專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法，尤其是，涉及半導(dǎo)體元件間的隔離構(gòu)造。
背景技術(shù)：
作為對(duì)半導(dǎo)體元件之間進(jìn)行隔離的元件隔離構(gòu)造，例如STI(Shallow Trench Isolation淺溝槽隔離)等溝槽隔離已廣為人知。現(xiàn)階段，溝槽隔離一般由以下的工序形成。
(a)有選擇地蝕刻硅襯底的元件隔離區(qū)域，形成溝槽。
(b)通過(guò)氧化硅襯底表面，從而在溝槽的內(nèi)壁形成內(nèi)壁氧化膜。
(c)向溝槽內(nèi)埋入形成氧化膜后形成隔離氧化膜。
在半導(dǎo)體裝置的制造工序中，形成溝槽隔離后，通常進(jìn)行包含硅襯底的熱氧化處理的工序。例如，在包含MOS(Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管的半導(dǎo)體裝置的制造工序中，在硅襯底上形成溝槽隔離后，對(duì)該硅襯底的主表面進(jìn)行熱氧化，形成柵極氧化膜。進(jìn)行形成溝槽隔離后的熱氧化處理時(shí)，如果對(duì)溝槽內(nèi)壁再進(jìn)行氧化，則該部分的體積增大并在溝槽隔離的周?chē)a(chǎn)生壓縮應(yīng)力。其結(jié)果，在由溝槽隔離規(guī)定的活性區(qū)域(元件形成區(qū)域)發(fā)生結(jié)晶缺陷，導(dǎo)致在該處形成的半導(dǎo)體元件的漏電流增大。上述工序(b)即是為了抑制該問(wèn)題，在隔離氧化膜形成前對(duì)溝槽內(nèi)壁預(yù)先進(jìn)行氧化處理而設(shè)置的工序。
此外，還有通過(guò)對(duì)內(nèi)壁氧化膜進(jìn)行使用NO和NH3等氣體的熱氮化處理來(lái)導(dǎo)入氮的技術(shù)(即，使內(nèi)壁氧化膜的一部分成為氮化氧化膜)。如果對(duì)內(nèi)壁氧化膜導(dǎo)入氮，則在形成溝槽隔離后的熱氧化處理中，可以抑制穿過(guò)隔離氧化膜的氧化劑同樣穿過(guò)內(nèi)壁氧化膜而到達(dá)硅襯底。即，在形成溝槽隔離后，進(jìn)行溝槽內(nèi)壁的氧化可以抑制體積的增大。向內(nèi)壁氧化膜導(dǎo)入的氮量越多其效果越好。
對(duì)內(nèi)壁氧化膜進(jìn)行熱氮化處理時(shí)，主要向內(nèi)壁氧化膜與硅襯底的交界面附近等較深的位置導(dǎo)入氮。由此，氮被導(dǎo)入到內(nèi)壁氧化膜下的硅襯底的表面。導(dǎo)入內(nèi)壁氧化膜的氮量越多上述的效果越明顯，但如果硅襯底表面被導(dǎo)入大量的氮，就會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題，即妨礙為了形成柵極氧化膜而對(duì)硅襯底表面進(jìn)行氧化的進(jìn)行，在柵極氧化膜的活性區(qū)域端(此后所示圖1(b)及圖2中的區(qū)域C)得不到所希望的氧化膜厚度(薄膜化)。另外，也會(huì)導(dǎo)致在硅襯底與柵極氧化膜的交界面形成了由氮所引起的能級(jí)(準(zhǔn)位)的問(wèn)題產(chǎn)生。由于這些問(wèn)題會(huì)惡化柵極氧化膜的耐壓和Qbd值(破壞電荷量)，引起紐結(jié)(kink)現(xiàn)象，從而成為半導(dǎo)體裝置可靠性降低的主要原因。
另一方面，為了避免在氮化內(nèi)壁氧化膜的同時(shí)導(dǎo)入氮到硅襯底表面，提出了利用游離基(ラジカル)氮化法僅在內(nèi)壁氧化膜表面形成氮化氧化膜層的技術(shù)(如專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)2004-47599號(hào)公報(bào)如上所述，可以抑制越增加向內(nèi)壁氧化膜導(dǎo)入的氮的量越容易發(fā)生溝槽內(nèi)壁的氧化而導(dǎo)致的結(jié)晶缺陷，并抑制半導(dǎo)體元件的漏電流。該優(yōu)點(diǎn)在追求半導(dǎo)體裝置的微小化及低功耗化的近些年尤為重要。然而，導(dǎo)入至硅襯底的氮成為半導(dǎo)體元件可靠性惡化的主要因素。即，向內(nèi)壁氧化膜導(dǎo)入氮，在抑制結(jié)晶缺陷和提高可靠性方面存在著二律背反的矛盾關(guān)系。此外，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1的方法中，在形成隔離氧化膜后的氧化量較大的情況下，抑制氧化劑到達(dá)襯底的效果不充分。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決以上的課題而提出的，其目的在于，提供一種可抑制具有溝槽隔離構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置的可靠性的惡化，同時(shí)向溝槽內(nèi)的內(nèi)壁氧化膜導(dǎo)入大量氮的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
本發(fā)明第1方面的半導(dǎo)體制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成溝槽的工序、對(duì)上述溝槽內(nèi)壁進(jìn)行氧化而形成內(nèi)壁氧化膜的工序、向上述內(nèi)壁氧化膜導(dǎo)入氮的工序、以及向上述溝槽內(nèi)埋入形成隔離絕緣膜的工序，上述氮導(dǎo)入工序包括向上述內(nèi)壁氧化膜的較深位置導(dǎo)入氮的第1導(dǎo)入工序、和向上述內(nèi)壁氧化膜的較淺位置導(dǎo)入氮的第2導(dǎo)入工序。
本發(fā)明第2方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成溝槽的工序、向上述溝槽內(nèi)壁導(dǎo)入氮的第1導(dǎo)入工序、對(duì)被導(dǎo)入了上述氮的上述溝槽的內(nèi)壁進(jìn)行氧化而形成內(nèi)壁氧化膜的工序、向上述內(nèi)壁氧化膜導(dǎo)入氮的第2導(dǎo)入工序、和向上述溝槽內(nèi)埋入形成隔離絕緣膜的工序。
本發(fā)明第3方面的半導(dǎo)體裝置，包括在半導(dǎo)體襯底上形成的溝槽、在上述溝槽內(nèi)壁形成的內(nèi)壁氧化膜、和埋入到上述溝槽內(nèi)的隔離絕緣膜，上述內(nèi)壁氧化膜的至少一部分含有氮，并且沿上述內(nèi)壁氧化膜的厚度方向的上述氮的濃度分布具有兩個(gè)峰值。
本發(fā)明第4方面的半導(dǎo)體裝置，包括在半導(dǎo)體襯底上形成的溝槽、在上述溝槽內(nèi)壁形成的內(nèi)壁氧化膜、和埋入到上述溝槽內(nèi)的隔離絕緣膜，上述內(nèi)壁氧化膜的各部分均含有氮，上述內(nèi)壁氧化膜內(nèi)的上述氮的濃度分布在上述內(nèi)壁氧化膜的表面附近具有峰值。
本發(fā)明第5方面的半導(dǎo)體裝置，包括在半導(dǎo)體襯底上形成的溝槽、沿上述溝槽內(nèi)壁形成的第1氮化層、從上述第1氮化層至上述溝槽內(nèi)側(cè)形成的第2氮化層、和埋入到上述溝槽內(nèi)的隔離絕緣膜。
根據(jù)本發(fā)明，可以向內(nèi)壁氧化膜導(dǎo)入比以前多的氮。因此，可以抑制在形成隔離氧化膜后的熱氧化處理中(例如，在半導(dǎo)體襯底上表面形成柵極氧化膜)進(jìn)行對(duì)溝槽內(nèi)壁的氧化，可以防止體積的增大，并能夠抑制在形成半導(dǎo)體元件的活性區(qū)域中產(chǎn)生結(jié)晶缺陷。
圖1表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置構(gòu)造的剖面圖。
圖2表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置構(gòu)造的俯視圖。
圖3表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序圖。
圖4表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序圖。
圖5表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序圖。
圖6表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序圖。
圖7說(shuō)明本發(fā)明的效果的圖表圖8表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置構(gòu)造的剖面圖。
圖9表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序圖。
圖10表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式1圖1和圖2為本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置構(gòu)造的示意圖。圖1(a)、(b)都是MOS晶體管的剖面圖，圖2為其俯視圖。另外，圖1(a)對(duì)應(yīng)沿圖2所示的A-A線的剖面(即柵極長(zhǎng)度方向的剖面)，圖1(b)對(duì)應(yīng)沿B-B線的剖面(即柵極寬度方向的剖面)。而且這些圖中對(duì)同一要素附加同一符號(hào)。
如圖1(a)、(b)所示，在硅襯底1上形成由柵極氧化膜101、柵電極102、側(cè)壁103及源/漏極區(qū)域104構(gòu)成的MOS晶體管。形成該MOS晶體管的活性區(qū)域(元件形成區(qū)域)依據(jù)具有形成在元件隔離區(qū)域的溝槽2及埋入到此處的隔離氧化膜4的溝槽隔離進(jìn)行規(guī)定。
在溝槽2的內(nèi)壁形成內(nèi)壁氧化膜3。向內(nèi)壁氧化膜3與硅襯底1的交界面附近以及與隔離氧化膜4的交界面附近導(dǎo)入氮，并分別形成第1氮化層3a以及第2氮化層3b。即，沿內(nèi)壁氧化膜3厚度方向的氮的濃度分布具有位于與硅襯底1的交界面附近的較深位置的第1峰值、和位于與隔離氧化膜4的交界面附近的較淺位置的第2峰值。最好第1峰值比第2峰值低(詳細(xì)內(nèi)容參照后述)。而且在本說(shuō)明書(shū)中，包括內(nèi)壁氧化膜中含有氮的層，都稱(chēng)為“內(nèi)壁氧化膜”。
圖3～圖6為圖1的半導(dǎo)體裝置之形成方法的示意圖。以下基于這些圖對(duì)本實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
首先，與現(xiàn)有的溝槽隔離的形成工序一樣，在硅襯底1上順次形成氧化硅膜200及氮化硅膜201，以形成隔離氧化膜4的元件隔離區(qū)域的上方開(kāi)口的方式進(jìn)行構(gòu)圖。通過(guò)以構(gòu)圖后的氧化硅膜200及氮化硅膜201為掩膜進(jìn)行刻蝕，在硅襯底1的元件隔離區(qū)域形成溝槽2，其后，通過(guò)對(duì)包括該溝槽2的內(nèi)壁之硅襯底1的表面進(jìn)行氧化，從而形成內(nèi)壁氧化膜3(圖3)。而且，在本說(shuō)明書(shū)中，包括內(nèi)壁氧化膜中含有氮的層，都稱(chēng)為“內(nèi)壁氧化膜”。
然后，通過(guò)使用了含氮?dú)怏w的熱氮化法，對(duì)內(nèi)壁氧化膜3進(jìn)行氮化。熱氮化法中可以使用的氣體公知的有，例如NO氣體、N2O氣體、NH3氣體等。尤其在使用NO氣體及N2O氣體對(duì)硅襯底上的氧化膜進(jìn)行氮化時(shí)，氮化主要在氧化膜與硅襯底的交界面處進(jìn)行。本實(shí)施方式中，通過(guò)使用該NO氣體及N2O氣體，在內(nèi)壁氧化膜3與硅襯底1的交界面附近形成第1氮化層3a(圖4)。即，在該工序中，在內(nèi)壁氧化膜3內(nèi)的較深位置形成氮濃度的第1峰值。
但是，如果像上述那樣向內(nèi)壁氧化膜3和隔離氧化膜4的交界面附近導(dǎo)入大量氮，就會(huì)產(chǎn)生在柵極氧化膜101的活性區(qū)域端(圖1(b)及圖2中符號(hào)C表示的部分)產(chǎn)生薄膜化的問(wèn)題以及在柵極氧化膜101與硅襯底1的交界面處形成由氮引起的能級(jí)的問(wèn)題，因此，該熱氮化法中導(dǎo)入的氮量有必要限制在不妨礙MOS晶體管特性的程度。
繼而，根據(jù)使用了氮的游離基種(ラジカル種)的游離基氮法(ラジカル窒素法)，對(duì)內(nèi)壁氧化膜3進(jìn)一步進(jìn)行氮化。公知的氮的游離基種的生成方法有利用等離子體的方法。為了與其他的原子或分子直接形成化學(xué)鍵，游離基種在表面處的反應(yīng)性很高。因此，在內(nèi)壁氧化膜3的表面形成第2氮化層3b(圖5)。即，通過(guò)該工序，在內(nèi)壁氧化膜3內(nèi)的較淺位置形成氮濃度的第2峰值。
在內(nèi)壁氧化膜3的表面(圖1的內(nèi)壁氧化膜3與隔離氧化膜4的交界面)附近，即使導(dǎo)入大量的氮，也不會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生上述薄膜化的問(wèn)題以及形成由氮所引起的能級(jí)的問(wèn)題，因此，該游離基氮法中，沒(méi)有必要限制導(dǎo)入氮的量。
這樣，向內(nèi)壁氧化膜3導(dǎo)入氮的工序就由向內(nèi)壁氧化膜3的較深位置導(dǎo)入氮的第1導(dǎo)入工序和向比上述位置淺的位置導(dǎo)入氮的第2導(dǎo)入工序構(gòu)成。而且，使第1導(dǎo)入工序中向內(nèi)壁氧化膜3導(dǎo)入的氮的量比第2導(dǎo)入工序中導(dǎo)入的量少。其結(jié)果，內(nèi)壁氧化膜3內(nèi)氮的濃度分布為較深位置的第1峰值比相對(duì)較淺位置的第2峰值低。
之后，向包括溝槽2內(nèi)部的硅襯底1的整個(gè)面堆積氧化硅膜，通過(guò)用刻蝕或CMP法除去溝槽2內(nèi)部以外的剩余部分，向該溝槽2內(nèi)部埋入形成隔離氧化膜4。進(jìn)而，除去氮化硅膜201和氧化硅膜200并露出硅襯底1的主表面(圖6)。
然后，對(duì)露出的硅襯底1的上表面進(jìn)行熱氧化形成氧化硅膜，通過(guò)在其上堆積多晶硅等電極材料并使之構(gòu)圖，從而形成柵極氧化膜101和柵電極102。進(jìn)而，在柵電極102的側(cè)面形成側(cè)壁103，通過(guò)離子注入在硅襯底1內(nèi)形成源/漏極區(qū)域104。據(jù)此，如圖1所示，在硅襯底1的活性區(qū)域形成MOS晶體管。
根據(jù)本實(shí)施方式，借助于向內(nèi)壁氧化膜3的較深位置導(dǎo)入氮的第1導(dǎo)入工序和向相對(duì)較淺位置導(dǎo)入氮的第2導(dǎo)入工序來(lái)進(jìn)行向內(nèi)壁氧化膜3導(dǎo)入氮的工序，因而可以向內(nèi)壁氧化膜3導(dǎo)入比現(xiàn)有方法多的氮。由此，在此后的熱氧化處理(柵極氧化膜101的形成)時(shí)可以抑制氧化劑到達(dá)襯底，并抑制溝槽2的內(nèi)壁發(fā)生氧化。從而，可以防止體積的增大，抑制在活性區(qū)域發(fā)生結(jié)晶缺陷。
另外，在上述第1導(dǎo)入工序中，由于將導(dǎo)入到內(nèi)壁氧化膜3與隔離氧化膜4的交界面附近的氮的量控制得很低，所以柵極氧化膜形成時(shí)的硅襯底1上表面的活性區(qū)域端的殘留氮量變少。從而可以解決柵極氧化膜101的活性區(qū)域端(圖1(b)及圖2中符號(hào)C表示的部分)的薄膜化問(wèn)題，而且可以解決在柵極氧化膜101與硅襯底1的交界面形成起因于氮的能級(jí)問(wèn)題。另一方面，在第2導(dǎo)入工序中，沒(méi)有必要限制向內(nèi)壁氧化膜3的表面導(dǎo)入的氮的量，量越多越能得到上述效果。即，基于本實(shí)施方式，可防止向內(nèi)壁氧化膜3與隔離氧化膜4的交界面附近導(dǎo)入過(guò)度的氮并保持半導(dǎo)體裝置的可靠性，同時(shí)能夠抑制因向內(nèi)壁氧化膜3導(dǎo)入大量的氮而造成在活性區(qū)域發(fā)生結(jié)晶缺陷。
圖7為表示用于說(shuō)明本發(fā)明效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表。該實(shí)驗(yàn)中，首先在硅襯底的表面形成作為樣本的氧化膜，并向其導(dǎo)入規(guī)定量的氮。然后通過(guò)熱氧化對(duì)該氧化膜進(jìn)行再氧化處理，觀察其前后的氧化膜厚度的變化量。氧化膜厚度的測(cè)定采用光學(xué)膜厚測(cè)定器進(jìn)行。圖表的橫軸表示再氧化處理中監(jiān)視晶片的硅襯底被氧化的氧化膜厚(再氧化膜厚)，縱軸表示該再氧化處理前后的氧化膜的厚度差。實(shí)驗(yàn)分別對(duì)下述氧化膜進(jìn)行僅實(shí)施了導(dǎo)入較少量氮的熱氮化(熱氮化A)的氧化膜(氧化膜A)、僅施行了導(dǎo)入較多量的氮的熱氮化(熱氮化B)的氧化膜(氧化膜B)、以及在上述熱氮化A的基礎(chǔ)上增加施行了游離基氮化的氧化膜(氧化膜C)。
如圖7的圖表所示，氧化膜B與氧化膜A相比，能夠抑制由于再氧化處理引起的氧化膜厚度的增加。另外，由于在游離基氮化中在氧化膜的表面形成氮化層，故在氧化膜C與硅襯底的交界面僅導(dǎo)入與氧化膜A的情況同程度(比氧化膜B的情形少)的氮量，但在氧化膜C中能夠得到與氧化膜B同等的結(jié)果。也就是說(shuō)，即使限制導(dǎo)入至氧化膜與硅襯底的交界面的氮，如果像本發(fā)明這樣向氧化膜表面也導(dǎo)入氮，則會(huì)取得更好地抑制再氧化處理中氧化膜的體積增大的效果。據(jù)此，可知，本發(fā)明能夠獲得上述效果。
在本實(shí)施方式中，在向內(nèi)壁氧化膜3導(dǎo)入氮的工序中，第1導(dǎo)入工序是在第2導(dǎo)入工序之前進(jìn)行的。但無(wú)論哪一導(dǎo)入工序先進(jìn)行都可得到同樣的效果。
而且，第1導(dǎo)入工序中，通過(guò)進(jìn)行使用NO氣體和N2O氣體的熱氮化處理，在內(nèi)壁氧化膜3與硅襯底1的交界面附近形成了氮濃度的峰值(第1峰值)，但該峰值并不一定在內(nèi)壁氧化膜3與硅襯底1的交界面附近。例如，第1導(dǎo)入工序也可以使用NH3氣體進(jìn)行熱氮化處理。使用NH3時(shí)，氮化不僅發(fā)生在內(nèi)壁氧化膜3與硅襯底1的交界面附近，也發(fā)生在內(nèi)壁氧化膜3的內(nèi)部，所以氮濃度的峰值也可在內(nèi)壁氧化膜3的中央附近。
另外，在第2導(dǎo)入工序中，通過(guò)進(jìn)行游離基氮化處理，從而在內(nèi)壁氧化膜3的表面部形成氮濃度的峰值(第2峰值)，但該峰值并不是必須形成于內(nèi)壁氧化膜3的表面部，在比第1導(dǎo)入工序淺的位置形成亦可。
即，只要分別形成在第1導(dǎo)入工序及第2導(dǎo)入工序中的氮濃度峰值的位置中的至少一個(gè)與內(nèi)壁氧化膜3及硅襯底1的交界面不重合就可以得到本發(fā)明的效果。另外，第1和第2導(dǎo)入工序中的氮的導(dǎo)入方法不僅限于熱氮化法和游離基氮化法，例如可以使用采用了離子種(ィオン種)的方法等。
實(shí)施方式2在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，2次進(jìn)行向形成內(nèi)壁氧化膜3的溝槽2的內(nèi)壁導(dǎo)入氮的工序。例如，在實(shí)施方式1中，首先在溝槽2的內(nèi)壁形成內(nèi)壁氧化膜3，之后，進(jìn)行導(dǎo)入氮的2道工序(向較深位置導(dǎo)入氮的第1導(dǎo)入工序和向較淺位置導(dǎo)入氮的第2導(dǎo)入工序)。
但是，本發(fā)明中并不是必須在內(nèi)壁氧化膜3的形成工序后進(jìn)行導(dǎo)入氮的2道工序。在實(shí)施方式2中，在形成內(nèi)壁氧化膜3之前進(jìn)行第1及第2導(dǎo)入工序中的任一工序。
即，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，首先進(jìn)行向(內(nèi)壁氧化膜3形成前的)溝槽2的內(nèi)壁導(dǎo)入氮并形成氮化膜的第1導(dǎo)入工序。然后，進(jìn)行對(duì)導(dǎo)入氮的溝槽2的內(nèi)壁進(jìn)行氧化后形成內(nèi)壁氧化膜3的工序。然后，進(jìn)行向形成了內(nèi)壁氧化膜3的溝槽2的內(nèi)壁再度導(dǎo)入氮的第2導(dǎo)入工序。
如此，當(dāng)按照第1導(dǎo)入工序、內(nèi)壁氧化膜3的形成工序、第2導(dǎo)入工序的順序進(jìn)行時(shí)，通過(guò)第1導(dǎo)入工序向溝槽2的內(nèi)壁導(dǎo)入的氮在其后形成內(nèi)壁氧化膜3的過(guò)程中，向整個(gè)該內(nèi)壁氧化膜3擴(kuò)散，從內(nèi)壁氧化膜3的表面?zhèn)认蚺c硅襯底1的交界面?zhèn)鹊臐舛葷u漸降低。因此，第1導(dǎo)入工序中氮的導(dǎo)入深度幾乎不依賴(lài)于內(nèi)壁氧化膜3內(nèi)的氮的最終濃度分布。因而，第1導(dǎo)入工序中使用的方法可以為熱氮化法，游離基氮化法、使用離子種的方法等方法中任一種。
另一方面，為了防止向內(nèi)壁氧化膜3與硅襯底1的交界面附近導(dǎo)入大量的氮而采用游離基氮化法作為第2導(dǎo)入工序中使用的方法。此時(shí)，第2導(dǎo)入工序中導(dǎo)入的氮被導(dǎo)入至內(nèi)壁氧化膜3的表面附近，因此，其結(jié)果為，內(nèi)壁氧化膜3內(nèi)氮的濃度分布在溝槽內(nèi)壁的表面附近具有峰值。
所以，本實(shí)施方式中導(dǎo)入至內(nèi)壁氧化膜3的氮向內(nèi)壁氧化膜3的整個(gè)內(nèi)部擴(kuò)散，并且，內(nèi)壁氧化膜3的表面附近的濃度很高。即，與實(shí)施方式1一樣，可以向內(nèi)壁氧化膜3導(dǎo)入比現(xiàn)有更多的氮，而且，可以將導(dǎo)入到內(nèi)壁氧化膜3與隔離氧化膜4的交界面附近的氮的量控制得很低。因此，在本實(shí)施方式中，也可得到與實(shí)施方式1同樣的效果。
此外，在本實(shí)施方式中，在第1導(dǎo)入工序中導(dǎo)入的氮向整個(gè)內(nèi)壁氧化膜3擴(kuò)散，在內(nèi)壁氧化膜3與硅襯底的交界面附近不形成峰值，所以對(duì)于抑制柵電極的薄膜化的問(wèn)題，可以期望得到比實(shí)施方式1更好的效果。
另外，如上所述，本實(shí)施方式中的第2導(dǎo)入工序最好采用游離基氮化法，但也可以采用熱氮化法或使用離子種的方法等。由于第1導(dǎo)入工序中導(dǎo)入的氮向整個(gè)內(nèi)壁氧化膜3擴(kuò)散，所以第2導(dǎo)入工序中需要導(dǎo)入的氮的量最好比現(xiàn)有的只導(dǎo)入一次氮的導(dǎo)入方法少，其原因是，例如即使在第2導(dǎo)入工序使用熱氮化法，也可以抑制柵電極的活性區(qū)域端的薄膜化的問(wèn)題及形成起因于氮的能級(jí)的問(wèn)題。
實(shí)施方式3本實(shí)施方式中，以下表示本發(fā)明的應(yīng)用效果的具體例。
圖8為實(shí)施方式3所涉及的半導(dǎo)體裝置構(gòu)造的示意圖，表示閃存裝置的存儲(chǔ)單元區(qū)域及周邊電路區(qū)域的剖面。更具體地說(shuō)，圖8的左半部分表示存儲(chǔ)單元區(qū)域的晶體管(以下稱(chēng)存儲(chǔ)晶體管)的柵極寬度方向的剖面，右半部分表示周邊電路的晶體管(以下稱(chēng)“周邊晶體管”)的柵極寬度方向的剖面。
如圖8所示，在該半導(dǎo)體裝置的存儲(chǔ)單元區(qū)域及周邊電路區(qū)域，形成與實(shí)施方式1(參考圖1)所示同樣的元件隔離構(gòu)造。即，形成于硅襯底1的溝槽2內(nèi)形成了規(guī)定活性區(qū)域的隔離氧化膜4，在該溝槽2的內(nèi)壁形成了包含第1氮化層3a及第2氮化層3b的內(nèi)壁氧化膜3。以下，在圖8中由隔離氧化膜4規(guī)定的活性區(qū)域內(nèi)，稱(chēng)存儲(chǔ)單元區(qū)域?yàn)榈?活性區(qū)域，周邊電路區(qū)域?yàn)榈?活性區(qū)域。
如圖8所示，存儲(chǔ)晶體管包括在第1活性區(qū)域的上面形成的隧道氧化膜301(第1柵極氧化膜)，在該隧道氧化膜301上有浮柵302(第1柵電極)、ONO(氧化物-氮化物-氧化物)膜303及控制柵極304，即所說(shuō)的疊柵晶體管(Stacked Gate transistor)。
另一方面，周邊晶體管包含比存儲(chǔ)晶體管的隧道氧化膜301厚的柵極氧化膜401及在其上形成的柵電極402(第2柵電極)。柵極氧化膜401為獲得高耐壓而比存儲(chǔ)晶體管的隧道氧化膜301厚。
圖9及圖10為本實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的說(shuō)明圖。同圖中，對(duì)與圖8所示的同一要素附加同一符號(hào)。
首先通過(guò)與實(shí)施方式1同樣的方法形成包含第1氮化層3a及第2氮化層3b的內(nèi)壁氧化膜3和隔離氧化膜4，基于此，分別在存儲(chǔ)單元區(qū)域及周邊電路區(qū)域形成第1活性區(qū)域和第2活性區(qū)域。
然后，在包含第1及第2活性區(qū)域上表面的整個(gè)表面形成作為隧道氧化膜301的氧化硅膜(以下稱(chēng)“第一氧化膜”)，在其上堆積作為浮柵302的例如多晶硅膜(以下稱(chēng)“第1導(dǎo)電膜”)。接著，對(duì)第1活性區(qū)域的第1氧化膜及第1導(dǎo)電膜進(jìn)行構(gòu)圖，并在第一活性區(qū)域上形成浮柵302，在其上形成ONO膜303(圖9)。如圖9所示，在此階段，并未在周邊電路區(qū)域的第2活性區(qū)域上構(gòu)圖第1氧化膜和第1導(dǎo)電膜而殘存下來(lái)。
繼而，形成僅覆蓋包含第1活性區(qū)域的存儲(chǔ)單元區(qū)域的抗蝕劑層305，并以此為掩膜除去在第2活性區(qū)域形成的上述第1氧化膜及第1導(dǎo)電膜(圖10)。
然后，除去抗蝕劑層305后，在第2活性區(qū)域上形成成為周邊晶體管的柵極氧化膜401的氧化硅膜(以下稱(chēng)“第2氧化膜”)。該第2氧化膜比第1氧化膜(隧道氧化膜301)厚。接下來(lái)，通過(guò)在整個(gè)表面上形成例如多晶硅膜(以下稱(chēng)“第2導(dǎo)電膜”)后構(gòu)圖，從而形成存儲(chǔ)晶體管的控制柵極304及周邊晶體管的柵電極402。此后，通過(guò)規(guī)定的離子注入工藝形成存儲(chǔ)晶體管及周邊晶體管的源漏極(圖中未示出)，從而形成具有圖8所示構(gòu)造的閃存單元及周邊電路。
如上所述，在本實(shí)施方式所涉及的閃存裝置的制造方法中，形成周邊晶體管的第2活性區(qū)域的上表面在隔離氧化膜4形成后施行2次氧化工序(第1氧化膜的形成工序和第2氧化膜的形成工序)。另外，如上所述，為了周邊晶體管的高耐壓化，由第2氧化膜形成的柵極氧化膜401需要形成得比隧道氧化膜302(第1氧化膜)厚。
即，在該閃存裝置的制造工序中，形成隔離氧化膜4后的第2活性區(qū)域的氧化量非常高。此時(shí)，特別有必要充分抑制氧化劑通過(guò)隔離氧化膜4及內(nèi)壁氧化膜3到達(dá)硅襯底1。原因是，如果不是這樣，就會(huì)進(jìn)行對(duì)第2活性區(qū)域周?chē)臏喜?的內(nèi)壁進(jìn)行氧化，在該第2活性區(qū)域產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，從而發(fā)生結(jié)晶缺陷，引起漏電流的增大。在如上所述的現(xiàn)有的方法中，在隔離氧化膜形成后氧化量較大的情況下，抑制氧化劑到達(dá)襯底的效果很不充分。
如實(shí)施方式1中所說(shuō)明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，在內(nèi)壁氧化膜3上形成第1氮化層3a和第2氮化層3b，會(huì)比現(xiàn)有的方法導(dǎo)入更多的氮。據(jù)此，如本實(shí)施方式的閃存裝置的制造方法那樣，在第2活性區(qū)域的氧化量較高的情況下，也能充分抑制氧化劑到達(dá)襯底1。
另外，由于本發(fā)明將導(dǎo)入至內(nèi)壁氧化膜3與硅襯底1的交界面附近的氮的量控制得很低，故硅襯底1上表面的第1及第2活性區(qū)域端的殘留氮很少。因此，可以解決隧道氧化膜301及柵極氧化膜401的活性區(qū)域端的薄膜化問(wèn)題，而且，由于在隧道氧化膜301及柵極氧化膜401與硅襯底的交界面不容易形成起固于氮的能級(jí)，由此可以抑制閃存裝置的動(dòng)作可靠性的惡化。尤其是在閃存裝置中，隧道氧化膜301的可靠性對(duì)器件的電氣特性很重要，應(yīng)用本發(fā)明很有效。
再者，在本實(shí)施方式中，內(nèi)壁氧化膜3及隔離氧化膜4是按照與實(shí)施方式1同樣的形成方法來(lái)說(shuō)明的，但很明顯，以實(shí)施方式2的方法形成亦可。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成溝槽的工序、對(duì)所述溝槽的內(nèi)壁進(jìn)行氧化后形成內(nèi)壁氧化膜的工序、向所述內(nèi)壁氧化膜導(dǎo)入氮的工序、以及在所述溝槽內(nèi)埋入形成隔離絕緣膜的工序，其特征在于所述導(dǎo)入氮的工序包括向所述內(nèi)壁氧化膜的較深位置導(dǎo)入氮的第1導(dǎo)入工序、和向所述內(nèi)壁氧化膜的較淺位置導(dǎo)入氮的第2導(dǎo)入工序。
2.如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述第1導(dǎo)入工序是通過(guò)使用了含氮?dú)怏w的熱氮化法對(duì)所述內(nèi)壁氧化膜與所述半導(dǎo)體襯底的交界面附近進(jìn)行氮化的工序，所述第2導(dǎo)入工序是通過(guò)使用了氮的游離基種的游離基氮化法對(duì)所述內(nèi)壁氧化膜進(jìn)行氮化的工序。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2記載的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，還包括對(duì)由所述隔離絕緣膜規(guī)定的第1和第2活性區(qū)域上表面進(jìn)行氧化后形成第1硅絕緣膜的工序；以及除去所述第2活性區(qū)域上表面的所述第1硅絕緣膜，然后，對(duì)該第2活性區(qū)域上表面進(jìn)行氧化后形成第2硅絕緣膜的工序。
4.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2記載的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，還包括對(duì)由所述隔離絕緣膜規(guī)定的第1和第2活性區(qū)域上表面進(jìn)行氧化后形成第1硅絕緣膜，并在其上堆積第1導(dǎo)電膜的工序；通過(guò)對(duì)所述第1活性區(qū)域的所述第1導(dǎo)電膜進(jìn)行構(gòu)圖，從而在該第1活性區(qū)域上形成第1柵電極的工序；在形成所述第1柵電極后形成覆蓋所述第1活性區(qū)域的抗蝕劑層，并以此為掩膜除去所述第2活性區(qū)域上的所述第1硅絕緣膜和所述第1導(dǎo)電膜的工序；對(duì)所述第2活性區(qū)域上表面進(jìn)行氧化后形成第2硅絕緣膜，并在其上堆積第2導(dǎo)電膜的工序；以及通過(guò)對(duì)所述第2活性區(qū)域的所述第2導(dǎo)電膜進(jìn)行構(gòu)圖，從而在該第2活性區(qū)域上形成第2柵電極的工序。
5.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底上形成溝槽的工序；向所述溝槽內(nèi)壁導(dǎo)入氮的第1導(dǎo)入工序；對(duì)導(dǎo)入氮的所述溝槽內(nèi)壁進(jìn)行氧化后形成內(nèi)壁氧化膜的工序；向所述內(nèi)壁氧化膜導(dǎo)入氮的第2導(dǎo)入工序；向所述溝槽內(nèi)埋入形成隔離絕緣膜的工序。
6.如權(quán)利要求5記載的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述第1導(dǎo)入工序是通過(guò)使用了含氮?dú)怏w的熱氮化法或者使用了氮的游離基種的游離基氮化法對(duì)所述溝槽內(nèi)壁進(jìn)行氮化的工序，所述第2導(dǎo)入工序是通過(guò)使用了氮的游離基種的游離基氮化法對(duì)所述內(nèi)壁氧化膜進(jìn)行氮化的工序。
7.如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6記載的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括對(duì)由所述隔離絕緣膜規(guī)定的第1和第2活性區(qū)域上表面進(jìn)行氧化后形成第1硅絕緣膜的工序；除去所述第2活性區(qū)域上表面的所述第1硅絕緣膜，然后，對(duì)該第2活性區(qū)域上表面進(jìn)行氧化后形成第2硅絕緣膜的工序。
8.如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6記載的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括對(duì)由所述隔離絕緣膜規(guī)定的第1和第2活性區(qū)域上表面進(jìn)行氧化后形成第1硅絕緣膜，并在其上堆積第1導(dǎo)電膜的工序；通過(guò)對(duì)所述第1活性區(qū)域的所述第1導(dǎo)電膜進(jìn)行構(gòu)圖，從而在該第1活性區(qū)域上形成第1柵電極的工序；在形成所述第1柵電極后形成覆蓋第1活性區(qū)域的抗蝕劑層，并以此為掩膜除去所述第2活性區(qū)域上的所述第1硅絕緣膜和所述第1導(dǎo)電膜的工序；對(duì)所述第2活性區(qū)域上表面進(jìn)行氧化后形成第2硅絕緣膜，并在其上堆積第2導(dǎo)電膜的工序；以及通過(guò)對(duì)所述第2活性區(qū)域的所述第2導(dǎo)電膜進(jìn)行構(gòu)圖，從而在該第2活性區(qū)域上形成第2柵電極的工序。
9.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底上形成的溝槽；在所述溝槽內(nèi)壁形成的內(nèi)壁氧化膜；以及埋入到所述溝槽內(nèi)的隔離絕緣膜，所述內(nèi)壁氧化膜的至少一部分包含氮，沿所述內(nèi)壁氧化膜的厚度方向的所述氮的濃度分布具有2個(gè)峰值。
10.如權(quán)利要求9記載的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括所述半導(dǎo)體襯底上的、由所述隔離絕緣膜規(guī)定的第1和第2活性區(qū)域；包含形成于所述第1活性區(qū)域上表面的第1柵極氧化膜的第1晶體管；以及包含形成于所述第2活性區(qū)域上表面且厚度與所述第1柵極氧化膜不同的第2柵極氧化膜的第2晶體管。
11.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底上形成的溝槽；在所述溝槽內(nèi)壁形成的內(nèi)壁氧化膜；埋入到所述溝槽內(nèi)的隔離絕緣膜，所述內(nèi)壁氧化膜的各部分均含有氮，所述內(nèi)壁氧化膜內(nèi)的所述氮的濃度分布在所述內(nèi)壁氧化膜的表面附近具有峰值。
12.如權(quán)利要求11記載的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括所述半導(dǎo)體襯底上的、由所述隔離絕緣膜規(guī)定的第1和第2活性區(qū)域；包含形成于所述第1活性區(qū)域上表面的第1柵極氧化膜的第1晶體管；包含形成于所述第2活性區(qū)域上表面且厚度與所述第1柵極氧化膜不同的第2柵極氧化膜的第2晶體管。
13.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底上形成的溝槽；沿所述溝槽內(nèi)壁形成的第1氮化層；從所述第1氮化層至所述溝槽內(nèi)側(cè)形成的第2氮化層；以及埋入到所述溝槽內(nèi)的隔離絕緣膜。
14.如權(quán)利要求13記載的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括所述半導(dǎo)體襯底上的、由所述隔離絕緣膜規(guī)定的第1和第2活性區(qū)域；包含形成于所述第1活性區(qū)域上表面的第1柵極氧化膜的第1晶體管；以及包含形成于所述第2活性區(qū)域上表面且厚度與所述第1柵極氧化膜不同的第2柵極氧化膜的第2晶體管。
全文摘要
本發(fā)明裝置一方面抑制半導(dǎo)體裝置可靠性的惡化，同時(shí)向溝槽內(nèi)的內(nèi)壁氧化膜導(dǎo)入大量的氮。其解決方法為對(duì)形成于硅襯底(1)的元件隔離區(qū)域的溝槽(2)的內(nèi)壁進(jìn)行氧化，形成內(nèi)壁氧化膜(3)。對(duì)該內(nèi)壁氧化膜(3)進(jìn)行熱氮化處理和游離基氮化處理這兩種氮化處理。通過(guò)熱氮化處理，在內(nèi)壁氧化膜(3)和硅襯底(1)的交界面附近形成第1氮化層(3a)，通過(guò)游離基氮化法在內(nèi)壁氧化膜(3)的表面形成第2氮化層(3b)。在上述熱氮化處理中，將導(dǎo)入的氮量控制在形成于活性區(qū)域的半導(dǎo)體元件的可靠性不發(fā)生的程度。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1707770SQ20051007614
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2005年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月7日
發(fā)明者丸山祥輝, 金岡龍范, 植西俊哉 申請(qǐng)人:株式會(huì)社瑞薩科技