JP2009164566A - 半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】工程コストを節減し且つ素子の信頼性を向上させることができる、半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法を提供すること。
【解決手段】半導体基板上にトンネル絶縁膜、および電荷蓄積層を形成する段階と、前記電荷蓄積層および前記トンネル絶縁膜をエッチングして素子分離用トレンチを形成する段階と、前記素子分離用トレンチを含んだ全体構造上に保護膜を形成する段階と、前記素子分離用トレンチの底面に第1絶縁膜を形成する段階と、前記第1絶縁膜を形成する段階で前記保護膜の酸化した部分を除去する段階と、前記第1絶縁膜を含んだ全体構造上に第2絶縁膜を形成する段階とを含むことを特徴とする。
【選択図】図5
【解決手段】半導体基板上にトンネル絶縁膜、および電荷蓄積層を形成する段階と、前記電荷蓄積層および前記トンネル絶縁膜をエッチングして素子分離用トレンチを形成する段階と、前記素子分離用トレンチを含んだ全体構造上に保護膜を形成する段階と、前記素子分離用トレンチの底面に第1絶縁膜を形成する段階と、前記第1絶縁膜を形成する段階で前記保護膜の酸化した部分を除去する段階と、前記第1絶縁膜を含んだ全体構造上に第2絶縁膜を形成する段階とを含むことを特徴とする。
【選択図】図5
Description
本発明は、半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法に係り、特に、HDP酸化膜を用いて素子分離膜を形成する半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法に関する。
半導体回路では、半導体基板の上部に形成された単位素子、例えばトランジスタ、ダイオードまたは抵抗などを電気的に分離することが必要である。よって、このような素子分離工程は、全ての半導体製造工程段階における初期段階の工程であって、アクティブ領域のサイズおよび後続段階の工程マージンを左右する。
このような素子分離を形成するための方法として、半導体部分酸化法(Local Oxidation of Silicon、以下「LOCOS」という)が広く使われてきた。どころが、このようなLOCOS素子分離によれば、半導体基板の選択的酸化の際にマスクとして用いられる窒化膜の下部からパッド酸化膜の側面に酸素が浸透しながらフィールド酸化膜の端部にバーズビーク(Bird’s beak)が発生する。このようなバーズビークによってフィールド酸化膜がバーズビークの長さだけアクティブ領域に拡張するため、チャネル長が短くなってしきい電圧(Threshold voltage)が増加するので、例えばトランジスタなどの電気的特性を悪化させるという問題点が発生する。
一方、トレンチ素子分離(Shallow Trench Isolation、以下「STI」という)工程は、工程の不安定要因、例えば半導体素子のデザインルール(Design rule)の減少によるフィールド酸化膜の劣化などや、バーズビークによるアクティブ領域の減少といった問題点を根本的に解決することが可能な素子分離工程として浮き彫りにされている。
図1は従来の技術に係る半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法を説明するための素子の断面図である。
図1を参照すると、半導体基板10上にトンネル絶縁膜11およびフローティングゲート用ポリシリコン膜12を形成し、これを選択エッチングして半導体基板10の素子分離領域を露出させた後、露出した半導体基板10をエッチングすることにより、トレンチ13を形成する。次いで、トレンチ13を絶縁膜で充填して素子分離膜14を形成する。
ここで、素子分離膜14の形成前に一連のトレンチ13側壁犠牲酸化工程(ドライエッチングによる半導体表面のエッチング欠陥の除去目的)およびトレンチ13側壁再酸化工程などを行うところ、ここでは説明の簡略化のために省略した。
最近、高集積化する半導体メモリ素子の集積度を高めるために、60nm以下に素子の大きさを減らしており、これによりSA−STI(Self Aligned Shallow Trench Isolation)工程を用いる半導体メモリは、それ以上HDP酸化膜を用いたギャップフィルマージンの確保が難しいため、SOD(spin on dielectric)酸化膜を用いてギャップフィルマージンを確保している。ところが、SOD膜で素子分離膜を形成する場合、工程費用が増加し、SOD膜の物性特性によって素子の信頼性が低下する。
そこで、本発明の目的は、半導体素子の素子分離用トレンチ内に保護膜を形成した後、DED方式でHDP膜を用いて素子分離用トレンチを充填して素子分離膜を形成することにより、工程コストを節減し且つ素子の信頼性を向上させることができる、半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法は、半導体基板上にトンネル絶縁膜、および電荷蓄積層を形成する段階と、前記電荷蓄積層およびトンネル絶縁膜をエッチングして素子分離用トレンチを形成する段階と、前記素子分離用トレンチを含んだ全体構造上に保護膜を形成する段階と、前記素子分離用トレンチの底面に第1絶縁膜を形成する段階と、前記第1絶縁膜形成段階で前記保護膜の酸化した部分を除去する段階と、前記第1絶縁膜を含んだ全体構造上に第2絶縁膜を形成する段階とを含むことを特徴とする。
前記保護膜は、窒化膜で形成する。前記保護膜は200〜250Åの厚さに形成する。
前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜はHDP酸化膜で形成し、前記第1絶縁膜は蒸着工程、エッチング工程および蒸着工程が反復されるDED方式で形成する。
前記蒸着工程はSiH4ガスとO2ガスを用いて行い、前記エッチング工程はドライエッチング方式またはウェットエッチング方式で行い、前記ドライエッチング方式はNF3ガスを用いたリモート(remote)プラズマ方式で行い、前記ウェットエッチング工程はNF3とHFが含有されたエッチング液を用いて行う。
前記第1絶縁膜を形成する段階の後、酸素ガスを用いた熱処理工程を行う段階をさらに含む。
前記保護膜の酸化した部分を除去する段階は、H2SO4を含有するエッチング液を用いて行う。
本発明によれば、半導体素子の素子分離用トレンチ内に保護膜を形成した後、DED方式でHDP膜を用いて素子分離用トレンチを充填して素子分離膜を形成することにより、工程費用を節減し且つ素子の信頼性を向上させることができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。ここで、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、本発明の開示を完全たるものにし且つ当該技術分野における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。
図2〜図5は本発明の一実施例に係る半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法を説明するための素子の断面図である。
図2を参照すると、半導体基板100上にトンネル絶縁膜101、電荷蓄積層102、第1ハードマスク膜103、および第2ハードマスク膜104を順次形成する。
電荷蓄積層102はポリシリコン膜、または電荷をトラップしてチャージすることが可能な窒化膜で形成することが好ましい。ポリシリコン膜は、不純物が含有されていない非晶質ポリシリコン膜と、不純物が含有されているポリシリコン膜とからなる二重膜で形成することが好ましい。
図3を参照すると、エッチング工程を行って第1ハードマスク膜103および第2ハードマスク膜104(図2参照)をパターニングして、ハードマスクパターン105を形成する。
その後、ハードマスクパターン105をエッチングマスクとして用いるエッチング工程によって電荷蓄積層102Aおよびトンネル絶縁膜101をエッチングして半導体基板100の素子分離領域を露出させる。
その後、露出した半導体基板100をエッチングして素子分離用トレンチ106を形成する。
次いで、素子分離用トレンチ106を含んだ全体構造上に保護膜107を形成する。保護膜107は窒化膜で形成することが好ましい。保護膜107は200〜300Åの厚さに形成し、好ましくは250Åの厚さに形成する。
保護膜107を形成する前に酸化工程を行い、エッチング工程の際に発生する基板損傷を減少させることが好ましい。
図4を参照すると、素子分離用トレンチ106の底面に第1絶縁膜108を形成する。第1絶縁膜108はDED(Deposition Etch Deposition)方式を用いてHDP絶縁膜で形成することが好ましい。この際、保護膜107は露出した部分がHDP絶縁膜形成工程によって酸化する。
上述したDED方式は、1次的にHDP絶縁膜を蒸着し、エッチング工程によってトレンチ開口部にオーバーハング(overhang)された部分をエッチングした後、HDP絶縁膜を再蒸着する方式で行われる。蒸着工程はSiH4ガスとO2ガスを用いて行われる。この際、エッチング工程はドライエッチング方式またはウェットエッチング方式で行われる。ドライエッチング方式はNF3ガスを用いたリモートプラズマ方式で行われ、ウェットエッチング方式はNF3とHFが含有されたエッチング液を用いて行われる。この際、エッチング工程時に発生するフッ素(F)がパージされずに残留しても、電荷蓄積層102Aの側壁に残留する保護膜107によって電荷蓄積層102Aが保護される。
その後、酸素ガス(O2ガス)を用いて表面を熱処理すること(熱処理工程)が好ましい。
図5を参照すると、保護膜107Aの酸化した部分をエッチングして除去する。この際、エッチング工程はH2SO4を含有するエッチング液を用いて行うことが好ましい。その後、保護膜107Aを含んだ全体構造上に第2絶縁膜109を形成する。第2絶縁膜109はHDP酸化膜で形成することが好ましい。この際、第2絶縁膜109の形成工程時に電荷蓄積層102Aの側壁に残留する保護膜107Aは全て酸化する。これにより、素子の動作の際に電荷をトラップするという問題点が発生しない。
その後、平坦化工程によって素子分離用トレンチ106内に第1絶縁膜108および第2絶縁膜109を残留させて素子分離膜を形成する。
前述した本発明の技術的思想は好適な実施例で具体的に述べられたが、これらの実施例は本発明を説明するためのもので、制限するものではないことに留意すべきである。また、本発明は、本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想の範囲内で多様な実施が可能であることを理解することができるであろう。
本発明は、半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法に係り、特に、HDP酸化膜を用いて素子分離膜を形成する半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法に利用することができる。
100…半導体基板
101…トンネル絶縁膜
102…電荷蓄積層
105…ハードマスクパターン
106…素子分離用トレンチ
107…保護膜
108…第1絶縁膜
109…第2絶縁膜
101…トンネル絶縁膜
102…電荷蓄積層
105…ハードマスクパターン
106…素子分離用トレンチ
107…保護膜
108…第1絶縁膜
109…第2絶縁膜
Claims (10)
- 半導体基板上にトンネル絶縁膜、および電荷蓄積層を形成する段階と、
前記電荷蓄積層および前記トンネル絶縁膜をエッチングして素子分離用トレンチを形成する段階と、
前記素子分離用トレンチを含んだ全体構造上に保護膜を形成する段階と、
前記素子分離用トレンチの底面に第1絶縁膜を形成する段階と、
前記第1絶縁膜を形成する段階で前記保護膜の酸化した部分を除去する段階と、
前記第1絶縁膜を含んだ全体構造上に第2絶縁膜を形成する段階とを含むことを特徴とする、半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法。 - 半導体基板上にトンネル絶縁膜、および電荷蓄積層を形成する段階と、
前記電荷蓄積層および前記トンネル絶縁膜をエッチングして素子分離用トレンチを形成する段階と、
前記素子分離用トレンチを含んだ全体構造上に保護膜を形成する段階と、
前記素子分離用トレンチの底面に第1絶縁膜を形成するが、前記第1絶縁膜の形成の際に前記電荷蓄積層は前記保護膜によって保護される段階と、
前記第1絶縁膜を形成する段階で前記保護膜の酸化した部分を除去する段階と、
前記第1絶縁膜を含んだ全体構造上に第2絶縁膜を形成するが、前記電荷蓄積層の側壁に形成された前記保護膜は酸化する段階とを含むことを特徴とする、半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法。 - 前記保護膜は、窒化膜で形成することを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法。
- 前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜はHDP酸化膜で形成することを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法。
- 前記第1絶縁膜は、蒸着工程、エッチング工程および蒸着工程が反復されるDED方式で形成することを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法。
- 前記蒸着工程はSiH4ガスとO2ガスを用いて行うことを特徴とする、請求項5に記載の半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法。
- 前記エッチング工程はドライエッチング方式またはウェットエッチング方式で行うが、前記ドライエッチング方式はNF3ガスを用いたリモートプラズマ方式で行い、前記ウェットエッチング工程はNF3とHFが含有されたエッチング液を用いて行うことを特徴とする、請求項5に記載の半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法。
- 前記第1絶縁膜を形成する段階の後、酸素ガスを用いた熱処理工程を行う段階をさらに含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法。
- 前記保護膜の酸化した部分を除去する段階は、H2SO4を含有するエッチング液を用いて行うことを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法。
- 前記保護膜は200〜300Åの厚さに形成することを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体メモリ素子の素子分離膜形成方法。
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