(57)【要約】    【課題】モウトに起因するしきい値電圧の低下を防止することができる半導体素子の製造方法を提供すること。    【解決手段】半導体基板２１上に、パッド酸化膜及びパッド窒化膜が順に積層された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エッチングを行うことにより半導体基板２１の露出部にトレンチを形成するステップと、トレンチ内に、素子分離膜（ギャップフィル絶縁膜２９）を埋め込むステップと、パッド窒化膜を除去するステップと、前洗浄工程を行うことにより、パッド酸化膜を除去するステップと、前記半導体基板の表面を選択的に除去することにより、パッド酸化膜の除去後に発生したモウトを除去するステップと、半導体基板２１の表面にスクリーン酸化膜３０を形成するステップとを含む。【選択図】図２Ｈ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、パッド酸化膜及びパッド窒化膜が順に積層された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エッチングを行うことにより、前記半導体基板の露出部にトレンチを形成するステップと、
前記トレンチ内に、素子分離膜を埋め込むステップと、
前記パッド窒化膜を除去するステップと、
前洗浄を行うことにより、前記パッド酸化膜を除去するステップと、
前記半導体基板の表面を選択的に除去することにより、前記パッド酸化膜の除去後に発生しているモウトを除去するステップと、
前記半導体基板の表面に、スクリーン酸化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２】
前記半導体基板の表面を選択的に除去するステップが、
加熱ＳＣ-１溶液を用いる処理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】
前記加熱ＳＣ-１溶液を用いる処理が、
ＮＨ４ＯＨ:Ｈ２Ｏ２:Ｈ２Ｏを１:５:５０の割合で混合した溶液を用いる、２５℃〜１００℃の温度における３分〜２０分間の処理であることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記前洗浄処理が、
５０:１〜３００:１で稀釈されたフッ化水素（ＨＦ）溶液を用い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５】
前記スクリーン酸化膜を形成するステップが、
乾式酸化工程を利用す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６】
半導体基板上に、パッド酸化膜及びパッド窒化膜が順に積層された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エッチングを行うことにより、前記半導体基板の露出部にトレンチを形成するステップと、
後処理エッチング処理を行うことにより、前記トレンチの最上部のコーナーに丸味を形成するステップと、
前記トレンチの底面及び側壁に側壁酸化膜を形成するステップと、
前記トレンチ内に、ギャップフィル絶縁膜を埋め込むステップと、
前記パッド窒化膜を除去するステップと、
前洗浄を行うことにより、前記パッド酸化膜を除去するステップと、
前記半導体基板の表面を選択的に除去することにより、前記パッド酸化膜の除去後に発生しているモウトを除去するステップと、
前記半導体基板の表面上にスクリーン酸化膜を形成し、該スクリーン酸化膜をマスクとして、しきい値電圧調節用のイオン注入を行うステップと、
前記スクリーン酸化膜を除去するステップと、
前記半導体基板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半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記半導体基板の表面を選択的に除去するステップが、
加熱ＳＣ-１溶液を用いる処理であ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】
前記加熱ＳＣ-１溶液を用いる処理が、
ＮＨ４ＯＨ:Ｈ２Ｏ２:Ｈ２Ｏを１:５:５０の割合で混合した溶液を用いる、２５℃〜１００℃の温度における３分〜２０分間の処理であることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記前洗浄が、
５０:１〜３００:１で稀釈されたフッ化水素（ＨＦ）溶液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１０】
前記側壁酸化膜、前記スクリーン酸化膜及び前記ゲート酸化膜を形成するステップが、
それぞれ乾式酸化を利用す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１１】
前記側壁酸化膜を、
９００℃〜１０００℃の温度で、６０Å〜１２０Åの厚さに形成す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】
前記スクリーン酸化膜を、
７５０℃〜１１００℃の温度で、５０Å〜７０Åの厚さに形成す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１３】
前記ゲート酸化膜を、
８５０℃〜１０００℃の温度で形成す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１４】
前記後処理エッチング処理に、
ＣＦ４/Ｏ２プラズマ処理を利用す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子の製造方法に関し、特にトレンチ型素子分離膜を備えた半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体装置の素子分離膜の形成には、通常ＬＯＣＯＳ(Local Oxidation of Silicon)、ＰＧＩ(Profiled Grove Isolation)などの素子分離膜形成方法が用いられている。これらの素子分離膜の形成方法によって、半導体基板の所定の領域にフィールド絶縁膜を形成し、フィールド絶縁膜で活性領域を画定することによりフィールド領域を形成している。
【０００３】
上記の素子分離膜形成方法のうち、ＬＯＣＯＳ法では、活性領域を画定する酸化膜形成用の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することにより半導体基板の所定部分を露出させた後、半導体基板が露出した箇所を酸化させて素子分離領域として用いられるフィールド酸化膜を形成する。
【０００４】
ＬＯＣＯＳ法は工程が単純であり、広い部分と狭い部分を同時に分離できるという長所を有している。しかし、側面の酸化によるバーズビーク(Bird's beak)が形成されやすいため素子分離領域の幅が広くなり、ソース・ドレイン領域の有効面積を減少させるという短所がある。また、フィールド酸化膜の形成時に、酸化膜の縁部に熱膨張係数の相違による応力集中が発生し、シリコン基板の結晶に欠陥が生じてリーク電流が生じることが多いという短所がある。
【０００５】
近年、半導体素子の高集積化に伴い、デザインルールが微細化してきている。したがって、半導体素子の大きさ及び半導体素子を分離する素子分離膜の幅もそれに応じて縮小され、通常のＬＯＣＯＳ法、ＰＧＩ法などの素子分離膜の形成方法を適用することが、ほぼ限界に達してきた。
【０００６】
上記の問題を解決するために採用されているＳＴＩ(Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ)法は、半導体基板上に、半導体基板に対するエッチング選択比が高い窒化膜を形成し、窒化膜をハードマスクとして用いている。この方法では、窒化膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして窒化膜のパターンを形成した後、窒化膜のパターンをハードマスクとして利用し、半導体基板を乾式エッチング法により所定の深さにエッチングしてトレンチを形成する。その後、トレンチに絶縁膜を埋め込み、化学的機械的研磨(以下、ＣＭＰと記す)を施すことにより、トレンチに絶縁物が埋め込まれたフィールド絶縁膜を形成するようになっている。
【０００７】
図１Ａないし図１Ｄは、従来の技術に係るＳＴＩ法を利用して素子分離膜を形成する方法を示す図であり、各段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。これらの図のうち、図１Ａは、パッド酸化膜及びパッド窒化膜を利用してトレンチを形成し、トレンチにギャップフィル絶縁膜を埋め込んだ後ＣＭＰを施した段階、図１Ｂはパッド窒化膜を除去した段階、図１Ｃはパッド酸化膜を除去した段階、図１Ｄはスクリーン酸化膜を形成した段階を示している。
【０００８】
図１Ａに示したように、半導体基板１１上にパッド酸化膜１２及びパッド窒化膜１３を形成した後、パッド窒化膜１３上に素子分離領域用マスク(図示せず)を形成する。
【０００９】
次に、素子分離領域用マスクをエッチングマスクとしてパッド窒化膜１３のエッチングを行った後、素子分離領域用マスクを除去する。その後、パッド窒化膜１３をエッチングマスクとしてパッド酸化膜１２のエッチングを行うことにより、半導体基板１１の表面を露出させる。次いで、半導体基板１１の露出部を所定の深さにエッチすることにより、トレンチ１４を形成する。
【００１０】
次に、側壁酸化(wall oxidation)処理により、トレンチ１４の側壁及び底面に側壁酸化膜１５を形成する。
【００１１】
次に、側壁酸化膜１５の表面を含む全面にライナ窒化膜１６とギャップフィル絶縁膜１７を順に成膜した後、パッド窒化膜１３の表面が露出するまで、ＣＭＰ法によりギャップフィル絶縁膜１７を研磨する。ＣＭＰの際に、パッド窒化膜１３の上面のライナ窒化膜１６も研磨される。
【００１２】
図１Ｂに示したように、パッド窒化膜１３をリン酸(Ｈ３ＰＯ４)溶液を用いて除去する。このとき、窒化物であるライナ窒化膜１６も一部除去される。
【００１３】
図１Ｃに示したように、しきい値電圧を調節するためのイオン注入に用いるスクリーン酸化膜１８の形成に先だって、パッド酸化膜１２を除去する前洗浄を行う。この前洗浄時に、トレンチ１４の最上部のコーナー(Ｔｏｐ Ｃｏｒｎｅｒ、ＴＣ)に、活性領域の表面よりも窪んだ形状のモウト(Ｍｏａｔ、Ｍ)が生じる。
【００１４】
このようなモウトＭは、上記のように、前洗浄時に、パッド酸化膜１２が除去されると同時に、側壁酸化膜１５も一部除去されて発生するものである。このモウトＭは、ゲート電極の形成前に行われる後続のスクリーン酸化膜１８の形成処理、ゲート酸化膜の形成前の前洗浄処理及びゲート酸化膜の形成処理の際に、さらに深くなる。
【００１５】
すなわち、図１Ｄに示したように、パッド酸化膜１２の除去後に露出した半導体基板１１を酸化させることにより、スクリーン酸化膜１８を形成する際にもモウトを埋めて平坦化することができない。このモウトは、その後のスクリーン酸化膜１８を除去するために、ゲート酸化膜の形成前に行われる前洗浄時に、さらに深くなる。
【００１６】
次の表１は、従来の技術における各段階の処理条件及びモウトの深さを示す表である。
【００１７】
【表１】
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表1において、「ＩＳＯエッチ」はパッド窒化膜１３のエッチング及びトレンチ１４を形成するためのエッチング（トレンチエッチング）を意味し、「ＣＦ４／Ｏ２」と「Ｏ２／Ｎ２」はトレンチエッチング後に行なわれる後処理エッチングを意味する。
【００１８】
トレンチエッチングの際に、トレンチ１４の最上部のコーナーＴＣの角度を９０度にして、後処理エッチングを行い、ゲート酸化処理時にＨＦを用いて前洗浄を５０秒間行い、ゲート酸化膜を１００Åの厚さに形成したものと仮定する。
【００１９】
従来の技術では、スクリーン酸化処理時に、５０:１のフッ化水素（ＨＦ）溶液で１３０秒間、前洗浄を行った後、スクリーン酸化膜１８を５０Åの厚さに形成する場合、モウトの深さが１０２Åとなり、非常に深くなることが明らかである。すなわち、従来の技術の場合には、スクリーン酸化膜１８を形成する前の前洗浄後に、側壁酸化膜１５の上部が活性領域の表面より下に位置する。従来の技術の場合には、スクリーン酸化膜１８を形成した後のモウト深さが１００Å〜１６０Å程度となる。このような従来の技術には、次の問題点がある。
【００２０】
第一に、トレンチ１４を形成するための乾式エッチング後に、トレンチ１４の最上部のコーナーＴＣの形状が非常に急峻である。そのような箇所には電界が相対的に集中するので、トランジスタのしきい値電圧が低くなるという問題点がある。
【００２１】
第二に、トレンチ１４の最上部のコーナーＴＣの形状が急峻で、モウトＭが存在する。このモウトＭの存在により、後続のゲート電極を形成するためのポリシリコン膜の成膜とそれに続く乾式エッチング後の段階にも、ポリシリコン膜がモウトＭに残留するので、隣接するゲート電極との間でブリッジが発生するという問題点がある。
【００２２】
第三に、従来の技術の場合には、トレンチ１４の形成後に行われる前洗浄のような後続の湿式洗浄に限界があり、モウトＭの深さを１００Å以下に抑えることが難しい。
【００２３】
第四に、過度に深いモウトＭの形成によりしきい値電圧シフト(Ｖｔシフト)が発生し、このしきい値電圧シフトが製品の性能に悪影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、上記の従来の技術における問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、モウトに起因するしきい値電圧の低下を防止することができる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】
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体素子の製造方法は、半導体基板上に、パッド酸化膜及びパッド窒化膜が順に積層された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エッチングを行うことにより、前記半導体基板の露出部にトレンチを形成するステップと、前記トレンチ内に、素子分離膜を埋め込むステップと、前記パッド窒化膜を除去するステップと、前洗浄を行うことにより、前記パッド酸化膜を除去するステップと、前記半導体基板の表面を選択的に除去することにより、前記パッド酸化膜の除去後に発生しているモウトを除去するステップと、前記半導体基板の表面にスクリーン酸化膜を形成するステップとを含むことを特徴としている。
【００２６】
また、本発明に係る別の半導体素子の製造方法は、半導体基板上に、パッド酸化膜及びパッド窒化膜が順に積層された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エッチングを行うことにより、前記半導体基板の露出部にトレンチを形成するステップと、後処理エッチング処理を行うことにより、前記トレンチの最上部のコーナーに丸味を形成するステップと、前記トレンチの底面及び側壁に側壁酸化膜を形成するステップと、前記トレンチ内に、ギャップフィル絶縁膜を埋め込むステップと、前記パッド窒化膜を除去するステップと、前洗浄を行うことにより、前記パッド酸化膜を除去するステップと、前記半導体基板の表面を選択的に除去することにより、前記パッド酸化膜の除去後に発生しているモウトを除去するステップと、前記半導体基板の表面上にスクリーン酸化膜を形成し、該スクリーン酸化膜をマスクとして、しきい値電圧調節用のイオン注入を行うステップと、前記スクリーン酸化膜を除去するステップと、前記半導体基板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している。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る半導体素子の製造方法によれば、トレンチエッチング後に後処理エッチングを行い、トレンチの最上部のコーナーに丸味を形成することによって、トランジスタのしきい値電圧が低下する現象を防止できるという、優れた効果が得られる。
【００２８】
また、本発明に係る半導体素子の製造方法によれば、パッド酸化膜を除去した後、加熱したＳＣ-１溶液を用いてモウトを除去する処理を行うので、モウトの深さを１００Å以下に浅くすることができる。そのために、素子の製造歩留まりを向上させることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の半導体素子の製造方法に係る最も好ましい実施の形態を添付する図面を参照して具体的に説明する。
【００３０】
図２Ａないし図２Ｈは、実施の形態に係る半導体素子の製造方法を説明する図であり、各段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。これらの図のうち、図２Ａは、シリコン基板にパッド酸化膜、パッド窒化膜、反射防止膜及び感光膜パターンを順に形成した後、素子分離膜形成部に対応する箇所をエッチングにより除去した段階、図２Ｂは、エッチングによりトレンチを形成し、さらに反射防止膜及び感光膜パターンを除去した段階、図２Ｃは後処理エッチングを行った段階、図２Ｄは、側壁酸化膜、ライナ窒化膜及びギャップフィル絶縁膜を順に形成した段階、図２Ｅは、ギャップフィル絶縁膜、ライナ窒化膜及び側壁酸化膜を順に除去した段階、図２Ｆは、パッド酸化膜を除去する前洗浄に続き、半導体基板に湿式エッチングを施した段階、図２Ｇは、半導体基板の表面を選択的にエッチングした段階、図２Ｈは、スクリーン酸化膜を形成した段階を示している。
【００３１】
図２Ａに示したように、シリコン基板２１上にパッド酸化膜２２とパッド窒化膜２３を順に形成する。ここで、パッド窒化膜２３はエッチング停止膜として機能し、さらにその後のＣＭＰ時には研磨停止膜として機能する。パッド酸化膜２２は、厚さ５０Å〜３００Å程度のシリコン酸化膜(ＳｉＯ２)、パッド窒化膜２３は、厚さ３００Å〜１０００Å程度のシリコン窒化膜(Ｓｉ３Ｎ４)であることが好ましい。
【００３２】
次に、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はシリコン窒化膜(Ｓｉ３Ｎ４)であり、後続のフォトリソグラフィ工程を容易にするために用いられる膜である。
【００３３】
次に、反射防止膜２４上に感光膜を塗布し、露光及び現像により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を形成する。さらに、この感光膜パターン２５をエッチングマスクとして用いて、反射防止膜２４、パッド窒化膜２３及びパッド酸化膜２２に順にエッチングを施す。なお、本明細書では、パッド酸化膜２２及びパッド窒化膜２３が順に積層され、それらの層に形成されたパターンを「パッド層パターン」と呼ぶ。上記のエッチング処理には、パッド窒化膜２３のエッチングを行う装置が用いられ、反射防止膜２４のエッチング、パッド窒化膜２３のエッチング、パッド窒化膜２３のオーバーエッチングが含まれる。
【００３４】
まず、感光膜パターン２５をエッチングマスクとして反射防止膜２４をエッチするステップでは、ＣＨＦ３/ＣＦ４/Ｏ２/Ａｒの混合ガスを用いてエッチングを行い、エッチングの中止時点であるＥＯＰ(End Of Point)によりエッチング終了時点を決める。例えば、処理条件を説明すると、エッチングガスとして流量１０ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍのＣＨＦ３、流量２０ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍのＣＦ４または流量５ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍのＯ２を、単独または混合で用いる。なお、これらのエッチングガスを混合して用いる場合には、混合ガスの内、ＣＦ４の流量の割合を多くすることが好ましい。
【００３５】
次に、反射防止膜２４のエッチングによって露出したパッド窒化膜２３のエッチングを行う。このエッチング処理に用いるガス種及び流量は、反射防止膜２４のエッチング条件と同様である。例えば、ＣＨＦ３/ＣＦ４/Ｏ２/Ａｒの混合ガスを用いてエッチングを行い、エッチング中止時点であるＥＯＰでエッチング終了時点を決める。エッチングガスには、流量５ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍのＣＨＦ３、流量５ｓｃｃｍ〜１５ｓｃｃｍのＣＦ４、流量０ｓｃｃｍ〜１０ｓｃｃｍのＯ２を単独又は混合して用いるのが好ましく、混合ガスの場合にはＣＨＦ３の流量の割合を多くすることが好ましい。なお、このようなガスによるパッド窒化膜２３のエッチングの際に、パッド窒化膜２３の下層のパッド酸化膜２２もエッチされる。
【００３６】
次に、パッド窒化膜２３のオーバーエッチングを行う。このオーバーエッチングは、パッド窒化膜２３及びパッド酸化膜２２のエッチング後に、シリコン基板２１の表面に発生しているシリコンスポットのような欠陥を除去するための処理であり、ＣＦ４/Ｏ２/Ａｒの混合ガスを用いる。
【００３７】
図２Ｂに示し、また上述したように、パッド窒化膜２３のエッチングを行った後、感光膜パターン２５と反射防止膜２４とを除去する。この除去処理には、酸素プラズマを用いる。
【００３８】
次に、パッド窒化膜２３をエッチングマスクとして、シリコン基板２１のエッチングを行うことによりトレンチ２６を形成する。トレンチ２６を形成するシリコン基板２１のエッチング処理は、臭化水素(ＨＢｒ)を用いて表面のエッチングを行うことにより、トレンチ２６の最上部のコーナーにおける丸味の度合いを調節する第１ステップと、自然酸化膜を除去する第２ステップと、設定された深さだけシリコン基板２１にエッチング処理を施す第３ステップと、第３ステップにおけるエッチングに用いた残留ガスを除去するための第４ステップとで構成される。上記のエッチング処理は、シリコンエッチング装置で行われる。
【００３９】
まず、第１ステップでは、流量４０ｓｃｃｍの臭化水素(ＨＢｒ)を含むエッチングガス、またはヘリウム(Ｈｅ)ガスをさらに含むエッチングガスによりエッチングを行う。そして、第２ステップでは、ＣＦ４/Ｈｅの混合ガスを用いてエッチングを行う。第３ステップは、実質的にトレンチ２６を形成する主要なエッチングステップであって、臭化水素(ＨＢｒ)と塩素(Ｃｌ２)を含む混合ガスを用いる。例えば、第３ステップではＨＢｒ/Ｃｌ２/Ｏ２/Ｈｅの混合ガスを用いる。次の第４ステップは、第３ステップ後にチャンバ内の雰囲気に残っている塩素ガスを除去するためのステップであって、第４ステップでは、ＣＦ４/Ｏ２/Ａｒ/Ｈｅの混合ガスを用いる。
【００４０】
上述のトレンチ２６を形成するためのエッチング処理後には、トレンチ２６の最上部のコーナーにおける丸味は、４５゜〜９０゜程度の角度となる。
【００４１】
次に、図２Ｃに示したように、さらにトレンチ２６にエッチング処理を施す、後処理エッチングを行う。例えば、ＬＥＴ(Light Etch Treatment)、ＣＦ４/Ｏ２プラズマ処理またはＯ２/Ｎ２プラズマ処理を行う。このとき、後処理エッチングには、通常マイクロウエーブダウンストリームプラズマ処理を適用する。このような後処理エッチング後には、トレンチ２６の最上部のコーナーは、角度が５５゜〜８５゜程度となる。
【００４２】
上記の後処理エッチングにより、トレンチ２６のエッチングの際に発生したエッチング損傷層を除去するとともに、最上部のコーナーの丸味を５５゜〜８５゜の角度に調整する。例えば、マイクロウエーブダウンストリームプラズマ法によるエッチングは、垂直に近いトレンチ２６の側壁に比べて、角張った最上部のコーナー領域をさらにエッチする特性を有するため、トレンチ２６の最上部のコーナーにさらに丸味を持たせることができる。
【００４３】
このように、後処理エッチングに適用するＣＦ４/Ｏ２プラズマ処理またはＯ２/Ｎ２プラズマ処理には、いずれもトレンチ２６の最上部のコーナーにおける丸味を調整する効果がある。ただし、ＣＦ４/Ｏ２プラズマ処理の場合には、Ｏ２/Ｎ２プラズマ処理に比べると、活性領域の幅が狭くなる。例えば、後処理エッチングをＣＦ４/Ｏ２プラズマ処理で行う場合、活性領域の幅は１１００Å〜１２００Å程度であるが、Ｏ２/Ｎ２プラズマ処理で行う場合には、活性領域の幅は１２００Å以上となる。
【００４４】
図２Ｄに示したように、側壁酸化処理によりトレンチ２６の側壁に側壁酸化膜２７を形成する。この側壁酸化処理では、乾式酸化により、９００℃〜１０００℃の温度範囲で、６０Å〜１２０Åの厚さの酸化膜を形成する。乾式酸化は、湿式酸化に比べてトレンチの最上部のコーナー領域をより多く酸化するため、最上部のコーナーにより丸味を持たせることができる。
【００４５】
次に、全面にライナ窒化膜２８を形成した後、トレンチ２６内のライナ窒化膜２８上に、トレンチ２６が完全に埋め込まれるまで高密度プラズマにより素子分離膜となるギャップフィル絶縁膜２９を成膜する。さらに、パッド窒化膜２３の表面が露出するまで、ＣＭＰにより研磨しギャップフィル絶縁膜２９を平坦化する。
【００４６】
次いで、図２Ｅに示したように、リン酸(Ｈ３ＰＯ４)溶液などの湿式エッチング溶液を用いて、パッド窒化膜２３を除去する。このとき、リン酸は、パッド酸化膜２３と側壁酸化膜２７に対して選択比を有するため、側壁酸化膜２７はエッチされず、窒化物であるライナ窒化膜２８が一部エッチされる。
【００４７】
図２Ｆに示したように、しきい値電圧調節用のイオン注入を行う前に、パッド酸化膜２２を除去するための前洗浄を行う。このとき、トレンチ２６を除く半導体基板２１の表面が露出するように、５０:１〜３００:１フッ化水素(ＨＦ)溶液を用いてパッド酸化膜２２を除去する。
【００４８】
パッド酸化膜２２の除去の際にもモウトＭが発生する。本実施の形態に係る方法の場合には、このモウトＭを除去するために、パッド酸化膜２２を除去することによって露出した半導体基板２１に、さらに湿式エッチングを施す。
【００４９】
図２Ｇに示したように、モウトＭが発生した半導体基板２１の表面２１Ａを選択的にエッチングすることにより、モウトＭのない表面２１Ｂを形成する。
【００５０】
上記の半導体基板２１の表面を選択的にエッチングする処理には、湿式エッチングを用いる。この湿式エッチングには、ライナ窒化膜２８、ギャップフィル絶縁膜２９及び側壁酸化膜２７はエッチされず、半導体基板２１を構成するシリコンのみが選択的にエッチされるエッチング溶液を用いる。
【００５１】
例えば、ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２とＨ２Ｏとが適切な割合(例えば、ＮＨ４ＯＨ:Ｈ２Ｏ２:Ｈ２Ｏ=１:５:５０)で混合されたＳＣ-１溶液を容器に入れ、ＳＣ-１溶液に半導体基板２１を浸漬する。この時、ＳＣ-１溶液の温度を２５℃〜１００℃の範囲に調節し、浸漬時間を３分〜２０分間の範囲に調節する。
【００５２】
このように、上記の実施の形態の場合には、モウトＭを消失させるために、ＳＣ-１溶液を用いた湿式エッチングを採用したが、乾式エッチングを用いることもできる。しかし、乾式エッチングの場合には、均一度がやや低下するという短所があり、さらに、半導体基板２１の表面がプラズマにより損傷を受けるという問題がある。そのため、プラズマによる損傷部を除去するために、別の処理を行う必要がある。
【００５３】
一方、上記の実施の形態に係るＳＣ-１溶液を用いた湿式エッチングの場合には、エッチング後の半導体基板２１の表面に凹凸がほとんどなく平坦である。
【００５４】
次に、図２Ｈに示したように、半導体基板２１の表面にスクリーン酸化膜３０を形成する。スクリーン酸化膜３０は、７５０℃〜１１００℃の温度で乾式酸化を行うことにより５０Å〜７０Åの厚さに形成する。その後、しきい値電圧を調節するために不純物をイオン注入法により注入する。
【００５５】
次に、スクリーン酸化膜３０を除去し、前洗浄を行い、さらにゲート酸化膜を形成する。このときモウトＭの深さが浅く、ゲート酸化膜の形成時にモウトＭがさらに深くなるようなことがない。
【００５６】
上記のように、ゲート酸化膜を、スクリーン酸化膜３０と同様に乾式酸化により、８５０℃〜１０００℃の温度で形成する。スクリーン酸化膜３０及びゲート酸化膜を乾式酸化により形成すると、トレンチ２６の最上部のコーナーに、さらに丸味を持たせることができる。
【００５７】
上述したように、モウトＭを消失させるか、又は浅くした状態でゲート酸化膜を形成する。そのゲート酸化膜の上面にポリシリコン膜を成膜し、ゲート電極を形成するためのエッチング処理を行うという工程の場合、モウトＭがほとんど存在しないので、従来の技術の場合のように、ポリシリコン膜がモウトＭに残留するという問題が生じない。
【００５８】
表２は、本実施の形態に係る半導体素子の製造方法における各処理条件とモウトＭの深さを示す表である。
【００５９】
【表２】
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表２において、「ＩＳＯエッチ」はパッド窒化膜エッチング及びトレンチエッチングを意味し、「ＣＦ４／Ｏ２」及び「Ｏ２／Ｎ２」はトレンチエッチング後に行う後処理エッチングを意味する。
【００６０】
表２に示した条件は、トレンチエッチング時に最上部のコーナーの角度を９０度にして、後処理エッチングを行い、ゲート酸化膜形成時にＨＦを利用して前洗浄を５０秒間行い、ゲート酸化膜を１００Åの厚さに形成した場合を仮定した。
【００６１】
上記実施の形態では、スクリーン酸化時に９９:１のフッ化水素（ＨＦ）溶液で２５０秒間前洗浄行った後、加熱ＳＣ-１溶液を用いて１０分間処理し、スクリーン酸化膜を５０Åの厚さに形成する条件で処理する場合、モウトＭの深さが６８Åであり、表１に示した従来の技術の場合に比べて著しく浅いことが分かる。このように、本実施の形態ではモウトの深さが浅いのは、スクリーン酸化膜を形成する前の前洗浄時に、加熱ＳＣ-１溶液を用いてシリコン基板２１の表面をエッチングすることによリ、モウトＭを浅くするか、又は消失させる処理を行うからである。
【００６２】
表２には示していないが、側壁酸化時に、７５秒間前洗浄を行い、スクリーン酸化を、９９:１ＨＦ溶液(２５０秒)及び加熱ＳＣ-１溶液(１０分)の条件で行う場合、モウトＭの深さは３６Å程度と非常に浅かった。
【００６３】
上記の結果から明らかなように、スクリーン酸化を、ＨＦ溶液及び加熱ＳＣ-１溶液によって行い、各前洗浄時間を適切に調節することにより、モウトＭの深さを３０Å〜７０Å程度と極めて浅くすることができる。
【００６４】
上述のように、本実施の形態の場合には、スクリーン酸化膜を形成する前の前洗浄後にモウトＭの形成が始まるポイントＭ２が、プラス(＋)値を有する。しかし、従来の技術の場合には、モウトＭの形成が始まるポイントＭ１が、マイナス(-)値を有している。したがって、後続の工程で、モウトＭが著しく深くなることを避けることができない。
【００６５】
以上説明したように、本発明に係る半導体素子の製造方法では、パッド酸化膜の除去後にシリコン基板の表面を除去する。そのため、スクリーン酸化膜の形成時にモウトの深さが深くなることを防止することができるという利点がある。
【００６６】
なお、本発明に係る半導体素子の製造方法は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更、改良が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１Ａ】従来技術に係るＳＴＩ法を利用して素子分離膜を形成する方法を示す図であり、パッド酸化膜及びパッド窒化膜を利用してトレンチを形成し、トレンチにギャップフィル絶縁膜を埋め込んだ後ＣＭＰを施した段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。
【図１Ｂ】従来の技術に係るＳＴＩ法を利用して素子分離膜を形成する方法を示す図であり、パッド窒化膜を除去した段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。
【図１Ｃ】従来の技術に係るＳＴＩ法を利用して素子分離膜を形成する方法を示す図であり、パッド酸化膜を除去した段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。
【図１Ｄ】従来の技術に係るＳＴＩ法を利用して素子分離膜を形成する方法を示す図であり、スクリーン酸化膜を形成した段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態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示す図であり、シリコン基板にパッド酸化膜、パッド窒化膜、反射防止膜及び感光膜パターンを順に形成した後、素子分離膜形成部に対応する箇所をエッチングにより除去した段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の形態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示す図であり、エッチングによりトレンチを形成し、さらに反射防止膜及び感光膜パターンを除去した段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。
【図２Ｃ】本発明の実施の形態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示す図であり、後処理エッチングを行った段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。
【図２Ｄ】本発明の実施の形態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示す図であり、側壁酸化膜、ライナ窒化膜及びギャップフィル絶縁膜を順に形成した段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。
【図２Ｅ】本発明の実施の形態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示す図であり、ギャップフィル絶縁膜、ライナ窒化膜及び側壁酸化膜を順に除去した段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。
【図２Ｆ】本発明の実施の形態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示す図であり、パッド酸化膜を除去する前洗浄に続き、半導体基板に湿式エッチングを施した段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。
【図２Ｇ】本発明の実施の形態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示す図であり、半導体基板の表面を選択的にエッチングした段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。
【図２Ｈ】本発明の実施の形態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示す図であり、スクリーン酸化膜を形成した段階における素子分離膜形成部の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
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      トレンチ
２７      側壁酸化膜
２８      ライナ窒化膜
２９      ギャップフィル絶縁膜
３０      スクリーン酸化膜
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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