JP2007110071A - Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2007110071A
JP2007110071A JP2006122579A JP2006122579A JP2007110071A JP 2007110071 A JP2007110071 A JP 2007110071A JP 2006122579 A JP2006122579 A JP 2006122579A JP 2006122579 A JP2006122579 A JP 2006122579A JP 2007110071 A JP2007110071 A JP 2007110071A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
semiconductor device
trench
manufacturing
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006122579A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsutaka Katada
満孝 堅田
Hiroyuki Yamane
宏幸 山根
Hiroshi Otsuki
浩 大槻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2006122579A priority Critical patent/JP2007110071A/en
Publication of JP2007110071A publication Critical patent/JP2007110071A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device and the semiconductor device which can improve the film quality of an insulating film. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the semiconductor device 100 having the gate of a MOS (Metal-Oxide Semiconductor) structure has: a vapor phase oxidation step of forming a gas phase oxide film 31 on a semiconductor substrate 10 by a vapor growth; and an additional thermal oxidation step of thermally oxidizing the formation of the gas phase oxide film 31 after the vapor phase oxidation step, and forming a thermal oxidation film 32 between a gas phase oxide film 30 and the semiconductor substrate 10. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関し、特にMOS構造のゲートを有する半導体装置、キャパシタを有する半導体装置、不揮発性メモリを有する半導体装置の製造方法及び半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a MOS structure gate, a semiconductor device having a capacitor, and a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device having a nonvolatile memory.

従来、例えばMOS構造のトレンチゲートを有する半導体装置において、ゲート耐圧を確保するために、熱酸化膜とCVD酸化膜とを積層してゲート絶縁膜とする方法が開示されている(例えば特許文献1,2参照)。   Conventionally, in a semiconductor device having, for example, a MOS structure trench gate, a method of stacking a thermal oxide film and a CVD oxide film to form a gate insulating film is disclosed in order to secure a gate breakdown voltage (for example, Patent Document 1). , 2).

特許文献1においては、トレンチ形成後、ゲート絶縁膜として、トレンチの内部表面と不純物領域の最上部に熱酸化により熱酸化膜(第一の絶縁膜)を形成し、熱酸化膜の表面上に気相成長(CVD)によりCVD酸化膜(第二の絶縁膜)を形成する。そして、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する。   In Patent Document 1, after forming the trench, a thermal oxide film (first insulating film) is formed by thermal oxidation on the inner surface of the trench and the uppermost portion of the impurity region as a gate insulating film, and on the surface of the thermal oxide film. A CVD oxide film (second insulating film) is formed by vapor deposition (CVD). Then, a gate electrode is formed through the gate insulating film.

また、特許文献2においては、特許文献1に示すCVD酸化膜形成後、両酸化膜を含むゲート絶縁膜をアニールし、ゲート電極を形成する。
特開平7−245400号公報 特開2001−85686号広報
In Patent Document 2, after forming the CVD oxide film shown in Patent Document 1, the gate insulating film including both oxide films is annealed to form a gate electrode.
JP 7-245400 A JP 2001-85686 A

しかしながら、特許文献1に示される製造方法によると、形成された半導体装置においてCVD酸化膜は緻密化されておらず、その組成はストイキオメトリックな状態(化学的な量論状態)からずれている。すなわち、膜中にキャリアのトラップとなるダングリングボンド(未結合手)が存在する。これにより、ゲート絶縁膜の膜質(耐圧、寿命等)が低下する。   However, according to the manufacturing method disclosed in Patent Document 1, the CVD oxide film is not densified in the formed semiconductor device, and its composition is shifted from the stoichiometric state (chemical stoichiometric state). . That is, dangling bonds (unbonded hands) that serve as carrier traps exist in the film. As a result, the film quality (breakdown voltage, lifetime, etc.) of the gate insulating film is lowered.

特許文献2に示される製造方法によると、ゲート絶縁膜形成後にアニールするので、CVD酸化膜は緻密化される。しかしながら、CVD酸化膜中のダングリングボンド(未結合手)が残ったまま緻密化される恐れがある。また、熱酸化膜形成とアニールの少なくとも2つの加熱工程を必要とする。   According to the manufacturing method disclosed in Patent Document 2, annealing is performed after forming the gate insulating film, so that the CVD oxide film is densified. However, there is a risk of densification with dangling bonds (unbonded hands) remaining in the CVD oxide film. Further, at least two heating steps of thermal oxide film formation and annealing are required.

本発明は上記問題点に鑑み、絶縁膜の膜質を向上できる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することを目的としている。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device capable of improving the quality of an insulating film.

上記目的を達成する為に、請求項1〜32に記載の発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。先ず請求項1に記載の発明は、半導体基板上に、気相成長法により気相酸化膜を形成する気相酸化工程と、気相酸化工程後、気相酸化膜の形成部位を熱酸化する追加熱酸化工程を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention described in claims 1 to 32 relates to a method of manufacturing a semiconductor device. In the first aspect of the present invention, a vapor phase oxidation step for forming a vapor phase oxide film on a semiconductor substrate by a vapor phase growth method, and after the vapor phase oxidation step, a formation site of the vapor phase oxide film is thermally oxidized. An additional thermal oxidation step is provided.

本発明によると、気相酸化膜形成後に熱酸化を実施する。したがって、熱酸化雰囲気中の酸素又は水蒸気が、緻密化される前の気相酸化膜を介して半導体基板を構成するシリコン(Si)と気相酸化膜(SiO)との界面に拡散し、Siと反応して酸化膜を追加形成することができる。これにより、Si−SiO界面を、気相酸化膜形成時よりもSi側に移動させ、絶縁膜を所定の膜厚とすることができる。また、界面準位密度を熱酸化による酸化膜並みとし、良好な界面特性を得ることができる。さらには、上記と並行して、熱酸化雰囲気中の酸素又は水蒸気が気相酸化膜中のダングリングボンド(未結合手)と反応し、気相酸化膜をストイキオメトリックな状態(化学的な量論状態)とすることができる。すなわち、気相酸化膜中のトラップを低減することができる。したがって、絶縁膜の膜質を向上することができる。 According to the present invention, thermal oxidation is performed after the formation of the vapor phase oxide film. Therefore, oxygen or water vapor in the thermal oxidation atmosphere diffuses to the interface between silicon (Si) and the gas phase oxide film (SiO 2 ) constituting the semiconductor substrate via the gas phase oxide film before being densified, An oxide film can be additionally formed by reacting with Si. Thereby, the Si—SiO 2 interface can be moved to the Si side rather than the time of forming the vapor-phase oxide film, and the insulating film can have a predetermined film thickness. Further, the interface state density is set to the level of an oxide film formed by thermal oxidation, and good interface characteristics can be obtained. Further, in parallel with the above, oxygen or water vapor in the thermal oxidation atmosphere reacts with dangling bonds (unbonded hands) in the gas phase oxide film, and the gas phase oxide film is in a stoichiometric state (chemically). Stoichiometric state). That is, traps in the vapor phase oxide film can be reduced. Therefore, the film quality of the insulating film can be improved.

また、熱酸化を気相酸化の後工程とすることで、気相酸化膜をストイキオメトリックな状態にするとともに界面特性を向上するようにしている。すなわち、製造工程を簡素化している。   In addition, by making thermal oxidation a post-process of vapor phase oxidation, the vapor phase oxide film is brought into a stoichiometric state and the interface characteristics are improved. That is, the manufacturing process is simplified.

SOI構造半導体基板は、単結晶シリコンに比べて応力が高いため、結晶欠陥が生じやすい。また、埋め込み酸化膜を有するので、IG(Intrinsic Gettering)層が形成しにくく(支持基板側のゲッタリングの効果が埋め込み酸化膜によって遮られる)、結晶欠陥やゲート絶縁膜の耐圧を低下させる不純物(例えばFe等)がそのまま基板内に残留してしまう。したがって、この結晶欠陥や不純物が熱酸化によって形成される酸化膜中に取り込まれると、当該酸化膜を含む絶縁膜の欠陥密度が大きくなる。すなわち、絶縁膜の膜質が低下しやすい。しかしながら、上記した発明によれば、請求項2に記載のように、埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板を半導体基板とする構成であっても、絶縁膜の膜質を向上することができる。   Since an SOI structure semiconductor substrate has higher stress than single crystal silicon, crystal defects are likely to occur. In addition, since it has a buried oxide film, it is difficult to form an IG (Intrinsic Gettering) layer (the effect of gettering on the support substrate side is blocked by the buried oxide film), and impurities that reduce the breakdown voltage of crystal defects and gate insulating films ( For example, Fe or the like) remains in the substrate as it is. Therefore, when the crystal defects and impurities are taken into the oxide film formed by thermal oxidation, the defect density of the insulating film including the oxide film increases. That is, the quality of the insulating film is likely to deteriorate. However, according to the above-described invention, the film quality of the insulating film can be improved even when the SOI structure semiconductor substrate having the buried oxide film is used as the semiconductor substrate.

請求項3に記載のように、気相酸化工程において、ボロン又はアンチモンを不純物とする導電型領域を含む半導体基板の部位に、気相酸化膜を形成しても良い。ボロン又はアンチモンを不純物とする導電型領域においては、半導体基板を構成するシリコンの原子半径(117pm)に対し、ボロンの原子半径(80pm)、アンチモンの原子半径(141pm)と大きく異なるため、結晶欠陥が生じやすい。すなわち、絶縁膜の膜質が低下しやすい。しかしながら、上記した発明によれば、このような部位においても、絶縁膜の膜質を向上することができる。なお、導電型領域は上記例に限定されるものではない。   According to a third aspect of the present invention, in the vapor phase oxidation step, a vapor phase oxide film may be formed on a portion of the semiconductor substrate including a conductive type region having boron or antimony as an impurity. In the conductive type region having boron or antimony as an impurity, the atomic radius of silicon (117 pm) constituting the semiconductor substrate is greatly different from the atomic radius of boron (80 pm) and the atomic radius of antimony (141 pm). Is likely to occur. That is, the quality of the insulating film is likely to deteriorate. However, according to the above-described invention, the quality of the insulating film can be improved even in such a portion. The conductive type region is not limited to the above example.

請求項1〜3いずれかに記載の発明は、請求項4に記載のように、MOS構造のゲートを有する半導体装置(すなわち、MOSトランジスタやIGBTを備える)において、例えばゲート絶縁膜の形成に好適である。   The invention according to any one of claims 1 to 3 is suitable for forming a gate insulating film, for example, in a semiconductor device having a MOS structure gate (that is, including a MOS transistor or IGBT). It is.

なお、請求項5に記載のように、追加熱酸化工程において、熱酸化により追加形成される酸化膜厚を、1nm以上12nm以下の範囲内とすると良い。1nm以上とすると、追加形成される酸化膜及び気相酸化膜からなる絶縁膜の界面準位密度を、熱酸化による酸化膜と略同等とすることができる。また、12nm以下とすると、酸化膜のBモード不良率を5%以下に抑えることができる。すなわち、上記範囲内であれば、より好ましい絶縁膜の膜質を確保することができる。   In addition, as described in claim 5, in the additional thermal oxidation step, the oxide film thickness additionally formed by thermal oxidation is preferably in the range of 1 nm to 12 nm. When the thickness is 1 nm or more, the interface state density of the additionally formed oxide film and the insulating film formed of the vapor phase oxide film can be made substantially equal to that of the oxide film formed by thermal oxidation. If the thickness is 12 nm or less, the B mode defect rate of the oxide film can be suppressed to 5% or less. That is, if it is in the said range, the film quality of a more preferable insulating film can be ensured.

請求項6に記載のように、気相酸化工程の前工程として、半導体基板にトレンチを形成するトレンチ形成工程を備え、気相酸化工程において、トレンチの表面に気相酸化膜を形成しても良い。具体的には、トレンチとして、請求項7に記載のようにゲート電極用のトレンチを適用することができる。このように、ゲート絶縁膜の膜質を向上し、要求品質を確保することができる。なお、トレンチはゲート電極を構成するトレンチに限定されるものではない。上記以外にも、例えばトレンチ分離領域を構成するトレンチに適用することで、当該トレンチに形成される分離絶縁膜の膜質を向上することができる。   According to a sixth aspect of the present invention, a pre-process of the vapor phase oxidation step includes a trench formation step of forming a trench in the semiconductor substrate, and in the vapor phase oxidation step, a vapor phase oxide film is formed on the surface of the trench. good. Specifically, a trench for a gate electrode can be applied as described in claim 7. Thus, the film quality of the gate insulating film can be improved and the required quality can be ensured. The trench is not limited to the trench constituting the gate electrode. In addition to the above, for example, when applied to a trench constituting a trench isolation region, the film quality of the isolation insulating film formed in the trench can be improved.

トレンチ形成時においてトレンチの開孔角部は角張っている。この状態でトレンチ表面に絶縁膜を形成すると、角部における絶縁膜の膜厚が薄くなり、電界集中が生じる恐れがある。そこで、請求項8に記載のように、追加熱酸化工程において、熱酸化とともに、トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくすると良い。粘性流動の生じる温度(例えば1000℃以上)にて熱酸化を実施することで、請求項1に記載の発明の効果に加えて、少なくとも開孔角部の曲率半径をより大きくする(丸みを帯びた緩やかな形状とする)ことができる。このように構成すると、電界集中抑制に対してより効果的である。また、熱酸化とともに開孔角部の曲率を大きくすることができるので、製造工程を簡素化することができる。なお、開孔角部だけでなく、底面角部の曲率半径を併せて大きくしても良い。   When the trench is formed, the opening corner of the trench is angular. If an insulating film is formed on the trench surface in this state, the film thickness of the insulating film at the corners becomes thin, and there is a risk that electric field concentration may occur. Therefore, as described in claim 8, in the additional thermal oxidation step, it is preferable to make the radius of curvature of at least the opening corner of the trench larger than that at the time of trench formation together with thermal oxidation. By performing thermal oxidation at a temperature at which viscous flow occurs (for example, 1000 ° C. or higher), in addition to the effect of the invention of claim 1, at least the radius of curvature of the opening corner is made larger (rounded). A gentle shape). If comprised in this way, it is more effective with respect to electric field concentration suppression. Further, since the curvature of the opening corner can be increased together with the thermal oxidation, the manufacturing process can be simplified. In addition, you may enlarge not only the opening corner but also the curvature radius of the bottom corner.

また、請求項9に記載のように、トレンチ形成工程と気相酸化工程との間に、トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくする曲大化工程を備えても良い。すなわち、気相酸化工程の前に、トレンチの角部を丸める工程を設けても良い。   Further, as described in claim 9, there may be provided a bending step for increasing the radius of curvature of at least the opening corner of the trench larger than that at the time of trench formation between the trench forming step and the gas phase oxidation step. good. That is, a step of rounding corners of the trench may be provided before the vapor phase oxidation step.

具体的には、曲大化工程を、請求項10に記載のように、熱酸化によりトレンチ表面に犠牲酸化膜を形成する犠牲酸化工程と、犠牲酸化膜を除去する除去工程を含む構成としても良い。また、請求項11に記載のように、等方性エッチングにより開孔角部を面取りする面取り工程を含む構成としても良い。面取りする場合には、請求項12に記載のように、半導体基板の平面方向における面取り量を50nm以上とすると、平坦部(基板表面)の絶縁膜に対する開孔角部の絶縁膜の電界強度を1.1倍以下とすることができる。したがって、開孔角部における電界集中を低減(すなわち膜質を向上)することができる。   Specifically, the bending process may include a sacrificial oxidation process for forming a sacrificial oxide film on the trench surface by thermal oxidation and a removal process for removing the sacrificial oxide film as described in claim 10. good. Further, as described in claim 11, it may be configured to include a chamfering step of chamfering the opening corner by isotropic etching. In the case of chamfering, as described in claim 12, when the chamfering amount in the planar direction of the semiconductor substrate is 50 nm or more, the electric field strength of the insulating film at the opening corner portion with respect to the insulating film on the flat portion (substrate surface) is It can be 1.1 times or less. Therefore, it is possible to reduce electric field concentration (that is, improve film quality) at the opening corner.

また、請求項1〜3いずれかに記載の発明は、請求項13に記載のように、一対の電極間に誘電体としての容量用酸化膜を介在させてなるキャパシタを有する半導体装置において、容量用酸化膜の形成に好適である。この場合、容量用酸化膜の比誘電率のばらつきを熱酸化膜と同等とすることができるので、耐圧を確保しつつ容量の均一なキャパシタとすることができる。   The invention according to any one of claims 1 to 3 is a semiconductor device having a capacitor, wherein a capacitor oxide film as a dielectric is interposed between a pair of electrodes. This is suitable for forming an oxide film. In this case, since the variation in the relative dielectric constant of the capacitor oxide film can be made equal to that of the thermal oxide film, it is possible to obtain a capacitor with a uniform capacitance while ensuring a withstand voltage.

なお、一対の電極が上部電極と下部電極からなり、請求項14に記載のように、気相酸化工程の前工程として、半球状の結晶粒からなる一方の電極である下部電極を形成する下部電極形成工程を備え、追加熱酸化工程の後工程として、他方の電極である上部電極を形成する上部電極形成工程を備えるものに対して特に効果的である。   The pair of electrodes is composed of an upper electrode and a lower electrode, and the lower electrode forming the lower electrode, which is one electrode composed of hemispherical crystal grains, as a pre-process of the vapor phase oxidation process as described in claim 14 It is particularly effective for an apparatus including an electrode forming process and including an upper electrode forming process for forming an upper electrode as the other electrode as a subsequent process of the additional thermal oxidation process.

このように下部電極が半球状の結晶粒(Hemispherical Grain)からなる場合、先に熱酸化を行うと、結晶粒間部に十分な膜厚の酸化膜を形成することができない。しかしながら、上述の発明によれば、結晶粒間部にも十分な膜厚の酸化膜を形成することができるので、耐圧を確保することができる。   When the lower electrode is made of hemispherical grains as described above, if the thermal oxidation is performed first, an oxide film having a sufficient thickness cannot be formed between the crystal grains. However, according to the above-described invention, an oxide film having a sufficient film thickness can be formed also between the crystal grains, so that a breakdown voltage can be ensured.

また請求項15に記載のように、キャパシタがトレンチ構造のキャパシタであり、気相酸化工程の前工程として、半導体基板にキャパシタのトレンチを形成するトレンチ形成工程を備える場合、気相酸化工程において、トレンチの表面に気相酸化膜を形成しても良い。このようにトレンチキャパシタであっても、耐圧を確保しつつ容量の均一なキャパシタとすることができる。   Further, as described in claim 15, when the capacitor is a trench structure capacitor and includes a trench formation step of forming a capacitor trench in the semiconductor substrate as a pre-step of the vapor phase oxidation step, in the vapor phase oxidation step, A vapor phase oxide film may be formed on the surface of the trench. Thus, even a trench capacitor can be a capacitor having a uniform capacitance while ensuring a withstand voltage.

なお、請求項16〜19に記載の作用効果は、それぞれ請求項8〜11に記載の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。   In addition, since the effect of Claims 16-19 is the same as the effect of Claims 8-11, respectively, the description is abbreviate | omitted.

また、請求項1〜3いずれかに記載の発明は、請求項20に記載のように、フローティングゲートとコントロールゲートの2層ゲート電極を含む不揮発性メモリを有する半導体装置において、フローティングゲートとコントロールゲートとの間に配置されるゲート間酸化膜の形成に好適である。この場合、耐圧を確保しつつ、ゲート間酸化膜の膜質を向上することで、書き換え時にチャージがトラップされることに起因するVt変動を熱酸化膜と同程度とすることができる。   The invention according to any one of claims 1 to 3 is the semiconductor device having a non-volatile memory including a two-layer gate electrode of a floating gate and a control gate, as defined in claim 20, wherein the floating gate and the control gate It is suitable for forming an inter-gate oxide film disposed between the two. In this case, by improving the film quality of the inter-gate oxide film while ensuring the withstand voltage, the Vt fluctuation caused by the trapping of charge during rewriting can be made comparable to that of the thermal oxide film.

なお、請求項21に記載のように、気相酸化工程の前工程として、半球状の結晶粒からなるフローティングゲートを形成するフローティングゲート形成工程を備え、追加熱酸化工程の後工程として、コントロールゲートを形成するコントロールゲート形成工程を備えるものに対して特に効果的である。   In addition, as described in claim 21, a floating gate forming step for forming a floating gate made of hemispherical crystal grains is provided as a pre-step of the gas phase oxidation step, and a control gate is provided as a post-step of the additional thermal oxidation step. This is particularly effective for a device provided with a control gate forming step for forming.

このようにフローティングゲートが半球状の結晶粒(Hemispherical Grain)からなる場合であっても、結晶粒間部に十分な膜厚のゲート間酸化膜を形成することができる。また、追加熱酸化によって、粒間を広げることができる。したがって、フローティングゲートに蓄積されたキャリアが、隣接する結晶粒やコントロールゲートに移動することを防止、すなわちキャリア保持特性を向上(経時的なメモリ状態の変動を抑制)することができる。   Thus, even when the floating gate is made of hemispherical grains, an inter-gate oxide film having a sufficient thickness can be formed between the crystal grains. In addition, the intergranularity can be expanded by additional thermal oxidation. Therefore, carriers accumulated in the floating gate can be prevented from moving to adjacent crystal grains or control gates, that is, carrier retention characteristics can be improved (a change in the memory state over time can be suppressed).

なお、請求項22に記載のように、気相酸化工程において、気相酸化膜の膜厚を、互いに隣接する結晶粒間の間隔よりも厚くすることが好ましい。これにより、結晶粒間に確実に酸化膜を配置することができる。   In addition, as described in claim 22, in the gas phase oxidation step, it is preferable that the film thickness of the gas phase oxide film is larger than the interval between adjacent crystal grains. Thereby, an oxide film can be reliably arranged between crystal grains.

次に、請求項23に記載の発明は、半導体基板上に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、酸化膜上に、酸化膜との界面から遠ざかる方向に窒素濃度が連続的に増加する領域を含む窒素含有膜を形成する窒素含有膜形成工程とを備えることを特徴とする。   Next, the invention according to claim 23 is an oxide film forming step for forming an oxide film on a semiconductor substrate, and a region in which the nitrogen concentration continuously increases on the oxide film in a direction away from the interface with the oxide film. And a nitrogen-containing film forming step of forming a nitrogen-containing film containing

窒素含有膜の場合、酸化膜よりも誘電率を高くすることができる。したがって、同等のトランジスタ特性であれば、酸化膜単層に比べて、窒素含有膜をさらに有する構成の方が膜厚を厚くすることができるので、酸化膜に比べて膜中の電界強度(実効電界)を低くすることができる。また、窒素含有膜を、酸化膜との界面から遠ざかる方向に窒素濃度が連続的に増加する領域を含むように形成する。言い換えれば、酸化膜上に、酸化膜と窒化膜との界面が不連続とならないように窒素濃度が連続的に増加する窒素含有膜を形成する。この場合、例えば公知のONO膜のように、非連続界面がゲート絶縁膜中に存在しないため、キャリアを膜中にトラップすることがない。したがって、しきい値電圧の変動を防ぐことができる。このように本発明によると、絶縁膜の膜質を向上することができる。   In the case of a nitrogen-containing film, the dielectric constant can be made higher than that of the oxide film. Therefore, if the transistor characteristics are equivalent, the structure having a nitrogen-containing film can be made thicker than the single oxide film, so that the electric field strength (effective) in the film can be increased compared to the oxide film. Electric field) can be reduced. In addition, the nitrogen-containing film is formed so as to include a region where the nitrogen concentration continuously increases in a direction away from the interface with the oxide film. In other words, a nitrogen-containing film in which the nitrogen concentration continuously increases is formed on the oxide film so that the interface between the oxide film and the nitride film does not become discontinuous. In this case, for example, unlike the known ONO film, no discontinuous interface exists in the gate insulating film, so that carriers are not trapped in the film. Therefore, variation in threshold voltage can be prevented. Thus, according to the present invention, the quality of the insulating film can be improved.

具体的には、請求項24に記載のように、窒素含有膜形成工程においてCVD法を適用し、酸化膜との界面から遠ざかる方向に窒素濃度が連続的に増加するように、ガス組成を経時的に変化させれば良い。例えば、シラン(ジクロロシラン等シラン系化合物含む)とNOの混合ガスにおいて、時間とともにNOの分圧を下げ、かわりにNHを反応系内に導入しつつその分圧を上げることで、酸化膜上に、酸化膜と窒化膜との界面が不連続とならないように窒素濃度が連続的に増加する窒素含有膜を形成することができる。 Specifically, as described in claim 24, the CVD method is applied in the nitrogen-containing film forming step, and the gas composition is changed over time so that the nitrogen concentration continuously increases in a direction away from the interface with the oxide film. It is sufficient to change it. For example, in a mixed gas of silane (including silane-based compounds such as dichlorosilane) and N 2 O, the partial pressure of N 2 O is lowered over time, and instead, NH 3 is introduced into the reaction system and the partial pressure is increased. Thus, a nitrogen-containing film in which the nitrogen concentration continuously increases can be formed on the oxide film so that the interface between the oxide film and the nitride film does not become discontinuous.

請求項25〜30に記載の発明は、それぞれ請求項6,7,9〜12に記載の発明において、気相酸化(膜、工程)を酸化(膜、膜形成工程)に置き換えると作用効果が同様であるので、その記載を省略する。   In the inventions described in claims 25 to 30, in the inventions described in claims 6, 7, and 9 to 12, if the gas phase oxidation (film, process) is replaced with oxidation (film, film formation process), the effect is obtained. Since it is the same, the description is omitted.

請求項31〜48に記載の発明は、上記製造方法によって製造される半導体装置に関するものであり、その作用効果は、それぞれ対応する請求項1〜30に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。   The invention described in claims 31 to 48 relates to a semiconductor device manufactured by the above manufacturing method, and the function and effect thereof are the same as those of the corresponding inventions described in claims 1 to 30 respectively. The description is omitted.

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態に係る半導体装置100は、半導体基板10にトレンチゲート構造の縦型MOSトランジスタを含む半導体装置である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, a semiconductor device 100 according to this embodiment is a semiconductor device including a semiconductor substrate 10 including a vertical MOS transistor having a trench gate structure.

半導体基板10は、内部に絶縁膜を埋め込んだSOI(Silicon On Insulator)基板であり、単結晶シリコン(Si)からなる支持基板11、シリコン酸化膜(SiO)からなる絶縁膜12、およびn−型の半導体層13で構成されている。 The semiconductor substrate 10 is an SOI (Silicon On Insulator) substrate with an insulating film embedded therein, and includes a supporting substrate 11 made of single crystal silicon (Si), an insulating film 12 made of silicon oxide film (SiO 2 ), and an n−. The semiconductor layer 13 is of a type.

トレンチゲート構造の縦型MOSトランジスタは、例えばP導電型領域をソースおよびドレインとするPチャネルトランジスタとして構成されている。Pチャネルトランジスタは、n−型の半導体層13の表層部にドレイン領域であるp型の拡散領域14が形成され、この拡散領域14にトレンチ15が形成されている。トレンチ15には、表面に形成されたゲート絶縁膜(図1では省略)を介してゲート電極16が埋め込み形成されている。また、ゲート電極16をマスクとして不純物をイオン注入等により添加後、熱拡散することにより、トレンチ側壁に到達し、トレンチ15より浅い拡散深さでn型の拡散領域17(ウェル領域)が形成されており、半導体層13の表層部にはソース領域であるp+型の拡散領域18が形成されている。なお、図1中において、符号19は層間絶縁膜であり、符号20は層間絶縁膜19を介してソース領域である拡散領域18に接続されたソース電極である。符号21は、絶縁膜12の主面側において、絶縁膜12に達するトレンチ分離領域であり、符号22はLOCOS酸化膜である。なお、ドレイン領域である拡散領域14にもドレイン電極(図示略)が接続されている。

ここで、本実施形態に係る半導体装置100の特徴部分であるゲート絶縁膜について、図2を用いて説明する。図2は、トレンチ周辺の拡大図である。図2に示すように、ゲート電極16の形成部位に対応して、トレンチ15の表面及び半導体層13の表面に、ゲート絶縁膜30が形成されている。
A vertical MOS transistor having a trench gate structure is configured as a P-channel transistor having, for example, a P conductivity type region as a source and a drain. In the P-channel transistor, a p-type diffusion region 14 which is a drain region is formed in the surface layer portion of the n − -type semiconductor layer 13, and a trench 15 is formed in the diffusion region 14. A gate electrode 16 is buried in the trench 15 via a gate insulating film (not shown in FIG. 1) formed on the surface. Further, an impurity is added by ion implantation or the like using the gate electrode 16 as a mask, and then thermally diffused to reach the trench sidewall, and an n-type diffusion region 17 (well region) is formed with a diffusion depth shallower than the trench 15. In the surface layer portion of the semiconductor layer 13, a p + type diffusion region 18 as a source region is formed. In FIG. 1, reference numeral 19 denotes an interlayer insulating film, and reference numeral 20 denotes a source electrode connected to the diffusion region 18 which is a source region via the interlayer insulating film 19. Reference numeral 21 denotes a trench isolation region reaching the insulating film 12 on the main surface side of the insulating film 12, and reference numeral 22 denotes a LOCOS oxide film. A drain electrode (not shown) is also connected to the diffusion region 14 which is a drain region.

Here, the gate insulating film, which is a characteristic part of the semiconductor device 100 according to the present embodiment, will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an enlarged view around the trench. As shown in FIG. 2, a gate insulating film 30 is formed on the surface of the trench 15 and the surface of the semiconductor layer 13 corresponding to the formation site of the gate electrode 16.

ゲート絶縁膜30は、トレンチ15の表面及び半導体層13の表面上に気相酸化膜として形成されたCVD酸化膜31と、CVD酸化膜31の形成後に、CVD酸化膜31とトレンチ15の表面及び半導体層13の表面との間に追加形成された熱酸化膜32とにより構成される。このように、本実施形態に係る半導体装置100においては、先にCVD酸化膜31が形成され、その後熱酸化によって熱酸化膜32が追加形成されていることを特徴とする。   The gate insulating film 30 includes a CVD oxide film 31 formed as a vapor-phase oxide film on the surface of the trench 15 and the surface of the semiconductor layer 13, and the CVD oxide film 31 and the surfaces of the CVD oxide film 31 and the trench 15 after the formation of the CVD oxide film 31. The thermal oxide film 32 is additionally formed between the surface of the semiconductor layer 13. As described above, the semiconductor device 100 according to this embodiment is characterized in that the CVD oxide film 31 is formed first, and then the thermal oxide film 32 is additionally formed by thermal oxidation.

次に、このように構成される半導体装置100の製造方法について、図1、図2、図3(a)〜(e)、及び図4(a),(b)を用いて説明する。図3(a)〜(e)は、ゲート絶縁膜30の形成工程を説明するための工程別断面図であり、(a)はトレンチ形成、(b)は犠牲酸化膜形成、(c)犠牲酸化膜除去、(d)はCVD酸化膜形成、(e)は熱酸化膜形成を示す図である。図4は、ゲート絶縁膜30の形成後の工程別断面図であり、(a)はゲート電極形成工程、(b)は拡散領域形成工程を示している。なお、本実施形態に係る半導体装置100の製造においては、ゲート絶縁膜30の形成に特徴があり、それ以外については公知の製造技術を用いるので、ゲート絶縁膜30の形成工程について重点的に説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 100 configured as described above will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3 </ b> A to 3 </ b> E, and FIGS. 4A and 4B. FIGS. 3A to 3E are cross-sectional views for explaining the formation process of the gate insulating film 30, wherein FIG. 3A is a trench formation, FIG. 3B is a sacrificial oxide film formation, and FIG. (D) is CVD oxide film formation, (e) is a figure which shows thermal oxide film formation. 4A and 4B are cross-sectional views for each process after the formation of the gate insulating film 30, wherein FIG. 4A shows a gate electrode forming process and FIG. 4B shows a diffusion region forming process. Note that the manufacturing of the semiconductor device 100 according to the present embodiment is characterized by the formation of the gate insulating film 30, and other than that, since a known manufacturing technique is used, the formation process of the gate insulating film 30 will be described mainly. To do.

先ず、n−型の半導体層13を有するSOI構造の半導体基板10を準備し、半導体層13のPチャネルトランジスタの形成領域に、ドレイン領域となるp型の拡散領域14を形成する。また、各素子を分離する素子分離領域として、絶縁膜12まで達するトレンチ分離領域21とLOCOS酸化膜22を形成する(図1参照)。   First, an SOI structure semiconductor substrate 10 having an n − type semiconductor layer 13 is prepared, and a p-type diffusion region 14 serving as a drain region is formed in a P-channel transistor formation region of the semiconductor layer 13. Further, a trench isolation region 21 and a LOCOS oxide film 22 reaching the insulating film 12 are formed as element isolation regions for isolating each element (see FIG. 1).

次に、トレンチゲート構造のゲート電極16を形成するために、図3(a)に示すように、例えば半導体層13の表面に形成された酸化膜をパターニングしてマスク(図示略)とし、ドライエッチングによりp型の拡散領域14に所定深さのトレンチ(溝)15を形成する。   Next, in order to form the gate electrode 16 having a trench gate structure, as shown in FIG. 3A, for example, an oxide film formed on the surface of the semiconductor layer 13 is patterned to form a mask (not shown) and dry. A trench 15 having a predetermined depth is formed in the p-type diffusion region 14 by etching.

トレンチ15形成後、トレンチ15の開孔角部(肩部)および底面角部の形状は、図3(a)に示すようにいずれも角張っている。そこで、図3(b)に示すように、粘性流動の生じる温度(例えば1000℃以上)で熱酸化を実施し、トレンチ15の表面に犠牲酸化膜40を形成する。本実施形態においては、1150℃にて熱酸化を実施し、平坦部において100nmの膜厚を有する犠牲酸化膜40を形成した。そして、図3(c)に示すように、犠牲酸化膜40を除去(例えばフッ酸処理)することで、開孔角部および底面角部の曲率半径をより大きくする(丸みを帯びた緩やかな形状とする)ようにした。このように構成すると、電界集中抑制に対してより効果的である。この図3(b),(c)に示す工程が、特許請求の範囲に示す曲大化工程に相当する。   After the trench 15 is formed, the shape of the opening corner (shoulder) and the bottom corner of the trench 15 is square as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 3B, thermal oxidation is performed at a temperature at which viscous flow occurs (for example, 1000 ° C. or more), and a sacrificial oxide film 40 is formed on the surface of the trench 15. In this embodiment, thermal oxidation was performed at 1150 ° C., and a sacrificial oxide film 40 having a thickness of 100 nm was formed in the flat portion. Then, as shown in FIG. 3C, by removing the sacrificial oxide film 40 (for example, hydrofluoric acid treatment), the curvature radii of the opening corners and the bottom corners are made larger (rounded and loosely rounded). Shape). If comprised in this way, it is more effective with respect to electric field concentration suppression. The steps shown in FIGS. 3B and 3C correspond to the enlargement step shown in the claims.

曲大化工程後、CVD法(本実施形態においてはLPCVD法)を用いて、図3(d)に示すように、トレンチ15表面にCVD酸化膜31を形成する。この時点で、CVD酸化膜31の組成はストイキオメトリックな状態(化学的な量論状態)からずれている。すなわち、膜中にキャリアのトラップとなるダングリングボンド(未結合手)が存在する。また、CVD酸化膜31は緻密化されておらず、界面準位密度も熱酸化により形成された酸化膜に比べ大きい。   After the bending process, a CVD oxide film 31 is formed on the surface of the trench 15 by using a CVD method (LPCVD method in this embodiment) as shown in FIG. At this time, the composition of the CVD oxide film 31 has deviated from the stoichiometric state (chemical stoichiometric state). That is, dangling bonds (unbonded hands) that serve as carrier traps exist in the film. Further, the CVD oxide film 31 is not densified, and the interface state density is larger than that of the oxide film formed by thermal oxidation.

CVD酸化膜31形成後、熱酸化を実施し、図3(e)に示すように、先に形成されたCVD酸化膜31とトレンチ15表面との間に熱酸化膜32を追加形成する。本実施形態においては、酸素と水蒸気との混合気体中において、850℃にて追加熱酸化を実施した。以上によりゲート絶縁膜30が形成される。   After the CVD oxide film 31 is formed, thermal oxidation is performed, and a thermal oxide film 32 is additionally formed between the previously formed CVD oxide film 31 and the surface of the trench 15 as shown in FIG. In the present embodiment, additional thermal oxidation was performed at 850 ° C. in a mixed gas of oxygen and water vapor. Thus, the gate insulating film 30 is formed.

ゲート絶縁膜30形成後、図4(a)に示すように、ゲート絶縁膜30(図示略)を介して、トレンチ15内にゲート電極材料を埋め込んで、ゲート電極16を形成する。そして、形成されたゲート電極16をマスクとして不純物をイオン注入等により添加し、熱拡散することにより、トレンチ側壁に到達し、トレンチ15より浅い拡散深さのn型の拡散領域17(ウェル領域)を形成し、半導体層13の表層部に、ソース領域であるp+型の拡散領域18を形成する。各拡散領域17,18形成後、層間絶縁膜19、ソース電極220、ドレイン電極(図示略)、配線等を形成して、図1に示す半導体装置100が製造される。   After forming the gate insulating film 30, as shown in FIG. 4A, the gate electrode material is embedded in the trench 15 via the gate insulating film 30 (not shown) to form the gate electrode 16. Then, an impurity is added by ion implantation or the like using the formed gate electrode 16 as a mask, and thermal diffusion is performed to reach the trench side wall, and an n-type diffusion region 17 (well region) having a diffusion depth shallower than the trench 15. And a p + -type diffusion region 18 as a source region is formed in the surface layer portion of the semiconductor layer 13. After forming the diffusion regions 17 and 18, the interlayer insulating film 19, the source electrode 220, the drain electrode (not shown), wirings, and the like are formed, and the semiconductor device 100 shown in FIG. 1 is manufactured.

このように本実施形態においては、先にCVD酸化膜31を形成し、その後熱酸化によって熱酸化膜32を形成する。CVD法の場合、堆積によって基板表面にCVD酸化膜31を構成するので、p型の拡散領域14の結晶欠陥の影響を受けない。したがって、膜中の欠陥密度を小さくすることができる。本実施形態においては、CVD酸化膜31を熱酸化膜32よりも先に形成するので、膜質を向上することができる。また、CVD酸化膜31形成後の熱酸化によって、熱酸化雰囲気中の酸素(O)又は水蒸気(H0)が、緻密化される前のCVD酸化膜31を介して拡散領域14を構成するシリコン(Si)とCVD酸化膜31との界面に拡散し、Siと反応して熱酸化膜32を追加形成することができる。これにより、Si−SiO界面を、CVD酸化膜形成時よりもSi側に移動させ、ゲート絶縁膜30を所定の膜厚とすることができる。また、界面準位密度を熱酸化による酸化膜並みとし、良好な界面特性を得ることができる。さらには、上記と並行して、熱酸化雰囲気中の酸素又は水蒸気がCVD酸化膜31中のダングリングボンド(未結合手)と反応し、CVD酸化膜31をストイキオメトリックな状態(化学的な量論状態)とすることができる。すなわち、CVD酸化膜31中のトラップを低減することができる。したがって、ゲート絶縁膜30の膜質をより向上することができる。 Thus, in this embodiment, the CVD oxide film 31 is formed first, and then the thermal oxide film 32 is formed by thermal oxidation. In the case of the CVD method, the CVD oxide film 31 is formed on the substrate surface by deposition, so that it is not affected by crystal defects in the p-type diffusion region 14. Therefore, the defect density in the film can be reduced. In the present embodiment, since the CVD oxide film 31 is formed before the thermal oxide film 32, the film quality can be improved. Further, by the thermal oxidation after the CVD oxide film 31 is formed, the diffusion region 14 is configured through the CVD oxide film 31 before oxygen (O 2 ) or water vapor (H 2 0) in the thermal oxidation atmosphere is densified. The thermal oxide film 32 can be additionally formed by diffusing to the interface between silicon (Si) and the CVD oxide film 31 and reacting with Si. As a result, the Si—SiO 2 interface can be moved to the Si side rather than the CVD oxide film formation, and the gate insulating film 30 can have a predetermined thickness. Further, the interface state density is set to the level of an oxide film formed by thermal oxidation, and good interface characteristics can be obtained. Furthermore, in parallel with the above, oxygen or water vapor in the thermal oxidation atmosphere reacts with dangling bonds (unbonded hands) in the CVD oxide film 31 to cause the CVD oxide film 31 to be stoichiometric (chemically). Stoichiometric state). That is, traps in the CVD oxide film 31 can be reduced. Therefore, the film quality of the gate insulating film 30 can be further improved.

なお、TEMにて確認したところ、ゲート絶縁膜30の開孔角部の膜厚は略33nm、半導体層13表面の平坦部の膜厚は略30nmであった。これは、追加熱酸化時に、トレンチ15の開孔角部に供給される酸素量が平坦部よりも多いためである。このようにゲート絶縁膜30において、開孔角部の膜厚は平坦部よりも厚くなるので、開孔角部に生じる電界集中を抑制することができる。特に、平坦部である半導体層13の表面とトレンチ側壁を(100)面方位とすると、(100)面は酸化速度が遅いので、(100)面とは異なる開孔角部の膜厚を平坦部よりもより厚くすることができる。   When confirmed by TEM, the film thickness of the opening corner of the gate insulating film 30 was approximately 33 nm, and the film thickness of the flat portion on the surface of the semiconductor layer 13 was approximately 30 nm. This is because the amount of oxygen supplied to the opening corner of the trench 15 is larger than that of the flat portion during the additional thermal oxidation. Thus, in the gate insulating film 30, the film thickness of the opening corner is thicker than that of the flat portion, so that electric field concentration occurring in the opening corner can be suppressed. In particular, when the surface of the semiconductor layer 13 which is a flat portion and the trench sidewall are the (100) plane orientation, the (100) plane has a slow oxidation rate, and thus the film thickness of the opening corner portion different from the (100) plane is flat. It can be thicker than the part.

上記構成の半導体装置100において、本発明者はその効果を確認した。図5は、トレンチ分離領域からの距離と結晶欠陥との関係を示す図である。図6は、本実施形態に係る半導体装置100において、ゲート絶縁膜30の耐圧のワイブル分布を示す図である。なお、比較例として、熱酸化のみによって構成される場合の結果も併せて示している。   In the semiconductor device 100 having the above configuration, the present inventor confirmed the effect. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the distance from the trench isolation region and the crystal defects. FIG. 6 is a diagram showing a Weibull distribution of the breakdown voltage of the gate insulating film 30 in the semiconductor device 100 according to the present embodiment. In addition, as a comparative example, the result in the case of being constituted only by thermal oxidation is also shown.

本実施形態においては、半導体層13を構成するシリコンの原子半径(117pm)に対し、ドレイン領域であるp型の拡散領域14に導入されたボロンの原子半径(80pm)が大きく異なるため、拡散領域14に歪が存在する。また、この拡散領域14に対してトレンチ15を形成するが、トレンチ15近傍には、エッチング等によって生じたダメージ(欠陥、ストレス)が生じるため、上記歪との相互作用により結晶欠陥が生じやすい。さらには、トレンチ分離領域21にもエッチング等によって生じたダメージ(欠陥、ストレス)が存在するため、拡散領域14の近傍にトレンチ分離領域21が存在すると、相互作用によって図5に示すように結晶欠陥が生じやすい。また、本実施形態においては、半導体基板10として、SOI構造半導体基板を適用している。SOI構造の半導体基板10は、単結晶シリコンに比べて応力が高いため、結晶欠陥が生じやすい。また、絶縁膜12を有するので、IG(Intrinsic Gettering)層が形成しにくく(支持基板11側のゲッタリングの効果が絶縁膜12によって遮られる)、結晶欠陥やゲート絶縁膜30の耐圧を低下させる不純物(例えばFe等の金属原子)がそのまま基板10(半導体層13)内に残留してしまう。   In the present embodiment, the atomic radius (80 pm) of boron introduced into the p-type diffusion region 14 that is the drain region is significantly different from the atomic radius (117 pm) of silicon constituting the semiconductor layer 13. 14 is distorted. In addition, a trench 15 is formed in the diffusion region 14, but damage (defect, stress) caused by etching or the like occurs in the vicinity of the trench 15, so that a crystal defect is likely to occur due to interaction with the strain. Further, since damage (defects, stress) caused by etching or the like is also present in the trench isolation region 21, if the trench isolation region 21 exists in the vicinity of the diffusion region 14, crystal defects are caused by interaction as shown in FIG. Is likely to occur. In the present embodiment, an SOI structure semiconductor substrate is applied as the semiconductor substrate 10. Since the semiconductor substrate 10 having an SOI structure has a higher stress than single crystal silicon, crystal defects are likely to occur. In addition, since the insulating film 12 is included, an IG (Intrinsic Gettering) layer is difficult to form (the effect of gettering on the support substrate 11 side is blocked by the insulating film 12), and crystal breakdown and the breakdown voltage of the gate insulating film 30 are reduced. Impurities (for example, metal atoms such as Fe) remain in the substrate 10 (semiconductor layer 13) as they are.

このような構成において、先ず熱酸化法によって酸化膜を形成すると、酸化膜の欠陥密度が多くなり、界面準位も増加する。すなわち、図6に示すように、結晶品質に起因するBモード不良が多く発生し、ゲート絶縁膜30の膜質(耐圧)が低下する。これに対し、本実施形態に示す半導体装置100の構成及び製造方法によれば、このように結晶欠陥を生じやすく、ゲート絶縁膜30の膜質を確保しにくい構成であっても、図6に示すようにBモード不良を抑制し、ゲート絶縁膜30の膜質を向上することができることが示された。   In such a configuration, when an oxide film is first formed by a thermal oxidation method, the defect density of the oxide film increases and the interface state also increases. That is, as shown in FIG. 6, many B-mode defects due to crystal quality occur, and the film quality (breakdown voltage) of the gate insulating film 30 decreases. On the other hand, according to the configuration and the manufacturing method of the semiconductor device 100 shown in the present embodiment, even if the configuration is such that crystal defects are likely to occur and the film quality of the gate insulating film 30 is difficult to ensure, the configuration shown in FIG. Thus, it was shown that the B mode failure can be suppressed and the film quality of the gate insulating film 30 can be improved.

次に、本発明者は、熱酸化による追加酸化とBモード不良の発生率との関係について確認した。その結果を図7に示す。図7に示すように、追加酸化によって形成される熱酸化膜32の膜厚が薄くなると、Bモード不良の発生率が低下することが明らかである。例えば5%以下のBモード不良の発生率を実現するためには、図7から12nm以下の膜厚とすることが好ましい。   Next, the present inventor confirmed the relationship between the additional oxidation due to thermal oxidation and the occurrence rate of B-mode defects. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, it is clear that the occurrence rate of B-mode defects decreases as the thickness of the thermal oxide film 32 formed by the additional oxidation decreases. For example, in order to realize a B mode defect occurrence rate of 5% or less, the film thickness is preferably 12 nm or less from FIG.

また、本発明者は、本実施形態に係る半導体装置100において、ゲート絶縁膜30の界面準位密度を測定した。その結果を図8に示す。なお、図8においては、p型の拡散領域14にトレンチ15を形成した本実施形態に示す構成(p型領域上)の結果とともに、参考例として、n型領域上にトレンチ15を形成した構成についても併せて示している。図8に示すように、追加酸化による熱酸化膜32の膜厚が1nm以上であれば、界面準位密度が熱酸化のみによって形成された熱酸化膜と略同等となることが明らかとなった。   In addition, the inventor measured the interface state density of the gate insulating film 30 in the semiconductor device 100 according to the present embodiment. The result is shown in FIG. In FIG. 8, together with the result of the configuration (on the p-type region) shown in the present embodiment in which the trench 15 is formed in the p-type diffusion region 14, a configuration in which the trench 15 is formed on the n-type region as a reference example. Is also shown. As shown in FIG. 8, when the thickness of the thermal oxide film 32 by additional oxidation is 1 nm or more, it has been clarified that the interface state density is substantially equal to the thermal oxide film formed only by thermal oxidation. .

したがって、図7及び図8に示す結果より、本実施形態に係る半導体装置100の製造方法において、追加熱酸化工程において追加形成される熱酸化膜32の膜厚を、1nm以上12nm以下の範囲内とすると、より好ましい絶縁膜の膜質を確保することができることが明らかである。本実施形態においては、追加形成される熱酸化膜32の膜厚を12nmとしている。   Therefore, from the results shown in FIGS. 7 and 8, in the method for manufacturing the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the thickness of the thermal oxide film 32 additionally formed in the additional thermal oxidation step is within the range of 1 nm to 12 nm. Then, it is clear that more preferable film quality of the insulating film can be ensured. In the present embodiment, the thickness of the additionally formed thermal oxide film 32 is 12 nm.

また、本発明者は、本実施形態に係る半導体装置100において、ゲート絶縁膜30の膜厚を測定した。その結果を、図9に示す。なお、図9には、CVDのみによって形成される酸化膜厚と、熱酸化のみによって形成される酸化膜厚を併せて示している。図9に示すように、本実施形態に係る製造方法によれば、ゲート絶縁膜30の膜厚ばらつきが低減されている。これは、CVD酸化膜31は、その組成がストイキオメトリックな状態(化学的な量論状態)からずれており、膜内で不均一であるが、追加熱酸化することによってストイキオメトリックな状態となり、膜内で均質となることを示している。すなわち、この結果からも、本実施形態に係る半導体装置100及びその製造方法によれば、ゲート絶縁膜30の膜質を向上できることが明らかである。   Further, the inventor measured the film thickness of the gate insulating film 30 in the semiconductor device 100 according to the present embodiment. The result is shown in FIG. FIG. 9 also shows the oxide film thickness formed only by CVD and the oxide film thickness formed only by thermal oxidation. As shown in FIG. 9, according to the manufacturing method according to the present embodiment, the film thickness variation of the gate insulating film 30 is reduced. This is because the CVD oxide film 31 has a composition deviating from a stoichiometric state (chemical stoichiometric state) and is non-uniform in the film, but the stoichiometric state is obtained by additional thermal oxidation. This shows that the film is homogeneous in the film. That is, also from this result, it is apparent that the film quality of the gate insulating film 30 can be improved according to the semiconductor device 100 and the manufacturing method thereof according to the present embodiment.

なお、本実施形態においては、図3に示すように、トレンチ15形成後、トレンチ15の開孔角部(及び底面角部)の曲率半径を大きくするために、熱酸化により犠牲酸化膜40を形成・除去する曲大化工程を備える例を示したが、上記曲大化工程を省略しても良い。すなわち、少なくともトレンチ形成後、先ずCVD酸化膜31を形成し、次いで熱酸化によって熱酸化膜32を形成すれば良い。しかしながら、曲大化すると、ゲート絶縁膜30を厚くすることができるので、角部における電界集中抑制に効果的である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, after the trench 15 is formed, the sacrificial oxide film 40 is formed by thermal oxidation in order to increase the radius of curvature of the opening corner (and the bottom corner) of the trench 15. Although an example including a magnifying process for forming and removing has been shown, the magnifying process may be omitted. That is, at least after the trench formation, the CVD oxide film 31 is first formed, and then the thermal oxide film 32 is formed by thermal oxidation. However, when the bend is increased, the gate insulating film 30 can be thickened, which is effective in suppressing electric field concentration at the corners.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態を、図10に基づいて説明する。図10は本実施形態に係る半導体装置100において、ゲート絶縁膜30の形成工程を示す工程別断面図であり、(a)はトレンチ形成、(b)はCVD酸化膜形成、(c)は熱酸化膜形成を示す図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10A and 10B are cross-sectional views showing the formation process of the gate insulating film 30 in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, where FIG. 10A is a trench formation, FIG. 10B is a CVD oxide film formation, and FIG. It is a figure which shows oxide film formation.

第2の実施形態における半導体装置100及びその製造方法は、第1の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。   Since the semiconductor device 100 and the manufacturing method thereof in the second embodiment are often in common with those according to the first embodiment, detailed description of the common parts will be omitted, and different parts will be described mainly.

本実施形態においては、CVD酸化膜31形成後、熱酸化によって熱酸化膜32を追加形成する工程を利用し、当該工程において、トレンチ角部の曲大化も実施するようにした点を特徴とする。   The present embodiment is characterized in that after the CVD oxide film 31 is formed, a process of additionally forming a thermal oxide film 32 by thermal oxidation is used, and in this process, the trench corner is also enlarged. To do.

具体的には、先ず第1の実施形態同様、図10(a)に示すように、トレンチ15を形成する。そして、図10(b)に示すように、形成されたトレンチ15表面及び拡散領域14表面にCVD酸化膜31を形成する。CVD酸化膜31形成後、熱酸化を実施し、図10(c)に示すように、先に形成されたCVD酸化膜31とトレンチ15表面及び拡散領域14表面との間に熱酸化膜32を追加形成する。   Specifically, first, as in the first embodiment, the trench 15 is formed as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 10B, a CVD oxide film 31 is formed on the surface of the formed trench 15 and the surface of the diffusion region 14. After the CVD oxide film 31 is formed, thermal oxidation is performed, and as shown in FIG. 10C, a thermal oxide film 32 is formed between the previously formed CVD oxide film 31 and the surface of the trench 15 and the surface of the diffusion region 14. Additional formation.

このとき、本実施形態においては、酸素と水蒸気との混合気体中において、1150℃にて追加熱酸化を実施した。このように、粘性流動の生じる温度(例えば1000℃以上)にて熱酸化を実施することで、第1の実施形態に示した効果に加えて、少なくとも開孔角部の曲率半径をより大きくする(丸みを帯びた緩やかな形状とする)ことができる。このように構成すると、電界集中抑制に対してより効果的である。また、熱酸化とともに開孔角部の曲率を大きくすることができるので、製造工程を簡素化することができる。なお、開孔角部だけでなく、底面角部の曲率半径を併せて大きくすることもできる。   At this time, in this embodiment, additional thermal oxidation was performed at 1150 ° C. in a mixed gas of oxygen and water vapor. In this way, by performing thermal oxidation at a temperature at which viscous flow occurs (for example, 1000 ° C. or more), in addition to the effect shown in the first embodiment, at least the radius of curvature of the opening corner is made larger. (With a rounded and gentle shape). If comprised in this way, it is more effective with respect to electric field concentration suppression. Further, since the curvature of the opening corner can be increased together with the thermal oxidation, the manufacturing process can be simplified. In addition, not only the opening corner but also the radius of curvature of the bottom corner can be increased.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態を、図11および図12に基づいて説明する。図11は本実施形態に係る半導体装置100において、ゲート絶縁膜30の形成工程の一部を示す概略断面図である。図12は、面取りの効果を示す図であり、(a)は面取り量Xを説明する図、(b)は面取り量Xと電界強度比(開孔角部/平坦部)との関係を示す図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described based on FIG. 11 and FIG. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a part of the process of forming the gate insulating film 30 in the semiconductor device 100 according to the present embodiment. 12A and 12B are diagrams illustrating the effect of chamfering, in which FIG. 12A illustrates the chamfering amount X, and FIG. 12B illustrates the relationship between the chamfering amount X and the electric field strength ratio (opening corner / flat portion). FIG.

第3の実施形態における半導体装置100及びその製造方法は、第1の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。   Since the semiconductor device 100 and the manufacturing method thereof in the third embodiment are often in common with those of the first embodiment, detailed description of the common parts will be omitted, and different parts will be described mainly.

本実施形態においては、トレンチ形成工程とCVD酸化膜形成工程との間に、トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくする曲大化工程として、図11に示すように、等方性エッチングにより開孔角部を面取りする面取り工程を含む構成としている。具体的には、トレンチ15形成後、トレンチ開孔角部を露出させた状態で、図11に示すように等方性エッチングを実施し、角張っている開孔角部を面取りする。そして、面取り後、第1の実施形態に示したように、熱酸化による犠牲酸化膜40の形成・除去を経て、CVD酸化膜31を形成し、その後熱酸化により熱酸化膜32を追加形成する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 11, as a step of enlarging the radius of curvature of at least the opening corner of the trench larger than that at the time of forming the trench between the trench forming step and the CVD oxide film forming step. In addition, the structure includes a chamfering step of chamfering the opening corners by isotropic etching. Specifically, after the trench 15 is formed, isotropic etching is performed as shown in FIG. 11 with the trench opening corner exposed, and the angular opening corner is chamfered. Then, after the chamfering, as shown in the first embodiment, the sacrificial oxide film 40 is formed and removed by thermal oxidation to form the CVD oxide film 31, and then the thermal oxide film 32 is additionally formed by thermal oxidation. .

このように本実施形態に係る半導体装置100の製造方法によると、等方性エッチングによって開孔角部を面取りすることができるので、半導体装置100のゲート絶縁膜30の開孔角部の膜厚を厚くでき、電界集中を抑制することができる。特に、本実施形態に示すように、等方性エッチングを実施後に、粘性流動の生じる温度(例えば1000℃以上)にて熱酸化を実施すると、開孔角部をより丸みを帯びた緩やかな形状とすることができる。しかしながら、面取り工程のみ実施し、犠牲酸化膜40の形成・除去工程を省略しても良い。   As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the opening corners can be chamfered by isotropic etching, and therefore the film thickness of the opening corners of the gate insulating film 30 of the semiconductor device 100. Thus, the electric field concentration can be suppressed. In particular, as shown in the present embodiment, when the thermal oxidation is performed at a temperature at which viscous flow occurs (for example, 1000 ° C. or more) after performing isotropic etching, the opening corners are rounded and have a gentle shape. It can be. However, only the chamfering process may be performed and the formation / removal process of the sacrificial oxide film 40 may be omitted.

なお、本発明者が確認したところ、図12(a),(b)に示すように、半導体基板10の平面方向における面取り量Xを50nm以上とすると、平坦部(基板表面)のゲート絶縁膜30に対する開孔角部のゲート絶縁膜30の電界強度を1.1倍以下とすることができる。したがって、開孔角部における電界集中低減(すなわち膜質を向上)により効果的である。 なお、面取り工程を、第2の実施形態に示した構成に適用しても良い。具体的には、トレンチ15の形成後に面取りを実施し、その後、CVD酸化膜31、熱酸化による熱酸化膜32の形成を順に実施しても良い。   The inventors have confirmed that, as shown in FIGS. 12A and 12B, when the chamfering amount X in the planar direction of the semiconductor substrate 10 is 50 nm or more, the gate insulating film on the flat portion (substrate surface) The electric field strength of the gate insulating film 30 at the opening corner with respect to 30 can be made 1.1 times or less. Therefore, it is more effective in reducing the electric field concentration (that is, improving the film quality) at the opening corner. Note that the chamfering process may be applied to the configuration shown in the second embodiment. Specifically, chamfering may be performed after the trench 15 is formed, and then the CVD oxide film 31 and the thermal oxide film 32 by thermal oxidation may be sequentially formed.

(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態を、図13に基づいて説明する。図13は本実施形態に係るゲート絶縁膜30の概略構成を示す図であり、(a)はトレンチ開孔角部の拡大断面図、(b)は(a)のA−A‘断面における組成を示す模式図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 13A and 13B are diagrams showing a schematic configuration of the gate insulating film 30 according to the present embodiment, in which FIG. 13A is an enlarged sectional view of a corner portion of the trench opening, and FIG. 13B is a composition in the AA ′ section of FIG. It is a schematic diagram which shows.

第4の実施形態における半導体装置100及びその製造方法は、第1の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。   Since the semiconductor device 100 and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment are often in common with those according to the first embodiment, detailed description of the common parts will be omitted, and different parts will be described mainly.

本実施形態に係る半導体装置100は、第1の実施形態に示した図1,2に示す半導体装置100において、ゲート絶縁膜30を、図13(a)に示すように熱酸化による熱酸化膜33と、その上層として形成した窒素を含有する窒素含有膜34とにより置き換えた構成としている。窒素含有膜34の場合、酸化膜よりも誘電率を高くすることができる。したがって、同等のトランジスタ特性であれば、酸化膜単層に比べて、窒素含有膜34をさらに有する構成の方が膜厚を厚くすることができる。すなわち、熱酸化膜33単体をゲート絶縁膜30とする構成に比べて膜中の電界強度(実効電界)を低くすることができるので、信頼性を向上することができる。   The semiconductor device 100 according to the present embodiment is different from the semiconductor device 100 shown in FIGS. 1 and 2 shown in the first embodiment in that the gate insulating film 30 is a thermal oxide film formed by thermal oxidation as shown in FIG. 33 and a nitrogen-containing film 34 containing nitrogen formed as an upper layer thereof. In the case of the nitrogen-containing film 34, the dielectric constant can be made higher than that of the oxide film. Therefore, if the transistor characteristics are equivalent, the thickness of the structure further including the nitrogen-containing film 34 can be increased as compared with the single oxide film layer. That is, since the electric field strength (effective electric field) in the film can be lowered as compared with the configuration in which the thermal oxide film 33 alone is the gate insulating film 30, the reliability can be improved.

また、本実施形態においては、図13(b)に示すように、窒素含有膜34を、熱酸化膜33(Th.OX)との界面から遠ざかる方向に窒素濃度が連続的に増加する領域(CVD SiON)を含む構成としている。言い換えれば、熱酸化により形成された熱酸化膜33上に、酸化膜と窒化膜との界面が不連続とならないように窒素濃度が連続的に増加する窒素含有膜34を設けている。この場合、例えば公知のONO膜のように、非連続界面がゲート絶縁膜30中に存在しないため、キャリアを膜中にトラップすることがない。したがって、しきい値電圧の変動を防ぐことができる。このように本実施形態に係る半導体装置100によると、ゲート絶縁膜30の膜質を向上することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 13B, the nitrogen-containing film 34 is a region in which the nitrogen concentration continuously increases in a direction away from the interface with the thermal oxide film 33 (Th.OX). CVD SiON) is included. In other words, the nitrogen-containing film 34 in which the nitrogen concentration continuously increases is provided on the thermal oxide film 33 formed by thermal oxidation so that the interface between the oxide film and the nitride film does not become discontinuous. In this case, since a non-continuous interface does not exist in the gate insulating film 30 as in, for example, a known ONO film, carriers are not trapped in the film. Therefore, variation in threshold voltage can be prevented. Thus, according to the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the film quality of the gate insulating film 30 can be improved.

上記構成のゲート絶縁膜30の製造方法としては、第1の実施形態で示したように、トレンチ15を形成後、熱酸化により犠牲酸化膜40を形成し、除去する(図3(a)〜(c)参照)。その後、熱酸化によって角部が丸められたトレンチ15の表面及び拡散領域14の表面に熱酸化膜33を形成し、次いでCVD法により窒素含有膜34を形成する。このCVD法において、熱酸化膜33との界面から遠ざかる方向に窒素濃度が連続的に増加するように、ガス組成を経時的に変化させれば良い。例えば、シラン(例えばジクロロシラン)とNOの混合ガスにおいて、時間とともにNOの分圧を下げ、かわりにNHを反応系内に導入しつつその分圧を上げることで、熱酸化により形成された熱酸化膜33上に、酸化膜と窒化膜との界面が不連続とならないように窒素濃度が連続的に増加する窒素含有膜34を形成することができる。 As a manufacturing method of the gate insulating film 30 having the above-described configuration, as shown in the first embodiment, after forming the trench 15, the sacrificial oxide film 40 is formed by thermal oxidation and removed (FIG. 3A to FIG. 3). (See (c)). Thereafter, a thermal oxide film 33 is formed on the surface of the trench 15 whose corners are rounded by thermal oxidation and the surface of the diffusion region 14, and then a nitrogen-containing film 34 is formed by a CVD method. In this CVD method, the gas composition may be changed with time so that the nitrogen concentration continuously increases in the direction away from the interface with the thermal oxide film 33. For example, in a mixed gas of silane (for example, dichlorosilane) and N 2 O, thermal oxidation is performed by lowering the partial pressure of N 2 O with time and increasing the partial pressure while introducing NH 3 into the reaction system instead. A nitrogen-containing film 34 in which the nitrogen concentration continuously increases can be formed on the thermal oxide film 33 formed by the above process so that the interface between the oxide film and the nitride film does not become discontinuous.

なお、本実施形態においては、熱酸化膜33上に窒素含有膜34を積層してゲート絶縁膜30とする例を示した。しかしながら、CVD酸化膜上に窒素含有膜34を積層しても良い。すなわち、窒素含有膜34の下層となる酸化膜の製造方法は特に限定されるものではない。また、酸化膜は単層ではなく、複数層でも良い。第1〜3の実施形態に示したCVD酸化膜31と熱酸化膜32からなる酸化膜上に、本実施形態に示した窒素含有膜34を積層配置してゲート絶縁膜30とすると、製造工程は増加するものの、ゲート絶縁膜30の膜質をより向上することができる。   In the present embodiment, an example in which the nitrogen-containing film 34 is stacked on the thermal oxide film 33 to form the gate insulating film 30 is shown. However, the nitrogen-containing film 34 may be laminated on the CVD oxide film. That is, the manufacturing method of the oxide film that is the lower layer of the nitrogen-containing film 34 is not particularly limited. Further, the oxide film may be a plurality of layers instead of a single layer. When the gate insulating film 30 is formed by stacking the nitrogen-containing film 34 shown in the present embodiment on the oxide film composed of the CVD oxide film 31 and the thermal oxide film 32 shown in the first to third embodiments, a manufacturing process will be described. However, the film quality of the gate insulating film 30 can be further improved.

また、本実施形態においては、熱酸化によって熱酸化膜33を形成後、CVD法によって窒素含有膜34を形成する例を示した。しかしながら、第1〜3の実施形態に示したように、CVD法によって先ず窒素含有膜34を形成し、その後熱酸化によって熱酸化膜33を形成しても良い。この場合、窒素含有膜34を緻密化するとともに、ストイキオメトリックな状態とすることができる。   Further, in the present embodiment, an example in which the nitrogen-containing film 34 is formed by the CVD method after the thermal oxide film 33 is formed by thermal oxidation is shown. However, as shown in the first to third embodiments, the nitrogen-containing film 34 may be formed first by the CVD method, and then the thermal oxide film 33 may be formed by thermal oxidation. In this case, the nitrogen-containing film 34 can be densified and brought into a stoichiometric state.

以上の各実施形態については、トレンチゲート構造の縦型MOSトランジスタのゲート絶縁膜30において、膜質を向上する例を示した。しかしながら、半導体装置100の構造は上記各実施形態に示した構成に限定されるものではない。MOS構造のゲートを有する半導体装置であれば良い。すなわち、ゲート絶縁膜30もトレンチ15表面に形成される構成に限定されるものではない。また、素子もMOSトランジスタに限定されるものでは無い。さらには、膜質を向上する対象も、ゲート絶縁膜30に限定されるものではない。以下にゲート絶縁膜30以外の適用例を示す。   In each of the above embodiments, an example in which the film quality is improved in the gate insulating film 30 of the vertical MOS transistor having the trench gate structure has been described. However, the structure of the semiconductor device 100 is not limited to the configuration shown in the above embodiments. Any semiconductor device having a MOS structure gate may be used. That is, the gate insulating film 30 is not limited to the structure formed on the surface of the trench 15. Also, the element is not limited to a MOS transistor. Furthermore, the object of improving the film quality is not limited to the gate insulating film 30. Application examples other than the gate insulating film 30 will be described below.

(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態を、図14及び図15に基づいて説明する。図14は本実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。図15は、半導体装置のうち、主要部の製造方法を示す工程別断面図であり、(a)は下部電極形成工程、(b)はCVD酸化膜形成工程、(c)は追加熱酸化工程である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. 15A and 15B are cross-sectional views showing a manufacturing method of a main part of the semiconductor device, where FIG. 15A is a lower electrode forming step, FIG. 15B is a CVD oxide film forming step, and FIG. 15C is an additional thermal oxidation step. It is.

第5の実施形態における半導体装置及びその製造方法は、第1の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。   Since the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the fifth embodiment are in common with those according to the first embodiment, detailed description of the common parts will be omitted below, and different parts will be described mainly.

本実施形態に係る半導体装置は、素子として、一対の電極間に誘電体としての容量用酸化膜を介在させてなるキャパシタを有しており、この容量用酸化膜の膜質を向上させている。なお、このようなキャパシタは、キャパシタそのものとしてだけでなく、例えばDRAM等の素子の一部として適用される。 図14に示すように、本実施形態に係る半導体装置200は、キャパシタの一例として、下部電極115が半球状の結晶粒(Hemispherical Grain)からなる、トレンチキャパシタを有している。第1実施形態同様、半導体基板110は、内部に絶縁膜を埋め込んだSOI(Silicon On Insulator)基板であり、単結晶シリコン(Si)からなる支持基板111、シリコン酸化膜(SiO)からなる絶縁膜112、およびp型の半導体層113で構成されている。そして、半導体層113にトレンチ114が形成されている。トレンチ114には、その表面に下部電極115が形成され、下部電極115上には、容量用酸化膜116を介して、上部電極117がトレンチ114に対して埋め込み形成されている。すなわち、トレンチ114上に形成された、対をなす上部電極117及び下部電極115と、当該電極115,117間に配置された容量用酸化膜116とによって、キャパシタが構成されている。 The semiconductor device according to the present embodiment has a capacitor in which a capacitor oxide film as a dielectric is interposed between a pair of electrodes as an element, and the film quality of the capacitor oxide film is improved. Such a capacitor is applied not only as a capacitor itself but also as a part of an element such as a DRAM. As shown in FIG. 14, the semiconductor device 200 according to the present embodiment includes a trench capacitor in which the lower electrode 115 is made of hemispherical grains as an example of a capacitor. As in the first embodiment, the semiconductor substrate 110 is an SOI (Silicon On Insulator) substrate with an insulating film embedded therein, and is a support substrate 111 made of single crystal silicon (Si) and an insulation made of silicon oxide film (SiO 2 ). A film 112 and a p-type semiconductor layer 113 are included. A trench 114 is formed in the semiconductor layer 113. A lower electrode 115 is formed on the surface of the trench 114, and an upper electrode 117 is embedded on the lower electrode 115 with respect to the trench 114 via a capacitor oxide film 116. That is, a capacitor is constituted by the upper electrode 117 and the lower electrode 115 forming a pair and the capacitor oxide film 116 disposed between the electrodes 115 and 117 formed on the trench 114.

ここで、容量用酸化膜116は、下部電極115の表面上に気相酸化膜として形成されたCVD酸化膜116aと、CVD酸化膜116aの形成後に、CVD酸化膜116aと下部電極115の表面との間に追加形成された熱酸化膜116bとにより構成されている。このように、本実施形態に係る半導体装置200においては、先にCVD酸化膜116aが形成され、その後熱酸化によって熱酸化膜116bが追加形成されていることを特徴とする。なお、図14中に示す符号118は、逆電位が印加されたときに、下部電極115からの空乏層の広がりを防止、すなわち容量変動を防止するためのp+型の拡散領域である。   Here, the capacitor oxide film 116 includes a CVD oxide film 116a formed as a vapor-phase oxide film on the surface of the lower electrode 115, and the CVD oxide film 116a and the surface of the lower electrode 115 after the formation of the CVD oxide film 116a. And a thermal oxide film 116b additionally formed between them. As described above, the semiconductor device 200 according to the present embodiment is characterized in that the CVD oxide film 116a is formed first, and then the thermal oxide film 116b is additionally formed by thermal oxidation. Note that reference numeral 118 shown in FIG. 14 is a p + type diffusion region for preventing the depletion layer from spreading from the lower electrode 115 when the reverse potential is applied, that is, for preventing capacitance fluctuation.

次に、このように構成される半導体装置200の製造方法について説明する。先ず、n−型の半導体層113を有するSOI構造の半導体基板110を準備し、半導体層113のキャパシタ形成領域に、ドライエッチングにより所定深さのトレンチ114を形成する。上述したように、トレンチ114形成後、トレンチ114の開孔角部(肩部)および底面角部の形状は、いずれも角張っている。そこで、本実施形態においても、粘性流動の生じる温度(例えば1000℃以上)で熱酸化を実施して犠牲酸化膜を形成し、当該犠牲酸化膜を除去することで、開孔角部および底面角部の曲率半径をより大きくする(丸みを帯びた緩やかな形状とする)ようにしている。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 200 configured as described above will be described. First, an SOI structure semiconductor substrate 110 having an n − type semiconductor layer 113 is prepared, and a trench 114 having a predetermined depth is formed in the capacitor formation region of the semiconductor layer 113 by dry etching. As described above, after the trench 114 is formed, the shape of the opening corner (shoulder) and the bottom corner of the trench 114 is both angular. Therefore, also in the present embodiment, by performing thermal oxidation at a temperature at which viscous flow occurs (for example, 1000 ° C. or more) to form a sacrificial oxide film and removing the sacrificial oxide film, the opening corner portion and the bottom surface corner are formed. The radius of curvature of the portion is made larger (a rounded, gentle shape).

次に、不純物をイオン注入等によって添加することにより、トレンチ115の表面に、p+型の拡散領域118を形成する。そして、図15(a)に示すように、その表面上に、半球状の結晶粒(Hemispherical Grain)からなる下部電極115を、公知の製造方法(例えば不純物の添加された非晶質シリコン層を形成し、アニールすることにより凝集させて半球化する)によって、形成する。このように、半球状の結晶粒からなる下部電極115を構成すると、蓄積電荷量が大幅に向上するため、同じセル面積で容量を向上することができる。   Next, an impurity is added by ion implantation or the like to form a p + -type diffusion region 118 on the surface of the trench 115. Then, as shown in FIG. 15A, a lower electrode 115 made of hemispherical grains is formed on the surface by a known manufacturing method (for example, an amorphous silicon layer doped with impurities). And then agglomerates and hemispheres by annealing. In this manner, when the lower electrode 115 made of hemispherical crystal grains is configured, the amount of accumulated charge is greatly improved, so that the capacity can be improved with the same cell area.

下部電極115形成後、図15(b)に示すように、CVD法(本実施形態においてはLPCVD法)を用いて、下部電極115の表面上にCVD酸化膜116aを形成する。この時点で、CVD酸化膜116aの組成はストイキオメトリックな状態(化学的な量論状態)からずれており、膜中にキャリアのトラップとなるダングリングボンド(未結合手)が存在する。また、CVD酸化膜116aは緻密化されておらず、界面準位密度も熱酸化により形成された酸化膜に比べ大きい。   After the formation of the lower electrode 115, as shown in FIG. 15B, a CVD oxide film 116a is formed on the surface of the lower electrode 115 by using a CVD method (LPCVD method in this embodiment). At this time, the composition of the CVD oxide film 116a is deviated from the stoichiometric state (chemical stoichiometric state), and dangling bonds (unbonded hands) serving as carrier traps exist in the film. Further, the CVD oxide film 116a is not densified, and the interface state density is larger than that of the oxide film formed by thermal oxidation.

CVD酸化膜116a形成後、熱酸化を実施し、図15(c)に示すように、先に形成されたCVD酸化膜116aと下部電極115表面との間に熱酸化膜116bを追加形成する。本実施形態においては、酸素と水蒸気との混合気体中において、850℃にて追加熱酸化を実施した。以上により容量用酸化膜116が形成される。   After the CVD oxide film 116a is formed, thermal oxidation is performed, and as shown in FIG. 15C, a thermal oxide film 116b is additionally formed between the previously formed CVD oxide film 116a and the surface of the lower electrode 115. In the present embodiment, additional thermal oxidation was performed at 850 ° C. in a mixed gas of oxygen and water vapor. Thus, the capacitor oxide film 116 is formed.

容量用酸化膜116形成後、図14に示すように、容量用酸化膜116を介して、トレンチ114内に電極材料(例えば不純物の添加されたポリシリコン)を埋め込んで、上部電極117を形成する。これにより、図14に示す半導体装置200が製造される。   After the formation of the capacitor oxide film 116, as shown in FIG. 14, the upper electrode 117 is formed by embedding an electrode material (for example, polysilicon doped with impurities) in the trench 114 via the capacitor oxide film 116. . Thereby, the semiconductor device 200 shown in FIG. 14 is manufactured.

このように、本実施形態に係る容量用酸化膜116おいては、第1実施形態に示したゲート絶縁膜30と同様に、先ずCVD酸化膜116aを形成し、その後熱酸化によって熱酸化膜116bを形成する。したがって、膜中の欠陥密度を小さくすることができる。また、CVD酸化膜116a形成後の熱酸化によって、熱酸化雰囲気中の酸素(O)又は水蒸気(H0)が、緻密化される前のCVD酸化膜116aを介して下部電極115を構成する非晶質シリコンとCVD酸化膜116aとの界面に拡散し、Siと反応して熱酸化膜116bを追加形成することができる。これにより、Si−SiO界面を、CVD酸化膜形成時よりもSi側に移動させ、容量酸化膜116を所定の膜厚とすることができる。また、界面準位密度を熱酸化による酸化膜並みとし、良好な界面特性を得ることができる。さらには、上記と並行して、熱酸化雰囲気中の酸素又は水蒸気がCVD酸化膜116a中のダングリングボンド(未結合手)と反応し、CVD酸化膜116aをストイキオメトリックな状態(化学的な量論状態)とすることができる。すなわち、CVD酸化膜116a中のトラップを低減し、容量用酸化膜116の膜質を向上することができると同時に、容量用酸化膜116の比誘電率のばらつきを熱酸化膜と同等とすることができるので、容量の均一なキャパシタとすることができる。 As described above, in the capacitor oxide film 116 according to the present embodiment, the CVD oxide film 116a is first formed, and then the thermal oxide film 116b is formed by thermal oxidation, similarly to the gate insulating film 30 shown in the first embodiment. Form. Therefore, the defect density in the film can be reduced. Further, by the thermal oxidation after the formation of the CVD oxide film 116a, the lower electrode 115 is formed through the CVD oxide film 116a before oxygen (O 2 ) or water vapor (H 2 0) in the thermal oxidation atmosphere is densified. The thermal oxide film 116b can be additionally formed by diffusing to the interface between the amorphous silicon to be formed and the CVD oxide film 116a and reacting with Si. Thereby, the Si—SiO 2 interface can be moved to the Si side rather than the time of forming the CVD oxide film, and the capacitive oxide film 116 can have a predetermined thickness. Further, the interface state density is set to the level of an oxide film formed by thermal oxidation, and good interface characteristics can be obtained. Furthermore, in parallel with the above, oxygen or water vapor in the thermal oxidation atmosphere reacts with dangling bonds (unbonded hands) in the CVD oxide film 116a, causing the CVD oxide film 116a to be in a stoichiometric state (chemically). Stoichiometric state). That is, the traps in the CVD oxide film 116a can be reduced, the film quality of the capacitor oxide film 116 can be improved, and at the same time, the variation in relative dielectric constant of the capacitor oxide film 116 can be made equal to that of the thermal oxide film. Therefore, a capacitor with a uniform capacitance can be obtained.

なお、上述した効果以外にも、第1実施形態に記載の各効果と同様乃至それに準ずる効果を期待することができる。   In addition to the effects described above, effects similar to or equivalent to the effects described in the first embodiment can be expected.

また、本実施形態に示すように、下部電極115が半球状の結晶粒からなる構成においては、先に熱酸化を行うと、結晶粒間部に十分な膜厚の酸化膜を形成することができない。しかしながら、上述した製造方法によれば、結晶粒間部にも十分な膜厚の116酸化膜を形成することができるので、所望の耐圧を確保することができる。   In addition, as shown in the present embodiment, in the configuration in which the lower electrode 115 is formed of hemispherical crystal grains, if thermal oxidation is performed first, an oxide film having a sufficient thickness can be formed between the crystal grains. Can not. However, according to the manufacturing method described above, a 116 oxide film having a sufficient film thickness can be formed also between the crystal grains, so that a desired breakdown voltage can be ensured.

また、本実施形態においては、下部電極115が半球状の結晶粒からなる構成のトレンキャパシタを例にとり説明した。しかしながら、キャパシタの構成は上記例に限定されるものではない。例えば、下部電極115が半球状の結晶粒からならない構成(例えば層状)であっても、同様の効果を期待することができる。また、下部電極115が、半導体層113(基板)によって構成されても良い。すなわち、半導体層113と上部電極117との間に配置された容量用酸化膜116によって、キャパシタが構成されても良い。また、キャパシタはトレンチ構造に限定されるものでなく、所謂プレーナ構造のキャパシタであっても、電極間に配置される容量用酸化膜に適用することができる。   Further, in the present embodiment, the lower capacitor 115 has been described by taking as an example a train capacitor having a configuration composed of hemispherical crystal grains. However, the configuration of the capacitor is not limited to the above example. For example, the same effect can be expected even when the lower electrode 115 has a configuration (for example, layered) that does not include hemispherical crystal grains. Further, the lower electrode 115 may be constituted by the semiconductor layer 113 (substrate). That is, a capacitor may be configured by the capacitor oxide film 116 disposed between the semiconductor layer 113 and the upper electrode 117. The capacitor is not limited to a trench structure, and a so-called planar structure capacitor can be applied to a capacitor oxide film disposed between electrodes.

また本実施形態においては、キャパシタの容量用酸化膜に、第1実施形態に示したゲート絶縁膜30と同じ構成及び製造方法を適用する例を示した。しかしながら、第2実施形態、第3実施形態に示した構成及び製造方法を適用しても良い。それにより、各実施形態に記載の効果と同様乃至はそれに準ずる効果を期待することができる。   In this embodiment, the example in which the same configuration and manufacturing method as the gate insulating film 30 shown in the first embodiment is applied to the capacitor oxide film of the capacitor is shown. However, you may apply the structure and manufacturing method which were shown to 2nd Embodiment and 3rd Embodiment. Thereby, the effect similar to or equivalent to the effect described in each embodiment can be expected.

(第6の実施形態)
次に、本発明の第6の実施形態を、図16及び図17に基づいて説明する。図16は本実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。図17は、半導体装置のうち、主要部の製造方法を示す工程別断面図であり、(a)はCVD酸化膜形成工程、(b)は追加熱酸化工程である。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. 17A and 17B are cross-sectional views showing a manufacturing method of a main part of the semiconductor device, wherein FIG. 17A is a CVD oxide film forming step and FIG. 17B is an additional thermal oxidation step.

第6の実施形態における半導体装置及びその製造方法は、第1の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。   Since the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the sixth embodiment are often in common with those according to the first embodiment, the detailed description of the common parts will be omitted below, and different parts will be mainly described.

本実施形態に係る半導体装置は、素子として、フローティングゲートとコントロールゲートの2層ゲート電極を含む不揮発性メモリを有しており、フローティングゲートとコントロールゲートとの間に配置されるゲート間酸化膜の膜質を向上させている。なお、このような不揮発性メモリとしては、例えばEPROM、EEPROM、フラッシュメモリ等がある。 図16に示すように、本実施形態に係る半導体装置300は、フローティングゲート217が半球状の結晶粒(Hemispherical Grain)からなる不揮発性メモリを有している。層状構成のフローティングゲートの場合、一部分の絶縁膜(トンネル膜216、ゲート間酸化膜218)絶縁性が壊れると、例えばチャージされていたキャリアが全て抜けてしまう。これに対し、半球状の結晶粒(粒間にゲート間酸化膜218を備える)からなる構成とすると、一部分の絶縁膜(トンネル膜216、ゲート間酸化膜218)の絶縁性が壊れても、当該部位のフローティングゲート217(結晶粒)のみからキャリアが抜けるだけであるので、信頼性の高いメモリとすることができる。   The semiconductor device according to the present embodiment has a nonvolatile memory including a two-layer gate electrode of a floating gate and a control gate as an element, and an inter-gate oxide film disposed between the floating gate and the control gate. The film quality is improved. Examples of such non-volatile memory include EPROM, EEPROM, flash memory, and the like. As shown in FIG. 16, in the semiconductor device 300 according to the present embodiment, the floating gate 217 has a nonvolatile memory made of hemispherical crystal grains. In the case of a floating gate having a layered structure, if a part of the insulating film (tunnel film 216, inter-gate oxide film 218) insulation is broken, for example, all the charged carriers escape. On the other hand, if the structure is composed of hemispherical crystal grains (including intergate oxide film 218 between the grains), even if the insulating properties of a part of the insulating films (tunnel film 216, intergate oxide film 218) are broken, Since carriers can only escape from the floating gate 217 (crystal grains) in the portion, a highly reliable memory can be obtained.

第1実施形態同様、半導体基板210は、内部に絶縁膜を埋め込んだSOI(Silicon On Insulator)基板であり、単結晶シリコン(Si)からなる支持基板211、シリコン酸化膜(SiO)からなる絶縁膜212、およびp型の半導体層213で構成されている。そして、半導体層213の表層部に、ソース領域であるn+型の拡散領域214と、ドレイン領域であるn+型の拡散領域215がそれぞれ選択的に形成されている。また、半導体層213上には、トンネル膜216を介して、上述した半球状の結晶粒からなるフローティングゲート217が形成されている。また、フローティングゲート217上には、ゲート間酸化膜218を介して、コントロールゲート219が形成されている。 As in the first embodiment, the semiconductor substrate 210 is an SOI (Silicon On Insulator) substrate with an insulating film embedded therein, and is a support substrate 211 made of single crystal silicon (Si) and an insulation made of silicon oxide film (SiO 2 ). A film 212 and a p-type semiconductor layer 213 are included. An n + -type diffusion region 214 that is a source region and an n + -type diffusion region 215 that is a drain region are selectively formed on the surface layer portion of the semiconductor layer 213. Further, the floating gate 217 made of the above-described hemispherical crystal grains is formed on the semiconductor layer 213 via the tunnel film 216. A control gate 219 is formed on the floating gate 217 via an inter-gate oxide film 218.

ここで、ゲート間酸化膜218は、フローティングゲート217の表面上に気相酸化膜として形成されたCVD酸化膜218aと、CVD酸化膜218aの形成後に、CVD酸化膜218aとフローティングゲート217の表面との間に追加形成された熱酸化218bとにより構成されている。このように、本実施形態に係る半導体装置300においては、先にCVD酸化膜218aが形成され、その後熱酸化によって熱酸化膜218bが追加形成されていることを特徴とする。   Here, the inter-gate oxide film 218 includes a CVD oxide film 218a formed as a vapor-phase oxide film on the surface of the floating gate 217, and the CVD oxide film 218a and the surface of the floating gate 217 after the formation of the CVD oxide film 218a. And thermal oxidation 218b additionally formed between the two. As described above, the semiconductor device 300 according to this embodiment is characterized in that the CVD oxide film 218a is formed first, and then the thermal oxide film 218b is additionally formed by thermal oxidation.

次に、このように構成される半導体装置300の製造方法について説明する。先ず、n−型の半導体層213を有するSOI構造の半導体基板210を準備し、半導体層213の素子形成領域表面に、トンネル膜216を形成する。そして、このトンネル膜216上に、CVD法(本実施形態においてはLPCVD法)を用いて、後にフローティングゲート217となる不純物の添加された非晶質シリコン層を形成する。そして、公知の製造方法(例えば非晶質シリコン層をアニールすることにより凝集させて半球化する)によって、半球状の結晶粒からなるフローティングゲート217(ただし、パターニング前の状態)を形成する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 300 configured as described above will be described. First, an SOI structure semiconductor substrate 210 having an n − -type semiconductor layer 213 is prepared, and a tunnel film 216 is formed on the surface of an element formation region of the semiconductor layer 213. Then, an amorphous silicon layer to which an impurity to be the floating gate 217 is added later is formed on the tunnel film 216 by CVD (LPCVD in this embodiment). Then, the floating gate 217 (however, before patterning) made of hemispherical crystal grains is formed by a known manufacturing method (for example, the amorphous silicon layer is aggregated by annealing to be hemispherical).

フローティングゲート217形成後、図17(a)に示すように、CVD法(本実施形態においてはLPCVD法)を用いて、フローティングゲート217の表面上にCVD酸化膜218aを形成する。この時点で、CVD酸化膜218aの組成はストイキオメトリックな状態(化学的な量論状態)からずれている。すなわち、膜中にキャリアのトラップとなるダングリングボンド(未結合手)が存在する。また、CVD酸化膜218aは緻密化されておらず、界面準位密度も熱酸化により形成された酸化膜に比べ大きい。なお、CVD酸化膜218aの形成においては、図17(a)に示すように、CVD酸化膜218aの膜厚tを、フローティングゲート217の、互いに隣接する結晶粒間の間隔d1よりも厚くすることが好ましい。これにより、結晶粒間に確実にCVD酸化膜218a(ゲート間酸化膜218)を配置することができる。   After the formation of the floating gate 217, as shown in FIG. 17A, a CVD oxide film 218a is formed on the surface of the floating gate 217 by using a CVD method (LPCVD method in this embodiment). At this point, the composition of the CVD oxide film 218a deviates from the stoichiometric state (chemical stoichiometric state). That is, dangling bonds (unbonded hands) that serve as carrier traps exist in the film. Further, the CVD oxide film 218a is not densified, and the interface state density is larger than that of the oxide film formed by thermal oxidation. In the formation of the CVD oxide film 218a, as shown in FIG. 17A, the film thickness t of the CVD oxide film 218a is made larger than the distance d1 between adjacent crystal grains of the floating gate 217. Is preferred. Thereby, the CVD oxide film 218a (inter-gate oxide film 218) can be reliably disposed between the crystal grains.

CVD酸化膜218a形成後、熱酸化を実施し、図17(b)に示すように、先に形成されたCVD酸化膜218aとフローティングゲート217表面との間に熱酸化膜218bを追加形成する。本実施形態においては、酸素と水蒸気との混合気体中において、850℃にて追加熱酸化を実施した。以上によりゲート間酸化膜218が形成される。   After the CVD oxide film 218a is formed, thermal oxidation is performed, and as shown in FIG. 17B, a thermal oxide film 218b is additionally formed between the previously formed CVD oxide film 218a and the surface of the floating gate 217. In the present embodiment, additional thermal oxidation was performed at 850 ° C. in a mixed gas of oxygen and water vapor. Thus, the inter-gate oxide film 218 is formed.

ゲート間酸化膜218形成後、図16に示すように、ゲート間酸化膜218上に、CVD法(本実施形態においてはLPCVD法)を用いて、コントロールゲート219(ただし、パターニング前の状態)を形成する。そして、フォトリソによって、フローティングゲート217及びコントロールゲート219をパターニングする。   After the formation of the inter-gate oxide film 218, as shown in FIG. 16, the control gate 219 (but before patterning) is formed on the inter-gate oxide film 218 by using the CVD method (LPCVD method in this embodiment). Form. Then, the floating gate 217 and the control gate 219 are patterned by photolithography.

パターニング後、フローティングゲート217及びコントロールゲート219をマスクにしてイオン注入を行い、ソース領域及びドレイン領域である拡散領域214,215をそれぞれ形成する。これにより、図16に示す半導体装置300が製造される。   After the patterning, ion implantation is performed using the floating gate 217 and the control gate 219 as masks to form diffusion regions 214 and 215 which are a source region and a drain region, respectively. Thereby, the semiconductor device 300 shown in FIG. 16 is manufactured.

このように、本実施形態に係るゲート間酸化膜218おいては、第1実施形態に示したゲート絶縁膜30と同様に、先ずCVD酸化膜218aを形成し、その後熱酸化によって熱酸化膜218bを形成する。したがって、膜中の欠陥密度を小さくすることができる。また、CVD酸化膜218a形成後の熱酸化によって、熱酸化雰囲気中の酸素(O)又は水蒸気(H0)が、緻密化される前のCVD酸化膜218aを介してフローティングゲート217を構成する非晶質シリコンとCVD酸化膜218aとの界面に拡散し、Siと反応して熱酸化膜218を追加形成することができる。これにより、Si−SiO界面を、CVD酸化膜形成時よりもSi側に移動させ、所定の膜厚とすることができる。すなわち、図17(b)に示すように、追加熱酸化によって粒間がd1からd2に広がるので、フローティングゲート217に蓄積されたキャリアが、隣接する結晶粒やコントロールゲート219に移動することを防止、すなわちキャリア保持特性を向上(経時的なメモリ状態の変動を抑制)することができる。また、界面準位密度を熱酸化による酸化膜並みとし、良好な界面特性を得ることができる。 As described above, in the intergate oxide film 218 according to the present embodiment, the CVD oxide film 218a is first formed, and then the thermal oxide film 218b is formed by thermal oxidation, similarly to the gate insulating film 30 shown in the first embodiment. Form. Therefore, the defect density in the film can be reduced. In addition, by the thermal oxidation after the CVD oxide film 218a is formed, the floating gate 217 is formed through the CVD oxide film 218a before the oxygen (O 2 ) or water vapor (H 2 0) in the thermal oxidation atmosphere is densified. The thermal oxide film 218 can be additionally formed by diffusing to the interface between the amorphous silicon to be formed and the CVD oxide film 218a and reacting with Si. Thereby, the Si—SiO 2 interface can be moved to the Si side rather than the time of forming the CVD oxide film, and a predetermined film thickness can be obtained. That is, as shown in FIG. 17 (b), the inter-grain space is expanded from d1 to d2 by the additional thermal oxidation, so that carriers accumulated in the floating gate 217 are prevented from moving to the adjacent crystal grains and the control gate 219. In other words, carrier retention characteristics can be improved (a memory state change with time can be suppressed). Further, the interface state density is set to the level of an oxide film formed by thermal oxidation, and good interface characteristics can be obtained.

さらには、上記と並行して、熱酸化雰囲気中の酸素又は水蒸気がCVD酸化膜218a中のダングリングボンド(未結合手)と反応し、CVD酸化膜218aをストイキオメトリックな状態(化学的な量論状態)とすることができる。すなわち、CVD酸化膜218a中のトラップを低減し、ゲート間酸化膜218の膜質を向上することができる。したがって、書き換え時にチャージがトラップされることに起因するVt変動を熱酸化膜と同程度とすることができる。   Further, in parallel with the above, oxygen or water vapor in the thermal oxidation atmosphere reacts with dangling bonds (unbonded hands) in the CVD oxide film 218a, causing the CVD oxide film 218a to be in a stoichiometric state (chemically). Stoichiometric state). That is, traps in the CVD oxide film 218a can be reduced and the film quality of the inter-gate oxide film 218 can be improved. Therefore, the Vt fluctuation caused by trapping the charge at the time of rewriting can be made similar to that of the thermal oxide film.

なお、上述した効果以外にも、第1実施形態に記載の各効果と同様乃至それに準ずる効果を期待することができる。   In addition to the effects described above, effects similar to or equivalent to the effects described in the first embodiment can be expected.

また、本実施形態に示すように、フローティングゲート217が半球状の結晶粒からなる構成においては、先に熱酸化を行うと、結晶粒間部に十分な膜厚の酸化膜を形成することができない。しかしながら、上述した製造方法によれば、結晶粒間部にも十分な膜厚の酸化膜を形成することができる。また、追加熱酸化によって、粒間を広げる(d1→d2)ことができるので、所望の耐圧を確保することができる。   Further, as shown in the present embodiment, in the configuration in which the floating gate 217 is formed of hemispherical crystal grains, if thermal oxidation is performed first, an oxide film having a sufficient thickness can be formed between the crystal grains. Can not. However, according to the manufacturing method described above, an oxide film having a sufficient thickness can be formed also between the crystal grains. Further, since the intergranularity can be expanded (d1 → d2) by additional thermal oxidation, a desired breakdown voltage can be ensured.

また、本実施形態においては、フローティングゲート217が半球状の結晶粒からなる構成の不揮発性メモリを例にとり説明した。しかしながら、不揮発性メモリの構成は上記例に限定されるものではない。例えば、フローティングゲート217が半球状の結晶粒からならない構成(例えば層状)であっても、同様の効果を期待することができる。   Further, in the present embodiment, the description has been given by taking as an example a nonvolatile memory having a configuration in which the floating gate 217 is formed of hemispherical crystal grains. However, the configuration of the nonvolatile memory is not limited to the above example. For example, the same effect can be expected even when the floating gate 217 has a configuration (eg, a layer) that does not include hemispherical crystal grains.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本実施形態においては、半導体基板10,110,210として、単結晶シリコン(Si)からなる支持基板11,111,211、シリコン酸化膜(SiO)からなる絶縁膜12,112,212、およびn−型の半導体層13,113,213で構成されるSOI構造の半導体基板を適用する例を示した。しかしながら、半導体基板10,110,210は上記例に限定されるものではない。 In the present embodiment, as the semiconductor substrates 10, 110, 210, support substrates 11, 111, 211 made of single crystal silicon (Si), insulating films 12, 112, 212 made of silicon oxide film (SiO 2 ), and n An example in which a semiconductor substrate having an SOI structure including the − type semiconductor layers 13, 113, and 213 is applied has been shown. However, the semiconductor substrates 10, 110, and 210 are not limited to the above example.

また、本実施形態においては、主要部である酸化膜の構成及び製造方法を、ゲート絶縁膜30、容量用酸化膜116、ゲート間酸化膜218に適用する例を示した。しかしながら、上記例に限定されるものではない。例えば、トレンチ分離領域におけるトレンチ表面に形成される絶縁膜にも適用することができる。   Further, in the present embodiment, an example in which the structure and manufacturing method of the oxide film which is a main part is applied to the gate insulating film 30, the capacitor oxide film 116, and the inter-gate oxide film 218 has been shown. However, it is not limited to the above example. For example, the present invention can be applied to an insulating film formed on the trench surface in the trench isolation region.

第1〜第4実施形態においては、結晶欠陥が生じやすい構成例として、シリコンに対して原子半径が大きく異なるボロンが導入された、ドレイン領域であるp型の拡散領域14にトレンチ15を形成する構成を示した。しかしながら、ボロンに限らず、シリコンに対して原子半径の差が大きいもの(例えばアンチモン)であれば、半導体基板10内に結晶欠陥を生じやすい。このような構成においても、本実施形態に示した半導体装置100及びその製造方法によれば、ゲート絶縁膜30の膜質を向上することができる。この点については、半導体装置200,300においても同様である。   In the first to fourth embodiments, as a configuration example in which crystal defects are likely to occur, a trench 15 is formed in a p-type diffusion region 14 that is a drain region into which boron having a greatly different atomic radius from silicon is introduced. The configuration was shown. However, not only boron but a material having a large difference in atomic radius with respect to silicon (for example, antimony) is likely to cause crystal defects in the semiconductor substrate 10. Even in such a configuration, the film quality of the gate insulating film 30 can be improved according to the semiconductor device 100 and the manufacturing method thereof shown in the present embodiment. The same applies to the semiconductor devices 200 and 300.

第1実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. トレンチ周辺の拡大図である。It is an enlarged view around a trench. ゲート絶縁膜の形成工程を説明するための工程別断面図であり、(a)はトレンチ形成、(b)は犠牲酸化膜形成、(c)犠牲酸化膜除去、(d)はCVD酸化膜形成、(e)は熱酸化膜形成を示す図である。It is sectional drawing according to process for demonstrating the formation process of a gate insulating film, (a) is trench formation, (b) is sacrificial oxide film formation, (c) Sacrificial oxide film removal, (d) is CVD oxide film formation. (E) is a figure which shows thermal oxide film formation. ゲート絶縁膜形成後の工程別断面図であり、(a)はゲート電極形成工程。(b)は拡散領域形成工程を示している。It is sectional drawing according to process after gate insulating film formation, (a) is a gate electrode formation process. (B) shows the diffusion region forming step. トレンチ分離領域からの距離と結晶欠陥との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distance from a trench isolation | separation area | region, and a crystal defect. ゲート絶縁膜の耐圧のワイブル分布を示す図である。It is a figure which shows the Weibull distribution of the proof pressure of a gate insulating film. 熱酸化による追加酸化とBモード不良の発生率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the additional oxidation by thermal oxidation, and the incidence rate of B mode defect. ゲート絶縁膜の界面準位密度を示す図である。It is a figure which shows the interface state density of a gate insulating film. ゲート絶縁膜の膜厚を示す図である。It is a figure which shows the film thickness of a gate insulating film. 第2実施形態に係る半導体装置において、ゲート絶縁膜の形成工程を示す工程別断面図であり、(a)はトレンチ形成、(b)はCVD酸化膜形成、(c)は熱酸化膜形成を示す図である。In the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment, it is sectional drawing according to process which shows the formation process of a gate insulating film, (a) is trench formation, (b) is CVD oxide film formation, (c) is thermal oxide film formation. FIG. 第3実施形態に係る半導体装置において、ゲート絶縁膜の形成工程の一部を示す概略断面図である。In the semiconductor device concerning 3rd Embodiment, it is a schematic sectional drawing which shows a part of formation process of a gate insulating film. 面取りの効果を示す図であり、(a)は面取り量Xを説明する図、(b)は面取り量Xと電界強度比(開孔角部/平坦部)との関係を示す図である。It is a figure which shows the effect of chamfering, (a) is a figure explaining chamfering amount X, (b) is a figure which shows the relationship between chamfering amount X and electric field strength ratio (opening corner | angular part / flat part). 第4実施形態に係るゲート絶縁膜の概略構成を示す図であり、(a)はトレンチ開孔角部の拡大断面図、(b)は(a)のA−A‘断面における組成を示す模式図である。It is a figure which shows schematic structure of the gate insulating film which concerns on 4th Embodiment, (a) is an expanded sectional view of a trench opening corner | angular part, (b) is a model which shows the composition in the AA 'cross section of (a). FIG. 第5実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the semiconductor device which concerns on 5th Embodiment. 半導体装置のうち、主要部の製造方法を示す工程別断面図であり、(a)は下部電極形成工程、(b)はCVD酸化膜形成工程、(c)は追加熱酸化工程である。It is sectional drawing according to process which shows the manufacturing method of the principal part among semiconductor devices, (a) is a lower electrode formation process, (b) is a CVD oxide film formation process, (c) is an additional thermal oxidation process. 第6実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the semiconductor device which concerns on 6th Embodiment. 半導体装置のうち、主要部の製造方法を示す工程別断面図であり、(a)はCVD酸化膜形成工程、(b)は追加熱酸化工程である。It is sectional drawing according to process which shows the manufacturing method of the principal part among semiconductor devices, (a) is a CVD oxide film formation process, (b) is an additional thermal oxidation process.

符号の説明Explanation of symbols

10,110,210・・・半導体基板
13,113,213・・・半導体層
15,114・・・トレンチ
30・・・ゲート絶縁膜
31,116a,218a・・・CVD酸化膜(気相酸化膜)
32,116b、218b・・・熱酸化膜
115・・・下部電極
116・・・容量用酸化膜
217・・・フローティングゲート
218・・・ゲート間酸化膜
100,200,300・・・半導体装置
10, 110, 210 ... semiconductor substrates 13, 113, 213 ... semiconductor layers 15, 114 ... trench 30 ... gate insulating films 31, 116a, 218a ... CVD oxide films (vapor phase oxide films) )
32, 116b, 218b ... thermal oxide film 115 ... lower electrode 116 ... capacitor oxide film 217 ... floating gate 218 ... inter-gate oxide film 100, 200, 300 ... semiconductor device

Claims (48)

半導体基板上に、気相成長法により気相酸化膜を形成する気相酸化工程と、
前記気相酸化工程後、前記気相酸化膜の形成部位を熱酸化する追加熱酸化工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A vapor phase oxidation step of forming a vapor phase oxide film on a semiconductor substrate by vapor phase growth;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising an additional thermal oxidation step of thermally oxidizing a formation portion of the vapor phase oxide film after the vapor phase oxidation step.
前記半導体基板は、埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板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。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is an SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film. 前記気相酸化工程において、ボロン又はアンチモンを不純物とする導電型領域を含む前記半導体基板の部位に、前記気相酸化膜を形成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The semiconductor according to claim 1, wherein, in the vapor phase oxidation step, the vapor phase oxide film is formed in a portion of the semiconductor substrate including a conductive type region having boron or antimony as an impurity. Device manufacturing method. MOS構造のゲートを有することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a gate having a MOS structure. 前記追加熱酸化工程において、熱酸化により追加形成される酸化膜厚を、1nm以上12nm以下の範囲内とすることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein, in the additional thermal oxidation step, an oxide film thickness additionally formed by thermal oxidation is in a range of 1 nm to 12 nm. 前記気相酸化工程の前工程として、前記半導体基板にトレンチを形成するトレンチ形成工程を備え、
前記気相酸化工程において、前記トレンチの表面に前記気相酸化膜を形成することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
As a pre-process of the vapor phase oxidation process, comprising a trench formation step of forming a trench in the semiconductor substrate,
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the vapor phase oxide film is formed on a surface of the trench in the vapor phase oxidation step.
前記トレンチは、ゲート電極用のトレンチであ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。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the trench is a trench for a gate electrode. 前記追加熱酸化工程において、熱酸化とともに、前記トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくすることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein, in the additional thermal oxidation step, a curvature radius of at least an opening corner portion of the trench is made larger than that at the time of trench formation together with thermal oxidation. . 前記トレンチ形成工程と前記気相酸化工程との間に、前記トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくする曲大化工程を備えることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の半導体装置の製造方法。   7. The bending step of increasing the radius of curvature of at least the opening corner portion of the trench larger than that at the time of forming the trench between the trench forming step and the gas phase oxidation step. Item 8. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 7. 前記曲大化工程は、熱酸化により前記トレンチ表面に犠牲酸化膜を形成する犠牲酸化工程と、前記犠牲酸化膜を除去する除去工程を含むことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。   The semiconductor device according to claim 9, wherein the bending step includes a sacrificial oxidation step of forming a sacrificial oxide film on the trench surface by thermal oxidation, and a removal step of removing the sacrificial oxide film. Production method. 前記曲大化工程は、等方性エッチングにより前記開孔角部を面取りする面取り工程を含むことを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の半導体装置の製造方法。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the bending step includes a chamfering step of chamfering the opening corner by isotropic etching. 前記面取り工程において、前記半導体基板の平面方向における面取り量を50nm以上とすることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。   12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein, in the chamfering step, a chamfering amount in a planar direction of the semiconductor substrate is set to 50 nm or more. 一対の電極間に誘電体としての容量用酸化膜を介在させてなるキャパシタを有し、
前記容量用酸化膜を前記気相酸化工程と前記追加熱酸化工程によって形成することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
A capacitor having a capacitor oxide film as a dielectric between a pair of electrodes;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the capacitor oxide film is formed by the vapor phase oxidation step and the additional thermal oxidation step.
前記気相酸化工程の前工程として、半球状の結晶粒からなる一方の前記電極である下部電極を形成する下部電極形成工程を備え、
前記追加熱酸化工程の後工程として、他方の前記電極である上部電極を形成する上部電極形成工程を備えることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
As a pre-process of the gas phase oxidation process, comprising a lower electrode forming process of forming a lower electrode that is one of the electrodes made of hemispherical crystal grains,
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, further comprising an upper electrode forming step of forming an upper electrode which is the other electrode as a subsequent step of the additional thermal oxidation step.
前記キャパシタはトレンチ構造のキャパシタであり、
前記気相酸化工程の前工程として、前記半導体基板に前記キャパシタのトレンチを形成するトレンチ形成工程を備え、
前記気相酸化工程において、前記トレンチの表面に前記気相酸化膜を形成することを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
The capacitor is a trench structure capacitor,
As a pre-process of the vapor phase oxidation process, comprising a trench formation step of forming a trench of the capacitor in the semiconductor substrate,
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the vapor phase oxide film is formed on a surface of the trench in the vapor phase oxidation step.
前記追加熱酸化工程において、熱酸化とともに、前記トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくすることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。   16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein, in the additional thermal oxidation step, the curvature radius of at least the opening corner portion of the trench is made larger than that at the time of trench formation together with thermal oxidation. 前記トレンチ形成工程と前記気相酸化工程との間に、前記トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくする曲大化工程を備えることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。   16. The bending step of increasing the radius of curvature of at least the opening corner of the trench larger than that at the time of forming the trench between the trench formation step and the vapor phase oxidation step. Semiconductor device manufacturing method. 前記曲大化工程は、熱酸化により前記トレンチ表面に犠牲酸化膜を形成する犠牲酸化工程と、前記犠牲酸化膜を除去する除去工程を含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置の製造方法。   18. The semiconductor device according to claim 17, wherein the bending step includes a sacrificial oxidation step of forming a sacrificial oxide film on the trench surface by thermal oxidation and a removal step of removing the sacrificial oxide film. Production method. 前記曲大化工程は、等方性エッチングにより前記開孔角部を面取りする面取り工程を含むことを特徴とする請求項17又は請求項18に記載の半導体装置の製造方法。   19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein the bending step includes a chamfering step of chamfering the opening corner by isotropic etching. フローティングゲートとコントロールゲートの2層ゲート電極を含む不揮発性メモリを有し、
前記フローティングゲートと前記コントロールゲートとの間に配置されるゲート間酸化膜を、前記気相酸化工程と前記追加熱酸化工程によって形成することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
A non-volatile memory including a two-layer gate electrode of a floating gate and a control gate;
The inter-gate oxide film disposed between the floating gate and the control gate is formed by the vapor phase oxidation step and the additional thermal oxidation step. Semiconductor device manufacturing method.
前記気相酸化工程の前工程として、半球状の結晶粒からなる前記フローティングゲートを形成するフローティングゲート形成工程を備え、
前記追加熱酸化工程の後工程として、前記コントロールゲートを形成するコントロールゲート形成工程を備えることを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。
As a pre-process of the vapor phase oxidation process, a floating gate forming process for forming the floating gate composed of hemispherical crystal grains,
21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, further comprising a control gate forming step of forming the control gate as a subsequent step of the additional thermal oxidation step.
前記気相酸化工程において、前記気相酸化膜の膜厚を、互いに隣接する前記結晶粒間の間隔よりも厚くすることを特徴とする請求項21に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 21, wherein, in the vapor phase oxidation step, the thickness of the vapor phase oxide film is made larger than the interval between the adjacent crystal grains. MOS構造のゲートを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記酸化膜上に、前記酸化膜との界面から遠ざかる方向に窒素濃度が連続的に増加する領域を含む窒素含有膜を形成する窒素含有膜形成工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a MOS structure gate,
An oxide film forming step of forming an oxide film on the semiconductor substrate;
And a nitrogen-containing film forming step of forming a nitrogen-containing film including a region in which the nitrogen concentration continuously increases in a direction away from the interface with the oxide film on the oxide film. Method.
前記窒素含有膜形成工程においてCVD法を適用し、
前記酸化膜との界面から遠ざかる方向に窒素濃度が連続的に増加するように、ガス組成を経時的に変化させることを特徴とする請求項23に記載の半導体装置の製造方法。
Applying a CVD method in the nitrogen-containing film forming step,
24. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein the gas composition is changed with time so that the nitrogen concentration continuously increases in a direction away from the interface with the oxide film.
前記酸化膜形成工程の前工程として、前記半導体基板にトレンチを形成するトレンチ形成工程を備え、
前記酸化膜形成工程において、前記トレンチの表面に前記酸化膜を形成することを特徴とする請求項24又は請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
As a pre-process of the oxide film forming process, comprising a trench forming process of forming a trench in the semiconductor substrate,
26. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 24, wherein the oxide film is formed on a surface of the trench in the oxide film forming step.
前記トレンチは、ゲート電極用のトレンチであることを特徴とする請求項25に記載の半導体装置の製造方法。   26. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 25, wherein the trench is a trench for a gate electrode. 前記トレンチ形成工程と前記酸化膜形成工程との間に、前記トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくする曲大化工程を備えることを特徴とする請求項25又は請求項26に記載の半導体装置の製造方法。   26. The method according to claim 25, further comprising a bending step of increasing a radius of curvature of at least an opening corner portion of the trench larger than that at the time of forming the trench between the trench forming step and the oxide film forming step. Item 27. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 26. 前記曲大化工程は、熱酸化により前記トレンチ表面に犠牲酸化膜を形成する犠牲酸化工程と、前記犠牲酸化膜を除去する除去工程を含むことを特徴とする請求項27に記載の半導体装置の製造方法。   28. The semiconductor device according to claim 27, wherein the bending step includes a sacrificial oxidation step of forming a sacrificial oxide film on the trench surface by thermal oxidation, and a removal step of removing the sacrificial oxide film. Production method. 前記曲大化工程は、等方性エッチングにより前記開孔角部を面取りする面取り工程を含むことを特徴とする請求項27又は請求項28に記載の半導体装置の製造方法。   29. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 27, wherein the bending step includes a chamfering step of chamfering the opening corner by isotropic etching. 前記面取り工程において、前記半導体基板の平面方向における面取り量を50nm以上とすることを特徴とする請求項29に記載の半導体装置の製造方法。   30. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 29, wherein, in the chamfering step, a chamfering amount in a planar direction of the semiconductor substrate is set to 50 nm or more. 半導体基板上に形成された気相酸化膜と、
前記気相酸化膜の形成後に、前記気相酸化膜と前記半導体基板との間に追加形成された熱酸化膜を有することを特徴とする半導体装置。
A vapor-phase oxide film formed on a semiconductor substrate;
A semiconductor device comprising a thermal oxide film additionally formed between the vapor phase oxide film and the semiconductor substrate after the vapor phase oxide film is formed.
前記半導体基板は、埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板であることを特徴とする請求項30に記載の半導体装置。   31. The semiconductor device according to claim 30, wherein the semiconductor substrate is an SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film. 前記半導体基板は、ボロン又はアンチモンを不純物とする導電型領域を有し、
前記導電型領域上に前記気相酸化膜及び前記熱酸化膜を形成したことを特徴とする請求項31又は請求項32に記載の半導体装置。
The semiconductor substrate has a conductive region having boron or antimony as an impurity,
33. The semiconductor device according to claim 31, wherein the vapor phase oxide film and the thermal oxide film are formed on the conductivity type region.
MOS構造のゲートを有することを特徴とする請求項31〜33いずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 31, further comprising a gate having a MOS structure. 前記熱酸化膜の酸化膜厚を、1nm以上12nm以下の範囲内としたことを特徴とする請求項34に記載の半導体装置。   35. The semiconductor device according to claim 34, wherein an oxide film thickness of the thermal oxide film is in a range of 1 nm to 12 nm. 前記半導体基板はトレンチを有し、
前記トレンチの表面に、前記気相酸化膜及び前記熱酸化膜を形成したことを特徴とする請求項34又は請求項35に記載の半導体装置。
The semiconductor substrate has a trench;
36. The semiconductor device according to claim 34, wherein the vapor phase oxide film and the thermal oxide film are formed on a surface of the trench.
前記トレンチは、ゲート電極用のトレンチであることを特徴とする請求項36に記載の半導体装置。   37. The semiconductor device according to claim 36, wherein the trench is a trench for a gate electrode. 前記トレンチの少なくとも開孔角部を、丸みを帯びた緩やかな形状としたことを特徴とする請求項36又は請求項37に記載の半導体装置。   38. The semiconductor device according to claim 36, wherein at least an opening corner portion of the trench has a rounded and gentle shape. 一対の電極間に誘電体としての容量用酸化膜を介在させてなるキャパシタを有し、
前記容量用酸化膜が、前記気相酸化膜と前記熱酸化膜からなることを特徴とする請求項31〜33いずれか1項に記載の半導体装置。
A capacitor having a capacitor oxide film as a dielectric between a pair of electrodes;
The semiconductor device according to claim 31, wherein the capacitor oxide film includes the vapor-phase oxide film and the thermal oxide film.
前記一対の電極は、上部電極と下部電極からなり、
前記下部電極が、半球状の結晶粒からなることを特徴とする請求項39に記載の半導体装置。
The pair of electrodes includes an upper electrode and a lower electrode,
40. The semiconductor device according to claim 39, wherein the lower electrode is made of hemispherical crystal grains.
前記キャパシタはトレンチ構造のキャパシタであり、
前記トレンチの表面に、前記気相酸化膜及び前記熱酸化膜を形成したことを特徴とする請求項39又は請求項40に記載の半導体装置。
The capacitor is a trench structure capacitor,
41. The semiconductor device according to claim 39, wherein the vapor-phase oxide film and the thermal oxide film are formed on a surface of the trench.
前記トレンチの少なくとも開孔角部を、丸みを帯びた緩やかな形状としたことを特徴とする請求項41に記載の半導体装置。   42. The semiconductor device according to claim 41, wherein at least an opening corner portion of the trench has a rounded and gentle shape. フローティングゲートとコントロールゲートの2層ゲート電極を含む不揮発性メモリを有し、
前記フローティングゲートと前記コントロールゲートとの間に配置されるゲート間酸化膜が、前記気相酸化膜と前記熱酸化膜からなることを特徴とする請求項31〜33いずれか1項に記載の半導体装置。
A non-volatile memory including a two-layer gate electrode of a floating gate and a control gate;
The semiconductor according to any one of claims 31 to 33, wherein an inter-gate oxide film disposed between the floating gate and the control gate includes the vapor-phase oxide film and the thermal oxide film. apparatus.
前記フローティングゲートが、半球状の結晶粒からなることを特徴とする請求項43に記載の半導体装置。   44. The semiconductor device according to claim 43, wherein the floating gate is made of hemispherical crystal grains. MOS構造のゲートを有する半導体装置であって、
半導体基板上に形成された酸化膜と、
前記酸化膜上に形成され、前記酸化膜との界面から遠ざかる方向に窒素濃度が連続的に増加する領域を含む窒素含有膜を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a MOS structure gate,
An oxide film formed on a semiconductor substrate;
A semiconductor device comprising a nitrogen-containing film formed on the oxide film and including a region where the nitrogen concentration continuously increases in a direction away from the interface with the oxide film.
前記半導体基板はトレンチを有し、
前記トレンチの表面に、前記酸化膜及び前記窒素含有膜を積層したことを特徴とする請求項45に記載の半導体装置。
The semiconductor substrate has a trench;
46. The semiconductor device according to claim 45, wherein the oxide film and the nitrogen-containing film are stacked on a surface of the trench.
前記トレンチは、ゲート電極用のトレンチであることを特徴とする請求項46に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 46, wherein the trench is a trench for a gate electrode. 前記トレンチの少なくとも開孔角部を、丸みを帯びた緩やかな形状としたことを特徴とする請求項46又は請求項47に記載の半導体装置。   48. The semiconductor device according to claim 46, wherein at least an opening corner of the trench has a rounded and gentle shape.
JP2006122579A 2005-09-16 2006-04-26 Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device Pending JP2007110071A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006122579A JP2007110071A (en) 2005-09-16 2006-04-26 Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005270845 2005-09-16
JP2006122579A JP2007110071A (en) 2005-09-16 2006-04-26 Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007110071A true JP2007110071A (en) 2007-04-26

Family

ID=38035663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006122579A Pending JP2007110071A (en) 2005-09-16 2006-04-26 Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007110071A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009016783A (en) * 2007-06-08 2009-01-22 Nissan Motor Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
CN102468135A (en) * 2010-11-18 2012-05-23 北大方正集团有限公司 Chip planarization process method
JP2012532450A (en) * 2009-06-30 2012-12-13 サンディスク スリーディー,エルエルシー Cross point type nonvolatile memory device having a plurality of pillars having round corners and method for manufacturing the same
KR101452091B1 (en) * 2013-02-26 2014-10-16 삼성전기주식회사 Power semiconductor device and fabricating of the same
EP2674980A4 (en) * 2011-02-08 2017-01-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Lateral-type semiconductor device and method for manufacturing same
JP2020515071A (en) * 2017-03-22 2020-05-21 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッドAdvanced Micro Devices Incorporated Vibration Capacitor Architecture in Polysilicon for Improving Capacitance
US11437231B2 (en) 2019-09-09 2022-09-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing semiconductor device

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0732204B2 (en) * 1984-05-21 1995-04-10 株式会社日立製作所 Method of manufacturing nonvolatile semiconductor memory device
JPH1197681A (en) * 1997-09-17 1999-04-09 Toshiba Corp High break down voltage resistance semiconductor device
JP2001053251A (en) * 1999-08-09 2001-02-23 Nec Kyushu Ltd Manufacture of semiconductor device
JP2001135824A (en) * 1999-11-05 2001-05-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2002313806A (en) * 2001-04-17 2002-10-25 Seiko Epson Corp Manufacturing method of thin film transistor, semiconductor device and electric optical device
JP2003069010A (en) * 2001-08-24 2003-03-07 Sharp Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2003124233A (en) * 2002-08-05 2003-04-25 Hitachi Ltd Method for manufacturing semiconductor device
JP2003229571A (en) * 1994-02-04 2003-08-15 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device
JP2004111663A (en) * 2002-09-19 2004-04-08 Sanyo Electric Co Ltd Insulated gate semiconductor device and its manufacturing method
JP2004158860A (en) * 2002-11-05 2004-06-03 St Microelectronics Sa Integrated memory circuit

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0732204B2 (en) * 1984-05-21 1995-04-10 株式会社日立製作所 Method of manufacturing nonvolatile semiconductor memory device
JP2003229571A (en) * 1994-02-04 2003-08-15 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device
JPH1197681A (en) * 1997-09-17 1999-04-09 Toshiba Corp High break down voltage resistance semiconductor device
JP2001053251A (en) * 1999-08-09 2001-02-23 Nec Kyushu Ltd Manufacture of semiconductor device
JP2001135824A (en) * 1999-11-05 2001-05-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2002313806A (en) * 2001-04-17 2002-10-25 Seiko Epson Corp Manufacturing method of thin film transistor, semiconductor device and electric optical device
JP2003069010A (en) * 2001-08-24 2003-03-07 Sharp Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2003124233A (en) * 2002-08-05 2003-04-25 Hitachi Ltd Method for manufacturing semiconductor device
JP2004111663A (en) * 2002-09-19 2004-04-08 Sanyo Electric Co Ltd Insulated gate semiconductor device and its manufacturing method
JP2004158860A (en) * 2002-11-05 2004-06-03 St Microelectronics Sa Integrated memory circuit

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009016783A (en) * 2007-06-08 2009-01-22 Nissan Motor Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
JP2012532450A (en) * 2009-06-30 2012-12-13 サンディスク スリーディー,エルエルシー Cross point type nonvolatile memory device having a plurality of pillars having round corners and method for manufacturing the same
CN102468135A (en) * 2010-11-18 2012-05-23 北大方正集团有限公司 Chip planarization process method
CN102468135B (en) * 2010-11-18 2013-12-25 北大方正集团有限公司 Chip planarization process
EP2674980A4 (en) * 2011-02-08 2017-01-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Lateral-type semiconductor device and method for manufacturing same
KR101452091B1 (en) * 2013-02-26 2014-10-16 삼성전기주식회사 Power semiconductor device and fabricating of the same
US9356116B2 (en) 2013-02-26 2016-05-31 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Power semiconductor device and method of fabricating the same
JP2020515071A (en) * 2017-03-22 2020-05-21 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッドAdvanced Micro Devices Incorporated Vibration Capacitor Architecture in Polysilicon for Improving Capacitance
JP7094297B2 (en) 2017-03-22 2022-07-01 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Oscillating Capacitor Architecture in Polysilicon to Improve Capacitance
US11437231B2 (en) 2019-09-09 2022-09-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100542510B1 (en) Semiconductor memory device
JP5356005B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof
JP4729060B2 (en) Manufacturing method of semiconductor memory device
KR100906526B1 (en) Nonvolatile semiconductor memory device
JP2007110071A (en) Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
JP2008182035A (en) Semiconductor memory device and its manufacturing method
US8319273B2 (en) Self-aligned charge storage region formation for semiconductor device
CN104321877A (en) Method of ONO integration into logic CMOS flow
JP2012074466A (en) Semiconductor device, and method of manufacturing the same
JP2009170660A (en) Semiconductor storage device, and manufacturing method thereof
JP2006269814A (en) Nonvolatile semiconductor memory device, and manufacturing method therefor
US7807577B2 (en) Fabrication of integrated circuits with isolation trenches
JP4936790B2 (en) Semiconductor device
US20090256192A1 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same
US20060172490A1 (en) Method of improving flash memory performance
US20100155819A1 (en) Method of fabricating semiconductor device and semiconductor device
JP2008066725A (en) Eeprom device and method of manufacturing the same
JP2002016152A (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5788346B2 (en) Floating gate semiconductor memory device and method of manufacturing such a device
JP4540993B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
CN102646579B (en) Silicon oxide nitride oxide semiconductor (SONOS) structure and manufacturing method
JP2007081057A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH10335500A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2023036197A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009238903A (en) Semiconductor device, and manufacturing method of the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080606

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110810

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110823

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111014

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120207