JP2002043413A

JP2002043413A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2002043413A
Application number: JP2000223450A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Yahashi; 勝典矢橋; Satoshi Shimonishi; 聡下西; Masushi Honjo; 益司本城
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体装置の素子分離領域またはウエル分離領
域の耐圧性の維持、またそれらを構成するトレンチ内へ
の絶縁性物質の埋め込み精度を満足させる信頼性の高い
半導体装置及びその半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本発明では、ウエル内の素子分離領域また
はウエル間のウエル分離領域のトレンチの形状を工夫
し、半導体基板表面に近い位置には順テーパー状のトレ
ンチを、それに接続する下方のトレンチは底面部の幅が
順テーパー状のトレンチの底面幅以上になるような形状
に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、埋め込み型絶縁分
離技術を用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の素子分離を行う工程
には、素子領域周辺に厚い酸化膜を形成して他の素子領
域から絶縁するＬＯＣＯＳ法が用いられてきた。近年、
半導体装置の微細化の進展とともに、素子分離には、絶
縁分離溝（溝を以下トレンチとする）を用いたShallow
Trench Isolation（以下ＳＴＩとする）法が採用され
てきている。このＳＴＩ法は、半導体基板に形成された
トレンチ内に絶縁性の物質を埋め込み、隣接する素子領
域間を絶縁する絶縁分離技術である。通常のＳＴＩ部分
のアスペクト比（トレンチの深さ／トレンチの幅）は、
通常１０以下とされる。以下、このＳＴＩ法による素子
分離トレンチの形成方法に関して、従来の技術を図６
（ａ）〜（e）を用いて具体的に説明する。

【０００３】尚、この図６（ａ）〜（e）は、素子分離
トレンチの長さ方向に垂直な方向の断面図を表すもので
ある。

【０００４】まず、シリコン基板１０５上にシリコン酸
化膜２０５、シリコン窒化膜３０５及びシリコン酸化膜
４０５を順次積層形成させ、その後、フォトリソグラフ
ィー技術、ドライエッチング技術を用いて積層のパター
ンを図６（ａ）に示すように形成する。

【０００５】次に、この積層のパターンの一部である酸
化膜４０５をマスクとして、反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）法を用いながら図６（ｂ）に示すようにシリ
コン基板１０５に素子分離トレンチ５０７を形成する。
素子分離トレンチ５０７内には、その側壁面に沿って堆
積物６０５が付着している。ここで使用されるエッチン
グガスは、例えば、各々（１）ＨＢｒ、Ｃｌ₂、Ｏ₂、
（２）ＨＢｒ、ＮＦ₃または（３）Ｃｌ₂，Ｏ₂，Ｎ₂ 等
からなる混合ガスである。この堆積物６０５は、シリコ
ン基板１０５をエッチングして素子分離トレンチ５０７
を形成する際に、基板を構成するシリコンとエッチング
ガスの一部とが反応して生成された反応生成物である。

【０００６】次に、シリコン酸化膜４０５と素子分離ト
レンチ５０７内に付着する堆積物６０５をウエットエッ
チングで除去する。そして、露出したトレンチ側壁面に
熱酸化法で薄い酸化膜を形成し、この酸化膜を介して、
図６（ｃ）に示すようにシリコン酸化膜７０５を素子分
離トレンチ５０７内全体に埋め込む。ここでは、シリコ
ン酸化膜７０５として、ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilan
e）膜、高密度プラズマ膜(High−Density−Plasma膜、
以下ＨＤＰ膜とする)等の埋め込み性の高い膜を使用し
ている。

【０００７】次に、シリコン窒化膜３０５をストッパー
層として、化学的・機械的研磨法(Chemical Mechanical
Polishing法、以下ＣＭＰ法とする)を用いてシリコン
酸化膜７０５を除去する。その後、図６（ｄ）に示すよ
うに、ウエットエッチング法によってシリコン酸化膜７
０５をシリコン基板１０５の表面と同じ位置まで除去す
る。

【０００８】次に、図６（ｅ）に示すように、所定のエ
ッチング溶液を用いたウエットエッチング法でシリコン
酸化膜２０５、シリコン窒化膜３０５を除去し、シリコ
ン基板１０５の表面の平坦化を行う。

【０００９】以上のような工程を用いて、半導体基板に
ＳＴＩ法による素子分離トレンチを形成することができ
る。尚、ソース、ドレイン及びゲート電極等からなる半
導体素子は、このＳＴＩ法による素子分離トレンチによ
って囲まれた領域内に形成される。

【００１０】近年は、半導体素子が微細化するに伴い、
半導体素子の素子分離耐圧やウエル分離耐圧を高める必
要が生じてきている。そのために、通常、埋め込み型の
ＳＴＩ法は、ウエル内において隣接する素子領域を電気
的に分離するウエル内素子分離領域と、導電性が異なり
かつ隣接する複数のウエルを電気的に分離するウエル分
離領域等に使用される。ウエル内の素子分離またはウエ
ル間の分離では、電流に対する耐圧性を向上させるため
に、そのトレンチの側壁のテーパー角を９０度に近づけ
ている。トレンチをこのような形状にすると、このトレ
ンチの下方での電流の回り込み、及びそれによって生じ
る他のウエル領域への導通を阻止することが可能とな
り、所定電圧を加えた時に半導体装置を安定して動作さ
せることができるからである。

【００１１】具体的には、素子分離領域及びウエル分離
領域の電流に対する耐圧性を計る上で、一つの数値的な
指標としてトレンチの分離距離（＝ａ＋ｂ＋ｃ、ａ、
ｃ：トレンチの側壁面の長さ、ｂ：トレンチの底面幅、
これらを図７に例示）の値が用いられ、この値を大きく
することが即ち電流に対する耐圧性を高めることに繋が
るとされる。なぜなら、設計段階で決定された各トレン
チの開口幅Ａと深さＢの値に基づいて、所定の条件でエ
ッチングを行うと、側壁面の長さa、cが自ずと決まる
が、底面幅ｂの値を大きくするとトレンチのテーパー角
を９０度に近づけることになるからである。

【００１２】尚、一般的に、テーパー角の値は１８０度
―（トレンチ部の底面幅ｂと側壁長ａ、ｃの一方とがな
す角）とし、その値が９０度より小さい場合は順テーパ
ー角、９０度より大きい場合は逆テーパー角と定義され
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、素子分
離領域とウエル分離領域のトレンチ開口幅の値では、ウ
エル分離領域の方が３〜４倍ほど大きく、前述したよう
な条件で素子分離領域とウエル分離領域とを同時に形成
すると、素子分離領域のトレンチ内にシリコン酸化等の
絶縁性物質を良好に埋め込むことができなくなる。具体
的には、ウエル分離領域で、そのトレンチ側壁のテーパ
ー角を９０度に近づけて電流に対する耐圧性を良くしよ
うとすると、逆に、素子分離領域のトレンチのテーパー
角が９０度を超えた逆テーパー角となって内部への埋め
込み精度が低下し、ボイドが生じる。これは、素子分離
領域におけるシリコンの被エッチング面積が、ウエル分
離領域のそれよりも小さく、エッチング時に生じる反応
生成物の生成が少ないためである。実際に、前述した従
来のＳＴＩ法によれば、素子分離トレンチ５０７のテー
パー角を９０度に近づけると、シリコン酸化膜７０５
（例：ＴＥＯＳを使用）を埋め込む際に内部にボイド８
０５が生じる。そして、図６（ｅ）に示すように、ＳＴ
Ｉの形成された段階で、トレンチ５０７に埋め込まれた
シリコン酸化膜７０５の表面付近にティボット９０１と
呼ばれる小さな溝が生じる。

【００１４】このティボット９０１がそのままトレンチ
５０７内に残存すると、その後のゲート配線を形成する
工程や導電性物質を扱う工程において、ポリシリコンや
その他の導電性物質がなかに入り込み、ゲート配線と他
の領域に形成される配線または導電物質とが電気的にシ
ョートするなどの問題が生じる。

【００１５】このように、素子分離領域またはウエル分
離領域の耐圧性の維持や、トレンチ内の絶縁性物質の埋
め込み精度は，半導体装置の信頼性の観点から各々欠く
ことのできない重要な問題点であるにも関わらず、従来
のＳＴＩ法では、これらの全ての精度を満足させること
が非常に困難になってきている。

【００１６】従って、本発明の目的は、上記のＳＴＩ法
における問題を解決し、信頼性の高い半導体装置及びそ
の半導体装置の製造方法を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明による半導体装
置の製造方法は、半導体基板上にマスクパターンを形成
する工程と、前記マスクパターンを用いて前記半導体基
板をエッチングし、前記半導体基板に、第１の深さに達
しかつ第１の底面幅を有する順テーパー状の第１のトレ
ンチを形成する工程と、前記順テーパー状の第１のトレ
ンチが形成された前記半導体基板をエッチングし、前記
半導体基板の前記第１の深さから第２の深さに達し、前
記第１の底面幅以上の大きさの第２の底面幅を有する第
２のトレンチを形成する工程と、前記順テーパー状の第
１のトレンチ及び第２のトレンチの内部に絶縁性物質を
埋め込み、絶縁分離領域を形成する工程とを有すること
を特徴としている。

【００１８】また、この発明による半導体装置は、半導
体基板と、この半導体基板内に形成された絶縁分離領域
とを有し、この絶縁分離領域は、前記半導体基板内に形
成され、第１の深さに達しかつ第１の底面幅を有する順
テーパー状の第１のトレンチと、前記第１の深さから第
２の深さに形成され、前記第１の底面の幅以上の大きさ
の第２の底面幅を有し、前記順テーパー状の第１のトレ
ンチに接続する第２のトレンチと、前記順テーパー状の
第１のトレンチ及び前記第２のトレンチの内部に埋め込
まれた絶縁性物質とを有することを特徴としている。

【００１９】つまり、これらの発明では、ウエル内の素
子分離領域またはウエル間のウエル分離領域のトレンチ
の形状を工夫し、半導体基板表面に近い位置には順テー
パー状の第１のトレンチを、それに接続する第２のトレ
ンチは底面部の幅が順テーパー状の第１のトレンチの底
面幅以上になるように形成している。従って、これらの
発明を用いれば、ウエル内の素子分離領域またはウエル
間のウエル分離領域の電流に対する耐圧性及びトレンチ
内への絶縁性物質の埋め込み精度を高め、ＳＴＩ法にお
ける問題を解決し、信頼性の高い半導体装置及びその半
導体装置の製造方法を提供できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図１〜５を参照しながら、
本発明の第1〜４の実施の形態について説明する。

【００２１】（第1の実施の形態）本実施の形態は、Ｓ
ＴＩ法を用いてウエル内に素子分離領域を形成する工程
に関するものであり、図１（a）〜（f）を用いて説明を
行う。一例として、本実施の形態では、ウエル内素子分
離領域のアスペクト比を３〜４の範囲となるように形成
する。図１（a）〜（f）は、ウエル内素子分離トレンチ
の長さ方向に垂直な方向の断面図を表すものであるまず
シリコン基板１０１上に、熱酸化法によって膜厚約６ｎ
ｍのシリコン酸化膜２０１を形成する。続いて、ＣＶＤ
法を用いて膜厚約１００ｎｍのシリコン窒化膜３０１と
膜厚約１００ｎｍのシリコン酸化膜４０１を順次積層
し、このシリコン酸化膜４０１上にフォトレジスト膜を
塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いてフォトレジ
スト膜のパターンを形成する。その後、このフォトレジ
スト膜のパターンをマスクとして用いて、反応性イオン
エッチング法（以下ＲＩＥ法とする）でシリコン酸化膜
４０１、シリコン窒化膜３０１、及びシリコン酸化膜２
０１をシリコン基板１０１が露出するまで順次エッチン
グし、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上
に積層のパターンを形成する。この積層のパターンは、
素子分離トレンチ５０１を形成するためのマスクとして
用いられ、シリコン基板１０１の表面と同位置にある開
口幅Ａ1（図１（ｂ）に図示）が約０．１５μｍとなる
ように所定の開口幅で形成される。

【００２２】次に、図１（ｂ）に示すように、積層のパ
ターンのうちシリコン酸化膜４０１をマスクとして、
ＲＩＥ法でシリコン基板１０１を所定の深さｄ１＝１０
０ｎｍまでエッチングする。ここでは、エッチングガス
として、ＨＢｒ、Ｃｌ₂及びＯ₂を含む塩素系の混合ガス
を用いており、各ガスの流量は、ＨＢｒを約１５０ml／
min、Ｃｌ₂を約１５０ml／min、Ｏ₂を約２０ml／minと
する。また、圧力を約２．７Ｐａ、基板温度を６０℃、
ＲＩＥ装置のＲＦ（＝高周波）出力を約５００Ｗとす
る。この混合ガスは、被エッチング材であるシリコン基
板１０１と反応しながら、蒸気圧の低い酸化物系の反応
生成物であるＳｉＢｒｘＣｌｙＯｚを生成させる。本実
施の形態においては、前述の条件でシリコン基板１０１
をエッチングすると、シリコン基板１０１の表面から深
さｄ１＝１００ｎｍ付近の位置まで反応生成物からなる
堆積物６０１を素子分離トレンチ５０１の側壁面上に残
存させることになる。この堆積物６０１が素子分離トレ
ンチ５０１の側壁面上に付着した状態でシリコン基板１
０１のエッチングが行われると、図1(ｂ)に示すよう
に、素子分離トレンチ５０１の断面形状において順テー
パー状（図１（ｂ）に示す角度aが９０度より小さい）
に形成することができる。

【００２３】ここで、順テーパー状の素子分離トレンチ
５０１において、開口幅Ａ1は０．１５μｍ程度に、深
さｄ１の位置における第１の底面幅Ａ2の値は０．１３
μｍ程度に形成される。

【００２４】尚、素子分離トレンチ５０１全体の深さ
（＝図１（ｃ）のｄ２の位置）に応じて順テーパー領域
のテーパー角及び深さを調整するためには、テーパー角
はＯ₂の流量を変化させて反応生成物の生成量を制御す
ればよく、深さは、それに基づいて所定の時間ドライエ
ッチングを行うことによって調整することができる。本
実施の形態では、Ｏ₂の流量を０〜２０ml／minの範囲内
とすれば、順テーパー領域を深さ０ｎｍ〜１００ｎｍ
（＝ｄ１の位置）の範囲で形成することができる。

【００２５】次に、前述した条件でエッチングを継続
し、深さｄ１＝１００ｎｍの位置から深さ方向のみなら
ず横方向にもシリコン基板１０１を等方的にエッチング
する。深さｄ１の位置までは、添加されたＯ₂成分が中
心となってシリコン基板１０１と反応し続けて反応生成
物を素子分離トレンチ５０１の側壁面上に堆積させる
が、深さ方向にエッチングが進むと堆積物の付着量が少
なくなるので、Ｃｌ₂によってシリコン基板１０１が等
方的にドライエッチングすることが可能となる。

【００２６】ここでは、素子分離トレンチ５０１の深さ
ｄ１以降の領域を所定の時間エッチングしてオーバーハ
ング状に形成し、図１（ｃ）に示すように、シリコン基
板１０１の表面から深さｄ２＝３５０〜４００ｎｍに達
する素子分離トレンチ５０１を形成する。ここで、オー
バーハング状の素子分離トレンチ５０１において、深さ
ｄ２に位置する第２の底面幅Ａ3の値は０．１５μｍ程
度となる。

【００２７】このようにして、シリコン基板１０１の表
面から深さｄ１＝１００ｎｍの位置までの素子分離トレ
ンチ５０１の形状は順テーパー状に、その位置から所定
の深さｄ２＝３５０〜４００ｎｍの位置までは横方向に
広がりを有するオーバーハング状に形成される。

【００２８】以上を踏まえて、素子分離領域の電流に対
する耐圧性を示す“分離距離”の値を考えてみる。従来
の技術では、素子分離トレンチにおいて（基板の表面と
同位置の）最上部の開口幅と深さの値はデバイス設計上
ほぼ固定され、絶縁膜の埋め込み精度を考慮して順テー
パー状に形成するとその底面幅は自ずと小さくなる。し
かしながら、本実施の形態のような形状の素子分離トレ
ンチを用いれば、第２の底面幅Ａ3の値を大きくするこ
とができ、分離距離の値も大きくなることがわかる。

【００２９】次に、ウエットエッチングにより、シリコ
ン酸化膜４０１と堆積物６０１を除去して、熱酸化法に
よって素子分離トレンチ５０１の側壁の表面を５０ｎｍ
程度に薄く酸化する。その後、この熱酸化膜を介して図
１(ｄ)に示すようにシリコン酸化膜７０１を埋め込む。
ここでは、熱酸化膜を形成しながら、ＲＩＥ法やウエッ
トエッチングで削られた素子分離トレンチ５０１内のシ
リコン表面の結晶状態を熱アニールで整え、シリコン酸
化膜７０１との整合性が良好となった状態で、精度よく
素子分離トレンチ５０１内にシリコン酸化膜７０１を埋
め込むことができる。シリコン酸化膜７０１には、ＴＥ
ＯＳ膜やＨＤＰ（High-Density-Plasma=高密度プラズ
マ）膜、または有機シリコン酸化膜等の材料を用いて塗
布形成されるＳＯＧ（Spin-On-Glass）膜等が使用され
る。ＴＥＯＳ膜やＨＤＰ（High-Density-Plasma=高密度
プラズマ）膜を使用すると、ＳＯＧ膜と比較して誘電率
が高く、他の領域との導通を防止することができるが、
多少埋め込み性が劣るので、図１（ｄ）に示すようにト
レンチ内部にボイド８０１が残存する可能性がある。し
かしながら、本実施の形態では、従来技術と比較して素
子分離トレンチの第２の底面幅Ａ3を１．３〜１．５倍
ほど大きく形成できるので、電流に対する素子分離領域
の耐圧性を十分確保することが可能となる。また、実際
に出来うるボイドの大きさも半導体デバイスの特性に影
響を与えるほどのものではないので、ＴＥＯＳ膜やＨＤ
Ｐ膜等は、素子分離トレンチ５０１を埋め込む絶縁膜と
して用いることができる。一方、ＳＯＧ膜を使用する
と、素子分離トレンチ５０１内にボイドを生ずることな
く埋め込むことができるが、誘電率が低いので、素子分
離トレンチ５０１の第２の底面幅Ａ3をＴＥＯＳ膜やＨ
ＤＰ膜を使用した場合よりも所定の比率で大きくする必
要がある。

【００３０】次に、図１（ｅ）に示すように、シリコン
窒化膜３０１上に形成されたシリコン酸化膜７０１をウ
エットエッチング及びＣＭＰ法で、シリコン基板１０１
の表面とほぼ同位置まで除去する。

【００３１】次に、シリコン窒化膜３０１、シリコン酸
化膜２０１を所定のエッチング溶液を用いたウエットエ
ッチング法で順次除去して平坦化し、図１（ｆ）に示す
ように、ＳＴＩ法を用いた素子分離領域を形成する。

【００３２】ここで図示はしないが、ソース、ドレイン
及びゲート電極等からなる半導体素子は、この素子分離
領域によって囲まれた領域内に通常の工程で形成され
る。

【００３３】本実施の形態では、基板表面付近の深さｄ
１までのトレンチを順テーパー状に形成しており、ボイ
ド等の欠陥を生ずることなく絶縁膜で埋め込むことがで
きる。これより、ＣＭＰ等の平坦化工程を経ても、前述
したようなゲート配線や他の導電領域と接触する可能性
の高い素子分離領域にデバイス特性に影響を与えるほど
のティボットを発生させることはない。また、深さｄ1
からｄ2までのトレンチをオーバーハング状に形成して
いるので、ウエル内素子分離領域の電流に対する耐圧性
を高めることができる。具体的には、素子分離トレンチ
５０１において、開口幅Ａ１が第１の底面幅Ａ2に対し
て１．１５倍以上のとき絶縁性物質の埋め込み精度が
良く、第２の底面幅Ａ3が第１の底面幅Ａ2の１．１５倍
程度であるときには、素子分離領域の電流に対する耐圧
性が最も良くなることが分かった。

【００３４】尚、現在の半導体装置の素子分離トレンチ
においては、耐圧性を高めるために、トレンチ底面部の
テーパー角が８５〜９０度の値になるように形成される
ようになってきている。従って、素子分離トレンチの深
さｄ１からｄ２までの領域を、オーバーハング状にエッ
チングする場合に加え、エッチング条件を調節して図５
に示すように垂直（約９０度）状に形成してもよい。

【００３５】また、本実施の形態で用いた塩素系のエッ
チングガスに代えて、ＨＢｒ、ＳＦ ₆及びＯ₂を主成分の
一例とするフッ素系の混合ガスを使用してシリコン基板
１０１のエッチングを行っても、同様に精度良く素子分
離領域用のトレンチを形成することができる。

【００３６】（第２の実施の形態）本実施の形態は、実
施の形態１と同様にＳＴＩ法によってウエル内に素子分
離領域を形成する工程に関するものであり、図２（ａ）
〜（f）を用いて説明を行う。本実施の形態では、一例
として実施の形態１と同様に、ウエル内素子分離領域の
アスペクト比を３〜４の範囲となるように形成する。但
し、素子分離領域のトレンチを第１の実施の形態とは異
なるエッチングガスを用いて形成する。

【００３７】尚、図２（a）〜（f）は、ウエル内素子分
離トレンチの長さ方向に垂直な方向の断面図を表すもの
であるまず、シリコン基板１０２上に、熱酸化法によっ
て膜厚約６ｎｍのシリコン酸化膜２０２を形成する。続
いて、ＣＶＤ法を用いて膜厚約１００ｎｍのシリコン窒
化膜３０２と膜厚約１００ｎｍのシリコン酸化膜４０２
を順次積層し、このシリコン酸化膜４０２上にフォトレ
ジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いて
フォトレジスト膜のパターンを形成する。その後、この
フォトレジスト膜のパターンをマスクとして、反応性イ
オンエッチング法（以下ＲＩＥ法とする）でシリコン酸
化膜４０２、シリコン窒化膜３０２、及びシリコン酸化
膜２０２をシリコン基板１０２が露出するまで順次エッ
チングし、図２（ａ）に示すようにシリコン基板１０２
上に積層のパターンを形成する。この積層のパターン
は、素子分離トレンチ５０２を形成するためのマスクと
して用いられ、シリコン基板１０２の表面と同位置にあ
る開口幅Ａ4（図２（ｂ）に図示）が約０．１５μｍと
なるように所定の開口幅で形成される。

【００３８】次に、図２（ｂ）に示すように、積層のパ
ターンのシリコン酸化膜４０２をマスクとして、ＲＩＥ
法でシリコン基板１０２を所定の深さｄ３＝１００ｎｍ
までエッチングする。ここでは、第１のエッチングガス
として、Ｃｌ₂、Ｏ₂及びＮ₂を含む塩素系の混合ガスを
用いており、各ガスの流量は、Ｃｌ₂を約１３０ml／mi
n、Ｏ₂を約５ml／min、Ｎ₂を約１０ml／minとする。ま
た、圧力を約５．３Ｐａ、基板温度を５０℃、ＲＩＥ装
置のＲＦ（＝高周波）出力を約５００Ｗに設定する。こ
の混合ガスは、被エッチング材であるシリコン基板１０
２と反応しながら、蒸気圧の低い窒化物系の反応生成物
であるＳｉＣｌｘＯｙＮｚを生成させる。本実施の形態
においては、前述の条件でシリコン基板１０２をエッチ
ングすると、窒化物系の反応生成物が生成され、図２
（ｂ）に示すように、シリコン基板１０２の表面から深
さｄ３＝１００ｎｍ付近まで堆積物６０２として素子分
離トレンチ５０２の側壁に残存させることになる。第１
のエッチングガスの成分において、Ｎ₂は素子分離トレ
ンチ５０２の側壁面への反応生成物の堆積をさらに促進
させる効果を有する。また、前述した反応生成物ＳｉＣ
ｌｘＯｙＮｚは窒化物であるため、被エッチング材であ
るシリコン基板１０２とのエッチングの選択比が十分に
確保でき、素子分離トレンチを形成するうえでエッチン
グ精度を高めることができる。

【００３９】尚、素子分離トレンチ５０２全体の深さ
（図２（ｃ）のｄ４の位置）に応じて順テーパー領域の
テーパー角及び深さを調整するためには、テーパー角は
Ｏ₂またはＮ₂の流量を変化させて反応生成物の生成量を
制御すればよく、深さは、それに基づいて所定の時間ド
ライエッチングを行うことによって調整することができ
る。本実施の形態では、Ｏ₂の流量を０〜２０ml／min
に、またＮ₂の流量を５〜２０ml／minの範囲に各々設定
すれば、深さ０ｎｍ〜１００ｎｍ（＝ｄ3の位置）まで
順テーパー領域を形成することができるが、一例とし
て、Ｏ2の流量を約５ml／min、また、Ｎ₂の流量を約１
０ml／minとする。

【００４０】これより、堆積物６０２は安定した状態で
側壁面上に形成され、素子分離トレンチ５０２のエッチ
ング精度を高めることができる。この堆積物６０２が素
子分離トレンチ５０２の側壁面に付着した状態でシリコ
ン基板１０２のエッチングが行われると、図２(ｂ)に示
すように、素子分離トレンチ５０２を断面形状において
順テーパー状（図２（ｂ）に示す角度ｂが９０度より小
さい）に形成することができる。ここで、順テーパー状
の素子分離トレンチ５０２において、深さｄ３に位置す
る第１の底面幅Ａ5の値は０．１３μｍ程度となる。

【００４１】次に、エッチングの条件を変えて、引き続
きシリコン基板１０２のエッチングを行う。ここでは、
第２のエッチングガスとしてＣｌ₂、Ｏ₂を含む混合ガス
を用いる。この第２のエッチングガスは、Ｎ₂を含まな
いので、シリコン基板１０２をエッチングする際に発生
する反応生成物が、素子分離トレンチ５０２の側壁面上
に堆積することを抑制する。これより、深さｄ３以降で
は第２のエッチンガスのうちＣｌ₂がシリコン基板１０
２を等方的にドライエッチングする。従って、図２
（ｃ）に示すように深さｄ３からｄ４（深さｄ４の位
置は３５０〜４００ｎｍ）までの間で、シリコン基板１
０２のエッチングを深さ方向のみならず横方向にも等方
的に行え、精度良くオーバーハング状に形成することが
できる。その後、エッチングを所定の時間行い、シリコ
ン基板１０２の表面から深さｄ４まで達する素子分離ト
レンチ５０２を形成する。このようにして、シリコン基
板１０２の表面から深さｄ３＝１００ｎｍの位置までの
素子分離トレンチ５０２の形状は順テーパー状に、深さ
ｄ３の位置から深さｄ４＝３５０〜４００ｎｍの位置ま
では横方向に広がりを有するオーバーハング状に形成さ
れる。オーバーハング状の素子分離トレンチ５０２にお
いて、深さｄ4に位置する第２の底面幅Ａ6の値は０．１
５μｍ程度となる。

【００４２】ここで、第１の実施の形態と同様の理由か
ら、素子分離の電流に対する耐圧性を示す“分離距離”
の値を、従来よりも大きくすることができる。

【００４３】次に、ウエットエッチングでシリコン酸化
膜４０２と堆積物６０２を除去し、熱酸化法によって素
子分離トレンチ５０２の側壁の表面を５０ｎｍ程度に薄
く酸化してから、図２（ｄ）に示すように、この熱酸化
膜を介してシリコン酸化膜７０２を埋め込む。ここで
は、第１の実施の形態と同様に、素子分離トレンチ５０
２内のシリコン表面の結晶状態を熱アニールで整えてい
るので、絶縁性物質を精度よくその内部に埋め込むこと
ができる。また、第1の実施の形態と同様に、シリコン
酸化膜７０２には、ＴＥＯＳ膜やＨＤＰ（High―Densit
y―Plasma=高密度プラズマ）膜、ＳＯＧ（Spin−On―Gl
ass）膜（例：有機シリコン酸化膜）等が使用される。
ＴＥＯＳ膜やＨＤＰ（High―Density―Plasma=高密度プ
ラズマ）膜はＳＯＧ膜よりも誘電率が高く、他の領域と
の導通を防止することができるが、多少埋め込み性が劣
るので、トレンチ内部にボイド８０２が残存する可能性
がある。しかしながら、素子分離トレンチ５０２の第２
の底面幅Ａ6を、従来と比較して１．３〜１．５倍ほど
大きく形成できるので、電流に対する素子分離領域の耐
圧性を十分確保することが可能となる。一方、ＳＯＧ膜
を使用すると、素子分離トレンチ内にボイドを生ずるこ
となくを埋め込むことができるが、誘電率が低いので、
トレンチの底面幅の値をＴＥＯＳ膜やＨＤＰ膜を使用し
た場合よりも所定の比率で大きくする必要がある。

【００４４】次に、図２（ｅ）に示すように、シリコン
窒化膜３０２上に形成されたシリコン酸化膜７０２をウ
エットエッチング及びＣＭＰ法で、シリコン基板２０１
の表面とほぼ同位置まで除去する。

【００４５】次に、図２（ｆ）に示すように、シリコン
窒化膜３０２、シリコン酸化膜２０２を通常のウエット
エッチング法で順次除去して表面を平坦化し、ＳＴＩ法
を用いた素子分離領域を形成する。

【００４６】ここで図示はしないが、ソース、ドレイン
及びゲート電極等からなる半導体素子は、この素子分離
領域によって囲まれた領域内に通常の工程で形成され
る。

【００４７】本実施の形態では、第１の実施の形態と同
様の理由で、基板表面付近の深さｄ３までのトレンチを
順テーパー状に形成しており、ボイド等の欠陥を生ずる
ことなく絶縁膜を埋め込むことができる。これより、前
述したようなＣＭＰ等の平坦化工程を経ても、ゲート配
線等と接触する可能性の高い領域にデバイス特性に影響
を与えるほどのティボットを発生させることはない。さ
らに、素子分離トレンチ５０２において、開口幅Ａ４が
第１の底面幅Ａ5に対して１．１５倍以上であるとき絶
縁性物質の埋め込み精度が良くなり、第２の底面幅Ａ6
が第１の底面幅Ａ5の１．１５倍程度であるとき、電流
に対する素子分離領域の耐圧性が最も良くなることが分
かった。

【００４８】また、本実施の形態では、窒素を含む第１
のエッチングガスを用いており、前述した理由から順テ
ーパー状の領域のエッチング精度をさらに高めることが
できる。従って、精度良く形成されたこの順テーパー状
の領域をマスクにして、窒素を含まない第２のエッチン
ガスでオーバーハング状の領域を精度良く形成すること
が可能となる。

【００４９】尚、本実施の形態では、第１の実施の形態
と同様に、素子分離トレンチのｄ３からｄ４までの領域
をオーバーハング状に形成する場合に加え、エッチング
条件を調節して図５に示すように垂直状に形成してもよ
い。

【００５０】また、第1の実施の形態と同様に、本実施
の形態で用いた塩素系のエッチングガスに代えて、ＨＢ
ｒ、ＳＦ₆及びＯ₂を主成分の一例とするフッ素系の混合
ガスを使用してシリコン基板１０２のエッチングを行っ
ても、同様に精度良く素子分離領域用のトレンチを形成
することができる。

【００５１】（第３の実施の形態）本実施の形態を、Ｃ
ＭＯＳ型半導体装置の製造方法を例にとって説明を行
う。ここでは、ウエル内に形成される素子分離トレンチ
とウエル間に形成されるウエル分離トレンチの形成方法
を例にとり、図３（ａ）〜（ｆ）を用いて説明を行う。

【００５２】尚、図３（a）〜（f）は、ウエル内の素子
分離トレンチ及びウエル間に形成されるウエル分離トレ
ンチの長さ方向に垂直な方向の断面図を表すものであ
る。

【００５３】本実施の形態では、ウエル内に形成される
素子分離領域用のトレンチとウエル間を分離するウエル
分離領域用のトレンチを、同時にシリコン基板内に形成
する。

【００５４】まず、シリコン基板１０３上に、熱酸化法
によって膜厚約６ｎｍのシリコン酸化膜２０３を形成す
る。続いて、ＣＶＤ法を用いて膜厚約１００ｎｍのシリ
コン窒化膜３０３と膜厚約１００ｎｍのシリコン酸化膜
４０３を順次積層し、さらに、このシリコン酸化膜４０
３上にフォトレジスト膜を塗布する。その後、リソグラ
フィー技術を用いてフォトレジスト膜のパターンを形成
し、このパターンをマスクにして、ＲＩＥ法でシリコン
酸化膜４０３、シリコン窒化膜３０３及びシリコン酸化
膜２０３をシリコン基板１０３が露出するまで順次エッ
チングする。このようにして、図３（ａ）に示すように
シリコン酸化膜２０３、４０３及びシリコン窒化膜３０
３からなる積層のパターンを形成する。

【００５５】次に、この積層のパターンのうちシリコン
酸化膜４０３をマスクとして、素子分離トレンチ５０３
とウエル分離トレンチ５０４をシリコン基板１０３内に
同時に形成する。ここで、図３(ｂ)に示すように、シリ
コン酸化膜２０３、４０３及び窒化シリコン膜３０３か
らなる積層のパターンは、シリコン基板１０３の表面と
同位置で素子分離領域の開口幅Ａ7が０．１５μｍに、
同じくウエル分離領域の開口幅Ａ10が０．４〜０．６μ
ｍに形成されるように、各々所定の開口幅で形成され
る。その後、この積層のパターンのうちシリコン酸化膜
４０３をマスクとして用いて、ＲＩＥ法でシリコン基板
１０３を所定の深さｄ５＝１００ｎｍまでエッチングす
る。ここでは、エッチングガスとして、ＨＢｒ、Ｃｌ₂
及びＯ₂を含む塩素系の混合ガスを用いており、ＨＢ
ｒ、Ｃｌ₂及びＯ₂の各ガスの流量は、ＨＢｒを約１５０
ml／min、Ｃｌ₂を約１５０ml／min、Ｏ₂を約２０ml／mi
nとする。また、圧力を約２．７Ｐａ、基板温度を６０
℃、ＲＩＥ装置のＲＦ（高周波）出力を約５００Ｗとす
る。この混合ガスは、被エッチング材であるシリコン基
板１０３と反応しながら、蒸気圧の低い酸化物系の反応
生成物であるＳｉＢｒｘＣｌｙＯｚを生成させる。本実
施の形態では、前述した条件でシリコン基板１０３をエ
ッチングすると、シリコン基板１０３の表面から深さｄ
５＝１００ｎｍ付近まで、素子分離トレンチ５０３及び
ウエル分離トレンチ５０４の側壁上に反応生成物からな
る堆積物６０３を残存させることになり、これが深さｄ
５の位置までの順テーパー領域の形成に寄与する。ま
た、ウエル内に形成される素子分離トレンチ５０３とウ
エル間を分離するウエル分離トレンチ５０４は、ほぼ同
じ深さｄ5＝１００ｎｍまで形成する。ここで、順テー
パー状の素子分離トレンチ５０３において、深さｄ5の
位置にある底面の幅を第１の底面幅Ａ8とし、その値を
０．１３μｍとする。また、同じ深さｄ５の位置にあ
る、順テーパー状のウエル分離トレンチ５０４の底面の
幅を第１の底面幅Ａ11とする。

【００５６】尚、各々のトレンチの全体の深さ（＝図３
（ｃ）のｄ６の位置）に応じて順テーパー領域のテーパ
ー角と深さを調整するためには、第１の実施の形態と同
様に、テーパー角はＯ₂の流量を変化させて反応生成物
の生成量を制御すればよく、深さは、それに基づいて所
定の時間ドライエッチングを行うことによって調整する
ことができる。本実施の形態では、Ｏ₂の流量を０〜２
０ml／minとすれば、順テーパー領域を深さ０ｎｍ〜１
００ｎｍ（＝ｄ5の位置）の範囲で形成することができ
る。

【００５７】この堆積物６０３が各トレンチの側壁部に
付着した状態でシリコン基板１０３のエッチングが行わ
れると、各トレンチの断面形状において、素子分離トレ
ンチ５０３とウエル分離トレンチ５０４を順テーパー状
に形成することができる。

【００５８】ウエル間を分離するウエル分離トレンチ５
０４の開口幅Ａ10は、ウエル内の素子分離トレンチ５０
３の開口幅Ａ7より３〜４倍ほど大きい。従って、被エ
ッチング面積とエッチング時に発生する反応生成物の生
成量（堆積物６０３の付着量と比例関係にある）の関係
から、ウエル分離トレンチ５０４での反応生成物の量は
素子分離トレンチ５０３でのそれよりも多く、順テーパ
ー角が小さくなる。

【００５９】次に、前述した条件でエッチングを継続す
ると、シリコン基板１０３を深さ方向のみならず横方向
にも等方的にエッチングすることができ、図３（ｃ）に
示すように、各トレンチを深さｄ５から深さｄ６（＝３
５０〜４００ｎｍ）までの領域において同時にオーバー
ハング状に形成することができる。従って、素子分離ト
レンチ５０３とウエル分離トレンチ５０４の形状におい
て、シリコン基板１０３の表面から深さｄ5の位置まで
は順テーパー状に、深さｄ5の位置から深さｄ6の位置ま
では横方向に広がりを有するオーバーハング状に形成さ
れる。ここで、オーバーハング状の素子分離トレンチ５
０３において、深さｄ６の位置にある第２の底面幅をＡ
9とし、その値は０．１５μｍ程度となる。また、オー
バーハング状のウエル分離トレンチ５０４において、ほ
ぼ同じ深さｄ6の位置にある第２の底面幅をＡ12とし、
その値は０．１５μｍ程度となる。

【００６０】次に、ウエットエッチング法でシリコン酸
化膜４０３と堆積物６０３を除去し、熱酸化法で素子分
離トレンチ５０３とウエル分離トレンチ５０４の側壁の
表面を薄く５０ｎｍ程度酸化する。その後、図3（ｄ）
に示すように、素子分離トレンチ５０３とウエル分離ト
レンチ５０４の内部にシリコン酸化膜７０３を埋め込
む。

【００６１】次に、シリコン窒化膜３０３上に形成され
たシリコン酸化膜７０３をウエットエッチング及びＣＭ
Ｐ法でシリコン基板１０３の表面付近まで除去する。そ
の後、シリコン窒化膜３０３、シリコン酸化膜２０３を
通常のウエットエッチング法で順次除去し、シリコン基
板１０３の表面を平坦化する。このようにして、ＳＴＩ
法を用いた素子分離領域及びウエル分離領域が形成され
る。ここで、シリコン酸化膜７０３は、第１及び第２の
実施の形態と同様に、ＴＥＯＳ膜やＨＤＰ（High―Dens
ity―Plasma=高密度プラズマ）膜、ＳＯＧ（Spin−On―
Glass）膜（例：有機シリコン酸化膜）等が使用され
る。ＴＥＯＳ膜やＨＤＰ（High―Density―Plasma=高密
度プラズマ）膜を使用すると、ＳＯＧ膜よりも誘電率が
高く、他の領域との導通を防止することができるが、多
少埋め込み性が劣り、各トレンチ内部にボイド８０３が
残存する可能性がある。しかしながら、従来と比較し
て、素子分離トレンチ５０３の第２の底面幅Ａ9を１．
３〜１．５倍ほど大きく形成できるので、電流に対する
素子分離領域の耐圧性を十分確保することができる。ま
た、ウエル分離トレンチ５０４においても、従来と比較
して第２の底面幅Ａ12を１．２倍ほど大きく形成できる
ので、電流に対するウエル分離領域の耐圧性を十分確保
できる。一方、ＳＯＧ膜を使用すると、各トレンチ内に
ボイドを生ずることなくを埋め込むことができるが、誘
電率が低いので第２の底面幅Ａ9、Ａ12の値をＴＥＯＳ
膜やＨＤＰ膜を使用した場合よりも所定の比率で大きく
する必要がある。

【００６２】前述した従来の方法によれば、ウエル分離
トレンチのテーパー角を９０度に近づけると、絶縁膜を
埋め込む際にウエル内の素子分離トレンチの内部にボイ
ドが生じ、その後のＣＭＰ工程等を経て、半導体デバイ
スの素子分離領内にティボットと呼ばれる小さな溝が生
じる。本実施の形態では、素子分離トレンチ５０３及び
ウエル分離トレンチ５０４の順テーパー領域にボイド等
の欠陥を生ずることなく絶縁膜を埋め込むことができる
ので、素子分離領域及びウエル分離領域にデバイス特性
に影響を与えるほどのティボットを発生させることはな
い。

【００６３】尚、ここで図示はしないが、ソース、ドレ
イン及びゲート電極等からなる半導体素子は、この素子
分離領域によって囲まれた領域内に通常の工程で形成さ
れる。

【００６４】次に、マスクに用いるフォトレジスト膜１
１０をシリコン基板１０３上に塗布形成する。露出した
シリコン基板１０３にイオン注入法でＮ型の不純物Ａｓ
（砒素）またはＰ（リン）を導入して、図３（e）に示
すように、所定の領域にＮ型のウエル領域１１１を形成
する。その後、このＮ型のウエル領域１１１の全面を覆
うようにフォトレジスト膜を塗布形成し、同様に、この
フォトレジスト膜をマスクにして、露出したシリコン基
板１０３にイオン注入法でＰ型の不純物Ｂ（ホウ素）を
導入する。その後、熱処理を行い、Ｎ型のウエル領域１
１１及びＰ型のウエル領域１１２の不純物をシリコン基
板１０３内の所定の位置まで拡散させる。このようにし
て、図３（ｆ）に示すＮ型のウエル領域１１１とＰ型の
ウエル領域１１２を形成する。尚、Ｎ型とＰ型のウエル
領域を形成する順番は、特に規定する必要はない。

【００６５】本実施の形態で説明したＳＴＩ法を用いれ
ば、ウエル内の素子分離領域とＣＭＯＳ半導体装置に必
要なウエル間分離領域を同時に形成し、各絶縁分離領域
の電流に対する耐圧性、トレンチ内の絶縁性物質の埋め
込み精度を同時に満足させることができる。具体的に
は、素子分離トレンチ５０３において、開口幅Ａ７が第
１の底面幅Ａ8に対して１．１５倍以上のとき絶縁性物
質の埋め込み精度が良く、第２の底面幅Ａ9が第１の底
面幅Ａ8の１．１５倍であるとき、素子分離領域の電流
に対する耐圧性が最も良くなることが分かった。また、
このように素子分離トレンチが形成された場合、同時に
形成されるウエル分離トレンチ５０４においても、絶縁
性物質の埋め込み精度及びウエル分離領域の電流に対す
る耐圧性が良くなる。

【００６６】尚、実施の形態１及び２と同様の理由か
ら、各トレンチをオーバーハング状にエッチングする場
合に加え、エッチング条件を調節してｄ５からｄ６まで
の領域を、図５に示すように垂直状に形成してもよい。

【００６７】また、本実施の形態に用いた塩素系のエッ
チングガスに代えて、ＨＢｒ、ＳＦ₆及びＯ₂を主成分の
一例とするフッ素系の混合ガスを使用してシリコン基板
１０３のエッチングを行っても、同様に精度良く素子分
離領域用のトレンチ及びウエル分離領域用のトレンチを
形成することができる。

【００６８】（第４の実施の形態）本実施の形態は、第
３の実施の形態と同様に、ＣＭＯＳ型半導体装置の製造
方法に関するものである。ここでは、ウエル内に形成さ
れる素子分離領域とウエル間に形成されるウエル分離領
域の形成方法を例にとり、これらを同時にシリコン基板
内に形成する場合を図４（ａ）〜（ｆ）を用いて説明す
る。但し、ウエル内に形成される素子分離領域及びウエ
ル間に形成されるウエル分離領域のトレンチを第３の実
施の形態とは異なるエッチングガスを用いて形成する。

【００６９】尚、図４（a）〜（f）は、ウエル内素子分
離トレンチ及びウエル間に形成されるウエル分離トレン
チの長さ方向に垂直な方向の断面図を表す。

【００７０】まず、シリコン基板１０４上に、熱酸化法
によって膜厚約６ｎｍのシリコン酸化膜２０４を形成す
る。続いて、ＣＶＤ法を用いて膜厚約１００ｎｍのシリ
コン窒化膜３０４と膜厚約１００ｎｍのシリコン酸化膜
４０４を順次積層し、このシリコン酸化膜４０４上にフ
ォトレジスト膜を塗布する。その後、フォトリソグラフ
ィー技術を用いてフォトレジスト膜のパターンを形成
し、このフォトレジスト膜のパターンをマスクにして、
ＲＩＥ法でシリコン酸化膜４０４，シリコン窒化膜３０
４及びシリコン酸化膜２０４をシリコン基板１０４が露
出するまで順次エッチングする。このようにして、図４
（ａ）に示すようにシリコン酸化膜２０３、４０３及び
シリコン窒化膜３０３からなる積層のパターンを形成す
る。

【００７１】次に、積層のパターンのうちシリコン酸化
膜４０４をマスクとして、素子分離トレンチとウエル分
離トレンチをシリコン基板１０４内に同時に形成する。
ここで、図４（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜４０
４のパターンの開口幅は、基板表面と同位置で素子分離
用領域の開口幅Ａ13が０．１５μｍに、同じくウエル分
離用領域の開口幅Ａ16が０．４〜０．６μｍに形成され
るように、各々所定の大きさに形成される。そして、シ
リコン酸化膜４０４をマスクとして、ＲＩＥ法でシリコ
ン基板１０４を所定の深さｄ７＝１００ｎｍまでエッチ
ングする。ここでは、第１のエッチングガスとして、Ｃ
ｌ₂、Ｏ₂及びＮ₂を含む塩素系の混合ガスを用いてお
り、各ガスの流量は、Ｃｌ₂を約１３０ml／min、Ｏ₂を
約５ ml／min、Ｎ₂を約１０ml／minとする。また、圧
力を約５．３Ｐａ、基板温度を６０℃、ＲＩＥ装置のＲ
Ｆ（高周波）出力を約５００Ｗとする。この混合ガス
は、被エッチング材であるシリコン基板１０４と反応し
ながら、蒸気圧の低い窒化物系の反応生成物であるＳｉ
ＣｌｘＯｙＮｚを生成させる。本実施の形態では、前述
した条件でシリコン基板１０４をエッチングすると、シ
リコン基板１０４の表面から深さｄ７＝１００ｎｍ付近
まで各トレンチの側壁面上に反応生成物からなる堆積物
６０４を付着させることになる。この堆積物６０４が素
子分離トレンチ５０５とウエル分離トレンチ５０６の側
壁部に付着した状態でシリコン基板１０４のエッチング
が行われると、図４(ｂ)に示すように、断面形状におい
て、各トレンチを順テーパー状に形成することができ
る。そして、この条件において、ウエル内に形成される
素子分離トレンチ５０５とウエル間を分離するウエル分
離トレンチ５０６は、ほぼ同じ深さｄ７＝１００ｎｍ
まで形成される。

【００７２】ここで、順テーパー状の素子分離トレンチ
５０５において、深さｄ7の位置にある底面の幅を第１
の底面幅Ａ14とし、その値を０．１３μｍとする。ま
た、同じ深さｄ７の位置にある、順テーパー状のウエル
分離トレンチ５０４の底面幅を第１の底面幅Ａ17とす
る。

【００７３】尚、各々のトレンチの全体の深さ（＝図４
（ｃ）のｄ８の位置）に応じて順テーパー領域のテーパ
ー角と深さを調整するためには、第２の実施の形態と同
様に、テーパー角はＯ₂またはＮ₂の流量を変化させて反
応生成物の生成量を制御すればよく、深さは、それに基
づいて所定の時間ドライエッチングを行うことによって
調整することができる。本実施の形態では、Ｏ₂の流量
を０〜２０ml／minに、またＮ₂の流量を５〜２０ml／mi
nの範囲に各々設定すれば、深さ０ｎｍ〜１００ｎｍ
（＝ｄ7の位置）まで順テーパー領域を形成することが
できる。

【００７４】次に、エッチングの条件を変えて、引き続
きシリコン基板１０４のエッチングを行う。ここでは、
第２のエッチングガスとしてＣｌ₂、Ｏ₂を含む混合ガス
を用いる。この第２のエッチングガスは、Ｎ₂を成分に
含まないので、シリコン基板１０４をエッチングする際
に発生する反応生成物が各トレンチの側壁面上に堆積す
ることを抑制する。これより、シリコン基板１０４を深
さ方向のみならず横方向にも等方的にエッチングするこ
とができ、図４（ｃ）に示すように、各トレンチを深さ
ｄ7＝１００ｎｍ以降の領域において、同時にオーバー
ハング状に形成することができる。従って、素子分離ト
レンチ５０５とウエル分離トレンチ５０６の形状におい
て、シリコン基板１０４の表面から深さｄ７＝１００
ｎｍの位置までは順テーパー状に、深さｄ７の位置から
深さｄ８（＝３５０〜４００ｎｍ）の位置までは横方向
に広がりを有するオーバーハング状に形成される。

【００７５】ここで、オーバーハング状の素子分離トレ
ンチ５０５において、深さｄ8の位置にある底面の幅を
第２の底面幅Ａ１5とし、その値は０．１５μｍ程度と
なる。また、オーバーハング状のウエル分離トレンチ５
０６において、同じ深さｄ8の位置にある底面の幅を第
２の底面幅Ａ18とし、その値は０．１５μｍ程度とな
る。

【００７６】次に、ウエットエッチング法でシリコン酸
化膜４０４と堆積物６０４を除去し、熱酸化法で素子分
離トレンチ５０５とウエル分離トレンチ５０６の側壁の
表面に薄く５０ｎｍ程度の酸化膜を形成する。その後、
図４（ｄ）に示すように、素子分離トレンチ５０５とウ
エル分離トレンチ５０６の内部を埋め込むようにシリコ
ン酸化膜７０４を形成する。

【００７７】次に、シリコン窒化膜３０４上に形成され
たシリコン酸化膜７０４を、ウエットエッチング及びＣ
ＭＰ法でシリコン基板１０４の表面と同位置まで除去す
る。さらに、シリコン窒化膜３０４、シリコン酸化膜２
０４を通常のウエットエッチング法で順次除去し、表面
を平坦化する。このようにして、ＳＴＩ法を用いたウエ
ル内の素子分離領域及びウエル間を分離するウエル分離
領域が形成される。

【００７８】ここで、シリコン酸化膜７０４は、第１乃
至第３の実施の形態と同様に、ＴＥＯＳ膜やＨＤＰ（Hi
gh―Density―Plasma=高密度プラズマ）膜、ＳＯＧ（Sp
in−On―Glass）膜（例：有機シリコン酸化膜）等が使
用される。ＴＥＯＳ膜やＨＤＰ（High―Density―Plasm
a=高密度プラズマ）膜を使用すると、ＳＯＧ膜よりも誘
電率が高く、他の領域との導通を防止することができる
が、多少埋め込み性が劣り、各トレンチ内部にボイド８
０４が残存する可能性がある。しかしながら、素子分離
トレンチ５０５の第２の底面幅Ａ15を、従来と比較して
１．３〜１．５倍ほど大きく形成できるので、電流に対
する素子分離領域の耐圧性を十分確保することができ
る。また、ウエル分離トレンチ５０６においても、従来
と比較して第２の底面幅Ａ18を１．２倍ほど大きく形成
できるので電流に対するウエル分離領域の耐圧性も十分
確保できる。一方、ＳＯＧ膜を使用すると、各トレンチ
内にボイドを生ずることなくを埋め込むことができる
が、誘電率が低いので第２の底面幅Ａ15、Ａ18の値をＴ
ＥＯＳ膜やＨＤＰ膜を使用した場合よりも所定の比率で
大きくする必要がある。

【００７９】前述した従来の方法では、ウエル分離トレ
ンチのテーパー角を９０度に近づけると絶縁膜を埋め込
む際に内部にボイドが生じ、半導体デバイスの素子分離
領域にティボットと呼ばれる小さな溝が生じる。しかし
ながら、本実施の形態では、素子分離トレンチ５０５及
びウエル分離トレンチ５０６の順テーパー領域にボイド
等の欠陥を生ずることなく絶縁膜を埋め込むことができ
るので、素子分離領域及びウエル分離領域にデバイス特
性に影響を与えるほどのティボットを発生させることは
ない。

【００８０】尚、ここで図示はしないが、ソース、ドレ
イン及びゲート電極等からなる半導体素子は、この素子
分離領域によって囲まれた領域内に通常の工程で形成さ
れる。

【００８１】次に、第３の実施例と同様に、マスク用の
フォトレジスト膜１１３をシリコン基板１０４上に塗布
形成し、露出したシリコン基板１０４にイオン注入法で
Ｎ型の不純物Ａｓ（砒素）またはＰ（リン）を導入す
る。このようにして、図４（ｅ）に示すように、所定の
領域にＮ型のウエル領域１１４を形成する。

【００８２】次に、Ｎ型のウエル領域１１４の全面を覆
うようにフォトレジスト膜を塗布形成し、このフォトレ
ジスト膜をマスクにして露出したシリコン基板１０４に
イオン注入法でＰ型の不純物Ｂ（ホウ素）を導入する。
その後、熱処理を行い、Ｎ型のウエル領域１１４とＰ型
のウエル領域１１５の不純物をシリコン基板１０４内の
所定の位置まで拡散させる。このようにして、図４
（ｆ）に示すＮ型のウエル領域１１４及びＰ型のウエル
領域１１５を形成する。尚、Ｎ型とＰ型のウエル領域を
形成する順番は、特に規定する必要はない。

【００８３】尚、本実施の形態では、第１乃至３の実施
の形態と同様の理由から、各トレンチをオーバーハング
状にエッチングする場合に加え、エッチング条件を調節
してｄ７からｄ８までの領域を、図５に示すように垂直
状に形成してもよい。

【００８４】また、本実施の形態では、第２の実施の形
態と同様に、窒素を含む第１のエッチングガスでシリコ
ン基板とのエッチング選択比を確保しながら順テーパー
領域を形成し、この順テーパー領域をマスクにして、窒
素を含まない第２のエッチンガスでオーバーハング領域
を精度良く形成している。従って、ＣＭＯＳ型半導体装
置においても、第２の実施の形態と同様に、精度良く素
子分離トレンチ及びウエル分離トレンチを形成すること
ができる。

【００８５】本実施の形態で説明したＳＴＩ法を用いれ
ば、ウエル内素子分離とＣＭＯＳ半導体装置に必要なウ
エル間の分離領域を同時に形成し、各絶縁分離領域の電
流に対する耐圧性、トレンチ内の絶縁性物質の埋め込み
精度を満足させることができる。具体的には、素子分離
トレンチ５０５において、開口幅Ａ１3が第１の底面幅
Ａ14に対して１．１５倍程度以上のとき絶縁性物質の埋
め込み精度が良く、第２の底面幅Ａ15が第１の底面幅Ａ
14の１．１５倍程度であるとき、電流に対する素子分離
領域の耐圧性が最も良くなることが分かった。また、こ
のように素子分離トレンチが形成された場合、同時に形
成されるウエル分離トレンチ５０６においても、絶縁性
物質の埋め込み精度が良く、電流に対するウエル分離領
域の耐圧性も良くなることが分かる。

【００８６】また、第1乃至第3の実施の形態と同様に、
本実施の形態で用いた塩素系のエッチングガスに代え
て、ＨＢｒ、ＳＦ₆及びＯ₂を主成分の一例とするフッ素
系の混合ガスを使用してシリコン基板１０２のエッチン
グを行っても、同様に精度良く素子分離領域用のトレン
チ及びウエル分離領域用のトレンチを形成することがで
きる。

【００８７】

【発明の効果】本発明によれば、素子分離領域またはウ
エル間を分離するウエル分離領域を構成するトレンチ内
において、ボイド等の欠陥を生ずることなく精度良く絶
縁性物質を埋め込むことができ、電流に対する耐圧性も
高めることが可能となる。従って、半導体装置の信頼性
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施の
形態を示す工程の断面図

【図２】図２（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第２の実施の
形態を示す工程の断面図

【図３】図３（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第３の実施の
形態を示す工程の断面図

【図４】図４（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第４の実施の
形態を示す工程の断面図

【図５】本発明の実施の形態を示す工程の断面図

【図６】図６（ａ）〜（ｅ）は、従来技術を示す工程の
断面図

【図７】従来技術を示す工程の断面図

【符号の説明】

シリコン基板・・・１０１、１０２、１０３、１０
４、１０５シリコン酸化膜・・・２０１、２０２、２０３、２０
４、２０５４０１、４０２、４０３、４０４、４０５７０１、７０２、７０３、７０４、７０５シリコン窒化膜・・・３０１、３０２、３０３、３
０４、３０５素子分離トレンチ・・・５０１、５０２、５０３、５
０５ウエル分離トレンチ・・・５０４、５０５堆積物・・・６０１、６０２、６０３、６０４、６０５ボイド・・・８０１、８０２、８０３、８０４、８０５ティボット・・・９０１フォトレジスト膜・・・１１０、１１３Ｎ型のウエル領域・・・１１１、１１４Ｐ型のウエル領域・・・１１２、１１５

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本城益司東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内Ｆターム(参考） 5F004 AA05 CA02 CA03 CA04 DA00 DA04 DA18 DA25 DA26 DB01 DB03 DB07 EA06 EA07 EA13 EB04 5F032 AA39 AA40 AA44 BA01 BA02 CA03 CA17 CA20 DA02 DA10 DA23 DA24 DA25 DA26 DA78

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上にマスクパターンを形成する
工程と、前記マスクパターンを用いて前記半導体基板をエッチン
グし、前記半導体基板に、第１の深さに達しかつ第１の
底面幅を有する順テーパー状の第１のトレンチを形成す
る工程と、前記順テーパー状の第１のトレンチが形成された前記半
導体基板をエッチングし、前記半導体基板の前記第１の
深さから第２の深さに達し、前記第１の底面幅以上の大
きさの第２の底面幅を有する第２のトレンチを形成する
工程と、前記順テーパー状の第１のトレンチ及び前記第２のトレ
ンチの内部に絶縁性物質を埋め込み、絶縁分離領域を形
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】前記絶縁性物質は、シリコン酸化膜である
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】前記シリコン酸化膜は、ＴＥＯＳ膜、高密
度プラズマ膜または有機シリコン酸化膜であることを特
徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】半導体基板上にマスクパターンを形成する
工程と、前記マスクパターンを用いて前記半導体基板を異方性エ
ッチングし、前記半導体基板に、第１の深さに達しかつ
第１の底面幅を有する順テーパー状の第１のトレンチを
形成する工程と、前記順テーパー状の第１のトレンチが形成された前記半
導体基板を等方性エッチングし、前記半導体基板の前記
第１の深さから第２の深さに達し、前記第１の底面幅以
上の大きさの第２の底面幅を有する第２のトレンチを形
成する工程と、前記順テーパー状の第１のトレンチ及び前記第２のトレ
ンチの内部に絶縁性物質を埋め込み、絶縁分離領域を形
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５】前記異方性エッチング及び前記等方性エッ
チングは、塩素及び酸素を含むガスを用いて行われるこ
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】前記異方性エッチングは塩素、酸素及び窒
素を含むガスを、前記等方性エッチングは塩素及び酸素
を用いて行われ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７】前記異方性エッチング及び前記等方性エッ
チングはフッ素及び酸素を含むガスを用いて行われるこ
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８】前記異方性エッチングは、前記順テーパー
状の第１のトレンチの側壁上に反応生成物を堆積させな
がら行われることを特徴とする請求項４乃至７のいずれ
か一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記絶縁性物質は、シリコン酸化膜である
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１０】前記シリコン酸化膜は、ＴＥＯＳ膜、高
密度プラズマ膜または有機シリコン酸化膜であることを
特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】半導体基板上にマスクパターンを形成す
る工程と、前記マスクパターンを用いて前記半導体基板をエッチン
グし、第１の深さに達しかつ第１の底面幅を有する順テ
ーパー状の第１のトレンチを前記半導体基板に複数形成
する工程と、前記順テーパー状の第１のトレンチが形成された前記半
導体基板をエッチングし、前記第１の深さから第２の深
さに達し、前記第１の底面幅以上の大きさの第２の底面
幅を有する第２のトレンチを複数形成する工程と、前記順テーパー状の第１のトレンチ及び前記第２のトレ
ンチの内部に絶縁性物質を埋め込み、複数の絶縁分離領
域を形成する工程と、前記複数の絶縁分離領域の一部を含む領域上に第１のマ
スクを形成し、この第１のマスクを用いて前記半導体基
板の前記第１の領域に一導電型の不純物領域を形成する
工程と、前記一導電型の不純物領域上に第２のマスクを形成し、
この第２のマスクを用いて前記複数の絶縁分離領域のう
ち別の一部を含む第２の領域に逆導電型の不純物領域を
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１２】前記絶縁分離領域は、複数の半導体素子
間、または前記一導電型及び逆導電型の不純物領域間を
絶縁分離することを特徴とする請求項１１記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項１３】半導体基板と、この半導体基板内に形成された絶縁分離領域とを有し、この絶縁分離領域は、前記半導体基板内に形成され、第
１の深さに達しかつ第１の底面幅を有する順テーパー状
の第１のトレンチと、前記第１の深さから第２の深さに
形成され、前記第１の底面の幅以上の大きさの第２の底
面幅を有し、前記順テーパー状の第１のトレンチに接続
する第２のトレンチと、前記順テーパー状の第１のトレンチ及び前記第２のトレ
ンチの内部に埋め込まれた絶縁性物質とを有することを
特徴とする半導体装置。
【請求項１４】前記絶縁分離領域は、複数の半導体素子
間または前記一導電型及び逆導電型の不純物領域間を絶
縁分離することを特徴とする請求項１３記載の半導体装
置。
【請求項１５】前記絶縁性物質は、シリコン酸化膜であ
ることを特徴とする請求項１３記載の半導体装置。
【請求項１６】前記シリコン酸化膜は、ＴＥＯＳ膜、高
密度プラズマ膜または有機シリコン酸化膜であることを
特徴とする請求項１５記載の半導体装置。