JP2004281571A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】素子分離領域となる溝に絶縁物を充填してもボイドが形成されにくくすることで、容易且つ確実に素子分離を行うことを可能とした半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板1上に酸化シリコン膜2を介して積層されたシリコン膜3をその上面から途中までエッチングして第一の側面3aを形成する第一の工程と、この第一の工程よりも小さな傾斜角で側面が形成されるようなエッチング条件で、シリコン膜3の途中から酸化シリコン膜2の上面に至るまでエッチングして第二の側面3bを形成する第二の工程と、から下溝tを開口し、この下溝tの角部にラウンド処理を施して溝を完成させた後、溝内に酸化シリコンを充填することで素子分離を行う。
【選択図】 図2
【解決手段】シリコン基板1上に酸化シリコン膜2を介して積層されたシリコン膜3をその上面から途中までエッチングして第一の側面3aを形成する第一の工程と、この第一の工程よりも小さな傾斜角で側面が形成されるようなエッチング条件で、シリコン膜3の途中から酸化シリコン膜2の上面に至るまでエッチングして第二の側面3bを形成する第二の工程と、から下溝tを開口し、この下溝tの角部にラウンド処理を施して溝を完成させた後、溝内に酸化シリコンを充填することで素子分離を行う。
【選択図】 図2
Description
【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、半導体基板上に形成された各素子間を確実に絶縁分離するために有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路では、半導体基板に形成される各素子間を絶縁分離し、各素子間の影響を抑制することが重要な課題となっている。
この各素子間を絶縁分離するための技術として、絶縁膜上にシリコン膜が積層されてなるSOI(Silicon On Insulator)基板を用い、素子を形成するシリコン膜に絶縁膜にまで至る溝(トレンチ)を形成し、この溝を絶縁物で充填することで素子分離を行うトレンチ素子分離法が公知となっている。
【0003】
このようなトレンチ素子分離法は、図3(a)に示すように、まず、シリコン基板10上に酸化シリコン膜(絶縁膜)20とシリコン膜(半導体膜)30が順次積層されたSOI基板上に、公知のCVD法などを用いて、窒化シリコン膜(窒化膜)40を成膜する。
次いで、図3(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術を利用して、SOI基板上における素子形成領域Cは覆い、素子分離領域Sは露出するようにレジストのパターン(図示せず)を形成した状態でエッチングを行い、素子分離領域Sにおける窒化シリコン膜40を選択的に除去する。
【0004】
次いで、図3(c)に示すように、素子形成領域Cに残した窒化シリコン膜40をマスクとしてエッチングを行い、SOI基板上における素子分離領域Sにシリコン膜30の上面から酸化シリコン膜20の上面に至る溝(トレンチ)Tを形成する。ここで、この溝T内部に絶縁物を容易且つ確実に充填可能とするために、エッチングガスの組み合わせや流量を調整し、溝Tの両側面に、シリコン膜30の上面から酸化シリコン膜20の上面に向かって徐々に狭まるような傾斜31が形成されている。
【0005】
そして、素子分離領域Sに形成された溝T内に、酸化シリコン(絶縁物)50を充填することで、素子形成領域C間を素子分離領域Sで絶縁分離させるようになっている(特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−106575号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トレンチ素子分離法における問題点の一つとして、溝Tの角部が角張っているとその部分に形成される酸化膜が薄くなるため、耐圧劣化の原因となることが知られている。そこで、ラウンド酸化法やプラズマエッチング法などによって、溝Tの角部に丸みをつけるラウンド処理が提案されている。
【0008】
しかしながら、上述の特許文献1に記載の技術においてラウンド処理を適用し、溝Tの角部に丸みを形成すると、シリコン膜40と酸化シリコン膜20との界面に窪みが形成されてしまう場合があった。
このため、図4に示すように、シリコン膜40と酸化シリコン膜20との界面に形成された窪みに酸化シリコン50が埋まらずにボイド(空隙部)Bが形成されるおそれがあり、素子分離不良の要因となってしまうという問題があった。
【0009】
また、このボイドB内の残留ガスが、後工程の熱処理により体積膨張を起こし、最悪の場合には溝Tに破壊が起こるという懸念があった。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体基板上の素子分離領域となる溝にボイドを形成することなく絶縁物を充填することで、容易且つ確実に素子分離を可能とした半導体装置の製造方法を提供することを課題としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁膜を介して半導体膜が積層された基板上に、前記半導体膜の上面から前記絶縁膜の上面に至る溝が形成され、当該溝に絶縁物を充填することで素子分離されている半導体装置の製造方法において、前記半導体膜が積層された後の素子分離領域に、側面が、前記半導体膜の上面から該半導体膜の途中まで至る第一の側面と、前記半導体膜の途中から前記絶縁膜の上面まで至る第二の側面とから構成され、且つ、前記第二の側面が前記第一の側面よりも小さな傾斜角で構成された下溝を開口する工程と、前記下溝の角部にラウンド処理を施して、前記溝を形成する工程と、前記溝に絶縁物を充填する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【0011】
ここで、第一の側面は、半導体膜の上面から該半導体膜の途中まで形成されるのであれば、基板に対して垂直に形成してもよいし、基板に対して斜めに形成するようにしてもよい。また、第一の側面は、第二の側面に至るまで一定角度で形成するようにしてもよいし、半導体膜の上面から該半導体膜の途中に向かって狭まるように二以上の角度で形成するようにしてもよい。さらに、第一の側面を微小に変化する複数角度で形成し、断面U字状の下溝を形成するようにしてもかまわない。
【0012】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記下溝を開口する工程は、前記半導体膜上に、素子形成領域は覆い、前記素子分離領域は露出するようにマスクパターンを形成した状態で、前記半導体膜の上面から該半導体膜の途中までエッチングする第一のエッチング工程と、当該第一のエッチング工程よりも小さな傾斜角が側面に形成されるエッチング条件で、前記半導体膜の途中から前記絶縁膜の上面に至るまでエッチングする第二のエッチング工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【0013】
ここで、エッチング条件とは、エッチングを行う時間や雰囲気を指し、例えば、プラズマエッチング法を適用する場合には、エッチングガスの組み合わせや流量、印加電力量、或いは雰囲気圧力などを指す。
さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記基板は、絶縁膜を介してシリコン膜が積層されてなるSOI基板であることを特徴とするものである。
【0014】
本発明における半導体装置の製造方法によれば、半導体膜が積層された後の素子分離領域に、側面が、前記半導体膜の上面から該半導体膜の途中まで至る第一の側面と、前記半導体膜の途中から前記絶縁膜の上面まで至る第二の側面とから構成され、且つ、前記第二の側面が前記第一の側面よりも小さな傾斜角で構成された下溝を形成することによって、下溝の角部に耐圧劣化を抑制するラウンド処理を施しても、シリコン膜と絶縁膜との界面に窪みが形成されにくくなるため、絶縁物を充填してもボイドが形成されにくくなる。よって、半導体基板上に形成される各半導体素子間を確実に素子分離できるため、半導体集積回路の高集積化及び高性能化を実現するために有益である。
【0015】
また、本発明における半導体装置の製造方法によれば、下溝を、第一の側面と、この第一の側面よりも小さな傾斜角で構成された第二の側面と、から構成することによって、素子間の絶縁分離に悪影響を与えることなく、絶縁物を充填してもボイドが形成されにくい半導体装置を実現することが可能となる。
さらに、本発明の半導体装置の製造方法によれば、前記下溝を形成する工程が、半導体膜の上面から該半導体膜の途中までエッチングする第一のエッチング工程と、当該第一のエッチング工程よりも小さな傾斜角が側面に形成されるエッチング条件で、半導体膜の途中から絶縁膜の上面に至るまでエッチングする第二のエッチング工程と、を備えたことによって、絶縁物を充填してもボイドが形成されにくい半導体装置を容易且つ確実に実現することが可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明における半導体装置の一実施例を示す断面図である。
本実施形態における半導体装置は、図1に示すように、シリコン基板1上に酸化シリコン膜(絶縁膜)2を介してシリコン膜(半導体膜)3が積層されたSOI基板S上において、その素子分離領域となるシリコン膜3の上面から酸化シリコン膜2の上面に至る溝Tが形成され、この溝Tに酸化シリコン(絶縁物)5が充填されていることで、素子形成領域C間が素子分離領域Sで絶縁分離されている。
【0017】
ここで、素子分離領域Sに形成される溝Tは、その角部hがラウンド酸化法によるラウンド処理で丸められている。
次に、本実施形態における半導体装置の製造方法について説明する。
図2は、本発明における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
まず、図2(a)に示すように、シリコン基板1上に酸化シリコン膜2を介してシリコン膜3が積層されたSOI基板を用意する。そして、このSOI基板表面のシリコン膜3上に、例えば、公知のCVD(Chemical VaporDeposition)法を用いて、厚さ0.2μm程度の窒化シリコン膜4を成膜する。なお、この窒化シリコン膜4の成膜方法としては、これに限らず、例えば、熱酸化法を用いるようにしてもかまわない。
【0018】
次に、公知のフォトリソグラフィ技術を利用して、SOI基板上に、素子形成領域Cは覆い、素子分離領域Sは露出するように、レジストのパターン(図示しない)を成膜した状態で異方性エッチングを行う。ここで、図2(b)に示すように、SOI基板上の素子分離領域Sの窒化シリコン膜4が選択的に除去され、素子形成領域Cには窒化シリコン膜4が残される。
【0019】
次いで、図2(c)に示すように、素子形成領域Cに残された窒化シリコン膜4をマスクとして、以下の条件下でプラズマエッチングを行う(第一のエッチング工程)。そして、シリコン膜3の上面からシリコン膜3の途中まで(シリコン膜3の下面から厚さ0.05μm程度まで)至るように、傾斜角約80°の第一の側面3aを形成する。
<第一の側面形成用エッチング条件>
・エッチングガス:Cl2 /O2 混合ガス
・ガス流量:Cl2 /O2 =100/8(sccm)
・高周波電力:500(W)
・ガス圧:670(V)
続いて、図2(d)に示すように、第一のエッチング条件よりも小さな傾斜角となるように、上記エッチング条件のうちエッチングガス流量及び印加する高周波電力を以下のように増加させて、シリコン膜3の途中から酸化シリコン膜2の上面まで至るように、続けてプラズマエッチングを行う(第二のエッチング工程)。そして、第一の側面3aから酸化シリコン膜2の上面まで至るように、傾斜角約60°の第二の側面3bを形成する。
<第二の側面形成用エッチング条件>
・エッチングガス:Cl2 /O2 混合ガス
・ガス流量:Cl2 /O2 =100/15(sccm)
・高周波電力:650(W)
・ガス圧:670(V)
このようにして、SOI基板上の素子分離領域Sには、シリコン膜3の上面からシリコン膜3の途中まで形成された第一の側面3aと、シリコン膜3の途中から酸化シリコン膜2の上面まで形成された第二の側面3bとから構成され、且つ、第二の側面3bが第一の側面3aよりも小さな傾斜角を有する下溝tが形成される。
【0020】
そして、公知のラウンド酸化法によって、下溝t内部のシリコン膜3の角部hにラウンド処理を施して溝Tを完成させた後、公知のCVD法を用いて、溝T内部に酸化シリコン5を充填する。その後、例えば、ウェットエッチング法などによって窒化シリコン膜4を除去することで、図1に示すように、素子形成領域C間に素子分離領域Sを完成させる。
【0021】
このように、本実施形態における半導体装置の製造方法によれば、SOI基板上の素子分離領域Sとなる下溝tを、シリコン膜3の上面から該シリコン膜3の途中まで形成された第一の側面3aと、シリコン膜3の途中から酸化シリコン膜2の上面に至るまで形成された第二の側面3bとから構成し、且つ、第二の側面3bを第一の側面3aよりも小さな傾斜角となるように構成したことによって、下溝tにラウンド処理を施してもシリコン膜3と酸化シリコン膜2との界面に窪みが形成されにくくなるため、溝Tに酸化シリコン5を充填してもボイドBが形成されにくくなる。
【0022】
また、本実施形態における半導体装置の製造方法によれば、SOI基板上の素子分離領域Sとなる下溝tを、従来のように一定角度の側面ではなく、第一の側面3aと、この第一の側面3bよりも小さな傾斜角である第二の側面3bと、から構成したことによって、第二の側面3bと酸化シリコン膜2との接点を素子分離領域S内にそれほど入り込むことなく形成することができるため、素子間の絶縁分離に悪影響を与えることなく、酸化シリコン5を充填してもボイドBが形成されにくくすることができる。
【0023】
さらに、本実施形態における半導体装置の製造方法によれば、SOI基板上の素子分離領域Sとなる下溝tを、同様のエッチングガスで流量及び高周波電力量を変化させた二段階のエッチング工程で形成するようにしたことによって、容易且つ確実に、酸化シリコン5を充填してもボイドBが形成されにくい半導体装置を実現することが可能となる。
【0024】
なお、本実施形態においては、SOI基板で素子分離を行う場合について説明したが、これに限らず、シリコン等の半導体基板、あるいは半絶縁性基板に素子分離を形成する場合においても適用することが可能である。
また、本実施形態においては、SOI基板上の素子分離領域Sに形成される下溝tの側面を、シリコン膜3の上面からシリコン膜3の途中に至るまで一定角度で形成された第一の側面3aと、シリコン膜3の途中から酸化シリコン膜2の上面に至るまで一定角度で形成された第二の側面3bとから構成したが、少なくともラウンド処理によってシリコン膜3と酸化シリコン膜2との界面に窪みの形成を抑制可能な形状であればこれに限らず、例えば、第一の側面3aを二以上の角度で構成し、シリコン膜3の上面から酸化シリコン膜2の上面に向かって狭まるように三つ以上の傾斜面で形成するようにしてもかまわない。
【0025】
さらに、本実施形態においては、素子分離領域Sに下溝tを形成するためのエッチング工程において、エッチングガスとして塩素と酸素との混合ガスを用いたが、これに限らず、CnF2n+2 (CF4 など)、F2 、HCl、HBr、SF6 など或いはこれらと酸素ガス、水素ガスなどとの混合ガスでも有効である。
【0026】
さらに、本実施形態においては、第二の側面を第一の側面よりも小さな傾斜角で形成するためのエッチング条件として、エッチングガスの流量及び高周波電力量を増大させたが、少なくとも第二の側面を第一の側面よりも小さな傾斜角で形成可能であれば、エッチング条件はこれに限らない。
さらに、本実施形態においては、下溝t内部のラウンド処理として、ラウンド酸化法を適用したが、これに限らず、プラズマエッチング法によって角部hを丸めるようにしてもかまわない。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体膜が積層された後の素子分離領域に、側面が、前記半導体膜の上面から該半導体膜の途中まで至る第一の側面と、前記半導体膜の途中から前記絶縁膜の上面まで至る第二の側面とから構成され、且つ、前記第二の側面が前記第一の側面よりも小さな傾斜角で構成された下溝を形成したことによって、素子間の絶縁分離に悪影響を与えることなく、絶縁物を充填してもボイドが形成されにくい半導体装置を実現することが可能となる。よって、半導体基板上に形成される各半導体素子間を確実に素子分離できるため、半導体集積回路の高集積化及び高性能化を実現するために有益である。
【0028】
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、下溝を形成する工程を、半導体膜の上面から該半導体膜の途中までエッチングする第一のエッチング工程と、当該第一のエッチングよりも小さな傾斜角が形成されるエッチング条件で、半導体膜の途中から絶縁膜の上面に至るまでエッチングする第二のエッチング工程と、によって行うことによって、絶縁物を充填してもボイドが形成されにくい半導体装置を容易且つ確実に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における半導体装置の一例を示す断面図である。
【図2】本発明における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
【図3】従来の半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
【図4】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】1、10、シリコン基板。2、20、酸化シリコン膜(絶縁膜)。3、30、シリコン膜(半導体膜)。3a、第一の側面。3b、第二の側面。4、40、窒化シリコン膜。5、50、酸化シリコン(絶縁物)。B、ボイド(空隙部)。C、素子形成領域。S、素子分離領域。h、角部。t、下溝。T、溝。
【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、半導体基板上に形成された各素子間を確実に絶縁分離するために有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路では、半導体基板に形成される各素子間を絶縁分離し、各素子間の影響を抑制することが重要な課題となっている。
この各素子間を絶縁分離するための技術として、絶縁膜上にシリコン膜が積層されてなるSOI(Silicon On Insulator)基板を用い、素子を形成するシリコン膜に絶縁膜にまで至る溝(トレンチ)を形成し、この溝を絶縁物で充填することで素子分離を行うトレンチ素子分離法が公知となっている。
【0003】
このようなトレンチ素子分離法は、図3(a)に示すように、まず、シリコン基板10上に酸化シリコン膜(絶縁膜)20とシリコン膜(半導体膜)30が順次積層されたSOI基板上に、公知のCVD法などを用いて、窒化シリコン膜(窒化膜)40を成膜する。
次いで、図3(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術を利用して、SOI基板上における素子形成領域Cは覆い、素子分離領域Sは露出するようにレジストのパターン(図示せず)を形成した状態でエッチングを行い、素子分離領域Sにおける窒化シリコン膜40を選択的に除去する。
【0004】
次いで、図3(c)に示すように、素子形成領域Cに残した窒化シリコン膜40をマスクとしてエッチングを行い、SOI基板上における素子分離領域Sにシリコン膜30の上面から酸化シリコン膜20の上面に至る溝(トレンチ)Tを形成する。ここで、この溝T内部に絶縁物を容易且つ確実に充填可能とするために、エッチングガスの組み合わせや流量を調整し、溝Tの両側面に、シリコン膜30の上面から酸化シリコン膜20の上面に向かって徐々に狭まるような傾斜31が形成されている。
【0005】
そして、素子分離領域Sに形成された溝T内に、酸化シリコン(絶縁物)50を充填することで、素子形成領域C間を素子分離領域Sで絶縁分離させるようになっている(特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−106575号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トレンチ素子分離法における問題点の一つとして、溝Tの角部が角張っているとその部分に形成される酸化膜が薄くなるため、耐圧劣化の原因となることが知られている。そこで、ラウンド酸化法やプラズマエッチング法などによって、溝Tの角部に丸みをつけるラウンド処理が提案されている。
【0008】
しかしながら、上述の特許文献1に記載の技術においてラウンド処理を適用し、溝Tの角部に丸みを形成すると、シリコン膜40と酸化シリコン膜20との界面に窪みが形成されてしまう場合があった。
このため、図4に示すように、シリコン膜40と酸化シリコン膜20との界面に形成された窪みに酸化シリコン50が埋まらずにボイド(空隙部)Bが形成されるおそれがあり、素子分離不良の要因となってしまうという問題があった。
【0009】
また、このボイドB内の残留ガスが、後工程の熱処理により体積膨張を起こし、最悪の場合には溝Tに破壊が起こるという懸念があった。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体基板上の素子分離領域となる溝にボイドを形成することなく絶縁物を充填することで、容易且つ確実に素子分離を可能とした半導体装置の製造方法を提供することを課題としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁膜を介して半導体膜が積層された基板上に、前記半導体膜の上面から前記絶縁膜の上面に至る溝が形成され、当該溝に絶縁物を充填することで素子分離されている半導体装置の製造方法において、前記半導体膜が積層された後の素子分離領域に、側面が、前記半導体膜の上面から該半導体膜の途中まで至る第一の側面と、前記半導体膜の途中から前記絶縁膜の上面まで至る第二の側面とから構成され、且つ、前記第二の側面が前記第一の側面よりも小さな傾斜角で構成された下溝を開口する工程と、前記下溝の角部にラウンド処理を施して、前記溝を形成する工程と、前記溝に絶縁物を充填する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【0011】
ここで、第一の側面は、半導体膜の上面から該半導体膜の途中まで形成されるのであれば、基板に対して垂直に形成してもよいし、基板に対して斜めに形成するようにしてもよい。また、第一の側面は、第二の側面に至るまで一定角度で形成するようにしてもよいし、半導体膜の上面から該半導体膜の途中に向かって狭まるように二以上の角度で形成するようにしてもよい。さらに、第一の側面を微小に変化する複数角度で形成し、断面U字状の下溝を形成するようにしてもかまわない。
【0012】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記下溝を開口する工程は、前記半導体膜上に、素子形成領域は覆い、前記素子分離領域は露出するようにマスクパターンを形成した状態で、前記半導体膜の上面から該半導体膜の途中までエッチングする第一のエッチング工程と、当該第一のエッチング工程よりも小さな傾斜角が側面に形成されるエッチング条件で、前記半導体膜の途中から前記絶縁膜の上面に至るまでエッチングする第二のエッチング工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【0013】
ここで、エッチング条件とは、エッチングを行う時間や雰囲気を指し、例えば、プラズマエッチング法を適用する場合には、エッチングガスの組み合わせや流量、印加電力量、或いは雰囲気圧力などを指す。
さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記基板は、絶縁膜を介してシリコン膜が積層されてなるSOI基板であることを特徴とするものである。
【0014】
本発明における半導体装置の製造方法によれば、半導体膜が積層された後の素子分離領域に、側面が、前記半導体膜の上面から該半導体膜の途中まで至る第一の側面と、前記半導体膜の途中から前記絶縁膜の上面まで至る第二の側面とから構成され、且つ、前記第二の側面が前記第一の側面よりも小さな傾斜角で構成された下溝を形成することによって、下溝の角部に耐圧劣化を抑制するラウンド処理を施しても、シリコン膜と絶縁膜との界面に窪みが形成されにくくなるため、絶縁物を充填してもボイドが形成されにくくなる。よって、半導体基板上に形成される各半導体素子間を確実に素子分離できるため、半導体集積回路の高集積化及び高性能化を実現するために有益である。
【0015】
また、本発明における半導体装置の製造方法によれば、下溝を、第一の側面と、この第一の側面よりも小さな傾斜角で構成された第二の側面と、から構成することによって、素子間の絶縁分離に悪影響を与えることなく、絶縁物を充填してもボイドが形成されにくい半導体装置を実現することが可能となる。
さらに、本発明の半導体装置の製造方法によれば、前記下溝を形成する工程が、半導体膜の上面から該半導体膜の途中までエッチングする第一のエッチング工程と、当該第一のエッチング工程よりも小さな傾斜角が側面に形成されるエッチング条件で、半導体膜の途中から絶縁膜の上面に至るまでエッチングする第二のエッチング工程と、を備えたことによって、絶縁物を充填してもボイドが形成されにくい半導体装置を容易且つ確実に実現することが可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明における半導体装置の一実施例を示す断面図である。
本実施形態における半導体装置は、図1に示すように、シリコン基板1上に酸化シリコン膜(絶縁膜)2を介してシリコン膜(半導体膜)3が積層されたSOI基板S上において、その素子分離領域となるシリコン膜3の上面から酸化シリコン膜2の上面に至る溝Tが形成され、この溝Tに酸化シリコン(絶縁物)5が充填されていることで、素子形成領域C間が素子分離領域Sで絶縁分離されている。
【0017】
ここで、素子分離領域Sに形成される溝Tは、その角部hがラウンド酸化法によるラウンド処理で丸められている。
次に、本実施形態における半導体装置の製造方法について説明する。
図2は、本発明における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
まず、図2(a)に示すように、シリコン基板1上に酸化シリコン膜2を介してシリコン膜3が積層されたSOI基板を用意する。そして、このSOI基板表面のシリコン膜3上に、例えば、公知のCVD(Chemical VaporDeposition)法を用いて、厚さ0.2μm程度の窒化シリコン膜4を成膜する。なお、この窒化シリコン膜4の成膜方法としては、これに限らず、例えば、熱酸化法を用いるようにしてもかまわない。
【0018】
次に、公知のフォトリソグラフィ技術を利用して、SOI基板上に、素子形成領域Cは覆い、素子分離領域Sは露出するように、レジストのパターン(図示しない)を成膜した状態で異方性エッチングを行う。ここで、図2(b)に示すように、SOI基板上の素子分離領域Sの窒化シリコン膜4が選択的に除去され、素子形成領域Cには窒化シリコン膜4が残される。
【0019】
次いで、図2(c)に示すように、素子形成領域Cに残された窒化シリコン膜4をマスクとして、以下の条件下でプラズマエッチングを行う(第一のエッチング工程)。そして、シリコン膜3の上面からシリコン膜3の途中まで(シリコン膜3の下面から厚さ0.05μm程度まで)至るように、傾斜角約80°の第一の側面3aを形成する。
<第一の側面形成用エッチング条件>
・エッチングガス:Cl2 /O2 混合ガス
・ガス流量:Cl2 /O2 =100/8(sccm)
・高周波電力:500(W)
・ガス圧:670(V)
続いて、図2(d)に示すように、第一のエッチング条件よりも小さな傾斜角となるように、上記エッチング条件のうちエッチングガス流量及び印加する高周波電力を以下のように増加させて、シリコン膜3の途中から酸化シリコン膜2の上面まで至るように、続けてプラズマエッチングを行う(第二のエッチング工程)。そして、第一の側面3aから酸化シリコン膜2の上面まで至るように、傾斜角約60°の第二の側面3bを形成する。
<第二の側面形成用エッチング条件>
・エッチングガス:Cl2 /O2 混合ガス
・ガス流量:Cl2 /O2 =100/15(sccm)
・高周波電力:650(W)
・ガス圧:670(V)
このようにして、SOI基板上の素子分離領域Sには、シリコン膜3の上面からシリコン膜3の途中まで形成された第一の側面3aと、シリコン膜3の途中から酸化シリコン膜2の上面まで形成された第二の側面3bとから構成され、且つ、第二の側面3bが第一の側面3aよりも小さな傾斜角を有する下溝tが形成される。
【0020】
そして、公知のラウンド酸化法によって、下溝t内部のシリコン膜3の角部hにラウンド処理を施して溝Tを完成させた後、公知のCVD法を用いて、溝T内部に酸化シリコン5を充填する。その後、例えば、ウェットエッチング法などによって窒化シリコン膜4を除去することで、図1に示すように、素子形成領域C間に素子分離領域Sを完成させる。
【0021】
このように、本実施形態における半導体装置の製造方法によれば、SOI基板上の素子分離領域Sとなる下溝tを、シリコン膜3の上面から該シリコン膜3の途中まで形成された第一の側面3aと、シリコン膜3の途中から酸化シリコン膜2の上面に至るまで形成された第二の側面3bとから構成し、且つ、第二の側面3bを第一の側面3aよりも小さな傾斜角となるように構成したことによって、下溝tにラウンド処理を施してもシリコン膜3と酸化シリコン膜2との界面に窪みが形成されにくくなるため、溝Tに酸化シリコン5を充填してもボイドBが形成されにくくなる。
【0022】
また、本実施形態における半導体装置の製造方法によれば、SOI基板上の素子分離領域Sとなる下溝tを、従来のように一定角度の側面ではなく、第一の側面3aと、この第一の側面3bよりも小さな傾斜角である第二の側面3bと、から構成したことによって、第二の側面3bと酸化シリコン膜2との接点を素子分離領域S内にそれほど入り込むことなく形成することができるため、素子間の絶縁分離に悪影響を与えることなく、酸化シリコン5を充填してもボイドBが形成されにくくすることができる。
【0023】
さらに、本実施形態における半導体装置の製造方法によれば、SOI基板上の素子分離領域Sとなる下溝tを、同様のエッチングガスで流量及び高周波電力量を変化させた二段階のエッチング工程で形成するようにしたことによって、容易且つ確実に、酸化シリコン5を充填してもボイドBが形成されにくい半導体装置を実現することが可能となる。
【0024】
なお、本実施形態においては、SOI基板で素子分離を行う場合について説明したが、これに限らず、シリコン等の半導体基板、あるいは半絶縁性基板に素子分離を形成する場合においても適用することが可能である。
また、本実施形態においては、SOI基板上の素子分離領域Sに形成される下溝tの側面を、シリコン膜3の上面からシリコン膜3の途中に至るまで一定角度で形成された第一の側面3aと、シリコン膜3の途中から酸化シリコン膜2の上面に至るまで一定角度で形成された第二の側面3bとから構成したが、少なくともラウンド処理によってシリコン膜3と酸化シリコン膜2との界面に窪みの形成を抑制可能な形状であればこれに限らず、例えば、第一の側面3aを二以上の角度で構成し、シリコン膜3の上面から酸化シリコン膜2の上面に向かって狭まるように三つ以上の傾斜面で形成するようにしてもかまわない。
【0025】
さらに、本実施形態においては、素子分離領域Sに下溝tを形成するためのエッチング工程において、エッチングガスとして塩素と酸素との混合ガスを用いたが、これに限らず、CnF2n+2 (CF4 など)、F2 、HCl、HBr、SF6 など或いはこれらと酸素ガス、水素ガスなどとの混合ガスでも有効である。
【0026】
さらに、本実施形態においては、第二の側面を第一の側面よりも小さな傾斜角で形成するためのエッチング条件として、エッチングガスの流量及び高周波電力量を増大させたが、少なくとも第二の側面を第一の側面よりも小さな傾斜角で形成可能であれば、エッチング条件はこれに限らない。
さらに、本実施形態においては、下溝t内部のラウンド処理として、ラウンド酸化法を適用したが、これに限らず、プラズマエッチング法によって角部hを丸めるようにしてもかまわない。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体膜が積層された後の素子分離領域に、側面が、前記半導体膜の上面から該半導体膜の途中まで至る第一の側面と、前記半導体膜の途中から前記絶縁膜の上面まで至る第二の側面とから構成され、且つ、前記第二の側面が前記第一の側面よりも小さな傾斜角で構成された下溝を形成したことによって、素子間の絶縁分離に悪影響を与えることなく、絶縁物を充填してもボイドが形成されにくい半導体装置を実現することが可能となる。よって、半導体基板上に形成される各半導体素子間を確実に素子分離できるため、半導体集積回路の高集積化及び高性能化を実現するために有益である。
【0028】
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、下溝を形成する工程を、半導体膜の上面から該半導体膜の途中までエッチングする第一のエッチング工程と、当該第一のエッチングよりも小さな傾斜角が形成されるエッチング条件で、半導体膜の途中から絶縁膜の上面に至るまでエッチングする第二のエッチング工程と、によって行うことによって、絶縁物を充填してもボイドが形成されにくい半導体装置を容易且つ確実に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における半導体装置の一例を示す断面図である。
【図2】本発明における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
【図3】従来の半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
【図4】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】1、10、シリコン基板。2、20、酸化シリコン膜(絶縁膜)。3、30、シリコン膜(半導体膜)。3a、第一の側面。3b、第二の側面。4、40、窒化シリコン膜。5、50、酸化シリコン(絶縁物)。B、ボイド(空隙部)。C、素子形成領域。S、素子分離領域。h、角部。t、下溝。T、溝。
Claims (3)
- 絶縁膜を介して半導体膜が積層された基板上に、前記半導体膜の上面から前記絶縁膜の上面に至る溝が形成され、当該溝に絶縁物を充填することで素子分離されている半導体装置の製造方法において、
前記半導体膜が積層された後の素子分離領域に、側面が、前記半導体膜の上面から該半導体膜の途中まで至る第一の側面と、前記半導体膜の途中から前記絶縁膜の上面まで至る第二の側面とから構成され、且つ、前記第二の側面が前記第一の側面よりも小さな傾斜角で構成された下溝を開口する工程と、
前記下溝の角部にラウンド処理を施して、前記溝を形成する工程と、
前記溝に絶縁物を充填する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記下溝を開口する工程は、
前記半導体膜上に、素子形成領域は覆い、前記素子分離領域は露出するようにマスクパターンを形成した状態で、前記半導体膜の上面から該半導体膜の途中までエッチングする第一のエッチング工程と、
当該第一のエッチング工程よりも小さな傾斜角が側面に形成されるエッチング条件で、前記半導体膜の途中から前記絶縁膜の上面に至るまでエッチングする第二のエッチング工程と、
を備えた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。 - 前記基板は、絶縁膜を介してシリコン膜が積層されてなるSOI基板であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
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- 2003-03-13 JP JP2003068739A patent/JP2004281571A/ja active Pending
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