(57)【要約】【課題】トレンチ分離を有する半導体装置において、コストアップを抑制しつつ、半導体基板の応力を緩和することができる半導体装置を提供すること。【解決手段】トレンチ分離構造を有する半導体装置１００であって、支持基板１０、貼り合せ酸化膜２０、及び活性層３０からなる貼り合せＳＯＩ基板と、活性層３０に活性層３０が露出した状態で設けられたトレンチ７０と、少なくともトレンチ７０の開口部を覆う絶縁材料からなる蓋部材６０と、トレンチ７０の表面と蓋部材６０にて囲まれたボイドとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレンチ分離構造を有する半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板に当該半導体基板が露出した状態で設けられたトレンチと、
少なくとも前記トレンチの開口部を覆う絶縁材料からなる蓋部材と、
前記トレンチの表面と前記蓋部材にて囲まれたボイドと、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記トレンチの底部には、当該トレンチの周囲に広がるノッチを備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記トレンチは、ボーイング形状をなすことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トレンチ分離を有する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トレンチ分離を有する半導体装置の一例として特許文献１に示すものがあった。
【０００３】
特許文献１に示される半導体装置は、半導体基板の表面にトレンチが設けられている。そのトレンチは、表面には熱酸化膜が設けられ、トレンチ内に空隙ができるように、一部がトレンチに嵌まり込み、かつ上方に延びる絶縁膜が設けられている。そして、トレンチの上端の径は、絶縁膜の径よりも小さくされている。このようにすることによって、応力を緩和するものである。
【特許文献１】特開２００３−１５８１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に示される半導体装置においては、トレンチの表面に熱酸化膜を設けるため工数及び材料が増えるためコストアップになるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、トレンチ分離を有する半導体装置において、コストアップを抑制しつつ、半導体基板の応力を緩和することができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１に記載の半導体装置は、トレンチ分離構造を有する半導体装置であって、半導体基板と、半導体基板にその半導体基板が露出した状態で設けられたトレンチと、少なくともトレンチの開口部を覆う絶縁材料からなる蓋部材と、トレンチの表面と蓋部材にて囲まれたボイドとを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このようにすることによって、トレンチの表面（側壁）に熱酸化膜を設けることなくボイドにて半導体基板の応力を緩和することができ、コストアップを抑制することができる。また、半導体基板の応力を緩和することができるので、半導体基板の結晶欠陥も抑制することができる。
【０００８】
また、請求項２に示すように、トレンチの底部には、トレンチの周囲に広がるノッチを備えるようにしてもよい。このようにすることによって、耐圧を向上させることもできる。
【０００９】
また、請求項３に示すように、トレンチは、ボーイング形状をなすようにしてもよい。このようにすることによって、トレンチの開口部のみに蓋部材を設けることができるので、ボイドを設けやすくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の施の形態における半導体装置を示す断面図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施の形態における半導体装置１００は、支持基板１０、貼り合せ酸化膜２０、及び活性層３０（例えば、単結晶シリコンからなる）からなる貼り合せＳＯＩ基板が用いられる。このＳＯＩ基板の表面には、ＬＯＣＯＳ４０及び酸化膜５０が形成されている。そして、活性層３０には、活性層３０に形成される素子（図示省略）を絶縁するためのものであり、貼り合せ酸化膜２０に達するトレンチ７０が形成されている。
【００１２】
このトレンチ７０は、表面に活性層３０（半導体基板）が露出した状態で設けられるものである。そして、トレンチ７０の開口部には、酸化膜５０によって形成される蓋部材６０が形成される。よって、半導体装置１００は、トレンチ７０の表面と蓋部材６０とによって囲まれたボイド８０が形成されている。
【００１３】
従来、素子を絶縁分離するトレンチは、トレンチ側壁酸化後にポリシリコンでトレンチ内全体を埋め込むか、酸化膜の絶縁膜で埋め込み絶縁分離していた。しかしながら、トレンチをポリシリコンや酸化膜系で埋め込む場合、後工程において半導体基板（活性層）に応力が生じ、結晶欠陥が発生する可能性があった。また、このような結晶欠陥を防止するために、高温熱処理を追加することも考えられるが、工程が長くなったり拡散層が広がりすぎてしまったりする可能性がある。ボイド８０は、このようなポリシリコンや酸化膜をトレンチに埋め込むことによって生じる応力を緩和して、結晶欠陥の発生を抑制するためのものである。
【００１４】
ここで、本実施の形態における半導体装置１００の製造方法に関して説明する。
【００１５】
まず、支持基板１０、貼り合せ酸化膜２０、及び活性層３０（例えば、単結晶シリコンからなる）からなる貼り合せＳＯＩ基板に、酸化工程、成膜工程、ホト工程、エッチング工程、不純物拡散工程を繰り返し、デバイスを形成する。なお、このデバイスを形成する工程に関しては、一般的なプロセスであるため詳しい説明を省略する。
【００１６】
そして、素子分離したい部分の酸化膜をフォトエッチング工程により除去する。次に、活性層３０などに対して、トレンチエッチングでトレンチ７０を形成する。このトレンチ７０を形成するための条件の一例としては、ＳＦ６を７０ＳＣＣＭ，Ｏ２を１０ＳＣＣＭ，コイルマグネットパワーを８００Ｗで貼り合せ酸化膜２０に到達する手前までエッチングする。
【００１７】
その後、ＦイオンをＳＯＩ基板（活性層３０）に引き込むためのＲＦパワーを時間比２０％（オン・オフ比）にしながらエッチングする。なお、Ｆイオンが基板に到達した際に、分離された活性層部分が帯電することにより、Ｆイオンが引き付けられ横方向にエッチングが進む。これを防止するために、ＲＦパワーをオン・オフさせて帯電防止し、横方向のエッチングを低減する。このようにして、図１に示すような、ほぼ垂直に近いトレンチ７０を形成する。
【００１８】
その後、トレンチ７０の開口部に蓋部材６０を形成するために、Ｏ３-ＢＰＳＧを成膜する。具体的には、ＣＶＤ装置のチャンバ内（例えば、４８０℃）にＴＥＯＳ、ＴＥＢ、ＴＥＰＯ、オゾンを導入し、Ｏ３-ＢＰＳＧ膜を成膜する。Ｂの濃度やＰの濃度によりＴＥＯＳ、ＴＥＢ、ＴＥＰＯの流量を調整する。また、カバレッジを良くするために、一例として、圧力：６００Ｔｏｒｒ、ＴＥＯＳ：１２００ｍｇ/分、ＴＥＢ：３８mg/分、ＴＥＰＯ：５０mg/分で成膜する。なお、レートが小さいため、２ｎｄステップで、レートが大きくなる条件（例えば、圧力：２００Ｔｏｒｒに下げる）で成膜し膜厚を稼ぐ。
【００１９】
その後、８００℃から９５０℃程度の熱処理でＢＰＳＧ膜をリフローさせて、トレンチ７０の開口部に蓋部材６０を形成する。なお、本実施の形態においては、トレンチ７０の表面には側壁酸化膜を形成していないため、Ｏ３−ＢＰＳＧを成膜してもトレンチ７０の側面にＢＰＳＧ膜成膜されにくくなる。また、リフローしてもトレンチ７０内部に流れ込みにくくなる。したがって、本実施の形態における半導体装置１００は、トレンチに側壁酸化膜を形成しないため、トレンチに側壁酸化膜を形成した場合に比べて、コストアップを抑制することができると共に、ボイド８０を大きくすることができるので応力による結晶欠陥をより一層低減することができる。つまり、分離耐圧を稼ぐことができるという効果も奏する。
【００２０】
なお、トレンチ７０の上部をうめた後で、ＣＭＰで平坦化し、コンタクト形成のためのフォトエッチングを行う。そして、一般的に行われているバリアメタル形成工程やＷプラグやＡＬ配線形成を行い、最後に保護膜を形成しウェハ工程完了となる。
【００２１】
（変形例１）
次に、図２に示す変形例１における半導体装置１１０に関して説明する。なお、変形例１においては、上述の実施の形態と同等な点が多いため、異なる点を重点的に説明する。
【００２２】
図２に示すように、半導体装置１１０は、トレンチ７０の底部にトレンチ７０の周囲に広がるノッチ８１が形成される。このノッチ８１は、トレンチエッチングでオーバーエッチングを行うことによって形成することができる。このようにノッチ８１を設けることによって、トレンチ７０の底部が酸化膜で覆われていない場合であっても、耐圧を向上させることができる。
【００２３】
なお、このノッチ８１を形成する場合、トレンチエッチングの条件で、２ｎｄステップ目のＲＦバイアスのオン・オフ（例えば、時間比２０％など）をやめることにより、横方向のエッチングを進ませて耐圧を稼ぐこともできる。また、オーバーエッチングを長時間いれることにより横方向のエッチングを進行させることもできる。
【００２４】
（変形例２）
次に、図３に示す変形例２における半導体装置１２０に関して説明する。なお、変形例２においては、上述の実施の形態と同等な点が多いため、異なる点を重点的に説明する。
【００２５】
図３に示すように、変形例２における半導体装置１２０のトレンチ７０は、ボーイング形状をなすものである。つまり、トレンチ７０は、開口部及び底部に比べて、中間部分が広く形成されている。したがって、ボイド８０ａにかんしても開口部及び底部に比べて、中間部分が広く形成されたボーイング形状をなすものである。
【００２６】
このようにトレンチ７０をボーイング形状にする場合、例えば、トレンチエッチング条件で、基板温度を従来の−５０℃から高くしたり、酸素流量を少なくしたりすることにより形成することができる。基板温度が高くなるとＳｉエッチレートが上がり、かつトレンチ７０の側壁につくポリマーが揮発し側壁に着きにくくなる。また、ＳＦ６ガスが等方的にＳｉ（活性層３０）をエッチングするために逆テーパー状にエッチングが進む。しかし、トレンチ７０が深くなるとＦイオンが供給されにくくなってくるためトレンチ７０の底部ではエッチングが進みにくくなってボーイング形状になる。
【００２７】
このようにすることによって、トレンチ７０の開口部のみに蓋部材６０を設けることができるので、ボイド８０ａを設けやすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の施の形態における半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の変形例１における半導体装置を示す断面図である。
【図３】本発明の変形例２における半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  支持基板、２０  貼り合せ酸化膜、３０  活性層、４０  ＬＯＣＯＳ、５０  酸化膜、６０  蓋部材、７０  トレンチ、８０，８０ａ  ボイド、８１  ノッチ、１００，１１０，１２０  半導体装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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