JP2006128673A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板の表面を露出させる少なくとも一つの開口を有する絶縁パターン116を基板の上部に形成する。ヴォイドを有する第1ポリシリコン層を、開口を満たすように基板の上部に形成する。第1ポリシリコン層の上部を除去して、リセスが露出するようにヴォイドをリセスに拡張する。リセスを埋め立てるように第2ポリシリコン層132を基板の上部に形成する。
【選択図】図9
Description
フラッシュメモリ装置は、一般的にF−Nトンネリングまたはチャンネル熱電子注入を用いてデータを入/出力する。
前述した方法によると、前記フローティングゲートは半導体基板を部分的に露出させる酸化膜パターンによって自己整列する。
図1は、本発明の一実施例による半導体基板上に形成されたパッド酸化膜とマスク層を説明するための断面図であり、図2は、図1に示したマスク層から形成されたマスクパターンを説明するための断面図である。
前記パッド酸化膜102は、熱酸化工程、化学気相蒸着(CVD)工程などを通じて厚さ約70Å〜100Å程度で形成することができる。前記パッド酸化膜102は、半導体基板100の表面処理のために約750℃〜900℃程度の温度にて形成されることが望ましい。
図2に示すように、前記フォトレジストパターン106をエッチングマスクとするエッチング工程を通じて前記マスク層104及びパッド酸化膜102を順次エッチングすることによって、素子分離領域100aを露出させるマスクパターン108とパッド酸化膜パターン110を形成する。具体的に、前記マスクパターン108及びパッド酸化膜パターン110は、半導体基板100上に前記素子分離領域100aを露出させる第1開口112を限定する。
前記マスクパターン108及びパッド酸化パターン110を形成した後、前記フォトレジストパターン106はO2プラズマを用いたアッシング工程またはストリップ工程を通じて除去される。
図5に示すように、前記マスクパターン108及びパッド酸化膜パターン110を乾式エッチング工程または湿式エッチング工程によって除去して、アクティブ領域100bを露出させる第2開口118を形成する。前記第2開口118は、フィールド絶縁パターン116によって限定される。例えば、湿式エッチング工程には、燐酸及び希釈されたフッ酸溶液を含むエッチング液を用いる。フィールド絶縁パターン116の表面部位は、前記マスクパターン108及びパッド酸化膜110を除去する期間、部分的にエッチングされることがある。
図6に示すように、露出したアクティブ領域100b上に第1誘電膜(またはトンネル酸化膜)120が形成される。前記第1誘電膜120としては、熱酸化工程を通じて形成されたシリコン酸化膜を用いてもよい。選択的に前記第1誘電膜120には、フッ素ドーピングされたシリコン酸化膜、炭素ドーピングされたシリコン酸化膜、及び/または低誘電率物質膜などを用いてもよい。
例えば、前記第2予備ポリシリコンパターン128は、第1予備ポリシリコンパターン126の表面部位を湿式エッチング工程を通じて部分エッチングすることで形成することができる。前記エッチング工程は、露出したヴォイド124aのサイズを増加させ、平均幅が約100Å〜300Å程度であるリセス130を形成する。前記湿式エッチング工程には、SC−1またはNSC−1などのようなエッチング液を用いることができる。前記第1予備ポリシリコンパターン126の表面部位をエッチングする期間や前記化学的機械的研磨工程を行った後に発生し第1予備ポリシリコンパターン126上に残留するスラリー及び研磨副産物が除去される。
前記第1予備ポリシリコンパターンは、部分的にエッチングされ、第2予備ポリシリコンパターン128が生成される。例えば、前記NH4OH、H2O2及びH2Oが1:4:20のモル比で混合されたSC−1を用いて約70℃の温度にてエッチングすると、第1予備ポリシリコンパターン126のポリシリコンと第1絶縁膜パターン116のシリコン酸化物とのエッチング選択比は約5.5:1程度である。即ち、前記ポリシリコンのエッチング率が約8Å/minであり、前記シリコン酸化物のエッチング率が約1.4Å/min程度である。
図9に示すように、第2予備ポリシリコンパターン128及びフィールド絶縁パターン116上に第2ポリシリコン層132を形成する。そして図示したように、第2ポリシリコン層132はリセス130を満たす。前記第2ポリシリコン層132を形成する方法は、第1ポリシリコン層122を形成する方法と同一に行うことができる。
まず、図10に示すように、第2ポリシリコン層132を部分的に除去した後に、フローティングゲートとしての役割を果たすポリシリコンパターン134を形成する。リセスを満たす一部を除いて第2ポリシリコン層132は除去され、ポリシリコンパターン134を形成する。
本実施例では、図1から図5を参照して説明された工程と同一の工程が行われ、半導体基板200を横切る第1方向に延長され半導体基板200のアクティブ領域202を定義するフィールド絶縁パターン210が生成される。図13に示したように、第1絶縁パターン210は、半導体基板の内部に配置された下部、及び半導体基板の上部に突出した上部を有することができる。
第1予備ポリシリコンパターン214の上部内のヴォイド216は、第1ポリシリコン層を形成する途中に発生する可能性がある。
図14及び図15に示すように、第1予備ポリシリコンパターン214の表面部位を除去することで開放されたヴォイド216aを有する第2予備ポリシリコンパターン218を形成する。第2予備ポリシリコンパターン218の表面部位を除去してリセス220及び第3予備ポリシリコンパターン222を形成する。
前記開放されたヴォイド216aの幅は、約50Å〜150Å程度であり、前記リセス220は約100Å〜300Å程度の平均幅を有するよう形成されることが望ましい。
本実施例では、図1から図5を参照して説明された工程と同一の工程が行われ、半導体基板300上に形成されたフィールド絶縁パターン310が生成される。
図18及び図19は、半導体基板のアクティブ領域上に形成された第1誘電膜及び第1予備シリコンパターンを説明するための断面図である。
半導体基板300のアクティブ領域302上に、例えば、シリコン酸化膜のような第1誘電膜312が形成される。第1誘電膜312及びフィールド絶縁パターン310上に第1ポリシリコン層(図示せず)を形成する。ここで、前記第1ポリシリコン層は、フィールド絶縁パターン310と第1誘電膜312によって限定された空間を十分満たすように形成される。
前記化学的機械的研磨工程を行った後、希釈したフッ酸溶液を用いてフィールド絶縁パターン310の上部を部分的に除去して第1予備ポリシリコンパターン314の側面を部分的に露出させる。
図20に示すように、露出したヴォイド316は、SC−1及び/またはNSC−1エッチング液によって拡張され、第2予備ポリシリコンパターン320及びリセス318を形成する。前記リセス318は、「U」字形状の断面形状を有し、約100Å〜300Å程度の平均幅を有する。
図21に示すように、第2予備ポリシリコンパターン320の上部面と側面、及びフィールド絶縁パターン310上に第2ポリシリコン層322を形成する。
図22に示すように、第2ポリシリコン層322の一部及び第2ポリシリコンパターン320の一部を除去してポリシリコンパターン324を形成する。前記ポリシリコンパターン324を形成するためのエッチング工程は、エッチング時間によって制御することができる。例えば、目標厚さは第2ポリシリコン層322の厚さ以上で設定される。したがって、第2ポリシリコン層322のフィールド絶縁パターン310上の部位を完全に除去することができる。
(産業上の利用可能性)
Claims (35)
- 基板の表面を露出させる少なくとも一つの開口を有する絶縁パターンを前記基板の上部に形成する段階と、
ヴォイドを有する第1ポリシリコン層を前記基板の上部に形成して前記開口を埋め立てる段階と、
前記第1ポリシリコン層の上部を除去し、前記ヴォイドをリセスに拡張して前記リセスを露出させる段階と、
前記リセスを埋め立てるように第2ポリシリコン層を前記基板の上部に形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1ポリシリコン層の上部を除去する段階では、前記リセスを形成する期間、前記ヴォイドの幅を50〜300Åから100〜300Åに拡張することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2ポリシリコン層を形成する段階にて、前記第1ポリシリコン層の厚さは前記リセスの幅の0.5倍以上であることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1ポリシリコン層の上部を除去する段階では、湿式エッチングによって前記ヴォイドを拡張して前記リセスを形成することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
- 前記湿式エッチングの工程では、水酸化アンモニウム、過酸化水素及び水の混合物を用いることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1ポリシリコン層の上部を除去する段階は、
前記第1ポリシリコン層を平坦化して前記ヴォイドを露出させる段階と、
前記ヴォイドを拡張して前記リセスを形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1ポリシリコン層を平坦化する段階は、化学的機械的研磨工程によって行われることを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ヴォイドを拡張する段階では、湿式エッチング工程によって前記ヴォイドを拡張して前記リセスを形成することを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1ポリシリコン層を形成する前に、前記基板の露出した部分に第1誘電体膜を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1ポリシリコン層を平坦化する段階と前記ヴォイドを拡張する段階との間に、前記絶縁パターンの上部を除去して前記第1ポリシリコン層の側壁を露出させる段階を更に含むことを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
- 前記絶縁パターンの上部を除去する段階では、前記絶縁パターンの高さが前記基板の上部面より低くないようにすることを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2ポリシリコン層の上部を除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2ポリシリコン層の上部を除去する段階では、前記第2ポリシリコン層をエッチングし、前記リセスの内部に存在しない前記第2ポリシリコンの一部を完全に除去することを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板の上部に第2誘電体膜を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。
- 第2誘電体膜上にコントロールゲート層を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1ポリシリコン層は第1方向に沿って形成され、前記第2誘電体膜及び前記コントロールゲート層は前記第1方向に対して垂直な第2方向に沿って形成されることを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。
- 前記コントロールゲート層を形成する段階は、前記コントロールゲート層の第1導電層及び第2導電層を形成する段階を含むことを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1ポリシリコン層の上部を除去する段階では、湿式エッチングを通じて前記第1ポリシリコン層の上部の少なくとも一部を除去し、前記ヴォイドを拡張して前記リセスを形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記湿式エッチングでは、前記第1ポリシリコン層の上部の少なくとも一部を除去して前記ヴォイドを露出させることを特徴とする請求項18記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1ポリシリコン層の上部を除去する段階では、前記第1ポリシリコン層を湿式エッチングする前に前記第1ポリシリコン層を平坦化することを特徴とする請求項18記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1ポリシリコン層を形成する前に、前記基板の前記露出した部分上に第1誘電体膜を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2ポリシリコン層の上部を除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項21記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2ポリシリコン層の上部を除去する段階では、前記第2ポリシリコン層をエッチングし、前記リセスの内部に存在しない前記第2ポリシリコン層の一部を完全に除去することを特徴とする請求項22記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2ポリシリコン層の上部を除去する前に、前記絶縁パターンの上部を除去して前記第1ポリシリコン層の側壁を露出させる段階を更に含むことを特徴とする請求項22記載の半導体装置の製造方法。
- 前記絶縁パターンの上部を除去する段階では、前記絶縁パターンの高さが前記基板の上部面より低くないようにすることを特徴とする請求項24記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板の上部に第2誘電体膜を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項24記載の半導体装置の製造方法。
- 第2誘電体膜上にコントロールゲート層を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項26記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1ポリシリコン層は第1方向に沿って形成され、前記第2誘電体膜及び前記コントロールゲート層は第1方向に対して垂直な第2方向に沿って形成されることを特徴とする請求項27記載の半導体装置の製造方法。
- 前記コントロールゲート層を形成する段階は、第1導電層及び第2導電層を形成する段階を含むことを特徴とする請求項27記載の半導体装置の製造方法。
- 基板の表面が露出するように開口を有するパターンを形成する段階と、
前記露出した基板の表面上、及びパターン上に第1ポリシリコン層を形成して前記開口を満たす段階と、
前記パターンの上面が露出するまで前記第1ポリシリコン層を平坦化し、開口内に第1ポリシリコンパターンを形成する段階と、
第1ポリシリコンパターン内のヴォイドを除去する段階と、
前記パターン上に第2ポリシリコン層を形成する段階と、
前記第2ポリシリコン層を部分的に除去して第2ポリシリコンパターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記ヴォイドは、水酸化アンモニウム、過酸化水素及び水の混合液を用いた湿式エッチング工程によって除去されることを特徴とする請求項30記載の半導体装置の製造方法。
- 前記過酸化水素と前記第1ポリシリコンパターンとの反応によって形成された酸化物を除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項31記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ヴォイドは、前記第1ポリシリコンパターンの上面に選択的にリセスを形成することによって除去されることを特徴とする請求項30記載の半導体装置の製造方法。
- 前記リセスは、前記第1ポリシリコン層のパターニングによって前記第1ポリシリコンパターンの上部面から露出したヴォイドを拡張することにより形成されることを特徴とする請求項33記載の半導体装置の製造方法。
- 前記リセスを形成する段階は、
前記第1ポリシリコンパターンの内部のヴォイドを露出させる段階と、
前記露出したヴォイドを拡張し、前記リセスを形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項33記載の半導体装置の製造方法。
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