JP2007165829A - フラッシュメモリ素子のゲート形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】誘電体膜エッチングに際して、レシピを調節してエッチングすることにより、半導体基板の活性領域に生じるアタックを防止するフラッシュメモリ素子のゲート形成方法を提供する。
【解決手段】半導体基板100に画定された活性領域にトンネル酸化膜及び第1ポリシリコン膜を形成し、フィールド領域に素子分離膜106を形成する工程と、活性領域及びフィールド領域を含んだ全体構造の上部に誘電体膜、第2ポリシリコン膜、タングステンシリサイド膜及びハードマスク膜を積層する工程と、ハードマスク膜、タングステンシリサイド膜、第2ポリシリコン膜の所定の領域をエッチングして誘電体膜を露出させる工程と、露出した誘電体膜の上部を除去する工程と、活性領域の第1ポリシリコン膜の一部を除去して誘電体膜のホーンを形成する工程と、第1ポリシリコン膜及び誘電体膜のホーンの一部を除去する工程と、ホーンを完全に除去する工程とを含む。
【選択図】図2e

Description

本発明は、フラッシュメモリ素子のゲート形成方法に係り、特に、ゲートエッチング工程のうち誘電体膜エッチングを行う際にレシピを調節してエッチングすることにより、半導体基板の活性領域に生じるアタック(Attack)を防止することが可能なフラッシュメモリ素子のゲート形成方法に関する。
フラッシュメモリ素子は、プログラミング及び消去可能な特性を持つEPROMと、電気的にプログラミング及び消去可能な特性を持つEEPROMの利点を生かして製造された素子である。かかるフラッシュメモリ素子は、1つのトランジスターをもって1ビットの記憶状態を実現し、電気的にプログラミング及び消去を行うことが可能である。
この種のフラッシュメモリセルは、通常、シリコン基板上にフローティングゲートを備える垂直積層型のゲート構造を持つ。多層ゲート構造は、通常、1つ以上のトンネル酸化膜あるいは誘電体膜と、前記フローティングゲートの上部または周辺に形成された制御ゲートとを備える。
以下、従来のフラッシュメモリ素子のゲート形成工程を簡略に説明しながら、従来の技術における問題点を導出する。
半導体基板の上部に所定の厚さのトンネル酸化膜、フローティングゲート用の第1ポリシリコン膜及び窒化膜を順次に形成する。
窒化膜の上部にフォトレストパターンを形成した後、フォトレストパターンをマスクとして、窒化膜、第1ポリシリコン膜、トンネル酸化膜及び半導体基板の一部をエッチングしてトレンチを形成する。次に、ギャップフィル工程を行ってフィールド領域を形成した後、前記窒化膜を除去する。
次いで、洗浄工程を行った後、誘電体膜、制御ゲート用の第2ポリシリコン膜、タングステンシリサイド膜及びハードマスク膜を形成する。
ゲートのエッチング工程により、活性領域及びフィールド領域のハードマスク膜、タングステンシリサイド膜及び第2ポリシリコン膜を順次エッチングした後、活性領域の誘電体膜及び第1ポリシリコン膜のエッチングと同時に、フィールド領域の誘電体膜及びギャップフィルされた酸化膜の一部がエッチングされる。
ここで、前記ゲートエッチング工程は、例えば、DPSポリチャンバーという同一のチャンバーで行われるが、ハードマスク膜、タングステンシリサイド膜、第2ポリシリコン膜は、オキサイドに対する高選択比のレシピを用いて誘電体膜が露出するまでエッチングし、誘電体膜のエッチング工程は、オキサイドとポリ(Poly)のエッチング比が1:1となるレシピを用いて、誘電体膜と第1ポリシリコン膜が同一の割合にてエッチングされるように行う。
しかしながら、活性領域及びフィールド領域における誘電体膜のエッチング工程に際して、フィールド領域の誘電体膜及びギャップフィルされた酸化膜の一部のエッチングと共に、活性領域の半導体基板のトップコーナー(Top Corner)も一部エッチングされてしまい、アタックが生じるという問題点がある。
本発明の目的は、ゲートのエッチング工程中における誘電体膜のエッチングに際して、レシピを多段階に調節してエッチングすることにより、活性領域の半導体基板のトップコーナーに生じるアタックを防止することが可能なフラッシュメモリ素子のゲート形成方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、アタックを防止するための別途のスペーサの形成及びエッチング工程が不要になるため、工程の段階を減らすことが可能なフラッシュメモリ素子のゲート形成方法を提供することにある。
本発明のフラッシュメモリ素子のゲート形成方法は、(a)活性領域とフィールド領域が画定された半導体基板の前記活性領域にトンネル酸化膜及び第1ポリシリコン膜を形成し、前記フィールド領域に素子分離膜を形成する工程と、(b)前記活性領域及びフィールド領域を含んだ全体構造の上部に誘電体膜、第2ポリシリコン膜、タングステンシリサイド膜及びハードマスク膜を積層する工程と、(c)前記ハードマスク膜、タングステンシリサイド膜、第2ポリシリコン膜の所定の領域をエッチングして誘電体膜を露出させる工程と、(d)前記活性領域及びフィールド領域の前記露出した誘電体膜の上部を除去する工程と、(e)前記活性領域の前記第1ポリシリコン膜の一部を除去して誘電体膜のホーンを形成する工程と、(f)前記活性領域の前記第1ポリシリコン膜及び前記誘電体膜のホーンの一部を除去する工程と、(g)前記活性領域の前記第1ポリシリコン膜及び前記誘電体膜のホーンを完全に除去する工程とを含む。
前記第1ポリシリコン膜は、800〜1200Åの厚さに形成する。
前記(d)工程で誘電体膜の上部を除去した後、前記第1ポリシリコン膜と第1ポリシリコン膜の側壁に残留した誘電体膜を100〜300Åだけエッチングする。
前記エッチング工程は、CHガスを用いて、オキサイドとポリに対するエッチング率を1:1にするレシピに基づいて約100〜300Åをエッチングする。
前記(e)工程では、ポリのエッチング率は高く、オキサイドに対するエッチング率は比較的に低いように、HBr及びHeの混合ガス、HBr及びOの混合ガスまたはCl及びOの混合ガスを用いて行う。
前記(f)工程では、CHガスを用いて、オキサイドとポリに対するエッチング率を1:1にするレシピに基づいて約100〜300Åをエッチングする。
前記(e)工程において、誘電体膜のホーンは、前記第1ポリシリコン膜より200〜400Å高く形成される。
前記(g)工程では、ポリのエッチング率は高く、オキサイドに対するエッチング率は比較的に低いように、HBr及びHeの混合ガス、HBr及びOの混合ガス、またはCl及びOの混合ガスを用いて行う。
本発明によれば、ゲートエッチング工程中における誘電体膜のエッチングに際し、レシピを多段階に調節してエッチングすることにより、活性領域の半導体基板のトップコーナー部に生じるアタックを防止することができる。
また、本発明は、アタックを防止するために別途のスペーサの形成及びエッチング工程が不要になり、工程の段階を減らすことができる。
以下、添付図に基づいて本発明によるフラッシュメモリ素子のゲート形成方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明に適用されるフラッシュメモリ素子におけるセルアレイ領域の一部を示す平面図である。また、図2(a)〜(e)は図1のA−A線に沿って切り取った状態で、本発明の一実施形態に係るフラッシュメモリ素子のゲート形成工程を示した半導体素子の断面図である。
図1及び図2(a)に示すように、半導体基板100の上部に所定の厚さのトンネル酸化膜102、フローティングゲート用の第1ポリシリコン膜104及び窒化膜(図示せず)を順次形成する。ここで、前記第1ポリシリコン膜104は、800〜1200Åと厚く形成する。
窒化膜(図示せず)の上部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(図示せず)をマスクとして、窒化膜(図示せず)、第1ポリシリコン膜104、トンネル酸化膜102及び半導体基板100の一部をエッチングしてトレンチを形成する。
酸化膜106によりギャップフィル工程を行ってフィールド領域を形成した後、前記窒化膜(図示せず)を除去し、次いで、化学機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing;CMP)工程及び洗浄工程を行い、有効フィールド酸化膜の高さ(Effective Field Oxide Height;EFH)を調節する。ここで、第1ポリシリコン膜104の厚さは、約800Å程度に維持させる。
全体構造の上部に誘電体膜108、制御ゲート用の第2ポリシリコン膜(図示せず)、タングステンシリサイド膜(図示せず)及びハードマスク膜(図示せず)を形成した後、同一のチャンバーで誘電体膜108が露出するまで前記ハードマスク膜(図示せず)、タングステンシリサイド膜(図示せず)及び第2ポリシリコン膜(図示せず)の一部をエッチングするゲートエッチング工程を行う。
図2(a)の工程を終えた次工程を示す図2(b)において、ゲートのエッチング工程のうち、誘電体膜108及び第1ポリシリコン膜104をエッチングするための第1エッチング工程を行う。
第1エッチング工程は、誘電体膜108の上部を除去した後、第1ポリシリコン膜104と第1ポリシリコン膜104の側壁の誘電体膜108とを同時にエッチングするための工程であって、CHガスを用いて、オキサイドとポリに対するエッチング率を1:1にするレシピに基づいて約100〜300Åをエッチングする。
次に、図2(c)に示す工程において、第1ポリシリコン膜104をエッチングするための第2エッチング工程を行う。
第2エッチング工程は、ポリのエッチング率は高く、オキサイドに対するエッチング率は比較的に低いように、HBr及びHeの混合ガス、HBr及びOの混合ガス、またはCl及びOの混合ガスを用いて行う。
すると、第1ポリシリコン膜104は、約100〜300Åだけエッチングされるが、第1ポリシリコン膜104の側壁に残留している誘電体膜108は、エッチングされないため誘電体膜のホーン108aが形成される。誘電体膜のホーン108aは、前記エッチングされた第1ポリシリコン膜104の高さより200〜400Åさらに高く形成する。
次に、図2(d)に示す工程において、誘電体膜のホーン108a及び第1ポリシリコン膜104をエッチングするための第3エッチング工程を行う。
第3エッチング工程は、図2(b)の工程と同様に、誘電体膜のホーン108aと第1ポリシリコン膜104を同時にエッチングするための工程であり、CHガスを用いて、オキサイドとポリに対するエッチング率を1:1にするレシピに基づいて約100〜300Åをエッチングして誘電体膜のホーン108aを少量残留させる。
次に、図2(e)に示す工程において、ポリのエッチング率は高く、オキサイドに対するエッチング率は比較的低いように、HBr及びHeの混合ガス、HBr及びOの混合ガスまたはCl及びOの混合ガスを用いて残余の第1ポリシリコン膜104を除去する。これと同時に、図2(d)の工程で少量残留した誘電体膜のホーン108aも除去するための第4エッチング工程を行う。次いで、洗浄工程を行い、トンネル酸化膜102を除去する。
上述したように、本発明は、ゲートのエッチング工程中における誘電体膜108のエッチングに際して、レシピを多段階に調節してエッチングすることにより、活性領域の半導体基板100のトップコーナー部に生じるアタックを防止することができる。
また、本発明は、アタックを防止するために別途のスペーサの形成及びエッチング工程が不要になり、工程の段階を減らすことができる。
以上、本発明を図示の実施形態によって説明したが、これらの実施形態は単なる例示的なものに過ぎない。当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、それらの実施例より各種変更例及び修正例に想到し得ることが理解できるであろう。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲に記載の技術的な思想によって定められるべきである。
本発明に適用されるフラッシュメモリ素子におけるセルアレイ領域の一部を示す平面図。 図1のA−A線に沿って切り取った状態で本発明の一実施形態に係るフラッシュメモリ素子のゲート形成工程を示す半導体素子の断面図。 同ゲート形成工程の次工程を示す断面図。 同ゲート形成工程の次工程を示す断面図。 同ゲート形成工程の次工程を示す断面図。 同ゲート形成工程の次工程を示す断面図。
符号の説明
100 半導体基板
102 トンネル酸化膜
106 酸化膜
108 誘電体膜
108a 誘電体膜のホーン

Claims (8)

  1. (a)活性領域とフィールド領域が画定された半導体基板の前記活性領域にトンネル酸化膜及び第1ポリシリコン膜を形成し、前記フィールド領域に素子分離膜を形成する工程と、
    (b)前記活性領域及びフィールド領域を含んだ全体構造の上部に誘電体膜、第2ポリシリコン膜、タングステンシリサイド膜及びハードマスク膜を積層する工程と、
    (c)前記ハードマスク膜、タングステンシリサイド膜、第2ポリシリコン膜の所定の領域をエッチングして誘電体膜を露出させる工程と、
    (d)前記活性領域及びフィールド領域の前記露出した誘電体膜の上部を除去する工程と、
    (e)前記活性領域の前記第1ポリシリコン膜の一部を除去して誘電体膜のホーンを形成する工程と、
    (f)前記活性領域の前記第1ポリシリコン膜及び前記誘電体膜のホーンの一部を除去する工程と、
    (g)前記活性領域の前記第1ポリシリコン膜及び前記誘電体膜のホーンを完全に除去する工程と、
    を含むことを特徴とするフラッシュメモリ素子のゲート形成方法。
  2. 前記第1ポリシリコン膜は、800〜1200Åに形成することを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ素子のゲート形成方法。
  3. 前記(d)工程において、誘電体膜の上部を除去した後、前記第1ポリシリコン膜と第1ポリシリコン膜の側壁に残留した誘電体膜を100〜300Åだけエッチングすることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ素子のゲート形成方法。
  4. 前記エッチングは、CHガスを用いて、オキサイドとポリに対するエッチング率を1:1にするレシピに基づいて約100〜300Åをエッチングすることを特徴とする請求項3に記載のフラッシュメモリ素子のゲート形成方法。
  5. 前記(e)工程では、ポリのエッチング率は高く、オキサイドに対するエッチング率は比較的に低いように、HBr及びHeの混合ガス、HBr及びOの混合ガス、またはCl及びOの混合ガスを用いて行うことを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ素子のゲート形成方法。
  6. 前記(f)工程では、CHガスを用いて、オキサイドとポリに対するエッチング率を1:1にするレシピに基づいて約100〜300Åをエッチングすることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ素子のゲート形成方法。
  7. 前記(e)工程で形成された誘電体膜のホーンは、前記第1ポリシリコン膜より200〜400Å高く形成されることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ素子のゲート形成方法。
  8. 前記(g)工程では、ポリのエッチング率は高く、オキサイドに対するエッチング率は比較的に低いように、HBr及びHeの混合ガス、HBr及びOの混合ガス、またはCl及びOの混合ガスを用いて行うことを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ素子のゲート形成方法。
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