(57)【要約】【課題】フォト工程のマージンを向上させること、パターン不良を防止すること、及びフォトマスクのアスペクト比を減らしてフォトマスク崩壊などの不良を防止することが可能なフラッシュメモリ素子の製造方法の提供。【解決手段】所定の下部パターンが形成された半導体基板上に反射防止及びエッチング停止用膜を形成する段階と、前記反射防止及びエッチング停止用膜上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜上にフォトレジストを形成する段階と、前記フォトレジストをパターニングする段階と、前記パターニングされたフォトレジストをマスクとして前記絶縁膜と前記反射防止及びエッチング停止用膜をエッチングしてトレンチを形成する段階とを含む、フラッシュメモリ素子の製造方法を提供する。【選択図】図２
2006295172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の下部パターンが形成された半導体基板上に反射防止及びエッチング停止用膜を形成する段階と、
前記反射防止及びエッチング停止用膜上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜上にフォトレジストを形成する段階と、
前記フォトレジストをパターニングする段階と、
前記パターニングされたフォトレジストをマスクとして前記絶縁膜と前記反射防止及びエッチング停止用膜をエッチングしてトレンチ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】
前記反射防止及びエッチング停止用膜は、無機ＢＡＲＣ(Bottom Anti-Reflective Coating)物質を用いて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製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜は酸化膜で形成し、前記反射防止及びエッチング停止用膜はＳｉＯＮ膜で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製造方法。
【請求項４】
前記フォトレジストを形成する前に、前記絶縁膜上にＢＡＲＣ膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項５】
金属系列で形成されたソースまたはドレインコンタクトを含むいろいろの要素が形成された半導体基板上に第１絶縁膜を形成する段階と、
前記第１絶縁膜上に反射防止及びエッチング停止用膜を形成する段階と、
前記反射防止及びエッチング停止用膜上に第２絶縁膜を形成する段階と、
前記第２絶縁膜上にフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをマスクとして前記第２絶縁膜と前記反射防止及びエッチング停止用膜をエッチングしてトレンチ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６】
前記反射防止及びエッチング停止用膜は、無機ＢＡＲＣ物質を用いて形成することを特徴とする、請求項５に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１及び第２絶縁膜は酸化物で形成し、前記反射防止及びエッチング停止用膜はＳｉＯＮ膜で形成することを特徴とする、請求項５に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【請求項８】
前記フォトレジストパターンを形成する前に、前記第２絶縁膜上にＢＡＲＣ膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載のフラッシュメモリ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラッシュメモリ素子の製造方法に係り、特に、トレンチマスク形成の際にフォト工程のマージンを向上させるためのフラッシュメモリ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラッシュメモリ素子が９０ｎｍ以下に高集積化されるにつれて、抵抗問題が主要イッシュとして台頭している。これにより、コンタクトまたはゲートラインをポリシリコンの代わりにタングステン（Ｗ）などの金属系列の物質から形成する趨勢である。
【０００３】
ところが、後続のフォト工程の際に露光光源として用いられるＫｒＦ（２４８ｎｍ）またはＡｒＦ（１９３ｎｍ）の光が下部のコンタクトまたはゲートラインなどの金属系列の物質から激しく乱反射してフォト工程のマージンが減少する原因となっている。
【０００４】
例えば、ＮＡＮＤフラッシュメモリ素子(NAND flash memory device)では、ゲートを形成する工程、ＰＥ−ＴＥＯＳ酸化膜からなる第１層間絶縁膜を形成する工程、前記第１層間絶縁膜にソースコンタクトを形成する工程、ＰＥ−ＴＥＯＳ酸化膜からなる第２層間絶縁膜を形成する工程、前記第２、第１層間絶縁膜にドレインコンタクトを形成する工程を行った後、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）からなるエッチストッパー膜とトレンチ酸化膜を形成し、前記トレンチ酸化膜及びエッチストッパー膜にトレンチを形成するためにフォト工程を行う。
【０００５】
しかし、前記ゲート、ソースコンタクト、ドレインコンタクトのうち金属系列の物質を材料として形成するものがある場合、前記フォト工程の露光光が下部の金属系列の物質によって乱反射を引き起こしてフォト工程のマージンが減少する。
【０００６】
図１は、消光係数（ｋ）が屈折率（ｎ）に比べて十分小さい場合、互いに異なる屈折率を持つ両媒質（媒質１と媒質２）間における反射現象を示す図である。
【０００７】
前記媒質１の屈折率をｎ１、媒質２の屈折率をｎ２とすると、媒質１と媒質２との境界から発生する反射率（Ｒ）は、次の数式で表わされる。
【０００８】
Ｒ＝（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）
【０００９】
酸化膜と窒化膜の屈折率は１．５〜１．６程度であり、タングステン（Ｗ）の屈折率は０．２〜０．４程度なので、前記数式１に鑑みるとき、トレンチ酸化膜とエッチストッパー膜との境界またはエッチストッパー膜と第２層間絶縁膜との境界における反射率は高くないが、第１層間絶縁膜とタングステンとの境界における反射率は非常に大きい値であることが分かる。
【００１０】
このように第１層間絶縁膜とタングステンとの境界から乱反射した光は、フォト工程のマージンを減少させて、前記トレンチ酸化膜とエッチストッパー膜のパターニングの際にパターン崩壊(pattern collapse)や細かいライン(thin line)などのパターン不良を誘発する。
【００１１】
従来の技術では、このような乱反射に起因したフォト工程マージンの減少現象を防止するために、フォトマスクの直下に有機ＢＡＲＣ(Organic Bottom Anti-Reflective Coating)物質や無機ＢＡＲＣ(Inorganic BARC)物質などの乱反射に起因した影響を除去するＢＡＲＣ膜を形成しているが、ＢＡＲＣ膜を用いてフォト工程のマージンを確保するためにはＢＡＲＣ膜を厚く形成しなければならない。
【００１２】
ところが、ＢＡＲＣ膜を厚く形成する場合、増加したＢＡＲＣ膜の厚さだけエッチターゲット(etchtarget)が大きくなるので、フォトマスクの厚さも厚くならなければならない。ところが、フォトマスクの厚さ増加は、フォトマスクアスペクト比の増加をもたらしてフォトマスクの崩壊を誘発するという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、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、その目的は、フォト工程のマージン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。
【００１４】
本発明の他の目的は、パターン不良を防止す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。
【００１５】
本発明の別の目的は、フォトマスクのアスペクト比を減らしてフォトマスク崩壊などの不良を防止す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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、所定の下部パターンが形成された半導体基板上に反射防止及びエッチング停止用膜を形成する段階と、前記反射防止及びエッチング停止用膜上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜上にフォトレジストを形成する段階と、前記フォトレジストをパターニングする段階と、前記パターニングされたフォトレジストをマスクとして前記絶縁膜と前記反射防止及びエッチング停止用膜をエッチングしてトレンチを形成する段階とを含む、フラッシュメモリ素子の製造方法が提供される。
【００１７】
好ましくは、前記反射防止及びエッチング停止用膜は、無機ＢＡＲＣ(Inorganic Bottom Anti-reflective Coating)物質を用いて形成することを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記絶縁膜は酸化膜で形成し、前記反射防止及びエッチング停止用膜はＳｉＯＮ膜で形成することを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、前記フォトレジストを形成する前に、前記絶縁膜上にＢＡＲＣ膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
上述したように、本発明は、次の効果がある。
１）トレンチ工程のエッチストッパーが、エッチング停止膜の役割だけでなく反射防止の役割も行うことができるようにして、下部の金属層による露光光の乱反射現象を抑制させることができるので、乱反射による不良パターン形成を防止することができる。
【００２１】
２）フォトレジストと接するＢＡＲＣ膜を厚く形成しなくても、乱反射による影響を抑制させることができるので、フォトレジストの厚さを減らすことができる。したがって、フォトレジストのアスペクト比を低めることができるので、フォトレジスト崩壊現象や細いラインなどのパターン不良を防止することができる。
【００２２】
３）スタンディングウェーブ効果を減らすことができるので、フォトレジストパターニングが有利になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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、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。
【００２４】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本発明の第１実施例に係るフラッシュメモリ素子の製造工程を示す断面図である。図面において、互いに同一の参照符号は、互いに同一の機能をする同一の構成要素を示す。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１０上にトンネル酸化膜１１を形成し、トンネリング酸化膜１１上にフローティングゲート１２ａ、層間誘電膜１２ｂ、コントロールゲート用ポリシリコン膜１２ｃ、タングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘ）１２ｄ、ハードマスク膜１２ｅの積層膜からなるゲート１２を多数形成する。その後、前記ゲート１２をマスクとして半導体基板１０内に不純物イオンを注入してソース及びドレイン接合１３を形成し、前記ゲート１２の側面にスペーサ１４を形成する。
【００２６】
全面にバッファ酸化膜（図示せず）と犠牲窒化膜１５を順次形成し、前記ゲート１２が完全に覆われるように全面に第１層間絶縁膜１６を形成した後、平坦化させる。その後、前記ソース接合が露出されるように前記第１層間絶縁膜１６と犠牲窒化膜１５とバッファ酸化膜とトンネリング酸化膜１１をエッチングしてソースコンタクトホールを形成し、ソースコンタクトホール内に金属膜またはポリシリコン膜を埋め込んでソースコンタクト１７を形成する。前記ソースコンタクト１７の抵抗を減らすためには、ソースコンタクトホール埋め込み材として金属膜を使用することがよい。その後、全面に第２層間絶縁膜１８を蒸着し、表面を平坦化させる。
【００２７】
次いで、図示してはいないが、前記ドレイン接合が露出されるように前記第２層間絶縁膜１８と第１層間絶縁膜１６と犠牲窒化膜１５とバッファ酸化膜とトンネリング酸化膜１１をエッチングしてドレインコンタクトホールを形成し、前記ドレインコンタクトホール内にポリシリコンまたは金属膜を埋め込んでドレインコンタクトを形成する。前記ドレインコンタクトの抵抗を減らすためには、ドレインコンタクトホール埋め込み材として金属膜を使用することがよい。
【００２８】
抵抗減少を目的として前記ソースコンタクト１７またはドレインコンタクトを金属膜で形成した場合、以後のトレンチ形成のためのフォト工程の際に用いられる露光光が、金属からなるソースコンタクト１７またはドレインコンタクトによって乱反射してパターン不良を誘発する。
【００２９】
このため、トレンチ工程のエッチストッパーとして、既存にエッチング停止膜の役割に使用されるシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の代わりに、トレンチエッチング工程の際にエッチング停止膜の役割の他に乱反射を防止する役割をすることが可能な物質、例えばＳｉＯＮなどの無機ＢＡＲＣ物質で反射防止及びエッチング停止用膜１９を形成し、前記反射防止及びエッチング停止用膜１９上にトレンチ用酸化膜２０を形成する。
【００３０】
その後、図２（ｂ）に示すように、前記トレンチ用酸化膜２０上にフォトレジストＰＲを塗布し、露光及び現像工程によって、前記ソースコンタクト１７とドレインコンタクト（図示せず）上のトレンチ用酸化膜２０がオープンされるように前記フォトレジストＰＲをパターニングする。
【００３１】
下部に金属からなる層が存在しても、前記反射防止及びエッチング停止用膜１９によって、前記フォトレジスト（ＰＲ）のパターニングに用いられる露光光の乱反射現象が防止されるので、フォト工程マージンの不足によるパターン不良は、顕著に減少する。
【００３２】
その後、図２（ｃ）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トレンチ用酸化膜２０と反射防止及びエッチング停止用膜１９をエッチングしてトレンチ２１を形成する。
【００３３】
これにより、本発明の第１実施例に係る半導体素子の製造を完了する。
【００３４】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は本発明の第２実施例に係る半導体素子の製造工程を示す断面図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）と同一の機能をする同一の部分については、同一の図面符号を付した。
【００３５】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板１０上にトンネリング酸化膜１１を形成し、トンネリング酸化膜１１上に、フローティングゲート１２ａ、層間誘電膜１２ｂ、コントロールゲート用ポリシリコン膜１２ｃ、タングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘ）１２ｄ、ハードマスク膜１２ｅの積層膜からなるゲート１２を多数形成する。その後、前記ゲート１２をマスクとして半導体基板１０内に不純物イオンを注入してソース及びドレイン接合１３を形成し、前記ゲート１２の側面にスペーサ１４を形成し、全面にバッファ酸化膜（図示せず）と犠牲窒化膜１５を順次形成する。その後、前記ゲート１２が完全に覆われるように全面に第１層間絶縁膜１６を形成し、前記ソース接合が露出されるように前記第１層間絶縁膜１６と犠牲窒化膜１５とバッファ酸化膜とトンネリング酸化膜１１をエッチングしてソースコンタクトホールを形成した後、ソースコンタクトホール内に金属膜またはポリシリコン膜を埋め込んでソースコンタクト１７を形成する。前記ソースコンタクト１７の抵抗を減らすためには、ソースコンタクトホール埋め込み材として金属膜を使用することが良い。その後、全面に第２層間絶縁膜１８を蒸着し、表面を平坦化させる。
【００３６】
次いで、図示してはいないが、前記ドレイン接合が露出されるように前記第２層間絶縁膜１８と第１層間絶縁膜１６と犠牲窒化膜１５とバッファ酸化膜とトンネリング酸化膜１１をエッチングしてドレインコンタクトホールを形成した後、ドレインコンタクトホール内にポリシリコンまたは金属膜を埋め込んでドレインコンタクトを形成する。前記ドレインコンタクトの抵抗を減らすためには、ドレインコンタクトホール埋め込み材として金属膜を使用することがよい。
【００３７】
抵抗減少を目的として前記ソースコンタクト１７またはドレインコンタクトを金属膜で形成する場合、以後のトレンチ形成のためのフォト工程の際に用いられる露光光が、金属からなるソースコンタクト１７またはドレインコンタクトによって乱反射してパターン不良を誘発する。
【００３８】
このため、トレンチ工程のエッチストッパーとして、既存にエッチング停止膜の役割に使用されるシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の代わりに、トレンチエッチング工程の際にエッチング停止膜の役割の他に乱反射を防止する役割をすることが可能な物質、例えばＳｉＯＮなどの無機ＢＡＲＣ物質で反射防止及びエッチング停止用膜１９を形成し、前記反射防止及びエッチング停止用膜１９上にトレンチ用酸化膜２０を形成する。
【００３９】
その後、図３（ｂ）に示すように、前記トレンチ用酸化膜２０上に、乱反射による影響を除去するためのＢＡＲＣ(Bottom Anti Reflective Coating)膜２２を形成する。前記ＢＡＲＣ２２としては、有機または無機ＢＡＲＣ物質を使用する。
【００４０】
前記ＢＡＲＣ膜２２だけでなく前記反射防止およびエッチング停止用膜１９によっても乱反射による影響を抑制させることができるので、本発明では、従来の技術とは異なり、ＢＡＲＣ膜２２を厚く形成しなくもよい。次いで、前記ＢＡＲＣ膜２２上にフォトレジストＰＲを塗布する。
【００４１】
前記ＢＡＲＣ膜２２の厚さが厚くないので、ＢＡＲＣ膜２２のパターニングのためにフォトレジスト（ＰＲ）の厚さを高くしなくてもよい。したがって、フォトレジスト（ＰＲ）の厚さ増加に伴うアスペクトの増加により、後続のフォトレジスト（ＰＲ）パターニングの際にフォトレジスト（ＰＲ）が崩壊する現象が減少する。
【００４２】
その後、図３（ｃ）に示すように、前記トレンチマスクを用いて前記ＢＡＲＣ膜２２とトレンチ用酸化膜２０と反射防止及びエッチング停止用膜１９とをエッチングしてトレンチ２１を形成する。
【００４３】
これにより、本発明の第２実施例に係る半導体素子の製造を完了する。
【００４４】
本発明の第２実施例では、第１実施例に比べてＢＡＲＣ膜２２を追加してフォトレジスト（ＰＲ）パターニングの際に乱反射の影響をさらに減らすことができる。
【００４５】
図４はトレンチ工程のエッチストッパーがＳｉＮのとき（従来の技術）とＳｉＯＮのとき（本発明）のフォトレジスト（ＰＲ）の断面状態をシミュレーションした図である。
【００４６】
図４を参照すると、ＳｉＮを使用した場合よりＳｉＯＮを使用した場合にスタンディングウェーブ(standingwave)効果減少に効果的であることを確認することができる。
【００４７】
スタンディングウェーブ効果を減少させるためにポストエクスポーズベーキング(post exposebaking)をさらに行えばよいが、スタンディングウェーブ効果が少ないほど、パターニングの側面では有利である。
【００４８】
図５はトレンチ工程のエッチストッパーがＳｉＮのとき（従来の技術）とＳｉＯＮのとき（本発明）のエッチストッパーの厚さ(thickness layer#2)による基板反射率(substrate reflectivity)を示すグラフである。
【００４９】
図５を参照すると、ＳｉＮの代わりにＳｉＯＮを使用した場合、反射率の側面で２００％以上の改善効果があることを確認することができる。
【００５０】
例えば、ＳｉＮ及びＳｉＯＮの厚さが６５ｎｍのとき、ＳｉＮを使用する場合の反射率は０．０３％であるが、ＳｉＯＮを使用する場合の反射率は０．０１５％まで低めることができる。そして、ＳｉＮまたはＳｉＯＮの厚さに応じて、効率はさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】互いに異なる屈折率を持つ両媒質間における反射現象を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係るフラッシュメモリ素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施例に係るフラッシュメモリ素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】トレンチ工程のエッチストッパーがＳｉＮのとき（従来の技術）とＳｉＯＮのとき（本発明）のフォトレジスト（ＰＲ）の断面状態をシミュレーションした図である。
【図５】トレンチ工程のエッチストッパーがＳｉＮのとき（従来の技術）とＳｉＯＮのとき（本発明）のエッチストッパーの厚さによる基板反射率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１９    反射防止及びエッチング停止用膜
２０    トレンチ用酸化膜
２１    トレンチ
２２    ＢＡＲＣ(Bottom Anti-Reflective Coating)膜
ＰＲ    フォトレジスト
【図１】
2006295172.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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