JP2006303403A - フラッシュメモリ素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ビットラインの厚さおよび幅を均一にするためのフラッシュメモリ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板上に第1SiON膜を形成し、熱処理する段階と、前記熱処理された第1SiON膜上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜上に第2SiON膜を形成し、熱処理する段階と、前記熱処理された第2SiON膜、前記絶縁膜および前記熱処理された第1SiON膜をパターニングしてトレンチを形成する段階と、全面に第3SiON膜を形成し熱処理した後、前記熱処理された第3SiON膜を前記トレンチの側面にのみ残す段階と、前記トレンチ内にビットラインを形成する段階とを含む。
【選択図】図2
【解決手段】半導体基板上に第1SiON膜を形成し、熱処理する段階と、前記熱処理された第1SiON膜上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜上に第2SiON膜を形成し、熱処理する段階と、前記熱処理された第2SiON膜、前記絶縁膜および前記熱処理された第1SiON膜をパターニングしてトレンチを形成する段階と、全面に第3SiON膜を形成し熱処理した後、前記熱処理された第3SiON膜を前記トレンチの側面にのみ残す段階と、前記トレンチ内にビットラインを形成する段階とを含む。
【選択図】図2
Description
本発明は、フラッシュメモリ素子の製造方法に係り、特に、ビットラインの厚さおよび幅を均一に形成するためのフラッシュメモリ素子の製造方法に関する。
フラッシュメモリ素子において、ビットラインは、ゲート、ソースコンタクトおよびドレインコンタクトなどの所定の下部パターンが形成された半導体基板上に酸化膜を蒸着した後、酸化膜にトレンチを形成し、トレンチ内に金属膜を充填した後、金属膜を化学的機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polishing)して形成する。
ビットラインの厚さおよび幅は、ビットラインの抵抗およびキャパシタンス値を決定する。したがって、前記酸化膜の厚さと幅を一定に調節しなければ、ビットラインの抵抗およびキャパシタンス値を一定に保つことができない。
ビットラインの幅の不均一は、トレンチの形成後、金属膜形成工程の前に行うクリーニング工程時の前記トレンチ側面の酸化膜の損失に起因する。これを防止するためには、トレンチの側面に窒化膜からウェットバリアを形成している。ところが、窒化膜は、酸化膜に比べて誘電率が高いため、ウェットバリアによってビットラインキャパシタンスが増加するという問題が発生する。
一方、ビットラインの厚さの不均一は、トレンチエッチング工程または金属膜CMP工程の際の酸化膜の損失に起因し、これを防止するためには、酸化膜の上、下部にそれぞれCMPストップレイヤーとエッチストップレイヤー(etch stop layer)を形成しなければならない。
ところが、トレンチの形成後、金属膜形成工程の前に行うクリーニング工程に用いられるウェットケミカル(wet chemical)によってCMPストップレイヤーおよびエッチストップレイヤーが損失することにより、ビットラインの厚さの不均一問題が完全に解決されていない。
このようなビットラインの厚さおよび幅の不均一問題は、デバイスの縮小(shrink)に伴ってさらに著しくなり、ビットラインの抵抗およびキャパシタンスの不均一をもたらしてデバイスの特性を悪化させる。
そこで、本発明は、前述した従来の技術の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、ビットラインの厚さおよび幅を均一にするためのフラッシュメモリ素子の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ビットラインの抵抗およびキャパシタンスの均一性を向上させることが可能なフラッシュメモリ素子の製造方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、ビットラインのキャパシタンスを減少させることが可能なフラッシュメモリ素子の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明は、(a)半導体基板上に第1SiON膜を形成し、熱処理する段階と、(b)前記熱処理された第1SiON膜上に絶縁膜を形成する段階と、(c)前記絶縁膜上に第2SiON膜を形成し、熱処理する段階と、(d)前記熱処理された第2SiON膜、前記絶縁膜および前記熱処理された第1SiON膜をパターニングしてトレンチを形成する段階と、(e)全面に第3SiON膜を形成し熱処理した後、前記熱処理された第3SiON膜を前記トレンチの側面にのみ残す段階と、(f)前記トレンチ内にビットラインを形成する段階とを含むことを特徴とする、フラッシュメモリ素子の製造方法を提供する。
前記第1SiON膜を150〜300Åの厚さに形成することが好ましい。
前記(a)段階、(c)段階および(e)段階の熱処理温度は、500〜850℃であることが好ましい。
前記(a)段階、(c)段階および(e)段階の熱処理工程は、酸化雰囲気および非活性雰囲気中で行うことが好ましい。
前記第2SiON膜を200〜500Åの厚さに形成することが好ましい。
前記第3SiON膜を30〜100Åの厚さに形成することが好ましい。
前記(d)段階は、前記熱処理された第2SiON膜上にハードマスク膜を形成する段階と、フォトエッチング工程で前記ハードマスク膜と前記熱処理された第2SiON膜をパターニングする段階と、前記パターニングされたハードマスク膜をマスクとして、前記絶縁膜と前記熱処理された第1SiON膜をパターニングしてトレンチを形成する段階と、前記ハードマスク膜を除去する段階とからなることが好ましい。
前記ハードマスク膜をシリコン窒化膜で形成することが好ましい。
前記ハードマスク膜の除去の際にリン酸(H3PO4)を使用することが好ましい。
本発明は、次のような効果がある。
(1)熱処理されたSiON膜を用いてウェットケミカルによる酸化膜の損失を減らすことができるので、ビットラインの厚さおよび幅を均一に形成することができる。したがって、ビットラインの抵抗およびキャパシタンスを一定に維持させることができる。
(2)窒化膜に比べて誘電率の低いSiON膜でウェットバリアを形成してビットラインのキャパシタンスを低めることができるので、ビットラインの速度を向上させることができる。
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。ところが、これらの実施例は様々な形に変形できるが、本発明の範囲を限定するものではない。これらの実施例は当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明の範疇をより完全に知らせるために提供されるものである。本発明の範囲は本願の特許請求の範囲によって理解されるべきである。
表1によれば、熱処理していないSiON膜の場合、ウェットクリーニング工程によるエッチング率は、36.5〜60.9Å/minと非常に高いことが分かる。
表2によれば、熱処理されたSiONは、熱処理していないSiONとは異なり、ウェットケミカルによるエッチング率が5Å/min以下と低いことを確認することができる。
本発明では、酸化膜を蒸着およびエッチングしてトレンチを形成し、トレンチに金属膜を充填した後、金属膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)してビットラインを形成するに際して、前記トレンチエッチング工程のエッチストップレイヤー、CMP工程のCMPストップレイヤーおよびトレンチ側面のウェットバリア(wetbarrier)を、熱処理されたSiON膜で形成することにより、ウェットクリーニング工程の際に酸化膜の損失を防止してビットラインの厚さおよび幅を一定に形成しようとする。
図1、図2は本発明の実施例に係るフラッシュメモリ素子の製造工程断面図である。
まず、図1(a)に示すように、ゲート、ソースコンタクト、ドレインコンタクトなど所定の下部パターンが形成された半導体基板10上にウェットバリアおよびエッチストッパーの役割を担当する第1SiON膜11を150〜300Åの厚さに形成し、前記第1SiON膜11を熱処理する。
前記第1SiON膜11に対する熱処理工程は、500〜850℃温度の酸化雰囲気および非活性雰囲気中で行う。
その後、前記熱処理された第1SiON膜11上に絶縁膜、例えば酸化膜12を形成し、ウェットバリアおよびCMPストッパーの役割をする第2SiON膜13を200〜500Åの厚さに蒸着した後、熱処理する。
前記第2SiON膜13に対する熱処理工程は、500〜850℃温度の酸化雰囲気および非活性雰囲気中で行う。
前記熱処理された第2SiON膜13上にハードマスク14を形成する。前記ハードマスク14としては、窒化膜、例えばシリコン窒化膜SiNを使用することが良い。
その後、前記ハードマスク14上にフォトレジストPRを塗布し、露光および現像工程により前記フォトレジストPRをパターニングしてビットラインを定義する。
次いで、図1(b)に示すように、前記パターニングされたフォトレジストPRをマスクとして前記ハードマスク膜14および前記熱処理された第2SiON膜13をエッチングする。
前記ハードマスク14のエッチングの際にエッチング条件を調節してハードマスク膜14の幅を調節し、これにより以後に形成されるトレンチの幅を調節する。
次に、前記フォトレジストPRを除去した後、図1(c)に示すように、前記ハードマスク膜14をマスクとして前記酸化膜12と前記熱処理された第1SiON膜11を順次エッチングしてトレンチ15を形成する。
この際、前記熱処理された第1SiON膜11をエッチング停止膜として酸化膜12をエッチングしてから、エッチング条件を変更した後、熱処理された第1SiON膜11をエッチングする。前記熱処理された第1SiON膜11のエッチングの際に、熱処理された第1SiON膜11の下部層が100〜1000Å程度損失されるようにする。
前記トレンチ15のエッチングの際に前記ハードマスク膜14も共にエッチングされ、図1(c)に示すようにその厚さが薄くなる。
その後、図2(a)に示すように、高温のリン酸(H3PO4)浴(phosphoric acid bath)で残っているハードマスク膜14を完全に除去する。前記ハードマスク膜14の除去の際に、前記トレンチ15の側面の酸化膜12の損失厚さは50Å以下となるようにし、前記熱処理された第1、第2SiON膜11、13の損失厚さは50Å以下となるようにする。
次に、図2(b)に示すように、以後に行われるウェットクリーニング工程に使用されるウェットケミカルによるトレンチ15の側面の酸化膜12の損失を防止するために、前記トレンチ15を含んだ全表面上に、既存のウェットバリアに使用される窒化膜に比べて低い誘電率を有するSiON膜を30〜100Åの膜厚に蒸着して第3SiON膜を形成し、熱処理する。
その後、前記トレンチ15の側面にのみ残るように、前記熱処理された第3SiON膜をエッチバックし、ウェットバリア16を形成する。
その後、図2(c)に示すように、前記トレンチ15が完全に埋め込まれるよう全面に金属膜を蒸着し、前記熱処理された第2SiON膜13をストッパー層として全面をCMPして前記トレンチ15内にビットライン17を形成する。
以上、本発明の実施例に係るフラッシュメモリ素子の製造を完了する。
10 半導体基板
11 第1SiON膜
12 酸化膜
13 第2SiON膜
14 ハードマスク膜
15 トレンチ
16 ウェットバリア
17 ビットライン
11 第1SiON膜
12 酸化膜
13 第2SiON膜
14 ハードマスク膜
15 トレンチ
16 ウェットバリア
17 ビットライン
Claims (9)
- (a)半導体基板上に第1SiON膜を形成し、熱処理する段階と、
(b)前記熱処理された第1SiON膜上に絶縁膜を形成する段階と、
(c)前記絶縁膜上に第2SiON膜を形成し、熱処理する段階と、
(d)前記熱処理された第2SiON膜、前記絶縁膜および前記熱処理された第1SiON膜をパターニングしてトレンチを形成する段階と、
(e)全面に第3SiON膜を形成し、熱処理した後、前記熱処理された第3SiON膜を前記トレンチの側面にのみ残す段階と、
(f)前記トレンチ内にビットラインを形成する段階とを含むことを特徴とするフラッシュメモリ素子の製造方法。 - 前記第1SiON膜を150〜300Å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素子の製造方法。
- 前記(a)段階、(c)段階および(e)段階の熱処理温度は、500〜850℃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素子の製造方法。
- 前記(a)段階、(c)段階および(e)段階の熱処理工程は、酸化雰囲気および非活性雰囲気中で行うことを特徴とする請求項1記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
- 前記第2SiON膜を200〜500Å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素子の製造方法。
- 前記第3SiON膜を30〜100Å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素子の製造方法。
- 前記(d)段階は、前記熱処理された第2SiON膜上にハードマスク膜を形成する段階と、
フォトエッチング工程で前記ハードマスク膜と前記熱処理された第2SiON膜をパターニングする段階と、
前記パターニングされたハードマスク膜をマスクとして、前記絶縁膜と前記熱処理された第1SiON膜をパターニングしてトレンチを形成する段階と、
前記ハードマスク膜を除去する段階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素子の製造方法。 - 前記ハードマスク膜をシリコン窒化膜で形成することを特徴とする請求項7記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
- 前記ハードマスク膜の除去の際にリン酸(H3PO4)を使用することを特徴とする請求項7記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
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