JP4379013B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トレンチ構造を有する半導体装置の製造方法に関し、特に半導体基板にトレンチを形成して熱酸化することにより、半導体基板内に幅の広い絶縁領域を形成する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりトレンチ技術は、ＤＲＡＭなどにおいてキャパシタンスを作製する技術や素子分離のためのＳＯＩ技術として、またディスクリートＭＯＳＦＥＴのトレンチゲート技術として、種々検討されている。また、近年、パワーＩＣなどに使用される横型高耐圧ＭＯＳＦＥＴにおいてもトレンチ技術を応用する提案がなされている。
【０００３】
横型高耐圧ＭＯＳＦＥＴの構造の一つに、半導体基板内に形成された幅の広い絶縁領域の周囲にオフセットドレイン領域を設けたものがある。この構造では、半導体基板に形成された幅の広いトレンチ内に酸化物等の絶縁膜を埋め込む技術が必要である。本出願人は、半導体基板に複数のトレンチを形成し、隣り合うトレンチ間に残る半導体部分を完全に熱酸化することにより、幅の広いトレンチ領域内に酸化物を埋め込む技術について、先に出願している（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図２５は、従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板に複数のトレンチを形成した状態を模式的に示す断面図である。半導体基板に複数のトレンチを近接させて形成する際、従来は、図２５に示すように、トレンチを形成するための開口幅が全て同じであるパターンのレチクルを用いるため、半導体基板１の表面に、開口幅がすべて同じ寸法ａであるトレンチエッチング用のマスク２が形成される。
【０００５】
そのようなパターンのマスク２を用いて、トレンチエッチングをおこなうと、複数のトレンチ３ａ，３ｂよりなるトレンチ領域において、端に位置するトレンチ３ａはそれよりも中央側に位置するトレンチ３ｂよりも深くなる。これは、トレンチ側壁および底面に、エッチングにより発生したポリマーによる保護膜を生成、除去しながらトレンチエッチングが進行するが、端に位置するトレンチ３ａでは中央側に位置するトレンチ３ｂよりも局所的なトレンチ存在比率が低いため、生成される保護膜の量が少ないことが原因である。
【０００６】
図２６は、トレンチ形成後に半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す断面図である。トレンチ深さが異なる状態で熱酸化をおこなうと、図２６に示すように、トレンチ３ａ，３ｂに挟まれた半導体部分（以下、半導体柱とする）４、基板表面およびトレンチ底面は完全に熱酸化膜５に変化するが、その際に、熱酸化膜に変化した半導体柱（以下、熱酸化柱とする）６が、より深いトレンチ３ａの方に倒れることがある。
【０００７】
これは、半導体柱４の両側にあるトレンチ３ａ，３ｂの深さが異なることにより、熱酸化後に熱酸化柱６に加わる応力が非対称になるからである。この熱酸化柱６の倒れは、半導体柱４の両端のトレンチ深さの差が大きいほど、また、半導体柱４のアスペクト比が大きいほど、顕著になる。
【０００８】
図２７は、熱酸化後に絶縁膜を堆積した状態を模式的に示す断面図である。熱酸化柱６が倒れた状態で絶縁膜を堆積すると、図２７に示すように、トレンチ３ａ，３ｂの開口幅にばらつきが生じる。また、絶縁膜７を堆積しても、熱酸化柱６と熱酸化柱６との間の隙間を十分に埋めることができなかったり、トレンチ３ａ，３ｂの上を十分に被覆することができないことがある。
【０００９】
また、トレンチ形成後の様子を示す図２８、および熱酸化後の様子を示す図２９のように、半導体基板１に半導体柱４がストライプ状に残るように複数のトレンチ３を形成した場合、半導体柱４の両端が半導体基板１につながっていると、熱酸化による半導体の体積膨張により、熱酸化柱６が変形することがある。図３０および図３１に示すように、半導体基板１に半導体柱４が格子状に残るようにトレンチ３を形成した場合も同様である。この変形は、熱酸化時の半導体柱４の酸化量が多いほど酸化によるトレンチ側壁からの体積膨張量が多くなるので、顕著になる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００３−３７２６７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、トレンチ領域の端に位置するトレンチが深くなることによって、熱酸化柱が倒れ、絶縁膜によるトレンチの埋め込みや被覆が不十分になると、レジストなどがトレンチの奥深くに残存するなどの不具合が発生する。熱酸化による体積膨張によって熱酸化柱が変形した場合も、絶縁膜によるトレンチの埋め込みや被覆が不十分になり、同様の不具合が発生する。
【００１２】
このような不具合の発生によって、製造ラインが汚染されたり、デバイスの信頼性が低下するという問題点がある。半導体柱の幅をたとえば２倍にすれば、熱酸化柱の倒れを軽減したり、回避することができるが、その場合には半導体柱が完全に酸化するまでに約４倍の時間を要するため、スループットの低下を招くという問題点がある。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、半導体基板に複数のトレンチを形成した後、トレンチ間の半導体柱を完全に熱酸化することによって、半導体基板内に絶縁領域を形成するにあたって、スループットを低下させることなく、半導体柱の倒れや変形を防ぎながら熱酸化をおこなうことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板に複数のトレンチを形成した後、トレンチとトレンチとの間に挟まれた半導体部分を熱酸化することによって、前記半導体基板内に絶縁領域を形成する工程を含む半導体装置の製造方法において、前記複数のトレンチがすべて同じ深さで前記半導体基板に形成されるような開口幅であり、前記複数のトレンチの中で端に位置するトレンチを形成するための開口幅のみが、端以外のトレンチを形成するための開口幅よりも狭く、端以外のトレンチを形成するための開口幅が同一の幅であるパターンのマスクを用いてエッチングをおこなうことにより、前記半導体基板に前記複数のトレンチを形成する工程と、隣り合う前記トレンチ間の半導体部分を熱酸化した後、絶縁膜を堆積することによって、前記トレンチ内に残る隙間を前記絶縁膜で埋める工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、すべてのトレンチが同じ深さで形成されるので、トレンチ間の半導体部分、すなわち半導体柱を熱酸化したときに、熱酸化されたトレンチ間の半導体部分、すなわち熱酸化柱が倒れるのを防ぐことができる。
【００１９】
この発明によれば、トレンチの隣り合う線状部分に挟まれた半導体部分、すなわち半導体柱の一端が、トレンチにより周囲の半導体領域から離れた自由端となっているため、半導体柱を熱酸化したときに、半導体の酸化に伴う体積膨張により発生する応力が半導体柱の自由端で解放されるので、熱酸化された線状部分間の半導体部分、すなわち熱酸化柱が倒れたり、変形するのを防ぐことができる。
【００２０】
この発明において、前記トレンチの平面形状を、格子状に形成するとよい。
【００２２】
この発明によれば、トレンチ間の半導体部分、すなわち半導体柱がトレンチにより周囲の半導体領域から離れているため、半導体柱を熱酸化したときに、半導体の酸化に伴う体積膨張により発生する応力が解放されるので、熱酸化されたトレンチ間の半導体部分、すなわち熱酸化柱が倒れたり、変形するのを防ぐことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図６は、本発明にかかる半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を示す縦断面図である。この半導体装置は、Ｐ型の半導体基板１１、トレンチ領域１２、Ｎ-オフセットドレイン領域１３、トレンチ領域１２内を埋める酸化物１４、Ｐウェル領域１５、Ｐ+領域１６、Ｎ+ソース領域１７、Ｎウェル領域１８、Ｎ+ドレイン領域１９、ゲート酸化膜２０、ゲート電極２１、層間絶縁膜２２、ソース電極２３およびドレイン電極２４を備えており、横型トレンチＭＯＳＦＥＴを構成する。
【００２４】
トレンチ領域１２は、半導体基板１１の表面部分に形成されており、酸化物１４で埋められている。Ｎ-オフセットドレイン領域１３はトレンチ領域１２の周囲、すなわちトレンチ領域１２の側面および底面を囲むように形成されている。Ｐウェル領域１５は、半導体基板１１の、トレンチ領域１２に対してソース側の表面部分において、Ｎ-オフセットドレイン領域１３の外側に隣接して形成されている。
【００２５】
Ｐ+領域１６はＰウェル領域１５の表面部分に形成されている。Ｎ+ソース領域１７は、Ｐ+領域１６の表面部分において、Ｎ-オフセットドレイン領域１３から離れて形成されている。Ｎウェル領域１８は、半導体基板１１の、トレンチ領域１２に対してドレイン側（ソース側の反対側）の表面部分において、Ｎ-オフセットドレイン領域１３の外側に隣接して形成されている。
【００２６】
Ｎ+ドレイン領域１９は、Ｎウェル領域１８の表面部分において、Ｎ-オフセットドレイン領域１３に接して形成されている。ゲート酸化膜２０はＮ+ソース領域１７からＮ-オフセットドレイン領域１３のソース側部分に至る基板表面上に形成されている。ゲート電極２１はゲート酸化膜２０上に形成されており、図示例ではそのドレイン側端部がフィールドプレートとしてトレンチ領域１２上に伸びている。
【００２７】
層間絶縁膜２２はゲート電極２１およびトレンチ領域１２の上部を覆っている。ソース電極２３はＰ+領域１６およびＮ+ソース領域１７に電気的に接続している。ドレイン電極２４はＮ+ドレイン領域１９に電気的に接続している。なお、上述した構成に対して、導電型が逆の場合もある。
【００２８】
実施の形態１．
図１〜図４は、本発明の実施の形態１にかかる製造方法にしたがって製造中の半導体装置の構造を順に示す縦断面図である。まず、図１に示すように、半導体基板１を熱酸化して、基板表面に酸化膜を形成する。この酸化膜上にレジストを塗布し、レチクルを用いて露光、現像をおこない、酸化膜をエッチングしてマスク２を形成する。
【００２９】
特に図示しないが、レチクルは、トレンチを形成するための開口部がたとえばストライプ状に設けられたパターンを有している。そして、端に位置するトレンチを形成するための開口部の幅は、端以外に位置するトレンチを形成するための開口部の幅よりも狭くなっている。したがって、マスク２のパターンは、端に位置するトレンチを形成するための開口部の幅ｂが、端以外に位置するトレンチを形成するための開口部の幅ｃよりも狭いパターンとなる。
【００３０】
ついで、図２に示すように、周知の方法によりトレンチエッチングをおこない、半導体基板１に、トレンチ領域１２を構成する複数のトレンチ３ａ，３ｂを形成する。このとき、端に位置するトレンチ３ａの深さは、端以外に位置するトレンチ３ｂの深さと同じになる。換言すれば、トレンチ３ａ，３ｂの形成位置にかかわらず、同じ深さのトレンチ３ａ，３ｂが形成されるように、マスク２を形成する際に用いるレチクルの開口部の幅を設計しておく。
【００３１】
レチクルの開口部の幅の最適値は、つぎのようにして求められる。たとえば、端以外に位置するトレンチを形成するための開口部の幅を固定とし、端に位置するトレンチを形成するための開口部の幅を種々変化させたレチクルを用いて、露光、現像、酸化膜のエッチングおよびトレンチエッチングをおこない、トレンチの開口幅の評価をおこなえばよい。
【００３２】
トレンチエッチングにつづいて、オフセットドレイン領域１３を形成するために、トレンチ内壁に不純物イオンを注入し、所望の拡散深さにドライブする。しかる後、図３に示すように、トレンチ間に残った半導体柱４を完全に熱酸化する。その際、すべてのトレンチ３ａ，３ｂの深さが同じであるため、半導体柱４が熱酸化されてできた熱酸化柱６はほとんど傾かない。
【００３３】
そのため、図４に示すように、絶縁膜７を堆積すると、熱酸化柱６と熱酸化柱６との間の隙間８が絶縁膜７により完全に埋められる。また、トレンチ３ａ，３ｂが絶縁膜７により完全に被覆される。このようにして、たとえば高耐圧の横型トレンチパワーＭＯＳＦＥＴに使用するための広い絶縁領域が半導体基板１に形成される。
【００３４】
本発明者らがおこなった実験によれば、トレンチ領域１２の端に位置するトレンチ３ａの深さおよび端以外に位置するトレンチ３ｂの深さをともに２０μｍとし、トレンチ３ａ，３ｂの開口幅の平均値を３μｍとして、半導体柱４を完全に熱酸化して熱酸化柱６に変えたところ、熱酸化柱６の傾きは１°以内であり、傾いた量は０．３５μｍ以内であった。また、トレンチ形成後、トレンチ内壁にＮ型不純物イオンとしてリンイオンを注入し、ｘｊ＝４μｍ程度の拡散深さにドライブした。それによって、図６に示すように、広い絶縁領域（酸化物１４）の周囲にＮ-オフセットドレイン領域１３を有する横型トレンチＭＯＳＦＥＴが得られた。
【００３５】
上述した実施の形態１によれば、熱酸化時に熱酸化柱６が倒れるのを防ぐことができるので、トレンチ３ａ，３ｂを絶縁膜７で十分に埋めることができる。また、トレンチ３ａ，３ｂの上を絶縁膜７で十分に被覆することができる。したがって、半導体柱４を必要以上に太くする必要がないので、スループットを低下させずに済む。また、トレンチ３ａ，３ｂの奥深くに残存したレジストなどによる製造ラインの汚染や、デバイスの信頼性の低下を招かずに済む。
【００３６】
なお、トレンチの平面形状は、上述したストライプ状に限らず、図５に示すように、格子状など、ストライプ以外の形状であってもよい。その場合、ストライプ状の場合と同様に、マスク２の、端に位置するトレンチを形成するための開口部の幅ｂを、端以外に位置するトレンチを形成するための開口部の幅ｃよりも狭くすれば、同様の効果がえられる。
【００３７】
また、端に位置するトレンチを形成するための開口部の幅を、端以外に位置するトレンチを形成するための開口部の幅よりも狭くするだけでは、完全にすべてのトレンチの深さを同じにすることができない場合には、トレンチ領域の中央から端へ向かって段階的あるいは徐々に、トレンチを形成するための開口部の幅を狭くするようにしてもよい。また、トレンチ内壁への不純物の導入は、トレンチ内壁にドープドポリシリコンを成膜し、高温でドライブするようにしてもよい。
【００３８】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。図７に示すように、実施の形態２は、実施の形態１と同様にして半導体基板１に広い絶縁領域を形成するにあたって、トレンチ３０を、複数の線状部分３１がストライプ状に並び、かつ隣り合う線状部分３１と線状部分３１とが一端でつながることによって複数の線状部分３１が一続きにつながった形状、すなわち蛇行した形状に形成するものである。
【００３９】
つまり、半導体基板１にこのような蛇行した平面形状のトレンチ３０を形成し得るパターンのレチクルを用いて、半導体基板１の表面にトレンチエッチング用のマスクを形成する。そして、トレンチエッチングをおこなう。それによって、トレンチ３０の隣り合う線状部分３１と線状部分３１との間の半導体部分、すなわち半導体柱４の一端はトレンチ領域１２の周囲の半導体領域につながっているが、他端はトレンチ領域１２の周囲の半導体領域につながらない自由端となっている。
【００４０】
トレンチ形成後、トレンチ内壁に不純物を導入し、ドライブしてから、熱酸化をおこなう。図８は、熱酸化後の状態を模式的に示す平面図である。図８において、６は熱酸化された半導体柱４、すなわち熱酸化柱である。８は、熱酸化柱６と熱酸化柱６との間に残る隙間である。なお、トレンチ内壁に不純物を導入する際には、イオン注入法を用いてもよいし、トレンチ内壁にドープドポリシリコンを成膜して熱拡散させる方法でもよい。半導体柱４の熱酸化後、絶縁膜を堆積する。
【００４１】
ここで、半導体柱４の幅は、０．４μｍ以上１．５μｍ以下であるのが好ましい。その理由として、本発明者らがおこなった実験について説明する。本発明者らは、半導体基板１に図７に示すトレンチ３０を、線状部分３１の幅Ｘｔと半導体柱４の幅Ｘｓとの組み合わせを種々変えて形成した後、不純物の導入およびドライブをおこなってから、半導体柱４を完全に熱酸化した（これを実施例とする）。そして、基板表面から光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、熱酸化柱６の変形具合を観察した。
【００４２】
また、比較のため、図１０に示すように、半導体基板１にストライプ状のトレンチ３を、トレンチ３の幅Ｘｔと半導体柱４の幅Ｘｓとの組み合わせを種々変えて形成した後、実施例と同じ条件、同じプロセスで半導体柱４の熱酸化までおこない（これを比較例とする）、熱酸化柱６の変形具合を観察した。実施例および比較例とも、Ｘｔを０．６〜２．０μｍでは０．２μｍおきとし、２．０〜３．０μｍでは０．５μｍおきとした。また、Ｘｓを、０．３μｍ、０．４〜１．６μｍでは０．２μｍおき、２．０μｍおよび３．０μｍとした。また、トレンチ深さを２０μｍとした。
【００４３】
図９に、実施例について熱酸化柱６の変形の有無をまとめた結果を示す。図９から明らかなように、実施例については、トレンチ幅Ｘｔの大小にかかわらず、半導体柱４の幅Ｘｓが０．４μｍ以上であれば、熱酸化柱６は変形せずに完全に熱酸化される（図８参照）。それに対して、比較例では、熱酸化柱６の変形の有無をまとめた結果を示す図１３より明らかなように、トレンチ幅Ｘｔが比較的小さいと、半導体柱４の幅Ｘｓが１．２μｍ以下では、図１１および図１２に示すように熱酸化柱６に変形が生じてしまう。
【００４４】
ところで、半導体柱４の幅があまり太くなると、半導体柱４を完全に熱酸化するのに長時間を要し、スループットが低下してしまう。したがって、スループットの低下を抑えるには、半導体柱４はできるだけ細いのが好ましく、１．５μｍ以下の太さであるのが望ましい。このような事情に鑑みると、実施例の方が比較例よりも優れていることが明らかである。
【００４５】
上述した実施の形態２によれば、半導体柱４を必要以上に太くしなくても、熱酸化時に熱酸化柱６が変形するのを防ぐことができるので、スループットを低下させることなく、トレンチ３０を絶縁膜で十分に埋めることができる。また、トレンチ３０の上を絶縁膜で十分に被覆することができる。また、トレンチ３０の奥深くに残存したレジストなどによる製造ラインの汚染や、デバイスの信頼性の低下を招かずに済む。
【００４６】
実施の形態３．
図１４は、本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。図１４に示すように、実施の形態３は、実施の形態１と同様にして半導体基板１に広い絶縁領域を形成するにあたって、トレンチ３を、複数の線状部分３１がストライプ状に並び、かつ隣り合う線状部分３１と線状部分３１とが両端でつながった形状に形成し、線状部分３１と線状部分３１とに挟まれた半導体柱４がトレンチ領域１２の周囲の半導体領域から離れた状態とするものである。
【００４７】
つまり、半導体基板１に、半導体柱４を囲むような平面形状のトレンチ３を形成し得るパターンのレチクルを用いて、半導体基板１の表面にトレンチエッチング用のマスクを形成する。そして、トレンチエッチングをおこなう。それによって、半導体柱４の両端は、トレンチ領域１２の周囲の半導体領域につながらない自由端となる。
【００４８】
トレンチ形成後、トレンチ内壁に不純物を導入し、ドライブする。不純物の導入方法はイオン注入法でもよいし、トレンチ内壁にドープドポリシリコンを成膜して熱拡散させる方法でもよい。不純物の導入後、熱酸化をおこなう。図１５は、熱酸化後の状態を模式的に示す平面図である。図８において、５は熱酸化膜であり、６は熱酸化された半導体柱４、すなわち熱酸化柱である。８は、熱酸化柱６と熱酸化柱６との間に残る隙間である。
【００４９】
ここで、熱酸化後の熱酸化膜５の厚さをｅとし、熱酸化前のトレンチ３の、隣り合う線状部分３１の端部同士をつなぐ部分の幅をｄ（図１４参照）とすると、ｄはｅ×１．１よりも大きい。その理由はつぎのとおりである。半導体基板１がシリコン半導体基板の場合、熱酸化によってｅ×０．４５の厚さで半導体基板１が酸化され、ｅ×０．５５の厚さで酸化膜として膨張してトレンチの内側にはみ出す。したがって、ｄ＞ｅ×１．１であれば、熱酸化時の体積膨張による熱酸化柱６の変形を防ぐことができる。
【００５０】
半導体柱４の熱酸化後、絶縁膜を堆積する。図１６は、トレンチ内壁に不純物を導入したときの図１４のＡ−Ａにおける断面構成を模式的に示す断面図である。また、図１７および図１８は、熱酸化膜上に絶縁膜を堆積したときの図１５のＢ−Ｂにおける断面構成を模式的に示す断面図である。図１６〜図１８において、９は不純物拡散領域であり、オフセットドレイン領域１３を構成する。また、１０はボイドである。
【００５１】
一例として寸法を例示すれば、トレンチ３の深さは２０μｍであり、トレンチ３の線状部分３１の幅は３μｍであり、半導体柱４の幅は１．４μｍである。また、トレンチ内壁にＮ型不純物イオンとしてリンイオンを斜めイオン注入と垂直イオン注入により注入した場合には、ドライブによる拡散深さをｘｊ＝４μｍ程度とする。
【００５２】
上述した実施の形態３によれば、半導体柱４を必要以上に太くしなくても、熱酸化時に熱酸化柱６が変形するのを防ぐことができるので、スループットを低下させることなく、トレンチ３を絶縁膜で十分に埋めることができる。また、トレンチ３の上を絶縁膜で十分に被覆することができる。また、トレンチ３の奥深くに残存したレジストなどによる製造ラインの汚染や、デバイスの信頼性の低下を招かずに済む。
【００５３】
なお、図１９に示すように、各半導体柱４を２分割するとともに、すべての半導体柱４を囲むようにトレンチ３を格子状のパターンとしてもよい。この場合、トレンチ３の、線状部分３１の中央を横切る部分の幅は、上述したｅとｄの関係を満たすのが好ましい。図２０は、図１９に示すトレンチパターンの熱酸化後の状態を模式的に示す平面図である。図２１は、トレンチ内壁に不純物を導入したときの図１９のＣ−Ｃにおける断面構成を模式的に示す断面図である。図２１に示すように、トレンチ３が、線状部分３１の中央を横切る部分を有していることにより、不純物拡散領域９のイオン濃度分布がより均一になる。
【００５４】
また、図２２に示すように、各半導体柱４を３以上（図示例では３）に分割するとともに、すべての半導体柱４を囲むようにトレンチ３を格子状のパターンとしてもよい。この場合も、トレンチ３の、線状部分３１を横切る部分の幅は、上述したｅとｄの関係を満たすのが好ましい。このようにすれば、不純物拡散領域のイオン濃度分布がさらに均一になる。
【００５５】
また、図２３に示すように、ストライプ状の複数の半導体柱４がその中央部で連結され、かつすべての半導体柱４がトレンチ３により囲まれるパターンとしてもよいし、図２４に示すように、ストライプ状の複数の半導体柱４が一端でつながり、かつすべての半導体柱４がトレンチ３により囲まれるパターンとしてもよい。これらのパターンによれば、半導体柱４の構造的強度が高くなり、より一層、熱酸化による熱酸化柱の倒れや変形を防ぐことができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、熱酸化されたトレンチ間の半導体部分、すなわち熱酸化柱が倒れたり、変形するのを防ぐことができるので、トレンチを絶縁膜で十分に埋めることができ、またトレンチの上を絶縁膜で十分に被覆することができる。したがって、トレンチ間の半導体部分を必要以上に太くしてスループットの低下を招くことなく、またトレンチの奥深くに残存したレジストなどによる製造ラインの汚染や、デバイスの信頼性の低下を招くことなく、半導体基板内に幅の広い絶縁領域を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板上にトレンチエッチング用のマスクを形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法にしたがって熱酸化膜上に絶縁膜を堆積した状態を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板上にトレンチエッチング用のマスクを形成した状態の他の例を模式的に示す平面図である。
【図６】本発明にかかる半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す平面図である。
【図９】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化したときの変形の有無をまとめた結果を示す図表である。
【図１０】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。
【図１１】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す平面図である。
【図１２】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す断面図である。
【図１３】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化したときの変形の有無をまとめた結果を示す図表である。
【図１４】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す平面図である。
【図１６】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがってトレンチ内壁に不純物を導入したときの図１４のＡ−Ａにおける断面構成を模式的に示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって熱酸化膜上に絶縁膜を堆積したときの図１５のＢ−Ｂにおける断面構成を模式的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって熱酸化膜上に絶縁膜を堆積したときの図１５のＢ−Ｂにおける断面構成を模式的に示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態の他の例を模式的に示す平面図である。
【図２０】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態の他の例を模式的に示す平面図である。
【図２１】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって熱酸化膜上に絶縁膜を堆積したときの図１９のＣ−Ｃにおける断面構成を模式的に示す断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態の他の例を模式的に示す平面図である。
【図２３】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態の他の例を模式的に示す平面図である。
【図２４】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態の他の例を模式的に示す平面図である。
【図２５】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図２６】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す断面図である。
【図２７】従来の半導体装置の製造方法にしたがって熱酸化膜上に絶縁膜を堆積した状態を模式的に示す断面図である。
【図２８】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。
【図２９】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す平面図である。
【図３０】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。
【図３１】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
３，３ａ，３ｂ，３０ トレンチ
４ 半導体部分（半導体柱）
７ 絶縁膜
８ 隙間
３１ 線状部分
【発明の属する技術分野】
本発明は、トレンチ構造を有する半導体装置の製造方法に関し、特に半導体基板にトレンチを形成して熱酸化することにより、半導体基板内に幅の広い絶縁領域を形成する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりトレンチ技術は、ＤＲＡＭなどにおいてキャパシタンスを作製する技術や素子分離のためのＳＯＩ技術として、またディスクリートＭＯＳＦＥＴのトレンチゲート技術として、種々検討されている。また、近年、パワーＩＣなどに使用される横型高耐圧ＭＯＳＦＥＴにおいてもトレンチ技術を応用する提案がなされている。
【０００３】
横型高耐圧ＭＯＳＦＥＴの構造の一つに、半導体基板内に形成された幅の広い絶縁領域の周囲にオフセットドレイン領域を設けたものがある。この構造では、半導体基板に形成された幅の広いトレンチ内に酸化物等の絶縁膜を埋め込む技術が必要である。本出願人は、半導体基板に複数のトレンチを形成し、隣り合うトレンチ間に残る半導体部分を完全に熱酸化することにより、幅の広いトレンチ領域内に酸化物を埋め込む技術について、先に出願している（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図２５は、従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板に複数のトレンチを形成した状態を模式的に示す断面図である。半導体基板に複数のトレンチを近接させて形成する際、従来は、図２５に示すように、トレンチを形成するための開口幅が全て同じであるパターンのレチクルを用いるため、半導体基板１の表面に、開口幅がすべて同じ寸法ａであるトレンチエッチング用のマスク２が形成される。
【０００５】
そのようなパターンのマスク２を用いて、トレンチエッチングをおこなうと、複数のトレンチ３ａ，３ｂよりなるトレンチ領域において、端に位置するトレンチ３ａはそれよりも中央側に位置するトレンチ３ｂよりも深くなる。これは、トレンチ側壁および底面に、エッチングにより発生したポリマーによる保護膜を生成、除去しながらトレンチエッチングが進行するが、端に位置するトレンチ３ａでは中央側に位置するトレンチ３ｂよりも局所的なトレンチ存在比率が低いため、生成される保護膜の量が少ないことが原因である。
【０００６】
図２６は、トレンチ形成後に半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す断面図である。トレンチ深さが異なる状態で熱酸化をおこなうと、図２６に示すように、トレンチ３ａ，３ｂに挟まれた半導体部分（以下、半導体柱とする）４、基板表面およびトレンチ底面は完全に熱酸化膜５に変化するが、その際に、熱酸化膜に変化した半導体柱（以下、熱酸化柱とする）６が、より深いトレンチ３ａの方に倒れることがある。
【０００７】
これは、半導体柱４の両側にあるトレンチ３ａ，３ｂの深さが異なることにより、熱酸化後に熱酸化柱６に加わる応力が非対称になるからである。この熱酸化柱６の倒れは、半導体柱４の両端のトレンチ深さの差が大きいほど、また、半導体柱４のアスペクト比が大きいほど、顕著になる。
【０００８】
図２７は、熱酸化後に絶縁膜を堆積した状態を模式的に示す断面図である。熱酸化柱６が倒れた状態で絶縁膜を堆積すると、図２７に示すように、トレンチ３ａ，３ｂの開口幅にばらつきが生じる。また、絶縁膜７を堆積しても、熱酸化柱６と熱酸化柱６との間の隙間を十分に埋めることができなかったり、トレンチ３ａ，３ｂの上を十分に被覆することができないことがある。
【０００９】
また、トレンチ形成後の様子を示す図２８、および熱酸化後の様子を示す図２９のように、半導体基板１に半導体柱４がストライプ状に残るように複数のトレンチ３を形成した場合、半導体柱４の両端が半導体基板１につながっていると、熱酸化による半導体の体積膨張により、熱酸化柱６が変形することがある。図３０および図３１に示すように、半導体基板１に半導体柱４が格子状に残るようにトレンチ３を形成した場合も同様である。この変形は、熱酸化時の半導体柱４の酸化量が多いほど酸化によるトレンチ側壁からの体積膨張量が多くなるので、顕著になる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００３−３７２６７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、トレンチ領域の端に位置するトレンチが深くなることによって、熱酸化柱が倒れ、絶縁膜によるトレンチの埋め込みや被覆が不十分になると、レジストなどがトレンチの奥深くに残存するなどの不具合が発生する。熱酸化による体積膨張によって熱酸化柱が変形した場合も、絶縁膜によるトレンチの埋め込みや被覆が不十分になり、同様の不具合が発生する。
【００１２】
このような不具合の発生によって、製造ラインが汚染されたり、デバイスの信頼性が低下するという問題点がある。半導体柱の幅をたとえば２倍にすれば、熱酸化柱の倒れを軽減したり、回避することができるが、その場合には半導体柱が完全に酸化するまでに約４倍の時間を要するため、スループットの低下を招くという問題点がある。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、半導体基板に複数のトレンチを形成した後、トレンチ間の半導体柱を完全に熱酸化することによって、半導体基板内に絶縁領域を形成するにあたって、スループットを低下させることなく、半導体柱の倒れや変形を防ぎながら熱酸化をおこなうことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板に複数のトレンチを形成した後、トレンチとトレンチとの間に挟まれた半導体部分を熱酸化することによって、前記半導体基板内に絶縁領域を形成する工程を含む半導体装置の製造方法において、前記複数のトレンチがすべて同じ深さで前記半導体基板に形成されるような開口幅であり、前記複数のトレンチの中で端に位置するトレンチを形成するための開口幅のみが、端以外のトレンチを形成するための開口幅よりも狭く、端以外のトレンチを形成するための開口幅が同一の幅であるパターンのマスクを用いてエッチングをおこなうことにより、前記半導体基板に前記複数のトレンチを形成する工程と、隣り合う前記トレンチ間の半導体部分を熱酸化した後、絶縁膜を堆積することによって、前記トレンチ内に残る隙間を前記絶縁膜で埋める工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、すべてのトレンチが同じ深さで形成されるので、トレンチ間の半導体部分、すなわち半導体柱を熱酸化したときに、熱酸化されたトレンチ間の半導体部分、すなわち熱酸化柱が倒れるのを防ぐことができる。
【００１９】
この発明によれば、トレンチの隣り合う線状部分に挟まれた半導体部分、すなわち半導体柱の一端が、トレンチにより周囲の半導体領域から離れた自由端となっているため、半導体柱を熱酸化したときに、半導体の酸化に伴う体積膨張により発生する応力が半導体柱の自由端で解放されるので、熱酸化された線状部分間の半導体部分、すなわち熱酸化柱が倒れたり、変形するのを防ぐことができる。
【００２０】
この発明において、前記トレンチの平面形状を、格子状に形成するとよい。
【００２２】
この発明によれば、トレンチ間の半導体部分、すなわち半導体柱がトレンチにより周囲の半導体領域から離れているため、半導体柱を熱酸化したときに、半導体の酸化に伴う体積膨張により発生する応力が解放されるので、熱酸化されたトレンチ間の半導体部分、すなわち熱酸化柱が倒れたり、変形するのを防ぐことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図６は、本発明にかかる半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を示す縦断面図である。この半導体装置は、Ｐ型の半導体基板１１、トレンチ領域１２、Ｎ-オフセットドレイン領域１３、トレンチ領域１２内を埋める酸化物１４、Ｐウェル領域１５、Ｐ+領域１６、Ｎ+ソース領域１７、Ｎウェル領域１８、Ｎ+ドレイン領域１９、ゲート酸化膜２０、ゲート電極２１、層間絶縁膜２２、ソース電極２３およびドレイン電極２４を備えており、横型トレンチＭＯＳＦＥＴを構成する。
【００２４】
トレンチ領域１２は、半導体基板１１の表面部分に形成されており、酸化物１４で埋められている。Ｎ-オフセットドレイン領域１３はトレンチ領域１２の周囲、すなわちトレンチ領域１２の側面および底面を囲むように形成されている。Ｐウェル領域１５は、半導体基板１１の、トレンチ領域１２に対してソース側の表面部分において、Ｎ-オフセットドレイン領域１３の外側に隣接して形成されている。
【００２５】
Ｐ+領域１６はＰウェル領域１５の表面部分に形成されている。Ｎ+ソース領域１７は、Ｐ+領域１６の表面部分において、Ｎ-オフセットドレイン領域１３から離れて形成されている。Ｎウェル領域１８は、半導体基板１１の、トレンチ領域１２に対してドレイン側（ソース側の反対側）の表面部分において、Ｎ-オフセットドレイン領域１３の外側に隣接して形成されている。
【００２６】
Ｎ+ドレイン領域１９は、Ｎウェル領域１８の表面部分において、Ｎ-オフセットドレイン領域１３に接して形成されている。ゲート酸化膜２０はＮ+ソース領域１７からＮ-オフセットドレイン領域１３のソース側部分に至る基板表面上に形成されている。ゲート電極２１はゲート酸化膜２０上に形成されており、図示例ではそのドレイン側端部がフィールドプレートとしてトレンチ領域１２上に伸びている。
【００２７】
層間絶縁膜２２はゲート電極２１およびトレンチ領域１２の上部を覆っている。ソース電極２３はＰ+領域１６およびＮ+ソース領域１７に電気的に接続している。ドレイン電極２４はＮ+ドレイン領域１９に電気的に接続している。なお、上述した構成に対して、導電型が逆の場合もある。
【００２８】
実施の形態１．
図１〜図４は、本発明の実施の形態１にかかる製造方法にしたがって製造中の半導体装置の構造を順に示す縦断面図である。まず、図１に示すように、半導体基板１を熱酸化して、基板表面に酸化膜を形成する。この酸化膜上にレジストを塗布し、レチクルを用いて露光、現像をおこない、酸化膜をエッチングしてマスク２を形成する。
【００２９】
特に図示しないが、レチクルは、トレンチを形成するための開口部がたとえばストライプ状に設けられたパターンを有している。そして、端に位置するトレンチを形成するための開口部の幅は、端以外に位置するトレンチを形成するための開口部の幅よりも狭くなっている。したがって、マスク２のパターンは、端に位置するトレンチを形成するための開口部の幅ｂが、端以外に位置するトレンチを形成するための開口部の幅ｃよりも狭いパターンとなる。
【００３０】
ついで、図２に示すように、周知の方法によりトレンチエッチングをおこない、半導体基板１に、トレンチ領域１２を構成する複数のトレンチ３ａ，３ｂを形成する。このとき、端に位置するトレンチ３ａの深さは、端以外に位置するトレンチ３ｂの深さと同じになる。換言すれば、トレンチ３ａ，３ｂの形成位置にかかわらず、同じ深さのトレンチ３ａ，３ｂが形成されるように、マスク２を形成する際に用いるレチクルの開口部の幅を設計しておく。
【００３１】
レチクルの開口部の幅の最適値は、つぎのようにして求められる。たとえば、端以外に位置するトレンチを形成するための開口部の幅を固定とし、端に位置するトレンチを形成するための開口部の幅を種々変化させたレチクルを用いて、露光、現像、酸化膜のエッチングおよびトレンチエッチングをおこない、トレンチの開口幅の評価をおこなえばよい。
【００３２】
トレンチエッチングにつづいて、オフセットドレイン領域１３を形成するために、トレンチ内壁に不純物イオンを注入し、所望の拡散深さにドライブする。しかる後、図３に示すように、トレンチ間に残った半導体柱４を完全に熱酸化する。その際、すべてのトレンチ３ａ，３ｂの深さが同じであるため、半導体柱４が熱酸化されてできた熱酸化柱６はほとんど傾かない。
【００３３】
そのため、図４に示すように、絶縁膜７を堆積すると、熱酸化柱６と熱酸化柱６との間の隙間８が絶縁膜７により完全に埋められる。また、トレンチ３ａ，３ｂが絶縁膜７により完全に被覆される。このようにして、たとえば高耐圧の横型トレンチパワーＭＯＳＦＥＴに使用するための広い絶縁領域が半導体基板１に形成される。
【００３４】
本発明者らがおこなった実験によれば、トレンチ領域１２の端に位置するトレンチ３ａの深さおよび端以外に位置するトレンチ３ｂの深さをともに２０μｍとし、トレンチ３ａ，３ｂの開口幅の平均値を３μｍとして、半導体柱４を完全に熱酸化して熱酸化柱６に変えたところ、熱酸化柱６の傾きは１°以内であり、傾いた量は０．３５μｍ以内であった。また、トレンチ形成後、トレンチ内壁にＮ型不純物イオンとしてリンイオンを注入し、ｘｊ＝４μｍ程度の拡散深さにドライブした。それによって、図６に示すように、広い絶縁領域（酸化物１４）の周囲にＮ-オフセットドレイン領域１３を有する横型トレンチＭＯＳＦＥＴが得られた。
【００３５】
上述した実施の形態１によれば、熱酸化時に熱酸化柱６が倒れるのを防ぐことができるので、トレンチ３ａ，３ｂを絶縁膜７で十分に埋めることができる。また、トレンチ３ａ，３ｂの上を絶縁膜７で十分に被覆することができる。したがって、半導体柱４を必要以上に太くする必要がないので、スループットを低下させずに済む。また、トレンチ３ａ，３ｂの奥深くに残存したレジストなどによる製造ラインの汚染や、デバイスの信頼性の低下を招かずに済む。
【００３６】
なお、トレンチの平面形状は、上述したストライプ状に限らず、図５に示すように、格子状など、ストライプ以外の形状であってもよい。その場合、ストライプ状の場合と同様に、マスク２の、端に位置するトレンチを形成するための開口部の幅ｂを、端以外に位置するトレンチを形成するための開口部の幅ｃよりも狭くすれば、同様の効果がえられる。
【００３７】
また、端に位置するトレンチを形成するための開口部の幅を、端以外に位置するトレンチを形成するための開口部の幅よりも狭くするだけでは、完全にすべてのトレンチの深さを同じにすることができない場合には、トレンチ領域の中央から端へ向かって段階的あるいは徐々に、トレンチを形成するための開口部の幅を狭くするようにしてもよい。また、トレンチ内壁への不純物の導入は、トレンチ内壁にドープドポリシリコンを成膜し、高温でドライブするようにしてもよい。
【００３８】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。図７に示すように、実施の形態２は、実施の形態１と同様にして半導体基板１に広い絶縁領域を形成するにあたって、トレンチ３０を、複数の線状部分３１がストライプ状に並び、かつ隣り合う線状部分３１と線状部分３１とが一端でつながることによって複数の線状部分３１が一続きにつながった形状、すなわち蛇行した形状に形成するものである。
【００３９】
つまり、半導体基板１にこのような蛇行した平面形状のトレンチ３０を形成し得るパターンのレチクルを用いて、半導体基板１の表面にトレンチエッチング用のマスクを形成する。そして、トレンチエッチングをおこなう。それによって、トレンチ３０の隣り合う線状部分３１と線状部分３１との間の半導体部分、すなわち半導体柱４の一端はトレンチ領域１２の周囲の半導体領域につながっているが、他端はトレンチ領域１２の周囲の半導体領域につながらない自由端となっている。
【００４０】
トレンチ形成後、トレンチ内壁に不純物を導入し、ドライブしてから、熱酸化をおこなう。図８は、熱酸化後の状態を模式的に示す平面図である。図８において、６は熱酸化された半導体柱４、すなわち熱酸化柱である。８は、熱酸化柱６と熱酸化柱６との間に残る隙間である。なお、トレンチ内壁に不純物を導入する際には、イオン注入法を用いてもよいし、トレンチ内壁にドープドポリシリコンを成膜して熱拡散させる方法でもよい。半導体柱４の熱酸化後、絶縁膜を堆積する。
【００４１】
ここで、半導体柱４の幅は、０．４μｍ以上１．５μｍ以下であるのが好ましい。その理由として、本発明者らがおこなった実験について説明する。本発明者らは、半導体基板１に図７に示すトレンチ３０を、線状部分３１の幅Ｘｔと半導体柱４の幅Ｘｓとの組み合わせを種々変えて形成した後、不純物の導入およびドライブをおこなってから、半導体柱４を完全に熱酸化した（これを実施例とする）。そして、基板表面から光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、熱酸化柱６の変形具合を観察した。
【００４２】
また、比較のため、図１０に示すように、半導体基板１にストライプ状のトレンチ３を、トレンチ３の幅Ｘｔと半導体柱４の幅Ｘｓとの組み合わせを種々変えて形成した後、実施例と同じ条件、同じプロセスで半導体柱４の熱酸化までおこない（これを比較例とする）、熱酸化柱６の変形具合を観察した。実施例および比較例とも、Ｘｔを０．６〜２．０μｍでは０．２μｍおきとし、２．０〜３．０μｍでは０．５μｍおきとした。また、Ｘｓを、０．３μｍ、０．４〜１．６μｍでは０．２μｍおき、２．０μｍおよび３．０μｍとした。また、トレンチ深さを２０μｍとした。
【００４３】
図９に、実施例について熱酸化柱６の変形の有無をまとめた結果を示す。図９から明らかなように、実施例については、トレンチ幅Ｘｔの大小にかかわらず、半導体柱４の幅Ｘｓが０．４μｍ以上であれば、熱酸化柱６は変形せずに完全に熱酸化される（図８参照）。それに対して、比較例では、熱酸化柱６の変形の有無をまとめた結果を示す図１３より明らかなように、トレンチ幅Ｘｔが比較的小さいと、半導体柱４の幅Ｘｓが１．２μｍ以下では、図１１および図１２に示すように熱酸化柱６に変形が生じてしまう。
【００４４】
ところで、半導体柱４の幅があまり太くなると、半導体柱４を完全に熱酸化するのに長時間を要し、スループットが低下してしまう。したがって、スループットの低下を抑えるには、半導体柱４はできるだけ細いのが好ましく、１．５μｍ以下の太さであるのが望ましい。このような事情に鑑みると、実施例の方が比較例よりも優れていることが明らかである。
【００４５】
上述した実施の形態２によれば、半導体柱４を必要以上に太くしなくても、熱酸化時に熱酸化柱６が変形するのを防ぐことができるので、スループットを低下させることなく、トレンチ３０を絶縁膜で十分に埋めることができる。また、トレンチ３０の上を絶縁膜で十分に被覆することができる。また、トレンチ３０の奥深くに残存したレジストなどによる製造ラインの汚染や、デバイスの信頼性の低下を招かずに済む。
【００４６】
実施の形態３．
図１４は、本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。図１４に示すように、実施の形態３は、実施の形態１と同様にして半導体基板１に広い絶縁領域を形成するにあたって、トレンチ３を、複数の線状部分３１がストライプ状に並び、かつ隣り合う線状部分３１と線状部分３１とが両端でつながった形状に形成し、線状部分３１と線状部分３１とに挟まれた半導体柱４がトレンチ領域１２の周囲の半導体領域から離れた状態とするものである。
【００４７】
つまり、半導体基板１に、半導体柱４を囲むような平面形状のトレンチ３を形成し得るパターンのレチクルを用いて、半導体基板１の表面にトレンチエッチング用のマスクを形成する。そして、トレンチエッチングをおこなう。それによって、半導体柱４の両端は、トレンチ領域１２の周囲の半導体領域につながらない自由端となる。
【００４８】
トレンチ形成後、トレンチ内壁に不純物を導入し、ドライブする。不純物の導入方法はイオン注入法でもよいし、トレンチ内壁にドープドポリシリコンを成膜して熱拡散させる方法でもよい。不純物の導入後、熱酸化をおこなう。図１５は、熱酸化後の状態を模式的に示す平面図である。図８において、５は熱酸化膜であり、６は熱酸化された半導体柱４、すなわち熱酸化柱である。８は、熱酸化柱６と熱酸化柱６との間に残る隙間である。
【００４９】
ここで、熱酸化後の熱酸化膜５の厚さをｅとし、熱酸化前のトレンチ３の、隣り合う線状部分３１の端部同士をつなぐ部分の幅をｄ（図１４参照）とすると、ｄはｅ×１．１よりも大きい。その理由はつぎのとおりである。半導体基板１がシリコン半導体基板の場合、熱酸化によってｅ×０．４５の厚さで半導体基板１が酸化され、ｅ×０．５５の厚さで酸化膜として膨張してトレンチの内側にはみ出す。したがって、ｄ＞ｅ×１．１であれば、熱酸化時の体積膨張による熱酸化柱６の変形を防ぐことができる。
【００５０】
半導体柱４の熱酸化後、絶縁膜を堆積する。図１６は、トレンチ内壁に不純物を導入したときの図１４のＡ−Ａにおける断面構成を模式的に示す断面図である。また、図１７および図１８は、熱酸化膜上に絶縁膜を堆積したときの図１５のＢ−Ｂにおける断面構成を模式的に示す断面図である。図１６〜図１８において、９は不純物拡散領域であり、オフセットドレイン領域１３を構成する。また、１０はボイドである。
【００５１】
一例として寸法を例示すれば、トレンチ３の深さは２０μｍであり、トレンチ３の線状部分３１の幅は３μｍであり、半導体柱４の幅は１．４μｍである。また、トレンチ内壁にＮ型不純物イオンとしてリンイオンを斜めイオン注入と垂直イオン注入により注入した場合には、ドライブによる拡散深さをｘｊ＝４μｍ程度とする。
【００５２】
上述した実施の形態３によれば、半導体柱４を必要以上に太くしなくても、熱酸化時に熱酸化柱６が変形するのを防ぐことができるので、スループットを低下させることなく、トレンチ３を絶縁膜で十分に埋めることができる。また、トレンチ３の上を絶縁膜で十分に被覆することができる。また、トレンチ３の奥深くに残存したレジストなどによる製造ラインの汚染や、デバイスの信頼性の低下を招かずに済む。
【００５３】
なお、図１９に示すように、各半導体柱４を２分割するとともに、すべての半導体柱４を囲むようにトレンチ３を格子状のパターンとしてもよい。この場合、トレンチ３の、線状部分３１の中央を横切る部分の幅は、上述したｅとｄの関係を満たすのが好ましい。図２０は、図１９に示すトレンチパターンの熱酸化後の状態を模式的に示す平面図である。図２１は、トレンチ内壁に不純物を導入したときの図１９のＣ−Ｃにおける断面構成を模式的に示す断面図である。図２１に示すように、トレンチ３が、線状部分３１の中央を横切る部分を有していることにより、不純物拡散領域９のイオン濃度分布がより均一になる。
【００５４】
また、図２２に示すように、各半導体柱４を３以上（図示例では３）に分割するとともに、すべての半導体柱４を囲むようにトレンチ３を格子状のパターンとしてもよい。この場合も、トレンチ３の、線状部分３１を横切る部分の幅は、上述したｅとｄの関係を満たすのが好ましい。このようにすれば、不純物拡散領域のイオン濃度分布がさらに均一になる。
【００５５】
また、図２３に示すように、ストライプ状の複数の半導体柱４がその中央部で連結され、かつすべての半導体柱４がトレンチ３により囲まれるパターンとしてもよいし、図２４に示すように、ストライプ状の複数の半導体柱４が一端でつながり、かつすべての半導体柱４がトレンチ３により囲まれるパターンとしてもよい。これらのパターンによれば、半導体柱４の構造的強度が高くなり、より一層、熱酸化による熱酸化柱の倒れや変形を防ぐことができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、熱酸化されたトレンチ間の半導体部分、すなわち熱酸化柱が倒れたり、変形するのを防ぐことができるので、トレンチを絶縁膜で十分に埋めることができ、またトレンチの上を絶縁膜で十分に被覆することができる。したがって、トレンチ間の半導体部分を必要以上に太くしてスループットの低下を招くことなく、またトレンチの奥深くに残存したレジストなどによる製造ラインの汚染や、デバイスの信頼性の低下を招くことなく、半導体基板内に幅の広い絶縁領域を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板上にトレンチエッチング用のマスクを形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法にしたがって熱酸化膜上に絶縁膜を堆積した状態を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板上にトレンチエッチング用のマスクを形成した状態の他の例を模式的に示す平面図である。
【図６】本発明にかかる半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す平面図である。
【図９】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化したときの変形の有無をまとめた結果を示す図表である。
【図１０】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。
【図１１】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す平面図である。
【図１２】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す断面図である。
【図１３】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化したときの変形の有無をまとめた結果を示す図表である。
【図１４】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す平面図である。
【図１６】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがってトレンチ内壁に不純物を導入したときの図１４のＡ−Ａにおける断面構成を模式的に示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって熱酸化膜上に絶縁膜を堆積したときの図１５のＢ−Ｂにおける断面構成を模式的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって熱酸化膜上に絶縁膜を堆積したときの図１５のＢ−Ｂにおける断面構成を模式的に示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態の他の例を模式的に示す平面図である。
【図２０】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態の他の例を模式的に示す平面図である。
【図２１】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって熱酸化膜上に絶縁膜を堆積したときの図１９のＣ−Ｃにおける断面構成を模式的に示す断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態の他の例を模式的に示す平面図である。
【図２３】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態の他の例を模式的に示す平面図である。
【図２４】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態の他の例を模式的に示す平面図である。
【図２５】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図２６】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す断面図である。
【図２７】従来の半導体装置の製造方法にしたがって熱酸化膜上に絶縁膜を堆積した状態を模式的に示す断面図である。
【図２８】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。
【図２９】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す平面図である。
【図３０】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板にトレンチを形成した状態を模式的に示す平面図である。
【図３１】従来の半導体装置の製造方法にしたがって半導体基板を熱酸化した状態を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
３，３ａ，３ｂ，３０ トレンチ
４ 半導体部分（半導体柱）
７ 絶縁膜
８ 隙間
３１ 線状部分
Claims (3)
- 半導体基板に複数のトレンチを形成した後、トレンチとトレンチとの間に挟まれた半導体部分を熱酸化することによって、前記半導体基板内に絶縁領域を形成する工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記複数のトレンチがすべて同じ深さで前記半導体基板に形成されるような開口幅であり、前記複数のトレンチの中で端に位置するトレンチを形成するための開口幅のみが、端以外のトレンチを形成するための開口幅よりも狭く、端以外のトレンチを形成するための開口幅が同一の幅であるパターンのマスクを用いてエッチングをおこなうことにより、前記半導体基板に前記複数のトレンチを形成する工程と、
隣り合う前記トレンチ間の半導体部分を熱酸化した後、絶縁膜を堆積することによって、前記トレンチ内に残る隙間を前記絶縁膜で埋める工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板に複数のトレンチを形成した後、トレンチとトレンチとの間に挟まれた半導体部分を熱酸化することによって、前記半導体基板内に絶縁領域を形成する工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記複数のトレンチがすべて同じ深さで前記半導体基板に形成されるような開口幅であり、前記複数のトレンチの中で端に位置するトレンチを形成するための開口幅が、前記複数のトレンチを形成する開口幅の中で最も狭く、前記複数のトレンチが形成されるトレンチ領域の中央から端に向かって段階的あるいは徐々に、トレンチを形成するための開口幅が狭くなるパターンのマスクを用いてエッチングをおこなうことにより、前記半導体基板に前記複数のトレンチを形成する工程と、
隣り合う前記トレンチ間の半導体部分を熱酸化した後、絶縁膜を堆積することによって、前記トレンチ内に残る隙間を前記絶縁膜で埋める工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記トレンチの平面形状を、格子状に形成することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
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