JP3414590B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【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、特にトレンチを利用した半導体装置の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化を目的とし
て、半導体基板にトレンチを形成することにより、素子
密度を向上させる技術が実用化されてきた。例えばトレ
ンチキャパシタ技術やトレンチ素子分離技術、UMOS
FET技術などがその代表例である。
【0003】このようなトレンチを利用した素子を形成
する場合、半導体基板を選択的にエッチングすることに
より溝が形成されるが、その後の酸化、拡散工程などで
凹凸コーナー部分に応力集中が起こり、半導体基板に転
位などの結晶欠陥が発生するという問題があった。これ
を回避する技術として、半導体基板の異方性エッチング
後(通常Reactive Ion Etchingで行う)にトレンチ内部
をウエットエッチングする工程、もしくは等方性ドライ
エッチングと酸化工程とを組み合わせる工程を用いて異
方性エッチングで生じたダメージを除去するとともにコ
ーナー部をある程度丸めることにより、その後の酸化、
拡散工程などにおけるトレンチコーナー部への応力集中
を低減させていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技
術を用いた場合、エッチングと酸化を行うことにより、
トレンチパターンが少なくとも片側で0.1μm〜0.
2μmあるいはそれ以上広がるため、高集積化に対する
限界がある。また、コーナー丸めを行うために工程数が
増え、コストが大きくなるという問題もある。
【0005】本発明は上記問題点に鑑み、簡単な方法で
コストがかさむことのなく、かつトレンチコーナー部へ
の応力集中を低減することが可能な半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法では、半導体基板
に溝を形成する工程と、その後、前記半導体基板を80
0℃以上の水素雰囲気中でアニールすることで前記溝の
開口部及び底部の角を丸める工程とを具備することを特
徴とする。
【0007】本発明は、半導体基板に形成された溝の角
部が、上記雰囲気中でアニールすることにより丸まると
いう新規な物理現象を利用して行われるものである。こ
の現象は温度が高いほど、圧力が低いほど、また不純物
ガスが少ないほど顕著である。よって、これらの条件を
最適化することにより任意の曲率半径を持つ丸め形状を
得ることが可能である。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の第1の実施例で
ある半導体装置の製造方法を図1ないし図5を用いて説
明する。まず、図1に示すように半導体基板4上を10
00℃程度の雰囲気で約15分間熱酸化することで、熱
酸化膜3を30nm形成する。次にシラン(SiH4 )
雰囲気中で約650℃、約3分間処理することで、この
熱酸化膜3上に膜厚100nmのアンドープPoly Si
膜2を堆積させる。この後、650〜750℃の減圧雰
囲気(40Pa程度)下でTEOS(Tetraethoxysilan
e )を40分間熱分解することでCVDSiO2 膜1を
膜厚800nmで形成する。
【0009】次に図2に示すように、フォトリソグラフ
ィ工程により、ポジレジストよりなるレジストパターン
5をg線ステッパにより形成する。この後このレジスト
パターン5をマスクとしてCVDSiO2 膜6を、SF
6 、CHF3 、Heの混合ガスをエッチングガスとし
(流量をそれぞれ7sccm、40sccm、60sc
cmとする)、パワー600W、チャンバ内圧力186
Paの条件で5分程度エッチングする。
【0010】この後、図3に示すように、アッシャーに
よりレジストパターン5を灰化し、除去する。レジスト
パターン5除去後、前の工程でエッチングによりパター
ン化されたCVDSiO2 膜10をマスクとして、Poly
Si膜11、熱酸化膜12及び半導体基板13をRI
E(Reactive Ion Etching)などにより異方性エッチン
グし、溝を形成する。このときのエッチング条件は、エ
ッチングガスとしてSF6 、SiCl4 、N2 、Arの
混合ガスを用いる。ガス流量はそれぞれ5sccm、1
6sccm、5sccm、20sccmである。また、
RFパワーは800W、チャンバ内圧力は2Paであ
る。
【0011】溝形成後、図4に示すように室温に保持し
たNH4 F−HF溶液などのウエットエッチング液中に
半導体基板17を15秒程度浸積させることでCVD
SiO2膜14および熱酸化膜16を20nm程度後退
させる。その後、半導体基板1を拡散炉中に移動し、炉
内をH2 雰囲気とした状態で950℃、10Torr、
60sec程度の熱処理を行う。これにより、溝の上部
および下部コーナ部が丸まる。このときの角部丸めの条
件はガス雰囲気について、O2 やH2 Oなどの酸化性ガ
スの分圧が小さいほど、具体的にはこれらの酸化性ガス
成分が10ppb以下にするのが望ましい。また、熱処
理温度が高いほど、熱処理時間が長いほど、及び熱処理
雰囲気の圧力が低いほど、角部の丸まり効果が大きくな
ることがわかっている。この角部の丸めを行わなかった
場合、その後の熱処理工程で溝全面に酸化膜を形成する
場合、この角部に対応するシリコンに応力が集中し、転
位などの結晶欠陥がシリコン中に発生し、ジャンクショ
ンリークなどの不良が発生する。
【0012】角部丸めを行った後、図5に示すように、
700℃のO3 雰囲気中でTEOS(tetraethoxysilan
e )を熱分解することで、溝にSiO2 膜18を形成
し、溝を埋め込む。この状態ではアンドープPoly Si
膜19上にSiO2 膜18が残存しているために、CM
P技術を用いてアンドープPoly Si膜19が露出する
までSiO2 膜18をポリッシングする。
【0013】以上、本発明の第1の実施例では、上記実
施例中に示した熱処理条件に基づいて基板を熱処理する
だけで基板に形成されたトレンチの角部を丸めることが
可能である。それ以外にも(1) パターン変換差がほとん
どない状態で角部を丸めることが可能である。(2) 条件
の最適化により任意の曲率半径で角部丸めを行える。
(3) 角部丸めを行った後も角部周辺の半導体基板を良好
な結晶状態に維持できる。(4) 角部丸めにより角部の応
力集中を低減し、転位等の結晶欠陥発生を抑制できる。
などの効果が期待できる。
【0014】次に本発明の第2の実施例について図6な
いし図13を用いて説明する。まず図6に示すように半
導体基板101表面を熱酸化することで半導体基板10
1表面にSiO2膜102を15nmの厚さに形成す
る。続いてこの第1の絶縁膜102上にポリシリコン膜
103を400nm、SiO2膜104を300nmそ
れぞれ堆積する。
【0015】SiO2膜104形成後、図7に示すよう
にSiO2膜104上の素子形成領域に対応する部分に
レジストが残るようにリソグラフィ工程によりパターン
形成を行う。そして露出したSiO2膜104をエッチ
ングし、ポリシリコン膜103が露出するようにする。
この後、レジストを除去しエッチングされたSiO2膜
104をマスクとしてポリシリコン膜103、SiO2
膜102、及び半導体基板101をエッチングし、第1
の溝105を形成する。
【0016】第1の溝105形成後、図8に示すよう
に、第1の溝105表面及びSiO2膜104表面にT
EOS膜106を400nmの厚さに形成する。
【0017】この後、図9に示すように素子領域以外の
部分に対応するTEOS膜106の一部及びその一部に
対応する半導体基板101をエッチングし、第2の溝1
07を形成する。
【0018】第2の溝107形成後、NH4 F溶液に1
20秒程度半導体基板101を浸すことでTEOS膜1
06を除去し、半導体基板101表面及びSiO2膜1
02、ポリシリコン膜103、SiO2膜104の表面
を露出させ、かつSiO2膜102、SiO2膜104を
約20nm後退させる。その後、半導体基板101を拡
散炉中に移動し、炉内をH2 雰囲気とした状態で950
℃、10Torrの熱処理を行う。これにより、第2の
溝107の角部107a、107bが丸まる。このとき
の角部丸めの条件は第1の実施例と同様、ガス雰囲気に
ついて、O2 やH2 Oなどの酸化性ガスの分圧が小さい
ほど、具体的にはこれらの酸化性ガス成分が10ppb
以下にするのが望ましい。角部107a、107bを丸
めた後、第2の溝107表面を含む半導体基板101表
面を熱酸化し、第2の溝107表面を含む半導体基板1
01表面に熱酸化膜108を形成する。
【0019】熱酸化膜108形成後、図11に示すよう
にTEOSのO3 雰囲気での熱分解によりカバレージ効
果の著しいSiO2 膜109を、第2の溝107を埋め
込むように形成する。
【0020】SiO2 膜109形成後、SiO2 膜10
9表面にPolySi膜110を形成し、図12に示すよう
に、SiO2 膜109上の第1の溝105に対応する部
分にPolySi膜110が残るようにリソグラフィ工程、
プラズマエッチングを施す。
【0021】最後に、図13に示すように、SiO2膜
102、SiO2 膜109のうち第1の溝105内のS
iO2 膜109、及び第2の溝107内のSiO2 膜1
09のみを残すようにSiO2膜104、ポリシリコン
膜103、SiO2 膜109、 Poly Si膜110をC
MP(chemical mechanical polishing )により除去す
る。このときポリシリコン膜103及び ポリシリコン
膜110がCMPのストッパとなる。
【0022】以上、第2の実施例によればBiCMOS
におけるBipolar−CMOS間の素子分離におい
て第1の実施例と同様、上記実施例中に示した熱処理条
件に基づいて基板を熱処理するだけで基板に形成された
トレンチの角部を丸めることが可能である。それ以外に
も(1) パターン変換差がほとんどない状態で角部を丸め
ることが可能である。(2) 条件の最適化により任意の曲
率半径で角部丸めを行える。(3) 角部丸めを行った後も
角部周辺の半導体基板を良好な結晶状態に維持できる。
(4) 角部丸めにより角部の応力集中を低減し、転位等の
結晶欠陥発生を抑制できる。などの効果が期待できる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、非常に簡略化された方
法でトレンチ角部の丸めを行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の製造工程図
【図2】本発明の第1の実施例の製造工程図
【図3】本発明の第1の実施例の製造工程図
【図4】本発明の第1の実施例の製造工程図
【図5】本発明の第1の実施例の製造工程図
【図6】本発明の第2の実施例の製造工程図
【図7】本発明の第2の実施例の製造工程図
【図8】本発明の第2の実施例の製造工程図
【図9】本発明の第2の実施例の製造工程図
【図10】本発明の第2の実施例の製造工程図
【図11】本発明の第2の実施例の製造工程図
【図12】本発明の第2の実施例の製造工程図
【図13】本発明の第2の実施例の製造工程図
【符号の説明】
1、6、10、14 CVDSiO2膜 2、7、11、15、19 アンドープPoly Si膜 3、8、12、16、20 熱酸化膜 4、9、13、17、21 半導体基板 5 レジストパターン 18 SiO2膜 101 半導体基板 102 SiO2膜 103 ポリシリコン膜 104 SiO2膜 105 第1の溝 106 TEOS膜 107 第2の溝 107a、b 角部 108 熱酸化膜 109 SiO2膜 110 ポリシリコン膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−335737(JP,A) 特開 平7−235590(JP,A) 特開 平2−231739(JP,A) 特開 平2−215125(JP,A) 特開 昭61−171139(JP,A) 特開 平8−335668(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/76 H01L 21/3065 H01L 21/822 H01L 27/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板に溝を形成する工程と、 その後、前記半導体基板を800℃以上の水素雰囲気中
    でアニールすることで前記溝の開口部及び底部の角を丸
    める工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  2. 【請求項2】半導体基板上に第1の絶縁膜、第2の絶縁
    膜、第3の絶縁膜をそれぞれこの順に堆積する工程と、 前記第3の絶縁膜を貫通する孔を設ける工程と、 この孔をマスクとして、前記第1の絶縁膜、第2の絶縁
    膜を貫通し、一部前記半導体基板まで及ぶ溝を設ける工
    程と、 前記半導体基板を800℃以上の水素雰囲気中でアニー
    ルすることで前記溝の開口部及び底部の角を丸める工程
    と、 前記溝中に誘電体或は導電体を埋め込む工程とを具備す
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】半導体基板上に第1の絶縁膜、第2の絶縁
    膜、第3の絶縁膜をそれぞれこの順に堆積する工程と、 前記第3の絶縁膜を貫通する孔を設ける工程と、 この孔をマスクとして、前記第1の絶縁膜、第2の絶縁
    膜を貫通し、一部前記半導体基板まで及ぶ第1の溝を設
    ける工程と、 前記第1の溝表面、及び前記第3の絶縁膜表面に第4の
    絶縁膜を堆積させる工程と、 前記第1の溝の底面に、前記第4の絶縁膜を貫通するよ
    うに第2の溝を形成する工程と、 前記第4の絶縁膜を除去した後、前記半導体基板を80
    0℃以上の水素雰囲気中でアニールすることで前記第1
    の溝の開口部及び底部の角、及び前記第2の溝の開口部
    及び底部の角を丸める工程と、 少なくとも前記第1の溝及び前記第2の溝の中に絶縁体
    を埋め込む工程とを具備することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
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