JP2011082484A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
造方法を提供する。
【解決手段】 本発明では半導体基板1上にトンネル絶縁膜2及び浮遊ゲート電極3を形
成する工程と、浮遊ゲート電極上に低密度シリコン窒化膜41と高密度シリコン窒化膜4
2を含むシリコン窒化膜4を形成する工程と、シリコン窒化膜、浮遊ゲート電極、トンネ
ル絶縁膜及び半導体基板を加工して素子分離溝6を形成し素子分離溝の側面の少なくとも
一部に低密度シリコン窒化膜を露出する工程と、素子分離溝の内部表面を覆うように埋め
込み絶縁膜7を形成する工程と、シリコン窒化膜を除去する工程と、浮遊ゲート電極及び
埋め込み絶縁膜を覆うように電極間絶縁膜8及びコントロールゲート電極9を形成する工
程を有していることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供することができる。
【選択図】 図3
Description
法に関する。
抑制していくために、LSIの微細化、特に素子分離領域の微細化の必要性が益々大きく
なってきている。素子分離領域の形成には、素子分離溝に絶縁膜を埋め込むSTI(Sh
allow Trench Isolation)技術が広く用いられている。しかし、
LSIの微細化に伴い、素子分離溝に隙間無く、絶縁膜を埋め込むことが困難になってお
り、いわゆるボイド(void)及びシーム(seam)が発生するという問題がある。
ボイド及びシームが存在すると、その後の加工においてSTIが陥没し、形状が崩れてし
まうという問題が生じる。
膜の埋め込みを行うことが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的としている
。
成する工程と、前記トンネル絶縁膜上に浮遊ゲート電極を形成する工程と、前記浮遊ゲー
ト電極上に低密度シリコン窒化膜と高密度シリコン窒化膜を含むシリコン窒化膜を形成す
る工程と、前記シリコン窒化膜、前記浮遊ゲート電極、前記トンネル絶縁膜及び前記半導
体基板を加工して素子分離溝を形成し、前記素子分離溝の側面の少なくとも一部に低密度
シリコン窒化膜を露出する工程と、前記素子分離溝の内部表面を覆うように埋め込み絶縁
膜を形成する工程と、前記埋め込み絶縁膜を平坦化する工程と、前記埋め込み絶縁膜をエ
ッチングし、前記埋め込み絶縁膜の上面を下げる工程と、前記シリコン窒化膜を除去する
工程と、前記浮遊ゲート電極及び前記埋め込み絶縁膜を覆うように電極間絶縁膜及びコン
トロールゲート電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
装置の製造方法を提供することができる。
法を図面を参照して説明する。
2となる膜厚8nmのSiON膜を形成する。次に浮遊ゲート電極3となる膜厚80nm
のPをドープした多結晶シリコン膜、及びシリコン窒化膜4となるシリコン窒化膜を形成
する。
1上の高密度シリコン窒化膜42の積層構造である。シリコン窒化膜4は膜厚30nm〜7
0nmであり、低密度シリコン窒化膜41と高密度シリコン窒化膜42の膜厚はほぼ等し
いが、低密度シリコン窒化膜41の膜厚の方が、大きくても良い。
loro Disilane)とNH3の混合雰囲気中で堆積し、高密度シリコン窒化膜
42は780度でDCS(SiCl2H2、Dichlorosilane)とNH3の
混合雰囲気中で堆積する。
ず)をマスクにし、RIE法により、シリコン酸化膜5、シリコン窒化膜4、浮遊ゲート
電極3、トンネル絶縁膜2及び半導体基板1を順に加工する。このようにして図2に示す
ように、素子分離溝6を形成する。このとき、素子分離溝6の側面には、低密度シリコン
窒化膜41と高密度シリコン窒化膜42がどちらも露出している。
埋め込み絶縁膜7となるシリコン酸化膜を形成する。ここでシリコン酸化膜はTEOSと
O3を原料ガスに用い、450度で形成する。埋め込み絶縁膜7はボイドやシームなどの
隙間無く、素子分離溝6を埋め込むことができる。その理由については後で詳しく述べる
。
上面の高さまで平坦化する。このとき、シリコン酸化膜5もエッチングされる。このよう
に、シリコン窒化膜4は、CMPのストッパーとして用いるため、シリコン窒化膜4の上
部は膜密度の高い膜を用いる必要がある。
埋め込み絶縁膜7をエッチングし、埋め込み絶縁膜7の上面を浮遊ゲート電極3の上面と
同じ高さ、もしくは、浮遊ゲート電極3の高さの途中まで下げる。その後、加熱リン酸を
用いてシリコン窒化膜4を除去する。
ントロールゲート電極9となるPをドープした多結晶シリコン膜及びWSiを順次形成す
る。その後は公知の技術を用いて、図6に示すようなフラッシュメモリを形成する。
42の積層構造としている。このような積層構造を用いる効果について、以下に述べる。
密度シリコン窒化膜42のみが含まれていた。この場合、素子分離溝6に埋め込み絶縁膜
7を埋め込む際に埋め込み絶縁膜7の合わせ目にわずかな隙間が生じてしまう。
として用いる場合、表1に示すように埋め込み絶縁膜7の成膜速度が下地の影響をうけ易
いためである。表1において、HCD−SiNはHCDとNH3の混合雰囲気中で堆積し
たシリコン窒化膜、DCS−SiNはDCSとNH3の混合雰囲気中で堆積したシリコン
窒化膜を示している。
ecであり、780度でDCSとNH3の混合雰囲気中で成膜した高密度シリコン窒化膜
42上への埋め込み絶縁膜7の成膜速度は1.22nm/secである。よって、半導体
基板1の上への埋め込み絶縁膜7の成膜速度よりも、高密度シリコン窒化膜42上への埋
め込み絶縁膜7の成膜速度の方が小さい。
め込み絶縁膜7の合わせ目が完全に閉じない。すると、図5のように埋め込み絶縁膜7を
薬液を用いてエッチングするときに、合わせ目から薬液がしみ込み、埋め込み絶縁膜7が
エッチングされる。その結果、埋め込み絶縁膜7中に隙間が生じてしまうという問題が生
じる。
密度シリコン窒化膜42の積層構造となっている場合には、シリコン窒化膜4が低密度シ
リコン窒化膜41を含まない場合よりも、埋め込み絶縁膜7中に隙間が出来にくい。これ
は、低密度シリコン窒化膜41上の埋め込み絶縁膜の成膜速度が、高密度シリコン窒化膜
42上よりも大きく、半導体基板上の成膜速度に近づくためである。
41上への埋め込み絶縁膜の成膜速度が記載されていないが、HCDとNH3の混合雰囲
気中で465度で成膜したシリコン窒化膜上への埋め込み絶縁膜の成膜速度よりも大きい
ことが分かっている。つまり、低密度シリコン窒化膜41上への成膜速度は、1.45n
m/sec以上であり、高密度シリコン窒化膜42上への成膜速度よりも大きい。よって
、素子分離溝6の低密度シリコン窒化膜41の側面が埋まる程度に埋め込み絶縁膜7が厚
く形成され、低密度シリコン窒化膜41の側面の埋め込み絶縁膜7に隙間は生じない。
密度シリコン窒化膜42の側面にまで達する。そのため、低密度シリコン窒化膜41が無
い場合よりも、高密度シリコン窒化膜42の側面の埋め込み絶縁膜7の膜厚は厚くなり、
埋め込み絶縁膜7に隙間が生じない。
窒化膜41が存在するため、隙間は低密度シリコン窒化膜41の膜厚の分だけ、素子分離
溝6の上方に形成され、図8のような構造となる。つまり、高密度シリコン窒化膜42の
側面の埋め込み絶縁膜7に隙間が生じる場合でも、低密度シリコン窒化膜41の側面の埋
め込み絶縁膜7には隙間が生じない。
エッチングを行えば、埋め込み絶縁膜7の合わせ目から薬液がしみ込むことはない。
で堆積し、高密度シリコン窒化膜42は780度でDCSとNH3の混合雰囲気で堆積し
ており、雰囲気中のガスの種類が異なっているが、これに限らない。例えば、低密度シリ
コン窒化膜41を400度でHCDとNH3の混合雰囲気中で堆積し、高密度シリコン窒
化膜42を650度でHCDとNH3の混合雰囲気中で堆積するように、成膜温度が異な
っても良い。このように、低密度シリコン窒化膜41上における埋め込み絶縁膜7の成膜
速度が、素子分離溝6の低密度シリコン窒化膜41側面が埋まる程度に大きければ良い。
シリコン窒化膜の成膜方法として、BTBAS(Bis(Tertiary Butyl
Amino)Silane)とNH3の混合雰囲気での堆積、TCS(Tetrach
lorosilane)とNH3の混合雰囲気での堆積、プラズマCVD法、ALD(A
tomic Layer Deposition)法などで行っても良い。
きのストッパーとなれば良く、上記以外の材料でも構わない。高密度シリコン窒化膜42
の代わりに低密度シリコン窒化膜を用い、シリコン窒化膜4全体が低密度シリコン窒化膜
41で形成されていても構わない。その場合には、シリコン窒化膜4のエッチング量を低
減するため、必要に応じてCMPの条件を調整する。例えば、研磨時の加重を小さくする
、研磨に用いる砥粒濃度を下げる、スラリー中の界面活性剤の濃度を増やす、オーバーポ
リッシュの時間を短くするなどの方法がある。
TMDSO(Tetramethyldisiloxane)、HMDSO(Hexam
ethyldisiloxane)、TMCTS(Tetramethylcyclot
etrasiloxane)などの環状シロキサン、アモルファスカーボンなどでも良い
。
溝6を形成しているが、先に素子分離溝6を形成し、その後、トンネル絶縁膜2及び浮遊
ゲート電極3を形成しても構わない。
窒化膜41が存在する構造となっている点が実施例1と異なっている。
2となる膜厚8nmのSiON膜を形成する。次に浮遊ゲート電極3となる膜厚80nm
のPをドープした多結晶シリコン膜、及びシリコン窒化膜4の一部となる70nmの高密度シ
リコン窒化膜42を形成する。高密度シリコン窒化膜42は、780度でDCSとNH3
の混合雰囲気中で堆積する。
る。その後、レジスト(図示せず)をマスクにし、RIE法により、シリコン酸化膜5、
高密度シリコン窒化膜42を加工する。
の混合雰囲気中で堆積する。低密度シリコン窒化膜41を形成する前に、高密度シリコン
窒化膜42の側壁を、加熱リン酸を用いてエッチングしても良い。さらに、低密度シリコ
ン窒化膜41をRIEによりエッチングし、シリコン酸化膜5の上面を露出する。このよ
うにして、シリコン窒化膜4を高密度シリコン窒化膜42両側の側面に低密度シリコン窒
化膜41が存在している構造とする。
及びシリコン酸化膜5をマスクにして、浮遊ゲート電極3、トンネル絶縁膜2及び半導体
基板1を順に加工する。このようにして、素子分離溝6を形成する。このとき素子分離溝
6の側面には、低密度シリコン窒化膜41が露出している。
ように埋め込み絶縁膜7となるシリコン酸化膜を形成する。
2の上面の高さまで平坦化する。このとき、シリコン酸化膜5及び低密度シリコン窒化膜
41の一部もエッチングされる。
。
は接しておらず、低密度シリコン窒化膜41とのみ接している。このため、素子分離溝6
の低密度シリコン窒化膜41の側面が埋まる程度に、埋め込み絶縁膜7が厚く形成される
。よって埋め込み絶縁膜7の合わせ目に隙間は生じず、ボイドやシームが発生しない。
シリコン窒化膜41であるため、実施例1よりもシリコン窒化膜4の側面に形成される埋
め込み絶縁膜7は厚くなる。よって、実施例1よりも、さらに埋め込み絶縁膜の合わせ目
に隙間は生じ難い。
らず、低密度シリコン窒化膜41上への埋め込み絶縁膜7の成膜速度が十分に大きく、高
密度シリコン窒化膜42がCMP時のストッパーとなれば良い。よって、シリコン窒化膜
4全体が低密度シリコン窒化膜41で形成されており、高密度シリコン窒化膜42が含ま
れていなくても構わない
また、実施例1と同様に、埋め込み絶縁膜7となるシリコン酸化膜の現材料はTEOS
とO3に限らない。
に変形して実施することができる。
2・・・ トンネル絶縁膜
3・・・ 浮遊ゲート電極
4・・・ シリコン窒化膜
41・・・ 低密度シリコン窒化膜
42・・・ 高密度シリコン窒化膜
5・・・ シリコン酸化膜
6・・・ 素子分離溝
7・・・ 埋め込み絶縁膜
8・・・ 電極間絶縁膜
9・・・ コントロールゲート電極
Claims (5)
- 半導体基板上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、
前記トンネル絶縁膜上に浮遊ゲート電極を形成する工程と、
前記浮遊ゲート電極上に低密度シリコン窒化膜と高密度シリコン窒化膜を含むシリコン
窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜、前記浮遊ゲート電極、前記トンネル絶縁膜及び前記半導体基板を
加工して素子分離溝を形成し、前記素子分離溝の側面の少なくとも一部に低密度シリコン
窒化膜を露出する工程と、
前記素子分離溝の内部表面を覆うように埋め込み絶縁膜を形成する工程と、
前記埋め込み絶縁膜を平坦化する工程と、
前記埋め込み絶縁膜をエッチングし、前記埋め込み絶縁膜の上面を下げる工程と、
前記シリコン窒化膜を除去する工程と、
前記浮遊ゲート電極及び前記埋め込み絶縁膜を覆うように電極間絶縁膜及びコントロー
ルゲート電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記低密度シリコン窒化膜と高密度シリコン窒化膜は、成膜雰囲気中のガスの種類が異
なることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記低密度シリコン窒化膜と高密度シリコン窒化膜は、成膜温度が異なることを特徴と
する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記高密度シリコン窒化膜は、前記低密度シリコン窒化膜上に存在することを特徴とす
る請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記低密度シリコン窒化膜は、前記高密度シリコン窒化膜の側壁に存在することを特徴
とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
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