半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法，特別地，能夠適合用于混裝有非易失性存儲器和通常的 MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在邏輯電路、存儲器電路、模擬電路等中混裝有非易失性存儲器的半導(dǎo)體集成電路(LS1:Large Scale Integrated circuit:大規(guī)模集成電路)正在普及。在邏輯電路等中，在MISFET之中也多使用在柵極絕緣膜具備氧化硅(S12)膜的MOSFET (Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。另一方面，在非易失性存儲器中有利用在柵極絕緣膜具備電荷積蓄膜的FET的非易失性存儲器。在電荷積蓄膜中存在陷阱能級，通過載流子被該陷阱能級捕獲(積蓄)，從而FET的閾值電壓發(fā)生變化，利用這樣的現(xiàn)象來存儲信息。即使向電路的電源供給被停止，被陷阱能級捕獲的載流子也會被保持，因此，作為非易失性存儲器來發(fā)揮作用。作為電荷積蓄膜，多使用氮化硅膜(Si3N4),由在柵極電極與溝道之間被勢皇膜夾持的3層構(gòu)造形成。作為勢皇膜，多使用氧化娃膜(S12),上述3層構(gòu)造的膜被稱為0N0 (Oxide/Nitride/Oxide)膜。這樣的FET由于其構(gòu)造而被稱為 M0N0S (Metal/0xide/Nitride/0xide/Semiconductor)型 FET。在混裝有非易失性存儲器的LSI的制造方法中，需要將通常的FET的柵極絕緣膜和0N0膜形成在同一半導(dǎo)體襯底上，提出了各種技術(shù)。
[0003]在專利文獻(xiàn)I中，公開了將MOSFET和M0N0S型FET形成在同一半導(dǎo)體襯底上的技術(shù)。在實(shí)施方式I和2中，公開了如下制造方法，即，先在半導(dǎo)體襯底上的整個(gè)面形成M0N0S型FET的0N0膜和作為柵極電極膜的多晶硅膜，之后對形成MOSFET的區(qū)域進(jìn)行開口，然后形成MOSFET的柵極氧化膜和多晶硅膜。在實(shí)施方式3和4中，公開了如下制造方法，即，反過來先在半導(dǎo)體襯底上的整個(gè)面形成MOSFET的柵極氧化膜和多晶硅膜，之后形成M0N0S型FET的0N0膜和作為柵極電極膜的多晶硅膜。在MOSFET中包括低耐壓的MOSFET和高耐壓的MOSFET，形成2種膜厚的柵極氧化膜。
[0004]在專利文獻(xiàn)2中，公開了在所形成的柵極氧化膜厚度的范圍寬的情況下也幾乎不會產(chǎn)生襯底表面?zhèn)鹊碾A梯差的半導(dǎo)體裝置的制造方法。預(yù)先深挖形成高耐壓MOSFET的柵極氧化膜的區(qū)域，通過熱氧化而形成在該區(qū)域的氧化膜在經(jīng)過其它區(qū)域的氧化膜的形成工序的過程中其表面被削去，最終對齊為大致相同的高度。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特開2012 - 216857號公報(bào)；
專利文獻(xiàn)2:日本特開2010 - 183003號公報(bào)。
[0006]發(fā)明要解決的課題
本發(fā)明者對專利文獻(xiàn)I和2進(jìn)行研宄的結(jié)果是，知曉存在以下那樣的新的課題。
[0007]在將從低耐壓到高耐壓的多個(gè)種類的MOSFET和MONOS型FET形成在同一半導(dǎo)體襯底上的制造方法中，當(dāng)為了形成高耐壓MOSFET而形成膜厚厚的熱氧化膜時(shí)，有可能使此前形成的膜的特性變化而損害可靠性。已知，當(dāng)采用先在半導(dǎo)體襯底上的整個(gè)面形成MONOS型FET的ONO膜和作為柵極電極膜的多晶硅膜、之后對形成MOSFET的區(qū)域進(jìn)行開口、然后通過熱氧化形成高耐壓MOSFET的厚的柵極氧化膜的工序時(shí)，有可能使先形成的ONO膜產(chǎn)生缺陷而損害可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于，在包括非易失性存儲器用FET、以及高耐壓和低耐壓的MOSFET的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，防止非易失性存儲器用FET用的電荷積蓄3層膜受到由用于形成高耐壓MOSFET的柵極氧化膜的熱氧化造成的熱應(yīng)力，抑制可靠性的降低。
[0009]以下對用于解決這樣的課題的方案進(jìn)行說明，根據(jù)本說明書的記述和附圖，其它課題和新的特征變得清楚。
[0010]用于解決課題的方案根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，如下所述。
[0011]即，一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置包括非易失性存儲器用FET、以及高耐壓和低耐壓的M0SFET，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法包括以下的工序。在半導(dǎo)體襯底上的形成高耐壓MOSFET的區(qū)域形成規(guī)定深度的槽，在所形成的槽內(nèi)通過熱氧化形成成為高耐壓MOSFET的柵極絕緣膜的氧化膜。之后，在所述半導(dǎo)體襯底的整個(gè)面對低耐壓的MOSFET的柵極電極膜進(jìn)行成膜。進(jìn)而之后，對形成非易失性存儲器用FET的區(qū)域進(jìn)行開口，使半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體表面露出，通過依次沉積第一勢皇膜、電荷積蓄膜、以及第二勢皇膜而形成電荷積蓄3層膜。在所形成的電荷積蓄3層膜上對非易失性存儲器用FET的柵極電極膜進(jìn)行成膜。
[0012]發(fā)明效果
對通過上述一個(gè)實(shí)施方式而得到的效果簡單地說明如下。
[0013]S卩，電荷積蓄3層膜不會受到由用于形成高耐壓MOSFET的柵極氧化膜的熱氧化造成的熱應(yīng)力，能夠抑制可靠性的降低。特別地，在上述電荷積蓄3層膜是ONO膜的情況下也抑制膜中的缺陷的產(chǎn)生，不會損害可靠性。
【附圖說明】
[0014]圖1是實(shí)施方式I的制造方法的中途(N型阱11、P型阱12?14、P型溝道16、高耐壓(HV) MOSFET用LDD19_1形成工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0015]圖2是實(shí)施方式I的制造方法的中途(柵極絕緣膜24?26形成工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0016]圖3是實(shí)施方式I的制造方法的中途(第一柵極電極膜31的成膜工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0017]圖4是實(shí)施方式I的制造方法的中途(CMP (Chemical Mechanical PolishJt學(xué)機(jī)械拋光)阻擋膜(stopper film) 29形成工序和用于形成元件分離區(qū)域30的光刻(lithography)工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0018]圖5是實(shí)施方式I的制造方法的中途(元件分離區(qū)域30形成工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0019]圖6是實(shí)施方式I的制造方法的中途(第二柵極電極膜32的成膜工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0020]圖7是實(shí)施方式I的制造方法的中途(防氧化膜34的成膜工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0021]圖8是實(shí)施方式I的制造方法的中途(對非易失性存儲器區(qū)域進(jìn)行開口的光刻工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0022]圖9是實(shí)施方式I的制造方法的中途(MONOS型FET54用阱15形成工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0023]圖10是實(shí)施方式I的制造方法的中途(用于形成MONOS型FET54用溝道17的溝道離子注入工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0024]圖11是實(shí)施方式I的制造方法的中途(對MONOS型FET54用的電荷積蓄3層膜20(勢皇膜21/電荷積蓄膜22/勢皇膜23)進(jìn)行成膜的工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0025]圖12是實(shí)施方式I的制造方法的中途(第三柵極電極膜33的成膜工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0026]圖13是實(shí)施方式I的制造方法的中途(氧化硅膜35的成膜工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0027]圖14是實(shí)施方式I的制造方法的中途(用于對MONOS型FET54用的柵極電極64進(jìn)行構(gòu)圖的光刻工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0028]圖15是實(shí)施方式I的制造方法的中途(用于對MONOS型FET54用的柵極電極64進(jìn)行構(gòu)圖的第三柵極電極層33的蝕刻工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0029]圖16是實(shí)施方式I的制造方法的中途(用于對MONOS型FET54用的柵極電極64進(jìn)行構(gòu)圖的電荷積蓄3層膜20和防氧化膜34的蝕刻工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0030]圖17是實(shí)施方式I的制造方法的中途(M0N0S型FET54用的低濃度擴(kuò)散層19_4形成工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0031]圖18是實(shí)施方式I的制造方法的中途(用于對MOSFET用的柵極電極61?63進(jìn)行構(gòu)圖的光刻工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0032]圖19是實(shí)施方式I的制造方法的中途(形成MOSFET用的柵極電極61?63的蝕刻工序和低濃度擴(kuò)散層19_1?19_3形成工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0033]圖20是實(shí)施方式I的制造方法的中途(柵極側(cè)壁絕緣膜(側(cè)壁)65_1?65_4形成工序和源極/漏極區(qū)域18_1?18_4形成工序之后)的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0034]圖21是從上表面觀察MONOS型FET54的示意性布局模式圖。
[0035]圖22是用于說明MONOS型FET54的溝道離子注入工序的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖(圖21的X-X剖面)。
[0036]圖23是用于說明對MONOS型FET54的溝道區(qū)域進(jìn)行的來自一方的傾斜離子注入工序的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖(圖21的X - X剖面)。
[0037]圖24是用于說明對MONOS型FET54的溝道區(qū)域進(jìn)行的來自另一方的傾斜離子注入工序的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖(圖21的X - X剖面)。
[0038]圖25是表示具有Kink (翹曲)特性的MONOS型FET54的電特性的說明圖。
[0039]圖26是表示MONOS型FET54的正常的電特性的說明圖。
[0040]圖27是示出制造方法的中途(用于對MOSFET用的柵極電極61?63進(jìn)行構(gòu)圖的光刻工序之后)的MONOS型FET54的多個(gè)柵極電極的構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置I的示意性剖面圖。
[0041]圖28是示出關(guān)于MONOS型FET54的柵極電極的間隔/寬度(Space/Line)比與柵極電極上的抗蝕劑膜厚的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表。
[0042]圖29是示出關(guān)于MONOS型FET54的柵極電極的高度/寬度(Height/Line)比與柵極電極上的抗蝕劑膜厚的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表。
[0043]圖30是示出關(guān)于MONOS型FET54的柵極電極的間隔/寬度X高度/寬度(S/LXH/L)的值與柵極電極上的抗蝕劑膜厚的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0044]1.實(shí)施方式的概要
首先，對在本申請中公開的代表性的實(shí)施方式說明概要。在對代表性的實(shí)施方式的概要說明中標(biāo)注括號來進(jìn)行參照的附圖中的參照附圖標(biāo)記只不過是對標(biāo)注了該附圖標(biāo)記的結(jié)構(gòu)要素的概念中所包括的結(jié)構(gòu)要素的例示。
[0045]〔 I〕<在高耐壓MOSFET的柵極氧化膜的熱氧化后對電荷積蓄膜進(jìn)行成膜> 一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置(I)包括非易失性存儲器用FET (54)和第一耐壓MOSFET (51)，其中，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法包括以下的工序:
(b)在半導(dǎo)體襯底(10)上的形成所述第一耐壓MOSFET的區(qū)域(41)形成規(guī)定深度的槽的工序；
(c)在所述工序(b)之后，通過熱氧化在所述槽內(nèi)形成第一氧化膜(26)的工序；
(e )在所述工序(c )之后，在所述第一氧化膜上對第一柵極電極膜(31)進(jìn)行成膜的工序;
(i)在所述工序(e)之后，在形成所述非易失性存儲器用FET的區(qū)域(44)中使所述半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體表面露出的工序；
(m)在所述工序(i)之后，通過依次沉積第一勢皇膜(21)、電荷積蓄膜(22)、以及第二勢皇膜(23)而形成電荷積蓄3層膜(20)的工序；
(η)在所述工序(m)之后，在所述電荷積蓄3層膜上對第二柵極電極膜(33)進(jìn)行成膜的工序。
[0046]由此，電荷積蓄3層膜不會受到由用于形成高耐壓MOSFET的柵極氧化膜的熱氧化造成的熱應(yīng)力，能夠抑制可靠性的降低。
[0047]〔 2〕<0N0 膜〉
在項(xiàng)I的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，所述第一勢皇膜(21)和所述第二勢皇膜(23)分別是氧化硅膜，所述電荷積蓄膜(22)是氮化硅膜或氮氧化硅膜。
[0048]由此，能夠用ONO膜構(gòu)成電荷積蓄3層膜(20)。
[0049]〔 3〕<耐壓不同的多個(gè)MOSFET > 在項(xiàng)I或者項(xiàng)2的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，所述半導(dǎo)體裝置還包括第二耐壓MOSFET(52)，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法還包括以下的工序:
(d)在所述工序(c)之后且在所述工序(e)之前，通過熱氧化形成第二氧化膜(25)的工序。
[0050]由此，能夠提高半導(dǎo)體裝置的可靠性，能夠提高成品率。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定項(xiàng)I所述的槽的深度，從而能夠大致對齊第一氧化膜(26)與第二氧化膜(25)的高度，因此，在布線工序之前的半導(dǎo)體襯底表面的階梯差變少，能夠提高布線的成品率。
[0051]〔 4〕< MONOS 型 FET 用的阱形成 >
在項(xiàng)I至項(xiàng)3中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，還包括以下