(57)【要約】【課題】開口率が１０％以上５０％以下で、深さが２０μｍ以上１５０μｍのトレンチを有する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板の表面に順に形成した酸化膜と金属膜とをトレンチマスクとしてトレンチを形成する工程と、この工程の後に半導体基板の表面にゲート酸化膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法とする。さらに、前記のトレンチを形成する工程の後に、前記金属膜を除去した後、前記トレンチの内壁を等方性エッチングする工程を有することが望ましい。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に順に形成した酸化膜と金属膜とをトレンチマスクとして、開口率が１０％以上５０％以下であり、深さが２０μｍ以上１５０μｍ以下であるトレンチを形成する工程と、この工程の後に半導体基板の表面にゲート酸化膜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】
前記のトレンチを形成する工程の後に、前記金属膜を除去した後、前記トレンチの内壁を等方性エッチングする工程を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記等方性エッチングの方法が、酸化剤による前記トレンチの内壁への酸化膜の形成とＨＦによる酸化膜の除去とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記等方性エッチングの方法が、少なくともＣＦ４ガスとＯ２ガスを用いるケミカルドライエッチング法であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記等方性エッチングにおいて、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの流量比が、１：０．５以上１：１．５以下であり、かつ半導体基板の温度が６０℃以上であることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記金属膜がＡｌであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項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、トレンチを半導体基板に形成する半導体装置の製造方法に関し、特に、ＭＯＳＦＥＴ等の高耐圧デバイスにおいて深く、開口率の大きいトレンチを半導体基板に形成する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から半導体基板の表面にトレンチを形成しＭＯＳＦＥＴ等の高耐圧デバイスを製造する方法が知られている。この製造方法では、トレンチの深さは１０μｍ以下と浅く、半導体基板（ウエハ）の表面におけるトレンチ開口率は１０％より小さいものが主流であった。しかしながら、近年さらに高耐圧、低オン抵抗のデバイスが要求されるようになり、従来より深く、開口率の大きいトレンチを形成する方法が必要になっている。特に、近年実用化が進められている超接合（Ｓｕｐｅｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有するＭＯＳＦＥＴ等の半導体装置では、深さが２０〜１５０μｍ、開口率が１０〜５０％のトレンチを形成する必要がある。
深いトレンチをドライエッチングで形成する場合、半導体基板はプラズマ中に長時間曝されることになり、様々な問題が起きる。例えば、従来のように酸化膜をマスクとし、Ｓｉウエハ上にＳＦ６／Ｏ２ガス系プラズマを用いて深さ５０μｍのトレンチをエッチングする場合、マスクとの選択比が３０以上あったとしても酸化膜の厚さは２μｍ以上必要になる。厚い酸化膜を用いると、（１）酸化膜の成膜時間が長くコストが高くなる、（２）酸化膜のエッチング時間が長くコストが高くなる、（３）トレンチの幅のウエハ面内及びロット内での均一性が悪くなる、等の問題が生じる。
【０００３】
また、超接合構造、すなわちドリフト層としてｎ型半導体領域とｐ型半導体領域とを交互に並列配置した構造をトレンチエッチングとトレンチ埋め込みエピタキシャル成長で作製すると、トレンチのウエハ面内開口率は例えば５０％程度になる。エッチングされるトレンチの開口率が大きいと、Ｓｉのエッチングレートが落ち、対酸化膜のマスク選択比は更に低くなる。このため、マスクとして更に厚い酸化膜が必要になり、従来は厚さ約２．５μｍの酸化膜を成膜してトレンチマスクとして用いていた。その結果、コストが高くなるだけでなく、非常に厚い酸化膜をエッチングすることになる為、酸化膜にサイドエッチングが生じ、トレンチマスクの幅が本来設計したトレンチ幅より広くなる不具合も生じた。その為、設計値とデバイス性能との間にズレが生じ、デバイス特性にも悪影響を及ぼしていた。
【０００４】
以上のように、従来の浅く、開口率の小さいトレンチを形成する場合にはマスクとなる酸化膜の選択比が問題となることはなかったが、近年必要とされるようになった深く、開口率の大きいトレンチを形成する場合には問題となる。
これらの問題を解決するには、トレンチマスクの選択比を大きくする方法が考えられる。特許文献１には、トレンチを形成するマスクとして金属膜を用いる製造方法が開示されている。
【特許文献１】特公平６−６５２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属膜をマスクとしてトレンチエッチングを行うと、半導体基板の表面とトレンチ内壁に金属汚染が生じ、この汚染された半導体表面にゲート酸化膜を形成すると、所望のゲート特性を得られない等の不具合が生じる。その為、従来はゲート酸化膜形成前のトレンチエッチング工程で金属膜をマスクとして用いることはなかった。
本発明は、上述の様な深く、開口率の大きいトレンチを形成する場合の問題点を解決するものであり、その目的は、金属汚染によるデバイス特性の劣化がなく、コストの安いトレンチエッチングを実現することが可能な半導体装置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】
【０００６】
本発明は、ゲート酸化膜を有する半導体装置の製造方法において、半導体基板の表面における開口率が１０％以上５０％以下であり、深さが２０μｍ以上１５０μｍ以下であるトレンチを形成するトレンチマスクとして金属膜を用いることを特徴とする。
すなわち、上記の目的は、半導体基板の表面に順に形成した酸化膜と金属膜とをトレンチマスクとして、開口率が１０％以上５０％以下であり、深さが２０μｍ以上１５０μｍ以下であるトレンチを形成する工程と、この工程の後に半導体基板の表面にゲート酸化膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法により解決される。金属膜を用いることで酸化膜のみをマスクとする場合よりコストの安いトレンチエッチングを実現することが可能となる。
【０００７】
また、前記のトレンチを形成する工程の後に、前記金属膜を除去した後、前記トレンチの内壁を等方性エッチングする工程を有することが望ましい。この工程により金属汚染によるデバイス特性劣化をなくすことができる。
なお、ここで「開口率」とは、本発明の方法によりトレンチを形成する半導体基板の面の面積に対するトレンチ開口部の面積の割合をいう。
【発明の効果】
【０００８】
上述の様に、金属汚染によるデバイス特性劣化がなく、コストの安いトレンチエッチングを実現することが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の製造方法を示す模式的断面図である。図１（ａ）に示すように、半導体基板１上にトレンチマスク５となる酸化膜２と金属膜３をこの順に成膜し、さらにこれらをパターニングするためのレジスト４を形成する。半導体基板としては（１００）を主面とする一の導電型を有するＳｉ（シリコン）基板が好適である。超接合構造を形成する場合に、トレンチ内での半導体のエピタキシャル成長を円滑に行なうことができるからである。酸化膜と金属膜の厚さは形成するトレンチの深さにより適宜選択することができる。例えば、酸化膜と金属膜の厚さを夫々３０００Å、５０００Åとするとよい。また、金属膜としてはＡｌ（アルミニウム）膜が好適である。
次に、図１（ｂ）に示すように、金属膜３と酸化膜２をドライエッチングし、レジスト４を剥離して、トレンチマスク５を形成する。ドライエッチングには公知の方法を用いればよい。例えば金属膜がＡｌ膜の場合にはＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスを用いる異方性プラズマエッチングを用いることができる。また、Ｓｉ酸化膜のドライエッチングには、例えばＣＦ４、ＣＨＦ３とＡｒからなる混合ガスを用いた異方性プラズマエッチングを行えば良い。
【００１０】
次に、図１（ｃ）に示すように、トレンチマスク５を用いてトレンチ６を形成する。トレンチのエッチングには、例えばＳＦ６（六フッ化硫黄）とＯ２（酸素）の混合ガスを用いたＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）方式のプラズマエッチャーを用いれば良い。エッチングの条件はトレンチの深さ等により適宜選択することができる。例えばＳＦ６とＯ２の流量比は約１．０対０．８〜１．０対２．０であり、エッチングチャンバ内の圧力は約１５ｍＴｏｒｒ〜３５ｍＴｏｒｒ（約２Ｐａ〜５Ｐａ）であり、プラズマパワーは４００〜１２００Ｗであり、バイアスパワーは１００〜２００Ｗとするとよい。深さ５０μｍのトレンチを形成する場合には、ＳＦ６とＯ２の流量を夫々１００ｓｃｃｍ（標準状態での流量  ｃｍ３／ｍｉｎ）とし、プラズマパワーを８００Ｗ、バイアスパワーを１００Ｗ、エッチングチャンバ内の圧力を３Ｐａ、エッチング時間を３０分とする条件を用いる。なお、このトレンチのエッチング条件では、ＳＦ６とＯ２の流量比が重要である。Ｏ２の流量が前述の比率より多いとエッチングの際ＳｉＯｘ等のパーティクルが発生してトレンチ内壁に付着し、少ないとトレンチの内壁が荒れるからである。
【００１１】
続いて、図１（ｄ）に示すように酸化膜２が残るように金属膜３を除去する。金属膜がＡｌ膜の場合、除去方法としては、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）か、或いは硫酸過水（Ｈ２ＳＯ４とＨ２Ｏ２の混合液）によるウエットエッチングが適している。ウエットエッチングはＣＭＰよりコストが安く済む。しかし、エッチングレートが低い為、Ａｌの残膜厚が厚い場合は、ＣＭＰの方が好適である。ＣＭＰのスラリーとしては、アルミナ砥粒をｐＨ＝４の酸性研磨液に分散したものに酸化剤を加えて用いれば良い。
次にトレンチの側壁及び底面の金属汚染された領域７を除去する。この汚染はトレンチエッチングと金属膜除去の際、金属膜が飛散し、トレンチ内壁に付着することで生じるものである。トレンチ内には、この後、半導体をエピタキシャル成長させるので、このような汚染された領域を除去することが重要である。
【００１２】
金属汚染領域７を除去する方法としては、酸化剤により半導体基板１を強制酸化しトレンチ内に酸化膜を形成した後、この酸化膜をＨＦ（フッ酸）で除去する方法か、またはドライエッチング法を用いることができる。
前者の方法で用いる酸化剤は、半導体（シリコン）を酸化することのできるものであれば特に限定されないが、好適にはＳＣ−１（ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２とＨ２Ｏの混合液）、Ｈ２Ｏ２や硫酸過水を挙げることができる。
ＳＣ−１の薬液比率はトレンチ内壁の荒れ具合によって調整する必要があるが、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：５〜１：２：７の比率とすれば良く、その温度は７０℃以上とすればよい。好適には、その比率を１：１：５とするとよい。また、酸化された領域を除去するには濃度約０．５％のＨＦを用いることができる。
【００１３】
後者の方法としてはケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）法を用いる。これはトレンチ内壁を等方的にエッチングする必要があるためである。
ＣＤＥの条件として、用いるガスはＣＦ４（四フッ化炭素）とＯ２（酸素）の混合ガスが望ましく、その流量比率は１：０．５から１：１．５の範囲であり、好ましくは１：１である。また、半導体基板の温度は６０℃以上であり、７０℃以上とすることが望ましい。この条件でエッチングを行うと、酸化膜２（ＳｉＯ２）はエッチングされず、半導体（Ｓｉ）のみが等方性エッチングされる。なお、トレンチ内壁には、自然酸化膜など酸化膜系の異物やトレンチエッチングによって付着したＳｉＯｘ系の反応生成物が残存していることがある。これらの異物はマスクとなって等方性エッチングを阻害するので、エッチングを行う直前に、ＨＦで除去しておくことが望ましい。
【００１４】
以上説明した製造方法は、深いトレンチ６内に基板と導電型の異なる半導体をエピタキシャル成長させ超接合構造を形成する方法として好適である。酸化膜２の厚さを薄くすることができるため、基板の製造コストを約２０％削減する事ができるとともに、設計通りの幅のトレンチを形成することができる。また、エピタキシャル成長の際、マスク酸化膜２を残しておけば、トレンチ内部以外の領域に半導体が成長するのを防ぐことができる。
トレンチを形成した後のゲート酸化膜の形成等、半導体装置の製造には従来公知のものを用いることができる。
以上の方法により超接合構造を形成した半導体基板を用いて高耐圧ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等を作製すれば、トレンチ形成後にゲート酸化膜を形成する場合でも、金属汚染によるデバイス特性の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の製造工程を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  半導体基板
２  酸化膜
３  金属膜
４  レジスト
５  トレンチマスク
６  トレンチ
【図１】
2007088168.tif 000002