JP2014063895A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】工程数を増やすことなく、またトランジスタ特性の劣化を防ぎつつ、トレンチ素子分離構造の膜減りを解消できるようにした半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板1のトレンチ素子分離領域をエッチングしてトレンチ2を形成する工程と、トレンチ2内に熱酸化膜からなるSTI層3を形成する工程と、STI層3が形成されたシリコン基板1上にポリシリコン膜7を堆積する工程と、ポリシリコン膜7上にON膜10を形成する工程と、ON膜10及びポリシリコン膜7をエッチングして、シリコン基板1のメモリ領域上にポリシリコン膜7からなるフローティングゲート電極13を形成すると共に、ON膜10及びポリシリコン膜7下からSTI層3を露出させる工程と、シリコン基板1上にCVD法で保護酸化膜20を堆積して、STI層3と、フローティングゲート電極13及びON膜10を覆う工程と、を有する。
【選択図】図1
【解決手段】シリコン基板1のトレンチ素子分離領域をエッチングしてトレンチ2を形成する工程と、トレンチ2内に熱酸化膜からなるSTI層3を形成する工程と、STI層3が形成されたシリコン基板1上にポリシリコン膜7を堆積する工程と、ポリシリコン膜7上にON膜10を形成する工程と、ON膜10及びポリシリコン膜7をエッチングして、シリコン基板1のメモリ領域上にポリシリコン膜7からなるフローティングゲート電極13を形成すると共に、ON膜10及びポリシリコン膜7下からSTI層3を露出させる工程と、シリコン基板1上にCVD法で保護酸化膜20を堆積して、STI層3と、フローティングゲート電極13及びON膜10を覆う工程と、を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、工程数を増やすことなく、またトランジスタ特性の劣化を防ぎつつ、トレンチ素子分離構造の膜減りを解消できるようにした半導体装置の製造方法に関する。
従来から、半導体基板の各素子領域を電気的に分離するための素子分離構造として、STI(Shallow Trench Isolation)が知られている。また、STIは、半導体洗浄工程で膜減りすることが知られている。このため、従来から、STIの膜減り対策を取り入れた半導体装置の製造方法が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
しかしながら、特許文献1、2に記載されているような前述の技術では、以下の3つの課題が存在する。
一つ目の課題は、工程数の増加である。前述の技術では、トレンチ充填材を保護する保護膜を基板上に堆積する工程と、この保護膜をエッチバックする工程とが追加となる。これらの追加工程は、STIの膜減りを防止、解消するためだけの専用工程であるため、工程数が増加する。
二つ目の課題は、界面準位の増加である。前述の技術では、エッチバック時のプラズマダメージにより界面準位及びSi基板表面の電荷が増大してしまう。その影響としては、f/1ノイズ増加、ミスマッチ特性劣化が挙げられる。
一つ目の課題は、工程数の増加である。前述の技術では、トレンチ充填材を保護する保護膜を基板上に堆積する工程と、この保護膜をエッチバックする工程とが追加となる。これらの追加工程は、STIの膜減りを防止、解消するためだけの専用工程であるため、工程数が増加する。
二つ目の課題は、界面準位の増加である。前述の技術では、エッチバック時のプラズマダメージにより界面準位及びSi基板表面の電荷が増大してしまう。その影響としては、f/1ノイズ増加、ミスマッチ特性劣化が挙げられる。
三つ目の課題は、トランジスタ特性の劣化である。前述の技術では、エッチバック後に残されるサイドウォール状保護膜の幅(即ち、サイドウォール幅)は150nm程度と推定される。トランジスタの閾値電圧(Vth)調整用のイオン注入工程では、サイドウォール幅が増加すると、正常にイオン注入されない領域が増えるため、駆動電流が減少する可能性がある。
そこで、本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであって、工程数を増やすことなく、またトランジスタ特性の劣化を防ぎつつ、トレンチ素子分離構造の膜減りを解消できるようにした半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであって、工程数を増やすことなく、またトランジスタ特性の劣化を防ぎつつ、トレンチ素子分離構造の膜減りを解消できるようにした半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、トレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法であって、前記基板の前記トレンチ素子分離領域をエッチングして、該トレンチ素子分離領域にトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内に熱酸化膜からなるトレンチ素子分離層を形成する工程と、前記トレンチ素子分離層が形成された前記基板上に第1の半導体層を堆積する工程と、前記第1の半導体層上に、酸化膜に窒化膜を積層した構造のON膜を形成する工程と、前記ON膜及び前記第1の半導体層をエッチングして、前記基板のメモリ領域上に前記第1の半導体層からなるフローティングゲート電極を形成すると共に、前記ON膜及び前記第1の半導体層下から前記トレンチ素子分離層を露出させる工程と、前記基板上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法で保護酸化膜を堆積して、前記トレンチ素子分離層と、前記フローティングゲート電極及び前記ON膜を覆う工程と、を有することを特徴とする。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記保護酸化膜上に第2の半導体層を堆積する工程と、前記第2の半導体層をエッチングして、前記フローティングゲート電極上に前記ON膜及び前記保護酸化膜を介して、前記第2の半導体層からなるコントロールゲート電極を形成する工程と、をさらに有することを特徴としてもよい。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記第2の半導体層をエッチングする工程では、前記基板の第1のトランジスタ領域上に前記保護酸化膜を介して、前記第2の半導体層からなる第1のゲート電極を形成することを特徴としてもよい。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記第2の半導体層をエッチングする工程では、前記基板の第1のトランジスタ領域上に前記保護酸化膜を介して、前記第2の半導体層からなる第1のゲート電極を形成することを特徴としてもよい。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記第2の半導体層を堆積する工程の前に、前記基板の第2のトランジスタ領域に前記保護酸化膜を通して不純物をイオン注入する工程と、前記不純物をイオン注入する工程の後で、前記第2のトランジスタ領域上から前記保護酸化膜を除去する工程と、前記保護酸化膜が除去された前記第2のトランジスタ領域上にゲート酸化膜を形成する工程と、をさらに有し、前記第2の半導体層をエッチングする工程では、前記第2のトランジスタ領域上に前記ゲート酸化膜を介して、前記第2の半導体層からなる第2のゲート電極を形成することを特徴としてもよい。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記ON膜及び前記第1の半導体層をエッチングする工程では、前記基板のキャパシタ領域上に前記第1の半導体層からなる下部電極を形成し、前記第2の半導体層をエッチングする工程では、前記下部電極上に前記ON膜及び前記保護酸化膜を介して、前記第2の半導体層からなる上部電極を形成することを特徴としてもよい。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記保護酸化膜を堆積する工程の前に、前記基板に熱酸化処理を施して前記フローティングゲート電極の側壁に側壁酸化膜を形成する工程、をさらに有することを特徴としてもよい。ここで、フローティングゲート電極の側壁(側面)に形成される酸化膜の膜厚制御性は、CVD法よりも熱酸化の方が高い。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記保護酸化膜を堆積する工程の前に、前記基板に熱酸化処理を施して前記フローティングゲート電極の側壁に側壁酸化膜を形成する工程、をさらに有することを特徴としてもよい。ここで、フローティングゲート電極の側壁(側面)に形成される酸化膜の膜厚制御性は、CVD法よりも熱酸化の方が高い。
本発明の別の態様に係る半導体装置の製造方法は、トレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法であって、前記基板の前記トレンチ素子分離領域をエッチングして、該トレンチ素子分離領域にトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内に熱酸化膜からなるトレンチ素子分離層を形成する工程と、前記トレンチ素子分離層が形成された前記基板上に第1の半導体層を堆積する工程と、前記第1の半導体層上に、酸化膜に窒化膜を積層した構造のON膜を形成する工程と、前記ON膜及び前記第1の半導体層をエッチングして、前記基板のキャパシタ領域上に前記第1の半導体層からなる下部電極を形成すると共に、前記ON膜及び前記第1の半導体層下から前記トレンチ素子分離層を露出させる工程と、CVD法により前記基板上に保護酸化膜を堆積して、前記トレンチ素子分離層と、前記下部電極及び前記ON膜を覆う工程と、を有することを特徴とする。
本発明の一態様によれば、トレンチ素子分離層を露出させた後で、基板上にCVD法で保護酸化膜を堆積する。これにより、トレンチのコーナー部(即ち、トレンチの上側角部)周辺で、トレンチ素子分離層が削られて窪みが生じた場合でも、この窪みを保護酸化膜で埋めることができる。また、保護酸化膜を形成した後は、トレンチ素子分離層の表面を保護酸化膜で覆って保護することができる。これにより、トレンチ素子分離構造の膜減りを解消することができる。
また、メモリ領域及びキャパシタ領域の少なくとも一方では、ON膜と保護酸化膜とによってONO膜が構成され、保護酸化膜はONO膜の一部として用いられる。保護酸化膜の形成工程は、トレンチ素子分離構造の膜減り解消のみを目的とした専用工程ではなく、ONO膜の形成と兼用した工程であるため、工程数の増加を防ぐことができる。さらに、保護酸化膜をエッチバックする必要はないので、エッチバックに起因するトランジスタ特性の劣化を防ぐことができる。
以下、本発明による実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成で同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
<製造方法>
図1(a)〜図3(d)は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。ここでは、シリコン(Si)基板に素子分離膜としてSTI層が形成され、このSTI層によって、メモリ領域、中耐圧MOS領域、中電圧駆動MOS領域、低電圧駆動MOS領域及びキャパシタ領域がそれぞれ電気的に分離された構造の半導体装置を製造する場合について説明する。
<製造方法>
図1(a)〜図3(d)は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。ここでは、シリコン(Si)基板に素子分離膜としてSTI層が形成され、このSTI層によって、メモリ領域、中耐圧MOS領域、中電圧駆動MOS領域、低電圧駆動MOS領域及びキャパシタ領域がそれぞれ電気的に分離された構造の半導体装置を製造する場合について説明する。
図1(a)に示すように、まず始めに、シリコン基板1に素子分離膜として、STI層3を形成する。STI層3の形成方法は、例えば、シリコン基板1のトレンチ素子分離領域を深くエッチングして、トレンチ2を形成する。トレンチ2の深さ(即ち、シリコン基板1表面からトレンチ2の底面までの長さ)は、例えば3500Åである。次に、トレンチ2を形成したシリコン基板1に熱酸化処理を施して、トレンチ2の底面及び側面(側壁)を含むシリコン基板1の表面に熱酸化膜(SiO2)を形成する。更に、CVD法を用いて、O3TEOSを埋め込む。そして、CMP技術を用いて、熱酸化膜を平坦化する。これにより、トレンチ2内に、熱酸化膜からなるSTI層3を形成する。なお、熱酸化膜をSTI−CMP技術にて、平坦化することにより、シリコン基板1のトレンチ2以外の領域では熱酸化膜が除去される。
次に、図1(b)に示すように、シリコン基板1上に熱酸化膜(SiO2)5と、ポリシリコン膜7と、シリコン酸化膜(SiO2)9と、シリコン窒化膜(Si3N4)11とを順次形成する。熱酸化膜5は、シリコン基板1に熱酸化処理を施すことによって、例えば75Åの厚さに形成する。また、ポリシリコン膜7は、例えばCVD法で2500Åの厚さに形成する。なお、ポリシリコン膜7はフローティングゲート電極又は下部電極として使用するため、導電性を持たせる必要がある。このため、ポリシリコン膜7に例えばリン又はボロン等の不純物を高濃度に導入する。不純物の導入は、成膜後のポリシリコン膜7に不純物をイオン注入することにより行ってもよいし、成膜中に(即ち、in−situで)行ってもよい。また、シリコン酸化膜9は熱酸化技術、シリコン窒化膜11は、例えばCVD法で形成する。以下、シリコン酸化膜9及びシリコン窒化膜11を合わせてON(SiO2-Nitride)膜10という。ON膜10の厚さ(即ち、シリコン酸化膜9及びシリコン窒化膜11を合わせた厚さ)は、例えば170Åである。
次に、図1(c)に示すように、ON膜10及びポリシリコン膜7を予め設定した形状にドライエッチングして(即ち、パターニングして)、メモリ領域にフローティングゲート電極13を形成すると共に、キャパシタ領域に下部電極15を形成する。なお、エッチ残膜(即ち、ON膜10及びポリシリコン膜7をエッチングすることによりその下から露出した熱酸化膜5)の厚さは、例えば20Å程度である。
次に、図2(a)に示すように、フローティングゲート電極13及び下部電極15が形成されたシリコン基板1に熱酸化処理を施して、フローティングゲート電極13の側面及び下部電極15の側面にそれぞれIPO(Inter Poly Silicon Oxide)膜17を形成する。そして、CVD法を用いて、シリコン基板1上に保護酸化膜20を形成する。この保護酸化膜20は例えば、CVD法で形成されたシリコン酸化膜であり、その厚さは例えば170Åである。
この保護酸化膜20によって、STI層3の窪みを解消することができる。即ち、保護酸化膜20を形成する前までに行った、各種の半導体洗浄工程やエッチング工程では、STI層3の表面が洗浄液やエッチャントに晒されて削られる。そして、その削れが大きい場合は、図4(a)に示すように、トレンチ2のコーナー部(即ち、トレンチ2の上側角部)周辺2aに窪みが生じる場合がある。このような場合でも、この窪みを保護酸化膜20で埋める(即ち、窪みを解消する)ことができる。特に、保護酸化膜20をCVD法で形成する場合、窪みに面するトレンチ内壁にも保護酸化膜20を容易に堆積することができるので、窪みを隙間なく埋めることができる。よって、この後の半導体形成フローの洗浄膜減り分を補填することができる。
また、保護酸化膜20は、CVD法で形成される酸化膜の中でも、HLD(High Temperature Low pressure Deposition)膜であることが好ましい。HLD膜はカバレジが良く、100Å程度均一に堆積させるには適した膜である。そのカバレジの良さから、コーナー部周辺2aの窪みにも均一に堆積できる。そのため、コーナー部周辺2aの窪みを解消できる。さらに、保護酸化膜20下から熱酸化膜が露出したりすることをより十分に防ぐことができる。つまり、保護酸化膜20にHLD膜を用いることにより、保護酸化膜20により、STI層3の膜減り(リセス)を抑制することができる。
また、この保護酸化膜20は酸化膜であるため、図2(a)に示すように、メモリ領域とキャパシタ領域では、保護酸化膜20とON膜10とによってONO膜30が構成される。
また、この保護酸化膜20は酸化膜であるため、図2(a)に示すように、メモリ領域とキャパシタ領域では、保護酸化膜20とON膜10とによってONO膜30が構成される。
次に、図2(b)に示すように、中電圧駆動MOS領域及び低電圧駆動MOS領域の上方を開口し、それ以外の素子領域を覆うレジストパターン31をシリコン基板1の上方に形成する。そして、保護酸化膜20を残したまま、レジストパターン31をマスクに用いて、シリコン基板1に不純物をイオン注入する。このイオン注入工程は、中電圧駆動MOS領域及び低電圧駆動MOS領域(即ち、周辺回路領域)に形成される、中電圧駆動MOSトランジスタ及び低電圧駆動MOSトランジスタ(即ち、周辺回路トランジスタ)の閾値電圧(Vth)を調整するためのイオン注入工程である。
本実施形態では、このイオン注入に際し、従来技術で用いられてきたような熱酸化膜によるスルー膜は作成しない。本実施形態では、中電圧駆動MOS領域及び低電圧駆動MOS領域に形成された保護酸化膜20をそのまま、スルー膜として用いる。つまり、スルー膜を専用工程で形成するのではなく、既に形成された保護酸化膜20をそのままスルー膜として活用する。イオン注入を実施した後、活性化アニールを実施する。
次に、例えばレジストパターン31をマスクに、中電圧駆動MOS領域及び低電圧駆動MOS領域に残されている保護酸化膜20及び熱酸化膜5をウェットエッチングして除去し、両領域でシリコン基板1の表面を露出させる。このウェットエッチング工程では、レジストパターン31下から露出しているSTI層3上の保護酸化膜20もエッチャントに晒されてエッチングされる。しかしながら、図4(a)に示したように、保護酸化膜20はSTI層3とその周辺部を連続して覆っており、トレンチ2のコーナー部周辺2aはエッチングの開始位置とはならない。
このため、図4(b)に示すように、保護酸化膜20のうちのコーナー部周辺2aに埋められた部分を容易に残すことができる。また、これ以降の半導体洗浄工程及びエッチング工程でも、残された保護酸化膜20によってコーナー部周辺2aを保護することができる。なお、図2(c)に示すように、レジストパターン31で覆われている保護酸化膜20は、エッチャントに晒されないので、エッチングされずにそのまま残る。
次に、レジストパターン31を除去する。そして、図3(a)に示すように、シリコン基板1に熱酸化処理を施して、中電圧駆動MOS領域及び低電圧駆動MOS領域にそれぞれゲート酸化膜33を形成する。例えば、ウェット酸化にてゲート酸化膜33を120Åの厚さに形成する。
次に、レジストパターン31を除去する。そして、図3(a)に示すように、シリコン基板1に熱酸化処理を施して、中電圧駆動MOS領域及び低電圧駆動MOS領域にそれぞれゲート酸化膜33を形成する。例えば、ウェット酸化にてゲート酸化膜33を120Åの厚さに形成する。
次に、図3(b)に示すように、低電圧駆動MOS領域の上方を開口し、それ以外の素子領域を覆うレジストパターン35をシリコン基板1の上方に形成する。そして、このレジストパターン35をマスクに用いて、低電圧駆動MOS領域のゲート酸化膜33をエッチングして除去し、該領域のシリコン基板1の表面を露出させる。レジストパターン35を除去した後、シリコン基板1に再び熱酸化処理を施して、低電圧駆動MOS領域にゲート酸化膜41を形成する。例えば、ウェット酸化にてゲート酸化膜41を20Åの厚さに形成する。次に、通常、上記ゲート酸化膜41上に、NO窒化膜を形成する。これは、チャネル拡散層がSi基板外に外方拡散を防ぐためである。しかし、このNO窒化膜は工程削減及びSi界面準位の増加防止を目的に、工程削除することも可能である。
次に、図3(c)に示すように、例えばCVD法にて、シリコン基板1の上方にポリシリコン膜45を堆積する。このポリシリコン膜45の堆積厚は例えば2500Åである。次に、このポリシリコン膜45をパターニングする。これにより、図3(d)に示すように、メモリ領域にコントロールゲート電極51を、中耐圧MOS領域にゲート電極53を、中電圧駆動MOS領域にゲート電極55を、低電圧駆動MOS領域にゲート電極57を、キャパシタ領域に上部電極59をそれぞれ同時に形成する。
メモリ領域では、コントロールゲート電極51をONO膜30を介してフローティングゲート電極13を覆うように形成する。また、中耐圧MOS領域では、ゲート電極53を熱酸化膜5及び保護酸化膜20上に形成する。これにより、熱酸化膜5及び保護酸化膜20は、中耐圧MOS領域のゲート絶縁膜として機能する。さらに、中電圧駆動MOS領域ではゲート電極55をゲート酸化膜33上に形成し、低電圧駆動MOS領域ではゲート電極57をゲート酸化膜41上に形成する。また、キャパシタ領域では、上部電極59をONO膜30を介して下部電極15を覆うように形成する。
以後は、一般的の半導体製造装置の製造方法に従い、LDD(Lightly Doped Drain)やDDD(Double Diffused Drain)形成のためのインプラ注入、ソース、ドレインを形成するためのイオン注入を施す。そして、シリコン基板1の上方全面に層間絶縁膜を堆積する。層間絶縁膜は例えばCVD法により形成されるシリコン酸化膜である。ホトリソグラフィ、エッチングにより層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する。最終的には、シリコン基板1の上方全面にメタル膜を堆積し、ホトリソグラフィとエッチングによりメタル膜にパターンニングを施して、メタル配線を形成する。このメタル配線は、メモリ、トランジスタ、キャパシタとコンタクトホールを通して導通させる。
なお、メモリ領域に形成された、フローティングゲート電極13、ONO膜30及びコントロールゲート電極51を有するメモリは、例えばEPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)又はEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等の不揮発性メモリである。
その後、必要に応じて水素処理を施し、パッシベーション膜を形成する。水素処理はパッシベーション膜を形成した後に行ってもよい。以上の工程を経て、半導体装置が完成する。
その後、必要に応じて水素処理を施し、パッシベーション膜を形成する。水素処理はパッシベーション膜を形成した後に行ってもよい。以上の工程を経て、半導体装置が完成する。
この実施形態では、シリコン基板1が本発明の「基板」に対応し、STI層3が本発明の「トレンチ素子分離層」に対応している。また、ポリシリコン膜7が本発明の「第1の半導体層」に対応し、IPO膜17が本発明の「側壁酸化膜」に対応し、ポリシリコン膜45が本発明の「第2の半導体層」に対応している。さらに、中耐圧MOS領域が本発明の「第1のトランジスタ領域」に対応し、中電圧駆動MOS領域及び低電圧駆動MOS領域(即ち、周辺回路領域)が本発明の第2のトランジスタ領域に対応している。また、ゲート電極53が本発明の「第1のゲート電極」に対応し、ゲート電極55、57が本発明の「第2のゲート電極」に対応している。さらに、ゲート酸化膜33、41が本発明の「ゲート酸化膜」に対応している。本実施形態では、STI層3と保護酸化膜20とによって、トレンチ素子分離構造を構成している。
<実施形態の効果>
本発明の実施形態は、以下の効果を奏する。
(1)STI層3を露出させた後で、シリコン基板1上にCVD法で保護酸化膜20を堆積する。これにより、例えば半導体洗浄工程で、コーナー部周辺2aのSTI層3が削られて窪みが生じた場合でも、この窪みを保護酸化膜20で埋めることができる。また、保護酸化膜20を形成した後は、STI層3の表面やコーナー部周辺2aのトレンチ内壁を保護酸化膜20で覆って保護することができる。これにより、トレンチ素子分離構造の膜減りを解消することができ、コーナー部周辺2aに電界が集中することを防ぐことができる。このため、例えば、トランジスタのゲート幅を狭くしていくと閾値電圧Vthが次第に減少する逆狭チャネル効果や、トランジスタの電流−電圧特性が不規則に変化するキンク波形など、トランジスタ特性の異常を防ぐことができる。
本発明の実施形態は、以下の効果を奏する。
(1)STI層3を露出させた後で、シリコン基板1上にCVD法で保護酸化膜20を堆積する。これにより、例えば半導体洗浄工程で、コーナー部周辺2aのSTI層3が削られて窪みが生じた場合でも、この窪みを保護酸化膜20で埋めることができる。また、保護酸化膜20を形成した後は、STI層3の表面やコーナー部周辺2aのトレンチ内壁を保護酸化膜20で覆って保護することができる。これにより、トレンチ素子分離構造の膜減りを解消することができ、コーナー部周辺2aに電界が集中することを防ぐことができる。このため、例えば、トランジスタのゲート幅を狭くしていくと閾値電圧Vthが次第に減少する逆狭チャネル効果や、トランジスタの電流−電圧特性が不規則に変化するキンク波形など、トランジスタ特性の異常を防ぐことができる。
(2)また、メモリ領域及びキャパシタ領域では、ON膜10と保護酸化膜20とによってONO膜30が構成され、保護酸化膜20はONO膜30のTOP膜として用いられる。このように、保護酸化膜20の形成工程は、トレンチ素子分離構造の膜減り解消のみを目的とした専用工程ではなく、ONO膜30の形成と兼用した工程である。このため、工程数の増加を防ぐことができる。
(3)また、中耐圧MOS領域では、保護酸化膜20をゲート絶縁膜の一部として用いる。中電圧駆動MOS領域及び低電圧駆動MOS領域では、保護酸化膜20をイオン注入時のスルー膜として用いる。このように、保護酸化膜20の形成工程は、トレンチ素子分離構造の膜減り解消のみを目的とした専用工程ではなく、ONO膜30の形成と、ゲート絶縁膜の形成と、スルー膜の形成とを兼用した工程である。このため、ゲート絶縁膜、スルー膜を別々に形成する場合と比べて、工程数を低減することができる。
(4)また、保護酸化膜20をエッチバックする必要はないため、エッチバックによるプラズマダメージはない。これにより、プラズマダメージに起因する界面準位の増大や、シリコン基板1表面の電荷増大を防ぐことができるので、例えば、f/1ノイズ増加、ミスマッチ特性劣化を防ぐことができる。
(5)また、保護酸化膜20をエッチバックする必要はないため、保護酸化膜20がサイドウォール状に残されることもない。このため、保護酸化膜20がイオン注入の妨げとなることを防ぐことができる。例えば、図2(b)のイオン注入工程で、保護酸化膜20はイオン注入の妨げとはならない。中電圧駆動MOS領域及び低電圧駆動MOS領域にVth調整用の不純物をそれぞれ正常にイオン注入することができるので、駆動電流の意図しない減少を防止することができる。
(6)また、メモリ領域に形成される不揮発性メモリや、キャパシタ領域に形成されるキャパシタには、電極間の絶縁膜としてONO膜30を用いている。ONO膜30は、窒化膜や、窒化膜と酸化膜との界面に電子や正孔を捕獲して、これらを長時間保持することができる。従って、電荷保持特性に優れた不揮発性メモリや、キャパシタを提供することができる。
(7)また、フローティングゲート電極13や下部電極15の各側壁には、側壁酸化膜として、IPO膜17を形成する。側壁酸化膜をCVD法のみで形成する場合と比較して、側壁酸化膜の膜厚制御性を向上させることができるため、例えば、側壁酸化膜の膜厚均一性を高めることができる。
<その他>
本発明は、以上に記載した実施形態に限定されうるものではない。当業者の知識に基づいて実施形態に設計の変更等を加えることが可能であり、そのような変形が加えられた態様も本発明の範囲に含まれる。
本発明は、以上に記載した実施形態に限定されうるものではない。当業者の知識に基づいて実施形態に設計の変更等を加えることが可能であり、そのような変形が加えられた態様も本発明の範囲に含まれる。
1 シリコン基板
2 トレンチ
2a コーナー部周辺
3 STI層
5 熱酸化膜
7、45 ポリシリコン膜
9 シリコン酸化膜
10 ON膜
11 シリコン窒化膜
13 フローティングゲート電極
15 下部電極
17 IPO膜
20 保護酸化膜
30 ONO膜
31、35 レジストパターン
33、41 ゲート酸化膜
51 コントロールゲート電極
53、55、57 ゲート電極
59 上部電極
2 トレンチ
2a コーナー部周辺
3 STI層
5 熱酸化膜
7、45 ポリシリコン膜
9 シリコン酸化膜
10 ON膜
11 シリコン窒化膜
13 フローティングゲート電極
15 下部電極
17 IPO膜
20 保護酸化膜
30 ONO膜
31、35 レジストパターン
33、41 ゲート酸化膜
51 コントロールゲート電極
53、55、57 ゲート電極
59 上部電極
Claims (7)
- トレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法であって、
前記基板の前記トレンチ素子分離領域をエッチングして、該トレンチ素子分離領域にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内に熱酸化膜からなるトレンチ素子分離層を形成する工程と、
前記トレンチ素子分離層が形成された前記基板上に第1の半導体層を堆積する工程と、
前記第1の半導体層上に、酸化膜に窒化膜を積層した構造のON膜を形成する工程と、
前記ON膜及び前記第1の半導体層をエッチングして、前記基板のメモリ領域上に前記第1の半導体層からなるフローティングゲート電極を形成すると共に、前記ON膜及び前記第1の半導体層下から前記トレンチ素子分離層を露出させる工程と、
前記基板上にCVD法で保護酸化膜を堆積して、前記トレンチ素子分離層と、前記フローティングゲート電極及び前記ON膜を覆う工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記保護酸化膜上に第2の半導体層を堆積する工程と、
前記第2の半導体層をエッチングして、前記フローティングゲート電極上に前記ON膜及び前記保護酸化膜を介して、前記第2の半導体層からなるコントロールゲート電極を形成する工程と、をさらに有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。 - 前記第2の半導体層をエッチングする工程では、
前記基板の第1のトランジスタ領域上に前記保護酸化膜を介して、前記第2の半導体層からなる第1のゲート電極を形成することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の半導体層を堆積する工程の前に、
前記基板の第2のトランジスタ領域に前記保護酸化膜を通して不純物をイオン注入する工程と、
前記不純物をイオン注入する工程の後で、前記第2のトランジスタ領域上から前記保護酸化膜を除去する工程と、
前記保護酸化膜が除去された前記第2のトランジスタ領域上にゲート酸化膜を形成する工程と、をさらに有し、
前記第2の半導体層をエッチングする工程では、
前記第2のトランジスタ領域上に前記ゲート酸化膜を介して、前記第2の半導体層からなる第2のゲート電極を形成することを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記ON膜及び前記第1の半導体層をエッチングする工程では、
前記基板のキャパシタ領域上に前記第1の半導体層からなる下部電極を形成し、
前記第2の半導体層をエッチングする工程では、
前記下部電極上に前記ON膜及び前記保護酸化膜を介して、前記第2の半導体層からなる上部電極を形成することを特徴とする請求項2から請求項4の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記保護酸化膜を堆積する工程の前に、前記基板に熱酸化処理を施して前記フローティングゲート電極の側壁に側壁酸化膜を形成する工程、をさらに有することを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- トレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法であって、
前記基板の前記トレンチ素子分離領域をエッチングして、該トレンチ素子分離領域にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内に熱酸化膜からなるトレンチ素子分離層を形成する工程と、
前記トレンチ素子分離層が形成された前記基板上に第1の半導体層を堆積する工程と、
前記第1の半導体層上に、酸化膜に窒化膜を積層した構造のON膜を形成する工程と、
前記ON膜及び前記第1の半導体層をエッチングして、前記基板のキャパシタ領域上に前記第1の半導体層からなる下部電極を形成すると共に、前記ON膜及び前記第1の半導体層下から前記トレンチ素子分離層を露出させる工程と、
CVD法により前記基板上に保護酸化膜を堆積して、前記トレンチ素子分離層と、前記下部電極及び前記ON膜を覆う工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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- 2012-09-21 JP JP2012208424A patent/JP2014063895A/ja active Pending
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