專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，特別涉及通過(guò)STI進(jìn)行元件分離的半導(dǎo)體裝置。
圖4是在具有以往的STI的半導(dǎo)體裝置400的制造過(guò)程中的放大斷面圖。在半導(dǎo)體基板10的基板表面上形成柵絕緣膜20。在柵絕緣膜20上形成了，由非晶質(zhì)硅膜形成的柵電極30。在柵電極30上堆積有硅氮化膜40。在硅氮化膜40上堆積有硅氧化膜50。
利用光刻法(フォトリソグラフィ)，把硅氮化膜40及硅氧化膜50蝕刻成規(guī)定的圖案。接下來(lái)，以硅氧化膜為掩膜，蝕刻?hào)烹姌O30、柵絕緣膜20及半導(dǎo)體基板10。通過(guò)這樣的蝕刻，形成達(dá)到半導(dǎo)體基板10的溝槽60。
接著，采用RTO(Rapid Thermal Oxidation，快速熱氧化)，將溝槽60的側(cè)面部分和底面部分在氧氣O2環(huán)境，1000℃條件下氧化。圖4表示經(jīng)RTO工藝處理后的溝槽60及其周圍的放大斷面圖。
溝槽60的側(cè)面及底面上經(jīng)RTO處理，形成硅氧化膜70。用硅氧化膜70保護(hù)半導(dǎo)體基板10等。
在氧氣O2環(huán)境中氧化溝槽60的情況下，擴(kuò)散到硅結(jié)晶中的氧化種類的擴(kuò)散系數(shù)比較小。特別是在平面和平面交界上的邊、角和角落等的邊界部周邊，隨著氧化的進(jìn)行出現(xiàn)應(yīng)力。對(duì)產(chǎn)生比較大應(yīng)力的交界部分的周邊的氧化種類的擴(kuò)散系數(shù)，與對(duì)應(yīng)力比較小的平面部分的氧化類擴(kuò)散系數(shù)相比更小。
因而。在半導(dǎo)體裝置400中被形成在溝槽60底部的交界部分80難以氧化。因此，越接近交界部分80，所形成的氧化膜的膜厚度，與形成近似平坦的面上的氧化膜的膜厚相比越薄。由此，交界部分80形成曲率半徑較小的曲面，或者容易出現(xiàn)尖的形狀。
如圖2(A)所示的那樣，交界部分80的曲率半徑越小或者是越尖的形狀，在交界部分80上就會(huì)有更大的應(yīng)力集中。對(duì)交界部分80的應(yīng)力，除經(jīng)氧化集中的應(yīng)力以外，也還包含因堆積在半導(dǎo)體基板10上的非晶質(zhì)硅、硅氮化膜或硅氧化膜等產(chǎn)生的應(yīng)力。
如圖2(A)所示的那樣，由于在溝槽60的交界部分80上應(yīng)力集中，因而在交界部分80容易發(fā)生結(jié)晶缺陷90。結(jié)晶缺陷90，會(huì)引起電荷泄漏等，妨礙半導(dǎo)體裝置的正常工作，成為半導(dǎo)體裝置出現(xiàn)故障的原因。
因此，本發(fā)明的目的是提供在STI中使用的溝槽內(nèi)壁的平面和平面交界處的邊、角或角落等的交界部分的周邊上沒(méi)有應(yīng)力集中，在交界部分上難以發(fā)生結(jié)晶缺陷的半導(dǎo)體裝置。
采用本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，包含具有形成元件的基板表面的半導(dǎo)體基板；具有與基板表面相對(duì)的相對(duì)面，通過(guò)柵絕緣膜和半導(dǎo)體基板電氣絕緣的柵電極；形成貫穿柵電極到半導(dǎo)體基板的，電氣分離在基板表面中形成元件的元件區(qū)域和其他區(qū)域的溝槽；形成在溝槽側(cè)面及底面上的各部分氧化膜的膜厚度大致相同。
理想狀態(tài)是溝槽的側(cè)面及底面基本是平面。
采用本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含在半導(dǎo)體基板上形成柵絕緣膜；在柵絕緣膜上形成和半導(dǎo)體基板電氣絕緣的柵電極；為了形成電氣分離在基板表面中形成元件區(qū)域和其他區(qū)域的溝槽，蝕刻?hào)烹姌O、柵氧化膜及半導(dǎo)體基板；使用Cl2或HBr系列的氣體進(jìn)一步蝕刻溝槽內(nèi)部。
圖2是圖4交界部分80及

圖1(B)的交界部分80放大斷面圖。
圖3是表示半導(dǎo)體裝置交界部分80的曲率半徑與由于結(jié)晶缺陷引起的備用(スタンバィ)時(shí)泄漏不良率的關(guān)系的曲線圖。
圖4是以往的具有STI的半導(dǎo)體裝置400的制造工序放大斷面圖。符號(hào)的說(shuō)明100，400半導(dǎo)體裝置；10半導(dǎo)體基板；20柵絕緣膜；30柵電極；40硅氮化膜；50硅氧化膜；60溝槽；62側(cè)面；64底面；70硅氧化膜；80交界部分；90硅氧化材料圖1(A)、圖1(B)及圖1(C)是具有采用本發(fā)明實(shí)施方式的STI的半導(dǎo)體裝置100的溝槽及周邊的放大斷面圖。半導(dǎo)體裝置100按圖1(A)、圖1(B)及圖1(C)的順序制造。
首先，參照?qǐng)D1(A)在具有基板表面12的半導(dǎo)體基板10的基板表面12上，形成柵絕緣膜20。在柵絕緣膜20上，形成通過(guò)非晶質(zhì)硅膜形成的柵電極30。在柵電極30上，堆積硅氮化膜40。在歸氮化膜40上堆積硅氧化膜50。
利用光刻法，把硅氧化膜50、硅氮化膜40及柵電極30蝕刻為規(guī)定的圖案。
以下，參照?qǐng)D1(B)，將硅氧化膜50作為掩膜蝕刻?hào)沤^緣膜20及半導(dǎo)體基板10。經(jīng)過(guò)這樣的蝕刻，形成貫通于柵絕緣膜20到達(dá)半導(dǎo)體基板10的溝槽60。在形成溝槽60時(shí)，在蝕刻半導(dǎo)體基板10之際，在通常使用的RIF法的蝕刻步驟中，進(jìn)一步追加在比較高的高壓下用含有CI2及HBr的蝕刻氣體實(shí)施采用RIF法的蝕刻的步驟。
接著，溝槽60的側(cè)面部分及底面部分，采用RTO在氧氣O2氛圍中在1000℃下被氧化。圖1(B)是展示在氧氣O2氛圍中經(jīng)氧化處理后的溝槽60及周邊的放大斷面圖。但是，這種氧化，也可以取代氧氣在氫氣H2及氧氣O2或臭氧O3氛圍中處理。在氫氣H2及氧氣O2氛圍或臭氧O3氛圍中的氧化處理，與只在氧氣O2氛圍中的氧化處理相比，更能夠增大交界部分80的曲率半徑。
在半導(dǎo)體基板10的基板表面上形成溝槽60。溝槽60電氣分離形成元件的區(qū)域和其他區(qū)域。位于構(gòu)槽60的側(cè)面62和底面64之間的底部交界部分80，形成具有比較大的曲率半徑的曲面形狀。如果采用本發(fā)明的實(shí)施方式，則交界部分80具有約80nm以上的曲率半徑。另外，側(cè)面62及底面64幾乎是平面。即側(cè)面62及底面64的曲率半徑幾乎是無(wú)限大。
在本實(shí)施方式中，在采用RIE法的蝕刻步驟中追加了用含有CI2和HBr的蝕刻氣體實(shí)施采用RIE的蝕刻的步驟。但是，即使不附加采用含CI2及HBr的蝕刻氣體的蝕刻，而在采用一般的RIE法的蝕刻后，在氫氣H2及氧氣O2氛圍或臭氧O3氛圍中的氧化處理，與只有氧氣O2的氛圍中的氧化處理比較，也能夠增大交界部分80的曲率半徑。
其他，假如是可以得到在交界部分80形成具有較大曲率半徑的曲面形狀的方法，則不限于上述蝕刻步驟或氧化步驟可以在本實(shí)施方式中使用。
進(jìn)而，參照?qǐng)D1(C)，通過(guò)HDP(High Density Plasma，高密度等離子)法，把硅氧化材料90堆積在溝槽60內(nèi)。硅氧化材料90經(jīng)CMP法平坦化后，在約900℃的氮?dú)夥諊屑訜岚雽?dǎo)體基板10。半導(dǎo)體基板10在NH4F溶液漂白后，經(jīng)約150℃的磷酸處理除去硅氮化膜40。其后，通過(guò)減壓CVD法形成在硅氧化材料90及柵電極30上含磷的摻雜聚硅92。接著，通過(guò)減壓CVD法、堆積ONO膜(硅氧化膜、硅氮化膜、硅氧化膜的三層膜)101、添加了磷的非晶質(zhì)硅膜103、WSi膜105及硅氧化膜107。
硅氧化膜107用光刻法形成所需要的圖案，用RIE法蝕刻。以這個(gè)硅氧化膜107為掩膜，用RIE法蝕刻ONO膜101、添加了磷的非晶質(zhì)硅膜103及WSi膜105。
再其后，經(jīng)過(guò)規(guī)定的步驟，形成用溝槽60分離元件的半導(dǎo)體裝置100。
圖2(A)及圖2(B)分別是圖4交界部分80及圖1(B)交界部分80的放大斷面圖。為了容易理解，圖2(A)及圖2(B)表示除去了硅氧化膜70的狀態(tài)的斷面圖。
如圖2(A)所示，在以往的半導(dǎo)體裝置400中，交界部分80的曲率半徑越小，越尖或銳角狀態(tài)，在交界部分80上應(yīng)力越集中。由于在溝槽60的交界部分80上應(yīng)力集中，因而交界部分80容易發(fā)生結(jié)晶缺陷90。結(jié)晶缺陷90妨礙半導(dǎo)體400的正常工作，成為半導(dǎo)體400產(chǎn)生故障的原因。例如，由于在交界部分80上發(fā)生的結(jié)晶缺陷90貫通阱，因而電荷從阱泄漏。由此，引起半導(dǎo)體裝置400的備用不良。
另一方面，如圖2(B)所示，在采用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置100中，交界部分80曲率半徑大，在邊界部分80上應(yīng)力難以集中。因?yàn)樵跍喜?0的交界部分80上應(yīng)力難以集中，所以在交界部分80上不容易發(fā)生結(jié)晶缺陷90。因此，半導(dǎo)體裝置100能夠維持正常工作，難以出現(xiàn)故障。本實(shí)施方式的交界部分80的曲率半徑約在80nm以上。
還有，為容易理解交界部分80的曲率半徑，圖2(A)及圖2(B)描繪出了的虛線圓。
圖3是用圖表表示的半導(dǎo)體裝置的交界部分80的曲率半徑和由于結(jié)晶缺陷引起的備用時(shí)的泄漏不良的率關(guān)系的圖。以往的半導(dǎo)體裝置400交界部分80的曲率半徑大約是50nm以下。如圖3所示，當(dāng)交界部分80的曲率半徑在50nm以下時(shí)，泄漏不良率約為3％以上。
另一方面，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置100的交界部分80的曲率半徑約是80nm以上。如圖3所示，當(dāng)交界部分80的曲率半徑在80nm以上時(shí)，泄漏不良率幾乎為0％。
即，從圖3的圖形可知，在溝槽60底部的交界部分80的曲率半徑越大，泄漏不良率越低。
因而，在采用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置100中，因?yàn)榻唤绮糠?0的曲率半徑比以往的半導(dǎo)體裝置400的曲率半徑大，在交界部分80上應(yīng)力難以集中，所以在交界部分80上結(jié)晶缺陷90難以發(fā)生。因此，不妨礙半導(dǎo)體裝置100正常工作。例如，在交界部分80不發(fā)生結(jié)晶缺陷90，就沒(méi)有電荷從阱泄漏。因此，半導(dǎo)體裝置100就不會(huì)引起備用不良。
采用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，在STI中使用的溝槽內(nèi)壁平面和平面的交界上的邊、角及角落等的交界部分的周邊上應(yīng)力不集中，在交界部分上不產(chǎn)生結(jié)晶缺陷等，不發(fā)生不良。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括具有形成元件的基板表面的半導(dǎo)體基板；具有與上述基板表面相對(duì)的相對(duì)面，用柵絕緣膜和上述半導(dǎo)體基板電氣絕緣的柵電極；以及形成貫通上述柵電極到達(dá)上述半導(dǎo)體基板的，電氣分離在上述基板表面中形成元件的元件區(qū)域和其他區(qū)域的溝槽；其中，位于上述溝槽的側(cè)面和上述溝槽的底面之間的交界部分，形成具有80nm以上曲率半徑的曲面形狀。
2.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括具有形成元件的基板表面的半導(dǎo)體基板；具有與上述基板表面相對(duì)的相對(duì)面，用柵絕緣膜和上述半導(dǎo)體基板電氣絕緣的柵電極；以及形成貫通上述柵電極到達(dá)上述半導(dǎo)體基板的，電氣分離在上述基板表面中形成元件的元件區(qū)域和其他區(qū)域的溝槽；其中，被形成在上述溝槽的側(cè)面及底面上的各個(gè)氧化膜的膜厚度大致相等。
3.權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述溝槽側(cè)面及底面大致是平面。
4.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體基板上形成柵絕緣膜的步驟；在上述柵絕緣膜上，形成和上述半導(dǎo)體基板電氣絕緣的柵電極的步驟；為了形成電氣分離在上述基板表面中形成元件的元件區(qū)域和其他區(qū)域的溝槽，蝕刻上述柵電極、上述柵氧化膜及上述半導(dǎo)體基板的步驟；以及使用CI2或者HBr系列氣體進(jìn)一步蝕刻上述溝槽內(nèi)部的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在具有STI的半導(dǎo)體裝置中使用的溝槽內(nèi)壁的平面和平面邊界及邊、角或者角落的交界等的周邊部分上沒(méi)有應(yīng)力集中，在交界部分上結(jié)晶缺陷難以發(fā)生的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明半導(dǎo)體裝置100，包含具有形成元件的基板表面12的半導(dǎo)體基板10；電氣分離在基板表面中形成元件的元件區(qū)域和其他區(qū)域的溝槽60；其中，位于溝槽側(cè)面62和底面64間的交界部分80，被形成具有80nm以上的曲率半徑的曲面形狀。
文檔編號(hào)H01L21/8234GK1411048SQ0214334
公開日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月27日
發(fā)明者園田真久, 田弘昭, 坂上栄人, 金高秀海, 松崎憲二, 松本孝典 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝