(57)【要約】【課題】  トレンチ分離を用いた半導体装置においてトレンチコーナーにおける良好な丸め形状と、ボイドがなく均一な膜質の分離酸化膜を得る。【解決手段】  素子分離領域が形成されたシリコン基板１上に第２のシリコン酸化膜５をＣＶＤ法により成長する工程と、第２のシリコン酸化膜５をエッチバックして素子分離領域に第２のシリコン酸化膜５からなるサイドウオール層６を形成する工程と、パッド層とサイドウオール層６とをマスクとしてシリコン基板１を選択的にエッチングする工程と、サイドウオール層６をエッチング除去する工程と、シリコン基板１を熱酸化することにより素子分離領域においてシリコン基板１をラウンド形状にする工程と、シリコン基板１上にＣＶＤ法により埋め込み酸化膜を形成する工程と、シリコン基板１の最表面を平坦化除去した後、パッド層を除去する工程とを含む。【選択図】  図１
2005235986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上を熱酸化して第１のシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第１のシリコン酸化膜上に少なくとも１層からなり前記第１のシリコン酸化膜を含むパッド層を形成する工程と、
前記パッド層のうち少なくとも１層を素子分離領域において選択的にエッチングする工程と、
前記素子分離領域が形成されたシリコン基板上に第２のシリコン酸化膜をＣＶＤ法により成長する工程と、
前記第２のシリコン酸化膜をエッチバックして前記素子分離領域に第２のシリコン酸化膜からなるサイドウオール層を形成する工程と、
前記パッド層と前記サイドウオール層とをマスクとして前記シリコン基板を選択的にエッチングする工程と、
前記サイドウオール層をエッチング除去する工程と、
前記シリコン基板を熱酸化することにより前記素子分離領域において前記シリコン基板をラウンド形状にする工程と、
前記シリコン基板上にＣＶＤ法により埋め込み酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の最表面を平坦化除去した後、前記パッド層を除去する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともポリシリコン膜とシリコン窒化膜とを形成し、前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜とその上の前記パッド層とを選択的にエッチングし、前記第２のシリコン酸化膜は前記素子分離領域においてシリコン基板上に形成する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記パッド層として少なくとも第１のシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成し、前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜とその上の前記パッド層とを選択的にエッチングし、前記第２のシリコン酸化膜は前記素子分離領域においてシリコン基板上に形成する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともポリシリコン膜とシリコン窒化膜とを形成し、前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜上の前記パッド層を選択的にエッチングし、前記第２のシリコン酸化膜は前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜上に形成し、前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜は前記サイドウオール層をエッチング除去する工程と同じ工程でエッチングする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともシリコン窒化膜を形成し、前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜上の前記パッド層を選択的にエッチングし、前記第２のシリコン酸化膜は前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜上に形成し、前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜は前記サイドウオール層をエッチング除去する工程と同じ工程でエッチングする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
シリコン基板上を熱酸化して第１のシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第１のシリコン酸化膜上に少なくとも１層からなり前記第１のシリコン酸化膜を含むパッド層を形成する工程と、
前記パッド層を素子分離領域において選択的にエッチングする工程と、
前記エッチングにおいて少なくとも前記パッド層の前記第１のシリコン酸化膜上の最下層は堆積性の強い雰囲気中でドライエッチングしてポリマーによるサイドウオール層を形成する工程と、
前記パッド層と前記サイドウオール層とをマスクとして前記シリコン基板を選択的にエッチングする工程と、
前記サイドウオール層とその下方の第１のシリコン酸化膜とをエッチングする工程と、
前記シリコン基板を熱酸化することにより前記素子分離領域において前記シリコン基板をラウンド形状にする工程と、
前記シリコン基板上にＣＶＤ法により埋め込み酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の最表面を平坦化除去した後、前記パッド層を除去する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともポリシリコン膜とシリコン窒化膜とを形成する請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともシリコン窒化膜を形成する請求項６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】
この発明は、トレンチ分離を用いた半導体装置における素子分離構造の製造方法に関し、トレンチコーナーでのゲート酸化膜信頼性とボイドがなく膜質が均一な分離酸化膜とを得る半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の素子分離構造の形成方法について半導体装置の製造方法を例に説明する。図７および図８はその工程断面図である。
【０００３】
図７（ａ）のようにシリコン基板１上にパッド層として順に、膜厚２０ｎｍの第1のシリコン酸化膜２を熱酸化法により成長し、膜厚５０ｎｍのポリシリコン膜３と膜厚１００ｎｍのシリコン窒化膜４とを減圧ＣＶＤ方により成長する。次に、所望の素子分離領域を開口領域とするレジスト膜（図示せず）をマスクとする異方性ドライエッチングによりパッド層とシリコン基板１とをエッチングしてトレンチ７を形成する。
【０００４】
次に、図７（ｂ）のように緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングにより、トレンチ内面において選択的に第１のシリコン酸化膜２を１０ｎｍ後退させて、シリコン基板１の上面を部分的に露出させる。これは、トレンチコーナーにおいて次に記述する丸め酸化を基板水平方向と垂直方向とから進行させることにより、シリコン基板１を効果的にラウンドさせることを目的としている。
【０００５】
次に、図７（ｃ）のように、熱酸化法により丸め酸化を行いシリコン基板１とポリシリコン膜３とからそれぞれ丸め酸化膜８，８’を成長する。この丸め酸化はよく知られているように高温酸化においてシリコン酸化膜の粘性流動を利用して、トレンチコーナーにおいてシリコン基板１の形状を鋭角形状からラウンド形状に丸めるもので、特に素子分離構造の形成においては以下の不具合を回避することを目的とする。第１に後の工程においてゲート酸化膜を熱酸化法により成長させるとき、鋭角形状では成長速度が低下するので所望の膜厚より薄膜化する。第２に鋭角形状では電界の集中が起こる。したがって、コーナーが鋭角形状である場合にはゲート酸化膜の信頼性に深刻な劣化が発生する。トレンチコーナーにおいてシリコン基板１がラウンド形状であれば、以上の信頼性上の問題を回避できる。また、同時に丸め酸化においてシリコン基板１のトレンチ７内壁に形成されるエッチングダメージ層を酸化除去する。
【０００６】
トレンチコーナーを丸める方法として等方性ドライエッチング法を用いる方法が特許文献１に記載されており、前記のエッチングダメージ層での空乏化を回避するためトレンチ７内壁へのイオン注入を必要とする。しかしながら、半導体装置の微細化にともないパッド層を含めたトレンチアスペクト比は著しく増加しており、内壁に対する注入の制御性は困難になりつつある。
【０００７】
次に、図７（ｄ）のように、埋め込み酸化膜９をプラズマＣＶＤ法により成長し、さらに、図８のように、半導体装置最表面をＣＭＰにより平坦化除去した後、リン酸によりシリコン窒化膜４をエッチングし、ＰＳウエットエッチ液によりポリシリコン膜３をエッチングし、緩衝フッ酸により第１のシリコン酸化膜２をエッチングして、素子分離構造は完成する。
【特許文献１】特許番号第２６３５６０７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の素子分離構造の形成方法ではトレンチ内壁側でシリコン酸化膜２が深さ１０ｎｍの凹みを形成した後で丸め酸化を行うため、丸め酸化膜８，８’はこの凹みを反映したオーバーハング形状を形成する。このオーバーハング領域では埋め込み酸化膜９の成長が正常に進行しないので膜質異常領域１２を生じる。この領域はボイドとなるか、もしくは埋め込み酸化膜の膜質が粗となって通常の膜質の領域よりエッチングレートが速くなる。いずれの場合でも後工程のウエットエッチ処理で図８に示したように、埋め込み酸化膜の当該部分に凹み形状Ａを発生するという問題があった。
【０００９】
丸め酸化膜のオーバーハング形状を防止する方法として、シリコン酸化膜２の後退量を５ｎｍ以下に抑制することが有効であることを経験的に確認しているが、この方法では丸め酸化における基板垂直方向からの酸化成分が減少するので、シリコン基板１のコーナー部の曲率半径が減少して、ゲート酸化膜の信頼性低下を引き起こす。
【００１０】
したがって、この発明の目的は、前記課題に鑑み、トレンチコーナーにおける良好な丸め形状と、ボイドがなく均一な膜質の分離酸化膜を得ることができる半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法は、シリコン基板上を熱酸化して第１のシリコン酸化膜を形成する工程と、前記第１のシリコン酸化膜上に少なくとも１層からなり前記第１のシリコン酸化膜を含むパッド層を形成する工程と、前記パッド層のうち少なくとも１層を素子分離領域において選択的にエッチングする工程と、前記素子分離領域が形成されたシリコン基板上に第２のシリコン酸化膜をＣＶＤ法により成長する工程と、前記第２のシリコン酸化膜をエッチバックして前記素子分離領域に第２のシリコン酸化膜からなるサイドウオール層を形成する工程と、前記パッド層と前記サイドウオール層とをマスクとして前記シリコン基板を選択的にエッチングする工程と、前記サイドウオール層をエッチング除去する工程と、前記シリコン基板を熱酸化することにより前記素子分離領域において前記シリコン基板をラウンド形状にする工程と、前記シリコン基板上にＣＶＤ法により埋め込み酸化膜を形成する工程と、前記シリコン基板の最表面を平坦化除去した後、前記パッド層を除去する工程とを含む。
【００１２】
請求項２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともポリシリコン膜とシリコン窒化膜とを形成し、前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜とその上の前記パッド層とを選択的にエッチングし、前記第２のシリコン酸化膜は前記素子分離領域においてシリコン基板上に形成する。
【００１３】
請求項３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記パッド層として少なくとも第１のシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成し、前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜とその上の前記パッド層とを選択的にエッチングし、前記第２のシリコン酸化膜は前記素子分離領域においてシリコン基板上に形成する。
【００１４】
請求項４記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともポリシリコン膜とシリコン窒化膜とを形成し、前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜上の前記パッド層を選択的にエッチングし、前記第２のシリコン酸化膜は前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜上に形成し、前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜は前記サイドウオール層をエッチング除去する工程と同じ工程でエッチングする。
【００１５】
請求項５記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともシリコン窒化膜を形成し、前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜上の前記パッド層を選択的にエッチングし、前記第２のシリコン酸化膜は前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜上に形成し、前記素子分離領域において前記第１のシリコン酸化膜は前記サイドウオール層をエッチング除去する工程と同じ工程でエッチング除去する。
【００１６】
請求項６記載の半導体装置の製造方法は、シリコン基板上を熱酸化して第１のシリコン酸化膜を形成する工程と、前記第１のシリコン酸化膜上に少なくとも１層からなり前記第１のシリコン酸化膜を含むパッド層を形成する工程と、前記パッド層を素子分離領域において選択的にエッチングする工程と、前記エッチングにおいて少なくとも前記パッド層の前記第１のシリコン酸化膜上の最下層は堆積性の強い雰囲気中でドライエッチングしてポリマーによるサイドウオール層を形成する工程と、前記パッド層と前記サイドウオール層とをマスクとして前記シリコン基板を選択的にエッチングする工程と、前記サイドウオール層とその下方の第１のシリコン酸化膜とをエッチングする工程と、前記シリコン基板を熱酸化することにより前記素子分離領域において前記シリコン基板をラウンド形状にする工程と、前記シリコン基板上にＣＶＤ法により埋め込み酸化膜を形成する工程と、前記シリコン基板の最表面を平坦化除去した後、前記パッド層を除去する工程とを含む。
【００１７】
請求項７記載の半導体装置の製造方法は、請求項６記載の半導体装置の製造方法において、前記パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともポリシリコン膜とシリコン窒化膜とを形成する。
【００１８】
請求項８記載の半導体装置の製造方法は、請求項６記載の半導体装置の製造方法において、前記パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともシリコン窒化膜を形成する。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法によれば、素子分離領域が形成されたシリコン基板上に第２のシリコン酸化膜をＣＶＤ法により成長する工程と、第２のシリコン酸化膜をエッチバックして素子分離領域に第２のシリコン酸化膜からなるサイドウオール層を形成する工程と、パッド層とサイドウオール層とをマスクとしてシリコン基板を選択的にエッチングする工程と、サイドウオール層をエッチング除去する工程と、シリコン基板を熱酸化することにより素子分離領域においてシリコン基板をラウンド形状にする工程と、シリコン基板上にＣＶＤ法により埋め込み酸化膜を形成する工程と、シリコン基板の最表面を平坦化除去した後、パッド層を除去する工程とを含むので、トレンチコーナーにおいてシリコン基板の側面だけでなく、上面を露出させることができる。このため、シリコン基板を熱酸化法により丸め酸化を行う際にトレンチコーナーにおける良好な丸め形状とすることができるとともにオーバーハングすることがない。その結果、埋め込み酸化膜の成長が正常に進行し、ボイドがなく均一な膜質の分離酸化膜を得ることができる。
【００２０】
請求項２では、パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともポリシリコン膜とシリコン窒化膜とを形成し、素子分離領域において第１のシリコン酸化膜とその上のパッド層とを選択的にエッチングし、第２のシリコン酸化膜は素子分離領域においてシリコン基板上に形成するので、パッド層が３層構造の場合に上記請求項１の効果が得られる。
【００２１】
請求項３では、パッド層として少なくとも第１のシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成し、素子分離領域において第１のシリコン酸化膜とその上のパッド層とを選択的にエッチングし、第２のシリコン酸化膜は素子分離領域においてシリコン基板上に形成するので、パッド層が２層構造の場合に上記請求項１の効果が得られる。
【００２２】
請求項４では、パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともポリシリコン膜とシリコン窒化膜とを形成し、素子分離領域において第１のシリコン酸化膜上のパッド層を選択的にエッチングし、第２のシリコン酸化膜は素子分離領域において第１のシリコン酸化膜上に形成し、素子分離領域において第１のシリコン酸化膜はサイドウオール層をエッチング除去する工程と同じ工程でエッチングするので、パッド層が３層構造の場合において、第１のシリコン酸化膜上にサイドウオール層が形成されることで、シリコン基板表面がプラズマダメージを受けていないことから結晶欠陥を含まず、後の工程でより膜質良好なゲート酸化膜を成長できる。
【００２３】
請求項５では、パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともシリコン窒化膜を形成し、素子分離領域において第１のシリコン酸化膜上のパッド層を選択的にエッチングし、第２のシリコン酸化膜は素子分離領域において第１のシリコン酸化膜上に形成し、素子分離領域において第１のシリコン酸化膜はサイドウオール層をエッチング除去する工程と同じ工程でエッチング除去するので、パッド層が２層構造の場合において、第１のシリコン酸化膜上にサイドウオール層が形成されることで、シリコン基板表面がプラズマダメージを受けていないことから結晶欠陥を含まず、後の工程でより膜質良好なゲート酸化膜を成長できる。
【００２４】
この発明の請求項６記載の半導体装置の製造方法によれば、エッチングにおいて少なくともパッド層の第１のシリコン酸化膜上の最下層は堆積性の強い雰囲気中でドライエッチングしてポリマーによるサイドウオール層を形成する工程と、パッド層とサイドウオール層とをマスクとしてシリコン基板を選択的にエッチングする工程と、サイドウオール層とその下方の第１のシリコン酸化膜とをエッチングする工程と、シリコン基板を熱酸化することにより素子分離領域においてシリコン基板をラウンド形状にする工程と、シリコン基板上にＣＶＤ法により埋め込み酸化膜を形成する工程と、シリコン基板の最表面を平坦化除去した後、パッド層を除去する工程とを含むので、トレンチコーナーにおいてシリコン基板の側面だけでなく、上面を露出させることができる。このため、シリコン基板を熱酸化法により丸め酸化を行う際にトレンチコーナーにおける良好な丸め形状とすることができるとともにオーバーハングすることがない。その結果、埋め込み酸化膜の成長が正常に進行し、ボイドがなく均一な膜質の分離酸化膜を得ることができる。また、パッド層のエッチングステップにおいて、ポリマーによるサイドウオール層を形成するため製造工程が少なくなる。
【００２５】
請求項７では、パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともポリシリコン膜とシリコン窒化膜とを形成するので、パッド層が３層構造の場合に上記請求項６の効果が得られる。
【００２６】
請求項８では、パッド層として第１のシリコン酸化膜上に少なくともシリコン窒化膜を形成するので、パッド層が２層構造の場合に上記請求項６の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
この発明の第１の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。図１および図２は本発明の第１の実施形態に係わる素子分離構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【００２８】
まず、図１（ａ）のように、パッド層として順に、シリコン基板１上を熱酸化して第１のシリコン酸化膜２を２０ｎｍの膜厚に成長した後、膜厚５０ｎｍのポリシリコン膜３と膜厚１００ｎｍのシリコン窒化膜４とを減圧ＣＶＤ法により成長する。次に、所望の素子分離領域を開口領域とするレジスト膜（図示せず）をマスクとして異方性ドライエッチングを行い、シリコン基板１をストッパー膜としてシリコン窒化膜４とポリシリコン膜３と第１のシリコン酸化膜２とを部分的に除去する。
【００２９】
次に、図１（ｂ）のように、半導体装置の最表面に膜厚１０ｎｍの第２のシリコン酸化膜５を減圧ＣＶＤ法により成長する。ここで減圧ＣＶＤ法を用いるのは、段差被覆性がよくパッド層開口領域の側面にも均一な膜厚１０ｎｍで成長させることができることによる。また、この膜厚は後述するように丸め酸化の際にシリコン基板１の上面を露出させる幅と一致して設定する。
【００３０】
次に、図１（ｃ）のように、異方性ドライエッチングにより第２のシリコン酸化膜５をエッチバックして、パッド層開口領域側面に第２のシリコン酸化膜５からなるサイドウオール層６を形成する。サイドウオール層６の幅は第２のシリコン酸化膜５の成長膜厚と等しい１０ｎｍである。
【００３１】
次に、図１（ｄ）のように、シリコン窒化膜４とサイドウオール層６とをマスクとしてシリコン基板１を深さ３００ｎｍにドライエッチングしてトレンチ７を形成する。
【００３２】
次に、図１（ｅ）のように、緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングによりサイドウオール層６を除去して、その下方においてシリコン基板１表面を露出させる。このときエッチング量は、パッド層開口領域における第１のシリコン酸化膜２のポリシリコン膜３に対する後退量が充分に少ないものであることを考慮して設定する。例えばエッチング量を１１ｎｍとすることにより、サイドウオール層６を１０％のオーバーエッチで完全に除去することができ、かつ、第１のシリコン酸化膜２の後退量を１ｎｍ以下に抑制することができる。このようにしてトレンチコーナーにおけるシリコン基板１の表面が１０ｎｍの幅をもって露出する。
【００３３】
次に、図２（ａ）のように、熱酸化法により丸め酸化を行う。酸化温度は例えば１０５０℃とする。この温度であれば熱酸化膜に粘性流動が起こるのでトレンチコーナーのシリコン基板１を効果的にラウンド形状とすることができる。酸化量は所望の丸め半径の約２倍の値に設定し、ここではシリコン基板１上で２０ｎｍである。このときシリコン基板１およびポリシリコン膜３に丸め酸化膜８，８’が成長する。本発明の実施形態による素子分離構造の形成方法よれば、トレンチコーナーにおいてシリコン基板１の側面だけでなく、幅１０ｎｍにわたってその上面が露出しているので、丸め酸化は基板水平方向と垂直方向とから進行する。したがって、より良好なラウンド形状を得ることが可能である。前記の酸化条件によれば曲率半径は１０ｎｍであり、これは良好なゲート酸化膜信頼性を得るものである。
【００３４】
次に、図２（ｂ）のように、埋め込み酸化膜９をプラズマＣＶＤ法により６００ｎｍの膜厚に成長する。ここで、本発明の実施形態による素子分離構造の形成方法よれば、トレンチ７内面においてパッド層はシリコン基板１より１０ｎｍ後退しており、かつ、パッド層での第１のシリコン酸化膜２の後退量は１ｎｍ以下であるので、丸め酸化膜８’が丸め酸化膜８に対してオーバーハングを形成することがない。したがって、ボイドがなく均一な膜質の埋め込み酸化膜９を形成することができる。
【００３５】
次に、図２（ｃ）のように、半導体装置最表面をＣＭＰ法により平坦化除去した後、リン酸によりシリコン窒化膜４を除去し、ＰＳウエットエッチ液によりポリシリコン膜３を除去し、緩衝フッ酸により第１のシリコン酸化膜２をエッチングして、素子分離構造は完成する。
【００３６】
第１の実施形態によると、トレンチコーナーにおいて良好なラウンド形状を得て、良好なゲート酸化膜の信頼性を実現できるとともに、ボイドがなく膜質が均一な分離酸化膜を形成することができる。
【００３７】
なお、第1の実施形態においては緩衝フッ酸を用いてサイドウオール層をエッチングしたが、これに限定されるものではなく、例えば、希釈フッ酸を使用すれば熱酸化膜に対するＣＶＤ酸化膜の選択性が高いことから、トレンチ５内壁における第1のシリコン酸化膜２の凹みをより低減することができる。また、これらに限定せず、シリコン基板１と他のパッド層に対して選択性をもつエッチング方法であればよい。
【００３８】
なお、第1の形態においてはパッド層を３層構造としたが、これに限定されるものではない。例えば、第１のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる２層構造であってもよく、また第1の実施形態に加えて最上面にシリコン酸化膜を積層した４層構造であっても全く同様である。
【００３９】
この発明の第２の実施の形態を図３および図４に基づいて説明する。図３および図４は本発明の第２の実施形態に係わる素子分離構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【００４０】
まず、図３（ａ）のように、第1の実施形態と全く同様の方法でシリコン基板１上にパッド層として第１のシリコン酸化膜２とポリシリコン膜３とシリコン窒化膜４とを成長する。次に、所望の素子分離領域を開口領域とするレジスト膜（図示せず）をマスクとして異方性ドライエッチングを行い、シリコン酸化膜２をストッパー膜としてシリコン窒化膜４とポリシリコン膜３を部分的に除去する。
【００４１】
次に、図３（ｂ）のように、半導体装置の最表面に膜厚１０ｎｍの第２のシリコン酸化膜５を段差被覆性良好な減圧ＣＶＤ法により成長する。
【００４２】
次に、図３（ｃ）のように、異方性ドライエッチングにより第２のシリコン酸化膜５をエッチバックし、さらにシリコン基板１をストッパー膜として素子分離領域の第１のシリコン酸化膜２をエッチングすることにより、パッド層開口領域の側面にシリコン酸化膜４からなる幅１０ｎｍのサイドウオール層６を形成する。
【００４３】
次に、図３（ｄ）のように、シリコン窒化膜３とサイドウオール層６とをマスクとしてシリコン基板１を深さ３００ｎｍにドライエッチングしてトレンチ７を形成する。
【００４４】
次に、図３（ｅ）のように、緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングによりサイドウオール層６とその下方において第1のシリコン酸化膜２とを除去する。このときエッチング量は、パッド層開口領域において第１のシリコン酸化膜２がポリシリコン膜３よりも後退しないか、または、その後退量が充分に少なくなることを考慮して設定する。例えばエッチング量を１１ｎｍとすることにより、サイドウオール層を１０％のオーバーエッチで完全に除去することができ、かつ、第１のシリコン酸化膜２の後退量を１ｎｍ以下に抑制することができる。このようにしてサイドウオール層６およびその下方において第１のシリコン酸化膜２が取り除かれるので、トレンチコーナーにおいてシリコン基板１表面が１０ｎｍの幅をもって露出し、しかも第1の実施形態と異なりプラズマダメージを受けていないことから結晶欠陥を含まず、後の工程でより膜質良好なゲート酸化膜を成長できる。
【００４５】
次に、図４（ａ）のように、第1の実施形態と全く同様に熱酸化法により丸め酸化を行う。酸化温度は例えば１０５０℃であり、酸化量はシリコン基板１上で２０ｎｍである。こうして、シリコン基板１およびポリシリコン膜３に丸め酸化膜８，８’が成長する。本発明の実施形態による素子分離構造の形成方法よれば、トレンチコーナーにおいてシリコン基板１の側面だけでなく、幅１０ｎｍにわたってその上面が露出しており、第1の実施形態と同様の理由により、より良好なラウンド形状を得る。
【００４６】
次に、図４（ｂ）のように、埋め込み酸化膜８を６００ｎｍの膜厚に成長する。本発明の実施形態による素子分離構造の形成方法よれば、第1の実施形態と全く同様の理由により丸め酸化膜８’が丸め酸化膜８に対してオーバーハングすることがなく、ボイドのない均一な膜質の埋め込み酸化膜を形成することができる。
【００４７】
次に、図４（ｃ）のように、半導体装置最表面をＣＭＰ法により平坦化除去した後、リン酸によりシリコン窒化膜４を除去し、ＰＳウエットエッチ液によりポリシリコン膜３を除去し、緩衝フッ酸により第１のシリコン酸化膜２をエッチングして、素子分離構造は完成する。
【００４８】
第２の実施形態によると、トレンチコーナーにおいて良好なラウンド形状を得て、良好なゲート酸化膜の信頼性を実現できるとともに、ボイドがなく膜質が均一な分離酸化膜を形成することができる。
【００４９】
なお、第２の実施形態においてはサイドウオール層６を緩衝フッ酸によりエッチングしたが、第1の実施形態と同様の理由により、選択的にサイドウオール層をエッチングできればよい。例えば、希釈フッ酸を使用してもよく、このとき第1のシリコン酸化膜２に対して選択性を有することにより、トレンチ５内壁において第１のシリコン酸化膜２がポリシリコン膜３に対して、全くオンラインとなるか、トレンチ内壁側に突き出しても、全く同様の効果を得ることができる。
【００５０】
なお、第２の形態においてはパッド層を３層構造としたが、これに限定されるものではない。例えば、第1の実施形態同様に第１のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる２層構造であってもよく、また第1の実施形態に加えて最上面にシリコン酸化膜を積層した４層構造であっても全く同様である。
【００５１】
この発明の第３の実施の形態を図５および図６に基づいて説明する。図５および図６は本発明の第３の実施形態に係わる素子分離構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【００５２】
図５（ａ）のように、図１（ａ）と全く同様の方法でシリコン基板１上に、パッド層として第１のシリコン酸化膜２とポリシリコン膜３とシリコン窒化膜４とを成長する。次に、所望の素子分離領域を開口領域とするレジスト膜１０をマスクとして異方性ドライエッチングを行い、シリコン酸化膜２をストッパー膜としてシリコン窒化膜４とポリシリコン膜３を部分的に除去する。このとき、ポリシリコン膜３をエッチングするステップは堆積性が強い雰囲気中で行うものとし、開口領域の側面にはポリマー層（ポリマーによるサイドウオール層）１１が１０ｎｍの幅で成長するように調整する。例えば、このエッチングステップではエッチング雰囲気はＨＢr、Ｏ2の混合雰囲気で、堆積性を高くするためＨＢｒリッチの雰囲気を形成し、例えばガス流量はそれぞれ５０ＳＣＣＭと２ＳＣＣＭである。また、標準的なエッチング条件よりは高圧雰囲気、低ＲＦパワーであって、例えば圧力は２００ｍＴｏｒｒ、ＲＦ電力は１００Ｗである。このようなエッチング条件により、Ｃ、ＢｒとOを主成分とするポリマー層１１を所望の厚みに成長することができる。
【００５３】
次に、図５（ｂ）のように異方性ドライエッチングによりシリコン基板１を深さ３００ｎｍにドライエッチングしてトレンチ７を形成した後、レジスト膜１０とポリマー層１１を除去する。ポリマー層１１は例えばフッ化アンモニウムと過酸化水素の混合液を用いることにより、シリコン基板１とパッド層に対して高い選択性をもって除去することができる。なお、これらパッド層からシリコン基板１までの異方性ドライエッチングは半導体装置を大気中に暴露することがないよう同一設備内で連続処理されることが望ましい。なぜなら、ポリマー層１１は吸湿性が強く、大気中ではその幅を不規則に膨張させて不都合である。
【００５４】
次に、図５（ｃ）のように、例えばＣＨＦ3とＯ2の混合ガス雰囲気中の対シリコン高選択比異方性エッチングにより半導体装置をエッチバックして、ポリマー層１１の下方においてシリコン酸化膜２を選択的にエッチング除去する。このようにして、トレンチコーナーにおいてシリコン基板１表面が１０ｎｍの幅をもって露出する。
【００５５】
次に、図５（ｄ）のように、第1の実施形態と全く同様に熱酸化法により丸め酸化を行う。酸化温度は例えば１０５０℃であり、酸化量はシリコン基板１上で２０ｎｍである。こうして、シリコン基板１およびポリシリコン膜３に丸め酸化膜８，８’が成長する。本発明の実施形態による素子分離構造の形成方法よれば、トレンチコーナーにおいてシリコン基板１の側面だけでなく、幅１０ｎｍにわたってその上面が露出しており、第1の実施形態と同様の理由により、より良好なラウンド形状を得て、良好なゲート酸化膜信頼性を実現できるものである。
【００５６】
次に、図６（ａ）のように、埋め込み酸化膜８を６００ｎｍの膜厚に成長する。本発明の実施形態による素子分離構造の形成方法よれば、第1の実施形態と全く同様の理由により丸め酸化膜８’が丸め酸化膜８に対してオーバーハングすることがなく、ボイドのない均一な膜質の埋め込み酸化膜を形成することができる。
【００５７】
次に、図６（ｂ）のように、半導体装置最表面をＣＭＰにより平坦化除去した後、リン酸によりシリコン窒化膜４を除去し、ＰＳウエットエッチ液によりポリシリコン膜３を除去し、緩衝フッ酸により第１のシリコン酸化膜２をエッチングして、素子分離構造は完成する。
【００５８】
第３の実施形態によると、トレンチコーナーにおいて良好なラウンド形状を得て、良好なゲート酸化膜の信頼性を実現できるとともに、ボイドがなく膜質が均一な分離酸化膜を形成することができる。
【００５９】
なお、第３の実施形態においてはポリシリコン膜３をエッチングするステップにおいてＨＢｒとＯ2を使用したが、これに限定されるものではなく、例えばＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6などＣを組成に含み堆積性が強いガスを添加してもよい。また、ＣＦ4やＳＦ6などのＦ系ガスやＣｌ2やＨＣｌなどのＣｌ系ガスを単体または混合ガスとしても、エッチング時の基板温度を低温に制御してポリマー層１１を成長することができる。
【００６０】
なお、第３の実施形態においてはサイドウオール層６を緩衝フッ酸によりエッチングしたが、第1の実施形態と同様の理由により、例えば希釈フッ酸のように選択的にサイドウオール層６をエッチングできればよい。
【００６１】
なお、また第３の実施形態においてはパッド層を３層構造としたが、これに限定されるものではなく、本実施形態に加えて最上面にシリコン酸化膜を積層した４層構造であっても全く同様である。
【００６２】
また、第１のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる２層構造であっても、シリコン窒化膜のエッチングにおいて例えばＣＨＦ2、Ｃ2Ｆ6やＣ4Ｆ8などの堆積性の強いガスを添加することにより、同様のポリマー層を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、良好なゲート酸化膜の信頼性を実現しつつ、ボイドがなく均一な膜質の分離酸化膜を有する素子分離構造を形成する方法等に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる素子分離構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係わる素子分離構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係わる素子分離構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係わる素子分離構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係わる素子分離構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係わる素子分離構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図７】従来例に係わる素子分離構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図８】従来例に係わる素子分離構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  シリコン基板
２  第１のシリコン酸化膜
３  ポリシリコン膜
４  シリコン窒化膜
５  第２のシリコン酸化膜
６  サイドウオール層
７  トレンチ
８，８’  丸め酸化膜
９  埋め込み酸化膜
１０  レジスト膜
１１  ポリマー層
１２  膜質異常領域
【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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