JP4790237B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に凹部内にシリコン膜を埋め込む工程を含む半導体装置の製造方法。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of embedding a silicon film in a recess.
一般に、従来から溝部や段差部等の凹部にシリコン膜などの導電膜を埋め込んだ構造を有する半導体装置は、知られている。 In general, a semiconductor device having a structure in which a conductive film such as a silicon film is embedded in a recess such as a groove or a step is conventionally known.
このような、従来の半導体装置の製造方法においては、凹部にシリコン膜等の導電膜を埋め込む際に、埋め込まれたシリコン膜の中央部に高さ方向に延びるシーム部が発生する。 In such a conventional method for manufacturing a semiconductor device, when a conductive film such as a silicon film is embedded in the recess, a seam portion extending in the height direction is generated at the center of the embedded silicon film.
従来、このようなシリコン膜にシーム部が発生することを解決する方法としては、例えば、コンタクトホール内にシリコン膜を形成する際に、シリコン膜の上面をコンタクトホールより上方に位置させる方法が知られている。 Conventionally, as a method for solving the generation of a seam portion in such a silicon film, for example, a method of positioning the upper surface of the silicon film above the contact hole when forming the silicon film in the contact hole is known. It has been.
この方法によれば、シリコン膜内に形成されたシーム部がシリコン膜の表面に露出することがなく、後の工程でシーム部による影響を受けることなく、良好に半導体装置を製造することができる(下記特許文献1参照)。
According to this method, the seam portion formed in the silicon film is not exposed on the surface of the silicon film, and the semiconductor device can be satisfactorily manufactured without being affected by the seam portion in a subsequent process. (See
また、コンタクトホール内にて、シリコン膜に形成されたシーム部が露出することを防止する方法としては、コンタクトホール内に埋め込まれたシリコン膜の不純物濃度の分布を均一なものとして、エッチバック量の不均一性を抑制する方法が知られている。 In addition, as a method for preventing the seam portion formed in the silicon film from being exposed in the contact hole, the etch back amount is set so that the impurity concentration distribution of the silicon film embedded in the contact hole is uniform. There is known a method for suppressing the non-uniformity of the image.
この方法によれば、シリコン膜のエッチバックの不均一性の原因となっているシリコン膜の不純物濃度分布を均一なものとしたため、形成されたシーム部が露出しない程度にエッチバック量を調整することができる(特許文献2参照)。
ところで、上記従来の半導体装置の製造方法においては、シリコン膜内に形成されたシーム部自体を消滅させることができないため、シリコン膜のエッチバック量によっては、シリコン膜内に形成されたシーム部が露出する場合がある。 By the way, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device, since the seam portion itself formed in the silicon film cannot be eliminated, depending on the etch back amount of the silicon film, the seam portion formed in the silicon film may be May be exposed.
このように、シーム部が露出した状態において、シリコン膜上に絶縁膜等を堆積させる場合には、露出したシーム部内に絶縁膜が入り込み、その後、シリコン膜をエッチバックする際に、シーム部内に入り込んだ絶縁膜が残渣として残るという問題があった。 Thus, when an insulating film or the like is deposited on the silicon film in a state where the seam portion is exposed, the insulating film enters the exposed seam portion, and then the silicon film is etched back into the seam portion. There has been a problem that the insulating film that has entered remains as a residue.
さらに、シリコン膜をエッチングする際に、シーム部が表面に露出すると、このシーム部の周囲の部分が、まず、削られてしまうため、エッチングを良好に行うことが困難なものとなるという問題もあった。 Furthermore, when the silicon film is etched, if the seam portion is exposed on the surface, the portion around the seam portion is first scraped, which makes it difficult to perform etching well. there were.
その上、シーム部が露出した状態で、シリコン膜に酸化処理を施した場合には、シーム部を伝ってシリコン膜内も酸化されるという問題もあった。 In addition, when the silicon film is oxidized with the seam portion exposed, the silicon film is also oxidized through the seam portion.
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、シリコン内に形成されたシーム部を消滅させることにより、シリコン膜をエッチバックした後に残渣が残る等の様々な問題を解決することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to eliminate a seam portion formed in silicon so that a residue remains after the silicon film is etched back. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can solve various problems.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の主表面に形成された凹部又は半導体基板の主表面上に形成された絶縁膜にシリコン膜を堆積する工程と、1%以上の酸素を含む雰囲気中で1000℃以上にて熱処理を施すことにより、シリコン膜に形成されたシーム部を消滅させる工程とを備える。上記シーム部を消滅させる工程の後のシリコン膜が、導電膜であることを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the steps of depositing a silicon film on an insulating film formed on the main surface of the recess or the semiconductor substrate formed on the main table surface of the semiconductor substrate, at least 1% oxygen And a step of eliminating the seam portion formed in the silicon film by performing a heat treatment at 1000 ° C. or higher in an atmosphere including the same . The silicon film after the step of eliminating the seam portion is a conductive film.
本発明によれば、シリコン内に形成されたシーム部を熱処理により消滅させることができる。シーム部が外部に露出することを防止することができる。その結果、シリコン膜をエッチバックした後に残渣が残ることを防止することができ、また、エッチングを良好に行うことができると共に、シリコン膜を酸化した際にシリコン膜内も酸化されることを防止することができる。 According to the present invention, the seam portion formed in silicon can be eliminated by heat treatment. It is possible to prevent the seam portion from being exposed to the outside. As a result, it is possible to prevent residues from remaining after etching back the silicon film, and to perform etching well and to prevent the silicon film from being oxidized when the silicon film is oxidized. can do.
図1を用いて、本発明の実施の形態1について説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を適用可能なAG−AND型のフラッシュメモリ不揮発性半導体記憶装置20の断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of an AG-AND type flash memory nonvolatile
図1に示されるように、AG−AND型のフラッシュメモリ20は、例えば、半導体基板10と、半導体基板10の主表面上に形成された絶縁膜(第1絶縁膜)11と、絶縁膜11上に形成され、半導体基板10の一方向に向けて延在する複数の第1電極12a〜12dと、絶縁膜11上に形成され、第1電極(第1導電膜)12a〜12d間に形成された浮遊ゲート電極13a〜13cと、浮遊ゲート電極13a〜13cおよび第1電極12a〜12dの上方に配置されたワード線(第2導電膜)14とを有する。
As shown in FIG. 1, the AG-AND
半導体基板10は、例えば、P型シリコン(Si)単結晶からなる基板15aと、基板15aの上面側に形成され、例えば(P)が導入されたn型の埋込領域15bと、n型の埋込領域の上面側に形成され、例えば、ホウ素(B)が導入されて形成されたウエル15cとを有する。
The
第1電極12a〜12dは、アシストゲート電極として機能し、該第1電極12a〜12dの上面側には、キャップ膜16が形成され、第1電極12a〜12dの側面には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜17が形成されている。絶縁膜17とキャップ膜16との側面には、例えば、酸化シリコンからなる絶縁膜46が形成されている。
The
浮遊ゲート電極13a〜13cは、第1電極12a〜12dより上方に突出するように形成されている。この浮遊ゲート電極13a〜13cの表面には、絶縁膜(第3絶縁膜)18が形成されている。この絶縁膜18は、下層から順次酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸化シリコンを順次積層することにより形成され、いわゆるONO膜(積層膜)で形成されている。絶縁膜18の厚さは、二酸化シリコン換算膜厚で、例えば16nm程度に形成されている。
The
ワード線14は、第1電極12a〜12dと交差する方向に延在するように形成されており、絶縁膜18の上面側に形成された導体膜14aと、導体膜14aの上面側に形成された高融点金属シリサイド膜14bとの積層膜により構成されている。導体膜14aは、例えば、低抵抗な多結晶シリコンから構成されており、高融点金属シリサイド膜14bは、例えば、タングステンシリサイド(WSix)から構成されている。このように構成されたワード線14の上面上には、例えば、酸化シリコンからなる絶縁体膜19が形成されている。
The
次に、このように構成されたAG−AND型のフラッシュメモリ20の書込み、読出しおよび消去の動作について説明する。
Next, writing, reading and erasing operations of the AG-AND
図2に示されるように、データ書込み動作時においては、選択されたメモリセルに接続されているワード線14に例えば、15V程度印加され、他のワード線には、例えば0Vを印加する。
As shown in FIG. 2, in the data write operation, for example, about 15 V is applied to the
また、選択されたメモリセルのソース形成用の第1電極12bに1V程度を印加し、選択メモリセルのドレイン形成用の第1電極12cに7V程度を印加する。
Further, about 1V is applied to the
これにより、第1電極12bの下側の半導体基板10の主表面には、ソース形成用のn型反転層20aが形成され、第1電極12cの下側の半導体基板10の主表面には、ドレイン形成用のn型反転層20bが形成される。
Thereby, an n-
このとき、他の第1電極12a、12dには、0Vを印加することにより、これら、第1電極12a、12dの下側には、反転層が形成されないようにして、選択メモリセルおよび非選択メモリセル間のアイソレーションを行う。
At this time, by applying 0 V to the other
この状態で、形成された反転層20bに接続された共通ドレイン配線に4V程度印加する一方で、形成された反転層20aに接続されたグローバルビット線に0Vを印加する。
In this state, about 4V is applied to the common drain wiring connected to the formed inversion layer 20b, while 0V is applied to the global bit line connected to the formed
このため、形成された反転層20aから反転層20bに向かい書き込みの電流I1が流れる。このときにソース側のn型の反転層20aに蓄積した電荷を、ある一定のチャンネル電流として流し、絶縁膜11を介して、浮遊ゲート電極に効率的に電荷を注入する(定電圧注入方式)ことにより、選択されたメモリセルにデータを高速に書き込むことができる。
Therefore, a write current I1 flows from the
図3に示すように、データ読み出しでは、読み出しの電流I2の方向が上記書込動作と逆である。すなわち、読み出しの電流I2はグローバルビット線から共通ドレイン線に流れることとなる。このデータの読出し動作では、選択されたメモリセルが接続されるワード線14に例えば、2〜5V程度印加する。また、選択されたメモリセルのソースおよびドレイン形成用の第1電極12bと第1電極12cに例えば、5V程度を印加することにより、第1電極12bに対向する半導体基板10の主表面部分に、ソース形成用の反転層20cを形成し、第1電極12cに対向する半導体基板10の主表面には、ドレイン形成用の反転層20dを形成する。このとき、他の第1電極12a,12dには、例えば、0Vを印加することで、これら第1電極12a、12dに対向する半導体基板10の主表面部分には、反転層が形成されないようにしてアイソレーションを行う。
As shown in FIG. 3, in the data read, the direction of the read current I2 is opposite to the write operation. That is, the read current I2 flows from the global bit line to the common drain line. In this data read operation, for example, about 2 to 5 V is applied to the
ここで、選択メモリセルのソース用のn型反転層20cが接続されるグローバルビット線に、例えば、0V程度を印加する。この状態で、共通ドレイン配線に印加された1V程度の電圧を上記n型の反転層20dを通じて選択メモリセルのドレインに供給する。このようにして、選択されたメモリセルの読出しを行う。
Here, for example, about 0 V is applied to the global bit line to which the n-
すなわち、浮遊ゲート電極13a〜13cの蓄積電荷の状態で、各メモリセルのしきい値電圧が変わるので、選択されたメモリセルのソースおよびドレイン間に流れる電流の状況で、選択されたメモリセルのデータを判断できる。
That is, since the threshold voltage of each memory cell changes depending on the state of the accumulated charge in the
次に、図4を用いてデータの消去動作について説明する。データの消去動作は、選択対象のワード線14に負電圧を印加することにより、浮遊ゲート電極13a〜13cから半導体基板10へのF−N(Fowlor Nordheim)トンネル放出により行う。
Next, the data erasing operation will be described with reference to FIG. The data erasing operation is performed by FN (Fowlor Nordheim) tunnel emission from the floating
図4に示されるように、選択対象のワード線に例えば、−16V程度を印加する一方、半導体基板10に正の電圧を印加する。それにより、F−Nトンネル現象と利用して浮遊ゲート電極13a〜13c内に蓄積されたデータ用の電荷を絶縁体膜11を介して半導体基板10に放出して、複数のメモリセルのデータを一括消去する。
As shown in FIG. 4, for example, about −16 V is applied to the word line to be selected, while a positive voltage is applied to the
次に、上記のように構成されたAG−AND型のフラッシュメモリ20の製造方法について、説明する。
Next, a method for manufacturing the AG-AND
図5に示されるように、まず、半導体基板10の主表面上に、例えば酸化シリコン等からなる絶縁膜(第1絶縁膜)11を、例えば二酸化シリコン換算膜厚で9nm程度の厚さとなるように、例えばISSG(In-Situ Steam Generation)酸化法のような熱酸化法により形成する。
As shown in FIG. 5, first, an insulating film (first insulating film) 11 made of, for example, silicon oxide or the like is formed on the main surface of the
その上に、例えば低抵抗な多結晶シリコンからなる導体膜(第1導体膜)40を、例えば50nm程度の厚さとなるようにCVD(Chemical Vapor Deposition)法等により堆積する。さらにその上に、例えば窒化シリコンからなるキャップ膜16を、例えば70nm程度の厚さとなるようにCVD法等により堆積する。続いて、キャップ膜16上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜41を、例えば、250nm程度の厚さとなるようにTEOS(Tetraethoxysilane)ガスを用いたCVD法等により堆積する。この状態で、窒素(N2)雰囲気中にて、850℃で10分間アニールを施す。
A conductor film (first conductor film) 40 made of, for example, low-resistance polycrystalline silicon is deposited thereon by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like so as to have a thickness of about 50 nm, for example. Further thereon, a
そして、絶縁膜41の上に、例えば低抵抗な多結晶シリコンからなるハードマスク膜42を、例えば、150nm程度の厚さとなるように、CVD法等により堆積する。さらに、その上に、例えば酸窒化シリコン(SiON)からなる反射防止膜43をプラズマCVD法等により,例えば、80nm程度の厚さとなるように堆積する。
Then, a
図6において、反射防止膜43上に、第1電極形成用のレジストパターンを形成する。このレジストパターンの形成時の露光処理では、フォトマスクとしてレベンソン型の位相シフトマスクを使用する。すなわち、互いに隣接する透過領域を透過した光の位相が180度反転するような構成を有する位相シフトマスクを用いる。
In FIG. 6, a resist pattern for forming the first electrode is formed on the
上記レジストパターンをエッチングマスクとして、そこから露出する反射防止膜43およびハードマスク膜42をエッチングする。これにより、反射防止膜43とハードマスク膜42との幅方向の長さを75nmとして、隣接する反射防止膜43とハードマスク膜42との積層体間の間隔が、105nmとなるように形成する。該エッチング処理により第1電極12a〜12dを形成するための反射防止膜43およびハードマスク膜42のパターンが形成されている。
Using the resist pattern as an etching mask, the
続いて、図7に示されるように、反射防止膜43およびハードマスク膜42をエッチングマスクとして、そこから露出する絶縁膜41、キャップ膜16をエッチングする。該エッチング処理では、絶縁膜41およびキャップ膜16がエッチングされる時に反射防止膜43がエッチングされる。
Subsequently, as shown in FIG. 7, using the
そして、図8に示されるように、ハードマスク42をエッチングマスクとして、導体膜40をエッチングして、導体膜40がエッチングされる時にハードマスク膜42がエッチングされる。したがって、上記エッチング処理後は反射防止膜43やハードマスク膜42が残されていない。
8, the
上記導体膜40のエッチング処理により第1電極12a〜12dがパターニングされている。この時の第1電極12a〜12dの幅方向寸法は、例えば75nm程度、第1電極12a〜12d同士の間隔は、例えば、105nm程度に形成されている。
The
図9に示されるように、半導体基板10(ウエハ)の主表面部の第1電極12a〜12dの無い領域に、例えばホウ素等のような不純物を通常のイオン注入法等により導入する。この不純物導入処理は、第1電極12a〜12d下の半導体基板10でのしきい値電圧と、上記浮遊ゲート電極13a〜13c下の半導体基板10でのしきい値電圧との間に差をつけるための処理である。
As shown in FIG. 9, an impurity such as boron is introduced into a region without the
この処理により、浮遊ゲート電極13a〜13c下のp型不純物濃度が、第1電極12a〜12d下のp型不純物濃度よりも高くなるので、p型不純物濃度が相対的に低い第1電極12a〜12d下の半導体基板10のしきい値電圧の方が、浮遊ゲート電極13a〜13c下の半導体基板10のしきい値電圧よりも低くなる。なお、このホウ素導入工程は場合によっては行わなくても良い。本発明者の検討ではこのホウ素の導入の有無のいずれでもフラッシュメモリ20が正常に動作することが確認されている。
By this process, the p-type impurity concentration under the floating
続いて、図10に示されるように、半導体基板10に対して、例えばISSG酸化法等のような熱酸化処理を施す。ここでは、該熱酸化処理により、第1電極12a〜12dの側面に、例えば酸化シリコン(SiO2)からなる絶縁膜17が形成される。絶縁膜17を膜質の良い熱酸化膜で形成したことにより、第1電極12a〜12dと浮遊ゲート電極13a〜13cとの絶縁耐圧を向上させることができる。絶縁膜17の厚さ(半導体基板10の主表面に水平な方向の寸法)は、二酸化シリコン換算膜厚で、10nm程度である。また、この熱酸化処理により、第1電極12a〜12dの幅方向の寸法は、例えば65nm程度になる。
Subsequently, as shown in FIG. 10, the
続いて、図11に示されるように、半導体基板10の主表面上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜を、例えばCVD法により堆積した後、これをエッチバックする。この絶縁膜のエッチバック処理により、第1電極12a〜12d、キャップ膜16および絶縁膜41の積層膜の側面に絶縁膜46のサイドウォールを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 11, an insulating film made of, for example, silicon oxide is deposited on the main surface of the
このため、第1電極12a〜12dは、キャップ膜15と、絶縁膜41と、絶縁膜46とからなる積層体(第2絶縁膜)により覆われる。また、複数の積層体間には、凹部28が形成される。
For this reason, the
この凹部28の内側の側面(内側面)と半導体基板10の主表面と交差角度が、半導体基板10に対して、87°以上90°以下となるように形成されている。すなわち、キャップ膜15と、絶縁膜41と、絶縁膜46とからなる積層体の側面と、半導体基板10の主表面との交差角度が、87°以上90°以下となるように形成されている。
The crossing angle between the inner side surface (inner side surface) of the
この時、凹部28の底部の絶縁膜11を除去し、半導体基板10の主表面を露出させる。また、この絶縁膜46のサイドウォールの形成により、凹部28の幅方向の寸法は、例えば65nm程度となる。
At this time, the insulating
ここで、前述のホウ素導入工程を行わなかった場合、この絶縁膜46(周辺におけるサイドウォール)の形成後に、ホウ素導入工程を行うことができる。 Here, when the boron introduction process is not performed, the boron introduction process can be performed after the formation of the insulating film 46 (side wall in the periphery).
図12に示されるように、半導体基板10(ウエハ)に対して、例えばISSG酸化法等のような熱酸化処理を施すことにより、凹部28の底部の半導体基板10の主表面上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜を形成した後、窒素(N)を含むガス雰囲気中で熱処理(酸窒化処理)を施すことにより、その絶縁膜と半導体基板10との界面に窒素を偏析させて凹部28の底部に上記酸窒化シリコン(SiON)からなる絶縁膜11を形成する。この絶縁膜11は、メモリセルのトンネル絶縁膜として機能する膜で、その厚さは、二酸化シリコン換算膜厚で、例えば9nm程度である。
As shown in FIG. 12, by subjecting the semiconductor substrate 10 (wafer) to a thermal oxidation process such as an ISSG oxidation method, for example, oxidation is performed on the main surface of the
続いて、図13に示されるように、半導体基板10の主表面上に、例えば低抵抗な多結晶シリコンからなるシリコン膜50をCVD法等により堆積する。なお、シリコン膜50は、ポリ(poly)シリコン膜でも、アモルファス(Amorphous)シリコン膜でもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 13, a
この時、凹部28をシリコン膜50で完全に埋め込み、凹部28内に「空隙」が形成されないようにする。本実施の形態1では、上記のように凹部28の側面を半導体基板10の主表面に対して可能な限り垂直にしていることにより、凹部28内に「空隙」が形成されないように導体膜6を良好に埋め込むことができる。
At this time, the
シリコン膜50を凹部50内に堆積させると、シリコン膜50には、高さ方向に沿ってシーム部51が形成される。
When the
このシーム部51は、凹部28の底部の寸法と、凹部28の高さ方向の寸法との比であるアスペクト比に依存せず発生するが、アスペクト比が4以上となる凹部28にシリコン膜50を堆積させる場合には、高い確率で発生する。
The
図14に示されるように、凹部28にシリコン膜50を堆積した状態で、シリコン膜50に1000℃以上1200℃以下の熱処理を1%以上の酸素を含む窒素雰囲気中にて施す。この熱処理が施されると、シリコン膜50は再結晶する。再結晶時においては、シーム部51へのシリコンの拡散が生じ、シリコン低濃度領域であるシーム部51が消滅する。
As shown in FIG. 14, with the
なお、熱処理の温度が1000℃以下の場合には、シリコンの拡散が良好に行われないため、シーム部51の消滅が困難なものとなる。また、一度再結晶化されたシリコン膜50は、シリコンの拡散が行われないため、その後の熱処理においては、シーム部51の消滅を行うことが困難なものとなる。
When the heat treatment temperature is 1000 ° C. or lower, silicon is not diffused well, and it is difficult to eliminate the
上記熱処理を、1%以上の酸素雰囲気中にて行うこととしたのは、熱処理により生じる微小異物の発生を抑制するためである。すなわち、窒素のみの雰囲気中にて、熱処理を施した場合には、残留酸素によりシリコン膜50が点状に酸化され、それがその後のシリコン膜50のマスクとなるという問題が生じる。
The reason why the heat treatment is performed in an oxygen atmosphere of 1% or more is to suppress the generation of minute foreign matters caused by the heat treatment. That is, when heat treatment is performed in an atmosphere containing only nitrogen, there is a problem that the
ここで、上記熱処理前に、シリコン膜50に形成されたシーム部51に向けてイオン注入を行なうことが好ましい。熱処理前に、イオン注入を行なうと、シーム部51内のシリコン組織同士の結合を弱められる。このようにシリコン組織の結合が弱められた状態で、上記熱処理をシリコン膜50に施すことにより、確実にシーム部51が消滅する。また、イオン注入のドーズ量を1×1015/cm3以上とすることにより、シーム部50におけるシリコン組織同士の結合を確実に弱めることができ、その後に施される熱処理により確実にシーム部51を消滅させることができる。なお、イオン注入のイオン種としては、As、B、BF2、N2、P、Sb、Si、Geが挙げられる。
Here, it is preferable to perform ion implantation toward the
シリコン膜50に熱処理を施した後においては、熱処理によりシリコン膜50の表面上に生じた酸化膜を、フッ酸を用いて除去する。
After the heat treatment of the
続いて、図15に示されるように、半導体基板10の主表面上全面のシリコン膜50に対して、異方性のドライエッチング法によるエッチバック処理または化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)処理を施す。この際、シリコン膜50には、シーム部51が形成されていないため、良好にエッチバックすることができる。すなわち、シーム部51が形成されている場合には、シーム部51の部分が先に削れてしまうが、上記熱処理によりシーム部51は消滅しているため、良好にシリコン膜50をエッチバックすることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 15, the
上記のエッチバック処理またはCMP処理により、凹部28内のみにシリコン膜50が残される。この時、絶縁膜41の上面からシリコン膜50の上面までの窪みは、例えば30nm程度以内にすることが好ましい。
By the etch back process or the CMP process, the
次に、図16に示されるように、まず、半導体基板10(ウエハ)の主表面上に、メモリ領域(メモリセル群が配置される領域)が露出され、それ以外が覆われるようなレジストパターンを形成した後、これをエッチングマスクとして、そこから露出される絶縁膜41,46をドライエッチング法等によりエッチングする。これにより、第1電極12a〜12bとキャップ膜16との側面に絶縁膜46が形成される。
Next, as shown in FIG. 16, first, a resist pattern in which a memory region (a region where a memory cell group is arranged) is exposed and the rest is covered on the main surface of the semiconductor substrate 10 (wafer). Then, using this as an etching mask, the insulating
次に、図17に示されるように、まず、半導体基板10(ウエハ)の主表面上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜を5nm程度の厚みで形成して、この絶縁膜の上面に窒化シリコンからなる絶縁膜を8nm程度の厚みで形成し、さらに、この絶縁膜の上面に5nm程度の厚みの絶縁膜をCVD法等により堆積することにより、層間膜用の絶縁膜18を形成する。
Next, as shown in FIG. 17, first, an insulating film made of, for example, silicon oxide is formed on the main surface of the semiconductor substrate 10 (wafer) with a thickness of about 5 nm, and silicon nitride is formed on the upper surface of the insulating film. An insulating
この際、絶縁膜18は、シリコン膜50の上面にも形成されるが、本実施の形態1においては、シリコン膜50にシーム部が形成されていないので、絶縁膜18がシーム部に入り込むことが防止されている。
At this time, the insulating
続いて、半導体基板10の絶縁膜18上に、例えば低抵抗な多結晶シリコンからなる導体膜(導電膜)14aと、導体膜14aよりも低抵抗な導体膜として、例えばタングステンシリサイド等のような高融点金属シリサイド膜(導電膜)14bとを下層から順にCVD法等により堆積する。この導体膜14a,14bはこの後の工程でパターニングされて、メモリセルMCのワード線14を形成する。導体膜14aの厚さは、例えば100〜150nm程度、高融点金属シリサイド膜14bの厚さは、例えば100nm程度である。
Subsequently, a conductive film (conductive film) 14a made of, for example, low-resistance polycrystalline silicon on the insulating
その後、高融点金属シリサイド膜14b上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜19をTEOSガスを用いたCVD法等により堆積した後、その上に、例えば低抵抗な多結晶シリコンからなるハードマスク膜をCVD法等により堆積し、さらにその上に、例えば酸窒化シリコン(SiON)からなる反射防止膜をCVD法等により堆積する。
Thereafter, an insulating
次いで、反射防止膜上に、ワード線形成用のレジストパターンを形成し、これをエッチングマスクとして反射防止膜およびハードマスク膜をパターニングした後、ワード線形成用のレジストパターンを除去する。 Next, a resist pattern for word line formation is formed on the antireflection film, and the antireflection film and the hard mask film are patterned using the resist pattern as an etching mask, and then the resist pattern for word line formation is removed.
続いて、残されたハードマスク膜と反射防止膜との積層膜をエッチングマスクとして、そこから露出される絶縁膜19、高融点金属シリサイド膜14bおよび導体膜14aをエッチングする。また、このエッチングに際しては、層間用の絶縁膜18をエッチストッパとして機能させる。このため、図18に示されるように、絶縁膜19、高融点金属シリサイド膜14bおよび導体膜14aがエッチングされた部分においては、絶縁体18が露出することとなる。すなわち、第1電極12a〜12dが延在する方向と交差する方向にワード線14が形成されることとなり、上記エッチングにより、各ワード線14は、互いに離間するように形成される。
Subsequently, the insulating
図19に示されるように、半導体基板10の主表面上に、メモリ領域が露出され、それ以外の領域が覆われるようなレジストパターンを形成する。
As shown in FIG. 19, a resist pattern is formed on the main surface of the
続いて、図20に示されるように、ここでは、上記ワード線14をエッチングマスクとしたシリコン膜50の選択的なエッチング処理により、図1に示すような浮遊ゲート電極13a〜13cを形成する。すなわち、浮遊ゲート電極13a〜13cを、第1電極12a〜12dとワード線14とが交差する領域に形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 20, floating
ワード線14をマスクとして、シリコン膜50をエッチングする際において、シリコン膜50には、シーム部が形成されておらず、シーム部に絶縁膜18が入り込むことが防止されているため、シリコン膜50をエッチングしたとしても、酸化膜の残渣の発生が防止される。
When the
上記のような半導体装置の製造方法においては、シリコン膜50を凹部に堆積させることにより生じるシーム部51を消滅させることができるので、シーム部51に絶縁膜18が入り込むことが防止され、その後、シリコン膜50をエッチングする工程において、シーム部51に入り込んだ絶縁体18が残渣として残ることを防止することができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device as described above, since the
また、本実施の形態1においては、シリコン膜50に生じたシーム部51を消滅させた後に、シリコン膜50にエッチングを施すため、エッチングを施す際に、シーム部51の部分が先に削れることがなく、良好にエッチングを施すことができる。
In the first embodiment, since the
さらに、本実施の形態1においては、アニールを施す場合においても、シリコン膜50に形成されたシーム部51を消滅させた後に行うことにより、シーム部51を伝ってシリコン膜50内が酸化されることを防止することができる。
Furthermore, in the first embodiment, even when annealing is performed, the inside of the
その上、シリコン膜50に熱処理を施した後には、フッ酸を用いて、シリコン膜50に形成された酸化膜を除去するので、その後の工程を良好に行うことができる。
In addition, after the heat treatment of the
さらに、形成されたシーム部に熱処理を施す前に、シリコン膜50に形成されたシーム部51に向けてイオン注入を行なう場合には、シーム部51内のシリコン組織同士の結合を弱めることができ、その後に行なわれる熱処理により確実にシーム部51を消滅させることができる。
Furthermore, in the case where ion implantation is performed toward the
なお、本実施の形態においては、AG−AND型のフラッシュメモリの製造方法について適用した例を示したが、これに限定されることはない。すなわち、段差部や溝部などの凹部にシリコン膜を堆積させることによりシーム部が発生した後に、このシーム部が形成されたシリコン膜にエッチングを施す場合には、本実施の形態の思想を適用することができる。 In this embodiment, the example applied to the manufacturing method of the AG-AND type flash memory is shown, but the present invention is not limited to this. That is, the concept of the present embodiment is applied to the case where the silicon film on which the seam portion is formed after the seam portion is generated by depositing the silicon film in the concave portion such as the step portion or the groove portion. be able to.
(実施の形態2)
図21を用いて、本発明の実施の形態2について説明する。図21に示されるように、本実施の形態2は、導電層部間のコンタクト部の製造方法に本発明の思想を適用したものである。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 21, in the second embodiment, the idea of the present invention is applied to a method for manufacturing a contact portion between conductive layer portions.
図21に示されるように、コンタクト孔120は、基板111の主表面に形成された拡散層114の上方に配置された層間絶縁膜115に形成される。層間絶縁膜115には、拡散層114に達するコンタクト孔116が形成され、コンタクト孔116には、多結晶シリコン膜117が埋め込まれ、多結晶シリコン膜117の上面上には、タングステン配線118が形成されている。
As shown in FIG. 21,
このように構成されたコンタクト部120の製造方法の一例を示す。
An example of a method for manufacturing the
周知の手段で、上記の拡散層114を基板111上に形成した後、これらを覆うように層間絶縁膜115を形成する。層間絶縁膜115に、異方性エッチングを施し、コンタクト孔116を形成する。そして、層間絶縁膜115に形成されたコンタクト孔116に多結晶シリコン層117を堆積する。この際、多結晶シリコン層117には、コンタクト孔116に沿ってシーム部が形成される。
After the
ここで、多結晶シリコン層117に生じるシーム部は、コンタクト孔116のアスペクト比に依存せず発生するが、特にアスペクト比が4以上となるコンタクト孔116にシリコン膜50を堆積させる場合には、高い確率で発生する。なお、アスペクト比とは、コンタクト孔116の径に対する高さの比により表される。
Here, the seam portion generated in the
ここで、多結晶シリコン層117に形成されたシーム部に向けてイオン注入を行なう。イオン注入を行なうと、シーム部内のシリコン組織同士の結合を弱められる。なお、イオン注入のドーズ量を1×1015/cm3以上とする。続いて、多結晶シリコン層117に、1%以上の酸素濃度の窒素雰囲気中にて、1000℃以上の熱処理を施し、形成されたシーム部にシリコンの拡散を発生させて、シーム部を消滅させる。
Here, ion implantation is performed toward the seam portion formed in the
上記熱処理後に、多結晶シリコン層117にエッチングを施して、多結晶シリコン層117をコンタクト孔116内に埋め込み、コンタクト孔120を形成する。その後、タングステン配線118を形成する。
After the heat treatment, the
上記のようなコンタクト部120の製造方法によれば、多結晶シリコン層117にエッチングを施す際には、シーム部が形成されておらず、良好にエッチングを施すことができる。
According to the manufacturing method of the
すなわち、多結晶シリコン層117にエッチングを施す際に、シーム部が形成されていないので、エッチングの際にシーム部が先に削れてしまうことを防止することができ、エッチバック量が僅かに大き過ぎても、エッチングが一気に進行することを防止することができ、良好にエッチングを施すことができる。
That is, since the seam portion is not formed when the
さらに、多結晶シリコン層117に形成されたシーム部を消滅させた後に、エッチングを施すので、エッチングによりシーム部が表面に露出することがなく、多結晶シリコン層117とタングステン配線118との導通を良好にすることができる。
Furthermore, since the etching is performed after the seam portion formed in the
なお、本実施の形態2は、上記実施の形態1と同様に、シリコン膜150に形成されたシーム部を消滅させることができるので、実施の形態1と同様の作用・効果を得ることができる。 Since the seam portion formed in the silicon film 150 can be eliminated in the second embodiment, as in the first embodiment, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained. .
(実施の形態3)
図22を用いて、本発明の実施の形態3について、説明する。本実施の形態3は、トレンチゲート構造の半導体装置の製造方法に本発明の思想を適用したものである。
(Embodiment 3)
Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the idea of the present invention is applied to a method of manufacturing a semiconductor device having a trench gate structure.
図22に示されるように、本実施の形態に係る半導体装置201は、P+領域222と、P+領域222の上面に形成されたN−ドリフト層220と、N−ドリフト層220の上面に形成されたP−ベース232、224と、P−ベース232の上面に形成されたN+ドリフト領域234と、P−ベース224の上面に形成されたP+領域227と、N+領域226と、トレンチゲート構造200とを有する。
As shown in FIG. 22,
トレンチゲート構造200は、P−ベース224およびN+領域226と、P−ベース232およびN+ドリフト領域234との間に形成された溝部250と、溝部250の内周面に形成された酸化壁部238と、溝部250の底面に形成された酸化底面240と、酸化壁部238と酸化底部240とを介して溝部(凹部)250内に形成されたシリコン膜251とから構成されている。
The
トレンチゲート構造200は、P−ベース224とN+領域226とを、P−ベース232とN+ドリフト領域234とから分離する。
The
このシリコン膜251は、ドナーが大量にドープされたポリシリコンである。なお、シリコン膜251は、トレンチを充填することができかつ優れた導電性を与える材料であればよい。
The
また、シリコン膜251の上面には、電極260が設けられている。
An
上記のように構成されたトレンチゲート構造200の半導体装置201を製造するにあたり、まず、周知の手段でP+領域222と、N−ドリフト層220と、P−ベース232、224と、N+ドリフト領域234と、P+領域227と、N+領域226と形成する。その後に、溝部(凹部)250を形成して、この溝部250内にシリコン膜251を堆積する。この際、シリコン膜251の中央部には、高さ方向に沿ってシーム部が形成される。ここで、シリコン膜251が形成されたシーム部に向けてイオン注入を行なう。この際、イオン注入のドーズ量を1×1015/cm3以上とする。そして、1%以上の酸素を含む雰囲気中でシリコン膜251に1000℃以上の熱処理を施す。この熱処理により、シリコン膜251に形成されたシーム部は、消滅する。
In manufacturing the
上記熱処理後においては、熱処理によりシリコン膜251の表面上に形成された酸化膜をフッ酸を用いて除去する。
After the heat treatment, the oxide film formed on the surface of the
続いて、シリコン膜251をエッチングして、シリコン膜251を溝部250内に埋め込む。この際、シリコン膜251には、シーム部が形成されていないため、良好にエッチングを施すことができる。
Subsequently, the
そして、シリコン膜251の上面に、導電膜を堆積して、エッチングすることにより、電極260を形成する。この際、シリコン膜251には、シーム部が形成されていないため、シリコン膜251と電極260との導通を良好にすることができる。
Then, an
なお、本実施の形態3においても、溝部250内に埋め込まれたシリコン膜251に形成されるシーム部を消滅させることができるので、上記実施の形態1と、実施の形態2と同様の作用・効果を得ることができる。
Also in the third embodiment, since the seam portion formed in the
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiment of the present invention has been described above, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、凹部内に埋め込まれたシリコン膜を有する半導体装置の製造方法に有効に適用され得る。 The present invention can be effectively applied to a method for manufacturing a semiconductor device having a silicon film embedded in a recess.
10 半導体基板、12a,12b,12c、12d、 第1電極(第1導電膜)、13a,13b,13c 浮遊ゲート電極、14 ワード線(第2導電膜)、18 絶縁膜(第3絶縁膜)、50 シリコン膜。 10 semiconductor substrate, 12a, 12b, 12c, 12d, first electrode (first conductive film), 13a, 13b, 13c floating gate electrode, 14 word line (second conductive film), 18 insulating film (third insulating film) 50 Silicon film.
Claims (10)
1%以上の酸素を含む雰囲気中で1000℃以上にて熱処理を施すことにより、前記シリコン膜に形成されたシーム部を消滅させる工程とを備え、
前記シーム部を消滅させる工程の後の前記シリコン膜が、導電膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Depositing a silicon film in a recess formed in an insulating film formed on the main surface of the recess or the semiconductor substrate formed on the main table surface of a semiconductor substrate,
A step of eliminating a seam portion formed in the silicon film by performing a heat treatment at 1000 ° C. or higher in an atmosphere containing 1% or more oxygen ,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the silicon film after the step of eliminating the seam portion is a conductive film .
前記熱処理後に前記シリコン酸化膜を除去する工程をさらに備える、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 A silicon oxide film is formed on the surface of the silicon by the heat treatment,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of removing the silicon oxide film after the heat treatment.
前記シリコン膜をエッチングする工程と、
をさらに備える、請求項5または請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 Etching the insulating film; and
Etching the silicon film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising:
前記導電膜をパターニングする工程と、
をさらに備える、請求項5から請求項7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 Depositing a conductive film on the insulating film;
Patterning the conductive film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising:
請求項1から請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 Further comprising a step of implanting ions into the silicon film before the heat treatment;
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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