JP2014229665A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】活性領域の平坦性を維持しつつも、素子の耐圧低下を抑制することができる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２０にトレンチ２０Ｘを形成し、活性領域ＡＲ１と活性領域ＡＲ２を画定する工程と、活性領域ＡＲ１を露出するとともに活性領域ＡＲ２を被覆し、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）よりも耐酸化性が高く、且つシリコン窒化（Ｓｉ３Ｎ４）膜よりもフッ酸を含むエッチング液に対するエッチングレートが高い保護膜６５を形成する工程と、を有する。また、保護膜６５から露出されたシリコン基板２０の表面を酸化させる工程と、フッ酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングにより、保護膜６５を除去する工程と、保護膜６５を除去した後に、シリコン基板２０の表面を酸化させる工程と、を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。

従来、トランジスタ特性を調整する方法の一つとして、活性領域の上端の角部（エッジ部分）を丸める処理を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。以下に、活性領域の上端の角部の丸め量を異なるように形成することで、特性の異なる複数のトランジスタを同一半導体チップ上に形成する方法について説明する。

図１８（ａ）では、シリコン窒化膜９１をマスクとして、シリコン酸化膜９０及びシリコン基板８０をエッチングし、シリコン基板８０に、素子分離領域となるトレンチ８０Ｘを形成する。これにより、トレンチ８０Ｘによって画定される活性領域ＡＲ１１，ＡＲ１２が形成される。これら活性領域ＡＲ１１，ＡＲ１２上には、シリコン酸化膜９０及びシリコン窒化膜９１がそれぞれ形成されている。

次に、図１８（ｂ）に示す工程では、希フッ酸を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜９０の周縁部を一部溶解除去する。これにより、活性領域ＡＲ１１，ＡＲ１２の上面の一部がシリコン酸化膜９０から露出される。

続いて、図１９（ａ）に示す工程では、シリコン基板８０の表面を酸化し、シリコン基板８０上にシリコン酸化膜９２を形成する。本工程では、シリコン酸化膜９０から露出されたシリコン基板８０の表面が均一に酸化されるため、上面及び側面が露出された活性領域ＡＲ１１，ＡＲ１２上部の角部が丸められる。

次いで、図１９（ｂ）に示す工程では、図１９（ａ）に示した構造体の上面全面にシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）膜９３を形成する。続いて、図２０（ａ）に示す工程では、活性領域ＡＲ１１を含む素子領域Ｒ１１を露出し、活性領域ＡＲ１２を含む素子領域Ｒ１２を被覆するレジスト層９４を形成する。次いで、レジスト層９４をマスクとして、ドライエッチングにより、素子領域Ｒ１１に形成されたシリコン窒化膜９３を除去する。このとき、上記ドライエッチングにより、シリコン酸化膜９０上に形成されたシリコン窒化膜９１も一部除去される。このため、素子領域Ｒ１１に形成されたシリコン窒化膜９１の上面が、素子領域Ｒ１２に形成されたシリコン窒化膜９１の上面よりも低くなる。その後、必要に応じて適切な後処理を行い、図２０（ａ）に示したレジスト層９４を除去するとともに、シリコン基板８０の表面に付着したエッチングによる副生成物を除去する。

次に、図２１（ａ）に示す工程では、シリコン窒化膜９３をマスクとして、フッ酸を用いたウェットエッチングにより、素子領域Ｒ１１に形成されたシリコン酸化膜９２を除去し、素子領域Ｒ１１に形成されたシリコン基板８０を露出する。このとき、上記ウェットエッチングにより、シリコン酸化膜９０の周縁部が一部溶解除去されるため、活性領域ＡＲ１１の上面の周縁部がシリコン酸化膜９０から露出される。

続いて、図２１（ｂ）に示す工程では、シリコン基板８０の表面を酸化し、シリコン酸化膜９０及びシリコン窒化膜９３から露出されたシリコン基板８０上にシリコン酸化膜９５を形成する。本工程では、シリコン酸化膜９０及びシリコン窒化膜９３から露出されたシリコン基板８０の表面が均一に酸化されるため、丸みを有する活性領域ＡＲ１１上部の角部がさらに丸められる。すなわち、本工程により、活性領域ＡＲ１１上部の角部が２度丸められたことになる。換言すると、本工程により、活性領域ＡＲ１１上部の角部の丸め量を、活性領域ＡＲ１２上部の角部の丸め量よりも大きくすることができる。

特開２００６−３２８９２号公報 特開平１１−３４０３１３号公報 特表２００５−５１４７９１号公報

ところが、上記製造方法によって活性領域ＡＲ１１，ＡＲ１２上部の角部の丸め量を調整した場合には、図２１（ｂ）に示した工程の後工程において以下のような問題が発生する。詳述すると、図２１（ｂ）に示した工程の後に、図２２（ａ）に示す工程では、図２１（ｂ）に示した構造体の上面全面に、シリコン酸化膜９０，９５及びシリコン窒化膜９１，９３の表面全面を被覆するようにシリコン酸化膜９６を形成する。続いて、図２２（ｂ）に示す工程では、ＣＭＰ（chemical Mechanical Polishing）法により、シリコン窒化膜９１の上面が露出するまでシリコン酸化膜９６の表面を研磨する。このとき、上述したように、素子領域Ｒ１１に形成されたシリコン窒化膜９１の上面と素子領域Ｒ１２に形成されたシリコン窒化膜９１の上面とが異なる平面上に形成されているため、シリコン酸化膜９６の上面に段差が形成されてしまう。

続いて、図２３（ａ）に示す工程では、リン酸を用いたウェットエッチングにより、図２２（ｂ）に示したシリコン窒化膜９１を除去する。次いで、図２３（ｂ）に示す工程では、フッ酸等を用いたウェットエッチングにより、活性領域ＡＲ１１，ＡＲ１２の上面に形成されたシリコン酸化膜９０を除去するとともに、シリコン酸化膜９６の一部を上面から除去する。このとき、上記ウェットエッチングを行う際に、シリコン酸化膜９６の上面に段差が形成されているため、その段差に起因して、シリコン基板８０の上面等に形成される凹部９７（窪み）の深さにばらつきが生じるという問題がある。また、素子領域Ｒ１２では、シリコン酸化膜９６とシリコン酸化膜９２との間にシリコン窒化膜９３が残ってしまうため、素子領域Ｒ１２に形成されるトランジスタの耐圧が低下するという問題がある。なお、図２１（ａ）に示した工程の後に、リン酸等を用いたウェットエッチングにより、シリコン窒化膜９３を除去することも可能であるが、この場合には素子領域Ｒ１１に形成されたシリコン基板８０の表面もエッチングされてしまうという別の問題が生じる。

本発明の一観点によれば、半導体基板に素子分離領域を形成し、第１活性領域と第２活性領域を画定する工程と、前記第１活性領域を露出するとともに前記第２活性領域を被覆し、シリコン酸化膜よりも耐酸化性に優れ、且つシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）膜よりもフッ酸で除去しやすい保護膜を形成する工程と、前記保護膜から露出された前記半導体基板の表面を酸化させる工程と、フッ酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングにより、前記保護膜を除去する工程と、前記保護膜を除去した後に、前記半導体基板の表面を酸化させる工程と、を有する。

本発明の一観点によれば、活性領域の平坦性を維持しつつも、素子の耐圧低下を抑制することができるという効果を奏する。

第１実施形態の半導体装置を示す概略平面図。 第１実施形態の半導体装置を示す概略断面図（図１における２−２概略断面図）。 （ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 窒素及びケイ素の組成比とエッチングレート及び酸化量との関係を示す実験結果。 （ａ）、（ｂ）は、第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、従来の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、従来の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、従来の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、従来の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、従来の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、従来の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。

（第１実施形態）
以下、図１〜図１０に従って第１実施形態を説明する。
図１に示すように、半導体装置１０は、動作電圧の異なるトランジスタを混載した半導体装置である。半導体装置１０は、高電圧で動作する高電圧トランジスタＴ１と、上記高電圧よりも低い低電圧で動作する低電圧トランジスタＴ２とを有している。

高電圧トランジスタＴ１は、シリコン基板２０に設けられた素子領域Ｒ１上に形成されている。この高電圧トランジスタＴ１は、シリコン基板２０上にゲート絶縁膜（図示略）を介して形成されたゲート電極３１と、ゲート電極３１の両側のシリコン基板２０内に形成されたソース／ドレイン領域３２とを有している。ゲート電極３１には、そのゲート電極３１にゲート電圧を供給するためのコンタクトＣ１が形成されている。ソース／ドレイン領域３２には、そのソース／ドレイン領域３２に電源を供給するためのコンタクトＣ２が形成されている。このソース／ドレイン領域３２は、シリコン酸化膜５１とシリコン酸化膜５２とを含む素子分離膜５０によって画定された活性領域ＡＲ１に形成されている。

低電圧トランジスタＴ２は、シリコン基板２０に設けられた素子領域Ｒ２上に形成されている。この低電圧トランジスタＴ２は、シリコン基板２０上にゲート絶縁膜（図示略）を介して形成されたゲート電極４１と、ゲート電極４１の両側のシリコン基板２０内に形成されたソース／ドレイン領域４２とを有している。ゲート電極４１には、そのゲート電極４１にゲート電圧を供給するためのコンタクトＣ３が形成されている。ソース／ドレイン領域４２には、そのソース／ドレイン領域４２に電源を供給するためのコンタクトＣ４が形成されている。このソース／ドレイン領域４２は、素子分離膜５０によって画定された活性領域ＡＲ２に形成されている。

図２に示すように、シリコン酸化膜５１は、活性領域ＡＲ１と活性領域ＡＲ２との間のシリコン基板２０に形成されたトレンチ（溝部）２０Ｘ内に形成されている。詳述すると、トレンチ２０Ｘの内面には、その内面を被覆するシリコン酸化膜５２が形成されている。そして、シリコン酸化膜５２によって被覆されたトレンチ２０Ｘ内には、シリコン酸化膜５１が充填されている。なお、上記トレンチ２０Ｘは、例えば断面視略逆台形状に形成されている。トレンチ２０Ｘの深さは、例えば２５０〜４００ｎｍ程度とすることができる。

半導体装置１０では、活性領域ＡＲ１上部の角部（エッジ部分）の丸み量が、活性領域ＡＲ２上部の角部の丸み量よりも大きくなっている。このように活性領域ＡＲ１，ＡＲ２の角部の丸み量をトランジスタＴ１，Ｔ２毎に異ならせることにより、異なるトランジスタ特性（例えば、耐圧）を有するトランジスタＴ１，Ｔ２を１つのシリコン基板２０上に形成することができる。具体的には、活性領域ＡＲ１角部の丸み量の大きい高電圧トランジスタＴ１は、活性領域角部における電界集中が低電圧トランジスタＴ２よりも緩和される。したがって、高電圧トランジスタＴ１では、ゲート電極３１に高電圧を印加した場合であっても、活性領域ＡＲ１角部における電界集中が緩和され、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧劣化が抑制される。

また、半導体装置１０では、素子領域Ｒ１に形成された活性領域ＡＲ１及びシリコン酸化膜５２の上面と、素子領域Ｒ２に形成された活性領域ＡＲ２及びシリコン酸化膜５２の上面と、素子領域Ｒ１，Ｒ２間に形成されたシリコン酸化膜５１の上面とが平坦に形成されている。

なお、本実施形態では、高電圧トランジスタＴ１及び低電圧トランジスタＴ２をそれぞれ１つずつしか示していないが、実際には、それぞれに導電型の異なるＮ型及びＰ型のトランジスタが含まれる。また、閾値電圧の異なる複数のトランジスタを用いることもある。

本実施形態において、シリコン基板２０は半導体基板の一例、活性領域ＡＲ１は第１活性領域の一例、活性領域ＡＲ２は第２活性領域の一例である。
次に、図３〜図９に従って上記半導体装置１０の製造方法について説明する。なお、図３〜図９は、図１の２−２線位置における半導体装置の製造過程の状態を示した概略断面図である。

まず、図３（ａ）に示す工程では、例えば熱酸化法やラジカル酸化法により、シリコン基板２０の表面を酸化し、例えば膜厚８〜１６ｎｍ程度のシリコン酸化膜６０を形成する。次に、シリコン酸化膜６０上に、例えば７００〜９００℃程度の温度の熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、例えば膜厚５５〜１３０ｎｍのシリコン窒化膜６１を形成する。続いて、シリコン窒化膜６１上に、例えば５５０〜６８０℃程度の温度の熱ＣＶＤ法により、例えば膜厚６０〜１２０ｎｍのポリシリコン膜６２を形成する。次いで、ポリシリコン膜６２上に、例えばスピンコート法により、ＢＡＲＣ（Bottom Anti-Reflective Coating）膜６３とフォトレジスト膜６４とを順に形成する。続いて、例えばフォトリソグラフィ法により、フォトレジスト膜６４に、トレンチ２０Ｘの形成予定領域を露出する開口部６４Ｘを形成する。

次に、図３（ｂ）に示す工程では、フォトレジスト膜６４をマスクとして、ドライエッチングにより、ＢＡＲＣ膜６３、ポリシリコン膜６２及びシリコン窒化膜６１をパターニングし、フォトレジスト膜６４のパターンをＢＡＲＣ膜６３、ポリシリコン膜６２及びシリコン窒化膜６１に転写する。

なお、上記ポリシリコン膜６２は、シリコン窒化膜６１をパターニングする際にハードマスクとして用いる膜である。シリコン窒化膜６１のパターニングをフォトレジスト膜６４だけで十分に行える場合には、必ずしもポリシリコン膜６２を形成する必要はない。

続いて、図４（ａ）に示す工程では、アッシング及びその後の後処理により、ポリシリコン膜６２上に残存するＢＡＲＣ膜６３及びフォトレジスト膜６４を除去する。
次いで、図４（ｂ）に示す工程では、パターニングしたポリシリコン膜６２及びシリコン窒化膜６１をマスクとして、シリコン酸化膜６０及びシリコン基板２０をエッチングし、シリコン基板２０に、素子分離用のトレンチ２０Ｘを形成する。このトレンチ２０Ｘの形成により、シリコン基板２０に素子分離領域ＳＲ１が形成されるとともに、その素子分離領域ＳＲ１によって複数の活性領域ＡＲ１，ＡＲ２が画定される。ここで、ウェットエッチング（等方性エッチング）によりトレンチ２０Ｘを形成する場合には、エッチングがシリコン基板２０の面内方向に進行するサイドエッチ現象により、図４（ｂ）に示すように、トレンチ２０Ｘの断面形状が逆台形状に形成される。なお、ポリシリコン膜６２は、シリコン基板２０のエッチングとともに除去される。また、本工程により、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２の上面にシリコン酸化膜６０及びシリコン窒化膜６１が順に積層された構造が得られる。このとき、シリコン酸化膜６０及びシリコン窒化膜６１は、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２上部の角部（縁部）から後退して形成される。なお、トレンチ２０Ｘの深さは、例えば２５０〜４００ｎｍ程度とすることができる。

その後、必要に応じて適切な後処理を行い、シリコン基板２０の表面に付着したエッチングによる副生成物を除去する。例えば、上記後処理として、シリコン基板２０に希フッ酸（５％）を用いた表面処理を施すことにより、エッチングによる副生成物を除去する。

次いで、トレンチ２０Ｘの内面を含むシリコン基板２０の表面全面、シリコン酸化膜６０の表面全面及びシリコン窒化膜６１の表面全面を被覆するように、例えば膜厚８〜１６ｎｍ程度の保護膜６５を成膜する。この保護膜６５は、例えばＣＶＤ法により形成することができる。保護膜６５の材料としては、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）よりも耐酸化性が高い材料であることが好ましい。また、保護膜６５の材料としては、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）よりもフッ酸（フッ化水素酸：ＨＦ）で除去（溶解）しやすい材料であることが好ましい。すなわち、保護膜６５の材料としては、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）よりもフッ酸を含むエッチング液に対するエッチングレートが高い材料であることが好ましい。このような特性を実現するための保護膜６５の具体的な材料としては、シリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）よりもシリコンリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）なシリコン窒化膜を用いることができる。より具体的な保護膜６５の材料としては、窒素（Ｎ）とケイ素（Ｓｉ）の組成比Ｎ／Ｓｉが１．０３以上１．２２以下となる範囲（好適には、１．１０以上１．２２以下となる範囲）に設定されたシリコン窒化膜を好適に用いることができる。とくに、保護膜６５の材料としては、窒素とケイ素の組成比Ｎ／Ｓｉが１．２２に設定されたシリコン窒化膜をより好適に用いることができる。なお、本明細書では、シリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）よりもシリコンリッチなシリコン窒化膜のことをシリコンリッチ窒化膜（ＳｉＲＮ）とも称する。

ここで、上述のように組成比Ｎ／Ｓｉが１．０３以上１．２２以下に設定されたシリコン窒化膜が耐酸化性に優れ、且つ、フッ酸で除去しやすい特性を有していることを裏付ける実験結果について説明する。

（実験条件）
まず、図１０に示すように、窒素とケイ素の組成比Ｎ／Ｓｉを１．２２、１．１６、１．１０、１．０３、１．００にそれぞれ設定したシリコン窒化膜を準備した。また、比較例として、組成比Ｎ／Ｓｉが１．３３であるシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）と、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）とを準備した。

上記各サンプルに対して同一の条件でフッ酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングを施し、このときの各サンプルのエッチングレートを測定した。そして、各サンプルのエッチングレートをシリコン酸化膜におけるエッチングレートで正規化したエッチングレートを図１０に示した。

また、上記各サンプルに対して同一の条件で熱酸化法を施し、このときの各サンプルの酸化量を測定した。そして、各サンプルの酸化量を測定した。そして、各サンプルの酸化量をシリコン酸化膜における酸化量で正規化した酸化量を図１０に示した。

（実験結果）
図１０に示した結果から明らかなように、窒素とケイ素の組成比Ｎ／Ｓｉを１．０３以上１．２２以下の範囲に設定したシリコン窒化膜は、フッ酸を用いたウェットエッチングを施す際のエッチングレートがシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）のエッチングレートよりも高い。すなわち、組成比Ｎ／Ｓｉを１．０３以上１．２２以下に設定すると、組成比Ｎ／Ｓｉを１．３３に設定した場合に比べて、フッ酸で除去しやすくなる。換言すると、組成比Ｎ／Ｓｉを１．０３以上１．２２以下に設定すると、組成比Ｎ／Ｓｉを１．３３に設定した場合に比べて、フッ酸に対する溶解性を向上させることができる。さらに、組成比Ｎ／Ｓｉを１．０３以上１．２２以下の範囲に設定したシリコン窒化膜の酸化量は、シリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）の酸化量と同程度であり、シリコン酸化膜の酸化量よりも小さい。すなわち、組成比Ｎ／Ｓｉを１．０３以上１．２２以下に設定した場合には、組成比Ｎ／Ｓｉを１．３３に設定した場合と同様の耐酸化性を維持し、シリコン酸化膜よりも優れた耐酸化性を得ることができる。以上のことから、組成比Ｎ／Ｓｉを１．０３以上１．２２以下に設定したシリコン窒化膜では、シリコン酸化膜よりも耐酸化性に優れ、且つ、フッ酸で除去しやすい特性を有することが分かる。さらに、組成比Ｎ／Ｓｉを１．１０以上１．２２以下に設定した場合には、フッ酸を用いたウェットエッチングを施す際のエッチングレートがより高くなる。とくに、組成比Ｎ／Ｓｉを１．２２に設定した場合には、フッ酸を用いたウェットエッチングを施す際のエッチングレートをシリコン酸化膜のエッチングレートに近づけることができる。

そこで、本実施形態では、図５（ａ）に示した保護膜６５として、シリコン酸化膜よりも耐酸化性に優れ、且つ、フッ酸で除去しやすい特性を有する、組成比Ｎ／Ｓｉ＝１．２２のシリコン窒化膜を用いる。

次に、図５（ｂ）に示す工程では、低電圧トランジスタＴ２（図１，２参照）が形成される素子領域Ｒ２に形成された保護膜６５を被覆するレジスト層６６を形成する。換言すると、高電圧トランジスタＴ１が形成される素子領域Ｒ１を露出するレジスト層６６を形成する。例えば、図５（ａ）に示した構造体の上面全面に、スピンコート法によりレジスト層６６を形成した後、フォトリソグラフィによりレジスト層６６をパターニングする。これにより、活性領域ＡＲ２を含む素子領域Ｒ２を被覆し、活性領域ＡＲ１を含む素子領域Ｒ１を露出するレジスト層６６が形成される。

続いて、レジスト層６６をマスクとして、フッ酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングにより、素子領域Ｒ１に形成された保護膜６５を除去する。これにより、図６（ａ）に示すように、素子領域Ｒ１に形成されたシリコン基板２０、シリコン酸化膜６０及びシリコン窒化膜６１が保護膜６５から露出される。ここで、上述したように保護膜６５はフッ酸で除去しやすい特性を有しているため、フッ酸を用いたウェットエッチングにより上記保護膜６５を好適に除去することができる。このため、例えばリン酸を用いたウェットエッチングにより保護膜６５を除去する場合に比べて、上記ウェットエッチングによりシリコン窒化膜６１がエッチングされることを好適に抑制することができる。したがって、素子領域Ｒ１に形成されたシリコン窒化膜６１の上面と、素子領域Ｒ２に形成されたシリコン窒化膜６１の上面とが略同一平面上に形成された状態を維持することができる。また、例えばリン酸を用いたウェットエッチングにより保護膜６５を除去する場合に比べて、ウェットエッチングによりシリコン基板２０（具体的には、トレンチ２０Ｘの側壁）がエッチングされることを好適に抑制することができ、トレンチ２０Ｘの側壁が荒れることを抑制することができる。

また、本工程では、上記フッ酸を用いたウェットエッチングにより、活性領域ＡＲ１上に形成されたシリコン酸化膜６０もエッチングされるため、そのシリコン酸化膜６０の周縁部が内側に後退するように一部溶解除去される。これにより、活性領域ＡＲ１の上面の周縁部がシリコン酸化膜６０から露出される。

その後、必要に応じて適切な後処理を行い、レジスト層６６を除去するとともに、シリコン基板２０の表面に付着したエッチングによる副生成物を除去する。
次いで、図６（ｂ）に示す工程では、上記保護膜６５をマスクとして、例えば熱酸化法により、シリコン基板２０の表面を酸化し、例えば膜厚８〜１６ｎｍ程度のシリコン酸化膜６７を形成する。この熱酸化処理は、例えば９００〜１１００℃程度の温度で実施される。本工程では、シリコン酸化膜６０及び保護膜６５から露出するシリコン基板２０の表面が酸化されて上記シリコン酸化膜６７が形成される。ここで、周知のように、シリコン酸化膜６７を成長させるために使用される材料の約半分はシリコン基板２０に由来するものである。このため、上面及び側面が露出された活性領域ＡＲ１上部の角部では、シリコン基板２０が上面側及び側面側の双方から４〜８ｎｍ程度だけシリコン酸化膜６７に変質される。これにより、活性領域ＡＲ１上部の角部の急傾斜が緩和される、つまり活性領域ＡＲ１上部の角部に丸みが形成される。

上述したように保護膜６５は耐酸化性に優れているため、上記熱酸化処理により上記保護膜６５が酸化されることを好適に抑制することができる。ひいては、保護膜６５によって被覆されているシリコン基板２０が上記熱酸化処理により酸化されることを好適に抑制することができる。このため、保護膜６５によって被覆されている活性領域ＡＲ２上部の角部は急傾斜に形成された状態が維持される。

なお、熱酸化法の代わりにラジカル酸化法により、上記シリコン酸化膜６７を形成するようにしてもよい。この場合であっても、保護膜６５は酸化され難いため、保護膜６５及びその保護膜６５によって被覆されたシリコン基板２０はほとんど酸化されない。

次に、フッ酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングにより、素子領域Ｒ２に形成された保護膜６５を除去する。このとき、上記ウェットエッチングにより、素子領域Ｒ１に形成されたシリコン酸化膜６７も除去される。これにより、図７（ａ）に示すように、素子領域Ｒ１に形成されたシリコン基板２０、シリコン酸化膜６０及びシリコン窒化膜６１が露出されるとともに、素子領域Ｒ２に形成されたシリコン基板２０、シリコン酸化膜６０及びシリコン窒化膜６１が露出される。このように露出された活性領域ＡＲ２上部の角部は活性領域ＡＲ１上部の角部よりも急傾斜に形成されている。

本工程において、上述したように保護膜６５はフッ酸で除去しやすい特性を有しているため、フッ酸を用いたウェットエッチングにより上記保護膜６５を好適に除去することができる。このため、例えばリン酸を用いたウェットエッチングにより保護膜６５を除去する場合に比べて、ウェットエッチングによりシリコン基板２０（具体的には、トレンチ２０Ｘの側壁）がエッチングされることを好適に抑制することができ、トレンチ２０Ｘの側壁が荒れることを抑制することができる。

また、本工程では、上記フッ酸を用いたウェットエッチングにより、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２上に形成されたシリコン酸化膜６０もエッチングされるため、それらシリコン酸化膜６０の周縁部が内側に後退するように一部溶解除去される。これにより、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２の上面の周縁部がそれぞれシリコン酸化膜６０から露出される。

続いて、図７（ｂ）に示す工程では、例えば熱酸化法により、シリコン基板２０の表面を酸化し、例えば膜厚８〜１６ｎｍ程度のシリコン酸化膜５２を形成する。この熱酸化処理は、例えば９００〜１１００℃程度の温度で実施される。本工程では、シリコン酸化膜６０から露出するシリコン基板２０の表面が酸化されて上記シリコン酸化膜５２が形成される。ここで、上述したように、シリコン酸化膜５２を成長させるために使用される材料の約半分はシリコン基板２０に由来するものである。このため、上面及び側面が露出された活性領域ＡＲ１上部の角部では、シリコン基板２０が上面側及び側面側の双方から４〜８ｎｍ程度だけシリコン酸化膜５２に変質される。これにより、丸みを有する活性領域ＡＲ１上部の角部がさらに丸められる。すなわち、本工程により、活性領域ＡＲ１上部の角部が２度丸められたことになる。また、上面及び側面が露出された活性領域ＡＲ２上部の角部では、シリコン基板２０が上面側及び側面側の双方から４〜８ｎｍ程度だけシリコン酸化膜５２に変質される。これにより、活性領域ＡＲ２上部の角張った角部の急傾斜が緩和される、つまり活性領域ＡＲ１上部の角部に丸みが形成される。すなわち、本工程により、活性領域ＡＲ２上部の角部が１度丸められたことになる。

以上の工程により、丸みが異なる活性領域ＡＲ１，ＡＲ２をシリコン基板２０上に形成することができる。具体的には、角部の丸め量の大きい活性領域ＡＲ１と、その活性領域ＡＲ１よりも角部の丸め量が小さい活性領域ＡＲ２とがシリコン基板２０上に形成される。また、以上の工程により、幅が異なる活性領域ＡＲ１，ＡＲ２をシリコン基板２０上に形成することができる。具体的には、幅の狭い活性領域ＡＲ１と、その活性領域ＡＲ１よりも幅が広い活性領域ＡＲ２とがシリコン基板２０上に形成することができる。

次に、図８（ａ）に示す工程では、図７（ｂ）に示した構造体の上面全面に、例えば２５０〜６００℃程度の温度のＨＤＰ（High Density Plasma）ＣＶＤ法により、シリコン酸化膜５２，６０及びシリコン窒化膜６１の表面全面を被覆するようにシリコン酸化膜５１を形成する。これにより、トレンチ２０Ｘ内はシリコン酸化膜５１によって完全に埋め込まれる。すなわち、トレンチ２０Ｘにシリコン酸化膜５１が充填される。なお、シリコン酸化膜５１の厚さは、例えば２５０〜７５０ｎｍ程度とすることができる。

次いで、図８（ｂ）に示す工程では、ＣＭＰ（chemical Mechanical Polishing）法により、シリコン窒化膜６１の上面が露出するまでシリコン酸化膜５１の表面を研磨し、表面を平坦化する。このとき、ＣＭＰ法を施す前において、素子領域Ｒ１に形成されたシリコン窒化膜６１の上面と、素子領域Ｒ２に形成されたシリコン窒化膜６１の上面とが略同一平面上に形成されているため、上記ＣＭＰ法により、シリコン窒化膜６１の上面とシリコン酸化膜５１の上面とを略面一に形成することができる。すなわち、素子領域Ｒ１に形成されたシリコン窒化膜６１と素子領域Ｒ２に形成されたシリコン窒化膜６１とが略同一の平面上に形成されているため、シリコン窒化膜６１及びシリコン酸化膜５１の上面に段差が形成されることを抑制することができる。

続いて、希フッ酸を用いたウェットエッチングにより、シリコン窒化膜６１上の自然酸化膜（図示略）を除去する。次いで、例えばリン酸を用いたウェットエッチングにより、シリコン窒化膜６１を除去する。これにより、図９（ａ）に示した構造体を得ることができる。

続いて、例えばフッ酸等を用いたウェットエッチングにより、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２の上面に形成されたシリコン酸化膜６０を除去するとともに、シリコン酸化膜５１の一部を上面から除去する。これにより、図９（ｂ）に示すような構造体を得ることができる。また、本工程により、シリコン酸化膜５１，５２を含む素子分離膜５０が形成されるとともに、その素子分離膜５０によって複数の活性領域ＡＲ１，ＡＲ２が画定されることになる。

このとき、図９（ａ）に示す構造体において、シリコン酸化膜５１の上面５１Ａが平坦に形成されているため、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２及びシリコン酸化膜５１，５２の上面に凹部（窪み）が形成されることを抑制することができる。具体的には、上記ウェットエッチングにより活性領域ＡＲ１，ＡＲ２及びシリコン酸化膜５１，５２の上面に形成される可能性のある凹部の深さばらつきを抑制することができる。すなわち、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２及びシリコン酸化膜５１，５２の上面の平坦性を維持することができる。

その後、公知の方法により、素子領域Ｒ１，Ｒ２のシリコン基板２０及び素子分離膜５０上にゲート絶縁膜（図示略）及びゲート電極３１，４１（図１及び図２参照）を順に形成する。以上の製造工程により、図１及び図２に示した高電圧トランジスタＴ１及び低電圧トランジスタＴ２を形成することができる。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）活性領域ＡＲ１を露出するとともに活性領域ＡＲ２を被覆し、シリコン酸化膜よりも耐酸化性に優れ、且つシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）膜よりもフッ酸で除去しやすい保護膜６５を形成し、その保護膜６５から露出されたシリコン基板２０の表面を酸化させるようにした。これにより、シリコン基板２０の表面を酸化させるときに、保護膜６５が酸化されることを抑制することができ、その保護膜６５によって被覆されているシリコン基板２０が酸化されることを好適に抑制することができる。このため、保護膜６５によって被覆されている活性領域ＡＲ２上部の角部の形状を、酸化処理前の状態に維持することができる。すなわち、上記酸化処理により、活性領域ＡＲ２上部の角部の形状が丸められることを抑制することができる。

（２）上記酸化処理の後に、フッ酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングにより保護膜６５を除去するようにした。シリコン酸化膜５１とシリコン酸化膜５２との間に保護膜６５が残存しないため、トランジスタの耐圧が低下するといった問題の発生を抑制することができる。さらに、このように保護膜６５をフッ酸により容易に除去することが可能であるため、トランジスタ（特に、活性領域上部の角部）の形状を多種類の形状に容易に作り分けることができる。すなわち、トランジスタの作り分け数を容易に増加させることができる。

（３）また、フッ酸により保護膜６５を除去することができるため、例えばリン酸を用いたウェットエッチングにより保護膜６５を除去する場合に比べて、上記ウェットエッチングによりシリコン窒化膜６１がエッチングされることを好適に抑制することができる。したがって、素子領域Ｒ１に形成されたシリコン窒化膜６１の上面と、素子領域Ｒ２に形成されたシリコン窒化膜６１の上面とが略同一平面上に形成された状態を維持することができる。これにより、シリコン窒化膜６１やシリコン酸化膜６０等を除去する際に活性領域ＡＲ１，ＡＲ２及びシリコン酸化膜５１，５２の上面に形成される可能性のある凹部の深さばらつきを抑制することができる。

（４）さらに、フッ酸により保護膜６５を除去することができるため、例えばリン酸を用いたウェットエッチングにより保護膜６５を除去する場合に比べて、上記ウェットエッチングによりシリコン基板２０（具体的には、トレンチ２０Ｘの側壁）がエッチングされることを好適に抑制することができる。

（第２実施形態）
以下、図１１〜図１７に従って第２実施形態における半導体装置１０の製造方法について説明する。先の図１〜図９に示した部材と同一の部材にはそれぞれ同一の符号を付して示し、それら各要素についての詳細な説明は省略する。

まず、図１１（ａ）に示す工程では、先の図３（ａ）〜図４（ｂ）に示した工程と同様の製造工程により、図１１（ａ）に示す構造体を得る。すなわち、図１１（ａ）に示す工程では、シリコン基板２０に素子分離用のトレンチ２０Ｘが形成され、シリコン基板２０に素子分離領域ＳＲ１が形成されるとともに、その素子分離領域ＳＲ１によって複数の活性領域ＡＲ１，ＡＲ２が画定される。そして、図１１（ａ）に示す工程では、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２の上面にシリコン酸化膜６０とシリコン窒化膜６１とが順に積層された構造体が得られる。

次に、図１１（ｂ）に示す工程では、希フッ酸を用いたウェットエッチングにより、上記トレンチ２０Ｘを形成する際のエッチングによる副生成物を除去する。このとき、上記ウェットエッチングにより、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２上に形成されたシリコン酸化膜６０がエッチングされるため、そのシリコン酸化膜６０の周縁部が内側に後退するように一部溶解除去される。これにより、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２の上面の周縁部がシリコン酸化膜６０から露出される。

続いて、図１２（ａ）に示す工程では、例えば熱酸化法により、シリコン基板２０の表面を酸化し、例えば膜厚８〜１６ｎｍ程度のシリコン酸化膜７０を形成する。この熱酸化処理は、例えば９００〜１１００℃程度の温度で実施される。この熱酸化処理により、シリコン基板２０の表面が均一に酸化されるため、上面及び側面が露出された活性領域ＡＲ１，ＡＲ２上部の角部に丸みが形成される。

続いて、図１２（ｂ）に示す工程では、例えばＣＶＤ法により、図１２（ａ）に示した構造体の上面に保護膜７１を成膜する。この保護膜７１の材料としては、上記保護膜６５と同様の材料を用いることができる。本実施形態では、保護膜７１として、窒素とケイ素の組成比Ｎ／Ｓｉが１．２２となるシリコンリッチ窒化膜を用いる。この保護膜７１の厚さとしては、例えば８〜１６ｎｍ程度とすることができる。

図１３（ａ）に示す工程では、低電圧トランジスタＴ２が形成される素子領域Ｒ２を被覆し、高電圧トランジスタＴ１が形成される素子領域Ｒ１を露出するレジスト層７２を形成する。例えば、図１２（ｂ）に示した構造体の上面全面に、スピンコート法によりレジスト層７２を形成した後、フォトリソグラフィによりレジスト層７２をパターニングする。

続いて、レジスト層７２をマスクとして、フッ酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングにより、素子領域Ｒ１に形成された保護膜７１を除去するとともに、素子領域Ｒ１に形成されたシリコン酸化膜７０を除去する。これにより、図１３（ｂ）に示すように、素子領域Ｒ１に形成されたシリコン基板２０、シリコン酸化膜６０及びシリコン窒化膜６１が露出される。ここで、保護膜７１はフッ酸で除去しやすい特性を有しているため、フッ酸を用いたウェットエッチングにより上記保護膜７１を好適に除去することができる。

その後、必要に応じて適切な後処理を行い、レジスト層７２を除去するとともに、シリコン基板２０の表面に付着したエッチングによる副生成物を除去する。
次いで、図１４（ａ）に示す工程では、例えば熱酸化法により、保護膜７１及びシリコン酸化膜６０から露出されたシリコン基板２０の表面を酸化し、例えば膜厚８〜１６ｎｍ程度のシリコン酸化膜７３を形成する。この熱酸化処理により、保護膜７１及びシリコン酸化膜６０から露出されたシリコン基板２０の表面が均一に酸化されるため、丸みを有する活性領域ＡＲ１上部の角部がさらに丸められる。すなわち、本工程により、活性領域ＡＲ１上部の角部が２度丸められたことになる。

次に、フッ酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングにより、素子領域Ｒ２に形成された保護膜７１を除去する。このとき、上記ウェットエッチングにより、素子領域Ｒ１に形成されたシリコン酸化膜７３も除去される。これにより、図１４（ｂ）に示すように、素子領域Ｒ１に形成されたシリコン基板２０（活性領域ＡＲ１）、シリコン酸化膜６０及びシリコン窒化膜６１が露出されるとともに、素子領域Ｒ２に形成されたシリコン基板２０（活性領域ＡＲ２）、シリコン酸化膜６０及びシリコン窒化膜６１が露出される。ここで、上記保護膜７１はフッ酸で除去しやすい特性を有しているため、フッ酸を用いたウェットエッチングにより上記保護膜７１を好適に除去することができる。

続いて、図１５（ａ）に示す工程では、希フッ酸を用いたウェットエッチングにより、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２上にそれぞれ形成されたシリコン酸化膜６０をエッチングし、それらシリコン酸化膜６０の周縁部が内側に後退するように一部溶解除去する。これにより、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２の上面の周縁部がシリコン酸化膜６０から露出される。

次いで、図１５（ｂ）に示す工程では、例えば熱酸化法により、シリコン基板２０の表面を酸化し、シリコン酸化膜６０から露出されたシリコン基板２０の表面を被覆するシリコン酸化膜５３を形成する。この熱酸化処理により、活性領域ＡＲ１上部の角部がさらに丸められるとともに、活性領域ＡＲ２上部の角部がさらに丸められる。これにより、活性領域ＡＲ１上部の角部が３度丸まられたことになり、活性領域ＡＲ２上部の角部が２度丸められたことになる。

以上の工程により、丸み及び幅が異なる活性領域ＡＲ１，ＡＲ２をシリコン基板２０上に形成することができる。具体的には、角部の丸め量の大きい活性領域ＡＲ１と、その活性領域ＡＲ１よりも角部の丸め量が小さい活性領域ＡＲ２とがシリコン基板２０上に形成される。また、幅の狭い活性領域ＡＲ１と、その活性領域ＡＲ１よりも幅が広い活性領域ＡＲ２とがシリコン基板２０上に形成することができる。

次に、図１６（ａ）に示す工程では、図１５（ｂ）に示した構造体の上面全面に、例えば２５０〜６００℃程度の温度のＨＤＰＣＶＤ法により、シリコン酸化膜５３，６０及びシリコン窒化膜６１の表面全面を被覆するようにシリコン酸化膜５１を形成する。これにより、トレンチ２０Ｘ内はシリコン酸化膜５１によって完全に埋め込まれる。すなわち、トレンチ２０Ｘにシリコン酸化膜５１が充填される。なお、シリコン酸化膜５１の厚さは、例えば２５０〜７５０ｎｍ程度とすることができる。

続いて、図１６（ｂ）に示す工程では、ＣＭＰ法により、シリコン窒化膜６１の上面が露出するまでシリコン酸化膜５１の表面を研磨し、表面を平坦化する。このとき、ＣＭＰ法を施す前において、素子領域Ｒ１に形成されたシリコン窒化膜６１の上面と、素子領域Ｒ２に形成されたシリコン窒化膜６１の上面とが略同一の平面上に形成されているため、上記ＣＭＰ法により、素子領域Ｒ１，Ｒ２に形成されたシリコン窒化膜６１の上面とシリコン酸化膜５１の上面とを略面一に形成することができる。

次いで、希フッ酸を用いたウェットエッチングにより、シリコン窒化膜６１上の自然酸化膜（図示略）を除去する。次いで、例えばリン酸を用いたウェットエッチングにより、シリコン窒化膜６１を除去する。これにより、図１７（ａ）に示した構造体を得ることができる。

続いて、図１７（ｂ）に示す工程では、例えばフッ酸等を用いたウェットエッチングにより、活性領域ＡＲ１，ＡＲ２上に形成されたシリコン酸化膜６０を除去する。その後、上記第１実施形態と同様に、シリコン酸化膜５１の一部を上面から除去し、シリコン基板２０及びシリコン酸化膜５１，５３上にゲート絶縁膜（図示略）及びゲート電極を順に形成する。以上の製造工程により、高電圧トランジスタＴ１及び低電圧トランジスタＴ２（図１及び図２参照）を形成することができる。

以上説明した実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（４）の効果に加えて以下の効果を奏する。
（５）活性領域ＡＲ１を露出するとともに活性領域ＡＲ２を被覆する保護膜７１を形成する前に、シリコン基板２０の表面を酸化させる酸化処理、つまり活性領域上部の角部を丸める処理を行うようにした。これにより、酸化処理の回数を容易に増やすことができるため、複数のトランジスタ間の形状（丸め量や活性領域の幅）の差を容易に拡大することができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記各実施形態における酸化処理の回数、つまり活性領域ＡＲ１，ＡＲ２上部の角部を丸める処理の回数に特に制限されない。

・上記各実施形態では、熱酸化法によりシリコン基板２０の表面を酸化させるようにした。これに限らず、例えばラジカル酸化法により、シリコン基板２０の表面を酸化させるようにしてもよい。

１０ 半導体装置
２０ シリコン基板（半導体基板）
２０Ｘ トレンチ
３１，４１ ゲート電極
３２，４２ ソース／ドレイン領域
５０ 素子分離膜
５１，５２，５３ シリコン酸化膜
６０ シリコン酸化膜
６１ シリコン窒化膜
６５，７１ 保護膜
６６，７２ レジスト層
７０ シリコン酸化膜
ＳＲ１ 素子分離領域
ＡＲ１ 活性領域（第１活性領域）
ＡＲ２ 活性領域（第２活性領域）

Claims (6)

1. 半導体基板に素子分離領域を形成し、第１活性領域と第２活性領域を画定する工程と、
   前記第１活性領域を露出するとともに前記第２活性領域を被覆し、シリコン酸化膜よりも耐酸化性が高く、且つシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）膜よりもフッ酸を含むエッチング液に対するエッチングレートが高い保護膜を形成する工程と、
   前記保護膜から露出された前記半導体基板の表面を酸化させる工程と、
   フッ酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングにより、前記保護膜を除去する工程と、
   前記保護膜を除去した後に、前記半導体基板の表面を酸化させる工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記保護膜は、窒素とケイ素の組成比Ｎ／Ｓｉが１．０３以上１．２２以下となる範囲に設定されたシリコン窒化膜であ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. 前記保護膜は、窒素とケイ素の組成比Ｎ／Ｓｉが１．１０以上１．２２以下となる範囲に設定されたシリコン窒化膜であ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。
4. 前記第１活性領域と前記第２活性領域を画定する工程の後であって、前記保護膜を形成する工程の前に、前記半導体基板の表面を酸化させて前記半導体基板の表面にシリコン酸化膜を形成する工程を有し、
   前記保護膜は、前記シリコン酸化膜上に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記保護膜を形成する工程は、
   前記半導体基板の表面全面を被覆する前記保護膜を形成する工程と、
   前記第１活性領域上に形成された前記保護膜を露出するとともに前記第２活性領域上に形成された前記保護膜を被覆するレジスト層を形成する工程と、
   前記レジスト層をマスクとして、フッ酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングにより、前記第１活性領域上に形成された前記保護膜を除去する工程と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記保護膜を形成する工程は、
   前記シリコン酸化膜の表面全面を被覆する前記保護膜を形成する工程と、
   前記第１活性領域上に形成された前記保護膜を露出するとともに前記第２活性領域上に形成された前記保護膜を被覆するレジスト層を形成する工程と、
   前記レジスト層をマスクとして、フッ酸を含むエッチング液を用いたウェットエッチングにより、前記第１活性領域上に形成された前記保護膜及び前記シリコン酸化膜を除去する工程と、を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。