JP2003197788A - フラッシュメモリセルの製造方法 - Google Patents
フラッシュメモリセルの製造方法Info
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- JP2003197788A JP2003197788A JP2002356389A JP2002356389A JP2003197788A JP 2003197788 A JP2003197788 A JP 2003197788A JP 2002356389 A JP2002356389 A JP 2002356389A JP 2002356389 A JP2002356389 A JP 2002356389A JP 2003197788 A JP2003197788 A JP 2003197788A
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- memory cell
- forming
- manufacturing
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
- H10B41/30—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
Abstract
(57)【要約】
【課題】 側壁酸化工程によってトレンチコーナ部位が
薄く形成される現象を防止するとともに、所望の臨界寸
法だけの活性領域を確保することが可能なフラッシュメ
モリセルの製造方法を提供すること。 【解決手段】 半導体基板上にトンネル酸化膜、第1ポ
リシリコン層及びパッド窒化膜を順次形成する段階と、
前記半導体基板にトレンチを形成する段階と、前記トレ
ンチを埋め込むようにトレンチ絶縁膜を形成した後、平
坦化工程によって前記トレンチ絶縁膜を孤立させる段階
と、前記パッド窒化膜を除去して前記トレンチ絶縁膜の
所定の部位を突出させるためのエッチング工程を行う段
階と、全体構造上に第2ポリシリコン層を蒸着した後、
パターニングしてフローティングゲートを形成する段階
と、前記フローティングゲート上に誘電体膜及びコント
ロールゲートを形成する段階とを含んでなる。
薄く形成される現象を防止するとともに、所望の臨界寸
法だけの活性領域を確保することが可能なフラッシュメ
モリセルの製造方法を提供すること。 【解決手段】 半導体基板上にトンネル酸化膜、第1ポ
リシリコン層及びパッド窒化膜を順次形成する段階と、
前記半導体基板にトレンチを形成する段階と、前記トレ
ンチを埋め込むようにトレンチ絶縁膜を形成した後、平
坦化工程によって前記トレンチ絶縁膜を孤立させる段階
と、前記パッド窒化膜を除去して前記トレンチ絶縁膜の
所定の部位を突出させるためのエッチング工程を行う段
階と、全体構造上に第2ポリシリコン層を蒸着した後、
パターニングしてフローティングゲートを形成する段階
と、前記フローティングゲート上に誘電体膜及びコント
ロールゲートを形成する段階とを含んでなる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フラッシュメモリ
セルの製造方法に係り、特に、フラッシュメモリセルの
自己整列フローティングゲート(Self aligned floating
gate)形成方法に関する。
セルの製造方法に係り、特に、フラッシュメモリセルの
自己整列フローティングゲート(Self aligned floating
gate)形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】フラッシュメモリセル(flash memory ce
ll)は、素子分離工程としてSTI(Shallow Trench Iso
lation)工程を用いて実現しているが、マスクパターニ
ング(Mask patterning)を用いたフローティングゲート
のアイソレーション(Isolation)工程時にマスク臨界寸
法(Critical Dimension;CD)の変化によってウェーハ
均一性(Wafer uniformity)が非常に不良であって均一な
フローティングゲートの実現が容易でなく、カップリン
グ比(Coupling ratio)の変化によってメモリセルのプロ
グラム及び消去フェール(fail)などの問題が発生してい
る。
ll)は、素子分離工程としてSTI(Shallow Trench Iso
lation)工程を用いて実現しているが、マスクパターニ
ング(Mask patterning)を用いたフローティングゲート
のアイソレーション(Isolation)工程時にマスク臨界寸
法(Critical Dimension;CD)の変化によってウェーハ
均一性(Wafer uniformity)が非常に不良であって均一な
フローティングゲートの実現が容易でなく、カップリン
グ比(Coupling ratio)の変化によってメモリセルのプロ
グラム及び消去フェール(fail)などの問題が発生してい
る。
【0003】さらに、高集積化される設計特性上、0.
15μm以下の小さいスペース具現時にマスク工程が一
層難しくなって均一なフローティングゲートの実現が重
要な要素として作用するフラッシュメモリセル製造工程
が一層難しくなっている。また、フローティングゲート
が均一に形成されない場合、カップリング比の差異が激
しくなってメモリセルのプログラム及び消去時に過消去
(Over erase)などの問題が発生することにより、素子特
性に悪い影響を及ぼしており、マスク工程の増加によっ
て製品の歩留まり低下及びコストアップの原因になって
いる。
15μm以下の小さいスペース具現時にマスク工程が一
層難しくなって均一なフローティングゲートの実現が重
要な要素として作用するフラッシュメモリセル製造工程
が一層難しくなっている。また、フローティングゲート
が均一に形成されない場合、カップリング比の差異が激
しくなってメモリセルのプログラム及び消去時に過消去
(Over erase)などの問題が発生することにより、素子特
性に悪い影響を及ぼしており、マスク工程の増加によっ
て製品の歩留まり低下及びコストアップの原因になって
いる。
【0004】これにより、0.13μmテクノロジ(Tech
nology)フラッシュメモリセルでは、フローティングゲ
ート用マスク工程及びエッチング工程を行わず、自己整
列方式でフローティングゲートを形成している。
nology)フラッシュメモリセルでは、フローティングゲ
ート用マスク工程及びエッチング工程を行わず、自己整
列方式でフローティングゲートを形成している。
【0005】ところが、従来の自己整列方式のSTI工
程では、一般に、側壁酸化工程(Side wall oxidation)
としてウォール犠牲酸化(SACrificial;SAC)工程及びウ
ォール酸化工程を適用して半導体基板の上部面にゲート
酸化膜用トンネル酸化膜を形成するが、この場合、トン
ネル酸化膜が半導体基板の上部面に均等な厚さに形成さ
れず、トレンチコーナ(corner)部位で蒸着ターゲットよ
り薄い厚さに形成されるという問題が生ずる。
程では、一般に、側壁酸化工程(Side wall oxidation)
としてウォール犠牲酸化(SACrificial;SAC)工程及びウ
ォール酸化工程を適用して半導体基板の上部面にゲート
酸化膜用トンネル酸化膜を形成するが、この場合、トン
ネル酸化膜が半導体基板の上部面に均等な厚さに形成さ
れず、トレンチコーナ(corner)部位で蒸着ターゲットよ
り薄い厚さに形成されるという問題が生ずる。
【0006】一方、従来の技術では、STI工程時にト
レンチによって定義される活性領域の臨界寸法CDを十
分減少させるために、高級化したリソグラフィ(Lithogr
aphy)工程が求められることにより、高価装備の追加購
買が併行されなければならないなどコストアップの原因
になっている。また、STI工程の際にフローティング
ゲートの表面積を効果的に増加させないため、誘電体膜
のキャパシタンスを増加させるのに限界があってカップ
リング比の増加も非常に難しい。
レンチによって定義される活性領域の臨界寸法CDを十
分減少させるために、高級化したリソグラフィ(Lithogr
aphy)工程が求められることにより、高価装備の追加購
買が併行されなければならないなどコストアップの原因
になっている。また、STI工程の際にフローティング
ゲートの表面積を効果的に増加させないため、誘電体膜
のキャパシタンスを増加させるのに限界があってカップ
リング比の増加も非常に難しい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、か
かる問題を解決するためのもので、その目的は、トレン
チ形成前にトンネル酸化膜を形成し、露出部位を所定の
大きさだけエッチングすることにより、側壁酸化工程に
よってトレンチコーナ部位が薄く形成される現象を防止
するとともに、所望の臨界寸法だけの活性領域を確保す
ることが可能なフラッシュメモリセルの製造方法を提供
することにある。
かる問題を解決するためのもので、その目的は、トレン
チ形成前にトンネル酸化膜を形成し、露出部位を所定の
大きさだけエッチングすることにより、側壁酸化工程に
よってトレンチコーナ部位が薄く形成される現象を防止
するとともに、所望の臨界寸法だけの活性領域を確保す
ることが可能なフラッシュメモリセルの製造方法を提供
することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、半導体基板上にトンネル酸化膜、第1ポリ
シリコン層及びパッド窒化膜を順次形成する段階と、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
チを埋め込むようにトレンチ絶縁膜を形成した後、平坦
化工程によって前記トレンチ絶縁膜を孤立させる段階
と、前記パッド窒化膜を除去して前記トレンチ絶縁膜の
所定の部位を突出させるためのエッチング工程を行う段
階と、全体構造上に第2ポリシリコン層を蒸着した後、
パターニングしてフローティングゲートを形成する段階
と、前記フローティングゲート上に誘電体膜及びコント
ロールゲートを形成する段階とを含んでなることを特徴
とする。
の本発明は、半導体基板上にトンネル酸化膜、第1ポリ
シリコン層及びパッド窒化膜を順次形成する段階と、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
チを埋め込むようにトレンチ絶縁膜を形成した後、平坦
化工程によって前記トレンチ絶縁膜を孤立させる段階
と、前記パッド窒化膜を除去して前記トレンチ絶縁膜の
所定の部位を突出させるためのエッチング工程を行う段
階と、全体構造上に第2ポリシリコン層を蒸着した後、
パターニングしてフローティングゲートを形成する段階
と、前記フローティングゲート上に誘電体膜及びコント
ロールゲートを形成する段階とを含んでなることを特徴
とする。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、添付図に基づいて本発明の
好適な実施例を詳細に説明する。
好適な実施例を詳細に説明する。
【0010】図1〜図4は本発明の実施例に係るフラッ
シュメモリセルの製造方法を説明するために示したフラ
ッシュメモリセルの断面図である。
シュメモリセルの製造方法を説明するために示したフラ
ッシュメモリセルの断面図である。
【0011】図1(a)を参照すると、半導体基板10
上にパッド酸化膜用犠牲酸化膜12を形成する。この
際、パッド酸化膜用犠牲酸化膜12は、前記半導体基板
10の上部表面の結晶欠陥または表面処理のために75
0℃以上、且つ800℃以下の温度で乾式または湿式酸
化方式を行うことにより、70Å以上、且つ100Å以
下の厚さに形成する。
上にパッド酸化膜用犠牲酸化膜12を形成する。この
際、パッド酸化膜用犠牲酸化膜12は、前記半導体基板
10の上部表面の結晶欠陥または表面処理のために75
0℃以上、且つ800℃以下の温度で乾式または湿式酸
化方式を行うことにより、70Å以上、且つ100Å以
下の厚さに形成する。
【0012】また、半導体基板10は、パッド酸化膜用
犠牲酸化膜12を形成する前に、前処理洗浄工程によっ
て洗浄する。ここで、洗浄工程は、半導体基板10を、
DHF(Diluted HF;50:1の比率でH2Oで希釈した
HF溶液)またはBOE(Buffer Oxide Etchant;HFと
NH4Fを100:1または300:1で混合した溶
液)が満たされている容器に浸漬し、DIウォータ(Deio
nized Water)で洗浄した後、半導体基板10に残在する
パーティクルを除去するために、さらに半導体基板10
を、SC−1(NH4OH/H2O2/H2O溶液が所
定の比率で混合された溶液)が満たされている容器に浸
漬しDIウォータで洗浄した後、半導体基板10を乾燥
させる工程からなる。
犠牲酸化膜12を形成する前に、前処理洗浄工程によっ
て洗浄する。ここで、洗浄工程は、半導体基板10を、
DHF(Diluted HF;50:1の比率でH2Oで希釈した
HF溶液)またはBOE(Buffer Oxide Etchant;HFと
NH4Fを100:1または300:1で混合した溶
液)が満たされている容器に浸漬し、DIウォータ(Deio
nized Water)で洗浄した後、半導体基板10に残在する
パーティクルを除去するために、さらに半導体基板10
を、SC−1(NH4OH/H2O2/H2O溶液が所
定の比率で混合された溶液)が満たされている容器に浸
漬しDIウォータで洗浄した後、半導体基板10を乾燥
させる工程からなる。
【0013】次に、犠牲酸化膜12をスクリーン酸化膜
として用いたウェルイオン注入工程としきい値電圧(V
T)イオン注入工程を行うことにより、後続のSTI工
程によって定義される活性領域にウェル領域(図示せ
ず)と不純物領域(図示せず)を形成する。
として用いたウェルイオン注入工程としきい値電圧(V
T)イオン注入工程を行うことにより、後続のSTI工
程によって定義される活性領域にウェル領域(図示せ
ず)と不純物領域(図示せず)を形成する。
【0014】図1(b)を参照すると、全体構造上に洗
浄工程を行って犠牲酸化膜12を除去した後、熱酸化工
程を行うことにより、トンネル酸化膜14を形成する。
この際、トンネル酸化膜14は、750℃以上、且つ8
00℃以下の温度で湿式酸化方式を行って蒸着した後、
半導体基板10との界面欠陥密度を最小化するために、
900℃以上、且つ910℃以下の温度でN2を用いて
20分以上、且つ30分間以下で熱処理を行うことによ
り形成する。また、犠牲酸化膜12を除去するための洗
浄工程は、DHFまたはBOEが満たされている容器に
浸漬し、DIウォータを用いて洗浄した後、パーティク
ルを除去するために、さらに半導体基板10をSC−1
が満たされている容器に浸漬しDIウォータによって洗
浄した後、半導体基板10を乾燥させる工程からなる。
浄工程を行って犠牲酸化膜12を除去した後、熱酸化工
程を行うことにより、トンネル酸化膜14を形成する。
この際、トンネル酸化膜14は、750℃以上、且つ8
00℃以下の温度で湿式酸化方式を行って蒸着した後、
半導体基板10との界面欠陥密度を最小化するために、
900℃以上、且つ910℃以下の温度でN2を用いて
20分以上、且つ30分間以下で熱処理を行うことによ
り形成する。また、犠牲酸化膜12を除去するための洗
浄工程は、DHFまたはBOEが満たされている容器に
浸漬し、DIウォータを用いて洗浄した後、パーティク
ルを除去するために、さらに半導体基板10をSC−1
が満たされている容器に浸漬しDIウォータによって洗
浄した後、半導体基板10を乾燥させる工程からなる。
【0015】次に、全体構造上に、バッファ用またはフ
ローティングゲートの一部として用いられる第1ポリシ
リコン層16を形成する。この際、第1ポリシリコン層
16は、グレーンサイズが最小化されて電界集中を防止
するように、全体構造上にSiH4またはSi2H6と
PH3ガス雰囲気中て580℃以上、且つ620℃以下
の温度と0.1Torr以上、且つ3Torr以下の低圧条件の
LP−CVD方式によって蒸着工程を行うことにより形
成する。また、第1ポリシリコン層16は、1.5E2
0atoms/cc〜3.0E20atoms/cc程度のドーピングレ
ベルでリン(P)(例えば、P型の場合)を注入するこ
とにより、250Å〜500Åの厚さに形成する。
ローティングゲートの一部として用いられる第1ポリシ
リコン層16を形成する。この際、第1ポリシリコン層
16は、グレーンサイズが最小化されて電界集中を防止
するように、全体構造上にSiH4またはSi2H6と
PH3ガス雰囲気中て580℃以上、且つ620℃以下
の温度と0.1Torr以上、且つ3Torr以下の低圧条件の
LP−CVD方式によって蒸着工程を行うことにより形
成する。また、第1ポリシリコン層16は、1.5E2
0atoms/cc〜3.0E20atoms/cc程度のドーピングレ
ベルでリン(P)(例えば、P型の場合)を注入するこ
とにより、250Å〜500Åの厚さに形成する。
【0016】その後、全体構造上に、LP−CVD方式
で蒸着工程を行うことにより900Å〜2000Åの厚
さにパッド窒化膜18を形成する。
で蒸着工程を行うことにより900Å〜2000Åの厚
さにパッド窒化膜18を形成する。
【0017】図1(c)を参照すると、アイソレーショ
ンISOマスクを用いたSTI工程を行って前記パッド
窒化膜18、第1ポリシリコン層16及びトンネル酸化
膜14を含んだ半導体基板10の所定の部位をエッチン
グすることにより、半導体基板10の所定の部位が凹む
ようにトレンチ20を形成する。この際、トレンチ20
の内部傾斜面は65°〜85°程度の傾斜角を有し、パ
ッド窒化膜18はほぼ垂直なプロファイルを有する。こ
こで、半導体基板10はトレンチ20によって活性領域
と不活性領域(即ち、トレンチが形成された領域)に分
離される。
ンISOマスクを用いたSTI工程を行って前記パッド
窒化膜18、第1ポリシリコン層16及びトンネル酸化
膜14を含んだ半導体基板10の所定の部位をエッチン
グすることにより、半導体基板10の所定の部位が凹む
ようにトレンチ20を形成する。この際、トレンチ20
の内部傾斜面は65°〜85°程度の傾斜角を有し、パ
ッド窒化膜18はほぼ垂直なプロファイルを有する。こ
こで、半導体基板10はトレンチ20によって活性領域
と不活性領域(即ち、トレンチが形成された領域)に分
離される。
【0018】図2(a)を参照すると、トレンチ20の
内部面のエッチング損傷を補償するとともに、コーナ部
位Aをラウンド状(曲面状)に形成するために、RTP
(Rapid Thermal Process)またはFTP(Fast Thermal P
rocess)装備を用いて熱処理工程を行う。この際、熱処
理工程は、水素H2の流量比を100sccm以上、且つ2
000sccm以下として600℃以上、且つ1050℃以
下の温度と250Torr〜380Torr以下の低圧で5分以
上、且つ10分間以下で行う。
内部面のエッチング損傷を補償するとともに、コーナ部
位Aをラウンド状(曲面状)に形成するために、RTP
(Rapid Thermal Process)またはFTP(Fast Thermal P
rocess)装備を用いて熱処理工程を行う。この際、熱処
理工程は、水素H2の流量比を100sccm以上、且つ2
000sccm以下として600℃以上、且つ1050℃以
下の温度と250Torr〜380Torr以下の低圧で5分以
上、且つ10分間以下で行う。
【0019】次に、トンネル酸化膜14を所望の量だけ
エッチングして活性領域臨界寸法(即ち、チャネル幅)
を最小化するための洗浄工程を行うことにより、トレン
チ20の内部に露出されるトンネル酸化膜14の所定の
部位Bがエッチングされる。この際、洗浄工程は、DH
FまたはBOEが満たされている容器に浸漬し、DIウ
ォータを用いて洗浄し、その後パーティクルを除去する
ために、再び半導体基板10をSC−1が満たされてい
る容器に浸漬しDIウォータによって洗浄した後、半導
体基板10を乾燥させる工程からなる。
エッチングして活性領域臨界寸法(即ち、チャネル幅)
を最小化するための洗浄工程を行うことにより、トレン
チ20の内部に露出されるトンネル酸化膜14の所定の
部位Bがエッチングされる。この際、洗浄工程は、DH
FまたはBOEが満たされている容器に浸漬し、DIウ
ォータを用いて洗浄し、その後パーティクルを除去する
ために、再び半導体基板10をSC−1が満たされてい
る容器に浸漬しDIウォータによって洗浄した後、半導
体基板10を乾燥させる工程からなる。
【0020】図2(b)を参照すると、全体構造上にS
i3N4ガス雰囲気中で650℃以上、且つ770℃以
下の温度と0.1Torr以上、且つ1Torr以下の低圧条件
のLP−CVD方式によって蒸着工程を行うことによ
り、100Å以上、且つ500Å以下の厚さにライナー
(Liner)窒化膜22を形成する。
i3N4ガス雰囲気中で650℃以上、且つ770℃以
下の温度と0.1Torr以上、且つ1Torr以下の低圧条件
のLP−CVD方式によって蒸着工程を行うことによ
り、100Å以上、且つ500Å以下の厚さにライナー
(Liner)窒化膜22を形成する。
【0021】図2(c)を参照すると、全体構造上にト
レンチ20を埋め込むようにHDP(High Density Plas
ma)酸化膜を用いた蒸着工程を行うことにより、400
0Å以上、且つ10000Å以下の厚さにトレンチ絶縁
膜24を形成する。この際、トレンチ絶縁膜24を蒸着
するための蒸着工程は、トレンチ20の内部にボイド(V
oid)が発生しないようにギャップフィリング(Gap filli
ng)方式の蒸着工程を採用する。
レンチ20を埋め込むようにHDP(High Density Plas
ma)酸化膜を用いた蒸着工程を行うことにより、400
0Å以上、且つ10000Å以下の厚さにトレンチ絶縁
膜24を形成する。この際、トレンチ絶縁膜24を蒸着
するための蒸着工程は、トレンチ20の内部にボイド(V
oid)が発生しないようにギャップフィリング(Gap filli
ng)方式の蒸着工程を採用する。
【0022】次に、全体構造上に平坦化工程(CMP;Ch
emical mechanical polishing)を行ってパッド窒化膜1
8を所望の厚さだけ研磨することにより、パッド窒化膜
18を境界としてトレンチ絶縁膜24を孤立させる。パ
ッド窒化膜18は所定の厚さをもって残在する。
emical mechanical polishing)を行ってパッド窒化膜1
8を所望の厚さだけ研磨することにより、パッド窒化膜
18を境界としてトレンチ絶縁膜24を孤立させる。パ
ッド窒化膜18は所定の厚さをもって残在する。
【0023】図3(a)を参照すると、全体構造上に第
1ポリシリコン層16をエッチングバリア層としてH3
PO4(燐酸)ディップアウト(dip out)を用いたエッチ
ング工程であって洗浄工程となるストリップ工程を行っ
てパッド窒化膜18を除去することにより、上部構造が
突出形状を有するトレンチ絶縁膜24を形成する。これ
により、半導体基板10の上部構造が所定の段差(すな
わち、トレンチ絶縁膜の突出部と第1ポリシリコン層間
の段差)を有することになり、後続工程の際にこの段差
によってフローティングゲートの上部が凸凹状を有す
る。
1ポリシリコン層16をエッチングバリア層としてH3
PO4(燐酸)ディップアウト(dip out)を用いたエッチ
ング工程であって洗浄工程となるストリップ工程を行っ
てパッド窒化膜18を除去することにより、上部構造が
突出形状を有するトレンチ絶縁膜24を形成する。これ
により、半導体基板10の上部構造が所定の段差(すな
わち、トレンチ絶縁膜の突出部と第1ポリシリコン層間
の段差)を有することになり、後続工程の際にこの段差
によってフローティングゲートの上部が凸凹状を有す
る。
【0024】次に、全体構造上にDHFを用いた湿式洗
浄工程によって第1ポリシリコン層16の上部面に形成
された自然酸化膜を除去した後、第1ポリシリコン層と
同一の材質を用いた蒸着工程を行うことにより、全体構
造上に、カップリング比を最大化することが可能な凸凹
状に400Å以上、且つ1000Å以下の第2ポリシリ
コン層26を形成する。この際、第2ポリシリコン層2
6は湿式洗浄工程後2時間以内に形成する。
浄工程によって第1ポリシリコン層16の上部面に形成
された自然酸化膜を除去した後、第1ポリシリコン層と
同一の材質を用いた蒸着工程を行うことにより、全体構
造上に、カップリング比を最大化することが可能な凸凹
状に400Å以上、且つ1000Å以下の第2ポリシリ
コン層26を形成する。この際、第2ポリシリコン層2
6は湿式洗浄工程後2時間以内に形成する。
【0025】図3(b)を参照すると、フローティング
ゲート用マスクを用いたエッチング工程によって、トレ
ンチ絶縁膜24の所定の部位が露出されるように第2ポ
リシリコン層26をエッチングすることにより、パター
ニングして第2ポリシリコン層26を孤立させてフロー
ティングゲート28を形成する。この際、エッチング工
程は隣接して形成されるフローティングゲート28間の
スペーシング(Spacing)を考慮して実施する。
ゲート用マスクを用いたエッチング工程によって、トレ
ンチ絶縁膜24の所定の部位が露出されるように第2ポ
リシリコン層26をエッチングすることにより、パター
ニングして第2ポリシリコン層26を孤立させてフロー
ティングゲート28を形成する。この際、エッチング工
程は隣接して形成されるフローティングゲート28間の
スペーシング(Spacing)を考慮して実施する。
【0026】次に、フローティングゲート28の上部面
に形成された自然酸化膜を除去するために、DHFまた
はBOEの満たされている容器に半導体基板10を浸漬
し、DIウォータで洗浄し、その後パーティクルを除去
するために、さらに半導体基板10をSC−1が満たさ
れている容器に浸漬しDIウォータで洗浄した後、半導
体基板10を乾燥させる工程からなる洗浄工程を行う。
に形成された自然酸化膜を除去するために、DHFまた
はBOEの満たされている容器に半導体基板10を浸漬
し、DIウォータで洗浄し、その後パーティクルを除去
するために、さらに半導体基板10をSC−1が満たさ
れている容器に浸漬しDIウォータで洗浄した後、半導
体基板10を乾燥させる工程からなる洗浄工程を行う。
【0027】図4を参照すると、全体構造上にONO(O
xide/Nitride/Oxide)構造の誘電体膜30を形成する。
この際、誘電体膜30の下部と上部を形成する酸化膜(O
xide)は、部分的に優れた耐圧と優れたTDDB特性を
有するDCS(SiH2Cl 2)とN2Oガスをソース
とするHTOを用いて35Å以上、且つ60Å以下の厚
さに形成するが、600℃〜700℃の温度でローディ
ングした後、0.1Torr以上、且つ3Torr以下の低圧下
で約810℃〜850℃程度に昇温させるLP−CVD
方式で形成する。また、誘電体膜30の下部と上部との
間に形成される窒化膜(Nitride)は、反応ガスとしてN
H3とDCSガスを用いて50Å以上、且つ65Å以下
の厚さに形成するが、650℃以上、且つ800℃以下
の温度と1Torr以上、且つ3Torr以下の低圧下でLP−
CVD方式で形成する。
xide/Nitride/Oxide)構造の誘電体膜30を形成する。
この際、誘電体膜30の下部と上部を形成する酸化膜(O
xide)は、部分的に優れた耐圧と優れたTDDB特性を
有するDCS(SiH2Cl 2)とN2Oガスをソース
とするHTOを用いて35Å以上、且つ60Å以下の厚
さに形成するが、600℃〜700℃の温度でローディ
ングした後、0.1Torr以上、且つ3Torr以下の低圧下
で約810℃〜850℃程度に昇温させるLP−CVD
方式で形成する。また、誘電体膜30の下部と上部との
間に形成される窒化膜(Nitride)は、反応ガスとしてN
H3とDCSガスを用いて50Å以上、且つ65Å以下
の厚さに形成するが、650℃以上、且つ800℃以下
の温度と1Torr以上、且つ3Torr以下の低圧下でLP−
CVD方式で形成する。
【0028】次に、誘電体膜30の質を向上させ、半導
体基板10上に形成された層間のインタフェース(Inter
face)を強化させるために熱処理工程を行う。この際、
熱処理工程は750℃以上、且つ800℃以下の温度で
湿式酸化方式によって行う。ここで、誘電体膜30の形
成工程と熱処理工程は、素子特性に符合する厚さに形成
するが、各層間に自然酸化膜または不純物汚染を予防す
るために工程間ほぼ遅延なく行う。
体基板10上に形成された層間のインタフェース(Inter
face)を強化させるために熱処理工程を行う。この際、
熱処理工程は750℃以上、且つ800℃以下の温度で
湿式酸化方式によって行う。ここで、誘電体膜30の形
成工程と熱処理工程は、素子特性に符合する厚さに形成
するが、各層間に自然酸化膜または不純物汚染を予防す
るために工程間ほぼ遅延なく行う。
【0029】その後、全体構造上に第3ポリシリコン層
32及びタングステンシリサイド層(WSix)34を
順次形成する。この際、第3ポリシリコン層32は、後
続工程のタングステンシリサイド層34形成時に誘電体
膜30に置換固溶されて酸化膜の膜厚増加を誘発するこ
とが可能なフッ素Fの拡散を防止し、WとPの結合から
なるWPx層の生成を防止してWSixが膨れ上がる現
象(Blowing-up)を抑制するために、ドープト層とアンド
ープト層の二重構造でLP−CVD方式を用いて形成す
る。
32及びタングステンシリサイド層(WSix)34を
順次形成する。この際、第3ポリシリコン層32は、後
続工程のタングステンシリサイド層34形成時に誘電体
膜30に置換固溶されて酸化膜の膜厚増加を誘発するこ
とが可能なフッ素Fの拡散を防止し、WとPの結合から
なるWPx層の生成を防止してWSixが膨れ上がる現
象(Blowing-up)を抑制するために、ドープト層とアンド
ープト層の二重構造でLP−CVD方式を用いて形成す
る。
【0030】ここで、後続のタングステンシリサイド層
34形成時にシーム(seam)形成を抑制してワードライン
のRs(sheet resistance)を減少させるために、ドープ
ト層とアンドープト層は、その薄膜厚を1:2〜6:1
の比率としてフローティングゲート28のスペーシング
の十分な埋め込みが行われるように、500Å以上、且
つ1000Å以下程度の全厚に形成する。また、ドープ
ト層とアンドープト層はドープトポリシリコン膜をSi
H4またはSi2H6のようなシリコンソースガスとP
H3ガスを用いてドープト層を形成した後、PH3ガス
をチャンバ内へ提供せず、連続的にアンドープト層を形
成する。また、第3ポリシリコン層32は510℃以
上、且つ550℃以下の温度で0.1Torr以上、且つ3
Torr以下の低圧条件で形成する。
34形成時にシーム(seam)形成を抑制してワードライン
のRs(sheet resistance)を減少させるために、ドープ
ト層とアンドープト層は、その薄膜厚を1:2〜6:1
の比率としてフローティングゲート28のスペーシング
の十分な埋め込みが行われるように、500Å以上、且
つ1000Å以下程度の全厚に形成する。また、ドープ
ト層とアンドープト層はドープトポリシリコン膜をSi
H4またはSi2H6のようなシリコンソースガスとP
H3ガスを用いてドープト層を形成した後、PH3ガス
をチャンバ内へ提供せず、連続的にアンドープト層を形
成する。また、第3ポリシリコン層32は510℃以
上、且つ550℃以下の温度で0.1Torr以上、且つ3
Torr以下の低圧条件で形成する。
【0031】一方、タングステンシリサイド層34は、
低いフッ素F含有量、低い熱処理ストレス及び良い接着
強度を有するMS(SiH4)またはDCSとWF6の
反応を用いて300℃以上、且つ500℃以下の温度で
適切なステップカバレッジ(Step coverage)を実現し且
つワードラインのRsを最小化させることが可能な2.
0〜2.8の化学量論比で形成する。
低いフッ素F含有量、低い熱処理ストレス及び良い接着
強度を有するMS(SiH4)またはDCSとWF6の
反応を用いて300℃以上、且つ500℃以下の温度で
適切なステップカバレッジ(Step coverage)を実現し且
つワードラインのRsを最小化させることが可能な2.
0〜2.8の化学量論比で形成する。
【0032】次に、全体構造上にSiOxNyまたはS
i3N4を用いて反射防止膜(図示せずZ)を形成した
後、ゲート用マスクを用いて反射防止膜、タングステン
シリサイド34、第3ポリシリコン層32及び誘電体膜
30を順次エッチングしてコントロールゲート(図示せ
ず)を形成する。
i3N4を用いて反射防止膜(図示せずZ)を形成した
後、ゲート用マスクを用いて反射防止膜、タングステン
シリサイド34、第3ポリシリコン層32及び誘電体膜
30を順次エッチングしてコントロールゲート(図示せ
ず)を形成する。
【0033】
【発明の効果】上述したように、本発明は、トレンチ形
成前にトンネル酸化膜を形成し、露出部位を所定の大き
さだけエッチングすることにより、側壁酸化工程によっ
てトレンチコーナ部位が薄く形成される現象を防止する
とともに、所望の臨界寸法だけの活性領域を確保するこ
とができる。さらに、素子のリテンションフェール(Ret
ention fail)または高速消去などの電気的特性を改善し
て素子の信頼性を確保することができる。
成前にトンネル酸化膜を形成し、露出部位を所定の大き
さだけエッチングすることにより、側壁酸化工程によっ
てトレンチコーナ部位が薄く形成される現象を防止する
とともに、所望の臨界寸法だけの活性領域を確保するこ
とができる。さらに、素子のリテンションフェール(Ret
ention fail)または高速消去などの電気的特性を改善し
て素子の信頼性を確保することができる。
【0034】また、本発明は、側壁酸化工程及びしきい
値電圧スクリーン酸化工程などを省略することにより、
工程数の減少によるコスト節減効果がある。
値電圧スクリーン酸化工程などを省略することにより、
工程数の減少によるコスト節減効果がある。
【0035】また、本発明は、水素を用いた熱処理工程
を行ってトレンチコーナ部位をラウンド状にすることに
より、トレンチコーナ部位のラウンド化が一層容易にな
って作業単純化が可能である。
を行ってトレンチコーナ部位をラウンド状にすることに
より、トレンチコーナ部位のラウンド化が一層容易にな
って作業単純化が可能である。
【0036】また、本発明は、トンネル酸化膜を形成
し、露出部位を保護するためにライナー窒化膜を形成す
ることにより、後続工程によるトンネル酸化膜の損傷を
防止してチャネル幅内で均一なトンネル酸化膜を維持す
ることができる。
し、露出部位を保護するためにライナー窒化膜を形成す
ることにより、後続工程によるトンネル酸化膜の損傷を
防止してチャネル幅内で均一なトンネル酸化膜を維持す
ることができる。
【0037】また、本発明は、フローティングゲートを
形成する第2ポリシリコン層蒸着工程の際に第2ポリシ
リコン層の上部面の凸凹の大きさが第2ポリシリコン層
の蒸着ターゲットとトレンチ絶縁膜の突出部の高さに応
じて制御されることにより、フローティングゲートの上
部表面積を自由に調整することができるため、カップリ
ング比を効果的に増加させることができる。
形成する第2ポリシリコン層蒸着工程の際に第2ポリシ
リコン層の上部面の凸凹の大きさが第2ポリシリコン層
の蒸着ターゲットとトレンチ絶縁膜の突出部の高さに応
じて制御されることにより、フローティングゲートの上
部表面積を自由に調整することができるため、カップリ
ング比を効果的に増加させることができる。
【0038】従って、本発明は、複雑な工程及び高価装
備をさらに加えることなく、従来の装備と工程を用いて
応用/適用することにより、低費用と高信頼性を有する
素子の形成が可能である。
備をさらに加えることなく、従来の装備と工程を用いて
応用/適用することにより、低費用と高信頼性を有する
素子の形成が可能である。
【図1】本発明の実施例に係るフラッシュメモリセルの
製造方法を説明するために示した断面図である。
製造方法を説明するために示した断面図である。
【図2】本発明の実施例に係るフラッシュメモリセルの
製造方法を説明するために示した断面図である。
製造方法を説明するために示した断面図である。
【図3】本発明の実施例に係るフラッシュメモリセルの
製造方法を説明するために示した断面図である。
製造方法を説明するために示した断面図である。
【図4】本発明の実施例に係るフラッシュメモリセルの
製造方法を説明するために示した断面図である。
製造方法を説明するために示した断面図である。
10 半導体基板
12 犠牲酸化膜
14 トンネル酸化膜
16 第1ポリシリコン層
18 パッド窒化膜
20 トレンチ
22 ライナー窒化膜
24 トレンチ絶縁膜
26 第2ポリシリコン層
28 フローティングゲート
30 誘電体膜
32 第3ポリシリコン層
34 タングステンシリサイド層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 郭 魯 烈
大韓民国 京畿道 利川市 大月面 巳洞
里 441−1 ヒュンダイジョンジャサウ
ォンアパートメント104−1501
Fターム(参考) 5F032 AA36 AA37 AA44 AA46 AA77
BA01 CA03 CA17 CA23 DA03
DA04 DA22 DA24 DA33 DA53
DA74
5F083 EP03 EP27 EP55 ER22 GA22
GA27 JA04 JA35 NA01 PR01
PR05 PR12 PR18 PR21 PR34
PR40
5F101 BA12 BA29 BA36 BB08 BD35
BD36 BH02 BH03 BH05 BH15
BH16 BH17
Claims (23)
- 【請求項1】 半導体基板上にトンネル酸化膜、第1ポ
リシリコン層及びパッド窒化膜を順次形成する段階と、 前記半導体基板にトレンチを形成する段階と、 前記トレンチを埋め込むようにトレンチ絶縁膜を形成し
た後、平坦化工程によって前記トレンチ絶縁膜を孤立さ
せる段階と、 前記パッド窒化膜を除去して前記トレンチ絶縁膜の所定
の部位を突出させるためのエッチング工程を行う段階
と、 全体構造上に第2ポリシリコン層を蒸着した後、パター
ニングしてフローティングゲートを形成する段階と、 前記フローティングゲート上に誘電体膜及びコントロー
ルゲートを形成する段階とを含んでなることを特徴とす
るフラッシュメモリセルの製造方法。 - 【請求項2】 前記トンネル酸化膜の形成前に前記半導
体基板上に犠牲酸化膜を形成する段階と、 前記半導体基板にウェルイオン注入工程及びしきい値電
圧イオン注入工程を行ってウェル領域及び不純物領域を
形成する段階と、 前記犠牲酸化膜を除去する段階とをさらに含むことを特
徴とする請求項1記載のフラッシュメモリセルの製造方
法。 - 【請求項3】 前記犠牲酸化膜は、750℃以上、且つ
800℃以下の温度で乾式または湿式酸化方式を用いて
70Å以上、且つ100Å以下の厚さに形成することを
特徴とする請求項2記載のフラッシュメモリセルの製造
方法。 - 【請求項4】 前記トンネル酸化膜は、750℃以上、
且つ800℃以下の湿式酸化方式で形成した後、900
℃以上、且つ910℃以下の温度でN2を用いて20分
以上、且つ30分間以下で熱処理を行って形成すること
を特徴とする請求項1記載のフラッシュメモリセルの製
造方法。 - 【請求項5】 前記第1ポリシリコン層は、SiH4ま
たはSi2H6とPH3ガス雰囲気中で580℃以上、
且つ620℃以下の温度と0.1Torr以上、且つ3Torr
以下の低圧条件のLP−CVD方式によって形成するこ
とを特徴とする請求項1記載のフラッシュメモリセルの
製造方法。 - 【請求項6】 前記トレンチを形成した後、水素を用い
た熱処理工程を行って前記トレンチコーナ部位をラウン
ド状に形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求
項1記載のフラッシュメモリセルの製造方法。 - 【請求項7】 前記熱処理工程は、600℃以上、且つ
1050℃以下の温度で5分以上、且つ10分間以下で
RTPまたはFTP装備を用いて行うことを特徴とする
請求項6記載のフラッシュメモリセルの製造方法。 - 【請求項8】 前記水素の流量比は、100sccm以上、
且つ2000sccm以下であることを特徴とする請求項6
記載のフラッシュメモリセルの製造方法。 - 【請求項9】 前記トレンチ形成後、全体構造上にライ
ナー窒化膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とす
る請求項1記載のフラッシュメモリセルの製造方法。 - 【請求項10】 前記ライナー窒化膜は、650℃以
上、且つ770℃以下の温度と0.1Torr以上、且つ1
Torr以下の低圧で行うLP−CVD方式によって100
Å以上、且つ500Å以下の厚さに形成することを特徴
とする請求項9記載のフラッシュメモリセルの製造方
法。 - 【請求項11】 前記トレンチ形成後、前記トンネル酸
化膜を所望の厚さだけエッチングするために、前処理洗
浄工程を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項
1記載のフラッシュメモリセルの製造方法。 - 【請求項12】 前記前処理洗浄工程は、DHFとSC
−1で実施し、或いはBOEとSC−1で実施すること
を特徴とする請求項11記載のフラッシュメモリセルの
製造方法。 - 【請求項13】 前記トレンチ絶縁膜は、ギャップフィ
リング方式で4000Å以上、且つ10000Å以下の
厚さに形成することを特徴とする請求項1記載のフラッ
シュメモリセルの製造方法。 - 【請求項14】 前記平坦化工程は、前記パッド窒化膜
が所定の厚さをもって残在するように実施することを特
徴とする請求項1記載のフラッシュメモリセルの製造方
法。 - 【請求項15】 前記エッチング工程は、H3PO4デ
ィップアウトを用いた洗浄工程であることを特徴とする
請求項1記載のフラッシュメモリセルの製造方法。 - 【請求項16】 前記第2ポリシリコン層は、上部が前
記トレンチ絶縁膜によって凸凹状となるように形成する
ことを特徴とする請求項1記載のフラッシュメモリセル
の製造方法。 - 【請求項17】 前記第2ポリシリコン層は、400Å
以上、且つ1000Å以下の厚さに形成することを特徴
とする請求項16記載のフラッシュメモリセルの製造方
法。 - 【請求項18】 前記フローティングゲートは、前記第
1及び第2ポリシリコン層からなることを特徴とする請
求項1記載のフラッシュメモリセルの製造方法。 - 【請求項19】 前記誘電体膜は、DCS(SiH2C
l2)とN2OガスをソースとするHTOで35Å以
上、且つ60Å以下の厚さに形成する第1酸化膜と、 前記第1酸化膜上に反応ガスとしてNH3とDCSガス
を用いて1Torr以上、且つ3Torr以下の低圧下で650
℃以上、且つ800℃以下の温度でLP−CVD方式に
よって50Å以上、且つ65Å以下の厚さに形成する窒
化膜と、 前記窒化膜上にDCS(SiH2Cl2)とN2Oガス
をソースとするHTOで35Å以上、且つ60Å以下の
厚さに形成する第2酸化膜とからなることを特徴とする
請求項1記載のフラッシュメモリセルの製造方法。 - 【請求項20】 前記コントロールゲートは、ドープト
層とアンドープト層の二重構造でLP−CVD方式を用
いて形成することを特徴とする請求項1記載のフラッシ
ュメモリセルの製造方法。 - 【請求項21】 前記ドープト層とアンドープト層は、
その薄膜厚を1:2〜6:1の比率として全厚が500
Å以上、且つ1000Å以下となるように形成すること
を特徴とする請求項20記載のフラッシュメモリセルの
製造方法。 - 【請求項22】 前記コントロールゲートは、510℃
以上、且つ550℃以下の温度で0.1Torr以上、且つ
3Torr以下の低圧条件で形成することを特徴とする請求
項1記載のフラッシュメモリセルの製造方法。 - 【請求項23】 前記コントロールゲートを形成した
後、MS(SiH4)またはDCSとWF6の反応を用
いて300℃以上、且つ500℃以下の温度で2.0〜
2.8の化学量論比にてタングステンシリサイド層を形
成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1記載
のフラッシュメモリセルの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2001-0083496A KR100426485B1 (ko) | 2001-12-22 | 2001-12-22 | 플래쉬 메모리 셀의 제조 방법 |
KR2001-83496 | 2001-12-22 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003197788A true JP2003197788A (ja) | 2003-07-11 |
Family
ID=19717465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002356389A Pending JP2003197788A (ja) | 2001-12-22 | 2002-12-09 | フラッシュメモリセルの製造方法 |
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---|---|
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JP (1) | JP2003197788A (ja) |
KR (1) | KR100426485B1 (ja) |
TW (1) | TWI255012B (ja) |
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