JP4987898B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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本発明は、半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

半導体装置の開発では、速度の向上、消費電力の低減、そして、製造コストの抑制が求められている。これらの要求を満たすためには、半導体装置を微細化し、半導体装置の面積を縮小していく必要がある。そのための有効な手段の1つとして、半導体装置が備える半導体素子等を分離するために設けられる素子分離領域を微細化することが挙げられる。   In the development of semiconductor devices, improvement in speed, reduction in power consumption, and suppression of manufacturing costs are required. In order to satisfy these requirements, it is necessary to miniaturize the semiconductor device and reduce the area of the semiconductor device. One effective means for that purpose is to miniaturize an element isolation region provided to isolate a semiconductor element or the like included in a semiconductor device.

近年、微細な素子分離領域を製造する方法として、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)のような異方性エッチング法により形成されたトレンチ(素子分離溝)の内に酸化シリコンの絶縁膜を埋め込んで形成する、シャロートレンチアイソレーション(Shallow Trench Isolation:STI)技術が採用されている。   In recent years, a silicon oxide insulating film is formed in a trench (element isolation groove) formed by an anisotropic etching method such as reactive ion etching (RIE) as a method for manufacturing a fine element isolation region. Shallow Trench Isolation (STI) technology is used, which is formed by embedding silicon.

このようなトレンチ内の絶縁膜において、空孔(void)や継目(seam)の発生を抑えつつ、絶縁膜を形成する方法として、スピンオンガラス(Spin on Glass:SOG)法が知られている。この方法は、酸化シリコンの材料となるシリコン化合物(例えば、ポリシラザン(ポリペルヒドロシラザン)[-(SiHNH)n-])の溶液をスピンコート法によって塗布し、シリコン化合物を酸化することによって、トレンチ内に酸化シリコンの絶縁膜を形成するものである。このような方法により形成された酸化シリコン膜(絶縁膜)を特に塗布型酸化シリコン膜と呼ぶ。 As a method for forming an insulating film while suppressing generation of voids and seams in the insulating film in such a trench, a spin on glass (SOG) method is known. In this method, a silicon compound (for example, polysilazane (polyperhydrosilazane) [-(SiH 2 NH) n-]), which is a silicon oxide material, is applied by spin coating, and the silicon compound is oxidized. A silicon oxide insulating film is formed in the trench. A silicon oxide film (insulating film) formed by such a method is particularly called a coating-type silicon oxide film.

このような方法によって形成された塗布型酸化シリコン膜には、一般的に、以下のような問題がある。
(1)膜密度が低い。
(2)膜中の不純物が多い。
The coating type silicon oxide film formed by such a method generally has the following problems.
(1) The film density is low.
(2) There are many impurities in the film.

これらの問題を解決する方法として、シリコン化合物を酸化して塗布型酸化シリコン膜を形成した後に、窒素等の雰囲気下でアニール処理を行う方法がある。アニール処理(加熱処理)を行うことで、塗布型酸化シリコン膜の結合構造をより緻密にすることができる。同時に、塗布型酸化シリコン膜中に依然として残存する不純物を除去することができる。よって、塗布型酸化シリコン膜の問題点を解消することができる。   As a method for solving these problems, there is a method in which a silicon compound is oxidized to form a coated silicon oxide film, and then an annealing process is performed in an atmosphere of nitrogen or the like. By performing the annealing treatment (heat treatment), the bonding structure of the coated silicon oxide film can be made denser. At the same time, impurities still remaining in the coated silicon oxide film can be removed. Therefore, the problem of the coating type silicon oxide film can be solved.

しかしながら、このような処理を経て塗布型酸化シリコン膜を形成する工程において、塗布型酸化シリコン膜が収縮し、膜応力が発生し、それによって、塗布型酸化シリコン膜中の欠陥の発生、塗布型酸化シリコン膜の剥がれ、素子分離領域の変形等の新たな問題が生じるようになった。   However, in the process of forming the coating type silicon oxide film through such treatment, the coating type silicon oxide film contracts and film stress is generated, thereby generating defects in the coating type silicon oxide film, and the coating type. New problems such as peeling of the silicon oxide film and deformation of the element isolation region have arisen.

そこで、このような新たな問題を解決する方法として、以下のような提案がされている。   Therefore, the following proposals have been made as a method for solving such a new problem.

特許文献1においては、トレンチ内のすべての酸化シリコンの絶縁膜をSOG法によって形成するのではなく、まず、トレンチ内の下半分にSOG法によって塗布型酸化シリコン膜を形成し、さらに塗布型酸化シリコン膜の上にあたる、トレンチ内の上半分に、塗布型酸化シリコン膜よりも緻密な結合構造を有するHTO(High Temperature Oxide)膜(酸化シリコン膜)を埋め込む方法が提案されている。   In Patent Document 1, instead of forming all the silicon oxide insulating films in the trench by the SOG method, first, a coating type silicon oxide film is formed by the SOG method in the lower half of the trench, and then the coating type oxidation film is formed. There has been proposed a method of embedding an HTO (High Temperature Oxide) film (silicon oxide film) having a finer bond structure than the coated silicon oxide film in the upper half of the trench, which is above the silicon film.

また、特許文献2においては、トレンチ内の下半分にSOG法で塗布型酸化シリコン膜を形成し、さらに塗布型酸化シリコン膜の上にあたる、トレンチ内の上半分に、高密度プラズマ化学的気相成長(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition:HDP−CVD)法を用いて、塗布型酸化シリコン膜よりも緻密な結合構造を有する酸化シリコン膜を埋め込む方法が提案されている。   In Patent Document 2, a coating type silicon oxide film is formed by the SOG method in the lower half of the trench, and a high density plasma chemical vapor phase is formed in the upper half of the trench, which is on the coating type silicon oxide film. There has been proposed a method of embedding a silicon oxide film having a finer bond structure than a coated silicon oxide film by using a growth (High Density Plasma Chemical Vapor Deposition: HDP-CVD) method.

しかし、提案されているいずれの方法も、CMP(Chemical Mechanical Polishing)工程を2回以上必要とするものである。すなわち、工程数が大幅増加・複雑化することから、プロセスマージンが低下するなどの問題が生じている。   However, any of the proposed methods requires a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process twice or more. That is, since the number of steps is greatly increased and complicated, there is a problem that the process margin is lowered.

さらに、特許文献2においては、トレンチ内の下半分に、HDP−CVD法により、塗布型酸化シリコン膜よりも緻密な結合構造を有する酸化シリコン膜を埋め込み、さらに、その酸化シリコン膜上にあたるトレンチ内の上半分に、塗布型酸化シリコン膜を埋め込む方法も提案されている。しかしながら、この方法も、トレンチ内の上半分に塗布型酸化シリコン膜が埋め込まれているため、トレンチの上半分を占める塗布型酸化シリコン膜において、塗布型酸化シリコン膜の剥がれや、その後のウェットエッチングによって、塗布型酸化シリコン膜中に局所的な形状の異常が発生するという問題を抱えていた。   Further, in Patent Document 2, a silicon oxide film having a finer bond structure than that of a coating type silicon oxide film is embedded in the lower half of the trench by HDP-CVD, and further, the trench is exposed on the silicon oxide film. A method of embedding a coating-type silicon oxide film in the upper half has also been proposed. However, this method also has a coating-type silicon oxide film embedded in the upper half of the trench. Therefore, in the coating-type silicon oxide film occupying the upper half of the trench, peeling of the coating-type silicon oxide film and subsequent wet etching are performed. Therefore, there is a problem that a local shape abnormality occurs in the coated silicon oxide film.

特開2000−114362号公報JP 2000-114362 A 特開2003−31650号公報JP 2003-31650 A

本発明は、上記の事情を鑑み、欠陥の少ない良質な塗布型酸化シリコン膜の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a method for producing a high-quality coated silicon oxide film with few defects.

本発明の一態様にかかる半導体の製造方法は、半導体基板に素子分離溝を形成し、前記素子分離溝の内部に、前記素子分離溝を埋め込むように、シリコン化合物膜を形成し、第1の温度での第1の酸化処理により、前記シリコン化合物膜の表面を、酸化剤及び不純物の通過を許容しつつもシリコン原子を含む揮発物が通過不可能な揮発物放出防止層に、改質し、前記第1の温度よりも高い第2の温度での第2の酸化処理により、前記素子分離溝の内部に、塗布型酸化シリコン膜を形成する、ことを特徴とする。   According to an aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor, wherein an element isolation groove is formed in a semiconductor substrate, a silicon compound film is formed in the element isolation groove so as to be embedded in the element isolation groove, By the first oxidation treatment at a temperature, the surface of the silicon compound film is modified into a volatile emission preventing layer that allows passage of oxidants and impurities but does not allow passage of volatiles including silicon atoms. A coated silicon oxide film is formed in the element isolation trench by a second oxidation process at a second temperature higher than the first temperature.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、欠陥の少ない良質な塗布型酸化シリコン膜を得ることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a high-quality coated silicon oxide film with few defects can be obtained.

熱処理温度とポリシラザン膜からの76の分子量の揮発物の放出積算量を表すグラフ。The graph showing the accumulated amount of volatiles having a molecular weight of 76 from the heat treatment temperature and the polysilazane film. 本発明の実施形態の半導体装置の平面図(一部)。The top view (part) of the semiconductor device of embodiment of this invention. 本発明の第1、4、5の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その1)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of 1st, 4th, 5th embodiment of this invention (the 1). 本発明の第1、4、5の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その2)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of 1st, 4th, 5th embodiment of this invention (the 2). 本発明の第1、4、5の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その3)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of 1st, 4th, 5th embodiment of this invention (the 3). 本発明の第1、4、5の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その4)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of 1st, 4th, 5th embodiment of this invention (the 4). 本発明の第1、4、5の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その5)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of 1st, 4th, 5th embodiment of this invention (the 5). 本発明の第1、4、5の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その6)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of 1st, 4th, 5th embodiment of this invention (the 6). 本発明の第1、4、5の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その7)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of 1st, 4th, 5th embodiment of this invention (the 7). 本発明の第2の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その1)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the 2nd Embodiment of this invention (the 1). 本発明の第2の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その2)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the 2nd Embodiment of this invention (the 2). 本発明の第2の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その3)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the 2nd Embodiment of this invention (the 3). 本発明の第2の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その4)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the 2nd Embodiment of this invention (the 4). 本発明の第2の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その5)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the 2nd Embodiment of this invention (the 5). 本発明の第3の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その1)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the 3rd Embodiment of this invention (the 1). 本発明の第3の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その2)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the 3rd Embodiment of this invention (the 2). 本発明の第3の実施形態の製造工程を説明するための概略的工程断面図(その3)。Schematic process sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the 3rd Embodiment of this invention (the 3).

本発明の実施形態を説明する前に、本発明者がこれまで行ってきた、塗布型酸化シリコンの絶縁膜の形成方法を簡単に説明する。   Before describing embodiments of the present invention, a method for forming an insulating film of coated silicon oxide, which has been performed by the present inventor, will be briefly described.

この明細書中でシリコン化合物膜とは、酸化されることで塗布型酸化シリコン膜となる、シリコン原子を含む膜のことを指す。   In this specification, the silicon compound film refers to a film containing silicon atoms that is oxidized to become a coating-type silicon oxide film.

半導体装置のトレンチ(素子分離溝)の内部に、塗布型酸化シリコン膜で構成される絶縁膜を形成する場合を例として説明する。   An example in which an insulating film made of a coated silicon oxide film is formed inside a trench (element isolation groove) of a semiconductor device will be described.

半導体基板上に、半導体膜を形成し、半導体基板の一部と、半導体膜と、に複数のトレンチを形成する。次に、シリコン化合物膜の材料となるシリコン化合物(例えば、ポリシラザン)を溶媒に溶解させた、シリコン化合物塗布溶液(シリコン化合物溶液)を調製する。このシリコン化合物塗布溶液で、トレンチを埋めこむ。そして、プリベーク(加熱処理)を行い、これによって、シリコン化合物塗布溶液に含まれる溶媒を蒸発させる。このようにして、複数のトレンチの内部に、シリコン化合物膜を形成する。次に、水蒸気等の雰囲気中で高温酸化処理を行う。このようにすることで、シリコン化合物膜を酸化し、塗布型酸化シリコン膜を複数のトレンチ内部に形成する。さらに、この塗布型酸化シリコン膜の結合構造をさらに緻密にするために、アニール処理(加熱処理)を行う。   A semiconductor film is formed over the semiconductor substrate, and a plurality of trenches are formed in part of the semiconductor substrate and the semiconductor film. Next, a silicon compound coating solution (silicon compound solution) in which a silicon compound (for example, polysilazane) as a material of the silicon compound film is dissolved in a solvent is prepared. The trench is filled with this silicon compound coating solution. Then, pre-baking (heat treatment) is performed, thereby evaporating the solvent contained in the silicon compound coating solution. In this way, a silicon compound film is formed inside the plurality of trenches. Next, high-temperature oxidation treatment is performed in an atmosphere such as water vapor. By doing so, the silicon compound film is oxidized, and a coating type silicon oxide film is formed inside the plurality of trenches. Further, annealing treatment (heating treatment) is performed in order to further refine the bonding structure of the coated silicon oxide film.

以上のような方法で、これまで、本発明者は、トレンチ中に塗布型酸化シリコン膜を形成していた。   Until now, the present inventor has formed a coating type silicon oxide film in the trench by the above method.

しかしながら、半導体装置の性能、信頼性等をさらに向上するためには、半導体装置のトレンチの内部の塗布型酸化シリコン膜の欠陥を減らしていく必要がある。   However, in order to further improve the performance, reliability, etc. of the semiconductor device, it is necessary to reduce defects in the coated silicon oxide film inside the trench of the semiconductor device.

シリコン化合物膜を酸化して塗布型酸化シリコン膜を形成する際の高温酸化処理や加熱処理により、膜収縮や、膜応力が生じ、それによって、塗布型酸化シリコン膜に欠陥を生じさせていると考えられている。   When the silicon compound film is oxidized to form a coated silicon oxide film, high-temperature oxidation treatment or heat treatment causes film shrinkage or film stress, thereby causing defects in the coated silicon oxide film. It is considered.

まず、本発明者は、シリコン化合物膜を酸化し、塗布型酸化シリコン膜とする高温酸化処理の際に、塗布型酸化シリコン膜が収縮してしまう原因について独自に解析を行った。   First, the inventor independently analyzed the cause of the shrinkage of the coated silicon oxide film during the high-temperature oxidation treatment by oxidizing the silicon compound film to form the coated silicon oxide film.

本発明者は、この高温酸化処理の際、どのような現象が、シリコン化合物膜に起きているのかを知るために、実験を行った。すなわち、高温酸化処理の最中にシリコン化合物膜から放出する揮発物の分子量とその放出量と、高温酸化処理の温度との関係を知るために、昇温脱離スペクトル(Thermal Desorpstion Spectroscopy:TDS)を測定した。   The present inventor conducted an experiment in order to know what phenomenon occurs in the silicon compound film during the high-temperature oxidation treatment. That is, in order to know the relationship between the molecular weight of volatiles released from the silicon compound film during the high-temperature oxidation treatment and the emission amount, and the temperature of the high-temperature oxidation treatment, a thermal desorption spectrum (TDS) is used. Was measured.

詳細には、以下の通りである。
シリコン化合物としてポリシラザンを、このポリシラザンが溶解する溶媒としてジブチルエーテルを、用いて、先に説明した方法で、シリコン化合物膜としてポリシラザン膜を形成した。次に、このポリシラザン膜に対して、酸化剤の存在の下、温度を上げながら加熱し、ポリシラザン膜から放出する揮発物の分子量と、分子量ごとの揮発物の圧力とを、測定した。この揮発物の圧力は、揮発物の放出した積算量と比例するものである。
The details are as follows.
A polysilazane film was formed as a silicon compound film by the above-described method using polysilazane as a silicon compound and dibutyl ether as a solvent in which the polysilazane was dissolved. Next, this polysilazane film was heated while raising the temperature in the presence of an oxidizing agent, and the molecular weight of volatile matter released from the polysilazane film and the pressure of the volatile matter for each molecular weight were measured. The pressure of the volatile matter is proportional to the integrated amount released of the volatile matter.

その測定結果を図1に示す。図1中の曲線Bは、酸化処理の温度の上昇に従って、ポリシラザン膜から放出される分子量76の揮発物の圧力、すなわち、放出積算量を示すものである(図1中の曲線Aについては、後で説明する)。なお、図1中の曲線Cは、バックグラウンドである。   The measurement results are shown in FIG. A curve B in FIG. 1 shows the pressure of the volatile matter having a molecular weight of 76 released from the polysilazane film, that is, the integrated amount of release as the temperature of the oxidation treatment increases (for the curve A in FIG. I will explain later.) Note that the curve C in FIG. 1 is the background.

この図1の曲線Bからわかるように、酸化処理温度が300℃以下の場合には、分子量76の揮発物は、ほとんどポリシラザン膜から放出していない。しかし、酸化処理温度が300℃を超えると、分子量76の揮発物の放出量が急激に増加していることがわかる。   As can be seen from curve B in FIG. 1, when the oxidation treatment temperature is 300 ° C. or lower, the volatile matter having a molecular weight of 76 is hardly released from the polysilazane film. However, it can be seen that when the oxidation temperature exceeds 300 ° C., the amount of volatiles having a molecular weight of 76 increases rapidly.

この分子量76の揮発物としては、ポリシラザン膜と、ポリシラザン膜に微量に残っていると思われる溶媒(ジブチルエーテル)と、に含まれる各種の元素や分子構造に基づいて推察すると、SiO、SiC、CHSiであると推察される。すなわち、酸化処理の温度が300℃を超えると、ポリシラザン膜からは、シリコン原子を含む低分子量の物質が揮発していると推察される。 The volatiles of the molecular weight of 76, and polysilazane film, a solvent that appears to remain in trace amounts in the polysilazane film (dibutyl ether), the presumed that based on the various elements and molecular structure contained in, SiO 3, SiC 4 and CH 4 O 2 Si. That is, when the temperature of the oxidation treatment exceeds 300 ° C., it is assumed that a low molecular weight substance containing silicon atoms is volatilized from the polysilazane film.

このような測定により得られた結果から、本発明者は、塗布型酸化シリコン膜が収縮する理由を以下のように考察した。   From the results obtained by such measurement, the present inventor considered the reason why the coated silicon oxide film contracts as follows.

すなわち、シリコン化合物膜(ポリシラザン膜)は、酸化剤の存在の下、高温、例えば300℃以上で、高温酸化処理することで、酸化され、塗布型酸化シリコン膜となる。このような高温酸化処理の際、シリコン化合物膜の構成するシリコン原子を含む、低分子量の揮発物が、シリコン化合物膜から抜けて、放出する。この酸化処理の間の塗布型酸化シリコン膜は、柔軟性を有する結合構造を有している。そのため、塗布型酸化シリコン膜は、シリコン原子が抜けた部分を埋めあわせようとして、膜収縮を起こすこととなる。   That is, the silicon compound film (polysilazane film) is oxidized by a high-temperature oxidation treatment at a high temperature, for example, 300 ° C. or higher in the presence of an oxidizing agent, and becomes a coated silicon oxide film. During such a high temperature oxidation treatment, low molecular weight volatiles containing silicon atoms constituting the silicon compound film escape from the silicon compound film and are released. The coated silicon oxide film during the oxidation treatment has a flexible bond structure. For this reason, the coating type silicon oxide film causes film shrinkage in an attempt to make up for the portion from which silicon atoms are lost.

この様な独自の考察に基づき、本発明者は、塗布型酸化シリコン膜の収縮を抑え、これによって、塗布型酸化シリコン膜の欠陥を減らすためには、高温酸化処理の際に、シリコン化合物膜からシリコン原子を含んだ低分子量の揮発物が放出しないようにすれば良いと考えた。そのためには、本発明者は、シリコン化合物膜を酸化する酸化処理を、低温で、例えば300℃以下の温度で、行えば良いと考えた。しかしながら、このような低温での酸化処理では、シリコン化合物膜の表面を酸化することができても、シリコン化合物膜の内部までを十分に酸化することは難しい。   Based on such unique considerations, the present inventor reduced the shrinkage of the coated silicon oxide film, thereby reducing the defects of the coated silicon oxide film. We thought that it would be good to prevent low molecular weight volatiles containing silicon atoms from being released. For this purpose, the present inventor considered that the oxidation treatment for oxidizing the silicon compound film may be performed at a low temperature, for example, at a temperature of 300 ° C. or lower. However, even if the surface of the silicon compound film can be oxidized by such low-temperature oxidation treatment, it is difficult to sufficiently oxidize the inside of the silicon compound film.

そこで、本発明者は、高温でシリコン化合物膜を酸化する方法を用いることが避けられないならば、高温酸化処理(第2の酸化処理)を行う前に、シリコン原子を含む低分子量の揮発物を通過させない性質を有する揮発物放出防止層をシリコン化合物膜の上に形成すればよいと考えた。このような揮発物放出防止層がシリコン化合物膜の上にあることで、高温酸化処理の際に、シリコン原子を含む低分子量の揮発物がシリコン化合物膜から放出することを防止することができるからである。   Therefore, if the inventor cannot avoid using a method of oxidizing a silicon compound film at a high temperature, the low molecular weight volatiles containing silicon atoms are required before performing the high temperature oxidation treatment (second oxidation treatment). It was thought that a volatile matter emission preventing layer having a property of preventing the passage of sapphire should be formed on the silicon compound film. Since such a volatile matter emission preventing layer is on the silicon compound film, it is possible to prevent low molecular weight volatiles containing silicon atoms from being released from the silicon compound film during high-temperature oxidation treatment. It is.

さらに、本発明者は、この揮発物放出防止層が、シリコン原子を含む低分子量の揮発物を通過させない性質を有するだけにのみならず、酸素、オゾン、水等の酸化剤を通過させる性質を有するものとすることを考えた。これらの酸化剤を通過させる性質を有することにより、揮発物放出防止層を形成した後でも、揮発物放出防止層の下に位置するシリコン化合物膜に、酸化剤が到達することが可能となるため、このシリコン化合物膜を酸化することができるからである。   Further, the present inventor not only has the property that this volatile emission preventing layer does not allow low molecular weight volatiles containing silicon atoms to pass through, but also has the property of allowing oxygen, ozone, water and other oxidizing agents to pass through. I thought of having it. By having the property of allowing these oxidants to pass, the oxidant can reach the silicon compound film located under the volatile emission prevention layer even after the formation of the volatile emission prevention layer. This is because the silicon compound film can be oxidized.

また、本発明者は、この揮発物放出防止層が、これまで説明した性質と共に、水素や窒素を通過させる性質を有するものとすることを考えた。揮発物放出防止層がこのような性質を有することで、塗布型酸化シリコン膜の不純物である水素や窒素等をシリコン化合物膜及び塗布型酸化シリコン膜から蒸発させ、これらの物質をシリコン化合物膜及び塗布型酸化シリコン膜から除去することが可能となるからである。   In addition, the present inventor considered that the volatile matter emission preventing layer has a property of allowing hydrogen and nitrogen to pass through in addition to the properties described so far. Since the volatile matter emission preventing layer has such properties, hydrogen, nitrogen, and the like, which are impurities of the coating type silicon oxide film, are evaporated from the silicon compound film and the coating type silicon oxide film, and these substances are removed from the silicon compound film and the silicon compound film. This is because it can be removed from the coated silicon oxide film.

そこで、本発明者は、これまでの様々な実験結果と、このシリコン原子を含む低分子量の揮発物の分子構造と、に基づき、揮発物放出防止層が先に説明したような全ての性質を備えるために、揮発物放出防止層を、酸化シリコンで形成することを選択した。   Therefore, the present inventor, based on various experimental results so far and the molecular structure of the low molecular weight volatiles containing silicon atoms, has all the properties as described above for the volatile emission preventing layer. To prepare, the volatile emission prevention layer was selected to be formed of silicon oxide.

さらに、揮発物放出防止層を酸化シリコンで形成することにより、以下のような利点も得ることができる。   Furthermore, the following advantages can be obtained by forming the volatile matter emission preventing layer from silicon oxide.

揮発物放出防止層を酸化シリコン以外の物質で形成した場合には、たとえ、揮発物放出防止層が先に説明した全ての性質を備えていたとしても、揮発物放出防止層を形成する物質に含まれる分子等が不純物となって、トレンチ内部にある絶縁膜(酸化シリコン膜)を、汚染する可能性がある。さらに、トレンチ内部にある絶縁膜にこうした不純物が入り、絶縁膜を汚染した場合には、これにより、絶縁膜に欠陥を生じさせてしまう可能性がある。   When the volatile emission prevention layer is formed of a material other than silicon oxide, even if the volatile emission prevention layer has all the properties described above, The contained molecules or the like may become impurities and contaminate the insulating film (silicon oxide film) inside the trench. Furthermore, when such impurities enter the insulating film inside the trench and contaminate the insulating film, this may cause defects in the insulating film.

一方、揮発物放出防止層を酸化シリコンで形成した場合には、トレンチ内部の絶縁膜(酸化シリコン膜)と同じ物質であるため、絶縁膜を汚染する心配がないという利点がある。   On the other hand, when the volatile matter emission preventing layer is formed of silicon oxide, there is an advantage that there is no fear of contaminating the insulating film because it is the same material as the insulating film (silicon oxide film) inside the trench.

また、揮発物放出防止層を酸化シリコンで形成することで、すでにトレンチ内部に形成したシリコン化合物膜の表面を酸化させて、揮発物放出防止層とする改質を用いることができる。このようにすることで、わざわざ別体の酸化シリコン膜をシリコン化合物膜の上に積層することを必要としないため、塗布型酸化シリコン膜を形成するための工程数を大幅に増加させることを避けることができるという利点がある。   Further, by forming the volatile matter emission preventing layer with silicon oxide, it is possible to use a modification in which the surface of the silicon compound film already formed in the trench is oxidized to form the volatile matter emission preventing layer. By doing so, it is not necessary to bother to stack a separate silicon oxide film on the silicon compound film, thereby avoiding a significant increase in the number of steps for forming the coated silicon oxide film. There is an advantage that you can.

しかしながら、この方法を採用することで、以下のような新たな問題が発生する。   However, by adopting this method, the following new problem occurs.

すなわち、従来のシリコン化合物膜の酸化方法である、高温での酸化処理を用いて、揮発物放出防止層を形成する改質を行うと、シリコン化合物膜からシリコン原子を含む低分子量の揮発物が放出してしまい、これにより、シリコン化合物膜が収縮する。さらに、このシリコン化合物膜の収縮によって、シリコン化合物膜に欠陥が生ずるというという問題が発生する。   That is, when a modification that forms a volatile matter emission prevention layer is performed using an oxidation process at a high temperature, which is a conventional method for oxidizing a silicon compound film, low molecular weight volatiles containing silicon atoms are generated from the silicon compound film. As a result, the silicon compound film contracts. Further, the shrinkage of the silicon compound film causes a problem that defects occur in the silicon compound film.

そこで、本発明者は、揮発物放出防止層の形成は、低温でシリコン化合物膜の表面を酸化する改質(第1の酸化処理)、例えば、低温でのオゾン酸化処理を用いて行うこととした。これによって、シリコン原子を含む低分子量の揮発物が放出すること避けつつ、シリコン化合物膜の表面を改質し、揮発物放出防止層を形成することが可能となる。   Therefore, the present inventor has performed the formation of the volatile matter emission preventing layer using a modification (first oxidation treatment) that oxidizes the surface of the silicon compound film at a low temperature, for example, an ozone oxidation treatment at a low temperature. did. This makes it possible to modify the surface of the silicon compound film and form a volatile emission preventing layer while avoiding the release of low molecular weight volatiles containing silicon atoms.

さらに、揮発物放出防止層を酸化シリコンで形成することで、シリコン化合物膜の表面に酸化シリコンが存在することとなり、揮発物放出防止層の形成後の酸化処理の際に、シリコン化合物膜の表面にある酸化シリコンが基点となってシリコン化合物膜の酸化が進むため、効率よくシリコン化合物膜全体の酸化が進むという利点がある。   Further, by forming the volatile emission preventing layer with silicon oxide, silicon oxide exists on the surface of the silicon compound film, and the surface of the silicon compound film is subjected to the oxidation treatment after the formation of the volatile emission preventing layer. Since the silicon compound film is oxidized with the silicon oxide at the starting point as the starting point, the entire silicon compound film is efficiently oxidized.

次に、本発明者は、酸化シリコンの揮発物放出防止層を形成した場合に、シリコン化合物膜からの揮発物の放出が防止されているかの確認実験を行った。この確認実験の結果について、図1を用いて説明する。   Next, the present inventor conducted an experiment to confirm whether emission of volatile matter from the silicon compound film is prevented when the silicon oxide volatile matter release preventing layer is formed. The result of this confirmation experiment will be described with reference to FIG.

図1には、酸化処理の温度の上昇に従って、ポリシラザン膜(シリコン化合物膜)から放出される分子量76の揮発物の放出積算量を示す。図1中の曲線Aは、ポリシラザン膜の表面に揮発物放出防止層を形成した場合である。それに対して、図1中の曲線Bは、ポリシラザン膜の表面に、揮発物放出防止層を形成しなかった場合である。なお、図1中の曲線Cは、バックグラウンドである。   FIG. 1 shows the cumulative release amount of volatiles having a molecular weight of 76 released from the polysilazane film (silicon compound film) as the temperature of the oxidation treatment increases. A curve A in FIG. 1 is a case where a volatile matter emission preventing layer is formed on the surface of the polysilazane film. On the other hand, curve B in FIG. 1 is the case where the volatile matter emission preventing layer was not formed on the surface of the polysilazane film. Note that the curve C in FIG. 1 is the background.

図1より、酸化処理の温度が300℃以上に上昇すると、揮発物放出防止層の無いポリシラザン膜からは、分子量76の揮発物が放出する量が急激に増加する(図1中の曲線B参照)。それに対して、揮発物放出防止層を有するポリシラザン膜からは、酸化処理の温度が上昇しても、分子量76の揮発物がほとんど放出していない(図1中の曲線A参照)。すなわち、ポリシラザン膜の表面に揮発物放出防止層を形成することで、シリコン原子を含む低分子量の揮発物が放出することを防止することが確認された。   As shown in FIG. 1, when the temperature of the oxidation treatment is increased to 300 ° C. or higher, the amount of volatiles having a molecular weight of 76 is rapidly increased from the polysilazane film without the volatile matter release preventing layer (see curve B in FIG. 1). ). On the other hand, from the polysilazane film having the volatile matter emission preventing layer, even when the temperature of the oxidation treatment rises, almost no volatile matter having a molecular weight of 76 is emitted (see curve A in FIG. 1). That is, it was confirmed that the formation of a volatile matter emission preventing layer on the surface of the polysilazane film prevents the emission of low molecular weight volatiles containing silicon atoms.

さらに、シリコン化合物膜の表面に、酸化シリコンの揮発物放出防止層を形成して、揮発物の放出を防止したことにより、塗布型酸化シリコン膜の収縮が抑えられるかについて確認した。   Furthermore, it was confirmed whether or not the shrinkage of the coated silicon oxide film can be suppressed by forming a silicon oxide volatile matter release preventing layer on the surface of the silicon compound film to prevent the release of volatile matter.

詳細は以下の通りである。
ここでは、塗布型酸化シリコン膜の収縮を、ポリシラザン膜(シリコン化合物膜)と、その後、高温酸化処理をして得られた塗布型酸化シリコン膜と、の膜厚を測定し比較することによって、調べた。収縮を表す指標として、収縮率、詳細には、ポリシラザン膜の膜厚と、その後高温酸化処理して得られた塗布型酸化シリコン膜の膜厚との差を、ポリシラザン膜の膜厚で割ったものを用いる。
Details are as follows.
Here, the shrinkage of the coated silicon oxide film is measured by comparing the thickness of the polysilazane film (silicon compound film) and then the coated silicon oxide film obtained by high-temperature oxidation treatment, Examined. As an index representing shrinkage, the shrinkage rate, specifically, the difference between the thickness of the polysilazane film and the thickness of the coated silicon oxide film obtained by high-temperature oxidation treatment was divided by the thickness of the polysilazane film. Use things.

同じ条件で作製した場合、揮発物放出防止層を形成しなかった膜は、収縮率が19%であった。それに対して、揮発物放出防止層を形成した膜は、収縮率が10%にとどまった。すなわち、この結果から、揮発物放出防止層を形成することによって、塗布型酸化シリコン膜の収縮を抑制することができることがわかった。   When produced under the same conditions, the shrinkage rate of the film in which the volatile matter emission preventing layer was not formed was 19%. In contrast, the shrinkage rate of the film on which the volatile matter emission preventing layer was formed was only 10%. That is, from this result, it was found that the shrinkage of the coating type silicon oxide film can be suppressed by forming the volatile matter emission preventing layer.

以上のように、シリコン化合物膜の表面に、酸化シリコンの揮発物放出防止層を形成したことで、高温酸化処理の際に、シリコン原子を含む低分子量の揮発物の放出を防止し、これによって、塗布型酸化シリコン膜の収縮を抑えるという効果があることが明らかになった。   As described above, the formation of the silicon oxide volatile emission prevention layer on the surface of the silicon compound film prevents the emission of low molecular weight volatiles containing silicon atoms during the high-temperature oxidation treatment. It has become clear that there is an effect of suppressing shrinkage of the coated silicon oxide film.

しかしながら、このように揮発物放出防止層を形成し、塗布型酸化シリコン膜を形成しても、塗布型酸化シリコン膜において膜応力は依然として発生していた。   However, even when the volatile matter emission preventing layer is formed and the coating type silicon oxide film is formed as described above, film stress is still generated in the coating type silicon oxide film.

そこで、本発明者は、さらに塗布型酸化シリコン膜の膜質をさらに良質なものとするために、膜応力の発生を抑制し、これによって、塗布型酸化シリコン膜の欠陥をさらに減らしていく必要があると考えた。   Therefore, in order to further improve the quality of the coated silicon oxide film, the present inventor needs to suppress the generation of film stress and thereby further reduce defects in the coated silicon oxide film. I thought it was.

本発明者は、塗布型酸化シリコン膜に発生する膜応力は、アニール処理(加熱処理)の際に発生するものではないかと考えていた。本発明者が独自に考えた塗布型酸化シリコン膜の膜応力の発生メカニズムの詳細は以下のとおりである。   The present inventor has thought that the film stress generated in the coated silicon oxide film may be generated during the annealing process (heating process). The details of the film stress generation mechanism of the coating-type silicon oxide film, which the inventor originally considered, are as follows.

まず、アニール処理の際の塗布型酸化シリコン膜については、以下のような変化が起こっていると考えられる。   First, it is considered that the following changes have occurred in the coated silicon oxide film during the annealing treatment.

アニール処理前の塗布型酸化シリコン膜においては、酸化していない部分が存在することがある。さらに、アニール処理前の塗布型酸化シリコン膜は、強固な結合構造をなすには至っていない。そして、このような塗布型酸化シリコン膜に対して、アニール処理を行うことにより、この酸化していない部分が、酸化する。同時に、塗布型酸化シリコン膜は、緻密で強固な結合構造をなすように変化する。   In the coated silicon oxide film before the annealing treatment, there may be a portion that is not oxidized. Furthermore, the coated silicon oxide film before the annealing treatment has not reached a strong bonding structure. Then, by subjecting such a coated silicon oxide film to an annealing process, this non-oxidized portion is oxidized. At the same time, the coated silicon oxide film changes so as to form a dense and strong bond structure.

言い換えると、アニール処理前の塗布型酸化シリコン膜の結合構造中のシリコン原子の一部は、水素原子や窒素原子などと結合したままのものがある。さらに、アニール処理前の塗布型酸化シリコン膜の結合構造は、規則正しくシリコン原子と酸素原子とが結合するようなものではない。そして、このような塗布型酸化シリコン膜に対して、アニール処理を行うことにより、塗布型酸化シリコン膜の結合構造に残っていた水素原子や窒素原子が抜け、酸素原子と置換する。同時に、塗布型酸化シリコン膜は、各シリコン原子が酸素原子を介して他のシリコン原子と結合する、規則正しい、緻密で強固な結合構造を有するように変化する。   In other words, some of the silicon atoms in the bonded structure of the coated silicon oxide film before the annealing process remain bonded to hydrogen atoms, nitrogen atoms, or the like. Furthermore, the bonding structure of the coated silicon oxide film before annealing is not such that silicon atoms and oxygen atoms are regularly bonded. Then, by performing an annealing process on such a coated silicon oxide film, hydrogen atoms and nitrogen atoms remaining in the bonded structure of the coated silicon oxide film are removed and replaced with oxygen atoms. At the same time, the coated silicon oxide film changes so as to have a regular, dense, and strong bond structure in which each silicon atom is bonded to another silicon atom through an oxygen atom.

すなわち、アニール処理の間に、塗布型酸化シリコン膜においては、以上のような2つの変化が同時に起きていると考えられる。   That is, during the annealing process, it is considered that the above two changes occur simultaneously in the coated silicon oxide film.

本発明者は、アニール処理の間に、塗布型酸化シリコン膜から、塗布型酸化シリコン膜中に残っていた水素原子や窒素原子が抜けて、酸素原子と置換し、緻密で強固な結合構造を持った塗布型酸化シリコン膜を形成することにより、結合構造に歪みが生じていたと考えていた。さらに、この結合構造の歪みにより、膜応力が発生するのではないかと、本発明者は考えていた。   During the annealing process, the inventor removed hydrogen atoms and nitrogen atoms remaining in the coating-type silicon oxide film from the coating-type silicon oxide film and replaced them with oxygen atoms to form a dense and strong bonding structure. It was thought that the bond structure was distorted by forming the coated silicon oxide film. Furthermore, the present inventor has thought that film stress may be generated by the distortion of the joint structure.

そこで、本発明者は、塗布型酸化シリコン膜の膜応力の発生を抑制するためには、塗布型酸化シリコン膜が緻密で強固な結合構造をなす前に、塗布型酸化シリコン膜を緻密で強固な結合構造になることを避けつつ、膜中の水素原子や窒素原子を除去し、酸素原子に置換すればよいと考えた。言い換えると、アニール処理をする前に、塗布型酸化シリコン膜中の酸化されていない部分を酸化することのみを行えば良いと考えた。   Therefore, in order to suppress the generation of the film stress of the coated silicon oxide film, the present inventor has made the coated silicon oxide film dense and strong before the coated silicon oxide film forms a dense and strong bonding structure. We thought that it would be sufficient to remove the hydrogen and nitrogen atoms in the film and replace them with oxygen atoms while avoiding the formation of a simple bond structure. In other words, it was considered that it is only necessary to oxidize the non-oxidized portion in the coated silicon oxide film before the annealing treatment.

このような方法として、本発明者は、低温での酸化処理(第3の酸化処理)、例えば、低温でのオゾン酸化を行うことを考えた。この方法は、塗布型酸化シリコン膜を緻密で強固な結合構造にすることなく、塗布型酸化シリコン膜の未酸化部分を酸化することができるからである。   As such a method, the present inventor considered performing an oxidation treatment (third oxidation treatment) at a low temperature, for example, ozone oxidation at a low temperature. This is because the unoxidized portion of the coated silicon oxide film can be oxidized without making the coated silicon oxide film a dense and strong bonding structure.

本発明者は、アニール処理前に、低温での酸化処理(第3の酸化処理)をすることによって、塗布型酸化シリコン膜の膜応力の発生が妨げられるかどうかの確認を行った。詳細には、塗布型酸化シリコン膜が形成された半導体基板の反りを光学的に計測することによって、塗布型酸化シリコン膜の膜応力の測定を行った。その結果は以下のとおりである。   The present inventor has confirmed whether or not the generation of the film stress of the coated silicon oxide film is prevented by performing an oxidation treatment (third oxidation treatment) at a low temperature before the annealing treatment. Specifically, the film stress of the coated silicon oxide film was measured by optically measuring the warpage of the semiconductor substrate on which the coated silicon oxide film was formed. The results are as follows.

先に説明した方法によって、塗布型酸化シリコン膜を形成した。すなわち、ポリシラザン膜(シリコン化合物膜)を、水蒸気雰囲気下で、500℃、5分の高温酸化処理を行う。次に、窒素雰囲気下で、850℃、30分でアニール処理を行い、塗布型酸化シリコン膜を形成した。このようにして得られた塗布型酸化シリコン膜の膜応力は、115MPaであった。   A coated silicon oxide film was formed by the method described above. That is, the polysilazane film (silicon compound film) is subjected to high-temperature oxidation treatment at 500 ° C. for 5 minutes in a water vapor atmosphere. Next, annealing treatment was performed at 850 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to form a coated silicon oxide film. The film stress of the coating type silicon oxide film thus obtained was 115 MPa.

一方、同様の方法を用いつつ、さらに、アニール処理前に、低温でのオゾン酸化処理(第3の酸化処理)を追加して、塗布型酸化シリコン膜を形成した。このようにして得られた塗布型酸化シリコン膜の膜応力は、88MPaであった。   On the other hand, a coating type silicon oxide film was formed by adding ozone oxidation treatment (third oxidation treatment) at a low temperature before annealing treatment while using the same method. The film stress of the coating type silicon oxide film thus obtained was 88 MPa.

すなわち、最終的に得られた塗布型酸化シリコン膜の膜応力は、低温での酸化処理(第3の酸化処理)を追加することで、減少していることがわかった。   That is, it was found that the film stress of the finally obtained coated silicon oxide film was reduced by adding an oxidation treatment (third oxidation treatment) at a low temperature.

よって、この結果から、アニール処理前に低温での酸化処理(第3の酸化処理)を追加することによって、塗布型酸化シリコン膜の膜応力の発生は抑制されることが確認された。   Therefore, from this result, it was confirmed that the generation of the film stress of the coating type silicon oxide film is suppressed by adding the low temperature oxidation treatment (third oxidation treatment) before the annealing treatment.

本発明は、以上のような本発明者の独自の知得によりなされたものである。   The present invention has been made based on the unique knowledge of the present inventors as described above.

以下に、本発明の実施の一形態について説明する。
ここでは、例として、本発明の実施の一形態をNAND型フラッシュメモリの製造方法として説明する。しかしながら、本発明は、NAND型フラッシュメモリの製造方法に限られるものではない。
An embodiment of the present invention will be described below.
Here, as an example, one embodiment of the present invention will be described as a method for manufacturing a NAND flash memory. However, the present invention is not limited to the manufacturing method of the NAND flash memory.

(第1の実施形態)
図2は、本発明の第1の実施形態の半導体装置の概略的平面図(一部)である。より詳しくは、NAND型フラッシュメモリの概略的平面図(一部)である。なお、後で説明する第2から第5の実施形態における半導体装置の概略的平面図も図2と同一に表される。
(First embodiment)
FIG. 2 is a schematic plan view (part) of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. More specifically, it is a schematic plan view (a part) of a NAND flash memory. A schematic plan view of the semiconductor device in the second to fifth embodiments described later is also shown in the same manner as FIG.

図2に示されるように、第1の実施形態におけるNAND型フラッシュメモリは、紙面の上下方向に沿って、複数の活性領域(Active area)101が形成されている。さらに、複数の活性領域101は、紙面の横方向に一定の間隔をおいて配置され、互いに平行である。また、複数の活性領域101と平面的に見て直交するように、複数のゲート電極102が形成されている。活性領域101とゲート電極102とが立体的に交差する複数の部分には、複数のメモリセル60が形成されている。言い換えると、複数のメモリセル60は、NAND型フラッシュメモリに、マトリックス状に配置されている。さらに、紙面の横方向に沿って隣り合う各一対のメモリセル60は、各メモリセル60を分離するためのSTI(Shallow Trench Isolation)103を介して配置されている。この複数のSTI 103は、トレンチ(素子分離溝)と、トレンチの内部を占める絶縁膜(塗布型酸化シリコン膜)とで構成される。   As shown in FIG. 2, in the NAND flash memory according to the first embodiment, a plurality of active areas 101 are formed along the vertical direction of the drawing. Further, the plurality of active regions 101 are arranged at a certain interval in the horizontal direction of the paper surface and are parallel to each other. A plurality of gate electrodes 102 are formed so as to be orthogonal to the plurality of active regions 101 when viewed in plan. A plurality of memory cells 60 are formed at a plurality of portions where the active region 101 and the gate electrode 102 intersect three-dimensionally. In other words, the plurality of memory cells 60 are arranged in a matrix in the NAND flash memory. Further, each pair of memory cells 60 adjacent to each other in the horizontal direction of the paper surface is arranged via an STI (Shallow Trench Isolation) 103 for separating each memory cell 60. The plurality of STIs 103 include a trench (element isolation groove) and an insulating film (coating silicon oxide film) that occupies the trench.

図3から図9は、本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略的工程断面図である。これらの図は、図2のA−A´に沿って切った断面に対応するものである。なお、後で説明する第4、5の実施形態の半導体装置の製造方法の概略的工程断面図も図3から図9と同一に表される。   3 to 9 are schematic process cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. These figures correspond to a cross section taken along the line AA 'in FIG. In addition, schematic process sectional drawing of the manufacturing method of the semiconductor device of the 4th and 5th embodiment demonstrated later is also represented similarly to FIGS.

以下、図3から図9を用いて、本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。   A method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

半導体基板(シリコン基板)1上に、ゲート絶縁膜(SiON膜)2を8nm、フローティングゲート膜(Pドープ多結晶シリコン膜)3を80nm、化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)からゲート絶縁膜2やフローティングゲート膜3等を保護するためのCMPストッパー膜(SiN膜)4を70nm、順次積層する。次に、半導体基板1の表面全面に、CMPストッパー膜4を覆うように、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)のマスクとなるマスク材料膜(酸化シリコン)5をChemical Vapor Deposition(CVD)法により成膜する。さらに、フォトレジスト膜材料6を、マスク材料膜5を覆うように、半導体基板1の表面全体に、スピンコート法を用いて、塗布する。これによって、フォトレジスト膜16を形成する(図3(a)参照)。   On a semiconductor substrate (silicon substrate) 1, a gate insulating film (SiON film) 2 is 8 nm, a floating gate film (P-doped polycrystalline silicon film) 3 is 80 nm, gate insulation from chemical mechanical polishing (CMP). A CMP stopper film (SiN film) 4 for protecting the film 2, the floating gate film 3, and the like is sequentially laminated to 70 nm. Next, a mask material film (silicon oxide) 5 serving as a reactive ion etching (RIE) mask is applied to the entire surface of the semiconductor substrate 1 so as to cover the CMP stopper film 4 by chemical vapor deposition (CVD). The film is formed by the method. Further, a photoresist film material 6 is applied to the entire surface of the semiconductor substrate 1 by using a spin coating method so as to cover the mask material film 5. Thereby, a photoresist film 16 is formed (see FIG. 3A).

次に、リソグラフィ技術によって、フォトレジスト膜16に所望のパターンを形成し、フォトレジストパターン26を形成する(図3(b)参照)。   Next, a desired pattern is formed on the photoresist film 16 by a lithography technique to form a photoresist pattern 26 (see FIG. 3B).

パターンが形成されたフォトレジストパターン26をマスクとして、RIE法を用いて、マスク材料膜5にパターンを形成する。これによって、マスク材料膜5は、ハードマスク15となる(図4(a)参照)。   Using the photoresist pattern 26 on which the pattern is formed as a mask, a pattern is formed on the mask material film 5 using the RIE method. Thereby, the mask material film 5 becomes the hard mask 15 (see FIG. 4A).

フォトレジストパターン26を、アッシャー処理と、硫酸と過酸化水素水との混合液を用いたエッチングと、により、除去する(図4(b)参照)。   The photoresist pattern 26 is removed by ashing and etching using a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide (see FIG. 4B).

その後、ハードマスク15をマスクとして、RIE法を用いて、CMPストッパー膜4と、フローティングゲート膜3と、ゲート絶縁膜2と、を順次、エッチングする。さらに、半導体基板1の厚さに対して、エッチング深さが220nmとなるまで、半導体基板1を、エッチングする。これによって、CMPストッパー膜4から半導体基板1に至る、複数のトレンチ(素子分離溝)50が形成される。例えば、隣接する一対のメモリセル60の間に形成されることとなるトレンチ50の幅は、30nmであり、複数の制御トランジスタが配置されることとなる周辺回路におけるトレンチ50の幅は、100nm以上である(図5(a)参照)。   Thereafter, the CMP stopper film 4, the floating gate film 3, and the gate insulating film 2 are sequentially etched using the hard mask 15 as a mask and using the RIE method. Further, the semiconductor substrate 1 is etched until the etching depth becomes 220 nm with respect to the thickness of the semiconductor substrate 1. As a result, a plurality of trenches (element isolation trenches) 50 extending from the CMP stopper film 4 to the semiconductor substrate 1 are formed. For example, the width of the trench 50 to be formed between a pair of adjacent memory cells 60 is 30 nm, and the width of the trench 50 in the peripheral circuit in which a plurality of control transistors are arranged is 100 nm or more. (See FIG. 5A).

その後、シリコン化合物溶液8を、トレンチ50を形成した半導体基板1上全体に、塗布する。   Thereafter, the silicon compound solution 8 is applied to the entire semiconductor substrate 1 on which the trench 50 is formed.

詳細には、シリコン化合物は、例えば、ポリシラザン(ポリペルヒドロシラザン)[−(SiHNH)n−]、水素シルセスキオサン(HSQ)[−(HSiO3/2)n−]などであり、最終的には酸化されて酸化シリコン(塗布型酸化シリコン)となるシリコン化合物である。さらに、シリコン化合物溶液8は、このようなシリコン化合物をジブチルエーテル、キシレン等の有機溶媒に溶解させたものである。 Specifically, the silicon compound is, for example, polysilazane (polyperhydrosilazane) [— (SiH 2 NH) n—], hydrogen silsesquiosan (HSQ) [— (HSiO 3/2 ) n—], and the like. Is a silicon compound that is oxidized to silicon oxide (coated silicon oxide). Further, the silicon compound solution 8 is obtained by dissolving such a silicon compound in an organic solvent such as dibutyl ether or xylene.

ここでは、シリコン化合物溶液8として、平均分子量が2000から6000であるポリペルヒドロシラザンを、有機溶媒であるジブチルエーテルに溶解させた溶液を用いる。よって、この後の説明は、シリコン化合物溶液8としてポリシラザン溶液を用いて説明する。   Here, as the silicon compound solution 8, a solution in which polyperhydrosilazane having an average molecular weight of 2000 to 6000 is dissolved in dibutyl ether as an organic solvent is used. Therefore, the following description will be made using a polysilazane solution as the silicon compound solution 8.

このポリシラザン溶液8を、スピンコート法により、半導体基板1の表面全体を覆い、且つ、トレンチ50全体を占めるように、塗布する。このようにすることで、ハードマスク15の上面を基準として、400〜600nm程度の厚みをもつ膜の形状を有するポリシラザン溶液8が、半導体基板1の上に形成することになる(図5(b)参照)。   The polysilazane solution 8 is applied by spin coating so as to cover the entire surface of the semiconductor substrate 1 and occupy the entire trench 50. By doing so, a polysilazane solution 8 having a film shape with a thickness of about 400 to 600 nm with respect to the upper surface of the hard mask 15 is formed on the semiconductor substrate 1 (FIG. 5B). )reference).

続いて、このポリシラザン溶液8に対して、ホットプレートを用いて、150℃、3分の条件で、プリベーク(加熱処理)を行う。これによって、半導体基板1上及びトレンチ50の中に膜状のものとして存在するポリシラザン溶液8から、ジブチルエーテル(溶媒)を蒸発させ、半導体基板1上とトレンチ50の内部とに、ポリシラザン膜(シリコン化合物膜)18を形成する。この段階では、ポリシラザン膜18は、微量の有機溶媒を含み、その組成は、結晶密度の低いSiN膜の組成に近い状態にある(図6(a)参照)。   Subsequently, the polysilazane solution 8 is pre-baked (heat treatment) using a hot plate at 150 ° C. for 3 minutes. Thus, dibutyl ether (solvent) is evaporated from the polysilazane solution 8 present as a film on the semiconductor substrate 1 and in the trench 50, and a polysilazane film (silicone) is formed on the semiconductor substrate 1 and in the trench 50. Compound film) 18 is formed. At this stage, the polysilazane film 18 contains a trace amount of organic solvent, and its composition is in a state close to the composition of the SiN film having a low crystal density (see FIG. 6A).

次に、このポリシラザン膜18に対して、この後に行う高温酸化処理(第2の酸化処理)の温度(第2の温度)と比べて低い温度(第1の温度)で、詳細には、300℃以下で、オゾン雰囲気に暴露することで、ポリシラザン膜18の表面を酸化して改質(第1の酸化処理)を行う。すなわち、ポリシラザン膜18の表面を、酸素、オゾン、水等の酸化剤及び窒素、水素等の不純物が通過可能で、シリコン原子を含む揮発物が通過不可能な揮発物放出防止層(酸化シリコン膜)28として形成する。詳細には、ポリシラザン膜18の表面から40nmから50nm程度の深さにあるポリシラザン膜18の部分を酸化して改質し、揮発物放出防止層(酸化シリコン膜)28を形成する(図6(b)参照)。   Next, the polysilazane film 18 is at a temperature (first temperature) lower than the temperature (second temperature) of the high-temperature oxidation treatment (second oxidation treatment) to be performed later. The surface of the polysilazane film 18 is oxidized and modified (first oxidation treatment) by being exposed to an ozone atmosphere at a temperature of 0 ° C. or lower. That is, the surface of the polysilazane film 18 can pass an oxidant such as oxygen, ozone, water, and impurities such as nitrogen and hydrogen, and a volatile emission preventing layer (silicon oxide film) that cannot pass volatiles including silicon atoms. ) 28. Specifically, a portion of the polysilazane film 18 at a depth of about 40 nm to 50 nm from the surface of the polysilazane film 18 is oxidized and modified to form a volatile matter emission preventing layer (silicon oxide film) 28 (FIG. 6 ( b)).

この改質(第1の酸化処理)は、例えば、室温の大気中で、エキシマUVランプをポリシラザン膜18に数分程度照射することで行う。このようにすることで、大気中に20%程度含まれる酸素を、UV光によりオゾンに変化させる。そして、このオゾンが酸化剤となって、ポリシラザン膜18の表面を酸化する改質を行うのである。さらに他の方法、例えば、オゾン(オゾン濃度200g/m以上)雰囲気に暴露しつつ、ホットプレートで半導体基板1全体を300℃以下の温度で、10分から1時間加熱することによっても、ポリシラザン膜18の表面を酸化することができる。 This modification (first oxidation treatment) is performed, for example, by irradiating the polysilazane film 18 with the excimer UV lamp for several minutes in the air at room temperature. By doing in this way, oxygen contained about 20% in the atmosphere is changed to ozone by UV light. Then, this ozone is used as an oxidizing agent to perform modification that oxidizes the surface of the polysilazane film 18. Further, the polysilazane film can be obtained by heating the entire semiconductor substrate 1 with a hot plate at a temperature of 300 ° C. or lower for 10 minutes to 1 hour while being exposed to ozone (ozone concentration 200 g / m 3 or more). 18 surfaces can be oxidized.

次に、ポリシラザン膜18の内部まで酸化し、揮発物放出防止層と一体となる塗布型酸化シリコン膜(絶縁膜)38を形成するため、ポリシラザン膜18に対して、高温酸化処理(第2の酸化処理)を行う。例えば、高温酸化処理としては、HO、O、Nなどの雰囲気中で300〜1000℃の加熱を行う。他の方法としては、例えば、水蒸気(HO)雰囲気で500℃、5分間の熱処理を行う。なお、作製する素子の所望の性能によって、高温酸化処理の温度等の条件は定められることとなる。このようにすることで、塗布型酸化シリコン膜38が形成される(図7(a)参照)。 Next, the polysilazane film 18 is oxidized to the inside thereof to form a coating type silicon oxide film (insulating film) 38 integrated with the volatile matter emission preventing layer. Oxidation process). For example, as the high temperature oxidation treatment, heating at 300 to 1000 ° C. is performed in an atmosphere of H 2 O, O 2 , N 2 or the like. As another method, for example, heat treatment is performed in a steam (H 2 O) atmosphere at 500 ° C. for 5 minutes. Note that conditions such as the temperature of the high-temperature oxidation treatment are determined depending on the desired performance of the element to be manufactured. In this way, a coating type silicon oxide film 38 is formed (see FIG. 7A).

次に、この塗布型酸化シリコン膜38を、この後に行うアニール(加熱処理)の温度と比べて低い温度(第3の温度)で、詳細には、300℃以下においてオゾン雰囲気に暴露するオゾン酸化処理(第3の酸化処理)を行う。これによって、先に説明したように、塗布型酸化シリコン膜38の結合構造を強固なものにすることなく、塗布型酸化シリコン膜38中の酸化されていない部分を酸化する。さらに詳細には、塗布型酸化シリコン膜38の結合構造を強固なものにすることなく、塗布型酸化シリコン膜38中に残存する水素や窒素を除去し、酸素に置換する。   Next, the coating type silicon oxide film 38 is exposed to an ozone atmosphere at a temperature (third temperature) lower than that of the annealing (heat treatment) to be performed later, specifically, at 300 ° C. or lower. Treatment (third oxidation treatment) is performed. As a result, as described above, the non-oxidized portion of the coated silicon oxide film 38 is oxidized without strengthening the bonding structure of the coated silicon oxide film 38. More specifically, hydrogen and nitrogen remaining in the coated silicon oxide film 38 are removed and replaced with oxygen without strengthening the bonding structure of the coated silicon oxide film 38.

この工程においても、先ほど説明した、揮発物放出防止層28の形成で使用した方法と同様の方法を用いることができる。すなわち、室温にある大気中において、塗布型酸化シリコン膜38にエキシマUVランプでUV光を数分程度照射する方法を用いることができる。他には、オゾン雰囲気(オゾン濃度200g/m以上)に暴露しつつ、ホットプレートで半導体基板1全体を300℃以下で、10分から1時間加熱することによっても、行うことができる。 Also in this step, the same method as that used in the formation of the volatile matter emission preventing layer 28 described above can be used. That is, a method of irradiating the application type silicon oxide film 38 with UV light with an excimer UV lamp for several minutes in the atmosphere at room temperature can be used. Alternatively, it can also be performed by heating the entire semiconductor substrate 1 with a hot plate at 300 ° C. or lower for 10 minutes to 1 hour while being exposed to an ozone atmosphere (ozone concentration 200 g / m 3 or more).

次に、塗布型酸化シリコン膜38に対して、窒素雰囲気中で、850℃、30分間の条件でアニール処理(加熱処理)を行う。このようにすることで、トレンチ50内に埋め込まれた塗布型酸化シリコン膜38が、強固な結合構造を有するようになる。   Next, the coated silicon oxide film 38 is annealed (heated) in a nitrogen atmosphere at 850 ° C. for 30 minutes. By doing so, the coated silicon oxide film 38 embedded in the trench 50 has a strong bonding structure.

次に、CMPストッパー膜4を用いて、CMP法により、塗布型酸化シリコン膜38を平坦化する平坦化処理を行なう。この際、半導体基板1の表面にある余分な塗布型酸化シリコン膜38を、言い換えると、トレンチ50に埋め込まれていない部分の塗布型酸化シリコン膜38を、CMP法により平坦化することにより、除去する。このとき、ハードマスク15も同時に除去される(図7(b)参照)。   Next, using the CMP stopper film 4, a flattening process for flattening the coated silicon oxide film 38 is performed by CMP. At this time, the excess coating type silicon oxide film 38 on the surface of the semiconductor substrate 1, in other words, the portion of the coating type silicon oxide film 38 not embedded in the trench 50 is planarized by the CMP method to be removed. To do. At this time, the hard mask 15 is also removed (see FIG. 7B).

さらに、RIE法を用いて、トレンチ50内に埋め込まれている塗布型酸化シリコン膜38を半導体基板1の厚み方向に沿って120nmエッチング(エッチバック)する。このようにすることで、トレンチ50に埋め込まれた塗布型酸化シリコン膜38の上面は、トレンチ50を挟みこむようにトレンチ50の両側に配置される各メモリセル60のフローティングゲート膜3の厚さの中間に位置することになる(図8(a)参照)。   Further, the coated silicon oxide film 38 embedded in the trench 50 is etched (etched back) by 120 nm along the thickness direction of the semiconductor substrate 1 by using the RIE method. In this way, the upper surface of the coated silicon oxide film 38 embedded in the trench 50 has the thickness of the floating gate film 3 of each memory cell 60 disposed on both sides of the trench 50 so as to sandwich the trench 50. It is located in the middle (see FIG. 8A).

次に、150℃に加熱したリン酸を用いてCMPストッパー膜4を除去する(図8(b)参照)。   Next, the CMP stopper film 4 is removed using phosphoric acid heated to 150 ° C. (see FIG. 8B).

その後、電極間絶縁膜(IPD)となるONO(酸化シリコン膜−窒化シリコン膜−酸化シリコン膜)膜9を、塗布型酸化シリコン膜38の上面と、メモリセル50におけるフローティングゲート膜3の上面と側壁の一部と、を覆うように、一層のものとして、積層する。次に、ONO膜9の上に、コントロールゲート電極膜(Pドープ多結晶Si膜)10と、WSi膜11と、SiN膜12とを、順次積層する。さらに、公知のリソグラフィ技術とRIE法とを用いて、SiN膜12と、WSi膜11と、コントロールゲート電極膜10と、ONO膜9と、フローティングゲート膜3と、を順次所望の形状に加工する(図9参照)。   Thereafter, an ONO (silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film) film 9 serving as an interelectrode insulating film (IPD) is formed on the upper surface of the coated silicon oxide film 38 and the upper surface of the floating gate film 3 in the memory cell 50. A single layer is laminated so as to cover a part of the side wall. Next, a control gate electrode film (P-doped polycrystalline Si film) 10, a WSi film 11, and a SiN film 12 are sequentially stacked on the ONO film 9. Further, the SiN film 12, the WSi film 11, the control gate electrode film 10, the ONO film 9, and the floating gate film 3 are sequentially processed into a desired shape by using a known lithography technique and RIE method. (See FIG. 9).

以降、層間絶縁膜(PMD)と配線とを形成する工程等を経て、最終的に、NAND型フラッシュメモリが完成する。   Thereafter, through a process of forming an interlayer insulating film (PMD) and a wiring, a NAND flash memory is finally completed.

また、本実施形態の変形例としては、塗布型酸化シリコン膜の電気特性を改善するために、温水処理を追加することもできる。詳細には以下の通りである。   As a modification of the present embodiment, a hot water treatment can be added to improve the electrical characteristics of the coated silicon oxide film. Details are as follows.

先に説明した実施形態と同様に、ポリシラザン溶液8を半導体基板1に塗付し、ポリシラザン溶液8に対してプリベーク(加熱処理)を行って、ポリシラザン膜18を形成する。さらに、このポリシラザン膜18を300℃以下のオゾン雰囲気に暴露することにより、揮発物放出防止層28を形成する(第1の酸化処理)。次に、ポリシラザン膜18に対して、温水処理(条件等の詳細は後に説明する)を実施する。この温水処理により、水を、揮発物放出防止層28を介してポリシラザン膜18に浸透させる。その後、酸化剤の存在の下で300〜1000℃の高温酸化処理(第2の酸化処理)を行い、塗布型酸化シリコン膜38を形成する。さらに、先に説明した実施形態と同様に、塗布型酸化シリコン膜38を300℃以下のオゾン雰囲気に暴露し(第3の酸化処理)、次いで、塗布型酸化シリコン膜38に対して、N雰囲気中においてアニール処理(加熱処理)を行う。この後の工程は、先に説明した実施形態と同じである。 Similar to the above-described embodiment, the polysilazane solution 8 is applied to the semiconductor substrate 1, and the polysilazane solution 8 is pre-baked (heat treatment) to form the polysilazane film 18. Further, the polysilazane film 18 is exposed to an ozone atmosphere of 300 ° C. or lower to form a volatile matter emission preventing layer 28 (first oxidation treatment). Next, hot water treatment (details of conditions and the like will be described later) is performed on the polysilazane film 18. By this warm water treatment, water penetrates the polysilazane film 18 through the volatile matter emission preventing layer 28. Thereafter, a high-temperature oxidation process (second oxidation process) at 300 to 1000 ° C. is performed in the presence of an oxidizing agent to form a coating type silicon oxide film 38. Further, similarly to the embodiment described above, the coated silicon oxide film 38 is exposed to an ozone atmosphere of 300 ° C. or lower (third oxidation treatment), and then the coated silicon oxide film 38 is subjected to N 2. Annealing treatment (heating treatment) is performed in an atmosphere. The subsequent steps are the same as those in the embodiment described above.

この温水処理は、詳細には、50℃から70℃に保たれた純水に、数分から1時間程度の間、ポリシラザン膜18を、浸漬することによって行われる。   Specifically, this hot water treatment is performed by immersing the polysilazane film 18 in pure water maintained at 50 ° C. to 70 ° C. for about several minutes to one hour.

さらに、本実施形態の他の変形例として、酸化剤存在下での300〜1000℃の酸化処理(第2の酸化処理)は、複数回行なっても良い。さらに、このように複数回の酸化処理を行なう場合は、各酸化処理の合間に、塗布型酸化シリコン膜38を300℃以下のオゾン雰囲気に暴露するオゾン処理(第3の酸化処理)を複数回行っても良い。   Furthermore, as another modification of the present embodiment, the oxidation treatment (second oxidation treatment) at 300 to 1000 ° C. in the presence of an oxidizing agent may be performed a plurality of times. Further, when the oxidation treatment is performed a plurality of times as described above, ozone treatment (third oxidation treatment) for exposing the coated silicon oxide film 38 to an ozone atmosphere of 300 ° C. or lower is performed a plurality of times between each oxidation treatment. You can go.

以上のように、本発明の第1の実施形態によれば、塗布型酸化シリコン膜の収縮を妨げ、且つ、塗布型酸化シリコン膜の膜応力の発生を抑制することにより、欠陥の少ない良質な塗布型酸化シリコンの絶縁膜を得ることができる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the shrinkage of the coating type silicon oxide film is prevented, and the generation of the film stress of the coating type silicon oxide film is suppressed, so that the high quality with few defects is obtained. A coating-type silicon oxide insulating film can be obtained.

(第2の実施形態)
第2の実施形態としては、トレンチ(素子分離溝)50の形成後であって、ポリシラザン溶液8を半導体基板1表面全体に塗布する前に、不純物拡散防止膜(酸化シリコン膜)7を形成するものである。不純物拡散防止膜7が、各メモリセル60の側壁とトレンチ50の側壁と、を覆うように形成されることにより、塗布型酸化シリコン膜38に含まれる微量の不純物が、塗布型酸化シリコン膜38から、塗布型酸化シリコン膜38の両脇にあるメモリセル60へ拡散することを防止し、さらに、塗布型酸化シリコン膜38とトレンチ50の側壁との密着力を向上させて、NAND型フラッシュメモリの機械的強度を増加させるという効果を得ることができる。
(Second Embodiment)
As a second embodiment, an impurity diffusion prevention film (silicon oxide film) 7 is formed after the trench (element isolation groove) 50 is formed and before the polysilazane solution 8 is applied to the entire surface of the semiconductor substrate 1. Is. The impurity diffusion preventing film 7 is formed so as to cover the side wall of each memory cell 60 and the side wall of the trench 50, so that a small amount of impurities contained in the coated silicon oxide film 38 can be applied to the coated silicon oxide film 38. From being diffused to the memory cell 60 on both sides of the coated silicon oxide film 38, and the adhesion between the coated silicon oxide film 38 and the side wall of the trench 50 is improved, thereby providing a NAND flash memory. The effect of increasing the mechanical strength of can be obtained.

先に説明したとおり、第2の実施形態における半導体装置の概略的平面図は、図2と同一に表される。なお、ここでは、図2の説明を省略する。   As described above, the schematic plan view of the semiconductor device according to the second embodiment is the same as FIG. Note that the description of FIG. 2 is omitted here.

図10から図14は、本発明の第2の実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略的工程断面図である。これらの図は、本発明の実施形態にかかる半導体装置を図2のA−A´に沿って切った断面に対応するものである。   10 to 14 are schematic process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. These drawings correspond to a cross section of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention taken along the line AA ′ in FIG. 2.

以下、図10から図14を用いて第2の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同様の工程については、説明を省略する。   Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 14. Note that description of steps similar to those of the first embodiment is omitted.

第1の実施形態と同様の方法で、半導体基板1上に、ゲート絶縁膜2と、フローティングゲート膜3と、CMPストッパー膜4と、マスク材料膜5と、フォトレジスト膜16と、を順次積層する。次に、フォトレジスト膜16に所望のパターンを形成し、フォトレジストパターン26とする。さらに、フォトレジストパターン26をマスクとして、マスク材料膜5にパターンを形成し、ハードマスク15を形成する。次に、フォトレジストパターン26を除去する。その後、ハードマスク15をマスクとして、RIE法により、CMPストッパー膜4と、フローティングゲート膜3と、ゲート絶縁膜2と、半導体基板1と、をエッチングする。これによって、半導体基板1に、複数のトレンチ(素子分離溝)50が形成する(図10(a)参照)。   In the same manner as in the first embodiment, a gate insulating film 2, a floating gate film 3, a CMP stopper film 4, a mask material film 5, and a photoresist film 16 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 1. To do. Next, a desired pattern is formed on the photoresist film 16 to form a photoresist pattern 26. Further, using the photoresist pattern 26 as a mask, a pattern is formed on the mask material film 5 to form the hard mask 15. Next, the photoresist pattern 26 is removed. Thereafter, the CMP stopper film 4, the floating gate film 3, the gate insulating film 2, and the semiconductor substrate 1 are etched by the RIE method using the hard mask 15 as a mask. Thereby, a plurality of trenches (element isolation grooves) 50 are formed in the semiconductor substrate 1 (see FIG. 10A).

次に、不純物拡散防止膜7を形成する。シラン系ガス(ジクロロシラン、あるいはモノシラン)とNOとを原料として、CVD法を用いて、酸化シリコンを、半導体基板1全体を覆うように、詳細には、ハードマスク15の上面と側面と、CMPストッパー膜4の側面と、フローティングゲート膜3の側面と、ゲート絶縁膜2の側面と、トレンチ50の側壁と底部と、を覆うように、厚さ10nmに積層する(図10(b)参照)。 Next, an impurity diffusion preventing film 7 is formed. In detail, silicon oxide is covered with the silane-based gas (dichlorosilane or monosilane) and N 2 O as raw materials by using the CVD method so as to cover the entire semiconductor substrate 1. Then, it is laminated to a thickness of 10 nm so as to cover the side surface of the CMP stopper film 4, the side surface of the floating gate film 3, the side surface of the gate insulating film 2, and the side wall and bottom of the trench 50 (FIG. 10B). reference).

次に、第1の実施形態と同じ方法で、ポリシラザン溶液(シリコン化合物溶液)8を塗布する。この際、ポリシラザン溶液8で半導体基板1の上面を覆い、且つ、ポリシラザン溶液8でトレンチ50の内部を満たすようにする(図11(a)参照)。   Next, a polysilazane solution (silicon compound solution) 8 is applied by the same method as in the first embodiment. At this time, the upper surface of the semiconductor substrate 1 is covered with the polysilazane solution 8 and the inside of the trench 50 is filled with the polysilazane solution 8 (see FIG. 11A).

この後は、第1の実施形態と同様の方法で、図11(b)に示されるようにポリシラザン膜(シリコン化合物膜)18を形成する。さらに、図12(a)で示されるように、揮発物放出防止層28を形成する(第1の酸化処理)。次に、図12(b)で示されるように、塗布型酸化シリコン膜38を形成する(第2の酸化処理)。   Thereafter, a polysilazane film (silicon compound film) 18 is formed by the same method as in the first embodiment as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 12A, a volatile matter emission preventing layer 28 is formed (first oxidation treatment). Next, as shown in FIG. 12B, a coating-type silicon oxide film 38 is formed (second oxidation treatment).

次に、第1の実施形態と同じ方法を用い、図13(a)(b)、図14で示す工程を経て、最終的に、NAND型フラッシュメモリが完成する。   Next, using the same method as in the first embodiment, through the steps shown in FIGS. 13A, 13B, and 14, the NAND flash memory is finally completed.

以上のように、本発明の第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、塗布型酸化シリコン膜の収縮を妨げ、且つ、塗布型酸化シリコン膜の膜応力の発生を妨げることにより、欠陥の少ない良質な塗布型酸化シリコンの絶縁膜を得ることができる。さらに、塗布型酸化シリコン膜38に含まれる微量の不純物が、メモリセル60等の備える各膜へ拡散することを防止することができる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, similarly to the first embodiment, the shrinkage of the coated silicon oxide film is prevented and the generation of the film stress of the coated silicon oxide film is prevented. Thus, a high-quality coated silicon oxide insulating film with few defects can be obtained. Furthermore, it is possible to prevent a minute amount of impurities contained in the coated silicon oxide film 38 from diffusing into each film provided in the memory cell 60 or the like.

(第3の実施形態)
先に説明した第1の実施形態では、揮発物放出防止層(酸化シリコン膜)28を形成する改質(第1の酸化処理)は、ポリシラザン溶液(シリコン化合物溶液)8をプリベーク(加熱処理)した後に行っていた。この第3の実施形態は、ポリシラザン溶液8をプリベークする前に、揮発物放出防止層28を形成するものである。
(Third embodiment)
In the first embodiment described above, the modification (first oxidation treatment) for forming the volatile emission preventing layer (silicon oxide film) 28 is performed by pre-baking (heating treatment) the polysilazane solution (silicon compound solution) 8. Had gone after. In the third embodiment, the volatile matter emission preventing layer 28 is formed before the polysilazane solution 8 is pre-baked.

このように、揮発部放出防止層28を形成する工程の順序を変えたとしても、第1の実施形態と同様に、酸化シリコンで形成された揮発物放出防止層28は、シリコン原子を含む揮発物が放出することを防止し、酸素等の酸化剤及び窒素等の不純物を通過させ、さらに、ポリシラザン溶液8に含まれる溶媒を通過させるような性質を有するため、第1の実施形態と同じ効果を得ることができる。   As described above, even if the order of the steps for forming the volatile portion emission preventing layer 28 is changed, the volatile matter emission preventing layer 28 formed of silicon oxide is volatile containing silicon atoms, as in the first embodiment. Since it has the property of preventing the release of an object, allowing an oxidant such as oxygen and impurities such as nitrogen to pass through, and further allowing the solvent contained in the polysilazane solution 8 to pass therethrough, the same effect as the first embodiment Can be obtained.

なお、第3の実施形態にかかる半導体装置も、先に説明した第1の実施形態にかかる半導体装置と同じ構成を有する。また、先に説明したとおり、第3の実施形態にかかる半導体装置の概略的平面図は、図2と同一に表される。ここでは、図2の説明は省略する。   Note that the semiconductor device according to the third embodiment also has the same configuration as the semiconductor device according to the first embodiment described above. As described above, the schematic plan view of the semiconductor device according to the third embodiment is the same as FIG. Here, the description of FIG. 2 is omitted.

また、第3の実施形態の半導体装置の主な製造方法を示す概略的工程断面図は、図15から図17で表される。これらの図は、本発明の実施形態にかかる半導体装置を図2のA−A´に沿って切った断面に対応するものである。   Moreover, schematic process sectional drawing which shows the main manufacturing methods of the semiconductor device of 3rd Embodiment is represented by FIGS. 15-17. These drawings correspond to a cross section of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention taken along the line AA ′ in FIG. 2.

以下、図15から図17を用いて、第3の実施形態の主要な製造方法について説明する。なお、第1の実施形態と同様の工程については、説明を省略する。   Hereafter, the main manufacturing method of 3rd Embodiment is demonstrated using FIGS. 15-17. Note that description of steps similar to those of the first embodiment is omitted.

第1の実施形態と同様の方法で、半導体基板1上に、ゲート絶縁膜2と、フローティングゲート膜3と、CMPストッパー膜4と、マスク材料膜5と、フォトレジスト膜16と、を順次積層する。さらに、半導体基板1に、複数のトレンチ50を形成する(図15(a)参照)。   In the same manner as in the first embodiment, a gate insulating film 2, a floating gate film 3, a CMP stopper film 4, a mask material film 5, and a photoresist film 16 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 1. To do. Further, a plurality of trenches 50 are formed in the semiconductor substrate 1 (see FIG. 15A).

次に、半導体基板1の上とトレンチ(素子分離溝)50の内部とに、シリコン化合物(例えば、ポリシラザン)が有機溶媒(例えば、ジブチルエーテル等)に溶解したポリシラザン溶液(シリコン化合物溶液)8を塗布する。このようにすることで、半導体基板1の上とトレンチ50の内部とに、膜状のポリシラザン溶液8が形成される(図15(b)参照)。   Next, a polysilazane solution (silicon compound solution) 8 in which a silicon compound (for example, polysilazane) is dissolved in an organic solvent (for example, dibutyl ether) is formed on the semiconductor substrate 1 and inside the trench (element isolation groove) 50. Apply. In this way, a film-like polysilazane solution 8 is formed on the semiconductor substrate 1 and in the trench 50 (see FIG. 15B).

次に、このポリシラザン溶液8を、300℃以下のオゾン雰囲気に暴露することで、ポリシラザン溶液8の表面を酸化させる改質(第1の酸化処理)を行い、ポリシラザン溶液8の表面に、揮発物放出防止層(酸化シリコン)28を形成する(図16(a)参照)。なお、オゾン雰囲気に暴露するかわりに、酸素又は水蒸気雰囲気に、ポリシラザン溶液8を暴露させても良い。   Next, this polysilazane solution 8 is exposed to an ozone atmosphere of 300 ° C. or lower to perform modification (first oxidation treatment) that oxidizes the surface of the polysilazane solution 8, and volatiles are formed on the surface of the polysilazane solution 8. A release prevention layer (silicon oxide) 28 is formed (see FIG. 16A). Instead of exposing to an ozone atmosphere, the polysilazane solution 8 may be exposed to an oxygen or water vapor atmosphere.

さらに、ポリシラザン溶液8に対して、ホットプレートを用いて、150℃、3分の条件で、プリベーク(加熱処理)を行う。これによって、揮発物放出防止層28の下の膜状のポリシラザン溶液8から、揮発物放出防止層28を介して、有機溶媒を蒸発させ、揮発物放出防止層28の下で、且つ、半導体基板1上とトレンチ50の内部とに、ポリシラザン膜(シリコン化合物膜)18を形成する(図16(b)参照)。   Further, pre-baking (heat treatment) is performed on the polysilazane solution 8 using a hot plate at 150 ° C. for 3 minutes. As a result, the organic solvent is evaporated from the film-like polysilazane solution 8 under the volatile emission preventing layer 28 via the volatile emission preventing layer 28, and the semiconductor substrate is formed under the volatile emission preventing layer 28. 1 and a polysilazane film (silicon compound film) 18 are formed on the trench 50 (see FIG. 16B).

この後は、第1の実施形態と同様に、ポリシラザン膜18を酸化する酸化処理(第2の酸化処理)を行う。このようにすることで、ポリシラザン膜18は、酸化され、揮発物放出防止層28と一体となって、塗布型酸化シリコン膜38となる(図17参照)。   Thereafter, as in the first embodiment, an oxidation process (second oxidation process) for oxidizing the polysilazane film 18 is performed. By doing so, the polysilazane film 18 is oxidized and integrated with the volatile matter emission preventing layer 28 to form a coated silicon oxide film 38 (see FIG. 17).

さらに、この後の工程は、第1の実施形態と同じであるため、説明は省略する。第1の実施形態と同様に、図7(a)(b)、図8(a)(b)、図9に示す工程を経て、最終的に、NAND型フラッシュメモリが完成する。   Further, since the subsequent steps are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted. Similar to the first embodiment, the NAND flash memory is finally completed through the steps shown in FIGS. 7A, 7B, 8A, 8B, and 9. FIG.

以上のように、本発明の第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、塗布型酸化シリコン膜の収縮を妨げ、且つ、塗布型酸化シリコン膜の膜応力の発生を妨げることにより、欠陥の少ない良質な塗布型酸化シリコンの絶縁膜を得ることができる。   As described above, according to the third embodiment of the present invention, similarly to the first embodiment, the shrinkage of the coated silicon oxide film is prevented and the generation of the film stress of the coated silicon oxide film is prevented. Thus, a high-quality coated silicon oxide insulating film with few defects can be obtained.

(第4の実施形態)
これまで説明した実施形態においては、第1の酸化処理としてオゾン酸化を用いて、揮発物放出防止層(酸化シリコン膜)28を形成した。この第4の実施形態は、これまで説明した実施形態と異なる別の方法によって、揮発物放出防止層28を形成するものである。より詳細には、酸素ラジカルをポリシラザン膜(シリコン化合物膜)18に照射することにより、ポリシラザン膜18の表面を酸化して、ポリシラザン膜18の表面に、酸化シリコンの揮発物放出防止層28を形成するものである。
(Fourth embodiment)
In the embodiment described so far, the volatile matter emission preventing layer (silicon oxide film) 28 is formed by using ozone oxidation as the first oxidation treatment. In the fourth embodiment, the volatile matter emission preventing layer 28 is formed by another method different from the embodiments described so far. More specifically, the surface of the polysilazane film 18 is oxidized by irradiating the polysilazane film (silicon compound film) 18 with oxygen radicals to form a silicon oxide volatile matter emission preventing layer 28 on the surface of the polysilazane film 18. To do.

なお、第4の実施形態にかかる半導体装置も、先に説明した第1の実施形態にかかる半導体装置と同じ構成を有する。また、先に説明したとおり、第4の実施形態にかかる半導体装置の概略的平面図は、図2と同一に表される。ここでは、図2の説明は省略する。   The semiconductor device according to the fourth embodiment has the same configuration as the semiconductor device according to the first embodiment described above. As described above, the schematic plan view of the semiconductor device according to the fourth embodiment is the same as FIG. Here, the description of FIG. 2 is omitted.

さらに、先に説明したように、第4の実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略的工程断面図は、図3から図9と同一に表される。   Further, as described above, the schematic process cross-sectional view showing the semiconductor device manufacturing method of the fourth embodiment is the same as FIGS. 3 to 9.

以下、図3から図9を用いて第4の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同様の工程については、説明を省略する。   Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 9. Note that description of steps similar to those of the first embodiment is omitted.

第1の実施形態と同様の方法で、半導体基板1上に、ゲート絶縁膜2と、フローティングゲート膜3と、CMPストッパー膜4と、マスク材料膜5と、フォトレジスト膜16と、を順次積層する(図3(a)参照)。さらに、図3(b)から図4(b)に示される工程を経て、半導体基板1に、複数のトレンチ(素子分離溝)50を形成する(図5(a)参照)。次に、図5(b)で示される工程を経て、半導体基板1の上とトレンチ50の内部とに、ポリシラザン膜(シリコン化合物膜)18を形成する(図6(a)参照)。   In the same manner as in the first embodiment, a gate insulating film 2, a floating gate film 3, a CMP stopper film 4, a mask material film 5, and a photoresist film 16 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 1. (See FIG. 3A). Further, through the steps shown in FIGS. 3B to 4B, a plurality of trenches (element isolation grooves) 50 are formed in the semiconductor substrate 1 (see FIG. 5A). Next, through the process shown in FIG. 5B, a polysilazane film (silicon compound film) 18 is formed on the semiconductor substrate 1 and in the trench 50 (see FIG. 6A).

次に、酸素ラジカルをポリシラザン膜18に照射する。酸素ラジカルは、酸素とアルゴンガスとの混合ガスにマイクロ波を照射することにより発生させることができる。さらに詳細には、この混合ガスに含まれる酸素は、5%以上とすることが好ましく、さらに、25%が良い。このようにして、発生させた酸素ラジカルを、ポリシラザン膜18に1分間照射し、ポリシラザン膜18の表面を酸化する改質(第1の酸化処理)を行う。この改質により、ポリシラザン膜18の表面に、酸化シリコンの揮発物放出防止層(酸化シリコン膜)28を形成する(図6(b)参照)。   Next, oxygen radicals are irradiated to the polysilazane film 18. Oxygen radicals can be generated by irradiating a mixed gas of oxygen and argon gas with microwaves. More specifically, the oxygen contained in the mixed gas is preferably 5% or more, and more preferably 25%. In this way, the generated oxygen radical is irradiated to the polysilazane film 18 for 1 minute to perform modification (first oxidation treatment) that oxidizes the surface of the polysilazane film 18. By this modification, a silicon oxide volatile emission preventing layer (silicon oxide film) 28 is formed on the surface of the polysilazane film 18 (see FIG. 6B).

さらに、これまで説明してきた実施形態と同様に、ポリシラザン膜18を酸化させる高温酸化処理(第2の酸化処理)を行う。このようにすることで、ポリシラザン膜18は、酸化され、揮発物放出防止層28と一体化して、塗布型酸化シリコン膜38へとなる(図7(a)参照)。   Further, similarly to the embodiment described so far, a high-temperature oxidation process (second oxidation process) for oxidizing the polysilazane film 18 is performed. By doing so, the polysilazane film 18 is oxidized and integrated with the volatile matter emission preventing layer 28 to become a coated silicon oxide film 38 (see FIG. 7A).

この後の工程は、第1の実施形態と同じであるため、説明は省略する。すなわち、第1の実施形態と同様の方法により、図7(b)、図8(a)(b)、図9に示す工程を経て、最終的に、NAND型フラッシュメモリが完成する。   Since the subsequent steps are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. That is, the NAND flash memory is finally completed through the steps shown in FIGS. 7B, 8A, 8B, and 9 by the same method as in the first embodiment.

さらに、第4の実施形態の変形例としては、酸素ラジカルと同時に、OHラジカルを、照射させる方法が挙げられる。OHラジカルを同時に照射することによって、ポリシラザン膜の酸化をより促進させることができる。詳細には、先に説明した実施形態において、酸素ラジカルを発生させるための混合ガスに、さらに、水素ガスを混合して、マイクロ波を照射することによって、酸素ラジカルと同時にOHラジカルを発生することができる。このようにして発生させた酸素ラジカルとOHラジカルとを、ポリシラザン膜18に1分間照射する。その他の工程については、先に説明した実施形態と同様である。   Furthermore, as a modification of the fourth embodiment, there is a method of irradiating OH radicals simultaneously with oxygen radicals. By simultaneously irradiating OH radicals, the oxidation of the polysilazane film can be further promoted. Specifically, in the above-described embodiment, the mixed gas for generating oxygen radicals is further mixed with hydrogen gas and irradiated with microwaves to generate OH radicals simultaneously with oxygen radicals. Can do. The polysilazane film 18 is irradiated with oxygen radicals and OH radicals generated in this way for 1 minute. Other steps are the same as those in the above-described embodiment.

以上のように、本発明の第3の実施形態によれば、これまで説明してきた他の実施形態と同様に、塗布型酸化シリコン膜の収縮を妨げ、且つ、塗布型酸化シリコン膜の膜応力の発生を妨げることにより、欠陥の少ない良質な塗布型酸化シリコンの絶縁膜を得ることができる。   As described above, according to the third embodiment of the present invention, the shrinkage of the coated silicon oxide film is prevented and the film stress of the coated silicon oxide film is prevented as in the other embodiments described so far. By preventing the occurrence of this, it is possible to obtain a high-quality coated silicon oxide insulating film with few defects.

(第5の実施形態)
これまで説明した実施形態においては、第1の酸化処理としてオゾン酸化や酸素ラジカル照射を用いて、揮発物放出防止層(酸化シリコン膜)28を形成した。この第5の実施形態は、これまで説明した実施形態と異なる別の方法によって、揮発物放出防止層28を形成するものである。さらに詳細には、酸素イオンをポリシラザン膜(シリコン化合物膜)18に注入することにより、ポリシラザン膜18の表面を酸化する改質(第1の酸化処理)を行い、揮発物放出防止層28を形成するものである。この第5の実施形態は、酸素イオンを注入する際の注入条件を変えることにより、形成する揮発物放出防止層28の厚さを容易に制御することができるという利点を有する。
(Fifth embodiment)
In the embodiments described so far, the volatile matter emission preventing layer (silicon oxide film) 28 is formed using ozone oxidation or oxygen radical irradiation as the first oxidation treatment. In the fifth embodiment, the volatile matter emission preventing layer 28 is formed by another method different from the embodiments described so far. More specifically, oxygen ions are injected into the polysilazane film (silicon compound film) 18 to modify the surface of the polysilazane film 18 (first oxidation treatment), thereby forming the volatile matter emission preventing layer 28. To do. The fifth embodiment has the advantage that the thickness of the volatile matter emission preventing layer 28 to be formed can be easily controlled by changing the implantation conditions when oxygen ions are implanted.

なお、第5の実施形態にかかる半導体装置も、先に説明した第1の実施形態にかかる半導体装置と同じ構成を有する。また、先に説明したとおり、第5の実施形態のかかる半導体装置の概略的平面図は、図2と同一に表される。ここでは、図2の説明は省略する。   Note that the semiconductor device according to the fifth embodiment also has the same configuration as the semiconductor device according to the first embodiment described above. As described above, the schematic plan view of the semiconductor device according to the fifth embodiment is the same as FIG. Here, the description of FIG. 2 is omitted.

さらに、先に説明したように、第5の実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略的工程断面図は、図3から図9と同一に表される。よって、以下、図3から図9を用いて第5の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同様の工程については、説明を省略する。   Furthermore, as described above, the schematic process cross-sectional view showing the semiconductor device manufacturing method of the fifth embodiment is the same as FIGS. 3 to 9. Therefore, the fifth embodiment will be described below with reference to FIGS. Note that description of steps similar to those of the first embodiment is omitted.

第1の実施形態と同様の方法で、半導体基板1上に、ゲート絶縁膜2と、フローティングゲート膜3と、CMPストッパー膜4と、マスク材料膜5と、フォトレジスト膜16と、を順次積層する(図3(a)参照)。さらに、図3(b)から図4(b)で示される工程を経て、半導体基板1に、トレンチ(素子分離溝)50を形成する(図5(a)参照)。次に、図5(b)で示される工程を経て、半導体基板1の上とトレンチ50の内部とに、ポリシラザン膜(シリコン化合物膜)18を形成する(図6(a)参照)。   In the same manner as in the first embodiment, a gate insulating film 2, a floating gate film 3, a CMP stopper film 4, a mask material film 5, and a photoresist film 16 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 1. (See FIG. 3A). Further, through the steps shown in FIGS. 3B to 4B, trenches (element isolation grooves) 50 are formed in the semiconductor substrate 1 (see FIG. 5A). Next, through the process shown in FIG. 5B, a polysilazane film (silicon compound film) 18 is formed on the semiconductor substrate 1 and in the trench 50 (see FIG. 6A).

次に、ポリシラザン膜18に酸素イオンを注入する。この際の酸素イオン注入条件によって、ポリシラザン膜18の表面に形成する、揮発物放出防止層28の膜厚を制御することができる。例えば、酸素イオン注入エネルギー10keV、酸素イオン注入量1.0×1014/cmの条件で、酸素イオンをポリシラザン膜18に注入する。このようにすることで、ポリシラザン膜18の表面を酸化する改質(第1の酸化処理)を行い、ポリシラザン膜18の表面に、酸化シリコンの揮発物放出防止層(酸化シリコン膜)28を形成する(図6(b)参照)。 Next, oxygen ions are implanted into the polysilazane film 18. The film thickness of the volatile matter emission preventing layer 28 formed on the surface of the polysilazane film 18 can be controlled by the oxygen ion implantation conditions at this time. For example, oxygen ions are implanted into the polysilazane film 18 under conditions of an oxygen ion implantation energy of 10 keV and an oxygen ion implantation amount of 1.0 × 10 14 / cm 2 . In this way, a modification (first oxidation treatment) is performed to oxidize the surface of the polysilazane film 18, and a silicon oxide volatile emission prevention layer (silicon oxide film) 28 is formed on the surface of the polysilazane film 18. (See FIG. 6B).

次に、これまで説明してきた実施形態と同様に、ポリシラザン膜18の全体を酸化するために、高温酸化処理(第2の酸化処理)を行う。この処理を行うことによって、ポリシラザン膜18は、酸化され、揮発物放出防止層28と一体となった、塗布型酸化シリコン膜38となる(図7(a)参照)。   Next, as in the embodiment described so far, a high-temperature oxidation process (second oxidation process) is performed in order to oxidize the entire polysilazane film 18. By performing this treatment, the polysilazane film 18 is oxidized and becomes a coated silicon oxide film 38 integrated with the volatile matter emission preventing layer 28 (see FIG. 7A).

さらに、この後の工程は、第1の実施形態と同じであるため、説明は省略する。図7(b)、図8(a)(b)、図9に示す工程を経て、最終的に、NAND型フラッシュメモリが完成する。   Further, since the subsequent steps are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted. Through the steps shown in FIGS. 7B, 8A, 8B, and 9, a NAND flash memory is finally completed.

以上のように、本発明の第5の実施形態によれば、これまで説明してきた他の実施形態と同様に、塗布型酸化シリコン膜の収縮を妨げ、且つ、塗布型酸化シリコン膜の膜応力の発生を妨げることにより、欠陥の少ない良質な塗布型酸化シリコンの絶縁膜を得ることができる。さらに、酸素イオンを注入する際の注入条件を変えることにより、形成する揮発物放出防止層28の厚さを容易に制御することができる。   As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, similarly to the other embodiments described so far, the shrinkage of the coated silicon oxide film is prevented, and the film stress of the coated silicon oxide film is reduced. By preventing the occurrence of this, it is possible to obtain a high-quality coated silicon oxide insulating film with few defects. Furthermore, the thickness of the volatile matter emission preventing layer 28 to be formed can be easily controlled by changing the implantation conditions for implanting oxygen ions.

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、これら以外の各種の形態を採ることができる。   In addition, this invention is not limited to said each embodiment, Various forms other than these can be taken.

1 半導体基板(シリコン基板)
2 ゲート絶縁膜(SiON膜)
3 フローティングゲート膜(Pドープ多結晶シリコン膜)
4 CMPストッパー膜(SiN膜)
5 マスク材料膜(酸化シリコン膜)
6 フォトレジスト膜材料
7 不純物拡散防止膜(酸化シリコン膜)
8 ポリシラザン溶液(シリコン化合物溶液)
9 ONO膜(酸化シリコン膜−シリコン窒化膜−酸化シリコン膜)
10 コントロールゲート電極膜(Pドープ多結晶Si膜)
11 WSi膜
12 SiN膜
16 フォトレジスト膜
15 ハードマスク
18 ポリシラザン膜(シリコン化合物膜)
26 フォトレジストパターン
28 揮発物放出防止層(酸化シリコン)
38 塗布型酸化シリコン膜(絶縁膜)
50 トレンチ(素子分離溝)
60 メモリセル
101 活性領域
102 ゲート電極
103 STI
1 Semiconductor substrate (silicon substrate)
2 Gate insulation film (SiON film)
3 Floating gate film (P-doped polycrystalline silicon film)
4 CMP stopper film (SiN film)
5 Mask material film (silicon oxide film)
6 Photoresist film material 7 Impurity diffusion prevention film (silicon oxide film)
8 Polysilazane solution (silicon compound solution)
9 ONO film (silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film)
10 Control gate electrode film (P-doped polycrystalline Si film)
11 WSi film 12 SiN film 16 Photoresist film 15 Hard mask 18 Polysilazane film (silicon compound film)
26 Photoresist pattern 28 Volatile emission preventing layer (silicon oxide)
38 Coating type silicon oxide film (insulating film)
50 trench (element isolation groove)
60 Memory cell 101 Active region 102 Gate electrode 103 STI

Claims (4)

半導体基板に複数のメモリセルと、隣接する前記メモリセルの間に素子分離溝を形成し、
前記各メモリセルの側面を覆うように前記素子分離溝に不純物拡散防止膜を形成し、
前記不純物拡散防止膜が形成された前記素子分離溝の内部に、前記素子分離溝を埋め込むように、シリコン化合物膜を形成し、
第1の温度で、オゾン酸化、酸素イオン注入及び酸素ラジカル照射のいずれかの酸化処理を行うことにより、前記シリコン化合物膜の表面を、酸化剤及び不純物の通過を許容しつつもシリコン原子を含む揮発物が通過不可能な揮発物放出防止層に、改質し、
前記第1の温度よりも高い第2の温度での酸化処理により、前記素子分離溝の内部に、塗布型酸化シリコン膜を形成する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A plurality of memory cells in a semiconductor substrate, forming an element isolation trench between the memory cells adjacent,
An impurity diffusion prevention film is formed in the element isolation trench so as to cover the side surface of each memory cell,
A silicon compound film is formed so as to embed the element isolation groove inside the element isolation groove where the impurity diffusion prevention film is formed ,
By performing oxidation treatment of any one of ozone oxidation, oxygen ion implantation, and oxygen radical irradiation at a first temperature, the surface of the silicon compound film contains silicon atoms while allowing the passage of an oxidant and impurities. Modified to a volatile emission prevention layer through which volatiles cannot pass,
By acid treatment at higher than said first temperature the second temperature, the interior of the device isolation trench, forming a coating type silicon oxide film,
A method for manufacturing a semiconductor device.
半導体基板に素子分離溝を形成し、
前記素子分離溝の内部に、前記素子分離溝を埋め込むように、シリコン化合物を溶媒中に溶解させたシリコン化合物溶液を塗布し、
第1の温度で、オゾン酸化、酸素イオン注入及び酸素ラジカル照射のいずれかの酸化処理を行うことにより、前記シリコン化合物溶液の表面を、酸化剤、不純物及び前記溶媒の通過を許容しつつもシリコン原子を含む揮発物が通過不可能な揮発物放出防止層に、改質し、
加熱処理により、前記溶媒を、前記揮発物放出防止層を介して蒸発させて、前記揮発物放出防止層下の前記シリコン化合物溶液からシリコン化合物膜を形成し、
前記第1の温度よりも高い第2の温度での酸化処理により、前記素子分離溝の内部に、塗布型酸化シリコン膜を形成する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an isolation groove in a semiconductor substrate;
Applying a silicon compound solution in which a silicon compound is dissolved in a solvent so as to embed the element isolation groove inside the element isolation groove,
By performing oxidation treatment of any one of ozone oxidation, oxygen ion implantation, and oxygen radical irradiation at the first temperature, the surface of the silicon compound solution is allowed to pass through the oxidizing agent, impurities, and the solvent while being allowed to pass through the silicon. It is modified to a volatile emission prevention layer through which volatiles containing atoms cannot pass,
By the heat treatment, the solvent is evaporated through the volatile matter emission preventing layer to form a silicon compound film from the silicon compound solution under the volatile matter emission preventing layer,
By acid treatment at higher than said first temperature the second temperature, the interior of the device isolation trench, forming a coating type silicon oxide film,
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記シリコン化合物膜として、ポリシラザン膜及びHSQ膜のいずれかを形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein either the polysilazane film or the HSQ film is formed as the silicon compound film. 前記塗布型酸化シリコン膜を形成した後に、
第3の温度でオゾン処理を行い、
前記塗布型酸化シリコン膜に対して、前記第3の温度よりも高い温度での加熱処理を行う、
ことを特徴とする請求項1からのいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
After forming the coating type silicon oxide film,
Ozone treatment at the third temperature,
Heat-treating the coated silicon oxide film at a temperature higher than the third temperature;
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that.
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