JP2010098293A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2010098293A
JP2010098293A JP2009166633A JP2009166633A JP2010098293A JP 2010098293 A JP2010098293 A JP 2010098293A JP 2009166633 A JP2009166633 A JP 2009166633A JP 2009166633 A JP2009166633 A JP 2009166633A JP 2010098293 A JP2010098293 A JP 2010098293A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
semiconductor
liner
semiconductor device
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009166633A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuma Shimamoto
和馬 島本
Tomohiro Sumiya
知浩 角谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Micron Memory Japan Ltd
Original Assignee
Elpida Memory Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elpida Memory Inc filed Critical Elpida Memory Inc
Priority to JP2009166633A priority Critical patent/JP2010098293A/ja
Priority to US12/585,361 priority patent/US20100072542A1/en
Priority to KR1020090089150A priority patent/KR101096483B1/ko
Publication of JP2010098293A publication Critical patent/JP2010098293A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66568Lateral single gate silicon transistors
    • H01L29/66613Lateral single gate silicon transistors with a gate recessing step, e.g. using local oxidation
    • H01L29/66621Lateral single gate silicon transistors with a gate recessing step, e.g. using local oxidation using etching to form a recess at the gate location
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/225Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a solid phase, e.g. a doped oxide layer
    • H01L21/2251Diffusion into or out of group IV semiconductors
    • H01L21/2254Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/225Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a solid phase, e.g. a doped oxide layer
    • H01L21/2251Diffusion into or out of group IV semiconductors
    • H01L21/2254Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides
    • H01L21/2255Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides the applied layer comprising oxides only, e.g. P2O5, PSG, H3BO3, doped oxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/762Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76202Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO
    • H01L21/76205Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO in a region being recessed from the surface, e.g. in a recess, groove, tub or trench region
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/762Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
    • H01L21/76232Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials of trenches having a shape other than rectangular or V-shape, e.g. rounded corners, oblique or rounded trench walls
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76822Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc.
    • H01L21/76828Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc. thermal treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76829Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
    • H01L21/76834Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers formation of thin insulating films on the sidewalls or on top of conductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76837Filling up the space between adjacent conductive structures; Gap-filling properties of dielectrics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/482Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of lead-in layers inseparably applied to the semiconductor body
    • H01L23/485Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of lead-in layers inseparably applied to the semiconductor body consisting of layered constructions comprising conductive layers and insulating layers, e.g. planar contacts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
    • H01L29/1033Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure
    • H01L29/1037Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure and non-planar channel
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto
    • H10B12/033Making the capacitor or connections thereto the capacitor extending over the transistor
    • H10B12/0335Making a connection between the transistor and the capacitor, e.g. plug
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/05Making the transistor
    • H10B12/053Making the transistor the transistor being at least partially in a trench in the substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

【課題】高温の酸化性雰囲気中でのSOD膜の改質を促進する。ライナー膜下部の素子や半導体基板が酸化されてダメージを受けることを防止する。
【解決手段】凹部と、凹部の内壁側面上に順に形成した、第1のライナー膜と、酸素原子を含有する第2のライナー膜と、凹部内に充填された絶縁領域と、を有し、第1のライナー膜は第2のライナー膜よりも耐酸化性が優れるものとした半導体装置。
【選択図】図3

Description

本発明は、半導体装置に関する。
半導体基板上に形成した配線層や溝部を覆う絶縁膜を形成する手段として、SOG(Spin On Glass)膜等の塗布膜を用いて平坦化を行う方法が知られている。近年、低誘電率の塗布系絶縁膜の開発が進められており、SOG膜も含めた、塗布系絶縁膜のより一般的な用語としてSOD(Spin On Dielectrics)膜の呼称が用いられるようになってきている。そこで、以下の説明では、スピンコーティング法又はスプレーコーティング法などの回転塗布法により、絶縁材料を含有する溶液を塗布した後、熱処理により得た塗布系絶縁膜として、SOD膜の用語を用いる。
代表的なSOD膜の材料としてはポリシラザンを挙げることができる。ポリシラザンはシラザン型重合体とも呼ばれ、−(SiH2−NH)−を基本構造とする高分子材料であり、溶媒(キシレン、ジ−n−ブチルエーテル等)に溶かして利用される。シラザン型重合体には、水素がメトキシ基など他の官能基によって置換された物質も含まれる。また、官能基・修飾基の付加されていない重合体は、ペルヒドロポリシラザンと呼ばれている。
ポリシラザン等は、塗布した後に、高温の酸化性雰囲気中で熱処理を行うことにより、緻密な膜質のSOD膜(固体)に転化(改質)することができる(特許文献1)。
この酸化性雰囲気中で熱処理を行う際に、下地膜への影響を抑制するため、シリコン窒化膜(Si34)をライナー膜として設け、その上にSOD膜材料の塗布を行うことが一般的に行われている(特許文献2、3)。
特開平11−74262号公報 特開2000−216273号公報 特開2004−311487号公報
近年、微細化の進展に伴い、配線間のスペースや溝部の開口幅が狭くなっている。これに伴い、高アスペクト比の微細なスペース部(凹部)を充填するように設けたSOD膜材料は、高温の酸化性雰囲気で熱処理を行っても、緻密な膜質の固体に転化しないことを、本発明者は見出した。
この理由は、高アスペクト比の微細なスペース部においては、熱処理時に、雰囲気中の酸素が凹部内に充填されたSOD膜材料の底部まで拡散しないためと考えられる。この結果、熱処理に際して、SOD膜材料に酸素の供給が十分に行われないこととなり、SOD膜材料の転化に必要なSi−O結合が十分に形成されないためであると推測される。
また、ポリシラザン等の窒素を含有するSOD膜の場合、高温の水蒸気雰囲気中(スチーム雰囲気中)で加熱処理する。これにより、塗布した膜中の窒素は水蒸気中の水素と反応してアンモニアガス(NH3)となり離脱する。この結果、塗布膜中のSi−N結合がSi−O結合に置換されて、酸化シリコン(SiO2)を主成分とする緻密な膜に改質されることとなる。しかしながら、ライナー膜として、ポリシラザン等の窒素を含有するSOD膜と接触するように窒化シリコン膜を形成した場合には、高温の水蒸気による加熱処理に際して、窒化シリコン膜の表面からもアンモニアガスが発生する。アスペクト比の高い溝の底部では、このアンモニアガスの溝外部への排出が促進されず、このアンモニアによってSi−N結合をSi−O結合に置換する改質作用が阻害されることも原因の1つと推測される。
このようにSOD膜材料の転化(改質)が不十分であると、後の工程でウェットエッチングや洗浄等の薬液にさらされた場合に、SOD膜材料のエッチング速度が速く、その形状を制御することが困難となる。また、層間絶縁膜にコンタクトホール等の開口を設けるような場合には、隣接するコンタクトプラグ間の絶縁性を保つことが難しく、隣接するコンタクトプラグ間で短絡が発生しやすいと言う問題点があった。
また、トランジスタ形成後の層間絶縁膜としてSOD膜を用いる場合には、改質を促進するために加熱温度を高くすると、その影響でトランジスタの電気特性が劣化する。従って、SOD膜材料の改質に際して過度に熱処理を行うことなく、改質を行う必要があった。
一実施形態は、
凹部と、
前記凹部の互いに対向する内壁側面及び底面上に順に形成された、第1のライナー膜と、酸素原子を含有する第2のライナー膜と、
前記凹部内に充填されたSOD膜から構成される絶縁領域と、
を有し、
前記第1のライナー膜は、前記第2のライナー膜よりも耐酸化性が優れることを特徴とする半導体装置に関する。
他の一実施形態は、
基体と、
基体上に突出した複数の突起状領域と、
隣り合う突起状領域の互いに対向する側面及び隣り合う突起状領域間の基体上に順に形成された、第1のライナー膜と、酸素原子を含有する第2のライナー膜と、
隣り合う突起状領域の互いに対向する側面間に充填されたSOD膜から構成される絶縁領域と、
を有し、
前記第1のライナー膜は、前記第2のライナー膜よりも耐酸化性が優れることを特徴とする半導体装置に関する。
他の一実施形態は、
半導体基板と、
前記半導体基板内に形成された素子分離領域と、
を有し、
前記素子分離領域は、前記半導体基板内に形成された溝の内壁の少なくとも一部を連続的に覆うように設けられた第1のライナー膜と、第1のライナー膜上に設けられ酸素原子を含有する第2のライナー膜と、第2のライナー膜に接するように前記溝内部の少なくとも一部に充填されたSOD膜から構成される絶縁領域と、
を有し、
前記第1のライナー膜は、前記第2のライナー膜よりも耐酸化性が優れることを特徴とする半導体装置に関する。
なお、本明細書において「所定平面」とは、半導体基板中の任意の平面を表し、この半導体基板の所定平面上に存在する半導体凸部は半導体基板と同じ材料から構成されていても良い。
「基体」とは、任意の平面を含む構造であり、複数の層や領域から構成されていても良い。
「凹部」とは、少なくとも互いに対向する2つの内壁面によって形成される窪んだ形状であり、凹部は内壁面に完全に囲まれて形成されていても、形成されていなくても良い。すなわち、凹部の一部には内壁面が設けられず、開放されていても良い。
上記各実施形態では、SOD膜の下層に形成するライナー膜が2層構造となっている。また、第2のライナー膜は酸素原子を含有し、第1のライナー膜は第2のライナー膜よりも耐酸化性が優れたものとなっている。このため、SOD膜材料を高温の酸化性雰囲気中で改質する際に、第2のライナー膜からSOD膜材料に酸素原子が供給され、その改質が促進される。この結果、絶縁性や耐エッチング性に優れた絶縁領域を形成することができる。また、第1のライナー膜の耐酸化性により、改質時にライナー膜下部の素子や半導体基板が酸化されてダメージを受けることを防止することができる。
高温の酸化性雰囲気中でのSOD膜材料の改質を促進することができる。絶縁性や耐エッチング性に優れた絶縁領域を形成することができる。ライナー膜下部の素子や半導体基板が酸化されてダメージを受けることを防止できる。
第1実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第1実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第1実施例の半導体装置を表す図である。 第2実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第2実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第2実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第2実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第2実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第2実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第2実施例の半導体装置を表す図である。 第3実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第3実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第3実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第3実施例の半導体装置を表す図である。 第2実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第2実施例の半導体装置の変形例を表す図である。 第4実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第4実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第4実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第4実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第4実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第4実施例の半導体装置の製造工程の一部を表す図である。 第5実施例の半導体装置を表す図である。 第5実施例の半導体装置を表す図である。
以下に、図面を参照して、本発明に係る半導体装置を説明する。なお、これらの実施例は、本発明のより一層の深い理解のために示される具体例であって、本発明は、これらの具体例に何ら限定されるものではない。
(第1実施例)
本発明を用いて、配線層間に層間絶縁膜を形成する場合の具体例について、以下に説明する。
図1〜3は、第1実施例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。まず、図1に示したように、シリコン等の半導体基板1上にシリコン酸化膜(SiO2)等の層間絶縁膜2を形成する。その上に、タングステン(W)等の高融点金属を用いて配線層3のパターンを形成する。この後に、CVD法を用いて配線層3の表面を覆うように、シリコン窒化膜(Si34)4を3〜6nmの膜厚に形成する。このシリコン窒化膜4は、ライナー膜の下層部分である第1のライナー膜に相当する。
次に、図2に示したように、シリコン窒化膜4上に、CVD法を用いてシリコン酸窒化膜(SiON)5を3〜10nmの膜厚に形成する。具体的には、ジクロロシラン(DCS)、亜酸化窒素(N2O)、アンモニア(NH3)を原料ガスとして、高温・減圧下で反応させることによりシリコン酸窒化膜5を形成することができる。このシリコン酸窒化膜5は、ライナー膜の上層部分である第2のライナー膜に相当する。
次に、図3に示したように、ポリシラザン等のSOD膜材料6の塗布を行って、配線層3のスペース部内に充填する。この後、700℃のH2Oを含む酸化性雰囲気中で60分間の熱処理を行うことでSOD膜材料6を固体化してSOD膜を形成する。この際、SOD膜材料6には上面から酸素が供給されると共に、SOD膜材料6と接触している底面及び側面のシリコン酸窒化膜5からも酸素が供給されることにより、十分な改質が行われ緻密な膜質の絶縁膜に転化する。併せて、シリコン酸窒化膜5は、窒素の含有量がシリコン窒化膜4よりも少ないため、この熱処理中に膜の表面から脱離するアンモニアガスの発生を抑制する効果も備えている。従って、SOD膜材料のSi−O結合への置換作用が阻害されること無く、改質作用が進行する。
また、本実施例では、ライナー膜の下層部分にシリコン窒化膜4が設けられている。このシリコン窒化膜は酸素を透過しにくく、耐酸化性に優れるため、高温の酸化雰囲気に長時間さらされても、半導体基板1や配線層3の下層にすでに設けられている素子(図示せず)が酸化されることを防止できる。
すなわち、本実施例では、ライナー膜を2層構造とすることにより、バリア膜としての機能と酸素供給源としての機能の2つを併せ持つ。
なお、SOD膜の改質実施後に必要に応じて、エッチバック又はCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により、上面部分の平坦化を行っても良い。CMPを行う際には、あらかじめ配線層の上部に保護用のキャップ絶縁膜を設けておいてもよい。
この後に、さらに上層の配線層やコンタクトプラグ等を形成すれば、第1実施例の半導体装置が完成する。
(第2実施例)
本発明を、DRAMのメモリセルの形成に適用する場合の製造方法について、図4〜図10を参照して説明する。
図4は、第2実施例のDRAMのメモリセルの一部を模式的に示した平面図で、説明の簡略化のためキャパシターに関係した部分については記載を省略している。図4において、半導体基板(図示せず)上には、複数の活性領域(拡散層領域;半導体凸部に相当する)204が規則正しく配置されている。この活性領域204は、素子分離領域203により区画されている。素子分離領域203はSTI法(Shallow Trench Isolation)により、シリコン酸化膜等の絶縁膜(分離絶縁膜)で形成されている。活性領域204と交差するように複数のゲート電極206が配置されている。このゲート電極206はDRAMのワード線として機能する。活性領域204のゲート電極206で覆われていない領域にはリン等の不純物がイオン注入されており、N型不純物層を形成している。このN型不純物層はトランジスタのソース/ドレイン領域として機能する。
図4の破線Cで囲んだ部分が1つのMOSトランジスタ(電界効果型トランジスタ)を形成している。各活性領域204の中央部には、コンタクトプラグ210が設けられ、活性領域204表面のN型不純物層と接触している。また、各活性領域204の両端には、コンタクトプラグ211、212が設けられ、活性領域204表面のN型不純物層と接触している。これらのコンタクトプラグは、それぞれ互いに対向するゲート電極206によって挟まれるように配置されている。コンタクトプラグ210、211、212については、説明のため異なる項目番号としたが、実際の製造に際しては同時に形成することが可能である。
このレイアウトでは、メモリセルを高密度に配置するために、隣接する2つのMOSトランジスタが1つのコンタクトプラグ210を共有するように配置されている。
後の工程において、コンタクトプラグ210と接触し、ゲート電極206と直交する、B−B’線で示した方向に配線層(図示せず)が形成される。この配線層はDRAMのビット線として機能する。また、コンタクトプラグ211、212にはそれぞれ、キャパシター素子(図示せず)が接続される。
完成したDRAMのメモリセル断面図を図10に示す。図10は、図4のA−A’部における断面に対応している。図10で、200はP型シリコンからなる半導体基板、201はN型のMOSトランジスタで、ゲート電極206を備えている。ゲート電極206の一部は半導体基板200に形成した溝部を充填するように設けられている。このゲート電極206はワード線として機能する。活性領域204の表面部分にはN型不純物層205が形成されている。このMOSトランジスタ201は、リセスチャネル型のトランジスタを構成する。N型不純物層205は、コンタクトプラグ210、211、212と接触している。コンタクトプラグ210、211、212の材料としては、リンを導入した多結晶シリコンを用いることができる。
コンタクトプラグ210は、別に設けたコンタクトプラグ230を介して、ビット線として機能する配線層231に接続している。配線層231の材料としてはタングステン(W)を用いることができる。またコンタクトプラグ211と212はそれぞれ、別に設けたコンタクトプラグ241、240を介してキャパシター素子245と接続している。236、246、256は各配線間を絶縁するための層間絶縁膜である。キャパシター素子245は、公知の手段により、2つの電極間に酸化ハフニウム(HfO)等の絶縁膜を挟んで形成されている。257はアルミ等を用いて形成された、上層に位置する配線層で、260は表面保護膜である。
このDRAMのメモリセルでは、MOSトランジスタ201をオン状態にすることで、ビット線(配線層231)を介して、キャパシター素子245に蓄積した電荷の有無の判定を行うことができる。このようにして、情報の記憶動作を行うことが可能なDRAMのメモリセルとして動作する。
このDRAMの製造方法について図5〜図9を参照して説明する。図5〜図9は、図10と同じ位置での断面図である。まず、図5に示したように、P型のシリコンからなる半導体基板200に、シリコン酸化膜等の絶縁膜を用いて素子分離領域203を形成する。この素子分離領域203で区画された領域が活性領域204となる。
MOSトランジスタのゲート電極206は、不純物を導入した多結晶シリコン膜206aと、タングステン等の高融点金属膜206bの積層膜によって形成されている。多結晶シリコン膜の下層部分は、活性領域204内の半導体基板200を除去して形成した溝部を充填するように設けられている。ゲート電極206と半導体基板200の界面部分には、シリコン酸化膜等のゲート絶縁膜202が設けられている。また、ゲート電極206の上面を保護するためのキャップ絶縁膜207がシリコン窒化膜を用いて設けられている。キャップ絶縁膜207はゲート電極206と同時にパターニングすることにより形成されている。
ゲート電極206の両側には、リン等のN型不純物をイオン注入することでN型不純物層205が形成されており、MOSトランジスタ201のソース/ドレイン領域として機能する。
次に、図6に示したように、ゲート電極206とキャップ絶縁膜207の側面部分を覆うように、シリコン窒化膜等の絶縁膜でサイドウォール208を形成する。この後に、半導体基板200の全面を覆うようにシリコン窒化膜220を3〜6nmの膜厚に形成する。
次に、図7に示したように、シリコン窒化膜220上にシリコン酸窒化膜(SiON)221を3〜10nmの膜厚に形成し、積層構造のライナー膜222とする。なお、このシリコン窒化膜220は第1のライナー膜、シリコン酸窒化膜221は第2のライナー膜に相当する。なお、サイドウォール208を形成した後に、シリコン酸化膜等の絶縁膜からなる薄膜(5〜10nm程度)をまず形成してから、その上に第1のライナー膜を形成するようにしても良い。
この後に、ポリシラザン等のSOD膜材料223の塗布を行って、ゲート電極206のスペース部を充填した後に、700℃のH2Oを含む酸化性雰囲気中で60分間の熱処理を行う。これにより、SOD膜材料223には上面から酸素が供給されると共に、SOD膜材料223と接触している底面及び側面のシリコン酸窒化膜221からも酸素が供給される。これにより、SOD膜材料223の十分な改質が行われ、緻密な膜質の固体膜に転化する。また、この際、ゲート電極206や半導体基板200は、耐酸化性に優れるシリコン窒化膜220で覆われているため、熱処理中であっても酸化性雰囲気によって劣化することがない。
次に、図8に示したように、CMP法にて上面を平坦化する。この際に、ライナー膜222、キャップ絶縁膜207、サイドウォール208の一部が研磨によって除去されても問題は無い。
次に、図9に示したように、ゲート電極206間にコンタクトホールを開口し、リン等の不純物を導入した多結晶シリコン膜を充填することで、N型不純物層205に接続するコンタクトプラグ210、211、212を同時に形成する。コンタクトプラグ210、211、212の形成に際しては、キャップ絶縁膜207及びサイドウォール208をエッチングのストッパー膜として用いたセルフアライメント法によって、N型不純物層205に達する開口を形成してもよい。
本実施例では、ライナー膜222が上層のシリコン酸窒化膜221と下層のシリコン窒化膜220の積層構造となっているため、熱処理によってSOD膜材料223を容易に緻密な絶縁膜に転化することが可能となる。図10のG−G’部に対応した断面を図15に示す。コンタクトプラグ間のSOD膜223が緻密な膜となっているため、コンタクトプラグ210、211、212を形成する際の開口(コンタクトホール)形成において、ゲート電極206に沿った方向に隣接する開口間の短絡(図4の矢印Eで示した開口間の短絡)を防止することが可能となる。
この後に、図10に示したように、ビット線用の配線層231、キャパシター素子245、上層の配線層257等を形成すればDRAMのメモリセルが完成する。
微細化の進展によって、ゲート電極206の配線間隔(図10のFで示した部分の寸法)が60nm以下となったような場合でも、本発明を適用することにより層間絶縁膜として使用するSOD膜材料を、容易に緻密な絶縁膜に転化することが可能となる。これにより、SOD膜材料を用いて形成した絶縁膜にコンタクトホールを形成する場合にも、隣接するコンタクトホール間の短絡を防止できる。このため、製造時の歩留まりを落とすこと無くDRAM等の半導体装置の製造を行うことが可能となる。
また、本実施例では、ライナー膜上層部のシリコン酸窒化膜からSOD膜に酸素が供給されるので、SOD膜の改質を行う際の酸化性雰囲気の温度を過度に高く設定する必要が無い。このため、SOD膜を用いた層間絶縁膜の下層にすでに形成されているMOSトランジスタ(201)に加わる熱の影響を抑制し、MOSトランジスタの電気特性が熱処理の影響で劣化するのを防止できる。従って、高性能なDRAM等の半導体装置を製造できる。
また、耐酸化性に優れるシリコン窒化膜220によって、熱処理中の酸化性雰囲気によるゲート電極206や半導体基板200の劣化を防止することができる。
なお、本実施例では、N型でリセスチャネル型のMOSトランジスタ201を用いた場合について説明したが、本実施例の半導体装置はこの場合に限定されるわけではない。すなわち、本実施例の半導体装置には、トランジスタとして、P型MOSトランジスタを使用した場合やゲート電極206aが半導体基板200内に埋め込まれないタイプのプレナー型トランジスタを使用することができる。プレナー型トランジスタを使用した場合の変形例を図16に示す。201aは、ゲート電極構造がプレナー型のMOSトランジスタである。
本実施例では、図4のA−A’方向の断面において、最終的にSOD膜223が除去された半導体装置について説明したが、これに限定されるわけではない。本実施例の変形例では、コンタクトホール形成時に、隣り合うゲート電極間のスペースの幅よりもサイズの小さいコンタクトホールを開口することにより、SOD膜の一部を残留させても良い。
(第3実施例)
本発明では、配線層上に設ける層間絶縁膜だけではなく、半導体基板をパターニングして設けた凸部の間に埋設する素子分離領域としても使用することができる。本発明を適用して素子分離領域を形成する場合について、図11〜図14を参照して説明する。図11に示したように、半導体基板300上にシリコン酸化膜301を形成した後に、シリコン窒化膜を用いてマスク膜302を形成し、パターニングを行う。次に、マスク膜302をマスクとして半導体基板300のエッチングを行い、溝303を形成する。
次に、図12に示したように、シリコン窒化膜(Si34)304を3〜6nmの膜厚に形成した後に、シリコン酸窒化膜(SiON)305を3〜10nmの膜厚に形成する。このシリコン窒化膜304及びシリコン酸窒化膜305により、溝303の内部及びマスク膜302の上面を覆う。なお、シリコン窒化膜(Si34)304は第1のライナー膜、シリコン酸窒化膜(SiON)305は第2のライナー膜に相当する。なお、シリコン窒化膜(第1のライナー膜)304を形成する前に、熱酸化を行い、溝303の内壁に半導体基板材料の酸化物を絶縁膜として4〜8nm程度の膜厚に形成してから、シリコン窒化膜304の形成を行ってもよい。
次に、図13に示したように、ポリシラザン等のSOD膜材料306の塗布を行って、溝303の内部を充填する。この後に、950℃のH2Oを含む酸化性の雰囲気中で10分間の熱処理を行う。
本実施例では、他の素子を形成する前に素子分離領域を形成することで、SOD膜材料306の改質に際して加える熱処理の温度等を、先の実施例よりも高くすることが可能となる。この場合においても、本実施例では、ライナー膜の下層にシリコン窒化膜304を備えているので、半導体基板300に酸化の影響が及ぶのを防止することができる。また、ライナー膜の上層にはシリコン酸窒化膜305を備えているので、溝303の開口幅が狭くなっても、SOD膜306にシリコン酸窒化膜305から酸素を供給し、緻密な絶縁膜に容易に転化することが可能となる。また、併せて、ライナー膜からのアンモニアガスの発生を抑制できるので、緻密な絶縁膜への転化を効率よく促進する効果も有している。
次に、図14に示したように、CMP法を用いて表面を平坦化した後に、残留しているマスク膜302及びシリコン酸化膜301を除去して素子分離領域を形成する。このマスク膜302を除去する際のウェットエッチングで、シリコン窒化膜304とシリコン酸窒化膜305の露出している部分も除去される。このため、ウェットエッチングの時間を調整して、表面が平坦となるようにすればよい。
なお、第3実施例によって製造した素子分離領域を、第2実施例の素子分離領域203として適用しても良い。
(第4実施例)
本発明を用いて素子分離領域を形成する別の方法について、図17〜図22を参照して説明する。
図17に示したように、シリコンからなる半導体基板400上にシリコン酸化膜401を形成した後に、シリコン窒化膜を用いてマスク膜402を形成し、パターニングを行う。次に、マスク膜402をマスクとして半導体基板400のエッチングを行い、深さ200nm程度の溝403を形成する。
次に、図18に示したように、溝403の内部に露出しているシリコン表面を熱酸化することで、膜厚5〜8nm程度のシリコン酸化膜410を形成する。この後、3〜6nmの膜厚のシリコン窒化膜(Si34)404と、3〜10nmの膜厚のシリコン酸窒化膜(SiON)405を順次堆積して、溝403の内部及びマスク膜402の上面を覆う。なお、シリコン窒化膜404は第1のライナー膜、シリコン酸窒化膜405は第2のライナー膜に相当する。
次に、図19に示したように、ポリシラザン等のSOD膜材料の塗布を行って、溝403の内部を充填する。この後に、950℃のH2Oを含む酸化性の雰囲気中で10分間の熱処理を行う。この熱処理によって、SOD膜406は緻密な絶縁膜に転化される。この後にCMP法を用いて、マスク膜402の上面が露出するまで研磨を行い、溝403の内部にSOD膜406を残存させる。
次に、図20に示したように、フッ酸(HF)を含有した薬液を用いて湿式エッチングを行い、SOD膜406が溝403下部の深さの半分程度まで残存するように除去する。この際に、シリコン酸窒化膜405も同様に湿式エッチングで除去されるが、フッ酸に対するエッチング速度がSOD膜406よりも遅い。このため、湿式エッチングが終了した時点では、溝403内に残存したSOD膜406の上面よりも高い位置まで、シリコン酸窒化膜405が残存する。また、シリコン窒化膜404は、フッ酸に対するエッチング耐性を備えているため、エッチングは進行せずに、そのまま残存する。
次に、図21に示したように、リン酸(H3PO4)を含有した薬液を用いて湿式エッチングを行い、シリコン窒化膜404が、残存しているシリコン酸窒化膜405と概略同程度の高さになるように除去する。湿式エッチングの進行に伴い、マスク膜402が薬液にさらされると同様にエッチングされてしまうので、湿式エッチングの時間を制御して、できるだけマスク膜402が薬液にさらされないようにすることが好ましい。SOD膜406およびシリコン酸窒化膜405は、この湿式エッチングに際しては耐性を備えており、エッチングされない。
次に、図22に示したように、溝403の上部にHDP−CVD法(High Density Plasma CVD)等を用いてシリコン酸化膜407を絶縁充填体として埋め込み、CMP法による平坦化を行った後に、残存しているマスク膜402を除去する。引き続き、フッ酸を含有した薬液を用いて湿式エッチングを行って、シリコン酸化膜407の上面の位置が、半導体基板400の表面と概略同程度になるように形成すれば、素子分離領域が完成する。
本実施例で形成した素子分離領域では、素子分離領域の上面に露出しているのは絶縁充填体として形成したシリコン酸化膜407だけであり、第1および第2のライナー膜(404、405)は半導体基板の上面に露出しない構造となる。
第1及び第2のライナー膜並びにSOD膜から構成される素子分離領域を形成後、第2実施例で示したような溝型ゲート電極を有するトランジスタを形成する場合には、半導体基板をエッチングする際のマスクとして一般にシリコン窒化膜で形成したパターンが用いられる。このマスク用のシリコン窒化膜を除去する際に、先に形成した素子分離領域のライナー膜(シリコン窒化膜)が半導体基板の上面に露出していると、エッチングされて凹部が生じることがある。このような凹部には、ゲート電極を構成する導電体が残存しやすく、ゲート電極間の短絡を引き起こす原因となる。本実施例の素子分離領域では、半導体基板の上面にライナー膜が露出していないので、このような凹部の発生を引き起こさず、半導体装置の製造歩留まりの低下を防止することが可能となる。
また、溝型ゲート電極との組合せだけでなく、プレナー型ゲート電極のMOS型トランジスタと組み合わせて、本実施例で説明した素子分離領域を用いてもよい。
従来のシリコン窒化膜の単層によるライナー膜では、アスペクト比の高い溝の底部近傍において、SOD膜塗布後の熱処理による改質が十分に進行しない。従って、図20に示した湿式エッチングの工程において、溝403底部近傍のSOD膜は薬液に対するエッチング速度が非常に速く、溝の底部にSOD膜を適切な膜厚で残存させるように制御することが困難であった。溝底部に残存させるSOD膜の膜厚(高さ)が不十分な場合には、溝上部にシリコン酸化膜を埋め込む際に、空洞(ボイド)ができやすく、素子分離領域として用いるのが困難となる。
本発明では、ライナー膜を2層構造とすることで、溝の底部近傍でもSOD膜を容易に緻密な絶縁膜に転化させることができ、湿式エッチングにおける膜のエッチング速度を制御可能な範囲に設定することが可能となる。
(第5実施例)
第3実施例または第4実施例によって製造した素子分離領域を用いて、半導体素子を形成した具体例について、説明する。
図23に、MPU(Micro Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)等の演算処理を行うことが可能な演算処理デバイスの断面模式図を示す。演算処理デバイス内には、CMOS構成のMOS型トランジスタが複数配置され、所定の演算を実行するための回路が形成されている。
図23には、MOS型トランジスタがプレナー型ゲート電極を備えている場合について示した。350はP型シリコンを材料とした半導体基板で、P型ウェル351とN型ウェル352が、イオン注入法によって不純物を導入して形成されている。355は、第3実施例として説明した素子分離領域で、図14に示した構造を備えている(図23においては、素子分離領域の内部構造の記載を省略した)。素子分離領域355として、第4実施例として説明した素子分離領域(図22)を用いてもよい。
半導体基板350の表面には、ゲート絶縁膜360を介して、ゲート電極361が形成されている。ゲート絶縁膜には、例えば、HfSiON等のHigh−K膜(高誘電率膜)や、シリコン酸化膜を用いることができる。ゲート電極としては、TiN、W、Ni、TaC等を含有した金属膜や、不純物を導入した多結晶シリコン膜を用いることができる。
N型ウェル352内の、素子分離領域355で区画された活性領域には、イオン注入法でホウ素等のP型不純物が導入され、P型ソース・ドレイン領域365が形成されている。N型ウェル352内のP型ソース・ドレイン領域365は、ゲート電極361と組み合わさって、P型MOSトランジスタを形成している。
P型ウェル351内の、素子分離領域355で区画された活性領域には、イオン注入法で砒素等のN型不純物が導入され、N型ソース・ドレイン領域366が形成されている。P型ウェル351内のN型ソース・ドレイン領域366は、ゲート電極361と組み合わさって、N型MOSトランジスタを形成している。
各トランジスタはゲート電極361の側面部分にサイドウォールを形成し、LDD(Lightly Doped Drain)構造のソース・ドレイン領域を有するように形成してもよい。370はシリコン酸化膜やLow−K膜(低誘電率膜)を用いて形成した層間絶縁膜で、複数の膜を積層することで形成されている。
MOSトランジスタ上には、複数の配線層(381a、381b)が、銅(Cu)やアルミニウム(Al)等の金属膜で形成されている。図23では配線層が2層の場合を示したが、3層以上の多層配線層でもよい。
MOSトランジスタの電極と配線層381aの間、および配線層381aと381bの間は、コンタクトプラグ380a、380bによって電気的に接続されている。コンタクトプラグはデュアルダマシン法を用いて配線層と同時に形成してもよい。390は表面保護膜で、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜等で形成されている。
本発明では微細化に適した素子分離領域を容易に形成できる。従って、本発明を適用して演算処理デバイスを形成することにより、トランジスタ素子を高集積で搭載することが可能となり、高性能な演算処理性能を備えたデバイスを製造できる。
上述のようにして製造した演算処理デバイスを用いることで、例えば、次に説明するデータ処理システムを形成することができる。
図24は本実施例のデータ処理システム500の概略構成図である。データ処理システム500には、演算処理デバイス520とRAM(Random Access Memory)530が含まれており、システムバス510を介して相互に接続されている。演算処理デバイス520は、先に説明したようにして形成したMPU、DSP等である。RAMとしては、DRAM素子またはSRAM素子を利用することができる。
また、固定データの格納用に、ROM(Read Only Memory)540がシステムバス510に接続されていてもよい。システムバス510は簡便のため1本しか記載していないが、必要に応じてコネクタなどを介し、シリアルないしパラレルに接続される。また各デバイスは、システムバス510を介さずに、ローカルなバスによって相互に接続されてもよい。
また、データ処理システム500では、必要に応じて、不揮発性記憶デバイス550、入出力装置560がシステムバス510に接続される。不揮発性記憶デバイスとしては、ハードディスクや光ドライブ、SSD(Solid State Drive)などを利用できる。
入出力装置560には、例えば液晶ディスプレイなどの表示装置や、キーボード等のデータ入力装置が含まれる。各構成要素の個数は、図24では簡略化のため1つの記載にとどめているが、それに限定されず、全てまたはいずれかが複数個の場合も含まれる。
本実施例においてデータ処理システムは、例えばコンピュータシステムを含むが、これに限定されない。
以上、説明した第1〜第5実施例においては、SOD膜材料としてポリシラザンを使用した場合について説明した。ポリシラザンはシリコン原子(Si)に窒素原子(N)と水素原子(H)とが結合した分子構造を有しており、高温のスチーム酸化処理によってSi−O結合が形成されることで緻密な膜質の固体膜に転化する。本発明では、SOD膜材料の下層に設ける第2のライナー膜から酸素を供給できる。このため、酸化性雰囲気中で熱処理することによって固体化する塗布系の絶縁膜であれば、ポリシラザン以外の材料も用いることが可能である。
さらに、少なくともシリコン原子と窒素原子を含有した塗布膜で、高温の水蒸気(スチーム)にさらされることにより、塗布膜中のSi−N結合がSi−O結合に転化する作用を有する膜であれば、本発明を適用することで、より効果的に固体絶縁膜への転化が可能となる。その場合には、第2のライナー膜として、窒素原子の含有量が少ない膜を用いることが好ましい。
第2のライナー膜としてシリコン酸窒化膜(SiON)を用いる場合には、成膜時において原料ガスの流量比率を変更することで、膜中の酸素原子と窒素原子の組成比を調節することが可能である。従って、シリコン酸窒化膜中において酸素原子数が窒素原子数よりも多い膜(例えば、酸素原子数が窒素原子数の3倍〜6倍のシリコン酸窒化膜)を第2のライナー膜として用い、第2のライナー膜の窒素原子含有量が第1のライナー膜の窒素原子含有量よりも少なければ、効果的である。シリコン酸窒化膜中の窒素原子の比率が低下するに従って、膜の耐酸化性も低下するが、本発明では、第1のライナー膜との積層構造を用いているため、下地層に影響を与えることなく、SOD膜材料に対して、高温の酸化処理を行うことができる。
1 半導体基板
2 層間絶縁膜
3 配線層
4 シリコン窒化膜
5 シリコン酸窒化膜
6 SOD膜
200 半導体基板
201 MOSトランジスタ
202 ゲート絶縁膜
203 素子分離領域
204 活性領域
205 N型不純物層
206 ゲート電極
207 キャップ絶縁膜
208 サイドウォール
210、211、212 コンタクトプラグ
220 シリコン窒化膜
221 シリコン酸窒化膜
222 ライナー膜
223 SOD膜
230 コンタクトプラグ
231 配線層
236 層間絶縁膜
240、241 コンタクトプラグ
245 キャパシター素子
246 層間絶縁膜
256 層間絶縁膜
257 配線層
260 表面保護膜
300 半導体基板
301 シリコン酸化膜
302 マスク膜
303 溝
304 シリコン窒化膜
305 シリコン酸窒化膜
306 SOD膜
350 半導体基板
351 P型ウェル
352 N型ウェル
355 素子分離領域
360 ゲート絶縁膜
361 ゲート電極
365 P型ソース・ドレイン領域
366 N型ソース・ドレイン領域
370 層間絶縁膜
380a、380b コンタクトプラグ
381a、381b 配線層
390 表面保護膜
400 半導体基板
401、407、410 シリコン酸化膜
402 マスク膜
403 溝
404 シリコン窒化膜
405 シリコン酸窒化膜
406 SOD膜
500 データ処理システム
520 演算処理デバイス520
530 RAM
510 システムバス
520 演算処理デバイス
540 ROM
550 不揮発性記憶デバイス
560 入出力装置

Claims (18)

  1. 凹部と、
    前記凹部の互いに対向する内壁側面及び底面上に順に形成された、第1のライナー膜と、酸素原子を含有する第2のライナー膜と、
    前記凹部内に充填されたSOD膜から構成される絶縁領域と、
    を有し、
    前記第1のライナー膜は、前記第2のライナー膜よりも耐酸化性が優れることを特徴とする半導体装置。
  2. 更に、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた第1の層間絶縁膜と、前記第1の層間絶縁膜上に設けられた複数の配線層と、を有し、
    前記凹部は、隣り合う前記配線層の間のスペース部であり、
    前記凹部の互いに対向する内壁側面は、隣り合う前記配線層の互いに対向する側面から構成され、
    前記凹部の底面は、隣り合う前記配線層の間の前記第1の層間絶縁膜から構成され、
    前記第1及び第2のライナー膜、並びにSOD膜は第2の層間絶縁膜を構成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記凹部は、半導体基板内に形成された溝であり、
    前記凹部の互いに対向する内壁側面及び底面は、それぞれ前記溝内の内壁側面及び底面から構成され、
    前記第1及び第2のライナー膜、並びにSOD膜は素子分離領域を構成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 更に、半導体基板と、前記半導体基板の所定平面から上方に突出すると共に前記所定平面上を所定方向に延在する複数の半導体凸部と、隣り合う半導体凸部の間の前記所定平面上に埋設された分離絶縁膜と、前記半導体凸部内に設けられたソース/ドレイン領域と、
    前記ソース/ドレイン領域に電気的に接続されたコンタクトプラグと、各コンタクトプラグを挟んで互いに対向するように設けられると共に前記分離絶縁膜及び半導体凸部上を前記所定方向と異なる方向に延在する複数のゲート電極と、前記半導体凸部とゲート電極との間に設けられたゲート絶縁膜と、を有し、
    前記半導体凸部、ゲート電極、ゲート絶縁膜、及びソース/ドレイン領域は、電界効果型トランジスタを構成し、
    前記凹部は、隣り合う前記ゲート電極の間のスペース部であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  5. 前記凹部の互いに対向する内壁側面は、隣り合う前記ゲート電極の側面から構成され、
    前記ゲート電極の側面と前記第1のライナー膜の間に、更に別の絶縁膜を備えることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  6. 更に、前記ゲート電極の側面にはサイドウォールが設けられ、
    前記凹部の互いに対向する内壁側面は、隣り合う前記ゲート電極の側面に設けられたサイドウォールの互いに対向する側面から構成されることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  7. 前記凹部の底面は、隣り合う前記ゲート電極の間の分離絶縁膜上に設けられた前記ゲート絶縁膜から構成されることを特徴とする請求項4又は6に記載の半導体装置。
  8. 基体と、
    基体上に突出した複数の突起状領域と、
    隣り合う突起状領域の互いに対向する側面及び隣り合う突起状領域間の基体上に順に形成された、第1のライナー膜と、酸素原子を含有する第2のライナー膜と、
    隣り合う突起状領域の互いに対向する側面間に充填されたSOD膜から構成される絶縁領域と、
    を有し、
    前記第1のライナー膜は、前記第2のライナー膜よりも耐酸化性が優れることを特徴とする半導体装置。
  9. 前記基体は、半導体基板及び前記半導体基板上に設けられた層間絶縁膜であり、
    前記突起状領域は、配線層であることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
  10. 前記基体は、半導体基板と、前記半導体基板の所定平面から上方に突出すると共に前記所定平面上を所定方向に延在する複数の半導体凸部と、前記半導体凸部内に設けられたソース/ドレイン領域と、隣り合う半導体凸部の間の前記所定平面上に前記半導体凸部と同一高さとなるように埋設された分離絶縁膜と、から構成され、
    更に、前記ソース/ドレイン領域に電気的に接続されたコンタクトプラグを有し、
    前記突起状領域は、各コンタクトプラグを挟んで互いに対向するように設けられると共に前記分離絶縁膜及び半導体凸部上を前記所定方向と異なる方向に延在する複数のゲート電極であり、
    更に、前記半導体凸部とゲート電極との間に設けられたゲート絶縁膜を有し、
    前記半導体凸部、ゲート電極、ゲート絶縁膜、及びソース/ドレイン領域は、電界効果型トランジスタを構成することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
  11. 前記ゲート電極は、更に前記半導体凸部の内部にまで埋め込まれた導電部分を有し、
    前記ゲート絶縁膜は、更に前記導電部分と半導体凸部との間に形成され、
    前記電界効果型トランジスタはリセスチャネル型の電界効果型トランジスタであることを特徴とする請求項4又は10に記載の半導体装置。
  12. 半導体基板と、
    前記半導体基板内に形成された素子分離領域と、
    を有し、
    前記素子分離領域は、前記半導体基板内に形成された溝の内壁の少なくとも一部を連続的に覆うように設けられた第1のライナー膜と、第1のライナー膜上に設けられ酸素原子を含有する第2のライナー膜と、第2のライナー膜に接するように前記溝内部の少なくとも一部に充填されたSOD膜から構成される絶縁領域と、
    を有し、
    前記第1のライナー膜は、前記第2のライナー膜よりも耐酸化性が優れることを特徴とする半導体装置。
  13. 前記素子分離領域は、
    前記半導体基板内に形成した前記溝内部の下部に設けた前記第1のライナー膜、第2のライナー膜及び絶縁領域と、
    前記溝内部の上部に、前記第1のライナー膜、第2のライナー膜及び絶縁領域を覆うように形成した絶縁充填体を備え、
    前記第1および第2のライナー膜、並びに絶縁領域の上面は共に、前記半導体基板の上面よりも下方に位置することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
  14. 前記絶縁充填体は、シリコン酸化膜から構成されることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。
  15. 前記SOD膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項1〜14の何れか1項に記載の半導体装置。
  16. 前記第1のライナー膜はシリコン窒化膜であり、
    前記第2のライナー膜はシリコン酸窒化膜であることを特徴とする請求項1〜15の何れか1項に記載の半導体装置。
  17. 前記第1および第2のライナー膜は共に窒素原子を含有し、
    前記第2のライナー膜の窒素原子含有量が、前記第1のライナー膜の窒素原子含有量よりも少ないことを特徴とする請求項1〜16の何れか1項に記載の半導体装置。
  18. 前記シリコン酸窒化膜は、膜中の酸素原子数が窒素原子数よりも多いことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置。
JP2009166633A 2008-09-22 2009-07-15 半導体装置 Pending JP2010098293A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009166633A JP2010098293A (ja) 2008-09-22 2009-07-15 半導体装置
US12/585,361 US20100072542A1 (en) 2008-09-22 2009-09-14 Semiconductor device, method for manufacturing the same, and data processing system
KR1020090089150A KR101096483B1 (ko) 2008-09-22 2009-09-21 반도체 디바이스, 그 제조 방법, 및 데이터 처리 시스템

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008242378 2008-09-22
JP2009166633A JP2010098293A (ja) 2008-09-22 2009-07-15 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010098293A true JP2010098293A (ja) 2010-04-30

Family

ID=42036754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009166633A Pending JP2010098293A (ja) 2008-09-22 2009-07-15 半導体装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20100072542A1 (ja)
JP (1) JP2010098293A (ja)
KR (1) KR101096483B1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012142528A (ja) * 2011-01-06 2012-07-26 Elpida Memory Inc 半導体装置の製造方法
JP2012204777A (ja) * 2011-03-28 2012-10-22 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板処理方法および基板処理装置
JP2013143423A (ja) * 2012-01-10 2013-07-22 Elpida Memory Inc 半導体装置及びその製造方法
JP2021168404A (ja) * 2012-11-05 2021-10-21 大日本印刷株式会社 多層配線構造体とその製造方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5602414B2 (ja) * 2009-11-05 2014-10-08 ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル 半導体装置の製造方法および半導体装置
JP2012049455A (ja) * 2010-08-30 2012-03-08 Toshiba Corp 半導体記憶装置および半導体記憶装置の製造方法
US9454997B2 (en) 2010-12-02 2016-09-27 Micron Technology, Inc. Array of nonvolatile memory cells having at least five memory cells per unit cell, having a plurality of the unit cells which individually comprise three elevational regions of programmable material, and/or having a continuous volume having a combination of a plurality of vertically oriented memory cells and a plurality of horizontally oriented memory cells; array of vertically stacked tiers of nonvolatile memory cells
JP2012174982A (ja) * 2011-02-23 2012-09-10 Toshiba Corp 半導体記憶装置及びその製造方法
US8537592B2 (en) 2011-04-15 2013-09-17 Micron Technology, Inc. Arrays of nonvolatile memory cells and methods of forming arrays of nonvolatile memory cells
KR102627897B1 (ko) * 2018-09-18 2024-01-23 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 장치 및 그 제조방법
TWI749727B (zh) * 2020-08-24 2021-12-11 力晶積成電子製造股份有限公司 動態隨機存取記憶體及其形成方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100354439B1 (ko) * 2000-12-08 2002-09-28 삼성전자 주식회사 트렌치 소자 분리막 형성 방법
JP2004311487A (ja) * 2003-04-02 2004-11-04 Hitachi Ltd 半導体装置の製造方法
US7118987B2 (en) * 2004-01-29 2006-10-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of achieving improved STI gap fill with reduced stress
US7332408B2 (en) * 2004-06-28 2008-02-19 Micron Technology, Inc. Isolation trenches for memory devices
US7271464B2 (en) * 2004-08-24 2007-09-18 Micron Technology, Inc. Liner for shallow trench isolation
US7772672B2 (en) * 2005-09-01 2010-08-10 Micron Technology, Inc. Semiconductor constructions
JP2008103645A (ja) * 2006-10-20 2008-05-01 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
CA2590464A1 (en) * 2007-05-30 2008-11-30 Brandt Industries Ltd. Quick coupling mechanism for tool attachment

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012142528A (ja) * 2011-01-06 2012-07-26 Elpida Memory Inc 半導体装置の製造方法
JP2012204777A (ja) * 2011-03-28 2012-10-22 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板処理方法および基板処理装置
JP2013143423A (ja) * 2012-01-10 2013-07-22 Elpida Memory Inc 半導体装置及びその製造方法
JP2021168404A (ja) * 2012-11-05 2021-10-21 大日本印刷株式会社 多層配線構造体とその製造方法
JP7188502B2 (ja) 2012-11-05 2022-12-13 大日本印刷株式会社 多層配線構造体とその製造方法
US11862564B2 (en) 2012-11-05 2024-01-02 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Multi-layer line structure and method for manufacturing thereof
JP7452605B2 (ja) 2012-11-05 2024-03-19 大日本印刷株式会社 多層配線構造体とその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100033946A (ko) 2010-03-31
US20100072542A1 (en) 2010-03-25
KR101096483B1 (ko) 2011-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010098293A (ja) 半導体装置
JP5602414B2 (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置
KR101129919B1 (ko) 반도체 소자 및 그의 형성 방법
JP4886021B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP4538272B2 (ja) 湿式洗浄によるアタックを防止できる半導体装置の製造方法
JP5357401B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
US8173515B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2009158591A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2006344809A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP5635301B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP7418383B2 (ja) 撮像装置およびカメラ
WO2014112496A1 (ja) 半導体装置及びその製造方法
CN112117322A (zh) 半导体器件和制造半导体器件的方法
JP2019149531A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2015231025A (ja) 半導体装置及びその製造方法
KR101353346B1 (ko) 주변 회로 영역의 불순물 영역들에 대한 열적 부담을완화시키는 반도체 소자의 제조 방법
JP2010263104A (ja) 半導体装置及びその製造方法
US8211804B2 (en) Methods of forming a hole having a vertical profile and semiconductor devices having a vertical hole
US20130012021A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
US8288279B1 (en) Method for forming conductive contact
JP2011049366A (ja) 半導体装置の製造方法
JP4810077B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP2000307083A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2008288260A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP5187359B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法