JP2009152360A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、STI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離領域に絶縁膜を埋込むための半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device for embedding an insulating film in an element isolation region having an STI (Shallow Trench Isolation) structure.
技術革新の速い半導体装置は、常に低消費電力化、高速化が図られていると共に、微細化による集積度の向上が図られてきている。現在では、微細化に伴いコストの低下、動作速度の向上等の利点も多数存在するが、逆に以前はそれほど問題を生じていなかった現象がより顕在化してきており、対策を行う必要を生じている。 In semiconductor devices with fast technological innovation, low power consumption and high speed are constantly being achieved, and the degree of integration has been improved by miniaturization. At present, there are many advantages such as cost reduction and operation speed improvement with miniaturization, but conversely, a phenomenon that has not caused much problems before has become more obvious, and it is necessary to take countermeasures ing.
素子間分離幅も狭くなるに伴い素子間分離領域のアスペクト比も高くなるため、不良要因となり得るボイドを発生させることなく素子間分離を達成することは困難になりつつある。そこで、従来より用いられていたHDP−CVD(High Density Plasma−Chemical Vapor Deposition)法等により素子分離絶縁膜を形成する方法に代えて、素子分離溝内に塗布技術を用いて流動性を有する溶液を塗布し当該溶液を絶縁膜に転換する方法が用いられてきている(例えば、特許文献1、2参照)。
As the element isolation width becomes narrower, the aspect ratio of the element isolation region also increases, so that it is becoming difficult to achieve element isolation without generating voids that can cause defects. Therefore, instead of the conventionally used HDP-CVD (High Density Plasma-Chemical Vapor Deposition) method or the like method for forming an element isolation insulating film, a solution having fluidity using a coating technique in the element isolation groove A method of applying a solution and converting the solution into an insulating film has been used (see, for example,
例えば、特許文献1記載の方法では、基板に溝を形成し、当該基板上に過水素化シラザン重合体を含む溶液を塗布し、当該溶液を加熱し過水素化シラザン重合体を含む膜を形成し、減圧下の水蒸気雰囲気中で膜を酸化処理し、当該膜をシリコンおよび酸素を含む絶縁膜に転換している。しかしながら、過水素化シラザン重合体を含む溶液が溝内に塗布されると、特に溝が深くまたは/および広く形成されている領域近辺では、塗布後の表面に段差が生じやすい。当該塗布溶液をシリコン酸化膜に転換するときには化学反応させて有機溶剤を脱離する必要があるが、このとき膜収縮を生じる。溝近辺における表面段差が大きいと膜収縮によって塗布溶液に過剰なストレスが掛かり亀裂を生じ、当該亀裂が半導体基板内にまで達してしまうという不具合を生じる。尚、本発明に関連する技術として特許文献3に記載された技術思想が開示されている。
本発明は、素子分離溝周辺に亀裂(クラック)を生じさせることなく素子分離領域内に絶縁膜を埋込むことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which an insulating film can be embedded in an element isolation region without causing cracks around the element isolation groove.
本発明の一態様は、半導体基板に素子分離溝を形成する工程と、前記素子分離溝内に過水素化シラザン重合体を含む溶液を塗布する工程と、前記溶液を熱処理してポリシラザン膜を形成する工程と、前記ポリシラザン膜上にBPSG(Boron-Phosphorus Silicate Glass)膜を堆積する工程と、前記BPSG膜をメルト処理しリフローする工程と、前記リフローされたBPSG膜を除去する工程とを備えている。 One embodiment of the present invention includes a step of forming an element isolation groove in a semiconductor substrate, a step of applying a solution containing a perhydrogenated silazane polymer in the element isolation groove, and a heat treatment of the solution to form a polysilazane film. A step of depositing a BPSG (Boron-Phosphorus Silicate Glass) film on the polysilazane film, a step of melt-treating the BPSG film and reflowing, and a step of removing the reflowed BPSG film. Yes.
本発明の別の態様は、半導体基板に素子分離溝を形成する工程と、前記素子分離溝内に過水素化シラザン重合体を含む溶液を塗布し、ポリシラザン膜を形成する工程と、前記ポリシラザン膜を第1の温度で熱処理する工程と、前記ポリシラザン膜上にBPSG(Boron-Phosphorus Silicate Glass)膜を堆積する工程と、前記BPSG膜を前記第1の温度より高い第2の温度でメルト処理しリフローする工程と、前記リフローされたBPSG膜を除去する工程とを備えている。 Another aspect of the present invention includes a step of forming an element isolation groove in a semiconductor substrate, a step of applying a solution containing a perhydrogenated silazane polymer in the element isolation groove to form a polysilazane film, and the polysilazane film. Heat treating at a first temperature, depositing a BPSG (Boron-Phosphorus Silicate Glass) film on the polysilazane film, and subjecting the BPSG film to a melt treatment at a second temperature higher than the first temperature. A step of reflowing, and a step of removing the reflowed BPSG film.
本発明の別の態様は、ゲート絶縁膜が形成された半導体基板上に第1の多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記第1の多結晶シリコン膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜、前記第1の多結晶シリコン膜、前記ゲート絶縁膜および前記半導体基板を順次エッチングし、素子分離溝を形成する工程と、前記素子分離溝内に過水素化シラザン重合体を含む溶液を塗布し、ポリシラザン膜を形成する工程と、前記ポリシラザン膜を第1の温度で熱処理する工程と、前記ポリシラザン膜上にBPSG(Boron-Phosphorus Silicate Glass)膜を堆積する工程と、前記BPSG膜を前記第1の温度より高い第2の温度でメルト処理しリフローする工程と、前記シリコン窒化膜をストッパとして、CMP(Chemical Mechanical Polish)法にてリフローされたBPSG膜を除去する工程と、前記シリコン窒化膜を除去し、前記第1の多結晶シリコン膜を露出する工程と、露出した前記第1の多結晶シリコン膜上にインターポリ絶縁膜を形成する工程と、前記インターポリ絶縁膜上に第2の多結晶シリコン膜を形成する工程とを備えている。 Another aspect of the present invention includes a step of forming a first polycrystalline silicon film on a semiconductor substrate on which a gate insulating film is formed, and a step of forming a silicon nitride film on the first polycrystalline silicon film. Sequentially etching the silicon nitride film, the first polycrystalline silicon film, the gate insulating film, and the semiconductor substrate to form an element isolation groove; and a perhydrogenated silazane polymer in the element isolation groove. A step of forming a polysilazane film, a step of heat-treating the polysilazane film at a first temperature, a step of depositing a BPSG (Boron-Phosphorus Silicate Glass) film on the polysilazane film, and the BPSG A step of melt-treating the film at a second temperature higher than the first temperature and reflowing; and a reflow process by CMP (Chemical Mechanical Polish) using the silicon nitride film as a stopper. Removing the formed BPSG film, removing the silicon nitride film and exposing the first polycrystalline silicon film, and forming an interpoly insulating film on the exposed first polycrystalline silicon film And a step of forming a second polycrystalline silicon film on the interpoly insulating film.
本発明によれば、溝近辺に亀裂(クラック)を生じさせることなく素子分離領域内に絶縁膜を埋込むことができるようになる。 According to the present invention, the insulating film can be embedded in the element isolation region without causing a crack in the vicinity of the groove.
以下、本発明をNAND型フラッシュメモリ装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下に参照する図面内の記載において、同一または類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a NAND flash memory device will be described with reference to the drawings. In the following description in the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.
図2Aは、メモリセル領域における構造を模式的な平面図によって示しており、図2Bは、周辺回路領域における構造を模式的な平面図によって示している。これらの図2Aおよび図2Bに平面図を示すように、NAND型のフラッシュメモリ装置1は、メモリセル領域Mと周辺回路領域Pとに区画形成されており、ガードリング領域(図示せず)によって電気的に分離されている。
FIG. 2A shows a structure in the memory cell region by a schematic plan view, and FIG. 2B shows a structure in the peripheral circuit region by a schematic plan view. 2A and 2B, the NAND
図1は、NAND型のフラッシュメモリ装置のメモリセル領域における等価回路を示している。メモリセル領域MにはメモリセルアレイArが構成されており、周辺回路領域PにはメモリセルアレイArを駆動するための周辺回路PC(図2B参照)が構成されている。 FIG. 1 shows an equivalent circuit in a memory cell region of a NAND flash memory device. A memory cell array Ar is configured in the memory cell region M, and a peripheral circuit PC (see FIG. 2B) for driving the memory cell array Ar is configured in the peripheral circuit region P.
図1に示すように、フラッシュメモリ装置Zのメモリセル領域MのメモリセルアレイArは、2(複数)個の選択ゲートトランジスタTrs1およびTrs2と、当該選択ゲートトランジスタTrs1およびTrs2間に直列接続された複数個(例えば32個)のメモリセルトランジスタTrmとからなるNANDセルユニットUCが行列状に形成されることにより構成されている。このNANDセルユニットUC内において、複数個のメモリセルトランジスタTrmは、隣接するもの同士でソース/ドレイン領域(図示せず)を共用して形成されている。 As shown in FIG. 1, the memory cell array Ar in the memory cell region M of the flash memory device Z includes two (plural) selection gate transistors Trs1 and Trs2, and a plurality of series connected between the selection gate transistors Trs1 and Trs2. A NAND cell unit UC including 32 (for example, 32) memory cell transistors Trm is formed in a matrix. In the NAND cell unit UC, a plurality of memory cell transistors Trm are formed by sharing adjacent source / drain regions (not shown).
図1中、X方向に配列されたメモリセルトランジスタTrmは、ワード線(コントロールゲート線)WLにより共通接続されている。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Trs1は選択ゲート線SGL1により共通接続されている。同様に、図1中、X方向に配列された選択ゲートトランジスタTrs2は選択ゲート線SGL2により共通接続されている。 In FIG. 1, the memory cell transistors Trm arranged in the X direction are commonly connected by a word line (control gate line) WL. Further, the select gate transistors Trs1 arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a select gate line SGL1. Similarly, in FIG. 1, the select gate transistors Trs2 arranged in the X direction are commonly connected by a select gate line SGL2.
選択ゲートトランジスタTrs1のドレイン領域にはビット線コンタクトCBが接続されている。このビット線コンタクトCBは図1中X方向に直交交差するY方向に延伸するビット線BLに接続されている。また、選択ゲートトランジスタTrs2はソース領域を介して図1中X方向に延伸するソース線SLに接続されている。 A bit line contact CB is connected to the drain region of the select gate transistor Trs1. The bit line contact CB is connected to a bit line BL extending in the Y direction orthogonal to the X direction in FIG. The select gate transistor Trs2 is connected to a source line SL extending in the X direction in FIG. 1 through a source region.
図1に示すように、NANDセルユニットUCは、X方向に複数並設されているが、これらX方向に並設されたNANDセルユニットUCが1つのブロックB1を構成しており、当該ブロックB1がY方向に複数構成されている。図1には、2つのブロックB1、B2を示している。 As shown in FIG. 1, a plurality of NAND cell units UC are arranged side by side in the X direction. The NAND cell units UC arranged in parallel in the X direction constitute one block B1, and the block B1 Are configured in the Y direction. FIG. 1 shows two blocks B1 and B2.
図2Aは、メモリセル領域M内の平面図を模式的に示している。この図2Aに示すように、メモリセル領域M内において、ワード線WLは活性領域Saの延伸方向と直交する図2A中のX方向に沿って形成されている。ワード線WLと交差する活性領域Sa上には、それぞれ、メモリセルトランジスタTrmのゲート電極MGが構成されている。これらのゲート電極MGは、X方向および当該X方向に直交交差したY方向に並設されている。ワード線WLは、図2A中X方向に渡って形成されていると共に、X方向に並設されたゲート電極MGを結合してX方向に沿って形成されている。 FIG. 2A schematically shows a plan view in the memory cell region M. FIG. As shown in FIG. 2A, in the memory cell region M, the word line WL is formed along the X direction in FIG. 2A perpendicular to the extending direction of the active region Sa. A gate electrode MG of the memory cell transistor Trm is formed on each active region Sa intersecting with the word line WL. These gate electrodes MG are juxtaposed in the X direction and the Y direction orthogonally intersecting the X direction. The word line WL is formed along the X direction in FIG. 2A, and is formed along the X direction by coupling the gate electrodes MG arranged in parallel in the X direction.
選択ゲート線SGL1は、活性領域Saの延伸方向と直交交差する図2A中のX方向に沿って形成されている。選択ゲート線SGL1と交差する活性領域Sa上には、それぞれ、選択ゲートトランジスタの選択ゲート電極SGが構成されている。選択ゲート線SGL1は、X方向に直交したY方向に一対形成されており、当該一対の選択ゲート線SGL1−SGL1間に位置した複数の活性領域Sa上にビット線コンタクトCBがそれぞれ形成されている。 The selection gate line SGL1 is formed along the X direction in FIG. 2A that intersects perpendicularly with the extending direction of the active region Sa. A selection gate electrode SG of the selection gate transistor is formed on each active region Sa intersecting with the selection gate line SGL1. A pair of selection gate lines SGL1 are formed in the Y direction orthogonal to the X direction, and bit line contacts CB are formed on the plurality of active regions Sa located between the pair of selection gate lines SGL1 to SGL1, respectively. .
また、選択ゲート線SGL2は、活性領域Saの延伸方向と直交する図2A中のX方向に沿って形成されている。選択ゲート線SGL2と交差する活性領域Sa上には、それぞれ、選択ゲートトランジスタの選択ゲート電極SGが構成されている。選択ゲート線SGL2は、X方向に直交したY方向に一対形成されており、当該一対の選択ゲート線SGL2−SGL2間に位置した複数の活性領域Sa上にソース線コンタクトCSがそれぞれ構成されている。 Further, the selection gate line SGL2 is formed along the X direction in FIG. 2A orthogonal to the extending direction of the active region Sa. A selection gate electrode SG of the selection gate transistor is formed on each active region Sa intersecting with the selection gate line SGL2. A pair of selection gate lines SGL2 are formed in the Y direction orthogonal to the X direction, and source line contacts CS are formed on the plurality of active regions Sa positioned between the pair of selection gate lines SGL2 to SGL2, respectively. .
図2Bは、周辺回路領域内の一部の平面図を模式的に示している。この図2Bに示すように、周辺回路領域Pにおいては、高耐圧トランジスタHVTrおよび低耐圧トランジスタLVTrが組み合わされることによって構成されている。この周辺回路PCは、メモリセルアレイArのメモリセルに不揮発的に記憶されたデータを読出、書込、消去処理を行うために設けられている。 FIG. 2B schematically shows a plan view of a part in the peripheral circuit region. As shown in FIG. 2B, the peripheral circuit region P is configured by combining a high voltage transistor HVTr and a low voltage transistor LVTr. The peripheral circuit PC is provided for reading, writing, and erasing data stored in the memory cells of the memory cell array Ar in a nonvolatile manner.
高耐圧トランジスタHVTrおよび低耐圧トランジスタLVTrは、それぞれ、シリコン基板2に複数の活性領域Saがそれぞれ矩形状に設けられており、これらの活性領域Saのそれぞれの外周を覆うようにSTI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離領域Sbが構成されている。高耐圧トランジスタHVTrのゲート電極HVG、低耐圧トランジスタLVTrのゲート電極LVGは、それぞれ、複数の活性領域Sa上方に位置して当該活性領域Saを横切るように構成されている。
In each of the high breakdown voltage transistor HVTr and the low breakdown voltage transistor LVTr, a plurality of active regions Sa are provided in a rectangular shape on the
高耐圧トランジスタHVTrのゲート電極HVGの両脇にはその活性領域Sa内にソース/ドレイン領域2bが設けられている。低耐圧トランジスタLVTrのゲート電極LVGの両脇にはその活性領域Sa内にソース/ドレイン領域2cが設けられている。
A source /
図3Aは、図2AにおけるA−A線に沿う断面(メモリセルトランジスタのゲート電極MGのワード線方向断面)を模式的に示している。図3Bは、図2AにおけるB−B線に沿う断面(メモリセルトランジスタのビット線方向断面)を模式的に示している。図3Cは、図2BにおけるC−C線に沿う断面(高耐圧トランジスタHVTrの断面)を模式的に示している。なお、低耐圧トランジスタLVTrは、高耐圧トランジスタHVTrとはゲート絶縁膜の膜厚以外は同様であるため、その断面の記載を省略している。 FIG. 3A schematically shows a cross section (a cross section in the word line direction of the gate electrode MG of the memory cell transistor) along the line AA in FIG. 2A. FIG. 3B schematically shows a cross section (a cross section in the bit line direction of the memory cell transistor) along the line BB in FIG. 2A. FIG. 3C schematically shows a cross section (cross section of the high voltage transistor HVTr) along the line CC in FIG. 2B. Since the low breakdown voltage transistor LVTr is the same as the high breakdown voltage transistor HVTr except for the thickness of the gate insulating film, the description of its cross section is omitted.
以下、メモリセル領域M内のメモリセルトランジスタTrmの構造について説明する。メモリセル領域Mの所定領域R1内では、図3Aに示すように、p型のシリコン基板2の表層にはNウェル、Pウェル(何れも図示せず)が構成されており、当該ウェルの表層に素子分離溝3が形成されている。これらの素子分離溝3は、複数の活性領域Saをワード線方向に分離するように構成されており、素子分離溝3内には素子分離絶縁膜4が形成されている。素子分離絶縁膜4は、その上部がシリコン基板2の表面から上方に突出して構成されている。シリコン基板2の複数の活性領域Sa上のそれぞれにはゲート絶縁膜5が例えばシリコン酸化膜により形成されている。
Hereinafter, the structure of the memory cell transistor Trm in the memory cell region M will be described. In the predetermined region R1 of the memory cell region M, as shown in FIG. 3A, the surface layer of the p-
ゲート絶縁膜5は、その側面がそれぞれ素子分離絶縁膜4の上部側面の一部に接触してトンネル絶縁膜として構成されている。これらのゲート絶縁膜5上には導電層6が例えばリン等の不純物がドープされた多結晶シリコンなどの半導体層により構成されており、浮遊ゲート電極FGとして機能する。導電層6は、素子分離絶縁膜4の側面最上部に接触して配設されると共に、その上面が当該素子分離絶縁膜4の上端より上方に突出して構成されている。シリコン基板2から上方に向けて突出した素子分離絶縁膜4の上部側面は、ゲート絶縁膜5の側面および導電層6の側面下部と面一に形成されている。素子分離絶縁膜4は、素子分離溝3内の大部分に塗布型絶縁膜4aを主として含んで構成されている。
The
塗布型絶縁膜4aは、例えばポリシラザン系のスピンオングラス(SOG:Spin On Glass)膜により構成され、流動性に優れTEOS酸化膜などに比較して埋込性の良い膜である。この塗布型絶縁膜4aは、その上端がゲート絶縁膜5の上面よりも上方に位置して構成されている。
The coating
ゲート間絶縁膜(インターポリ絶縁膜)7は、素子分離絶縁膜4の上面、導電層6の上部側面、および、導電層6の上面に沿って形成されている。このゲート間絶縁膜7は、例えばシリコン酸化膜/高誘電体絶縁膜/シリコン酸化膜の積層構造をなしている。高誘電体絶縁膜としては、例えばシリコン酸化膜よりも比誘電率が高いシリコン窒化膜またはアルミニウム酸化物(Al2O3)膜が用いられる。尚、ゲート間絶縁膜7は、シリコン酸化膜/高誘電体絶縁膜/シリコン酸化膜の上下にプラズマ窒化(ラジカル窒化)処理によってシリコン窒化膜が形成されていてもよい。
The inter-gate insulating film (interpoly insulating film) 7 is formed along the upper surface of the element
ゲート間絶縁膜7の上には導電層8が形成されている。この導電層8は、例えば多結晶シリコン、および当該多結晶シリコンの上部に形成されたタングステンまたはコバルトなどの金属によるシリサイド層から構成され、制御ゲート電極CG、ワード線WLとして機能する。このようにメモリセルトランジスタTrmのゲート電極MGが、シリコン基板2上にゲート絶縁膜5を介して導電層6、ゲート間絶縁膜7、導電層8の積層構造によって構成されている。
A
図3Bに示すように、メモリセルトランジスタTrmのゲート電極MGは、ビット線方向に並設されており、各ゲート電極MGは分断領域GVにおいて電気的に分断されている。各ゲート電極MGを構成する各膜6〜8は、その側面が面一に形成されている。尚、図示しないが、分断領域GV内には層間絶縁膜や不要物透過抑制用のバリア膜などが成膜される。メモリセルトランジスタTrmのゲート電極MGの両脇にはシリコン基板2の表層に位置してソース/ドレイン領域2aが形成されている。メモリセルトランジスタTrmは、ゲート絶縁膜5およびゲート電極MG並びにソース/ドレイン領域2aを含んで構成されている。
As shown in FIG. 3B, the gate electrodes MG of the memory cell transistors Trm are arranged in parallel in the bit line direction, and each gate electrode MG is electrically divided in the dividing region GV. The
他方、図3Cに示すように、周辺回路領域Pの所定領域R2内には高耐圧トランジスタHVTrが構成されている。この高耐圧トランジスタHVTrは、シリコン基板2上にゲート絶縁膜15を介して形成されたゲート電極HVGと、当該ゲート電極HVGの両脇で且つシリコン基板2の表層に構成されたソース/ドレイン領域2bとを含んで構成される。
On the other hand, as shown in FIG. 3C, a high breakdown voltage transistor HVTr is configured in a predetermined region R2 of the peripheral circuit region P. The high breakdown voltage transistor HVTr includes a gate electrode HVG formed on the
高耐圧トランジスタHVTrの形成領域R2内においては、ゲート絶縁膜15は、メモリセル領域Mに形成されるゲート絶縁膜5に比較して厚く形成されている。このゲート絶縁膜15の上に、多結晶シリコン層6、ゲート間絶縁膜7、導電層8が順次積層されており、これによりゲート電極HVGが構成されている。
In the formation region R2 of the high breakdown voltage transistor HVTr, the
ゲート電極HVGのゲート間絶縁膜7には多結晶シリコン層6と導電層8とを導通するための開口7aが形成されており、この開口7a内に導電層8が埋め込まれることによって多結晶シリコン層6および導電層8間が電気的に導通接続されている。各層6〜8の側面は面一に形成されている。
An
素子分離溝3が、シリコン基板2の活性領域Saの周端部に沿って形成されており、当該素子分離溝3内には素子分離絶縁膜4が埋め込まれている。素子分離絶縁膜4は、メモリセル領域Mに構成される材料と同一材料により形成されているため、周辺回路領域Pにおいても同一符号を付して表している。尚、高耐圧トランジスタHVTrのゲート電極HVGは、分断領域GVにおいて電気的に分断されており、図示しないが、分断領域GV内には層間絶縁膜などが成膜される。
An
さて、メモリセル領域M内ではメモリセルの高集積化が要求されており、幅狭な素子分離領域Sbが必要とされている。他方、メモリセルを駆動するための駆動用のトランジスタHVTrが形成される周辺回路領域P内では、高耐圧に耐えうる素子分離領域Sbが必要とされる。すなわち、周辺回路領域P内の素子分離領域Sbの幅はメモリセル領域M内の素子分離領域Sbの幅に比較して広い幅が設けられる。 In the memory cell region M, high integration of memory cells is required, and a narrow element isolation region Sb is required. On the other hand, in the peripheral circuit region P where the driving transistor HVTr for driving the memory cell is formed, an element isolation region Sb that can withstand a high breakdown voltage is required. That is, the width of the element isolation region Sb in the peripheral circuit region P is wider than the width of the element isolation region Sb in the memory cell region M.
このように、幅広および幅狭な素子分離領域Sbが混在するフラッシュメモリ装置1内では、塗布技術を用いて過水素化シラザン重合体を含む溶液を塗布し水蒸気雰囲気中で酸化処理すると、特に幅広な素子分離領域Sbと活性領域Saとの境界付近においては、酸化処理後の膜に亀裂が生じ、この亀裂がシリコン基板2内にまで侵食してしまう不具合を生じる。そこで、本実施形態では次に示す製造方法を採用している。
As described above, in the
以下では、本実施形態の特徴部分となるメモリセル領域M内のメモリセルトランジスタTrmと高耐圧トランジスタHVTrの製造方法を中心に説明する。尚、図示しないその他の領域を製造するのに必要な工程を適宜付加しても良い。低耐圧トランジスタLVTrの製造方法については、シリコン基板2上のゲート絶縁膜の膜厚がメモリセル領域MのメモリセルトランジスタTrmのゲート絶縁膜5の製造方法と同一である点以外は高耐圧トランジスタHVTrの製造方法とほぼ同一であるため、その説明を省略する。
In the following, a method for manufacturing the memory cell transistor Trm and the high breakdown voltage transistor HVTr in the memory cell region M, which is a characteristic part of the present embodiment, will be mainly described. In addition, you may add suitably the process required in order to manufacture the other area | region which is not shown in figure. The method of manufacturing the low breakdown voltage transistor LVTr is the same as the method of manufacturing the
図4に示すように、p型のシリコン基板2の上面全面に犠牲酸化膜20を形成し、メモリセル領域Mをレジストによるマスクパターン21で覆い、高耐圧トランジスタHVTrの形成領域R2の犠牲酸化膜20をドライエッチング処理によって処理すると共に当該領域R2内のシリコン基板2の上面を掘り下げる。次に、フォトリソグラフィ技術およびインプランテーション技術を用いてイオンを注入し熱処理する。尚、犠牲酸化膜20はイオン注入前または後で剥離する。
As shown in FIG. 4, a
次に、図5に示すように、シリコン基板2の上面を熱酸化処理することで高耐圧トランジスタHVTr用のゲート絶縁膜15を形成する。次に、図6に示すように、領域R2をマスクパターン22で覆い、領域R1およびM内の熱酸化膜を等方性エッチング処理し、高耐圧トランジスタHVTrの形成領域R2内にゲート絶縁膜15を残存させる。
Next, as shown in FIG. 5, the upper surface of the
次に、図7に示すように、マスクパターン22を剥離し、高耐圧トランジスタHVTrの形成領域R2に形成されたゲート絶縁膜15よりも薄い熱酸化膜をメモリセルトランジスタTrm用のゲート絶縁膜5として形成する。
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、図8に示すように、リン等の不純物がドープされた非晶質シリコンをLP−CVD法により堆積する。この非晶質シリコンは後に熱処理されることにより多結晶シリコン層に変成されるため、符号6を付している。
Next, as shown in FIG. 8, amorphous silicon doped with impurities such as phosphorus is deposited by LP-CVD. Since this amorphous silicon is transformed into a polycrystalline silicon layer by a subsequent heat treatment, it is denoted by
次に、図9に示すように、多結晶シリコン層6の上面上にシリコン窒化膜23をLP−CVD法により堆積し、次に、ハードマスクとしてシリコン酸化膜24をLP−CVD法により堆積する。
Next, as shown in FIG. 9, a
次に、図10に示すように、シリコン酸化膜24上にフォトレジスト(図示せず)を塗布し、素子分離溝3を形成するための領域以外の領域にフォトレジストを残存させるように所定の形状にパターンニングし、当該レジストをマスクとしてRIE(Reactive Ion Etching)法によりシリコン酸化膜24を異方性エッチング処理する。次に、シリコン酸化膜24をマスクとして各膜5、6、15、23およびシリコン基板2の上部に素子分離溝3を形成することで活性領域Saおよび素子分離領域Sbを区画する。尚、素子分離溝23を形成している間にハードマスクとなるシリコン酸化膜24の厚さが薄くなる。このようにしてメモリセル領域Mおよび周辺回路領域P内の活性領域Saが区画される。
Next, as shown in FIG. 10, a photoresist (not shown) is applied on the
次に、図11に示すように、素子分離溝3内に過水素化シラザン重合体を含む溶液をSOG法により塗布して素子分離溝3内に充填し、次にこの溶液をベーキング処理してポリシラザン膜4bを形成する。ポリシラザン膜4bが形成された後には、特に素子分離溝3の幅および活性領域Saの幅が広い領域である高耐圧トランジスタHVTrの形成領域R2周辺付近においては、活性領域Saと素子分離領域Sbとの境界付近の領域R2aで、ポリシラザン膜4bの活性領域Saの上方に位置した第1上面4baと、素子分離領域Sbの上方に位置した第2上面4bbとの間に段差H1が生じる。
Next, as shown in FIG. 11, a solution containing a perhydrogenated silazane polymer is applied to the
ポリシラザン膜4bは酸化膜に転換するために高温熱処理を行う必要がある。この高温熱処理時にポリシラザン膜4bの段差H1に過剰なストレスが掛かり当該領域R2a付近で高温熱処理で形成された酸化膜にクラック(亀裂)が発生する。このクラックにより膜間応力が発生し、当該クラック付近に形成される素子(トランジスタHVTr等)の特性劣化の虞がある。
The
そこで、本実施形態では次に示すようなプロセスを採用しポリシラザン膜4bを酸化膜に転換している。まず第1温度の所定条件(200℃〜400℃の低温、例えば280℃)で所定時間(例えば30分)、水蒸気酸化処理(WVG:Water Vapor Generator)を行う。この水蒸気酸化処理は、ポリシラザン膜4bの膜質安定化熱処理として行われる。このような水蒸気酸化処理を行った状態では、ポリシラザン膜4bは、良質な膜とはなっておらず、膜中にシリコン−水素(Si−H)結合、窒素−水素(N−H)結合、シリコン−窒素(Si−N)結合などが残留している。
Therefore, in the present embodiment, the following process is employed to convert the
次に、所定条件(例えば65℃、10分〜数十分)で温水処理を行う。この温水処理により、ポリシラザン膜4b内の炭素、窒素等、トランジスタ特性に悪影響を与える虞のある不要物の脱離を行う。次に、温水処理されたポリシラザン膜4bを過酸化水素水および硫酸溶液で処理する。
Next, warm water treatment is performed under predetermined conditions (for example, 65 ° C., 10 minutes to several tens of minutes). By this hot water treatment, unnecessary substances such as carbon and nitrogen in the
次に、図12に示すように、ポリシラザン膜4bの上面上にBPSG膜4cを所定膜厚(数十nm(例えば80nmまたはそれ以上))でCVD法により堆積する。次に、水蒸気酸化によるポリシラザン膜4bの高温熱処理に代えて、BPSG膜4cを第1温度より高い第2温度(例えば850℃)でメルト処理を行いリフロー(軟化)し、ポリシラザン膜4bに対して高温熱処理を施す。このとき、BPSG膜4cはキャップ膜として機能し、ポリシラザン膜4b事体に亀裂が入る現象を抑制することができる。さらに、このBPSG膜4cの堆積処理、リフロー効果を発揮させることにより前述工程にて生じた段差H1を低減できることができる(図12の段差H2参照)。このような工程を経てポリシラザン膜4bがSOG膜としての良質なシリコン酸化膜(塗布型絶縁膜4a)に転換される。
Next, as shown in FIG. 12, a
次に、図13に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polish)法により、シリコン窒化膜23をストッパーとしてBPSG膜4cを除去すると共に塗布型絶縁膜4aを平坦化し、素子分離溝3内の塗布型絶縁膜4aを素子分離絶縁膜4として構成する。
Next, as shown in FIG. 13, by using CMP (Chemical Mechanical Polish) method, the
次に、図14に示すように、希弗酸(ダイリュートフッ酸)処理によってメモリセル領域Mにおける素子分離絶縁膜4をエッチバックし、素子分離絶縁膜4の上面4zをシリコン基板2とゲート絶縁膜5との界面付近(界面より上方または下方)に位置するように調整し、次に、ホット燐酸処理によってシリコン窒化膜23を剥離する。メモリセル領域Mにおける素子分離絶縁膜4の上面4zの落とし込み処理は、メモリセルのカップリング比確保のために行われる。
Next, as shown in FIG. 14, the element
次に、図15に示すように、ゲート間絶縁膜7をCVD法、ALD(Atomic Layer Deposition)法、ラジカル窒化処理等を用いることにより形成する。次に、ポリシリコンを薄くCVD法により堆積し(図示せず)、高耐圧トランジスタHVTr、低耐圧トランジスタLVTr、選択ゲートトランジスタTrs用のゲート間絶縁膜7に開口7aを形成し、次に、ゲート間絶縁膜7上に導電層8を制御ゲート電極CG用に形成する。
Next, as shown in FIG. 15, the
次に、図3Bおよび図3Cに示すように、導電層8、ゲート間絶縁膜7、多結晶シリコン層6を異方性エッチング処理によって分断領域GVにおいて分断加工処理を行う。尚、導電層8を構成するシリコンの金属による上部シリサイド化工程は、適用する金属材料等に応じて分断領域GVを形成する前または後の何れに行っても良い。このような工程を経て、各トランジスタHVTr、Trmのゲート電極HVG、MGを加工形成できる。
Next, as shown in FIGS. 3B and 3C, the
次に、各トランジスタのHVTr、Trmのソース/ドレイン領域2a、2bをそれぞれ形成するためのイオンインプランテーション処理などを行い、図示しないスペーサ、コンタクト領域、層間絶縁膜、ビット線コンタクトCB、ソース線コンタクトCS、その上層のビット線BLなどの配線層を形成することでフラッシュメモリ装置1を構成できる。
Next, ion implantation processing for forming source /
本実施形態によれば、素子分離溝3内の素子分離絶縁膜4による埋込技術として、埋込過水素化シラザン重合体を含む溶液を塗布した後ポリシラザン膜4bを形成し、このポリシラザン膜4b上にBPSG膜4cを堆積しているため、キャップ材としての効果が得られる。しかもBPSG膜4cをメルト処理しているため、リフローによって段差部分を低減し応力を緩和することができ亀裂を防止できる。また、BPSG膜4cを堆積することにより素子分離溝3内に塗布するポリシラザン膜4bの量を減らすことができる。
According to the present embodiment, as a filling technique using the element
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態にのみ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。
p型のシリコン基板2を適用したが、n型のシリコン基板2の上にpウェルを形成したシリコン基板を適用しても良いし、他種類の半導体基板を適用しても良い。
ポリシラザン膜4bのキャップ膜としてBPSG膜4cを適用し、当該BPSG膜4cを堆積し当該BPSG膜4cをリフロー処理する工程に代えて、d−TEOS(プラズマTEOS)膜を堆積する工程を設けることによって段差を低減させるようにしても良い。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
Although the p-
By applying a
素子分離絶縁膜4を、ポリシラザン膜4bと化学気相成長(CVD)法で成膜されたHTO(High Temperature Oxide)膜、LTO(Low Temperature Oxide)膜、HDP(High Density Plasma)膜などとの積層構造により構成されていても良い。
NAND型のフラッシュメモリ装置に適用したが、幅広および幅狭な素子分離領域Sbが混在する半導体装置であれば、NOR型のフラッシュメモリ装置に適用しても良いし、DRAM(Dynamic-RAM)、PSRAM(Pseudo-SRAM)等に適用しても良い。
ゲート間絶縁膜7として、アルミナ(Al2O3)などの高誘電体絶縁膜について酸化膜または/および窒化膜を上下に挟んだ積層構造を適用したが、ONO膜(シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜)などを適用しても良い。
The element
Although applied to a NAND flash memory device, it may be applied to a NOR flash memory device as long as it is a semiconductor device in which wide and narrow element isolation regions Sb are mixed, or a DRAM (Dynamic-RAM), You may apply to PSRAM (Pseudo-SRAM) etc.
As the inter-gate
図面中、3は素子分離溝、4bはポリシラザン膜、4cはBPSG膜(キャップ膜)を示す。 In the drawing, 3 is an element isolation trench, 4b is a polysilazane film, and 4c is a BPSG film (cap film).
Claims (5)
前記素子分離溝内に過水素化シラザン重合体を含む溶液を塗布する工程と、
前記溶液を熱処理してポリシラザン膜を形成する工程と、
前記ポリシラザン膜上にBPSG(Boron-Phosphorus Silicate Glass)膜を堆積する工程と、
前記BPSG膜をメルト処理しリフローする工程と、
前記リフローされたBPSG膜を除去する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an element isolation groove in a semiconductor substrate;
Applying a solution containing a perhydrogenated silazane polymer in the element isolation groove;
Heat-treating the solution to form a polysilazane film;
Depositing a BPSG (Boron-Phosphorus Silicate Glass) film on the polysilazane film;
Melting and reflowing the BPSG film;
And a step of removing the reflowed BPSG film.
前記素子分離溝内に過水素化シラザン重合体を含む溶液を塗布し、ポリシラザン膜を形成する工程と、
前記ポリシラザン膜を第1の温度で熱処理する工程と、
前記ポリシラザン膜上にBPSG(Boron-Phosphorus Silicate Glass)膜を堆積する工程と、
前記BPSG膜を前記第1の温度より高い第2の温度でメルト処理しリフローする工程と、
前記リフローされたBPSG膜を除去する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an element isolation groove in a semiconductor substrate;
Applying a solution containing a perhydrogenated silazane polymer in the element isolation trench to form a polysilazane film;
Heat-treating the polysilazane film at a first temperature;
Depositing a BPSG (Boron-Phosphorus Silicate Glass) film on the polysilazane film;
Melting and reflowing the BPSG film at a second temperature higher than the first temperature;
And a step of removing the reflowed BPSG film.
前記第1の多結晶シリコン膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜、前記第1の多結晶シリコン膜、前記ゲート絶縁膜および前記半導体基板を順次エッチングし、素子分離溝を形成する工程と、
前記素子分離溝内に過水素化シラザン重合体を含む溶液を塗布し、ポリシラザン膜を形成する工程と、
前記ポリシラザン膜を第1の温度で熱処理する工程と、
前記ポリシラザン膜上にBPSG(Boron-Phosphorus Silicate Glass)膜を堆積する工程と、
前記BPSG膜を前記第1の温度より高い第2の温度でメルト処理しリフローする工程と、
前記シリコン窒化膜をストッパとして、CMP(Chemical Mechanical Polish)法にてリフローされたBPSG膜を除去する工程と、
前記シリコン窒化膜を除去し、前記第1の多結晶シリコン膜を露出する工程と、
露出した前記第1の多結晶シリコン膜上にインターポリ絶縁膜を形成する工程と、
前記インターポリ絶縁膜上に第2の多結晶シリコン膜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製造方法。 Forming a first polycrystalline silicon film on the semiconductor substrate on which the gate insulating film is formed;
Forming a silicon nitride film on the first polycrystalline silicon film;
Etching the silicon nitride film, the first polycrystalline silicon film, the gate insulating film, and the semiconductor substrate sequentially to form an element isolation trench;
Applying a solution containing a perhydrogenated silazane polymer in the element isolation trench to form a polysilazane film;
Heat treating the polysilazane film at a first temperature;
Depositing a BPSG (Boron-Phosphorus Silicate Glass) film on the polysilazane film;
Melting and reflowing the BPSG film at a second temperature higher than the first temperature;
Removing the BPSG film reflowed by CMP (Chemical Mechanical Polish) using the silicon nitride film as a stopper;
Removing the silicon nitride film and exposing the first polycrystalline silicon film;
Forming an interpoly insulating film on the exposed first polycrystalline silicon film;
And a step of forming a second polycrystalline silicon film on the interpoly insulating film.
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