JP2007110071A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】MOS構造のゲートを有する半導体装置100の製造方法であって、半導体基板10上に、気相成長法により気相酸化膜31を形成する気相酸化工程と、気相酸化工程後、気相酸化膜31の形成部位を熱酸化し、気相酸化膜30と半導体基板10との間に熱酸化膜32を形成する追加熱酸化工程を備えることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
(第1の実施の形態)
図1は、本実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態に係る半導体装置100は、半導体基板10にトレンチゲート構造の縦型MOSトランジスタを含む半導体装置である。
ここで、本実施形態に係る半導体装置100の特徴部分であるゲート絶縁膜について、図2を用いて説明する。図2は、トレンチ周辺の拡大図である。図2に示すように、ゲート電極16の形成部位に対応して、トレンチ15の表面及び半導体層13の表面に、ゲート絶縁膜30が形成されている。
次に、本発明の第2の実施形態を、図10に基づいて説明する。図10は本実施形態に係る半導体装置100において、ゲート絶縁膜30の形成工程を示す工程別断面図であり、(a)はトレンチ形成、(b)はCVD酸化膜形成、(c)は熱酸化膜形成を示す図である。
次に、本発明の第3の実施形態を、図11および図12に基づいて説明する。図11は本実施形態に係る半導体装置100において、ゲート絶縁膜30の形成工程の一部を示す概略断面図である。図12は、面取りの効果を示す図であり、(a)は面取り量Xを説明する図、(b)は面取り量Xと電界強度比(開孔角部/平坦部)との関係を示す図である。
次に、本発明の第4の実施形態を、図13に基づいて説明する。図13は本実施形態に係るゲート絶縁膜30の概略構成を示す図であり、(a)はトレンチ開孔角部の拡大断面図、(b)は(a)のA−A‘断面における組成を示す模式図である。
次に、本発明の第5の実施形態を、図14及び図15に基づいて説明する。図14は本実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。図15は、半導体装置のうち、主要部の製造方法を示す工程別断面図であり、(a)は下部電極形成工程、(b)はCVD酸化膜形成工程、(c)は追加熱酸化工程である。
次に、本発明の第6の実施形態を、図16及び図17に基づいて説明する。図16は本実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。図17は、半導体装置のうち、主要部の製造方法を示す工程別断面図であり、(a)はCVD酸化膜形成工程、(b)は追加熱酸化工程である。
13,113,213・・・半導体層
15,114・・・トレンチ
30・・・ゲート絶縁膜
31,116a,218a・・・CVD酸化膜(気相酸化膜)
32,116b、218b・・・熱酸化膜
115・・・下部電極
116・・・容量用酸化膜
217・・・フローティングゲート
218・・・ゲート間酸化膜
100,200,300・・・半導体装置
Claims (48)
- 半導体基板上に、気相成長法により気相酸化膜を形成する気相酸化工程と、
前記気相酸化工程後、前記気相酸化膜の形成部位を熱酸化する追加熱酸化工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記半導体基板は、埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記気相酸化工程において、ボロン又はアンチモンを不純物とする導電型領域を含む前記半導体基板の部位に、前記気相酸化膜を形成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- MOS構造のゲートを有することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記追加熱酸化工程において、熱酸化により追加形成される酸化膜厚を、1nm以上12nm以下の範囲内とすることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記気相酸化工程の前工程として、前記半導体基板にトレンチを形成するトレンチ形成工程を備え、
前記気相酸化工程において、前記トレンチの表面に前記気相酸化膜を形成することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記トレンチは、ゲート電極用のトレンチであることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記追加熱酸化工程において、熱酸化とともに、前記トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくすることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記トレンチ形成工程と前記気相酸化工程との間に、前記トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくする曲大化工程を備えることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記曲大化工程は、熱酸化により前記トレンチ表面に犠牲酸化膜を形成する犠牲酸化工程と、前記犠牲酸化膜を除去する除去工程を含むことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記曲大化工程は、等方性エッチングにより前記開孔角部を面取りする面取り工程を含むことを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記面取り工程において、前記半導体基板の平面方向における面取り量を50nm以上とすることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
- 一対の電極間に誘電体としての容量用酸化膜を介在させてなるキャパシタを有し、
前記容量用酸化膜を前記気相酸化工程と前記追加熱酸化工程によって形成することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記気相酸化工程の前工程として、半球状の結晶粒からなる一方の前記電極である下部電極を形成する下部電極形成工程を備え、
前記追加熱酸化工程の後工程として、他方の前記電極である上部電極を形成する上部電極形成工程を備えることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記キャパシタはトレンチ構造のキャパシタであり、
前記気相酸化工程の前工程として、前記半導体基板に前記キャパシタのトレンチを形成するトレンチ形成工程を備え、
前記気相酸化工程において、前記トレンチの表面に前記気相酸化膜を形成することを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記追加熱酸化工程において、熱酸化とともに、前記トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくすることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記トレンチ形成工程と前記気相酸化工程との間に、前記トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくする曲大化工程を備えることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記曲大化工程は、熱酸化により前記トレンチ表面に犠牲酸化膜を形成する犠牲酸化工程と、前記犠牲酸化膜を除去する除去工程を含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記曲大化工程は、等方性エッチングにより前記開孔角部を面取りする面取り工程を含むことを特徴とする請求項17又は請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
- フローティングゲートとコントロールゲートの2層ゲート電極を含む不揮発性メモリを有し、
前記フローティングゲートと前記コントロールゲートとの間に配置されるゲート間酸化膜を、前記気相酸化工程と前記追加熱酸化工程によって形成することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記気相酸化工程の前工程として、半球状の結晶粒からなる前記フローティングゲートを形成するフローティングゲート形成工程を備え、
前記追加熱酸化工程の後工程として、前記コントロールゲートを形成するコントロールゲート形成工程を備えることを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記気相酸化工程において、前記気相酸化膜の膜厚を、互いに隣接する前記結晶粒間の間隔よりも厚くすることを特徴とする請求項21に記載の半導体装置の製造方法。
- MOS構造のゲートを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記酸化膜上に、前記酸化膜との界面から遠ざかる方向に窒素濃度が連続的に増加する領域を含む窒素含有膜を形成する窒素含有膜形成工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記窒素含有膜形成工程においてCVD法を適用し、
前記酸化膜との界面から遠ざかる方向に窒素濃度が連続的に増加するように、ガス組成を経時的に変化させることを特徴とする請求項23に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記酸化膜形成工程の前工程として、前記半導体基板にトレンチを形成するトレンチ形成工程を備え、
前記酸化膜形成工程において、前記トレンチの表面に前記酸化膜を形成することを特徴とする請求項24又は請求項25に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記トレンチは、ゲート電極用のトレンチであることを特徴とする請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記トレンチ形成工程と前記酸化膜形成工程との間に、前記トレンチの少なくとも開孔角部の曲率半径をトレンチ形成時よりも大きくする曲大化工程を備えることを特徴とする請求項25又は請求項26に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記曲大化工程は、熱酸化により前記トレンチ表面に犠牲酸化膜を形成する犠牲酸化工程と、前記犠牲酸化膜を除去する除去工程を含むことを特徴とする請求項27に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記曲大化工程は、等方性エッチングにより前記開孔角部を面取りする面取り工程を含むことを特徴とする請求項27又は請求項28に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記面取り工程において、前記半導体基板の平面方向における面取り量を50nm以上とすることを特徴とする請求項29に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体基板上に形成された気相酸化膜と、
前記気相酸化膜の形成後に、前記気相酸化膜と前記半導体基板との間に追加形成された熱酸化膜を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体基板は、埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板であることを特徴とする請求項30に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板は、ボロン又はアンチモンを不純物とする導電型領域を有し、
前記導電型領域上に前記気相酸化膜及び前記熱酸化膜を形成したことを特徴とする請求項31又は請求項32に記載の半導体装置。 - MOS構造のゲートを有することを特徴とする請求項31〜33いずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記熱酸化膜の酸化膜厚を、1nm以上12nm以下の範囲内としたことを特徴とする請求項34に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板はトレンチを有し、
前記トレンチの表面に、前記気相酸化膜及び前記熱酸化膜を形成したことを特徴とする請求項34又は請求項35に記載の半導体装置。 - 前記トレンチは、ゲート電極用のトレンチであることを特徴とする請求項36に記載の半導体装置。
- 前記トレンチの少なくとも開孔角部を、丸みを帯びた緩やかな形状としたことを特徴とする請求項36又は請求項37に記載の半導体装置。
- 一対の電極間に誘電体としての容量用酸化膜を介在させてなるキャパシタを有し、
前記容量用酸化膜が、前記気相酸化膜と前記熱酸化膜からなることを特徴とする請求項31〜33いずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記一対の電極は、上部電極と下部電極からなり、
前記下部電極が、半球状の結晶粒からなることを特徴とする請求項39に記載の半導体装置。 - 前記キャパシタはトレンチ構造のキャパシタであり、
前記トレンチの表面に、前記気相酸化膜及び前記熱酸化膜を形成したことを特徴とする請求項39又は請求項40に記載の半導体装置。 - 前記トレンチの少なくとも開孔角部を、丸みを帯びた緩やかな形状としたことを特徴とする請求項41に記載の半導体装置。
- フローティングゲートとコントロールゲートの2層ゲート電極を含む不揮発性メモリを有し、
前記フローティングゲートと前記コントロールゲートとの間に配置されるゲート間酸化膜が、前記気相酸化膜と前記熱酸化膜からなることを特徴とする請求項31〜33いずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記フローティングゲートが、半球状の結晶粒からなることを特徴とする請求項43に記載の半導体装置。
- MOS構造のゲートを有する半導体装置であって、
半導体基板上に形成された酸化膜と、
前記酸化膜上に形成され、前記酸化膜との界面から遠ざかる方向に窒素濃度が連続的に増加する領域を含む窒素含有膜を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体基板はトレンチを有し、
前記トレンチの表面に、前記酸化膜及び前記窒素含有膜を積層したことを特徴とする請求項45に記載の半導体装置。 - 前記トレンチは、ゲート電極用のトレンチであることを特徴とする請求項46に記載の半導体装置。
- 前記トレンチの少なくとも開孔角部を、丸みを帯びた緩やかな形状としたことを特徴とする請求項46又は請求項47に記載の半導体装置。
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