JP2003007688A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2003007688A
JP2003007688A JP2001194459A JP2001194459A JP2003007688A JP 2003007688 A JP2003007688 A JP 2003007688A JP 2001194459 A JP2001194459 A JP 2001194459A JP 2001194459 A JP2001194459 A JP 2001194459A JP 2003007688 A JP2003007688 A JP 2003007688A
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film
trench
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silicon substrate
silicon
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Hirokazu Hisamatsu
裕和 久松
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡略化された工程でトレンチ上部の角を十分
に丸くできる半導体装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明に係る半導体装置の製造方法は、
シリコン基板1の上にシリコン窒化膜3を形成する工程
と、このシリコン窒化膜上に多結晶シリコン膜を形成す
る工程と、この多結晶シリコン膜及びシリコン窒化膜3
をパターニングすることにより、該多結晶シリコン膜及
び該シリコン窒化膜にトレンチ形成領域上に位置する開
口部を形成する工程と、シリコン窒化膜3をマスクとし
て多結晶シリコン膜及びシリコン基板1をエッチングす
ることにより、該シリコン基板にトレンチ1aを形成す
る工程と、を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トレンチを形成す
る工程を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
特には、簡略化された工程でトレンチ上部の角を十分に
丸くできる半導体装置及びその製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】図9(a)〜(e)は、従来の半導体装
置の製造方法を説明する断面図である。まず、図9
(a)に示すように、シリコン基板101上にフォトリ
ソグラフィによりフォトレジスト102のパターンを形
成する。次いで、図9(b)に示すように、フォトレジ
スト102をマスクとしてシリコン基板101に異方性
エッチングによりトレンチの形成を行った後、フォトレ
ジスト102を除去する。
【0003】次に、図9(c)に示すように、シリコン
基板101の全面にプラズマ酸化処理を行う。この際の
酸化条件としては、酸素ガスを用い、ガス圧力0.1T
orr、高周波パワー500W、陽極電圧50Vを用い
る。酸化速度は平坦部で約100nm/minであり、
シリコン基板101の表面及びトレンチ内表面には約5
0nmの厚さの酸化膜103が形成される。
【0004】凹凸を有するシリコン基板101をプラズ
マ中にさらすと、凸部では平坦部に比べ電界が集中す
る。このため、酸素のシリコン基板表面への衝撃は凸部
の方が平坦部に比べ強く、酸化速度は平坦部に比べ速く
なる。その結果、図9(d)に示すように、平坦部での
酸化膜厚tpと凸部のコーナーでの酸化膜厚tcは、t
c>tpとなり、凸部で厚く、平坦部では薄くなる。
【0005】この後、形成された酸化膜103を緩衝フ
ッ酸溶液などで除去することにより、図9(e)に示す
ように、トレンチ凸部のコーナーのラウンド処理がなさ
れる。
【0006】上記従来の半導体装置の製造方法によるラ
ウンド処理では、トレンチ上部の角(凸部)を十分に丸
くすることが困難であった。トレンチ上部の角が十分に
丸くならないと、トレンチ素子分離を形成するためにト
レンチ内に絶縁膜を埋め込んだ際、トレンチ上部の角で
ストレスが発生してしまう。これにより、リーク電流に
よる不良の発生の原因となることがある。
【0007】図10(a)〜(c)は、エッジがラウン
ドされたトレンチを形成するための他の従来に係る半導
体装置の製造方法を示す断面図である。
【0008】まず、図10(a)に示すように、シリコ
ン基板110上にパッド酸化膜112を形成した後、そ
の上にトレンチの形成のための第1マスク層114を形
成する。次いで、この第1マスク層の側壁にスペーサ形
の第2マスク層116を形成する。次いで、第1及び第
2マスク層114,116をマスクとしてシリコン基板
110をエッチングすることにより、該シリコン基板1
10にはトレンチ118が形成される。
【0009】この後、図10(b)に示すように、第1
マスク層114の側壁の第2マスク層116を除去す
る。次いで、図10(c)に示すように、トレンチ11
8のコーナーをラウンドさせるために、シリコン基板1
10に対してドライエッチングを施すことにより、エッ
チングレートが相対的に速いエッジ部位Aをラウンドさ
れるように形成する。
【0010】上記他の従来に係る半導体装置の製造方法
では、トレンチ上部の角(エッジ部位A)を丸くするた
めに複雑な工程を必要とし、工程時間が長くなるという
欠点があった。また、上記製造方法で製造されたトレン
チ上部の角の丸みも十分とはいえなかった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
及び他の従来の半導体装置の製造方法では、トレンチ上
部の角を十分に丸くすることが困難であり、また丸くす
るための工程に長時間を必要とするという問題があっ
た。
【0012】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、簡略化された工程でトレ
ンチ上部の角を十分に丸くできる半導体装置及びその製
造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、シリコン基
板の上にマスク材料膜を形成する工程と、このマスク材
料膜上に多結晶シリコン膜を形成する工程と、この多結
晶シリコン膜及びマスク材料膜をパターニングすること
により、該多結晶シリコン膜及び該マスク材料膜にトレ
ンチ形成領域上に位置する開口部を形成する工程と、マ
スク材料膜をマスクとして多結晶シリコン膜及びシリコ
ン基板をエッチングすることにより、該シリコン基板に
トレンチを形成する工程と、を具備することを特徴とす
る。
【0014】上記半導体装置の製造方法によれば、マス
ク材料膜の上に多結晶シリコン膜を形成し、マスク材料
膜をマスクとして多結晶シリコン膜及びシリコン基板を
エッチングすることにより、該シリコン基板にトレンチ
を形成している。これにより、トレンチ上部の角に十分
な丸みを形成できる。また、この丸みを形成するための
工程も従来技術に比べて簡略なものとなる。
【0015】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
において、上記トレンチを形成する工程は、多結晶シリ
コン膜をエッチングした際のエッチング生成物が、マス
ク材料膜に形成された開口部内の側壁にサイドウオール
状に形成されながら、シリコン基板がエッチングされる
工程であることが好ましい。
【0016】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
においては、上記トレンチを形成する工程の後に、上記
開口部内の側壁に形成されたエッチング生成物をウエッ
ト処理により除去する工程をさらに含むことも可能であ
る。
【0017】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
においては、上記ウエット処理により除去する工程の後
に、トレンチ上部の角に酸化処理を行い、次に、この酸
化処理により形成された酸化膜を除去する工程をさらに
含むことも可能である。これにより、さらにトレンチ上
部の角を丸くすることができる。
【0018】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
においては、上記マスク材料膜はシリコン窒化膜である
ことが好ましい。
【0019】本発明に係る半導体装置は、シリコン基板
と、このシリコン基板に形成されたトレンチと、を具備
し、上記トレンチは、シリコン基板の上にマスク材料膜
を形成し、このマスク材料膜上に多結晶シリコン膜を形
成し、この多結晶シリコン膜及びマスク材料膜をパター
ニングすることにより、該多結晶シリコン膜及び該マス
ク材料膜にトレンチ形成領域上に位置する開口部を形成
し、マスク材料膜をマスクとして多結晶シリコン膜及び
シリコン基板をエッチングすることにより形成されるも
のであることを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図1〜図6は、本発明に係
る第1の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す
断面図である。この半導体装置の製造方法は、STI
(shallow trench isolation)トレンチを形成する工程
を有するものである。
【0021】まず、図1に示すように、シリコン基板1
の表面上に熱酸化法により厚さ10〜20nm程度のシ
リコン酸化膜2を形成する。次いで、このシリコン酸化
膜2の上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法によ
り厚さ100〜200nm程度のシリコン窒化膜(Si
N膜)3を堆積する。次いで、このシリコン窒化膜3の
上にCVD法により厚さ100〜250nm程度の多結
晶シリコン膜4を堆積する。
【0022】この後、図2に示すように、シリコン窒化
膜3の上にフォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジ
スト膜を露光、現像することにより、シリコン窒化膜3
上にはトレンチ形成領域の上方が開口されたレジストパ
ターン5が形成される。
【0023】次に、図3に示すように、レジストパター
ン5をマスクとして多結晶シリコン膜4、シリコン窒化
膜3及びシリコン酸化膜2をエッチングする。これによ
り、多結晶シリコン膜4などには開口部4aが形成さ
れ、この開口部下のシリコン基板1が露出する。
【0024】この後、図4に示すように、レジストパタ
ーン5を剥離する。次いで、図5に示すように、シリコ
ン窒化膜3をマスクとしてシリコン基板1をエッチング
することにより、シリコン基板1にはトレンチ1aが形
成される。この際のエッチング条件は、塩素100sc
cm、酸素10sccmの混合ガスを用いて、圧力50
mTorr、上部電極パワー1600W、下部電極パワ
ー300Wを用いる。この条件を用いて、シリコン基板
に約400nmの深さのトレンチを形成する。
【0025】すなわち、シリコン窒化膜3をマスクとし
てシリコン基板1をエッチングすると、シリコン基板1
がエッチングされると同時にシリコン窒化膜3上の多結
晶シリコン膜4もエッチングされる。このため、図5に
示すように、シリコン基板1がエッチングされながら、
シリコン窒化膜3の開口部内の側壁に多結晶シリコン膜
4がエッチングされた際のエッチング生成物(反応物)
4bがサイドウオール状に堆積される。このとき、シリ
コン基板1のエッチングよりやや先にエッチング生成物
4bが開口部内の側壁に付着する。このため、このサイ
ドウオール状のエッチング生成物4bがシリコン基板1
をエッチングする際のマスクのような働きをする。これ
により、トレンチ上部の角が徐々に丸く形成されてい
き、最終的にはトレンチ上部の角に十分な丸み(トップ
ラウンディング)が形成される。
【0026】この後、図6に示すように、HF溶液によ
るウエット処理(洗浄処理)を行うことにより、エッチ
ング生成物4bは除去され、トレンチ上部の角の丸みが
露出する。
【0027】上記第1の実施の形態によれば、シリコン
窒化膜3の上に多結晶シリコン膜4を形成し、この多結
晶シリコン膜を用いてシリコン基板1にトレンチ形成の
ためのエッチングを施している。このため、エッチング
の際、シリコン窒化膜3の開口部内の側壁に意図的にサ
イドウオール状のエッチング生成物4bを形成すること
ができ、このエッチング生成物によりトレンチ上部の角
に十分な丸みを形成できる。また、この丸みを形成する
ための工程も従来技術に比べて簡略なものとなる。
【0028】図7及び図8は、本発明に係る第2の実施
の形態による半導体装置の製造方法を説明するための断
面図であり、図1〜図6と同一部分には同一符号を付
し、異なる部分についてのみ説明する。
【0029】第1の実施の形態における図6に示す工程
の後、図7に示すように、シリコン基板1の全面にプラ
ズマ酸化処理を行う。この際の酸化条件の一例として
は、酸素ガスを用い、ガス圧力0.1Torr、高周波
パワー500W、陽極電圧50Vを用いる。シリコン基
板1の表面及びトレンチ内表面には約50nmの厚さの
酸化膜6が形成される。
【0030】凹凸を有するシリコン基板1をプラズマ中
にさらすと、凸部では平坦部に比べ電界が集中する。こ
のため、酸素のシリコン基板表面への衝撃は凸部の方が
平坦部に比べ強く、酸化速度は平坦部に比べ速くなる。
その結果、トレンチ上部の角における酸化膜厚が他の部
分の酸化膜厚に比べて厚くなる。
【0031】この後、形成された酸化膜6を緩衝フッ酸
溶液などで除去することにより、図8に示すように、ト
レンチ上部の角の丸みをさらに丸くすることができる。
【0032】上記第2の実施の形態においても第1の実
施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0033】また、第2の実施の形態では、図7に示す
工程で酸化によるさらなるラウンド処理を施しているた
め、第1の実施の形態よりさらにトレンチ上部の角を丸
くすることができる。
【0034】尚、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、種々変更して実施することが可能である。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
スク材料膜の上に多結晶シリコン膜を形成し、マスク材
料膜をマスクとして多結晶シリコン膜及びシリコン基板
をエッチングすることにより、該シリコン基板にトレン
チを形成している。したがって、簡略化された工程でト
レンチ上部の角を十分に丸くできる半導体装置及びその
製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施の形態による半導体装
置の製造方法を示す断面図である。
【図2】本発明に係る第1の実施の形態による半導体装
置の製造方法を示すものであり、図1の次の工程を示す
断面図である。
【図3】本発明に係る第1の実施の形態による半導体装
置の製造方法を示すものであり、図2の次の工程を示す
断面図である。
【図4】本発明に係る第1の実施の形態による半導体装
置の製造方法を示すものであり、図3の次の工程を示す
断面図である。
【図5】本発明に係る第1の実施の形態による半導体装
置の製造方法を示すものであり、図4の次の工程を示す
断面図である。
【図6】本発明に係る第1の実施の形態による半導体装
置の製造方法を示すものであり、図5の次の工程を示す
断面図である。
【図7】本発明に係る第2の実施の形態による半導体装
置の製造方法を説明するための断面図である。
【図8】本発明に係る第2の実施の形態による半導体装
置の製造方法を説明するものであり、図7の次の工程を
示す断面図である。
【図9】(a)〜(e)は、従来の半導体装置の製造方
法を説明する断面図である。
【図10】(a)〜(c)は、他の従来に係る半導体装
置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
1,101,110…シリコン基板 1a…トレンチ 2…シリコン酸化膜 3…シリコン窒化膜 4…多結晶シリコン膜 4a…開口部 4b…エッチング生成物(反応物) 5…レジストパターン 6…酸化膜 102…フォトレジスト 103…酸化膜 112…パッド酸化膜 114…第1マスク層 116…第2マスク層 118…トレンチ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板の上にマスク材料膜を形成
    する工程と、 このマスク材料膜上に多結晶シリコン膜を形成する工程
    と、 この多結晶シリコン膜及びマスク材料膜をパターニング
    することにより、該多結晶シリコン膜及び該マスク材料
    膜にトレンチ形成領域上に位置する開口部を形成する工
    程と、 マスク材料膜をマスクとして多結晶シリコン膜及びシリ
    コン基板をエッチングすることにより、該シリコン基板
    にトレンチを形成する工程と、 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】 上記トレンチを形成する工程は、多結晶
    シリコン膜をエッチングした際のエッチング生成物が、
    マスク材料膜に形成された開口部内の側壁にサイドウオ
    ール状に形成されながら、シリコン基板がエッチングさ
    れる工程であることを特徴とする請求項1に記載の半導
    体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記トレンチを形成する工程の後に、上
    記開口部内の側壁に形成されたエッチング生成物をウエ
    ット処理により除去する工程をさらに含むことを特徴と
    する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 上記ウエット処理により除去する工程の
    後に、トレンチ上部の角に酸化処理を行い、次に、この
    酸化処理により形成された酸化膜を除去する工程をさら
    に含むことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の
    製造方法。
  5. 【請求項5】 上記マスク材料膜はシリコン窒化膜であ
    ることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項記
    載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 シリコン基板と、 このシリコン基板に形成されたトレンチと、 を具備し、 上記トレンチは、シリコン基板の上にマスク材料膜を形
    成し、このマスク材料膜上に多結晶シリコン膜を形成
    し、この多結晶シリコン膜及びマスク材料膜をパターニ
    ングすることにより、該多結晶シリコン膜及び該マスク
    材料膜にトレンチ形成領域上に位置する開口部を形成
    し、マスク材料膜をマスクとして多結晶シリコン膜及び
    シリコン基板をエッチングすることにより形成されるも
    のであることを特徴とする半導体装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006066408A (ja) * 2004-07-26 2006-03-09 Hitachi High-Technologies Corp ドライエッチング方法
JP2009267111A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Tokyo Electron Ltd 半導体デバイスの製造方法、製造装置、コンピュータプログラム、及びコンピュータ可読記憶媒体

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