(57)【要約】【課題】簡易かつ精度よく、トレンチ側壁上部の窒化シリコン膜ライナーの除去を行うことができる、トレンチ素子分離領域の形成方法を提供する。【解決手段】本発明では、（ａ）半導体基板をエッチングして素子分離用トレンチを形成する工程と、（ｂ）得られた基板を覆うように第２窒化シリコン膜を形成する工程と、（ｃ）第２窒化シリコン膜を覆い、前記トレンチの途中の深さで埋め込みを終えるように第３酸化シリコン膜を異方性の成膜法によって形成する工程と、（ｄ）第３酸化シリコン膜を等方性エッチングし、トレンチ側壁上部の第２窒化シリコン膜が露出するまで除去する工程と、（ｅ）露出した第２窒化シリコン膜をエッチングして除去する工程を備える方法によって、トレンチ側壁上部の窒化シリコン膜ライナーの除去を行う。【選択図】図１
2007173383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体基板に素子分離用トレンチ形成のための窓を有する第１酸化シリコン膜及び第１窒化シリコン膜を含むパターンをマスクとして、半導体基板をエッチングして素子分離用トレンチを形成する工程と、
（ｂ）前記トレンチ内に露出したシリコン基板表面に第２酸化シリコン膜を形成し、更に第２酸化シリコン膜及び前記パターン表面に第２窒化シリコン膜を形成する工程と、
（ｃ）第２窒化シリコン膜を覆い、前記トレンチの途中の深さで埋め込みを終えるように第３酸化シリコン膜を異方性の成膜法によって形成する工程と、
（ｄ）第３酸化シリコン膜を等方性エッチングし、トレンチ側壁上部の第２窒化シリコン膜が露出するまで除去する工程と、
（ｅ）露出した第２窒化シリコン膜をエッチングして除去する工程と、
（ｆ）前記トレンチを埋め込むように第４酸化シリコン膜を形成する工程と、
（ｇ）第２又は第１窒化シリコン膜をストッパとして、第４酸化シリコン膜を平坦化する工程と、
（ｈ）第２及び第１窒化シリコン膜、又は第１窒化シリコン膜をエッチングして除去してトレンチ素子分離領域を形成する工程とを含むことを特徴とするトレンチ素子分離領域の形成方法。
【請求項２】
工程（ｃ）において、第３酸化シリコン膜は、前記トレンチを埋め込む深さが半導体基板表面下１ｎｍ〜１００ｎｍとなるように形成される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（ｃ）において、第３酸化シリコン膜は、トレンチ側壁での厚さが１ｎｍ〜６０ｎｍになるように形成される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
工程（ｅ）において、第２窒化シリコン膜は、半導体基板表面から深さ５０ｎｍ〜１５０ｎｍまでの範囲において除去される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
工程（ｃ）において、異方性の成膜法は、ＨＤＰ−ＣＶＤ法である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
工程（ｇ）において、第４酸化シリコン膜の平坦化は、化学的機械的研磨によって行われる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
工程（ｄ）での第３酸化シリコン膜のエッチングは、工程（ｃ）での第３酸化シリコン膜の形成に用いる装置と同一の装置を用いて連続的に行う請求項１に記載の方法。
【請求項８】
工程（ｅ）での第２窒化シリコン膜のエッチングは、工程（ｃ）での第３酸化シリコン膜の形成と、工程（ｄ）での第３酸化シリコン膜のエッチングに用いた装置と同一の装置を用いて連続的に行う請求項１に記載の方法。
【請求項９】
（ａ）半導体基板をエッチングして素子分離用トレンチを形成する工程と、
（ｂ）得られた基板を覆うように第２窒化シリコン膜を形成する工程と、
（ｃ）第２窒化シリコン膜を覆い、前記トレンチの途中の深さで埋め込みを終えるように第３酸化シリコン膜を異方性の成膜法によって形成する工程と、
（ｄ）第３酸化シリコン膜を等方性エッチングし、トレンチ側壁上部の第２窒化シリコン膜が露出するまで除去する工程と、
（ｅ）露出した第２窒化シリコン膜をエッチングして除去する工程を含むことを特徴とする窒化シリコン膜ライナーの形成方法。
【請求項１０】
請求項１〜９に記載の方法を用いた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、トレンチ素子分離領域の形成方法、窒化シリコン膜ライナーの形成方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トレンチ素子分離領域の形成方法として、以下の方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）
（ａ）半導体基板に素子分離用トレンチ形成のための窓を有する第１窒化シリコン膜を含むパターンをマスクとして、半導体基板をエッチングして素子分離用トレンチを形成する。
（ｂ）前記トレンチ内壁を覆うように第２窒化シリコン膜を形成する。
（ｃ）第２窒化シリコン膜を覆い、かつ前記トレンチを完全に埋め込むように第１酸化シリコン膜を形成する。
（ｄ）第１酸化シリコン膜をエッチングし、前記トレンチ側壁上部の第２窒化シリコン膜が露出するまで除去する。
（ｅ）露出した第２窒化シリコン膜をエッチングして除去する。
（ｆ）前記トレンチを埋め込むように第２酸化シリコン膜を形成する。
（ｇ）第１窒化シリコン膜をストッパとして、第２酸化シリコン膜を化学機械研磨する。
（ｈ）露出した第１窒化シリコン膜をエッチングして除去する。
【０００３】
以上の工程によって、トレンチ内壁に第２窒化シリコン膜を有するトレンチ素子分離領域が得られる。第２窒化シリコン膜は、トレンチ内の第１酸化シリコン膜が収縮して素子形成領域に加える圧縮応力を緩和する機能を有している。このような機能から、トレンチ内壁に形成された窒化シリコン膜は、窒化シリコン膜ライナーと呼ばれている。
【０００４】
上記方法では、トレンチ側壁上部において、第２窒化シリコン膜からなる窒化シリコン膜ライナーが除去されているが、これは、トレンチ内壁全体に窒化シリコン膜ライナーが形成されていると、基板表面の第１窒化シリコン膜を除去する際に、窒化シリコン膜ライナーも一部除去されて、凹部（ｄｅｖｏｔ）が形成されることがあるためである。
【特許文献１】特開２００４−２０７５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
凹部形成を避けるために、トレンチ側壁上部において窒化シリコン膜ライナーの除去を行っているが、窒化シリコン膜ライナーの除去深さ（除去された部分の基板表面からの長さ）がばらつくと、素子形成領域に加わる応力の大きさがばらつき、その結果、素子形成領域にトランジスタを形成したときのドレイン電流の大きさがばらつくことになる。従って、窒化シリコン膜ライナーの除去深さのばらつきを減少させることが望まれている。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡易かつ精度よく、トレンチ側壁上部の窒化シリコン膜ライナーの除去を行うことができる、トレンチ素子分離領域の形成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明のトレンチ素子分離領域の形成方法は、（ａ）半導体基板に素子分離用トレンチ形成のための窓を有する第１酸化シリコン膜及び第１窒化シリコン膜を含むパターンをマスクとして、半導体基板をエッチングして素子分離用トレンチを形成する工程と、（ｂ）前記トレンチ内に露出したシリコン基板表面に第２酸化シリコン膜を形成し、更に第２酸化シリコン膜及び前記パターン表面に第２窒化シリコン膜を形成する工程と、（ｃ）第２窒化シリコン膜を覆い、前記トレンチの途中の深さで埋め込みを終えるように第３酸化シリコン膜を異方性の成膜法によって形成する工程と、（ｄ）第３酸化シリコン膜を等方性エッチングし、トレンチ側壁上部の第２窒化シリコン膜が露出するまで除去する工程と、（ｅ）露出した第２窒化シリコン膜をエッチングして除去する工程と、（ｆ）前記トレンチを埋め込むように第４酸化シリコン膜を形成する工程と、（ｇ）第２又は第１窒化シリコン膜をストッパとして、第４酸化シリコン膜を平坦化する工程と、（ｈ）第２及び第１窒化シリコン膜、又は第１窒化シリコン膜をエッチングして除去してトレンチ素子分離領域を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明者らは、異方性の成膜法によって前記トレンチを途中まで第３酸化シリコン膜で埋め込み（工程（ｃ））、第３酸化シリコン膜を等方性エッチングすることによって、トレンチ側壁の第３酸化シリコン膜を除去して、トレンチ側壁上部の窒化シリコン膜を露出させる（工程（ｄ））ことができることを見出し、本発明の完成に到った。
【０００９】
第３酸化シリコン膜は、トレンチの途中の深さで埋め込みを終えるため、特許文献１の方法と比較して、成膜量を減らすことができる。また、第３酸化シリコン膜のエッチング量も減少させることができる。従って、本発明によれば、成膜・エッチングに必要な材料や時間を減少させることができる。
【００１０】
また、本発明によれば、第３酸化シリコン膜について、以下の二種類のばらつきを減少させることができる。
（１）パターン疎密によるばらつき
ＨＤＰＣＶＤ法などによる成膜では、一般に、膜の堆積速度は、密（狭い）パターンの部分で大きく、疎（広い）パターンの部分では小さい。一方、エッチングの速度は、一般に、パターン疎密による影響を受けにくい。従って、形成する膜の厚さが大きくなるほど、密パターンの部分と疎パターンの部分とで、エッチング後に残る膜の厚さの差が大きくなる。本発明では、トレンチの途中の深さで第３酸化シリコン膜の埋め込みを終えるため、特許文献１の場合よりも、成膜量が小さくなる。従って、本発明によれば、密パターンの部分と疎パターンの部分と間の、エッチング後に残る膜の厚さの差（ばらつき）を減少させることができる。
（２）面内ばらつき
基板面全体で厳密に均一に成膜やエッチングを行うことは極めて困難であり、成膜・エッチングともに、通常は、一定のばらつきが発生する。このばらつきは、成膜量・エッチング量が大きくなるほど、それぞれ大きくなる。本発明によれば、第３酸化シリコン膜の成膜量及びエッチング量の両方を、特許文献１の場合よりも、少なくすることができる。従って、本発明によれば、面内ばらつきを減少させることができる。
【００１１】
第３酸化シリコン膜の、エッチング後の膜厚のばらつきが減少すると、第２窒化シリコン膜からなる窒化シリコン膜ライナーのトレンチ側壁上部での除去量（除去深さ）のばらつきも減少する。従って、本発明によれば、精度よく、窒化シリコン膜ライナーを形成することができる。
【００１２】
本発明は、別の観点では、（ａ）半導体基板をエッチングして素子分離用トレンチを形成する工程と、（ｂ）得られた基板を覆うように第２窒化シリコン膜を形成する工程と、（ｃ）第２窒化シリコン膜を覆い、前記トレンチの途中の深さで埋め込みを終えるように第３酸化シリコン膜を異方性の成膜法によって形成する工程と、（ｄ）第３酸化シリコン膜を等方性エッチングし、トレンチ側壁上部の第２窒化シリコン膜が露出するまで除去する工程と、（ｅ）露出した第２窒化シリコン膜をエッチングして除去する工程を含む窒化シリコン膜ライナーの形成方法を提供するものである。本明細書中でのトレンチ素子分離領域の形成方法についての説明は、基本的に、この窒化シリコン膜ライナーの形成方法についても当てはまる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面は、説明の便宜のために用いられるものであり、本発明の範囲は、図面に示す実施形態に限定されない。また、以下の説明中での成膜やエッチングの方法や条件、及び各種寸法は、例示であって、ここに示したものに限定されない。
【００１４】
１．素子分離用トレンチ形成工程（工程（ａ））
図１（ａ），（ｂ）に示すように、この工程では、半導体基板１に素子分離用トレンチ５形成のための窓を有する第１酸化シリコン膜２及び第１窒化シリコン膜３を含むパターンＰをマスクとして、半導体基板１をエッチングして素子分離用トレンチ５を形成する。この工程は、具体的には、以下のように実施することができる。
まず、半導体基板１上に第１酸化シリコン膜２及び第１窒化シリコン膜３を順次形成し、図１（ａ）に示す構造を得る。
【００１５】
半導体基板１は、シリコン基板などからなり、本実施形態では、半導体基板１がシリコン基板である場合を例にとって、説明を進めるが、別の種類の基板を用いる場合でもエッチングガス等を適宜変更することによって、本発明は実施可能である。
【００１６】
第１酸化シリコン膜２は、熱酸化等により形成することができ、厚さ２〜２０ｎｍ、例えば厚さ１０ｎｍで形成することが好ましい。熱酸化は、半導体基板１を８００〜１１００℃で熱処理することによって行うことができる。第１窒化シリコン膜３は、厚さ５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、例えば厚さ１００ｎｍで形成することが好ましい。第１窒化シリコン膜３は、ＬＰＣＶＤ（低圧化学気相堆積）法などにより形成することができ、このＬＰＣＶＤは、例えば、ソースガスとしてＳｉＨ2ＣＬ2とＮＨ3を用い、温度７５０℃で行うことができる。第１酸化シリコン膜２は、不要な場合には省略し、半導体基板１上に第１窒化シリコン膜３を形成してもよい。
【００１７】
次に、第１窒化シリコン膜３及び第１酸化シリコン膜２を順次パターニングして、半導体基板１に素子分離用トレンチ５形成のための窓を有する第１酸化シリコン膜２及び第１窒化シリコン膜３を含むパターンＰを形成する。さらに、パターンＰをマスクとして用いて半導体基板１をエッチングして半導体基板１に素子分離用トレンチ５を形成し、図１（ｂ）に示す構造を得る。
【００１８】
第１窒化シリコン膜３及び第１酸化シリコン膜２のパターニングは、第１窒化シリコン膜３の上にレジストパターン４を形成し、レジストパターン４をエッチングマスクとし、第１窒化シリコン膜３、第１酸化シリコン膜２を順次エッチングすることによって行うことができる。第１酸化シリコン膜２のエッチングは、レジストパターン４をマスクとして行ってもよいし、パターニングされた第１窒化シリコン膜３をマスクとして行ってもよい。
【００１９】
レジストパターン４は、第１窒化シリコン膜３の上に、レジスト膜を塗布し、このレジスト膜を露光現像することにより形成することができる。レジストパターン４は、素子形成領域（活性領域）１ａ上に形成され、その窓（すなわち、開口部）が素子分離領域を画定する。
【００２０】
第１窒化シリコン膜３及び第１酸化シリコン膜２のエッチングは、例えばＣＦ4、ＣＨＦ3、Ａｒ、Ｏ2の混合ガスをエッチングガスとして用いて行なうことができる。半導体基板１のエッチングは、例えばＣｌ2、Ｏ2の混合ガスをエッチングガスとして用いて行なうことができる。半導体基板１は、１６０〜４００ｎｍ、例えば深さ３００ｎｍエッチングされ、トレンチ５が形成される。
【００２１】
レジストパターン４は、第１窒化シリコン膜３をエッチングした後に除去してもよく、第１酸化シリコン膜２又は半導体基板１をエッチングした後に除去してもよい。半導体基板１のエッチングの際にレジストパターン４が残っていても、半導体基板１は、パターンＰに従ってエッチングされるので、この場合も、パターンＰをマスクとして用いていることになる。
【００２２】
２．第２酸化シリコン膜、第２窒化シリコン膜形成工程（工程（ｂ））
図１（ｃ），（ｄ）に示すように、この工程では、トレンチ５内に露出したシリコン基板１表面に第２酸化シリコン膜６を形成し、更に第２酸化シリコン膜６及びパターンＰ表面に第２窒化シリコン膜７を形成する。この工程は、具体的には、以下のように実施することができる。
まず、トレンチ５内に露出したシリコン基板１表面に第２酸化シリコン膜６を形成し、図１（ｃ）に示す構造を得る。
【００２３】
第２酸化シリコン膜６は、熱酸化などにより形成することができ、厚さ１〜２０ｎｍ、例えば厚さ１０ｎｍで形成することが好ましい。熱酸化は、半導体基板１を８００〜１１００℃で熱処理することによって行うことができる。第２酸化シリコン膜６は、不要な場合には省略することもできる。
【００２４】
次に、得られた基板を覆うように第２窒化シリコン膜７を形成し、図１（ｄ）に示す構造を得る。第２窒化シリコン膜７によって、第２酸化シリコン膜６及び前記パターンＰ表面が覆われる。
【００２５】
第２窒化シリコン膜７は、厚さ５ｎｍ〜５０ｎｍ、例えば厚さ２０ｎｍで形成することが好ましい。第２窒化シリコン膜７は、ＬＰＣＶＤ等により形成することができ、このＬＰＣＶＤは、例えばソースガスとしてＳｉＨ2ＣＬ2とＮＨ3を用い、温度７５０℃で行うことができる。
【００２６】
第２窒化シリコン膜７は、引張応力を有しており、後で形成する第３酸化シリコン膜８ａが熱処理によって収縮して半導体基板１の素子形成領域１ａに与える圧縮応力を緩和する。この機能を十分に発揮させるために、第２窒化シリコン膜７は、その応力値が０．５〜２ＧＰａとなるように形成することが好ましい。第２窒化シリコン膜７によって素子形成領域１ａに加わる圧縮応力が緩和され、圧縮応力によるドレイン電流の低下が抑えられる。第２窒化シリコン膜７が加工されて、窒化シリコン膜ライナーとなる。
【００２７】
３．第３酸化シリコン膜形成工程（工程（ｃ））
次に、第２窒化シリコン膜７を覆い、トレンチ５の途中の深さで埋め込みを終えるように第３酸化シリコン膜８ａを異方性の成膜法によって形成し、図１（ｅ）に示す構造を得る。
【００２８】
第３酸化シリコン膜８ａは、異方性の成膜法によって形成される。異方性の成膜法を用いることにより、トレンチ５側壁上部に形成される第３酸化シリコン膜８ａの膜厚を薄くすることができ、後工程において第２窒化シリコン膜７を露出させやすいからである。
【００２９】
第３酸化シリコン膜８ａは、好ましくは、トレンチ５を埋め込む深さが半導体基板１表面下１ｎｍ〜１００ｎｍ（好ましくは５ｎｍ〜１５ｎｍ）となるように形成される。例えば、トレンチ深さが３００ｎｍの場合、トレンチ５内での第３酸化シリコン膜８ａの厚さは、２００〜２９９ｎｍ（好ましくは２８５ｎｍ〜２９５ｎｍ）とすることが好ましい。このとき、第３酸化シリコン膜８ａは異方性の成膜法によって形成されるので、トレンチ５側壁での厚さを薄くすることができ、成膜条件を適宜調節することにより、例えば、厚さ１ｎｍ〜６０ｎｍにすることができる。
【００３０】
異方性の成膜法としては、ＨＤＰ−ＣＶＤ法（高密度プラズマ化学気相成長法）や、塗布系の成膜法が挙げられる。ＨＤＰ−ＣＶＤ法は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）やＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）によるプラズマ等の高密度プラズマを用いた方法である（それぞれ、「ＩＣＰ−ＣＶＤ法」、「ＥＣＲ−ＣＶＤ法」と呼ぶ。）。この方法によれば、成膜と同時にＡｒ，Ｈｅ，Ｈ2等のガスによるスパッタエッチングが行われるので、異方性の成膜が可能である。
【００３１】
ＨＤＰ−ＣＶＤ法による第３酸化シリコン膜８ａの成膜は、例えば、ソースガスとしてＳｉＨ4とＯ2とＨｅの混合ガス、又はＳｉＨ4とＯ2とＨ2の混合ガスを用いて行うことができる。一例として、ＩＣＰ−ＣＶＤ法による場合の成膜条件を以下に示す。
・ガス種／流量：ＳｉＨ4／３０〜１８０ｓｃｃｍ，Ｏ2／８０〜５００ｓｃｃｍ，Ｈｅ／０〜５００ｓｃｃｍ
・低周波プラズマ（２００〜６００Ｈｚ）［成膜する為のプラズマ］：１０００〜５０００Ｗ
・高周波プラズマ（５〜３０ＭＨｚ）［エッチングする為のプラズマ］：５００〜３０００Ｗ
【００３２】
４．第２窒化シリコン膜露出工程（工程（ｄ））
次に、第３酸化シリコン膜８ａを等方性エッチングし、トレンチ５側壁上部の第２窒化シリコン膜７が露出するまで除去し、図２（ｆ）に示す構造を得る。「等方性エッチング」とは、基板表面に水平な方向にも実用的な速度で進行する性質のエッチングを意味しており、水平方向と垂直方向の進行速度が完全に一致する性質のエッチングには限定されない。
【００３３】
工程（ｃ）でトレンチ５側壁に第３酸化シリコン膜８ａが比較的薄い膜厚で形成されており、トレンチ５下部は第３酸化シリコン膜８ａが埋め込まれているので、第３酸化シリコン膜８ａを等方性エッチングすることによって、トレンチ５側壁上部の第２窒化シリコン膜７が露出する。等方性エッチングは、例えば、半導体基板１表面から、深さ５０ｎｍ〜１５０ｎｍまでの範囲、例えば深さ５０ｎｍまでの範囲において第２窒化シリコン膜７が露出するまで行う。
【００３４】
等方性エッチングは、ウエットエッチングで行っても、ドライエッチングで行ってもよいが、ウエットエッチングが好ましい。
ウエットエッチングは、一例として、以下の条件で行うことができる。
・エッチング液：希フッ酸
・エッチング時間：８０秒
ドライエッチングは、一例として、以下の条件で行うことができる。
・ＲＦ−Ｐｏｗｅｒ：３００〜１２００Ｗ
・真空度：３０〜１２０Ｐａ
・ガス種／流量：ＣＦ4／１５０〜４００ｓｃｃｍ，Ｏ2／１５０〜４００ｓｃｃｍ，Ｎ2／３０〜１５０ｓｃｃｍ
【００３５】
本工程での第３酸化シリコン膜８ａのエッチングは、工程（ｃ）での第３酸化シリコン膜８ａの形成に用いる装置と同一の装置を用いて連続的に行うことが好ましい。例えば、ＩＣＰ−ＣＶＤ装置を工程（ｃ）で示した成膜条件で動作させることによって第３酸化シリコン膜８ａを形成し、その後、本工程の上記ドライエッチング条件で同一の装置を動作させることによって、装置から基板を取り出すことなく、連続的に、第３酸化シリコン膜８ａの形成とエッチングを行うことができる。
【００３６】
５．露出した第２窒化シリコン膜の除去工程（工程（ｅ））
次に、露出した第２窒化シリコン膜７をエッチングして除去し、図２（ｇ）に示す構造を得る。第２窒化シリコン膜７が除去される範囲は、工程（ｄ）での第３酸化シリコン膜８ａの等方性エッチング量を制御することによって、制御可能である。第２窒化シリコン膜７は、好ましくは、半導体基板１表面から深さ５０ｎｍ〜１５０ｎｍまでの範囲において除去される。
【００３７】
本工程は、通常、等方性エッチングによって行われるが、酸化シリコンと実質的に反応しないエッチングガスを用いた異方性エッチングによって行ってもよい。
【００３８】
等方性エッチングは、ウエットエッチングで行っても、ドライエッチングで行ってもよいが、ウエットエッチングが好ましい。ウエットエッチングは、加熱燐酸（Ｈ3ＰＯ4）などによって行うことができる。
ドライエッチングは、一例として、以下の条件で行うことができる。以下に示す条件では、第３酸化シリコン膜８ａと第２窒化シリコン膜７の両方のドライエッチングが可能である。
・ＲＦ−Ｐｏｗｅｒ：２０００〜５０００Ｗ
・真空度：３０〜６００Ｐａ
・ガス種／流量：ＮＦ3／５００〜２０００ｓｃｃｍ，Ｏ2／５０〜５００ｓｃｃｍ
【００３９】
本工程での第２窒化シリコン膜７のエッチングは、工程（ｃ）での第３酸化シリコン膜８ａの形成と、工程（ｄ）での第３酸化シリコン膜８ａのエッチングに用いた装置と同一の装置を用いて連続的に行うことが好ましい。例えば、ＩＣＰ−ＣＶＤ装置を工程（ｃ）で示した成膜条件で動作させることによって第３酸化シリコン膜８ａを形成し、その後、本工程の上記ドライエッチング条件で同一の装置を動作させることによって、装置から基板を取り出すことなく、連続的に、第３酸化シリコン膜８ａの形成とエッチング、及び第２窒化シリコン膜７のエッチングを行うことができる。
【００４０】
６．第４酸化シリコン膜形成工程（工程（ｆ））
次に、トレンチ５を埋め込むように第４酸化シリコン膜８ｂを形成し、図２（ｈ）に示す構造を得る。第４酸化シリコン膜８ｂは、第３酸化シリコン膜８ａと同じ方法で、厚さ１００〜４００ｎｍ、例えば２５０ｎｍで形成することができる。別の観点では、第４酸化シリコン膜８ｂは、トレンチ５上方での第４酸化シリコン膜８ｂの表面が半導体基板１の表面よりも高い位置になるように形成され、好ましくは、第１窒化シリコン膜３上の第２窒化シリコン膜７の表面よりも高い位置になるように形成される。この場合、後工程での第４酸化シリコン膜８ｂの平坦化が行いやすいからである。
【００４１】
７．第４酸化シリコン膜平坦化工程（工程（ｇ））
次に、第２窒化シリコン膜７又は第１窒化シリコン膜３をストッパとして、第４酸化シリコン膜を平坦化させ、図２（ｉ）に示す構造を得る。通常は、第２窒化シリコン膜７がストッパとなるが、本工程の前に第２窒化シリコン膜７を別工程によって除去している場合や、本工程で平坦化を過剰に行って第２窒化シリコン膜７が除去される場合などには、第１窒化シリコン膜３がストッパとなる。
【００４２】
平坦化は、ＣＭＰ（化学的機械研磨）によって行うことができる。ＣＭＰは、酸化シリコン膜に対する研磨速度（研磨による膜厚減少速度）が、窒化シリコン膜に対する研磨速度よりも大きくなる条件で行う。ＣＭＰは、例えば、酸化シリコンまたは酸化セリウムを砥粒とする研磨剤を用いて行うことができる。
平坦化は、ＣＭＰ以外の方法、例えば、ＲＩＥエッチングによるエッチバックにより、行ってもよい。
【００４３】
本工程の前又は後に、９００〜１１００℃例えば１０００℃、３０分のアニールを行い、第３及び第４酸化シリコン膜８ａ，８ｂを緻密化する工程を備えてもよい。
【００４４】
８．第２及び第１窒化シリコン膜除去工程（工程（ｈ））
次に、第２及び第１窒化シリコン膜７，３、又は第１窒化シリコン膜３をエッチングして除去し、図２（ｊ）に示す構造を得る。本工程では、通常は、第２及び第１窒化シリコン膜７，３を除去するが、本工程以前の工程で第２窒化シリコン膜７を既に除去している場合には、第１窒化シリコン膜３を除去する。
【００４５】
エッチングは、加熱燐酸（Ｈ3ＰＯ4）を用いて行うことができる。なお、トレンチ５の側壁下部に形成された第２窒化シリコン膜７は、第４酸化シリコン膜８ｂで覆われているのでエッチングされない。従って、第２窒化シリコン膜７がエッチングされることによる凹部の発生は防止される。
【００４６】
以上で、本実施形態のトレンチ素子分離領域の形成を完了する。この後、半導体基板上に種々の半導体素子を形成することによって、半導体装置を製造することができる。
上記実施形態から１又は複数個の特徴を適宜抜き出して、単独で又は組み合わせて、本発明に採用することができる。
【実施例】
【００４７】
実際に本発明の方法、背景技術に示した方法を用いてトレンチ素子分離領域を形成した。第２窒化シリコン膜７の厚さは、２０ｎｍとした。
幅１μｍの素子分離領域及び幅０．１８μｍの素子分離領域の、トレンチ５側壁上部での第２窒化シリコン膜７の除去深さは、それぞれ、表１のようになった。
【表１】
2007173383.tif 000003
表１により、本発明によれば、素子分離領域の幅の違いによる除去深さのばらつきを減少させることができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態のトレンチ素子分離領域の形成工程を示す断面図である。
【図２】（ｆ）〜（ｊ）は、本発明の一実施形態のトレンチ素子分離領域の形成工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１：半導体基板  １ａ：素子形成領域  ２：第１酸化シリコン膜  ３：第１窒化シリコン膜  ４：レジストパターン  ５：素子分離用トレンチ  ６：第２酸化シリコン膜  ７：第２窒化シリコン膜  ８ａ：第３酸化シリコン膜  ８ｂ：第４酸化シリコン膜  Ｐ：素子分離用トレンチ形成用パターン
【図１】
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【図２】
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