JP2008294392A - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】しきい電圧マージンを確保することができ、製造収率を向上させることができる半導体素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体素子は、隣接したストレージノード236の電圧によってリセスゲート226のしきい電圧が低くなる現象を防止するための半導体素子であり、ゲート領域及びストレージノードコンタクト領域232を含み、前記ゲート領域がリセスされた活性領域を有する半導体基板200と、半導体基板200内に形成されて活性領域を定義して、グラウンド電圧(0V)が印加された遮蔽膜214を内部に具備した素子分離膜218と、半導体基板200のゲート領域に形成されたリセスゲート226と、前記活性領域のストレージノードコンタクト領域232と連結されるように形成されたストレージノード236とを含む。
【選択図】図2

Description

本発明は、半導体素子及びその製造方法に関し、より詳細には、しきい電圧(Vt)マージンを確保して素子の製造収率を向上させることができる半導体素子及びその製造方法に関するものである。
半導体素子の高集積化が進行することによって、トランジスターのチャンネル長さが減少するようになりながらしきい電圧が急激に低くなる、いわゆる短チャンネル効果が発生するようになった。これに対して、有効チャンネル長さを確保することができる多様な形態のリセスチャンネルを有する半導体素子の具現方法が提案されている。前記リセスチャンネルを有する半導体素子の製造時に、チャンネル長さが増加することによって、基板のドーピング濃度を減らすことができるし、DIBL(Drain-Induced Barrier Lowering)が改善されるという長所がある。
以下では従来技術によるリセスチャンネルを有する半導体素子の製造方法を簡略に説明する。
ゲート形成領域を含む活性領域及び素子分離領域を有する半導体基板の前記素子分離領域に、前記活性領域を定義する素子分離膜を形成する。前記素子分離膜が形成された半導体基板上に、前記活性領域のゲート形成領域を露出させるマスクパターンを形成する。
前記マスクパターンによって露出した基板部分を蝕刻して、前記活性領域のゲート形成領域にゲート用溝を形成する。前記マスクパターンを除去した後、前記ゲート用溝を含んだ半導体基板の表面上に、ゲート絶縁膜を形成する。
前記ゲート絶縁膜上に、前記ゲート用溝を埋め立てるように、ゲート導電膜及びハードマスク膜を順に形成する。前記ハードマスク膜、ゲート導電膜及びゲート絶縁膜をパターニングして、前記ゲート用溝上にリセスチャンネルを有するゲートを形成する。
前記ゲート両側壁にスペーサ膜を形成する。前記ゲート両側の基板部分内にイオン注入を遂行して、ソース領域及びドレーン領域を形成する。前記ソース領域上にストレージノードコンタクトを形成すると共に、前記ドレーン領域上にビットラインコンタクトプラグを形成する。
以後、公知の一連の後続工程を順に遂行して、リセスチャンネルを有する半導体素子を製造する。
しかし、前述した従来技術の場合には、前記ストレージノードに印加される電圧が隣接した素子分離膜を通じて前記ゲート下部のチャンネル領域に影響を与えて、しきい電圧が低くなる現象が誘発される。このようなしきい電圧の減少は、半導体素子の高集積化の進行によってさらに深化し、このため、セルトランジスターのしきい電圧マージンが減少して、製造収率が低下する。
本発明は、しきい電圧マージンを確保することができる半導体素子及びその製造方法を提供する。
また、本発明は、製造収率を向上させることができる半導体素子及びその製造方法を提供する。
一実施形態において、半導体素子は、隣接したストレージノードの電圧によってリセスゲートのしきい電圧が低くなる現象を防止するための半導体素子であり、ゲート領域及びストレージノードコンタクト領域を含み、前記ゲート領域がリセスされた活性領域を有する半導体基板と、該半導体基板内に形成されて活性領域を定義して、内部に遮蔽膜を具備した素子分離膜と、前記半導体基板のゲート領域に形成されたリセスゲートと、前記活性領域のストレージノードコンタクト領域と連結されるように形成されたストレージノードと、を含む。
前記素子分離膜は、前記半導体基板の素子分離領域に形成されたトレンチと、該トレンチの底面及び側壁に形成された第1絶縁膜と、該第1絶縁膜上に形成された前記遮蔽膜と、前記遮蔽膜上に前記トレンチを埋め立てるように形成された第2絶縁膜と、を含む。
前記第1絶縁膜は、前記トレンチの底面に形成されてSOD(Spin-On Dielectric)膜またはSOG膜を含む流れ性が優秀な膜と、前記トレンチの側壁に形成されてHDP膜またはALD膜を含む段差被覆性が優秀な膜とで構成される。
前記遮蔽膜は、ポリシリコン膜を含む。
前記ポリシリコン膜は、N型ポリシリコン膜である。
前記遮蔽膜は、前記素子分離膜の深さの1/4〜3/4に位置する。
前記遮蔽膜は、素子分離膜厚さの1/4〜1/2の厚さを有する。
前記遮蔽膜は、前記半導体基板の素子分離領域全体で互いに連結される。
前記遮蔽膜は、外部からグラウンド電圧(0V)が印加される。
他の実施形態において、半導体素子の製造方法は、隣接したストレージノードの電圧によってリセスゲートのしきい電圧が低くなる現象を防止するための半導体素子の製造方法であり、ゲート領域及びストレージノードコンタクト領域を含む活性領域と素子分離領域とを有する半導体基板の前記素子分離領域の内部に、遮蔽膜を具備した素子分離膜を形成する工程と、前記ゲート領域にリセスゲートを形成する工程と、前記活性領域にストレージノードコンタクト領域と連結されるようにストレージノードを形成する工程と、を含む。
前記素子分離膜を形成する工程は、半導体基板の前記素子分離領域を蝕刻してトレンチを形成する工程と、前記トレンチの底面及び側面に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜上に前記遮蔽膜を形成する工程と、前記遮蔽膜及び第1絶縁膜上に前記トレンチを埋め立てるように第2絶縁膜を形成する工程と、を含む。
前記第1絶縁膜を形成する工程は、前記トレンチの底面にSOD方式またはSOG方式で流れ性が優秀な膜を形成する工程と、前記流れ性が優秀な膜及び前記トレンチの側壁上にHDP方式またはALD方式で段差被覆性が優秀な膜を形成する工程と、を含む。
前記段差被覆性が優秀な膜を形成する工程後、前記段差被覆性が優秀な膜を蝕刻して、前記トレンチ底面の流れ性が優秀な膜を露出させる工程、をさらに含む。
前記遮蔽膜を形成する工程は、前記第1絶縁膜上に遮蔽膜を蒸着する工程と、前記遮蔽膜が前記トレンチを完全に埋め立てない厚さを有するように前記遮蔽膜を蝕刻する工程と、を含む。
前記遮蔽膜は、ポリシリコン膜で形成する。
前記ポリシリコン膜は、N型ポリシリコン膜で形成する。
前記遮蔽膜は、前記素子分離膜の深さの1/4〜3/4に位置するように形成する。
前記遮蔽膜は、素子分離膜厚さの1/4〜1/2の厚さを有するように形成する。
前記遮蔽膜は、前記半導体基板の素子分離領域全体で互いに連結されるように形成する。
前記遮蔽膜は、外部からグラウンド電圧(0V)が印加される。
本発明は、素子分離膜内に遮蔽膜を形成することで、前記素子分離膜に隣接したストレージノードの電圧によってリセスゲートのしきい電圧が低くなる現象を防止することができるし、これによって、前記リセスゲートのしきい電圧マージンが減少することを防止することができる。
したがって、本発明は隣接したストレージノードの電圧状態に無関係に、ノイズなしに、セル動作が可能であるようにすることができ、一定のしきい電圧水準を維持することができて、半導体素子の特性及び製造収率を向上させることができる。
本発明は、半導体基板の素子分離領域に活性領域を定義して、内部に遮蔽膜を具備した素子分離膜を形成する。前記遮蔽膜は、N型ポリシリコン膜で形成して、半導体基板セル領域のすべての素子分離膜内で全体的に連結されるように形成する。
前記互いに連結された遮蔽膜にグラウンド電圧(0V)を印加すると、前記素子分離膜内の遮蔽膜がセルから発生される電界を遮断する役割をすることができる。
したがって、本発明は、隣接したストレージノードの電圧が前記素子分離膜を通じて隣接したリセスゲートのチャンネル領域に影響を与えて、前記ゲートのしきい電圧(Vt)マージンが減少することを防止することができるし、これを通じて、半導体素子の製造収率を向上させることができる。
図1は、本発明の実施形態による半導体素子を説明するための平面図であり、図2は図1のA−A’線に対応する本発明の実施形態による半導体素子を説明するための断面図である。図1の素子分離膜内部には遮蔽膜(図示せず)が具備される。
図2を参照すると、ゲート領域及びストレージノードコンタクト領域を含み、前記ゲート領域がリセスされた活性領域を有する半導体基板200内に活性領域を限定して、内部に遮蔽膜214を具備した素子分離膜218が形成される。
前記半導体基板200のゲート領域にリセスゲート226が形成されて、前記リセスゲート226の両側基板200内に接合領域228が形成されて、得られた基板200上に、リセスゲート226を覆うように第1層間絶縁膜230が形成される。
前記第1層間絶縁膜230内に、前記接合領域228のうちソース領域(図示せず)とコンタクトされるストレージノードコンタクト232が形成されて、前記ストレージノードコンタクト232を含んだ第1層間絶縁膜230上に、第2層間絶縁膜234が形成されて、前記第2層間絶縁膜324内に、前記ストレージノートコンタクト232と連結されるストレージノード236が形成される。
前記素子分離膜218は、半導体基板200の素子分離領域に形成されたトレンチT、該トレンチTの底面及び側壁に形成された第1絶縁膜212、該第1絶縁膜212上に形成された遮蔽膜214、及び前記遮蔽膜214上に前記トレンチTを埋め立てるように形成された第2絶縁膜216で構成される。
前記第1絶縁膜212は、前記トレンチTの底面に形成された流れ性が優秀な膜208と、前記トレンチTの側壁に形成された段差被覆性が優秀な膜210とで構成される。前記流れ性が優秀な膜208は、SOD方式を通じて形成された膜(以下、SOD膜)、またはSOG方式を通じて形成された膜(以下、SOG膜)で構成され、前記段差被覆性が優秀な膜210は、HDP方式を通じて形成された膜(以下、HDP膜)、またはALD方式を通じて形成された膜(以下、ALD膜)で構成される。また、前記第2絶縁膜216はHDP膜、SOD膜及びSOG膜のうちのいずれか一つの膜で構成される。
前記遮蔽膜214はポリシリコン膜、望ましくは、N型ポリシリコン膜で形成される。そして、前記遮蔽膜214は、前記素子分離膜218の深さの1/4〜3/4程度に位置して、素子分離膜218の厚さの1/4〜1/2程度の厚さを有し、前記半導体基板200の素子分離領域で全体的に連結されるように形成される。
前述した本発明による半導体素子は、素子分離膜218内に形成されて、素子分離領域で全体的に連結されるように形成された遮蔽膜214に、グラウンド電圧(0V)を印加することで、前記素子分離膜218に隣接したストレージノード236の電圧がリセスゲート226のチャンネル領域に影響を及ぼすことを、防止することができる。
したがって、本発明は、前記リセスゲート226のしきい電圧が減少することを防止することができるし、リセスゲート226のしきい電圧マージンが減少することを防止することができるし、これを通じて、製造収率を向上させることができる。
図2の未説明の図面符号Hは溝を、220はゲート絶縁膜を、222はゲート導電膜を、そして、224はハードマスク膜をそれぞれ示す。
図3A〜図3Hは、図1のA−A’線に対応する本発明の実施形態による半導体素子の製造方法を説明するための工程別断面図である。
図3Aを参照すると、ゲート形成領域及びストレージノードコンタクト領域を含む活性領域と素子分離領域とを有する半導体基板300上に、前記素子分離領域を露出させるハードマスク306を形成する。前記ハードマスク306は、パッド酸化膜302とパッド窒化膜304との積層膜で形成する。前記ハードマスク306によって露出した半導体基板300部分を蝕刻して、前記素子分離領域にトレンチTを形成する。
図3Bを参照すると、前記トレンチTが形成された基板上に流れ性が優秀な膜308を蒸着した後、流れ性が優秀な膜308がトレンチTの底面のみに残留するように蝕刻する。前記流れ性が優秀な膜308は、SOD膜またはSOG膜で形成する。
図3Cを参照すると、前記流れ性が優秀な膜308を含んだ基板300の全面上に、段差被覆性が優秀な膜310を形成する。前記段差被覆性が優秀な膜310は、HDP膜またはALD膜で形成する。前記トレンチTの底面の流れ性が優秀な膜308が露出するように、前記段差被覆性が優秀な膜310を非等方性蝕刻して、前記トレンチTの底面及び側壁に形成されて、流れ性が優秀な膜308と段差被覆性が優秀な膜310とで構成される第1絶縁膜312を形成する。
前記第1絶縁膜312は、後に形成される遮蔽膜314がトレンチTの中間に位置するように形成する。この時、前記第1絶縁膜312は1回の蒸着だけでは縦横比が高いトレンチTの底面及び側面に形成されにくいから、前記流れ性が優秀な膜308と段差被覆性が優秀な膜310の2回蒸着を遂行するものであり、ギャップ-フィル特性が優秀な方式を通じてトレンチTの底面及び側面のみを蒸着することができたら、前記第1絶縁膜312の蒸着を1回だけ遂行しても構わない。
図3Dを参照すると、前記流れ性が優秀な膜308と段差被覆性が優秀な膜310とで構成された第1絶縁膜312上に、前記トレンチTを埋め立てるようにポリシリコン膜、望ましくは、N型ポリシリコン膜を蒸着する。前記ポリシリコン膜部分を選択的に蝕刻して、前記トレンチTの中間、例えば、1/4〜3/4の点に位置する遮蔽膜314を形成する。前記遮蔽膜はトレンチの深さの1/4〜1/2程度の厚さで形成して、半導体基板300の素子分離領域部分で全体的に連結されるように形成する。
図4は、遮蔽膜が形成された様子を示す半導体素子の平面図である。図4に示すように、前記遮蔽膜は、半導体基板素子分離領域部分で全体的に互いに連結された形態で形成する。このようにすると、前記遮蔽膜に対してグラウンド電圧(0V)を印加することで、隣接したストレージノードの電圧がリセスゲートのチャンネル領域に及ぼす影響を、減少させることができる。
図3Eを参照すると、前記遮蔽膜314が形成された半導体基板300の上に、前記トレンチTを埋め立てるように第2絶縁膜316を形成する。前記第2絶縁膜316はHDP、SOD及びSOG膜のうちのいずれか一つの膜で形成する。前記ハードマスクが露出するまで第1絶縁膜312及び第2絶縁膜316を平坦化した後、前記ハードマスクを除去して半導体基板300の活性領域を定義して、内部に遮蔽膜314を具備した素子分離膜318を形成する。
図3Fを参照すると、前記素子分離膜318によって定義された半導体基板300活性領域のゲート形成領域をリセスして、ゲート用溝Hを形成した後、前記溝H上にゲート絶縁膜320、ゲート導電膜322及びハードマスク膜324で構成されたリセスゲート326を形成する。前記リセスゲート326の両側の基板300内に、イオン注入工程を通じてソース領域及びドレーン領域のような接合領域328を形成する。
図3Gを参照すると、前記リセスゲート326及び接合領域328を含んだ基板300の全面上に、前記リセスゲート326を覆うように第1層間絶縁膜330を蒸着する。前記第1層間絶縁膜300内に、前記接合領域328のうちソース領域とコンタクトされるストレージノードコンタクト332を形成する。
図3Hを参照すると、前記ストレージノードコンタクト332が形成された第1層間絶縁膜330上に、第2層間絶縁膜334を形成した後、前記第2層間絶縁膜334を蝕刻して、前記ストレージノードコンタクト332を露出させるコンタクトホール(図示せず)を形成する。前記コンタクトホールの表面に導電膜を蒸着して、前記ストレージノードコンタクト332とコンタクトされるストレージノード336を形成する。
以後、図示しないが公知の一連の後続工程を順に遂行して、本発明の実施形態による半導体素子を完成する。
前述したように、本発明は、素子分離膜内にポリシリコン膜材質の遮蔽膜を形成することで、前記素子分離膜に隣接したストレージノードの電圧によってリセスゲートのしきい電圧が低くなる現象を防止することができるし、これを通じて、前記リセスゲートのしきい電圧マージンが減少することを防止することができる。
すなわち、半導体基板の素子分離領域部分で全体的に互いに連結されるように形成された遮蔽膜に、グラウンド電圧(0V)を印加すると、隣接したストレージノードの電圧がリセスゲートのチャンネル領域に及ぼす影響を減少させることができるので、前記リセスゲートのしきい電圧減少を防止して、しきい電圧マージンを確保することができる。
したがって、本発明は、隣接したストレージノードの電圧状態に無関係に、ノイズなしにセル動作が可能になるようにすることができて、前記隣接したストレージノードによる電界効果なしに一定のしきい電圧水準を維持することができるので、半導体素子の特性及び製造収率を向上させることができる。
以上、ここでは本発明を特定実施形態に関して図示して説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の精神と分野を離脱しない限度内で本発明が多様に改造及び変形されることができるということを、当業界で通常の知識を有する者は容易に理解することができる。
本発明の実施形態による半導体素子を説明するための平面図である。 図1のA−A’線に対応する本発明の実施形態による半導体素子を説明するための断面図である。 図1のA−A’線に対応する本発明の実施形態による半導体素子の製造方法を説明するための、初期工程における断面図である。 図3Aに続く工程における半導体素子の図1のA−A’線での断面図である。 図3Bに続く工程における半導体素子の図1のA−A’線での断面図である。 図3Cに続く工程における半導体素子の図1のA−A’線での断面図である。 図3Dに続く工程における半導体素子の図1のA−A’線での断面図である。 図3Eに続く工程における半導体素子の図1のA−A’線での断面図である。 図3Fに続く工程における半導体素子の図1のA−A’線での断面図である。 図3Gに続く工程における半導体素子の図1のA−A’線での断面図である。 遮蔽膜が形成された様子を示す半導体素子の平面図である。
符号の説明
200,300 半導体基板
208,308 流れ性が優秀な膜
210,310 段差被覆性が優秀な膜
212,312 第1絶縁膜
214,314 遮蔽膜
216,316 第2絶縁膜
218,318 素子分離膜
220,320 ゲート絶縁膜
222,322 ゲート導電膜
224,324 ハードマスク
336,326 リセスゲート
228,328 接合領域
230,330 第1層間絶縁膜
232,332 ストレージノードコンタクト
234,334 第2層間絶縁膜
236,336 ストレージノード
302 パッド酸化膜
304 パッド窒化膜
306 ハードマスク
T トレンチ
H 溝

Claims (21)

  1. 隣接したストレージノードの電圧によってリセスゲートのしきい電圧が低くなる現象を防止するための半導体素子であり、
    ゲート領域及びストレージノードコンタクト領域を含み、前記ゲート領域がリセスされた活性領域を有する半導体基板と、
    前記半導体基板内に形成されて活性領域を定義して、内部に遮蔽膜を具備した素子分離膜と、
    前記半導体基板のゲート領域に形成されたリセスゲートと、
    前記活性領域のストレージノードコンタクト領域と連結されるように形成されたストレージノードと、
    を含むことを特徴とする半導体素子。
  2. 前記素子分離膜は、
    前記半導体基板の素子分離領域に形成されたトレンチと、
    前記トレンチの底面及び側壁に形成された第1絶縁膜と、
    前記第1絶縁膜上に形成された前記遮蔽膜と、
    前記遮蔽膜上に前記トレンチを埋め立てるように形成された第2絶縁膜と、
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  3. 前記第1絶縁膜は、前記トレンチの底面に形成されることを特徴とする請求項2に記載の半導体素子。
  4. 前記第1絶縁膜は、SOD(Spin-On Dielectric)膜またはSOG(Spin-On Glass)膜を含む流れ性が優秀な膜と、前記トレンチの側壁に形成されて、HDP(High Density Plasma)膜またはALD(Atomic Layer Deposition)膜を含む段差被覆性(Step
    Coverage)が優秀な膜とで構成されることを特徴とする請求項2に記載の半導体素子。
  5. 前記遮蔽膜は、ポリシリコン膜を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  6. 前記ポリシリコン膜は、N型ポリシリコン膜であることを特徴とする請求項5に記載の半導体素子。
  7. 前記遮蔽膜は、前記素子分離膜の1/4〜3/4の深さに位置することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  8. 前記遮蔽膜は、前記素子分離膜厚さの1/4〜1/2の厚さを有することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  9. 前記遮蔽膜は、前記半導体基板の素子分離領域全体で互いに連結されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  10. 前記遮蔽膜は、外部からグラウンド電圧(0V)が印加されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  11. 隣接したストレージノードの電圧によってリセスゲートのしきい電圧が低くなる現象を防止するための半導体素子の製造方法であり、
    ゲート領域及びストレージノードコンタクト領域を含む活性領域と素子分離領域とを有する半導体基板の前記素子分離領域の内部に、遮蔽膜を具備した素子分離膜を形成する工程と、
    前記ゲート領域にリセスゲートを形成する工程と、
    前記活性領域にストレージノードコンタクト領域と連結されるようにストレージノードを形成する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
  12. 前記素子分離膜を形成する工程は、
    半導体基板の前記素子分離領域を蝕刻してトレンチを形成する工程と、
    前記トレンチの底面及び側面に第1絶縁膜を形成する工程と、
    前記第1絶縁膜上に前記遮蔽膜を形成する工程と、
    前記遮蔽膜及び第1絶縁膜上に前記トレンチを埋め立てるように第2絶縁膜を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項11に記載の半導体素子の製造方法。
  13. 前記第1絶縁膜を形成する工程は、
    前記トレンチの底面に、SOD方式またはSOG方式で流れ性が優秀な膜を形成する工程と、
    前記流れ性が優秀な膜及び前記トレンチの側壁上に、HDP方式またはALD方式で段差被覆性が優秀な膜を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の製造方法。
  14. 前記段差被覆性が優秀な膜を形成する工程後、前記段差被覆性が優秀な膜を蝕刻して前記トレンチ底面の流れ性が優秀な膜を露出させる工程、をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載の半導体素子の製造方法。
  15. 前記遮蔽膜を形成する工程は、
    前記第1絶縁膜上に遮蔽膜を蒸着する工程と、
    前記遮蔽膜が前記トレンチを完全に埋め立てない厚さを有するように前記遮蔽膜を蝕刻する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の製造方法。
  16. 前記遮蔽膜は、ポリシリコン膜で形成することを特徴とする請求項11に記載の半導体素子の製造方法。
  17. 前記ポリシリコン膜は、N型ポリシリコン膜で形成することを特徴とする請求項16に記載の半導体素子の製造方法。
  18. 前記遮蔽膜は、前記素子分離膜の1/4〜3/4の深さに位置することを特徴とする請求項11に記載の半導体素子の製造方法。
  19. 前記遮蔽膜は、素子分離膜厚さの1/4〜1/2の厚さを有するように形成することを特徴とする請求項11に記載の半導体素子の製造方法。
  20. 前記遮蔽膜は、前記半導体基板の素子分離領域全体で互いに連結されるように形成することを特徴とする請求項11に記載の半導体素子の製造方法。
  21. 前記遮蔽膜は、外部からグラウンド電圧(0V)が印加されることを特徴とする請求項11に記載の半導体素子の製造方法。
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