JP2008141125A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン基板のトレンチの底部のみに酸化シリコン等の膜を形成可能な方法を提供する。
【解決手段】トレンチ１１の底面１１ａ及び壁面１１ｂに熱酸化膜１２を形成し、底面の熱酸化膜１２ａだけをエッチングする。所定濃度のＯ_３とＴＥＯＳを含む成膜ガスを用い、所定の成膜温度下で、トレンチ内に酸化シリコン３１を成膜する。この酸化シリコン３１は、トレンチ底面のシリコン１１ａ’上には成長しやすく、壁面の熱酸化膜１２ｂ上には成長しにくい。成膜後、希フッ酸にて壁部の酸化シリコン３１ｂをエッチングする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばパワーデバイス等の半導体装置及びその製造方法に関し、特に、トレンチの内部の全体ではなく底部にだけ酸化シリコン等の絶縁膜を設けるのに適した方法に関する。

特許文献１には、酸化シリコンの堆積レートの被堆積表面に対する依存性を利用し、シリコン基板のトレンチ内に酸化シリコン膜を埋めることが記載されている。シリコン基板の表面には熱酸化膜を形成する。その後、トレンチを形成する。したがって、トレンチの壁面及び底面は、シリコンにて構成される。次いで、Ｏ_３とＴＥＯＳ（Tetra-Etyl-Ortho-Sillicate）を主成分とする成膜ガスを用い、基板上に酸化シリコンを堆積させる。この酸化シリコン膜は、熱酸化膜には堆積しにくく、シリコンには堆積しやすい。これにより、トレンチの内部を酸化シリコンで確実に埋めることができる。

特許文献２には、パワーデバイス用の半導体装置の製造方法が記載されている。半導体装置のシリコン基板にはトレンチを形成し、このトレンチの内面にＣＶＤにて酸化シリコン膜を設ける。このとき、酸化シリコン膜は、トレンチの両壁面と底面からなる内面全体に等方的に成長していく。この酸化シリコン膜がトレンチの内部を完全に埋め尽くす前にＣＶＤを停止し、トレンチの両壁面に堆積した酸化シリコン膜と底面に堆積した酸化シリコン膜との間に隙間が残るようにする。この隙間に窒化シリコン膜を設ける。その後、フッ酸を用い、上記トレンチ内の酸化シリコン膜と窒化シリコン膜のうち、酸化シリコンを選択的にエッチングする。このエッチングは、トレンチの上側部分の酸化シリコン膜が除去された段階で停止し、トレンチの下側部分の酸化シリコン膜を残置させる。その後、トレンチの上側部分の内壁には熱酸化膜を形成し、この熱酸化膜とトレンチ中央の窒化シリコン膜との間には電極を埋め込む。
特開平０３−１９８３３９公報（第３図） 特開２００５−２５２２０３公報

例えば、パワーデバイスの製造分野などでは、トレンチの全体ではなく底部にだけ酸化シリコンを設けるようにしたいとの要請が想定される。
一方、特許文献１の方法では、トレンチの壁面及び底面からなる内面の全体がシリコンで構造されているため、トレンチ内面の全域で酸化シリコン膜が等方的に成長する。そのため、トレンチの底部にだけ酸化シリコン膜を設けることは難しい。フッ酸等によりトレンチの内部の上側部分の酸化シリコンをエッチングして除去することも考えられる。しかし、トレンチの中央部には、トレンチの両壁面から成長してきた酸化シリコン膜どうしの合わせ目（シーム）が形成されやすい。エッチングすると、このシームの部分が先に削れてしまい、トレンチの中央部に鋭い凹部が形成されやすい。
上掲の特許文献２に記載のものは、そうしたシームに対する対策となり得る。しかし、トレンチの中央にシームの代わりに窒化シリコン膜が立設された状態になるため、トレンチの内壁と窒化シリコンの間への電極形成時にボイドが生じやすかったり、電界集中の起きやすい電極形状になったりする問題もある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体装置において、トレンチの底部のみに酸化シリコン等の絶縁膜を容易に形成可能な方法を提供することにある。

本発明に至る過程の参考実験について説明する。
[実験例１]
６５℃に保温した液体ＴＥＯＳ中にＮ_２を流量２．２ｓｌｍでバブリングした。６５℃のＴＥＯＳの飽和蒸気圧は約１７Ｔｏｒｒである。別途、酸素（Ｏ_２）を原料としてオゾナイザーによってＯ_３を生成した。原料のＯ_２流量は、１２ｓｌｍとした。上記バブリング後のＴＥＯＳ含有窒素と上記オゾナイザーからのＯ_３含有酸素とを、１８ｓｌｍのメインキャリアガス（Ｎ_２）に混合して、ＴＥＯＳとＯ_３を含有する成膜ガスを得、この成膜ガスをシリコン表面と熱酸化膜表面を有する試料に供給し、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を成膜した。成膜温度（試料の温度）は、４３２℃とし、成膜時間は、２００ｓｅｃとした。上記オゾナイザーによりＯ_３の生成量ひいては成膜ガス中のＯ_３濃度を変えて、それぞれ上記成膜を行ない、成膜されたＳｉＯ_２の膜厚を測定したところ、図４に示す結果を得た。同図の横軸は、オゾナイザー出口でのＯ_２及びＯ_３混合ガス中のＯ_３濃度である。

シリコン表面上では、Ｏ_３濃度に対するＳｉＯ_２の膜厚変化は比較的小さかった。これに対し、熱酸化膜上では、Ｏ_３濃度が大きくなるにしたがってＳｉＯ_２の膜厚が大きく減少した。したがって、シリコン上に対する熱酸化膜上での成長比（熱酸化膜上でのＳｉＯ_２膜厚／シリコン上でのＳｉＯ_２膜厚）は、Ｏ_３濃度が大きくなるにしたがって略直線的に小さくなり、Ｏ_３濃度が大きくなればなるほど成長速度に大きな差ができることが確認された。

膜質を観察したところ、シリコン表面上のＳｉＯ_２膜は、Ｏ_３濃度に依らず、緻密であり、良好な膜質を得られることが確認された。一方、熱酸化膜上のＳｉＯ_２膜は、Ｏ_３濃度が１０ｇ／Ｎｍ^３のときは緻密で良好であったが、Ｏ_３濃度が８０ｇ／Ｎｍ^３のときは脆く粗い状態になり、Ｏ_３濃度が８０ｇ／Ｎｍ^３になると膜自体がまばらになっていた。

[実験例２]
実験例１と同様に、６５℃に保温した液体ＴＥＯＳ中にＮ_２を流量２．２ｓｌｍでバブリングした。別途、１２ｓｌｍのＯ_２を原料としてオゾナイザーによってＯ_３を生成した。オゾナイザー出口でのＯ_２及びＯ_３混合ガス中のＯ_３濃度は、１７０ｇ／Ｎｍ^３になるように設定した。上記バブリング後のＴＥＯＳ含有窒素と上記オゾナイザーからのＯ_３含有酸素とを、１８ｓｌｍのメインキャリアガス（Ｎ_２）に混合して、ＴＥＯＳとＯ_３を含有する成膜ガスを得、この成膜ガスをシリコン表面と熱酸化膜表面を有する試料に供給し、ＳｉＯ_２を成膜した。成膜温度（試料の温度）を変えてそれぞれ上記成膜を行ない、ＳｉＯ_２の成長速度を測定したところ、図５に示す結果を得た。

シリコン表面上では成膜温度の上昇に伴ないＳｉＯ_２の成長速度が直線的に低下した。熱酸化膜上でも、成膜温度の上昇に伴ないＳｉＯ_２の成長速度が低下するものの、成膜温度が高くなればなるほど温度上昇に対する成長速度の低下が緩やかになり、４５０℃を越えるとほぼ一定になった。シリコン上に対する熱酸化膜上での成長比（熱酸化膜上での成長速度／シリコン上での成長速度）は、成膜温度が３５０℃付近より高くなるにしたがって小さくなり、４２５〜４５０℃のあたりで極小になり、４５０℃付近より高温側では成膜温度が高くなるにしたがって大きくなった。

膜質を観察したところ、シリコン表面上のＳｉＯ_２膜は、成膜温度に依らず、緻密であり、良好な膜質を得られることが確認された。一方、熱酸化膜上のＳｉＯ_２膜は、成膜温度が３５０℃のときはやや脆く粗い状態になり、４００℃のときは一層脆く粗い状態になった。しかし、４６５℃になると、シリコン表面上のものと同様に緻密で良好な膜質になった。これは、成膜温度の高温化によるＯ_３の分解によるものと考えられる。

さらに、温度４３２℃で成膜したシリコン表面上のＳｉＯ_２と、熱酸化膜表面上のＳｉＯ_２と、熱酸化膜表面を有する比較試料とを、同時にＨＦ濃度１％の希フッ酸でエッチングし、エッチングレートを相互比較した。その結果、シリコン表面上のＳｉＯ_２のエッチングレートは、比較試料の熱酸化膜のエッチングレート（４２Ａ／ｍｉｎ）の５．５倍であったのに対し、熱酸化膜表面上のＳｉＯ_２のエッチングレートは、比較試料の熱酸化膜のエッチングレートの９．４倍であった。これにより、所定の条件下では、シリコン表面に対してはＳｉＯ_２の成長速度が大きく、かつ成膜したＳｉＯ_２のエッチング速度は小さくなり、一方、熱酸化膜に対してはＳｉＯ_２の成長速度が小さく、かつ成膜したＳｉＯ_２の成膜速度が大きくなることが判明した。

[実験例３]
６５℃に保温した液体ＴＥＯＳ中にＮ_２を流量３ｓｌｍでバブリングした。別途、７．５ｓｌｍのＯ_２を原料としてオゾナイザーによってＯ_３を生成した。オゾナイザー出口でのＯ_２及びＯ_３混合ガス全体に対するＯ_３のモル濃度は、２％、５％、９％の３通りとした。上記バブリング後のＴＥＯＳ含有窒素と上記オゾナイザーからのＯ_３含有酸素とメインキャリア（Ｎ_２）とにより成膜ガスを得、この成膜ガスをシリコン表面と熱酸化膜表面を有する試料に供給し、ＳｉＯ_２を成膜した。成膜温度（試料の温度）を変えてそれぞれ上記成膜を行ない、シリコン上に対する熱酸化膜上での成長比（熱酸化膜上での成長速度／シリコン上での成長速度）を測定したところ、図６に示す結果を得た。

成長比は、何れのＯ_３濃度でも、低温側では成膜温度が上昇するにしたがって減少し、成膜温度４２０〜４８０℃付近で極小になり、そこより高温側では成膜温度が上昇するにしたがって成長比も増大することが確認された。また、Ｏ_３濃度が高くなるにしたがって、成長比の極小ピークがよりシャープになり、大きな膜厚差が得られることが確認された。
これにより、成膜時のＯ_３濃度や成膜温度などの条件設定によって、堆積対象の表面組成や状態に対する成膜速度や膜質ひいてはエッチング速度の依存性（以下、「表面依存性」という）が増減することが判明した。

本発明は、上記実験結果に基づいてさらに考察を進めて完成させたものであり、シリコン基板に形成されたトレンチの底部に絶縁膜が設けられた半導体装置を製造する方法であって、
所定の成膜条件における前記絶縁膜の成長速度が、前記トレンチの壁側に対し相対的に小さく前記トレンチの底部側に対し相対的に大きくなるように、前記トレンチの壁面及び底面を表面処理するトレンチ処理工程と、
前記表面処理後のトレンチ内に前記絶縁膜を前記成膜条件で成膜する成膜工程と、
前記成膜後の絶縁膜を、前記トレンチの開口側（底面側とは反対側の部分）の表面処理された壁面にほぼ達するまでエッチングするエッチング工程と、
を実行することを特徴とする。
この特徴構成によれば、表面依存性を利用して、トレンチの底部に十分な厚さの絶縁膜を形成できる一方、壁部の絶縁膜は薄くすることができる。これにより、エッチングがトレンチの開口側の表面処理された壁面にほぼ達した時点で、トレンチ底部には絶縁膜が残るようにすることができる。この結果、絶縁膜をトレンチの内部のうち底部にのみ設けることができ、しかも膜厚及び膜質を十分に確保することができる。

前記トレンチ処理工程において、前記成長速度の大小に代えて、前記成膜条件によって成膜した絶縁膜のうち前記壁側のものが前記底部側のものよりエッチング速度の大きい膜質になるように、前記トレンチの壁面及び底面を表面処理することにしてもよい。
これにより、エッチングがトレンチの開口側の表面処理された壁面にほぼ達した時点で、トレンチ底部には絶縁膜が残るようにすることができ、トレンチの内部のうち底部にのみ絶縁膜を設けることができる。
前記トレンチ処理工程において、前記成長速度の大小に加えて、前記成膜条件によって成膜した絶縁膜のうち前記壁側のものが前記底部側のものよりエッチング速度の大きい膜質になるように、前記トレンチの壁面及び底面を表面処理することが、より好ましい。
これにより、トレンチ底部には絶縁膜を厚く形成する一方、トレンチ壁部には薄い膜を形成し、しかもトレンチ壁部の膜をトレンチ底部の膜よりエッチングしやすくことができる。この結果、絶縁膜をトレンチの底部だけに確実に設けることができ、しかも該トレンチ底部の絶縁膜の厚さを十分に大きくすることができる。

前記絶縁膜は、前記成膜工程においてＯ_３とＴＥＯＳを含む成膜ガスにより成膜された酸化シリコン（ＳｉＯ_２）であることが好ましい。
前記トレンチ処理工程において、前記表面処理として、前記トレンチの壁面に熱酸化膜からなるライナーを形成する一方、前記トレンチの底面をシリコンの裸面にすることが好ましい。前記ライナーが、熱酸化膜に代えて、窒化シリコン膜であってもよい。熱酸化膜上に窒化シリコン膜が積層されていてもよい。
ここで、シリコンの裸面とは、前記基板を構成するシリコンが前記トレンチ処理工程の終了時点で露出された面を言う。前記熱酸化膜及び／又は窒化シリコン膜からなるライナーは、前記トレンチの表面処理された壁面を構成する。前記エッチング工程では、前記トレンチの開口側のライナーに達するまでエッチングを行なう。
熱酸化膜及び／又は窒化シリコン膜からなるライナーに対する前記酸化シリコンの成長速度は、シリコン裸面に対する前記酸化シリコンの成長速度より小さくなる傾向があり、かつ、ライナー上に形成された酸化シリコンは、シリコン裸面上に形成された酸化シリコンより脆くて粗くなる傾向がある。これによって、酸化シリコンをトレンチの底部と壁部のうち底部に選択的に成長させることができ、かつトレンチ壁部に成膜された酸化シリコンを選択的にエッチングすることができる。この結果、確実にトレンチ底部だけに十分な厚さの、しかも良好な膜質の酸化シリコンからなる絶縁膜を設けることができる。

前記トレンチ処理工程において、前記トレンチの壁面及び底面に前記ライナーを形成した後、前記トレンチ底面のライナーを選択的に除去することが好ましい。
これによって、トレンチの壁面にのみライナーが残置されるようにでき、トレンチ底面はシリコンの裸面になるようにすることができる。

前記成膜条件として、前記成膜ガス中のＯ_３濃度と成膜温度を調節するのが好ましい。
前記壁側への成長速度の前記底部側への成長速度に対する成長比が、好ましくは約０〜０．８、より好ましくは約０〜０．３になるように、前記成膜ガス中のＯ_３濃度及び成膜温度を設定するとよい。
これによって、酸化シリコンをトレンチの底部に確実に選択的に成長させることができ、かつトレンチ壁部に成膜された酸化シリコンを確実に選択的にエッチングすることができる。
前記成長速度は、成膜の継続時間に応じて変化する傾向がある。したがって、前記成長比も時間に応じて変化し得る。その場合、前記成膜条件として、成膜時間を設定し、かつ、その成膜時間に対応する成長比が前記好適範囲になるように前記Ｏ_３濃度及び成膜温度を設定するとよい。
成膜の開始直後は、酸化シリコンが前記熱酸化膜や窒化シリコンからなるライナーの内面に直接堆積する必要があるが、この直接堆積時の前記壁側への成長速度は極めて遅く、ほとんど０に近い。成膜時間を、前記壁側への成長速度がほぼ０の期間内に設定してもよく、そうすると、前記成長比はほとんど０になる。
なお、前記成長速度が定常状態になった段階での前記成長比の下限は、約０．２程度である。

前記成膜ガス中のＯ_３濃度と成膜温度は、前記成長比の好適範囲を満たすように相互に調節するのが好ましい。図４に示すように、Ｏ_３濃度が高ければ高いほど、前記成長比が小さくなり、膜厚の差が大きくなる。図５及び図６に示すように、成膜温度は、極小ピーク（４２０〜４８０℃付近）より高温になればなるほど前記成長比が１に近づき、膜厚の差が小さくなる。
前記成膜温度は、約３８０〜５５０℃の範囲内で設定するとよい。前記成膜温度が３８０℃より低いと、酸化シリコン膜中の不純物が多くなり、絶縁性能の確保が難しくなる。前記成膜温度が５５０℃より高いと、前記好適成長比を満たすにはＯ_３濃度を相当高くする必要があり、オゾナイザー等のオゾン発生装置の負担が過大になる。
前記成膜温度は、好ましくは約４００〜４８０℃、より好ましくは約４００〜４５０℃になるように設定するとよい。これにより、Ｏ_３濃度をあまり高くすることなく前記好適成長比を満たすことができる。

また、本発明に係る半導体装置は、
トレンチの形成されたシリコンからなる基板と、
前記トレンチの底面と壁面のうち壁面のみに設けられた熱酸化膜及び／又は窒化シリコン膜からなるライナーと、
前記シリコンからなるトレンチ底面上に成膜された酸化シリコンからなる絶縁膜と、
を有し、前記絶縁膜のトレンチ開口側の端面が、前記トレンチの深さ方向の中間に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、酸化シリコン等の絶縁膜をトレンチの底部のみに形成でき、しかも膜厚及び膜質を十分に確保することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態は、パワーデバイス用の半導体装置に係る。図２に示すように、半導体装置のシリコン基板１０にはトレンチ１１が形成されている。トレンチ１１は、底面１１ａと一対の壁面１１ｂとを有し、図２の紙面と直交する方向に延びている。壁面１１ｂ全体にライナーとして熱酸化膜１２ｂが設けられている。これにより、トレンチ壁面１１ｂの絶縁性が確保されている。トレンチ底面１１ａは、熱酸化されておらず、シリコン１０の裸面になっている。このシリコン裸面１１ａ上に酸化シリコンからなる絶縁膜３０が設けられている。絶縁膜３０は、トレンチ１１の内部のうち下側の底部にのみ配置されている。絶縁膜３０の上面（トレンチ開口側の端面）は、トレンチの深さ方向の中間に位置している。
図示は省略するが、トレンチ１１の内部の絶縁膜３０より上の開口側部分には、例えば半導体装置の電極となるべき導電膜などが設けられるようになっている。

上記絶縁膜３０の形成方法を説明する。
[トレンチ形成工程]
図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０の表面に、ＨＴＯ（High Temperature Oxide）又はＳｉＮからなるマスク２０を設ける。そして、シリコン基板１０を異方性エッチングすることによりトレンチ１１を形成する。

[ライナー形成工程]
次に、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板１０を例えば１０００℃程度に加熱するとともに酸素（Ｏ_２）を供給する。これにより、トレンチ１１の内面の全体すなわち底面１１ａ及び壁面１１ｂが一定の厚さだけ熱酸化され、熱酸化膜からなるライナー１２が形成される。これにより、シリコン１０からなるトレンチ１１の底面１１ａ及び壁面１１ｂがライナー１２の厚さ分だけ奥にずれ、この底面１１ａ及び壁面１１ｂにライナー１２が被覆された状態になる。このライナーすなわち熱酸化膜１２のうち、トレンチ底面１１ａの部分を底部熱酸化膜１２ａと呼び、壁面１１ｂの部分を壁部熱酸化膜１２ｂと呼ぶことにする。

[底面処理工程]
次に、図１（ｃ）に示すように、トレンチ底部の膜１２ａに対し選択エッチングを行なう。この選択エッチングには、例えばフッ素系ガスによる選択性ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いる。トレンチ１１の底部分にはスポット的に電界を印加する。そして、フッ素系ガスをプラズマ化して得たフッ素系イオンをシリコン基板１０に吹き付ける。このフッ素系イオンは、上記のスポット電界によってトレンチ１１の底部に導かれ、底部熱酸化膜１２ａに衝突する。これにより、同図（ｃ）のニ点鎖線に示すように、トレンチ１１の内面を構成する熱酸化膜１２のうち、底部熱酸化膜１２ａのみを選択的にエッチングし除去することができる。その結果、底部熱酸化膜１２ａの下側のシリコン面１１ａが露出される。残置された壁部熱酸化膜１２ｂは、トレンチ１１の表面処理された壁面を構成する。
上記ライナー形成工程及び底面処理工程によって「トレンチ処理工程」が構成される。

[成膜工程]
次に、図１（ｄ−１）に示すように、Ｏ_３とＴＥＯＳを主成分とする成膜ガスを用い、上記絶縁膜３０となるべき酸化シリコン（ＳｉＯ_２）の成膜を行なう。
上記成膜ガス成分のＯ_３は、酸素（Ｏ_２）を原料とし、オゾナイザーにて生成する。このとき、オゾナイザーの周波数や投入電力を調節することにより、Ｏ_２中のＯ_３の生成量を調節する。オゾナイザー出口でのＯ_３濃度は、例えばＯ_２の流量が１２ｓｌｍのとき４０〜２００ｇ／Ｎｍ^３となるようにするのが好ましく、１２０〜２００ｇ／Ｎｍ^３程度になるようにするのがより好ましい。
ＴＥＯＳは、バブリングタンク内に一定の温度（例えば６５℃）に保温して蓄えておく。この液体ＴＥＯＳ中にＮ_２をバブリングしてＴＥＯＳを気化させる。バブリング用Ｎ_２の流量を調節することによりＴＥＯＳの気化量を調節することができる。バブリング用Ｎ_２の流量に代えて、又はそれに加えて、バブリングタンク内のＴＥＯＳの温度を調節することにより、ＴＥＯＳの気化量を調節することにしてもよい。
上記オゾナイザーからのＯ_３含有ガスと上記バブリング後のＴＥＯＳ含有ガスとを所定流量のメインキャリア（Ｎ_２）と混合して、ＴＥＯＳとＯ_３を含有する成膜ガスを得る。この成膜ガスをシリコン基板１０に供給する。シリコン基板１０の温度（成膜温度）は、例えば４００〜４８０℃程度に設定するのが好ましく、４３０℃程度に設定するのがより好ましい。成膜温度の下限は、不純物防止の観点から約３８０℃以上とするのが好ましく、上限は、オゾナイザーの負担軽減の観点から約５５０℃以下とするのが好ましい。
これにより、基板上でＯ_３とＴＥＯＳとの反応が起き、酸化シリコンの膜３１が形成されていく。酸化シリコン膜３１は、トレンチ底面のシリコン裸面１１ａ上に堆積する底部酸化シリコン膜３１ａと、壁部熱酸化膜１２ｂ上に堆積する壁部酸化シリコン膜３１ｂと、マスク２０上に堆積する酸化シリコン膜３１ｃとを含む。

上記の成膜条件のうち特にＯ_３濃度と成膜温度の設定により、底部酸化シリコン３１ａの成長速度に対する壁部酸化シリコン３１ｂの成長速度の比を、約０〜０．５にすることができる（図４〜図６参照）。したがって、図１（ｄ−１）及び（ｄ−２）示すように、底部酸化シリコン３１ａの膜厚は比較的短時間で大きくなるのに対し、壁部酸化シリコン３１ｂの膜厚はあまり大きくならない。これによって、酸化シリコン３１をトレンチ１１の底部に選択的に成膜することができる。しかも、底部酸化シリコン３１ａの膜質は、緻密で良好であるのに対し、壁部酸化シリコン３１ｂの膜質は、脆く粗い。
なお、ＨＴＯ又はＳｉＮからなるマスク２０上に堆積する酸化シリコン３１ｃは、壁部酸化シリコン３１ｂと同様に成長が遅く、かつ脆く粗い。

同図（ｄ−２）に示すように、底部酸化シリコン膜３１ａの成長が二点鎖線で示す所望厚さを若干越えたとき、成膜ガスの供給を停止し、成膜操作を終了する。

[エッチング工程]
次いで、図１（ｅ）に示すように、室温にした基板１０にエッチャントを供給する。エッチャントとして例えばＨＦ濃度が１％程度の希フッ酸を用いる。この希フッ酸が、トレンチ１１の底部酸化シリコン３１ａの上面と、この底部酸化シリコン３１ａより上側の壁部酸化シリコン３１ｂの内側面に触れる。上述したように、壁部酸化シリコン３１ｂは、脆く粗い膜質であるため、希フッ酸に触れると容易に反応しエッチングされる。これにより、同図（ｅ）のニ点鎖線に示すように、底部酸化シリコン３１ａより上側の壁部酸化シリコン３１ｂが、簡単に除去され、エッチングが短時間で壁部熱酸化膜１２ｂの上側部に達する。このとき、希フッ酸の供給を停止し、エッチングを終了する。エッチャントは低濃度の希フッ酸で十分であり、エッチング時間の管理が容易である。なお、マスク２０上の酸化シリコン３１ｃは、壁部酸化シリコン３１ｂと同様に簡単にエッチングされて除去される。
一方、底部酸化シリコン３１ａは、緻密で良質であるため、希フッ酸ではエッチングされにくい。そのため、僅かに所望厚さを超えた部分が削られるだけである。残った底部酸化シリコン３１ａが、絶縁膜３０となる。
このようにして、図１（ｅ）及び図２に示すように、トレンチ１１の底部にのみ所望厚さの、しかも緻密で良好な膜質の酸化シリコンからなる絶縁膜３０を設けることができる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
図３は、第２実施形態を示したものである。同図（ｅ）に示すように、第２実施形態では、トレンチ壁面のライナーとして、壁部熱酸化膜１２ｂの内側面に窒化シリコン（ＳｉＮ）の膜１３ｂが積層されている。第１実施形態と同様に、トレンチ底面１１ａは、シリコンの裸面にて構成され、トレンチ１１の底部にのみ絶縁膜３０が設けられている。
第２実施形態の半導体装置は、次のようにして製造される。
[ライナー形成工程]
図３（ａ）に示すように、第２実施形態では、トレンチ１１の内面全体に形成された熱酸化膜１２上に更にＳｉＮ膜１３を被膜する。ＳｉＮ膜１３は、トレンチ１１の内面の全体に設ける。ＳｉＮ膜１３のうち、トレンチ底面１１ａの熱酸化膜１２ａ上に被膜された部分を底部ＳｉＮ膜１３ａと呼び、トレンチ壁面１１ｂの熱酸化膜１２ｂ上に被膜された部分を壁部ＳｉＮ膜１３ｂと呼び、マスク２０上に被膜された部分をマスク上ＳｉＮ膜１３ｃと呼ぶことにする。壁部ＳｉＮ膜１３ｂは、トレンチ壁面１１ｂのライナーを構成する。

[底面処理工程]
次に、図３（ｂ）に示すように、トレンチ底部のＳｉＮ膜１３ａに対し選択性ＲＩＥにて選択エッチングを行なう。このＳｉＮ膜１３ａ用のＲＩＥでは処理ガスとしてフッ素系ガスを用い、これをイオン化して基板１０に供給する。このイオン種がスポット電界によってトレンチ１１の底部へ導かれ、底部ＳｉＮ膜１３ａに衝突する。これにより、同図（ｂ）のニ点鎖線に示すように、トレンチ１１の内面のＳｉＮ膜１３のうち、底部ＳｉＮ膜１３ａのみを選択的にエッチングし除去することができる。その結果、トレンチ底面１１ａ上の熱酸化膜１２ａがむき出しの状態になる。トレンチ壁面１１ｂ上の壁部熱酸化膜１２ｂは、ＳｉＮ膜１３ｂで覆われた状態を維持する。

続いて、図３（ｃ）に示すように、選択性ＲＩＥのイオン種を、熱酸化膜をエッチングするためのフッ素系に切り替える。このフッ素系イオンが、スポット電界に導かれ、トレンチ底部の熱酸化膜１２ａに衝突する。これにより、同図（ｃ）のニ点鎖線に示すように、底部熱酸化膜１２ａを選択的にエッチングし除去することができる。その結果、底部熱酸化膜１２ａより下側のシリコン面１１ａが露出される。トレンチ壁部のＳｉＮ膜１３ｂは、上記熱酸化膜用のフッ素系ＲＩＥではエッチングされずに残置され、トレンチ１１の表面処理された壁面を構成する。
底部熱酸化膜１２ａのエッチング処理として、フッ素系ＲＩＥに代えて希フッ酸によるウェットエッチングを行なってよい。このとき、壁部ＳｉＮ膜１３ｂは、希フッ酸に対するレジストとして機能する。

その後の操作は、第１実施形態とほぼ同じであり、成膜工程（図３（ｄ））とエッチング工程（同図（ｅ））を順次実行する。
図３（ｄ）に示すように、成膜工程における成膜条件として、オゾナイザー出口でのＯ_２中のＯ_３濃度を、例えばＯ_２の流量が１２ｓｌｍの時に好ましくは４０〜２００ｇ／Ｎｍ^３に設定し、より好ましくは１６０〜２００ｇ／Ｎｍ^３程度に設定する。また、成膜温度を、好ましくは約４００〜４５０℃に設定し、より好ましくは４３０℃程度に設定する。これにより、トレンチ１１の底部に、緻密で良質な酸化シリコン３１ａを選択的に形成でき、壁部ＳｉＮ膜１３ｂには酸化シリコン３１ｂがあまり付かないように、しかも脆く粗い膜質になるようにすることができる。

図３（ｅ）に示すように、エッチング工程では、エッチャントとしてＨＦ濃度１％程度の希フッ酸を用いる。これにより、壁部酸化シリコン３１ｂを容易にエッチングできる一方、底部酸化シリコン３１ａを殆どエッチングすることなく残置することができる。
このようにして、トレンチ１１の底部にのみ所望厚さの、しかも緻密で良好な膜質の酸化シリコンからなる絶縁膜３０を設けることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の改変をなすことができる。
例えば、各工程の順序は、適宜組み替えてもよい。トレンチ底部のシリコン面１１ａにマスクをしたうえで壁面１１ｂを熱酸化させ、しかる後に底面のマスクを除去して、シリコン面１１ａを露出させることにしてもよい。
第２実施形態において、トレンチ底面１１ａの熱酸化膜１２ａを除去した後、壁面１１ｂ及び底面１１ａにＳｉＮ膜１３を形成し、その後、底面１１ａのＳｉＮ膜１３を除去することにしてもよい。
トレンチ１１の内面のライナーとして、熱酸化膜１２が無くＳｉＮ膜１３だけが設けられていてもよい。

本発明においてトレンチ底部に成膜すべき絶縁膜は、成膜工程及びエッチング工程において被堆積表面の組成や状態に応じて成膜速度や成膜後のエッチング速度に差が生じ得るものであればよく、酸化シリコンに限られず窒化シリコン等の他の絶縁膜であってもよい。成膜工程における成膜速度、またはエッチング工程におけるエッチング速度の何れか一方に差が生じるようになっていればよく、必ずしも成膜速度とエッチング速度の両方に差が生じる必要はない。成膜条件は、成膜すべき絶縁膜の成分及び被堆積表面の組成や状態等に応じて表面依存性が生じるように適宜設定するとよい。
エッチング工程は、エッチングがトレンチ壁面にほぼ達するまで行えばよく、壁側の絶縁膜が若干残るようにしてもよい。
トレンチ壁面のライナーは、熱酸化膜やＳｉＮ膜に限られず、ＨＴＯ等であってもよい。
トレンチの底面のシリコン上に、絶縁膜の成長速度がより大きくなるような膜が設けられていてもよい。
本発明は、パワーデバイスに限られず、他の種々の半導体装置に適用可能である。

実施例を説明する。
図１に示す製造工程を実施した。同図（ａ）に示すように、シリコン基板１０の表面にマスク２０として厚さ１５０ｎｍのＨＴＯを設け、トレンチ１１を形成した。トレンチ１１の深さは２０μｍとし、幅は、０．５μｍ、０．７μｍ、０．９μｍの３通りとした。
次に図１（ｂ）に示すように、トレンチ１１の内面を熱酸化させ、厚さ３０ｎｍの熱酸化膜１２を形成した。
次に同図（ｃ）に示すように、トレンチ底面１１ａの熱酸化膜１２ａを選択エッチングした。

その後、図１（ｄ−１）及び（ｄ−２）に示すように、酸化シリコン３１の成膜を行なった。成膜条件は以下の通り。
ＴＥＯＳの液温； ６５℃
ＴＥＯＳバブリングガス（Ｎ_２）； ２．２ｓｌｍ
オゾナイザーに供給する原料酸素； １２ｓｌｍ
オゾナイザー出口でのＯ_３濃度； １６０ｇ／Ｎｍ^３（７．５％）
メインキャリア（Ｎ_２）； １８ｓｌｍ
成膜温度； ４２５℃
成膜時間； ２３０ｓｅｃ
これにより、トレンチ底部に厚さ６０００Ａ程度の酸化シリコン膜３１ａが形成され、トレンチ壁部に厚さ１８００Ａ程度の酸化シリコン膜３１ｂが形成された。

次に、図１（ｅ）に示すように、エッチングを行なった。エッチング条件は以下の通り。
エッチャント； ＨＦ濃度１％の希フッ酸
エッチング温度； 室温
エッチング時間； ６ｍｉｎ
この結果、トレンチ壁部の酸化シリコン３１ｂがほぼ除去され、トレンチ１１の底部のみに酸化シリコン３１ａすなわち絶縁膜３０が残った。絶縁膜３０の膜厚は、５５００Ａ程度であり、膜質は緻密で良好であった。
本発明が上記の実施例に限定されるものでないことは言うまでない。

本発明は、例えばパワーデバイス用の半導体装置の製造工程に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係るパワーデバイス用半導体装置の製造方法の手順を示す断面図であり、（ａ）は、シリコン基板にトレンチを形成した状態を示す。（ｂ）は、トレンチの内面を熱酸化させ、熱酸化膜を形成した状態を示す。（ｃ）は、トレンチ底面の熱酸化膜を選択エッチングした状態を示す。（ｄ−１）は、シリコン基板にＯ_３及びＴＥＯＳを主成分とする成膜ガスにより酸化シリコンを成膜中の状態を示す。（ｄ−２）は、上記酸化シリコンの成膜を終了した状態を示す。（ｅ）は、上記酸化シリコンの不要部分を希フッ酸でエッチングした状態を示す。 シリコン基板のトレンチ底部に酸化シリコンからなる絶縁膜が設けられたパワーデバイス用半導体装置の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面図であり、（ａ）は、シリコン基板のトレンチ内面に熱酸化膜とＳｉＮ膜からなるライナーを形成した状態を示す。（ｂ）は、トレンチ底面のＳｉＮ膜を選択エッチングした状態を示す。（ｃ）は、トレンチ底面の熱酸化膜を選択エッチングした状態を示す。（ｄ）は、シリコン基板にＯ_３及びＴＥＯＳを主成分とする成膜ガスにより酸化シリコンを成膜した状態を示す。（ｅ）は、上記酸化シリコンの不要部分を希フッ酸でエッチングした状態を示す。 Ｏ_３濃度と成長比との関係の実験結果を示すグラフである。 成膜温度と成長比との関係の実験結果を示すグラフである。 Ｏ_３濃度及び成膜温度と成長比との関係の実験結果を示すグラフである。

符号の説明

１０ シリコン基板
１１ トレンチ
１１ａ トレンチ底面、シリコン裸面
１１ｂ トレンチ壁面
１２ 熱酸化膜（ライナー）
１２ａ 底部熱酸化膜
１２ｂ 壁部熱酸化膜（トレンチの表面処理された壁面）
１３ ＳｉＮ膜（ライナー）
１３ａ 底部ＳｉＮ膜
１３ｂ 壁部ＳｉＮ膜（トレンチの表面処理された壁面）
１３ｃ マスク上ＳｉＮ膜
２０ マスク
３０ 絶縁膜
３１ 酸化シリコン膜
３１ａ 底部酸化シリコン膜
３１ｂ 壁部酸化シリコン膜
３１ｃ マスク上酸化シリコン膜

Claims (7)

1. シリコン基板に形成されたトレンチの底部に絶縁膜が設けられた半導体装置を製造する方法であって、
   所定の成膜条件における前記絶縁膜の成長速度が、前記トレンチの壁側に対し相対的に小さく前記トレンチの底部側に対し相対的に大きくなるように、前記トレンチの壁面及び底面を表面処理するトレンチ処理工程と、
   前記表面処理後のトレンチ内に前記絶縁膜を前記成膜条件で成膜する成膜工程と、
   前記成膜後の絶縁膜を、前記トレンチの開口側の表面処理された壁面にほぼ達するまでエッチングするエッチング工程と、
   を実行することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記トレンチ処理工程において、前記成長速度の大小に代えて、又はそれに加えて、前記成膜条件によって成膜した絶縁膜のうち前記壁側のものが前記底部側のものよりエッチング速度の大きい膜質になるように、前記トレンチの壁面及び底面を表面処理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. 前記絶縁膜が、Ｏ_３とＴＥＯＳを含む成膜ガスにより成膜される酸化シリコンであり、
   前記トレンチ処理工程において、前記表面処理として、前記トレンチの壁面に熱酸化膜及び／又は窒化シリコン膜からなるライナーを形成する一方、前記トレンチの底面をシリコンの裸面にす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。
4. 前記トレンチ処理工程において、前記トレンチの壁面及び底面に前記ライナーを形成した後、前記トレンチ底面のライナーを選択的に除去することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記所定の成膜条件として、前記壁側への成長速度の前記底部側への成長速度に対する比が約０〜０．８になるように、前記成膜ガス中のＯ_３濃度及び成膜温度を設定することを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記成膜温度が、約３８０〜５５０℃であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. トレンチの形成されたシリコンからなる基板と、
   前記トレンチの底面と壁面のうち壁面のみに設けられた熱酸化膜及び／又は窒化シリコン膜からなるライナーと、
   前記シリコンからなるトレンチ底面上に成膜された酸化シリコンからなる絶縁膜と、
   を有し、前記絶縁膜のトレンチ開口側の端面が、前記トレンチの深さ方向の中間に位置していることを特徴とする半導体装置。

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