KR100425438B1 - Method of manufacturing non-volatile memory cell without stringers between adjacent control gate electrodes - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 비휘발성 메모리 소자의 셀 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a cell manufacturing method for a nonvolatile memory device.
비휘발성 메모리 소자는 전원이 차단될지라도 메모리 셀에 저장된 정보가 지워지지 않는다는 특징이 있다. 이러한 비휘발성 메모리 소자는 상술한 특성으로 인하여 컴퓨터 및 메모리 카드등에 널리 사용되고 있다. 비휘발성 메모리 소자의 셀은 셀 트랜지스터의 채널영역 상부에 제어게이트 전극이 위치하고, 이러한 제어게트 전극은 원하는 메모리 셀을 선택하기 위한 워드라인과 연결된다. 그리고, 상기 제어게이트 전극 및 상기 채널영역 사이에 정보를 저장시키기 위한 부유게이트가 개재되어 있다. 또한, 채널영역 및 부유게이트 사이에는 전하가 터널링되도록 50Å 내지 100Å의 얇은 터널산화막이 개재되어 있고, 상기 제어게이트 전극 및 부유게이트 사이에는 폴리실리콘층간 절연막이 개재되어 있다. 따라서, 부유게이트는 터널산화막 및 폴리실리콘층간 절연막에 의해 둘러싸여져 격리되어 있으므로 부유게이트 내에 주입된 전하들은 외부로 이탈되지 않는다. 이에 따라, 외부로부터 전원이 차단될지라도 메모리 셀에 저장된 정보는 소멸되지 않는다.The nonvolatile memory device is characterized in that the information stored in the memory cell is not erased even when the power supply is cut off. Such nonvolatile memory devices are widely used in computers and memory cards due to the above characteristics. A control gate electrode is positioned on a channel region of a cell transistor in a cell of a nonvolatile memory device, and the control gate electrode is connected to a word line for selecting a desired memory cell. A floating gate is disposed between the control gate electrode and the channel region to store information. Further, a thin tunnel oxide film of 50 kV to 100 kV is interposed between the channel region and the floating gate so as to tunnel the charge, and an interlayer polysilicon insulating film is interposed between the control gate electrode and the floating gate. Therefore, since the floating gate is surrounded and isolated by the tunnel oxide film and the polysilicon interlayer insulating film, the charges injected into the floating gate do not escape to the outside. Accordingly, even if the power is cut off from the outside, the information stored in the memory cell is not destroyed.
도 1은 종래기술 및 본 발명에 적용되는 일반적인 비휘발성 메모리 소자의 셀 어레이 영역의 일 부분을 나타내는 레이아웃도이다.1 is a layout diagram illustrating a portion of a cell array region of a general nonvolatile memory device according to the related art and the present invention.
도 1을 참조하면, 반도체기판의 소정영역에 활성영역을 한정하기 위한 복수의 활성영역 패턴(1)이 서로 평행하게 배치되어 있고, 상기 활성영역 패턴(1)들 사이의 비활성영역 상에 상기 활성영역 패턴(1)과 수직한 방향으로 인접하는 부유게이트들을 서로 격리시키기 위한 부유게이트 격리 패턴(3)이 배치되어 있다. 그리고, 상기 활성영역 패턴(1)을 가로지르는 복수의 제어게이트 전극 패턴(5)이 배치되어 있다. 여기서, 상기 제어게이트 전극 패턴(5)은 원하는 메모리 셀을 선택하기 위한 워드라인 역할을 한다.Referring to FIG. 1, a plurality of
도 2 및 도 3은 도 1의 레이아웃도에 의해 제작된 일련의 마스크를 사용하여 종래기술에 따른 비휘발성 메모리 셀을 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면들로서 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ에 따라 도시한 단면도들이다.2 and 3 are diagrams for explaining a method of manufacturing a nonvolatile memory cell according to the prior art using a series of masks manufactured by the layout diagram of FIG. It is a cross-sectional view.
먼저 도 2를 참조하면, 도 1의 활성영역 패턴(1)이 그려진 마스크를 사용하여 반도체기판(10) 표면의 소정영역에 소자분리막(1a)을 형성한다. 여기서, 소자분리막(1a) 사이의 영역은 셀 트랜지스터가 형성되는 활성영역이다. 다음에, 상기 활성영역 표면에 수십 약 80Å 내지 100Å의 얇은 터널산화막(2)을 형성한다. 이어서, 상기 결과물 전면에 불순물로 도우핑된 제1 폴리실리콘막을 형성하고, 도 1의 부유게이트 격리 패턴(3)이 그려진 마스크를 사용하여 제1 폴리실리콘막을 패턴닝함으로써 상기 소자분리막(1a)의 중앙부분을 노출시키는 제1 폴리실리콘막 패턴(3a)을 형성한다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 폴리실리콘막 패턴(3a)은 그 측벽이 네가티브 경사를 갖도록 식각되어진다. 이는, 미세 패턴을 형성하기 위한 일반적인 식각 레서피의 특성이다. 계속해서, 상기 제1 폴리실리콘막 패턴(3a)이 형성된 결과물 전면에 폴리실리콘층간 절연막(4), 예컨대 산화막 또는 O/N/O막을 형성한다. 다음에, 상기 폴리실리콘층간 절연막(4) 상에 불순물로 도우핑된 제2 폴리실리콘막(5a)을 형성한다.First, referring to FIG. 2, the
도 3은 제어게이트 전극을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로 설명하면, 상기 도 1의 제어게이트 전극 패턴(5)이 그려진 마스크를 사용하여 제2 폴리실리콘막(5a), 폴리실리콘층간 절연막(4) 및 제1 도전막을 차례로 패터닝함으로써, 각각의 메모리 셀마다 격리된 부유게이트(도시되지 않음) 및 상기 부유게이트 상부를 지나면서 활성영역을 가로지르는 제어게이트 전극(도시되지 않음)을 형성한다. 이때, 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면도인 도 3에서 보여진 바와 같이, 제어게이트 전극 사이의 영역에 제2 폴리실리콘막 잔여물(5b) 및 폴리실리콘층간 절연막 잔여물(4a)이 잔존한다. 이는 제1 폴리실리콘막 패턴(3a)의 측벽이 네가티브 경사를 갖기 때문이다. 이와 같이 잔존하는 제2 폴리실리콘막 잔여물(5b)은 도 1의 활성영역 방향으로 서로 인접한 메모리 셀의 제어게이트 전극들을 전기적으로 서로 연결시키는 스트링거 역할을 한다. 따라서, 원하는 메모리 셀이 올바르게 선택되는 것을 방해한다.3 is a cross-sectional view for explaining a step of forming a control gate electrode. Specifically, each memory is patterned by sequentially patterning the
본 발명의 목적은 서로 인접한 제어게이트 전극 사이의 스트링거를 제거할 수 있는 비휘발성 메모리 소자의 셀 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a cell manufacturing method of a nonvolatile memory device capable of eliminating stringers between adjacent control gate electrodes.
도 1은 종래기술 및 본 발명에 적용되는 일반적인 비휘발성 메모리 셀의 레이아웃도이다.1 is a layout diagram of a general nonvolatile memory cell applied to the prior art and the present invention.
도 2 및 도 3은 종래기술에 의한 비휘발성 메모리 셀의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 and 3 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory cell according to the prior art.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 셀의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.4 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory cell according to the present invention.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자의 셀을 제조하는 방법은 먼저, 반도체기판의 소정영역에 활성영역을 한정하는 소자분리막을 형성한다. 다음에, 상기 소자분리막 상에 차례로 적층된 제1 절연막 패턴 및 제2 절연막 패턴으로 구성된 절연막 패턴을 형성한다. 이와 같이 형성된 절연막 패턴의 측벽은 통상 네가티브 경사를 갖는다. 다음에, 상기 활성영역 표면에 터널산화막을 형성하고, 그 결과물 전면에 제1 도전막을 형성한다. 이어서, 상기 절연막 패턴이 노출될 때까지 상기 제1 도전막을 평탄화시킴으로써 절연막 패턴 사이의 영역에 상기 터널산화막을 덮는 제1 도전막 패턴을 형성한다. 이와 같이 형성된 제1 도전막 패턴의 측벽은 포지티브 경사를 갖는다, 이어서, 상기 제2 절연막 패턴을 제거하고 그 결과물 전면에 폴리실리콘층간 절연막 및 제2 도전막을 차례로 형성한다. 다음에, 상기 제2 도전막, 폴리실리콘층간 절연막, 및 제1 도전막 패턴을 연속적으로 패터닝하여 부유게이트, 폴리실리콘층간 절연막 및 제어게이트 전극이 차례로 적층된 메모리 셀의 게이트 패턴을 형성한다. 이때, 제1 도전막 패턴의 측벽이 포지티브 경사를 갖기 때문에 제어게이트 전극 사이의 영역에 존재하는 제2 도전막, 폴리실리콘층간 절연막 및 제1 도전막 패턴이 모두 식각되므로 서로 이웃한 제어게이트 전극 사이에 제2 도전막으로 이루어진 스트링거가 잔존하는 것을 방지할 수 있다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a cell of a nonvolatile memory device according to the present invention first forms an element isolation film defining an active region in a predetermined region of a semiconductor substrate. Next, an insulating film pattern composed of a first insulating film pattern and a second insulating film pattern, which are sequentially stacked on the device isolation film, is formed. The sidewalls of the insulating film pattern thus formed usually have a negative slope. Next, a tunnel oxide film is formed on the surface of the active region, and a first conductive film is formed over the entire surface of the resultant product. Subsequently, the first conductive film is planarized until the insulating film pattern is exposed to form a first conductive film pattern covering the tunnel oxide film in a region between the insulating film patterns. The sidewalls of the first conductive film pattern thus formed have a positive inclination. Then, the second insulating film pattern is removed, and a polysilicon interlayer insulating film and a second conductive film are sequentially formed on the entire surface of the resultant product. Next, the second conductive film, the polysilicon interlayer insulating film, and the first conductive film pattern are successively patterned to form a gate pattern of a memory cell in which a floating gate, a polysilicon interlayer insulating film, and a control gate electrode are sequentially stacked. At this time, since the sidewalls of the first conductive film pattern have a positive inclination, the second conductive film, the polysilicon interlayer insulating film, and the first conductive film pattern present in the region between the control gate electrodes are etched, and thus, between the control gate electrodes adjacent to each other. It is possible to prevent the stringer made of the second conductive film from remaining.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4 내지 도 7은 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 본 발명의 비휘발성 메모리 소자의 셀 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.4 to 7 are cross-sectional views illustrating a cell manufacturing method of a nonvolatile memory device of the present invention according to the cutting line II-II of FIG. 1.
도 4를 참조하면, 반도체기판(100)의 소정영역에 도 1의 활성영역 패턴(1)이 그려진 마스크를 사용하여 활성영역을 한정하는 소자분리막(1b)을 형성한다. 여기서, 상기 소자분리막(1b)은 로코스(LOCOS) 공정에 의한 필드산화막으로 형성하는 경우를 예로 하여 도시하였으나 트렌치 공정을 이용하여 CVD 산화막으로 형성할 수도 있다. 다음에, 상기 소자분리막(1b)이 형성된 결과물 전면에 제1 절연막 및 제2 절연막을 차례로 형성한다. 제1 절연막은 상기 소자분리막(1b)에 대하여 식각 선택비를 갖는 질화막으로 형성하는 것이 바람직하고, 제2 절연막은 제1 절연막에 대하여 식각 선택비를 갖는 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이어서, 상기 제2 절연막 상에 도 1의 부유게이트 격리 패턴(3)의 역상이 그려진 마스크를 사용하여 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 이와 같이 형성된 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 제2 절연막 및 제1 절연막을 연속적으로 식각하면, 도 4에 도시된 바와 같이 소자분리막(1b) 상에 차례로 적층된 제1 절연막 패턴(111) 및 제2 절연막 패턴(113)으로 구성된 절연막 패턴(3b)이 형성된다. 이때, 상기 절연막 패턴(3b)을 형성하기 위한 식각공정은 일반적으로 미세 패턴을 형성하기 위한 레서피를 이용하기 때문에 절연막 패턴의 측벽이 도 4에 도시된 바와 같이 네가티브 경사를 갖는다.Referring to FIG. 4, an
도 5는 터널산화막(2b) 및 제1 도전막 패턴(3c)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로 설명하면, 상기 절연막 패턴(3b)이 형성된 결과물의 활성영역 표면에 50Å 내지 100Å의 얇은 터널산화막(2b)을 형성한다. 이어서, 상기 터널산화막(2b)이 형성된 결과물의 전면에 제1 도전막, 예컨대 도우핑된 폴리실리콘막을 형성한다. 다음에, 상기 절연막 패턴(3b)이 노출될 때까지 상기 제1 도전막을 평탄화시키어 절연막 패턴(3b) 사이의 영역에 터널산화막(2b)을 덮는 제1 도전막 패턴(3c)을 형성한다. 여기서, 제1 도전막을 평탄화시키는 방법으로 절연막 패턴(3b)이 노출될 때까지 상기 제1 도전막을 화학기계적 연마(CMP) 공정으로 전면식각하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 도전막을 평탄화시키는 또 다른 방법으로 먼저, 상기 제1 도전막 상에 액상의 물질막, 예컨대 포토레지스트막 또는 SOG막을 도포하는 공정과, 상기 액상의 물질막을 소정의 온도에서 베이킹하여 경화된 물질막을 형성하는 공정과, 상기 절연막 패턴(3b)이 노출될 때까지 경화된 물질막 및 제1 도전막을 에치백하는 공정과, 제1 도전막 상에 잔존하는 경화된 물질막을 제거하는 공정으로 이루어지는 방법을 사용할 수도 있다. 이때, 상기 경화된 물질막 및 제1 도전막을 에치백할 때, 경화된 물질막 및 제1 도전막의 식각률이 거의 1:1인 식각 레서피를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성된 제1 도전막 패턴(3c)의 측벽 프로파일은 도 5에 보여진 바와 같이 포지티브 경사를 갖는다.5 is a cross-sectional view for explaining a step of forming the
도 6은 폴리실리콘층간 절연막(4b) 및 제2 도전막(5b)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 상세히 설명하면, 상기 노출된 절연막 패턴(3b)의 상부층인 제2 절연막 패턴(113)을 습식식각용액, 예컨대 불산용액(HF solution) 또는 완충산화막 식각용액(BOE; buffered oxide etchant)으로 제거한다. 이때, 질화막으로 형성된 상기 제1 절연막 패턴(111)은 식각저지막 역할을 하므로 그 아래의 소자분리막(1b)이 식각되는 것을 방지한다. 다음에, 제2 절연막 패턴(113)이 제거된 결과물 전면에 폴리실리콘층간 절연막(4b) 및 제2 도전막을 차례로 형성한다. 여기서, 상기 폴리실리콘층간 절연막(4b)은 산화막, N/O막 또는 O/N/O막으로 형성하거나 유전상수가 높은 탄탈륨 산화막과 같은 고유전체막으로 형성할 수도 있다. 그리고, 제2 도전막(5b)은 도우핑된 폴리실리콘막으로 형성하거나, 도우핑된 폴리실리콘막 및 텅스텐 실리사이드막으로 구성된 텅스텐 폴리사이드막으로 형성할 수도 있다. 이때, 상기 폴리실리콘층간 절연막(4b)을 형성하기 전에 질화막으로 형성된 제1 절연막 패턴(111)을 습식 식각공정 또는 건식 식각공정으로 제거할 수도 있다.6 is a cross-sectional view for explaining the steps of forming the polysilicon
도 7은 제어게이트 전극을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 1의 제어게이트 전극 패턴(5)이 그려진 마스크를 사용하여 제2 도전막(5b), 폴리실리콘층간 절연막(4b) 및 제1 도전막 패턴(3c)을 연속적으로 패터닝함으로써, 제어게이트 전극(도시되지 않음) 및 부유게이트(도시되지 않음)을 형성한다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이 제어게이트 전극 사이의 영역에 제2 도전막(5b)의 잔여물로 이루어진 스트링거가 잔존하지 않음을 알 수 있다. 이는 제1 도전막 패턴(3c)의 측벽 프로파일이 포지티브 경사를 갖기 때문이다.7 is a cross-sectional view for explaining a step of forming a control gate electrode. More specifically, the second
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and modifications and improvements are possible at the level of those skilled in the art.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 제어게이트 전극을 형성하기 위한 패터닝 공정을 실시한 후에 서로 인접한 제어게이트 전극 사이의 영역에 스트링거가 잔존하는 현상을 제거할 수 있다. 따라서, 신뢰성이 우수한 비휘발성 메모리 소자의 셀을 구현할 수 있다.As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, after the patterning process for forming the control gate electrode is performed, the phenomenon in which the stringer remains in the region between the adjacent control gate electrodes can be eliminated. Therefore, a cell of a nonvolatile memory device having high reliability can be implemented.
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Citations (5)
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-
1997
- 1997-05-16 KR KR1019970019015A patent/KR100425438B1/en not_active IP Right Cessation
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KR19980083638A (en) | 1998-12-05 |
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