(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（２１）を用意する工程と、
前記半導体基板の表面上に第１マスク材（２２）を配置する工程と、
前記第１マスク材の上に保護膜（２３）を配置する工程と、
前記保護膜の所定領域に開口部を形成すると共に、前記第１マスク材の所定領域に開口部を形成する工程と、
前記保護膜と前記第１マスク材に形成された各開口部を通じて前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板にトレンチ（２５）を形成する工程と、
前記トレンチを形成したのち、前記保護膜で覆った状態で前記第１マスク材をエッチングし、前記第１マスク材に形成された開口部の開口幅を前記トレンチの開口幅よりも広げ、前記第１マスク材の開口端を前記トレンチの内壁面よりも後退させる工程と、
前記トレンチ内を含み、前記半導体基板の上にエピタキシャル膜を成長させる工程と、
前記エピタキシャル膜の表面を平坦化する工程とを有すると共に、
前記第１マスク材（２２）上に前記保護膜（２３）を配置したのち、さらに前記保護膜上に第２マスク材（２４）を配置する工程を有し、
前記保護膜と前記第１マスク材に開口部を形成する工程は、
前記第２マスク材及び前記保護膜をエッチングし、前記第２マスク材の所定領域に開口部を形成すると共に、前記保護膜の途中までエッチングする工程と、
前記第２マスク材をエッチングし、前記保護膜のうちエッチングされた領域よりも前記第２マスク材に形成された開口部の開口幅が広がるようにする工程と、
前記第２マスク材、前記保護膜及び前記第１マスク材をエッチングし、前記第１マスク材に対して開口部を形成すると共に、前記保護膜に対して前記第１マスク材の開口部よりも大きな開口幅を有する開口部を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板（３１）を用意する工程と、
前記半導体基板の表面上に第１マスク材（３２）を配置する工程と、
前記第１マスク材の上に保護膜（３３）を配置する工程と、
前記保護膜の所定領域に開口部を形成すると共に、前記第１マスク材の所定領域に開口部を形成する工程と、
前記保護膜と前記第１マスク材に形成された各開口部を通じて前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板にトレンチ（３５）を形成する工程と、
前記トレンチを形成したのち、前記保護膜で覆った状態で前記第１マスク材をエッチングし、前記第１マスク材に形成された開口部の開口幅を前記トレンチの開口幅よりも広げ、前記第１マスク材の開口端を前記トレンチの内壁面よりも後退させる工程と、
前記トレンチ内を含み、前記半導体基板の上にエピタキシャル膜を成長させる工程と、
前記エピタキシャル膜の表面を平坦化する工程とを有すると共に、
前記第１マスク材（３２）上に前記保護膜としてポリシリコン膜（３３）を配置したのち、さらに前記ポリシリコン膜上に第２マスク材（３４）を配置する工程を有し、
前記保護膜と前記第１マスク材に開口部を形成する工程において、前記第２マスク材、前記ポリシリコン膜及び前記第１マスク材の所定領域を共にエッチングすることで、前記第２マスク材、前記ポリシリコン膜及び前記第１マスク材それぞれに開口部を形成し、
前記トレンチ形成工程において、前記トレンチ（３５）を形成すると共に、前記第１、第２マスク材に挟まれた前記ポリシリコン膜を前記開口部の開口端からエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板（４１）を用意する工程と、
前記半導体基板の表面上に第１マスク材（４２）を配置する工程と、
前記第１マスク材の上に保護膜（４３）を配置する工程と、
前記保護膜の所定領域に開口部を形成すると共に、前記第１マスク材の所定領域に開口部を形成する工程と、
前記保護膜と前記第１マスク材に形成された各開口部を通じて前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板にトレンチ（４５）を形成する工程と、
前記トレンチを形成したのち、前記保護膜で覆った状態で前記第１マスク材をエッチングし、前記第１マスク材に形成された開口部の開口幅を前記トレンチの開口幅よりも広げ、前記第１マスク材の開口端を前記トレンチの内壁面よりも後退させる工程と、
前記トレンチ内を含み、前記半導体基板の上にエピタキシャル膜を成長させる工程と、
前記エピタキシャル膜の表面を平坦化する工程とを有すると共に、
前記第１マスク材（４２）上に前記保護膜としてポリシリコン膜（４３）を配置したのち、さらに前記ポリシリコン膜上に第２マスク材（４４）を配置する工程を有し、
前記ポリシリコン膜と前記第１マスク材に開口部を形成する工程は、
前記第２マスク材、前記ポリシリコン膜及び前記第１マスク材の所定領域を共にエッチングし、前記第２マスク材と前記ポリシリコン膜それぞれに開口部を形成すると共に、前記第１マスク材を途中までエッチングする工程と、
熱処理を行い、前記ポリシリコン膜を前記開口部の開口端から熱酸化する工程と、
前記第１マスク材を前記シリコン基板が露出するまでエッチングし、前記第１マスク材に開口部を形成する工程と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４】
前記第２マスク材はシリコン酸化膜であり、前記ポリシリコン膜を酸化することによって該シリコン酸化膜を形成することを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
シリコン基板（５１）上に埋め込みシリコン酸化膜（５３）とシリコンからなるＳＯＩ層（５２）が順に積層されたＳＯＩ基板を用意する工程と、
前記ＳＯＩ層の上にマスクシリコン酸化膜（５４）を配置する工程と、
前記マスクシリコン酸化膜、前記ＳＯＩ層及び前記埋め込みシリコン酸化膜を共にエッチングすることにより、前記マスクシリコン酸化膜、前記ＳＯＩ層及び前記埋め込みシリコン酸化膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部を通じて前記シリコン基板をエッチングし、前記シリコン基板にトレンチ（５５）を形成すると共に、前記ＳＯＩ層を前記開口部の開口端からエッチングする工程と、
前記マスクシリコン酸化膜及び前記埋め込みシリコン酸化膜をエッチングし、前記埋め込みシリコン酸化膜の開口部の開口端を前記トレンチの内壁面よりも後退させる工程と、
前記トレンチ内を含み、前記半導体基板の上にエピタキシャル膜を成長させる工程と、
前記エピタキシャル膜の表面を平坦化する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
面方位が（１１０）方向を有するシリコン基板によって前記ＳＯＩ層を形成することを特徴とする請求項５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、トレンチ内に拡散層が備えられる半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エピタキシャル成長技術によってトレンチ内に拡散層を形成する方法がある。このような拡散層を有する半導体装置は図８に示す各工程を経て製造される。以下、この図に基づいて従来の半導体装置の製造方法を説明する。
【０００３】
まず、シリコン基板を用意し、図８（ａ）に示すようにシリコン基板１０１上にシリコン酸化膜１０２を形成する。続いて、フォトエッチングによってシリコン酸化膜１０２の所定領域を開口させた後、シリコン酸化膜１０２をマスクとしたウェットエッチング若しくはドライエッチングを施し、図８（ｂ）に示すようにシリコン基板１０１にトレンチ１０３を形成する。そして、図８（ｃ）に示すように、トレンチ１０３内に不純物がドーピングされたエピタキシャル膜１０４を埋め込んだのち、図８（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜１０２をストッパーとした平坦化研磨を行い、シリコン酸化膜１０２上に成膜されたポリシリコン膜１０５を平坦化する。
【０００４】
このような工程を経て、トレンチ１０３内に拡散層を形成した半導体装置が作成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図９（ａ）に、図８（ｂ）に示したトレンチ形成後の様子の部分拡大図を示し、図９（ｂ）に、図８（ｃ）に示すエピタキシャル膜形成時の様子を示す。
【０００６】
上記従来の方法では、トレンチ形成用マスクと平坦化研磨時のストッパーとを兼用させているため、トレンチ形成時に用いたシリコン酸化膜１０２をそのまま用いて、シリコン酸化膜１０２上にエピタキシャル成長を行うようにしている。
【０００７】
しかしながら、図８（ｂ）に示す工程の際にトレンチ１０３の開口幅がマスクとして用いたシリコン酸化膜１０２の開口幅よりも広くなるために、図９（ａ）に示されるようにシリコン酸化膜１０２がトレンチ内壁面よりも突出し、ひさし１０２ａが形成されてしまう。このため、図８（ｃ）に示す工程においてエピタキシャル成長を行うと、シリコン酸化膜１０２のうちのひさし１０２ａにポリシリコンが成長し、エピタキシャル膜１０４の結晶性が低下すると共に、ポリシリコンの成長レートが単結晶シリコンよりも大きいことから、図９（ｂ）の斜線部で示すようにトレンチ１０３の入口がポリシリコン１０５で塞がってしまい、「す」と呼ばれる空洞状の埋め込み不良が発生する。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、トレンチ内を埋め込むエピタキシャル膜の結晶性を良好にすると共に、「す」と呼ばれる空洞状の埋め込み不良を抑制することを目的とする。
【０００９】
【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乃至４に記載の発明では、半導体基板（２１、３１、４１）を用意する工程と、半導体基板の表面上に第１マスク材（２２、３２、４２）を配置する工程と、第１マスク材の上に保護膜（２３、３３、４３）を配置する工程と、保護膜の所定領域に開口部を形成すると共に、第１マスク材の所定領域に開口部を形成する工程と、保護膜と第１マスク材に形成された各開口部を通じて半導体基板をエッチングし、半導体基板にトレンチ（２５、３５、４５）を形成する工程と、トレンチを形成したのち保護膜で覆った状態で第１マスク材をエッチングし、第１マスク材に形成された開口部の開口幅をトレンチの開口幅よりも広げ、第１マスク材の開口端をトレンチの内壁面よりも後退させる工程と、トレンチ内を含み、半導体基板の上にエピタキシャル膜を成長させる工程と、エピタキシャル膜の表面を平坦化する工程とを有することを特徴としている。
【００１２】
このように、保護膜で覆った状態で第１のマスク材をエッチングすることにより、第１マスク材に形成された開口部の開口幅をトレンチの開口幅よりも広げ、第１マスク材の開口端をトレンチの内壁面よりも後退させることができる。このため、トレンチのエッジ部を露出させることができ、半導体基板上にエピタキシャル膜を成長させてもトレンチの入口付近においても単結晶が形成されるようにできる。これにより、第１マスク材の膜厚を減らすことなく、エピタキシャル膜の結晶性を向上することができると共に、トレンチ内に「す」と呼ばれる空洞状の埋め込み不良が発生することを抑制することができる。
【００１８】
具体的には、請求項１に記載の発明では、保護膜と第１マスク材に開口部を形成する工程において、第２マスク材及び保護膜に対して保護膜の途中までエッチングしたのち、第２マスク材をエッチングして第２マスク材に形成された開口部の開口幅を広げ、その後、第２マスク材、保護膜及び第１マスク材をエッチングすれば、第１マスク材に対して開口部を形成できると共に、保護膜に対して第１マスク材の開口部よりも大きな開口幅の開口部を形成している。
【００１９】
請求項２に記載の発明においては、第１マスク材（３２）上に保護膜としてポリシリコン膜（３３）を配置したのち、さらにポリシリコン膜上に第２マスク材（３４）を配置する工程を有し、保護膜と第１マスク材に開口部を形成する工程において、第２マスク材、ポリシリコン膜及び第１マスク材それぞれに開口部を形成し、トレンチ形成工程において、トレンチ（３５）を形成すると共に、ポリシリコン膜を開口部の開口端からエッチングすることを特徴としている。
【００２０】
このように、保護膜としてポリシリコン膜を用いれば、トレンチ形成工程時にポリシリコン膜もエッチングされ、ポリシリコン膜の開口端がトレンチの内壁面よりも後退する。このため、ポリシリコン膜で覆われた状態で第１マスク材をエッチングすれば、容易に第１マスク材の開口端を後退させることができる。
【００２１】
また、請求項３に示すように、第２マスク材とポリシリコン膜それぞれに開口部を形成すると共に、第１マスク材を途中までエッチングしたのち、熱処理を行い、ポリシリコン膜を開口部の開口端から熱酸化すれば、ポリシリコン膜の端部がトレンチの内壁面よりも後退するため、請求項２と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
なお、第２マスク材としてシリコン酸化膜を用いる場合には、ポリシリコン膜上にシリコン酸化膜をデポジションしてもよいが、請求項４に示すようにポリシリコン膜を酸化することによって該シリコン酸化膜を形成してもよい。
【００２３】
請求項５に記載の発明においては、シリコン基板（５１）上に埋め込みシリコン酸化膜（５３）とシリコンからなるＳＯＩ層（５２）が順に積層されたＳＯＩ基板を用意する工程と、ＳＯＩ層の上にマスクシリコン酸化膜（５４）を配置する工程と、マスクシリコン酸化膜、ＳＯＩ層及び埋め込みシリコン酸化膜を共にエッチングすることにより、マスクシリコン酸化膜、ＳＯＩ層及び埋め込みシリコン酸化膜に開口部を形成する工程と、開口部を通じてシリコン基板をエッチングし、シリコン基板にトレンチ（５５）を形成すると共に、ＳＯＩ層を開口部の開口端からエッチングする工程と、マスクシリコン酸化膜及び埋め込みシリコン酸化膜をエッチングし、埋め込みシリコン酸化膜の開口部の開口端をトレンチの内壁面よりも後退させる工程と、トレンチ内を含み、半導体基板の上にエピタキシャル膜を成長させる工程と、エピタキシャル膜の表面を平坦化する工程とを有することを特徴としている。
【００２４】
このように、ＳＯＩ基板を用いた場合においても、保護膜を構成するＳＯＩ層がトレンチエッチング時にエッチングされるため、請求項２と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
なお、この場合、請求項６に示すように面方位が（１１０）方向を有するシリコン基板によってＳＯＩ層を形成すれば、埋め込みシリコン酸化膜の後退量を制御性良く調整することができる。
【００２６】
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。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に、本発明の一実施形態を適用した半導体装置の製造工程を示す。以下、図１に基づいて本実施形態における半導体装置の製造方法を説明する。
【００２８】
〔図１（ａ）に示す工程〕
まず、面方位が（１１０）方向を成すシリコン基板１を用意する。続いて、パット酸化によってシリコン基板１上に約４２５Å程度の膜厚のシリコン酸化膜を形成したのち、さらに、約１７０００Å程度の厚さのシリコン酸化膜をデポジションすることでマスクとなるシリコン酸化膜２を形成する。その後、Ｎ2雰囲気中でアニール処理を行う。このシリコン酸化膜２がマスク材に相当する。
【００２９】
〔図１（ｂ）に示す工程〕
ドライエッチングによってシリコン酸化膜２をパターニングし、トレンチ形成予定領域上においてシリコン酸化膜２を開口させる。
【００３０】
〔図１（ｃ）に示す工程〕
シリコン酸化膜２をマスクとしたエッチングを施し、シリコン基板１に深さ約３５μｍのトレンチ３を形成する。例えば、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、エッチングレートが１．４μｍ／ｍｉｎ程度となるウェットエッチングを２５ｍｉｎの時間行う。
【００３１】
これにより、トレンチ３が形成されると共に、ウェットエッチングによる横方向エッチングによって、トレンチ３の開口幅がマスクとなるシリコン酸化膜２の開口幅よりも広くなってひさしができる。
【００３２】
このときシリコン酸化膜２がトレンチ３の内壁面よりも突出した量をひさし量Ｓと定義すると、本実施形態のようにトレンチ３の深さを約３５μｍとした場合、ひさし量Ｓは０．５３μｍ程度となった。
【００３３】
なお、この水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液はシリコンとシリコン酸化膜との選択比が高いエッチング液である。例えば、マスク材料としてシリコン酸化膜を用い、９０℃、濃度２２ｗｔ．％の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いた場合、シリコンとシリコン酸化膜の選択比が約１／２０００となる。
【００３４】
〔図１（ｄ）に示す工程〕
シリコン酸化膜２をエッチングし、シリコン酸化膜２の開口幅がトレンチ３の開口幅よりも広くなるようにし、シリコン酸化膜２の開口端をトレンチ３の内壁面よりも後退させる。
【００３５】
例えば、濃度が１／５０となるフッ酸（ＨＦ）を用いて１６０ｍｉｎの時間エッチングを行うと、シリコン酸化膜２の開口端をトレンチ３の内壁面から０．３７μｍ後退させることができる。
【００３６】
この後、上述した従来方法と同様に、エピタキシャル成長によりトレンチ３内を不純物がドーピングされたエピタキシャル膜で埋め込む（図８（ｃ）参照）。
【００３７】
このとき、本実施形態では、シリコン酸化膜２の開口端をトレンチ３の内壁面よりも後退させ、トレンチ３のエッジ部を露出させているため、トレンチ３の入口付近においても単結晶シリコンが形成されるようにできる。
【００３８】
これにより、トレンチ３の入口付近におけるエピタキシャル膜の結晶性を向上することができる。
【００３９】
また、単結晶シリコンの成長レートがポリシリコンの成長レートよりも遅く、トレンチ３の入口付近に単結晶シリコンが形成されても、単結晶シリコンによってトレンチ３が塞がれないため、トレンチ３内に「す」と呼ばれる空洞状の埋め込み不良が発生することを抑制できる。
【００４０】
なお、この後、シリコン酸化膜２をストッパーとした平坦化研磨を行い、エピタキシャル膜を平坦化する（図８（ｄ）参照）ことによって、トレンチ３内を拡散層で埋め込んだ半導体装置が形成される。
【００４１】
（第２実施形態）
図２に、本発明の第２実施形態を適用した半導体装置の製造工程を示す。以下、図２に基づいて本実施形態における半導体装置の製造方法を説明する。
【００４２】
〔図２（ａ）に示す工程〕
まず、面方位が（１１０）方向を成すシリコン基板１１を用意する。続いて、パット酸化によってシリコン基板１１上に約４２５Å程度の膜厚のシリコン酸化膜を形成したのち、さらに、約８０００Å程度の厚さのシリコン酸化膜をデポジションすることで第１マスク材としてのシリコン酸化膜１２を形成する。
【００４３】
続いて、シリコン酸化膜１２上に、保護膜としてのシリコン窒化膜１３を厚さ約１５００Å程度でデポジションする。その後、Ｎ2雰囲気中でアニール処理を行う。
【００４４】
このように、シリコン酸化膜１２上にシリコン窒化膜１３を配置することにより、後工程でシリコン酸化膜１２のひさしをエッチングにより後退させるときに、シリコン酸化膜１２の膜厚は保護膜のシリコン窒化膜１３により減少しないため、シリコン酸化膜１２の膜厚を厚くする必要がなく、ウェハの反りを抑制できる。
【００４５】
〔図２（ｂ）に示す工程〕
ドライエッチングによってシリコン酸化膜１２及びシリコン窒化膜１３をパターニングし、トレンチ形成予定領域上においてシリコン酸化膜１２及びシリコン窒化膜１３を開口させる。
【００４６】
〔図２（ｃ）に示す工程〕
シリコン酸化膜１２及びシリコン窒化膜１３をマスクとしたエッチングを施し、シリコン基板１１に深さ約３５μｍのトレンチ１４を形成する。例えば、９０℃、濃度２２ｗｔ．％のＴＭＡＨ水溶液を用い、エッチングレートが１．４μｍ／ｍｉｎ程度となるウェットエッチングを２５ｍｉｎの時間行う。
【００４７】
これにより、トレンチ１４が形成されると共に、ウェットエッチングによる横方向エッチングによって、トレンチ１４の開口幅がマスクとなるシリコン酸化膜１２の開口幅よりも広くなってひさしができる。
【００４８】
本実施形態のようにトレンチ１４の深さを約３５μｍとした場合、第１実施形態と同様にひさし量Ｓは０．５３μｍ程度となった。
【００４９】
〔図２（ｄ）に示す工程〕
シリコン窒化膜１３をマスクとした状態で、シリコン酸化膜１２をエッチングする。これにより、シリコン酸化膜１２の開口端からのみエッチングが行われ、シリコン酸化膜１２の開口幅がトレンチ１４の開口幅よりも広くなって、シリコン酸化膜１２の開口端がトレンチ１４の内壁面よりも後退する。
【００５０】
例えば、濃度が１／５０となるフッ酸を用いて１７０ｍｉｎの時間エッチングを行うと、シリコン酸化膜１２の開口端をトレンチ１４の内壁面から０．４μｍ後退させることができる。
【００５１】
〔図２（ｅ）に示す工程〕
リン酸によりシリコン窒化膜１３を除去する。これにより、トレンチ１４のエッジ部が露出する。
【００５２】
この後、上述した従来方法と同様に、エピタキシャル成長により不純物がドーピングされたエピタキシャル膜でトレンチ１４内を埋め込む（図８（ｃ）参照）。
【００５３】
このとき、本実施形態では、シリコン酸化膜１２の開口端をトレンチ１４の内壁面よりも後退させ、トレンチ１４のエッジ部を露出させているため、トレンチ１４の入口付近においても単結晶シリコンが形成されるようにできる。
【００５４】
これにより、第１実施形態と同様に、トレンチ１４の入口付近におけるエピタキシャル膜の結晶性を向上することができると共に、トレンチ１４内に「す」と呼ばれる空洞状の埋め込み不良が発生することを抑制できる。
【００５５】
なお、この後、シリコン酸化膜１２をストッパーとした平坦化研磨を行い、エピタキシャル膜を平坦化する（図８（ｄ）参照）ことによって、トレンチ１４内を拡散層で埋め込んだ半導体装置が形成される。
【００５６】
（第３実施形態）
図３に、本発明の第３実施形態を適用した半導体装置の製造工程を示す。以下、図３に基づいて本実施形態における半導体装置の製造方法を説明する。
【００５７】
〔図３（ａ）に示す工程〕
まず、面方位が（１１０）方向を成すシリコン基板２１を用意する。続いて、パット酸化によってシリコン基板２１上に約４２５Å程度の膜厚のシリコン酸化膜を形成したのち、さらに、約８０００Å程度の厚さのシリコン酸化膜をデポジションすることで第１マスク材としてのシリコン酸化膜２２を形成する。
【００５８】
続いて、シリコン酸化膜２２上に、保護膜としてのシリコン窒化膜２３を厚さ約１５００Å程度でデポジションする。さらにシリコン窒化膜２３上に、第２マスク材としてのシリコン酸化膜２４を厚さ１００００Å程度でデポジションしたのち、Ｎ2雰囲気でのアニール処理を行う。
【００５９】
〔図３（ｂ）に示す工程〕
ドライエッチングによってシリコン窒化膜２３及びシリコン酸化膜２４をパターニングし、トレンチ形成予定領域上においてシリコン酸化膜２４を開口させると共に、シリコン窒化膜２３を途中までエッチングする。
【００６０】
〔図３（ｃ）に示す工程〕
シリコン酸化膜２４をエッチングし、シリコン酸化膜２４の開口幅を広げる。例えば、濃度が１／５０となるフッ酸を用いて１８０ｍｉｎの時間エッチングする。
【００６１】
これにより、シリコン窒化膜２３の露出面積が広がり、シリコン窒化膜２３エッチングされた領域とシリコン酸化膜２４の開口部とによる段差が形成される。
【００６２】
〔図３（ｄ）に示す工程〕
ドライエッチングを施し、シリコン酸化膜２４、シリコン窒化膜２３及びシリコン酸化膜２２をエッチングする。
【００６３】
このとき、図３（ｃ）に示す工程において、シリコン酸化膜２４及びシリコン窒化膜２３による段差が形成されるようにしているため、シリコン酸化膜２２はトレンチ形成予定領域上において開口し、シリコン窒化膜２３はシリコン酸化膜２２よりも幅広に開口する。
【００６４】
〔図３（ｅ）に示す工程〕
シリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３をマスクとしたエッチングを施し、シリコン基板２１に深さ約３５μｍのトレンチ２５を形成する。例えば、９０℃、濃度２２ｗｔ．％のＴＭＡＨ水溶液を用い、エッチングレートが１．４μｍ／ｍｉｎ程度となるウェットエッチングを２５ｍｉｎの時間行う。
【００６５】
これにより、トレンチ２５が形成されると共に、ウェットエッチングによる横方向エッチングによって、トレンチ２５の開口幅がマスクとなるシリコン酸化膜２２の開口幅よりも広くなってひさしができる。
【００６６】
本実施形態のようにトレンチ２５の深さを約３５μｍとした場合、第１実施形態と同様にひさし量Ｓは０．５３μｍ程度となった。
【００６７】
〔図３（ｆ）に示す工程〕
シリコン窒化膜２３をマスクとした状態で、シリコン酸化膜２２をエッチングする。これにより、シリコン酸化膜２２がシリコン窒化膜２３の開口端近傍まで後退し、シリコン酸化膜２２の開口幅がトレンチ２５の開口幅よりも広くなる。
【００６８】
例えば、濃度が１／５０となるフッ酸を用いて１８０ｍｉｎの時間エッチングを行うと、シリコン酸化膜２２の開口端をトレンチ２５の内壁面から０．３７μｍ後退させることができる。
【００６９】
この後、上述した従来方法と同様に、エピタキシャル成長により不純物がドーピングされたエピタキシャル膜でトレンチ２５内を埋め込む（図８（ｃ）参照）。
【００７０】
このとき、本実施形態では、シリコン酸化膜２２の開口端をトレンチ２５の内壁面よりも後退させ、トレンチ２５のエッジ部を露出させているため、トレンチ２５の入口付近においても単結晶シリコンが形成されるようにできる。
【００７１】
これにより、第１実施形態と同様に、トレンチ２５の入口付近におけるエピタキシャル膜の結晶性を向上することができると共に、トレンチ２５内に「す」と呼ばれる空洞状の埋め込み不良が発生することを抑制できる。
【００７２】
また、第２実施形態では、図２（ｅ）に示す工程のようにリン酸によってシリコン窒化膜１３を除去する必要があるためシリコン基板１１の表面がリン酸に曝されることになるが、本実施形態ではそのような必要ないため、シリコン基板２１の表面がリン酸に曝されることはない。
【００７３】
なお、この後、シリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２３をストッパーとした平坦化研磨を行い、エピタキシャル膜を平坦化する（図８（ｄ）参照）ことによって、トレンチ２５内を拡散層で埋め込んだ半導体装置が形成される。
【００７４】
このとき、シリコン窒化膜２３をストッパーとして用いることができるため、平坦化研磨時におけるストッパー機能を向上させることも可能となる。
【００７５】
（第４実施形態）
図４に、本発明の第４実施形態を適用した半導体装置の製造工程を示す。以下、図４に基づいて本実施形態における半導体装置の製造方法を説明する。
【００７６】
〔図４（ａ）に示す工程〕
まず、面方位が（１１０）方向を成すシリコン基板３１を用意する。続いて、パット酸化によってシリコン基板３１上に約４２５Å程度の膜厚のシリコン酸化膜を形成したのち、さらに、約８０００Å程度の厚さのシリコン酸化膜をデポジションすることで第１マスク材としてのシリコン酸化膜３２を形成する。
【００７７】
続いて、シリコン酸化膜３２上に、保護膜としてのポリシリコン膜３３を厚さ約１５００Å程度でデポジションする。さらにポリシリコン膜３３上に、第２マスク材としてのシリコン酸化膜３４を厚さ３０００Å程度でデポジションしたのち、Ｎ2雰囲気でのアニール処理を行う。
【００７８】
〔図４（ｂ）に示す工程〕
ドライエッチングによってシリコン酸化膜３２、ポリシリコン膜３３及びシリコン酸化膜３４をパターニングし、トレンチ形成予定領域上において各膜３２〜３４を開口させる。
【００７９】
〔図４（ｃ）に示す工程〕
シリコン酸化膜３２、ポリシリコン膜３３及びシリコン酸化膜３４をマスクとしたエッチングを施し、シリコン基板３１に深さ約３５μｍのトレンチ３５を形成する。例えば、９０℃、濃度２２ｗｔ．％のＴＭＡＨ水溶液を用い、エッチングレートが１．４μｍ／ｍｉｎ程度となるウェットエッチングを２５ｍｉｎの時間行う。
【００８０】
これにより、トレンチ３５が形成されると共に、ウェットエッチングによる横方向エッチングによって、トレンチ３５の開口幅がマスクとなるシリコン酸化膜３２の開口幅よりも広くなってひさしができる。
【００８１】
本実施形態のようにトレンチ３５の深さを約３５μｍとした場合、第１実施形態と同様にひさし量Ｓは０．５３μｍ程度となった。
【００８２】
さらに、シリコン酸化膜３２とシリコン酸化膜３４との間に挟まれたポリシリコン膜３３も開口端からエッチングされ、ポリシリコン膜３３の開口幅がトレンチ３５の開口幅より広がる。
【００８３】
〔図４（ｄ）に示す工程〕
ポリシリコン膜３３をマスクとした状態で、シリコン酸化膜３４及びシリコン酸化膜３２をエッチングする。これにより、シリコン酸化膜３４が除去されると共に、シリコン酸化膜３２がポリシリコン膜３３の開口端近傍まで後退し、シリコン酸化膜３２の開口幅がトレンチ３５の開口幅よりも広くなる。
【００８４】
例えば、濃度が１／５０となるフッ酸を用いて１８０ｍｉｎの時間エッチングを行うと、シリコン酸化膜３２の開口端をトレンチ２５の内壁面から０．４μｍ後退させることができる。
【００８５】
この後、上述した従来方法と同様に、エピタキシャル成長により不純物がドーピングされたエピタキシャル膜でトレンチ２５内を埋め込む（図８（ｃ）参照）。
【００８６】
このとき、本実施形態では、シリコン酸化膜３２の開口端をトレンチ３５の内壁面よりも後退させ、トレンチ３５のエッジ部を露出させているため、トレンチ３５の入口付近においても単結晶シリコンが形成されるようにできる。
【００８７】
これにより、第１実施形態と同様に、トレンチ３５の入口付近におけるエピタキシャル膜の結晶性を向上することができると共に、トレンチ３５内に「す」と呼ばれる空洞状の埋め込み不良が発生することを抑制できる。
【００８８】
また、本実施形態においてもポリシリコン膜３３を除去する必要がないため、シリコン基板２１の表面がリン酸に曝されることはない。
【００８９】
なお、この後、シリコン酸化膜３２をストッパーとした平坦化研磨を行い、エピタキシャル膜を平坦化する（図８（ｄ）参照）ことによって、トレンチ３５内を拡散層で埋め込んだ半導体装置が形成される。
【００９０】
（第５実施形態）
図５に、本発明の第５実施形態を適用した半導体装置の製造工程を示す。以下、図５に基づいて本実施形態における半導体装置の製造方法を説明する。
【００９１】
〔図５（ａ）に示す工程〕
まず、面方位が（１１０）方向を成すシリコン基板４１を用意する。続いて、パット酸化によってシリコン基板４１上に約４２５Å程度の膜厚のシリコン酸化膜を形成したのち、さらに、約８０００Å程度の厚さのシリコン酸化膜をデポジションすることで第１マスク材としてのシリコン酸化膜４２を形成する。
【００９２】
続いて、シリコン酸化膜４２上に、保護膜としてのポリシリコン４３を厚さ約１５００Å程度でデポジションする。さらにポリシリコン膜４３を熱酸化したり、若しくはポリシリコン膜４３上にデポジションすることによって第２マスク材としてのシリコン酸化膜４４を厚さ約３０００Å程度形成したのち、Ｎ2雰囲気でのアニール処理を行う。
【００９３】
〔図５（ｂ）に示す工程〕
ドライエッチングによってシリコン酸化膜４２、ポリシリコン膜４３及びシリコン酸化膜４４をパターニングし、トレンチ形成予定領域上においてポリシリコン膜４３及びシリコン酸化膜４４を開口させると共に、シリコン酸化膜４２を途中まで除去する。
【００９４】
〔図５（ｃ）に示す工程〕
熱処理を施し、ポリシリコン膜４３の開口端を熱酸化させる。これにより、ポリシリコン膜４３の端部の幅が広がる。
【００９５】
〔図５（ｄ）に示す工程〕
ドライエッチングにより、シリコン基板４１が露出するまでシリコン酸化膜４２をエッチングし、トレンチ形成予定領域上においてシリコン酸化膜４２を開口させる。
【００９６】
〔図５（ｅ）に示す工程〕
シリコン酸化膜４２、ポリシリコン膜４３及びシリコン酸化膜４４をマスクとしたエッチングを施し、シリコン基板４１に深さ約３５μｍのトレンチ４５を形成する。例えば、９０℃、濃度２２ｗｔ．％のＴＭＡＨ水溶液を用い、エッチングレートが１．４μｍ／ｍｉｎ程度となるウェットエッチングを２５ｍｉｎの時間行う。
【００９７】
これにより、トレンチ４５が形成されると共に、ウェットエッチングによる横方向エッチングによって、トレンチ４５の開口幅がマスクとなるシリコン酸化膜４２の開口幅よりも広くなってひさしができる。
【００９８】
本実施形態のようにトレンチ４５の深さを約３５μｍとした場合、第１実施形態と同様にひさし量Ｓは０．５３μｍ程度となった。
【００９９】
〔図５（ｆ）に示す工程〕
シリコン酸化膜４４及びシリコン酸化膜４２をエッチングする。これにより、シリコン酸化膜４４が除去されると共に、シリコン酸化膜４２がポリシリコン膜４３の開口端近傍まで後退し、シリコン酸化膜４２の開口幅がトレンチ４５の開口幅よりも広くなる。
【０１００】
例えば、濃度が１／５０となるフッ酸を用いて１８０ｍｉｎの時間エッチングを行うと、シリコン酸化膜４２の開口端をトレンチ２５の内壁面から０．４μｍ後退させることができる。
【０１０１】
この後、上述した従来方法と同様に、エピタキシャル成長により不純物がドーピングされたエピタキシャル膜でトレンチ２５内を埋め込む（図８（ｃ）参照）。
【０１０２】
このとき、本実施形態では、シリコン酸化膜４２の開口端をトレンチ４５の内壁面よりも後退させ、トレンチ４５のエッジ部を露出させているため、トレンチ４５の入口付近においても単結晶シリコンが形成されるようにできる。
【０１０３】
これにより、第１実施形態と同様に、トレンチ４５の入口付近におけるエピタキシャル膜の結晶性を向上することができると共に、トレンチ４５内に「す」と呼ばれる空洞状の埋め込み不良が発生することを抑制できる。
【０１０４】
また、ポリシリコン膜４３のうち熱酸化された領域のみが図５（ｆ）に示す工程で除去されることになるため、熱酸化に応じてポリシリコン膜４３の後退量を制御することが可能である。
【０１０５】
なお、この後、シリコン酸化膜４２をストッパーとした平坦化研磨を行い、エピタキシャル膜を平坦化する（図８（ｄ）参照）ことによって、トレンチ４５内を拡散層で埋め込んだ半導体装置が形成される。
【０１０６】
（第６実施形態）
図６に、本発明の第６実施形態を適用した半導体装置の製造工程を示す。以下、図６に基づいて本実施形態における半導体装置の製造方法を説明する。
【０１０７】
〔図６（ａ）に示す工程〕
まず、面方位が（１１０）方向を成す２枚のシリコン基板５１、５２を用意し、埋め込みシリコン酸化膜５３を介して２枚のシリコン基板５１、５２を貼り合わせ、ＳＯＩ基板を構成する。このＳＯＩ基板のうちの埋め込みシリコン酸化膜５３が第１マスク材に相当し、シリコン基板５２が保護膜に相当する。
【０１０８】
そして、一方のシリコン基板５２を研磨等によって薄肉化させ、ＳＯＩ層を構成する。以下、シリコン基板５２をＳＯＩ層という。
【０１０９】
なお、ＳＯＩ層５２を構成するシリコン基板も面方位が（１１０）方向となるようにしているが、このようなシリコン基板は、後述するトレンチエッチング時に用いる水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液によって制御性良くエッチングされるため、ＳＯＩ層５２の後退量を制御性良く調整することが可能となる。
【０１１０】
〔図６（ｂ）に示す工程〕
続いて、ＳＯＩ層５２の表面を熱酸化する。これにより、第２マスク材としてのシリコン酸化膜５４と埋め込みシリコン酸化膜５３によってＳＯＩ層５２が挟まれた状態になる。
【０１１１】
〔図６（ｃ）に示す工程〕
シリコン酸化膜５４、ＳＯＩ層５２及び埋め込みシリコン酸化膜５３をパターニングし、トレンチ形成予定領域上において各膜５２〜５４を開口させる。
【０１１２】
〔図６（ｄ）に示す工程〕
シリコン酸化膜５４、ＳＯＩ層５２及び埋め込みシリコン酸化膜５３をマスクとしたエッチングを施し、シリコン基板５１に深さ約３５μｍのトレンチ５５を形成する。例えば、９０℃、濃度２２ｗｔ．％のＴＭＡＨ水溶液を用い、エッチングレートが１．４μｍ／ｍｉｎ程度となるウェットエッチングを２５ｍｉｎの時間行う。
【０１１３】
これにより、トレンチ５５が形成されると共に、ウェットエッチングによる横方向エッチングによって、トレンチ５５の開口幅がマスクとなる埋め込みシリコン酸化膜５３の開口幅よりも広くなってひさしができる。
【０１１４】
本実施形態のようにトレンチ５５の深さを約３５μｍとした場合、第１実施形態と同様にひさし量Ｓは０．５３μｍ程度となった。
【０１１５】
さらに、埋め込みシリコン酸化膜５３とシリコン酸化膜５４との間に挟まれたＳＯＩ層５２も開口端からエッチングされる。
【０１１６】
〔図６（ｅ）に示す工程〕
シリコン酸化膜５４及び埋め込みシリコン酸化膜５３をエッチングする。これにより、シリコン酸化膜５４が除去されると共に、埋め込みシリコン酸化膜５３が開口端からエッチングされ、埋め込みシリコン酸化膜５３の開口幅がトレンチ５５の開口幅よりも広くなる。
【０１１７】
例えば、濃度が１／５０となるフッ酸を用いて１８０ｍｉｎの時間エッチングを行うと、埋め込みシリコン酸化膜５３の開口端をトレンチ５５の内壁面から０．４μｍ後退させることができる。
【０１１８】
この後、上述した従来方法と同様に、エピタキシャル成長により不純物がドーピングされたエピタキシャル膜でトレンチ５５内を埋め込む（図８（ｃ）参照）。
【０１１９】
このとき、本実施形態では、埋め込みシリコン酸化膜５３の開口端をトレンチ５５の内壁面よりも後退させ、トレンチ５５のエッジ部を露出させているため、トレンチ５５の入口付近においても単結晶シリコンが形成されるようにできる。
【０１２０】
これにより、第１実施形態と同様に、トレンチ５５の入口付近におけるエピタキシャル膜の結晶性を向上することができると共に、トレンチ５５内に「す」と呼ばれる空洞状の埋め込み不良が発生することを抑制できる。
【０１２１】
なお、この後、埋め込みシリコン酸化膜５３をストッパーとした平坦化研磨を行い、エピタキシャル膜を平坦化する（図８（ｄ）参照）ことによって、トレンチ５５内を拡散層で埋め込んだ半導体装置が形成される。
【０１２２】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、トレンチの深さが３５μｍとなる場合を例に挙げて説明したが、トレンチ深さはシリコン基板上に作成するデバイスに応じて設定すればよく、どのような深さであっても本実施形態を適用することが可能である。
【０１２３】
例えば、第１実施形態の場合には、トレンチ深さとひさし量の関係が図７のように表される。この図に示されるように、トレンチの深さが深くなるほどひさし量が大きくなるが、ひさし量を考慮してマスクとなるシリコン酸化膜の後退量を適宜設定すればよい。
【０１２４】
また、上記各実施形態では、シリコン酸化膜２、１２、２２、３２、４２、５２が残された状態でエピタキシャル膜を成長させるようにしているが、シリコン酸化膜２等を完全に除去するようにしてもよい。
【０１２５】
但し、この場合には、エピタキシャル膜を平坦化する際のストッパーがなくなるため、平坦化工程の研磨時間等を適宜調整することによってエピタキシャル膜の膜厚等を制御する必要がある。
【０１２６】
なお、トレンチを複数配置する場合には、複数配置されるトレンチの間の間隔に基づいて、シリコン酸化膜の開口端がトレンチの内壁面よりも後退する量を設定し、トレンチの間においてはシリコン酸化膜がすべてエッチングされるようにし、トレンチが形成されない領域にシリコン酸化膜が残るようにしてもよい。
【０１２７】
また、第３実施形態では、シリコン窒化膜２３上にシリコン酸化膜２４を配置し、シリコン窒化膜２３を途中までエッチングすることで段差を形成しているが、シリコン酸化膜２４に代えて、開口幅の異なるマスクを２枚用いることによって段差を形成することも可能である。
【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装置の製造工程を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態における半導体装置の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態における半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態における半導体装置の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第５実施形態における半導体装置の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の第６実施形態における半導体装置の製造工程を示す図である。
【図７】トレンチ深さとひさし量の関係を示す図表である。
【図８】従来における半導体装置の製造工程を示す図である。
【図９】（ａ）は、図８（ｂ）に示したトレンチ形成後の様子の部分拡大図を示し、（ｂ）は、図８（ｃ）に示すエピタキシャル膜形成時の様子を示す図である。
【符号の説明】
１…シリコン基板、２…シリコン酸化膜、３…トレンチ、１１…シリコン基板、１２…シリコン酸化膜、１３…シリコン窒化膜、１４…トレンチ。
【図１】
0004415457.tif 000002
【図２】
0004415457.tif 000003
【図３】
0004415457.tif 000004
【図４】
0004415457.tif 000005
【図５】
0004415457.tif 000006
【図６】
0004415457.tif 000007
【図７】
0004415457.tif 000008
【図８】
0004415457.tif 000009
【図９】
0004415457.tif 000010