JP2008028098A - Semiconductor device and repairing method for its side wall - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、選択成長技術を用いてゲート電極層、配線層、素子分離絶縁層などの側壁を修復するための半導体装置の側壁修復方法およびこの方法によって側壁が修復された半導体装置に関する。 The present invention relates to a sidewall repair method for a semiconductor device for repairing sidewalls such as a gate electrode layer, a wiring layer, and an element isolation insulating layer using a selective growth technique, and a semiconductor device in which the sidewalls are repaired by this method.
一般に、選択成長技術を使用して層の欠陥を修復する技術が提供されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。特許文献1に開示されている技術によれば、露出したゲートの側壁面をカバーするようにシリコン供給層を選択的に形成している。そして、ゲートを形成する際にはゲート酸化膜が露出されるまで導電層を異方性エッチングしている。
特許文献2に開示されている技術によれば、局所的な薄膜の欠陥部を修正している。基板または絶縁膜上に形成される非晶質珪素膜の微小な欠落部分に対してセルフアライン的に形成している。
According to the technique disclosed in
ところで、不揮発性半導体記憶装置のゲート電極層、配線層、素子分離絶縁層等の側壁を、ドライエッチング加工したりクリーニング処理したり例えばBHFやHF(フッ化水素)系の薬液やフッ酸蒸気で処理する場合がある。この場合、これらの処理の影響に伴い層の側壁が後退してしまい、その後、層の側壁間に絶縁膜を埋め込むときに空隙(ボイド)を生じてしまう虞がある。このため、層の側壁の形状を修復する必要を生じる。 By the way, sidewalls such as a gate electrode layer, a wiring layer, and an element isolation insulating layer of the nonvolatile semiconductor memory device are dry-etched or cleaned, for example, with BHF or HF (hydrogen fluoride) chemical solution or hydrofluoric acid vapor. May be processed. In this case, the side wall of the layer recedes due to the influence of these treatments, and there is a possibility that a void is generated when an insulating film is buried between the side walls of the layer. For this reason, it is necessary to repair the shape of the side wall of the layer.
この場合、特許文献1に開示されているプロセスを適用しても、シリコン酸化膜が露出した側壁面に対して修復膜を形成できないため、シリコン酸化膜上に修復膜を形成することができない。このため、このプロセスを採用することができない。特許文献2に開示されている構成は局所的な薄膜の欠陥部が修正されているものであり絶縁膜上の微小な欠落部分の全面に対してセルフアライン的に形成できるものの層の側壁部分に対し選択的に成長させることができない。したがって、このプロセスも採用することができない。
In this case, even if the process disclosed in Patent Document 1 is applied, the repair film cannot be formed on the side wall surface where the silicon oxide film is exposed, and thus the repair film cannot be formed on the silicon oxide film. For this reason, this process cannot be adopted. In the configuration disclosed in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、絶縁膜に接触して形成された所定の層の側壁を選択的に修復できるようにした半導体装置の側壁修復方法およびこの方法により形成された半導体装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for repairing a side wall of a semiconductor device and a method for selectively repairing a side wall of a predetermined layer formed in contact with an insulating film. A semiconductor device formed by the method is provided.
本発明の半導体装置の側壁修復方法の一態様は、半導体基板に対し絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に導電層を形成する工程と、導電層の少なくとも一部を上端部側から下端部側にかけてエッチング除去し、絶縁膜を露出させる工程と、絶縁膜と前記エッチングにより形成された前記導電層の側壁との接合領域に選択成長により成長部を形成する工程とを備えたことを特徴としている。 One aspect of a method for repairing a sidewall of a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate and forming a conductive layer on the insulating film, and at least part of the conductive layer from the upper end side to the lower end portion. And etching to the side to expose the insulating film, and forming a growth portion by selective growth in a junction region between the insulating film and the side wall of the conductive layer formed by the etching. Yes.
本発明の半導体装置の側壁修復方法の一態様は、半導体基板に対し絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に導電層を形成する工程と、導電層を上端部側から絶縁膜が露出するまでエッチング除去し、電極を形成する工程と、電極の側面であって、電極の下端部から上方にむかって電極の幅が徐々に大きくなる領域に、選択成長により外壁部を形成する工程とを備えたことを特徴としている。 According to one aspect of the method for repairing a sidewall of a semiconductor device of the present invention, an insulating film is formed on a semiconductor substrate, a conductive layer is formed on the insulating film, and the conductive layer is exposed from the upper end side. Etching and forming an electrode, and a step of forming an outer wall portion by selective growth on a side surface of the electrode, in a region where the width of the electrode gradually increases from the lower end portion of the electrode. It is characterized by that.
本発明の半導体装置の側壁修復方法の一態様は、半導体基板の表面に第1の絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜および半導体をエッチング除去し、半導体表面に溝を形成する工程と、溝に第2絶縁膜を埋め込み、側壁が第1の絶縁膜に接し、第1の絶縁膜より上方に突出した素子分離絶縁膜を形成する工程と、素子分離絶縁膜の側壁であって、第1の絶縁膜近傍部から上方にむかって素子分離絶縁膜の幅が徐々に大きくなる領域に、選択成長により外壁部を形成する工程とを備えたことを特徴としている。 One embodiment of a method for repairing a sidewall of a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first insulating film on a surface of a semiconductor substrate, and a step of etching and removing the first insulating film and the semiconductor to form a groove on the semiconductor surface. A step of forming an element isolation insulating film in which the second insulating film is buried in the trench, the side wall is in contact with the first insulating film, and protrudes upward from the first insulating film; And a step of forming an outer wall portion by selective growth in a region where the width of the element isolation insulating film gradually increases from the vicinity of the first insulating film in the upward direction.
本発明の半導体装置の一態様は、半導体基板と、この半導体基板に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成された導電層と、導電層の側壁であって、導電層の下端部から上方にむかって導電層の幅が徐々に大きくなる領域に形成された外壁部とを備えたことを特徴としている。 One embodiment of a semiconductor device of the present invention is a semiconductor substrate, an insulating film formed on the semiconductor substrate, a conductive layer formed on the insulating film, a sidewall of the conductive layer, and from a lower end portion of the conductive layer And an outer wall portion formed in a region where the width of the conductive layer gradually increases toward the upper side.
本発明の半導体装置の一態様は、半導体基板と、この半導体基板に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成された電極であって、下端部から上方にむかって電極の幅が徐々に大きくなるテーパー部を有する電極と、テーパー部のテーパー面と絶縁膜とで規定された領域に形成された修復部とを備えたことを特徴としている。 One embodiment of a semiconductor device of the present invention is a semiconductor substrate, an insulating film formed on the semiconductor substrate, and an electrode formed on the insulating film, and the width of the electrode gradually increases from the lower end to the upper side. It is characterized by comprising an electrode having a taper portion that becomes larger, and a repair portion formed in a region defined by the taper surface of the taper portion and the insulating film.
本発明によれば、絶縁膜上に接触して形成された所定層の側壁を選択的に修復できる。 また、本発明によれば、側壁が修復された構造を得ることができる。 According to the present invention, the side wall of the predetermined layer formed in contact with the insulating film can be selectively repaired. Further, according to the present invention, a structure in which the side wall is repaired can be obtained.
(第1の実施形態)
以下、本発明の半導体装置を、積層ゲート構造を備えたフラッシュメモリ装置に適用した第1の実施形態について、図1ないし図15を参照しながら説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a semiconductor device of the present invention is applied to a flash memory device having a stacked gate structure will be described with reference to FIGS.
NAND型のフラッシュメモリ装置(不揮発性半導体記憶装置)1は、メモリセルアレイArが形成されたメモリセル領域Mと、メモリセル領域のメモリセルアレイArを駆動するための周辺回路が形成された周辺回路領域(図示せず)とに区画されている。本実施形態においては、メモリセル領域Mの構造に特徴を備えているため、以下においてはメモリセル領域Mの特徴部分に係る構造についてその詳細説明を行う。 A NAND flash memory device (nonvolatile semiconductor memory device) 1 includes a memory cell region M in which a memory cell array Ar is formed and a peripheral circuit region in which a peripheral circuit for driving the memory cell array Ar in the memory cell region is formed. (Not shown). In the present embodiment, since the structure of the memory cell region M is characterized, the structure related to the characteristic part of the memory cell region M will be described in detail below.
図1は、フラッシュメモリ装置のメモリセル領域におけるメモリセルアレイの等価回路、図2は、図1の領域A1における構造を模式的に示した平面図を示している。半導体装置としてのNAND型のフラッシュメモリ装置1において、そのメモリセルアレイArは、NANDセルユニットSUが行列状に配設されることにより構成されている。このNANDセルユニットSUは、2個の選択ゲートトランジスタTrsと、これらの選択ゲートトランジスタTrs間に対して不純物拡散層(ソース/ドレイン領域)2a(図3参照)を共用して直列接続した複数個(例えば8個:2のn乗個)のメモリセルトランジスタTrnとからなっている。 FIG. 1 is an equivalent circuit of a memory cell array in the memory cell region of the flash memory device, and FIG. 2 is a plan view schematically showing the structure in the region A1 of FIG. In the NAND flash memory device 1 as a semiconductor device, the memory cell array Ar is configured by arranging NAND cell units SU in a matrix. The NAND cell unit SU includes two select gate transistors Trs, and a plurality of these connected in series by sharing an impurity diffusion layer (source / drain region) 2a (see FIG. 3) between the select gate transistors Trs. (For example, 8: n to the power of 2) memory cell transistors Trn.
図1中X方向(ワード線方向、ゲート幅方向)に配列されたメモリセルトランジスタTrnのゲート電極は、ワード線(コントロールゲート線)WLで共通に接続されている。また、図1中X方向に配列された選択ゲートトランジスタTrsの選択ゲート電極(図示せず)は、選択ゲート線SLで共通に接続されている。さらに、選択ゲートトランジスタTrsはビット線BLに接続されている。 The gate electrodes of the memory cell transistors Trn arranged in the X direction (word line direction, gate width direction) in FIG. 1 are commonly connected by a word line (control gate line) WL. Further, the selection gate electrodes (not shown) of the selection gate transistors Trs arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by the selection gate line SL. Further, the select gate transistor Trs is connected to the bit line BL.
複数のNANDセルユニットSUは、図2および図3に示すように、STI (Shallow Trench Isolation)構造の素子分離領域SbによりX方向に対して互いに分断されている。メモリセルトランジスタTrnの浮遊ゲート電極FG(図3参照)は、Y方向に延びる素子形成領域(活性領域:アクティブエリア)Saと、所定間隔をもって形成されるY方向に延びるワード線WLとの交差部に位置して形成されている。 The plurality of NAND cell units SU are separated from each other in the X direction by an element isolation region Sb having an STI (Shallow Trench Isolation) structure, as shown in FIGS. The floating gate electrode FG (see FIG. 3) of the memory cell transistor Trn is an intersection of an element formation region (active region: active area) Sa extending in the Y direction and a word line WL extending in the Y direction formed at a predetermined interval. It is formed in the position.
<フラッシュメモリ装置1のメモリセル領域Mにおけるゲート電極構造について>
以下、本実施形態に係る構造の特徴部分を中心に図3(a)〜図3(c)を参照しながら説明する。図3(a)は、メモリセル領域のゲート電極形成領域およびゲート電極分離領域の模式的な斜視図を示している。図3(b)は、図2のC−C線に沿う模式的な縦断面図を示している。また図3(c)は、図2のD−D線に沿う模式的な縦断面図を示している。
<Regarding Gate Electrode Structure in Memory Cell Region M of Flash Memory Device 1>
Hereinafter, description will be made with reference to FIGS. 3A to 3C with a focus on the characteristic portions of the structure according to the present embodiment. FIG. 3A shows a schematic perspective view of a gate electrode formation region and a gate electrode isolation region in the memory cell region. FIG. 3B is a schematic longitudinal sectional view taken along the line CC in FIG. FIG. 3C is a schematic longitudinal sectional view taken along line DD in FIG.
フラッシュメモリ装置1は、半導体基板としてのp型のシリコン基板2に対してメモリセル領域Mおよび周辺回路領域(図示せず)の両領域に区画形成されている。以下、メモリセル領域Mに形成される積層ゲート電極構造について説明する。図3(a)および図3(c)に示すように、シリコン基板2の表層側には、複数の素子分離領域Sbに対して素子分離溝3が形成されており、この素子分離溝3には素子分離絶縁膜4が埋込まれている。この素子分離絶縁膜4は、例えばシリコン酸化膜により構成され、隣接するフローティングゲート電極層FGを電気的に分離するために設けられており、所謂STI構造の素子分離領域Sbを構成している。
The flash memory device 1 is partitioned and formed in both a memory cell region M and a peripheral circuit region (not shown) with respect to a p-
素子分離絶縁膜4は、シリコン基板2に形成された素子分離溝3に埋め込まれると共に当該シリコン基板2の上方に突出するように形成されている。素子分離絶縁膜4は、シリコン基板2の素子形成領域Sa(活性領域:アクティブエリア)を複数に分離するように構成されている。
The element
素子分離絶縁膜4によって分離された素子形成領域Sa上にはシリコン酸化膜5が形成されている。このシリコン酸化膜5は、熱酸化膜により構成されゲート酸化膜、トンネル絶縁膜、第1のゲート絶縁膜として機能し、本発明の絶縁膜に相当する。
A
このシリコン酸化膜5の上には第1の導電層6が形成されている。この第1の導電層6は、例えばリン等の不純物がドープされた多結晶シリコン、アモルファスシリコンにより構成されており、フローティングゲート電極FG、第1のゲート電極として機能する。第1の導電層6の上面のシリコン基板2からの高さは、隣接する素子分離絶縁膜4の上面のシリコン基板2からの高さよりも高く形成されている。
A first
第2のゲート絶縁膜7が第1の導電層6の上面に形成されている。図3(c)に示すように、X方向において、第2のゲート絶縁膜7は第1の導電層6の上面および側面ならびに素子分離絶縁膜4の上面にわたって形成されている。この第2のゲート絶縁膜7は、例えばONO膜(Oxide(酸化膜層)-Nitride(窒化膜層)-Oxide(酸化膜層))による酸化膜層や窒化膜層の積層構造により構成されている。この第2のゲート絶縁膜7は、第1の導電層6と後述する第2の導電層8との間に挟まれることにより形成されており導電層間絶縁膜として構成されている。この第2のゲート絶縁膜7は、フローティングゲート電極FGおよびコントロールゲート電極CG間の絶縁性能を保持するためのゲート間絶縁膜として機能する。
A second
第2のゲート絶縁膜7の上に、第2の導電層8が、第2のゲート絶縁膜7を覆うように形成されている。この第2の導電層8は、例えばリンや砒素等の不純物がドープされた多結晶シリコン、アモルファスシリコンにより構成された下導電層9と、その下導電層9の上に形成された上導電層10とにより形成されている。この上導電層10は、例えばタングステンシリサイド等により形成され低抵抗化金属層として機能する。第2の導電層8は、コントロールゲート電極CG、第2のゲート電極として機能する。コントロールゲート電極CGは、第2のゲート絶縁膜7を覆うように、複数の素子形成領域Saおよび素子分離領域Sbの上方を渡って形成されている。
A second
第2の導電層8の上には、シリコン窒化膜11が形成されている。
このように、本実施形態のフラッシュメモリ装置1は、シリコン酸化膜5、第1の導電層6、第2のゲート絶縁膜7、第2の導電層8により構成された積層ゲート構造12を備えている。尚、図示しないが、このシリコン窒化膜11の上には層間絶縁膜やビット線BLを構成する構造が形成されており、フラッシュメモリ装置1を構成している。
A
As described above, the flash memory device 1 according to this embodiment includes the stacked
第1の導電層6は、図3(b)に示すように、そのY方向断面がシリコン酸化膜5に接する下端部6aaから第1の導電層6の上方に形成された第2のゲート絶縁膜7に接する上端部6abに向かってY方向の幅が広がるテーパ部6aを有する。このテーパ部6aは第1の導電層6の側壁をRIE法によりドライエッチング処理したり薬液やフッ酸蒸気で処理したときに生じる形状である。
As shown in FIG. 3B, the first
この第1の導電層6のテーパ部6aのテーパ面6acに沿って選択成長技術を用いて外壁部6bが成長部(修復部)として形成される。このとき、第1の導電層6のテーパ部6aは、シリコン酸化膜5に接する第1の導電層6のY方向の幅を第1幅とし、シリコン酸化膜5に接する外壁部6bの幅を第2幅とすると、第2幅が第1幅よりも狭い幅で形成されている。外壁部6bは、シリコン酸化膜5の直上における(シリコン酸化膜5に接する)Y方向の幅が最も広く、その上方に向かうに従ってY方向の幅が狭くなるように形成されている。これは、後述のように選択成長すると、シリコン酸化膜5上が特に修復成長しやすいためである。この選択成長により、外壁部6bは、その外側壁面6baがシリコン基板2の上面に対して略垂直な平面に形成されている。
The
本実施形態に係る構成によれば、シリコン酸化膜5の上の第1の導電層6に対してテーパ部6aが形成され、このテーパ部6aが外壁部6bによって修復された構造となっている。しかも、第2の導電層8や第2のゲート絶縁膜7の側壁面には修復用の膜が形成されることなく、シリコン酸化膜5の直上に形成された第1の導電層6のテーパ面6acのみ(特にその下部側)が修復された構造を得ることができ、この場合には特に有効な修復構造を得ることができる。
According to the configuration of the present embodiment, the tapered
<製造方法について>
以下、フラッシュメモリ装置1のメモリセル領域Mに係る積層ゲート構造12の製造方法について図4ないし図15を参照して説明する。尚、本発明を実現できれば、後述説明する工程のいずれかは必要に応じて省いても良いし、製造方法を変更しても良いし、一般的な工程であれば工程を付加しても良い。
<About manufacturing method>
Hereinafter, a method of manufacturing the stacked
図4に示すように、半導体基板としてのシリコン基板2の上に第1のゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜5を例えば10[nm]の膜厚で熱酸化法により形成する。次に、図5に示すように、このシリコン酸化膜5の上に減圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法により例えばリンや砒素等の不純物がドープされた多結晶シリコンを堆積することにより第1の導電層6を例えば140[nm]の膜厚で形成する。
As shown in FIG. 4, a
次に、図6に示すように、第1の導電層6の上に減圧CVD法によりシリコン窒化膜13を例えば70[nm]の膜厚で形成する。次に、図7に示すように、シリコン窒化膜13の上にレジスト14を塗布し、フローティングゲート電極FGを形成するための領域G(ゲート電極形成領域)に対してパターンニングする。次に、図8に示すように、パターンニングされたレジスト14をマスクとしてRIE(Reactive Ion Etching)法によりシリコン窒化膜13を除去する。
Next, as shown in FIG. 6, a
次に、図9に示すように、RIE法により第1の導電層6、シリコン酸化膜5、シリコン基板2をエッチング処理し、所定方向(図1および図2のY軸方向)に沿って素子分離溝3を互いに平行に複数形成する。これにより、第1の導電層6およびシリコン酸化膜5がそれぞれ複数に分断される。この後、アッシング技術によりレジスト14を除去する。
Next, as shown in FIG. 9, the first
次に、図10に示すように、素子分離溝3内に減圧CVD法によりTEOS材料等のシリコン酸化膜を素子分離絶縁膜4として埋込む。尚、この素子分離絶縁膜4は、高密度プラズマCVD法により形成しても良い。また、素子分離絶縁膜4として、TEOS−O3膜を適用しても良いし、ポリシラザン溶液(シリカ系被膜形成用塗布液の一種)をシリコン酸化膜に転換した塗布型絶縁膜等を適用しても良い。
Next, as shown in FIG. 10, a silicon oxide film such as a TEOS material is embedded as an element
次に、図11に示すように、素子分離絶縁膜4をシリコン窒化膜13の表面が露出するまでCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化し、ウエットエッチング処理にてシリコン窒化膜13を除去し、RIE法により素子分離絶縁膜4の表面を150[nm]程度エッチング処理する。
Next, as shown in FIG. 11, the element
すると、図11に示すように、素子分離絶縁膜4の上面が、シリコン酸化膜5の上面よりも上方で且つ第1の導電層6の上面よりも下方に位置するように形成される。
次に、図12に示すように、第1の導電層6の露出面に対して当該第1の導電層6の上面および側壁ならびに素子分離絶縁膜4の上面を覆うように第2のゲート絶縁膜7を形成する。第2のゲート絶縁膜7としてONO膜(シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の積層構造)を適用したときには、減圧CVD法により形成する。
Then, as shown in FIG. 11, the upper surface of the element
Next, as shown in FIG. 12, the second gate insulation so as to cover the upper surface and side walls of the first
次に、図13に示すように、第2のゲート絶縁膜7の上に例えばリンまたは砒素等の不純物がドープされた多結晶シリコンを下導電層9としてCVD法により形成すると共に、下導電層9の上にスパッタ法によりタングステンシリサイドを上導電層10として膜厚300[nm]程度形成する。次に、図示しないが、上導電層10の上に減圧CVD法によりシリコン窒化膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 13, on the second
次に、シリコン窒化膜上にレジスト16を塗布し当該レジスト16をパターンニングする。このレジスト16のパターンニング領域は、図14に示すように、ゲート電極形成領域GCである。このレジストパターンは、ゲート電極分離領域GV(図2および図3(a)参照)の積層膜5〜11を除去するためのマスクパターンである。
Next, a resist 16 is applied on the silicon nitride film, and the resist 16 is patterned. The patterning region of the resist 16 is a gate electrode formation region GC as shown in FIG. This resist pattern is a mask pattern for removing the
次に、図14に示すように、パターンニングされたレジスト16をマスクとして上導電層10上のシリコン窒化膜11をエッチング処理することで除去し、ゲート電極形成領域GCに対してシリコン窒化膜11を残留させる。これは、多結晶シリコンに対して高選択性のある条件下でシリコン窒化膜11をエッチング処理することにより行われる。
Next, as shown in FIG. 14, the
次に、図15(a)に示すように、パターンニングされたレジスト16をマスクとして上導電層10をエッチング処理することにより、ゲート電極分離領域GVに形成された上導電層10を除去する。これにより、上導電層10がゲート電極形成領域GCに残留する。尚、パターンニングされたレジスト16をマスクとしてエッチング処理を継続する実施形態を示すが、この前にレジスト16を除去しシリコン窒化膜11をマスクとして上導電層10を除去するようにしても良い。
Next, as shown in FIG. 15A, the upper
このとき、図15(a)に示すように、ゲート電極分離領域GVの上導電層10を除去すると同時にゲート電極分離領域GVの下導電層9や第2のゲート絶縁膜7や第1の導電層6をも除去する。このエッチング処理によりゲート電極分離領域GVに形成された下導電層9を除去し、ゲート電極形成領域GCに形成されたコントロールゲート電極CGを残留させる。これにより、Y方向(シリコン基板2の上面内のX方向に対する交差方向)に対して第2の導電層8(コントロールゲート電極CG、上導電層10および下導電層9)を構造的に分断する。
At this time, as shown in FIG. 15A, the upper
また、このエッチング処理によりゲート電極分離領域GVに形成された第1の導電層6を除去し、ゲート電極形成領域GCに形成された第1の導電層6を残留させる。これにより、第1の導電層6をY方向に対して構造的に分断する。
Also, the first
このRIE法による加工時に、側壁面6acに対して長時間ラジカル照射を行うと、図15(b)に示すように、第1の導電層6の下端部分が除去されやすいことが確認されている。この傾向は、加工材質に関わらず生じる。このように、ゲート電極分離領域GVのエッチング時に、第1の導電層6の下部側壁が過剰に加工処理され、第1の導電層6が第1の導電層6のY方向断面においてシリコン酸化膜5に接する下端部6aaから第1の導電層6の上方に形成された第2のゲート絶縁膜7に接する上端部6abに向かってY方向の幅が広がるテーパ部6aを有する形状となる。これにより、第1の導電層6の上部側壁に沿った面とテーパー面6acとシリコン酸化膜5とによって規定された空間部(空壁部)6cが形成されるようになる。
It has been confirmed that when the side wall surface 6ac is irradiated with radicals for a long time during the processing by the RIE method, the lower end portion of the first
RIE法による加工後においては、エッチング処理時に第1の導電層6の側壁に反応生成物(図示せず)が生じるが、この反応生成物をHF(フッ化水素)系の薬液で除去処理する。この場合、第1の導電層6の側壁の欠陥の大きい部分は特に除去処理が加速してしまう。特に反応生成物を除去するときにフッ酸蒸気を導入処理することも行われるが、この影響によりさらに欠陥が生じやすくなる。また、第1の導電層6に導入される不純物(例えばリン)の濃度が高いとオーバーエッチング処理速度が速くなりやすいことも確認されている。また、RIE法により加工するときに第1の導電層6の側壁を垂直にエッチング加工したとしても段差が生じてしまうことも確認されている。しかも、第1の導電層6に含有した不純物濃度が高いと段差も大きくなる。
After the processing by the RIE method, a reaction product (not shown) is generated on the side wall of the first
そこで本実施形態においては、図3(a)および図3(b)に示すように、空間部6cの修復処理を行い成長部として外壁部6bを形成する。この修復処理には選択成長技術を使用する。具体的には、選択成長条件として、例えば、温度:500〜1000℃、圧力:10〜100Torr、ジクロルシランガス:0.1〜1.0slm、HClガス:0.1〜0.5slm、の条件を用いる。この場合10nm〜15nm/minの成長レートで修復が可能となる。尚、時間、圧力、温度、ガス流量等の各種パラメータを変更すれば成長レートや均一性を変更することができる。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
選択成長はシリコン密集度が高い箇所ほど選択成長レートが高くなることが確認されている。本実施形態の場合、シリコン酸化膜5と多結晶シリコンからなる第1の導電層6のテーパー面6acとの空間部6cの接合領域のシリコン密集度が高いため、この接合領域の選択成長レートが最も高く、接合領域から離れるに従い選択成長レートは低くなる。この選択成長レートの違いにより、空間部6cが外壁部6bで埋め尽くされ、外壁部6bの外側壁面6baがシリコン基板2の上面に対して略垂直な平面に形成される。
It has been confirmed that the selective growth rate increases as the silicon density increases in the selective growth. In the case of this embodiment, since the silicon density of the junction region of the
第1の導電層6の側壁の修復後、ゲート電極分離領域GVのシリコン酸化膜5の直下のシリコン基板2の表層側に対してソース/ドレイン領域2aを形成すると共に、ゲート電極分離領域GVに対して層間絶縁膜(図示せず)を埋込む。このとき、選択成長技術により第1の導電層6のテーパー部6aが修復されていなければ、空間部6cの領域にボイドが生じてしまう虞がある。
After the repair of the sidewall of the first
ボイドが生じると膜の抵抗値が増してしまい所望の特性が得られない原因となる。本実施形態の製造方法では、選択成長技術により第1の導電層6のテーパー部6aに形成される空間部6cに外壁部6bを形成して第1の導電層6の側壁を修復しているため、ボイドを生じることなく層間絶縁膜を形成することができる。この後の工程については、一般的な工程であるためその詳細説明を省略するが、ビット線BL等の形成工程等を経てNAND型フラッシュメモリ装置1を構成することができる。
When voids are generated, the resistance value of the film increases, which causes the desired characteristics not to be obtained. In the manufacturing method of the present embodiment, the
以上、説明したように本実施形態に係る製造方法によれば、第1の導電層6がエッチング処理やその後の反応生成物の除去処理等により除去されることで下部が削られ、第1の導電層6の下端部におけるY方向の幅がその上部におけるY方向の幅よりも狭く形成されたとしても、除去された空間部6cの領域に対して選択成長技術により外壁部6bを形成できるため、第1の導電層6を選択的に修複できるようになる。
As described above, according to the manufacturing method according to the present embodiment, the lower portion of the first
選択成長処理時には、シリコンを含有したシリコン酸化膜5と多結晶シリコンからなる第1の導電層6との接合部付近の成長レートが高くなり、他の部分より素早く選択成長させることができるので、第1の導電層6の側壁をシリコン基板2に対して垂直面に形成することができ、ボイドの発生を防止することができる。
At the time of the selective growth process, the growth rate in the vicinity of the junction between the silicon-containing
(第2の実施形態)
図16(a)〜図16(b)は、本発明の第2の実施形態を示すもので、第1の実施形態と異なる部分は、第2の導電層9を修復することにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 16A to FIG. 16B show a second embodiment of the present invention, and a different part from the first embodiment is to repair the second
前述実施形態において、図14を用いて説明したようにゲート電極分離領域GVのシリコン窒化膜11を除去する。その後、本実施形態においては、図16(a)に示すように、シリコン酸化膜に対して高選択性を有する条件下でゲート電極分離領域GVにおける第2の導電層8(上導電層10および下導電層9)をRIE法により除去し、第2のゲート絶縁膜7の直上で一旦処理を停止する。
In the above-described embodiment, the
すると、図16(a)に示すように、第2の導電層8を構成する下導電層9の下部側の領域(図16(b)の空間部9b参照)が除去されてしまう。これは、RIE法によりエッチング処理が行われると、前述したように特に下方に位置する導電層の側壁面が除去されやすいためである。本実施形態の場合、第2のゲート絶縁膜7の直上で一旦処理を停止するため、下導電層9の空間部9bが特に除去されやすくなる。
Then, as shown in FIG. 16A, the lower region of the lower
そこで、下導電層9の空間部9bを修復するため、前述実施形態において説明した条件下で選択成長処理を行う。すると、図16(b)に示すように、下導電層9の空間部9bが一旦除去されたとしても下導電層9の側壁面に沿って成長部として外壁部9cを成長させることができるようになり、前述実施形態と略同様の作用効果を得ることができるようになる。したがって、コントロールゲート電極CGの性能を保持できるようになる。
Therefore, in order to repair the
(第3の実施形態)
図17は、本発明の第3の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、素子分離絶縁膜の側壁を選択成長して修復したところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
FIG. 17 shows a third embodiment of the present invention. The difference from the previous embodiment is that the side wall of the element isolation insulating film is selectively grown and repaired. The same parts as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different parts will be described below.
図17は、ゲート電極分離領域GVにおけるX方向に沿う断面図を模式的に示している。素子分離絶縁膜4に代わる素子分離絶縁膜20は、シリコン基板2に形成された素子分離溝21に埋め込まれると共に、シリコン酸化膜5の上面より上方に突出して形成されている。この素子分離絶縁膜20は、シリコン酸化膜5の側端部の近傍から上方に向かって幅が徐々に大きくなる上部20aを備えて形成されている。この上部20aの側壁20bには、外壁部20cが形成されている。この外壁部20cは、前述実施形態において説明した選択成長処理によって側壁20bに沿って形成される。このような実施形態によれば、素子分離絶縁膜20の上部20aの側壁20bの欠陥を修復することができ、前述実施形態と略同様の作用効果を得る。
FIG. 17 schematically shows a cross-sectional view along the X direction in the gate electrode isolation region GV. An element
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
フラッシュメモリ装置1に適用した実施形態を示したが、他の半導体装置に適用することも可能である。
本発明の絶縁膜としてシリコン酸化膜5や第2のゲート絶縁膜7に適用した実施形態を示したが、この絶縁膜はシリコンを含有している絶縁膜(例えばシリコン窒化膜)であることが望ましい。これは、シリコン系の絶縁膜が層の直下に形成されているとその層の側壁面の選択成長度が高いためである。尚、本発明の絶縁膜としてはシリコンを含有していなくても良い。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
Although the embodiment applied to the flash memory device 1 is shown, it can also be applied to other semiconductor devices.
Although an embodiment in which the present invention is applied to the
第1の導電層6がシリコン酸化膜5の上に形成され第1の導電層6のテーパ部(芯部)6aのテーパ面(側壁面)6acが選択的に成長する実施形態や、第2の導電層8が第2のゲート絶縁膜7上に形成され第2の導電層8の側壁面が選択的に成長する実施形態を示したが、絶縁膜の主表面上に形成されていればどのような層(例えば配線層)にも適用が可能である。
An embodiment in which the first
図面中、1はフラッシュメモリ装置(半導体装置)、5はシリコン酸化膜(絶縁膜)、6は第1の導電層、6b、20cは外壁部(成長部)を示す。
In the drawings, 1 denotes a flash memory device (semiconductor device), 5 denotes a silicon oxide film (insulating film), 6 denotes a first conductive layer, and 6b and 20c denote outer wall portions (growth portions).
Claims (5)
前記導電層の少なくとも一部を上端部側から下端部側にかけてエッチング除去し、前記絶縁膜を露出させる工程と、
前記絶縁膜と前記エッチングにより形成された前記導電層の側壁との接合領域に選択成長により成長部を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の側壁修復方法。 Forming an insulating film on the semiconductor substrate and forming a conductive layer on the insulating film;
Etching and removing at least a part of the conductive layer from the upper end side to the lower end side to expose the insulating film;
And a step of forming a growth portion by selective growth in a junction region between the insulating film and the side wall of the conductive layer formed by the etching.
前記導電層を上端部側から前記絶縁膜が露出するまでエッチング除去し、電極を形成する工程と、
前記電極の側面であって、前記電極の下端部から上方にむかって電極の幅が徐々に大きくなる領域に、選択成長により外壁部を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の側壁修復方法。 Forming an insulating film on the semiconductor substrate and forming a conductive layer on the insulating film;
Etching away the conductive layer from the upper end side until the insulating film is exposed, and forming an electrode;
A step of forming an outer wall portion by selective growth on a side surface of the electrode and in a region where the width of the electrode gradually increases from the lower end portion of the electrode upward. Sidewall repair method.
前記第1の絶縁膜および前記半導体をエッチング除去し、半導体表面に溝を形成する工程と、
前記溝に第2絶縁膜を埋め込み、側壁が前記第1の絶縁膜に接し、前記第1の絶縁膜より上方に突出した素子分離絶縁膜を形成する工程と、
前記素子分離絶縁膜の側壁であって、前記第1の絶縁膜近傍部から上方にむかって前記素子分離絶縁膜の幅が徐々に大きくなる領域に、選択成長により外壁部を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の側壁修復方法。 Forming a first insulating film on the surface of the semiconductor substrate;
Etching the first insulating film and the semiconductor to form a groove in the semiconductor surface;
Embedding a second insulating film in the trench, forming a device isolation insulating film whose side wall is in contact with the first insulating film and projecting upward from the first insulating film;
Forming an outer wall portion by selective growth on a side wall of the element isolation insulating film, in a region where the width of the element isolation insulating film gradually increases from the vicinity of the first insulating film. A method of repairing a sidewall of a semiconductor device, comprising:
この半導体基板に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された導電層と、
前記導電層の側壁であって、前記導電層の下端部から上方にむかって前記導電層の幅が徐々に大きくなる領域に形成された外壁部とを備えたことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
An insulating film formed on the semiconductor substrate;
A conductive layer formed on the insulating film;
A semiconductor device, comprising: a side wall of the conductive layer, and an outer wall portion formed in a region where the width of the conductive layer gradually increases from a lower end portion of the conductive layer.
この半導体基板に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された電極であって、下端部から上方にむかって前記電極の幅が徐々に大きくなるテーパー部を有する電極と、
前記テーパー部のテーパー面と前記絶縁膜とで規定された領域に形成された修復部とを備えたことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
An insulating film formed on the semiconductor substrate;
An electrode formed on the insulating film, the electrode having a tapered portion in which the width of the electrode gradually increases from the lower end to the upper side;
A semiconductor device, comprising: a repair portion formed in a region defined by a taper surface of the taper portion and the insulating film.
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JP2006198237A JP2008028098A (en) | 2006-07-20 | 2006-07-20 | Semiconductor device and repairing method for its side wall |
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Cited By (2)
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JP2014236015A (en) * | 2013-05-30 | 2014-12-15 | ローム株式会社 | Semiconductor device, and method of manufacturing the same |
US10622443B2 (en) | 2013-05-30 | 2020-04-14 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device with different material layers in element separation portion trench and method for manufacturing semiconductor device |
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2006
- 2006-07-20 JP JP2006198237A patent/JP2008028098A/en active Pending
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