JP2003031651A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2003031651A
JP2003031651A JP2001218213A JP2001218213A JP2003031651A JP 2003031651 A JP2003031651 A JP 2003031651A JP 2001218213 A JP2001218213 A JP 2001218213A JP 2001218213 A JP2001218213 A JP 2001218213A JP 2003031651 A JP2003031651 A JP 2003031651A
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JP
Japan
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trench
film
deposit
oxide film
mask layer
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JP2001218213A
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Kaname Kaseda
要 加世田
Ryuichiro Abe
竜一郎 阿部
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Denso Corp
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Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トレンチを形成するための製造工程を増加さ
せることなく、トレンチ上部のコーナー部が丸めれるよ
うにする。 【解決手段】 シリコン基板1上にパッド酸化膜2とL
P−SiN膜4とを順に成膜したのち、レジスト5を成
膜する。そして、レジスト5をマスクとしたエッチング
により、LP−SiN膜4及びパッド酸化膜2をパター
ニングする。このエッチングの際に、LP−SiN膜4
及びパッド酸化膜2の開口端に堆積物5が形成されるよ
うにする。そして、堆積物5を残したままの状態で、L
P−SiN膜4及びパッド酸化膜2をマスクとしたエッ
チングを行ない、シリコン基板1の表面にトレンチ6を
形成する。このようにすれば、トレンチ6の上部のコー
ナー部を段付き形状にできるため、この段付き形状部分
を熱酸化させることで、コーナー部を丸め処理すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、STI(Shallow T
rench Isolation)技術を用いて素子分離を行う半導体装
置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】STI
構造を有する半導体装置では、トレンチ上部のコーナー
の曲率半径が小さいとトランジスタ活性領域端部でのし
きい値の低下やゲート耐圧劣化が問題となる。このた
め、トレンチ上部のコーナー部における曲率半径を大き
くするために、例えばトレンチエッチングを行なった
後、高温の犠牲酸化工程等を追加する方法が提案されて
いる。しかしながら、犠牲酸化を行なう場合には、バー
ズビークが発生して活性化領域が狭くなってしまうとい
う問題がある。
【0003】このため、その改善策として、トレンチエ
ッチング時のマスクとなるLP−SiN膜及びパッド酸
化膜とシリコン基板との間に段付き形状を形成し、トレ
ンチ上部のコーナーを露出させることで、この後のトレ
ンチ酸化等でトレンチ上部のコーナー部が丸まり易くな
るようにする方法が提案されている。
【0004】例えば、特開平9−326432号公報や
特開平9−283614号公報に示されるように、トレ
ンチエッチング後にLP−SiN膜を等方性ウェットエ
ッチングする方法がある。
【0005】また、トレンチエッチングのマスクとなる
パッド酸化膜及びLP−SiN膜の開口端にサイドウォ
ールを形成する方法もある。この方法は図5の工程で示
される。すなわち、図5(a)に示すようにシリコン基
板J1上に形成したパッド酸化膜J2及びLP−SiN
膜J3からなるマスクをレジストJ4を用いてパターニ
ングしたのち、図5(b)に示すようにCVD法によっ
てTEOS膜J5を成膜する。そして、図5(c)に示
すようにTEOS膜J5をエッチバックすることでマス
ク開口端にサイドウォールJ6を形成し、トレンチJ7
を形成したのち、サイドウォールJ6を除去してトレン
チJ7の上部のコーナー部を露出させる。
【0006】しかしながら、これらの方法ではトレンチ
J7を形成するための製造工程が増加してしまい、コス
トアップにつながるという問題がある。
【0007】本発明は上記点に鑑みて、トレンチを形成
するための製造工程を増加させることなく、トレンチ上
部のコーナー部が丸めれるようにすることを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、半導体基板(1)を用
意する工程と、半導体基板の上にマスク層(2、3)を
成膜する工程と、マスク層の上にレジスト(4)を形成
する工程と、レジストをマスクとして、マスク層をエッ
チングによりパターニングし、マスク層に開口部を形成
する工程と、パターニングされたマスク層をマスクとし
て、半導体基板にトレンチを形成するエッチング工程と
を有してなり、マスク層に開口部を形成する工程では、
マスク層をエッチングする際に該マスク層の開口端に堆
積物(5)が形成される条件とし、半導体基板にトレン
チを形成するエッチング工程では、堆積物を残した状態
で、トレンチを形成するエッチングを行なうことを特徴
としている。
【0009】このような製造方法によれば、トレンチの
上部のコーナー部に、上述した堆積物の厚さ相当の段付
き形状を形成することができる。このため、この段付き
形状を利用してコーナー部を丸め処理することが可能と
なる。従って、従来に対してなんらトレンチを形成する
ための製造工程を増加させることなく、トレンチの上部
のコーナー部の丸め処理を行なうことができる。
【0010】具体的には、請求項2に示すように、マス
ク層として、半導体基板上にシリコン酸化膜(2)とシ
リコン窒化膜(3)とを順に成膜した構成を採用するこ
とができ、この場合、マスク層に開口部を形成する工程
において、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜に形成す
る開口部の開口端に、堆積物が形成されるようにする。
【0011】また、この場合、請求項3に示すように、
マスク層に開口部を形成する工程において、シリコン窒
化膜を異方性エッチングしたのち、シリコン酸化膜をエ
ッチングする際に、シリコン酸化膜の開口端に、堆積物
が形成されるようにすることもできる。このようにすれ
ば、トレンチを絶縁膜で埋め込んだあと、絶縁膜を平坦
化した際に、絶縁膜の突出部分が逆台形になることを防
止することができる。これにより、素子形成時に行われ
るPoly−Si電極形成でのPoly−Siのデポジ
ションのカバレッジの悪化やPoly−Siをエッチン
グする際の残渣の発生等の問題を解決することができ
る。
【0012】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
【0013】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)本発明の第1実
施形態にかかる半導体装置の製造工程を図1に示し、以
下、図1に基づいて半導体装置の製造方法についての説
明を行なう。
【0014】〔図1(a)に示す工程〕まず、シリコン
基板1を用意したのち、シリコン基板1上にパッド酸化
膜2、LP−SiN膜3及びレジスト4を順に形成す
る。そして、所定のマスクを用いて光露光を行なうこと
でレジスト4をパターニングする。
【0015】〔図1(b)に示す工程〕MERIE装置
を用い、レジスト4をマスクとして、LP−SiN膜3
及びパッド酸化膜2をエッチングする。このとき、LP
−SiN膜3及びパッド酸化膜2をエッチングした際
に、その開口端に堆積物5が形成される条件でエッチン
グを行なう。
【0016】図2に、このときのMERIE装置による
エッチング条件の一例を示す。参考として、図2中にM
ERIE装置での従来のエッチング条件も示す。また、
図3に、エッチング中における堆積物5の様子を示す概
略図を示す。
【0017】本実施形態では、ガス流量をCHF3が5
0〜100SCCM、CF4が0〜50SCCM、Ar
が800SCCM、雰囲気圧力を1.06×104
2.66×104Pa(800〜2000mTor
r)、RFパワーを500〜800W、基板温度を−1
0〜0℃となるようにしている。例えば、図2に示す例
においては、ガス流量をCHF3が700SCCM、C
4が30SCCM、Arが800SCCM、雰囲気圧
力を2.26×104Pa(1700mTorr)、R
Fパワーを750W、基板温度を−10〜0℃となるよ
うにしている。
【0018】すなわち、従来のエッチング条件と比べ
て、本実施形態ではCHF3の流量をCH4に対して増
加、雰囲気圧力を増加、RFパワーを低下、基板温度を
低下させている。このような条件下によれば、CHF3
の流量をCH4に対して増加させているため、CFxラ
ジカルを増大させることができ、堆積物5の堆積量を増
加させることが可能となる。また、雰囲気圧力を増加、
あるいはRFパワーを低下させているため、揮発性を下
げ、堆積物(CF4)が再解離するのを防ぎ、Arイオ
ンの入射エネルギーが下がるので、堆積物が除去され難
くすることができる。さらに、基板温度を低下させてい
るため、CFx重合物からなる堆積物5の吸着量を増大
させることができる。
【0019】このような条件にてエッチングを行なえ
ば、LP−SiN膜3及びパッド酸化膜2をエッチング
したときに、LP−SiN膜3及びパッド酸化膜2のう
ちエッチングされた部分の端部およびレジスト4の端部
に堆積物5を残すことができる。そして、このような堆
積物5が残ることから、図3に示されるように、LP−
SiN膜3及びパッド酸化膜2のうちエッチングされた
部分の端部がテーパ形状となる。
【0020】なお、LP−SiN膜3及びパッド酸化膜
2のテーパ部分の角度やLP−SiN膜3及びパッド酸
化膜2の露出部分の面積は、堆積物5の堆積量、つまり
厚さによって変化し、堆積物5が厚くなるほどテーパ部
分の角度が小さく、露出部分の面積が小さくなる。しか
しながら、堆積物5の厚さについては、エッチング条件
を変更することによって適宜調整することが可能である
ため、エッチング条件を変更することでテーパ部分の角
度の調整や、さらには、レジストパターニング寸法の調
整により、露出部分の面積の調整も行なえる。このテー
パ部分の角度や露出部分の面積については特に制限はな
いが、最終的に形成するSTI構造が素子分離の役割を
果たせるように、レジストパターニング寸法やエッチン
グ条件各値の調整を行なうことになる。
【0021】〔図1(c)に示す工程〕堆積物5を残し
たままの状態で、LP−SiN膜3及びパッド酸化膜2
をマスクとしたエッチングを行ない、シリコン基板1の
表面にトレンチ6を形成する。これにより、トレンチ6
は、その側壁がLP−SiN膜3及びパッド酸化膜2の
開口端よりも内側に位置した状態で形成される。
【0022】そして、HFウェットエッチにて堆積物5
と共にトレンチエッチング時に発生した堆積物を除去す
る。これにより、トレンチ6の側壁とLP−SiN膜3
及びパッド酸化膜2の開口端との間、つまりトレンチ6
の上部のコーナー部に、上述した堆積物5の厚さ相当の
段付き形状を形成することができる。
【0023】〔図1(d)に示す工程〕従来と同様に熱
処理、例えば1050℃程度の温度下でトレンチ酸化を
行なうことによって、トレンチ6の内壁に600Å程度
の酸化膜7を形成し、トレンチ6の上部のコーナー部の
丸め処理を行う。その後、トレンチ6内を埋め込むよう
にTEOS膜8をデポジションする。
【0024】〔図1(e)に示す工程〕TEOS膜8の
デンシファイ処理を行ない、さらにCMP(Chemical M
echanical Polishing)等によりLP−SiN膜3をス
トッパとしたTEOS膜8の平坦化処理を行なう。その
後、リン酸等でLP−SiN膜3を除去すると、STI
構造が完成する。
【0025】なお、この後の製造工程については図示し
ないが、STI構造によって素子分離された各活性領域
に素子を形成したのち、配線形成工程や保護膜形成工程
等を行なうことで、半導体装置が完成する。
【0026】以上説明したように、本実施形態では、ト
レンチ6を形成するにあたり、トレンチエッチング用の
マスクとなるLP−SiN膜3及びパッド酸化膜2をパ
ターニングする際に、マスクの開口端での堆積物5の堆
積を促進させ、堆積物5を残したままの状態でトレンチ
エッチングを行なうようにしている。このため、トレン
チ6の上部のコーナー部に、上述した堆積物5の厚さ相
当の段付き形状を形成することができる。
【0027】このように、堆積物5を利用してトレンチ
6の上部のコーナー部に端付き形状を設け、この段付き
形状を利用してコーナー部を丸め処理することが可能と
なる。従って、従来に対してなんらトレンチ6を形成す
るための製造工程を増加させることなく、トレンチ6の
上部のコーナー部の丸め処理を行なうことができる。
【0028】(第2実施形態)図4に、本発明の第2実
施形態にかかわる半導体装置の製造工程を示す。本実施
形態は、第1実施形態に対して、LP−SiN膜3及び
パッド酸化膜2のエッチングの条件を変更したものであ
り、他の工程については同様であるため、同様の部分に
ついては第1実施形態を参照して説明する。
【0029】まず、図4(a)に示す工程では、第1実
施形態で示した図1(a)と同様の工程を行なう。そし
て、図4(b)に示す工程では、レジスト4をマスクと
してLP−SiN膜3を異方性エッチングする。次い
で、図4(c)に示す工程では、パッド酸化膜2をエッ
チングするが、このときのエッチングを堆積物5が形成
される条件で行なう。この後、図4(d)〜(f)に示
す工程では、図1(c)〜(e)と同様の工程を行な
い、STI構造が完成する。
【0030】以上説明したように、本実施形態では、パ
ッド酸化膜2についてのみ堆積物5が形成される条件と
している。この場合、図1(e)に示す第1実施形態に
おけるSTI構造と比較すると分かるように、第1実施
形態ではTEOS膜8の突出部分が逆台形となっている
が、本実施形態ではTEOS膜8は突出部分が逆台形に
ならない。
【0031】第1実施形態のようにTEOS膜8の突出
部分が逆台形になると、素子形成時に行われるPoly
−Si電極形成でのPoly−Siのデポジションのカ
バレッジの悪化やPoly−Siをエッチングする際の
残渣の発生等の問題が懸念される。しかしながら、本実
施形態のようにTEOS膜8の突出部分が逆台形になら
ないようにすれば、上記問題を防ぐことが可能となる。
【0032】このように、パッド酸化膜2についてのみ
堆積物5が形成される条件とすることで、素子形成時に
行われるPoly−Si電極形成でのPoly−Siの
デポジションのカバレッジの悪化やPoly−Siをエ
ッチングする際の残渣の発生等の問題を解決することが
できる。
【0033】(他の実施形態)上記第1実施形態では、
堆積物5が形成される条件を図2に示したが、勿論、各
条件を適宜調整することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における半導体装置の製
造工程を示す図である。
【図2】第1実施形態と従来の場合とのエッチング条件
を比較した図表である。
【図3】堆積物5の様子を示す拡大図である。
【図4】本発明の第2実施形態における半導体装置の製
造工程を示す図である。
【図5】従来の半導体装置の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
1…シリコン基板、2…パッド酸化膜、3…LP−Si
N膜、4…レジスト、5…堆積物、6…トレンチ、7…
酸化膜、8…TEOS膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F004 AA12 BB25 DA01 DA16 DA23 DB01 DB03 DB07 EA03 EA10 EA28 EB04 5F032 AA36 AA44 AA45 AA66 AA77 BA01 DA02 DA03 DA21 DA23 DA25 DA53

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板(1)を用意する工程と、 前記半導体基板の上にマスク層(2、3)を成膜する工
    程と、 前記マスク層の上にレジスト(4)を形成する工程と、 前記レジストをマスクとして、前記マスク層をエッチン
    グによりパターニングし、前記マスク層に開口部を形成
    する工程と、 前記パターニングされた前記マスク層をマスクとして、
    前記半導体基板にトレンチを形成するエッチング工程と
    を有してなり、 前記マスク層に開口部を形成する工程では、前記マスク
    層をエッチングする際に該マスク層の開口端に堆積物
    (5)が形成される条件とし、 前記半導体基板にトレンチを形成するエッチング工程で
    は、前記堆積物を残した状態で、前記トレンチを形成す
    るエッチングを行なうことを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記マスク層として、前記半導体基板上
    にシリコン酸化膜(2)とシリコン窒化膜(3)とを順
    に成膜し、 前記マスク層に開口部を形成する工程では、前記シリコ
    ン酸化膜及び前記シリコン窒化膜に形成する開口部の開
    口端に、前記堆積物が形成されるようにすることを特徴
    とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記マスク層として、前記半導体基板上
    にシリコン酸化膜(2)とシリコン窒化膜(3)とを順
    に成膜し、 前記マスク層に開口部を形成する工程では、前記シリコ
    ン窒化膜を異方性エッチングしたのち、前記シリコン酸
    化膜をエッチングする際に、前記シリコン酸化膜の開口
    端に、前記堆積物が形成されるようにすることを特徴と
    する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (4)

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