JPH1174483A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】絶縁耐圧に優れた高アスペクト比（１０以上）
のトレンチキャパシタを実現すること。 【解決手段】トレンチ１５が形成されたシリコン基板１
１に、減圧下の水素雰囲気中での８５０℃以上１２００
℃以下の熱処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トレンチキャパシ
タのトレンチなどの溝が表面に形成された半導体基板を
有する半導体装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピューターや通信機器の重要
部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達
成するようにむすびつけ、１チップ上に集積化して形成
した大規模集積回路（ＬＳＩ）が多用されている。この
ため、機器全体の性能は、ＬＳＩ単体の性能と大きく結
び付いている。ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を高め
ること、つまり、素子の微細化により実現できる。

【０００３】しかしながら、素子の微細化に伴って種々
の問題が起こっている。例えば、ＤＲＡＭメモリセルの
キャパシタにおいては、キャパシタ面積の減少によっ
て、キャパシタ容量が減少する方向にある。その結果、
メモリ内容が誤って読み出されたり、あるいはα線によ
り記憶内容が破壊されるというソフトエラーが問題とな
っている。

【０００４】このような問題の解決に有効なキャパシタ
の１つとして、トレンチキャパシタが知られている。ト
レンチキャパシタは、トレンチ側面をキャパシタ面積に
利用することにより、必要な容量を確保するというもの
である。

【０００５】従来、トレンチキャパシタは次のようにし
て形成していた。

【０００６】まず、フォトリソグラフィとリアクティブ
イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を
用いて、シリコン基板にトレンチを形成する。次に砒素
ドープトガラス膜を堆積した後、固相拡散により砒素ド
ープトガラス膜中の砒素をトレンチ表面に拡散させ、ト
レンチ表面に容量電極（プレート電極）としての高不純
物濃度の不純物拡散層を形成する。

【０００７】最後に、トレンチ表面にキャパシタ絶縁膜
を形成した後、蓄積電極（ストレージノード電極）とし
ての砒素ドープトアモルファスシリコン膜を堆積して、
トレンチキャパシタは完成する。

【０００８】しかしながら、この従来の形成方法には、
以下のような問題がある。

【０００９】すなわち、ＲＩＥでは先細りのトレンチが
形成されるため、蓄積電極（砒素ドープトアモルファス
シリコン膜）の埋込み形状が劣化しやすい。このような
埋込み形状の劣化は、トレンチ径が縮小化するほど顕著
になる。このため、素子の微細化が困難であった。

【００１０】また、トレンチ形成時のＲＩＥにより、ト
レンチ表面に凹凸が生じ、そこに電界が集中し、キャパ
シタ絶縁膜の絶縁耐圧が低下するという問題があった。

【００１１】ここで、化学ドライエッチング（ＣＤＥ：
Chemical Dry Etching）によりトレンチ表面を滑らかに
することが考えられるが、トレンチ上壁にカラー酸化膜
を形成する場合には、カラー酸化膜とシリコン基板との
選択比を大きく取れないことから、ＣＤＥで削られる分
だけカラー酸化膜を厚くする必要がある。

【００１２】しかしながら、微細化により径が狭くなっ
たトレンチ上壁に厚いカラー酸化膜を形成することは困
難である。したがって、上述したＣＤＥによる方法は、
微細化に対応できるものではなく、採用できるものでは
ない。

【００１３】また、素子の高密度化を図るために、トレ
ンチ形成用の露光マスクとして、矩形パターンの露光マ
スクを用いた場合には、曲率半径の小さい角部を有する
トレンチが形成され、その曲率半径の小さい角部に電界
が集中し、キャパシタ絶縁膜の絶縁耐圧が低下するとい
う問題があった。

【００１４】また、トレンチ径の縮小化が進むと、固相
拡散源である砒素ドープトガラス膜の膜厚を十分に確保
できなくなり、これによりトレンチ表面に高不純物濃度
の不純物拡散層を形成することが困難になるという問題
があった。

【００１５】ここで、膜厚を確保するために、トレンチ
が埋まるほどの膜厚の砒素ドープトガラス膜を堆積して
も、必ずしも高不純物濃度の不純物拡散層が形成される
わけではなく、しかも、この場合には、砒素ドープトガ
ラス膜を後で剥離するのが困難になるという問題もあ
る。

【００１６】トレンチ径の縮小化は、さらに以下のよう
な問題も引き起こす。すなわち、トレンチを砒素ドープ
トアモルファスシリコン膜で埋め込む際にボイドが発生
し、後工程で問題が起こる。

【００１７】具体的には、トレンチキャパシタを複数形
成し、２つのトレンチを含む領域をＳＴＩにより素子分
離を行う場合には、その領域の砒素ドープトアモルファ
スシリコン膜をエッチング除去した後に熱酸化するが、
そのときのエッチングの際にボイドが現れ、そのボイド
の部分の砒素ドープトアモルファスシリコン膜が酸化さ
れ、欠陥が生じるという問題が生じる。

【００１８】また、トレンチ構造を有する半導体素子の
製造プロセスにおいては、必要な容量を確保するため
に、工程数は増加の一途をたどっており、プロセス的な
工夫により、工程数を減らす必要も生じている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の微
細トレンチキャパシタの形成方法では、ＲＩＥにより生
じるトレンチ表面の凹凸により、キャパシタ絶縁膜の絶
縁耐圧が低下という問題があった。

【００２０】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、素子の微細化に有用な
構造の溝を有する半導体装置およびその製造方法を提供
することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】

［構成］上記目的を達成するために、本発明（請求項
１）に係る半導体装置は、表面に溝が形成された半導体
基板と、前記溝の内部を埋め込む埋込み部材とを有する
半導体装置であって、前記溝をその深さ方向に平行な法
線を有する第１の平面で切断した場合の前記溝の断面を
第１の断面とし、前記溝をその深さ方向に平行な法線を
有し、かつ前記第１の平面よりも前記溝の底に近い第２
の平面で切断した場合の前記溝の断面を第２の断面とし
たときに、第１の断面の面積が第２の断面の面積よりも
小さく、かつ第１の断面における曲率半径の最小値が第
２の断面における曲率半径の最小値よりも小さいという
条件（第１の条件）を満たす第１および第２の断面が存
在することを特徴とする。

【００２２】ここで、前記溝は、具体的には、例えば、
トレンチキャパシタのトレンチ、素子分離溝である。

【００２３】また、本発明（請求項２）に係る他の半導
体装置は、表面にアスペクト比が１０以上の溝が形成さ
れた半導体基板と、前記溝の内部を埋め込む埋込み部材
とを有する半導体装置であって、前記溝の底から前記溝
の開口方向に前記溝の深さの４／５の距離だけ離れた位
置で、前記溝をその深さ方向に平行な法線を有する第１
の平面で切断した場合の前記溝の断面を第１の断面と
し、前記溝の底から前記溝の開口方向に前記溝の深さの
１／５の距離だけ離れた位置で、前記溝をその深さ方向
に平行な法線を有する第２の平面で切断した場合の前記
溝の断面を第２の断面としたときに、前記第２の断面の
長径を前記第２の断面の短径で割った値が、前記第１の
断面の長径を前記第１の断面の短径で割った値の１．１
倍よりも小さいという条件（第２の条件）を満たすこと
を特徴とする。

【００２４】ここで、前記溝は、具体的には、例えば、
トレンチキャパシタのトレンチである。

【００２５】また、本発明（請求項１，２）をカラー絶
縁膜を有するトレンチキャパシタに適用した場合におい
て、トレンチのエッチングに四角形のマスクを用いたと
きには、そのキャパシタは以下のような特徴を持ったも
のとなる。

【００２６】すなわち、基板表面と平行な平面でトレン
チを切断した場合の断面形状が、カラー絶縁膜の存在す
るところではマスクと同形状の四角形になっており、カ
ラー酸化膜よりも深いところではカラー絶縁膜の存在す
るところよりも曲率半径の最小値が大きくなっており、
かつより滑らかな形状になっている。

【００２７】また、本発明（請求項３）に係る他の半導
体装置は、表面に溝が形成された半導体基板と、前記溝
の内部を埋め込む埋込み部材とを有する半導体装置であ
って、前記溝の深さ方向と垂直な法線を有する平面によ
り前記溝をその中心を通るように切断した場合に、前記
溝径の中心に対して左右非対称な断面形状が存在するこ
とを特徴とする。

【００２８】また、本発明（請求項５）に係る半導体装
置の製造方法は、半導体基板の表面に溝を形成する工程
と、減圧下での処理により前記溝の形状を変形させ、上
記第１または第２の条件を満たす第１および第２の断面
を有する溝を形成する工程と、前記溝の内部を埋込み部
材により埋め込む工程とを有することを特徴とする。ま
た、本発明（請求項６）に係る半導体装置の製造方法
は、半導体基板の表面に溝を形成する工程と、減圧下で
の熱処理により前記溝の形状を変形させ、上記第１また
は第２の条件を満たす第１および第２の断面を有する溝
を形成する工程と、前記溝の内面に不純物を拡散させる
ことにより、前記溝の内面に第１のキャパシタ電極とし
ての不純物拡散層を形成する工程と、前記溝の内部をキ
ャパシタ絶縁膜を介して第２のキャパシタ電極により埋
め込む工程とを有することを特徴とする。

【００２９】ここで、前記不純物拡散層は、ドーパント
としての不純物を含むガス雰囲気中での熱処理により、
前記ガス雰囲気中の前記不純物を前記溝の内面に拡散さ
せることにより形成することが好ましい。

【００３０】また、前記減圧下の熱処理と、前記ドーパ
ントとしての不純物を含むガス雰囲気中での熱処理とを
同一の真空容器内で連続的に行うことが好ましい。

【００３１】また、前記減圧下の熱処理は、８５０℃以
上１２００℃以下の温度で行うことが好ましい。

【００３２】また、前記減圧下の熱処理は、前記半導体
基板の表面が還元されるガス雰囲気中で行うことが好ま
しい。具体的には、ＳｉＯ₂ が還元されるガス雰囲気中
で行うことが好ましい。

【００３３】また、前記減圧下の熱処理は、水素雰囲気
で行うことが好ましい。

【００３４】また、本発明（請求項１０）に係る半導体
装置の製造方法は、半導体基板の表面に第１の溝を形成
する工程と、減圧下での第１の熱処理により前記第１の
溝を分離させる工程と、前記半導体基板の表面に第２の
溝を形成する工程と、前記減圧下での第２の熱処理によ
り、前記第１および第２の溝を請求項３に記載の条件を
満たす断面形状を有する溝に変える工程と、この溝の内
部を埋込み部材により埋め込む工程とを有することを特
徴とする。

【００３５】ここで、第１の熱処理は、１１００℃以上
の温度で行うことが好ましい。

【００３６】また、第２の熱処理は、８５０℃以上１１
００℃以下の温度で行うことが好ましい。

【００３７】また、第１の熱処理後に基板表面を平坦化
してから第２の溝を形成することが好ましい。具体的に
は、全面に半導体膜を堆積し、次いで減圧下での熱処理
により前記半導体膜の表面を平坦化する。

【００３８】［作用］本発明者の研究によれば、基板表
面に形成したトレンチの形状を、減圧下の熱処理によ
り、素子の微細化に好ましい形状に変形できることが分
かった。

【００３９】すなわち、減圧下の熱処理により、トレン
チの角部、特にトレンチの底の角部を丸めることができ
ることが分かった。このような形状変化により、電界集
中の緩和を図ることができ、これにより絶縁耐圧の向上
を図ることができる。

【００４０】さらに、減圧下の熱処理により、エッチン
グの際にトレンチ側面に形成された凹凸を消滅でき、ト
レンチ側面を滑らかにできることが分かった。このよう
な形状変化によっても、電界集中の緩和を図ることがで
き、絶縁耐圧の向上を図ることができる。

【００４１】これらの電界集中の緩和効果により、トレ
ンチの微細化が進んでも、絶縁耐圧の向上を図ることが
できる。

【００４２】また、トレンチは、通常、ＲＩＥ等のエッ
チングにより形成し、エッチングが進むにつれてトレン
チの形状は細くなる。このようなトレンチを有する半導
体基板に対して減圧下の熱処理を施したところ以下のこ
とが分かった。

【００４３】すなわち、先細りのトレンチを、その底に
近い位置での断面面積のほうが底から遠い位置での断面
面積より大きくなる領域を有するトレンチに変形できる
ことが分かった。このような形状変化により、埋込み部
材の埋込み形状を改善できる。これにより、例えば、ト
レンチキャパシタなどの素子の微細化を図れるようにな
る。

【００４４】本発明（請求項１，２）は、このような特
徴ある形状変化を特定したものである。図２８に、本発
明（請求項２）の溝を模式的に示す。

【００４５】また、図２９に、矩形の露光マスク、ＲＩ
Ｅを用いて形成した溝を模式的に示す。矩形の露光マス
クを用いても、現在の露光技術では露光ぼけにより、開
口部が楕円状のエッチングマスクが形成されてしまう。

【００４６】このエッチングマスクを用いたＲＩＥで
は、初期は基板は楕円形状にエッチングされるが、深く
掘るに従って基板の面方位依存性が現れるため、矩形形
状にエッチングされていく。

【００４７】したがって、ＲＩＥにより形成されたアス
ペクト比が１０以上の溝は、その上部（溝の深さの４／
５）では楕円状、下部（溝の深さの１／５）では矩形状
の断面を有している。

【００４８】ここで、溝下部の曲率半径の最小値は２５
ｎｍ以上であったが、本発明の減圧下の熱処理を施した
ところ、溝下部の曲率半径の最小値は１５０ｎｍ以上と
なることを確認した。

【００４９】すなわち、減圧下の熱処理により、最も尖
っている部分が丸まり、トレンチ溝の形状を電界集中の
起こり難い形状に変えられることを確認した。

【００５０】また、本発明（請求項６〜９）は、本発明
（請求項１，２）の溝をトレンチキャパシタのトレンチ
に用いたトレンチキャパシタの形成方法である。

【００５１】この場合、本発明（請求項７）のように、
ドーパントとしての不純物を含むガス雰囲気中での熱処
理により、つまり気相からの不純物拡散により不純物拡
散層（第１のキャパシタ電極）を形成することが好まし
い。

【００５２】この方法によれば、気相中から常に不純物
を溝内面に供給できるので、溝の径が小さくても（溝の
アスペクト比が高くても）、必要な不純物濃度を有する
不純物拡散層を容易に形成できる。

【００５３】また、減圧下の熱処理は、８５０℃以上１
２００℃以下で行うことが好ましい。その理由は、シリ
コン基板の場合、減圧下、８５０℃以上であれば、シリ
コンの表面拡散が生じ、また減圧下、１２００℃よりも
高い温度だと、溝が上下に***する現象が起こるからで
ある。

【００５４】また、減圧下の熱処理は、本発明（請求項
９）のように還元性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
これは半導体基板が酸化され、基板表面に酸化膜が形成
されると、半導体基板の構成元素の流動現象が妨げら
れ、溝の形状変化が抑制されるからである。

【００５５】ここで、減圧下の熱処理と、ドーパントと
しての不純物を含むガス雰囲気中での熱処理は、本発明
（請求項７）のように、連続的に行うことが好ましい。

【００５６】その理由は、基板表面に形成された自然酸
化膜を減圧下の熱処理の際に除去できるので、この自然
酸化膜が除去された状態を保持したまま、ドーパントと
しての不純物を含むガス雰囲気中での熱処理を行なえ
ば、自然酸化膜の除去工程を別途追加する必要がなく、
工程数の削減化を図れるからである。

【００５７】また、本発明（請求項３）のように溝の断
面形状が非対称になっていれば、同じ深さでも断面形状
が対称の場合に比べて溝の表面積が大きくなる。このた
め、例えばこのような非対称な溝をトレンチキャパシタ
のトレンチに適用すれば、微細化を進めても必要な容量
を確保できるようになる。

【００５８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。

【００５９】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係るトレンチキャパシタを示す図である。

【００６０】図中、１１はシリコン基板を示しており、
このシリコン基板１１上には薄いＳｉＯ₂ 膜１２を介し
てシリコン窒化膜１３およびＳｉＯ₂ 膜１４からなる絶
縁マスクが形成されている。

【００６１】また、シリコン基板１１にはアスペクト比
１０以上のトレンチ１５が形成されており、このトレン
チ１５の上部の側壁から絶縁マスクの側壁にかけてはカ
ラー絶縁膜１６が形成されている。トレンチ１５は、カ
ラー絶縁膜１６および上記絶縁マスクをエッチングマス
クに用いたＲＩＥにより形成したものである。

【００６２】図１（ｂ）に、図１（ａ）のトレンチ１５
のＸ−Ｘ´断面をシリコン基板１１の上から見た図を示
す。また、図１（ｃ）に、図１（ａ）のトレンチ１５の
Ｙ−Ｙ´断面をシリコン基板１１の上から見た図を示
す。

【００６３】図からカラー絶縁膜１６が形成されたとこ
ろのトレンチ１５の形状は、絶縁マスクに対応した四角
形であるが（なお、厳密には作用の項で説明したように
楕円形に近い）、カラー絶縁膜１６より下の位置のトレ
ンチ１５の形状は上記四角形よりも曲率半径の最小値が
大きい形である円形となっている。これは、後述する減
圧下での高温・水素雰囲気中の熱処理による結果であ
る。

【００６４】また、トレンチ１５の内面には、気相から
の不純物拡散により、容量電極（プレート電極）として
の高不純物濃度のｎ型不純物拡散層１７が形成されてい
る。そして、トレンチ１５の内部には、キャパシタ絶縁
膜１８（埋込み部材）を介して蓄積電極（ストレージノ
ード電極）としての砒素ドープトアモルファスシリコン
膜１９（埋込み部材）が埋め込み形成されている。

【００６５】次に本実施形態のキャパシタの形成方法に
ついて説明する。図２、図３にその工程断面図を示す。

【００６６】まず、図２（ａ）に示すように、シリコン
基板１１の表面に薄いＳｉＯ₂ 膜１２を形成した後、こ
のＳｉＯ₂ 膜１２上にシリコン窒化膜１３、ＳｉＯ₂ 膜
１４を順次形成する。

【００６７】次に図２（ｂ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜
１２、シリコン窒化膜１３、ＳｉＯ₂ 膜１４をパターニ
ングし、ＳｉＯ₂ 膜１２、シリコン窒化膜１３およびＳ
ｉＯ₂ 膜１４からなり、四角形の開口部を有する絶縁マ
スクを形成した後、これをエッチングマスクに用いて、
シリコン基板１１をエッチングし、深さ１．５μｍのト
レンチ２０を形成する。

【００６８】次に同図（ｂ）に示すように、トレンチ２
０の側壁に例えばＳｉ₃ Ｎ₄ からなるカラー絶縁膜１６
を形成する。このカラー絶縁膜１６はいわゆる側壁残し
技術により形成する。

【００６９】すなわち、トレンチ２０の側壁を覆うよう
に全面にカラー絶縁膜１６としての絶縁膜を堆積し、こ
の絶縁膜の全面をＲＩＥすることにより、トレンチ２０
の側壁に上記絶縁膜を選択的に残置させる。

【００７０】なお、以下の断面図では、ＳｉＯ₂ 膜１
２、シリコン窒化膜１３およびＳｉＯ₂ 膜１４を１つの
絶縁膜２１でまとめて示してある。

【００７１】次に図２（ｃ）に示すように、絶縁マスク
（シリコン窒化膜、ＳｉＯ₂ 膜）およびカラー絶縁膜１
６をエッチングマスクに用いてシリコン基板１１をエッ
チングし、シリコン基板１１に深さ７μｍのトレンチ１
５を形成する。

【００７２】図２（ｄ）に、図２（ｃ）のトレンチ１５
のＹ−Ｙ´断面をシリコン基板１１の上から見た図を示
す。この図から、この段階ではカラー絶縁膜１６より下
の位置のトレンチ１５の形状は、四角形であることが分
かる。

【００７３】次に自然酸化膜を除去するためにフッ化水
素水溶液によりシリコン基板１１を処理する。この後、
シリコン基板をチャンバ内に導入し、このチャンバ内に
水素のみを１０ｓｌｍ流し、圧力を３８０Ｔｏｒｒとし
た状態で、１０００℃、６００秒間の熱処理を行う。

【００７４】このとき、チャンバ内に導入するまでの間
に形成されたシリコン基板１１の表面の自然酸化膜が除
去され、基板表面のシリコンが露出するので、表面積が
最小になるようなシリコンの表面拡散が生じる。

【００７５】このようなシリコンの表面拡散により、ト
レンチ１５には、長径方向に関しては圧縮し、短径方向
に関しては伸縮するような変形が起こる。

【００７６】すなわち、熱処理後のトレンチ１５の形状
は、図２（ｃ）のトレンチ１５の形成時の形状（四角
形）を、曲率半径の最小値が大ききくなるように変形し
た形状（楕円形）となる。その結果、トレンチ１５は角
がとれて丸くなる。

【００７７】図４に、トレンチの長辺側から見た熱処理
前後のトレンチの断面を示す。図４（ａ）は熱処理前の
断面図、図４（ｂ）は熱処理後の断面図である。また、
図５に、トレンチの短辺側から見た熱処理前後のトレン
チの断面を示す。図５（ａ）は熱処理前の断面図、図５
（ｂ）は熱処理後の断面図である。

【００７８】また、図４、図５には、トレンチ表面の拡
大図も示してある。図から、ＲＩＥによりトレンチ１５
の内面に形成された凹凸は、熱処理により消滅している
ことが分かる。したがって、熱処理後は、トレンチ１５
の内面は、ラフネスの小さい滑らかな形状となる。

【００７９】上記条件の熱処理によりトレンチ形状を変
形させる前および変形させた後のトレンチを断面ＳＥＭ
により調べて見た。その結果を図６、図７に示す。図
６、図７はそれぞれ図４、図５に相当するものである。

【００８０】図６（ａ）、図７（ａ）から、トレンチ１
５は、ＲＩＥが進むにつれて、その形状は細くなる。し
かし、図６（ｂ）、図７（ｂ）から、減圧下の熱処理に
より、トレンチ１５は、その底部においては、底に近い
位置での断面面積のほうがより大きくなる領域を有する
ように変形していることが分かる。本発明（請求項２）
の１．１倍という値は、このＳＥＭの結果から求めたも
のである。

【００８１】このような形状変化により、埋込み部材の
埋込み形状を改善できる。これにより、例えば、トレン
チキャパシタなどの素子の微細化を図れるようになる。

【００８２】さらに、ＳＩＭ（Scanning Ion Microscop
e ）（ｔｉｌｔ角：３０°）により調べ、その結果を図
８、図９に示す。

【００８３】図８（ａ）は、熱処理前のトレンチの底か
らトレンチの深さの１／５の距離だけ離れた位置で、ト
レンチをその深さ方向に垂直な平面で切断して現れた
面、図８（ｂ）は熱処理後の面を示している。

【００８４】また、図９（ａ）は、熱処理前のトレンチ
の底からトレンチの深さの４／５の距離だけ離れた位置
で、トレンチをその深さ方向に垂直な平面で切断して現
れた面、図９（ｂ）は熱処理後の面を示している。

【００８５】また、図１０、図１１に、カラー絶縁膜１
６としてシリコン酸化膜を用いた場合における上記熱処
理前後のトレンチ１５の顕微鏡写真（断面ＳＥＭ）を示
す。図１０はトレンチ全体を示し、図１１はトレンチ中
央部分を示している。各図（ａ）は熱処理前、各図
（ｂ）は熱処理後を示している。図から、熱処理によっ
てトレンチ１５の表面がラフネスが小さく、滑らかな形
状となることが分かる。

【００８６】次に上記熱処理を行なったチャンバ内に水
素で１％に希釈されたＰＨ₃ （ホスフィン）を５００ｓ
ｃｃｍ流し、圧力を２００Ｔｏｒｒとした状態で、１１
００℃、３００秒間の熱処理を行なって、図３（ｅ）に
示すように、トレンチ１５の内面に、容量電極（プレー
ト電極）としての高不純物濃度のｎ型不純物拡散層１７
を形成する。

【００８７】ここで、上記２つの熱処理は連続的に行な
い、シリコン基板１１が大気に晒されないようにする。

【００８８】最後に、図３（ｆ）に示すように、トレン
チ１５の内面を覆うようにＳｉＯ₂等からなるキャパシ
タ絶縁膜１８を形成した後、トレンチ１５内に蓄積電極
（ストレージノード電極）としての砒素アモルファスシ
リコン膜１９を埋め込み形成し、トレンチキャパシタが
完成する。

【００８９】このようにして作成されたトレンチキャパ
シタの耐圧および従来のトレンチキャパシタの耐圧をＩ
−Ｖ測定により評価した。従来のトレンチキャパシタ
は、トレンチ形状の変形を行うための熱処理が施されて
いないものである。

【００９０】試料としては、１ｍｍ² 中に１０⁶ 個のト
レンチキャパシタを含み、これらのトレンチキャパシタ
を並列に接続したものを使用した。

【００９１】図１２に、試料のＪ−Ｖ特性の結果を示
す。図からリーク電流ｌｏｇ（Ｊg ）が１×１０^-8Ａ／
ｃｍ² となる電圧Ｖg を比較すると、従来のキャパシタ
からなる試料が２．２５Ｖであるのに対し、本実施形態
のトレンチキャパシタからなる試料は３Ｖであることが
分かる。すなわち、本実施形態のトレンチキャパシタ
は、従来のトレンチキャパシタよりも絶縁耐圧が高いこ
とが分かる。

【００９２】このように絶縁耐圧が改善された理由は、
熱処理により、トレンチ１５の形成時の形状（四角形）
が、曲率半径の最小値が大ききくなるような形状（円
形）に変化したこと、およびＲＩＥにより生じたトレン
チ１５の内面の凹凸が消滅したことから、電界集中が緩
和されたためと考えられる。

【００９３】また、従来および本実施形態の試料のそれ
ぞれの蓄積電極の埋め込み形状を調べたところ、従来の
試料のトレンチに中央部にはボイドが見られたのに対
し、本実施形態の試料にはボイドを見つけることはでき
なかった。

【００９４】したがって、本実施形態のトレンチキャパ
シタの場合、トレンチ１５内にボイドがないので、後工
程でＳＴＩを行う場合に、熱酸化により欠陥が生じると
いう問題は起こらない。

【００９５】ボイドが発生しなかった理由は、トレンチ
の形状が、その底に近い位置での断面面積のほうがより
大きくなる領域を有するように変形し、蓄積電極である
砒素ドープトアモルファスシリコン膜１９の埋め込みが
容易になったためと考えられる。

【００９６】なお、本実施形態では、前処理（自然酸化
膜除去）にフッ化水素水溶液を用いたが、塩酸水とオゾ
ン水との混合液を用いて約１．５ｎｍの薄い酸化膜を形
成した場合でも、その後のチャンバ内での熱処理によ
り、上記薄い酸化膜を自然酸化膜とともに除去すること
ができるので、本実施形態と同様の効果が得られる。

【００９７】また、本実施形態では、ｎ型不純物拡散層
１７を形成するための、ｎ型不純物を含むガス中での熱
処理の際に、ｎ型不純物源としてＰＨ₃ ガスを用いた
が、ＡｓＨ₃ （アルシン）ガスを用いても良い。また、
ＰＨ₃ ガスの希釈ガスとして、ＰＨ₃ の分解を抑制する
働きのある水素ガスを用いたが、Ｈｅガス等の他のガス
を用いても良い。

【００９８】また、本実施形態では、トレンチ形状を変
形させるための熱処理の際に、チャンバ内の圧力を８０
Ｔｏｒｒ、温度を１０００℃に設定したが、減圧下、８
５０℃以上であればシリコンの表面拡散が生じるので、
本実施形態の場合と同様にトレンチ形状の形状を変形さ
せることができる。

【００９９】シリコンの表面拡散は、圧力が低いほど、
温度が高いほど顕著となり、トレンチには大きな形状の
変化が生じる。そして、温度が１２００℃よりも高くな
ると、図１３に示すように、トレンチの底部が***する
現象が起こる。これはＳＥＭにより得たものである。

【０１００】したがって、シリコンの表面拡散を起こす
ための熱処理の温度は、１２００℃以下とする必要があ
る。なお、図１３は、トレンチを断面ＳＥＭにより調
べ、その結果を模写したものである。

【０１０１】なお、ＰＨ₃ ガスを流したガス雰囲気での
熱処理では、シリコンの表面拡散が抑制されることが分
かっており、したがって、最初に水素ガスだけを流し、
次にＰＨ₃ ガスのみを流す場合には、Ｐのドーピングし
ている間はトレンチ形状は変化せず、最初に水素ガスの
みを流した時点で得られる形状が、Ｐのドーピング後も
維持されることになる。

【０１０２】また、本実施形態では、シリコンの表面拡
散を生じせしめるために、水素ガスを流した場合につい
て説明したが、必ずしも水素ガスを流さなくてとも、減
圧下であれば、流動現象自体は起こる。

【０１０３】ここで、流動現象を効果的に引き起こすた
めには、シリコン基板の表面を酸化し、シリコンの表面
拡散を抑制する働きのある酸素ガスや水蒸気の分圧が低
い環境で、熱処理を行うことが好ましい。

【０１０４】しかしながら、本実施形態のように、水素
ガスを流すことで、水素の還元作用により、シリコンが
酸化されてＳｉＯ₂ となる反応が抑制される方向に向か
うので、シリコンを流動させやすくすることができる。

【０１０５】すなわち、酸素ガスや水蒸気の分圧が低く
ない環境であっても、シリコンとＳｉＯ₂ との酸化還元
反応において、還元が進む方向であれば、シリコンの表
面拡散は可能となる。

【０１０６】また、本実施形態の熱処理（ＰＨ₃ の気相
拡散）は、温度が１０００℃以上であれば、図１４に示
すように、表面のＰ濃度が１×１０²⁰ｃｍ^-3であるｎ型
不純物拡散層（プレート電極）１７が得られる。そし
て、このＰＨ₃ の気相拡散の場合、表面のＰ濃度は、図
１５に示すように、ＰＨ₃ ガス分圧に依存することが分
かっている。

【０１０７】なお、ｎ型不純物拡散層（プレート電極）
１７は、従来と同様に、ＡｓＳＧ膜の固相拡散によって
も形成できるが、この方法では、トレンチ径が微細化し
た際に、拡散種（Ａｓ）の供給がＡｓＳＧ膜の膜厚によ
って制限されてしまう。

【０１０８】しかし、本実施形態の気相拡散の方法は、
トレンチ径の縮小化が進んでも（アスペクト比が高くな
っても）、気相中から拡散種（Ｐ）をトレンチ表面に常
に供給できる。したがって、本実施形態によれば、トレ
ンチ径の縮小化が進んでも必要な量の不純物を含んだｎ
型不純物拡散層（プレート電極）１７を容易に形成でき
る。

【０１０９】また、気相拡散に対するトレンチ表面の酸
化膜の影響を調べてみた。その結果、酸化膜が存在する
場合には、拡散が抑制されることが分かった。したがっ
て、気相拡散を用いるためには、自然酸化膜を除去する
ことが好ましい。このような自然酸化膜の除去は、トレ
ンチ形状を変化させる際の水素雰囲気での高温熱処理に
より可能である。

【０１１０】したがって、本実施形態のように、トレン
チ形状を変形させるための熱処理と、ｎ型不純物拡散層
（プレート電極）１７を形成するための熱処理（ＰＨ₃
の気相拡散）とを同一チャンバ内で連続して行うことに
より、耐圧などの向上を図れると同時に、工程数の削減
化も図ることができる。

【０１１１】（第２の実施形態）図１６は、本発明の第
２の実施形態に係るトレンチキャパシタを示す断面図で
ある。

【０１１２】図中、３１はシリコン基板を示しており、
このシリコン基板３１上には薄いＳｉＯ₂ 膜３２を介し
てシリコン窒化膜３３およびＳｉＯ₂ 膜３４からなる絶
縁マスクが形成されている。

【０１１３】また、シリコン基板３１の表面には本発明
の特徴あるトレンチ３５が形成されている。このトレン
チ３５は、従来のトレンチとは異なり、トレンチ深さ方
向に対して垂直な法線を有する平面によりトレンチ３５
をその中心を通るように切断した場合に、トレンチ径の
中心に対して左右非対称な断面形状が存在するものであ
る。上記絶縁膜マスク３３，３４は、トレンチ３５をＲ
ＩＥにより形成する際にエッチングマスクとして用いら
れたものである。

【０１１４】トレンチ３５の上部の側壁にはカラー酸化
膜３６が形成されている。トレンチ３５の表面には、気
相からの不純物拡散により、容量電極（プレート電極）
としての高不純物濃度のｎ型不純物拡散層３７が形成さ
れている。そして、トレンチ３５の内部には、キャパシ
タ絶縁膜３８（埋込み部材）を介して蓄積電極（ストレ
ージノード電極）としての砒素ドープトアモルファスシ
リコン膜３９（埋込み部材）が埋め込み形成されてい
る。

【０１１５】このように構成されたトレンチキャパシタ
によれば、トレンチ３５が非対称な断面形状を有してい
るので、同じ深さでも断面形状が対称の場合（従来）に
比べてトレンチ３５の表面積が大きくなる。

【０１１６】したがって、同じ深さであっても従来より
も大きな容量が得られるため、トレンチ径が縮小した際
にも必要な容量を確保できるようになる。これにより、
例えばＤＲＡＭセルのさらなる高密度化を図れるように
なる。

【０１１７】次に本実施形態のトレンチキャパシタの形
成方法について説明する。図１７、図１８にその工程断
面図を示す。

【０１１８】まず、図１７（ａ）に示すように、シリコ
ン基板３１上に絶縁マスク４０を形成した後、この絶縁
マスク４０をエッチングマスクに用いて、シリコン基板
３１をＲＩＥ法にてパターニングすることにより、深さ
約７μｍのトレンチ３５ａを形成する。このトレンチ３
５ａの大きさは、例えば０．３μｍ×０．６μｍであ
る。この後、絶縁マスク４０を除去する。

【０１１９】次に減圧下、水素雰囲気中で第１の熱処理
を行う。このときの熱処理条件は、１１００℃、３８０
Ｔｏｒｒ、３ｍｉｎ、水素流量が１０ｓｌｍである。

【０１２０】このような熱処理を行うと、トレンチ３５
ａの表面の自然酸化膜が除去され、シリコンの表面拡散
が生じるため、表面積を最小にするようにトレンチ３５
ａの形状が変形する。その結果、図１７（ｂ）に示すよ
うに、トレンチ３５ａは、その底部から球形に近い形で
分離した形状となる。すなわち、トレンチ３５ａ内が局
所的にシリコンで充填され、トレンチ３５ａは複数の空
隙領域に分離される図１９に、第１の熱処理前後のトレ
ンチ３５ａの断面ＳＥＭ写真を示す。図１９（ａ）は熱
処理前、図１９（ｂ）は熱処理後の断面ＳＥＭ写真であ
る。図から、高温での熱処理により、トレンチ３５ａを
分離できることが確認された。

【０１２１】図２０〜図２２に、深さ７μｍのトレンチ
形状に対し各種条件下で第１の熱処理を行った結果を示
す。これらの図２０〜図２２は、図２３に示すトレンチ
断面（トレンチ３５ａを基板表面に平行な面で切断した
断面）において、短径をＸ、長径ＹとしたときのＸ／Ｙ
の温度依存性、圧力依存性、時間依存性をそれぞれ示し
ている。

【０１２２】なお、この結果はトレンチ３５ａの深さ６
μｍの位置における断面の形状から得たものである。ま
た、トレンチ形成直後のＸ／Ｙは３であり、図２０〜図
２２には断面が円となるＸ／Ｙ（＝１）までの温度、圧
力、時間がそれぞれ示されている。

【０１２３】図２０〜図２２から、トレンチ形状は温度
が高く、圧力が低く、時間が長いほど顕著に形状が変化
することが分かる。そして、最終的にはその断面形状が
円となる。ただし、さらに熱処理を継続した場合には、
トレンチ下方から分断されることを確認した。

【０１２４】この第１の熱処理によるトレンチ形状の変
化は、基板表面が酸化膜や窒化膜等により覆われている
ときには生じない。トレンチ形状を変化させるためには
これらの酸化膜や窒化膜等を除去した後、さらに装置内
で基板表面の自然酸化膜を除去しなければならない。

【０１２５】この自然酸化膜を除去するためには、装置
内の水蒸気分圧を十分に下げる必要がある。この水蒸気
分圧を下げるには、水素を流すことが有効であり、本実
施形態で示した実験（図２０〜図２２）も水素雰囲気中
で行っている。

【０１２６】このように水素雰囲気中（還元性雰囲気
中）であれば、表面の自然酸化膜を除去でき、トレンチ
形状を変化させることができる。ただし、水素１００％
の雰囲気では、安全性の観点からは爆発の危険性などの
問題があるため、還元性雰囲気が保てる範囲で不活性ガ
スとの混合ガスを用いることが好ましい。

【０１２７】次に図１７（ｃ）に示すように、１１００
℃の減圧、水素雰囲気中での第２の熱処理によって、シ
リコン基板３１の表面を滑らかにした後、６００℃まで
降温し、第２の熱処理を行ったのと同一チャンバー内に
て、つまり連続的に厚さ約１μｍのアンドープのアモル
ファスシリコン膜４１を全面に堆積する。

【０１２８】次にチャンバー内の温度を１１００℃まで
昇温し、同一チャンバー内で連続的に減圧、水素雰囲気
中で第３の熱処理を行うことによって、図１７（ｄ）に
示すように、基板表面を平坦化する。

【０１２９】この第３の熱処理により、アモルファスシ
リコン膜４１は固相成長により基板側からエピタキシャ
ル成長し、単結晶のシリコン膜となってシリコン基板３
１と一体化する。そして活性な基板表面のシリコン原子
は、基板表面が平坦となるように表面拡散によりマイグ
レーションする。

【０１３０】次に図１８（ｅ）に示すように、シリコン
基板３１上に薄いＳｉＯ₂ 膜３２を介してシリコン窒化
膜３３およびＳｉＯ₂ 膜３４からなる絶縁マスクを形成
する。

【０１３１】次に図１８（ｆ）に示すように、絶縁マス
ク３３，３４をマスクにしてＲＩＥ法にてシリコン基板
３１をパターニングして深さ約７μｍの深さのトレンチ
３５ｂを形成する。このとき、トレンチ３５ａと一部が
重なるようにトレンチ３５ｂを形成する。なお、トレン
チ３５ａ，３５ｂの位置合わせの方法については後述す
る。

【０１３２】図２４に、この段階のトレンチ３５ａ，３
５ｂのレイアウトを示す。これは基板上方から見たもの
である。図１８（ｆ）の断面は図２４のＡ−Ａ’断面図
に相当する。

【０１３３】なお、図２５（ａ），図２５（ｂ）に示す
ように、トレンチ３５ａから多少ずれた位置にトレンチ
３５ｂを形成しても良い。この場合、次工程の第４の熱
処理によりトレンチ同士を合体させることができるた
め、図２５（ｃ）に示すようなトレンチ３５が得られ
る。

【０１３４】次に図１８（ｇ）に示すように、トレンチ
３５ｂの上部の側壁にカラー酸化膜３６を形成した後、
トレンチ３５ａ，３５ｂの表面の自然酸化膜を除去する
ために減圧、水素雰囲気中で１０００℃の第４の熱処理
を行う。

【０１３５】この第４の熱処理により同図（ｇ）に示す
ように、トレンチ３５ａ，３５ｂの表面の凹凸が緩和さ
れて曲率半径の小さい部位が無くなり、これによりキャ
パシタの電界集中を緩和でき、耐圧の向上を図れる形状
のトレンチ３５が完成する。

【０１３６】また、図２５（ａ）に示したレイアウトで
トレンチ３５ａ，３５ｂを形成した場合も、図２５
（ｂ）、図２５（ｃ）の形状を経てトレンチの表面が滑
らかな形状に変化するため同様の効果を期待できる。

【０１３７】また、以上のようにして形成したトレンチ
３５は、通常のＲＩＥにより側壁を垂直に形成したトレ
ンチと比較して大きな表面積を持つため、キャパシタ面
積の増大を図ることができ、これによりキャパシタ容量
の増大を図ることができる。

【０１３８】次に図１８（ｈ）に示すように、同一のチ
ャンバー内でウエハを大気に晒すことなく連続して、Ｐ
Ｈ₃ （ホスフィン）やＡｓＨ₃ （アルシン）等のｎ型不
純物を含むガス雰囲気中での気相からの不純物拡散によ
り、トレンチ３５の表面に容量電極（プレート電極）と
しての高不純物濃度のｎ型不純物拡散層３７を形成す
る。

【０１３９】最後に、同図（ｈ）に示すように、ｎ型不
純物拡散層３７上にＳｉＯ2 等からなるキャパシタ絶縁
膜３８を形成した後、トレンチ３５の内部に蓄積電極
（ストレージノード電極）としての砒素ドープトアモル
ファスシリコン膜３９を埋め込むんで、トレンチキャパ
シタが完成する。

【０１４０】次にトレンチ３５ａ，３５ｂの位置合わせ
の方法について説明する。

【０１４１】例えば図２６（ａ）に示すように、トレン
チ３５ａの形成時に、トレンチキャパシタの形成領域外
に、トレンチ３５ａよりも径が大きくかつ浅いトレンチ
３５' を形成しておくことで、図２６（ｂ）に示すよう
に、トレンチ３５ａを形成した領域の表面を平坦化する
工程で、トレンチ３５' を形成した領域の表面は平坦化
されず、トレンチ３５' が窪みの形で残るので、これを
合わせマークに用いることにより、トレンチ３５ａと一
部が重なり合ったトレンチ３５ｂを形成することができ
る。

【０１４２】図２７に、トレンチ３５ａ，３５ｂの他の
位置合わせの方法を示す工程図を示す。

【０１４３】この場合、第１の熱処理の後（図２７
（ａ））に、図２７（ｂ）に示すように、シリコン基板
３１上の絶縁マスク４０をパターニングして、トレンチ
キャパシタの形成領域外に、絶縁物からなるマーク４０
ａを形成する。

【０１４４】次に図２７（ｃ）に示すように、全面にア
モルファスシリコン膜４１を堆積する。

【０１４５】次に図２７（ｄ）に示すように、図１７
（ｄ）の工程と同様に熱処理によりアモルファスシリコ
ン膜４１を単結晶化するとともに、表面を平坦化した
後、エッチバックまたはＣＭＰ等により表面を後退させ
てマーク４０ａの表面を露出させる。このとき、マーク
４０ａをストッパに用いる。マーク４０ａの露出面は絶
縁物であり、シリコンとは光学的性質が異なるので、ト
レンチ３５ｂを形成する際の合わせマークとして用いる
ことができる。

【０１４６】なお、本実施形態では、図１７（ｃ）の工
程で、アンドープのアモルファスシリコン膜４１を堆積
したが、ｎ型やｐ型の不純物を含んだアモルファスシリ
コン膜を堆積しても良い。

【０１４７】このような不純物を含んだアモルファスシ
リコン膜を堆積して形成したトレンチキャパシタを例え
ばＤＲＡＭのキャパシタに用いれば、ＭＯＳトランジス
タのチャネル領域のキャリヤ濃度を制御することができ
る。

【０１４８】また、本発明の減圧下での熱処理によるシ
リコンの表面拡散は一般には８５０℃以上であれば生じ
るが、熱処理温度を１１００℃よりも高くすると、トレ
ンチの底部側の方が図１９に示したように***してしま
う。したがって、トレンチを分離させるための第１の熱
処理は１１００℃以上、トレンチ内部の表面の凹凸を緩
和させるための第２〜第４の熱処理は８５０℃以上１１
００℃以下とする必要がある。

【０１４９】なお、ｎ型不純物拡散層（プレート電極）
３７を形成するために用いたＰＨ₃（ホスフィン）やＡ
ｓＨ₃ （アルシン）を流した雰囲気中では、熱処理によ
る表面拡散が抑制される。

【０１５０】そのため、ＰＨ₃ やＡｓＨ₃ を流し、Ｐや
Ａｓをドーピングしている際には、トレンチ３５の形状
は変化せず、水素のみを流した時点で得られる形状がｎ
型不純物拡散層（プレート電極）３７のドーピング後も
維持される。

【０１５１】なお、本実施形態では、シリコンの表面拡
散を生じせしめるために水素を流したが、必ずしも水素
を流さなくとも、減圧下でかつシリコン表面を酸化して
シリコンの表面拡散を抑止する働きのある酸素ガスや水
蒸気等の酸化性ガスの分圧が低い雰囲気中であれば、流
動現象自体は起きる。

【０１５２】しかしながら、水素を流すことで、酸素や
水蒸気の分圧が低くなくても、水素の還元作用により、
Ｓｉが酸化されてＳｉＯ₂ となる反応が抑止される方向
に向かうので、Ｓｉを流動させやすくすることができ
る。したがって、ＳｉとＳｉＯ₂ との酸化還元反応にお
いて、還元反応が進む方向であれば、Ｓｉの流動は可能
となる。

【０１５３】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではない。例えば、上記実施形態では、溝がトレン
チキャパシタのトレンチの場合について説明したが、本
発明はＳＴＩなどにおける素子分離溝にも適用できる。
この場合、以下のような効果が得られる。

【０１５４】本発明によれば、溝の底部の角部が特に丸
くなるが、溝の上部の角部も丸くなる。このため、素子
分離溝の埋込みが不十分で、素子分離溝の上部側壁が露
出し、そこにゲート電極が配設された場合における、ゲ
ート電圧による電界集中を緩和することができる。

【０１５５】このような電界集中の緩和により、ゲート
耐圧の向上を図ることができ、さらに、埋込みが不十分
なところのトランジスタが先にオンするという問題も解
決できる。また、溝の角部が丸くなることにより、素子
分離絶縁膜の埋込みが容易になる。

【０１５６】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。

【０１５７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、表
面に溝が形成された半導体基板を減圧下で熱処理し、上
記溝の形状を変形させることにより、表面に素子の微細
化に有用な形状の溝が形成された半導体基板を有する半
導体装置を実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るトレンチキャパ
シタを示す図

【図２】図１のトレンチキャパシタの形成方法の前半を
示す工程断面図

【図３】図１のトレンチキャパシタの形成方法の後半を
示す工程断面図

【図４】トレンチの長辺側から見た熱処理前後のトレン
チの断面を模式的に示す図

【図５】トレンチの短辺側から見た熱処理前後のトレン
チの断面を模式的に示す図

【図６】トレンチの長辺側から見た熱処理前後のトレン
チの断面の顕微鏡写真

【図７】トレンチの短辺側から見た熱処理前後のトレン
チの断面の顕微鏡写真

【図８】トレンチ底からトレンチの深さの１／５の距離
だけ離れた位置で、トレンチをその深さ方向に垂直な平
面で切断して現れた面の熱処理前後の顕微鏡写真

【図９】トレンチ底からトレンチの深さの４／５の距離
だけ離れた位置で、トレンチをその深さ方向に垂直な平
面で切断して現れた面の熱処理前後の顕微鏡写真

【図１０】カラー絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いた
場合における熱処理前後のトレンチ全体の断面形状を示
す顕微鏡写真

【図１１】カラー絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いた
場合における熱処理前後のトレンチ中央部分の断面形状
を示す顕微鏡写真

【図１２】図１のトレンチキャパシタからなる試料およ
び従来のトレンチキャパシタからなる試料のそれぞれの
Ｊ−Ｖ特性を示す図

【図１３】熱処理温度が１２００℃よりも高い場合のト
レンチの断面の顕微鏡写真

【図１４】図１のトレンチキャパシタのｎ型不純物拡散
層（プレート電極）のＰ濃度分布を示す図

【図１５】ｎ型不純物拡散層（プレート電極）のＰ濃度
分布のＰＨ₃ ガス分圧の依存性を示す図

【図１６】本発明の第２の実施形態に係るトレンチキャ
パシタを示す断面図

【図１７】図１６のトレンチキャパシタの形成方法の前
半を示す工程断面図

【図１８】図１６のトレンチキャパシタの形成方法の後
半を示す工程断面図

【図１９】第１の熱処理前後のトレンチ断面の顕微鏡写
真

【図２０】第１の熱処理に関してのトレンチ断面形状
（Ｘ／Ｙ）の温度依存性を示す図

【図２１】第１の熱処理に関してのトレンチ断面形状
（Ｘ／Ｙ）の圧力依存性を示す図

【図２２】第１の熱処理に関してのトレンチ断面形状
（Ｘ／Ｙ）の時間依存性を示す図

【図２３】トレンチ断面形状（Ｘ／Ｙ）を説明するため
の図

【図２４】トレンチのレイアウトを示す平面図

【図２５】トレンチの他のレイアウトを示す平面図およ
び断面図、ならびに第４の熱処理後のトレンチを示す断
面図

【図２６】トレンチの位置合わせ方法を示す工程断面図

【図２７】トレンチの他の位置合わせ方法を示す工程断
面図

【図２８】本発明の溝を模式的に示す図

【図２９】矩形の露光マスク、ＲＩＥを用いて形成した
溝を模式的に示す図

【符号の説明】

１１…シリコン基板 １２…ＳｉＯ₂ 膜 １３…シリコン窒化膜 １４…ＳｉＯ_{2 膜} １５…トレンチ １６…カラー絶縁膜 １７…ｎ型不純物拡散層（プレート電極） １８…キャパシタ絶縁膜（埋込み絶縁膜） １９…砒素ドープトアモルファスシリコン膜（埋込み部
材） ２０…トレンチ ２１…絶縁膜（ＳｉＯ₂ 膜／シリコン窒化膜／ＳｉＯ₂
膜） ３１…シリコン基板 ３２…ＳｉＯ₂ 膜 ３３…シリコン窒化膜 ３４…ＳｉＯ₂ 膜 ３５…トレンチ ３５ａ…トレンチ（第１の溝） ３５ｂ…トレンチ（第２の溝） ３５’…トレンチ（マーク） ３６…カラー酸化膜 ３７…ｎ型不純物拡散層（プレート電極） ３８…キャパシタ絶縁膜（埋込み絶縁膜） ３９…砒素ドープトアモルファスシリコン膜（埋込み部
材） ４０…絶縁マスク ４０ａ…マーク ４１…アモルファスシリコン膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井場 淳一郎 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に溝が形成された半導体基板と、前記
   溝の内部を埋め込む埋込み部材とを有する半導体装置で
   あって、 前記溝をその深さ方向に平行な法線を有する第１の平面
   で切断した場合の前記溝の断面を第１の断面とし、前記
   溝をその深さ方向に平行な法線を有し、かつ前記第１の
   平面よりも前記溝の底に近い第２の平面で切断した場合
   の前記溝の断面を第２の断面としたときに、 第１の断面の面積が第２の断面の面積よりも小さく、か
   つ第１の断面における曲率半径の最小値が第２の断面に
   おける曲率半径の最小値よりも小さいという条件を満た
   す第１および第２の断面が存在することを特徴とする半
   導体装置。
2. 【請求項２】表面にアスペクト比が１０以上の溝が形成
   された半導体基板と、前記溝の内部を埋め込む埋込み部
   材とを有する半導体装置であって、 前記溝の底から前記溝の開口方向に前記溝の深さの４／
   ５の距離だけ離れた位置で、前記溝をその深さ方向に平
   行な法線を有する第１の平面で切断した場合の前記溝の
   断面を第１の断面とし、前記溝の底から前記溝の開口方
   向に前記溝の深さの１／５の距離だけ離れた位置で、前
   記溝をその深さ方向に平行な法線を有する第２の平面で
   切断した場合の前記溝の断面を第２の断面としたとき
   に、 前記第２の断面の長径を前記第２の断面の短径で割った
   値が、前記第１の断面の長径を前記第１の断面の短径で
   割った値の１．１倍よりも小さいという条件を満たすこ
   とを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】表面に溝が形成された半導体基板と、前記
   溝の内部を埋め込む埋込み部材とを有する半導体装置で
   あって、 前記溝の深さ方向に垂直な法線を有する平面により前記
   溝をその中心を通るように切断した場合に、前記溝径の
   中心に対して左右非対称な断面形状が存在することを特
   徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】前記溝は、トレンチキャパシタのトレン
   チ、または素子分離溝であることを特徴とする請求項１
   ないし請求項３に記載の半導体装置。
5. 【請求項５】半導体基板の表面に溝を形成する工程と、 減圧下での処理により前記溝の形状を変形させ、請求項
   １または請求項２に記載の条件を満たす第１および第２
   の断面を有する溝を形成する工程と、 前記溝の内部を埋込み部材により埋め込む工程とを有す
   ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】半導体基板の表面に溝を形成する工程と、 減圧下での熱処理により前記溝の形状を変形させ、請求
   項１または請求項２に記載の条件を満たす第１および第
   ２の断面を有する溝を形成する工程と、 前記溝の内面に不純物を拡散させることにより、前記溝
   の内面に第１のキャパシタ電極としての不純物拡散層を
   形成する工程と、 前記溝の内部をキャパシタ絶縁膜を介して第２のキャパ
   シタ電極により埋め込む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。
7. 【請求項７】ドーパントとしての不純物を含むガス雰囲
   気中での熱処理により、前記ガス雰囲気中の前記不純物
   を前記溝の内面に拡散させることにより、前記不純物拡
   散層を形成することを特徴とする請求項６に記載の半導
   体装置の製造方法。
8. 【請求項８】前記減圧下の熱処理と、前記ドーパントと
   しての不純物を含むガス雰囲気中での熱処理とを同一の
   真空容器内で連続的に行うことを特徴とする請求項７に
   記載の半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】前記減圧下の熱処理を前記半導体基板の表
   面が還元されるガス雰囲気中で行うことを特徴とする請
   求項６に記載の半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】半導体基板の表面に第１の溝を形成する
    工程と、 減圧下での第１の熱処理により前記第１の溝を分離させ
    る工程と、 前記半導体基板の表面に第２の溝を形成する工程と、 前記減圧下での第２の熱処理により、前記第１および第
    ２の溝を請求項３に記載の条件を満たす断面形状を有す
    る溝に変える工程と、 この溝の内部を埋込み部材により埋め込む工程とを有す
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。