JP2010205822A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】メモリセル領域および周辺回路領域に素子分離溝を同時に形成するときに、メモリセル領域の素子分離溝の深さを十分深くすると共に、周辺回路領域の素子分離溝の深さが深くなりすぎることを防止する。
【解決手段】素子分離溝を形成する際に、半導体基板1上に形成した絶縁膜を加工するとき、メモリセル領域の薄い絶縁膜についてはすべて除去するようにエッチングし、周辺回路領域の厚い絶縁膜については途中で加工が止まるようにエッチングし、この後、周辺回路領域の残存する絶縁膜をエッチングストッパーとして半導体基板1をエッチングし、次いで、周辺回路領域の残存する絶縁膜をすべて除去した後、再び半導体基板1をエッチングした。
【選択図】図7

Description

本発明は、半導体基板にSTI(shallow trench isolation)の素子分離溝を形成する場合に好適する半導体装置の製造方法に関する。
多数のメモリセルを備えた半導体装置、例えばNAND型フラッシュメモリにおいては、メモリセルトランジスタおよび周辺回路領域のトランジスタのそれぞれを素子分離領域(例えばSTI(shallow trench isolation))により区切って活性領域を形成している。この場合、メモリセルトランジスタの形成領域(以下、メモリセル領域と称す)では、集積度を高める必要上から素子分離領域の幅寸法を狭く形成し、周辺回路領域では、素子分離領域の幅寸法をメモリセル領域における素子分離領域の幅寸法より広く形成している。
上記素子分離領域を形成する場合、まず、リソグラフィーにてレジストの塗布・露光・現像を行った後、シリコン窒化膜等をマスクにしてドライエッチングによりトレンチ状に加工して素子分離溝を形性する。この場合、浮遊ゲート、シリコン酸化膜(メモリセル領域ではトンネル絶縁膜、周辺回路領域ではゲート絶縁膜)、シリコン基板の順にドライエッチング(例えばRIE(reactive ion etching))により加工している。この後、上記したように形成した素子分離溝にシリコン酸化膜等の絶縁膜を埋め込んでいる。
上記したように、ドライエッチングによりシリコン基板を加工する場合、メモリセル領域では素子分離溝の開口幅が狭いため、エッチングによるシリコンの削れ量が少なくなる。これに対して、周辺回路領域では素子分離溝の開口幅が広いため、エッチングによるシリコンの削れ量が多くなる。この結果、メモリセル領域に比べて周辺回路領域の方が素子分離溝の深さが深くなってしまう傾向がある。
メモリセル領域において十分な素子分離を行なうために、素子の微細化に伴いメモリセル領域の素子分離溝の深さは深くなる傾向にあるが、そうすると周辺回路領域の素子分離溝の深さがさらに深くなってしまう。メモリセル領域および周辺回路領域の素子分離溝に素子分離絶縁膜としてポリシラザン塗布膜を硬化させたシリコン酸化膜を埋め込む場合、周辺回路領域に体積が大きなシリコン酸化膜が形成されることになる。このポリシラザン塗布膜を硬化させたシリコン酸化膜の体積がおおきいと、ポリシラザン塗布膜の硬化時の引っ張り応力によりシリコン基板にクラック(ひび)が入り、ジャンクションリークが増加してしまうという問題点があった。
また、周辺回路領域の高電圧用トランジスタ用にLDD構造の高濃度不純物領域を形成する場合に、半導体基板の内部においてpn接合が形成される深さ、つまりイオン注入時に不純物濃度がピークレベルにある深さの位置において、シリコン酸化膜からの応力により結晶欠陥を核とした線状欠陥である転位が半導体基板内で発生しやすくなり、pn接合のリーク電流が増大するという問題点があった。
特願2006−32549号公報 特開2004−228557号公報
本発明は、メモリセル領域および周辺回路領域に素子分離溝をエッチングにより同時に形成するときに、メモリセル領域の素子分離溝の深さを十分深くすると共に、周辺回路領域の素子分離溝の深さが深くなりすぎることを防止する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、メモリセルトランジスタが形成されるメモリセル領域と高電圧用トランジスタが形成される周辺回路領域を有する半導体基板上に絶縁膜を形成する工程であって、前記メモリセル領域に形成される絶縁膜の膜厚より前記周辺回路領域に形成される絶縁膜の膜厚を厚く形成する工程と、前記メモリセル領域および前記周辺回路領域の前記絶縁膜上に第1のポリシリコン膜およびシリコン窒化膜を順次形成する工程と、前記メモリセル領域および前記周辺回路領域の素子分離溝が形成される部分に対応して開口部が形成されるように前記シリコン窒化膜をマスク加工し、加工された前記シリコン窒化膜をマスクにして前記第1のポリシリコン膜を除去する工程と、前記第1のポリシリコン膜の除去により露出した前記絶縁膜を加工する工程であって、前記メモリセル領域の前記露出した絶縁膜は全て除去し、前記周辺回路領域の前記露出した絶縁膜については所定の膜厚だけ残存するように加工する工程と、前記メモリセル領域の前記絶縁膜の除去により露出した前記半導体基板をエッチングし、第1の深さ寸法を有する溝を形成する工程と、前記周辺回路領域に残存した絶縁膜を全て除去した後に、前記周辺回路領域の露出した半導体基板および前記メモリセル領域の溝を同時にエッチングして、前記メモリセル領域に前記第1の深さ寸法より深い第2の深さ寸法の第1の素子分離溝を、また前記周辺回路領域に前記第2の深さ寸法より浅い第3の深さ寸法の第2の素子分離溝を形成する工程と、前記第1および第2の素子分離溝にそれぞれ素子分離絶縁膜を埋め込む工程とを備えたところに特徴を有する。
本発明の他の態様の半導体装置の製造方法は、メモリセルトランジスタが形成されるメモリセル領域と低電圧用トランジスタが形成される第1の周辺回路領域及び高電圧用トランジスタが形成される第2の周辺回路領域を有する半導体基板上に絶縁膜を形成する工程であって、前記メモリセル領域に形成される絶縁膜の膜厚と前記第1の周辺回路領域の前記低電圧用トランジスタのゲート電極が形成される部分に対応する絶縁膜の膜厚とを同じ膜厚で形成すると共に前記第1の周辺回路領域の素子分離溝が形成される部分に対応する絶縁膜の膜厚と前記第2の周辺回路領域に形成される絶縁膜の膜厚とを同じ膜厚で且つ前記メモリセル領域に形成される絶縁膜の膜厚より厚く形成する工程と、前記メモリセル領域および前記第1の周辺回路領域ならびに前記第2の周辺回路領域の前記絶縁膜上に第1のポリシリコン膜およびシリコン窒化膜を順次形成する工程と、前記メモリセル領域および前記第1の周辺回路領域ならびに前記第2の周辺回路領域の素子分離溝が形成される部分に対応して開口部が形成されるように前記シリコン窒化膜をマスク加工し、加工された前記シリコン窒化膜をマスクにして前記第1のポリシリコン膜を除去する工程と、前記第1のポリシリコン膜の除去により露出した前記絶縁膜を加工する工程であって、前記メモリセル領域の前記露出した絶縁膜は全て除去し、前記第1および第2の周辺回路領域の前記露出した絶縁膜については所定の膜厚だけ残存するように加工する工程と、前記メモリセル領域の前記絶縁膜の除去により露出した前記半導体基板をエッチングし、第1の深さ寸法を有する溝を形成する工程と、前記第1および第2の周辺回路領域に残存した絶縁膜を全て除去した後に、前記第1および第2の周辺回路領域の露出した半導体基板および前記メモリセル領域の溝を同時にエッチングして、前記メモリセル領域に前記第1の深さ寸法より深い第2の深さ寸法の第1の素子分離溝を、また前記第1の周辺回路領域に前記第2の深さ寸法より浅い第3の深さ寸法の第2の素子分離溝を、前記第2の周辺回路領域に前記第2の深さ寸法より浅い第4の深さ寸法の第3の素子分離溝を形成する工程と、前記第1および第2ならび第3の素子分離溝にそれぞれ素子分離絶縁膜を埋め込む工程とを備えたところに特徴を有する。
本発明によれば、メモリセル領域および周辺回路領域に素子分離溝をエッチングにより同時に形成するときに、メモリセル領域の素子分離溝の深さを十分深くすることができると共に、周辺回路領域の素子分離溝の深さが深くなりすぎることを防止できる。
本発明の第1実施形態に係るメモリセル領域の一部を示す等価回路図 メモリセル領域の一部を模式的に示す平面図 製造工程の途中段階における模式的な断面構造を示すもので、図2中切断線A−Aで示す部分の断面図 製造工程の一段階を模式的に示す断面図(その1) 製造工程の一段階を模式的に示す断面図(その2) 製造工程の一段階を模式的に示す断面図(その3) 製造工程の一段階を模式的に示す断面図(その4) 製造工程の一段階を模式的に示す断面図(その5) 製造工程の一段階を模式的に示す断面図(その6) 製造工程の一段階を模式的に示す断面図(その7) 製造工程の一段階を模式的に示す断面図(その8) 製造工程の一段階を模式的に示す断面図(その9) 製造工程の一段階を模式的に示す断面図(その10) 製造工程の一段階を模式的に示す断面図(その11) 製造工程の一段階を模式的に示す断面図(その12) 本発明の第2実施形態を示す図7相当図 図8相当図
(第1実施形態)
以下、本発明をNAND型フラッシュメモリ装置に適用した場合の第1実施形態について、図1ないし図9を参照しながら説明する。尚、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
まず、本実施形態のNAND型フラッシュメモリ装置の構成を説明する。
図1は、NAND型のフラッシュメモリ装置のメモリセル領域に形成されるメモリセルアレイの一部を示す等価回路図である。
NAND型フラッシュメモリ装置のメモリセルアレイは、2個の選択ゲートトランジスタTrsと、当該選択ゲートトランジスタTrs間に対して直列接続された複数個(例えば32個)のメモリセルトランジスタTrmとからなるNANDセルユニットSUが行列状に形成されることにより構成されている。NANDセルユニットSU内において、複数個のメモリセルトランジスタTrmは隣接するもの同士でソース/ドレイン領域を共用して形成されている。
図1中X方向(ワード線方向、ゲート幅方向に相当)に配列されたメモリセルトランジスタTrmは、ワード線(コントロールゲート線)WLにより共通接続されている。また、図1中X方向に配列された選択ゲートトランジスタTrs1は選択ゲート線SGL1で共通接続され、選択ゲートトランジスタTrs2は選択ゲート線SGL2で共通接続されている。選択ゲートトランジスタTrs1のドレイン領域にはビット線コンタクトCBが接続されている。このビット線コンタクトCBは図1中X方向に直交するY方向(ゲート長方向、ビット線方向に相当)に延びるビット線BLに接続されている。また、選択ゲートトランジスタTrs2はソース領域を介して図1中X方向に延びるソース線SLに接続されている。
図2はメモリセル領域の一部のレイアウトパターンを示す。この図2において、半導体基板としてのシリコン基板1に、素子分離領域としてのSTI2が図2中Y方向に沿って所定間隔で複数本形成され、これによって活性領域3が図2中X方向に分離形成されている。上記活性領域3と直交する図2中X方向に沿って所定間隔でメモリセルトランジスタのワード線WLが形成されている。この場合、ワード線WLと活性領域3は、格子状に形成されており、例えばワード線WL32本を一組とするNAND列を形成している。
また、NAND列の両端には、それぞれ一対の選択ゲートトランジスタの選択ゲート線SGL1、SGL2が形成されている。一対の選択ゲート線SGL1がドレイン側であり、一対の選択ゲート線SGL2がソース側である。一対の選択ゲート線SGL1間の活性領域3にはビット線コンタクトCBがそれぞれ形成されている。ビット線コンタクトCBは、ホール配置を1つおきにビット線方向にずらして2列に配置(即ち、隣接するもの同士でビット線方向に交互にずらして2列に配置)されており、これにより所謂チドリ配置される構成となっている。
また、一対の選択ゲート線SGL2間の活性領域3にはソース線コンタクトCSがそれぞれ形成されている。ソース線コンタクトCSは、ビット線コンタクトCBとは異なり、ライン状の1本の溝パターンから構成されたワード線方向に延びるライン状パターンである。
また、上記構成の場合、NAND列をひとつおきにソース/ドレイン反転させて、ビット線コンタクトCBおよびソース線コンタクトCSを隣接NAND列間で共用し、繰り返し配置することにより、セルアレイを形成している。また、ワード線WLと交差する活性領域3上にはメモリセルトランジスタのゲート電極MGが形成され、選択ゲート線SGL1、2と交差する活性領域3上には選択ゲートトランジスタのゲート電極SGが形成されている。
図3は、上記したNAND型フラッシュメモリ装置の製造工程の途中段階における模式的な断面構造を示すものである。尚、図3(a)は図2に示したメモリセル領域における切断線A−Aで示す部分、即ち、ワード線WLに沿って切断した部分の断面図である。また、図3(b)は周辺回路領域のうちの低電圧用トランジスタが形成される第1の周辺回路領域の断面図であり、図3(c)は周辺回路領域のうちの高電圧用トランジスタが形成される第2の周辺回路領域の断面図である。
上記図3(a)、(b)、(c)において、シリコン基板1には、活性領域2で挟まれた部分にSTI3を形成するためのトレンチ(素子分離溝)4が形成されている。メモリセル領域のトレンチ4(第1の素子分離溝)のシリコン基板1の上面からの深さ寸法d1は、隣接セルとの間で誤書き込みが起こらない程度の十分な深さ寸法が確保されるように設定されている。また、第1の周辺回路領域のトレンチ4(第2の素子分離溝)のシリコン基板1の上面からの深さ寸法d2は、トレンチ4に埋め込まれるシリコン酸化膜7で引っ張り応力が生じない程度の深さ寸法に設定されている。さらに第2の周辺回路領域のトレンチ4(第3の素子分離溝)のシリコン基板1の上面からの深さ寸法d3はシリコン酸化膜7で引っ張り応力が生じない程度の深さ寸法でd3<d2となる深さ寸法に設定されている。なお、第1の周辺回路領域のシリコン基板1の上面を基準にした際の、第1の周辺回路領域のトレンチ4の底面の位置は第2の周辺回路領域のトレンチ4の底面の位置と等しい。
図3(a)において、メモリセル領域における活性領域2のシリコン基板1の上面には、シリコン酸化膜5(メモリセルトランジスタのトンネル絶縁膜10)、フローティングゲート電極となるポリシリコン(多結晶シリコン)膜6、ONO(silicon oxide - silicon nitride - silicon oxide)膜やアルミナ(Al2O3)膜などの高誘電率膜からなる電極間絶縁膜13、コントロールゲート電極となるポリシリコン膜8が積層形成されている。電極間絶縁膜13はポリシリコン膜6の上面および側面に沿って形成されると共にシリコン酸化膜7の上面に延出し、隣接するポリシリコン膜6上に形成された電極間絶縁膜13と連続している。ポリシリコン膜8は電極間絶縁膜13に沿ってシリコン酸化膜7上に延出することで隣接するポリシリコン膜8同士で接続され、図中左右方向に延出するワード線(WL)を構成している。
図3(b)において、第1の周辺回路領域における活性領域2のシリコン基板1の上面には、シリコン酸化膜5(低電圧用トランジスタのゲート絶縁膜12)、低電圧用トランジスタの下部ゲート電極となるポリシリコン膜6、低電圧用トランジスタの上部ゲート電極となるポリシリコン膜8が積層されている。図3(c)において、第2の周辺回路領域における活性領域2のシリコン基板1の上面には、シリコン酸化膜5(高電圧用トランジスタのゲート絶縁膜11)、高電圧用トランジスタの下部ゲート電極となるポリシリコン膜6、高電圧用トランジスタの上部ゲート電極となるポリシリコン膜8が積層されている。なお、図3(b)および(c)において、ポリシリコン膜8はシリコン酸化膜7上に延出し、隣接するポリシリコン膜8同士で接続され、図中左右方向に延出している。
そして、各トレンチ4の内部には、ポリシラザン塗布膜を硬化させたシリコン酸化膜(素子分離絶縁膜)7が埋め込み形成され、素子分離領域としてのSTI3が形成される。図3(a)において、シリコン酸化膜7の上部はシリコン基板1の表面から突出し、かつシリコン酸化膜7の上面の高さがポリシリコン膜6の上面の高さより低くなるよう形成されている。また、図3(b)および(c)において、シリコン酸化膜7の上面の高さはポリシリコン膜6の上面の高さと等しくなるよう形成されている。
次に、上記したNAND型フラッシュメモリ装置のSTI3を形成する製造工程について、図4ないし図8を参照して説明する。尚、図4ないし図8中の(a)は、図3(a)に対応しており、図4ないし図8中の(b)は、図3(b)に対応しており、図4ないし図8中の(c)は、図3(c)に対応している。
まず、図4に示すように、メモリセル領域および第1の周辺回路領域ならびに第2の周辺回路領域のシリコン基板1にシリコン酸化膜5(トンネル絶縁膜10、ゲート絶縁膜11、12)を熱酸化にて形成した後、ポリシリコン膜6を堆積し、更に、ハードマスク材となるシリコン窒化膜9を堆積する。続いて、フォトリソグラフィとドライエッチング(例えばRIE)により、各領域においてSTIが形成される部分に対応して開口部が形成されるようにシリコン窒化膜9をマスク加工する。
この構成の場合、メモリセル領域のシリコン酸化膜5は、図4(a)に示すように、膜厚が薄いトンネル絶縁膜10であり、第2の周辺回路領域のシリコン酸化膜5は、図4(c)に示すように、膜厚がトンネル絶縁膜10の膜厚より厚いゲート絶縁膜11である。そして、第1の周辺回路領域のシリコン酸化膜5は、図4(b)に示すように、最終的にSTI3が形成される部分12aの膜厚寸法が第2の周辺回路領域に形成されるゲート絶縁膜11の膜厚寸法と同程度に形成されている。さらに、低電圧用トランジスタのゲート電極を構成するポリシリコン膜6の下に位置する部分12bのシリコン酸化膜5の膜厚寸法はメモリセル領域のトンネル絶縁膜10の膜厚寸法と同程度に形成されている。尚、このように第1の周辺回路領域にて膜厚が異なるゲート絶縁膜12(シリコン酸化膜5)を形成する方法については後述する。
次に、図5に示すように、シリコン窒化膜9をマスクにして、ドライエッチングによりシリコン酸化膜5が露出するまでポリシリコン膜6の加工を行う。これにより、複数のフローティングゲート電極、高電圧用トランジスタの下部ゲート電極、低電圧用トランジスタの下部ゲート電極が形成される。
続いて、図6に示すように、ドライエッチングにより露出したシリコン酸化膜5を加工する。このとき、図6(a)に示すように、メモリセル領域の露出したシリコン酸化膜5(トンネル絶縁膜10)についてはすべて除去するようにエッチングし、周辺回路領域の露出したシリコン酸化膜5(ゲート絶縁膜11、12a)については、図6(b)、(c)に示すように、膜厚差を利用して、シリコン酸化膜5の途中で加工が止まり、所定膜厚だけシリコン酸化膜5が残存するように、エッチング時間を制御してエッチングする。
続いて、シリコンとシリコン酸化膜との選択性がある条件で、メモリセル領域において露出したシリコン基板1のドライエッチングを行う。これにより、図7(a)に示すように、メモリセル領域のシリコン基板1に予め決められた第1の深さ寸法(<d1)のトレンチ4が形成される。これに対して、第1および第2の周辺回路領域では、図7(b)、(c)に示すように、残存するシリコン酸化膜5がエッチングストッパーになり、シリコン基板1はエッチングされない。
この後、第1および第2の周辺回路領域に残存するシリコン酸化膜5を全て除去し、シリコン基板1を露出させる。次いで、図8に示すように、メモリセル領域に形成された溝および第1ならびに第2の周辺回路領域のシリコン基板1を同時にエッチングし、メモリセル領域においては深さ寸法d1の第1の素子分離溝4、第1の周辺回路領域においては深さ寸法d2の第2の素子分離溝4、第2の周辺回路領域においては深さ寸法d3の第3の素子分離溝4をそれぞれ形成する(図3参照)。
この後、SOG(spin on glass)法により、メモリセル領域、第1および第2の周辺回路領域上にポリシラザンを塗布してトレンチ4内に埋め込み、このポリシラザン塗布膜を硬化させることによりシリコン酸化膜7を形成する。
ここで、図4(b)に示した第2の周辺回路領域のシリコン酸化膜5(ゲート絶縁膜12)の製造工程について、図9ないし図15を参照して説明する。
まず、図9に示すように、メモリセル領域、第1の周辺回路領域および第2の周辺回路領域のシリコン基板1上に、例えばシリコン窒化膜からなる犠牲膜14をそれぞれ形成する。
次に、メモリセル領域の犠牲膜14上と、第1の周辺回路領域において最終的にSTIが形成される部分12aを除く部分12bの犠牲膜14上とに、例えばレジスト膜からなるマスク材15を形成する。その後、図10に示すように、マスク材15をマスクに、第1の周辺回路領域の部分12aの犠牲膜14およびマスク材15が形成されていない第2の周辺回路領域全面の犠牲膜14をホット燐酸で除去し、露出したシリコン基板1をRIEにより所定深さまでエッチングする。続いて、メモリセル領域および第1の周辺回路領域に形成されていたマスク材15を除去する。
次に、図11に示すように、エッチングされた第1の周辺回路領域の部分12aおよび第2の周辺回路領域全面のシリコン基板1上に、熱酸化により高電圧用トランジスタのゲート絶縁膜11用のシリコン酸化膜5を形成する。
次に、図12に示すように、メモリセル領域および第1の周辺回路領域に形成されていた犠牲膜14を除去する。
次に、図13に示すように、第1の周辺回路領域の部分12aに形成されたシリコン酸化膜5および高電圧用トランジスタ領域の全面に形成されたシリコン酸化膜5上に、例えばシリコン窒化膜からなるマスク材16を形成する。
次に、図14に示すように、マスク材16で覆われていないメモリセル領域および第1周辺回路領域のシリコン基板1の表面に、熱酸化によりメモリセルトランジスタのトンネル絶縁膜10および低電圧用トランジスタのゲート絶縁膜12用のシリコン酸化膜5を形成する。
次に、図15に示すように、第1および第2の周辺回路領域のマスク材16を除去することで、第1の周辺回路領域の部分12aには第2の周辺回路領域の高電圧用トランジスタのゲート酸化膜11と同じ膜厚で、部分12bにはメモリセル領域のメモリセルトランジスタのトンネル絶縁膜10と同じ膜厚でシリコン酸化膜5が形成される。
このような構成の本実施形態によれば、第1の周辺回路領域のSTI3のトレンチ4の深さ寸法d2および第2の周辺回路領域のSTI3のトレンチ4の深さ寸法d3を必要十分なある程度の深さに抑えつつ、メモリセル領域のSTI3のトレンチ4の深さ寸法d1を深くすることが可能となる。この結果、第1および第2の周辺回路領域のトレンチ4に埋め込まれたシリコン酸化膜7の体積を抑え、シリコン酸化膜7による引っ張り応力を抑えることができるので、第1および第2の周辺回路領域のシリコン基板1にクラックが入ることを防止でき、ジャンクションリークの発生を防止することができる。
図16及び図17は、本発明の第2実施形態を示すものである。尚、第1実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第2実施形態では、第1の周辺回路領域のシリコン酸化膜5(ゲート絶縁膜12)のうちの膜厚寸法を第2の周辺回路領域のゲート絶縁膜11の膜厚寸法と同程度に厚く形成した部分12aと、STI3のトレンチ4となる部分との間で、フォトリソグラフィの合わせずれが起こった場合について説明する。
尚、上記合わせずれが起こる場合には、第1の周辺回路領域のシリコン酸化膜5(ゲート絶縁膜12)のうちの膜厚寸法を厚くした部分12aの幅寸法w1(図16参照)がSTI3のトレンチ4の幅寸法w2(図16参照)よりも小さくなり、且つ、膜厚寸法を厚くした部分12aがSTI3のトレンチ4の内側に配置されるような合わせずれが必ず起こるように構成している。このように構成する理由は、上記した合わせずれと反対の合わせずれが起こる場合、即ち、膜厚寸法を厚くした部分12aの幅寸法がSTI3のトレンチ4の幅寸法よりも大きかったり、膜厚寸法を厚くした部分12aの少なくとも一方の端部がSTI3のトレンチ4の外側に配置されるような合わせずれが起こる場合には、第1の周辺回路領域の低電圧用トランジスタの特性が悪くなるためである。
さて、上記フォトリソグラフィの合わせずれが起こっている状態で、図6に示すように、ドライエッチングによりシリコン酸化膜5を加工すると、第1の周辺回路領域のシリコン酸化膜5の膜厚寸法が厚いシリコン酸化膜5(12a)については、シリコン酸化膜5の途中で加工が止まり、所定膜厚だけシリコン酸化膜5が残存するが、その両端部の膜厚寸法が薄いシリコン酸化膜5(12b)に対応する部分ではシリコン基板1が露出してしまう。このため、続いて、シリコン基板1のドライエッチングを行うと、図16(b)に示すように、残存するシリコン酸化膜5(12a)の両端部のシリコン基板1が細い溝状に加工される。
この後、第1および第2の周辺回路領域に残存するシリコン酸化膜5(12a、11)をすべて除去し、シリコン基板1を露出させる。次いで、メモリセル領域および第1ならびに第2の周辺回路領域のシリコン基板1を同時にエッチングし、メモリセル領域においては深さ寸法d1の第1の素子分離溝4、第1の周辺回路領域においては深さ寸法d2の第2の素子分離溝4、第2の周辺回路領域においては深さ寸法d3の第3の素子分離溝4をそれぞれ形成すると、図17に示すような形状となる。この形状の場合、図17(b)に示すように、シリコン基板1における第1の周辺回路領域のトレンチ4の底部の両端に細い溝が形成されるが、この第1の周辺回路領域のトレンチ4にシリコン酸化膜7を埋め込んだ場合、トレンチ4内のシリコン酸化膜7の体積は、第1実施形態の場合とそれほど変わらない。このため、シリコン酸化膜7による引っ張り応力を抑えることができるので、第1の周辺回路領域のシリコン基板1にクラックが入ることを防止できる。従って、上記フォトリソグラフィの合わせずれが起こっていても問題がない。
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
フローティングゲート電極とコントロールゲート電極との間に設ける電極間絶縁膜として、NONON膜等を用いても良い。また、上記各実施形態では、フローティングゲート電極構造を有するNAND型フラッシュメモリ装置に適用したが、シリコン窒化膜を電荷蓄積層として用いるMONOS型ゲート構造を有するNAND型フラッシュメモリ装置に適用しても良い。
なお、上記実施形態では低電圧トランジスタが形成される周辺回路領域と高電圧用トランジスタが形成される周辺回路領域の両方を対象としていたが、高電圧トランジスタの高濃度不純物領域におけるpn接合のリーク電流の増大を抑える点に限れば、高電圧用トランジスタが形成される周辺回路領域の素子分離溝のみを他の素子分離溝より浅く形成しても良い。
図面中、1はシリコン基板(半導体基板)、2は活性領域、3はSTI、4はトレンチ(素子分離溝)、5はシリコン酸化膜、6はポリシリコン膜、7はシリコン酸化膜(素子分離絶縁膜)、8はポリシリコン膜、13は電極間絶縁膜である。

Claims (5)

  1. メモリセルトランジスタが形成されるメモリセル領域と高電圧用トランジスタが形成される周辺回路領域を有する半導体基板上に絶縁膜を形成する工程であって、前記メモリセル領域に形成される絶縁膜の膜厚より前記周辺回路領域に形成される絶縁膜の膜厚を厚く形成する工程と、
    前記メモリセル領域および前記周辺回路領域の前記絶縁膜上に第1のポリシリコン膜およびシリコン窒化膜を順次形成する工程と、
    前記メモリセル領域および前記周辺回路領域の素子分離溝が形成される部分に対応して開口部が形成されるように前記シリコン窒化膜をマスク加工し、加工された前記シリコン窒化膜をマスクにして前記第1のポリシリコン膜を除去する工程と、
    前記第1のポリシリコン膜の除去により露出した前記絶縁膜を加工する工程であって、前記メモリセル領域の前記露出した絶縁膜は全て除去し、前記周辺回路領域の前記露出した絶縁膜については所定の膜厚だけ残存するように加工する工程と、
    前記メモリセル領域の前記絶縁膜の除去により露出した前記半導体基板をエッチングし、第1の深さ寸法を有する溝を形成する工程と、
    前記周辺回路領域に残存した絶縁膜を全て除去した後に、前記周辺回路領域の露出した半導体基板および前記メモリセル領域の溝を同時にエッチングして、前記メモリセル領域に前記第1の深さ寸法より深い第2の深さ寸法の第1の素子分離溝を、また前記周辺回路領域に前記第2の深さ寸法より浅い第3の深さ寸法の第2の素子分離溝を形成する工程と、
    前記第1および第2の素子分離溝にそれぞれ素子分離絶縁膜を埋め込む工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. メモリセルトランジスタが形成されるメモリセル領域と低電圧用トランジスタが形成される第1の周辺回路領域及び高電圧用トランジスタが形成される第2の周辺回路領域を有する半導体基板上に絶縁膜を形成する工程であって、前記メモリセル領域に形成される絶縁膜の膜厚と前記第1の周辺回路領域の前記低電圧用トランジスタのゲート電極が形成される部分に対応する絶縁膜の膜厚とを同じ膜厚で形成すると共に前記第1の周辺回路領域の素子分離溝が形成される部分に対応する絶縁膜の膜厚と前記第2の周辺回路領域に形成される絶縁膜の膜厚とを同じ膜厚で且つ前記メモリセル領域に形成される絶縁膜の膜厚より厚く形成する工程と、
    前記メモリセル領域および前記第1の周辺回路領域ならびに前記第2の周辺回路領域の前記絶縁膜上に第1のポリシリコン膜およびシリコン窒化膜を順次形成する工程と、
    前記メモリセル領域および前記第1の周辺回路領域ならびに前記第2の周辺回路領域の素子分離溝が形成される部分に対応して開口部が形成されるように前記シリコン窒化膜をマスク加工し、加工された前記シリコン窒化膜をマスクにして前記第1のポリシリコン膜を除去する工程と、
    前記第1のポリシリコン膜の除去により露出した前記絶縁膜を加工する工程であって、前記メモリセル領域の前記露出した絶縁膜は全て除去し、前記第1および第2の周辺回路領域の前記露出した絶縁膜については所定の膜厚だけ残存するように加工する工程と、
    前記メモリセル領域の前記絶縁膜の除去により露出した前記半導体基板をエッチングし、第1の深さ寸法を有する溝を形成する工程と、
    前記第1および第2の周辺回路領域に残存した絶縁膜を全て除去した後に、前記第1および第2の周辺回路領域の露出した半導体基板および前記メモリセル領域の溝を同時にエッチングして、前記メモリセル領域に前記第1の深さ寸法より深い第2の深さ寸法の第1の素子分離溝を、また前記第1の周辺回路領域に前記第2の深さ寸法より浅い第3の深さ寸法の第2の素子分離溝を、前記第2の周辺回路領域に前記第2の深さ寸法より浅い第4の深さ寸法の第3の素子分離溝を形成する工程と、
    前記第1および第2ならび第3の素子分離溝にそれぞれ素子分離絶縁膜を埋め込む工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 前記素子分離絶縁膜はポリシラザン塗布膜を硬化させたシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記メモリセル領域に形成される絶縁膜の膜厚よりも厚く形成される絶縁膜は、前記半導体基板が所定の深さ掘り下げられた部分に形成されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記低電圧用トランジスタのゲート電極が形成された部分に対応する絶縁膜と前記半導体基板との界面から前記第2の素子分離溝の底面までの深さ寸法は、前記高電圧用トランジスタのゲート電極が形成された部分に対応する絶縁膜と前記半導体基板との界面から前記第3の素子分離溝の底面までの深さ寸法より大きいことを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
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