JP2009194325A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】柱構造体の倒壊を抑制することのできる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する。
【解決手段】ＳＯＩ構造の半導体基板に対し、半導体層から絶縁層まで到達するトレンチを形成することで、半導体層を複数の柱構造体に区画し、柱構造体の少なくとも１つに素子を形成して半導体装置とする半導体装置の製造方法であって、少なくとも１つの柱構造体と、該柱構造体に隣接する他の柱構造体の少なくとも１つとの間に、それぞれの一部同士を連結する柱状の連結部を残し、且つ、複数の柱構造体を隔てるように、トレンチを形成する。そして、トレンチ形成後、熱酸化によって、複数の柱構造体におけるトレンチ壁面に酸化膜を形成するとともに、連結部における柱構造体との接続部分を酸化物に置き換える。
【選択図】図３

Description

本発明は、トレンチによって複数の領域に区画された半導体装置の製造方法及び半導体装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１，２に示されるように、半導体基板に形成されたトレンチ由来の絶縁分離領域により、複数の素子形成領域が互いに絶縁分離された半導体装置が知られている。これらの半導体装置では、半導体基板として、シリコン基板上に絶縁層（シリコン酸化膜）を介して薄膜のシリコン層が配置されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を採用している。そして、絶縁層に到達するトレンチ（溝）により、シリコン層に複数の柱構造体（シリコン島）が区画され、トレンチ内に絶縁体（例えば壁面にシリコン酸化膜が形成されたトレンチ内にポリシリコン）が埋め込まれて、絶縁分離領域が構成されている。また、複数の柱構造体のうち、素子形成領域としての柱構造体には、素子が構成されている。
特開２００１−６０６３４号公報 特開２００６−２３７４４８号公報

ところで、各柱構造体は、その下面がＳＯＩ基板の絶縁層と接しており、高集積化・微細化に伴って、各柱構造体（特に素子形成領域）と絶縁層との接触面積は小さくなってきている。したがって、トレンチ内に絶縁体が埋め込まれる前に、トレンチ内の洗浄工程やトレンチ壁面のダメージ除去工程などで柱構造体が外力を受けると、絶縁層との接着面積が小さい柱構造体は、倒壊する恐れがある。

本発明は上記問題点に鑑み、柱構造体の倒壊を抑制することのできる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に請求項１に記載の発明は、支持基板上に絶縁層を介して半導体層が積層された半導体基板に、半導体層から絶縁層まで到達するトレンチを形成することで、半導体層を複数の柱構造体に区画し、柱構造体の少なくとも１つに素子を形成して半導体装置とする半導体装置の製造方法であって、少なくとも１つの柱構造体と、該柱構造体に隣接する他の柱構造体の少なくとも１つとの間に、それぞれの一部同士を連結する柱状の連結部を残し、且つ、複数の柱構造体を隔てるように、トレンチを形成するトレンチ形成工程と、トレンチを形成した後、熱酸化によって、複数の柱構造体におけるトレンチ壁面に酸化膜を形成するとともに、連結部における柱構造体との接続部分を酸化物に置き換える熱酸化工程とを備えることを特徴とする。

このように本発明によれば、互いに隣接する柱構造体間をトレンチ（溝部）で完全に隔てるのではなく、柱構造体の一部同士を連結する連結部を残す。したがって、トレンチを形成した状態で、連結部によって連結された柱構造体が、絶縁層上に立設する１つの柱構造体ブロック（集合体）となる。これにより、単独の柱構造体よりも絶縁層との接触面積が大きくなり、さらに、連結部によって連結された互いに隣接する柱構造体同士を支えあうことができるため、熱酸化する前に、トレンチ内の洗浄やトレンチ壁面のダメージ除去を行っても、連結部によって連結された柱構造体の倒壊を抑制することができる。なお、全ての柱構造体に対して連結部を設けても良いし、絶縁層との接触面積の小さい柱構造体のみに対して連結部を設けても良い。

また、トレンチ壁面に酸化膜を形成する際の熱酸化によって、連結部における柱構造体との接続部分を酸化物に置き換えるので、熱酸化後において、各柱構造体を互いに絶縁分離された状態とすることができる。

柱構造体としては、例えば素子が形成される素子形成領域や、電極パッドが形成される領域、耐圧を確保するためのガードリング用のトレンチ間の領域などがあるが、絶縁層との接触面積が小さいものは、素子形成領域としての柱構造体である。したがって、請求項２に記載のように、トレンチ形成工程において、柱構造体としての素子形成領域ごとに、少なくとも１本の連結部を残し、且つ、各素子形成領域をそれぞれ取り囲むように、トレンチを形成することが好ましい。これにより、素子形成領域の倒壊を抑制することができる。また、素子形成領域を互いに絶縁分離された状態とすることができる。なお、素子形成領域の大きさが異なる場合には、絶縁層との接触面積の小さい素子形成領域のみに対して連結部を設けても良い。

熱酸化後の状態で、連結部における少なくとも柱構造体との接続部分が酸化物で置き換えられていれば、隣接する柱構造体間の絶縁性を確保することができる。しかしながら、好ましくは請求項３に記載のように、熱酸化工程において、連結部全体を酸化物で置き換えるようにすると良い。これによれば、隣接する柱構造体間の絶縁性を向上することができる。

連結部全体を酸化物で置き換えるには、例えば請求項４に記載のように、トレンチ形成工程において、連結部の幅が、熱酸化工程でトレンチ壁面に形成する酸化膜の厚さの０．９倍以下となるように、トレンチを形成すると良い。これによれば、熱酸化によってトレンチ壁面に対する酸化膜の形成が完了するまでに、連結部全体を酸化物で置き換えることができる。

柱構造体に対する連結部の接続位置としては、例えば請求項５に記載のように、トレンチ形成工程において、連結部が、互いに隣接する柱構造体における対向する側面の一部同士を連結するように、トレンチを形成しても良い。また、請求項６に記載のように、複数の柱構造体のうち、少なくとも一部が行列状（マトリクス状）に設けられ、トレンチの形成工程において、行列状とされた４つの柱構造体における互いに隣接する角部のうち、対角位置にある少なくとも一対の角部を連結部が連結するように、トレンチを形成しても良い。

トレンチの幅は、広いほどその上部に形成する配線層などの段差が大きくなり、素子性能の低下や歩留りの低下の一因となる。特に複数の柱構造体がマトリクス状に設けられる場合には、対角位置にある角部間でトレンチ幅が最も広くなる。これに対し、請求項６に記載のようにすると、連結部が存在するため、トレンチ上における段差を小さくすることができる。

なお、請求項１〜６いずれかに記載の発明においては、請求項７に記載のように、熱酸化工程後、トレンチの内部を絶縁体、又は、導電体で埋める埋め込み工程を備えても良い。それ以外にも、熱酸化工程において、熱酸化による酸化膜によって、トレンチの内部を埋めても良いし、トレンチの内部に空洞を残しても良い。

次に、請求項８に記載の発明は、絶縁層を介して支持基板上に積層された半導体層に、半導体層から絶縁層まで到達する絶縁分離領域が形成され、絶縁分離領域によって半導体層が絶縁層上に立設する複数の柱構造体（素子形成領域などの複数の領域）に区画された半導体装置であって、絶縁分離領域は、少なくとも１つの柱構造体の一部と、該柱構造体に隣接する他の柱構造体の少なくとも１つの一部とを連結する柱状の連結部と、半導体層から絶縁層まで到達し、連結部によって分断されつつ隣接する柱構造体の間を隔てるように形成されたトレンチに対し、少なくとも壁面に酸化膜が形成された絶縁分離トレンチ部と、を有し、連結部における少なくとも柱構造体との接続部分が、トレンチ壁面の酸化膜と一体的な酸化物とされていることを特徴とする。

このように本発明に示す半導体装置は、請求項１に記載の製造方法によって形成されるものである。したがって、その作用効果は請求項１に記載の作用効果と同じであるので、その記載を省略する。

請求項８に記載の発明においては、請求項９に記載のように、柱構造体としての各素子形成領域には、それぞれ連結部が少なくとも１本連結され、素子形成領域の外周を取り囲むように絶縁分離領域が形成された構成とすることが好ましい。このような構成の半導体装置は、請求項２に記載の製造方法によって形成されるものである。したがって、その作用効果は請求項２に記載の作用効果と同じであるので、その記載を省略する。

請求項８又は請求項９に記載の発明においては、請求項１０に記載のように、連結部の全てがトレンチ壁面の酸化膜と一体的な酸化物とされた構成とすることが好ましい。このような構成の半導体装置は、請求項３に記載の製造方法によって形成されるものである。したがって、その作用効果は請求項３に記載の作用効果と同じであるので、その記載を省略する。

請求項１１に記載のように、連結部として、隣接する柱構造体において、互いに対向する側面の一部同士を連結する連結部を含む構成としても良い。また、請求項１２に記載のように、複数の柱構造体のうち、少なくとも一部が行列状（マトリクス状）に設けられ、連結部として、４つの柱構造体における互いに隣接する角部において、対角位置にある少なくとも一対の角部を連結する連結部を含む構成としても良い。このような構成の半導体装置は、請求項５，６に記載の製造方法によって形成されるものである。したがって、その作用効果は請求項５，６に記載の作用効果と同じであるので、その記載を省略する。

なお、絶縁分離トレンチ部としては、請求項１３に記載のように、トレンチ内に酸化膜が埋め込まれてなる絶縁分離トレンチ、酸化膜を介してトレンチ内に絶縁体が埋め込まれてなる絶縁分離トレンチ、酸化膜を介してトレンチ内に導電体が埋め込まれてなる絶縁分離トレンチ、及びトレンチ内に空洞が形成されてなる絶縁分離トレンチのいずれかを採用することができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。なお、以下に示す素子形成領域とは、素子が構成される前の状態で素子が構成される領域を示し、素子が構成された状態で素子が構成された領域を示す。

図１に示すように、半導体装置１００では、半導体基板１０としてＳＯＩ基板が用いられており、本実施形態では、支持基板１１としてのシリコン基板上に、シリコン酸化物からなる絶縁層１２を介して、半導体層１３としてのｎ型のシリコン層を配置した構成となっている。なお、ＳＯＩ基板としては、貼り合わせ基板だけでなく、ＳＩＭＯＸも含まれる。

半導体層１３には絶縁分離領域２０が形成されており、この絶縁分離領域２０と絶縁層１２によって、半導体層１３が絶縁層１２上に立設する複数の柱構造体に区画されている。本実施形態では、柱構造体として複数の素子形成領域１４を有しており、各素子形成領域１４は、その外周を絶縁分離領域２０によって取り囲まれて、互いに絶縁分離されている。なお、本実施形態においては、一例として、素子形成領域１４の表層にｐ型のウェル領域１５が形成され、このウェル領域１５内の表層に、ｎ型（ｎ＋）のソース領域１６とドレイン領域１７が形成されている。また、ソース領域１６とドレイン領域１７との間のチャネル形成領域に対応して、半導体層１３の表面１３ａ上には、図示しない絶縁膜を介してゲート電極１８が形成されている。すなわち、素子形成領域１４にＭＯＳトランジスタが構成されている。また、図２に示すように、格子状の絶縁分離領域２０によって隔てられることで、素子形成領域１４の配置が行列状（マトリクス状）となっている。

絶縁分離領域２０は、半導体層１３の表面１３ａから絶縁層１２まで到達（表面１３ａから裏面１３ｂまで貫通）するように設けられ、互いに隣接する柱構造体を絶縁分離するものである。本実施形態に係る絶縁分離領域２０は、隣接する素子形成領域１４の外周の一部同士を連結する柱状の連結部２１と、半導体層１３の表面１３ａから絶縁層１２まで到達し、連結部２１による連結部位を除いて各素子形成領域１４を取り囲むように形成された絶縁分離トレンチ部２２と、を有している。この絶縁分離領域２０（特に連結部２１）が、本実施形態に係る特徴部分である。

連結部２１は、半導体層１３の表面１３ａから裏面１３ｂまで延びて絶縁層１２上に立設されており、その全体がシリコン酸化物によって構成されている。また、マトリクス状に配置された平面略矩形状の素子形成領域１４の外周側面に対し、平面略矩形状の各辺の中央付近で１本の連結部２１が連結されている。絶縁分離トレンチ部２２は、半導体層１３の表面１３ａから絶縁層１２まで到達し、連結部２１による連結部位を除いて各素子形成領域１４を取り囲むように形成されたトレンチ２２ａと、トレンチ２２ａにおける壁面に形成された酸化膜２２ｂと、酸化膜２２ｂを介してトレンチ２２ａ内に埋め込まれた絶縁体としての多結晶シリコン膜２２ｃと、を有している。そして、シリコン酸化物からなる連結部２１と、絶縁分離トレンチ部２２における酸化膜２２ｂとが、一体的な酸化物として形成されている。換言すれば、同一の酸化膜形成工程（後述する熱酸化）において、一体的に形成されている。

次に、このように構成される半導体装置１００の製造方法を、図３〜図８を用いて説明する。図３は、半導体装置を形成する製造工程のうち、トレンチ形成工程を示す平面図であり、（ａ）はトレンチ用のマスクを形成した状態、（ｂ）はトレンチ後の状態を示している。図４は、トレンチ後の状態を示す断面図であり、（ａ）は図３（ｂ）に示すＩＶａ−ＩＶａ線に、（ｂ）は図３（ｂ）に示すＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿うものである。図５は、トレンチ内の洗浄とダメージ除去を行った状態を示す断面図である。図６は、熱酸化した状態を示す平面図である。図７は、熱酸化後の状態を示す断面図であり、（ａ）は図６に示すＶＩＩａ−ＶＩＩａ線に、（ｂ）は図６に示すＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿うものである。図８は、トレンチ内を埋め込んだ状態を示す平面図である。また、図３（ｂ）、図４〜図８においては、便宜上、マスクを省略して図示している。

先ず、ウェハ状態の半導体基板１０における半導体層１３の表面１３ａ上に、図３（ａ）に示すように、半導体層１３にトレンチ２２ａを形成するためのマスク３０を形成する。本実施形態では、マスク３０のパターンを、トレンチ２２ａに対応する部分のみに開口部３０ａを有し、素子形成領域１４や連結部２１に対応する部分が開口されていない所定パターンとする。換言すれば、異方性エッチングが終了した状態で、隣接する素子形成領域１４の一部同士を連結する連結部２１が残るような所定パターンとする。詳しくは、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を成膜し、パターニングすることで、図３（ａ）に示すように、略十字状の開口部３０ａが周期的に設けられたマスク３０とする。なお、隣接する略十字状の開口部３０ａにおいて、互いに対向する十字の先端間の部分（対向領域）が、連結部２１に対応する部分である。

そして、形成したマスク３０を用い、半導体層１３に対して異方性エッチング（例えばドライエッチング）を施して、トレンチ２２ａを形成する。本実施形態では、図３（ｂ），図４に示すように、半導体層１３の表面１３ａから絶縁層１２まで到達する平面略十字状のトレンチ２２ａ（溝部）により、絶縁層１２上に立設する柱構造体としての複数の素子形成領域１４が、ほぼ区分された状態となる。また、隣接する素子形成領域１４は、トレンチ２２ａによって完全に隔てられてはおらず、互いに対向する外周側面の一部同士が、１本の連結部２１を介して連結された状態となる。

さらに、本実施形態では、トレンチ２２ａを形成した状態で、図３（ｂ）に示すように、連結部２１の幅Ｗ（半導体層１３の表面１３ａに沿い、素子形成領域１４を連結する方向に垂直な方向の幅）が、後述する熱酸化工程で、トレンチ２２ａの壁面に形成する酸化膜２２ｂの厚さＤ（図６参照）の０．９倍以下（詳しくは、０．９倍未満）となる。このような幅Ｗと厚さＤの関係は、マスク３０のパターンによって決定される。以上がトレンチ形成工程である。

トレンチ２２ａの形成後、ドライエッチング時の保護膜（デポ）などを除去するために、トレンチ２２ａの内部をフッ酸（ＨＦ）などによって洗浄する。これにより、図５に示すように、絶縁層１２におけるトレンチ２２ａ側の一部も除去される。また、ドライエッチングによるトレンチ壁面のダメージ層を除去するために、ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）などを実施する。これにより、図５に示すように、素子形成領域１４におけるトレンチ壁面のダメージ層が除去されて、トレンチ２２ａの幅が広くなる。なお、図５に示す破線は、ダメージ層除去前のトレンチ２２ａの壁面位置を示している。

洗浄及びダメージ除去の終了後、半導体層１３を熱酸化して、トレンチ２２ａの壁面に酸化膜２２ｂを形成するとともに連結部２１をシリコンからシリコン酸化物に置き換える。この熱酸化では、各素子形成領域１４が、外周側面におけるトレンチ２２ａの壁面側から熱酸化され、トレンチ２２ａの壁面に酸化膜２２ｂが形成される。また、連結部２１も、側面におけるトレンチ２２ａの壁面側から熱酸化され、連結部２１全体が、シリコン酸化物に置き換えられる。なお、熱酸化による酸化膜（酸化物）は、シリコン壁面から外側に０．５５、内側に０．４５の比率で成長する。本実施形態では、この点が考慮して幅Ｗと厚さＤを上記関係としている。したがって、熱酸化が終了した時点（トレンチ２２ａの壁面に所定厚さの酸化膜２２ｂが形成された時点）で、図６及び図７（ｂ）に示すように、連結部２１全体をシリコン酸化物とすることができる。また、図６及び図７（ａ）に示すように、トレンチ２２ａ内に空洞部２３を残すことができる。なお、素子形成領域１４の外周側面における連結部２１との連結部位は、連結部２１が存在するために、連結部２１に隣接するトレンチ２２ａの壁面側から熱酸化されることとなる。したがって、図６に示すように、素子形成領域１４の外周側面における連結部２１との連結部位に、外側に向けた凸部１４ａが残ることとなる。この凸部１４ａは、半導体装置１００としても残る（図２参照）。

熱酸化工程後、トレンチ２２ａ内の空洞部２３を、絶縁体で埋め込む埋め込み工程を実施する。本実施形態においては、ＣＶＤ法を用いて、図８に示すように、多結晶シリコン膜２２ｃを空洞部２３に埋め込む。そして、半導体層１３の表面１３ａ側に露出した多結晶シリコン膜２２ｃの部分をエッチバックやＣＭＰによって除去することで、平坦化する。以上により、絶縁分離トレンチ部２２、ひいては絶縁分離領域２０が形成される。

埋め込み工程後、図示しないが、マスク３０を除去し、半導体層１３の表面１３ａに熱酸化やＣＶＤ法によって保護用の絶縁膜を形成した後、各素子形成領域１４に素子（本実施形態ではＭＯＳトランジスタ）を形成する。また、素子形成後、半導体層１３の表面１３ａ上に、層間絶縁膜や配線などを形成して、図１，２に示す半導体装置１００を得ることができる。

このように、本実施形態に係る半導体装置１００及びその製造方法によれば、互いに隣接する柱構造体としての素子形成領域１４を、完全に隔てるようにトレンチ２２ａ（絶縁分離トレンチ部２２）を形成するのではなく、外周側面の一部同士を連結する連結部２１を残す。すなわち、トレンチ２２ａを形成した状態で、連結部２１によって連結された複数の素子形成領域１４が、絶縁層１２上に立設する１つの柱構造体ブロック（集合体）となり、単独の素子形成領域１４よりも絶縁層１２との接触面積が大きくなる。また、連結部２１によって連結された複数の素子形成領域１４同士を互いに支えあうことができる。したがって、トレンチ２２ａ内の洗浄やトレンチ壁面のダメージ除去による応力が素子形成領域１４に作用しても、各素子形成領域１４の倒壊を抑制することができる。特に本実施形態では、マトリクス状に配置された平面略矩形状の素子形成領域１４の外周側面に対し、平面略矩形状の各辺の中央付近で１本の連結部２１が連結されている。すなわち、１つの素子形成領域１４が、隣接する４つの素子形成領域１４と、連結部２１を介して連結されている。したがって、各素子形成領域１４の倒壊を効果的に抑制することができる。

また、素子形成領域１４の外周における連結部２１との接続部位を除く部位を取り囲むようにトレンチ２２ａを形成し、トレンチ壁面に酸化膜２２ｂを形成する際の熱酸化によって、連結部２１をシリコン酸化物に置き換える。したがって、熱酸化後において、各素子形成領域１４を互いに絶縁分離された状態とすることができる。特に本実施形態では、連結部２１全体をシリコン酸化物で置き換えるので、隣接する素子形成領域１４間の絶縁性を向上することができる。なお、トレンチ２２ａを形成した状態で、連結部２１の幅Ｗが、熱酸化工程でトレンチ２２ａの壁面に形成する酸化膜２２ｂの厚さＤの０．９倍以下となるように、マスク３０のパターンを決定している。したがって、酸化膜２２ｂの形成が完了するまでに、連結部２１全体をシリコン酸化物で置き換えることができる。

なお、本実施形態においては、１つの素子形成領域１４が、外周側面同士が対向する４つの素子形成領域１４のそれぞれと、１本の連結部２１を介して連結される例を示した。しかしながら、柱構造体としての素子形成領域１４は、隣接する素子形成領域１４の少なくとも１つと、少なくとも１本の連結部２１を介して連結されれば良い。例えば図９に示すように、中央の素子形成領域１４が、該領域１４に対して紙面上方の素子形成領域１４と連結されない構成としても良い。また、中央の素子形成領域１４が、該領域１４に対して紙面右方の素子形成領域１４と、２本の連結部２１を介して連結された構成としても良い。図９は、変形例を示す平面図であり、図３（ｂ）に対応している。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図１０〜１２に基づいて説明する。図１０は、第１実施形態に示した構成において、埋め込み後の状態を示す断面図であり、（ａ）は図８のＸａ−Ｘａ線に、（ｂ）は図８のＸｂ−Ｘｂ線に沿っている。図１１は、第２実施形態に係る半導体装置の製造工程のうち、トレンチ形成工程を示す平面図である。図１１は、第１実施形態に示した図３（ｂ）に対応している。図１２は、埋め込み後の状態を示す、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。

第２実施形態に係る半導体装置及びその製造方法は、第１実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

第１実施形態においては、平面略矩形である柱状の素子形成領域１４がマトリクス状に設けられ、素子形成領域１４の外周側面に対し、平面略矩形の各辺の中央付近に連結部２１が連結される例を示した。しかしながら、平面略矩形である柱状の素子形成領域１４がマトリクス状に設けられた構成においては、互いに対向する外周側面間のトレンチ幅（図８のＸａ線に沿う部分の幅）よりも、互いに隣接する角部のうち、対角位置にある角部間のトレンチ幅（図８のＸｂ線に沿う幅）の方が広い。したがって、トレンチ２２ａ内の空洞部２３を多結晶シリコン膜２２ｃで埋め込んだ際に生じる多結晶シリコン膜２２ｃ上部の段差は、図１０（ａ）に示す互いに対向する外周側面間の部分よりも、図１０（ｂ）に示す対角位置にある角部間のほうが大きくなる。このように、トレンチ２２ａの幅は、広いほど空洞部２３を埋め込んだ多結晶シリコン膜２２ｃ（絶縁体）の上部段差が大きくなり、ひいては、その上部に形成する配線層などの段差が大きくなる。そして、素子性能の低下や歩留りの低下の一因となる。特に複数の素子形成領域１４がマトリクス状に設けられる場合には、対角位置にある角部間でトレンチ幅が最も広くなる。

そこで、本実施形態においては、トレンチ形成工程において、マトリクス状とされた４つの素子形成領域１４における互いに隣接する角部のうち、対角位置にある少なくとも一対の角部を連結部２１が連結するように、トレンチ２２ａを形成する点を特徴とする。図１１に示す例では、４つの素子形成領域１４における互いに隣接する角部のうち、対角位置にある角部同士をそれぞれ連結するように、平面略Ｘ字状の連結部２１を残してトレンチ２２ａを形成している。そして、図示しないが、熱酸化によって、連結部２１全体をシリコン酸化物に置き換える。

このように、対角位置にある角部を連結部２１によって連結すると、連結部２１を設けない構成に比べて、トレンチ２２ａの幅の最大値を小さくすることができる。特に本実施形態においては、平面略Ｘ字状の連結部２１を形成するので、図１２に示すように、対角位置の素子形成領域１４を隔てるトレンチ２２ａ間に、連結部２１が必ず存在している。したがって、図１２に示すように、対角方向おけるトレンチ２２ａの幅をより狭くすることができる。以上から、本実施形態によれば、多結晶シリコン膜２２ｃ（絶縁体）の上部段差を小さくし、ひいては、その上部に形成する配線層などの段差を小さくすることができる。そして、素子性能の低下や歩留りの低下を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、対角位置にある角部同士をそれぞれ連結するように、平面略Ｘ字状の連結部２１を残してトレンチ２２ａを形成する例を示した。しかしながら、対角位置にある角部同士をそれぞれ連結する連結部２１の構成としては、上記例に限定されるものではない。例えば、図１３に示す平面略十字状の連結部２１や、平面略矩形状の連結部２１（図示略）によって、４つの角部を連結する構成としても良い。この場合、パターニングによっては、熱酸化後の状態で、図１４に示すように、中心が熱酸化（シリコン酸化物への置換が）されずにシリコンが残った連結部２１とすることもできる。図１３は、変形例を示す平面図であり、トレンチ形成後の状態を示している。図１４は、変形例を示す平面図であり、埋め込み後の状態を示している。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態においては、絶縁分離領域２０を構成する絶縁分離トレンチ部２２として、酸化膜２２ｂを介してトレンチ２２ａ内に絶縁体としての多結晶シリコン膜２２ｃが埋め込まれてなる絶縁分離トレンチの例を示した。しかしながら、絶縁分離トレンチ部２２の形態としては、上記例に限定されるものではない。少なくとも、隣接する柱構造体（素子形成領域１４）の間を連結部２１による連結部位を除いて隔てるトレンチ２２ａに対し、少なくとも壁面に酸化膜２２ｂが形成されたものであれば良い。例えば、空洞部２３を埋める埋め込み工程をもつものとして、酸化膜２２ｂを介してトレンチ２２ａの空洞部２３内に導電体が埋め込まれてなる絶縁分離トレンチを採用することもできる。それ以外にも、トレンチ２２ａ内を、熱酸化による酸化膜２２ｂのみで埋め込んでなる絶縁分離トレンチや、壁面に酸化膜２２ｂが形成されたトレンチ２２ａ内に空洞部２３が残された絶縁分離トレンチを採用することもできる。

本実施形態においては、柱構造体としての平面略矩形状の複数の素子形成領域１４が、マトリクス状に設けられる例を示した。しかしながら、素子形成領域１４の形態は上記例に限定されるものではない。例えば、平面の大きさや形状が異なる複数種類の素子形成領域１４を有する構成としても良い。また、本実施形態では、全ての素子形成領域１４が、少なくとも１本の連結部２１と連結される例を示したが、上記のように、平面の大きさが異なる（絶縁層１２との接触面積が異なる）場合には、絶縁層１２との接触面積の小さい素子形成領域１４のみが連結部２１と連結される構成としても良い。すなわち、少なくとも１つの素子形成領域１４（柱構造体）が、隣接する素子形成領域１４（柱構造体）の少なくとも１つと、連結部２１を介して連結されれば良い。

本実施形態においては、柱構造体として素子形成領域１４のみを示した。しかしながら、柱構造体とは、半導体層１３において絶縁分離領域２０により区画された各領域であり、素子形成領域１４に限定されるものではない。素子形成領域１４以外にも、例えば電極パッドが形成される領域や、耐圧を確保するためのガードリング用のトレンチ間の領域などがある。したがって、図１５に示すように、素子形成領域１４と、柱構造体としての素子形成領域１４以外の他領域１９とが、連結部２１によって連結される構成としても良い。図１５は、変形例を示す断面図であり、図２に対応している。また、柱構造体としての素子形成領域１４以外の他領域１９同士が、連結部２１によって連結される構成としても良い。

第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 半導体装置を形成する製造工程のうち、トレンチ形成工程を示す平面図であり、（ａ）はトレンチ用のマスクを形成した状態、（ｂ）はトレンチ後の状態を示している。 トレンチ後の状態を示す断面図であり、（ａ）は図３（ｂ）に示すＩＶａ−ＩＶａ線に、（ｂ）は図３（ｂ）に示すＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿うものである。 トレンチ内の洗浄とダメージ除去を行った状態を示す断面図である。 熱酸化した状態を示す平面図である。 熱酸化後の状態を示す断面図であり、（ａ）は図６に示すＶＩＩａ−ＶＩＩａ線に、（ｂ）は図６に示すＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿うものである。 トレンチ内を埋め込んだ状態を示す平面図である。 変形例を示す平面図である。 第１実施形態に示した構成において、埋め込み後の状態を示す断面図であり、（ａ）は図８のＸａ−Ｘａ線に、（ｂ）は図８のＸｂ−Ｘｂ線に沿っている。 第２実施形態に係る半導体装置の製造工程のうち、トレンチ形成工程を示す平面図である。 埋め込み後の状態を示す、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。 変形例を示す平面図であり、トレンチ形成後の状態を示している。 変形例を示す平面図であり、埋め込み後の状態を示している。 変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０・・・半導体基板
１２・・・絶縁層
１３・・・半導体層
１４・・・素子形成領域
２０・・・絶縁分離領域
２１・・・連結部
２２・・・絶縁分離トレンチ部
２２ａ・・・トレンチ
２２ｂ・・・酸化膜
２２ｃ・・・多結晶シリコン膜
１００・・・半導体装置

Claims (13)

1. 支持基板上に絶縁層を介して半導体層が積層された半導体基板に、前記半導体層から前記絶縁層まで到達するトレンチを形成することで、前記半導体層を複数の柱構造体に区画し、前記柱構造体の少なくとも１つに素子を形成して半導体装置とする半導体装置の製造方法であって、
   少なくとも１つの前記柱構造体と、該柱構造体に隣接する他の前記柱構造体の少なくとも１つとの間に、それぞれの一部同士を連結する柱状の連結部を残し、且つ、複数の前記柱構造体を隔てるように、前記トレンチを形成するトレンチ形成工程と、
   前記トレンチを形成した後、熱酸化によって、複数の前記柱構造体におけるトレンチ壁面に酸化膜を形成するとともに、前記連結部における前記柱構造体との接続部分を酸化物に置き換える熱酸化工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記トレンチ形成工程において、前記柱構造体としての素子形成領域ごとに、少なくとも１本の連結部を残し、且つ、各素子形成領域をそれぞれ取り囲むように、前記トレンチを形成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. 前記熱酸化工程において、前記連結部全体を酸化物で置き換えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記トレンチ形成工程において、前記連結部の幅が、前記熱酸化工程で前記トレンチ壁面に形成する酸化膜の厚さの０．９倍以下となるように、前記トレンチを形成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. 前記トレンチ形成工程において、前記連結部が、互いに隣接する前記柱構造体の側面の一部同士を連結するように、前記トレンチを形成することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 複数の前記柱構造体のうち、少なくとも一部が行列状に設けられ、
   前記トレンチの形成工程において、行列状とされた４つの前記柱構造体における互いに隣接する角部のうち、対角位置にある少なくとも一対の前記角部を前記連結部が連結するように、前記トレンチを形成することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記熱酸化工程後、前記トレンチの内部を絶縁体、又は、導電体で埋める埋め込み工程を備えることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
8. 絶縁層を介して支持基板上に積層された半導体層に、前記半導体層から前記絶縁層まで到達する絶縁分離領域が形成され、前記絶縁分離領域によって、前記半導体層が前記絶縁層上に立設する複数の柱構造体に区画された半導体装置であって、
   前記絶縁分離領域は、少なくとも１つの前記柱構造体の一部と、該柱構造体に隣接する他の前記柱構造体の少なくとも１つの一部とを連結する柱状の連結部と、前記半導体層から前記絶縁層まで到達し、前記連結部によって分断されつつ隣接する前記柱構造体の間を隔てるように形成されたトレンチに対し、少なくとも壁面に酸化膜が形成された絶縁分離トレンチ部と、を有し、
   前記連結部は、少なくとも前記柱構造体との接続部分が、前記トレンチ壁面の酸化膜と一体的な酸化物とされていることを特徴とする半導体装置。
9. 前記柱構造体としての素子形成領域には、前記連結部が少なくとも１本連結され、前記素子形成領域の外周を取り囲むように前記絶縁分離領域が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記連結部は、その全てが前記トレンチ壁面の酸化膜と一体的な酸化物とされていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の半導体装置。
11. 前記連結部として、互いに隣接する前記柱構造体の対向する側面の一部同士を連結する連結部を含むことを特徴とする請求項８〜１０いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
12. 複数の前記柱構造体のうち、少なくとも一部が行列状に設けられ、
    前記連結部として、４つの前記柱構造体における互いに隣接する角部において、対角位置にある少なくとも一対の前記角部を連結する連結部を含むことを特徴とする請求項８〜１１いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記絶縁分離トレンチ部は、前記トレンチ内に前記酸化膜が埋め込まれた絶縁分離トレンチ、前記酸化膜を介して前記トレンチ内に絶縁体が埋め込まれた絶縁分離トレンチ、前記酸化膜を介して前記トレンチ内に導電体が埋め込まれた絶縁分離トレンチ、及び前記トレンチ内に空洞部が残された絶縁分離トレンチのいずれかであることを特徴とする請求項８〜１２いずれか１項に記載の半導体装置。

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