JP2005183976A - シリコン基板とのエッチング選択比が大きいマスク層を用いたリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法 - Google Patents

シリコン基板とのエッチング選択比が大きいマスク層を用いたリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 リセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】 シリコン基板とのエッチング選択比が大きいマスク層パターンを用いてシリコン基板及び分離絶縁膜をエッチングしリセスチャンネルトレンチを形成する。次いで、前記リセスチャンネルトレンチに、ゲート絶縁膜及びリセスゲートスタックを形成した後、前記リセスゲートスタックの両側壁のシリコン基板に、ソース／ドレインを形成してリセスチャンネルアレイトランジスタを完成する。本発明は、リセスチャンネルトレンチ形成時に、シリコン基板とのエッチング選択比が大きいマスク層パターンを用いてリセスチャンネルトレンチの深さを容易に調節し、シリコン基板のエッチング均一度を向上させ得る。
【選択図】 図１４Ａ

Description

本発明はトランジスタ半導体素子製造方法に係り、特に、リセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法に関する。
集積回路半導体素子の集積度が増加し、デザインルール（ｄｅｓｉｇｎ ｒｕｌｅ）が急激に減少するにつれて、トランジスタの安定的な動作を確保することが困難になりつつある。例えば、集積回路素子のデザインルールの減少につれて、ゲートの幅が縮小されており、トランジスタの短チャンネル（ｓｈｏｒｔ ｃｈａｎｎｅｌ）化が急激に進んでいる。これにより、短チャンネル効果（ｓｈｏｒｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｆｆｅｃｔ）が頻繁に発生している。
このような短チャンネル効果によって、トランジスタのソース（ｓｏｕｒｃｅ）とドレイン（ｄｒａｉｎ）の間にパンチスルー（ｐｕｎｃｈ ｔｈｒｏｕｇｈ）が深刻に発生しており、このようなパンチスルーはトランジスタ素子の誤動作の主要原因として認識されている。このような短チャンネル効果を克服するために、結局、デザインルールの減少にも拘らず、チャンネルの長さを更に確保する方法が多様に研究されている。特に、制限されたゲート線幅に対し、チャンネルの長さを更に拡張させる構造として、ゲート下のシリコン基板をリセスし、チャンネルの長さを更に延ばそうとする試みとして、リセスチャンネルアレイトランジスタを形成しようとする試みが多く行われている。
図１ないし図５は、従来技術によるリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法を説明するために示した断面図である。
図１を参照すれば、シリコン基板１００のトレンチ１０２に埋め込まれた分離絶縁膜（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）１０４を形成してアクティブ領域（Ａｃｔｉｖｅ ｒｅｇｉｏｎ、ＡＲ）を定義する。前記分離絶縁膜１０４は酸化膜で形成する。前記分離絶縁膜１０４が形成された領域はフィールド領域ＦＲとなる。前記トレンチ１０２内壁には、ライナー膜１０３を形成して分離絶縁膜１０４を保護する。前記ライナー膜１０３は窒化膜で形成する。
前記分離絶縁膜１０４が形成されたシリコン基板１００の全面にバッファ絶縁膜１０６を形成する。前記バッファ絶縁膜１０６は、１００ないし２００Åの厚さの酸化膜で形成する。次いで、前記バッファ絶縁膜１０６上にポリシリコンマスク層１０８を形成する。前記ポリシリコンマスク層１０８は１０００Åの厚さで形成する。
図２を参照すれば、前記ポリシリコンマスク層１０８上に有機反射防止膜（ｏｒｇａｎｉｃ ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）１１０を形成する。前記有機反射防止膜１１０は８００Åの厚さで形成する。前記有機反射防止膜１１０は、後工程でフォトレジストパターンを形成するための露光時に、前記ポリシリコンマスク層１０８からの光反射を防止するために形成する。前記有機反射防止膜１１０上に、写真エッチング工程を用いてフォトレジストパターン１１２を形成する。
図３を参照すれば、前記フォトレジストパターン１１２をエッチングマスクとして、有機反射防止膜１１０、ポリシリコンマスク層１０８及びバッファ絶縁膜１０６をエッチングし、有機反射防止膜パターン１１０ａ、ポリシリコンマスク層パターン１０８ａ及びバッファ絶縁膜パターン１０６ａを順次形成する。前記有機反射防止膜１１０、ポリシリコンマスク層１０８及びバッファ絶縁膜１０６のエッチングは、ポリシリコンエッチング装備でＨＢｒ及びＣｌ２ガスを用いたプラズマ方法で行う。前記有機反射防止膜パターン１１０ａ、ポリシリコンマスク層パターン１０８ａ及びバッファ絶縁膜パターン１０６ａによって、シリコン基板１００の表面が一部露出される。前記露出された部分に、後工程でリセスチャンネルトレンチが形成される。
図４及び図５を参照すれば、図４に示したように、先工程でエッチングマスクとして用いられたフォトレジストパターン１１２ａ及び有機反射防止膜パターン１１０ａを順次除去する。その結果、シリコン基板１００上には、バッファ絶縁膜パターン１０６ａ及びポリシリコンマスク層パターン１０８ａのみが残る。
次に、図４及び図５に示したように、前記ポリシリコンマスク層パターン１０８ａ及びバッファ絶縁膜パターン１０６ａをエッチングマスクとして、シリコン基板１００及び分離絶縁膜１０４をエッチングしリセスチャンネルトレンチ１１４、１１６を形成する。前記シリコン基板１００及び分離絶縁膜１０４のエッチングは、ポリシリコンエッチング装備でＡｒ、ＣＦ４、Ｃｌ２、及びＯ２の組み合わせガスを用いたプラズマエッチング方法で行う。
前記リセスチャンネルトレンチ１１４、１１６は、次の二段階でエッチングする。すなわち、第一段階で前記ポリシリコンマスク層パターン１０８ａの全てがエッチングされる終点（ｅｎｄ ｐｏｉｎｔ）まで前記シリコン基板１００をエッチングした後、第２段階でオーバーエッチングを行う。
前記ポリシリコンマスク層パターン１０８ａとシリコン基板１００とのエッチング率がほぼ同じであるため、前記ポリシリコンマスク層パターン１０８ａがエッチングされる高さほどシリコン基板１００がエッチングされ、リセスチャンネルトレンチの深さＨ２が決まる。換言すれば、前記リセスチャンネルトレンチの深さＨ２は、ポリシリコンマスク層パターンの高さによって決まる。
尚、分離絶縁膜１０４に対し、ポリシリコンマスク層パターン１０８ａのエッチング選択比を大きくしたため、分離絶縁膜１０４に形成されるリセスチャンネルトレンチ１１４の深さＨ２は、前記シリコン基板１００に形成されるリセスチャンネルトレンチ１１６の深さＨ１より小さくなる。次に、リセスチャンネルトレンチ１１４、１１６内にゲート酸化膜（図示せず）及びリセスゲートスタック（図示せず）を形成することによって、リセスチャンネルアレイトランジスタを完成する。
ところが、従来のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法は、図３に説明したように、ポリシリコン膜のエッチング装備でポリシリコンマスク層１０８をエッチングするため、バッファ絶縁膜１０６を効果的にエッチングし難いという問題点がある。換言すれば、ポリシリコンマスク層１０８のエッチング時に用いられるＨＢｒ及びＣｌ２ガスは酸化膜選択比が高いため、ポリシリコンマスク層１０８のエッチングが終わってからバッファ絶縁膜１０６が露出されれば、エッチング時に発生した反応生成物がバッファ絶縁膜１０６に付着されて酸化膜副産物を発生させる。このように発生した酸化膜副産物は、リセスチャンネルトレンチのプロファイル及びリセスチャンネルトレンチの深さ均一度を不良にする。
また、従来のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法は、図４及び図５で説明したリセスチャンネルトレンチの形成工程で、リセスチャンネルトレンチの深さの調節及びシリコン基板のエッチング均一度を確保し難いという問題点がある。これと関連し、シリコン基板に形成されるリセスチャンネルトレンチの形成過程を図６ないし図８を参照してより詳しく説明する。
図６ないし図８は、図４及び図５のリセスチャンネルトレンチの形成過程を説明するための模式図である。図６ないし図８において、図４及び図５と同じ参照番号は同じ部材を示す。
図６を参照すれば、シリコン基板１００上に、バッファ絶縁膜パターン１０６ａ及びポリシリコンマスク層パターン１０８ａが形成されている。前記バッファ絶縁膜パターン１０６ａ及びポリシリコンマスク層パターン１０８ａによって、シリコン基板１００が露出されている。前記露出されたシリコン基板１００部分は、リセスチャンネルトレンチが形成される部分である。そして、前記リセスチャンネルトレンチが形成される部分は、シリコン基板１００を全体的に見れば狭い領域ＮＲ、例えばセル領域であり、リセスチャンネルトレンチが形成されていない領域は広い領域ＷＲである。
図７を参照すれば、図７は、シリコン基板の狭い領域ＮＲに、リセスチャンネルトレンチが少し形成された状態を示した図面である。ポリシリコンマスク層パターン１０８ａ及びバッファ絶縁膜パターン１０６ａをエッチングマスクとして、シリコン基板１００をエッチングし、狭い領域ＮＲにリセスチャンネルトレンチ１１６を形成する。前記リセスチャンネルトレンチ１１６の深さは、前記ポリシリコンマスク層がエッチングされた部分１２０の高さに該当する。図７において、矢印はエッチング方向を示す。
図８を参照すれば、図８は、シリコン基板１００の狭い領域ＮＲに、リセスチャンネルトレンチ１１６が完全に形成された状態を示した図面である。ポリシリコンマスク層パターン１０８ａ及びバッファ絶縁膜パターン１０６ａをエッチングマスクとして、シリコン基板１００をエッチングし、狭い領域ＮＲにリセスチャンネルトレンチ１１６を形成する。前記リセスチャンネルトレンチ１１６の深さは、前記ポリシリコンマスク層１０８ａがエッチングされた部分１２２の高さに該当する。
ところが、図８のリセスチャンネルトレンチ１１６は、狭い領域ＮＲ（セル領域）にのみ形成するため、ポリシリコンマスク層パターン１０８ａが全てエッチングされた後に、広い領域ＷＲのバッファ絶縁膜パターン１０６ａが露出されれば、エッチングチェンバー内の雰囲気の変化が激しくなる。これにより、図８の矢印で示したように、プラズマエッチングガスが狭い領域ＮＲのリセスチャンネルトレンチ１１６に集中する。このように、プラズマエッチングガスが狭い領域ＮＲに形成されたリセスチャンネルトレンチ１１６に集中すれば、リセスチャンネルトレンチ１１６の深さを調節し難く、且つシリコン基板１００のエッチング均一度を確保し難い。
従って、本発明が達成しようとする技術的課題は、前述した問題点を解決しリセスチャンネルトレンチの深さを調節することができ、かつシリコン基板のエッチング均一度を向上させることができるリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法を提供することである。
前記技術的課題を達成するために、本発明のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法は、分離絶縁膜及びアクティブ領域ＡＲが限られたシリコン基板上に、バッファ絶縁膜と、前記シリコン基板とのエッチング選択比が大きいマスク層を形成することを含む。前記マスク層は、シリコン窒化膜、例えばＳｉＯＮ膜やＳｉＸＮＹ膜を用いることができる。
次いで、前記マスク層及びバッファ絶縁膜を選択的にエッチングし、前記アクティブ領域ＡＲの及び分離絶縁膜の一部を露出するマスク層パターン及びバッファ絶縁膜パターンを形成する。前記露出されたアクティブ領域ＡＲのシリコン基板及び分離絶縁膜をエッチングし、リセスチャンネルトレンチを形成する。
前記リセスチャンネルトレンチを形成するためのエッチング時に、前記シリコン基板に対するマスク層パターンのエッチング選択比を３：１とすることができる。前記リセスチャンネルトレンチを形成する時、前記マスク層パターンはシリコン基板とのエッチング選択比が大きいため、全部エッチングされずに一部が残る。このように、残ったマスク層パターンにより、前記リセスチャンネルトレンチの形成時に、エッチングチェンバー内の雰囲気変化が激しくないため、リセスチャンネルトレンチの深さを調節することが容易であり、且つシリコン基板のエッチング均一度を向上させ得る。
次に、前記残ったマスク層パターンを除去する。前記残ったマスク層パターンの除去時に、前記トレンチの側壁に形成されたシリコンフェンスも同時に除去する。前記マスク層パターン及びシリコンフェンスの同時除去は、化学的乾式エッチング方法または湿式エッチング方法を用いて行える。このように、残ったマスク層パターンの除去時に、シリコンフェンスも同時に除去するため、製造工程を追加しなくても良い。
次に、前記リセスチャンネルトレンチにゲート絶縁膜及びリセスゲートスタックを形成した後、前記リセスゲートスタックの両側壁のシリコン基板に、ソース／ドレインを形成してリセスチャンネルアレイトランジスタを完成する。
以上のように、本発明は、リセスチャンネルトレンチ形成時に、シリコン基板とのエッチング選択比が大きいマスク層パターンを用いてリセスチャンネルトレンチの深さを容易に調節し、シリコン基板のエッチング均一度を向上させ得る。
本発明のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法は、シリコンとのエッチング選択比が高いマスク膜を用いることによって、リセスチャンネルトレンチのターゲットの深さほどエッチングを進行しても、エッチングチェンバー内の雰囲気が変わらないため、リセスチャンネルトレンチの深さを容易に調節でき、シリコン基板のエッチング均一度を向上させ得る。
本発明のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法は、マスク層パターンとしてＳｉＯＮ膜やＳｉＸＮＹ膜を用いる場合、リセスチャンネルトレンチ形成後に行うシリコンフェンス除去工程で残留するマスク層パターンを除去でき、追加的な工程が必要ではない。
本発明のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法は、リセスチャンネルトレンチを形成するための写真工程時に、マスク層を反射防止膜として用いることによって、工程単純化を達成し得る。
また、本発明のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法は、窒化膜エッチング装備でマスク層及びバッファ絶縁膜をエッチングするため、従来技術と違ってバッファ絶縁膜を酸化膜副産物なしで正確にエッチングできる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、次に例示する本発明の実施形態は多様な形態に変形でき、本発明の範囲が次に詳述する実施形態に限られるものではない。本発明の実施形態は、当業者に、本発明をより完全に説明するために提供される。図面において、膜または領域の大きさ及び厚さは、明細書の明確性のために誇張したものである。
図９は、本発明にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法に適用されたマスク層パターンを示すレイアウト図である。
図９を参照すれば、シリコン基板上に、リセスチャンネルアレイトランジスタを形成するためのアクティブ領域ＡＲが形成されている。前記アクティブ領域ＡＲを除いた部分がトレンチ絶縁膜の形成されるフィールド領域ＦＲである。前記アクティブ領域ＡＲ及びフィールド領域ＦＲを縦方向に横切って直線ライン形にマスク層パターンＭＰが形成されている。前記マスクパターンＭＰ間のアクティブ領域ＡＲに、リセスチャンネルトレンチＲＣＴが形成されている。図９において、Ａ−Ａ’方向はリセスチャンネルトレンチを横切る横方向の切断線を示し、Ｂ−Ｂ’方向はリセスチャンネルトレンチに沿う縦方向の切断線を示す。
図１０ないし図１４は、本発明の第１実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。図１０Ａないし図１４Ａ、及び図１０Ｂないし図１４Ｂは、それぞれ図９のＡ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線断面図である。
図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すれば、シリコン基板２００の一定部分を選択的にエッチングしてトレンチ２０２を形成する。前記トレンチ２０２の内壁にはライナー膜２０３を形成する。前記ライナー膜２０３は窒化膜を用いて形成する。前記ライナー膜２０３は、トレンチエッチング時に損傷されたシリコン基板を緩和させ、後に形成される分離絶縁膜を保護する役割をする。
前記トレンチ２０２に分離絶縁膜２０４を形成し、フィールド領域ＦＲとアクティブ領域ＡＲを定義する。前記分離絶縁膜２０４が形成された領域はフィールド領域ＦＲとなる。
前記分離絶縁膜２０４が形成されたシリコン基板２００の全面にバッファ絶縁膜２０６を形成する。前記バッファ絶縁膜２０６は１００〜２００Åの厚さで形成する。前記バッファ絶縁膜２０６は酸化膜で形成する。前記バッファ絶縁膜２０６はシリコン基板２００のアクティブ領域ＡＲ及び分離絶縁膜２０４上に形成される。
前記バッファ絶縁膜２０６上にマスク層２０８を形成する。前記マスク層２０８はシリコン（シリコン基板）とのエッチング選択比が高い物質膜を用いて形成する。前記マスク層２０８は４００ないし６００Åの厚さで形成する。前記マスク層２０８はシリコン窒化膜、例えばＳｉＯＮ膜やＳｉＸＮＹ膜を用いて形成する。前記マスク層２０８の例として挙げたＳｉＯＮ膜やＳｉＸＮＹ膜は、シリコン基板とのエッチング選択比が３：１程となる物質である。
前記マスク層２０８上に、後工程でリセスチャンネルトレンチを形成するためのフォトレジストパターン２０９を形成する。前記フォトレジストパターン２０９は写真工程を用いて形成する。前記リセスチャンネルトレンチを形成するための写真工程時に、マスク層２０８を反射防止膜として用いることができ、従来のように有機反射防止膜を更に形成する必要がないため工程を単純化できる。
図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すれば、マスク層パターン及びバッファ絶縁膜パターンは、次の２つの方法によって形成される。
第一に、前記フォトレジストパターン２０９をエッチングマスクとして、前記マスク層２０８及びバッファ絶縁膜２０６を順次エッチングし、マスク層パターン２０８ａ及びバッファ絶縁膜パターン２０６ａを形成する。次いで、前記エッチングマスクとして用いられたフォトレジストパターン２０９を除去する。前記マスク層２０８及びバッファ絶縁膜２０６のエッチングは、窒化膜エッチング装備でＦ及びＣｌガスを用いたプラズマエッチング方法で行う。
第二に、前記フォトレジストパターン２０９をマスクとして、前記マスク層２０８を選択的にエッチングし、マスク層パターン２０８ａを形成する。前記マスク層２０８のエッチングは、窒化膜エッチング装備でＦ及びＣｌガスを用いたプラズマエッチング方法で行う。次いで、前記フォトレジストパターン２０９及びマスク層パターン２０８ａをエッチングマスクとして、前記バッファ絶縁膜２０６を湿式エッチングし、バッファ絶縁膜パターン２０６ａを形成する。次に、前記フォトレジストパターン２０９を除去する。
本発明は従来と違って、酸化膜とのエッチング選択比が高いＨＢｒ及びＣｌガスを用いたポリシリコン膜エッチング装備を使用せずに、窒化膜エッチング装備や湿式エッチング方法でマスク層２０８及びバッファ絶縁膜２０６をエッチングするため、バッファ絶縁膜２０６を酸化膜副産物なしで正確にエッチングできる。
前記マスク層パターン２０８ａ及びバッファ絶縁膜パターン２０６ａにより、シリコン基板２００のアクティブ領域ＡＲ及び分離絶縁膜２０４表面の一部が完全に露出される。前記完全に露出された部分には、後工程でリセスチャンネルトレンチが形成される。
図１２Ａ及び図１２Ｂを参照すれば、前記マスク層パターン２０８ａ及びバッファ絶縁膜パターン２０６ａをエッチングマスクとして、シリコン基板２００及び分離絶縁膜２０４をエッチングし、リセスチャンネルトレンチ２１０、２１２を形成する。前記マスク層パターン２０８ａは、前記シリコン基板２００及び分離絶縁膜２０４のエッチングの間に高さが小さくなる。前記マスク層パターン２０８ａを６００Åの厚さで形成する場合、残るマスク層パターン２０８ａの厚さは２００Åとなる。前記シリコン基板２００及び分離絶縁膜２０４のエッチングは、ポリシリコンエッチング装備でＡｒ、ＣＦ４、Ｃｌ２、及びＨＢｒの組み合わせガスを用いたプラズマエッチング方法で行う。
前記リセスチャンネルトレンチ２１０、２１２を形成するためのエッチング時に、シリコン（シリコン基板）とのエッチング選択比が高いマスク層パターン２０８ａをエッチングマスクとして、シリコン基板２００をエッチングするため、シリコン基板２００のアクティブ領域ＡＲに形成されるリセスチャンネルトレンチの深さＨ１を適切に調節しつつ形成できる。これに関しては後述する。前記リセスチャンネルトレンチ２１０、２１２を形成するためのエッチング時に、分離絶縁膜２０４に対するマスク層パターン２０８ａのエッチング選択比を大きくしたため、分離絶縁膜２０４に形成されるリセスチャンネルトレンチ２１２の深さＨ２は、前記シリコン基板２００に形成されるリセスチャンネルトレンチ２１２の深さＨ１より小さくなる。
そして、前記リセスチャンネルトレンチ２１０、２１２を形成するためのエッチング時に、ポジティブ傾斜度を有するトレンチ２０２を境にエッチングが進むため、図１２Ｂに示したように、リセスチャンネルトレンチ２１０の底面の両側にシリコンフェンス（Ｓｉ ｆｅｎｃｅ）２１４が形成される。すなわち、点線円で示されているように、トレンチ２０２の側壁とリセスチャンネルトレンチ２１０側壁との間に、シリコン基板２００の一部が残留する。前記シリコンフェンス２１４は、従来技術により、ポリシリコンマスク層パターンを用いてリセスチャンネルトレンチを形成しても同様に形成される。
図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すれば、前記マスク層パターン２０８ａを化学的乾式エッチング（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｒｙ ｅｔｃｈ）方法または湿式エッチング方法を用いて除去する。前記化学的乾式エッチング方法は、ＣＦ４、Ｏ２、Ｎ２及びＨＦガスを用いてプラズマエッチングする。前記湿式エッチング方法は燐酸溶液を用いて行う。前記化学的乾式エッチング方法や湿式エッチング方法は、等方性エッチング特性を有するため、前記リセスチャンネルトレンチ２１０、２１２の深さも更に深くなり得る。
前記マスク層パターン２０８ａの除去時に、図１３Ｂに示したように、前記シリコンフェンス２１４も同時に除去される。従って、本発明は、従来技術に比べても製造工程が追加されずにシリコンフェンス２１４を除去する。前記マスク層パターン２０８ａをエッチングして除去する時、前記バッファ絶縁膜パターン２０６ａは除去せずに残す。前記残されたバッファ絶縁膜パターン２０６ａは、シリコン基板２００のアクティブ領域ＡＲを保護する役割をする。
図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すれば、リセスチャンネルトレンチ２１０の内壁にゲート絶縁膜２１５を形成する。次いで、リセスチャンネルトレンチ２１０、２１２を埋め込むポリシリコン層２１６、タングステンシリサイドＷＳｉなどのゲート金属層２１８及びキャッピング層２２０で構成されたリセスゲートスタック２２２を形成する。ここで、ポリシリコン層２１６及びゲート金属層２１８はゲート導電層２２２を形成する。その後、リセスゲートスタック２２２の両側壁下部にソース／ドレイン２２４と、前記リセスゲートスタック２２２の両側壁上にスペーサ２２６とを形成することによってリセスチャンネルアレイトランジスタを完成する。
本発明のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法は、１２ａ及び図１２Ｂで説明したリセスチャンネルトレンチの形成工程において、リセスチャンネルトレンチの深さの調節及びシリコン基板のエッチング均一度を確保できる。これと関連し、シリコン基板に形成されるリセスチャンネルトレンチの形成過程を、図１５及び図１６を参照して更に詳細に説明する。
図１５及び図１６は、図１２Ａ及び図１２Ｂのリセスチャンネルトレンチの形成過程を説明するための模式図である。図１５及び図１６において、図１２Ａ及び図１２Ｂと同じ参照番号は同じ部材を示す。
図１５を参照すれば、シリコン基板２００上にバッファ絶縁膜パターン２０６ａ及びマスク層パターン２０８ａが形成されている。前記マスク層パターン２０８ａの高さは、図１１Ａの高さと同じ高さである。前記バッファ絶縁膜パターン２０６ａ及びマスク層パターン２０８ａによって、シリコン基板２００が露出されている。前記露出されたシリコン基板２００は、リセスチャンネルトレンチが形成される部分である。そして、前記リセスチャンネルトレンチが形成される部分は、シリコン基板２００を全体的に見ると狭い領域ＮＲ、例えば、セル領域であり、リセスチャンネルトレンチが形成されない領域は広い領域ＷＲである。
図１６を参照すれば、マスク層パターン２０８ａ及びバッファ絶縁膜パターン２０６ａをエッチングマスクとして、シリコン基板２００をエッチングし、狭い領域ＮＲにリセスチャンネルトレンチ２１０を形成する。この際、本発明は、シリコンとのエッチング選択比が高いマスク層パターン２０８ａをエッチングマスクとして、シリコン基板２００をエッチングするため、参照番号２２６で示された部分はエッチングされ、シリコン基板２００上には高さが低くなったマスク層パターン２０８ａが残る。
このように、マスク層パターン２０８ａが残れば、リセスチャンネルトレンチ２１０が狭い領域ＮＲ（セル領域）にのみ形成されても、広い領域ＷＲのバッファ絶縁膜パターン２０６ａは露出されないため、従来のようにエッチングチェンバー内の雰囲気変化が激しくない。従って、本発明は、プラズマエッチングガスが狭い領域ＮＲに形成されたリセスチャンネルトレンチ２１０に集中されないため、リセスチャンネルトレンチ２１０の深さを調節することが容易であり、シリコン基板２００のエッチング均一度を向上させ得る。
換言すれば、本発明は、シリコンとのエッチング選択比が高いマスク層パターン２０８ａを用いることによって、リセスチャンネルトレンチ２１０のターゲットの深さほどエッチングを進行しても、マスク層パターン２０８ａが残っており、エッチングチェンバー内の雰囲気が変わらないため、リセスチャンネルトレンチ２１０の深さを容易に調節でき、シリコン基板２００のエッチング均一度を向上させ得る。
図１７及び図１８は、本発明の第２実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。図１７及び図１８は、図９のＡ−Ａ’線断面図である。
具体的に、本発明の第２実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法は、リセスチャンネルトレンチ２１０の上部角をラウンド処理することを除いては、第１実施形態と同じである。第２実施形態において、前記第１実施形態と同じ参照番号は同じ部材を示す。
まず、第１実施形態の図１１Ａ及び図１１Ｂ、または図１２Ａ及び図１２Ｂまでの製造工程を進行する。次いで、図１７を参照すれば、前記バッファ絶縁膜パターン２０６ａを参照番号２２８のように、マスク層パターン２０８ａより後方に後退するようにエッチングする。言い換えれば、前記バッファ絶縁膜パターン２０６ａの幅をマスク層パターン２０８ａより小さく形成する。前記バッファ絶縁膜パターン２０６ａのエッチングはＨＦ溶液を用いて行う。
次に、図１８を参照すれば、図１１Ａ及び図１１Ｂまでの工程を進行した場合には、前記と同じ方法でリセスチャンネルトレンチを形成する。次いで、前記マスク層パターン２０８ａを、前記と同じ化学的乾式エッチング方法や湿式エッチング方法を用いて除去する。
以上のように進行すると、前記リセスチャンネルトレンチの形成後やマスク層パターン除去後に、参照番号２３０で示したように、リセスチャンネルトレンチの上部角がラウンド処理される。このように、リセスチャンネルトレンチの上部角がラウンド処理されれば、トレンチの上部角に集中する電界を緩和させ、トランジスタの漏洩電流特性及びリフレッシュ特性を向上させ得る。
次に、第１実施形態の図１４Ａ及び図１４Ｂ工程を進行してリセスチャンネルアレイトランジスタを完成する。
図１９Ａ及び図１９Ｂは、本発明の第３実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。図１９Ａ及び図１９Ｂは、各々図９のＡ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線断面図である。
具体的に、本発明の第３実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法は、リセスチャンネルトレンチ２１０、２１２を形成した後、犠牲絶縁膜２３２を更に形成することを除いては第１実施形態と同じである。第３実施形態において、前記第１実施形態と同じ参照番号は同じ部材を示す。
まず、第１実施形態の図１２Ａ及び図１２Ｂまでの製造工程を進行する。次に、図１９Ａ及び図１９Ｂを参照すれば、リセスチャンネルトレンチ２１０、２１２が形成されたシリコン基板２００の全面に犠牲絶縁膜２３２を形成する。前記犠牲絶縁膜２３２は酸化膜を用いて形成する。前記犠牲絶縁膜２３２は、後工程でマスク層パターン２０８ａの除去のために燐酸を使用する場合、ライナー膜２０３が損傷される恐れがあるため、前記ライナー膜２０３を保護するために形成する。
次に、第１実施形態の図１３Ａ及び図１３４ｂと、図１４Ａ及び図１４Ｂ工程を進行してリセスチャンネルアレイトランジスタを完成する。
本発明は半導体素子の製造方法に適用できる。特に、本発明はリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法に適用できる。
従来技術にかかるリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法を説明するために示す断面図である。 従来技術にかかるリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法を説明するために示す断面図である。 従来技術にかかるリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法を説明するために示す断面図である。 従来技術にかかるリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法を説明するために示す断面図である。 従来技術にかかるリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法を説明するために示す断面図である。 図４及び図５のリセスチャンネルトレンチの形成過程を説明するための模式図である。 図４及び図５のリセスチャンネルトレンチの形成過程を説明するための模式図である。 図４及び図５のリセスチャンネルトレンチの形成過程を説明するための模式図である。 本発明にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタ製造方法に適用されたマスク層パターンを示すレイアウト図である。 本発明の第１実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 図１２Ａ及び図１２Ｂのリセスチャンネルトレンチの形成過程を説明するための模式図である。 図１２Ａ及び図１２Ｂのリセスチャンネルトレンチの形成過程を説明するための模式図である。 本発明の第２実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態にかかるリセスアレイチャンネルトランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
符号の説明
２００ シリコン基板
２０２ トレンチ
２０３ ライナー膜
２０４ 分離絶縁膜
２０６ａ バッファ絶縁膜パターン
２１４ シリコンフェンス
２１６ ポリシリコン層
２１８ ゲート金属層
２２０ キャッピング層
２２２ リセスゲートスタック
２２４ ソース／ドレイン
２２６ スペーサ

Claims (25)

  1. シリコン基板のトレンチに埋め込まれた分離絶縁膜を形成してアクティブ領域を定義する段階と、
    前記アクティブ領域が定義された前記シリコン基板上にバッファ絶縁膜を形成する段階と、
    前記バッファ絶縁膜上に、前記シリコン基板とのエッチング選択比が大きいマスク層を形成する段階と、
    前記マスク層及びバッファ絶縁膜を選択的にエッチングし、前記アクティブ領域及び分離絶縁膜の一部を露出するマスク層パターン及びバッファ絶縁膜パターンを形成する段階と、
    前記マスク層パターン及びバッファ絶縁膜パターンをマスクとして、前記露出されたアクティブ領域のシリコン基板及び分離絶縁膜をエッチングしてリセスチャンネルトレンチを形成する段階と、
    前記マスク層パターンを除去する段階と、
    前記リセスチャンネルトレンチにゲート絶縁膜及びリセスゲートスタックを形成する段階と、
    前記リセスゲートスタックの両側壁のシリコン基板に、ソース／ドレインを形成する段階と、を含んでなることを特徴とするリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  2. 前記マスク層は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  3. 前記マスク層は、ＳｉＯＮ膜やＳｉＸＮＹ膜であることを特徴とする請求項２に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  4. 前記リセスチャンネルトレンチを形成するためのエッチング段階において、前記シリコン基板に対するマスク層パターンのエッチング選択比を３：１とすることを特徴とする請求項１に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  5. 前記マスク層パターン及びバッファ絶縁膜パターンを形成する段階は、
    前記マスク層上にフォトレジストパターンを形成する段階と、
    前記フォトレジストパターンをマスクとして、前記マスク層及びバッファ絶縁膜を選択的にエッチングする段階と、よりなることを特徴とする請求項１に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  6. 前記マスク層パターン及びバッファ絶縁膜パターンを形成する段階は、
    前記マスク層上にフォトレジストパターンを形成する段階と、
    前記フォトレジストパターンをマスクとして、前記マスク層を選択的にエッチングしてマスク層パターンを形成する段階と、
    前記フォトレジストパターン及びマスク層パターンをエッチングマスクとして、前記バッファ絶縁膜を湿式エッチングしてバッファ絶縁膜パターンを形成する段階と、
    前記フォトレジストパターンを除去する段階と、よりなることを特徴とする請求項１に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  7. 前記リセスゲートスタックを形成する段階は、
    前記リセスチャンネルトレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成する段階と、
    前記ゲート絶縁膜上に、前記リセスチャンネルトレンチを埋め込むゲート導電層及びキャッピング層を順次形成する段階と、
    前記ゲート導電層及びキャッピング層をパターニングしてリセスゲートスタックを形成する段階と、を含んでなることを特徴とする請求項１に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  8. シリコン基板のトレンチに埋め込まれた分離絶縁膜を形成してアクティブ領域を定義する段階と、
    前記アクティブ領域が定義された前記シリコン基板上にバッファ絶縁膜を形成する段階と、
    前記バッファ絶縁膜上に、前記シリコン基板とのエッチング選択比が大きいマスク層を形成する段階と、
    前記マスク層及びバッファ絶縁膜を選択的にエッチングし、前記アクティブ領域及び分離絶縁膜の一部を露出するマスク層パターン及びバッファ絶縁膜パターンを形成する段階と、
    前記露出されたアクティブ領域のシリコン基板及び分離絶縁膜をエッチングしてリセスチャンネルトレンチを形成すると共に、前記マスク層パターンの一部を残す段階と、
    前記残されたマスク層パターンを除去すると共に、前記トレンチの側壁に形成されたシリコンフェンスを同時に除去する段階と、
    前記リセスチャンネルトレンチにゲート絶縁膜及びリセスゲートスタックを形成する段階と、及び
    前記リセスゲートスタックの両側壁のシリコン基板にソース／ドレインを形成する段階と、を含んでなることを特徴とするリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  9. 前記マスク層は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項８に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  10. 前記マスク層は、ＳｉＯＮ膜またはＳｉＸＮＹ膜であることを特徴とする請求項９に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  11. 前記リセスチャンネルトレンチを形成するためのエッチング段階において、前記シリコン基板に対するマスク層パターンのエッチング選択比を３：１とすることを特徴とする請求項８に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  12. 前記マスク層パターン及びシリコンフェンスの除去は、化学的乾式エッチング方法または湿式エッチング方法を用いて行うことを特徴とする請求項８に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  13. 前記化学的乾式エッチング方法は、ＣＦ４、Ｏ２、Ｎ２及びＨＦガスの組み合わせガスを用いたプラズマエッチング方式であることを特徴とする請求項８に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  14. 前記湿式エッチング方法は、燐酸溶液を用いて行うことを特徴とする請求項１２に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  15. 前記マスク層及びシリコンフェンスの除去時に、前記バッファ絶縁膜パターンは除去せずに残すことを特徴とする請求項８に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  16. シリコン基板のトレンチに埋め込まれた分離絶縁膜を形成してアクティブ領域を定義する段階と、
    前記アクティブ領域が定義された前記シリコン基板上にバッファ絶縁膜を形成する段階と、
    前記バッファ絶縁膜上に前記シリコン基板とのエッチング選択比が大きいマスク層を形成する段階と、
    前記マスク層及びバッファ絶縁膜を選択的にエッチングし、前記アクティブ領域及び分離絶縁膜の一部を露出するマスク層パターン及びバッファ絶縁膜パターンを形成する段階と、
    前記バッファ絶縁膜パターンを、前記マスク層パターンより後方に後退するように湿式エッチングする段階と、
    前記マスク層パターン及びバッファ絶縁膜パターンをマスクとして、前記露出されたアクティブ領域のシリコン基板及び分離絶縁膜をエッチングし、上部角がラウンド処理されたリセスチャンネルトレンチを形成する段階と、
    前記マスク層パターンを除去する段階と、
    前記リセスチャンネルトレンチに、ゲート絶縁膜及びリセスゲートスタックを形成する段階と、
    前記リセスゲートスタックの両側壁のシリコン基板にソース／ドレインを形成する段階と、を含んでなることを特徴とするリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  17. 前記バッファ絶縁膜の湿式エッチングは、フッ酸溶液を用いて行うことを特徴とする請求項１６に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  18. 前記マスク層は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１６に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  19. シリコン基板のトレンチに埋め込まれた分離絶縁膜を形成してアクティブ領域を定義する段階と、
    前記アクティブ領域が定義された前記シリコン基板上にバッファ絶縁膜を形成する段階と、
    前記バッファ絶縁膜上に、前記シリコン基板とのエッチング選択比が大きいマスク層を形成する段階と、
    前記マスク層及びバッファ絶縁膜を選択的にエッチングし、前記アクティブ領域及び分離絶縁膜の一部を露出するマスク層パターン及びバッファ絶縁膜パターンを形成する段階と、
    前記マスク層パターン及びバッファ絶縁膜パターンをマスクとして、前記露出されたアクティブ領域のシリコン基板及び分離絶縁膜をエッチングしてリセスチャンネルトレンチを形成する段階と、
    前記バッファ絶縁膜パターンを、前記マスク層パターンより後方に後退するように湿式エッチングする段階と、
    前記マスク層パターンを除去すると共にリセスチャンネルの上部角をラウンド処理させる段階と、
    前記リセスチャンネルトレンチにゲート絶縁膜及びリセスゲートスタックを形成する段階と、
    前記リセスゲートスタックの両側壁のシリコン基板にソース／ドレインを形成する段階と、を含んでなることを特徴とするリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  20. 前記バッファ絶縁膜の湿式エッチングは、フッ酸溶液を用いて行うことを特徴とする請求項１９に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  21. 前記マスク層は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１９に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  22. シリコン基板にトレンチを形成する段階と、
    前記トレンチの内壁にライナー膜を形成する段階と、
    前記トレンチのライナー膜上に埋め込まれた分離絶縁膜を形成してアクティブ領域を定義する段階と、
    前記アクティブ領域が定義された前記シリコン基板上にバッファ絶縁膜を形成する段階と、
    前記バッファ絶縁膜上に、前記シリコン基板とのエッチング選択比が大きいマスク層を形成する段階と、
    前記マスク層及びバッファ絶縁膜を選択的にエッチングし、前記アクティブ領域及び分離絶縁膜の一部を露出するマスク層パターン及びバッファ絶縁膜パターンを形成する段階と、
    前記露出されたアクティブ領域のシリコン基板及び分離絶縁膜をエッチングしてリセスチャンネルトレンチを形成すると共に、前記マスク層パターンの一部を残す段階と、
    前記リセスチャンネルトレンチが形成されたシリコン基板の全面に犠牲絶縁膜を形成し、前記ライナー膜を保護する段階と、
    前記残されたマスク層パターンと、前記トレンチの側壁に形成されたシリコンフェンスとを同時に除去する段階と、
    前記リセスチャンネルトレンチにゲート絶縁膜及びリセスゲートスタックを形成する段階と、
    前記リセスゲートスタックの両側壁のシリコン基板にソース／ドレインを形成する段階と、を含んでなることを特徴とするリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  23. 前記ライナー膜は、窒化膜であることを特徴とする請求項２２に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  24. 前記マスク層パターン及びシリコンフェンスの除去は、燐酸溶液を用いて行うことを特徴とする請求項２２に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
  25. 前記マスク層は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項２２に記載のリセスチャンネルアレイトランジスタの製造方法。
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