フラッシュメモリ素子の製造方法
【課題】フローティングゲート間のインターフェアレンス効果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。
【解決手段】トンネル絶縁膜102の側壁を保護ウィングスペーサAを持つ素子分離用絶縁膜122を形成する。次に、露出した窒化膜108およびバッファ酸化膜106を順次エッチングして除去する。その後、バッファ膜124はウェットまたはドライエッチング工程を用いて除去する。ウェットエッチング工程は好ましくはFNを用いて行う。その後、素子分離用絶縁膜122を含んだ全体構造上に誘電体膜およびコントロールゲート用導電膜を順次積層して形成する。
【解決手段】トンネル絶縁膜102の側壁を保護ウィングスペーサAを持つ素子分離用絶縁膜122を形成する。次に、露出した窒化膜108およびバッファ酸化膜106を順次エッチングして除去する。その後、バッファ膜124はウェットまたはドライエッチング工程を用いて除去する。ウェットエッチング工程は好ましくはFNを用いて行う。その後、素子分離用絶縁膜122を含んだ全体構造上に誘電体膜およびコントロールゲート用導電膜を順次積層して形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特にフローティングゲート間のインターフェアレンス効果を減少させるための素子分離膜形成に係るフラッシュメモリ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
NAND型フラッシュメモリ素子は、データを格納するための多数のセルが直列連結されて1本のストリングを構成し、セルストリングとドレインとの間およびセルストリングとソースとの間にそれぞれドレイン選択トランジスタおよびソース選択トランジスタが形成される。このようなNAND型フラッシュメモリ素子のセルの形成は、半導体基板上の所定の領域にトンネル酸化膜、フローティングゲート、誘電体膜およびコントロールゲートが積層されたゲートを形成し、このゲートの両側に接合部を形成することによりなされる。
【0003】
この種のNAND型フラッシュメモリ素子は、隣接した周辺セルの動作によってセルの状態が影響されるため、セルの状態を一定に維持することが非常に重要である。このような隣接した周辺セルの動作、特にプログラム動作によりセルの状態が変わることをインターフェアレンス効果(interference effect)という。すなわち、インターフェアレンス効果とは、読み出そうとする第1セルと隣接した第2セルをプログラムすると、第2セルのフローティングゲートのチャージ変化によるキャパシタンス作用により、第1セルの読み出しの際に第1セルのしきい電圧より高いしきい電圧が読み出される現象を呼ぶもので、読み出しセルのフローティングゲートのチャージは変化しないが、隣接セルの状態変化によって実際セルの状態が歪まれて見える現象をいう。このようなインターフェアレンス効果によりセルの状態が変わるが、これは不良率を増加させて収率を低下させる結果をもたらす。したがって、インターフェアレンス効果の最小化が、セルの状態を一定に維持することに効果的であるといえる。
【0004】
一方、一般なNAND型フラッシュメモリ素子の製造工程において、SA−STI(Self Aligned Shallow Trench Isolation)工程を用いて素子分離膜およびフローティングゲートの一部を形成するが、図1を参照してその工程について簡略に説明すると、次の通りである。
【0005】
半導体基板10の上部にトンネル酸化膜11および第1ポリシリコン膜12を形成した後、第1ポリシリコン膜12およびトンネル酸化膜11の所定の領域をエッチングし、半導体基板10を所定の深さにエッチングしてトレンチ13を形成した後、このトレンチに絶縁膜を埋め込んで研磨工程を行うことにより、素子分離膜14を形成する。その後、第1酸化膜15、窒化膜16、第2酸化膜17を順次形成して誘電体膜18を形成する。
【0006】
前述したようにSA−STI工程を用いてフラッシュメモリ素子を製造すると、フローティングゲートとして作用される第1ポリシリコン膜と隣接の第1ポリシリコン膜との間に素子分離膜が形成されているため、第1ポリシリコン膜同士の間にインターフェアレンスが発生するおそれがある。
【0007】
図2はフローティングゲート間の高さおよび距離によるインターフェアレンス効果とカップリング比を示すグラフである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、図2に示すように、ゲート間のインターフェアレンスは、フローティングゲート間の距離とフローティングゲートの高さに比例する。すなわち、フローティングゲート間の距離が遠く、フローティングゲートの高さが減少すると、インターフェアレンスは減少する。ところが、これと逆に、フローティングゲートの高さが減少すると、フローティングゲートとコントロールゲートとの界面面積が減少してカップリング比(coupling ratio)が減少するという問題点が生ずる。
【0009】
そこで、本発明の目的は、素子分離用トレンチを形成し、その後ステップカバレージに優れたHARP膜を用いてトレンチの底面および側壁を埋め込んだ後、ウェットエッチング工程を行ってトンネル絶縁膜の側壁にHARP膜を残留させてウィングスペーサを形成することにより、トンネル絶縁膜を保護し、且つ後続で形成されるコントロールゲートがフローティングゲート同士の間の位置に形成されるようにして、インターフェアレンス効果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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために本発明に係る代表的なフラッシュメモリ素子の製造方法は、半導体基板の上部にトンネル絶縁膜、電子蓄積層、およびハードマスクを順次形成する段階と、前記ハードマスク、前記電子蓄積層、前記トンネル絶縁膜、および前記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段階と、前記トレンチ内に絶縁膜を埋め込む段階と、前記絶縁膜の上端部をエッチングしてEFH(Effective Field Hight)を調節し、前記トンネル絶縁膜の側壁に前記絶縁膜を残留させてウィングスペーサを形成する段階と、前記ウィングスペーサを含んだ全体構造上にバッファ膜を形成する段階と、前記ハードマスクの上部が露出するように化学的機械的研磨工程を行う段階と、前記ハードマスクおよび前記バッファ膜を除去する段階とを含むことを特徴とする。
【0011】
前記トレンチを形成する段階は、露出する前記半導体基板の素子分離領域をエッチングして第1トレンチを形成する段階と、前記第1トレンチの側壁にスペーサを形成する段階と、前記スペーサの間の前記素子分離領域に前記第1トレンチより幅が狭くてさらに深い第2トレンチを形成する段階とをさらに含んでもよい。
【0012】
前記絶縁膜はステップカバレージに優れたHARP膜で形成してもよく、前記絶縁膜はステップカバレージに優れたSiO2膜で形成してもよい。
【0013】
前記絶縁膜を形成する段階の後で、且つ前記ウィングスペーサを形成する段階の前に、熱処理工程を行う段階をさらに含んでもよい。前記熱処理工程はN2ガスまたはH2Oガスを用いて行ってもよく、前記熱処理工程は温度800〜1000℃の範囲で30分〜1時間行ってもよい。
【0014】
前記バッファ膜は、SOG方式を用いたPSZ膜またはHSQ膜で形成することが好ましい。
【0015】
前記絶縁膜を埋め込む段階は、前記電子蓄積層より低い前記トレンチの下端部を埋め込むが、前記電子蓄積層と同じまたはより高い上端部は前記トレンチの側壁部に形成し、前記絶縁膜の平板は350〜450Åの厚さで形成し、前記トレンチの側壁には150〜200Åの厚さで形成することが好ましい。
【発明の効果】
【0016】
本発明のフラッシュメモリ素子の製造方法によれば、素子分離用トレンチを形成し、その後ステップカバレージに優れたHARP膜を用いてトレンチの底面および側壁を埋め込んだ後、ウェットエッチング工程を行ってトンネル絶縁膜の側壁にHARP膜を残留させてウィングスペーサを形成する。それによって、トンネル絶縁膜を保護し、且つ後続で形成されるコントロールゲートがフローティングゲート同士の間の位置に形成されるようにして、インターフェアレンス効果を減少させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下に添付図面を参照しながら、本発明によるフラッシュメモリ素子の製造方法についてその好適な実施形態を詳細に説明する。
【0018】
図3〜図11は本発明の一実施形態に係るフラッシュメモリ素子の製造方法を説明するための素子の断面図である。
【0019】
まず、図3に示すように、半導体基板100上にトンネル絶縁膜102、電子蓄積膜104および素子分離マスク112を順次形成する。ここで、素子分離マスク112は、バッファ酸化膜106、窒化膜108、およびハードマスク110の積層構造で形成することができる。この際、ハードマスク110は、窒化物、酸化物、SiONまたはアモルファスカーボンで形成することができる。一方、電子蓄積膜104は、フラッシュメモリ素子のフローティングゲートを形成するためのもので、ポリシリコンまたはシリコン窒化膜で形成でき、電子の蓄積が可能ないずれの物質でも形成できる。
【0020】
つぎに、図4に示すように、素子分離領域の素子分離マスク112、電子蓄積膜104およびトンネル絶縁膜102を順次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。より具体的に説明すると、次の通りである。素子分離マスク112上にフォトレジスト(図示せず)を塗布し、露光および現像工程を行って素子分離領域の素子分離マスク112を露出させるフォトレジストパターン(図示せず)を形成する。次いで、フォトレジストパターンを用いたエッチング工程によって素子分離マスク112の素子分離領域をエッチングする。フォトレジストパターンは除去する。続いて、素子分離マスク112を用いたエッチング工程によって電子蓄積膜104およびトンネル絶縁膜102をエッチングする。これにより、素子分離領域の半導体基板100が露出してしまう。窒化膜108、バッファ酸化膜106、電子蓄積膜104、およびトンネル絶縁膜102をエッチングする過程でハードマスク110も所定の厚さだけエッチングされる。
【0021】
続いて、露出した素子分離領域の半導体基板100を第1エッチング工程によってエッチングして第1トレンチ114を形成する。この際、第1トレンチ114は、目標深さの1/6〜1/3に相当する深さで形成し、例えば半導体基板100を50Å〜2000Åエッチングして第1トレンチ114を形成する。一方、第1トレンチ114の側壁が85°〜90°で傾くように第1エッチング工程を行うことができる。
【0022】
つぎに、図5に示すように、第1トレンチ114を形成するためのエッチング工程によって第1トレンチ114の側壁および底面に発生したエッチング損傷を治癒するために酸化工程を行うことができる。
【0023】
その後、第1トレンチ114の側壁にスペーサ116を形成する。具体的に、第1トレンチ114を含んだ全体構造上に絶縁膜を形成した後、第1トレンチ114の側壁には絶縁膜が残留し、底面には絶縁膜が除去されるようにブランケットエッチバック工程を行ってスペーサ116を形成する。この際、絶縁膜は、電子蓄積膜104および素子分離マスク112の側壁にも残留する。したがって、スペーサ116は、第1トレンチ114、電子蓄積膜104、および素子分離マスク112の側壁に形成される。一方、絶縁膜は、酸化工程で形成することができ、酸化膜、HTO酸化膜、窒化膜、またはこれらの混合膜で形成することもできる。スペーサ116を酸化防止膜として用いる場合、窒化膜が含まれたスペーサ116を形成することが好ましい。スペーサ116は、第1トレンチ114の幅を考慮してスペーサ116の間に第1トレンチ114の底面が露出できる程度の厚さで形成することが好ましく、第1トレンチ114の幅の1/6〜1/4に相当する厚さで形成し、或いは50Å〜1000Åの厚さで形成することができる。
【0024】
つぎに、図6に示すように、スペーサ116および素子分離マスク112を用いたエッチング工程によってスペーサ116の間から露出した第1トレンチ114の底面の半導体基板100をエッチングして第2トレンチ118を形成する。第2トレンチ118は、500Å〜20000Åの深さで形成することができる。これにより、上部幅が下部幅より広いトレンチ120が素子分離領域に形成される。
【0025】
つぎに、図7に示すように、スペーサ116間の間隔が広くなるようにスペーサ116を所定の厚さだけエッチングする。この際、スペーサ116を完全に除去することもできる。スペーサ116が酸化物で形成された場合にはフッ酸溶液を用いてエッチングし、窒化物で形成された場合にはリン酸溶液を用いてエッチングすることができる。スペーサ116の間隔が広くなると、アスペクト比が減少して、後続の工程でトレンチ120を充填するための絶縁膜形成の際にギャップフィル(gap-fill)特性を向上させることができる。スペーサ116のエッチング工程は、エッチング剤を用いたウェットエッチングまたはドライエッチング工程で行うことができる。
【0026】
つぎに、図8に示すように、ハードマスク110を除去した後、トレンチ120を含んだ全体構造上に素子分離用絶縁膜122を形成する。素子分離用絶縁膜122は、ステップカバレージ(step coverage)に優れたHARP(High Aspect Ratio Process)膜を使用することが好ましい。素子分離用絶縁膜122は、平板の厚さが350〜450Åとなるように形成し、トレンチ120の側壁に形成される厚さが150〜200Åとなるように形成することが好ましい。素子分離用絶縁膜122は、HARP膜の代わりにステップカバレージにに優れたSiO2膜を使用することができる。素子分離用絶縁膜122は、トレンチ120の下端部、すなわち電荷蓄積層104より低いトレンチ120の底面はギャップフィルされるが、上端部の部分は素子分離用絶縁膜122の厚さによって完全には埋め込まれない。
【0027】
その後、熱処理工程を行って素子分離用絶縁膜122の膜質を改善する。熱処理工程は、N2ガスまたはH2Oガスを用いて行うことが好ましい。熱処理工程は、温度800〜1000℃の範囲で30分〜1時間行うことが好ましい。
【0028】
つぎに、図9に示すように、ウェットエッチング工程を行って、トレンチ120の上端部に形成された素子分離用絶縁膜を除去する。この際、ウェットエッチングは、トレンチ120の上端部、すなわちバッファ酸化膜106および窒化膜108の側壁に形成された素子分離用絶縁膜を除去するが、トンネル絶縁膜102の側壁に形成された素子分離用絶縁膜は残留させ、ウィングスペーサAを持つ素子分離用絶縁膜122を形成する。上述したように、ウェットエッチング工程を行って素子分離用絶縁膜122のEFH(Effective Field Hight)を調節すると同時に、トンネル絶縁膜102の側壁を保護するウィングスペーサAを同時に形成することができる。
【0029】
つぎに、図10に示すように、素子分離用絶縁膜122を含んだ全体構造上にバッファ膜124を形成する。バッファ膜124は、後続のエッチング工程の際に素子分離用絶縁膜122とエッチング率の差異が大きいSOG方式で形成したPSZ膜またはHSQ膜で形成することが好ましい。一般に、FNを用いたエッチング工程の際にHARP膜の場合には2Å/secのエッチング率を有し、PSZ膜の場合には7Å/secのエッチング率を有するが、アニーリング工程を行ってエッチング率の差異を制御することができる。バッファ膜124は、後続の化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)工程の際にトレンチ120の上端部の空間によるパターンの崩壊を防止するために形成される。その後、窒化膜108が露出するようにCMP工程を行う。
【0030】
そして、図11に示す工程においては、露出した窒化膜およびバッファ酸化膜を順次エッチングして除去する。その後、バッファ膜はウェットまたはドライエッチング工程を用いて除去する。ウェットエッチング工程はFNを用いて行うことが好ましい。
【0031】
その後、図示してはいないが、素子分離用絶縁膜122を含んだ全体構造上に誘電体膜およびコントロールゲート用導電膜を順次積層して形成する。
【0032】
本発明の技術思想は、前記好適な実施形態によって具体的に述べられたが、これらの実施形態は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、本発明の技術思想の範囲内で多様な変形実施が可能であることを理解できるであろう。また、それら実施形態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。これらの実施形態は、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。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】従来の技術に係るフラッシュメモリ素子の製造方法を説明するための素子の断面図。
【図2】フラッシュメモリ素子のフローティングゲートの高さ、フローティングゲート間の距離によるインターフェアレンスとカップリング比との関係を示すグラフ。
【図3】本発明の実施形態に係るフラッシュメモリ素子の製造方法を説明するための素子の断面図。
【図4】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図5】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図6】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図7】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図8】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図9】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図10】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図11】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【符号の説明】
【0034】
100 半導体基板
102 トンネル絶縁膜
104 電子蓄積膜
106 バッファ酸化膜
108 窒化膜
110 ハードマスク
112 素子分離用マスク
114 第1トレンチ
115 第1酸化膜
116 スペーサ
118 第2トレンチ
120 トレンチ
122 素子分離用絶縁膜
124 バッファ膜
A ウィングスペーサ
【技術分野】
【0001】
本発明は、特にフローティングゲート間のインターフェアレンス効果を減少させるための素子分離膜形成に係るフラッシュメモリ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
NAND型フラッシュメモリ素子は、データを格納するための多数のセルが直列連結されて1本のストリングを構成し、セルストリングとドレインとの間およびセルストリングとソースとの間にそれぞれドレイン選択トランジスタおよびソース選択トランジスタが形成される。このようなNAND型フラッシュメモリ素子のセルの形成は、半導体基板上の所定の領域にトンネル酸化膜、フローティングゲート、誘電体膜およびコントロールゲートが積層されたゲートを形成し、このゲートの両側に接合部を形成することによりなされる。
【0003】
この種のNAND型フラッシュメモリ素子は、隣接した周辺セルの動作によってセルの状態が影響されるため、セルの状態を一定に維持することが非常に重要である。このような隣接した周辺セルの動作、特にプログラム動作によりセルの状態が変わることをインターフェアレンス効果(interference effect)という。すなわち、インターフェアレンス効果とは、読み出そうとする第1セルと隣接した第2セルをプログラムすると、第2セルのフローティングゲートのチャージ変化によるキャパシタンス作用により、第1セルの読み出しの際に第1セルのしきい電圧より高いしきい電圧が読み出される現象を呼ぶもので、読み出しセルのフローティングゲートのチャージは変化しないが、隣接セルの状態変化によって実際セルの状態が歪まれて見える現象をいう。このようなインターフェアレンス効果によりセルの状態が変わるが、これは不良率を増加させて収率を低下させる結果をもたらす。したがって、インターフェアレンス効果の最小化が、セルの状態を一定に維持することに効果的であるといえる。
【0004】
一方、一般なNAND型フラッシュメモリ素子の製造工程において、SA−STI(Self Aligned Shallow Trench Isolation)工程を用いて素子分離膜およびフローティングゲートの一部を形成するが、図1を参照してその工程について簡略に説明すると、次の通りである。
【0005】
半導体基板10の上部にトンネル酸化膜11および第1ポリシリコン膜12を形成した後、第1ポリシリコン膜12およびトンネル酸化膜11の所定の領域をエッチングし、半導体基板10を所定の深さにエッチングしてトレンチ13を形成した後、このトレンチに絶縁膜を埋め込んで研磨工程を行うことにより、素子分離膜14を形成する。その後、第1酸化膜15、窒化膜16、第2酸化膜17を順次形成して誘電体膜18を形成する。
【0006】
前述したようにSA−STI工程を用いてフラッシュメモリ素子を製造すると、フローティングゲートとして作用される第1ポリシリコン膜と隣接の第1ポリシリコン膜との間に素子分離膜が形成されているため、第1ポリシリコン膜同士の間にインターフェアレンスが発生するおそれがある。
【0007】
図2はフローティングゲート間の高さおよび距離によるインターフェアレンス効果とカップリング比を示すグラフである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、図2に示すように、ゲート間のインターフェアレンスは、フローティングゲート間の距離とフローティングゲートの高さに比例する。すなわち、フローティングゲート間の距離が遠く、フローティングゲートの高さが減少すると、インターフェアレンスは減少する。ところが、これと逆に、フローティングゲートの高さが減少すると、フローティングゲートとコントロールゲートとの界面面積が減少してカップリング比(coupling ratio)が減少するという問題点が生ずる。
【0009】
そこで、本発明の目的は、素子分離用トレンチを形成し、その後ステップカバレージに優れたHARP膜を用いてトレンチの底面および側壁を埋め込んだ後、ウェットエッチング工程を行ってトンネル絶縁膜の側壁にHARP膜を残留させてウィングスペーサを形成することにより、トンネル絶縁膜を保護し、且つ後続で形成されるコントロールゲートがフローティングゲート同士の間の位置に形成されるようにして、インターフェアレンス効果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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために本発明に係る代表的なフラッシュメモリ素子の製造方法は、半導体基板の上部にトンネル絶縁膜、電子蓄積層、およびハードマスクを順次形成する段階と、前記ハードマスク、前記電子蓄積層、前記トンネル絶縁膜、および前記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段階と、前記トレンチ内に絶縁膜を埋め込む段階と、前記絶縁膜の上端部をエッチングしてEFH(Effective Field Hight)を調節し、前記トンネル絶縁膜の側壁に前記絶縁膜を残留させてウィングスペーサを形成する段階と、前記ウィングスペーサを含んだ全体構造上にバッファ膜を形成する段階と、前記ハードマスクの上部が露出するように化学的機械的研磨工程を行う段階と、前記ハードマスクおよび前記バッファ膜を除去する段階とを含むことを特徴とする。
【0011】
前記トレンチを形成する段階は、露出する前記半導体基板の素子分離領域をエッチングして第1トレンチを形成する段階と、前記第1トレンチの側壁にスペーサを形成する段階と、前記スペーサの間の前記素子分離領域に前記第1トレンチより幅が狭くてさらに深い第2トレンチを形成する段階とをさらに含んでもよい。
【0012】
前記絶縁膜はステップカバレージに優れたHARP膜で形成してもよく、前記絶縁膜はステップカバレージに優れたSiO2膜で形成してもよい。
【0013】
前記絶縁膜を形成する段階の後で、且つ前記ウィングスペーサを形成する段階の前に、熱処理工程を行う段階をさらに含んでもよい。前記熱処理工程はN2ガスまたはH2Oガスを用いて行ってもよく、前記熱処理工程は温度800〜1000℃の範囲で30分〜1時間行ってもよい。
【0014】
前記バッファ膜は、SOG方式を用いたPSZ膜またはHSQ膜で形成することが好ましい。
【0015】
前記絶縁膜を埋め込む段階は、前記電子蓄積層より低い前記トレンチの下端部を埋め込むが、前記電子蓄積層と同じまたはより高い上端部は前記トレンチの側壁部に形成し、前記絶縁膜の平板は350〜450Åの厚さで形成し、前記トレンチの側壁には150〜200Åの厚さで形成することが好ましい。
【発明の効果】
【0016】
本発明のフラッシュメモリ素子の製造方法によれば、素子分離用トレンチを形成し、その後ステップカバレージに優れたHARP膜を用いてトレンチの底面および側壁を埋め込んだ後、ウェットエッチング工程を行ってトンネル絶縁膜の側壁にHARP膜を残留させてウィングスペーサを形成する。それによって、トンネル絶縁膜を保護し、且つ後続で形成されるコントロールゲートがフローティングゲート同士の間の位置に形成されるようにして、インターフェアレンス効果を減少させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下に添付図面を参照しながら、本発明によるフラッシュメモリ素子の製造方法についてその好適な実施形態を詳細に説明する。
【0018】
図3〜図11は本発明の一実施形態に係るフラッシュメモリ素子の製造方法を説明するための素子の断面図である。
【0019】
まず、図3に示すように、半導体基板100上にトンネル絶縁膜102、電子蓄積膜104および素子分離マスク112を順次形成する。ここで、素子分離マスク112は、バッファ酸化膜106、窒化膜108、およびハードマスク110の積層構造で形成することができる。この際、ハードマスク110は、窒化物、酸化物、SiONまたはアモルファスカーボンで形成することができる。一方、電子蓄積膜104は、フラッシュメモリ素子のフローティングゲートを形成するためのもので、ポリシリコンまたはシリコン窒化膜で形成でき、電子の蓄積が可能ないずれの物質でも形成できる。
【0020】
つぎに、図4に示すように、素子分離領域の素子分離マスク112、電子蓄積膜104およびトンネル絶縁膜102を順次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。より具体的に説明すると、次の通りである。素子分離マスク112上にフォトレジスト(図示せず)を塗布し、露光および現像工程を行って素子分離領域の素子分離マスク112を露出させるフォトレジストパターン(図示せず)を形成する。次いで、フォトレジストパターンを用いたエッチング工程によって素子分離マスク112の素子分離領域をエッチングする。フォトレジストパターンは除去する。続いて、素子分離マスク112を用いたエッチング工程によって電子蓄積膜104およびトンネル絶縁膜102をエッチングする。これにより、素子分離領域の半導体基板100が露出してしまう。窒化膜108、バッファ酸化膜106、電子蓄積膜104、およびトンネル絶縁膜102をエッチングする過程でハードマスク110も所定の厚さだけエッチングされる。
【0021】
続いて、露出した素子分離領域の半導体基板100を第1エッチング工程によってエッチングして第1トレンチ114を形成する。この際、第1トレンチ114は、目標深さの1/6〜1/3に相当する深さで形成し、例えば半導体基板100を50Å〜2000Åエッチングして第1トレンチ114を形成する。一方、第1トレンチ114の側壁が85°〜90°で傾くように第1エッチング工程を行うことができる。
【0022】
つぎに、図5に示すように、第1トレンチ114を形成するためのエッチング工程によって第1トレンチ114の側壁および底面に発生したエッチング損傷を治癒するために酸化工程を行うことができる。
【0023】
その後、第1トレンチ114の側壁にスペーサ116を形成する。具体的に、第1トレンチ114を含んだ全体構造上に絶縁膜を形成した後、第1トレンチ114の側壁には絶縁膜が残留し、底面には絶縁膜が除去されるようにブランケットエッチバック工程を行ってスペーサ116を形成する。この際、絶縁膜は、電子蓄積膜104および素子分離マスク112の側壁にも残留する。したがって、スペーサ116は、第1トレンチ114、電子蓄積膜104、および素子分離マスク112の側壁に形成される。一方、絶縁膜は、酸化工程で形成することができ、酸化膜、HTO酸化膜、窒化膜、またはこれらの混合膜で形成することもできる。スペーサ116を酸化防止膜として用いる場合、窒化膜が含まれたスペーサ116を形成することが好ましい。スペーサ116は、第1トレンチ114の幅を考慮してスペーサ116の間に第1トレンチ114の底面が露出できる程度の厚さで形成することが好ましく、第1トレンチ114の幅の1/6〜1/4に相当する厚さで形成し、或いは50Å〜1000Åの厚さで形成することができる。
【0024】
つぎに、図6に示すように、スペーサ116および素子分離マスク112を用いたエッチング工程によってスペーサ116の間から露出した第1トレンチ114の底面の半導体基板100をエッチングして第2トレンチ118を形成する。第2トレンチ118は、500Å〜20000Åの深さで形成することができる。これにより、上部幅が下部幅より広いトレンチ120が素子分離領域に形成される。
【0025】
つぎに、図7に示すように、スペーサ116間の間隔が広くなるようにスペーサ116を所定の厚さだけエッチングする。この際、スペーサ116を完全に除去することもできる。スペーサ116が酸化物で形成された場合にはフッ酸溶液を用いてエッチングし、窒化物で形成された場合にはリン酸溶液を用いてエッチングすることができる。スペーサ116の間隔が広くなると、アスペクト比が減少して、後続の工程でトレンチ120を充填するための絶縁膜形成の際にギャップフィル(gap-fill)特性を向上させることができる。スペーサ116のエッチング工程は、エッチング剤を用いたウェットエッチングまたはドライエッチング工程で行うことができる。
【0026】
つぎに、図8に示すように、ハードマスク110を除去した後、トレンチ120を含んだ全体構造上に素子分離用絶縁膜122を形成する。素子分離用絶縁膜122は、ステップカバレージ(step coverage)に優れたHARP(High Aspect Ratio Process)膜を使用することが好ましい。素子分離用絶縁膜122は、平板の厚さが350〜450Åとなるように形成し、トレンチ120の側壁に形成される厚さが150〜200Åとなるように形成することが好ましい。素子分離用絶縁膜122は、HARP膜の代わりにステップカバレージにに優れたSiO2膜を使用することができる。素子分離用絶縁膜122は、トレンチ120の下端部、すなわち電荷蓄積層104より低いトレンチ120の底面はギャップフィルされるが、上端部の部分は素子分離用絶縁膜122の厚さによって完全には埋め込まれない。
【0027】
その後、熱処理工程を行って素子分離用絶縁膜122の膜質を改善する。熱処理工程は、N2ガスまたはH2Oガスを用いて行うことが好ましい。熱処理工程は、温度800〜1000℃の範囲で30分〜1時間行うことが好ましい。
【0028】
つぎに、図9に示すように、ウェットエッチング工程を行って、トレンチ120の上端部に形成された素子分離用絶縁膜を除去する。この際、ウェットエッチングは、トレンチ120の上端部、すなわちバッファ酸化膜106および窒化膜108の側壁に形成された素子分離用絶縁膜を除去するが、トンネル絶縁膜102の側壁に形成された素子分離用絶縁膜は残留させ、ウィングスペーサAを持つ素子分離用絶縁膜122を形成する。上述したように、ウェットエッチング工程を行って素子分離用絶縁膜122のEFH(Effective Field Hight)を調節すると同時に、トンネル絶縁膜102の側壁を保護するウィングスペーサAを同時に形成することができる。
【0029】
つぎに、図10に示すように、素子分離用絶縁膜122を含んだ全体構造上にバッファ膜124を形成する。バッファ膜124は、後続のエッチング工程の際に素子分離用絶縁膜122とエッチング率の差異が大きいSOG方式で形成したPSZ膜またはHSQ膜で形成することが好ましい。一般に、FNを用いたエッチング工程の際にHARP膜の場合には2Å/secのエッチング率を有し、PSZ膜の場合には7Å/secのエッチング率を有するが、アニーリング工程を行ってエッチング率の差異を制御することができる。バッファ膜124は、後続の化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)工程の際にトレンチ120の上端部の空間によるパターンの崩壊を防止するために形成される。その後、窒化膜108が露出するようにCMP工程を行う。
【0030】
そして、図11に示す工程においては、露出した窒化膜およびバッファ酸化膜を順次エッチングして除去する。その後、バッファ膜はウェットまたはドライエッチング工程を用いて除去する。ウェットエッチング工程はFNを用いて行うことが好ましい。
【0031】
その後、図示してはいないが、素子分離用絶縁膜122を含んだ全体構造上に誘電体膜およびコントロールゲート用導電膜を順次積層して形成する。
【0032】
本発明の技術思想は、前記好適な実施形態によって具体的に述べられたが、これらの実施形態は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、本発明の技術思想の範囲内で多様な変形実施が可能であることを理解できるであろう。また、それら実施形態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。これらの実施形態は、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。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】従来の技術に係るフラッシュメモリ素子の製造方法を説明するための素子の断面図。
【図2】フラッシュメモリ素子のフローティングゲートの高さ、フローティングゲート間の距離によるインターフェアレンスとカップリング比との関係を示すグラフ。
【図3】本発明の実施形態に係るフラッシュメモリ素子の製造方法を説明するための素子の断面図。
【図4】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図5】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図6】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図7】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図8】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図9】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図10】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【図11】同実施形態における次工程を示す素子の断面図。
【符号の説明】
【0034】
100 半導体基板
102 トンネル絶縁膜
104 電子蓄積膜
106 バッファ酸化膜
108 窒化膜
110 ハードマスク
112 素子分離用マスク
114 第1トレンチ
115 第1酸化膜
116 スペーサ
118 第2トレンチ
120 トレンチ
122 素子分離用絶縁膜
124 バッファ膜
A ウィングスペーサ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板の上部にトンネル絶縁膜および電子蓄積層を形成した後、前記電子蓄積層、前記トンネル絶縁膜および前記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段階と、
前記トレンチ内に絶縁膜を埋め込む段階と、
前記絶縁膜の上端部をエッチングしてEFHを調節し、前記トンネル絶縁膜の側壁に前記絶縁膜を残留させてウィングスペーサを形成する段階と、
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。
【請求項2】
半導体基板の上部にトンネル絶縁膜、電子蓄積層、およびハードマスクを順次形成する段階と、
前記ハードマスク、前記電子蓄積層、前記トンネル絶縁膜、および前記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段階と、
前記トレンチ内に絶縁膜を埋め込む段階と、
前記絶縁膜の上端部をエッチングしてEFHを調節し、前記トンネル絶縁膜の側壁に前記絶縁膜を残留させてウィングスペーサを形成する段階と、
前記ウィングスペーサを含んだ全体構造上にバッファ膜を形成する段階と、
前記ハードマスクの上部が露出するように化学的機械的研磨工程を行う段階と、
前記ハードマスクおよび前記バッファ膜を除去する段階と、
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。
【請求項3】
前記トレンチを形成する段階は、
露出する前記半導体基板の素子分離領域をエッチングして第1トレンチを形成する段階と、
前記第1トレンチの側壁にスペーサを形成する段階と、
前記スペーサの間の前記素子分離領域に前記第1トレンチより幅が狭くてさらに深い第2トレンチを形成する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項4】
前記絶縁膜は、ステップカバレージに優れたHARP膜で形成することを特徴とする、請求項1又は2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項5】
前記絶縁膜は、ステップカバレージに優れたSiO2膜で形成することを特徴とする、請求項1又は2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項6】
前記絶縁膜を形成する段階の後、且つ前記ウィングスペーサを形成する段階の前に、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又は2に記載のフラッシュメモリ素子の素子分離膜形成方法。
【請求項7】
前記熱処理工程は、N2ガス又はH2Oガスを用いて行うことを特徴とする請求項6に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項8】
前記熱処理工程は、温度800〜1000℃の範囲で30分〜1時間行うことを特徴とする請求項6に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項9】
前記バッファ膜は、SOG方式を用いたPSZ膜又はHSQ膜で形成することを特徴とする請求項2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項10】
前記バッファ膜除去工程は、ウェット又はドライエッチング工程を用いて行うことを特徴とする請求項2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項11】
前記ウェットエッチング工程は、FNを用いて行うことを特徴とする請求項10に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項12】
前記絶縁膜を埋め込む段階は、前記電子蓄積層より低い前記トレンチの下端部を埋め込むが、前記電荷蓄積層と同じ又はより高い上端部は前記トレンチの側壁部に形成することを特徴とする請求項1又は2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項13】
前記絶縁膜の平板は、350〜450Åの厚さで形成し、前記トレンチの側壁には150〜200Åの厚さで形成することを特徴とする請求項1又は2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項1】
半導体基板の上部にトンネル絶縁膜および電子蓄積層を形成した後、前記電子蓄積層、前記トンネル絶縁膜および前記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段階と、
前記トレンチ内に絶縁膜を埋め込む段階と、
前記絶縁膜の上端部をエッチングしてEFHを調節し、前記トンネル絶縁膜の側壁に前記絶縁膜を残留させてウィングスペーサを形成する段階と、
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。
【請求項2】
半導体基板の上部にトンネル絶縁膜、電子蓄積層、およびハードマスクを順次形成する段階と、
前記ハードマスク、前記電子蓄積層、前記トンネル絶縁膜、および前記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段階と、
前記トレンチ内に絶縁膜を埋め込む段階と、
前記絶縁膜の上端部をエッチングしてEFHを調節し、前記トンネル絶縁膜の側壁に前記絶縁膜を残留させてウィングスペーサを形成する段階と、
前記ウィングスペーサを含んだ全体構造上にバッファ膜を形成する段階と、
前記ハードマスクの上部が露出するように化学的機械的研磨工程を行う段階と、
前記ハードマスクおよび前記バッファ膜を除去する段階と、
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。
【請求項3】
前記トレンチを形成する段階は、
露出する前記半導体基板の素子分離領域をエッチングして第1トレンチを形成する段階と、
前記第1トレンチの側壁にスペーサを形成する段階と、
前記スペーサの間の前記素子分離領域に前記第1トレンチより幅が狭くてさらに深い第2トレンチを形成する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項4】
前記絶縁膜は、ステップカバレージに優れたHARP膜で形成することを特徴とする、請求項1又は2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項5】
前記絶縁膜は、ステップカバレージに優れたSiO2膜で形成することを特徴とする、請求項1又は2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項6】
前記絶縁膜を形成する段階の後、且つ前記ウィングスペーサを形成する段階の前に、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又は2に記載のフラッシュメモリ素子の素子分離膜形成方法。
【請求項7】
前記熱処理工程は、N2ガス又はH2Oガスを用いて行うことを特徴とする請求項6に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項8】
前記熱処理工程は、温度800〜1000℃の範囲で30分〜1時間行うことを特徴とする請求項6に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項9】
前記バッファ膜は、SOG方式を用いたPSZ膜又はHSQ膜で形成することを特徴とする請求項2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項10】
前記バッファ膜除去工程は、ウェット又はドライエッチング工程を用いて行うことを特徴とする請求項2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項11】
前記ウェットエッチング工程は、FNを用いて行うことを特徴とする請求項10に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項12】
前記絶縁膜を埋め込む段階は、前記電子蓄積層より低い前記トレンチの下端部を埋め込むが、前記電荷蓄積層と同じ又はより高い上端部は前記トレンチの側壁部に形成することを特徴とする請求項1又は2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項13】
前記絶縁膜の平板は、350〜450Åの厚さで形成し、前記トレンチの側壁には150〜200Åの厚さで形成することを特徴とする請求項1又は2に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2008−277736(P2008−277736A)
【公開日】平成20年11月13日(2008.11.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−336198(P2007−336198)
【出願日】平成19年12月27日(2007.12.27)
【出願人】(591024111)株式会社ハイニックスセミコンダクター (1,189)
【氏名又は名称原語表記】HYNIX SEMICONDUCTOR INC.
【住所又は居所原語表記】San 136−1,Ami−Ri,Bubal−Eup,Ichon−Shi,Kyoungki−Do,Korea
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年11月13日(2008.11.13)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年12月27日(2007.12.27)
【出願人】(591024111)株式会社ハイニックスセミコンダクター (1,189)
【氏名又は名称原語表記】HYNIX SEMICONDUCTOR INC.
【住所又は居所原語表記】San 136−1,Ami−Ri,Bubal−Eup,Ichon−Shi,Kyoungki−Do,Korea
【Fターム(参考)】
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