JP2008199001A - 半導体素子の素子分離膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】サイクリングしきい電圧シフトを改善し、且つトレンチの上部領域に形成されたオーバーハングを防止することが可能な、半導体素子の素子分離膜形成方法の提供。
【解決手段】半導体基板のアクティブ領域上にトンネル絶縁膜、および下部より上部幅が狭い導電膜を形成する段階と、前記導電膜間の前記半導体基板にトレンチを形成する段階と、前記トレンチの一部が充填されるように絶縁膜を形成する段階と、前記導電膜の上部コーナーに形成された前記絶縁膜のオーバーハングが除去されるようにエッチング工程を行う段階とを含み、前記導電膜間の空間と前記トレンチが前記絶縁膜で充填されるまで、前記絶縁膜形成段階、および前記エッチング工程段階を繰り返し行う、半導体素子の素子分離膜形成方法を提供する。
【選択図】図1G
【解決手段】半導体基板のアクティブ領域上にトンネル絶縁膜、および下部より上部幅が狭い導電膜を形成する段階と、前記導電膜間の前記半導体基板にトレンチを形成する段階と、前記トレンチの一部が充填されるように絶縁膜を形成する段階と、前記導電膜の上部コーナーに形成された前記絶縁膜のオーバーハングが除去されるようにエッチング工程を行う段階とを含み、前記導電膜間の空間と前記トレンチが前記絶縁膜で充填されるまで、前記絶縁膜形成段階、および前記エッチング工程段階を繰り返し行う、半導体素子の素子分離膜形成方法を提供する。
【選択図】図1G
Description
本発明は、半導体素子の素子分離膜形成方法に係り、特に、セルの干渉現象によって隣接したメモリセルのしきい電圧(Vt)が変わるしきい電圧シフトを改善するための半導体素子の素子分離膜形成方法に関する。
素子の高集積化に伴ってトレンチ幅は狭くなり、深さは深くなるため、既存の高密度プラズマ(High Density Plasma、HDP)酸化膜でボイドなくトレンチを完全にギャップフィル(gap-fill)して素子分離膜を形成することはさらに難しくなっている。かかる問題を解決するために、SOG(Spin on Glass)を用いた方法が適用されているが、高密度プラズマ(HDP)酸化膜に比べて素子のサイクリングしきい電圧(Vt)シフト問題が発生する。
サイクリング(cycling)しきい電圧シフト問題を改善するためには、トレンチの側壁に形成される酸化膜の厚さを確保することにより、導電膜がアタック(attack)されることを防止しなければならない。
ところが、トレンチの側壁に形成される酸化膜の厚さを確保するために、トレンチの表面に高密度プラズマ(HDP)酸化膜を形成するときに厚さを高めなければならないが、高密度プラズマ酸化膜はトレンチの上部領域でオーバーハングを発生させる。これにより、高密度プラズマ酸化膜を1000Å以上に蒸着することが難しい。
そこで、本発明の目的は、サイクリングしきい電圧シフトを改善し、且つトレンチの上部領域に形成されたオーバーハングを防止するための方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の一実施例に係る半導体素子の素子分離膜形成方法は、半導体基板のアクティブ領域上にトンネル絶縁膜および下部より上部の幅が狭い導電膜を形成する。導電膜間の半導体基板にトレンチを形成する。トレンチの一部が充填されるように絶縁膜を形成する。導電膜の上部コーナーに形成された絶縁膜のオーバーハングが除去されるようにエッチング工程を行い、導電膜間の空間とトレンチが絶縁膜で充填されるまで、絶縁膜形成段階およびエッチング工程段階を繰り返し行う。
前記において、導電膜のうち幅の狭い上部の側壁にスペーサがさらに形成される。下部より上部の幅が狭い導電膜形成工程は、半導体基板の上部にトンネル絶縁膜、第1導電膜および第2導電膜を形成した後、第2導電膜をパターニングし、パターニングされた第2導電膜の側壁にスペーサを形成した後、スペーサをエッチングマスクとして第1導電膜、トンネル絶縁膜、および半導体基板の一部をエッチングしてトレンチを形成し、スペーサを除去する。
スペーサはウェットエッチング工程によって除去する。スペーサを除去して第2導電膜の側面の空間を45nm〜55nmだけ確保する。絶縁膜は、トレンチの側壁より底面にさらに厚く形成されるように高密度プラズマ酸化膜で形成する。絶縁膜は、トレンチの側面に100Å〜200Åの厚さに形成される。エッチング工程はウェットエッチング工程で行う。
上述したように本発明に係る効果は、次の通りである。
第一、DW(Deposition-Wet etch)スキームを反復してオーバーハング(overhang)なしでトレンチ内に高密度プラズマ酸化膜を高く形成することにより、トレンチの側面に形成される高密度プラズマ酸化膜の厚さを確保することができる。
第一、DW(Deposition-Wet etch)スキームを反復してオーバーハング(overhang)なしでトレンチ内に高密度プラズマ酸化膜を高く形成することにより、トレンチの側面に形成される高密度プラズマ酸化膜の厚さを確保することができる。
第二、トレンチの側面に形成される高密度プラズマ酸化膜の厚さを確保することにより、サイクリングしきい電圧シフトを改善し、且つウェットエッチング工程の際にフローティングゲートがアタックされることを防止することができる。
第三、フローティングゲートのプロファイルを変形してオーバーハングが主に発生する第2導電膜とハードマスク膜の側面の空間を確保することにより、トレンチ内をボイドなく充填することができる。
第四、高密度プラズマ酸化膜を用いてDW(Deposition-Wet etch)スキームを反復してトレンチ内を充填することにより、ウェットエッチング工程の際にEFH(Effective Field Height)を制御することができ、フローティングゲートの面積を減らして干渉現象を減少させることができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図1A〜図1Gは、本発明に係る半導体素子の素子分離膜形成方法を説明するために示した素子の断面図である。セル領域にのみ局限して本発明を説明しているが、以下で説明する工程は周辺領域にも適用できる。
図1Aを参照すると、半導体素子100上にトンネル絶縁膜102、フローティングゲート用第1導電膜104、および第2導電膜106を順次形成する。この際、トンネル絶縁膜102は酸化物で形成し、第1導電膜104および第2導電膜106はポリシリコン膜で形成する。
その後、第2導電膜106上にハードマスク膜108を形成する。この際、ハードマスク膜108は窒化膜108aと酸化膜108bが積層された構造で形成される。ハードマスク膜108上にフォトレジストパターン(図示せず)を形成した後、フォトレジストパターンをエッチングマスクとするエッチング工程によってハードマスク膜108をパターニングする。フォトレジストパターンを除去した後、パターニングされたハードマスク膜108をエッチングマスクとするエッチング工程によって第2導電膜106をエッチングする。
図1Bを参照すると、パターニングされたハードマスク膜108と第2導電膜106を含んだ半導体基板100上にスペーサ用第1絶縁膜を形成する。この際、第1絶縁膜は酸化物で形成する。エッチング工程によって絶縁膜をエッチングし、パターニングされたハードマスク膜108と第2導電膜106の側壁にスペーサ110を形成すると同時に、スペーサ110をエッチングマスクとして第1導電膜104、トンネル絶縁膜102および半導体基板100の一部をエッチングして素子分離用トレンチ112を形成する。この際、第1導電膜104の臨界寸法(Critical Dimension、CD)は、第2導電膜106の臨界寸法とスペーサ110の幅とを合わせた寸法なので、第1導電膜104に比べて第2導電膜106の臨界寸法がさらに狭い。
図1Cを参照すると、ウェットエッチング工程を行ってスペーサ110を除去する。この際、スペーサ110除去工程の際に、ハードマスク膜108中の酸化膜108aの上部が一部損失してしまう。スペーサ110を除去することにより、第2導電膜106とハードマスク膜108の側面の空間を45nm〜55nmだけ確保することができる。スペーサ110を除去することにより、上部領域の臨界寸法が狭くて下部領域の臨界寸法が広い、変形されたフローティングゲートを形成することができる。
その後、トレンチ112を含んだ半導体基板100上に第2絶縁膜114を形成する。この際、第2絶縁膜114はトレンチ112の側面より底面で厚く形成され、トレンチ112を一部充填しながらアスペクト比が低くなるように高密度プラズマ(HDP)酸化膜で形成する。第2絶縁膜114はトレンチ112の側面に100Å〜200Åの厚さに形成される。変形されたフローティングゲート104および106のプロファイルによってトレンチ112の上部領域に形成されるオーバーハングを最小化させることができる。
図1Dを参照すると、トレンチ112の上部領域のスペースを確保し、オーバーハングを除去するためにウェットエッチング工程を行って第2絶縁膜114の一部をエッチングする。
図1Eを参照すると、トレンチ112を含んだ半導体基板100上に第3絶縁膜116を形成する。この際、第3絶縁膜116はトレンチ112の側面より底面で厚く形成され、トレンチ112を一部充填しながらアスペクト比が低くなるように高密度プラズマ(HDP)酸化膜で形成する。第3絶縁膜116はトレンチ112の側面に100Å〜200Åの厚さに形成される。変形されたフローティングゲート104および106のプロファイルによってトレンチ112の上部領域に形成されるオーバーハングを最小化させることができる。
図1Fを参照すると、トレンチ112の上部領域のスペースを確保し、オーバーハングを除去するためにウェットエッチング工程を行って第3絶縁膜116の一部をエッチングする。このようにトレンチ112内に第2絶縁膜114を蒸着した後、ウェットエッチング工程を行い、トレンチ112内に第3絶縁膜116を蒸着した後、ウェットエッチング工程を行うDW(Deposition-Wet etch)スキームを繰り返すことにより、トレンチ112内にボイドが発生しない。
図1Gを参照すると、トレンチ112を含んだ半導体基板100上に第4絶縁膜118を形成してトレンチ112が充填されるようにする。この際、第4絶縁膜118は高密度プラズマ(HDP)酸化膜で形成する。トレンチ112の内部を2つの物質を用いて充填するのではなく、一つの物質を用いて充填することにより、ウェットエッチング工程の際にエッチング比によってEFH(Effective Field Height)を容易に制御することができる。
上述したように、絶縁膜を蒸着した後、ウェットエッチング工程を行うDWスキームを反復してオーバーハングなしでトレンチ112内に高密度プラズマ(HDP)酸化膜を高く形成することにより、トレンチ112の側面に形成される高密度プラズマ(HDP)酸化膜の厚さを確保することができる。これにより、サイクリングしきい電圧(Vt)シフトを改善するとともに、ウェットエッチング工程の際にフローティングゲートがアタックされることを防止することができる。
また、フローティングゲートのプロファイルを変形して、オーバーハングが主に発生する第2導電膜106とハードマスク膜108の側面の空間を確保することにより、トレンチ112内をボイドなく充填することができる。
また、高密度プラズマ(HDP)酸化膜を用いてDW(Deposition-Wet etch)スキームを反復してトレンチ112内を充填することにより、ウェットエッチング工程の際にEHFを制御することができ、フローティングゲートの面積を減らして干渉現象を減少させることができる。
本発明の技術的思想は前記好適な実施例によって具体的に述べられたが、これらの実施例は本発明を説明するためのもので、制限するものではないことに留意すべきである。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な内で多様な変形を加え得ることが理解できるであろう。
100 半導体基板
102 トンネル絶縁膜
104 第1導電膜
106 第2導電膜
108 ハードマスク膜
108a 窒化膜
108b 酸化膜
110 スペーサ
112 トレンチ
114 第2絶縁膜
116 第3絶縁膜
118 第4絶縁膜
102 トンネル絶縁膜
104 第1導電膜
106 第2導電膜
108 ハードマスク膜
108a 窒化膜
108b 酸化膜
110 スペーサ
112 トレンチ
114 第2絶縁膜
116 第3絶縁膜
118 第4絶縁膜
Claims (8)
- 半導体基板のアクティブ領域上にトンネル絶縁膜、および下部より上部幅が狭い導電膜を形成する段階と、
前記導電膜間の前記半導体基板にトレンチを形成する段階と、
前記トレンチの一部が充填されるように絶縁膜を形成する段階と、
前記導電膜の上部コーナーに形成された前記絶縁膜のオーバーハングが除去されるようにエッチング工程を行う段階とを含み、
前記導電膜間の空間と前記トレンチが前記絶縁膜で充填されるまで、前記絶縁膜形成段階、および前記エッチング工程段階を繰り返し行うことを特徴とする、半導体素子の素子分離膜形成方法。 - 前記導電膜のうち幅の狭い上部の側壁にスペーサがさらに形成されることを特徴とする、請求項1に記載の半導体素子の素子分離膜形成方法。
- 下部より上部の幅が狭い前記導電膜形成工程は、
前記半導体基板の上部に前記トンネル絶縁膜、第1導電膜および第2導電膜を形成する段階と、
前記第2導電膜をパターニングする段階と、
前記パターニングされた第2導電膜の側壁にスペーサを形成する段階と、
前記スペーサをエッチングマスクとして前記第1導電膜、トンネル絶縁膜および半導体基板の一部をエッチングして前記トレンチを形成する段階と、
前記スペーサを除去する段階とを含むことを特徴とする、請求項2に記載の半導体素子の素子分離膜形成方法。 - 前記スペーサはウェットエッチング工程で除去することを特徴とする、請求項3に記載の半導体素子の素子分離膜形成方法。
- 前記スペーサを除去して第2導電膜の側面の空間を45nm〜55nmだけ確保することを特徴とする、請求項3に記載の半導体素子の素子分離膜形成方法。
- 前記絶縁膜は前記トレンチの側壁より底面にさらに厚く形成されるように高密度プラズマ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素子分離膜形成方法。
- 前記絶縁膜は前記トレンチの側面に100Å〜200Åの厚さに形成されることを特徴とする、請求項1に記載の半導体素子の素子分離膜形成方法。
- 前記エッチング工程はウェットエッチング工程で行うことを特徴とする、請求項1に記載の半導体素子の素子分離膜形成方法。
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