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技術 半導体素子の素子分離膜形成方法

出願人 ハイニックスセミコンダクターインク
発明者 柳春根
出願日 2004年12月22日 (16年0ヶ月経過) 出願番号 2004-370438
公開日 2006年5月18日 (14年7ヶ月経過) 公開番号 2006-128587
状態 特許登録済
技術分野 素子分離
主要キーワード フラッシュ素子 ギャップフィル 拡散度合い 工程ガス 素子信頼性 バーティカル 素子動作 FSG膜
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この項目の情報は公開日時点(2006年5月18日)のものです。
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図面 (4)

課題

本発明は、素子分離膜の形成工程時にFイオンが素子分離膜及び素子間の界面に拡散して素子の特性劣化を引き起こすという問題点を解決することが可能な半導体素子素子分離膜形成方法を提供することを目的としている。

解決手段

半導体基板トレンチを形成する段階と、前記形成されたトレンチに第1HDP酸化膜を形成する段階と、前記第1HDP酸化膜が形成された結果物の全面にC2F6ガス及びO2ガスの混合ガスを用いてエッチバック工程を行い、バーティカル側壁を有する前記第1HDP酸化膜を形成する段階と、前記エッチバック工程の完了した結果物の全面に第2HDP酸化膜を形成する段階とを含む構成としたことを特徴とする。

概要

背景

最近、半導体素子高集積化高密度化に伴い、素子分離膜ギャップフィル(gap fill)特性を向上させることが可能な技術が重要視されている。

一般に、半導体素子の素子分離膜形成方法において、形成されたトレンチの内部に第1絶縁膜を形成した後、エッチバック工程を行い、第2絶縁膜を形成してトレンチの内部をギャップフィルする。

ところが、前記エッチバック工程の際に、Fイオンの含まれたC2F6ガスのような工程ガスを用いてエッチバック工程を行うと、前記第1HDP(High Density Plasma)酸化膜上にはFSG(Fluorine doped Silicate Glass)膜が形成されるが、この膜は後続の熱工程などを経ながらFイオンが素子分離膜及び素子間の界面に拡散して素子の特性劣化を引き起こすという問題点があった。

概要

本発明は、素子分離膜の形成工程時にFイオンが素子分離膜及び素子間の界面に拡散して素子の特性劣化を引き起こすという問題点を解決することが可能な半導体素子の素子分離膜形成方法を提供することを目的としている。半導体基板にトレンチを形成する段階と、前記形成されたトレンチに第1HDP酸化膜を形成する段階と、前記第1HDP酸化膜が形成された結果物の全面にC2F6ガス及びO2ガスの混合ガスを用いてエッチバック工程を行い、バーティカル側壁を有する前記第1HDP酸化膜を形成する段階と、前記エッチバック工程の完了した結果物の全面に第2HDP酸化膜を形成する段階とを含む構成としたことを特徴とする。

目的

そこで、本発明の目的は、素子分離膜の形成工程時にFイオンが素子分離膜及び素子間の界面に拡散して素子の特性劣化を引き起こすという問題点を解決することが可能な半導体素子の素子分離膜形成方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

半導体基板トレンチを形成する段階と、前記形成されたトレンチに第1HDP酸化膜を形成する段階と、前記第1HDP酸化膜が形成された結果物の全面にC2F6ガス及びO2ガスの混合ガスを用いてエッチバック工程を行い、バーティカル側壁を有する前記第1HDP酸化膜を形成する段階と、前記エッチバック工程の完了した結果物の全面に第2HDP酸化膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする半導体素子素子分離膜形成方法

請求項2

C2F6ガス及びO2ガスの混合ガスを用いて行われる前記エッチバック工程は、50sccm以上、且つ200sccm以下のC2F6ガス、200sccm以上、且つ500sccm以下のO2ガス、500W以上、且つ1000W以下のHFパワー、3000W以上、且つ4000W以下のLFパワーを有する工程条件で行われることを特徴とする請求項1記載の半導体素子の素子分離膜形成方法。

請求項3

前記トレンチの形成後、前記トレンチの側壁に酸化工程によって側壁酸化膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の半導体素子の素子分離膜形成方法。

請求項4

前記第1HDP酸化膜は、10sccm以上、且つ100sccm以下程度のSiH4ガス、10sccm以上、且つ100sccm以下程度のO2ガス、100sccm以上、且つ1000sccm以下程度のHeガス、50sccm以上、且つ1000sccm以下程度のH2ガス、1000W以上、且つ10000W以下程度のLFパワー及び500W以上、且つ5000W以下程度のHFパワーを有する工程条件で形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体素子の素子分離膜形成方法。

請求項5

前記第2HDP酸化膜は、前記第1HDP酸化膜の工程条件と同一の工程条件で形成されることを特徴とする請求項1または請求項4記載の半導体素子の素子分離膜形成方法。

請求項6

前記第2HDP酸化膜の形成後、前記半導体基板が露出するまで平坦化工程を行って前記トレンチの内部にのみ前記第1HDP酸化膜及び第2HDP酸化膜が埋め込まれるようにして、素子分離膜の形成を完了する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の半導体素子の素子分離膜形成方法。

請求項7

半導体基板にトレンチを形成する段階と、前記トレンチの側壁に側壁酸化膜を形成する段階と、前記側壁酸化膜が備えられたトレンチに第1HDP酸化膜を形成する段階と、前記第1HDP酸化膜が形成された結果物の全面にC2F6ガス及びO2ガスの混合ガスを用いてエッチバック工程を行い、バーティカルな側壁を有する第1HDP酸化膜を形成する段階と、前記エッチバック工程の完了した結果物の全面に第2HDP酸化膜を形成する段階と、前記形成された結果物に前記半導体基板が露出するまで平坦化工程を行って前記トレンチの内部にのみ前記第1HDP酸化膜及び第2HDP酸化膜が埋め込まれるようにして、素子分離膜の形成を完了する段階と、を含むことを特徴とする半導体素子の素子分離膜形成方法。

技術分野

0001

本発明は、半導体素子の製造方法に係り、さらに詳しくは、半導体素子の素子分離膜形成方法に関する。

背景技術

0002

最近、半導体素子の高集積化高密度化に伴い、素子分離膜ギャップフィル(gap fill)特性を向上させることが可能な技術が重要視されている。

0003

一般に、半導体素子の素子分離膜形成方法において、形成されたトレンチの内部に第1絶縁膜を形成した後、エッチバック工程を行い、第2絶縁膜を形成してトレンチの内部をギャップフィルする。

0004

ところが、前記エッチバック工程の際に、Fイオンの含まれたC2F6ガスのような工程ガスを用いてエッチバック工程を行うと、前記第1HDP(High Density Plasma)酸化膜上にはFSG(Fluorine doped Silicate Glass)膜が形成されるが、この膜は後続の熱工程などを経ながらFイオンが素子分離膜及び素子間の界面に拡散して素子の特性劣化を引き起こすという問題点があった。

発明が解決しようとする課題

0005

そこで、本発明の目的は、素子分離膜の形成工程時にFイオンが素子分離膜及び素子間の界面に拡散して素子の特性劣化を引き起こすという問題点を解決することが可能な半導体素子の素子分離膜形成方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

上記目的を達成するための本発明は、半導体基板にトレンチを形成する段階と、前記形成されたトレンチに第1HDP酸化膜を形成する段階と、前記第1HDP酸化膜が形成された結果物の全面にC2F6ガス及びO2ガスの混合ガスを用いてエッチバック工程を行い、バーティカル側壁を有する前記第1HDP酸化膜を形成する段階と、前記エッチバック工程の完了した結果物の全面に第2HDP酸化膜を形成する段階とを含む、半導体素子の素子分離膜形成方法が提供される。

0007

C2F6ガス及びO2ガスの混合ガスを用いて行われる前記エッチバック工程は、50sccm以上、且つ200sccm以下のC2F6ガス、200sccm以上、且つ500sccm以下のO2ガス、500W以上、且つ1000W以下のHF(High Frequency)パワー、3000W以上、且つ4000W以下のLF(Low Frequency)パワーを有する工程条件で行われることが好ましい。また、前記トレンチの形成後、前記トレンチの側壁に酸化工程によって側壁酸化膜を形成する段階をさらに含むことが好ましい。

0008

前記第1HDP酸化膜は、10sccm以上、且つ100sccm以下程度のSiH4ガス、10sccm以上、且つ100sccm以下程度のO2ガス、100sccm以上、且つ1000sccm以下程度のHeガス、50sccm以上、且つ1000sccm以下程度のH2ガス、1000W以上、且つ10000W以下程度のLFパワー及び500W以上、且つ5000W以下程度のHFパワーを有する工程条件で形成されることが好ましく、前記第2DP酸化膜は、前記第1HDP酸化膜の工程条件と同一の工程条件で形成されることが好ましい。

0009

前記第2HDP酸化膜の形成後、前記半導体基板が露出するまで平坦化工程を行って前記トレンチの内部にのみ前記第1HDP酸化膜及び第2HDP酸化膜が埋め込まれるようにして、素子分離膜の形成を完了する段階をさらに含むことが好ましい。

0010

また、上記目的を達成するための本発明は、半導体基板にトレンチを形成する段階と、前記トレンチの側壁に側壁酸化膜を形成する段階と、前記側壁酸化膜が備えられたトレンチに第1HDP酸化膜を形成する段階と、前記第1HDP酸化膜が形成された結果物の全面にC2F6ガス及びO2ガスの混合ガスを用いてエッチバック工程を行い、バーティカルな側壁を有する第1HDP酸化膜を形成する段階と、前記エッチバック工程の完了した結果物の全面に第2HDP酸化膜を形成する段階と、前記形成された結果物に前記半導体基板が露出するまで平坦化工程を行って前記トレンチの内部にのみ前記第1HDP酸化膜及び第2HDP酸化膜が埋め込まれるようにして、素子分離膜の形成を完了する段階とを含む、半導体素子の素子分離膜形成方法が提供される。

発明の効果

0011

本発明によれば、O2を用いた物理的なエッチバック(physical etchback)工程とFを用いた化学的なエッチバック(chemical etchback)工程とを組み合わせたケミコ−フィジカルエッチバック(chemico-physical etchback)工程を行うことにより、前記第1HDP酸化膜上に形成されるFSG(Fluorine doped Silicate Glass)膜のFイオンに対する拡散を最小化して素子の特性を向上させるという効果がある。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、添付図面を参照して本発明に係る実施例を詳細に説明する。ところが、これらの実施例は様々な形に変形できるが、本発明の範囲を限定するものではない。これらの実施例は本発明の開示を完全にし、当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。また、ある膜が他の膜又は半導体基板の「上」にあると記載される場合、前記ある膜は前記他の膜又は半導体基板に直接接触して存在することもあり、或いはその間に第3の膜が介在されることもある。

0013

図1(a)及び図1(b)は従来の技術によって形成された素子分離膜におけるフッ素(F)イオン濃度SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry;二次イオン質量分析法プロファイルを示す図、図2は本発明に係る半導体素子の素子分離膜形成方法を説明するための断面図、図3(a)及び図3(b)は本発明によって形成された素子分離膜におけるFイオン濃度のSIMSプロファイルを示す図である。

0014

図2(a)を参照すると、半導体基板20上にパッド窒化膜22およびパッド酸化膜24を順次形成する。前記パッド酸化膜24の所定の領域上に、素子分離領域を定義するフォトレジストパターン(図示せず)を形成し、前記フォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして前記パッド酸化膜24、パッド窒化膜22および半導体基板20の所定の深さにエッチング工程を行ってトレンチTを定義する。前記形成されたトレンチTの側壁に酸化工程を行って側壁酸化膜26を形成する。

0015

図2(b)を参照すると、前記側壁酸化膜26の備えられた結果物の全面に第1HDP(high density plasma)酸化膜28aを形成する。

0016

前記第1HDP酸化膜28aの形成は、10sccm以上、且つ100sccm以下程度のSiH4ガス、10sccm以上、且つ100sccm以下程度のO2ガス、100sccm以上、且つ1000sccm以下程度のHeガス、50sccm以上、且つ1000sccm以下程度のH2ガス、1000W以上、且つ10000W以下程度のLFパワー及び500W以上、且つ5000W以下程度のHFパワーを有する工程条件で行われる。

0017

前記第1HDP酸化膜28aを形成した後、前記結果物の全面にエッチバック工程を行う。図2(b)に示すように、エッチバック工程の行われた第1HDP酸化膜28aは、オーバーハング(overhang)が発生してトレンチの入り口を塞いで形成されるボイドが防止されるように、バーティカルな側壁を有するように形成する。

0018

前記エッチバック工程はC2F6ガス及びO2ガスの混合ガスを用いて行われる。前記エッチバック工程は、50sccm以上、且つ200sccm以下程度のC2F6ガス、200sccm以上、且つ500sccm以下程度のO2ガス、500W以上、且つ1000W以下程度のHF(High Frequency)パワー、3000W以上、且つ4000W以下程度のLF(Low Frequency)パワーを有する工程条件で行われる。

0019

従来の技術では、Fイオンの含まれたC2F6ガスなどの工程ガスを用いてエッチバック工程を行うと、前記第1HDP酸化膜上にはFSG(Fluorine doped Silicate Glass)膜が形成されるが、この膜は後続の熱工程などを経ながらFイオンが素子分離膜及び素子間の界面に拡散して素子の特性劣化を引き起こした。

0020

本発明では、C2F6ガス及びO2ガスの混合ガスを用いてエッチバック工程を行うと、前記O2を用いた物理的なエッチバック(physical etchback)工程とFを用いた化学的なエッチバック(chemical etchback)工程を組み合わせたケミコ−フィジカルエッチバック(chemico-physical etchback)工程が行われ、前記第1HDP酸化膜上に形成されるFSG膜のFイオンに対する拡散が最小化される。

0021

次世代ナノ半導体素子で素子を分離させる素子分離膜の形成時に蒸着−エッチバック−蒸着工程によって素子分離膜内のギャップフィルが可能であるが、この際、提起されるFイオンの拡散によるドーピングの問題を装備の追加なく既存の装備を用いて解決可能である。特に、素子動作のために高電圧が適用されるフラッシュ素子の場合、Fイオンの拡散によるドーピングの問題が激しい素子特性劣化を引き起こす可能性があるので、本発明を用いて、Fイオンの拡散によるドーピングの問題を解決すると、次世代フラッシュ素子の素子信頼性の向上に大きく役に立つ。

0022

図2(c)を参照すると、前記エッチバック工程が完了してバーティカルな側壁を有する第1HDP酸化膜28aが備えられた結果物の全面に第2HDP酸化膜28bを形成し、トレンチの内部を完全にギャップフィルするようにする。

0023

図示してはいないが、前記第2HDP酸化膜28bが形成された結果物に、前記半導体基板20が露出するまで平坦化工程を行い、前記トレンチの内部にのみ前記第1HDP酸化膜28aおよび第2HDP酸化膜28bが埋め込まれるようにして、素子分離膜の形成を完了する。

0024

前記第2HDP酸化膜28bは、前記第1HDP酸化膜28aの形成時の工程条件と同一の工程条件で行われる。

0025

図1(a)及び図1(b)には、F(フッ素)を用いた化学的なエッチバック工程を行った後のSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry;二次イオン質量分析法)プロファイルと後続工程の熱処理工程を行った後のSIMSプロファイルが示されている。

0026

図3(a)及び図3(b)には、O2を用いた物理的なエッチバック工程と、Fを用いた化学的なエッチバック工程とを組み合わせたケミカル−フィジカルエッチバック工程を行った後のSIMSプロファイルと後続工程の熱処理工程を行った後のSIMSプロファイルが示されている。

0027

図1(a)と図1(b)より従来技術では、Fイオンの拡散度合いが大きいことが分かるが、図3(a)と図3(b)より本発明では、Fイオンの拡散度合いが図1(a)及び図1(b)のそれよりも少ないことが分かる。

0028

本発明によれば、O2を用いた物理的なエッチバック工程と、Fを用いた化学的なエッチバック工程とを組み合わせたケミコ−フィジカルエッチバック工程を行うことにより、前記第1HDP酸化膜上に形成されるFSG膜のFイオンに対する拡散を最小化して素子の特性を向上させるという効果がある。

0029

本発明は、具体的な実施例について詳細に説明したが、本発明の技術的思想の範囲内で変形または変更できるのは当該分野で通常の知識を有する者には明らかであり、そのような変形または変更も本発明の特許請求の範囲に属するといえる。

0030

本発明の活用例として、半導体素子の製造方法に適用することが出来、さらに詳しくは、半導体素子の素子分離膜形成方法に適用することが出来る。

図面の簡単な説明

0031

従来の技術によって形成された素子分離膜におけるFイオン濃度のSIMSプロファイルを示す図である。
本発明に係る半導体素子の素子分離膜形成方法を説明するための断面図である。
本発明によって形成された素子分離膜におけるFイオン濃度のSIMSプロファイルを示す図である。

符号の説明

0032

20…半導体基板
22…パッド窒化膜
24…パッド酸化膜
26…側壁酸化膜
28a…第1HDP酸化膜
28b…第2HDP酸化膜

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