JP2010080709A - Forming method of silicon oxide film and manufacturing method of non-volatile semiconductor memory device - Google Patents
Forming method of silicon oxide film and manufacturing method of non-volatile semiconductor memory device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010080709A JP2010080709A JP2008247958A JP2008247958A JP2010080709A JP 2010080709 A JP2010080709 A JP 2010080709A JP 2008247958 A JP2008247958 A JP 2008247958A JP 2008247958 A JP2008247958 A JP 2008247958A JP 2010080709 A JP2010080709 A JP 2010080709A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- silicon oxide
- oxide film
- temperature
- silicon
- 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
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、塗布膜を用いたシリコン酸化膜の形成方法および不揮発性半導体記憶装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a silicon oxide film using a coating film and a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
半導体装置は、高集積化による素子の動作速度向上あるいは低消費電力化などの性能向上や、製造コストの抑制を目的として微細化が積極的に進められている。半導体装置の微細化のためにはトランジスタや配線の微細化が重要であるが、微細化に伴い素子間を絶縁する素子分離領域形成の困難度も急激に増している。これは、トランジスタ等の素子の微細化に伴い素子間のスペースの微細化も当然行われ、微細なスペースに良好な絶縁特性をもつ絶縁膜を埋め込むこと自体が微細化に伴い困難度を増しているからである。 2. Description of the Related Art Semiconductor devices are actively being miniaturized for the purpose of improving performance such as improvement in element operation speed or low power consumption due to high integration and suppressing manufacturing cost. Although miniaturization of transistors and wiring is important for miniaturization of semiconductor devices, the difficulty of forming an element isolation region that insulates elements is increasing rapidly with miniaturization. This is because, with the miniaturization of devices such as transistors, the space between devices is naturally miniaturized, and embedding an insulating film having good insulating characteristics in the fine space itself has become more difficult with miniaturization. Because.
また、素子の微細化に伴い、配線やバリアメタルにも銅(Cu)やタンタル(Ta)、ルテニウム(Ru)等の耐酸化性の低い金属や、あるいは熱工程においてシリコン(Si)中に拡散しやすい金属など、従来は半導体工程で使用されていなかったような金属が用いられるようになってきている。 In addition, along with the miniaturization of devices, wiring and barrier metals diffuse into metals (low oxidation resistance) such as copper (Cu), tantalum (Ta), ruthenium (Ru), or silicon (Si) in the thermal process. Metals that have not been used in semiconductor processes in the past, such as metals that are easy to do, are now being used.
さらに、トランジスタにおいても、ゲート絶縁膜にハフニウム(Hf)やジルコニウム(Zr)等の金属が用いられたり、ゲート電極にコバルトシリサイド(CoSi)、ニッケルシリサイド(NiSi)、プラチナシリサイド(PtSi)等の耐酸化性が低い金属や、あるいは熱工程でシリコン中へ拡散しやすい金属等が使われはじめるようになっており、素子間絶縁領域形成の工程において低温処理化を推進することが重要になってきている。 Further, in a transistor, a metal such as hafnium (Hf) or zirconium (Zr) is used for the gate insulating film, and an acid resistance such as cobalt silicide (CoSi), nickel silicide (NiSi), platinum silicide (PtSi) is used for the gate electrode. Metals with low chemical properties or metals that easily diffuse into silicon in the thermal process are beginning to be used, and it is important to promote low-temperature processing in the process of forming an inter-element insulating region. Yes.
不揮発性半導体記憶装置の素子分離絶縁膜としてSTI(shallow trench isolation)構造を用いた微細なスペースの埋め込み技術としては、たとえば特許文献1に示されるように、SOG(spin on glass)技術が採用されるようになってきているが、SOG膜は膜が形成された段階では膜中不純物、膜中の吸着水を除去するために水蒸気を含む酸化性雰囲気中での熱処理が不可欠であった。しかし、前述のように素子の微細化に伴い水蒸気を含む酸化性雰囲気中での熱処理は困難であったり、更なる低温化を余儀なくされており、良質の絶縁膜を狭スペースに形成することは非常に難しくなっている。
本発明は、低温で良好な絶縁膜であるシリコン酸化膜を形成する方法およびその形成方法を利用した不揮発性半導体記憶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 for forming a silicon oxide film which is a good insulating film at a low temperature and a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device using the method.
本発明のシリコン酸化膜の形成方法の一態様は、基板上にシラザン結合を有するポリマーを有機溶媒に溶かした塗布剤を塗布して塗布膜を形成する工程と、前記塗布膜に含まれる前記有機溶媒を気化させてポリマー膜を形成する工程と、前記ポリマー膜に90℃以下の温度で紫外線を照射する工程と、前記紫外線を照射したポリマー膜を50℃以上80℃未満の温度の純水または水溶液中に浸漬することによってシリコン酸化膜に転換する工程とを備えたところに特徴を有する。 One aspect of the method for forming a silicon oxide film of the present invention includes a step of applying a coating agent in which a polymer having a silazane bond is dissolved in an organic solvent on a substrate to form a coating film, and the organic included in the coating film A step of vaporizing a solvent to form a polymer film; a step of irradiating the polymer film with ultraviolet light at a temperature of 90 ° C. or lower; and a pure water having a temperature of 50 ° C. or higher and lower than 80 ° C. And a step of converting into a silicon oxide film by dipping in an aqueous solution.
本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法の一態様は、半導体基板にメモリセルトランジスタおよび周辺回路トランジスタを形成してなる不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、前記半導体基板に、前記メモリセルトランジスタに対応した第1の素子分離用溝および前記周辺回路のトランジスタに対応した第2の素子分離用溝を形成する工程と、前記第1および第2の素子分離用溝内にシラザン結合を有するポリマーを有機溶媒に溶かした塗布剤を塗布して塗布膜を形成する工程と、前記塗布膜に含まれる前記有機溶媒を気化させてポリマー膜を形成する工程と、前記ポリマー膜に90℃以下の温度で紫外線を照射する工程と、前記紫外線を照射したポリマー膜を50℃以上80℃未満の温度の純水または水溶液中に浸漬することによってシリコン酸化膜に転換する工程とを順次実行することにより、前記第1及び第2の素子分離用溝内に前記シリコン酸化膜を埋め込み形成するところに特徴を有する。 One aspect of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device in which a memory cell transistor and a peripheral circuit transistor are formed on a semiconductor substrate. Forming a first element isolation groove corresponding to the cell transistor and a second element isolation groove corresponding to the transistor of the peripheral circuit; and silazane coupling in the first and second element isolation grooves. A step of forming a coating film by applying a coating agent in which a polymer having an organic solvent is dissolved, a step of forming a polymer film by vaporizing the organic solvent contained in the coating film, and a temperature of 90 ° C. or less on the polymer film Irradiating ultraviolet rays at a temperature of 5 ° C., and immersing the polymer film irradiated with the ultraviolet rays in pure water or an aqueous solution having a temperature of 50 ° C. or more and less than 80 ° C. By sequentially executing the step of converting the silicon oxide film I has a feature where the forming buried the silicon oxide film on the first and second element isolation groove.
本発明によれば、低温で良好な絶縁膜であるシリコン酸化膜を形成することができる。 According to the present invention, a silicon oxide film which is a good insulating film can be formed at a low temperature.
(第1の実施形態)
以下、本発明を不揮発性半導体記憶装置の一つであるNAND型フラッシュメモリ装置に適用した場合の第1の実施形態について、図1〜図9を参照して説明する。なお、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。
(First embodiment)
A first embodiment in the case where the present invention is applied to a NAND flash memory device which is one of nonvolatile semiconductor memory devices will be described below with reference to FIGS. 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1は、メモリセル領域の端部から周辺回路領域に渡る境界部分におけるメモリセルトランジスタのワード線WLの形成方向に沿った断面図である。メモリセル領域にはメモリセルトランジスタが形成され、周辺回路領域には周辺回路のトランジスタが形成されている。また、これら図1は、製造工程の一段階である配線工程の途中段階での状態を示している。 FIG. 1 is a cross-sectional view along the direction in which the word line WL of the memory cell transistor is formed at the boundary portion extending from the end of the memory cell region to the peripheral circuit region. Memory cell transistors are formed in the memory cell region, and peripheral circuit transistors are formed in the peripheral circuit region. Moreover, these FIG. 1 has shown the state in the middle stage of the wiring process which is one stage of a manufacturing process.
図1において、半導体基板であるシリコン基板1の表層部には、メモリセル領域で浅く、他の部分で深く形成されたトレンチ1a、1bが設けられている。それら各トレンチ1a、1bには、ALD(atomic layer deposition)法により形成された薄いシリコン酸化膜2が内面に形成され、その内側に後述するシリコン酸化膜3が埋め込み形成されている。これらシリコン酸化膜2、3によりSTI(shallow trench isolation)構造の素子分離絶縁膜が構成されている。
In FIG. 1,
この素子分離絶縁膜となるシリコン酸化膜2、3によりシリコン基板1の素子形成領域である複数の活性領域4が分離形成されている。活性領域4の上面にはゲート絶縁膜となるシリコン熱酸窒化膜5が膜厚8nmで形成され、その上にメモリセルトランジスタのゲート電極MG、周辺回路のトランジスタのゲート電極PGが形成されている。また、メモリセルトランジスタのゲート電極MGと周辺回路領域のトランジスタのゲート電極PGとの境界部分にはダミーゲート電極DGが形成されている。
A plurality of
各ゲート電極MG、DG、PGは、下から浮遊ゲート電極となるリン(P)ドープの多結晶シリコン膜6が膜厚50nmで形成され、電極間絶縁膜としてのONO(oxide-nitride-oxide)膜7、制御ゲート電極膜となるリン(P)ドープの多結晶シリコン膜8、9が積層された構成である。ONO膜7上に形成された多結晶シリコン膜8、9は、メモリセルトランジスタの各ゲート電極MG間および周辺回路のトランジスタのゲート電極PGを連結するワード線として形成されている。なお、ONO膜7に代えて、NONON(nitride-oxide-nitride-oxide-nitride)膜を用いることもできる。
Each of the gate electrodes MG, DG, and PG is formed by forming a phosphorus (P) -doped
また、周辺回路のトランジスタのゲート電極PGは、ONO膜7に開口部7aが形成され、上下に位置する多結晶シリコン膜6と8とが開口部7aを介して電気的に接続された状態に形成されている。なお、図中、周辺回路領域に形成された広い幅のトレンチ1bに埋め込まれたシリコン酸化膜3の上面には、図示しない他のゲート電極から延出されたONO膜7、多結晶シリコン膜8、9からなる電極が形成されている。
The gate electrode PG of the transistor in the peripheral circuit is in a state in which the opening 7a is formed in the
多結晶シリコン膜9の上面部分を覆うように層間絶縁膜(ILD;Inter-Layer Dielectric)としてのシリコン酸化膜10が形成されている。ワード線となる多結晶シリコン膜9の端部あるいはシリコン酸化膜3上に形成された多結晶シリコン膜9の上面には、シリコン酸化膜10を貫通するようにコンタクト11が形成されている。シリコン酸化膜10の上面には、コンタクト11に接続される配線層12が形成されている。なお、この構成に加えて、さらに上層には層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜および配線層が形成されている。
A
上記構成において、トレンチ1a、1b内に埋め込まれたシリコン酸化膜3は、シリコン基板1の上面に、シラザン結合を有するポリマー(過水素化シラザン)を有機溶媒に溶かした塗布剤を塗布して形成した塗布膜(過水素化シラザン膜)を形成し、その塗布膜に含まれる有機溶媒を蒸発させると共に、後述する各種の処理を低温の条件で実行することにより形成している。これによって低温処理による良質なシリコン酸化膜3として形成したものである。この構成においては、ポリマー膜をシリコン酸化膜に転換するための高温の酸化性雰囲気での熱処理を必要としないため、電気的特性においてもしきい値電圧のシフトが少なく、且つオフリーク電流も低減したものを得ることができる。
In the above configuration, the
次に、上記構成の製造工程のうち、シリコン酸化膜3を低温で形成する工程を中心として図2〜図5を参照すると共に、各種特性について図6〜図9を参照して説明する。なお、図2〜図5は、図1に対応した部分の製造過程における模式的な構成を示している。この実施形態においては、NAND型フラッシュメモリ装置において、STI構造の素子分離用絶縁膜となるシリコン酸化膜3に適用したものであり、ポリシラザン膜に紫外線(UV;ultra violet)照射後、温水処理とSPM(sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture)処理によるキュアを行い、続いて水蒸気酸化を行うことで、不純物の少ない良質な絶縁膜が埋め込まれた素子分離絶縁膜を実現する例である。
Next, with reference to FIGS. 2 to 5, and various characteristics will be described with reference to FIGS. 6 to 9, focusing on the process of forming the
まず、図2に示すように、シリコン基板1の上面にトンネル酸化膜となるシリコン熱酸窒化膜5を膜厚8nmで形成する。続いて、浮遊ゲート電極となるリン(P)ドープ多結晶シリコン膜6を膜厚50nmで形成する。さらに、この上面にCMP(chemical mechanical polishing)法による研磨工程でのストッパ材となるシリコン窒化膜13を膜厚60nmで形成する。
First, as shown in FIG. 2, a silicon
次に、公知のリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング(RIE;reactive ion etching)法により、シリコン窒化膜13、多結晶シリコン膜6、シリコン熱酸窒化膜5、シリコン基板1を順次エッチング加工して、所定深さのトレンチ1a、1bを形成する。
Next, the
次に、シリコン基板1の表面全面つまりシリコン基板1上のシリコン窒化膜13の上面およびトレンチ1a、1bの内壁面および底面のそれぞれに、成膜温度が450℃で原料ガスとしてTDMAS(トリジメチルアミノシラン)と酸素(O2)とを用いてALD法によりシリコン酸化膜2を膜厚12nmで形成する。
Next, on the entire surface of the
続いて、図3に示すように、ポリシラザン膜14をシリコン基板1の平坦な部分で膜厚が600nmになるようにスピン塗布してトレンチ1a、1b内を完全に埋め込む。ポリシラザン膜14の形成は以下のように行う。平均分子量が1500〜5500の過水素化シラザン(パーハイドロシラザン)ポリマー[(SiH2NH)n]をキシレン、ジブチルエーテル等に分散して過水素化シラザン重合体溶液を生成し、その過水素化シラザン重合体(過水素化ポリシラザン)溶液をスピンコーティング法により、シリコン基板1の表面に塗布する。スピンコーティング法の条件は例えばシリコン基板1の回転速度1000rpm、回転時間30秒、過水素化シラザン重合体溶液の滴下量2ccである。
Subsequently, as shown in FIG. 3, the
次に塗布膜であるポリシラザン膜14を形成したシリコン基板1をホットプレート上で150℃に加熱し、不活性ガス雰囲気中で3分間ベークすることにより、過水素化シラザン重合体溶液中の溶媒を揮発させてポリシラザン膜14をポリマー膜に転換する。この状態では、膜中には溶媒起因の炭素(C)あるいは炭化水素(CH)が不純物として数原子パーセントから十数原子パーセント程度、ポリシラザンのポリマーに起因する窒素(N)が数十原子パーセント残存している。
Next, the
次に、ポリマー膜に転換したポリシラザン膜14に波長が150nm〜300nmの紫外光(UV)を照射する。紫外光照射によりポリシラザン膜14中のシリコン―窒素(Si−N)結合が解離してポリシラザン膜14は活性な状態に変化する。また、このときシリコン―酸素(Si−O)結合のエネルギーとほぼ等しくなる紫外線の波長は142nmであるため、それよりも長波長側の紫外線を用いないとポリシラザン膜14が転換されることで形成されるシリコン酸化膜3中に紫外線照射ダメージが残存することになるので好ましくない。一方、紫外線の光の波長が300nmよりも長くなると以下に述べるようなポリシラザンの酸化が殆ど起こらないことがわかった。なお紫外光を照射する温度としては室温が望まれ、更にポリシラザン膜14を形成した基板を冷却することが好ましい。これは紫外光照射時の温度が高く、例えば90℃を超えるとポリシラザンからの低分子成分の昇華がおこり、ポリシラザンの機械強度が低下してしまい膜のクラック等の原因になりやすいためである。
Next, the
次に、図4に示すように、ポリシラザン膜14を、50℃以上で且つ80℃未満の温度に保った純水中に30分間浸漬することで酸化する。純水中での酸化工程ではポリシラザン膜14中に水(H2O)を浸透させ、シリコン(Si)のダングリングボンドやシリコン−水素(Si−H)結合を酸化して水酸化シリコン(SiOH)を生成するとともに、シリコン−窒素(Si−N)結合の解離で生じたアンモニアを膜外に排出し膜を緻密化する。このように本処理では水(H2O)を含む50℃以上の溶液であることが重要であり、純水に代えて酸性の水溶液を用いることも可能である。
Next, as shown in FIG. 4, the
本反応は溶液温度に依存し、溶液温度が10℃低下する毎に拡散及び反応の効率が1/2程度ずつ低下するために、溶液温度が50℃未満では埋め込み工程で要求される500nm以上のポリシラザン膜14の改質には不十分となる。なお、膜中に水(H2O)を導入する前に例えば100℃以上の高温の水蒸気中で加熱することは、残存した不純物の炭素(C)や窒素(N)が膜中で熱拡散し、シリコン基板1の界面でパイルアップして固定電荷形成を促進するので好ましくない。また、80℃以上の純水の使用は、純水の沸騰により均一な反応が阻害されるために好ましくない。したがって、純水の温度は、好ましくは60℃〜70℃の範囲に設定すると良い。また浸漬時間は好ましくは10分〜30分の範囲で行うと良い。
This reaction depends on the solution temperature, and each time the solution temperature decreases by 10 ° C., the efficiency of diffusion and reaction decreases by about a half, so if the solution temperature is less than 50 ° C. This is insufficient for modifying the
図6、図7は、紫外線照射直後のポリシラザン膜(as UV(図中、破線で示す))、紫外線照射後に室温(25℃)で洗浄したポリシラザン膜(UV+25℃Wash(図中、細実線で示す))、紫外線照射後に温水(60℃、70℃)に浸漬したポリシラザン膜(UV+60℃Boil、UV+70℃Boil(図中、一点鎖線、太実線で示す))のそれぞれについて昇温脱離ガス分析(TDS;thermal desorption spectroscopy)を行った結果を示している。 6 and 7 show a polysilazane film (as UV (indicated by a broken line in the figure)) immediately after the ultraviolet irradiation, and a polysilazane film (UV + 25 ° C. Wash (indicated by a thin solid line in the figure)) washed at room temperature (25 ° C.) after the ultraviolet irradiation. Temperature) desorption gas analysis for each of polysilazane films (UV + 60 ° C. Boil, UV + 70 ° C. Boil (indicated by a one-dot chain line and a thick solid line in the figure)) immersed in warm water (60 ° C., 70 ° C.) after ultraviolet irradiation The result of having performed (TDS; thermal desorption spectroscopy) is shown.
この結果、紫外線照射後に温水(60℃、70℃)に浸漬したポリシラザン膜ではTDSのピークが大きく変化し、400℃以下で放出される膜中に吸収した水(H2O)の放出ピーク値が減少し、逆に400℃以上で観測される水酸化シリコン(SiOH)起因の放出ピーク値が大きくなっており、水(H2O(m/z=18))の総放出量も少ないことがわかる。また、この反応は主に温水の温度に依存しており50℃より低温では殆ど効果がないことがわかる。これは前述のようにポリシラザン膜中の水(H2O)の拡散と酸化反応が温水温度に強く依存するためである。すなわち、50℃以上の温水に浸漬する工程は、ポリシラザンの酸化工程であって吸水工程ではない。なお、TDSでは測定前に真空排気を十分行ってから測定を開始するため、単に表面に吸着し、真空排気の際に容易に離脱する水(H2O)は測定されない。以上でポリシラザン膜は1at%程度の窒素(N)を含むシリコン酸化膜3に転換する。
As a result, in the polysilazane film immersed in warm water (60 ° C., 70 ° C.) after ultraviolet irradiation, the TDS peak changes greatly, and the release peak value of water (H 2 O) absorbed in the film released at 400 ° C. or lower. On the contrary, the release peak value due to silicon hydroxide (SiOH) observed at 400 ° C. or higher is increased, and the total release amount of water (H 2 O (m / z = 18)) is also small. I understand. Moreover, this reaction is mainly dependent on the temperature of warm water, and it turns out that there is almost no effect at temperature lower than 50 degreeC. This is because, as described above, the diffusion of water (H 2 O) in the polysilazane film and the oxidation reaction strongly depend on the hot water temperature. That is, the step of immersing in warm water of 50 ° C. or higher is a polysilazane oxidation step and not a water absorption step. In TDS, since measurement is started after sufficient evacuation before measurement, water (H 2 O) that is simply adsorbed on the surface and easily separated during evacuation is not measured. Thus, the polysilazane film is converted into the
次に、前記紫外線照射後に温水処理したポリシラザン膜を100℃以上好ましくは120℃以上200℃以下のSPM(硫酸過酸化水素水混合液)中に15分間浸漬する。SPM温度は100℃以上に達するために、前記紫外線照射後に温水処理したポリシラザン膜14中に浸透した水(H2O)とシリコン(Si)のダングリングボンドやシリコン−水素(Si−H)結合との反応による酸化が促進されるとともに、酸性のSPM中へのアンモニアの吸出しも促進される。なお、SPM温度が200℃を超えて高いとポリシラザン膜が溶解するおそれが生じるため好ましくない。
Next, the polysilazane film treated with warm water after ultraviolet irradiation is immersed in SPM (mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide) at 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher and 200 ° C. or lower for 15 minutes. Since the SPM temperature reaches 100 ° C. or higher, dangling bonds or silicon-hydrogen (Si—H) bonds of water (H 2 O) and silicon (Si) that have penetrated into the
本反応では反応を促進するために100℃以上の薬液が好ましいが、薬液中に水分を含んでいることが重要である。これは水分を含まない薬液の場合、前の温水工程でポリシラザン膜14中に取り込ませた水酸化シリコン(SiOH)が解離して水(H2O)が再度放出されてしまうためである。SPMの場合には過酸化水素の解離によって水分が発生するため、本用途に適している。本処理後にはポリシラザン膜14は0.5at%程度の窒素(N)を含むシリコン酸化膜3へと変化する。但し、トレンチ1aのように狭い幅のメモリセルトランジスタのゲート電極MG部分では、トレンチ1a部分の内部への紫外光が殆ど到達できないために、図4に示しているように、埋め込まれているポリシラザン膜14はまだベーク後に近い状態にある。なお、比較例としてSPM処理を行わないサンプルも作成した。
In this reaction, a chemical solution of 100 ° C. or higher is preferable to promote the reaction, but it is important that the chemical solution contains moisture. This is because in the case of a chemical solution that does not contain moisture, silicon hydroxide (SiOH) taken into the
次に、シリコン酸化膜3を水蒸気雰囲気で熱処理を行うことで緻密化するとともに、メモリセル領域のトレンチ1a内のポリシラザン膜14をシリコン酸化膜3に転換する。シリコン酸化膜3中には0.5at%程度の窒素(N)が残存しており、この窒素(N)は紫外線照射の影響でシリコン(Si)と強く結合していないために動きやすい状態にあるので、窒素(N)の拡散が抑制できる300℃以下好ましくは250℃以下で水蒸気を導入し遊離しやすい窒素(N)を酸化したあとに、500℃まで水蒸気中で連続的に昇温して熱処理を行う。以上の処理でシリコン酸化膜3中の窒素濃度は0.1at%以下まで減少し、且つ、シリコン酸化膜3自体が熱処理によって緻密化される。なお、従来技術のものと比較をするために、紫外線照射とウェット処理とを行わず、いきなり水蒸気酸化をおこなった場合のサンプルも作成してデータを測定した。
Next, the
図8に水蒸気酸化の水蒸気導入温度依存性を調べた結果を示す。この図8は、p型のシリコン基板上にポリシラザン膜を形成し、紫外線照射(with UV)/温水+SPM処理後の500℃水蒸気酸化での水蒸気導入温度を様々の条件で行い、キャパシタのフラットバンド電圧のシフトを測定した結果である。これにより、ポリシラザン起因の不純物による固定電荷を評価している。ポリシラザン中の不純物が熱処理中にp型のシリコン基板の表面まで拡散すると固定電荷化するので、フラットバンド電圧のシフトが大きい条件は可動不純物が多いということになる。また、比較例として紫外線照射を行わない場合(without UV)も示した。 FIG. 8 shows the results of examining the steam introduction temperature dependence of steam oxidation. This FIG. 8 shows the formation of a polysilazane film on a p-type silicon substrate, and the introduction of ultraviolet rays (with UV) / warm water + water vapor introduction temperature at 500 ° C. steam oxidation after SPM treatment under various conditions. It is the result of measuring the shift of voltage. Thereby, the fixed charge due to the impurities caused by polysilazane is evaluated. When the impurities in the polysilazane diffuse to the surface of the p-type silicon substrate during the heat treatment, the charge is fixed, so that the condition that the flat band voltage shift is large is that there are many movable impurities. Moreover, the case where ultraviolet irradiation is not performed (without UV) was also shown as a comparative example.
この結果から、紫外線照射を行った場合(with UV)に、水蒸気導入温度にフラットバンド電圧シフトが依存し、水蒸気導入温度が低い場合は紫外線照射を行わない場合(without UV)に比べて固定電荷が低減されているが、水蒸気導入温度が高い場合は紫外線照射をおこなわない場合に比べても悪化していることがわかる。 From this result, when ultraviolet irradiation is performed (with UV), the flat band voltage shift depends on the water vapor introduction temperature, and when the water vapor introduction temperature is low, the fixed charge is compared with the case where ultraviolet irradiation is not performed (without UV). However, when the water vapor introduction temperature is high, it is understood that the deterioration is worse than the case where ultraviolet irradiation is not performed.
これは紫外線照射ではシラザン結合が切れて窒素原子(N)が遊離した状態になるため、通常のポリシラザン膜に比べて窒素(N)が酸化により除去しやすい状態にある反面、熱処理中に容易に拡散しやすい状態にあるためである。以上の結果からは水蒸気酸化時の水蒸気導入温度としては300℃以下、好ましくは250℃以下が適していることがわかる。 This is because the irradiation with ultraviolet rays causes the silazane bond to break and the nitrogen atom (N) is released, so that nitrogen (N) is more easily removed by oxidation than a normal polysilazane film, but easily during heat treatment. This is because it is in a state of being easily diffused. From the above results, it is understood that the steam introduction temperature during steam oxidation is 300 ° C. or less, preferably 250 ° C. or less.
図9は、製造工程の各段階でのフーリエ変換赤外分光光度計(FTIR;fourier transform infrared spectroscopy)測定での赤外吸収のスペクトルを示す。この結果によると、ポリシラザン膜が温水中でほぼ酸化してしまっており、SPM処理以降ではシリコン−酸素(Si−O)ピーク強度が殆ど同じであり、SPM処理終了の段階で酸化反応はほぼ完了していることがわかる。 FIG. 9 shows a spectrum of infrared absorption in a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) measurement at each stage of the manufacturing process. According to this result, the polysilazane film is almost oxidized in warm water, the silicon-oxygen (Si-O) peak intensity is almost the same after the SPM treatment, and the oxidation reaction is almost completed at the end of the SPM treatment. You can see that
次に、図5に示すように、シリコン酸化膜3を875℃の窒素(N2)アニールにより緻密化してから、CMP法によりシリコン窒化膜13をストッパーとしてシリコン酸化膜3、2を研磨して、トレンチ1a、1b内部にのみ残存せしめる。続いて、公知のリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング(RIE)法によって、トレンチ1a、1b内に残存するシリコン酸化膜3を所望の高さまでエッチバックする。次に、ホット燐酸中でシリコン窒化膜13を除去する。これにより、素子分離絶縁膜が形成される。
Next, as shown in FIG. 5, after the
この後、図1に示すように、電極間絶縁膜となるONO膜7、制御ゲート電極となるリン(P)ドープの多結晶シリコン膜8を形成する。次に、公知のリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング(RIE)法によってリン(P)ドープ多結晶シリコン膜8およびONO膜7に周辺回路のリン(P)ドープの多結晶シリコン膜6に連通するスリット状の開口部7aを形成する。続いて、シリコン基板1全面にリン(P)ドープの多結晶シリコン膜9を形成し、公知のリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング(RIE)法によってリン(P)ドープの多結晶シリコン膜9、8、およびONO膜7、リン(P)ドープの多結晶シリコン膜6を順次加工して、制御ゲート電極および浮遊ゲート電極を分離形成する。以降の工程では層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜10を形成し、コンタクト11、配線12などの形成を行なうが、ここでは詳細は省略する。
Thereafter, as shown in FIG. 1, an
上記のようにしてシリコン酸化膜3を形成した場合のものと、比較のために水蒸気酸化のみで酸化をおこなったものとで、周辺回路のオフリーク電流(Ioff)のゲート幅(W)依存性を測定した結果を次の表1に示す。
The case where the
上記表1に示す結果において、ゲート幅Wが1μm以下では本実施例と比較して従来技術の場合オフリーク電流Ioffが大きく増大していることがわかる。これは活性領域(AA;active area)の幅(=W)の幅が狭くなるほど劣化がおこり、かつNチャンネル型トランジスタにおいて影響が顕著であることからSTI構造の素子分離絶縁膜に正固定電荷が存在するために素子分離絶縁膜近傍の活性領域(AA)でトランジスタのしきい値電圧Vtが低下していることによるものである。そして、SPM処理を行わない場合でも本実施形態のシーケンスでトランジスタのオフリーク電流Ioffが改善するが、SPM処理と組み合わせることで更に良好な結果が得られている。すなわち、不純物拡散の起こり得ない200℃以下の低温で紫外線照射/温水処理/SPM処理等の組み合わせで、固定電荷のもととなる不純物を効率よく除去できたことによるものである。一方、温水のような酸化効果を伴わない室温での洗浄工程を紫外線照射後に追加しても不純物除去効果はなく、そのためトランジスタ特性の改善も得られないことがわかる。 From the results shown in Table 1, it can be seen that when the gate width W is 1 μm or less, the off-leakage current Ioff is greatly increased in the case of the prior art as compared with the present embodiment. This is because as the width (= W) of the active area (AA) becomes narrower, the deterioration occurs, and the influence is remarkable in the N-channel transistor. Therefore, positive fixed charges are applied to the element isolation insulating film of the STI structure. This is because the threshold voltage Vt of the transistor is lowered in the active region (AA) in the vicinity of the element isolation insulating film. Even when the SPM process is not performed, the off-leakage current Ioff of the transistor is improved by the sequence of this embodiment, but a better result is obtained by combining with the SPM process. That is, it is because the impurities that are the source of fixed charges can be efficiently removed by a combination of ultraviolet irradiation / warm water treatment / SPM treatment at a low temperature of 200 ° C. or less where impurity diffusion cannot occur. On the other hand, it can be seen that even if a washing step at room temperature without an oxidizing effect such as hot water is added after ultraviolet irradiation, there is no impurity removal effect, and therefore no improvement in transistor characteristics can be obtained.
なお、本実施形態ではNAND型フラッシュメモリ装置に適用した場合の例を説明したが、これに限らず、チャージトラップ型のメモリや、DRAM(dynamic random access memory)、ロジックデバイス等のSTI構造の素子分離絶縁膜への適用が可能であり、塗布型のポリシラザン膜の良好な埋め込み性を損なうことなく、固定電荷の少ない素子分離絶縁膜のトレンチ内への埋め込みが可能になるので半導体装置の更なる微細化が可能になる。 In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a NAND flash memory device has been described. However, the present invention is not limited to this, and an element having an STI structure such as a charge trap memory, a DRAM (dynamic random access memory), a logic device, or the like. Application to an isolation insulating film is possible, and it is possible to embed an element isolation insulating film with a small fixed charge in a trench without impairing the good embedding property of a coating type polysilazane film. Miniaturization becomes possible.
(第2の実施形態)
図10〜図13は、本発明の第2の実施形態を示すもので、2層積層構造の抵抗変化型メモリ装置(ReRAM)の配線間埋め込みにポリシラザン膜を使ってシリコン酸化膜に転換する場合の例を示している。この実施形態では、ポリシラザン膜をシリコン酸化膜に転換する際に、基本的に200℃以下の温度で形成が可能になることで、周辺回路及びセル部のダイオード特性を劣化させることなく、メモリセルの積層が可能になるという利点がある。以下、ポリシラザン膜をシリコン酸化膜に転換する工程を中心に製造工程を概略的に説明する。
(Second Embodiment)
FIGS. 10 to 13 show a second embodiment of the present invention, in which a polysilazane film is used for embedding between wirings in a resistance change type memory device (ReRAM) having a two-layer structure to convert to a silicon oxide film. An example is shown. In this embodiment, when the polysilazane film is converted into a silicon oxide film, it can be basically formed at a temperature of 200 ° C. or lower, so that the memory cell is not degraded without deteriorating the diode characteristics of the peripheral circuit and the cell portion. There is an advantage that it is possible to stack the layers. Hereinafter, the manufacturing process will be schematically described focusing on the process of converting the polysilazane film into a silicon oxide film.
図10〜図13は、抵抗変化型メモリ装置のメモリセル領域において、直交するビット線方向およびワード線方向のそれぞれの方向に切断した場合の断面を示している。なお、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。 10 to 13 show cross sections when the memory cell region of the resistance change type memory device is cut in each of the orthogonal bit line direction and the word line direction. 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.
まず、図10において、シリコン基板21上に抵抗変化型メモリ装置の周辺回路となるトランジスタ22、トレンチ21aにシリコン酸化膜を埋め込んで形成した素子分離絶縁膜23、層間絶縁膜24、コンタクトプラグ25、26、27、第1の配線層28、第2の配線層29を公知の半導体製造技術によって形成する。
First, in FIG. 10, a
次に、図11に示すように、メモリ素子のワード線となるタングステン膜30を膜厚200nmで形成する。続いて抵抗変化素子となるGeSbxTey膜31を膜厚10nm、ヒーターとなるタンタルオキサイド膜32を膜厚2nm、上部電極兼バリアメタルとなる窒化タングステン膜33を膜厚10nm、pinダイオードとなるn+/n−/p+非晶質シリコン積層膜34を膜厚50nm/100nm/50nm、バリアメタルとなる窒化タングステン膜35を膜厚10nm、CMP法による研磨のストッパーとなるタングステン膜36を膜厚50nmでそれぞれ形成する。
Next, as shown in FIG. 11, a
続いて、公知のリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング(RIE)技術により積層形成したタングステン膜36、窒化タングステン膜35、非晶質シリコン積層膜34、窒化タングステン膜33、タンタルオキサイド膜32、GeSbxTey膜31およびタングステン膜30を帯状をなす形状に一括加工する。
Subsequently, a
次に、図12に示すように、一括加工された前記積層膜間にALD法によりシリコン窒化膜37を膜厚3nmで形成する。続いて、ポリシラザンを原料とするシリコン酸化膜38を形成する。ここで、シリコン酸化膜38の形成方法は第1の実施形態と同様である。すなわち、ポリシラザン膜をスピン塗布し、150℃でベークした後、波長172nmの紫外線を照射する。この後、第1のウエット処理として60〜70℃の温水中で30分間を実施し、続いて、第2のウエット処理としてSPM中で20分の処理を行いポリシラザン膜をシリコン酸化膜38に転換する。
Next, as shown in FIG. 12, a
次にタングステン膜36をストッパーとして公知のCMP技術でシリコン酸化膜38を平坦化処理する。この後、第1のビット線となるタングステン膜39を膜厚100nm、バリアメタルとなる窒化タングステン膜40を膜厚10nm、p+/n−/n+非晶質シリコン積層膜41を膜厚50nm/100nm/50nm、バリアメタル兼下部電極となる窒化タングステン膜42を膜厚10nm、ヒーターとなるタンタルオキサイド膜43を膜厚2nm、抵抗変化素子となるGeSbxTey膜44を膜厚10nm、CMP処理時のストッパーとなるタングステン膜45を膜厚50nmで形成する。さらに、積層した膜39〜45を公知のリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング(RIE)技術により一括加工し、更にシリコン酸化膜38及びシリコン酸化膜38間に埋め込まれた積層膜39〜36を一括加工する。
Next, the
次に、図13に示すように、一括加工された積層膜31〜36、39〜45の間に面した側壁部に、一層目と同様にALD法によるシリコン窒化膜46、ポリシラザン膜を塗布して前述と同様の処理を行って形成するシリコン酸化膜47により埋め込む。ポリシラザン膜は、塗布後に紫外線照射、第1のウェット処理、第2のウェット処理を順次行ってシリコン酸化膜47に転換する。この後、シリコン酸化膜47を公知のCMP技術により平坦化する。
Next, as shown in FIG. 13, the
次に、2本目のワード線となるタングステン膜48を形成し、公知のリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング(RIE)技術により、タングステン膜48、シリコン酸化膜47およびシリコン酸化膜47間に埋め込まれた積層された膜40〜45を一括加工する。次に一括加工された積層膜40〜45とタングステン膜48の間に、1層目、2層目と同様にしてALD法によるシリコン窒化膜49、ポリシラザン膜を塗布して前述と同様の処理を行って形成するシリコン酸化膜50により埋め込む。ポリシラザン膜は、塗布後に紫外線照射、第1のウェット処理、第2のウェット処理を順次行ってシリコン酸化膜50に転換する。この後、シリコン酸化膜50を公知のCMP技術により平坦化する。
Next, a
次にRTP(Rapid Thermal Processing)技術を用いてn+/n−/p+非晶質シリコン積層膜34、p+/n−/n+非晶質シリコン積層膜41を結晶化すると共に、不純物を活性化する。以上により、2層積層された抵抗変化型メモリセルが形成された。以下、層間絶縁膜51を形成し、アルミニウム配線52、パシベーション膜53を形成することにより、抵抗変化メモリ装置が完成する。
Next, the n + / n− / p + amorphous
なお、本実施例では抵抗変化材料としてGST(GeSbxTey)膜を用いたが、両端に印加された電圧で発生するジュール熱により、その抵抗状態が変わるカルコゲナイド系のGST(GeSbxTey)、窒素(N)ドープのGST、酸素(O)ドープのGST、GeSb、InGexTey等の材料を用いることができる。 In this embodiment, a GST (GeSbxTey) film is used as a resistance change material. However, a chalcogenide-based GST (GeSbxTey), nitrogen (N) whose resistance state changes due to Joule heat generated by a voltage applied to both ends. A material such as doped GST, oxygen (O) doped GST, GeSb, or InGexTey can be used.
また、ヒーター材料としてタンタルオキサイドを用いたが、ニオブオキサイド、チタニア等を用いることも可能であり、またヒーターを用いないことも可能である。また、カルコゲナイド系ではないが、両端に印加された電圧によって抵抗値が変わるTiO2、NiO、Tiなどの金属をドープしたNiO、CuO、HfO2、ZrO2、PrxCa1-xMnO3、SrTiO3、FeO等の金属酸化物可変抵抗材料を用いることも可能である。 Further, although tantalum oxide is used as the heater material, niobium oxide, titania or the like can be used, and a heater can be omitted. Further, although not chalcogenide, NiO, CuO, HfO 2 , ZrO 2 , PrxCa 1 -xMnO 3 , SrTiO 3 , FeO doped with a metal such as TiO 2 , NiO, or Ti whose resistance value changes depending on the voltage applied to both ends. It is also possible to use a metal oxide variable resistance material such as.
電極材料として本実施例では窒化タングステンを用いたが、上記ヒーター材料と反応して可変抵抗性を損わない材料、例えば窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、窒化タンタル、窒化チタンシリサイド、タンタルカーバイド、チタンシリサイド、タングステンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケル白金シリサイド、白金、ルテニウム、白金ロジウム、イリジウム等を用いることが可能である。
また、ダイオード材料としては、シリコン、ゲルマニウム等の半導体以外にNiO、TiO、CuO、InZnO等の金属酸化物半導体のpn接合、あるいは金属と半導体のショットキー接合を用いるショットキーダイオードを用いることも可能である。
In this embodiment, tungsten nitride is used as the electrode material. However, the material does not impair the variable resistance by reacting with the heater material, for example, titanium nitride, titanium nitride aluminum, tantalum nitride, titanium nitride silicide, tantalum carbide, titanium silicide. Tungsten silicide, cobalt silicide, nickel silicide, cobalt silicide, nickel platinum silicide, platinum, ruthenium, platinum rhodium, iridium, or the like can be used.
In addition to a semiconductor such as silicon or germanium, a pn junction of a metal oxide semiconductor such as NiO, TiO, CuO, or InZnO, or a Schottky diode using a metal and semiconductor Schottky junction can be used as a diode material. It is.
表2は、本実施形態における構造を採用したものと、従来技術に相当するポリシラザン膜を600℃の水蒸気酸化でシリコン酸化膜に転換して層間絶縁膜として用いた場合のものについて、ダイオードの順方向電流/逆方向オフリーク電流、書き込み電流/消去電流を比較した結果を示す。 Table 2 shows the order of the diodes in the case where the structure in the present embodiment is adopted and the case where the polysilazane film corresponding to the prior art is converted into a silicon oxide film by steam oxidation at 600 ° C. and used as an interlayer insulating film. The result of comparing the direction current / reverse off-leakage current and the write current / erase current is shown.
上記の結果から、本実施形態のものの構造では、シリコン酸化膜を形成する工程を低温化できることで、ダイオードの不純物プロファイルが崩れにくくダイオードの整流特性が大幅に改善するため、書き込み/消去電流の低いセルが実現できることがわかる。 From the above results, in the structure of this embodiment, the process of forming the silicon oxide film can be performed at a low temperature, so that the impurity profile of the diode is not easily broken, and the rectification characteristics of the diode are greatly improved. It can be seen that the cell can be realized.
このように本実施形態の構造では、消去電流を低減することができるため、特に消費電力を抑制したいモバイル用途に適した抵抗変化型メモリ装置を作成することができるという利点がある。 As described above, since the erase current can be reduced in the structure of this embodiment, there is an advantage that it is possible to create a resistance change type memory device particularly suitable for mobile use in which power consumption is desired to be suppressed.
(第3の実施形態)
図14〜図17は、本発明の第3の実施形態を示すもので、本実施形態では液晶ディスプレー装置の薄膜トランジスタ(TFT;thin film transistor)形成に必要な絶縁膜の形成工程において適用した場合の例を示している。
(Third embodiment)
FIGS. 14 to 17 show a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the present invention is applied to a process for forming an insulating film necessary for forming a thin film transistor (TFT) of a liquid crystal display device. An example is shown.
液晶ディスプレー装置では、ガラス基板上にTFTを形成するため低温での絶縁膜形成が要求されており、通常プラズマCVD(chemical vapor deposition)法が用いられてきたが、プラズマCVD法で形成する場合には、第1に大面積の液晶対応が難しく膜厚均一性確保が困難であり、真空系が必要であるため装置が巨大化しやすい点、第2にプラズマによるTFTへのダメージが入りやすい点等の問題があった。 In a liquid crystal display device, it is required to form an insulating film at a low temperature in order to form a TFT on a glass substrate. Usually, a plasma CVD (chemical vapor deposition) method has been used. First, it is difficult to handle large-area liquid crystals, it is difficult to ensure film thickness uniformity, and since a vacuum system is required, the device tends to become huge, and second, plasma TFTs are easily damaged. There was a problem.
この点、本実施形態ではプラズマを用いることなく比較的良質なシリコン酸化膜を形成できるので、良好なTFTをシンプルな製造工程で実現が可能になるという利点がある。
本実施形態では、特に、当該方法をTFT液晶に適用される半導体装置のシリコン酸化膜に適用した構成について述べる。
In this respect, in this embodiment, since a relatively good quality silicon oxide film can be formed without using plasma, there is an advantage that a good TFT can be realized by a simple manufacturing process.
In this embodiment, a configuration in which the method is applied to a silicon oxide film of a semiconductor device applied to a TFT liquid crystal will be described.
まず、図14に示すように、基板であるガラス基板61の全面に過水素化ポリシラザン溶液を200nm塗布して第1のポリシラザン膜62を形成する。過水素化ポリシラザン溶液の形成方法は第1の実施形態で示した方法と同様である。次に、ガラス基板61をオーブン中で150℃に加熱し過水素化ポリシラザン塗布膜中の溶媒を揮発させる。続いて、ポリシラザン膜62に波長が150nm〜190nmの範囲の紫外光を照射する。紫外光照射によりポリシラザン膜62中のSi−N結合が解離し、ポリシラザン膜62は活性な状態に変化する。
First, as shown in FIG. 14, a
次に、第1のウェット工程として、70℃〜80℃の温度に保った純水中に10分間浸漬することでポリシラザン膜62を酸化する。具体的にはポリシラザン膜62中に水(H2O)を浸透させ、シリコン(Si)のダングリングボンドやSi−H結合を酸化するとともに、Si−N結合の解離で生じたアンモニアを膜外に排出する。
Next, as a first wet process, the
続いて、第2のウェット工程として、紫外線照射後に温水処理したポリシラザン膜62をSPM(硫酸過酸化水素水混合液)中に15分間浸漬することでポリシラザン膜をガラス基板からの金属拡散を抑制するためのシリコン酸化膜63へと転換する。
Subsequently, as a second wet process, the
次に、ガラス基板61のシリコン酸化膜63の上面全面に非晶質シリコン膜を200nm堆積し、フォトリソグラフィ処理によりパターニングを行う。続いてレーザーアニール処理により、非晶質シリコン膜を結晶化して多結晶シリコン膜64を形成する。
Next, an amorphous silicon film is deposited to a thickness of 200 nm on the entire upper surface of the
次に、多結晶シリコン膜64上にゲート酸化膜となる過水素化ポリシラザンを例えばインクジェット方式で50nm塗布し第2のポリシラザン膜を形成し、第1のポリシラザン膜と同様に波長が150nm〜190nmの範囲の紫外光照射、第1のウェット処理工程、第2のウェット処理工程を行いシリコン酸化膜65を形成する。更に200℃の炉中にガラス基板61を導入し、200℃で水蒸気を導入し30分間の酸化処理を行い、その後に400℃まで水蒸気中で連続的に昇温し400℃で10分間酸化することによりゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜65内に、窒素(N)を0.3at%程度しか含まない高純度なものに形成する。
Next, a perhydrogenated polysilazane to be a gate oxide film is applied to the
次に、シリコン酸化膜65の上面にゲート電極膜の材料を成膜してパターニング処理を行ってゲート電極膜66を形成する。続いて、イオン注入と活性化処理により多結晶シリコン膜64にソース/ドレインとなる拡散層64a、64bを形成する。次にガラス基板61の上面全面に第3のポリシラザン溶液の塗布膜を400nmで形成し、前述した第1および第2のポリシラザン膜の場合と同様に、波長が150nm〜190nmの範囲の紫外光照射、第1のウェット処理工程、第2のウェット処理工程を行うことによりシリコン酸化膜67を層間絶縁膜として形成する。
Next, a material for the gate electrode film is formed on the upper surface of the
次に、シリコン酸化膜67にコンタクトホールを形成して、トランジスタのゲート電極68、拡散層64a、64bに連通するコンタクトホールを形成する。続いて、コンタクトホール内を埋め込むようにアルミニウム膜を形成する。続いて、公知のリソグラフィ技術及びエッチング技術によりアルミニウム膜を加工してコンタクトプラグ68、69、70を形成すると共に配線を形成し、TFT液晶のTFTトランジスタが形成される。
Next, a contact hole is formed in the
上記実施形態での過水素化ポリシラザン膜(Coat+Bake)およびこれを本実施形態の形成方法により転換したシリコン酸化膜(UV+Boil+SPM)について膜中の不純物分布を、SIMS(secondary ion mass spectroscopy)により測定した結果を図16、図17に示す。図16では、炭素(C)の濃度分布を示し、図17では、窒素(N)の濃度分布を示している。この結果から、シリコン酸化膜を形成する過程で、高温の熱処理工程を殆ど用いていないにも関わらず、膜中で一様に窒素(N)が酸素(O)に転換され、炭素(C)も減少していることがわかる。なお、基板界面で現れるピークは、SIMS測定起因のピークで実際のピークではない。 Results of measurement of impurity distribution in the perhydrogenated polysilazane film (Coat + Bake) in the above embodiment and the silicon oxide film (UV + Boil + SPM) converted by the formation method of the present embodiment by SIMS (secondary ion mass spectroscopy) Are shown in FIGS. 16 and 17. 16 shows the concentration distribution of carbon (C), and FIG. 17 shows the concentration distribution of nitrogen (N). From this result, in the process of forming the silicon oxide film, nitrogen (N) is uniformly converted into oxygen (O) in the film despite the fact that almost no high-temperature heat treatment process is used, and carbon (C) It can be seen that the number is also decreasing. The peak appearing at the substrate interface is a peak due to SIMS measurement and not an actual peak.
このような本実施形態によれば、過水素化ポリシラザン膜のベーク温度を、150℃を最高温度として、それ以下の低温で比較的良質のシリコン酸化膜を形成することができるので、低温でトランジスタwo形成することができ、これによってTFTの特性向上を図ることができる。 According to the present embodiment, a relatively good quality silicon oxide film can be formed at a low temperature below 150 ° C., the baking temperature of the perhydrogenated polysilazane film. Wo can be formed, whereby the characteristics of the TFT can be improved.
表3は、本実施形態における方法で形成したシリコン酸化膜中の残留炭素(C)濃度と上記トランジスタのしきい値電圧を示す。ここで、比較のために、
(A)TEOS(tetra-ethoxysilane)原料のプラズマCVDで形成した酸化膜を用いる場合、
(B)低温酸化触媒としてアミンを添加して低温(300℃以下)でシリコン酸化膜へ改質できる過水素化ポリシラザンを用いる場合
について酸化膜中の残留炭素(C)濃度とゲート酸化膜の120℃での経時的絶縁膜破壊であるTDDB(time dependent dielectric breakdown)[年]、およびこれらの酸化膜を用いて形成したトランジスタのしきい値電圧を示す。
Table 3 shows the residual carbon (C) concentration in the silicon oxide film formed by the method of this embodiment and the threshold voltage of the transistor. Here, for comparison,
(A) When using an oxide film formed by plasma CVD of TEOS (tetra-ethoxysilane) raw material,
(B) In the case of using a perhydrogenated polysilazane that can be modified to a silicon oxide film at a low temperature (300 ° C. or lower) by adding an amine as a low-temperature oxidation catalyst, the residual carbon (C) concentration in the oxide film and 120 of the gate oxide film are used. TDDB (time dependent dielectric breakdown) [year], which is a time-dependent dielectric film breakdown at 0 ° C., and a threshold voltage of a transistor formed using these oxide films are shown.
このように、本実施形態に係る絶縁膜形成方法によれば、不純物として炭素(C)が膜中に残留しやすいアミンを導入しなくても、過水素化ポリシラザンを低温で残留炭素の少ない比較的良質なシリコン酸化膜に改質することができる。そのため、トランジスタのしきい値電圧への炭素起因固定電荷を最小にすることができる。また、低温工程しか存在しないためにガラス基板61からのナトリウム等の金属の拡散を最小限に抑制することが可能であるので、ゲート酸化膜の信頼性改善(より長いTDDB)の実現が可能である。すなわち、本実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法によれば、炭素が膜中に残留しやすいプラズマCVDよりも純度の高い良質なシリコン酸化膜を更に低温で形成することができる。
As described above, according to the insulating film forming method according to the present embodiment, the perhydrogenated polysilazane is compared with less residual carbon at a low temperature without introducing an amine in which carbon (C) is likely to remain in the film as an impurity. It can be modified to a silicon oxide film with good quality. As a result, the carbon-derived fixed charge on the threshold voltage of the transistor can be minimized. In addition, since there is only a low-temperature process, it is possible to minimize the diffusion of metals such as sodium from the
本発明は各実施形態に示した応用例に限定されることなく、過水素化ポリシラザン膜を用いて低温で不純物の少ない良質なシリコン酸化膜を形成する、あるいは埋め込み性のすぐれたシリコン酸化膜を低温で形成する応用への適用が可能である。 The present invention is not limited to the application examples shown in the embodiments, and a high-quality silicon oxide film with few impurities is formed at a low temperature using a perhydrogenated polysilazane film, or a silicon oxide film with excellent embeddability is formed. Application to applications formed at low temperatures is possible.
図面中、1はシリコン基板(半導体基板)、3はシリコン酸化膜、5はシリコン熱酸窒化膜、6は多結晶シリコン膜、7はONO膜、8、9は多結晶シリコン膜、14は過水素化ポリシラザン膜(ポリマー膜)、21はシリコン基板(半導体基板)、22はトランジスタ、23は素子分離絶縁膜、38、47、50はシリコン酸化膜、61はガラス基板(基板)、62はポリマー膜、63、65、67はシリコン酸化膜である。
In the drawings, 1 is a silicon substrate (semiconductor substrate), 3 is a silicon oxide film, 5 is a silicon thermal oxynitride film, 6 is a polycrystalline silicon film, 7 is an ONO film, 8 and 9 are polycrystalline silicon films, and 14 is an excess film. Hydrogenated polysilazane film (polymer film), 21 is a silicon substrate (semiconductor substrate), 22 is a transistor, 23 is an element isolation insulating film, 38, 47 and 50 are silicon oxide films, 61 is a glass substrate (substrate), and 62 is a
Claims (5)
前記塗布膜に含まれる前記有機溶媒を気化させてポリマー膜を形成する工程と、
前記ポリマー膜に90℃以下の温度で紫外線を照射する工程と、
前記紫外線を照射したポリマー膜を50℃以上80℃未満の温度の純水または水溶液中に浸漬することによってシリコン酸化膜に転換する工程と
を有することを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。 Applying a coating agent in which a polymer having a silazane bond is dissolved in an organic solvent on a substrate to form a coating film;
Vaporizing the organic solvent contained in the coating film to form a polymer film;
Irradiating the polymer film with ultraviolet rays at a temperature of 90 ° C. or lower;
And a step of converting the polymer film irradiated with ultraviolet rays into a silicon oxide film by immersing the polymer film in pure water or an aqueous solution having a temperature of 50 ° C. or higher and lower than 80 ° C.
前記ポリマー膜に90℃以下の温度で照射する紫外線の波長は、150nm〜300nmの範囲であることを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。 The method for forming a silicon oxide film according to claim 1,
The method for forming a silicon oxide film, wherein the polymer film has a wavelength of ultraviolet light irradiated at a temperature of 90 ° C. or lower in a range of 150 nm to 300 nm.
前記ポリマー膜をシリコン酸化膜に転換する工程に続いて、
300℃以下の水蒸気雰囲気中で酸化処理を行う工程を実施することを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。 The method for forming a silicon oxide film according to claim 1,
Following the step of converting the polymer film into a silicon oxide film,
A method for forming a silicon oxide film, comprising performing an oxidation process in a steam atmosphere at 300 ° C. or lower.
前記ポリマー膜をシリコン酸化膜に転換する工程では、
前記紫外線を照射したポリマー膜を50℃以上80℃未満の温度の純水または水溶液中に浸漬する工程に続いて、100℃以上の水を含有する薬液中へ浸漬する工程を行うことを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。 The method for forming a silicon oxide film according to claim 1,
In the step of converting the polymer film into a silicon oxide film,
A step of immersing the polymer film irradiated with ultraviolet rays in pure water or an aqueous solution having a temperature of 50 ° C. or higher and lower than 80 ° C. followed by a step of immersing in a chemical solution containing water of 100 ° C. or higher is performed. Forming a silicon oxide film.
前記半導体基板に、前記メモリセルトランジスタに対応した第1の素子分離用溝および前記周辺回路トランジスタに対応した第2の素子分離用溝を形成する工程と、
前記第1および第2の素子分離用溝内にシラザン結合を有するポリマーを有機溶媒に溶かした塗布剤を塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜に含まれる前記有機溶媒を気化させてポリマー膜を形成する工程と、
前記ポリマー膜に90℃以下の温度で紫外線を照射する工程と、
前記紫外線を照射したポリマー膜を50℃以上80℃未満の温度の純水または水溶液中に浸漬することによってシリコン酸化膜に転換する工程と
を順次実行することにより、前記第1及び第2の素子分離用溝内に前記シリコン酸化膜を埋め込み形成することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, in which a memory cell transistor and a peripheral circuit transistor are formed on a semiconductor substrate,
Forming a first element isolation groove corresponding to the memory cell transistor and a second element isolation groove corresponding to the peripheral circuit transistor in the semiconductor substrate;
Applying a coating agent in which a polymer having a silazane bond is dissolved in an organic solvent in the first and second element isolation grooves to form a coating film;
Vaporizing the organic solvent contained in the coating film to form a polymer film;
Irradiating the polymer film with ultraviolet rays at a temperature of 90 ° C. or lower;
The first and second elements are sequentially performed by performing a step of converting the polymer film irradiated with ultraviolet rays into a silicon oxide film by immersing the polymer film in pure water or an aqueous solution having a temperature of 50 ° C. or higher and lower than 80 ° C. A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the silicon oxide film is embedded in an isolation trench.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008247958A JP2010080709A (en) | 2008-09-26 | 2008-09-26 | Forming method of silicon oxide film and manufacturing method of non-volatile semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008247958A JP2010080709A (en) | 2008-09-26 | 2008-09-26 | Forming method of silicon oxide film and manufacturing method of non-volatile semiconductor memory device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010080709A true JP2010080709A (en) | 2010-04-08 |
Family
ID=42210815
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008247958A Pending JP2010080709A (en) | 2008-09-26 | 2008-09-26 | Forming method of silicon oxide film and manufacturing method of non-volatile semiconductor memory device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010080709A (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012001734A1 (en) * | 2010-06-29 | 2012-01-05 | パナソニック株式会社 | Organic light-emitting element, display panel, display device, and manufacturing method for organic light-emitting element |
WO2011158119A3 (en) * | 2010-06-17 | 2012-03-01 | Azエレクトロニックマテリアルズ株式会社 | Formation method for silicon oxynitride film, and substrate having silicon oxynitride film manufactured using same |
CN103526180A (en) * | 2012-07-06 | 2014-01-22 | 东京毅力科创株式会社 | Film forming method |
JP2014022619A (en) * | 2012-07-20 | 2014-02-03 | Hitachi Ltd | Semiconductor storage device operating with low power |
JP2016201542A (en) * | 2015-04-12 | 2016-12-01 | 東京エレクトロン株式会社 | Subtractive method for creating dielectric isolation structure within open feature |
KR20190013455A (en) * | 2017-07-28 | 2019-02-11 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | Seal method to integrate non-volatile memory (nvm) into logic or bipolar cmos dmos (bcd) technology |
WO2019049735A1 (en) * | 2017-09-11 | 2019-03-14 | 東京エレクトロン株式会社 | Method for forming insulating film, apparatus for processing substrate, and system for processing substrate |
KR20230097214A (en) * | 2020-11-20 | 2023-06-30 | 메르크 파텐트 게엠베하 | Manufacturing method of silicon nitrogen film |
-
2008
- 2008-09-26 JP JP2008247958A patent/JP2010080709A/en active Pending
Cited By (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011158119A3 (en) * | 2010-06-17 | 2012-03-01 | Azエレクトロニックマテリアルズ株式会社 | Formation method for silicon oxynitride film, and substrate having silicon oxynitride film manufactured using same |
EP2584593A2 (en) * | 2010-06-17 | 2013-04-24 | AZ Electronic Materials USA Corp. | Formation method for silicon oxynitride film, and substrate having silicon oxynitride film manufactured using same |
EP2584593A4 (en) * | 2010-06-17 | 2013-12-11 | Az Electronic Materials Usa | Formation method for silicon oxynitride film, and substrate having silicon oxynitride film manufactured using same |
US9029071B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-05-12 | Merck Patent Gmbh | Silicon oxynitride film formation method and substrate equipped with silicon oxynitride film formed thereby |
WO2012001734A1 (en) * | 2010-06-29 | 2012-01-05 | パナソニック株式会社 | Organic light-emitting element, display panel, display device, and manufacturing method for organic light-emitting element |
JPWO2012001734A1 (en) * | 2010-06-29 | 2013-08-22 | パナソニック株式会社 | ORGANIC LIGHT EMITTING ELEMENT, DISPLAY PANEL, DISPLAY DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING ORGANIC LIGHT EMITTING ELEMENT |
US8618536B2 (en) | 2010-06-29 | 2013-12-31 | Panasonic Corporation | Organic light-emitting element, display panel, display device, and manufacturing method for organic light-emitting element |
JP5735506B2 (en) * | 2010-06-29 | 2015-06-17 | 株式会社Joled | Manufacturing method of organic light emitting device |
CN103526180A (en) * | 2012-07-06 | 2014-01-22 | 东京毅力科创株式会社 | Film forming method |
JP2014017296A (en) * | 2012-07-06 | 2014-01-30 | Tokyo Electron Ltd | Deposition method |
JP2014022619A (en) * | 2012-07-20 | 2014-02-03 | Hitachi Ltd | Semiconductor storage device operating with low power |
JP2016201542A (en) * | 2015-04-12 | 2016-12-01 | 東京エレクトロン株式会社 | Subtractive method for creating dielectric isolation structure within open feature |
US10504912B2 (en) | 2017-07-28 | 2019-12-10 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Seal method to integrate non-volatile memory (NVM) into logic or bipolar CMOS DMOS (BCD) technology |
US10937795B2 (en) | 2017-07-28 | 2021-03-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Seal method to integrate non-volatile memory (NVM) into logic or bipolar CMOS DMOS (BCD) technology |
KR20190013455A (en) * | 2017-07-28 | 2019-02-11 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | Seal method to integrate non-volatile memory (nvm) into logic or bipolar cmos dmos (bcd) technology |
US11711917B2 (en) | 2017-07-28 | 2023-07-25 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Seal method to integrate non-volatile memory (NVM) into logic or bipolar CMOS DMOS (BCD) technology |
US11114452B2 (en) | 2017-07-28 | 2021-09-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Seal method to integrate non-volatile memory (NVM) into logic or bipolar CMOS DMOS (BCD) technology |
KR102112118B1 (en) * | 2017-07-28 | 2020-05-19 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | Seal method to integrate non-volatile memory (nvm) into logic or bipolar cmos dmos (bcd) technology |
US11315784B2 (en) | 2017-09-11 | 2022-04-26 | Tokyo Electron Limited | Method for forming insulating film, apparatus for processing substrate, and system for processing substrate |
JPWO2019049735A1 (en) * | 2017-09-11 | 2020-10-01 | 東京エレクトロン株式会社 | Insulating film film formation method, substrate processing equipment and substrate processing system |
KR20200051672A (en) * | 2017-09-11 | 2020-05-13 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Method for forming an insulating film, substrate processing apparatus and substrate processing system |
WO2019049735A1 (en) * | 2017-09-11 | 2019-03-14 | 東京エレクトロン株式会社 | Method for forming insulating film, apparatus for processing substrate, and system for processing substrate |
TWI787338B (en) * | 2017-09-11 | 2022-12-21 | 日商東京威力科創股份有限公司 | Method of depositing insulating film, substrate processing device, and substrate processing system |
CN111052321A (en) * | 2017-09-11 | 2020-04-21 | 东京毅力科创株式会社 | Method for forming insulating film, substrate processing apparatus, and substrate processing system |
CN111052321B (en) * | 2017-09-11 | 2023-10-24 | 东京毅力科创株式会社 | Method for forming insulating film, substrate processing apparatus, and substrate processing system |
US11823897B2 (en) | 2017-09-11 | 2023-11-21 | Tokyo Electron Limited | Method for forming insulating film, apparatus for processing substrate, and system for processing substrate |
KR102639596B1 (en) | 2017-09-11 | 2024-02-23 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Insulating film formation method, substrate processing device, and substrate processing system |
KR20230097214A (en) * | 2020-11-20 | 2023-06-30 | 메르크 파텐트 게엠베하 | Manufacturing method of silicon nitrogen film |
KR102584697B1 (en) | 2020-11-20 | 2023-10-10 | 메르크 파텐트 게엠베하 | Method for producing silicon nitrogen film |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11296112B2 (en) | Multi-layer barrier for CMOS under array type memory device and method of making thereof | |
KR101378469B1 (en) | Method of forming a contact structure and method of manufacturing a semiconductor device using the same | |
US10468413B2 (en) | Method for forming hydrogen-passivated semiconductor channels in a three-dimensional memory device | |
JP2010080709A (en) | Forming method of silicon oxide film and manufacturing method of non-volatile semiconductor memory device | |
TWI307934B (en) | ||
KR102002782B1 (en) | Method of manufacturing for Semiconductor device using expandable material | |
TWI716609B (en) | Method for forming dielectric film and method for fabricating semiconductor device | |
US20180151497A1 (en) | Three-dimensional array device having a metal containing barrier and method of making thereof | |
JP4886021B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US9589892B2 (en) | Interconnect structure and method of forming the same | |
US6509277B1 (en) | Method of manufacturing semiconductor integrated circuit device having insulatro film formed from liquid containing polymer of silicon, oxygen, and hydrogen | |
JP5357401B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR20050030097A (en) | Semiconductor integrated circuit apparatus and a method of manufacturing the same | |
JP2007088301A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
CN102543838B (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
KR20110106233A (en) | Spacer protection and electrical connection for array device | |
CN101101890A (en) | Method of fabricating semiconductor device and semiconductor device fabricated thereby | |
US8497208B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP2011171500A (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
JP6292507B2 (en) | Semiconductor device provided with hydrogen diffusion barrier and method of manufacturing the same | |
US20100308383A1 (en) | Semiconductor device having a porous insulation layer with a permeation prevention layer coating the pores and method for manufacturing the same | |
JP2007036267A (en) | Method for forming sog film | |
KR101001151B1 (en) | Method for fabricating semiconductor device and non-volatile random access memory | |
TWI803113B (en) | Semiconductor device with pad structure and method for fabricating the same | |
JP2017123388A (en) | Semiconductor device and manufacturing method of the same |