JP2000208509A - 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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度享 金
Chuhan Ri
柱範 李
Heikin Ko
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トレンチエッチングマスクが半導体基板に与
えるストレスを最小化できる半導体装置の製造方法を提
供する。 【解決手段】 半導体基板上に新しいＰＥ−ＳｉＮ膜が
蒸着される。ＰＥ−ＳｉＮ膜は望ましくはＳｉＨ4の流
量が６．０×１０-5ｍ3／ｍｉｎ以下である時にＳｉＨ4
とＮＨ3との流量比が２：１〜１：３の範囲を有するよ
うに形成されることにより、高温で形成されるＬＰ−Ｓ
ｉＮ膜と同一にＳｉ−Ｈボンディングをほとんど有しな
い膜質で形成される。このようにして熱的ストレス変化
が最小化された膜質のＰＥ−ＳｉＮ膜を形成することに
より、後続熱処理時ＰＥ−ＳｉＮ膜のポピングが防止で
き、シリコン窒化膜が半導体基板及び半導体基板上に形
成された半導体素子に与えるストレスを最小化できる。
又、トレンチエッチングマスクとＬＰ−ＳｉＮ膜で形成
されるライナーのエッチング率の差によりライナーデン
トを最小化できる。

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
方法に関するものであり、より詳しくは後続熱処理工程
に対して安定な新しいＰＥ−ＳｉＮ（ＰＥＣＶＤ Ｓｉ
ｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）膜を使用する半導体装置
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１〜図６は、従来のＬＰ−ＳｉＮ膜を
用いたゲート形成方法の工程を順次に示す断面図であ
る。図１〜図４を参照すると、従来のＬＰ−ＳｉＮ（Ｌ
ＰＣＶＤ ＳｉｌｉｃｏｎＮｉｔｒｉｄｅ）膜を用いた
タングステンシリサイド膜（ＴｕｎｇｓｔｅｎＳｉｌｉ
ｃｉｄｅ ｌａｙｅｒ）を有するゲート形成方法は先
ず、半導体基板２上にゲート酸化膜（ｇａｔｅ ｏｘｉ
ｄｅ ｌａｙｅｒ）（図示せず）が形成される。
【０００３】ゲート酸化膜上にゲート導電膜４、６であ
って、ポリシリコン膜４及びポリシリコン膜より抵抗が
低い低抵抗（ｌｏｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）導電膜の
タングステンシリサイド膜６が順次に蒸着される。そし
て、タングステンシリサイド膜６上にゲートマスク層の
ＬＰ−ＳｉＮ膜８、酸化膜１０、及び反射防止膜（ａｎ
ｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）（図示せ
ず）が順次に蒸着される。
【０００４】その後、図５でのように、反射防止膜上に
ゲートパターンを形成するためのフォトレジストパター
ン１２が形成される。フォトレジストパターン１２をマ
スクとして使用して反射防止膜、酸化膜１０、及びＬＰ
−ＳｉＮ膜８が順次にエッチングされた後、フォトレジ
ストパターン１２が除去される。その後、ＬＰ−ＳｉＮ
膜８をマスクとして使用してタングステンシリサイド膜
６及びポリシリコン膜４が順次にエッチングされて図６
に示すように、ゲート１４が形成される。
【０００５】後続工程に、ゲートスペーサ形成のための
膜質特に、高温酸化膜（ＨＴＯ；ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅ
ｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ膜）蒸着工程時、酸素により
タングステンシリサイド膜６の側壁にハンプ（ｈｕｍ
ｐ）が発生することを防止するためこの分野でよく知ら
れたハンプ処理工程即ち、一種の後続熱処理工程が遂行
され、続いてゲートポリ酸化工程（ｇａｔｅ ｐｏｌｙ
ｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ；ＧＰｏｘ ｐｒ
ｏｃｅｓｓ）が遂行される。
【０００６】その後、ゲート１４両側壁に絶縁膜スペー
サ（ｓｐａｃｅｒ）（図示せず）が形成される。
【０００７】絶縁膜スペーサはＨＴＯ膜又はＬＰ−Ｓｉ
Ｎ膜で形成される。
【０００８】一方、素子が高集積化されることにより、
素子の速度（ｓｐｅｅｄ）を向上させるための目的でワ
ードライン（ｗｏｒｄ ｌｉｎｅ）とビットライン（ｂ
ｉｔｌｉｎｅ）とに使用されるタングステンシリサイド
膜をチタンシリサイド膜（Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｓｉｌｉ
ｃｉｄｅ ｌａｙｅｒ）又はタングステン膜（ｔｕｎｇ
ｓｔｅｎ ｌａｙｅｒ）で代替する研究が進行されてい
る。これはチタンシリサイド膜又はタングステン膜がタ
ングステンシリサイド膜よりさらに低い比抵抗（ｒｅｓ
ｉｓｔｉｖｉｔｙ）を有するからである。
【０００９】しかし、ゲート導電膜４、６上に蒸着され
るＬＰ−ＳｉＮ膜８又は酸化膜１０として主に使用され
るＨＴＯ膜等の形成による高いサーマルバジット（ｈｉ
ｇｈｔｈｅｒｍａｌ ｂｕｄｇｅｔ）の影響で、チタン
シリサイド膜又はタングステン膜が変形される問題点が
発生される。従って、これら膜を用いることには限界が
ある。
【００１０】より詳しくは、例えばゲート導電膜として
チタンシリサイドを使用し、ゲートマスク層としてＬＰ
−ＳｉＮ膜を使用する場合、ＬＰ−ＳｉＮ膜をマスクと
して使用してチタンシリサイド膜をエッチングする時チ
タンシリサイド膜が部分的に、そして選択的にエッチン
グされる現象が発生する。これはＬＰ−ＳｉＮ膜形成等
による高いサーマルバジットの影響でチタンシリサイド
膜が変形されたからである。
【００１１】チタンシリサイド膜の変形は例えば、チタ
ンシリサイド膜が局部的に氷山のように上がる一種のア
グロメレーション（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）現象
に現れる。
【００１２】その結果、ゲート導電膜エッチング後活性
領域（ａｃｔｉｖｅ ｒｅｇｉｏｎ）上に半導体基板が
エッチングされて発生されるピッチング（ｐｉｔｔｉｎ
ｇ）現象及びゲート以外の領域にゲート電極物質がエッ
チングされずに残る残留物（ｒｅｓｉｄｕｅ）現象が発
生される
【００１３】このような問題点を解決するために、ＬＰ
−ＳｉＮ膜より低温で蒸着される即ち、サーマルバジッ
トが低いＰＥ−ＳｉＮ膜をゲートマスク層として使用し
た。
【００１４】しかし、従来のＰＥ−ＳｉＮ膜をゲートマ
スク層として使用することにおいて、ＰＥ−ＳｉＮ膜と
ゲート電極膜との間にリフティング（ｌｉｆｔｉｎｇ）
が発生される。リフティングは例えば、ゲートマスク層
を使用してゲート導電膜をエッチングする時ゲートマス
ク層とゲート導電膜との界面部位にアンダーカットが発
生された状態で後続洗浄工程が進行された時発生され
る。
【００１５】しかし何よりも、従来ＰＥ−ＳｉＮ膜を使
用する場合、ハンプ処理工程〜ゲートポリ酸化工程等の
後続熱処理工程時図７に示すように、ＰＥ−ＳｉＮ膜が
張り裂けるポピング（ｐｏｐｐｉｎｇ）現象が発生され
る。参照番号２０はＰＥ−ＳｉＮ膜が形成された部分で
ＰＥ−ＳｉＮ膜がポピングされて所々下部膜が露出され
ることを見られる。そして、参照番号２１に示したよう
に、ポピングされたＰＥ−ＳｉＮ膜の屑がＰＥ−ＳｉＮ
膜の形成された領域と隣接した領域に散在されているこ
とを見られる。このようなポピング現象が発生すると後
続工程が不可能である。
【００１６】図８は、従来のＰＥ−ＳｉＮ膜の後続熱処
理に対するストレス変化を示すグラフであって、このよ
うな従来のＰＥ−ＳｉＮ膜の特性はポピング現象の原因
になる。図８に対する説明は本発明の実施形態で図１６
と比較して詳細に叙述しようとする。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、温度
変化によるストレス変化が小さい膜質特性の新しいＰＥ
−ＳｉＮ膜が形成できる半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。本発明の他の目的は、温度変化によるス
トレス変化が小さい膜質特性の新しいＰＥ−ＳｉＮ膜で
ゲートマスク層を形成することにより、後続熱処理時ゲ
ートマスク層のポピングが防止できる半導体装置の製造
方法を提供することにある。本発明のさらに他の目的
は、温度変化によるストレス変化が小さい膜質特性の新
しいＰＥ−ＳｉＮ膜でトレンチエッチングマスクを形成
することにより、トレンチ隔離膜緻密化アニーリング工
程時トレンチエッチングマスクが半導体基板に与えるス
トレスが最小化できる半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための本発明によると、シリコン窒化膜蒸着工程を含む
半導体装置の製造方法は、シリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ
Ｈｚ）蒸着工程を含む半導体装置の製造方法において、
シリコン窒化膜をＰＥＣＶＤ（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎ
ｃｅｄ ＣＶＤ）方法で蒸着し、シリコン窒化膜内の水
素（Ｈ）の組成（ｚ）を所定値以下になるようにして後
続熱処理に対するシリコン窒化膜のストレス変化を最小
化させる。
【００１９】前述した目的を達成するための本発明によ
ると、シリコン窒化膜マスクを使用する半導体装置の製
造方法は、シリコン窒化膜マスクを使用してシリコン窒
化膜マスク下部の物質膜をエッチングする半導体装置の
製造方法において、シリコン窒化膜マスクは、ＰＥＣＶ
Ｄ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）方法で
シリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙＨｚ）を蒸着及びパターニ
ングして形成され、シリコン窒化膜はシリコン窒化膜内
の水素（Ｈ）の組成（ｚ）を所定値以下になるようにし
て後続熱処理に対するシリコン窒化膜のストレス変化を
最小化させる。
【００２０】前述した目的を達成するための本発明によ
ると、トレンチ隔離を有する半導体装置の製造方法は、
第１シリコン窒化膜で形成されたマスクを使用して半導
体基板をエッチングして形成されたトレンチと、トレン
チ内壁に第２シリコン窒化膜で形成されたライナー（ｌ
ｉｎｅｒ）を含むトレンチ隔離を有する半導体装置の製
造方法において、第１シリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙＨ
ｚ）はＰＥＣＶＤ方法で蒸着し、第１シリコン窒化膜内
の水素（Ｈ）の組成（ｚ）を所定値以下になるようにし
て後続熱処理に対する第１シリコン窒化膜のストレス変
化を最小化させる。
【００２１】図１５及び図１６を参照すると、本発明に
実施形態による新たな半導体装置の製造方法は、Ｓｉ−
Ｈボンディング（ｂｏｎｄｉｎｇ）をほとんど有しない
即ち、熱的ストレス変化が最小化された膜質のＰＥ−Ｓ
ｉＮ膜を形成する。この際、新しいＰＥ−ＳｉＮ膜（Ｓ
ｉｘＮｙＨｚ）は水素（Ｈ）の組成（ｚ）が０．３５以
下になる。これで、後続熱処理時ＰＥ−ＳｉＮ膜のポピ
ングが防止でき、シリコン窒化膜が半導体基板及び半導
体基板上に形成された半導体素子に与えるストレスが最
小化できる。又、トレンチエッチングマスクを新しいＰ
Ｅ−ＳｉＮ膜で形成することにより、トレンチエッチン
グマスクによる活性領域が受けるストレスが最小化でき
るだけではなく、トレンチエッチングマスクとＬＰ−Ｓ
ｉＮ膜で形成されるライナーのエッチング率の差により
ライナーデント（ｌｉｎｅｒ ｄｅｎｔ）が最小化でき
る。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、図４〜図８を参照して本発
明の実施例を詳細に説明する。 （第１実施例）図９〜図１４は本発明の第１実施例によ
る新しいＰＥ−ＳｉＮ膜を用いたゲート形成方法の工程
を順次に示す断面図である。本発明によるゲートマスク
層の新しいＰＥ−ＳｉＮ膜は従来のＰＥ−ＳｉＮ膜と違
って、Ｓｉ−Ｈボンディングをほとんど有しない膜質で
形成される。図９及び図１０を参照すると、本発明の第
１実施例によるＰＥ−ＳｉＮ膜１０６を用いたゲート形
成方法は先ず、半導体基板１００上にゲート酸化膜（図
示せず）が形成される。ゲート酸化膜はシリコン酸化膜
（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）形成方法〜窒化酸化膜
（ｎｉｔｒｉｄｅｄ ｏｘｉｄｅ）形成方法で形成され
る。
【００２３】ゲート酸化膜上にゲート電極膜１０２、１
０４即ち、ポリシリコン膜１０２及び低抵抗導電膜１０
４が順次に蒸着される。低抵抗導電膜１０４は例えば、
耐火金属（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｍｅｔａｌ）、耐火
金属シリサイド（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｍｅｔａｌ
ｓｉｌｉｃｉｄｅ）、又は耐火金属窒化物（ｒｅｆｒａ
ｃｔｏｒｙ ｍｅｔａｌ ｎｉｔｒｉｄｅ）等が使用で
きる。
【００２４】耐火金属としてはタングステン（Ｗ）、タ
ンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔ
ｉ）、及びコバルト（Ｃｏ）等があり、耐火金属シリサ
イドとしてはタングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）、タ
ンタルシリサイド（ＴａＳｉｘ）、モリブデンシリサイ
ド（ＭｏＳｉｘ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）、
及びコバルトシリサイド（ＣｏＳｉｘ）等がある。そし
て、耐火金属窒化物としてはタングステン窒化膜（ＷＮ
ｘ）、タンタル窒化膜（ＴａＮｘ）、及びチタン窒化膜
（ＴｉＮｘ）等がある。
【００２５】図１１において、低抵抗導電膜１０４上に
ゲートマスク層の新しいＰＥ−ＳｉＮ膜１０６が蒸着さ
れる。新しいＰＥ−ＳｉＮ膜１０６は次のような条件で
蒸着される。新しいＰＥ−ＳｉＮ膜１０６を形成するた
めのシリコンソースガスとしてはＳｉＨ4及びＳｉＨ2Ｃ
ｌ2のうち、少なくとも一つ以上が使用され、窒素ソー
スガスはＮＨ3及びＮ2のうち、少なくとも一つ以上が使
用される。
【００２６】このように、水素（Ｈ）を含むシリコンソ
ースガス又は窒素ソースガスを使用することにより、結
果的に形成されるＰＥ−ＳｉＮ膜は水素（Ｈ）成分を含
む。
【００２７】新しいＰＥ−ＳｉＮ膜１０６は例えば、Ｓ
ｉＨ4、ＮＨ3、及びＮ2ガスを使用して形成される。こ
の際、ＳｉＨ4は２．０×１０-5ｍ3／ｍｉｎ（２０ｓｃ
ｃｍ）〜１．０×１０-4ｍ3／ｍｉｎ（１００ｓｃｃ
ｍ）の流量（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）範囲内で使用され、
ＮＨ3は２．０×１０-5ｍ3／ｍｉｎ〜３．０×１０-5ｍ
3／ｍｉｎ（２０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍ）の流量範
囲内で使用され、Ｎ2は１．０×１０-3ｍ3／ｍｉｎ〜
６．０×１０-3ｍ3／ｍｉ（１０００ｓｃｃｍ〜６００
０ｓｃｃｍ）の流量範囲内で使用される。ここで、ｓｃ
ｃｍは流量単位で、ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃ
ｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅの略字で
ある。
【００２８】望ましくは、ＳｉＨ4は６．０×１０-5ｍ3
／ｍｉｎ（６０ｓｃｃｍ）以下の流量例えば、４．５×
１０-5ｍ3／ｍｉｎ（４５ｓｃｃｍ）の流量として使用
され、ＮＨ3は４．５×１０-5ｍ3／ｍｉｎ（４５ｓｃｃ
ｍ）以下の流量として使用され、Ｎ2は５．０×１０-3
ｍ3／ｍｉｎ（５０００ｓｃｃｍ）の流量として使用さ
れる。ＳｉＨ4ガスが６．０×１０-5ｍ3／ｍｉｎ（６０
ｓｃｃｍ）以下である時、ＳｉＨ4とＮＨ3との比は２：
１〜１：３の範囲を有するようにする。ここで、Ｎ2ガ
スは反応ガスとしても使用されるが、主に反応ガスを運
搬するキャリヤーガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）とし
て使用される。
【００２９】この際、新しいＰＥ−ＳｉＮ膜１０６を蒸
着するためのパワー（ｐｏｗｅｒ）条件は３００Ｗ〜８
００Ｗで、望ましくは４００Ｗ〜５００Ｗの範囲内であ
り、圧力（ｐｒｅｓｓｕｒｅ）条件は６６７Ｐａ〜９３
３Ｐａ（５ｔｏｒｒ〜７ｔｏｒｒ）、望ましくは、８０
０Ｐａ（６ｔｏｒｒ）であり、温度条件は３００℃〜６
００℃、望ましくは４００℃〜５５０℃の範囲内であ
る。
【００３０】特に、ＳｉＨ4ガスの流量及びパワーは従
来（ＳｉＨ4：３．０×１０-4ｍ3／ｍｉｎ（３００ｓｃ
ｃｍ）、パワー：８００Ｗ）に比べて減少されたことで
ある。
【００３１】この条件で蒸着された新しいＰＥ−ＳｉＮ
膜１０６はＳｉｘＮｙＨｚの組成を有する膜であって、
この際水素（Ｈ）の組成（ｚ）は０．３５以下であり望
ましくは０．２５以下になる。新しいＰＥ−ＳｉＮ膜１
０６は例えば、Ｓｉ3Ｎ3.75Ｈ0.25の組成を有する膜で
ある。一方、従来方法により形成されたＰＥ−ＳｉＮ膜
は水素（Ｈ）の組成（ｚ）が０．３５より大きくなり、
例えば、Ｓｉ3Ｎ3.33Ｈ0.67の組成を有する膜である。
一方、ＬＰ−ＳｉＮ膜は７００℃以上の高温で形成され
てソースガスが完全分解されるのでＳｉ3Ｎ4の組成を有
する。
【００３２】前述した条件で、新しいＰＥ−ＳｉＮ膜１
０６は１５００Å／ｍｉｎ以下の蒸着率であり、望まし
くは１１００Å／ｍｉｎの蒸着率を有するように形成さ
れる。これは従来ＰＥ−ＳｉＮ膜の蒸着率の１／５程度
で減少されたことである。
【００３３】図１２において、新しいＰＥ−ＳｉＮ膜１
０６上に酸化膜１０８が蒸着される。酸化膜１０８はＨ
ＴＯ膜、ＰＥ−ＳｉＨ4酸化膜、またはＰＥ−ＴＥＯＳ
酸化膜のうち、いずれか一つで形成される。
【００３４】酸化膜１０８上に反射防止膜（例えば、Ｓ
ｉｘＯｙＮｚ）（図示せず）が形成された後、反射防止
膜上にゲートをパターニングするためのフォトレジスト
パターン１１０が形成される。（図１３）フォトレジス
トパターン１１０をマスクとして使用して反射防止膜、
酸化膜１０８、及び新しいＰＥ−ＳｉＮ膜１０６が順次
にエッチングされた後、フォトレジストパターン１１０
が除去される。その後、新しいＰＥ−ＳｉＮ膜１０６を
マスクとして使用してゲート電極膜１０２、１０４がエ
ッチングされる。その結果、図１４に示すように、ゲー
ト１１２が形成される。
【００３５】後続工程に、従来と同一に、ハンプ処理工
程及びゲートポリ酸化工程が順次に遂行される。ハンプ
処理工程及びゲートポリ酸化工程は各々例えば、６５０
℃及び９００℃で遂行される。続いて、ゲート両側壁に
絶縁膜スペーサ（図示せず）が形成される。
【００３６】この際、絶縁膜スペーサはステップカバレ
ージが優秀なＨＴＯ膜又はＬＰ−ＳｉＮ膜等で形成でき
るが、本発明による新しいＰＥ−ＳｉＮ膜で形成するこ
とも可能である。
【００３７】図１５は、従来の方法により形成されたＰ
Ｅ−ＳｉＮ膜と、本発明により形成された新しいＰＥ−
ＳｉＮ膜内のボンディングをＦＴＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔ
ｒｏｓｃｏｐｙ）で分析したグラフである。
【００３８】ＦＴＩＲは、この分野でよく知られたサン
プル（ｓａｍｐｌｅ）内の化学的ボンド（ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ ｂｏｎｄｓ）を分析する方法で、入射赤外線輻射
（ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｒａｄｉａｔ
ｉｏｎ）がサンプル内に存在する化学的ボンドにより選
択的に吸収されることを用いた分析方法である。
【００３９】図１５を参照すると、先ず従来ＰＥ−Ｓｉ
Ｎ膜の場合、Ｓｉ−Ｈボンディングが確然存在すること
が分かり（参照番号１２２）、本発明による新しいＰＥ
−ＳｉＮ膜の場合、Ｓｉ−Ｈボンディングがほとんど存
在しないことが分かる。（参照番号１２４）
【００４０】一方、図１５に示す従来のＬＰ−ＳｉＮ膜
の場合（参照番号１２０）もＳｉ−Ｈボンディングがほ
とんど存在しないものの、従来技術で前述したようにＬ
Ｐ−ＳｉＮ膜が高温で形成されることにより下部導電膜
に良くない影響を与える短所を有する。
【００４１】図８及び図１６は、各々従来のＰＥ−Ｓｉ
Ｎ膜と本発明による新しいＰＥ−ＳｉＮ膜の後続熱処理
に対するストレス変化を示すグラフである。図８を参照
すると、従来ＰＥ−ＳｉＮ膜に対して温度を次第に増加
させた場合（ｈｅａｔｉｎｇ）のストレス変化グラフ
（参照番号１２６）は蒸着温度の４００℃付近で圧縮応
力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ）から引張
応力（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｓｓ）へ変化されるこ
とを示す。又、温度が増加することにより引張応力が急
激に大きくなって８５０℃である時、約１．００×１０
9Ｐａ（１．００Ｅ＋１０ｄｙｎｅ／ｃｍ2）の引張応力
を有することを示す。
【００４２】逆に、ＰＥ−ＳｉＮ膜に対して温度を次第
に減少させる場合（ｃｏｏｌｉｎｇ）のストレス変化グ
ラフ（参照番号１２８）は約６５０℃から引張応力が変
化されることと同時にその応力が大きくなって約５５０
℃である時、約約１．３０×１０9Ｐａ（１．３０Ｅ＋
１０ｄｙｎｅ／ｃｍ2）の引張応力を有することを示
す。
【００４３】図１６において、本発明による新しいＰＥ
−ＳｉＮ膜に対して温度を次第に増加させた場合のスト
レス変化グラフ（参照番号１３０）は５００℃付近で引
張応力が変化され始めるが、急激に変化されずに、８５
０℃である時従来に比べて非常に低い約５．００×１０
8Ｐａ（５．００Ｅ＋０９ｄｙｎｅ／ｃｍ2）の引張応力
を有することを示す。
【００４４】逆に、新しいＰＥ−ＳｉＮ膜に対して温度
を次第に減少させた場合のストレス変化グラフ（参照番
号１３２）は６００℃から引張応力が変化されることと
同時にその応力が大きくなるものの、５００℃で約６．
００×１０8Ｐａ（６．００Ｅ＋０９ｄｙｎｅ／ｃｍ2）
に非常に大きくはならないことを示す。
【００４５】しかし、何よりも本発明において、温度を
次第に増加させた場合と次第に減少させた場合の新しい
ＰＥ−ＳｉＮ膜のストレス変化幅（△Ｓ２、４００℃）
は従来のＰＥ−ＳｉＮ膜のストレス変化幅（△Ｓ１、４
００℃）に比べて相当に縮まることが分かる。これは新
しいＰＥ−ＳｉＮ膜が従来ＰＥ−ＳｉＮ膜に比べて後続
熱処理工程に対してさらに安定的なことを示す。
【００４６】新しいＰＥ−ＳｉＮ膜の蒸着温度を４００
℃〜５５０℃の範囲内で設定して膜質の変化を調べた結
果、蒸着温度が増加されば増加されるほどストレス側面
で安定的であり、分析結果大きな差はなかったが、Ｎ−
Ｈボンディングが減少されることを確認した。又、４０
０℃〜５５０℃範囲内の全ての条件に対して各々６５０
℃及び９００℃の熱処理を遂行した結果、従来のような
ＰＥ−ＳｉＮ膜が張り裂ける現象のポピング現象はなか
った。ここで、６５０℃はハンプ処理工程温度であり、
９００℃はゲートポリ酸化工程温度である。
【００４７】要約すると、新しいＰＥ−ＳｉＮ膜が従来
ＰＥ−ＳｉＮ膜に比べて後続熱処理工程に対してさらに
安定的であり、これは新しいＰＥ−ＳｉＮ膜内部のＳｉ
−Ｈボンディングがほとんど存在しないからである。
【００４８】図１７は、本発明の第１実施例による新し
いＰＥ−ＳｉＮ膜を使用した時ポピング現象を有しない
周辺回路領域（ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ ｃｉｒｃｕｉｔ
ｒｅｇｉｏｎ）を示す写真である。
【００４９】従来のＰＥ−ＳｉＮ膜を使用した時図７で
のように、後続高温熱処理即ち、ハンプ処理工程（６５
０℃）〜ゲートポリ酸化工程（９５０℃）によりＰＥ−
ＳｉＮ膜がポピングされる現象が発生されるものの、本
発明による新しいＰＥ−ＳｉＮ膜を使用した時は図１７
でのように、ポピング現象が発生されないことが分か
る。
【００５０】（第２実施例）図１８〜図２０は、本発明
の第２実施例による新しいＰＥ−ＳｉＮ膜をエッチング
マスクとして使用するトレンチ隔離の製造方法の工程を
順次に示す断面図である。図１８を参照すると、本発明
の第２実施例による新しいＰＥ−ＳｉＮ膜をエッチング
マスクとして使用するトレンチ隔離の製造方法は先ず、
図示しないパッド酸化膜（ｐａｄ ｏｘｉｄｅ）が形成
された半導体基板２００上にトレンチ形成のため活性領
域が遮られるエッチングマスク２０２が形成される。こ
の際、エッチングマスク２０２は本発明による新しいＰ
Ｅ−ＳｉＮ膜で形成される。
【００５１】新しいＰＥ−ＳｉＮ膜は、第１実施例で叙
述したような膜質で形成され、ここでは新しいＰＥ−Ｓ
ｉＮ膜に対する詳細な言及は重複を避けるため略する。
【００５２】エッチングマスク２０２を使用して半導体
基板２００がエッチングされてトレンチ２０４が形成さ
れる。その後、トレンチエッチングにより発生した基板
損傷を除去するため酸化工程が遂行されてトレンチ内壁
にシリコン酸化膜（図示せず）が形成される。
【００５３】トレンチ内壁を含んでエッチングマスク２
０２上にトレンチ内壁の酸化を防止することを主目的に
するライナー２０６が形成される。ライナー２０６は、
エッチングマスク２０２と相異なるエッチング率を有す
るＬＰ−ＳｉＮ膜で形成される。
【００５４】ライナー２０６上にトレンチ２０４が完全
に充填されるようにトレンチ隔離膜２０８が蒸着され
る。トレンチ隔離膜２０８は例えば、ＵＳＧ（Ｕｎｄｏ
ｐｅｄＳｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜及びＵＳＧ膜
のストレス（ｓｔｒｅｓｓ）を緩和させるためのＰＥ−
ＴＥＯＳ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｔｅｔｒ
ａ Ｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）酸化
膜が順次に積層された多層膜で形成される。トレンチ隔
離膜２０８を緻密化（ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）す
る熱処理工程が遂行された後図１９でのように、エッチ
ングマスク２０２の上部が露出されるようにトレンチ隔
離膜２０８がＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉ
ｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程等で平坦化エッチン
グされる。
【００５５】この際、エッチングマスク２０２を新しい
ＰＥ−ＳｉＮ膜で形成することにより、熱処理工程遂行
時エッチングマスク２０２による活性領域が受けるスト
レスは最小化される。これは新しいＰＥ−ＳｉＮ膜の温
度変化によるストレス変化が従来ＰＥ−ＳｉＮ膜より相
対的に小さいからである。
【００５６】最後に、エッチングマスク２０２が燐酸ス
トリップ（ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃａｃｉｄ）工程で除去
されると、図２０に示すように、トレンチ隔離（ｔｒｅ
ｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）２１０が完成される。
【００５７】新しいＰＥ−ＳｉＮ膜は、活性領域が受け
るストレスを最小化するだけではなく、燐酸ストリップ
工程時新しいＰＥ−ＳｉＮ膜によるエッチングマスク２
０２がＬＰ−ＳｉＮ膜によるライナー２０６よりさらに
早くエッチングされるので、トレンチ隔離形成時問題点
によく知られたライナーデント現象が最小化される。
【００５８】新しいＰＥ−ＳｉＮ膜の燐酸に対するエッ
チング率は１２０Å／ｍｉｎであり、ＬＰ−ＳｉＮ膜の
エッチング率は４５Å／ｍｉｎである。この際従来のＰ
Ｅ−ＳｉＮ膜のエッチング率は新しいＰＥ−ＳｉＮ膜と
ＬＰ−ＳｉＮ膜とのエッチング率の中間程度になる。
【００５９】本発明は、前述したような第１及び第２実
施例以外にもＰＥＣＶＤ方法で蒸着されるシリコン窒化
膜形成工程を含む全ての半導体装置の製造方法に適用さ
れ、特にシリコン窒化膜形成後、後続高温熱処理工程が
遂行される全ての半導体装置の製造方法に適用される。
【００６０】
【発明の効果】本発明は、ＰＥ−ＳｉＮ膜を、望ましく
はＳｉＨ4が６．０×１０-5ｍ3／ｍｉｎ（６０ｓｃｃ
ｍ）以下である時にＳｉＨ4とＮＨ3との比が２：１〜
１：３の範囲を有するように形成することにより、Ｓｉ
−Ｈボンディングをほとんど有しない即ち、熱的ストレ
ス変化が最小化された膜質のＰＥ−ＳｉＮ膜を形成す
る。この際、シリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙＨｚ）の水素
（Ｈ）の組成（ｚ）が０．３５以下になる。これで、後
続の熱処理時にＰＥ−ＳｉＮ膜のポピングが防止でき、
シリコン窒化膜が半導体基板及び半導体基板上に形成さ
れた半導体素子に与えるストレスを最小化できる効果が
ある。又、トレンチエッチングマスクを新しいＰＥ−Ｓ
ｉＮ膜で形成することにより、トレンチエッチングマス
クによる活性領域が受けるストレスを最小化できるだけ
ではなく、トレンチエッチングマスクとＬＰ−ＳｉＮ膜
で形成されるライナーのエッチング率の差によりライナ
ーデントを最小化できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＬＰ−ＳｉＮ膜を用いたゲート形成方法
の工程を順次に示す断面図である。
【図２】従来のＬＰ−ＳｉＮ膜を用いたゲート形成方法
の工程を順次に示す断面図である。
【図３】従来のＬＰ−ＳｉＮ膜を用いたゲート形成方法
の工程を順次に示す断面図である。
【図４】従来のＬＰ−ＳｉＮ膜を用いたゲート形成方法
の工程を順次に示す断面図である。
【図５】従来のＬＰ−ＳｉＮ膜を用いたゲート形成方法
の工程を順次に示す断面図である。
【図６】従来のＬＰ−ＳｉＮ膜を用いたゲート形成方法
の工程を順次に示す断面図である。
【図７】従来のＰＥ−ＳｉＮ膜を使用した時発生される
ポピング現象を有する周辺回路領域を示す写真代用図で
ある。
【図８】従来のＰＥ−ＳｉＮ膜の後続熱処理に対するス
トレス変化を示すグラフである。
【図９】本発明の第１実施例による新しいＰＥ−ＳｉＮ
膜を用いたゲート形成方法の工程を順次に示す断面図で
ある。
【図１０】本発明の第１実施例による新しいＰＥ−Ｓｉ
Ｎ膜を用いたゲート形成方法の工程を順次に示す断面図
である。
【図１１】本発明の第１実施例による新しいＰＥ−Ｓｉ
Ｎ膜を用いたゲート形成方法の工程を順次に示す断面図
である。
【図１２】本発明の第１実施例による新しいＰＥ−Ｓｉ
Ｎ膜を用いたゲート形成方法の工程を順次に示す断面図
である。
【図１３】本発明の第１実施例による新しいＰＥ−Ｓｉ
Ｎ膜を用いたゲート形成方法の工程を順次に示す断面図
である。
【図１４】本発明の第１実施例による新しいＰＥ−Ｓｉ
Ｎ膜を用いたゲート形成方法の工程を順次に示す断面図
である。
【図１５】従来の方法により形成されたＰＥ−ＳｉＮ膜
と、本発明により形成された新しいＰＥ−ＳｉＮ膜内の
ボンディングをＦＴＩＲで分析したグラフである。
【図１６】本発明による新しいＰＥ−ＳｉＮ膜の後続熱
処理に対するストレス変化を示すグラフである。
【図１７】本発明の第１実施例による新しいＰＥ−Ｓｉ
Ｎ膜を使用した時ポピング現象を有しない周辺回路領域
を示す写真代用図である。
【図１８】本発明の第２実施例による新しいＰＥ−Ｓｉ
Ｎ膜をエッチングマスクとして使用するトレンチ隔離の
製造方法の工程を順次に示す断面図である。
【図１９】本発明の第２実施例による新しいＰＥ−Ｓｉ
Ｎ膜をエッチングマスクとして使用するトレンチ隔離の
製造方法の工程を順次に示す断面図である。
【図２０】本発明の第２実施例による新しいＰＥ−Ｓｉ
Ｎ膜をエッチングマスクとして使用するトレンチ隔離の
製造方法の工程を順次に示す断面図である。
【符号の説明】
２，１００，２００ 半導体基板 ４，１０２ ポリシリコン膜 ６，１０４ 低抵抗導電膜 ８ ＰＥ−ＳｉＮ膜 １０，１０８ マスク酸化膜 １２，１１０ フォトレジストパターン １４，１１２ ゲート １０６ 新しいＰＥ−ＳｉＮ膜 ２０２ トレンチエッチングマスク ２０４ トレンチ ２０６ ライナー ２０８ トレンチ隔離膜 ２１０ トレンチ隔離

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコン窒化膜蒸着工程を含む半導体装
    置の製造方法において、 前記シリコン窒化膜をＰＥＣＶＤ方法で蒸着し、シリコ
    ン窒化膜内の水素の組成を所定値以下になるようにして
    後続熱処理に対するシリコン窒化膜のストレス変化を最
    小化させることを特徴とするシリコン窒化膜蒸着工程を
    含む半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記シリコン窒化膜内の水素の組成が
    ０．３５以下であることを特徴とする請求項１に記載の
    シリコン窒化膜蒸着工程を含む半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記シリコン窒化膜を形成するためのシ
    リコンソースガスはＳｉＨ4及びＳｉＨ2Ｃｌ2のうち、
    少なくとも一つ以上であり、窒素ソースガスはＮＨ3及
    びＮ2のうち、少なくとも一つ以上であることを特徴と
    する請求項１に記載のシリコン窒化膜蒸着工程を含む半
    導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記シリコン窒化膜は、ＳｉＨ4、Ｎ
    Ｈ3、及びＮ2ガスを使用して形成され、前記ＳｉＨ4と
    ＮＨ3との比が２：１〜１：３の範囲を有することを特
    徴とする請求項１に記載のシリコン窒化膜蒸着工程を含
    む半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記ＳｉＨ4は、３．５×１０-5ｍ3／ｍ
    ｉｎ〜６．０×１０ -5ｍ3／ｍｉｎの範囲内で使用され
    ることを特徴とする請求項４に記載のシリコン窒化膜蒸
    着工程を含む半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記シリコン窒化膜形成のためのパワ
    ー、圧力、及び温度は、各々３００Ｗ〜８００Ｗの範
    囲、６６７Ｐａ〜９３３Ｐａの範囲、及び３００℃〜６
    ００℃の範囲を有することを特徴とする請求項１に記載
    のシリコン窒化膜蒸着工程を含む半導体装置の製造方
    法。
  7. 【請求項７】 前記シリコン窒化膜を形成するためのシ
    リコンソースガス及び窒素ソースガスは、各々ＳｉＨ4
    及びＮＨ3であり、ＳｉＨ4とＮＨ3との各々は２．０×
    １０-5ｍ3／ｍｉｎ〜１．０×１０-4ｍ3／ｍｉｎ及び
    ２．０×１０-5ｍ 3／ｍｉｎ〜３．０×１０-4ｍ3／ｍｉ
    ｎの流量範囲内で使用され、この際シリコン窒化膜を形
    成するためのパワーは、３００Ｗ〜８００Ｗの範囲を有
    することを特徴とする請求項１に記載のシリコン窒化膜
    蒸着工程を含む半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記シリコン窒化膜は、１５００Å／ｍ
    ｉｎ以下の蒸着率を有することを特徴とする請求項１に
    記載のシリコン窒化膜蒸着工程を含む半導体装置の製造
    方法。
  9. 【請求項９】 シリコン窒化膜マスクを使用してシリコ
    ン窒化膜マスク下部の物質膜をエッチングする半導体装
    置の製造方法において、 前記シリコン窒化膜マスクは、ＰＥＣＶＤ方法でシリコ
    ン窒化膜を蒸着及びパターニングして形成され、前記シ
    リコン窒化膜はシリコン窒化膜内の水素の組成を所定値
    以下になるようにして後続熱処理に対するシリコン窒化
    膜のストレス変化を最小化させることを特徴とするシリ
    コン窒化膜マスクを使用する半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記シリコン窒化膜内の水素の組成が
    ０．３５以下であることを特徴とする請求項９に記載の
    シリコン窒化膜マスクを使用する半導体装置の製造方
    法。
  11. 【請求項１１】 前記物質膜は、耐火金属、耐火金属シ
    リサイド、または耐火金属窒化物のうち、いずれか一つ
    で形成されることを特徴とする請求項９に記載のシリコ
    ン窒化膜マスクを使用する半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記物質膜は、タングステン、タンタ
    ル、モリブデン、チタン、コバルト、タングステンシリ
    サイド、タンタルシリサイド、モリブデンシリサイド、
    チタンシリサイド、コバルトシリサイド、タングステン
    窒化膜、タンタル窒化膜、またはチタン窒化膜のうち、
    いずれか一つであることを特徴とする請求項１１に記載
    のシリコン窒化膜マスクを使用する半導体装置の製造方
    法。
  13. 【請求項１３】 前記シリコン窒化膜マスク上に酸化膜
    が付加的に形成されることを特徴とする請求項９に記載
    のシリコン窒化膜マスクを使用する半導体装置の製造方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記酸化膜は、ＨＴＯ膜、ＰＥ−Ｓｉ
    Ｈ4酸化膜、またはＰＥ−ＴＥＯＳ酸化膜のうち、いず
    れか一つであることを特徴とする請求項１３に記載のシ
    リコン窒化膜マスクを使用する半導体装置の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記酸化膜上に反射防止膜が付加的に
    形成されることを特徴とする請求項１３に記載のシリコ
    ン窒化膜マスクを使用する半導体装置の製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記シリコン窒化膜を形成するための
    シリコンソースガスは、ＳｉＨ4及びＳｉＨ2Ｃｌ2のう
    ち、少なくとも一つ以上であり、窒素ソースガスは、Ｎ
    Ｈ3及びＮ2のうち、少なくとも一つ以上であることを特
    徴とする請求項９に記載のシリコン窒化膜マスクを使用
    する半導体装置の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記シリコン窒化膜は、ＳｉＨ4、Ｎ
    Ｈ3、及びＮ2ガスを使用して形成され、前記ＳｉＨ4と
    ＮＨ3との比が２：１〜１：３の範囲を有することを特
    徴とする請求項９に記載のシリコン窒化膜マスクを使用
    する半導体装置の製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記ＳｉＨ4は、３．５×１０-5ｍ3／
    ｍｉｎ〜６．０×１０-5ｍ3／ｍｉｎの範囲内で使用さ
    れることを特徴とする請求項１７に記載のシリコン窒化
    膜マスクを使用する半導体装置の製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記シリコン窒化膜形成のためのパワ
    ー、圧力、及び温度は、各々３００Ｗ〜８００Ｗの範
    囲、６６７Ｐａ〜９３３Ｐａの範囲、及び３００℃〜６
    ００℃の範囲を有することを特徴とする請求項９に記載
    のシリコン窒化膜マスクを使用する半導体装置の製造方
    法。
  20. 【請求項２０】 前記シリコン窒化膜を形成するための
    シリコンソースガス及び窒素ソースガスは、各々ＳｉＨ
    4及びＮＨ3であり、ＳｉＨ4とＮＨ3との各々は２．０×
    １０-5ｍ3／ｍｉｎ〜１．０×１０-4ｍ3／ｍｉｎ及び
    ２．０×１０-5ｍ3／ｍｉｎ〜３．０×１０-4ｍ3／ｍｉ
    ｎの流量範囲内で使用され、この際シリコン窒化膜を形
    成するためのパワーは、３００Ｗ〜８００Ｗの範囲を有
    することを特徴とする請求項９に記載のシリコン窒化膜
    マスクを使用する半導体装置の製造方法。
  21. 【請求項２１】 前記物質膜のエッチング結果で形成さ
    れる物質膜パターンの両側壁に絶縁膜スペーサを形成す
    る段階を付加的に含むことを特徴とする請求項９に記載
    のシリコン窒化膜マスクを使用する半導体装置の製造方
    法。
  22. 【請求項２２】 前記絶縁膜スペーサは、ＬＰ−ＳｉＮ
    膜及びＨＴＯ膜のうち、いずれか一つにより形成される
    ことを特徴とする請求項２１に記載のシリコン窒化膜マ
    スクを使用する半導体装置の製造方法。
  23. 【請求項２３】 前記絶縁膜スペーサは、ＰＥＣＶＤ方
    法によるシリコン窒化膜で形成され、このシリコン窒化
    膜内の水素の組成は０．３５以下であることを特徴とす
    る請求項２１に記載のシリコン窒化膜マスクを使用する
    半導体装置の製造方法。
  24. 【請求項２４】 第１シリコン窒化膜で形成されたマス
    クを使用して半導体基板をエッチングして形成されたト
    レンチと、トレンチ内壁に第２シリコン窒化膜で形成さ
    れたライナーとを含むトレンチ隔離を有する半導体装置
    の製造方法に置いて、 前記第１シリコン窒化膜はＰＥＣＶＤ方法で蒸着し、第
    １シリコン窒化膜内の水素の組成を所定値以下になるよ
    うにして後続熱処理に対する第１シリコン窒化膜のスト
    レス変化を最小化させることを特徴とするトレンチ隔離
    を有する半導体装置の製造方法。
  25. 【請求項２５】 前記第１シリコン窒化膜内の水素の組
    成が０．３５以下であることを特徴とする請求項２４に
    記載のトレンチ隔離を有する半導体装置の製造方法。
  26. 【請求項２６】 前記第１シリコン窒化膜は、Ｓｉ
    Ｈ4、ＮＨ3、及びＮ2ガスを使用して形成され、前記Ｓ
    ｉＨ4とＮＨ3との比が２：１〜１：３の範囲を有するこ
    とを特徴とする請求項２４に記載のトレンチ隔離を有す
    る半導体装置の製造方法。
  27. 【請求項２７】 前記ＳｉＨ4は、３．５×１０-5ｍ3／
    ｍｉｎ〜６．０×１０-5ｍ3／ｍｉｎの範囲内で使用さ
    れることを特徴とする請求項２６に記載のトレンチ隔離
    を有する半導体装置の製造方法。
  28. 【請求項２８】 前記第２シリコン窒化膜は、ＬＰＣＶ
    Ｄ方法で蒸着されることを特徴とする請求項２４に記載
    のトレンチ隔離を有する半導体装置の製造方法。
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