專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
在MOS晶體管的柵電極側(cè)壁上形成有成為側(cè)壁的絕緣膜，對(duì)其兩端摻入雜質(zhì)，形成源和漏區(qū)。在此源和漏區(qū)端部，經(jīng)常有在硅襯底中產(chǎn)生結(jié)晶缺陷的情形，作為防止此結(jié)晶缺陷的方法，在特開(kāi)平08-97210號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)中，公開(kāi)了抑制柵電極的側(cè)面、在成為側(cè)壁的氮化硅膜和其之下的襯底之間夾著氧化膜在柵電極側(cè)面上形成的氮化膜所帶來(lái)的應(yīng)力的影響的方式。
<專(zhuān)利文獻(xiàn)1>日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)平08-97210號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，研討的結(jié)果，在含有源和漏區(qū)的有源區(qū)的襯底上產(chǎn)生的結(jié)晶缺陷會(huì)引起作為器件的特性的降低，對(duì)抑制這些結(jié)晶缺陷的對(duì)策的研討結(jié)果，結(jié)晶缺陷的產(chǎn)生大大地影響因元件隔離(淺溝槽隔離)而產(chǎn)生的應(yīng)力(STI應(yīng)力)。在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1中沒(méi)有對(duì)STI所引起的應(yīng)力加以考慮。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決上述這種不合格的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
為了解決上述課題，通過(guò)使本發(fā)明的半導(dǎo)體器件成為基于元件隔離區(qū)減少外部應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，就能夠抑制在摻入源漏雜質(zhì)的區(qū)域附近的半導(dǎo)體襯底處產(chǎn)生的結(jié)晶缺陷。
例如，為了解決上述課題，本發(fā)明包括以下的方式。
(1)一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成的多個(gè)元件形成區(qū)，位于上述元件形成區(qū)之間、且嵌入有元件隔離絕緣膜的元件隔離溝槽，在上述元件形成區(qū)上形成的柵絕緣膜；上述元件隔離溝槽具有在上述半導(dǎo)體襯底和上述元件隔離絕緣膜之間形成的熱氧化膜；上述元件隔離絕緣膜內(nèi)部含有多個(gè)微細(xì)孔隙，比上述熱氧化膜具有更多孔隙。
通過(guò)由此形成，即使是在由源漏等的離子注入形成擴(kuò)散層時(shí)，也能夠抑制在襯底上所產(chǎn)生的結(jié)晶缺陷。因此，至少比熱氧化膜(溝槽表面膜)多孔，隨著溝槽的氧化和隨著溝槽側(cè)壁的氧化膜的生長(zhǎng)就能夠緩和應(yīng)力的集中。
另外，作為另一觀(guān)點(diǎn)，嵌入到上述元件隔離溝槽中的上述元件隔離絕緣膜及上述柵絕緣膜包括以氧化硅為主要構(gòu)成元素的膜，能夠使上述元件隔離絕緣膜具有比柵絕緣膜更多孔隙的膜。
另外，具有在在上述元件形成區(qū)形成的上述柵絕緣膜和柵電極和上述柵電極的上方形成的多個(gè)布線(xiàn)層，就能夠使嵌入上述元件隔離溝槽內(nèi)的上述元件隔離絕緣膜比位于在上述布線(xiàn)層中最下層形成布線(xiàn)層和上述半導(dǎo)體襯底的主表面之間的層間絕緣膜更多孔隙。
優(yōu)選地，此方式，在上述層間絕緣膜的上層形成比該層間絕緣膜更多孔隙的層間絕緣膜。
另外，優(yōu)選地，上述元件隔離絕緣膜及上述比較對(duì)象的層間絕緣膜以氧化硅為主要構(gòu)成元素。
在此，主要構(gòu)成元素是指在構(gòu)成層的材料中，所存在的原子比例最多的材料。多孔是在作為對(duì)象的層內(nèi)形成很多微小孔隙的狀態(tài)。
所謂比上述熱氧化膜多孔，指在熱氧化膜中具有上述微細(xì)孔隙的情況下，具有比上述微細(xì)孔隙更多的上述微細(xì)孔隙的元件隔離絕緣膜的狀態(tài)。而在上述熱氧化膜不包括上述微細(xì)孔隙的情況下，表示在元件隔離絕緣膜中具有上述微細(xì)孔隙的狀態(tài)。
(2)一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成的多個(gè)元件形成區(qū)；位于上述元件形成區(qū)之間且嵌入有元件隔離絕緣膜的元件隔離溝槽；在上述元件形成區(qū)上形成的柵絕緣膜，上述元件隔離溝槽在上述元件隔離絕緣膜和上述半導(dǎo)體襯底的表面之間具有熱氧化膜，在上述元件隔離絕緣膜和上述熱氧化膜之間比熱氧化膜更薄地形成氮化膜或不形成氮化膜，上述元件隔離絕緣膜內(nèi)部含有多個(gè)微細(xì)孔隙，且在經(jīng)過(guò)形成半導(dǎo)體器件時(shí)的最高升溫溫度后，具有形成的小于等于5nm的孔比大于等于10nm的孔更多的多孔膜。
由于大型孔隙分散存在時(shí)就不能提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能，所以?xún)?yōu)選具有足夠小的孔隙。作為足夠小的孔隙的例子可以是上述的程度。
對(duì)于上述氮化膜，從由氮化膜充電等的觀(guān)點(diǎn)看，優(yōu)選地，實(shí)質(zhì)上不形成上述氮化膜。
另外，作為優(yōu)選方式，上述平均孔徑處于比1.0nm-1.3nm更小的范圍內(nèi)。
此外，還有，上述元件隔離絕緣膜的楊氏模量在經(jīng)過(guò)形成器件的最高升溫溫度后是比70Gpa更小的值。更優(yōu)選地，形成為小于等于35Gpa。
(3)一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成的多個(gè)元件形成區(qū)；位于上述元件形成區(qū)之間且嵌入有元件隔離絕緣膜的元件隔離溝槽；在上述元件形成區(qū)上形成的柵絕緣膜，上述元件隔離溝槽具有在上述半導(dǎo)體襯底和上述元件隔離絕緣膜之間形成的熱氧化膜；上述元件隔離絕緣膜的楊氏模量比上述熱氧化膜的楊氏模量低。
具體地，上述元件隔離絕緣膜在經(jīng)過(guò)形成器件的最高升溫溫度之后，上述元件隔離溝槽包括存在小于等于5nm的孔比大于等于10nm的孔更多的多孔，優(yōu)選楊氏模量比70GPa更低地形成上述元件隔離溝槽。更優(yōu)選上述楊氏模量為小于等于35Gpa。
另外，作為另一觀(guān)點(diǎn)，嵌入上述元件隔離溝槽的元件隔離絕緣膜及上述柵絕緣膜包括以氧化硅為主要構(gòu)成元素的膜，能夠使上述元件隔離絕緣膜具有比上述柵絕緣膜楊氏模量低的膜。
(4)一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成的多個(gè)元件形成區(qū)；位于上述元件形成區(qū)之間且嵌入有元件隔離絕緣膜的元件隔離溝槽；以及在形成在上述元件形成區(qū)上的柵絕緣膜和柵電極和上述柵電極的上方形成的多個(gè)布線(xiàn)層，上述元件隔離絕緣膜，包括在襯底表面形成了熱氧化膜的上述元件隔離溝槽之上淀積的第一元件隔離絕緣膜、和在上述第一元件隔離絕緣膜之上淀積的第二元件隔離絕緣膜，上述第一元件隔離絕緣膜是多孔的，上述第一元件隔離絕緣膜比上述第二元件隔離絕緣膜具有更多孔隙。
優(yōu)選地，作為一個(gè)例子，上述第一元件隔離絕緣膜是包括上述任何微細(xì)孔隙的多孔結(jié)構(gòu)，能夠使第二元件隔離絕緣膜為實(shí)際上不包括這種多孔結(jié)構(gòu)的方式。
此外，包含，上述第一元件隔離絕緣膜和上述第二隔離絕緣膜以氧化硅為主要構(gòu)成元素，上述第一元件隔離絕緣膜以碳為添加元素。
更優(yōu)選地，在上述任何方式中，上述元件隔離溝槽具有在上述半導(dǎo)體襯底和上述第一元件隔離絕緣膜之間形成的熱氧化膜，上述第一元件隔離絕緣膜比上述熱氧化膜多孔。
更優(yōu)選地，在上述任一方式中，上述元件隔離溝槽具有在上述半導(dǎo)體襯底和上述元件隔離絕緣膜之間形成的熱氧化膜，上述第一元件隔離絕緣膜形成得比上述熱氧化膜的楊氏模量低。
(5)一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，在上述任一方式中，在元件形成區(qū)中具有對(duì)應(yīng)于上述柵電極對(duì)上述半導(dǎo)體襯底摻入雜質(zhì)的雜質(zhì)區(qū)，上述第二元件隔離絕緣膜的層間絕緣膜側(cè)界面和上述第一元件隔離絕緣膜側(cè)的界面，位于上述雜質(zhì)區(qū)中的比從襯底表面到雜質(zhì)濃度變?yōu)樽罡叩纳疃雀畹膮^(qū)域。
在本方式中，使元件隔離區(qū)中的埋入的氧化膜從元件形成區(qū)的襯底面起下陷。由此，能夠有效地抑制襯底的結(jié)晶缺陷的產(chǎn)生。
(6)一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底的電路形成面上形成襯墊氧化膜，在上述襯墊氧化膜之上形成防氧化膜的工序；去除在上述半導(dǎo)體襯底的電路形成面的所希望位置處形成的上述防氧化膜和上述襯墊氧化膜，在上述去除了的區(qū)域上形成規(guī)定深度的溝槽的工序；氧化上述溝槽，在上述溝槽內(nèi)形成熱氧化膜的工序；在包括上述熱氧化膜的上述溝槽內(nèi)嵌入元件隔離絕緣膜的工序；去除在上述防氧化膜之上形成的上述元件隔離絕緣膜，去除在上述半導(dǎo)體襯底的電路形成面之上形成的上述防氧化膜的工序；去除在上述半導(dǎo)體襯底的電路形成面之上形成的上述襯墊氧化膜的工序；在去除了上述襯墊氧化膜的上述半導(dǎo)體襯底的電路形成面上形成柵絕緣膜和柵電極的工序；在對(duì)應(yīng)于上述柵電極的位置上將雜質(zhì)摻入上述半導(dǎo)體襯底，并對(duì)具有摻入了雜質(zhì)的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理，形成擴(kuò)散層的工序；以及在覆蓋上述柵絕緣膜和上述元件隔離溝槽的上述柵電極的上端之上淀積具有上表面的層間絕緣膜的工序，并且在上述層間絕緣膜上形成布線(xiàn)層的工序，在形成上述元件隔離絕緣膜后，包括以至少≥850℃的溫度對(duì)上述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理的工序，且含有多個(gè)微細(xì)孔隙且比上述溝槽內(nèi)的上述熱氧化膜孔隙更多地形成經(jīng)過(guò)熱處理工序后的上述元件隔離絕緣膜。
在大于等于850℃，更優(yōu)選地，大于等于1000℃的溫度下對(duì)包括微細(xì)孔隙的膜進(jìn)行熱處理，在所希望的狀態(tài)下，形成包括去除了碳成分的微細(xì)孔隙的氧化硅膜。另外，熱處理后，也可為含碳成分的狀態(tài)。
另外，關(guān)于上述的方式，例如，優(yōu)選上述元件隔離絕緣膜的材質(zhì)為氧化膜。此外，例如，優(yōu)選地，具有第一元件隔離絕緣膜和第二元件隔離絕緣膜時(shí)都是氧化膜?；蛘?，優(yōu)選地，上述元件隔離絕緣膜是以涂敷型形成的膜。
此外，本發(fā)明人針對(duì)本發(fā)明的技術(shù)，調(diào)查了公知的實(shí)例，提取出以下現(xiàn)有技術(shù)。但是，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)包括本發(fā)明的方式且能夠起本發(fā)明的作用效果的方式。
日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)平11-307626號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平11-186378號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2003-31650號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2003-31568號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2000-114362號(hào)公報(bào)、特開(kāi)06-97274號(hào)公報(bào)、特開(kāi)05-47918號(hào)公報(bào)、特開(kāi)05-114646號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平10-56058號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2000-223572號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2001-144170號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2001-167411號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2002-9245號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2002-289681號(hào)公報(bào)。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種可有助于解決上述不合格的半導(dǎo)體器件及其制造方法。


圖1是關(guān)于本發(fā)明的第一實(shí)施例的概要圖。
圖2(a)是表示該第一實(shí)施例中的制造工序的模式圖。
圖2(b)是表示該第一實(shí)施例中的下一制造工序的模式圖。
圖2(c)是表示該第一實(shí)施例中的下一制造工序的模式圖。
圖2(d)是表示該第一實(shí)施例中的下一制造工序的模式圖。
圖2(e)是表示該第一實(shí)施例中的下一制造工序的模式圖。
圖2(f)是表示該第一實(shí)施例中的下一制造工序的模式圖。
圖2(g)是表示該第一實(shí)施例中的下一制造工序的模式圖。
圖2(h)是表示該第一實(shí)施例中的下一制造工序的模式圖。
圖2(i)是表示該第一實(shí)施例中的下一制造工序的模式圖。
圖2(j)是表示該第一實(shí)施例中的下一制造工序的模式圖。
圖3是該第一實(shí)施例的補(bǔ)充說(shuō)明圖。
圖4是該第一實(shí)施例的說(shuō)明圖。
圖5是本發(fā)明的第二實(shí)施例的比較說(shuō)明圖。
圖6是該第二實(shí)施例的說(shuō)明圖。
圖7是本發(fā)明的第三實(shí)施例的說(shuō)明圖。
圖8是該第三實(shí)施例的說(shuō)明圖。
圖9是本發(fā)明的第四實(shí)施例的說(shuō)明圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明1...硅襯底、2...襯墊(pad)氧化膜、3...氮化硅膜、4...元件隔離熱氧化膜、5...埋入氧化膜、6...阱層、7...柵氧化膜、8...多晶硅膜、9...鎢膜、10...氮化硅膜、11...熱氧化膜、12...低濃度層、13...氮化硅膜、14...高濃度層、15...層間絕緣膜、16接觸區(qū)、17...多晶硅膜、18...上部埋入絕緣膜、19...元件形成區(qū)、20...元件隔離區(qū)、21...柵絕緣膜、22...導(dǎo)電膜、23...柵絕緣膜、24...導(dǎo)電膜、25...導(dǎo)電膜、26...層間絕緣膜。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的發(fā)明人，針對(duì)在襯底上形成元件隔離區(qū)、在元件形成區(qū)上形成柵結(jié)構(gòu)的情況，并且針對(duì)在硅襯底中以高濃度地?fù)饺肷楹土椎入s質(zhì)的情況，容易產(chǎn)生結(jié)晶缺陷進(jìn)行了研討。其結(jié)果，當(dāng)在襯底中摻入雜質(zhì)時(shí)，在摻入雜質(zhì)的區(qū)域(雜質(zhì)形成區(qū))中就會(huì)產(chǎn)生高的應(yīng)力(雜質(zhì)引起的應(yīng)力)，此雜質(zhì)引起的應(yīng)力受到柵結(jié)構(gòu)和元件隔離形成過(guò)程中所產(chǎn)生的應(yīng)力(STI應(yīng)力)的束縛，從而追蹤產(chǎn)生結(jié)晶缺陷的此應(yīng)力。由此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，不束縛此雜質(zhì)應(yīng)力地減少在元件隔離區(qū)的形成過(guò)程中所產(chǎn)生的應(yīng)力就能夠防止結(jié)晶缺陷。
元件隔離是在硅襯底上形成溝槽，嵌入有埋入氧化膜。在晶體管的形成過(guò)程中，多數(shù)情況下存在硅襯底氧化工序。由于作為氧化源的氧通過(guò)埋入氧化膜也會(huì)擴(kuò)散到溝槽內(nèi)部，所以即使在溝槽側(cè)壁也會(huì)生長(zhǎng)氧化膜。從硅變?yōu)槎趸钑r(shí)產(chǎn)生2倍的體積膨脹。此體積膨脹由于受到埋入的氧化膜的束縛，在硅襯底中產(chǎn)生高的壓縮應(yīng)力。為此，為了減少此壓縮應(yīng)力，使用埋入的埋入氧化膜的楊氏模量比熱氧化膜和CVD氧化膜更低的多孔氧化膜。
根據(jù)本方法，在氮化硅膜下不需要淀積厚的硅氧化膜，就能夠防止位錯(cuò)發(fā)生。
按照以上這樣的說(shuō)明的本發(fā)明，就能夠提供一種可有助于解決上述不合格的半導(dǎo)體器件及其制造方法。由此，能夠抑制在襯底的源和漏區(qū)產(chǎn)生的缺陷，能夠提供性能更加良好的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
使用圖1、圖2來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工序。
圖1是平面布局圖，圖2是表示圖1的A-A′截面的結(jié)構(gòu)圖。
(1)在硅襯底1上淀積厚5～15nm的襯墊氧化膜2和厚度約150nm的氮化硅膜3。蝕刻去除所希望位置的氮化硅膜3、襯墊氧化膜2及硅襯底1的一部分，使硅襯底1表面的側(cè)壁相對(duì)于硅襯底1形成為具有規(guī)定角度的淺溝槽(圖2(a))。
(2)此后，在900℃～1150℃范圍的氧化氣氛中，熱氧化硅襯底1表面，在溝槽部分上形成厚數(shù)nm～數(shù)十nm的元件隔離熱氧化膜4(圖2(b))。將楊氏模量小于70GPa的氧化膜嵌入溝槽內(nèi)部(以下，埋入絕緣膜5)。例如，此氧化膜為加熱以氫倍半氧硅烷化合物為主要成分的涂敷膜所獲得的以SiO為主要成分的絕緣膜?；蛘撸?，此氧化膜為加熱以甲基倍半氧硅烷化合物為主要成分的涂敷膜所獲得的以SiO為主要成分的絕緣膜。
此后，在900℃～1150℃的氮?dú)夥栈蜓趸瘹夥罩?，?duì)硅襯底1進(jìn)行退火(圖2(c))。
(3)使用化學(xué)機(jī)械拋光方法(CMP)或干法蝕刻法蝕刻低楊氏模量的埋入絕緣膜5。此時(shí)，作為防氧化膜使用的氮化硅膜3成為蝕刻停止物，具有防止氮化硅膜3下的硅襯底1被蝕刻的功能。進(jìn)行背蝕刻直至暴露出上述氮化硅膜3之后，去除氮化硅膜3及襯墊氧化膜2，完成在淺溝槽內(nèi)嵌入氧化膜的淺溝槽型的元件隔離結(jié)構(gòu)(圖2(d))。露出硅襯底的區(qū)域成為元件形成區(qū)19，溝槽區(qū)成為元件隔離區(qū)(STI區(qū))20。
(4)在900℃、氧氣氛中熱處理硅襯底1表面，形成約10nm的熱氧化膜，對(duì)此膜向緩沖層摻入濃度約1E13(個(gè)/cm2)的硼和磷等的雜質(zhì)，形成阱層6。此后，利用稀釋的HF，去除上述熱氧化膜，順序淀積和構(gòu)圖柵氧化膜7、多晶硅膜8、鎢膜9、氮化硅膜19，形成柵電極(圖2(e))。
(5)此后，在900℃、氧氣氛中，進(jìn)行熱處理，在硅襯底表面上形成厚3～10nm的熱氧化膜11，對(duì)此膜向緩沖層上的硅襯底1中摻入濃度約1E13(個(gè)/cm2)的硼(PMOS的情況)和砷(NMOS的情況)等的雜質(zhì)，形成低濃度層12(圖2(f))。
(6)此后，淀積作為絕緣膜的氮化硅膜13后，進(jìn)行構(gòu)圖，形成側(cè)壁13a，對(duì)露出的硅襯底1摻入濃度約為5E14～3E15(個(gè)/cm2)的硼(PMOS的情況)和砷(NMOS的情況)，形成高濃度層14。利用化學(xué)氣相法，在襯底整個(gè)表面上淀積層間絕緣膜15，利用CMP等，對(duì)層間絕緣膜15進(jìn)行平坦化(圖2(g))。
(7)利用各向異性干法蝕刻，部分地去除層間絕緣膜15，形成接觸區(qū)16(圖2(h))。
(8)為了從硅襯底1引出電極，在接觸區(qū)16上淀積形成電極插塞(plug)的多晶硅17(圖2(i))。
(9)在接觸區(qū)上淀積和構(gòu)圖銅和鋁的導(dǎo)電膜25，并在其上淀積層間絕緣膜26，以完成晶體管。另外，由于電極插塞只要是低電阻的物質(zhì)即可，所以也可以采用其它金屬例如鎢等。
接著，說(shuō)明本實(shí)施方式的作用效果。根據(jù)迄今為止的經(jīng)驗(yàn)可知，在襯底上形成元件隔離區(qū)、在元件形成區(qū)上形成柵結(jié)構(gòu)的情況下，并在硅襯底中高濃度地?fù)饺肷楹土椎入s質(zhì)的情況下，容易產(chǎn)生較多的結(jié)晶缺陷。這是因?yàn)椋脤㈦s質(zhì)摻入硅襯底和摻入的原子，使硅襯底表面成為非晶態(tài)，通過(guò)此后的熱處理，此非晶層就會(huì)按照基底的硅襯底的原子排列結(jié)晶化。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，在此結(jié)晶化時(shí)，在來(lái)自外部的力(應(yīng)力)作用的情況下，打亂結(jié)晶排列而產(chǎn)生結(jié)晶缺陷。即認(rèn)為外部的應(yīng)力誘發(fā)結(jié)晶缺陷。為此認(rèn)為，若能夠減少外部的應(yīng)力，平穩(wěn)地進(jìn)行再結(jié)晶化，就能夠減少結(jié)晶缺陷。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，作為外部應(yīng)力，除柵電極的應(yīng)力外，以STI應(yīng)力為主。此STI應(yīng)力的機(jī)理如下所示(參照?qǐng)D3)，按情況有時(shí)存在數(shù)百M(fèi)Pa時(shí)那么大的應(yīng)力。在晶體管形成過(guò)程中，存在多次硅襯底氧化工序。為此，作為氧化源的氧通過(guò)溝槽內(nèi)部嵌入的氧化膜18而擴(kuò)散，在溝槽側(cè)壁也生長(zhǎng)了氧化膜。從硅變?yōu)檠趸?SiO2)時(shí)，產(chǎn)生約2倍的體積膨脹，此體積膨脹受埋入氧化膜18的束縛。在由此束縛引起的反力的影響下，在硅襯底中產(chǎn)生高的壓縮應(yīng)力，此壓縮應(yīng)力即為STI應(yīng)力。
氧化時(shí)的體積膨脹受埋入氧化膜18束縛而產(chǎn)生STI應(yīng)力。即，若能夠使埋入氧化膜18柔軟，就能夠減少STI應(yīng)力。在本發(fā)明中，能夠使用的現(xiàn)有CVD氧化膜(O3-TEOS膜)和HDP膜的SiO2楊氏模量(1000℃左右的退火后)至少為70GPa。由于使用了比此楊氏模量更低的楊氏模量(柔軟了)的氧化膜，所以能夠減少STI應(yīng)力，減少結(jié)晶缺陷。
在半導(dǎo)體制造工序中，在膜淀積和雜質(zhì)的活性化時(shí)，增加1000℃左右的熱處理(例如，源漏形成時(shí)、或SIT淀積后的熱處理的致密化等)。為此，埋入絕緣膜5至少在此熱處理后也需要保持低的楊氏模量(小于70GPa)。即使進(jìn)行高溫的熱處理，為了保持低楊氏模量，例如使用加熱以氫倍半氧硅烷化合物或以甲基倍半氧硅烷化合物為主要成分的涂敷膜所獲得的以氧化硅為主要成分的絕緣膜。
以氫倍半氧硅烷化合物為主要成分的涂敷溶液，是將由一般式(HSiO1.5)n表示的化合物溶解在甲基異丁基酮等的溶劑中的溶液。此外，以甲基倍半氧硅烷化合物為主要成分的涂敷溶液，是將由一般式(CH3SiO1.5)n表示的化合物溶解在甲基異丁基酮等的溶劑中的溶液。對(duì)襯底涂敷這些溶液，優(yōu)選在100～250℃左右的溫度下進(jìn)行中間加熱后，在氧氣氛中，優(yōu)選在氮?dú)夥罩械鹊牟换顫娦詺夥諆?nèi)以350～550℃的溫度進(jìn)行加熱，由此將Si-O-Si的鍵形成階梯結(jié)構(gòu)，最終形成以SiO為主要成分的絕緣膜。
在加熱以氫倍半氧硅烷化合物或以甲基倍半氧硅烷化合物為主要成分的涂敷膜所獲得的以氧化硅為主要成分的絕緣膜中，在絕緣膜中存在孔隙，由于存在此孔隙，就能夠降低楊氏模量。
作為控制此孔隙直徑的方法，例如，使倍半氧硅烷化合物溶液中含有除甲基異丁基酮等的溶劑以外的成分，在膜中形成主成分分解的痕跡作為孔隙，由于根據(jù)膜形成溫度而改變分解狀態(tài)，因此就能夠控制孔隙的直徑，使孔徑的范圍包含在所選擇的范圍之內(nèi)。
由此，即使對(duì)形成的膜進(jìn)行1000℃、60分鐘的退火，楊氏模量也會(huì)小于等于35GPa，這是特別有效的。
因此，能夠確保經(jīng)過(guò)加工形成中的最高溫度熱處理后的強(qiáng)度。例如，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，作為最高溫度熱處理工序，是柵氧化膜形成和STI的致密化的熱處理等。例如，在最高溫度熱處理工序中，至少進(jìn)行小于等于850℃的處理。更優(yōu)選，假設(shè)進(jìn)行小于等于1000℃的處理來(lái)形成半導(dǎo)體器件?；蛘?，在存在甲基的膜中，優(yōu)選地，元件隔離絕緣膜形成后的熱處理溫度大致為使甲基改變的溫度。
另外，例如，可以使用壓痕(インデンテ一シヨン)測(cè)量法來(lái)測(cè)量這些特性。
由此，在900～1150℃的退火后，形成的元件隔離絕緣膜即埋入絕緣膜5的平均孔徑為從1nm到小于1.3nm。
圖4是利用X射線(xiàn)漫散射法所獲得的利用本實(shí)施例公開(kāi)的方法制作出的膜中的孔徑以及根據(jù)孔徑及其存在比率的孔徑分布的結(jié)果。例如，也可以以X射線(xiàn)漫散射測(cè)量數(shù)據(jù)和X射線(xiàn)反射測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)假設(shè)的球狀散射體的散射系數(shù)與理論散射強(qiáng)度進(jìn)行比較，通過(guò)計(jì)算出散射體的直徑分布來(lái)進(jìn)行求解。
峰值的孔徑為大約0.5nm。最大的孔徑為5nm。優(yōu)選的狀態(tài)不是大量存在大的孔隙(例如≥10μm)狀態(tài)，而是大量包括至少小于等于5nm的微細(xì)孔隙的狀態(tài)。此外還有，由于X射線(xiàn)散射，從而使孔徑的最大分布處于從0.4nm到5nm的范圍內(nèi)。此外，平均孔徑成為從1nm到小于1.3nm。優(yōu)選此值范圍，是基于以下觀(guān)點(diǎn)至少使孔徑不太小，抑制楊氏模量變大，就能夠抑制因孔隙大而導(dǎo)致絕緣膜的機(jī)械強(qiáng)度和電絕緣耐壓的下降，能夠有效地提高半導(dǎo)體器件特性。
另外，能夠比由以SiO2為主要成分而構(gòu)成的最下層的層間絕緣膜15多孔地形成這樣的元件隔離絕緣膜。
此外，能夠比在溝槽表面形成的元件隔離熱氧化膜4多孔地形成這樣的元件隔離絕緣膜?；蛘吣軌虮葨叛趸?多孔地形成這樣的元件隔離絕緣膜。能夠比這種熱氧化膜多孔地形成這樣的元件隔離絕緣膜。
另外，元件隔離絕緣膜構(gòu)成為使其楊氏模量低于元件隔離絕緣膜4?；蛘?，能夠比最下層的層間絕緣膜的楊氏模量低地形成。
另外，作為涂敷上述的絕緣膜形成用的溶液的方法，可列舉出旋轉(zhuǎn)涂敷和狹縫涂敷或印刷方式。并且，由于通過(guò)加熱此涂敷膜形成絕緣膜，所以與即使在高密度地形成微細(xì)溝槽的情況用CVD形成的絕緣膜比較，其臺(tái)階的覆蓋性良好，有利于消除表面臺(tái)階。
此外，針對(duì)Si晶片的大直徑化，在使用CVD法形成絕緣膜的情況下，需要大型的膜形成裝置，設(shè)備成本對(duì)元件成本帶來(lái)很大的影響。相反，本發(fā)明中，由于以涂敷和加熱方式形成絕緣膜，就能夠大幅度地降低設(shè)備成本，能夠期待所謂的很有效地抑制生產(chǎn)線(xiàn)的投資成本以及元件成本。
假如，用CVD法形成絕緣膜時(shí)，將烴基硅烷化合物、烴氧基硅烷化合物作為主要成分使用在源氣體中，利用ECR(電子回旋共振)等離子體CVD(化學(xué)氣相淀積)方法等，最終能夠形成以SiO為主要成分的絕緣膜。例如，作為烴基硅烷化合物，可以使用三甲基硅烷和四甲基硅烷。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，作為烴氧基硅烷化合物，可以使用甲基(メトニジ)硅烷和丁氧硅烷等。
此時(shí)也是，作為控制絕緣膜中存在的孔隙直徑的方法，例如可列舉出，作為源氣體含有熱分解溫度高的成分，在形成膜時(shí)通過(guò)350℃-450℃的加熱，在膜中形成主成分分解的痕跡作為孔隙的方法。
利用這種方法，通過(guò)各種選擇熱分解溫度高的成分，就能夠根據(jù)形成膜的溫度改變分解狀態(tài)，由此通過(guò)控制孔隙的形成，就能夠?qū)⑵骄讖椒秶谒x擇的范圍內(nèi)。
雖然使用化學(xué)氣相法(CVD法)制作層間絕緣膜15，不用說(shuō)，使用到目前為止示出的以氫倍半氧硅烷化合物或以甲基倍半氧硅烷化合物為主要成分的涂敷膜也無(wú)妨。此外，作為布線(xiàn)層的層間絕緣膜也可使用上述膜。層間絕緣膜能夠使用氧化硅等。
本實(shí)施例中記載的膜與熱氧化膜比較，存在對(duì)于HF的蝕刻速度大的情況。
使用圖5及圖6說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施例。基本結(jié)構(gòu)可包括與上述第一實(shí)施例同樣的方式。在第二實(shí)施例中，如第二實(shí)施例的說(shuō)明圖即圖5所示的加工過(guò)程中的方式，由于對(duì)硅襯底表面在A部陷入埋入氧化膜5，在此凹陷區(qū)域形成柵電極材料即多晶硅膜8，所以存在導(dǎo)致電性能下降的情況。為此，如圖6所示，按圖2(c)淀積絕緣膜5后，從元件形成區(qū)的襯底1的表面到下側(cè)蝕刻嵌入的第楊氏模量的埋入絕緣膜5。在由此形成的埋入絕緣膜5的表面之上，利用CVD等，用耐HF比埋入氧化膜5高的上述埋入氧化膜18(例如與熱氧化膜基本上相同的HDP膜和O3-TEOS膜等)堵塞溝槽上端部。
形成埋入氧化膜5，使其比上部埋入氧化膜18楊氏模量低。此外，以比上部埋入氧化膜18多孔地形成埋入氧化膜5。
在此，由于增厚HDP膜和O3-TEOS膜時(shí)，在STI溝槽上端部應(yīng)力變大，所以，優(yōu)選地，此HDP膜等的厚度為可能的最薄限度，例如，小于等于50nm，優(yōu)選為小于等于30nm。
作為減少STI應(yīng)力的方法，有在工序(1)的熱氧化膜2形成后，在NO氣體中進(jìn)行熱處理，在硅襯底和熱氧化膜2界面形成氧氮化物的方法；曝露在氮等離子體，在熱氧化膜2表面形成氧氮化物的方法；形成柵電極以形成STI的方法等。這些方法是抑制氧的擴(kuò)散或減少氧化量，減少STI應(yīng)力的方法，由于不能使STI應(yīng)力完全為零，即使執(zhí)行了這些方法時(shí)本方法也是有效的。即，存在以STI為起因產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)本方法有效。
此外，圖7及圖8表示本發(fā)明的第三實(shí)施例。
第三實(shí)施例能夠包括與第二實(shí)施例基本相同的方式。在第三實(shí)施例中，在元件形成區(qū)中具有與上述柵電極對(duì)應(yīng)的、對(duì)上述半導(dǎo)體襯底摻入雜質(zhì)的雜質(zhì)區(qū)，在上述雜質(zhì)區(qū)中的比從襯底表面到雜質(zhì)濃度為最高的深度更深的區(qū)域上，形成上述第二元件隔離絕緣膜的上述層間絕緣膜15側(cè)界面與上述第一元件隔離絕緣膜側(cè)的界面。為此，至少第一元件隔離絕緣膜，在比上述區(qū)域深的區(qū)域形成層間絕緣膜的表面。
具體地，存在埋入絕緣膜5的層間絕緣膜15側(cè)的表面(圖7)或上部埋入絕緣膜18的情況，該膜的層間絕緣膜15的表面(圖8)位于上述襯底表面的下側(cè)。另外，元件隔離絕緣膜的端部由于存在平坦性差的情況，所以上述比較是比較元件隔離絕緣膜的中央部的平坦區(qū)域中的高度值。本方式中，使元件隔離區(qū)中的埋入氧化膜比元件形成區(qū)的襯底面凹陷(27)。由此，能夠有效地抑制襯底結(jié)晶缺陷的發(fā)生。
在實(shí)現(xiàn)因在摻入雜質(zhì)的區(qū)域(雜質(zhì)形成區(qū))產(chǎn)生的高的應(yīng)力(雜質(zhì)引起應(yīng)力)而產(chǎn)生的結(jié)晶缺陷的對(duì)策的同時(shí)，能夠在晶體管形成過(guò)程中的大多數(shù)硅襯底氧化工序中，隨作為氧化源的氧向溝槽內(nèi)部的擴(kuò)散，抑制由于構(gòu)成半導(dǎo)體襯底的Si向SiO2變化時(shí)的體積膨脹而在硅襯底中產(chǎn)生的高的壓縮應(yīng)力，能夠有效地抑制特性的劣化。
此外，具體地可用以下的方式。
若參照與圖7及圖8對(duì)應(yīng)的圖1，則在本方式中，形成元件隔離區(qū)，使其包含將有柵電極的第一元件隔離區(qū)中的上述埋入絕緣膜的上側(cè)的第一端面，在沒(méi)有上述柵電極膜的第二元件隔離區(qū)中的上述埋入絕緣膜的第二端面之上形成的區(qū)域。
沒(méi)有上述柵電極的第二元件隔離區(qū)，例如，可以是位于上述第一元件隔離區(qū)的周?chē)膮^(qū)域。在離溝槽側(cè)端部的距離為溝槽深度大小的測(cè)量區(qū)域中，能夠檢測(cè)出作為上述第二元件隔離區(qū)測(cè)量的上述絕緣膜的端面。假設(shè)，不容易規(guī)定上述測(cè)量區(qū)域時(shí)，也可在包含由有源區(qū)夾持的元件隔離區(qū)的中央的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量(例如，在元件隔離區(qū)的襯底側(cè)端部形成比元件隔離區(qū)低的低下部時(shí)，可以避開(kāi)這個(gè)區(qū)域)。
另外，例如，上述第一界面是上述埋入絕緣膜的界面中的與位于其上的柵電極相對(duì)的區(qū)域的界面。此外，例如，上述第二界面是上述埋入絕緣膜的界面中的與其上形成的層間絕緣膜相對(duì)的區(qū)域的界面。
另外，第一端面和第二端面之差可以是比上述柵絕緣膜的厚度大的方式。
圖9示出了本發(fā)明的第四實(shí)施例。圖9基本上可包括與第一實(shí)施例等相同的方式，但自電極以上的方式，在柵絕緣膜21之上形成浮置柵的導(dǎo)電膜22，在其上形成柵絕緣膜23及控制柵的導(dǎo)電膜24。另外，覆蓋這些電極形成層間絕緣膜，在其上形成布線(xiàn)層。
氧化工序多，氧化量也多，STI應(yīng)力在快閃存儲(chǔ)器中就會(huì)變大(參照?qǐng)D9)。為此，本方法特別有利于快閃存儲(chǔ)器。
此外，按本發(fā)明人所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，STI寬度(溝槽寬度)在小于等于0.2μm時(shí)上述STI應(yīng)力急劇變大，容易發(fā)生結(jié)晶缺陷。為此，本技術(shù)在STI寬度≤0.2μm的器件中特別有效。
另外，涂敷型的膜與CVD氧化膜相比，即使在STI寬度狹窄的區(qū)域也可以進(jìn)行嵌入。由于CVD氧化膜的埋入氧化膜特性在STI寬度≤0.12μm時(shí)惡化，所以，涂敷型的埋入絕緣膜在STI寬度(≤0.12μm的器件)中特別有效。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成的多個(gè)元件形成區(qū)；位于上述元件形成區(qū)之間、且嵌入有元件隔離絕緣膜的元件隔離溝槽；以及在上述元件形成區(qū)上形成的柵絕緣膜，上述元件隔離溝槽具有在上述半導(dǎo)體襯底和上述元件隔離絕緣膜之間形成的熱氧化膜；上述元件隔離絕緣膜內(nèi)部含有多個(gè)微細(xì)孔隙且比上述熱氧化膜具有更多孔隙。
2.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成的多個(gè)元件形成區(qū)；位于上述元件形成區(qū)之間且嵌入有元件隔離絕緣膜的元件隔離溝槽；在上述元件形成區(qū)上形成的柵絕緣膜，上述元件隔離溝槽在上述元件隔離絕緣膜和上述半導(dǎo)體襯底的表面之間具有熱氧化膜，在上述元件隔離絕緣膜和上述熱氧化膜之間比熱氧化膜更薄地形成氮化膜或不形成氮化膜，上述元件隔離絕緣膜內(nèi)部含有多個(gè)微細(xì)孔隙，且在經(jīng)過(guò)形成半導(dǎo)體器件時(shí)的最高升溫溫度后，具有形成的小于等于5nm的孔比大于等于10nm的孔更多的多孔膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，經(jīng)過(guò)形成器件最高升溫溫度后，上述元件隔離絕緣膜的楊氏模量為比70GPa低的值。
4.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成的多個(gè)元件形成區(qū)；位于上述元件形成區(qū)之間且嵌入有元件隔離絕緣膜的元件隔離溝槽；在上述元件形成區(qū)上形成的柵絕緣膜，上述元件隔離溝槽具有在上述半導(dǎo)體襯底和上述元件隔離絕緣膜之間形成的熱氧化膜；上述元件隔離絕緣膜的楊氏模量比上述熱氧化膜的楊氏模量低。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述元件隔離溝槽，上述元件隔離絕緣膜，經(jīng)過(guò)形成器件最高升溫溫度后，具有小于等于5nm的孔比大于等于10nm的孔更多的多孔狀態(tài)，且楊氏模量比70Gpa低。
6.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成的多個(gè)元件形成區(qū)；位于上述元件形成區(qū)之間且嵌入有元件隔離絕緣膜的元件隔離溝槽；以及在形成在上述元件形成區(qū)上的柵絕緣膜和柵電極和上述柵電極的上方形成的多個(gè)布線(xiàn)層，上述元件隔離絕緣膜，包括在襯底表面形成了熱氧化膜的上述元件隔離溝槽之上淀積的第一元件隔離絕緣膜、和在上述第一元件隔離絕緣膜之上淀積的第二元件隔離絕緣膜，上述第一元件隔離絕緣膜是多孔的，上述第一元件隔離絕緣膜比上述第二元件隔離絕緣膜具有更多孔隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述元件隔離溝槽具有形成在上述半導(dǎo)體襯底和上述第一元件隔離絕緣膜之間的熱氧化膜，上述第一元件隔離絕緣膜比上述熱氧化膜具有更多孔隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述元件隔離溝槽具有形成在上述半導(dǎo)體襯底和上述元件隔離絕緣膜之間的熱氧化膜，上述第一元件隔離絕緣膜的楊氏模量比上述熱氧化膜的楊氏模量低。
9.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在元件形成區(qū)中具有對(duì)應(yīng)于上述柵電極對(duì)上述半導(dǎo)體襯底摻入雜質(zhì)的雜質(zhì)區(qū)，上述第二元件隔離絕緣膜的層間絕緣膜側(cè)界面和上述第一元件隔離絕緣膜側(cè)的界面位于上述雜質(zhì)區(qū)中的比從襯底表面到雜質(zhì)濃度變?yōu)樽罡叩纳疃雀畹膮^(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，具有對(duì)應(yīng)于元件形成區(qū)中的柵電極，對(duì)上述半導(dǎo)體襯底摻入雜質(zhì)的雜質(zhì)區(qū)，上述元件隔離絕緣膜的層間絕緣膜側(cè)界面位于上述雜質(zhì)區(qū)中的比從襯底表面到雜質(zhì)濃度變?yōu)樽罡叩纳疃雀畹膮^(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述元件隔離絕緣膜包括加熱以氫倍半氧硅烷化合物為主要成分的涂敷膜所獲得的以SiO為主要成分的絕緣膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述元件隔離絕緣膜包括加熱以甲基倍半氧硅烷化合物為主要成分的涂敷膜所獲得的以SiO為主要成分的絕緣膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，具有多孔層間絕緣膜，該多孔層間絕緣膜形成為，多個(gè)層間絕緣膜與上述元件隔離絕緣膜的平均孔徑之差，比與上述元件隔離絕緣膜和上述熱氧化膜的平均孔徑之差小。
14.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體襯底的電路形成面上形成襯墊氧化膜，在上述襯墊氧化膜之上形成防氧化膜的工序；去除在上述半導(dǎo)體襯底的電路形成面的所希望位置處形成的上述防氧化膜和上述襯墊氧化膜，在上述去除了的區(qū)域上形成規(guī)定深度的溝槽的工序；氧化上述溝槽，在上述溝槽內(nèi)形成熱氧化膜的工序；在包括上述熱氧化膜的上述溝槽內(nèi)嵌入元件隔離絕緣膜的工序；去除在上述防氧化膜之上形成的上述元件隔離絕緣膜，去除在上述半導(dǎo)體襯底的電路形成面之上形成的上述防氧化膜的工序；去除在上述半導(dǎo)體襯底的電路形成面之上形成的上述襯墊氧化膜的工序；在去除了上述襯墊氧化膜的上述半導(dǎo)體襯底的電路形成面上形成柵絕緣膜和柵電極的工序；在對(duì)應(yīng)于上述柵電極的位置上將雜質(zhì)摻入上述半導(dǎo)體襯底，并對(duì)具有摻入了雜質(zhì)的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理，形成擴(kuò)散層的工序；以及在覆蓋上述柵絕緣膜和上述元件隔離溝槽的上述柵電極的上端之上淀積具有上表面的層間絕緣膜的工序，并且在上述層間絕緣膜上形成布線(xiàn)層的工序，在形成上述元件隔離絕緣膜后，包括以至少≥850℃的溫度對(duì)上述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理的工序，且含有多個(gè)微細(xì)孔隙且比上述溝槽內(nèi)的上述熱氧化膜孔隙更多地形成經(jīng)過(guò)熱處理工序后的上述元件隔離絕緣膜。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，抑制半導(dǎo)體器件的柵電極端部的襯底中產(chǎn)生的位錯(cuò)。具有在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成的多個(gè)元件形成區(qū)，位于上述元件形成區(qū)之間且嵌入有上述元件隔離絕緣膜的元件隔離溝槽，在上述元件形成區(qū)形成的柵絕緣膜和上述柵電極和上述柵電極的上方形成的多個(gè)布線(xiàn)層；上述元件隔離溝槽具有在上述半導(dǎo)體襯底和上述元件隔離絕緣膜之間形成的熱氧化膜；上述元件隔離絕緣膜內(nèi)部含有多個(gè)微細(xì)孔隙，比上述熱氧化膜孔隙更多地形成上述元件隔離絕緣膜。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1716607SQ200510073840
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月25日
發(fā)明者石塚典南, 田中順, 巖崎富生, 太田裕之 申請(qǐng)人:株式會(huì)社瑞薩科技