JP2008294445A - Ｓｔｉ構造を有する半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】素子不良および電気的特性の劣化を防止しうるＳＴＩ構造を有する半導体素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】素子分離のためのトレンチが形成されている基板と、トレンチの内壁を覆う側壁酸化膜１３０と、側壁酸化膜上に形成された窒化膜ライナー１４０と、窒化膜ライナーに接してトレンチを充填するギャップフィル絶縁膜１５０と、基板１００の上面に隣接したトレンチの入口で基板から窒化膜ライナーまで延びて、側壁酸化膜の両端部のエッジ領域に形成されている第１不純物ドーピング酸化膜１３６と、を備える。
【選択図】図１Ｉ

Description

本発明は、半導体集積回路素子及びその製造方法に関し、詳細には、トレンチ内に形成された窒化膜ライナーを含むＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造を有する半導体素子及びその製造方法に関する。

半導体素子の集積度が向上するにつれて、相互隣接した素子を電気的に隔離させるための素子分離技術の重要性がさらに増大している。高集積半導体素子の製造工程で、素子分離技術としてＳＴＩ形成工程が広く採用されている。高集積化された半導体素子の製造のための多様なスケーリング技術が開発され、ＣＭＯＳ素子のフィーチャサイズが４５ｎｍまたはそれ以下に小さくなり、素子分離のためのＳＴＩ構造の形成に困難さが加重している。

これまで、ＳＴＩを利用した多様な素子分離工程が提案された。そのうちの一例による通常の工程では、基板上に形成された窒化膜パターンをエッチングマスクとして利用して基板にトレンチを形成し、トレンチ内に窒化膜ライナーを形成した後、その上に絶縁物質を充填して素子分離膜を形成する。次いで、基板上の窒化膜パターンを除去するために、湿式エッチング工程を行う。このとき、トレンチ上部エッジの付近で露出している窒化膜ライナーも、基板の上面から所定深さほど消耗されて、トレンチの上部エッジの付近にデント（ｄｅｎｔ）が形成される場合が多く、これにより、素子特性を劣化させる多様な問題が引き起こされる。

本発明の目的は、このような従来の技術における問題点を解決しようとするものであって、ＳＴＩ構造のうち基板の上面に隣接したトレンチの上部エッジ部分で、窒化膜ライナーの消耗によってデントが形成されることによって引き起こされる素子の不良または電気的特性の劣化を防止しうる新たなＳＴＩ構造を有する半導体素子を提供することである。

本発明の他の目的は、ＳＴＩ構造を利用した素子分離工程を行うに当たって、トレンチの上部エッジ部分で窒化膜ライナーの消耗によってデントが形成される場合にも、その周囲の絶縁膜の消耗によって引き起こされる素子の不良または電気的特性の劣化を防止しうる半導体素子の製造方法を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明による半導体素子は、素子分離のためのトレンチが形成されている基板と、トレンチの内壁を覆う側壁酸化膜と、側壁酸化膜上に形成された窒化膜ライナーと、窒化膜ライナーに接してトレンチを充填するギャップフィル絶縁膜と、基板の上面に隣接したトレンチの入口で基板から窒化膜ライナーまで延びて、側壁酸化膜の両端部のエッジ領域に形成されている第１不純物ドーピング酸化膜と、を備える。

前記第１不純物ドーピング酸化膜は、Ｎ原子がドーピングされているシリコン酸化膜で形成される。

本発明による半導体素子は、窒化膜ライナーの両端部からギャップフィル絶縁膜の表面まで延びている第２不純物ドーピング酸化膜をさらに備えうる。

また、本発明による半導体素子は、窒化膜ライナー上で第１不純物ドーピング酸化膜の表面を覆うデント埋め込み絶縁膜をさらに備えうる。

前記他の目的を達成するために、本発明による半導体素子の製造方法は、基板に素子分離用トレンチを形成する工程と、トレンチの内壁に側壁酸化膜を形成する工程と、側壁酸化膜上に窒化膜ライナーを形成する工程と、窒化膜ライナー上にトレンチを充填するギャップフィル絶縁膜を形成する工程と、トレンチの入口から側壁酸化膜の露出された部分に不純物をドーピングして、トレンチの入口に隣接した側壁酸化膜のエッジ領域に第１不純物ドーピング酸化膜を形成する工程と、を含む。

また、第１不純物ドーピング酸化膜が形成される間に、ギャップフィル絶縁膜の表面に窒化膜ライナーの端部から延びる第２不純物ドーピング酸化膜を形成する。

第１不純物ドーピング酸化膜を形成するために、側壁酸化膜の露出された部分をＮ_２ガスを含む雰囲気下でプラズマ処理しうる。

本発明に係る半導体素子の製造方法は、第１不純物ドーピング酸化膜及び第２不純物ドーピング酸化膜が形成された後、窒化膜ライナー上に形成されたデント空間内にデント埋め込み絶縁膜を埋め込む工程をさらに含みうる。デント埋め込み絶縁膜を形成するために、デント空間が埋め込まれるように、第１不純物ドーピング酸化膜及び第２不純物ドーピング酸化膜上に絶縁膜を形成した後、デント埋め込み絶縁膜のみが残るように、絶縁膜の一部を除去しうる。

本発明に係る半導体素子は、トレンチの入口で基板から窒化膜ライナーまで延びるように側壁酸化膜の両端部のエッジ領域に第１不純物ドーピング酸化膜が形成されている。第１不純物ドーピング酸化膜を形成するために、トレンチの入口から側壁酸化膜の露出された部分に不純物をドーピングする。このとき、ギャップフィル絶縁膜の上面にも第２不純物ドーピング酸化膜が形成される。

本発明によれば、トレンチ内に素子分離膜を形成するとき、窒化膜ライナー上にデントが形成された状態で後続の洗浄工程を経ても、側壁酸化膜及びギャップフィル絶縁膜の露出部分に形成された第１及び第２不純物ドーピング酸化膜によって、側壁酸化膜及びギャップフィル絶縁膜が消耗されることによるリセス（ｒｅｃｅｓｓ）の形成を抑制しうる。したがって、本発明によれば、ＳＴＩ構造のうち基板の上面に隣接したトレンチの上部エッジ部分で窒化膜ライナーの消耗によってデントが形成される場合にも、その周囲の絶縁膜の消耗によって引き起こされる素子の不良または電気的特性の劣化を防止しうる。

以下、発明の望ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。以下説明する本発明の実施形態は、様々な他の実施形態に変形され、本発明の範囲が以下説明する実施形態によって限定されると解釈されてはならない。本発明の実施形態は、当業者に本発明をより詳細に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状は、より明確な説明のために誇張されることがあり、図面上で同じ符号で表示した要素は、同じ要素を意味する。

図１Ａ〜図１Ｉは、本発明の第１実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序で示す断面図である。

図１Ａを参照すれば、例えば、シリコン基板である半導体基板１００の上面上にパッド酸化膜及び窒化膜を順次に形成する。例えば、パッド酸化膜は、熱酸化工程を利用して約５０〜１５０Åの厚さに形成される。そして、窒化膜は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程を利用して、約１２００〜１６００Åの厚さに形成されたシリコン窒化膜からなりうる。次いで、窒化膜及びパッド酸化膜をフォトリソグラフィ工程によってパターニングして、半導体基板１００の素子分離領域を露出させるパッド酸化膜パターン１１０及び窒化膜パターン１１４を形成する。

次いで、パッド酸化膜パターン１１０及び窒化膜パターン１１４をエッチングマスクとして使用して、露出された半導体基板１００を所定深さ乾式エッチングして、トレンチ１２０を形成する。トレンチ１２０は、約２５０〜３５０ｎｍの深さに形成する。

図１Ｂを参照すれば、窒化膜パターン１１４の側壁がトレンチ１２０の入口を覆わないように、窒化膜パターン１１４を等方性エッチング工程によって所定厚さ除去するために、窒化膜パターン１１４のプルバック工程を行う。プルバック工程を行うために、窒化膜パターン１１４に対してリン酸溶液を用いたストリップ工程を行える。プルバック工程によって窒化膜パターン１１４の側壁エッジがトレンチ１２０の入口から所定距離ｄ_１ほど離される。

図１Ｃを参照すれば、トレンチ１２０の内壁に側壁酸化膜１３０を形成する。側壁酸化膜１３０を形成するために、例えば、トレンチ１２０の内部から露出される半導体基板１００の表面を、熱酸化工程によって所定厚さｔ_１酸化させる。このとき、トレンチ１２０の側壁で側壁酸化膜１３０の厚さｔ_１がパッド酸化膜パターン１１０の厚さｔ_２より大きくなるように、トレンチ１２０の内部から露出する半導体基板１００の表面における酸化膜の厚さを調節する。例えば、トレンチ１２０の側壁で側壁酸化膜１３０の厚さｔ_１は、パッド酸化膜パターン１１０の厚さｔ_２の少なくとも２倍となるように形成される。

側壁酸化膜１３０を形成することによって、トレンチ１２０を形成するための乾式エッチング中に損傷された半導体基板１００の表面がキュリングされて、損傷された基板によって引き起こされる漏れ電流の発生を防止し、トレンチ１２０の角部分がラウンディングされる。

図１Ｄを参照すれば、側壁酸化膜１３０上に窒化膜ライナー１４０を形成する。窒化膜ライナー１４０を形成するために、例えば、側壁酸化膜１３０が形成された結果物の露出面に約５０〜１００Åの厚さを有するシリコン窒化膜を形成しうる。窒化膜ライナー１４０を形成することによって、トレンチ１２０内に充填されるトレンチ充填用絶縁膜と側壁酸化膜１３０との熱膨張係数差によるストレスを緩衝させうる。また、後続するゲート酸化膜または層間絶縁膜を形成するための酸化工程時に、酸素が側壁酸化膜１３０に侵入してトレンチ１２０内壁が追加に酸化されることを防止しうる。そして、側壁酸化膜１３０に形成される固定電荷を低下させて漏れ電流の形成を防止しうる。

図１Ｅを参照すれば、トレンチ１２０の内部が完全に充填されるように窒化膜ライナー１４０上に酸化膜を蒸着した後、熱処理して緻密化させ、窒化膜パターン１１４が露出されるまでＣＭＰまたはエッチバック工程を行って、トレンチ１２０内にギャップフィル絶縁膜１５０を形成する。酸化膜の緻密化のために、例えば、約９００〜１０５０℃の比較的高温下でＮ_２雰囲気を維持しつつ、約１時間アニーリングする。または、酸化膜の緻密化のために、例えば、約７００℃の比較的低温下でスチーム雰囲気を維持しつつ、約３０分間アニーリングした後、次いで、約９００〜１０５０℃の比較的高温下でＮ_２雰囲気を維持しつつ、約１時間アニーリングする。

ギャップフィル絶縁膜１５０は、例えば、ＨＤＰ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ）酸化膜で形成される。または、ギャップフィル絶縁膜１５０は、ＵＳＧ（Ｕｎｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、Ｏ_３−ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）のようなＣＶＤ酸化膜で形成される。特に、Ｏ_３−ＴＥＯＳ膜を形成する場合、ＳＡＣＶＤ（Ｓｅｍｉ−Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ＣＶＤ）工程を利用しうる。

図１Ｆを参照すれば、窒化膜パターン１１４の上面に酸化膜残留物が存在する可能性を排除するために、酸化膜を選択的に除去しうるエッチング液を利用して、ギャップフィル絶縁膜１５０が形成された結果物を洗浄する。その結果、ギャップフィル絶縁膜１５０の上面レベルが窒化膜パターン１１４の上面レベルより低くなる。

図１Ｇを参照すれば、トレンチ１２０の形成時にエッチングマスクとして使われた窒化膜パターン１１４を除去するために、リン酸溶液を用いて湿式洗浄工程を行う。このとき、湿式洗浄工程によって窒化膜パターン１１４が除去されつつ、トレンチ１２０の上部のエッジ近辺で露出される窒化膜ライナー１４０の一部も共に除去される。その結果、図１Ｇで、“Ａ”で表示した領域のように、前記ギャップフィル絶縁膜１５０の周囲で窒化膜ライナー１４０の高さが半導体基板１００の上面より低くなって形成される空間のデント１４２が形成される。

図１Ｇのように、デント１４２が形成された状態で、ゲート酸化膜及びゲート形成のために後続する通常の工程を進める場合、洗浄工程を反復的に経つつ、パッド酸化膜パターン１１０の除去と共に、デント１４２を通じて露出される側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０の一部も共に除去される。特に、素子分離膜の形成のために、トレンチ内に絶縁物質を蒸着した後、熱処理する間に発生する物理的なストレスによって、デント１４２が形成された空間周囲の膜質、例えば、側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０が物理的に劣化しうる。このように、物理的に劣化した状態の側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０の上面が後続する多様な洗浄工程で露出されつつ、窒化膜ライナー１４０の上面レベルより低いレベル、例えば、図１Ｇで点線Ｂで表したレベルまでリセスされる問題が発生する。特に、トレンチ１２０の内壁に形成された側壁酸化膜１３０が消耗して、窒化膜ライナー１４０より低いレベルにリセスされる場合には、半導体基板１００でトレンチによって限定される活性領域に形成されるソース／ドレイン領域の周囲にモート（ｍｏａｔ）が形成され、モートで露出される活性領域のエッジ部分が損失する。また、前述したように、活性領域の周囲における絶縁膜リセスによって、モートが形成された状態でゲート形成用導電物質を蒸着した後、それをパターニングしてゲートを形成したとき、モート内にゲート形成用導電物質が除去されず、モート内に残留することにより、ゲートとソース／ドレイン領域との間、または隣接するゲート間の短絡が発生するか、またはトランジスタの電気的特性の劣化または漏れ電流が引き起こされる。したがって、このような問題点が発生することを防止するために、デント１４２を通じて露出される側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０が後続工程で一連の洗浄工程によって消耗されることを抑制する必要がある。

図１Ｈを参照すれば、デント１４２を通じて露出される側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０の洗浄による消耗を抑制するために、側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０の露出部分に不純物１６０をドーピングし、これらの表面に不純物ドーピング酸化膜１３６、１５６を形成する。このように、デント１４２を通じて露出される側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０の表面に不純物ドーピング酸化膜１３６、１５６が形成されることによって、後続する工程で一連の洗浄工程を経ても、側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０の一部が消耗されることを防止しうる。

不純物ドーピング酸化膜１３６、１５６を形成するために、例えば、デント１４２を通じて露出された側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０の表面を窒素雰囲気下でプラズマ処理する。この場合、側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０の露出表面にＮ原子がドーピングされ、Ｎ−ドーピングされた酸化膜からなる不純物ドーピング酸化膜１３６、１５６が得られる。このとき、半導体基板１００上で側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０と共に露出されているパッド酸化膜パターン１１０にもＮ原子がドーピングされ、パッド酸化膜パターン１１０も、Ｎ−ドーピングされた酸化膜からなる不純物ドーピング酸化膜１１６に変化する。ここで、プラズマ処理は、デント１４２を通じて露出される側壁酸化膜１３０の総厚さｔ_１にわたって完全に不純物がドーピングされるまで行われる。したがって、トレンチ１２０の側壁で側壁酸化膜１３０の厚さｔ_１がパッド酸化膜パターン１１０の厚さｔ_２より大きいため、デント１４２の周囲で不純物ドーピング酸化膜１３６の厚さＴ_１も、不純物ドーピング酸化膜１１６の厚さＴ_２より大きくなる。また、プラズマ処理がデント１４２を通じて露出される側壁酸化膜１３０の総厚さｔ_１にわたって完全に不純物がドーピングされるまで行われるので、ギャップフィル絶縁膜１５０の表面にも、側壁酸化膜１３０の総厚さｔ_１に対応する厚さまたはそれ以上の厚さほど不純物がドーピングされて、少なくとも不純物ドーピング酸化膜１３６の厚さＴ_１と同一かまたはより大きい厚さＴ_３を有する不純物ドーピング酸化膜１５６が形成される。

不純物ドーピング酸化膜１１６、１３６、１５６の形成のためのプラズマ処理は、例えば、Ｎ_２ガスを含む雰囲気下で、約４００〜８００℃の温度で行える。プラズマ処理は、Ｎ_２ガスのみからなる雰囲気、またはＮ_２ガスと、Ｈ_２、Ｏ_２、Ｈｅ及びＡｒのうちから選択される少なくとも一つの添加ガスとが混合された混合ガス雰囲気下で行われる。添加ガスが含まれた混合ガスを使用する場合、添加ガスは、混合ガスの総量を基準に約５０体積％以内の範囲で選択される量として添加される。本発明の特定の実施形態において、プラズマ処理時のＲＦパワーは、約４００〜１２００Ｗの範囲内で選択されるように調節しうるが、これは、制限的なものではなく、多様な工程条件によって最適のＲＦパワーを印加しうる。場合によって、リモートプラズマ方式を利用してプラズマ処理工程を行うこともできる。または、ＲＦパワーと共に、約１００〜５００Ｗのバイアスパワーを印加することもできる。

不純物ドーピング酸化膜１１６、１３６、１５６内での不純物、例えば、Ｎ原子の濃度は、約１Ｅ１４〜１Ｅ１６ｃｍ^−３の範囲で選択される。

前述したような方法で形成された不純物ドーピング酸化膜１１６、１３６、１５６は、酸化膜の除去のためのエッチング液に露出された時に、通常の酸化膜に比べて優秀なエッチング耐性を有する。

図１Ｉを参照すれば、半導体基板１００の上面を覆っている不純物ドーピング酸化膜１１６を除去する。その結果、トレンチの入口のエッジ側で窒化膜ライナー１４０の両端部のエッジ周囲に不純物ドーピング酸化膜１３６、１５６が形成されているＳＴＩ構造１７０が得られる。

半導体基板１００の上面を覆っている不純物ドーピング酸化膜１１６を除去するに当たって、不純物ドーピング酸化膜１３６の厚さＴ_１が不純物ドーピング酸化膜１１６の厚さＴ_２より大きいため、半導体基板１００の上面を覆っている不純物ドーピング酸化膜１１６が完全に除去されても、デント１４２の周囲には、側壁酸化膜１３０上に不純物ドーピング酸化膜１３６が残っており、側壁酸化膜１３０が後続する洗浄工程時にエッチング液によって消耗されることを抑制しうる。したがって、トレンチ１２０によって限定される半導体基板１００の活性領域の周囲で側壁酸化膜１３０のリセスによるモートの発生を防止しうる。また、不純物ドーピング酸化膜１１６が完全に除去された後、ギャップフィル絶縁膜１５０の上面にも不純物ドーピング酸化膜１５６の一部が残って、後続する洗浄工程時にギャップフィル絶縁膜１５０が消耗されることを抑制し、したがって、トレンチ１２０内に所望しないリセスが形成されることを抑制しうる。

場合によって、不純物ドーピング酸化膜１１６は、後続するゲート絶縁膜の形成工程の前処理工程として経る洗浄工程によって除去されることもある。この場合、不純物ドーピング酸化膜１１６の除去のための別途のエッチング工程を行う必要はない。

ＳＴＩ構造１７０でトレンチ１２０の内壁を構成する半導体基板１００と窒化膜ライナー１４０との間には、側壁酸化膜１３０と側壁酸化膜との両端部のエッジ領域に形成された不純物ドーピング酸化膜１３６が介在している。側壁酸化膜１３０は、ＳＴＩ構造１７０の外側に露出しないように、トレンチ１２０の内部でトレンチ１２０の内壁を覆っている。そして、不純物ドーピング酸化膜１５６は、トレンチ１２０の入口に隣接したエッジ領域で半導体基板１００の上面に隣接したトレンチ１２０の側壁から窒化膜ライナー１４０の一端まで延びるように、側壁酸化膜１３０の両端部のエッジ領域に形成されている。また、ギャップフィル絶縁膜１５０の表面には、窒化膜ライナー１４０の両端部から延びている不純物ドーピング酸化膜１５６が形成されている。

場合によって、ＳＴＩ構造１７０で後続する一連の洗浄工程を経つつ、ギャップフィル絶縁膜１５０の表面に形成された不純物ドーピング酸化膜１５６のうち、比較的高いレベルに形成された部分、特にトレンチ１２０のセンター領域でギャップフィル絶縁膜１５０の上面を覆っている不純物ドーピング酸化膜１５６のうち少なくとも一部が消耗する。その結果、ギャップフィル絶縁膜１５０が外部に露出されている状態で後続するゲート絶縁膜の形成工程が行われる。

次いで、通常のトランジスタの形成工程によって半導体基板１００にソース／ドレイン領域を形成し、ゲート絶縁膜及びゲートを形成する工程を行う。これらの一連の工程を経つつ、複数回の洗浄工程が行われても、半導体基板１００上に露出されたＳＴＩ構造１７０で窒化膜ライナー１４０の両端部に隣接した側壁酸化膜１３０の表面及びギャップフィル絶縁膜１５０の表面にそれぞれ不純物ドーピング酸化膜１３６、１５６が形成されているので、側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０が消耗することを抑制し、トレンチ１２０の入口のエッジ付近でリセスが形成されるおそれはない。

図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の第２実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。図２Ａ〜図２Ｃで、図１Ａ〜図１Ｉと同じ参照符号は、同じ部材を表す。したがって、本実施形態では、第１実施形態と重複する部分についての詳細な説明は省略する。

第２実施形態は、第１実施形態とほぼ同じであるが、第１実施形態と異なる点は、図１Ｉを参照して説明した工程のように、半導体基板１００の上面を覆っている不純物ドーピング酸化膜１１６を除去する前に、窒化膜ライナー１４０の両端部のエッジ周囲に形成されたデントをデント埋め込み絶縁膜１８０ａ（図２Ｂ参照）で埋め込む工程を含むということである。以下、これについてさらに詳細に説明する。

図２Ａを参照すれば、図１Ｈを参照して説明したように、パッド酸化膜１１０と、デント１４２を通じて露出される側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０の露出表面にそれぞれ不純物１６０をドーピングして不純物ドーピング酸化膜１１６、１３６、１５６を形成した後、窒化膜ライナー１４０の両端部のエッジ周囲のデント１４２が完全に充填されるように十分な厚さの絶縁膜１８０を窒化膜ライナー１３０及び不純物ドーピング酸化膜１１６、１３６、１５６上に形成する。絶縁膜１８０は、例えば、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、またはこれらの組合わせからなりうる。

図２Ｂを参照すれば、絶縁膜１８０のうち、デント１４２の内部を埋め込むデント埋め込み絶縁膜１８０ａのみ残るように、絶縁膜１８０の一部、すなわち、不純物ドーピング酸化膜１１６、１５６の上面を覆っている部分を除去する。絶縁膜１８０の一部を除去するために、リン酸溶液を用いたストリップ工程を行う。または、絶縁膜１８０の一部を除去するために、乾式エッチバック工程を利用することもできる。

図２Ｃを参照すれば、図１Ｉを参照して説明したような方法で半導体基板１００の上面を覆っている不純物ドーピング酸化膜１１６を除去する。その結果、トレンチの入口のエッジ側で不純物ドーピング酸化膜１３６の側壁と不純物ドーピング酸化膜１５６の側壁とが、それぞれデント埋め込み絶縁膜１８０ａによって保護された構造を有するＳＴＩ構造１９０が得られる。

ＳＴＩ構造１９０で、トレンチ１２０の内壁を構成する半導体基板１００と窒化膜ライナー１４０との間には、側壁酸化膜１３０と側壁酸化膜との両端部のエッジ領域に形成された不純物ドーピング酸化膜１３６が介在している。また、トレンチ１２０の内部で不純物ドーピング酸化膜１３６の表面がデント埋め込み絶縁膜１８０ａによって覆われている。したがって、不純物ドーピング酸化膜１３６及びその下部の側壁酸化膜１３０が後続する洗浄工程によって消耗されることを効果的に防止しうる。

図１Ｉを参照して説明したように、場合によって、ＳＴＩ構造１９０で後続する一連の洗浄工程を経つつ、ギャップフィル絶縁膜１５０の表面に形成された不純物ドーピング酸化膜１５６のうち、比較的高いレベルに形成された部分、特にトレンチ１２０のセンター領域でギャップフィル絶縁膜１５０の上面を覆っている部分が消耗する。その結果、ギャップフィル絶縁膜１５０が外部に露出されている状態で、後続のゲート絶縁膜の形成工程が行われる。

次いで、通常のトランジスタの形成工程によって半導体基板１００にソース／ドレイン領域を形成し、ゲート絶縁膜及びゲートを形成する工程を行える。これらの一連の工程を経つつ、複数回の洗浄工程が行われても、半導体基板１００上に露出されたＳＴＩ構造１９０で、窒化膜ライナー１４０の両端部に隣接した側壁酸化膜１３０の表面及びギャップフィル絶縁膜１５０の表面にそれぞれ不純物ドーピング酸化膜１３６、１５６が形成されており、トレンチ１２０内でこれらの不純物ドーピング酸化膜１３６、１５６の側壁がそれぞれ窒化膜ライナー１４０の両端部に形成されたデント埋め込み絶縁膜１８０ａによって保護される構造を有するので、側壁酸化膜１３０及びギャップフィル絶縁膜１５０が消耗されることを抑制し、トレンチ１２０の入口のエッジ付近でリセスが形成されるおそれはない。

以上、本発明を望ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者によって多様な変形及び変更が可能である。

本発明は、半導体素子関連の技術分野に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順序によって示す断面図である。

符号の説明

１００ 半導体基板、
１１０ パッド酸化膜パターン、
１１４ 窒化膜パターン、
１１６ 不純物ドーピング酸化膜、
１２０ トレンチ、
１３０ 側壁酸化膜、
１３６ 不純物ドーピング酸化膜、
１４０ 窒化膜ライナー、
１４２ デント、
１５０ ギャップフィル絶縁膜、
１５６ 不純物ドーピング酸化膜、
１６０ 不純物、
１７０ ＳＴＩ構造、
１８０ 絶縁膜、
１８０ａ デント埋め込み絶縁膜、
１９０ ＳＴＩ構造。

Claims (21)

1. 素子分離のためのトレンチが形成されている基板と、
   前記トレンチの内壁を覆う側壁酸化膜と、
   前記側壁酸化膜上に形成された窒化膜ライナーと、
   前記窒化膜ライナーに接して前記トレンチを充填するギャップフィル絶縁膜と、
   前記基板の上面に隣接した前記トレンチの入口で前記基板から前記窒化膜ライナーまで延びて、前記側壁酸化膜の両端部のエッジ領域に形成されている第１不純物ドーピング酸化膜と、
   を備えることを特徴とする半導体素子。
2. 前記第１不純物ドーピング酸化膜は、Ｎ原子がドーピングされたシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
3. 前記第１不純物ドーピング酸化膜の前記Ｎ原子のドーピング濃度は、１Ｅ１４〜１Ｅ１６ｃｍ^−３であることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子。
4. 前記窒化膜ライナーの両端部から前記ギャップフィル絶縁膜の表面まで延びている第２不純物ドーピング酸化膜をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
5. 前記窒化膜ライナー上で、前記第１不純物ドーピング酸化膜の表面を覆うデント埋め込み絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
6. 前記デント埋め込み絶縁膜は、酸化膜、窒化膜及び酸窒化膜からなる群から選択されるいずれか一つまたはこれらの組合わせからなることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
7. 前記窒化膜ライナーの両端部から前記ギャップフィル絶縁膜の表面まで延びている第２不純物ドーピング酸化膜と、
   前記窒化膜ライナー上で、前記第１不純物ドーピング酸化膜と前記第２不純物ドーピング酸化膜との間の空間に埋め込まれているデント埋め込み絶縁膜と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
8. 前記窒化膜ライナーは、前記基板の上面より低いレベルの上面を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
9. 基板に素子分離用トレンチを形成する工程と、
   前記トレンチの内壁に側壁酸化膜を形成する工程と、
   前記側壁酸化膜上に窒化膜ライナーを形成する工程と、
   前記窒化膜ライナー上に前記トレンチを充填するギャップフィル絶縁膜を形成する工程と、
   前記トレンチの入口から前記側壁酸化膜の露出された部分に不純物をドーピングして、前記トレンチの入口に隣接した前記側壁酸化膜のエッジ領域に第１不純物ドーピング酸化膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
10. 前記第１不純物ドーピング酸化膜は、前記トレンチの内側壁から前記窒化膜ライナーの一端まで延びて形成されることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
11. 前記第１不純物ドーピング酸化膜が形成される間に、前記ギャップフィル絶縁膜の表面に前記窒化膜ライナーの端部から延びる第２不純物ドーピング酸化膜が形成されることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
12. 前記第１不純物ドーピング酸化膜を形成するために、前記側壁酸化膜の露出された部分をＮ_２ガスを含む雰囲気下でプラズマ処理することを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
13. 前記Ｎ_２ガスを含む雰囲気は、Ｎ_２ガスのみを含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
14. 前記Ｎ_２ガスを含む雰囲気は、Ｎ_２ガスと、Ｈ_２、Ｏ_２、Ｈｅ及びＡｒのうちから選択される少なくとも一つの添加ガスが混合された混合ガスを含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
15. 前記第１不純物ドーピング酸化膜及び前記第２不純物ドーピング酸化膜が形成された後、前記窒化膜ライナーの上には、前記第１不純物ドーピング酸化膜と前記第２不純物ドーピング酸化膜との間に、これらによって幅が限定されるデント空間が存在することを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の製造方法。
16. 前記第１不純物ドーピング酸化膜及び前記第２不純物ドーピング酸化膜が形成された後、前記デント空間内にデント埋め込み絶縁膜を埋め込む工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
17. 前記デント埋め込み絶縁膜は、酸化膜、窒化膜及び酸窒化膜からなる群から選択されるいずれか一つまたはこれらの組合わせからなることを特徴とする請求項１６に記載の半導体素子の製造方法。
18. 前記デント埋め込み絶縁膜を形成する工程は、前記デント空間が充填されるように、前記第１不純物ドーピング酸化膜及び前記第２不純物ドーピング酸化膜上に絶縁膜を形成する工程と、
    前記デント埋め込み絶縁膜のみが残るように、前記絶縁膜の一部を除去する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体素子の製造方法。
19. 前記トレンチを形成する前に、前記基板上に順次に積層されたパッド酸化膜パターン及び窒化膜パターンを形成する工程をさらに含み、
    前記トレンチを形成する工程では、前記パッド酸化膜パターン及び窒化膜パターンをエッチングマスクとして利用して前記基板をエッチングすることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
20. 前記ギャップフィル絶縁膜を形成した後、前記第１不純物ドーピング酸化膜を形成する前に、前記窒化膜パターンを除去する工程をさらに含み、
    前記デント空間は、前記窒化膜パターンの除去と同時に形成されることを特徴とする請求項１９に記載の半導体素子の製造方法。
21. 前記側壁酸化膜の厚さは、前記パッド酸化膜より厚いことを特徴とする請求項１９に記載の半導体素子の製造方法。

Images