(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンリッチ窒化膜をエッチングマスクで使用してトレンチを形成する半導体装置の製造方法において、半導体基板上にパッド酸化膜を形成する段階と、前記パッド酸化膜上にＬＰＣＶＤ方法でシリコンリッチ窒化膜を形成するが、前記シリコンリッチ窒化膜を形成するためのシリコンソースガスとして、少なくとも２種類以上の違い合うガスを使用して形成する段階とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法であって、前記シリコンソースガスは、ＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とＳｉＨ4を含む混合ガスであり、前記シリコンリッチ窒化膜を形成するための窒素ソースガスは、ＮＨ3であり、前記シリコンソースガスＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とＳｉＨ4の含量比は、約１：０．１であり、前記シリコンソースガスＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）と窒素ソースガスＮＨ3の含量比は、１：１０であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記シリコンリッチ窒化膜は、ＳｉｘＮｙの組成を有する膜として、ｘが少なくともｙ以上の値を有す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。
【請求項３】
前記シリコンリッチ窒化膜は、Ｓｉ４Ｎ４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。
【請求項４】
半導体装置のトレンチ隔離形成方法において、半導体基板上にパッド酸化膜を形成する段階と、前記パッド酸化膜上にＳｉ4Ｎ4以上の組成を有するシリコンリッチ窒化膜を形成する段階と、前記半導体基板上のシリコンリッチ窒化膜及びパッド酸化膜の一部を除去してトレンチ形成用マスク膜を形成する段階と、前記マスク膜形成によって、オープンされた半導体基板をエッチングしてトレンチを形成する段階と、前記トレンチを絶縁膜で充填してトレンチ隔離を形成する段階と、前記トレンチ及び前記絶縁膜形成時、発生された欠陥を除去するための高温熱処理工程を行う段階とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法であって、前記シリコンリッチ窒化膜は、ＬＰＣＶＤで形成され、前記シリコンリッチ窒化膜は、少なくとも２種類以上のシリコンソースガスと窒素ソースガスを使用して形成され、前記シリコンソースガスは、ＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とＳｉＨ4の混合ガスであり、前記窒素ソースガスは、ＮＨ3であり、前記シリコンソースガスＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）と窒素ソースガスＮＨ3の含量比は、１：１０であり、前記シリコンソースガスＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とＳｉＨ4の含量比は、約１：０．１であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記高温熱処理工程温度は、約１１５０℃であ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。
【請求項６】
前記高温熱処理後のシリコンリッチ窒化膜の残留引張応力は、３×１０９ｄｙｎｅ／ｃｍ２以下であ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。
【請求項７】
シリコンリッチ窒化膜をエッチングマスクで使用する半導体装置の製造方法において、半導体基板上にＬＰＣＶＤ方法でシリコンリッチ窒化膜（Ｓｉ−ｒｉｃｈ ｎｉｔｒｉｄｅ）を形成するが、前記シリコンリッチ窒化膜を形成するためのソースガスとして、窒素ソースガスと、少なくとも２種類以上の違い合うシリコンソースガスを使用して形成し、前記違い合うシリコンソースガスは、窒素ソースガスと反応してシリコン窒化膜を形成する第１シリコンソースガスと、前記シリコンリッチ窒化膜を形成することにおいて、必要なシリコンソースの不足量を補充する機能を有する第２シリコンソースガスを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法であって、前記窒素ソースガスは、ＮＨ3であり、前記第１シリコンソースガスは、ＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）であり、前記第２シリコンソースガスは、ＳｉＨ4であり、前記ＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とＳｉＨ4の含量比は、約１：０．１であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記シリコンリッチ窒化膜は、ＳｉｘＮｙの組成を有する膜としてｘが少なくともｙ以上の値を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記シリコンリッチ窒化膜は、Ｓｉ４Ｎ４であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置のエッチングマスク（etch mask）形成方法に関するものであり、より詳しくは半導体装置のトレンチ隔離（trench isolation）形成時、エッチングマスクで使用されるシリコン窒化膜の残留引張応力（residual tensile stress）を減少させる半導体装置のエッチングマスク形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子工程において、集積度が増加することによって素子隔離方法でＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）方法がよく使用されている。
【０００３】
ＳＴＩを形成するためには、シリコン窒化膜をマスクで使用してトレンチを形成し、トレンチを絶縁膜で充填する。
【０００４】
この時、シリコン窒化膜は、ＬＰＣＶＤ方法でＳｉＨ2Ｃｌ2（以下、ＤＣＳと称する）：ＮＨ3＝１：１０の含量比を有するソースガス（source gas）を使用して形成する。
【０００５】
次に、絶縁膜を高温熱処理して絶縁膜形成時、よく発生されるシーム（seam）等の欠陥を除去する。
【０００６】
しかし、高温熱処理のうち、１．３×１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ2以上の高い残留引張応力（residual tensile stress）を有するシリコン窒化膜によってアクティブ領域（active region）にディスロケション（dislocation）等の欠陥が発生される。
【０００７】
欠陥は、後続工程で形成されるゲート酸化膜（gate oxide）の信頼度（reliability）を減少させ、リフレッシュ（refresh）特性も減少させるようになる。
【０００８】
問題点を解決するため、アクティブ窒化膜として、残留引張応力が小さいシリコンリッチ窒化膜（Si-rich nitride）を使用するようになった。
【０００９】
図１は、従来のＤＣＳとＮＨ3ガスの含量比によるシリコン窒化膜の残留引張応力を示すグラフである。
【００１０】
図１を参照すると、残留引張応力が３×１０9ｄｙｎｅ／ｃｍ2以下を有するシリコンリッチ窒化膜を形成するためにはＤＣＳとＮＨ3の比を５：１以上で増加させなければならないことが分かる。
【００１１】
しかし、ＤＣＳが過度に流入されることによってＤＣＳの分解副産物であるＨＣｌとＮＨ3が反応して半導体基板上にＮＨ4Ｃｌ性粒子（particle）をたくさん発生させるようになる。
【００１２】
一方、シリコンソースガスを既存のＤＣＳの代わりにＳｉＨ4を使用すると、ＨＣｌが発生されないため、ＮＨ4Ｃｌ性粒子による汚染を減らすようになる。
【００１３】
しかし、ＳｉＨ4をシリコンソースガスで使用してシリコンリッチ窒化膜を形成する場合、第一、イン−ウェーハ（in-wafer）均一度（uniformity）を５％内に減らすことが難しい。第二、ウェーハの間の均一度が落してバッチ（batch）当たり進行できるウェーハ数が減少される。第三、バッチ均一度を合わせるためにはチューブ（tube）内の温度勾配を増加させなければならないため、シリコン窒化膜の乾式及び湿式エッチング率等の基本物性に差が発生される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の諸般問題点を解決するため提案されたものとして、シリコンリッチ窒化膜形成時、ソースガスの副産物による汚染を減らすことができ、イン−ウェーハの均一度及びバッチの均一度を増加させることができる半導体装置のエッチングマスク形成方法を提供することがその目的である。
【００１５】
本発明の他の目的は、シリコンリッチ窒化膜が３×１０9ｄｙｎｅ／ｃｍ2以下の残留引張応力を有するようにして、ゲート酸化膜特性劣化が防止できる半導体装置のエッチングマスク形成方法を提供することがその目的である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため提案された本発明の特徴によると、半導体装置の製造方法は、シリコンリッチ窒化膜をエッチングマスクで使用してトレンチを形成する半導体装置の製造方法において、半導体基板上にパッド酸化膜を形成する段階と、パッド酸化膜上にＬＰＣＶＤ方法でシリコンリッチ窒化膜（Si-rich nitride）を形成するが、シリコンリッチ窒化膜を形成するためのシリコンソースガスとして、少なくとも２種類以上の違い合うガスを使用して形成する段階とを含む。
【００１７】
この望ましい実施形態において、シリコンリッチ窒化膜は、ＳｉxＮyの組成を有する膜として、ｘが少なくともｙ以上の値を有する。
【００１８】
この望ましい実施形態において、シリコンリッチ窒化膜は、Ｓｉ4Ｎ4である。
【００１９】
この望ましい実施形態において、シリコンソースガスは、ＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とＳｉＨ4を含む混合ガスであり、シリコンリッチ窒化膜を形成するための窒素ソースガスは、ＮＨ3である。
【００２０】
この望ましい実施形態において、シリコンソースガスＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とＳｉＨ4の含量比は、約１：０．１である。
【００２１】
この望ましい実施形態において、シリコンソースガスＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）と窒素ソースガスＮＨ3の含量比は、１：１０である。
【００２２】
上述の目的を達成するための本発明の特徴によると、半導体装置の製造方法は、半導体装置のトレンチ隔離形成方法において、半導体基板上にパッド酸化膜を形成する段階と、パッド酸化膜上にＳｉ4Ｈ4以上の組成を有するシリコンリッチ窒化膜を形成する段階と、半導体基板上のシリコンリッチ窒化膜及びパッド酸化膜の一部を除去してトレンチ形成用マスク膜を形成する段階と、マスク膜形成によって、オープンされた半導体基板をエッチングしてトレンチを形成する段階と、トレンチを絶縁膜で充填してトレンチ隔離を形成する段階と、トレンチ及び絶縁膜形成時、発生された欠陥を除去するための高温熱処理工程を行う段階とを含む。
【００２３】
この望ましい実施形態において、シリコンリッチ窒化膜は、ＬＰＣＶＤで形成される。
【００２４】
この望ましい実施形態において、シリコンリッチ窒化膜は、少なくとも２種類以上のシリコンソースガスと窒素ソースガスを使用して形成される。
【００２５】
この望ましい実施形態において、シリコンソースガスは、ＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とＳｉＨ4の混合ガスであり、窒素ソースガスは、ＮＨ3である。
【００２６】
この望ましい実施形態において、シリコンソースガスＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）と窒素ソースガスＮＨ3の含量比は、１：１０である。
【００２７】
この望ましい実施形態において、シリコンソースガスＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とＳｉＨ4の含量比は、約１：０．１である。
【００２８】
この望ましい実施形態において、高温熱処理工程温度は、約１１５０℃である。
【００２９】
この望ましい実施形態において、高温熱処理後のシリコンリッチ窒化膜の残留凝力は、３×１０9ｄｙｎｅ／ｃｍ2以下である。
【００３０】
上述の目的を達成するための本発明の特徴によると、半導体装置の製造方法は、シリコンリッチ窒化膜をエッチングマスクで使用する半導体装置の製造方法において、半導体基板上にＬＰＣＶＤ方法でシリコンリッチ窒化膜を形成するが、シリコンリッチ窒化膜を形成するためのソースガスとして、窒素ソースガスと、少なくとも２種類以上の違い合うシリコンソースガスを使用して形成し、違い合うシリコンソースガスは、窒素ソースガスと反応してシリコン窒化膜を形成する第１シリコンソースガスと、シリコンリッチ窒化膜を形成することにおいて、必要なシリコンソースの不足量を保証する機能を有する。
【００３１】
この望ましい実施形態において、シリコンリッチ窒化膜は、ＳｉxＮyの組成を有する膜としてｘが少なくともｙ以上の値を有する。
【００３２】
この望ましい実施形態において、シリコンリッチ窒化膜は、Ｓｉ4Ｎ4である。
【００３３】
この望ましい実施形態において、窒素ソースガスは、ＮＨ3である。
【００３４】
この望ましい実施形態において、第１シリコンソースガスは、ＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）であり、第２シリコンソースガスは、ＳｉＨ4である。
【００３５】
この望ましい実施形態において、ＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とＳｉＨ4の含量比は、約１：０．１である。
【００３６】
本発明による半導体装置のエッチングマスク形成方法は、シリコンソースガスとして少なくとも２つ以上の違い合うソースガスを使用してシリコンリッチ窒化膜を形成することによって、ＮＨ4Ｃｌ性粒子による汚染を減らし、イン−ウェーハの均一度及びバッチ均一度を向上させる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図３を参照すると、本発明の実施形態による新規した半導体装置のエッチングマスク形成方法は、半導体基板上にパッド酸化膜（pad oxide）を形成し、パッド酸化膜上にＬＰＣＶＤ方法でシリコンリッチ窒化膜を形成する。この時、シリコンリッチ窒化膜を形成するためのシリコンソースガスとして、少なくとも２種類以上が違い合うガスを使用して形成する。このような半導体装置に製造方法によって、シリコンソースガスとしてＤＣＳガスとＳｉＨ4を混用することによってＤＣＳガスの過量によるＮＨ4Ｃｌ性粒子の汚染を減らすことができ、イン−ウェーハの均一度及びバッチ均一度を向上させることができる。又このようなシリコンリッチ窒化膜形成でゲート酸化膜の特性劣化が防止できる。
【００３８】
以下、図２乃至図３を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３９】
図２は、本発明の実施形態による半導体装置のトレンチ隔離を示す図面である。
【００４０】
図２を参照すると、本発明の実施形態による半導体装置のトレンチ隔離は、まず半導体基板１０上に形成されたパッド酸化膜１２とシリコンリッチ窒化膜１３を含む。そしてシリコンリッチ窒化膜１３上に形成されたＨＴＯ（High Temperature Oxide）膜１４とを含む。
【００４１】
この時、シリコンリッチ窒化膜１３は、既存のシリコン窒化膜であるＳｉ3Ｎ4とは異なり、Ｓｉ4Ｎ4以上のシリコンと窒素の組成比を有するシリコン含量の多い窒化膜を示す。
【００４２】
次に、半導体基板１０の一部をエッチングして形成されたトレンチ１８と、トレンチ１８を充填して形成されたトレンチフィリング（filing）酸化膜２０とを含む。
【００４３】
この時、トレンチ１８は、ＨＴＯ膜１４上にトレンチ隔離領域を定義し、ＨＴＯ膜１４及びシリコンリッチ窒化膜１３、そしてパッド酸化膜１２を順序にエッチングしてトレンチ隔離領域の半導体基板１０をオープン（open）させる。そして、膜１４、１３、１２をエッチングマスクで使用して半導体基板１０をエッチングすることによって形成される。
【００４４】
トレンチフィリング酸化膜２０は、ＵＳＧ（Undoped Silicate Glass）等の絶縁膜が使用される。
【００４５】
次に、トレンチフィリング酸化膜２０の欠陥を除去するため約１１５０℃以上の高温熱処理工程を行われるが、この時シリコンリッチ窒化膜１の残留引張応力は、３×１０9ｄｙｎｅ／ｃｍ2以下の従来の割に相対的に小さい値を示す。
【００４６】
従って、トレンチ１８両側の半導体基板１０、即ちアクティブ領域に発生されるディスロケション等の欠陥を防止するようになる。
【００４７】
上述のようなトレンチ隔離を形成するためのシリコンリッチ窒化膜１の形成方法は、次のようである。
【００４８】
シリコンリッチ窒化膜１は、既存のバッチ型ＬＰＣＶＤ製造装置乃至シングルウェーハタイプ（single wafertype）式ＬＰＣＶＤ製造装置によって形成される。
【００４９】
シリコンリッチ窒化膜１を形成するためのシリコンソースガスでは、ＤＣＳガス及びＳｉＨ4混合ガス（mixed source）が使用され、窒素ソースガスでは、ＮＨ3ガスが使用される。
【００５０】
シリコンリッチ窒化膜１は、既存のＤＣＳとＮＨ3を使用する場合、その比が５：１以上になった時形成されるが、ここではＤＣＳとＮＨ3の含量比を既存の１：１０の比をそのまま維持しながらＳｉＨ4を少量添加するようになる。この時、ＤＣＳとＳｉＨ4の含量比は、約１：０．１になる。
【００５１】
ここでシリコンリッチ窒化膜１を形成する時、シリコンソースの不足量をＳｉＨ4が供給するようになるから、シリコンリッチ窒化膜１が易く形成される。
【００５２】
上述の方法によるシリコンリッチ窒化膜１の形成で、シリコンリッチ窒化膜１を形成するため過量のＤＣＳを使用されたりＳｉＨ4だけを使用する場合、発生されるＮＨ4Ｃｌ性粒子汚染問題及び均一度等の問題を減らすようになる。
【００５３】
図３は、シリコン窒化膜の組成比によるゲート酸化膜の信頼度を示すグラフである。
【００５４】
ここで、参照番号２２は、Ｓｉ3Ｎ4の組成比を有する従来シリコン窒化膜を示し、参照番号２３は、Ｓｉ4Ｎ4以上の組成比を有するシリコンリッチ窒化膜を示す。
【００５５】
図３を参照すると、上述のような方法で形成されたシリコンリッチ窒化膜は、５０％の分布を基準で取る時、従来シリコン窒化膜の単位面積当たり電荷量が約０．３Ｃ／ｃｍ2を示す反面、シリコンリッチ窒化膜は、約０．６Ｃ／ｃｍ2の相対的に高い値を示す。従ってシリコンリッチ窒化膜の信頼度がより高いことが分かる。
【００５６】
一方、シリコンリッチ窒化膜１形成のため、ＤＣＳとＮＨ3を使用してシリコン窒化膜を形成する製造装置にＳｉＨ4ガスライン（gas line）だけ追加することによって、新規装備使用が要求されない。
【００５７】
装備使用において、ＤＣＳとＳｉＨ4ガスを反応器外部で混合させた後、１つのインジェクタ（injector）を通して反応器内に噴射させることができ、シリコンリッチ窒化膜の組成比のバッチ均一度を増加させるため混入インジェクタ外にＳｉＨ4だけを噴射する補助インジェクタを使用することもできる。
【００５８】
又、イン−ウェーハの均一度をもっと増加させるため、この分野でよく知られたリング−ボート（ring-boat）が使用でき、ウェーハを回転させることもできる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の過量のＤＣＳ使用によるＮＨ4Ｃｌ性粒子発生を減らすことができ、イン−ウェーハ均一度及びバッチ均一度を向上させることができ、従って、シリコンリッチ窒化膜の形成でゲート酸化膜の特性劣化が防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のＤＣＳとＮＨ3ガスの含量比によるシリコン窒化膜の残留引張応力を示すグラフである。
【図２】  本発明の実施形態による半導体装置のトレンチ隔離を示す図面である。
【図３】  シリコン窒化膜の組成比によるゲート酸化膜の信頼度を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  半導体基板
１２  パッド酸化膜
１３  シリコンリッチ窒化膜
１４  ＨＴＯ膜
１６  マスク膜
１８  トレンチ
２０  トレンチフィリング酸化膜
２２  Ｓｉ3Ｎ4の組成比を有する従来のシリコン窒化膜
２３  Ｓｉ4Ｎ4以上の組成比を有するシリコンリッチ窒化膜
【図１】
0004242958.tif 000002
【図２】
0004242958.tif 000003
【図３】
0004242958.tif 000004