JP3134324B2 - 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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JP3134324B2 JP03042540A JP4254091A JP3134324B2 JP 3134324 B2 JP3134324 B2 JP 3134324B2 JP 03042540 A JP03042540 A JP 03042540A JP 4254091 A JP4254091 A JP 4254091A JP 3134324 B2 JP3134324 B2 JP 3134324B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方
法、特に半導体基板の表面部に形成されたトレンチをバ
イアスECRCVDにより絶縁膜で埋め込んだ後該半導
体基板表面上に生じたトレンチ外絶縁膜を除去する半導
体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】超LSIにおいては、高集積化、高性能
化のためにトレンチアイソレーションが必須の技術とな
る。トレンチアイソレーションは、シリコン半導体基板
に垂直に形成されたトレンチ(溝)をSiO2 等の絶縁
膜で埋めるものである。
【0003】そして、絶縁膜をトレンチで埋める方法と
して普通のCVD法を用いると平坦な孔埋めが難しい
が、特開昭57−176742号公報あるいは特開昭6
0−53045号公報に紹介されたバイアスECRCV
Dによればトレンチの幅の広狭に拘らず略過不足のない
埋込みが可能である。
【0004】また、バイアスECRCVDによれば、半
導体基板上のトレンチ外絶縁膜の除去も可能であると一
応はいえる。というのは、バイアスECRCVDはデポ
ジションとエッチングとが同時に進行し、方向によって
デポジションレートとエッチングレートとの比が異なる
ので、基板表面と平行な水平方向にはエッチングが進行
し垂直方向にはデポジションが進行するようにすること
が可能だからである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、実際には半
導体基板表面に広い範囲に渡ってトレンチのない素子形
成領域が拡がっているような場合には、そこの部分に絶
縁膜が残存してしまうことは避け得なかった。従って、
その素子形成領域上に残存する絶縁膜を除去する必要が
あったが、トレンチ内の絶縁膜を除去することなくトレ
ンチ外絶縁膜のみを除去することが難しかった。
【0006】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、バイアスECRCVD後にトレンチ
外絶縁膜のみを完全に除去できるようにすることを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明半導体装置の製造
方法は、絶縁膜でトレンチを埋め込んだ後、トレンチ外
絶縁膜を水平戻しエッチングすることによりその下地が
部分的に露出するように小さくし、その後、半導体基板
表面上にトレンチ外絶縁膜よりも厚く平坦な平坦化用レ
ジスト膜を形成し、該平坦化用レジスト膜をトレンチ外
絶縁膜の上部が露出するまで除去し、その後、該平坦化
用レジスト膜をマスクとしてトレンチ外絶縁膜を除去す
ることを特徴とする。
【0008】
【実施例】以下、本発明半導体装置の製造方法を図示実
施例に従って詳細に説明する。図1乃至図9は本発明半
導体装置の製造方法の一つの実施例を工程順に示す断面
図である。 (1)半導体基板1上に薄い熱酸化SiO2 膜2を形成
し、該SiO2 膜2上にCVDにより多結晶シリコン層
3を形成し、その後、図1に示すようにトレンチ4を形
成する。
【0009】(2)次に、図2に示すように、バイアス
ECRCVDによりトレンチ4内をSiO2 からなる絶
縁膜5で埋める。尚、トレンチ4の外部、換言すれば素
子形成領域上にも絶縁膜5aが生じてしまう。 (3)そこで、バイアススパッタあるいはドライエッチ
ングにより図3に示すように水平方向のみに進行するエ
ッチング(水平戻しエッチング)をしてトレンチ外絶縁
膜5aを小さくする。
【0010】(4)次に、図4に示すようにポジ型のレ
ジスト膜6を半導体基板1上にスピンコーティングす
る。該平坦化用レジスト膜6は表面が平坦に形成するに
最小限必要な厚さ以上に形成することが必要である。勿
論、トレンチ外絶縁膜5aよりも厚くなければならない
ことはいうまでもない。その後、平坦化用レジスト膜6
に対して均一な照度で紫外線による全面露光処理を施
す。
【0011】(5)次に、ウエハを現像液に浸すことに
より図5に示すようにトレンチ外絶縁膜5の上部が露出
するまで平坦化用レジスト膜6を除去(エッチバック)
する。レジスト膜は全面露光後現像液に浸すと均一な膜
厚が現像液に溶解するので、トレンチ外絶縁膜5が頭を
露出するようにレジスト膜6を除去することが可能なの
である。
【0012】(6)次に、図6に示すように平坦化用レ
ジスト膜6をマスクとしてトレンチ外絶縁膜5a(2点
鎖線で示す)をエッチングする。このエッチングはフッ
素系ガスを用いた等方性ドライエッチングにより、ある
いはフッ酸を用いた溶液エッチングにより行う。尚、図
6においてスピンコーティングにおける平坦化用レジス
ト膜6を2点鎖線で示した。これによりトレンチ外絶縁
膜5aを完全に除去することができる。そして、トレン
チ4内の絶縁膜5は平坦化用レジスト膜6によりマスク
で完全に覆われているので侵されない。従って、トレン
チ外絶縁膜5aのみを完全に除去することができる。
【0013】(7)次に、酸素プラズマ等により図7に
示すように平坦化用レジスト膜6を除去する。 (8)次に、塩素系ガスを用いて図8に示すように多結
晶シリコン層3を除去する。
【0014】(9)その後、希フッ酸溶液によりSiO
2 膜2及び5をエッチングすることにより図9に示すよ
うにトレンチ4が絶縁膜5により完全に平坦に埋め込ま
れ、トレンチ外の半導体表面が露出した状態になる。な
ぜならば、CVDSiO2 膜5の方が熱酸化SiO2
2よりもエッチングレートが高いので、最終的に半導体
基板1表面とトレンチ4内絶縁膜5表面とが同一平面上
にあるようにすることが可能だからである。勿論、それ
にはこのエッチングレートの違いを考慮してその両表面
が同一平面上に位置するようにSiO2 膜2と多結晶シ
リコン層3の厚さを設定しておくことが必要である。
【0015】本半導体装置の製造方法によれば、バイア
スECRCVDにより絶縁膜5でトレンチ4を孔埋めし
た後、全面的に平坦化用レジスト膜6を形成し、該平坦
化用レジスト膜6をトレンチ外絶縁膜5aの上部が露出
する厚さまで除去し、その後該平坦化用レジスト膜6を
マスクとして絶縁膜5を除去するのでトレンチ外絶縁膜
5aのみを除去することができる。
【0016】図10乃至図17は本発明半導体装置の製
造方法の他の実施例を示す断面図である。本実施例は素
子分離手段としてトレンチアイソレーション層と選択酸
化膜を併用したものである。なぜ併用するかについて説
明すると次のとおりである。
【0017】元来、トレンチアイソーションは占有面
積が小さく且つ表面平坦性が高いという点で選択酸化膜
による分離よりも優れているといえる。しかしながら、
高集積メモリ等にトレンチアイソレーションのみを用い
るのは問題が生じる場合がある。というのは、メモリに
おいてセルアレイ部分には最小設計ルールの素子分離領
域を、周辺回路部分には数倍の寸法の素子分離領域を設
けなければならず、設ける素子分離領域の大きさには著
しい差異があるからである。
【0018】そして、前述のとおりバイアスECRCV
Dにより微細なトレンチと大きなトレンチを同時に均一
性よく絶縁膜で埋めることは極めて難しく、可能である
としても相当に複雑なプロセスが必要となる。そこで、
素子分離領域が微細で済むセルアレイ部分はトレンチア
イソレーションを、素子分離領域が広い周辺回路部分は
選択酸化膜による分離を行うのである。
【0019】尚、セルアレイ部分と周辺回路部分の2つ
の素子分離領域の境界部分については適宜な間隔、例え
ば数μmを設けることとしている。というのは、トレン
チアイソレーション層と、選択酸化膜とは、構造、形状
が大きく異なり両者を近接させるとその近接部分の形状
制御が困難となり、所望の素子分離能力が期待できなく
なる虞れがあるからである。具体的には、トレンチアイ
ソレーションの場合にはトレンチと称される凹部が生
じ、選択酸化膜は逆に凸部となり、両者を近接して配置
するとその間に大きな段差ができたり、軋轢が生じて結
晶性の低下が生じたりするので好ましくないのである。
【0020】(1)先ず、図10に示すように選択酸化
膜7を形成する。8はチャンネルストッパである。 (2)次に、図11に示すように熱酸化膜2と多結晶シ
リコン膜3を順次形成する。 (3)次に、図12に示すようにフォトレジスト膜9を
マスクとしてドライエッチングすることによりトレンチ
4を形成する。この場合重要なのは、メモリセルアレイ
の素子分離用のトレンチ4と周辺回路の素子分離用選択
酸化膜7との間に数μmの間隔(11)を設けることで
ある。
【0021】(4)次に、図13に示すようにフォトレ
ジスト膜9を除去し不純物のイオン打込みによりトレン
チ4の側壁及び底部にチャンネルストッパ8を形成す
る。 (5)次に、図14に示すようにトレンチ埋込み用の絶
縁膜(SiO2 )10をCVDにより形成する。尚、C
VD後においてトレンチ4上で絶縁膜10の表面が埋没
する場合には該絶縁膜10上に高温でリフローするBP
SG等の絶縁膜を堆積し、その後平坦化すると良い。
【0022】(6)次に、図15に示すように、トレン
チ埋込み用絶縁膜10をエッチバックすることによりト
レンチ外絶縁膜を除去する。 (7)次に、図16に示すように、多結晶シリコン層3
をエッチングにより除去する。 (8)次に、図17に示すように絶縁膜に対するエッチ
ングにより絶縁膜10のトレンチ4から突出する部分及
び熱酸化膜2を除去し、平坦且つ過不足なくトレンチ4
を埋め込んだ状態になる。
【0023】トレンチ4と選択酸化膜7との境界部分1
1にはトランジスタ等の回路素子を形成しない。尚、該
境界部分11に単に回路素子を形成しないだけでなく基
板1と同じ導電型の不純物をイオン打込み等して高濃度
拡散層を形成しておくようにしておくと該境界部分11
上方に配線が跨っても半導体基板1表面部がその配線の
電位により悪影響を受ける虞れがなくなり好ましい。そ
して、適宜な幅の境界部分11を設けることによりトレ
ンチアイソレーション部と選択酸化膜との近接により形
状制御性が悪くなり、素子分離特性が悪くなるという虞
れがなくなる。
【0024】
【発明の効果】本発明半導体装置の製造方法は、半導体
基板の表面部に形成されたトレンチをバイアスECRC
VDにより絶縁膜で埋め込んだ後半導体基板表面上に生
じたトレンチ外絶縁膜を除去する半導体装置の製造方法
において、上記埋込み後、上記トレンチ外絶縁膜を水平
戻しエッチングによりエッチングすることによりその下
地が部分的に露出するように小さくし、その後、半導体
基板表面上に少なくとも上記トレンチ外絶縁膜よりも厚
く表面が平坦な平坦化用レジスト膜を形成し、上記平坦
化用レジスト膜を上記トレンチ外絶縁膜上部が露出する
まで除去し、その後、上記平坦化用レジスト膜をマスク
として絶縁膜をエッチングする。従って、本発明半導体
装置の製造方法によれば、埋込み後、上記トレンチ外絶
縁膜を水平戻しエッチングによりエッチングすることに
よりその下地を部分的に露出させ、その後に形成した平
坦化用レジスト膜をトレンチ外絶縁膜の上部が露出する
厚さまで除去することによりトレンチ外でトレンチ内の
絶縁膜を完全にマスクしトレンチ外絶縁膜のみが露出し
た状態にすることができ、その状態で絶縁膜のエッチン
グをすることができる。依って、トレンチ外絶縁膜のみ
を完全に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明半導体装置の製造方法の一つの実施例の
第1の工程を示す断面図である。
【図2】同じく第2の工程を示す断面図である。
【図3】同じく第3の工程を示す断面図である。
【図4】同じく第4の工程を示す断面図である。
【図5】同じく第5の工程を示す断面図である。
【図6】同じく第6の工程を示す断面図である。
【図7】同じく第7の工程を示す断面図である。
【図8】同じく第8の工程を示す断面図である。
【図9】同じく第9の工程を示す断面図である。
【図10】本発明半導体装置の製造方法の他の実施例の
第1の工程を示す断面図である。
【図11】同じく第2の工程を示す断面図である。
【図12】同じく第3の工程を示す断面図である。
【図13】同じく第4の工程を示す断面図である。
【図14】同じく第5の工程を示す断面図である。
【図15】同じく第6の工程を示す断面図である。
【図16】同じく第7の工程を示す断面図である。
【図17】同じく第8の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 4 トレンチ 5 絶縁膜 5a トレンチ外絶縁膜 6 平坦化用レジスト膜

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面部に形成されたトレン
    チをバイアスECRCVDにより絶縁膜で埋め込んだ後
    半導体基板表面上に生じたトレンチ外絶縁膜を除去する
    半導体装置の製造方法において、 上記埋込み後、上記トレンチ外絶縁膜を水平戻しエッチ
    ングによりエッチングすることによりその下地が部分的
    に露出するように小さくし、 その後、 半導体基板表面上に少なくとも上記トレンチ外
    絶縁膜よりも厚く表面が平坦な平坦化用レジスト膜を形
    成し、 上記平坦化用レジスト膜を上記トレンチ外絶縁膜上部が
    露出するまで除去し、 その後、上記平坦化用レジスト膜をマスクとして絶縁膜
    をエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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