JP2007305958A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】トレンチ埋め込みの際に研磨工程及び低選択比のウェットエッチング工程を適用してボイドなしにトレンチを埋め込むための半導体素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体基板の所定の領域にトレンチを形成する段階と、前記トレンチが埋め込まれるように、全体構造の上部に第1絶縁膜及び第2絶縁膜を順次形成する段階と、前記半導体基板の上部が露出するまで前記第1及び第2絶縁膜を研磨する段階と、低選択比のウェットエッチング工程を行って第2絶縁膜を除去しながら前記トレンチの側面に前記第1絶縁膜の一部が残留するようにする段階と、前記トレンチが埋め込まれるように、全体構造の上部に第3絶縁膜を形成して素子分離膜を形成する段階とを含む、半導体素子の製造方法を提供する。
【選択図】図1c
【解決手段】半導体基板の所定の領域にトレンチを形成する段階と、前記トレンチが埋め込まれるように、全体構造の上部に第1絶縁膜及び第2絶縁膜を順次形成する段階と、前記半導体基板の上部が露出するまで前記第1及び第2絶縁膜を研磨する段階と、低選択比のウェットエッチング工程を行って第2絶縁膜を除去しながら前記トレンチの側面に前記第1絶縁膜の一部が残留するようにする段階と、前記トレンチが埋め込まれるように、全体構造の上部に第3絶縁膜を形成して素子分離膜を形成する段階とを含む、半導体素子の製造方法を提供する。
【選択図】図1c
Description
本発明は、半導体素子の製造方法に係り、特に、研磨工程及び低選択比のウェットエッチング(wet etch)工程を適用してボイド(void)なしにトレンチを完全に埋め込むための半導体素子の製造方法に関する。
素子の高集積化に伴い、素子分離膜形成工程がさらに難しくなっている。これにより、半導体基板にトレンチを形成した後、これを埋め込むSTI(Shallow Trench Isolation)方法を用いて素子分離膜を形成している。一方、STI方法にも種々の方法があるが、その中でも、半導体基板上に積層されたトンネル酸化膜、ポリシリコン膜及びハードマスク膜を順次エッチングしてトレンチを形成し、トレンチが埋め込まれるように全体構造上に酸化膜を形成する方法が、例えばNAND型フラッシュメモリ素子に適用されている。ところが、高集積化された素子の場合、トレンチの入り口幅に比べてトレンチの深さが深いため、トレンチをボイドなしに埋め込むのは非常に難しい実情である。
その理由は、トレンチに酸化膜を埋め込む際に、トレンチの入り口がトレンチの底部に比べて蒸着速度が速いため、酸化膜の蒸着が進みながらトレンチの入り口が塞がるオーバーハング(over-hang)が発生し、トレンチの内部にボイドが発生するためである。これを克服するために現在使用しているトレンチ埋め込み方法としては、次の2通りがある。一つ目は、トレンチ内に高密度プラズマを用いて酸化膜を形成した後、トレンチの入り口部分に厚く形成された酸化膜をエッチングしてトレンチの入り口部分を広め、再びトレンチ内に酸化膜を形成してボイドが発生しないように埋め込む方法がある。二つ目は、埋め込み物質を変更し、SOD(Spinon Dielectric)物質を用いて埋め込む方法がある。
ところが、一つ目のトレンチ埋め込み方法は、90nmの素子では適用可能であるが、70nmの素子では蒸着後にウェットエッチングを行い、さらに蒸着する方法を継続的に繰り返し行わなければならないため、生産性の面で不利であり、60nmの素子では前記のような方法の適用が不可能である。また、一つ目のトレンチ埋め込み方法では、フッ素(fluorine)による素子の信頼性問題が発生する。
二つ目のトレンチ埋め込み方法の場合も、素子の信頼性問題が発生し、SOD物質の種類によるコストの上昇により材料費の上昇問題が発生する。
そこで、本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的とするところは、トレンチ埋め込みの際に研磨工程及び低選択比のウェットエッチング工程を適用してボイドなしにトレンチを埋め込むための半導体素子の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、半導体基板の所定の領域にトレンチを形成する段階と、前記トレンチが埋め込まれるように、全体構造の上部に第1絶縁膜及び第2絶縁膜を順次形成する段階と、前記半導体基板の上部が露出するまで前記第1及び第2絶縁膜を研磨する段階と、低選択比のウェットエッチング工程を行って第2絶縁膜を除去しながら前記トレンチの側面に前記第1絶縁膜の一部が残留するようにする段階と、前記トレンチが埋め込まれるように、全体構造の上部に第3絶縁膜を形成して素子分離膜を形成する段階とを含む、半導体素子の製造方法を提供する。
上述した本発明は、低価物質であるSOGを工程に適用することにより、コストダウンを図ることができる。また、本発明は、低選択比のウェットエッチング工程を適用してボイドなしにトレンチを埋め込むことができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図1a〜図1cは、本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造方法を説明するために順次示した素子の断面図である。
図1aを参照すると、半導体基板100の上部にトンネル酸化膜102、フローティングゲート用ポリシリコン膜104、バッファ膜106及びハードマスク膜108を順次形成する。この際、バッファ膜106は酸化膜で形成し、ハードマスク膜108は窒化膜で形成する。フォトリソグラフィーでハードマスク膜108をパターニングする。パターニングされたハードマスク膜108をマスクとしてバッファ膜106、ポリシリコン膜104、トンネル酸化膜102及び半導体基板100を所定の深さにエッチングしてトレンチ110を形成する。
図1bを参照すると、トレンチ110を含んだ全体構造の上部に第1絶縁膜112を形成してトレンチ110が完全に埋め込まれないようにする。この際、第1絶縁膜112は、HDP(High Density Plasma)酸化膜で形成し、トレンチ110の埋め込みの際にトレンチ110の入り口部分にオーバーハングが発生する。トレンチ110が完全に埋め込まれるように、全体構造の上部に第2絶縁膜114を形成する。この際、第2絶縁膜114は、SOG(SpinOn Glass)、BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)またはO3−TEOS(Tetra EthylOrtho Silicate)で形成する。ハードマスク膜108の上部が露出するまで、第1及び第2絶縁膜112及び114を研磨する。
図1cを参照すると、低選択比のウェットエッチング工程を適用して第2絶縁膜114を除去する。第2絶縁膜除去工程の際に、第2絶縁膜114:第1絶縁膜112のエッチング選択比は2:1〜8:1とする。第2絶縁膜114を除去することにより、トレンチ110の入り口部分に発生したオーバーハングが除去されながら、ポリシリコン膜104の側面に第1絶縁膜112が一部残留する。トレンチ110が完全に埋め込まれるように全体構造の上部に第3絶縁膜116を形成した後、ハードマスク膜108の上部が露出するまで研磨して素子分離膜118を形成する。この際、第3絶縁膜116はHDP酸化膜とする。これにより、トレンチ110がボイドなしに完全に埋め込まれる。
以上、本発明の技術思想は好適な実施の形態によって具体的に記述されたが、これらの実施の形態は本発明を説明するためのものに過ぎず、制限するためのものではない。また、本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想の範囲内において、種々の変更を加え得ることが理解できるであろう。
100 半導体基板
102 トンネル酸化膜
104 ポリシリコン膜
106 バッファ膜
108 ハードマスク膜
110 トレンチ
112 第1絶縁膜
114 第2絶縁膜
116 第3絶縁膜
118 素子分離膜
102 トンネル酸化膜
104 ポリシリコン膜
106 バッファ膜
108 ハードマスク膜
110 トレンチ
112 第1絶縁膜
114 第2絶縁膜
116 第3絶縁膜
118 素子分離膜
Claims (4)
- 半導体基板の所定の領域にトレンチを形成する段階と、
前記トレンチが埋め込まれるように、全体構造の上部に第1絶縁膜及び第2絶縁膜を順次形成する段階と、
前記半導体基板の上部が露出するまで前記第1及び第2絶縁膜を研磨する段階と、
低選択比のウェットエッチング工程を行って前記第2絶縁膜を除去しながら前記トレンチの側面に前記第1絶縁膜の一部が残留するようにする段階と、
前記トレンチが埋め込まれるように、全体構造の上部に第3絶縁膜を形成して素子分離膜を形成する段階とを含むことを特徴とする、半導体素子の製造方法。 - 前記第1及び第3絶縁膜は、HDP酸化膜で形成することを特徴とする、請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記第2絶縁膜は、SOG、BPSGまたはO3−TEOSで形成することを特徴とする、請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記第2絶縁膜除去工程時の前記第2絶縁膜:前記第1絶縁膜のエッチング選択比は、2:1〜8:1とすることを特徴とする、請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
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