JP2003017554A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トレンチ溝の底面近傍のＳＯＩ層の底面端部
を変形させることなく熱酸化法によりシリコン酸化膜を
形成してＳＴＩ領域を形成する。 【解決手段】 ＳＯＩ層４上のシリコン酸化膜５及びシ
リコン窒化膜６に開口部を形成した後、シリコン酸化膜
５を選択エッチングして、くぼみ部７ａを形成する。そ
の後、シリコン窒化膜６をマスクにしてＳＯＩ層４のエ
ッチングを行ってトレンチ溝８を形成する。その後、シ
リコン窒化膜６をマスクにして窒素のイオン注入を行っ
て、ＳＯＩ層４の側面及びＢＯＸ層４に窒素導入層９，
９ａを形成する。その後、熱酸化法によりシリコン酸化
膜１０，１０ａを形成する。このとき、窒素導入層９ａ
によって、ＳＯＩ層４の底面端部の酸化が抑制される。
さらに、窒素導入層のないくぼみ部７ａ領域下には膜厚
の厚いシリコン酸化膜１０ａが形成され、ＳＯＩ層４の
角部が丸まった形状になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特にＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板
を用いた半導体装置における素子分離領域の形成方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信分野の急成長に伴い、
半導体装置の低消費電力化が要望されている。この低消
費電力化を実現するためには、トランジスタの微細化が
有効であり、いわゆるデザインルールの縮小が重要とな
る。

【０００３】デザインルールの縮小の一環として、素子
分離領域の縮小があり、その素子間分離方法の一つとし
て、シャロートレンチ分離(以下、ＳＴＩと記す)プロセ
スが近年用いられつつある。

【０００４】図８（ａ）〜（ｄ）は、従来のシリコン基
板にＳＴＩ領域を設けた半導体装置の製造工程を示す断
面図である。

【０００５】まず、図８（ａ）に示すように、シリコン
基板５１上にシリコン酸化膜５２とシリコン窒化膜５３
を順次形成した後、素子分離形成領域が開口されたエッ
チングマスク（図示せず）を用いて、シリコン酸化膜５
２とシリコン窒化膜５３を選択的にエッチングして開口
部５４を形成する。その後、エッチングマスクを除去し
た後、シリコン窒化膜５３をマスクにシリコン基板５１
を所定の深さまでエッチングし、トレンチ溝５５を形成
する。

【０００６】次に、図８（ｂ）に示すように、ウェット
エッチング法を用いてシリコン酸化膜５２の選択エッチ
ングを行うことにより、シリコン酸化膜５２をシリコン
窒化膜５３の端部から所定の幅だけ後退させて、シリコ
ン窒化膜５３の端部下にくぼみ部５６を形成する。

【０００７】次に、図８（ｃ）に示すように、シリコン
窒化膜５３を酸化防止マスクにして、露出しているシリ
コン基板５１表面を熱酸化により選択的に酸化すること
によって、トレンチ溝５５の内壁面にシリコン酸化膜５
７を形成する。このとき、くぼみ部５６によって露出し
ているシリコン基板５１表面も酸化されてシリコン酸化
膜５７ａが形成される。このくぼみ部５６を形成してお
くことにより、トレンチ溝５５の上端部に位置するシリ
コン基板５１の角部が丸まった形状となるためゲート絶
縁膜の耐圧を向上することができる。

【０００８】次に、図８（ｄ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤ法により、トレンチ溝５５内が完全に埋め込まれ
るように絶縁膜５８を堆積する。その後、シリコン窒化
膜５３上の絶縁膜５８をＣＭＰ法やエッチバック法など
によって選択的に除去した後、シリコン窒化膜５３を選
択的に除去することによってトレンチ溝５５内に絶縁膜
５８が埋め込まれたＳＴＩ領域を形成することができ
る。

【０００９】上記のようなＳＴＩプロセスは、次世代半
導体デバイスとして開発が進められている、ＳＯＩ基板
を用いた半導体装置の素子分離領域の形成方法としての
適用が検討されつつある。

【００１０】図９（ａ）〜（ｃ）は、従来のＳＯＩ基板
にＳＴＩ領域を設けた半導体装置の製造工程を示す断面
図である。

【００１１】まず、図９（ａ）に示すように、ＳＯＩ基
板６１は、半導体基板からなる支持基板６２と、支持基
板６２上に形成された埋め込み酸化膜層（以下、ＢＯＸ
層と記す）６３と、ＢＯＸ層６３上に形成されたシリコ
ンからなる半導体層（以下、ＳＯＩ層と記す）６４とで
構成されており、支持基板６２とＳＯＩ層６４とがＢＯ
Ｘ層６３により互いに電気的に絶縁分離された構造を有
している。このＳＯＩ基板６１のＳＯＩ層６４上にシリ
コン酸化膜６５とシリコン窒化膜６６を順次形成した
後、素子分離形成領域が開口されたエッチングマスク
（図示せず）を用いて、シリコン酸化膜６５とシリコン
窒化膜６６を選択的にエッチングして開口部６７を形成
する。その後、エッチングマスクを除去した後、ウェッ
トエッチング法を用いてシリコン酸化膜６５の選択エッ
チングを行うことにより、シリコン酸化膜６５をシリコ
ン窒化膜６６の端部から所定の幅だけ後退させて、シリ
コン窒化膜６６の端部下にくぼみ部６８を形成する。

【００１２】次に、図９（ｂ）に示すように、シリコン
窒化膜６６をエッチングマスクにしてＳＯＩ層６４のエ
ッチングを行い、ＢＯＸ層６３に到達するトレンチ溝６
９を形成する。

【００１３】次に、図９（ｃ）に示すように、シリコン
窒化膜６６を酸化防止マスクにして、露出しているＳＯ
Ｉ層６４表面を熱酸化により選択的に酸化することによ
って、トレンチ溝６９の内壁面となるＳＯＩ層６４の側
面上にシリコン酸化膜７０を形成する。このとき、くぼ
み部６８によって露出しているＳＯＩ層６４表面も酸化
されてシリコン酸化膜７０ａが形成される。このくぼみ
部６８を形成しておくことにより、トレンチ溝６９の上
端部に位置するＳＯＩ層６４の角部が酸化によって丸ま
った形状となるためゲート絶縁膜の耐圧を向上すること
ができる。その後、プラズマＣＶＤ法により、トレンチ
溝６９内が完全に埋め込まれるように絶縁膜を堆積した
後、シリコン窒化膜６６上の絶縁膜をＣＭＰ法やエッチ
バック法などによって選択的に除去し、その後、シリコ
ン窒化膜６６を選択的に除去することによってトレンチ
溝６９内に絶縁膜が埋め込まれたＳＴＩ領域を形成する
ことができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳＯＩ
基板に従来のＳＴＩプロセスを適用した場合、図９
（ｂ）、（ｃ）に示すように、トレンチ溝６９はＢＯＸ
層６３に到達するように形成されるため、熱酸化によっ
てシリコン表面が露出しているくぼみ部６８を含むトレ
ンチ溝６９の内壁面にシリコン酸化膜７０、７０ａを形
成する際に、酸化剤である酸素がトレンチ溝６９底面の
ＢＯＸ層６３中を拡散する。その結果として、トレンチ
溝６９の底面の周囲に位置するＳＯＩ層６４の底面の端
部７１が、ＢＯＸ層６３中を拡散してきた酸素によって
酸化され、酸化によって形成された酸化膜によって盛り
上がった形状となる。従って、活性領域と素子分離領域
との境界付近のＳＯＩ層６４の底面端部７１が湾曲し、
応力による欠陥が発生するため、リーク電流が増大する
という課題がある。

【００１５】また、ＳＯＩ層６４の底面端部７１を変形
させないように、熱酸化によるシリコン酸化膜７０、７
０ａを形成せずに、プラズマＣＶＤ法による絶縁膜のみ
でトレンチ溝６９内に埋め込んだ場合、トレンチ溝６９
の上端部に位置するＳＯＩ層６４の角部が角張った形状
となるためゲート絶縁膜の耐圧が劣化するという課題が
ある。

【００１６】そこで、本発明の目的は、ＳＯＩ基板にお
いてＳＴＩプロセスを行う際に、トレンチ溝の底面近傍
のＳＯＩ層の底面端部を変形させることなく熱酸化法に
よりシリコン酸化膜を形成することができ、且つ、欠陥
の発生によるリーク電流の増加を防止したＳＴＩ領域の
形成ができる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】本発明の第１の半導体装
置の製造方法は、酸化膜層上に半導体層を有するＳＯＩ
基板を用いた半導体装置の製造方法において、半導体層
にトレンチ溝を形成する工程と、トレンチ溝底面の酸化
膜層に窒素導入層を形成する工程と、窒素導入層が形成
された状態で、トレンチ溝の内壁面となる半導体層の側
面上に熱酸化法により酸化膜を形成する工程とを有す
る。

【００１８】この第１の半導体装置の製造方法によれ
ば、トレンチ溝底面に露出する酸化膜層に窒素導入層を
形成した状態で熱酸化を行うため、窒素導入層によって
酸化膜層中の酸素の拡散が抑制され、半導体層の底面端
部の酸化を防止することができるため、半導体層端部の
湾曲を防止することができる。

【００１９】本発明の第２の半導体装置の製造方法は、
酸化膜層上に半導体層を有するＳＯＩ基板を用いた半導
体装置の製造方法において、半導体層上に下地絶縁膜を
形成する工程（ａ）と、下地絶縁膜上に酸化防止膜を形
成する工程（ｂ）と、下地絶縁膜及び酸化防止膜を選択
的にエッチングして、半導体層上に開口部を形成する工
程（ｃ）と、工程（ｃ）の後に、下地絶縁膜を選択的に
エッチングして、酸化防止膜の端部下にくぼみ部を形成
する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に、酸化防止膜をマ
スクにして半導体層のエッチングを行い、酸化膜層に到
達するトレンチ溝を形成する工程（ｅ）と、酸化防止膜
をマスクにして窒素のイオン注入を行うことにより、少
なくとも前記トレンチ溝底面の酸化膜層に窒素導入層を
形成する工程（ｆ）と、工程（ｆ）の後に、酸化防止膜
をマスクにして、熱酸化法によりトレンチ溝の内壁面と
なる半導体層の側面上に酸化膜を形成する工程（ｇ）と
を有する。

【００２０】この第２の半導体装置の製造方法によれ
ば、トレンチ溝底面に露出する酸化膜層に窒素導入層を
形成した状態で熱酸化を行うため、窒素導入層によって
酸化膜層中の酸素の拡散が抑制され、半導体層の底面端
部の酸化を防止することができるため、半導体層端部の
湾曲を防止することができる。さらに、くぼみ部を形成
することによって、トレンチ溝の上端部に位置する半導
体層の角部を丸まった形状に形成することができるた
め、ゲート絶縁膜の耐圧を向上することができる。

【００２１】上記第２の半導体装置の製造方法におい
て、工程（ｅ）では、半導体層の側面が垂直になるよう
にトレンチ溝を形成し、工程（ｆ）では、トレンチ溝底
面の酸化膜層のみに窒素導入層を形成しても良い。

【００２２】または、上記第２の半導体装置の製造方法
において、工程（ｅ）では、半導体層の側面が順方向テ
ーパーになるようにトレンチ溝を形成し、工程（ｆ）で
は、トレンチ溝底面の酸化膜層及び順方向テーパーを有
する半導体層の側面に窒素導入層を形成しても良い。

【００２３】本発明の第３の半導体装置の製造方法は、
酸化膜層上に半導体層を有するＳＯＩ基板を用いた半導
体装置の製造方法において、半導体層上に下地絶縁膜を
形成する工程（ａ）と、下地絶縁膜上に酸化防止膜を形
成する工程（ｂ）と、下地絶縁膜及び酸化防止膜を選択
的にエッチングして、半導体層上に開口部を形成する工
程（ｃ）と、工程（ｃ）の後に、下地絶縁膜を選択的に
エッチングして、酸化防止膜の端部下にくぼみ部を形成
する工程（ｄ）と、工程（ｃ）の後に、酸化防止膜をマ
スクにして窒素のイオン注入を行うことにより、半導体
層及び酸化膜層の一部に窒素導入層を形成する工程
（ｅ）と、工程（ｄ）及び（ｅ）の後に、酸化防止膜を
マスクにして半導体層のエッチングを行い、酸化膜層に
到達するトレンチ溝を形成する工程（ｆ）と、工程
（ｆ）の後に、酸化防止膜をマスクにして、熱酸化法に
よりトレンチ溝の内壁面となる半導体層の側面上に酸化
膜を形成する工程（ｇ）とを有する。

【００２４】この第３の半導体装置の製造方法によれ
ば、上記第２の半導体装置の製造方法と同様な効果を得
ることができる。

【００２５】上記第３の半導体装置の製造方法におい
て、工程（ｅ）では、窒素導入層の窒素のピーク濃度
が、半導体層と酸化膜層との界面付近になるように窒素
のイオン注入を行うことが望ましい。

【００２６】また、上記第３の半導体装置の製造方法に
おいて、工程（ｆ）では、半導体層の側面が垂直になる
ようにトレンチ溝を形成することによって、半導体層に
形成されている窒素導入層を除去し、工程（ｇ）では、
酸化膜層のみに窒素導入層が形成された状態で熱酸化を
行って酸化膜を形成しても良い。

【００２７】または、上記第３の半導体装置の製造方法
において、工程（ｆ）では、半導体層の側面が順方向テ
ーパーになるようにトレンチ溝を形成することによっ
て、半導体層の側面のテーパー部に窒素導入層を残存さ
せ、工程（ｇ）では、酸化膜層及び半導体層の側面に窒
素導入層が形成された状態で熱酸化を行って酸化膜を形
成しても良い。

【００２８】本発明の第４の半導体装置の製造方法で
は、酸化膜層上に半導体層を有するＳＯＩ基板を用いた
半導体装置の製造方法において、半導体層にトレンチ溝
を形成する工程と、トレンチ溝の上端部に位置する半導
体層の角部のみに酸化促進用不純物からなる不純物導入
層を形成する工程と、不純物導入層が形成された状態
で、トレンチ溝の内壁面となる半導体層の側面上に熱酸
化法により酸化膜を形成する工程とを有する。

【００２９】この第４の半導体装置の製造方法によれ
ば、トレンチ溝の上端部に位置する半導体層の角部のみ
に酸化速度が速くなる酸化促進用不純物からなる不純物
導入層を形成した状態で熱酸化を行うため、シリコン酸
化膜を形成するための酸化時間を大幅に短縮することが
できるため、酸化膜層中の酸素の拡散による半導体層の
底面端部の酸化を大幅に低減することができ、半導体層
端部の湾曲を防止することができる。

【００３０】本発明の第５の半導体装置の製造方法は、
酸化膜層上に半導体層を有するＳＯＩ基板を用いた半導
体装置の製造方法において、半導体層上に下地絶縁膜を
形成する工程（ａ）と、下地絶縁膜上に酸化防止膜を形
成する工程（ｂ）と、下地絶縁膜及び酸化防止膜を選択
的にエッチングして、半導体層上に開口部を形成する工
程（ｃ）と、工程（ｃ）の後に、下地絶縁膜を選択的に
エッチングして、酸化防止膜の端部下にくぼみ部を形成
する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に、少なくともくぼ
み部領域下の半導体層の表面部に酸化促進用不純物から
なる不純物導入層を形成する工程（ｅ）と、工程（ｅ）
の後に、酸化防止膜をマスクにして、くぼみ部領域下の
不純物導入層が残存するように半導体層のエッチングを
行い、酸化膜層に到達するトレンチ溝を形成する工程
（ｆ）と、工程（ｆ）の後に、酸化防止膜をマスクにし
て、半導体層の角部に不純物導入層が形成された状態
で、熱酸化法によりトレンチ溝の内壁面となる半導体層
の側面上に酸化膜を形成する工程（ｇ）とを有する。

【００３１】この第５の半導体装置の製造方法によれ
ば、トレンチ溝の上端部に位置する半導体層の角部のみ
に酸化速度が速くなる酸化促進用不純物からなる不純物
導入層を形成した状態で熱酸化を行うため、シリコン酸
化膜を形成するための酸化時間を大幅に短縮することが
できるため、酸化膜層中の酸素の拡散による半導体層の
底面端部の酸化を大幅に低減することができ、半導体層
端部の湾曲を防止することができる。さらに、くぼみ部
を形成することによって、トレンチ溝の上端部に位置す
る層の角部を容易に丸まった形状に形成することができ
るため、ゲート絶縁膜の耐圧を向上することができる。

【００３２】上記第５の半導体装置の製造方法におい
て、工程（ｅ）では、酸化防止膜をマスクにして、大傾
角の注入角度で酸化促進用不純物のイオン注入を行うこ
とにより不純物導入層を形成する。

【００３３】また、上記第５の半導体装置の製造方法に
おいて、酸化促進用不純物は、リンあるいはシリコンで
ある。

【００３４】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明す
る。

【００３５】図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）〜
（ｃ）は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置
の製造工程を示す断面図である。また、図３（ａ）は、
図２（ａ）に示す工程においてＳＯＩ層に形成される窒
素導入層の不純物プロファイルを示す図であり、図３
（ｂ）は、窒素ドーズ量と該窒素の導入されたシリコン
層の酸化膜厚との関係図である。

【００３６】まず、図１（ａ）に示す工程で、ＳＯＩ基
板１は、半導体基板からなる支持基板２と、支持基板２
上に形成された埋め込み酸化膜層（以下、ＢＯＸ層と記
す）３と、ＢＯＸ層３上に形成されたシリコンからなる
半導体層（以下、ＳＯＩ層と記す）４とで構成されてお
り、支持基板２とＳＯＩ層４とがＢＯＸ層３により互い
に電気的に絶縁分離された構造を有している。このＳＯ
Ｉ基板１のＳＯＩ層４上に下地絶縁膜となる厚み１０ｎ
ｍのシリコン酸化膜５を形成した後、シリコン酸化膜５
上に酸化防止膜となるシリコン窒化膜６を厚み１８０ｎ
ｍで形成する。その後、シリコン窒化膜６上に素子分離
形成領域が開口されたエッチングマスク（図示せず）を
形成した後、エッチングマスクをマスクにしてシリコン
酸化膜５及びシリコン窒化膜６を選択的にエッチングし
て開口部７を形成する。その後、エッチングマスクを除
去する。

【００３７】次に、図１（ｂ）に示す工程で、ウェット
エッチング法を用いてシリコン酸化膜５の選択エッチン
グを行うことにより、シリコン酸化膜５をシリコン窒化
膜６の端部から所定の幅だけ後退させて、シリコン窒化
膜６の端部下にくぼみ部７ａを形成する。

【００３８】次に、図１（ｃ）に示す工程で、シリコン
窒化膜６をエッチングマスクにして、ＳＯＩ層４をドラ
イエッチングして、ＢＯＸ層３に到達する順方向のテー
パーを有するトレンチ溝８を形成する。このドライエッ
チングによってエッチングされるのはＳＯＩ層４のみで
あり、選択性のあるＢＯＸ層３はほとんどエッチングさ
れることはない。また、トレンチ溝８は、ＢＯＸ層３ま
で到達しているため、トレンチ溝８は常にＳＯＩ層４の
膜厚と同程度となり、例えばＳＯＩ層４の厚みが１５０
ｎｍのとき、トレンチ溝８の深さは１５０ｎｍとなる。
また、トレンチ溝８は、順方向のテーパー角をもち、Ｓ
ＯＩ層４の間隔が上部から下部に向かって狭まるため、
トレンチ開口部Ｘ１はトレンチ底部Ｘ２よりも広くな
る。

【００３９】次に、図２（ａ）に示す工程で、シリコン
窒化膜６をイオン注入マスクとして、トレンチ溝８内に
窒素イオンを、ドーズ量１×１０¹⁵／ｃｍ^-2、注入エネ
ルギー５ｋｅＶ、注入角度０°の注入条件でイオン注入
を行う。この窒素注入によって、トレンチ溝８内のＳＯ
Ｉ層４の側面にＳＯＩ窒素導入層９が形成され、且つ、
トレンチ溝８底面に露出するＢＯＸ層３にＢＯＸ窒素導
入層９ａが形成される。このとき、トレンチ溝８内に露
出するＳＯＩ層４は、順方向のテーパー角を持ってお
り、ＳＯＩ層４の間隔が上部から下部に向かって狭まっ
ている為、窒素イオンを実質上ＳＯＩ基板１に対して垂
直になるようにイオン注入した場合、図３（ａ）に示す
ように、ＳＯＩ窒素導入層９は、トレンチ溝８の側面表
面に浅く、且つ、ＳＯＩ層４の下部で上部よりも不純物
濃度が濃く形成される。また、トレンチ溝８底面のＢＯ
Ｘ層３に形成されるＢＯＸ窒素導入層９ａには、ドーズ
量に応じた不純物が導入されるため、ＳＯＩ窒素導入層
９よりも注入深さが深く、且つ、不純物濃度が濃く形成
される。なお、窒素注入後に、熱処理により注入された
窒素を活性化させても良い。

【００４０】次に、図２（ｂ）に示す工程で、シリコン
窒化膜６を酸化防止マスクとして、くぼみ部７ａを含む
トレンチ溝８の内壁面を熱酸化して、下地絶縁膜となる
シリコン酸化膜１０を通常酸化時の厚み換算で２５ｎｍ
程度形成する。このとき、くぼみ部７ａ領域には、同時
にシリコン酸化膜１０ａが形成される。この酸化によっ
て、トレンチ溝８の上部に位置するＳＯＩ層４の角部が
丸まった形状となる。

【００４１】次に、図２（ｃ）に示す工程で、プラズマ
ＣＶＤ法により、トレンチ溝８内が完全に埋め込まれる
ように埋め込み絶縁膜となるプラズマ酸化膜１１を４５
０ｎｍを堆積する。その後、シリコン窒化膜６上のプラ
ズマ酸化膜１１をＣＭＰ法やエッチバック法などによっ
て選択的に除去した後、シリコン窒化膜６を選択的に除
去することによってトレンチ溝８内にプラズマ酸化膜１
１が埋め込まれたＳＴＩ領域を形成することができる。

【００４２】本発明の第１の実施の形態によれば、トレ
ンチ溝８を形成した後、トレンチ溝８内に窒素をイオン
注入し窒素導入層９、９ａを形成した後、熱酸化法によ
ってシリコン酸化膜１０、１０ａを形成する。

【００４３】ここで、図３（ｂ）に示すように、窒素ド
ーズ量を変えて窒素が導入されたシリコン層を熱酸化法
により一定温度で一定時間の酸化を行った場合、窒素の
ドーズ量の増加に伴って、シリコン酸化膜の膜厚は減少
することがわかる。これはシリコン層中に窒素が導入さ
れることにより、シリコン中への酸素の進入、拡散が抑
制されるためである。

【００４４】従って、図２（ｂ）に示す工程で、熱酸化
した場合、くぼみ部７ａ側のＳＯＩ層４表面には窒素が
導入されておらず、トレンチ溝８内のＳＯＩ層４側面に
形成されたＳＯＩ窒素導入層９は、上部に比べ下部の方
が窒素濃度が濃く形成されているため、くぼみ部７ａ側
のＳＯＩ層４に形成されるシリコン酸化膜１０ａの膜厚
が２５ｎｍ程度となり、ＳＯＩ層４の側面に形成される
シリコン酸化膜１０の厚みは全体が２５ｎｍよりも薄く
なり、且つ、上部に比べ下部の方がさらに薄く形成され
る。

【００４５】また、ＢＯＸ層３に形成されたＢＯＸ窒素
導入層９ａは、注入深さが深く、且つ、窒素濃度が濃く
形成されるため、酸化剤となる酸素の拡散を抑制するこ
とができる。したがって、ＢＯＸ層３中の酸素の拡散を
防止することができ、その結果ＳＯＩ層４の底面端部の
酸化を防止することができるため、ＳＯＩ層４端部の湾
曲を防止することができる。

【００４６】なお、上記第１の実施形態では、ＳＯＩ層
４の側面にＳＯＩ窒素導入層９を形成し、且つ、ＢＯＸ
層３にＢＯＸ窒素導入層９ａを形成したが、例えばトレ
ンチ溝８を垂直にエッチングした状態で窒素注入を行う
ことによって、ＳＯＩ窒素導入層９は形成せず、ＢＯＸ
窒素導入層９ａのみを形成した状態で熱酸化を行っても
ＳＯＩ層４の底面端部の酸化を防止することができる。

【００４７】（第２の実施形態）図４（ａ）〜（ｃ）
は、本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置の製造
工程を示す断面図である。また、図５は、図４（ａ）に
示す工程においてＳＯＩ層及びＢＯＸ層に形成される窒
素導入層の不純物プロファイルを示す図である。

【００４８】まず、図４（ａ）に示す工程では、第１の
実施形態の図１（ａ）及び図１（ｂ）と同様な方法によ
って、ＳＯＩ基板１のＳＯＩ層４上にシリコン酸化膜５
及びシリコン窒化膜６を順次形成した後、素子分離形成
領域のシリコン酸化膜５及びシリコン窒化膜６を選択的
にエッチングして開口部７を形成する。その後、ウェッ
トエッチング法を用いてシリコン酸化膜５のエッチング
を行うことにより、シリコン酸化膜５をシリコン窒化膜
６の端部から所定の幅だけ後退させて、シリコン窒化膜
６の端部下にくぼみ部７ａを形成する。その後、シリコ
ン窒化膜６をイオン注入マスクとして、開口部７内に露
出するＳＯＩ層４及びＢＯＸ層３に窒素イオンを、ドー
ズ量１×１０¹⁵／ｃｍ^-2、注入エネルギー５０ｋｅＶ、
注入角度０°の注入条件でイオン注入を行って、ＳＯＩ
窒素導入層１２とＢＯＸ窒素導入層１２ａとを形成す
る。このとき、図５に示すように、窒素濃度がＳＯＩ層
４とＢＯＸ層３との界面付近でピーク濃度となる注入エ
ネルギーで窒素をイオン注入する。この結果、ＳＯＩ窒
素導入層１２は、ＳＯＩ層４の表面側の上部に比べてＢ
ＯＸ層３側の下部の方が不純物濃度が高くなり、ＢＯＸ
窒素導入層１２ａはＳＯＩ層４側の上部が下部に比べて
不純物濃度が高く形成される。なお、窒素注入後に、熱
処理により注入された窒素を活性化させても良い。

【００４９】次に、図４（ｂ）に示す工程で、シリコン
窒化膜６をエッチングマスクにして、ＳＯＩ層４をドラ
イエッチングして、ＢＯＸ層３に到達する順方向のテー
パーを有するトレンチ溝１３を形成する。このドライエ
ッチングによってエッチングされるのはＳＯＩ層４のみ
であり、選択性のあるＢＯＸ層３はほとんどエッチング
されることはない。また、トレンチ溝１３は、ＢＯＸ層
３まで到達しているため、トレンチ溝１３は常にＳＯＩ
層４の膜厚と同程度となる。また、トレンチ溝１３は、
順方向のテーパー角をもち、トレンチ溝１３領域のＳＯ
Ｉ層４の間隔が上部から下部に向かって狭まるように形
成される。その結果、トレンチ溝１３の内壁面となるＳ
ＯＩ層４の側面には、ＳＯＩ窒素導入層１２の一部が残
存してＳＯＩ窒素導入層残部１２ｂが形成される。この
ＳＯＩ窒素導入層残部１２ｂは、ＳＯＩ層４の側面から
拡散深さが、ＳＯＩ層４の上部（表面側）に比べて下部
（ＢＯＸ層３側）の方が深く形成されており、且つ、Ｓ
ＯＩ層４の上部よりも下部の方が不純物濃度が濃く形成
された構成となる。

【００５０】次に、図４（ｃ）に示す工程で、シリコン
窒化膜６を酸化防止マスクとして、くぼみ部７ａを含む
トレンチ溝１３の内壁面を熱酸化して、下地絶縁膜とな
るシリコン酸化膜１４を通常酸化時の厚み換算で２５ｎ
ｍ程度形成する。このとき、くぼみ部７ａ領域には、同
時にシリコン酸化膜１４ａが形成される。この酸化によ
って、トレンチ溝１３の上部に位置するＳＯＩ層４の角
部が丸まった形状となる。

【００５１】その後、第１の実施形態の図２（ｃ）に示
す工程と同様な方法によって、トレンチ溝１３内のみに
選択的に埋め込み絶縁膜を形成することによって、ＳＴ
Ｉ領域を形成することができる。

【００５２】本発明の第２の実施の形態によれば、素子
分離形成領域のＳＯＩ層４及びＢＯＸ層３に窒素をイオ
ン注入して窒素導入層１２、１２ａを形成した後、トレ
ンチ溝１３を形成し、トレンチ溝１３の内壁面となるＳ
ＯＩ層４の側面にＳＯＩ窒素導入層残部１２ｂが残存
し、且つ、トレンチ溝１３底面のＢＯＸ層３にＢＯＸ窒
素導入層１２ａが形成された状態で、熱酸化法によって
シリコン酸化膜１４、１４ａを形成する。

【００５３】従って、図４（ｃ）に示す工程で、熱酸化
した場合、くぼみ部７ａ側のＳＯＩ層４表面には窒素が
導入されておらず、トレンチ溝８内のＳＯＩ層４側面に
形成されたＳＯＩ窒素導入層残部１２ｂは、上部に比べ
下部の方が、窒素濃度が濃く且つ側面からの拡散深さが
深く形成されているため、くぼみ部７ａ側のＳＯＩ層４
に形成されるシリコン酸化膜１４ａの膜厚が２５ｎｍ程
度となり、ＳＯＩ層４の側面に形成されるシリコン酸化
膜１０の厚みは全体が２５ｎｍよりも薄くなり、且つ、
上部に比べ下部の方がさらに薄く形成される。このと
き、ＳＯＩ窒素導入層残部１２ｂの拡散深さ及びシリコ
ン酸化膜１４ａの膜厚によっては、酸化後にもＳＯＩ層
４の下部領域にＳＯＩ窒素導入層残部１２ｂが残存する
ことがある。

【００５４】しかも、ＢＯＸ層３に形成されたＢＯＸ窒
素導入層１２ａは、表面（ＳＯＩ層４側）の窒素濃度が
濃く形成されるため、酸化剤となる酸素の拡散を抑制す
ることができる。したがって、ＢＯＸ層３中の酸素の拡
散を防止することができ、その結果ＳＯＩ層４の底面端
部の酸化を防止することができるため、ＳＯＩ層４端部
の湾曲を防止することができる。

【００５５】なお、上記第２の実施形態では、ＳＯＩ層
４の側面にＳＯＩ窒素導入層残部１２ｂを残存したが、
例えばトレンチ溝１３を垂直にエッチングすることによ
りＳＯＩ層４中のＳＯＩ窒素導入層１２は完全に除去
し、ＢＯＸ窒素導入層１２ａのみが形成された状態で熱
酸化してもＳＯＩ層４の底面端部の酸化を防止すること
ができる。

【００５６】また、上記第２の実施形態では、くぼみ部
７ａを形成した後に窒素導入層１２、１２ａを形成した
が、窒素導入層１２、１２ａを形成した後でトレンチ溝
１３を形成する前にくぼみ部７ａを形成しても良い。

【００５７】（第３の実施形態）図６（ａ）〜（ｃ）
は、本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置の製造
工程を示す断面図である。また、図７（ａ）は、図６
（ａ）に示す工程においてＳＯＩ層に形成されるリン導
入層の不純物プロファイルを示す図であり、図７（ｂ）
は、リンドーズ量と該リンの導入されたシリコン層の酸
化膜厚との関係図である。

【００５８】まず、図６（ａ）に示す工程では、第１の
実施形態の図１（ａ）及び図１（ｂ）と同様な方法によ
って、ＳＯＩ基板１のＳＯＩ層４上にシリコン酸化膜５
及びシリコン窒化膜６を順次形成した後、素子分離形成
領域のシリコン酸化膜５及びシリコン窒化膜６を選択的
にエッチングして開口部７を形成する。その後、ウェッ
トエッチング法を用いてシリコン酸化膜５のエッチング
を行うことにより、シリコン酸化膜５をシリコン窒化膜
６の端部から所定の幅だけ後退させて、シリコン窒化膜
６の端部下にくぼみ部７ａを形成する。その後、シリコ
ン窒化膜６をイオン注入マスクとして、開口部７内に露
出するＳＯＩ層４の表面部に酸化促進用不純物、例えば
リンイオンを、ドーズ量５×１０¹⁵／ｃｍ^-2、注入エネ
ルギー１０ｋｅＶの注入条件で、注入角度３５〜４５°
と大傾角な注入角度でイオン注入を行って、リン導入層
１５を形成する。このとき、リン導入層１５は、図７
（ａ）に示すようにＳＯＩ層４の表面に浅く形成され、
且つ、大傾角な注入角度でイオン注入することによりく
ぼみ部７ａ領域下のＳＯＩ層４にもリン導入層１５を形
成することができる。また、リン導入層の拡散深さは、
後工程の熱酸化でシリコン酸化膜に変換されリン導入層
がなくなる程度に形成することが好ましい。

【００５９】次に、図６（ｂ）に示す工程で、シリコン
窒化膜６をエッチングマスクにして、ＳＯＩ層４をドラ
イエッチングして、ＢＯＸ層３に到達する順方向のテー
パーを有するトレンチ溝１６を形成する。このトレンチ
溝１６の形成によって、開口部７下のリン導入層１５は
エッチングされ、くぼみ部７ａ領域下のＳＯＩ層４表面
のみにリン導入層残部１５ａが残存する。このドライエ
ッチングによってエッチングされるのはＳＯＩ層４のみ
であり、選択性のあるＢＯＸ層３はほとんどエッチング
されることはない。また、トレンチ溝１６は、ＢＯＸ層
３まで到達しているため、トレンチ溝１６は常にＳＯＩ
層４の膜厚と同程度となる。

【００６０】次に、図６（ｃ）に示す工程で、シリコン
窒化膜６を酸化防止マスクとして、くぼみ部７ａを含む
トレンチ溝１６の内壁面を熱酸化して、下地絶縁膜とな
るシリコン酸化膜１７を通常酸化時の厚み換算で５ｎｍ
程度形成する。このとき、くぼみ部７ａ領域には、同時
にシリコン酸化膜１７ａが形成される。この酸化によっ
て、トレンチ溝１６の上部に位置するＳＯＩ層４の角部
が丸まった形状となる。

【００６１】その後、第１の実施形態の図２（ｃ）に示
す工程と同様な方法によって、トレンチ溝１６内のみに
選択的に埋め込み絶縁膜を形成することによって、ＳＴ
Ｉ領域を形成することができる。

【００６２】本発明の第３の実施の形態によれば、トレ
ンチ溝１６の上端部に位置するＳＯＩ層４の角部のみに
酸化促進用不純物であるリン導入層残部１５ａを形成し
た状態で熱酸化法によってシリコン酸化膜１７、１７ａ
を形成する。

【００６３】ここで、図７（ｂ）に示すように、リンド
ーズ量を変えてリンが導入されたシリコン層を熱酸化法
により一定温度で一定時間の酸化を行った場合、リンの
ドーズ量の増加に伴って、シリコン酸化膜の膜厚は増加
することがわかる。これはシリコン層中にリンが導入さ
れることにより、シリコン層の酸化が促進され、酸化速
度が速くなるためである。

【００６４】従って、図６（ｃ）に示す工程で、熱酸化
した場合、リン導入層残部１５ａが形成されていないＳ
ＯＩ層４の側面には厚み５ｎｍのシリコン酸化膜１７が
形成されるのに対して、くぼみ部７ａ領域下のリン導入
層残部１５ａが形成されたＳＯＩ層４の角部には、約２
５ｎｍ程度の厚みを有するシリコン酸化膜１７ａが形成
される。このようにＳＯＩ層４の角部に膜厚の厚いシリ
コン酸化膜１７ａを形成することによって、ＳＯＩ層４
の角部を丸まった形状にすることができる。

【００６５】さらに、シリコン酸化膜１７、１７ａを形
成するための酸化時間は、従来に比べて大幅に短縮する
ことができるため、ＢＯＸ層３中の酸素の拡散によるＳ
ＯＩ層４の底面端部の酸化を大幅に低減することがで
き、ＳＯＩ層４端部の湾曲を防止することができる。

【００６６】なお、上記第３の実施形態では、酸化促進
用不純物としてリンを用いて説明したが、酸化速度が速
くなる他の不純物でも良く、例えばシリコンを酸化促進
用不純物として用いても同様な効果を得ることができ
る。

【００６７】

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、トレンチ溝底面に露出するＢＯＸ層に窒素導入層を
形成した状態で熱酸化を行うため、窒素導入層によって
ＢＯＸ層中の酸素の拡散が抑制され、ＳＯＩ層の底面端
部の酸化を防止することができるため、ＳＯＩ層端部の
湾曲を防止することができる。

【００６８】また、本発明の他の半導体装置の製造方法
によれば、トレンチ溝の上端部に位置するＳＯＩ層の角
部のみに酸化速度が速くなる不純物からなる不純物導入
層を形成した状態で熱酸化を行うため、シリコン酸化膜
を形成するための酸化時間を大幅に短縮することができ
るため、ＢＯＸ層中の酸素の拡散によるＳＯＩ層の底面
端部の酸化を大幅に低減することができ、ＳＯＩ層端部
の湾曲を防止することができる。

【００６９】さらに、本発明の半導体装置の製造方法に
よれば、トレンチ溝の上端部に位置するＳＯＩ層の角部
を丸まった形状に形成することができるため、ゲート絶
縁膜の耐圧を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に
係る半導体装置の製造工程のうち、トレンチ溝形成工程
までを示す断面図

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に
係る半導体装置の製造工程のうち、ＳＴＩ領域形成工程
までを示す断面図

【図３】（ａ）は、図２（ａ）に示す工程においてＳＯ
Ｉ層に形成される窒素導入層の不純物プロファイルを示
す図（ｂ）は、窒素ドーズ量と該窒素の導入されたシリ
コン層の酸化膜厚との関係図

【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に
係る半導体装置の製造工程を示す断面図

【図５】図４（ａ）に示す工程において、ＳＯＩ層及び
ＢＯＸ層に形成される窒素導入層の不純物プロファイル
を示す図

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に
係る半導体装置の製造工程を示す断面図

【図７】（ａ）は、図６（ａ）に示す工程においてＳＯ
Ｉ層に形成されるリン導入層の不純物プロファイルを示
す図（ｂ）は、リンドーズ量と該リンの導入されたシリ
コン層の酸化膜厚との関係図

【図８】（ａ）〜（ｄ）は、従来のシリコン基板にＳＴ
Ｉ領域を設けた半導体装置の製造工程を示す断面図

【図９】従来のＳＯＩ基板にＳＴＩ領域を設けた半導体
装置の製造工程を示す断面図

【符号の説明】

１ ＳＯＩ基板 ２ 支持基板 ３ 埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層） ４ 半導体層（ＳＯＩ層） ５ シリコン酸化膜 ６ シリコン窒化膜 ７ 開口部 ７ａ くぼみ部 ８ トレンチ溝 ９ ＳＯＩ窒素導入層 ９ａ ＢＯＸ窒素導入層 １０、１０ａ シリコン酸化膜 １１ 埋め込み絶縁膜 １２ ＳＯＩ窒素導入層 １２ａ ＢＯＸ窒素導入層 １２ｂ ＳＯＩ窒素導入層残部 １３ トレンチ溝 １４、１４ａ シリコン酸化膜 １５ リン導入層 １５ａ リン導入層残部 １６ トレンチ溝 １７、１７ａ シリコン酸化膜

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化膜層上に半導体層を有するＳＯＩ基
   板を用いた半導体装置の製造方法において、 前記半導体層にトレンチ溝を形成する工程と、 前記トレンチ溝底面の前記酸化膜層に窒素導入層を形成
   する工程と、 前記窒素導入層が形成された状態で、前記トレンチ溝の
   内壁面となる前記半導体層の側面上に熱酸化法により酸
   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。
2. 【請求項２】 酸化膜層上に半導体層を有するＳＯＩ基
   板を用いた半導体装置の製造方法において、 前記半導体層上に下地絶縁膜を形成する工程（ａ）と、 前記下地絶縁膜上に酸化防止膜を形成する工程（ｂ）
   と、 前記下地絶縁膜及び前記酸化防止膜を選択的にエッチン
   グして、前記半導体層上に開口部を形成する工程（ｃ）
   と、 前記工程（ｃ）の後に、前記下地絶縁膜を選択的にエッ
   チングして、前記酸化防止膜の端部下にくぼみ部を形成
   する工程（ｄ）と、 前記工程（ｄ）の後に、前記酸化防止膜をマスクにして
   前記半導体層のエッチングを行い、前記酸化膜層に到達
   するトレンチ溝を形成する工程（ｅ）と、 前記酸化防止膜をマスクにして窒素のイオン注入を行う
   ことにより、少なくとも前記トレンチ溝底面の前記酸化
   膜層に窒素導入層を形成する工程（ｆ）と、 前記工程（ｆ）の後に、前記酸化防止膜をマスクにし
   て、熱酸化法により前記トレンチ溝の内壁面となる前記
   半導体層の側面上に酸化膜を形成する工程（ｇ）とを有
   する半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、 前記工程（ｅ）では、前記半導体層の側面が垂直になる
   ように前記トレンチ溝を形成し、 前記工程（ｆ）では、前記トレンチ溝底面に露出する前
   記酸化膜層のみに前記窒素導入層を形成することを特徴
   とする半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、 前記工程（ｅ）では、前記半導体層の側面が順方向テー
   パーになるように前記トレンチ溝を形成し、 前記工程（ｆ）では、前記トレンチ溝底面の前記酸化膜
   層及び前記順方向テーパーを有する前記半導体層の側面
   に前記窒素導入層を形成することを特徴とする半導体装
   置の製造方法。
5. 【請求項５】 酸化膜層上に半導体層を有するＳＯＩ基
   板を用いた半導体装置の製造方法において、 前記半導体層上に下地絶縁膜を形成する工程（ａ）と、 前記下地絶縁膜上に酸化防止膜を形成する工程（ｂ）
   と、 前記下地絶縁膜及び前記酸化防止膜を選択的にエッチン
   グして、前記半導体層上に開口部を形成する工程（ｃ）
   と、 前記工程（ｃ）の後に、前記下地絶縁膜を選択的にエッ
   チングして、前記酸化防止膜の端部下にくぼみ部を形成
   する工程（ｄ）と、 前記工程（ｃ）の後に、前記酸化防止膜をマスクにして
   窒素のイオン注入を行うことにより、前記半導体層及び
   前記酸化膜層の一部に窒素導入層を形成する工程（ｅ）
   と、 前記工程（ｄ）及び（ｅ）の後に、前記酸化防止膜をマ
   スクにして前記半導体層のエッチングを行い、前記酸化
   膜層に到達するトレンチ溝を形成する工程（ｆ）と、 前記工程（ｆ）の後に、前記酸化防止膜をマスクにし
   て、熱酸化法により前記トレンチ溝の内壁面となる前記
   半導体層の側面上に酸化膜を形成する工程（ｇ）とを有
   する半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、 前記工程（ｅ）では、前記窒素導入層の窒素のピーク濃
   度が、前記半導体層と前記酸化膜層との界面付近になる
   ように窒素のイオン注入を行うことを特徴とする半導体
   装置の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項５又は６記載の半導体装置の製造
   方法において、 前記工程（ｆ）では、前記半導体層の側面が垂直になる
   ように前記トレンチ溝を形成することによって、前記半
   導体層に形成されている前記窒素導入層を除去し、 前記工程（ｇ）では、前記酸化膜層のみに前記窒素導入
   層が形成された状態で熱酸化を行って前記酸化膜を形成
   することを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項５又は６記載の半導体装置の製造
   方法において、 前記工程（ｆ）では、前記半導体層の側面が順方向テー
   パーになるように前記トレンチ溝を形成することによっ
   て、前記半導体層の側面のテーパー部に前記窒 素導入層を残存させ、前記工程（ｇ）では、前記酸化膜
   層及び前記半導体層の側面に前記窒素導入層が形成され
   た状態で熱酸化を行って前記酸化膜を形成することを特
   徴とする半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 酸化膜層上に半導体層を有するＳＯＩ基
   板を用いた半導体装置の製造方法において、 前記半導体層にトレンチ溝を形成する工程と、 前記トレンチ溝の上端部に位置する前記半導体層の角部
   のみに酸化促進用不純物からなる不純物導入層を形成す
   る工程と、 前記不純物導入層が形成された状態で、前記トレンチ溝
   の内壁面となる前記半導体層の側面上に熱酸化法により
   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。
10. 【請求項１０】 酸化膜層上に半導体層を有するＳＯＩ
    基板を用いた半導体装置の製造方法において、 前記半導体層上に下地絶縁膜を形成する工程（ａ）と、 前記下地絶縁膜上に酸化防止膜を形成する工程（ｂ）
    と、 前記下地絶縁膜及び前記酸化防止膜を選択的にエッチン
    グして、前記半導体層上に開口部を形成する工程（ｃ）
    と、 前記工程（ｃ）の後に、前記下地絶縁膜を選択的にエッ
    チングして、前記酸化防止膜の端部下にくぼみ部を形成
    する工程（ｄ）と、 前記工程（ｄ）の後に、少なくとも前記くぼみ部領域下
    の前記半導体層の表面部に酸化促進用不純物からなる不
    純物導入層を形成する工程（ｅ）と、 前記工程（ｅ）の後に、前記酸化防止膜をマスクにし
    て、前記くぼみ部領域下の前記不純物導入層が残存する
    ように前記半導体層のエッチングを行い、前記酸化膜層
    に到達するトレンチ溝を形成する工程（ｆ）と、 前記工程（ｆ）の後に、前記酸化防止膜をマスクにし
    て、前記半導体層の角部に前記不純物導入層が形成され
    た状態で、熱酸化法により前記トレンチ溝の内壁面とな
    る前記半導体層の側面上に酸化膜を形成する工程（ｇ）
    とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の半導体装置の製造方
    法において、 前記工程（ｅ）では、前記酸化防止膜をマスクにして、
    大傾角の注入角度で前記酸化促進用不純物のイオン注入
    を行うことにより前記不純物導入層を形成することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項１０又は１１記載の半導体装置
    の製造方法において、前記酸化促進用不純物が、リンま
    たはシリコンであることを特徴とする半導体装置の製造
    方法。