JPH03112148A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 トレンチを有する半導体装置およびその製造方法に関し
、 トレンチ内の半導体基板にバーズビークが発生すること
を防ぐとともに、トレンチ上面における段差の発生を防
止することを目的とし、その半導体装置は、フィールド
酸化膜が選択的に形成された半導体基板の該フィールド
酸化膜を貫通して該半導体基板内に達するように開孔し
てなるトレンチを有する半導体装置であって、該トレン
チの内面に形成された耐酸化性膜の先端は、該半導体基
板面より上に位置しかつ該フィールド酸化膜の上面より
下に位置するとともに該トレンチ内を埋め込んでいる物
質によって覆われ表面に露出しないように構成した半導
体装置、また、その製造方法としては、フィールド酸化
膜の形成された半導体基板を選択的にエツチングしてト
レンチを形成する工程と、該トレンチの内面を含む全面
に耐酸化性膜を形成する工程と、全面に有機樹脂膜を塗
布し該トレンチ内を埋め込む工程と、該トレンチ内に埋
め込まれた有機樹脂膜であって該半導体基板面を越える
位置より下に埋め込まれた有機樹脂膜以外の全ての有機
樹脂膜を除去する工程と、残された有機樹脂膜をマスク
として該耐酸化性膜を選択的にエツチングし、該トレン
チ内にのみ耐酸化性膜を残す工程と、残された有機樹脂
膜を除去した後、全面にシリコン膜を堆積し該トレンチ
内の耐酸化性膜を覆っているシリコン膜のみを残してエ
ツチング除去する工程と、残されたシリコン膜の少なく
とも表面を酸化する工程を含むように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置およびその製造方法に係り、特にト
レンチ（溝）構造およびその製造方法に関する。

半導体ＩＣの高集積化を進める上で、素子間分離領域あ
るいは蓄積容量の占有面積を縮小することが必要である
が、その実現のためにはトレンチ構造が有効であること
が知られている。

〔従来の技術〕

トレンチ構造を利用して素子間分離を行う従来例につい
て、第２図を参照して説明する。

同図（ａ）に示したように、シリコン基板２１上に形成
された酸化膜２２と窒化膜２３を選択エツチングして窓
開けし、この窓領域内にフィールド酸化膜２４を形成す
る。さらに、通常のフォトリソグラフィを用いてフィー
ルド酸化Ｍ２４を窓開けしシリコン基板２１の選択エツ
チングを行ってトレンチ２５を形成した後、トレンチ２
５内面のシリコン基板に熱酸化膜２６を形成する。つい
で同図（ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜２７を堆
積してトレンチ内を埋め込む。ついで同図（Ｃ）に示す
ように、窒化膜２３が露出するまで多結晶シリコン膜２
７をエツチングしトレンチ内にのみ多結晶シリコン膜２
７を残す。ついで同図（ｄ）に示すように、酸化性ガス
中で熱処理を行ってトレンチ内の多結晶シリコン膜２７
の表面を酸化し、多結晶シリコン酸化膜２８を形成する
。しかし上記酸化工程の際、トレンチの上端部近傍のシ
リコン基板にも酸化性ガスが侵入してこれを酸化させ、
図に見られるようなバーズビークを生じさせることが知
られている。このようにして生じたバーズビークはシリ
コン基板に大きなストレスを与え、このストレスが原因
となってシリコン基板内にこのバーズビーク部より左右
それぞれ下方４５°方向へ結晶欠陥が生じやすくなり、
これが素子リーク電流の原因となる。

以上述べたバーズビークの発生は、例えば第３図（ａ）
に示した構造を採用すれば防ぐことができる。

図中、３１はシリコン基板、３２．３４は熱酸化膜、３
３はフィールド酸化膜、３５は窒化膜、３６は多結晶シ
リコン膜、３７は多結晶シリコン酸化膜である。同図に
示した構造は、トレンチ内を含む全面に窒化膜３５を形
成した後にトレンチ内を多結晶シリコン膜３６で埋め込
んでこれを酸化することによって形成したものである。

この酸化の際に、窒化膜３５が酸化性ガスのシリコン基
板３１への侵入を防いでその酸化を阻止するためバーズ
ビークは生じない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第３図（ａ）に示した構造では次のよう
な問題が生じる。即ち、多結晶シリコン膜３６を酸化す
る際、窒化膜３５と多結晶シリコン膜３６の界面近傍の
多結晶シリコン膜３６の酸化速度が上記界面から雌れた
所にある多結晶シリコン膜３Ｇの酸化速度に比べて遅い
ことが経験的に知られており、その結果、同図に示すよ
うに多結晶シリコン酸化膜３７はトレンチ内で凹形状と
なりトレンチ端部に段差が生じることになる。また、第
３図（ａ）の工程の後、素子領域にトランジスタを形成
するために、第３図（ｂ）に示すように窒化膜３５をエ
ツチング除去する必要がある。しかしこのエツチング工
程では窒化膜３３のオーバーエツチングを防ぐことが難
しく、図に示したような段差が生じる。さらに、第３図
（Ｃ）に示すように、酸化膜３２をフッ酸処理等により
エツチング除去する際には、上記段差の側面から多結晶
シリコン酸化膜３７とフィールド酸化膜３３のエツチン
グが進行し、上記段差による表面の凹凸をいっそう顕著
なものとし、その後の工程におけるパターン精度を劣化
させる原因となる。

そこで本発明は、トレンチ内の半導体基板にバーズビー
クが発生することを防ぐとともに、トレンチ上面におけ
る段差の発生を防止することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題の解決は、フィールド酸化膜が選択的に形成さ
れた半導体基板の該フィールド酸化膜を貫通して該半導
体基板内に達するように開孔してなるトレンチを有する
半導体装置であって、該トレンチの内面に形成された耐
酸化性膜の先端は、該半導体基板面より上に位置しかつ
該フィールド酸化膜の上面より下に位置するとともに該
トレンチ内を埋め込んでいる物質によって覆われ表面に
露出していないことを特徴とする半導体装置、あるいは
、フィールド酸化膜の形成された半導体基板を選択的に
エツチングしてトレンチを形成する工程と、該トレンチ
の内面を含む全面に耐酸化性膜を形成する工程と、全面
に有機樹脂膜を塗布し該トレンチ内を埋め込む工程と、
該トレンチ内に埋め込まれた有機樹脂膜であって該半導
体基板面を越える位置より下に埋め込まれた有機樹脂膜
以外の全ての有機樹脂膜を除去する工程と、残された有
機樹脂膜をマスクとして該耐酸化性膜を選択的にエツチ
ングし、該トレンチ内にのみ耐酸化性膜を残す工程と、
残された有機樹脂膜を除去した後、全面にシリコン膜を
堆積し該トレンチ内の耐酸化性膜を覆っているシリコン
膜のみを残してエツチング除去する工程と、残されたシ
リコン膜の少なくとも表面を酸化する工程を含むことを
特徴とする前述の半導体装置の製造方法によって達成さ
れる。

〔作　用］ 本発明によれば、トレンチ内の半導体基板の内面を覆う
耐酸化性膜の先端は半導体基板面より上に位置している
ため、上記半導体基板の内面は耐酸化性膜により酸化性
ガスから完全に遮断されることになる。従って酸化性ガ
スはトレンチ内の半導体基板に侵入することができない
ため半導体基板は酸化されずバーズビークは生じない。

さらに上記耐酸化性膜の先端はトレンチ上部にあるフィ
ールド酸化膜の上面より下に位置しているため、トレン
チ内を物質で埋め込むことによって表面には露出しない
ようにすることができる。従って、その後の素子製作工
程において上記耐酸化性膜が侵されることはなく、それ
故表面に段差が生じることもない。

また、以上のようにトレンチ内に形成された耐酸化性膜
の先端を、該半導体基板面より上に位置させ、かつ該フ
ィールド酸化膜の上面より下に位置させるためには、ト
レンチ内を含む全面に有機樹脂膜を塗布した後膣半導体
基板面より上の有機樹脂膜を除去し、残された有機樹脂
膜をマスクとして耐酸化性膜を選択的にエツチングすれ
ばよい。

〔実施例〕

第１図（ａ）〜（ｈ）は本発明の実施例を示す工程断面
図である。

まず同図（ａ）に示すように、熱酸化膜２を有するシリ
コン基板１上に選択的に膜厚５０００人のフィールド酸
化膜３を形成した後、全面に膜厚１０００人の窒化膜４
、膜厚３０００人の酸化膜５及び膜厚１　ｐｍのＰＳＧ
膜６を通常のＣＶＤ法を用いて堆積する。

ついで同図■）に示すように、ＰＳＧ膜６、酸化膜５、
窒化膜４、フィールド酸化膜３を選択エツチングしこれ
をマスクにしてシリコン基板１をエツチングしてトレン
チ７を形成する。続いてＰＳＧ膜６をエツチング除去し
、酸化性ガス中で熱処理を行い、トレンチ７内のシリコ
ン基板１に膜厚１０００人の熱酸化膜８を形成する。つ
いで同図（Ｃ）に示すように、トレンチ内面を含む全面
にＣＶＤ法により膜厚５００人の窒化膜９を堆積した後
、ポジ型レジスト膜１０を全面に塗布する。ついで同図
（ｄ）に示すように、ポジ型レジスト膜ｌＯを露光・現
像して除去する。上記露光の際、露光時間を制御するこ
とによりあるいは露光光の焦点深度の違いを利用してト
レンチ内におけるシリコン基板面Ａを越えた位置より下
のポジ型レジスト膜を未露光の状態にすると、同図に見
られるように、この部分のポジ型レジスト膜１０ａは現
像時にも除去されずに残ることとなる。ついで同図（ｅ
）に示すように、残されたポジ型レジスト膜１０ａをマ
スクとして窒化膜９を等方的にエツチングし、トレンチ
の内面にのみ窒化膜９ａを残す。このとき窒化膜９ａの
先端はシリコン基板面Ａより上に位置することとなる。

続いて酸化膜５をエツチング除去する。ついで残された
ポジ型レジスト膜１０ａを除去した後、同図（ｆ）に示
すように、全面に多結晶シリコン膜１１を堆積し、窒化
膜４をストッパーとしてこの多結晶シリコン膜１１をエ
ツチング除去し、トレンチ内にのみ残す。この際、窒化
膜９ａの先端はフィールド酸化膜３の上面より下に位置
している。従って、窒化膜９ａは多結晶シリコン膜１１
で覆われてしまい、表面には露出しない。ついで同図（
ｇ）に示すように、酸化性ガス中で熱処理して多結晶シ
リコン膜１１の表面を酸化し多結晶シリコン酸化膜１２
を形成する。

この際、酸化性ガスは窒化膜９ａで遮られてトレンチ内
面のシリコン基板１には到達できない。従って、シリコ
ン基板は酸化されず、バーズビークが生じることはない
。

ついで窒化膜４、酸化膜２をエツチング除去した後は同
図（５）に示すように、通常のトランジスタ製作工程に
従い、ゲート酸化膜１３、ゲート電極１５、ソース／ド
レイン電極１６、層間絶縁層１４、配線層１７を形成す
るが、窒化膜９ａは表面に露出していないため、この製
作工程中に侵されることがなく、従ってトレンチ上で凹
凸は生じない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、トレンチの形成された半
導体基板を酸化性雰囲気中で熱処理した場合においても
、半導体基板は耐酸化性膜に遮られて酸化することはな
く、バーズビークが生じることがない。従って、トレン
チ近傍におけるリーク電流の発生を防止できる。また、
上記耐酸化性膜は表面に露出していないため、その後の
素子製作工程において表面に段差が生じることもなく、
トレンチ構造を有する半導体装置の信頼性向上に寄与す
るところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｈ）は本発明の実施例を示す工程断面
図、 第２図（ａ）　〜（ｄ）、第３図（ａ）　〜（Ｃ）は従
来例の問題点を示す断面図、 である。 図において、 ｌ、２１．３１はシリコン基板、 ２．８．２２．２６．３２．３４は熱酸化膜、３．２４
．３３はフィールド酸化膜、 ４．９．９ａ、２３．３５は窒化膜、 ５は酸化膜、 ６はＰＳＣ膜、 ７．２５はトレンチ、 １０、１０ａはポジ型レジスト膜、 １１．２７．３６ば多結晶シリコン１模、１２．２８．
３７は多結晶シリコン酸化膜、１３はゲート酸化膜、 １４は層間絶縁膜、 １５はゲート電極、 １６はソース／ドレイ １７は配線層、 である。 ン拡散層、 木ｆ：日月の実方已イタ′ｊΣ示すニオり跡面２第 イ 図 （でり １） 、本老朗の亥方己イ列？示Ｔニオ！Σσ面！第 図 （千 ／）２） イ見米イ列の間開−庫、？示不町面図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕フィールド酸化膜（３）が選択的に形成された半
   導体基板（１）の該フィールド酸化膜（３）を貫通して
   該半導体基板（１）内に達するように開孔してなるトレ
   ンチ（７）を有する半導体装置であって、 該トレンチ（７）の内面に形成された耐酸化性膜（９ａ
   ）の先端は、該半導体基板（１）面より上に位置しかつ
   該フィールド酸化膜（３）の上面より下に位置するとと
   もに該トレンチ（７）内を埋め込んでいる物質（１１、
   １２）によって覆われ表面に露出していないことを特徴
   とする半導体装置。 〔２〕フィールド酸化膜（３）の形成された半導体基板
   （１）を選択的にエッチングしてトレンチ（７）を形成
   する工程と、 該トレンチ（７）の内面を含む全面に耐酸化性膜（９）
   を形成する工程と、 全面に有機樹脂膜（１０）を塗布し、該トレンチ（７）
   内を埋め込む工程と、 該トレンチ（７）内に埋め込まれた有機樹脂膜であって
   該半導体基板（１）面を越える位置より下に埋め込まれ
   た有機樹脂膜（１０ａ）以外の全ての有機樹脂膜を除去
   する工程と、 残された有機樹脂膜（１０ａ）をマスクとして該耐酸化
   性膜（９）を選択的にエッチングし、該トレンチ（７）
   内にのみ耐酸化性膜（９ａ）を残す工程と、残された有
   機樹脂膜（１０ａ）を除去した後、全面にシリコン膜を
   堆積し、該トレンチ（７）内の耐酸化性膜（９ａ）を覆
   っているシリコン膜（１１）のみを残してエッチング除
   去する工程と、 残されたシリコン膜（１１）の少なくとも表面を酸化す
   る工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の半導体装置の製造方法。