膜を形成する。
【０００４】
ＬＯＣＯＳ方法は工程が単純で、広い部位と狭い部位とを同時に分離できるという長所があるが、側面酸化によるバーズビーク（Ｂｉｒｄ’ｓ  ｂｅａｋ）が形成されて素子分離領域の幅が広くなるため、ソース／ドレイン領域の有効面積を減少させる。また、フィールド酸化膜形成時、フィールド酸化膜の端に熱膨張係数の差による応力が集中することによって、シリコン基板に結晶欠陥が生じて漏れ電流が多くなるという短所がある。
【０００５】
近年、半導体素子の集積度が増加するにしたがって、デザインルールが縮小し、したがって半導体素子と半導体素子とを分離する素子分離膜の大きさも同じスケール（ｓｃａｌｅ）で縮小されて通常のＬＯＣＯＳ法、ＰＢ（ｐｏｌｙ  ｂｕｆｆｅｒｄ）ＬＯＣＯＳ法などのような素子分離方法はその適用が限界に達するようになった。
【０００６】
これを解決するために適用されたＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）方法は、半導体基板上に半導体基板とエッチング選択比が良好な窒化膜を形成し、窒化膜をハードマスクとして使用するために窒化膜をフォトリソグラフィ法でパターニングして窒化膜パターンを形成し、窒化膜パターンをハードマスクとして用いて半導体基板を所定の深さにドライエッチング方法でパターニングしてトレンチを形成した後、トレンチに絶縁膜を埋め込み、埋め込んだ後化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）工程を実施してトレンチに埋め込まれるフィールド絶縁膜を形成する。
【０００７】
図１及び図２は、従来の技術に係るトレンチ構造の素子分離膜の形成方法を説明するための工程断面図である。
図１に示すように、シリコン基板１１上にパッド酸化膜１２とパッド窒化膜１３とを蒸着する。次いで、パッド窒化膜１３上に素子分離の領域を画定する感光膜パターン（図示せず）を形成した後、感光膜パターンをエッチングマスクとして用いてパッド窒化膜１３とパッド酸化膜１２とを順にエッチングする。
【０００８】
次いで、感光膜パターンを除去した後、パッド酸化膜１２のエッチング後露出されたシリコン基板１１を所定の深さほど乾式エッチングしてトレンチ１４を形成する。次いで、トレンチ１４の形成のためのエッチングにより発生されたエッチング損失層を除去するため側壁酸化工程を実施して、トレンチ１４の底部及び側壁に側壁酸化膜１５を形成する。
その後、側壁酸化膜１５を含む全面にライナー（ｌｉｎｅｒ）窒化膜１６を蒸着した後、トレンチを埋め込むように、高密度プラズマ方式の酸化膜１７を蒸着する。
【０００９】
次に、図２に示すように、パッド窒化膜１３の表面が露出されるまで酸化膜１７に化学的機械的研磨（ＣＭＰ）工程を実施して酸化膜１７からなる素子分離膜を形成した後、パッド窒化膜１３とパッド酸化膜１２とをウェットエッチングで除去する。
しかし、従来の技術はトレンチ１４を形成するためのドライエッチング後の上部ラウンド（Ｔｏｐ  ｒｏｕｎｄｉｎｇ：上部丸み）形状の傾斜が激しく、この部分に電界が相対的に集中することによってトランジスタのしきい電圧が低くなるという問題がある。
【００１０】
これによって、パッド窒化膜１３とパッド酸化膜１２を除去する工程の間、素子分離膜１７の上部コーナー部分がエッチングされて、活性領域と素子分離膜１７との間の段差であるモート（Ｍｏａｔ）図面符号‘Ｍ’が発生し、このモート‘Ｍ’によって後続ゲート電極を形成するためのポリシリコン膜蒸着後のドライエッチング後にもポリシリコン膜の残膜がモートに残留して隣接したゲート電極間にブリッジが発生するという問題がある。すなわち、トレンチの上部コーナーの傾斜が激しい状態で後続工程を行うことによって、モートの部分ににポリシリコン膜の残膜が残留する。
また、従来の技術はトレンチ１４を形成するためのドライエッチング後エッチング損失層を除去するため側壁酸化工程を行っているが、側壁酸化の工程のみではエッチング損失層を十分に除去できないという短所があった（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６２１８３０９号明細書
【特許文献２】米国特許第６４４４５４０号明細書
【特許文献３】米国特許第６５７９８０１号明細書
【特許文献４】米国特許第６５００７２７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は上記従来の半導体素子の素子分離膜の形成方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、トップラウンド角度を緩やかに制御できるトレンチ型素子分離膜の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、トレンチエッチング後に発生されたエッチング損失層を除去できるトレンチ型素子分離膜を備えた半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体素子の素子分離膜の形成方法は、半導体基板上に素子分離領域を画定するパッド層パターンを形成するステップと、前記パッド層パターンをマスクとして用いて前記半導体基板の露出された表面をエッチングしてトレンチを形成するステップと、前記トレンチの上部コーナーを丸める（ｒｏｕｎｄ）ため、後エッチング処理するステップと、前記後エッチング処理されたトレンチの側壁を酸化させて側壁酸化膜を形成するステップと、前記側壁酸化膜上にライナー（ｌｉｎｅｒ）窒化膜を形成するステップと、前記ライナー窒化膜上に前記トレンチを埋め込むようにギャップフィル絶縁膜を形成するステップと、前記ギャップフィル絶縁膜を平坦化させるステップとを含むことを特徴とする。
【００１４】
前記トレンチを形成するステップは、少なくとも臭化水素ガスと塩素ガスとを含むガスを利用し、前記トレンチの上部コーナーを３０゜乃至６０゜の角度に制御することを特徴とし、前記後エッチング処理は、等方性エッチングにより行われ、前記等方性エッチングにより前記トレンチの上部コーナーの角度は５０゜乃至８０゜の範囲に制御されることを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体素子の製造方法は、半導体基板の表面を所定の深さにエッチングして、上部コーナーが丸められた（ｒｏｕｎｄｅｄ）トレンチを形成するステップと、前記トレンチを後エッチング処理して、前記トレンチの上部コーナーをさらに丸めるステップと、前記後エッチング処理されたトレンチの側壁を酸化させて、側壁酸化膜を形成するステップと、前記側壁酸化膜上にライナー（ｌｉｎｅｒ）窒化膜を形成するステップと、前記ライナー窒化膜上に前記トレンチを埋め込むようにギャップフィル絶縁膜を形成するステップと、前記半導体基板の面を露出させるように、前記ギャップフィル絶縁膜を平坦化させるステップと、前記露出された半導体基板の表面上に酸化膜を形成するステップと、前記酸化膜を含む構造物上面にゲート電極用導電膜を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
前記酸化膜を形成するステップは、前記半導体基板の表面上にしきい電圧調節のためのスクリーン酸化膜を形成するステップと、前記スクリーン酸化膜をマスクとして、しきい電圧調節のためのドーパントを注入するステップと、前記スクリーン酸化膜を除去するステップと、前記スクリーン酸化膜の除去後、露出された前記半導体基板の表面上にゲート酸化膜を形成するステップとを含むことを特徴とする。
また、前記側壁酸化膜、スクリーン酸化膜及び前記ゲート酸化膜は乾式酸化法で形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、トレンチの上部コーナーをラウンドに制御することによって、モート発生を最小化して素子分離膜の劣化を防止できる効果がある。
また、本発明ではトレンチエッチング後に後エッチング処理を行うため、エッチング損失層を十分に除去して収率を向上させることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明に係る半導体素子の素子分離膜の形成方法及びそれを用いた半導体素子の製造方法を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１９】
図３乃至図１０は、本発明の実施例に係るトレンチ型素子分離膜を有する半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
まず、図３に示すように、シリコン基板２１上にパッド酸化膜２２とパッド窒化膜２３とを順に形成する。ここで、パッド窒化膜２３は以後のエッチング防止膜の役割をし、また以後の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）工程時、研磨ストップ層（ｓｔｏｐ  ｌａｙｅｒ）の役割もする。好ましくパッド酸化膜２２は１００Å程度の厚さを有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）であり、パッド窒化膜２３は３００Å〜２０００Å程度の厚さを有するシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）である。
【００２０】
次いで、パッド窒化膜２３上に反射防止膜２４を形成する。ここで、反射防止膜２４は、以後フォトリソグラフィ工程を容易に行うために導入したものであって、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を利用する。
次いで、反射防止膜２４上に感光膜を塗布し露光及び現像工程でパターニングして素子分離領域を画定する感光膜パターン２５を形成した後、感光膜パターン２５をエッチングマスクとして利用して、反射防止膜２４、パッド窒化膜２３及びパッド酸化膜２２を順にエッチングする。以上のエッチング工程はパッド窒化膜エッチング装置で行われ、反射防止膜をエッチングするステップ、パッド窒化膜をエッチングするステップ、パッド窒化膜を過度にエッチングするステップ、トップラウンド表面（ｔｏｐ  ｒｏｕｎｄｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）２６を形成するステップの４ステップで行われる。
【００２１】
まず、感光膜パターン２５をエッチングマスクとして利用して反射防止膜２４をエッチングするステップは、ＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２の混合ガスを利用してエッチングし、エッチングの中止ポイントであるＥＯＰ（Ｅｎｄ  Ｏｆ  Ｐｏｉｎｔ）でエッチング終了時点を決める。例えば、工程条件を見ると、エッチングガスとしては１０ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｃ／ｍｉｎ）〜３０ｓｃｃｍ流量のＣＨＦ３、２０ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍ流量のＣＦ４、または５ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍ流量のＯ２を単独または混合して使用するが、混合して使用する時の混合ガス内の絶対流量はＣＦ４が多い。
【００２２】
次いで、反射防止膜２４のエッチング後、露出されるパッド窒化膜２３をエッチングするが、エッチングガスは反射防止膜のエッチング条件と同一である。例えば、ＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２の混合ガスを利用してエッチングし、エッチングの中止ポイントであるＥＯＰでエッチング終了時点を決めるようになる。好ましくは、５ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍ流量のＣＨＦ３、５ｓｃｃｍ〜１５ｓｃｃｍ流量のＣＦ４、または０ｓｃｃｍ〜１０ｓｃｃｍ流量のＯ２を混合して使用し、この時、混合ガス内の絶対流量はＣＨＦ３が多い。一方、以上のようなパッド窒化膜２３のエッチング時、下部のパッド酸化膜２２もエッチングされる。
【００２３】
次いで、パッド窒化膜２３の過度エッチングを行うが、過度エッチングはパッド窒化膜２３及びパッド酸化膜２２のエッチング後、シリコン基板２１の表面に発生されたシリコンスポット（Ｓｉ  ｓｐｏｔ）のような欠陥を除去するためのものであって、ＣＦ４／Ａｒ／Ｏ２の混合ガスを用いる。
次いで、トレンチを形成するステップを行う前に、初期トップラウンド表面２６を形成するステップを行う。初期トップラウンド２６を形成するためにＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒの混合ガスを利用する。
【００２４】
次に、図４に示すように、上述したパッド窒化膜２３のエッチング工程を行った後、感光膜パターン２５と反射防止膜２４とを除去（ｓｔｒｉｐｅｄ  ａｗａｙ）するが、ストリップ（除去）工程は酸素プラズマを利用する。
【００２５】
次いで、パッド窒化膜２３をエッチングマスクとして利用してシリコン基板２１をエッチングしてトレンチ２７を形成する工程を行う。
トレンチ２７を形成するシリコン基板のエッチング工程は、臭化水素（ＨＢｒ）を利用して表面をエッチングして、図に示すトレンチ２７の上部コーナーのラウンド角度Ａ１を調節する第１ステップと、自然酸化膜を除去する第２ステップと、設定された深さほどシリコン基板２１をエッチングする第３ステップと、第３ステップエッチング時利用したガスを除去する（パージする）ための第４ステップとから構成される。以上のエッチング工程はシリコンエッチング装置で行われる。
【００２６】
まず、第１ステップは、４０ｓｃｃｍの臭化水素（ＨＢｒ）ガスを含むエッチングガスでエッチングを行い上部コーナーのラウンド角度Ａ１を調節する。また、ヘリウム（Ｈｅ）ガスをさらに追加してエッチングを行うこともでできる。そして、第２ステップはＣＦ４／Ｈｅの混合ガスを利用してエッチングして自然酸化膜を除去し、第３ステップは実質的にトレンチ２７を形成するメインエッチングステップであって、臭化水素（ＨＢｒ）と塩素（Ｃｌ２）との混合ガスを含むエッチングガスでエッチングする。例えば、第３ステップはＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２／Ｈｅの混合ガスを利用する。次いで、第４ステップは第３ステップ時のチャンバー内雰囲気中の塩素ガスを除去するためのもので、ＣＦ４／Ｏ２／Ａｒ／Ｈｅの混合ガスを利用する。
【００２７】
上述したようなトレンチ２７を形成するためのエッチング後にトレンチ２７の上部コーナーのラウンド角度Ａ１は約３０゜〜６０゜の角度を有する。すなわち、シリコン基板２１表面に対して約３０゜〜６０゜で斜めにエッチングされて傾斜した側壁が形成される。
次いで、図５に示すように、追加のトレンチ２７をエッチングする後処理エッチング（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｔｃｈ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ＬＥＴ）を等方性エッチングにて行う。この場合、等方性エッチングはＣＦ４／Ｏ２の混合ガスを利用してエッチングを行い、上部コーナーのラウンド角度Ａ２を約５０゜〜８０゜で形成する。
【００２８】
このような追加等方性エッチングによって、トレンチ２７のエッチング時に発生されたエッチング損失層を除去すると共に、上部コーナーのラウンド角度Ａ２を５０゜〜８０゜に制御する。例えば、等方性エッチングは垂直に近いトレンチ２７の側壁に比べて３０゜〜６０゜の角度で丸められた（ラウンドされた）上部コーナーをさらにエッチングする特性を有するため、トレンチ２７の形成時の上部コーナーのラウンド角度Ａ１をさらに傾くように形成することができる。
【００２９】
次に、図６に示すように、側壁酸化工程を行ってトレンチ２７の側壁に側壁酸化膜２８を形成する。この場合、側壁酸化膜を形成するための側壁酸化工程は９００℃〜１０００℃の温度範囲で乾式酸化法を利用して６０Å〜１００Åの厚さに形成し、側壁酸化膜２８の形成による上部コーナーのラウンド角度Ａ３は８５゜〜９０゜に制御する。乾式酸化法は湿式酸化に比べてトレンチの上部コーナーをさらに酸化させるので、上部コーナーに形成される側壁酸化膜の厚さＤ２がトレンチの側壁に形成される厚さＤ１より厚くなる。
【００３０】
次に、図７に示すように、全面にライナー（ｌｉｎｅｒ）窒化膜２９を蒸着した後、ライナー窒化膜２９上にトレンチ２７を全て充填するまで、高密度プラズマ方式の絶縁膜３０を蒸着する。
【００３１】
次に、図８に示すように、化学的機械的研磨工程を行って絶縁膜３０を平坦化し、後続工程でパッド窒化膜２３をリン酸溶液（Ｈ３ＰＯ４）の湿式溶液で除去する。この場合、パッド酸化膜２３と側壁酸化膜２８はリン酸溶液に対して違うエッチング選択比を有するので、エッチングされない。
また、パッド酸化膜２２の湿式エッチングによる除去によってトレンチ２７において絶縁膜３０でなる素子分離膜を形成する。この場合、トレンチ２７の上部コーナーを覆う側壁酸化膜２８の厚さがトレンチ２７の側壁に形成された厚さより厚いため、パッド酸化膜２２の除去後にモート（ｍｏａｔ）の発生が最小化される。
【００３２】
次に、図９に示すように、スクリーン酸化膜３１を乾式酸化法で形成した後、しきい電圧調節のための不純物をイオン注入する。この場合、スクリーン酸化膜３１は８５０℃〜１０００℃の温度で５０Å〜１５０Åの厚さに形成する。
次いで、図１０に示すように、スクリーン酸化膜３１を除去し、ゲート酸化膜３２を乾式酸化法で成長させる。この場合、ゲート酸化膜３２は８５０℃〜１０００℃の温度で形成する。この時、乾式酸化法の代わりに湿式酸化法を利用することもできる。
【００３３】
結果的に、スクリーン酸化膜３１とゲート酸化膜３２とは乾式酸化法を利用することによって、上部コーナーの角度を約９０゜に維持させることが可能となる。
後続工程で、上述したようにモートを最小化した状態でゲート酸化膜３２上にポリシリコン膜を蒸着後エッチングする場合、モートに残膜が残留することを抑制することが可能となる。
【００３４】
図１１は、本発明に係るトレンチエッチング、後処理エッチング、ライナー窒化膜蒸着工程が行われる間のトレンチの上部コーナーの角度変化を詳細に示す図である。
図１２は、スクリーン酸化膜蒸着及びゲート酸化膜蒸着工程が行われる間のトレンチの上部コーナーの角度変化を詳細に示す図である。
そして、図１３は、上部コーナーに形成される酸化膜の厚さ変化を示す図である。
【００３５】
図１１に示すように、トレンチエッチングＢ１、後処理エッチングＢ２、ライナー窒化膜蒸着Ｂ３工程が行われる間、トレンチの上部コーナーは４５゜、７５゜、９０゜に変化する。
また、図１２に示すように、スクリーン酸化膜蒸着Ｂ４及びゲート酸化膜蒸着Ｂ５工程が行われる間、トレンチの上部コーナー角度は９０゜をほぼ維持し、単に上部コーナーのラウンド形態が変化する。すなわち、スクリーン酸化膜の蒸着Ｂ４とゲート酸化膜蒸着Ｂ５工程で乾式酸化法で行われるので、前ステップの上部コーナーの角の部分をエッチングするようになって、上部コーナーがより一層ラウンド（丸みを帯びた）形状になる。したがって、乾式酸化法が行われることにしたがって、図１３に示すように、トレンチの上部コーナーに形成される酸化膜等の厚さＤが順に増加し、これによってモート発生を最小化する効果が得られる。
【００３６】
表１は、本発明に係るトレンチエッチング時の上部コーナー角度（４５゜、３０゜、９０゜）を実現するためのエッチング条件を比較した表である。
【表１】
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【００３７】
表１において、ＢＡＲＣは反射防止膜のエッチング条件、Ｎｉｔはパッド窒化膜のエッチング条件、Ｎｉｔ  ＯＥはパッド窒化膜の過度エッチング条件、ＴＲはトップラウンドエッチング条件、ＨＢｒは臭化水素を利用した初期シリコン基板エッチング条件、Ｂ／Ｔ（Ｂｒｅａｋ  Ｔｈｒｏｕｇｈ）は自然酸化膜のエッチング条件、Ｍ／Ｅ（Ｍａｉｎ  Ｅｔｃｈ）は実質的なトレンチエッチング条件、Ｓ／Ｅ（Ｓｏｆｔ  Ｅｔｃｈ）はトレンチの後エッチング条件を示す。
【００３８】
表１によると、エッチング条件のうち、トレンチの上部コーナー角度を異なるようにするための条件として作用するエッチング条件は、パッド窒化膜の過度エッチングステップ（Ｎｉｔ  ＯＥ）、臭化水素を利用したエッチングステップ（ＨＢｒ）、自然酸化膜のエッチングステップ（Ｂ／Ｔ）である。好ましくは、エッチング時間によってトレンチの上部コーナー角度を異なるように形成する。
【００３９】
表１を参照すると、パッド窒化膜の過度エッチングステップ（Ｎｉｔ  ＯＥ）は共通に８８ｍＴｏｒｒ、６００Ｗ、５０ｓｃｃｍのＣＦ４、３００ｓｃｃｍのＡｒ条件下で行うが、エッチング時間を０″、１０″、０″と異にして、トレンチの上部コーナー角度を各々３０゜、４５゜、９０゜に形成する。
【００４０】
そして、臭化水素を利用したエッチングステップ（ＨＢｒ）は、共通的に１０ｍＴｏｒｒ、１０００Ｗｓ（ソースパワー）、２７５Ｗｂ（バイアスパワー）、４０ｓｃｃｍのＨＢｒ、１０Ｔｏｒｒ  Ｈｅ、２０℃条件下で実施し、エッチング時間を５″、０″、０″と異にして、トレンチの上部コーナー角度を各々３０゜、４５゜、９０゜に形成する。
【００４１】
そして、自然酸化膜の除去ステップ（Ｂ／Ｔ）は、共通的に１０ｍＴｏｒｒ、６００Ｗｓ、９０Ｗｂ、８０ｓｃｃｍのＣＦ４、１０Ｔｏｒｒ  Ｈｅ、２０℃条件下で行うが、エッチング時間を０″、７″、７″と異にして、トレンチの上部コーナー角度を各々３０゜、４５゜、９０゜に形成する。
【００４２】
図１４は、表１の条件によりトレンチの上部コーナー角度を３０゜に形成した場合の写真であり、図１５は、表１の条件によりトレンチの上部コーナー角度を４５゜に形成した場合の写真である。また、図１６は、表１の条件によりトレンチの上部コーナー角度を９０゜に形成した場合の写真である。
【００４３】
以上のように、トレンチの上部コーナー角度を異なるように制御できる方法は、エッチング時間外にもエッチングガスの流量比及び圧力を調節することによっても可能である。
本発明はトレンチの上部コーナー角度が３０゜〜６０゜程度を有するようにエッチング条件を設定した後、後処理エッチング（ＬＥＴ）を行って上部コーナー角度が５０゜〜８０゜程度となるように制御する。
【００４４】
図１７乃至図１９は、トレンチエッチング時の上部コーナー角度を４５゜に形成した後に後処理エッチング及びライナー窒化膜を蒸着した結果を示す写真であり、図２０は、後処理エッチングを省略した後、ライナー窒化膜を蒸着した結果を示す写真である。
【００４５】
上述したエッチング条件によってトレンチを形成して上部コーナー角度を４５゜に形成し（図１７）、後エッチング処理（ＬＥＴ）を１４″間実施して上部コーナー角度を７５゜に形成し（図１８）、ライナー窒化膜を蒸着する（図１９）。したがって、後処理エッチングを行う場合、トレンチの上部コーナーがラウンドとなる（丸くなる）効果が得られる。
これに対し、図２０に示すように、後処理エッチングを省略した後、ライナー窒化膜を蒸着する場合には、トレンチエッチング時の形状をほぼ維持するため、トレンチの上部コーナーの傾斜が激しい。
【００４６】
図２１は、図１９のライナー窒化膜蒸着後のパッド窒化膜を除去した後の結果を示す写真であり、図２２は、スクリーン酸化膜形成後の結果を示す写真である。また、図２３は、ゲート酸化膜形成後の結果を示す写真である。
図２１乃至図２３の写真から分かるように、モート形状がスクリーン酸化膜及びゲート酸化膜形成後に改善されていることが分かる。この改善はスクリーン酸化膜とゲート酸化膜形成を乾式酸化法で形成して、トレンチの上部コーナー角度を９０゜に近く維持させることによって達成される。
【００４７】
一方、本発明は後処理エッチング（ＬＥＴ）を行うことによって、活性領域幅の減少を招くことがあるが、後処理エッチングがトレンチの上部コーナーにラウンド効果を与えるためのものであることを考慮すると、後処理エッチングの適用有無にともなう活性領域幅の減少は微々たるものである。
【００４８】
図２４は、後処理エッチング適用の有無による活性領域幅の減少を比較したグラフである。図２４において、横座標は工程条件を示し、縦座標は活性領域幅を示す。
図２４に示すように、後処理エッチングが伴なった場合（ｗｉｔｈ  ＬＥＴ、図面符号「○」）の活性領域幅と後処理エッチングが省略された場合（ｗｉｔｈｏｕｔ  ＬＥＴ、図面符号「□」）の活性領域幅の差は微々たるものである。
【００４９】
図２５は、パッド窒化膜のストリップ（除去）後の活性領域幅の変化を示すグラフである。図２５において、横座標は工程条件を示し、縦座標は活性領域の幅を示す。
図２５に示すように、トレンチエッチング工程（ＩＳＯ  ｅｔｃｈ）、後処理エッチング工程（ＬＥＴ）、ライナー窒化膜の蒸着工程（Ｎｉｔ．ｄｅｐ）及びパッド窒化膜のストリップ（Ｎｉｔ．ｓｔｒｉｐ）工程まで順次活性領域の幅が１４７６．３Å、１３８７．３Å、１３１１Å、１２０８Åに減少し、その後、パッド窒化膜のストリップ後に行われるスクリーン酸化膜形成工程（Ｖｔ  ｓｃ  ｏｘ．）及びゲート酸化膜形成工程（ｇａｔｅ  ｏｘ．）では活性領域の幅の大きな変化はない。すなわち、パッド窒化膜のストリップ後には上部コーナーの角度のみ変化する。
【００５０】
尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来の技術に係るトレンチ構造の素子分離膜の形成方法を説明するための工程断面図である。
【図２】従来の技術に係るトレンチ構造の素子分離膜の形成方法を説明するための工程断面図である。
【図３】本発明の実施例に係るトレンチ型素子分離膜を有する半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図４】本発明の実施例に係るトレンチ型素子分離膜を有する半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図５】本発明の実施例に係るトレンチ型素子分離膜を有する半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６】本発明の実施例に係るトレンチ型素子分離膜を有する半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７】本発明の実施例に係るトレンチ型素子分離膜を有する半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８】本発明の実施例に係るトレンチ型素子分離膜を有する半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図９】本発明の実施例に係るトレンチ型素子分離膜を有する半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１０】本発明の実施例に係るトレンチ型素子分離膜を有する半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１１】本発明に係るトレンチエッチング、後処理エッチング、ライナー窒化膜蒸着工程が行われる間のトレンチの上部コーナーの角度変化を詳細に示す図である。
【図１２】本発明に係るスクリーン酸化膜蒸着及びゲート酸化膜蒸着工程が行われる間のトレンチの上部コーナーの角度変化を詳細に示す図である。
【図１３】本発明に係る上部コーナーに形成される酸化膜の厚さ変化を示す図である。
【図１４】表１の条件によりトレンチの上部コーナー角度を３０゜に形成した場合の写真である。
【図１５】表１の条件によりトレンチの上部コーナー角度を４５゜に形成した場合の写真である。
【図１６】表１の条件によりトレンチの上部コーナー角度を９０゜に形成した場合の写真である。
【図１７】トレンチエッチング時の上部コーナー角度を４５゜に形成した後に後処理エッチング及びライナー窒化膜を蒸着した結果を示す写真である。
【図１８】トレンチエッチング時の上部コーナー角度を４５゜に形成した後に後処理エッチング及びライナー窒化膜を蒸着した結果を示す写真である。
【図１９】トレンチエッチング時の上部コーナー角度を４５゜に形成した後に後処理エッチング及びライナー窒化膜を蒸着した結果を示す写真である。
【図２０】後処理エッチングを省略した後、ライナー窒化膜を蒸着した結果を示す写真である。
【図２１】図１９のライナー窒化膜蒸着後のパッド窒化膜を除去した後の結果を示す写真である。
【図２２】スクリーン酸化膜形成後の結果を示す写真である。
【図２３】ゲート酸化膜形成後の結果を示す写真である。
【図２４】後処理エッチング適用の有無による活性領域幅の減少を比較したグラフである。
【図２５】パッド窒化膜のストリップ（除去）後の活性領域幅の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
２１        シリコン基板
２２        パッド酸化膜
２３        パッド窒化膜
２４        反射防止膜
２５        感光膜パターン
２６        トップラウンド表面
２７        トレンチ
２８        側壁酸化膜
２９        ライナー窒化膜
３０        絶縁膜
３１        スクリーン酸化膜
３２        ゲート酸化膜
【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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【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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