JPH1012716A - 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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JPH1012716A
JPH1012716A JP15939796A JP15939796A JPH1012716A JP H1012716 A JPH1012716 A JP H1012716A JP 15939796 A JP15939796 A JP 15939796A JP 15939796 A JP15939796 A JP 15939796A JP H1012716 A JPH1012716 A JP H1012716A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 半導体基板1に溝6を形成し、その後、
半導体基板1を800℃以上の非酸化性雰囲気中でアニ
ールすることで溝の角部6a、6bを丸める。

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℃以上の非酸化性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、非酸化性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1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2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2上に膜厚100nmのアンドープPoly Si
膜3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4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
ィ工程により膜厚 nm、開口径nmの開口部を有す
る、東京応化製の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4を、S
F6 、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4をマスクとして、熱酸化
膜2、Poly Si膜3及び半導体基板1をRIE(Reac
tive Ion Etching)などにより異方性エッチングし、溝
6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、16sc
cm、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6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1を15秒程度浸積させることで熱酸化膜
2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95
0℃、10Torr、60sec程度の熱処理を行う。
これにより、溝6の角部6a、6bが丸まる。丸めのエ
ッチング量は nmである。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。このことはUSP5,084,
408に詳細に説明されている。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酸化膜に応力が集中
し、転位などの結晶欠陥が酸化膜に発生し、酸化膜の信
頼性あるいは耐圧が低下する。
【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6にSiO2 膜7を形成
し、溝6を埋め込む。この状態ではアンドープPoly S
i膜3上にSiO2 膜7が残存しているために、CMP
技術を用いてアンドープPoly Si膜3が露出するまで
SiO2 膜7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表面に第1の絶縁膜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、
SiO2 をこの順に堆積し、400nmの第2の絶縁膜
103、300nmの第3の絶縁膜104を形成する。
【0015】第3の絶縁膜104形成後、図7に示すよ
うに第3の絶縁膜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。そして露出した第3の絶縁膜104を
エッチングし、第2の絶縁膜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第3の
絶縁膜104をマスクとして第1の絶縁膜102、第2
の絶縁膜103、及び半導体基板101をエッチング
し、半導体基板101の表面からの深さ nmまで掘
り下げた第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表面及び第3の絶縁膜104表面に
TEOS(tetraethoxysilane )のCVDによる第4の
絶縁膜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
部分に対応する第4の絶縁膜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
107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を浸すことで第4の絶縁膜
106を除去し、半導体基板101表面及び第1、第
2、第3の絶縁膜102、103、104の表面を露出
させ、かつ第1、第3の絶縁膜102、104を約20
nm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℃、10T
orr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。丸めのエッチング量
は50nmである。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1
07表面を含む半導体基板101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、第1の絶縁
膜102、SiO2 膜109のうち第1の溝105内の
SiO2 膜109、及び第2の溝107内のSiO2 膜
109のみを残すように第2、第3の絶縁膜103、1
04、SiO2 膜109、 Poly Si膜110をCMP
(chemical mechanical polishing )により除去する。
このとき第2の絶縁膜103及び Poly Si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、101 半導体基板 2、108 熱酸化膜 3、110 PolySi膜 4 CVDSiO2 膜 5 レジストパターン 6 溝 6a、6b、107a、107b 角部 7、109 SiO2 膜 102 第1の絶縁膜 103 第2の絶縁膜 104 第4の絶縁膜 105 第1の溝 106 第4の絶縁膜 107 第2の溝

Claims (4)

    【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℃以上の非酸化性雰囲
    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】 前記非酸化性雰囲気は酸化性ガスの分圧
    が10ppb以下であることを特徴とする請求項1記載
    の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溝を設ける工
    程と、 前記半導体基板を800℃以上であり、酸化性ガスの分
    圧が10ppb以下の非酸化性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。
  4. 【請求項4】 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℃以上であり、酸化性ガスの分圧が10ppb以下の
    非酸化性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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