KR100521378B1 - Gate Insulator Of Semiconductor Device And Method Of Forming The Same - Google Patents

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KR100521378B1 KR10-2003-0016862A KR20030016862A KR100521378B1 KR 100521378 B1 KR100521378 B1 KR 100521378B1 KR 20030016862 A KR20030016862 A KR 20030016862A KR 100521378 B1 KR100521378 B1 KR 100521378B1
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    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/0226Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with an intermediate heat-transfer medium, e.g. thermosiphon radiators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00Air heaters
    • F24H3/006Air heaters using fluid fuel

Abstract

반도체 장치의 게이트 절연막 및 그 형성 방법을 제공한다. 이 반도체 장치는 반도체기판의 고전압 영역 상에 차례로 적층된 제 1 게이트 절연막 패턴 및 제 1 도전막 패턴을 구비하고, 저전압 영역 상에 차례로 적층된 제 2 게이트 절연막 패턴 및 제 1 도전막 패턴을 구비하고, 셀 영역 상에 차례로 적층된 제 3 게이트 절연막 패턴 및 제 2 도전막 패턴을 구비한다. 이때, 제 3 게이트 절연막 패턴은 제 2 게이트 절연막 패턴보다 두껍고, 제 1 게이트 절연막 패턴은 제 3 게이트 절연막 패턴보다 두껍다. A gate insulating film of a semiconductor device and a method of forming the same are provided. The semiconductor device includes a first gate insulating film pattern and a first conductive film pattern sequentially stacked on a high voltage region of a semiconductor substrate, and a second gate insulating film pattern and a first conductive film pattern sequentially stacked on a low voltage region. And a third gate insulating film pattern and a second conductive film pattern sequentially stacked on the cell region. In this case, the third gate insulating film pattern is thicker than the second gate insulating film pattern, and the first gate insulating film pattern is thicker than the third gate insulating film pattern.

Description

반도체 장치의 게이트 절연막 및 그 형성 방법{Gate Insulator Of Semiconductor Device And Method Of Forming The Same}Gate Insulator Of Semiconductor Device And Method Of Forming The Same

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 플래시 메모리의 게이트 절연막 및 그 형성 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a gate insulating film of a flash memory and a method of forming the same.

메모리 반도체 장치는 전원이 공급되지 않을 때 저장된 정보를 유지할 수 있는지의 여부에 따라, 휘발성 메모리 장치와 비휘발성 메모리 장치로 구분할 수 있다. 최근 널리 사용되는 플래시 메모리 장치는 상기 비휘발성 메모리 장치를 대표하는 반도체 장치이다. 상기 플래시 메모리는 저장된 정보를 변경하기 위해, FN 터널링과 같이, 높은 전위차에 의해 발생하는 물리적 현상을 이용한다. 이처럼 높은 전위차를 발생하기 위해, 상기 플래쉬 메모리 장치는 주변 회로 영역에 두꺼운 게이트 절연막을 구비하는 고전압 트랜지스터들을 구비한다. The memory semiconductor device may be classified into a volatile memory device and a nonvolatile memory device according to whether or not the stored information may be maintained when power is not supplied. Recently, a widely used flash memory device is a semiconductor device representing the nonvolatile memory device. The flash memory uses physical phenomena caused by high potential differences, such as FN tunneling, to change the stored information. In order to generate such a high potential difference, the flash memory device includes high voltage transistors having a thick gate insulating layer in a peripheral circuit region.

한편, 상기 메모리 반도체 장치는 셀 어레이 영역에 배치되는 복수개의 셀 트랜지스터들 및 상기 셀 트랜지스터들을 동작시키기 위해 주변회로 영역에 배치되는 기능회로들을 구비한다. 상기 기능 회로는 상기 고전압 트랜지스터들 뿐만이 아니라 상기 고전압 트랜지스터들보다 얇은 게이트 절연막을 갖는 저전압 트랜지스터들을 함께 포함한다. 결과적으로, 상기 플래시 메모리 장치는 고전압 트랜지스터, 저전압 트랜지스터 및 셀 트랜지스터를 구비하고, 이들 트랜지스터들은 서로 다른 두께의 게이트 절연막들을 구비할 수 있다. 하지만, 종래 기술에 따르면, 공정의 단순화를 위해 상기 저전압 트랜지스터와 셀 트랜지스터를 함께 형성하였다. Meanwhile, the memory semiconductor device includes a plurality of cell transistors disposed in a cell array region and functional circuits disposed in a peripheral circuit region for operating the cell transistors. The functional circuit includes not only the high voltage transistors but also low voltage transistors having a gate insulating film thinner than the high voltage transistors. As a result, the flash memory device may include a high voltage transistor, a low voltage transistor, and a cell transistor, and the transistors may include gate insulating layers having different thicknesses. However, according to the related art, the low voltage transistor and the cell transistor are formed together to simplify the process.

도 1 내지 도 5는 종래 기술에 따른 플래시 메모리의 제조 방법을 나타내는 공정단면도들이다. 1 to 5 are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory according to the prior art.

도 1을 참조하면, 고전압 영역(HV), 저전압 영역(LV) 및 셀 영역(CELL)을 갖는 반도체기판(10)을 준비한다. 상기 반도체기판(10)의 전면에 제 1 게이트 절연막(20)을 형성한다. 상기 제 1 게이트 절연막(20)은 열산화 공정을 통해 형성한 실리콘 산화막일 수 있다. 이후, 상기 제 1 게이트 절연막(20)을 패터닝하여 상기 저전압 영역(LV) 및 셀 영역(CELL)의 반도체기판(10)을 노출시킨다.Referring to FIG. 1, a semiconductor substrate 10 having a high voltage region HV, a low voltage region LV, and a cell region CELL is prepared. The first gate insulating layer 20 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 10. The first gate insulating film 20 may be a silicon oxide film formed through a thermal oxidation process. Thereafter, the first gate insulating layer 20 is patterned to expose the semiconductor substrate 10 of the low voltage region LV and the cell region CELL.

도 2를 참조하면, 상기 저전압 영역(LV) 및 셀 영역(CELL)에서 노출된 반도체기판(10)에 제 2 게이트 절연막(30)을 형성한다. 상기 제 2 게이트 절연막(30) 역시 열산화 공정을 통해 형성한 실리콘 산화막인 것이 바람직하다. 이에 따라 형성되는 상기 실리콘 산화막은 상기 제 1 게이트 절연막(20)의 상부에 더 형성될 수도 있다. 이후, 상기 제 2 게이트 절연막(30)을 포함하는 반도체기판의 전면에, 다결정 실리콘막(40), 버퍼 산화막(50) 및 실리콘 질화막(60)을 차례로 형성한다. Referring to FIG. 2, a second gate insulating layer 30 is formed on the semiconductor substrate 10 exposed in the low voltage region LV and the cell region CELL. The second gate insulating film 30 is also preferably a silicon oxide film formed through a thermal oxidation process. Thus, the silicon oxide film may be further formed on the first gate insulating film 20. Thereafter, the polycrystalline silicon film 40, the buffer oxide film 50, and the silicon nitride film 60 are sequentially formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the second gate insulating film 30.

도 3을 참조하면, 상기 실리콘 질화막(60), 상기 버퍼 산화막(50) 및 상기 다결정 실리콘막(40)을 차례로 패터닝하여, 상기 반도체기판(10)의 상부에 차례로 적층된 다결정 실리콘 패턴(45), 버퍼 산화막 패턴(55) 및 실리콘 질화막 패턴(65)을 형성한다. 상기 다결정 실리콘 패턴(45), 버퍼 산화막 패턴(55) 및 실리콘 질화막 패턴(65)은 본 발명에 따른 트렌치 마스크 패턴을 형성한다. Referring to FIG. 3, the silicon nitride film 60, the buffer oxide film 50, and the polycrystalline silicon film 40 are sequentially patterned, and the polycrystalline silicon pattern 45 sequentially stacked on the semiconductor substrate 10. The buffer oxide film pattern 55 and the silicon nitride film pattern 65 are formed. The polycrystalline silicon pattern 45, the buffer oxide film pattern 55, and the silicon nitride film pattern 65 form a trench mask pattern according to the present invention.

이후, 상기 실리콘 질화막 패턴(65)을 식각 마스크로 사용하는 이방성 식각 공정을 실시하여, 상기 제 1 게이트 절연막(20), 제 2 게이트 절연막(30) 및 반도체기판(10)을 식각한다. 이에 따라, 상기 트렌치 마스크 패턴의 주변에는 활성영역을 정의하는 트렌치(15)가 형성된다. 상기 활성영역과 상기 다결정 실리콘 패턴(45) 사이에는 제 1 게이트 절연막 패턴(25) 및 제 2 게이트 절연막 패턴(35)이 형성된다. 상기 제 1 게이트 절연막 패턴(25)은 고전압 영역(HV)에 배치되고, 상기 제 2 게이트 절연막 패턴(35)은 저전압 영역(LV) 및 셀 영역(CELL)에 배치된다. Thereafter, an anisotropic etching process using the silicon nitride film pattern 65 as an etching mask is performed to etch the first gate insulating film 20, the second gate insulating film 30, and the semiconductor substrate 10. Accordingly, the trench 15 defining the active region is formed around the trench mask pattern. A first gate insulating layer pattern 25 and a second gate insulating layer pattern 35 are formed between the active region and the polycrystalline silicon pattern 45. The first gate insulating layer pattern 25 is disposed in the high voltage region HV, and the second gate insulating layer pattern 35 is disposed in the low voltage region LV and the cell region CELL.

도 4를 참조하면, 상기 트렌치(15)를 형성한 후, 그 결과물 전면에 소자분리막(70)을 형성한다. 상기 소자분리막(70)은 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 중의 적어도 한가지로 형성한다. 상기 소자분리막(70)은 상기 트렌치(15)를 채우면서, 상기 트렌치 마스크 패턴을 포함하는 반도체기판의 전면에 형성된다. 이에 더하여, 상기 소자분리막(70)을 형성하기 전에, 상기 트렌치(15)의 내벽에 또다른 실리콘 산화막을 형성하는 열산화 공정을 더 실시할 수도 있다. Referring to FIG. 4, after forming the trench 15, an isolation layer 70 is formed on the entire surface of the resultant trench. The device isolation film 70 is formed of at least one of a silicon oxide film and a silicon nitride film. The device isolation layer 70 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the trench mask pattern while filling the trench 15. In addition, before the device isolation layer 70 is formed, a thermal oxidation process may be further performed to form another silicon oxide layer on the inner wall of the trench 15.

도 5를 참조하면, 상기 소자분리막(70)을 식각하여 상기 다결정 실리콘 패턴(45)의 상부면을 노출시킨다. 상기 소자분리막(70)을 식각하는 단계는 화학적 기계적 연마 기술을 사용하여 평탄화 식각하는 단계를 더 포함할 수도 있다. Referring to FIG. 5, the device isolation layer 70 is etched to expose the top surface of the polycrystalline silicon pattern 45. The etching of the device isolation layer 70 may further include planar etching using a chemical mechanical polishing technique.

상술한 종래기술의 방법에 따르면, 상기 트렌치 마스크 패턴을 구성하는 상기 다결정 실리콘 패턴(45) 및 상기 게이트 절연막들(25, 35)은 각각 트랜지스터들의 게이트 전극 및 게이트 절연막으로 사용된다. 상술한 종래 기술의 방법은 통상적으로 자기정렬 샐로우 트렌치 절연(SA-STI) 공정이라고 불리운다. According to the conventional method described above, the polycrystalline silicon pattern 45 and the gate insulating layers 25 and 35 constituting the trench mask pattern are used as gate electrodes and gate insulating layers of transistors, respectively. The prior art method described above is commonly referred to as a self-aligned shallow trench isolation (SA-STI) process.

상기 SA-STI 공정에 따르면, 공정을 단순화할 수 있지만, 상기 저전압 영역(LV) 및 셀 영역(CELL)에 형성되는 상기 게이트 절연막들(25, 35)은 동일한 두께를 갖는다. 하지만, 반도체 장치의 동작 속도가 더욱 고속화됨에 따라, 주변회로 영역에 배치되는 저전압 트랜지스터들 역시 고속화되어야 한다. 이를 위해서는, 상기 저전압 트랜지스터의 게이트 절연막, 즉 상기 저전압 영역(LV)의 제 2 게이트 절연막 패턴(35)은 가능한 얇게 형성하는 것이 필요하다. 이처럼 저전압 트랜지스터의 게이트 절연막을 얇게 형성하는 것은 고속의 동작 속도를 주된 장점으로 갖는 NOR형 플래시 메모리 장치에서 더욱 필요하다. 하지만, 상기 플래시 메모리는 부유 게이트 전극에 저장된 정보를 유지하기 위한 절연층으로 상기 셀 영역의 게이트 절연막을 사용한다. 이에 따라, 상기 저전압 영역(LV)에 형성된 제 2 게이트 절연막 패턴(35)을 얇게 형성할 경우, 정보 유지 특성이 악화되는 문제를 갖는다. According to the SA-STI process, the process may be simplified, but the gate insulating layers 25 and 35 formed in the low voltage region LV and the cell region CELL have the same thickness. However, as the operation speed of the semiconductor device is further increased, the low voltage transistors disposed in the peripheral circuit region must also be increased. To this end, it is necessary to form the gate insulating film of the low voltage transistor, that is, the second gate insulating film pattern 35 of the low voltage region LV as thin as possible. Such thin formation of the gate insulating film of the low voltage transistor is further required in a NOR type flash memory device having a high operating speed as a main advantage. However, the flash memory uses a gate insulating film of the cell region as an insulating layer for retaining information stored in the floating gate electrode. Accordingly, when the second gate insulating layer pattern 35 formed in the low voltage region LV is thin, the information retention characteristic is deteriorated.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 빠른 동작 속도 및 안정된 정보 유지 특성을 구현할 수 있는 반도체 장치를 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a semiconductor device capable of implementing fast operating speeds and stable information retention characteristics.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 서로 다른 두께의 게이트 절연막을 구비하도록 반도체 장치를 형성하는 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a method of forming a semiconductor device having a gate insulating film having a different thickness.

본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는 SA-STI 기술을 사용하여 서로 다른 두께의 게이트 절연막을 형성하는 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a method of forming gate insulating films having different thicknesses using SA-STI technology.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 다른 두께의 게이트 절연막들을 구비하는 반도체 장치를 제공한다. 이 반도체 장치는 반도체기판의 고전압 영역 상에 차례로 적층된 제 1 게이트 절연막 패턴 및 제 1 도전막 패턴을 구비하고, 상기 반도체기판의 저전압 영역 상에 차례로 적층된 제 2 게이트 절연막 패턴 및 제 1 도전막 패턴을 구비하고, 상기 반도체기판의 셀 영역 상에 차례로 적층된 제 3 게이트 절연막 패턴 및 제 2 도전막 패턴을 구비한다. 이때, 상기 제 3 게이트 절연막 패턴은 상기 제 2 게이트 절연막 패턴보다 두껍고, 상기 제 1 게이트 절연막 패턴은 상기 제 3 게이트 절연막 패턴보다 두꺼운 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a semiconductor device having gate insulating films of different thicknesses. The semiconductor device includes a first gate insulating film pattern and a first conductive film pattern sequentially stacked on the high voltage region of the semiconductor substrate, and the second gate insulating film pattern and the first conductive film sequentially stacked on the low voltage region of the semiconductor substrate. And a third gate insulating film pattern and a second conductive film pattern sequentially stacked on the cell region of the semiconductor substrate. In this case, the third gate insulating film pattern is thicker than the second gate insulating film pattern, and the first gate insulating film pattern is thicker than the third gate insulating film pattern.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 게이트 절연막 패턴은 실리콘 산화막이다. 또한, 상기 제 1 도전막 패턴과 상기 제 2 도전막 패턴은 모두 다결정 실리콘이되, 서로 다른 두께 또는 서로 다른 불순물 농도를 갖는다. According to a preferred embodiment of the present invention, the first, second and third gate insulating film patterns are silicon oxide films. In addition, the first conductive layer pattern and the second conductive layer pattern are both polycrystalline silicon, and have different thicknesses or different impurity concentrations.

상기 다른 기술적 과제들을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 다른 두께의 게이트 절연막들을 갖도록 SA-STI 공정을 실시하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 고전압 영역, 저전압 영역 및 셀 영역을 갖는 반도체기판을 준비한 후, 하부 트렌치 마스크막 및 상부 트렌치 마스크막을 차례로 형성하는 단계를 포함한다. 상기 하부 트렌치 마스크막은 상기 반도체기판의 고전압 영역에 차례로 적층된 제 1 게이트 절연막, 제 1 도전막 및 제 1 절연막과, 상기 저전압 영역에 차례로 적층된 제 2 게이트 절연막, 제 1 도전막 및 제 1 절연막과, 상기 셀 영역에 차례로 적층된 제 3 게이트 절연막, 제 2 도전막, 및 제 2 절연막으로 구성된다. 이때, 상기 제 3 게이트 절연막은 상기 제 2 게이트 절연막보다 두껍고, 상기 제 1 게이트 절연막은 상기 제 3 게이트 절연막보다 두껍다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device performing a SA-STI process to have a gate insulating film having a different thickness. The method includes preparing a semiconductor substrate having a high voltage region, a low voltage region, and a cell region, and then sequentially forming a lower trench mask film and an upper trench mask film. The lower trench mask layer may include a first gate insulating film, a first conductive film, and a first insulating film sequentially stacked in a high voltage region of the semiconductor substrate, and a second gate insulating film, a first conductive film, and a first insulating film sequentially stacked in the low voltage region. And a third gate insulating film, a second conductive film, and a second insulating film that are sequentially stacked on the cell region. In this case, the third gate insulating film is thicker than the second gate insulating film, and the first gate insulating film is thicker than the third gate insulating film.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 게이트 절연막, 상기 제 2 게이트 절연막 및 상기 제 3 게이트 절연막은 상기 반도체기판을 열산화시키어 형성한 실리콘 산화막이다. 또한, 상기 제 1 도전막 및 상기 제 2 도전막은 다결정 실리콘인데, 이들은 두께 및 불순물 농도 중의 적어도 한가지 특성이 서로 다를 수 있다. 이에 더하여, 상기 제 1 절연막 및 상기 제 2 절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막 및 실리콘 질화막 중에서 선택된 적어도 한가지 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 상부 트렌치 마스크막은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막 및 실리콘 질화막 중에서 선택된 적어도 한가지 물질로 형성할 수 있다. In an embodiment, the first gate insulating film, the second gate insulating film, and the third gate insulating film are silicon oxide films formed by thermally oxidizing the semiconductor substrate. In addition, the first conductive film and the second conductive film are polycrystalline silicon, which may have different characteristics from at least one of thickness and impurity concentration. In addition, the first insulating film and the second insulating film may be formed of at least one material selected from a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride film. The upper trench mask layer may be formed of at least one material selected from a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride film.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 하부 트렌치 마스크막을 형성하는 단계는 상기 저전압 영역의 반도체기판을 노출시키면서 상기 고전압 영역 및 셀 영역의 반도체기판을 덮는 제 1 게이트 절연막을 형성한 후, 상기 노출된 저전압 영역의 반도체기판 상에 제 2 게이트 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이후, 상기 제 1 및 제 2 게이트 절연막을 포함하는 반도체기판의 전면에, 제 1 도전막 및 제 1 절연막을 차례로 형성하고, 상기 제 1 절연막, 제 1 도전막 및 제 1 게이트 절연막을 패터닝하여 상기 셀 영역의 반도체기판을 노출시킨 후, 상기 노출된 셀 영역의 반도체기판에 제 3 게이트 절연막을 형성한다. 이어서, 상기 제 3 게이트 절연막을 포함하는 반도체기판의 전면에, 제 2 도전막 및 제 2 절연막을 차례로 형성하고, 이들을 패터닝하여 상기 고전압 영역 및 저전압 영역에서 상기 제 1 절연막의 상부면을 노출시킨다. In example embodiments, the forming of the lower trench mask layer may include forming a first gate insulating layer covering the semiconductor substrate of the high voltage region and the cell region while exposing the semiconductor substrate of the low voltage region. It is preferable to include forming a second gate insulating film on the semiconductor substrate in the low voltage region. Thereafter, a first conductive film and a first insulating film are sequentially formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the first and second gate insulating films, and the first insulating film, the first conductive film, and the first gate insulating film are patterned to form the first insulating film. After exposing the semiconductor substrate of the cell region, a third gate insulating film is formed on the exposed semiconductor substrate of the cell region. Subsequently, a second conductive film and a second insulating film are sequentially formed on the front surface of the semiconductor substrate including the third gate insulating film, and patterned to expose the upper surface of the first insulating film in the high voltage region and the low voltage region.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 상부 트렌치 마스크막을 형성한 후, 상기 상부 및 하부 트렌치 마스크막들을 차례로 패터닝하여 상기 반도체기판의 소정영역을 노출시키는 트렌치 마스크 패턴을 형성하는 단계를 더 실시할 수 있다. 이어서, 상기 트렌치 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 노출된 반도체기판을 이방성 식각함으로써 활성영역을 한정하는 트렌치를 형성한 후, 상기 트렌치가 형성된 반도체기판의 전면에 소자분리막을 형성한다. 이후, 상기 제 1 및 제 2 도전막의 상부면이 노출될 때까지 상기 소자분리막을 식각하여, 상기 트렌치를 채우는 소자분리막 패턴을 형성한다. According to an exemplary embodiment of the present invention, after the upper trench mask layer is formed, a step of forming a trench mask pattern exposing predetermined regions of the semiconductor substrate by patterning the upper and lower trench mask layers in order may be further performed. Can be. Subsequently, an anisotropic etching of the exposed semiconductor substrate using the trench mask pattern as an etching mask forms a trench defining an active region, and then an isolation layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the trench is formed. Subsequently, the device isolation layer is etched until the top surfaces of the first and second conductive layers are exposed, thereby forming a device isolation layer pattern filling the trench.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한 층이 다른 층 또는 기판 상에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. If it is also mentioned that the layer is on another layer or substrate it may be formed directly on the other layer or substrate or a third layer may be interposed therebetween.

도 6 내지 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 공정단면도들이다. 6 to 14 are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 고전압 영역(HV), 저전압 영역(LV) 및 셀 영역(CELL)을 구비하는 반도체기판(100)을 준비한다. 상기 반도체기판(100)의 상부면에 제 1 게이트 절연막(110)을 형성한다. 상기 제 1 게이트 절연막(110)은 상기 반도체기판(100)의 노출된 실리콘 원자들을 열산화시킴으로써 형성되는 실리콘 산화막인 것이 바람직하다. Referring to FIG. 6, a semiconductor substrate 100 including a high voltage region HV, a low voltage region LV, and a cell region CELL is prepared. The first gate insulating layer 110 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 100. The first gate insulating layer 110 may be a silicon oxide layer formed by thermally oxidizing exposed silicon atoms of the semiconductor substrate 100.

상기 제 1 게이트 절연막(110) 상에, 상기 저전압 영역(LV)을 노출시키는 제 1 포토레지스트 패턴(120)을 형성한다. 상기 제 1 포토레지스트 패턴(120)을 식각 마스크로 사용하여 상기 제 1 게이트 절연막(110)을 식각함으로써, 상기 저전압 영역(LV)의 반도체기판(100)을 노출시킨다. 상기 제 1 게이트 절연막(110)을 식각하는 단계는 식각 손상을 최소화하기 위해, 등방성 식각의 방법으로 실시하는 것이 바람직하다. The first photoresist pattern 120 exposing the low voltage region LV is formed on the first gate insulating layer 110. The first gate insulating layer 110 is etched using the first photoresist pattern 120 as an etch mask to expose the semiconductor substrate 100 in the low voltage region LV. The etching of the first gate insulating layer 110 may be performed by an isotropic etching method in order to minimize etching damage.

한편, 상기 제 1 게이트 절연막(110)을 형성하기 전에, 소정의 웰 영역들을 형성하기 위한 복수번의 이온 주입 공정들을 더 실시할 수도 있다. Meanwhile, before forming the first gate insulating layer 110, a plurality of ion implantation processes for forming predetermined well regions may be further performed.

도 7을 참조하면, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(120)을 제거하여 상기 제 1 게이트 절연막(110)의 상부면을 노출시킨다. 이후, 상기 노출된 저전압 영역(LV)의 반도체기판(100)에 제 2 게이트 절연막(112)을 형성한다. 상기 제 2 게이트 절연막(112)은 상기 제 1 게이트 절연막(110)보다 얇은 것이 바람직하다. Referring to FIG. 7, the top surface of the first gate insulating layer 110 is exposed by removing the first photoresist pattern 120. Thereafter, a second gate insulating layer 112 is formed in the exposed semiconductor substrate 100 in the low voltage region LV. The second gate insulating layer 112 may be thinner than the first gate insulating layer 110.

한편, 상기 제 2 게이트 절연막(112)은 열산화 공정을 통해 형성되는 실리콘 산화막인 것이 바람직하다. 이에 따라 형성되는 상기 실리콘 산화막은 상기 제 1 게이트 절연막(110)의 두께를 증가시킬 수도 있다. 이러한 두께의 증가를 고려하여, 상기 제 1 게이트 절연막(110)을 형성한다. On the other hand, the second gate insulating film 112 is preferably a silicon oxide film formed through a thermal oxidation process. As a result, the silicon oxide layer formed may increase the thickness of the first gate insulating layer 110. In consideration of this increase in thickness, the first gate insulating layer 110 is formed.

상기 제 2 게이트 절연막(112)이 형성된 반도체기판의 전면에, 제 1 도전막(130) 및 제 1 절연막(140)을 차례로 형성한다. 상기 제 1 도전막(130) 및 제 1 절연막(140)은 각각 다결정 실리콘 및 실리콘 산화막인 것이 바람직하다. The first conductive layer 130 and the first insulating layer 140 are sequentially formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the second gate insulating layer 112 is formed. The first conductive film 130 and the first insulating film 140 are preferably polycrystalline silicon and silicon oxide film, respectively.

도 8을 참조하면, 상기 제 1 절연막(140) 상에 상기 셀 영역(CELL)을 노출시키면서, 상기 고전압 영역(HV) 및 저전압 영역(LV)을 덮는 제 2 포토레지스트 패턴(122)을 형성한다. 이후, 상기 셀 영역(CELL)의 반도체기판(100)이 노출될 때까지, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(122)을 식각 마스크로 사용하여 상기 제 1 절연막(140), 제 1 도전막(130) 및 제 1 게이트 절연막(110)을 차례로 식각한다. 이때에도, 식각 손상을 최소화하기 위해, 상기 제 1 게이트 절연막(110)을 식각하는 단계는 등방성 식각의 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제 1 절연막(140), 제 1 도전막(130)을 식각하는 단계는 등방성 식각 또는 이방성 식각의 방법이 사용될 수 있다. Referring to FIG. 8, a second photoresist pattern 122 is formed on the first insulating layer 140 to expose the cell region CELL and cover the high voltage region HV and the low voltage region LV. . Thereafter, the first insulating layer 140 and the first conductive layer 130 using the second photoresist pattern 122 as an etching mask until the semiconductor substrate 100 of the cell region CELL is exposed. And the first gate insulating layer 110 are sequentially etched. In this case, in order to minimize etching damage, the first gate insulating layer 110 may be etched using an isotropic etching method. In the etching of the first insulating layer 140 and the first conductive layer 130, an isotropic etching method or anisotropic etching method may be used.

도 9를 참조하면, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(122)을 제거하여, 상기 고전압 및 저전압 영역에서 상기 제 1 절연막(140)의 상부면을 노출시킨다. 이후, 상기 노출된 상기 셀 영역(CELL)의 반도체기판(100)에 제 3 게이트 절연막(114)을 형성한다. Referring to FIG. 9, the second photoresist pattern 122 is removed to expose the top surface of the first insulating layer 140 in the high voltage and low voltage regions. Thereafter, a third gate insulating layer 114 is formed on the exposed semiconductor substrate 100 of the cell region CELL.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 3 게이트 절연막(114)은 상기 제 1 게이트 절연막(110)보다 얇고, 상기 제 2 게이트 절연막(112)보다는 두껍게 형성된다. 예를 들면, 상기 제 1 게이트 절연막(110), 상기 제 2 게이트 절연막(112) 및 상기 제 3 게이트 절연막(114)의 두께는 각각 150Å, 50Å 및 100Å인 것이 바람직하다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the third gate insulating layer 114 is thinner than the first gate insulating layer 110 and thicker than the second gate insulating layer 112. For example, the thicknesses of the first gate insulating film 110, the second gate insulating film 112, and the third gate insulating film 114 are preferably 150 ns, 50 ns, and 100 ns, respectively.

상기 제 3 게이트 절연막(114)을 형성한 후, 그 결과물의 전면에 제 2 도전막(150) 및 제 2 절연막(160)을 차례로 형성한다. 상기 제 2 도전막(150) 및 제 2 절연막(160)은 각각 상기 제 1 도전막(130) 및 제 1 절연막(140)과 동일한 종류의 물질인 것이 바람직하다. 즉, 상기 제 2 도전막(150) 및 제 2 절연막(160)은 각각 다결정 실리콘막 및 실리콘 산화막인 것이 바람직하다. 이에 더하여, 상기 제 1 도전막(130) 및 제 2 도전막(150)은 서로 동일한 두께 및 동일한 불순물 농도를 갖도록 형성할 수 있고, 상기 제 1 절연막(140) 및 제 2 절연막(160)은 서로 동일한 두께 및 동일한 조성의 물질일 수 있다. 한편, 상기 제 1 절연막(140) 및 제 2 절연막(160)은 실리콘 산화질화막 또는 실리콘 질화막으로 형성될 수도 있다. After the third gate insulating layer 114 is formed, the second conductive layer 150 and the second insulating layer 160 are sequentially formed on the entire surface of the resultant. The second conductive layer 150 and the second insulating layer 160 may be formed of the same material as the first conductive layer 130 and the first insulating layer 140, respectively. That is, the second conductive film 150 and the second insulating film 160 are preferably a polycrystalline silicon film and a silicon oxide film, respectively. In addition, the first conductive layer 130 and the second conductive layer 150 may be formed to have the same thickness and the same impurity concentration as each other, and the first insulating layer 140 and the second insulating layer 160 It may be of the same thickness and of the same composition. The first insulating layer 140 and the second insulating layer 160 may be formed of a silicon oxynitride layer or a silicon nitride layer.

도 10을 참조하면, 상기 제 2 절연막(160) 상에, 상기 셀 영역(CELL)을 덮고 상기 고전압 영역(HV) 및 저전압 영역(LV)을 노출시키는 제 3 포토레지스트 패턴(124)을 형성한다. 상기 제 1 절연막(140)이 노출될 때까지, 상기 제 3 포토레지스트 패턴(124)을 식각 마스크로 사용하여 상기 제 2 절연막(160) 및 제 2 도전막(150)을 식각한다. Referring to FIG. 10, a third photoresist pattern 124 is formed on the second insulating layer 160 to cover the cell region CELL and expose the high voltage region HV and the low voltage region LV. . The second insulating layer 160 and the second conductive layer 150 are etched using the third photoresist pattern 124 as an etching mask until the first insulating layer 140 is exposed.

이에 따라 상기 반도체기판(100) 상에 형성된 결과물을 살펴보면, 상기 고전압 영역(HV)에는 제 1 게이트 절연막(110), 제 1 도전막(130) 및 제 1 절연막(140)이 차례로 적층되고, 상기 저전압 영역(LV)에는 제 2 게이트 절연막(112), 제 1 도전막(130) 및 제 1 절연막(140)이 차례로 적층된다. 또한, 상기 셀 영역(CELL)에는 제 3 게이트 절연막(114), 제 2 도전막(150), 제 2 절연막(160) 및 제 3 포토레지스트 패턴(124)이 차례로 적층된다. Accordingly, referring to the result formed on the semiconductor substrate 100, the first gate insulating layer 110, the first conductive layer 130, and the first insulating layer 140 are sequentially stacked in the high voltage region HV. In the low voltage region LV, the second gate insulating layer 112, the first conductive layer 130, and the first insulating layer 140 are sequentially stacked. In addition, a third gate insulating layer 114, a second conductive layer 150, a second insulating layer 160, and a third photoresist pattern 124 are sequentially stacked on the cell region CELL.

도 11을 참조하면, 상기 제 3 포토레지스트 패턴(124)을 제거하여, 상기 제 1 절연막(140) 및 상기 제 2 절연막(160)을 노출시킨 후, 그 결과물의 전면에 상부 트렌치 마스크막(170)을 형성한다. 상기 상부 트렌치 마스크막(170)은 트렌치 형성을 위한 후속 전면 이방성 식각 공정동안 식각 마스크로서 사용되는 물질막이다.Referring to FIG. 11, after the third photoresist pattern 124 is removed to expose the first insulating layer 140 and the second insulating layer 160, the upper trench mask layer 170 is formed on the entire surface of the resultant. ). The upper trench mask layer 170 is a material layer used as an etching mask during a subsequent front anisotropic etching process for trench formation.

상기 트렌치는 통상적으로 1000 내지 4000Å의 깊이로 깊게 형성되므로, 이를 식각하는 동안 상기 상부 트렌치 마스크막(170)은 소정 두께만큼 리세스된다. 이에 따라, 상기 상부 트렌치 마스크막(170)의 두께가 얇을 경우, 게이트 전극에 식각 손상이 발생할 수 있다. 이러한 식각 손상을 최소화하기 위해, 상기 상부 트렌치 마스크막(170)은 밀도가 높고, 상기 반도체기판(100)에 대해 식각 선택성을 갖는 물질로 형성한다. 예를 들면, 상기 상부 트렌치 마스크막(170)은 실리콘 질화막으로 형성할 수 있으며, 실리콘 산화막 및/또는 실리콘 산화질화막이 더 사용될 수도 있다. Since the trench is typically formed deep to a depth of 1000 to 4000 microns, the upper trench mask layer 170 is recessed by a predetermined thickness during etching thereof. Accordingly, when the thickness of the upper trench mask layer 170 is thin, etching damage may occur to the gate electrode. In order to minimize such etching damage, the upper trench mask layer 170 is formed of a material having high density and etching selectivity with respect to the semiconductor substrate 100. For example, the upper trench mask layer 170 may be formed of a silicon nitride layer, and a silicon oxide layer and / or a silicon oxynitride layer may be further used.

도 12를 참조하면, 상기 상부 트렌치 마스크막(170) 상에 활성영역을 정의하는 제 4 포토레지스트 패턴(126)을 형성한다. 상기 반도체기판(100)의 상부면이 노출될 때까지, 상기 제 4 포토레지스트 패턴(126)을 식각 마스크로 사용하여 상기 상부 트렌치 마스크막(170) 아래의 물질막들을 이방성 식각한다. Referring to FIG. 12, a fourth photoresist pattern 126 defining an active region is formed on the upper trench mask layer 170. The material layers under the upper trench mask layer 170 are anisotropically etched using the fourth photoresist pattern 126 as an etching mask until the upper surface of the semiconductor substrate 100 is exposed.

이에 따라, 상기 고전압 영역(HV)의 반도체기판(100) 상에는 차례로 적층된 상기 제 1 게이트 절연막 패턴(111), 제 1 도전막 패턴(135), 제 1 절연막 패턴(145) 및 상부 트렌치 마스크 패턴(175)이 배치된다. 또한, 상기 저전압 영역(LV)에는 상기 제 2 게이트 절연막 패턴(113), 제 1 도전막 패턴(135), 제 1 절연막 패턴(145) 및 상부 트렌치 마스크 패턴(175)이 배치된다. 또한, 상기 셀 영역(CELL)에는 상기 제 3 게이트 절연막 패턴(115), 제 2 도전막 패턴(155), 제 2 절연막 패턴(165) 및 상부 트렌치 마스크 패턴(175)이 배치된다. 상기 상부 트렌치 마스크 패턴(175)의 상부에는 상기 제 4 포토레지스트 패턴(126)이 배치된다. Accordingly, the first gate insulating layer pattern 111, the first conductive layer pattern 135, the first insulating layer pattern 145, and the upper trench mask pattern are sequentially stacked on the semiconductor substrate 100 in the high voltage region HV. 175 is disposed. In addition, the second gate insulating layer pattern 113, the first conductive layer pattern 135, the first insulating layer pattern 145, and the upper trench mask pattern 175 are disposed in the low voltage region LV. In addition, the third gate insulating layer pattern 115, the second conductive layer pattern 155, the second insulating layer pattern 165, and the upper trench mask pattern 175 are disposed in the cell region CELL. The fourth photoresist pattern 126 is disposed on the upper trench mask pattern 175.

도 13을 참조하면, 상기 제 4 포토레지스트 패턴(126)을 제거하여 상기 상부 트렌치 마스크 패턴(175)의 상부면을 노출시킨다. 이후, 상기 상부 트렌치 마스크 패턴(175)을 식각 마스크로 사용하여 상기 반도체기판(100)을 이방성 식각함으로써, 상기 상부 트렌치 마스크 패턴(175)의 주변에 활성영역을 한정하는 트렌치(105)를 형성한다. 이후, 상기 트렌치(105)를 포함하는 반도체기판의 전면에, 상기 트렌치(105)를 채우는 소자분리막(180)을 형성한다. 상기 소자분리막(180)은 실리콘 산화막으로 형성하는 것이 바람직한데, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화질화막 중의 적어도 한가지가 더 사용될 수도 있다. Referring to FIG. 13, the fourth photoresist pattern 126 is removed to expose the top surface of the upper trench mask pattern 175. Thereafter, the semiconductor substrate 100 is anisotropically etched using the upper trench mask pattern 175 as an etching mask, thereby forming a trench 105 defining an active region around the upper trench mask pattern 175. . Subsequently, an isolation layer 180 filling the trench 105 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the trench 105. The device isolation layer 180 may be formed of a silicon oxide layer, and at least one of a silicon nitride layer and a silicon oxynitride layer may be further used.

상기 소자분리막(180)을 형성하기 전에, 상기 트렌치 형성을 위한 식각 공정에서 발생한 식각 손상을 치유하기 위한 열공정으로서, 상기 트렌치(105)의 내벽에 실리콘 산화막을 형성하는 열산화 공정을 더 실시할 수도 있다. 이에 더하여, 통상적으로 알려진 것처럼, 상기 소자분리막(180)을 형성하기 전에, 상기 트렌치(105) 내벽을 덮는 라이너막을 더 형성할 수도 있다. 상기 라이너막은 실리콘 질화막으로 형성하는 것이 바람직하다. Before the device isolation layer 180 is formed, a thermal process for healing an etch damage occurring in the etching process for forming the trench may be further performed. The thermal oxidation process may be further performed to form a silicon oxide film on the inner wall of the trench 105. It may be. In addition, as is commonly known, before forming the device isolation layer 180, a liner layer covering the inner wall of the trench 105 may be further formed. The liner film is preferably formed of a silicon nitride film.

도 14를 참조하면, 상기 제 1 및 제 2 도전막 패턴(135, 155)의 상부면이 노출될 때까지, 상기 소자분리막(180)을 전면 식각한다. 상기 소자분리막(180)을 전면식각하는 단계는 화학적 기계적 연마 기술을 사용하는 평탄화 식각 공정을 포함할 수 있다. 상기 평탄화 식각 공정은 상기 상부 트렌치 마스크 패턴(175)의 상부면이 노출될 때까지 실시하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 소자분리막(180)은 식각되어, 상기 트렌치(105)를 채우는 소자분리막 패턴(185)을 형성한다. Referring to FIG. 14, the device isolation layer 180 is etched on the entire surface until the upper surfaces of the first and second conductive layer patterns 135 and 155 are exposed. The etching the entire surface of the device isolation layer 180 may include a planarization etching process using a chemical mechanical polishing technique. The planarization etching process may be performed until the upper surface of the upper trench mask pattern 175 is exposed. Accordingly, the device isolation layer 180 is etched to form the device isolation layer pattern 185 filling the trench 105.

이후, 상기 상부 트렌치 마스크 패턴(175) 및 그 하부의 상기 제 1 및 제 2 절연막 패턴(165)을 차례로 제거함으로써, 상기 제 1 도전막 패턴(135) 및 상기 제 2 도전막 패턴(155)의 상부면을 노출시킨다. 상술한 것처럼, 상기 제 1 도전막 패턴(135)은 상기 고전압 영역(HV) 및 저전압 영역(LV)에 배치되고, 상기 제 2 도전막 패턴(155)은 상기 셀 영역(CELL)에 배치된다.Subsequently, the upper trench mask pattern 175 and the lower portions of the first and second insulating layer patterns 165 are sequentially removed to thereby remove the first conductive layer pattern 135 and the second conductive layer pattern 155. Expose the top surface. As described above, the first conductive layer pattern 135 is disposed in the high voltage region HV and the low voltage region LV, and the second conductive layer pattern 155 is disposed in the cell region CELL.

도 14를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 반도체장치는 세가지 다른 두께를 갖는 게이트 절연막들을 구비한다. 반도체기판(100)의 고전압 영역(HV)에 배치되는 제 1 게이트 절연막 패턴(111)이 가장 두껍고, 저전압 영역(LV)에 배치되는 제 2 게이트 절연막 패턴(113)이 가장 얇다. 또한, 상기 반도체기판(100)의 셀 영역(Cell)에 배치되는 제 3 게이트 절연막 패턴(115)은 상기 제 1 게이트 절연막 패턴(111)보다는 얇고, 상기 제 2 게이트 절연막 패턴(113)보다는 두껍다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 게이트 절연막 패턴(111, 113, 115)의 두께는 차례로, 대략 150, 50 및 100Å이다. Referring to FIG. 14, a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described. The semiconductor device according to the present invention includes gate insulating films having three different thicknesses. The first gate insulating layer pattern 111 disposed in the high voltage region HV of the semiconductor substrate 100 is the thickest, and the second gate insulating layer pattern 113 disposed in the low voltage region LV is the thinnest. In addition, the third gate insulating layer pattern 115 disposed in the cell region Cell of the semiconductor substrate 100 is thinner than the first gate insulating layer pattern 111 and thicker than the second gate insulating layer pattern 113. According to one preferred embodiment of the present invention, the thicknesses of the first, second and third gate insulating film patterns 111, 113, and 115 are, in turn, approximately 150, 50, and 100 μs.

상기 게이트 절연막 패턴들(111, 113, 115)의 상부에는 제 1 도전막 패턴(135) 및 제 2 도전막 패턴(155)이 배치된다. 상기 제 1 및 제 2 도전막 패턴(135, 155)은 모두 다결정 실리콘인 것이 바람직하다. 이때, 상기 제 1 도전막 패턴(135)은 상기 고전압 영역(HV) 및 저전압 영역(LV)에 배치되고, 상기 제 2 도전막 패턴(155)은 상기 셀 영역(CELL)에 배치된다. 즉, 상기 제 1 도전막 패턴(135)은 상기 제 1 및 제 2 게이트 절연막 패턴들(111, 113)의 상부에 형성되고, 상기 제 2 도전막 패턴(155)은 상기 제 3 게이트 절연막 패턴(115)의 상부에 형성된다. The first conductive layer pattern 135 and the second conductive layer pattern 155 are disposed on the gate insulating layer patterns 111, 113, and 115. Preferably, the first and second conductive film patterns 135 and 155 are all polycrystalline silicon. In this case, the first conductive layer pattern 135 is disposed in the high voltage region HV and the low voltage region LV, and the second conductive layer pattern 155 is disposed in the cell region CELL. That is, the first conductive layer pattern 135 is formed on the first and second gate insulating layer patterns 111 and 113, and the second conductive layer pattern 155 is the third gate insulating layer pattern ( 115) is formed on top.

상기 게이트 절연막 패턴들(111,113, 115) 및 그들 상부에 형성된 도전막 패턴들(135, 155)의 주변의 반도체기판(100)에는 트렌치(105)가 배치된다. 상기 트렌치(105)는 소자분리막 패턴(185)에 의해 채워진다. 상기 소자분리막 패턴(185)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화질화막 중의 적어도 한가지인 것이 바람직하다. A trench 105 is disposed in the semiconductor substrate 100 around the gate insulating layer patterns 111, 113 and 115 and the conductive layer patterns 135 and 155 formed thereon. The trench 105 is filled by the device isolation layer pattern 185. The device isolation layer pattern 185 may be at least one of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, and a silicon oxynitride layer.

본 발명에 따르면, 게이트 절연막들이 세가지 서로 다른 두께를 갖도록 반도체 장치를 제조하는 방법을 제공한다. 즉, 셀 트랜지스터의 게이트 절연막은 고전압 트랜지스터의 게이트 절연막보다는 얇고, 저전압 트랜지스터의 게이트 절연막보다는 두껍게 형성할 수 있다. 이에 따라, 고전압 트랜지스터는 고전압을 견디기에 충분한 두께의 게이트 절연막을 갖고, 셀 트랜지스터는 안정적인 정보 유지 특성을 갖기에 충분한 두께의 게이트 절연막을 갖고, 저전압 트랜지스터는 빠른 동작 속도에 적합한 두께의 게이트 절연막을 갖는다. 그 결과, 빠른 동작 속도를 가지면서, 저장된 정보를 안정적으로 유지할 수 있는 반도체 장치를 제조할 수 있다. According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device such that the gate insulating films have three different thicknesses. That is, the gate insulating film of the cell transistor may be formed thinner than the gate insulating film of the high voltage transistor and thicker than the gate insulating film of the low voltage transistor. Accordingly, the high voltage transistor has a gate insulating film of sufficient thickness to withstand the high voltage, the cell transistor has a gate insulating film of sufficient thickness to have stable information retention characteristics, and the low voltage transistor has a gate insulating film having a thickness suitable for fast operation speed. . As a result, it is possible to manufacture a semiconductor device having a high operating speed and capable of stably maintaining the stored information.

도 1 내지 도 5는 플래시 메모리의 게이트 절연막을 형성하는 종래 기술의 방법을 나타내는 공정단면도들이다. 1 through 5 are process cross-sectional views illustrating a prior art method for forming a gate insulating film of a flash memory.

도 6 내지 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래시 메모리의 게이트 절연막 형성 방법 및 그 구조를 설명하기 위한 공정단면도들이다. 6 through 14 are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate insulating film of a flash memory and a structure thereof according to an exemplary embodiment of the present invention.

Claims (14)

고전압 영역, 저전압 영역 및 셀 영역을 갖는 반도체기판을 준비하는 단계;Preparing a semiconductor substrate having a high voltage region, a low voltage region, and a cell region; 상기 고전압 영역의 반도체기판 상에 차례로 적층된 제 1 게이트 절연막, 제 1 도전막 및 제 1 절연막, A first gate insulating film, a first conductive film and a first insulating film sequentially stacked on the semiconductor substrate in the high voltage region; 상기 저전압 영역의 반도체기판 상에 차례로 적층된 제 2 게이트 절연막, 제 1 도전막 및 제 1 절연막, A second gate insulating film, a first conductive film and a first insulating film sequentially stacked on the semiconductor substrate in the low voltage region; 상기 셀 영역의 반도체기판 상에 차례로 적층된 제 3 게이트 절연막, 제 2 도전막, 및 제 2 절연막으로 구성되는 하부 트렌치 마스크막을 형성하는 단계; Forming a lower trench mask film including a third gate insulating film, a second conductive film, and a second insulating film sequentially stacked on the semiconductor substrate in the cell region; 상기 하부 트렌치 마스크막을 덮는 상부 트렌치 마스크막을 형성하는 단계;Forming an upper trench mask layer covering the lower trench mask layer; 상기 상부 및 하부 트렌치 마스크막들을 차례로 패터닝하여, 상기 반도체기판의 소정영역을 노출시키는 트렌치 마스크 패턴을 형성하는 단계;Patterning the upper and lower trench mask layers in order to form a trench mask pattern exposing predetermined regions of the semiconductor substrate; 상기 트렌치 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 노출된 반도체기판을 이방성 식각함으로써, 활성영역을 한정하는 트렌치를 형성하는 단계;Anisotropically etching the exposed semiconductor substrate using the trench mask pattern as an etch mask to form a trench defining an active region; 상기 트렌치가 형성된 반도체기판의 전면에 소자분리막을 형성하는 단계; 및Forming an isolation layer on the entire surface of the semiconductor substrate on which the trench is formed; And 상기 제 1 및 제 2 도전막의 상부면이 노출될 때까지 상기 소자분리막을 식각하여, 상기 트렌치를 채우는 소자분리막 패턴을 형성하는 단계를 포함하되, Etching the device isolation layer until the upper surfaces of the first and second conductive layers are exposed, thereby forming a device isolation layer pattern filling the trench; 상기 제 3 게이트 절연막은 상기 제 2 게이트 절연막보다 두껍고, 상기 제 1 게이트 절연막은 상기 제 3 게이트 절연막보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 플래시 메모리의 게이트 절연막 형성 방법. And the third gate insulating film is thicker than the second gate insulating film, and the first gate insulating film is thicker than the third gate insulating film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1 게이트 절연막, 상기 제 2 게이트 절연막 및 상기 제 3 게이트 절연막은 상기 반도체기판을 열산화시키어 형성한 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 플래시 메모리의 게이트 절연막 형성 방법. And the first gate insulating film, the second gate insulating film and the third gate insulating film are silicon oxide films formed by thermally oxidizing the semiconductor substrate. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1 도전막 및 상기 제 2 도전막은 다결정 실리콘으로 형성하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리의 게이트 절연막 형성 방법. And the first conductive film and the second conductive film are formed of polycrystalline silicon. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1 도전막 및 상기 제 2 도전막은 두께 및 불순물 농도 중의 적어도 한가지 특성이 서로 다른 것을 특징으로 하는 플래시 메모리의 게이트 절연막 형성 방법. And the first conductive film and the second conductive film are different from each other in at least one of thickness and impurity concentration. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1 절연막 및 상기 제 2 절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막 및 실리콘 질화막 중에서 선택된 적어도 한가지 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리의 게이트 절연막 형성 방법. And the first insulating film and the second insulating film are formed of at least one material selected from a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 상부 트렌치 마스크막은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막 및 실리콘 질화막 중에서 선택된 적어도 한가지 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리의 게이트 절연막 형성 방법. And the upper trench mask layer is formed of at least one material selected from a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 하부 트렌치 마스크막을 형성하는 단계는 Forming the lower trench mask layer 상기 저전압 영역의 반도체기판을 노출시키면서, 상기 고전압 영역 및 셀 영역의 반도체기판을 덮는 제 1 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a first gate insulating film covering the semiconductor substrate in the high voltage region and the cell region while exposing the semiconductor substrate in the low voltage region; 상기 노출된 저전압 영역의 반도체기판 상에 제 2 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a second gate insulating film on the exposed low voltage semiconductor substrate; 상기 제 1 및 제 2 게이트 절연막을 포함하는 반도체기판의 전면에, 제 1 도전막 및 제 1 절연막을 차례로 형성하는 단계;Sequentially forming a first conductive film and a first insulating film on an entire surface of the semiconductor substrate including the first and second gate insulating films; 상기 제 1 절연막, 제 1 도전막 및 제 1 게이트 절연막을 패터닝하여, 상기 셀 영역의 반도체기판을 노출시키는 단계;Patterning the first insulating film, the first conductive film, and the first gate insulating film to expose the semiconductor substrate in the cell region; 상기 노출된 셀 영역의 반도체기판에 제 3 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a third gate insulating film on the semiconductor substrate in the exposed cell region; 상기 제 3 게이트 절연막을 포함하는 반도체기판의 전면에, 제 2 도전막 및 제 2 절연막을 차례로 형성하는 단계; 및Sequentially forming a second conductive film and a second insulating film on an entire surface of the semiconductor substrate including the third gate insulating film; And 상기 제 2 절연막 및 제 2 도전막을 패터닝하여, 상기 고전압 영역 및 상기 저전압 영역에서 상기 제 1 절연막의 상부면을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리의 게이트 절연막 형성 방법. Patterning the second insulating film and the second conductive film to expose an upper surface of the first insulating film in the high voltage region and the low voltage region. 삭제delete 고전압 영역, 저전압 영역 및 셀 영역을 갖는 반도체기판의 전면에, 제 1 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a first gate insulating film on an entire surface of the semiconductor substrate having a high voltage region, a low voltage region, and a cell region; 상기 제 1 게이트 절연막을 패터닝하여 상기 저전압 영역의 반도체 기판을 노출시키는 단계;Patterning the first gate insulating layer to expose the semiconductor substrate in the low voltage region; 상기 노출된 저전압 영역의 반도체 기판에 상기 제 1 게이트 절연막보다 얇은 제 2 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a second gate insulating film thinner than the first gate insulating film on the exposed low voltage semiconductor substrate; 상기 제 2 게이트 절연막을 포함하는 반도체 기판의 전면에, 제 1 도전막 및 제 1 절연막을 차례로 형성하는 단계;Sequentially forming a first conductive film and a first insulating film on an entire surface of the semiconductor substrate including the second gate insulating film; 상기 제 1 절연막, 제 1 도전막 및 제 1 게이트 절연막을 패터닝하여, 상기 셀 영역의 반도체기판을 노출시키는 단계;Patterning the first insulating film, the first conductive film, and the first gate insulating film to expose the semiconductor substrate in the cell region; 상기 노출된 셀 영역의 반도체기판에 상기 제 1 게이트 절연막보다 얇고 상기 제 2 게이트 절연막보다 두꺼운 제 3 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a third gate insulating film on the semiconductor substrate in the exposed cell region that is thinner than the first gate insulating film and thicker than the second gate insulating film; 상기 제 3 게이트 절연막을 포함하는 반도체기판의 전면에, 제 2 도전막 및 제 2 절연막을 차례로 형성하는 단계;Sequentially forming a second conductive film and a second insulating film on an entire surface of the semiconductor substrate including the third gate insulating film; 상기 제 2 절연막 및 제 2 도전막을 패터닝하여, 상기 고전압 영역 및 상기 저전압 영역에서 상기 제 1 절연막의 상부면을 노출시키는 단계; Patterning the second insulating film and the second conductive film to expose an upper surface of the first insulating film in the high voltage region and the low voltage region; 상기 고전압 영역 및 저전압 영역에서 노출되는 상기 제 1 절연막 및 상기 셀 영역에서 노출되는 상기 제 2 절연막을 덮는 상부 트렌치 마스크막을 형성하는 단계; Forming an upper trench mask layer covering the first insulating layer exposed in the high voltage region and the low voltage region and the second insulating layer exposed in the cell region; 상기 상부 트렌치 마스크막을 식각하여 상부 트렌치 마스크 패턴을 형성하는 단계;Etching the upper trench mask layer to form an upper trench mask pattern; 상기 상부 트렌치 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여, 상기 고전압 영역에서 상기 제 1 절연막, 상기 제 1 도전막 및 상기 제 1 게이트 절연막을 차례대로 패터닝하여 상기 반도체 기판을 노출시키고, 상기 저전압 영역에서 상기 제 1 절연막, 상기 제 1 도전막 및 상기 제 2 게이트 절연막을 차례대로 패터닝하여 상기 반도체 기판을 노출시키고, 상기 셀 영역에서 상기 제 2 절연막, 상기 제 2 도전막 및 상기 제 3 게이트 절연막을 차례대로 패터닝하여 상기 반도체 기판을 노출시키는 단계;By using the upper trench mask pattern as an etching mask, the first insulating layer, the first conductive layer, and the first gate insulating layer are sequentially patterned in the high voltage region to expose the semiconductor substrate, and the first layer is exposed in the low voltage region. Patterning the first insulating film, the first conductive film, and the second gate insulating film in order to expose the semiconductor substrate, and sequentially patterning the second insulating film, the second conductive film, and the third gate insulating film in the cell region. Exposing the semiconductor substrate; 상기 상부 트렌치 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 노출된 반도체기판을 이방성 식각함으로써, 활성영역을 한정하는 트렌치를 형성하는 단계;Anisotropically etching the exposed semiconductor substrate using the upper trench mask pattern as an etch mask to form a trench defining an active region; 상기 트렌치가 형성된 반도체기판의 전면에 소자분리막을 형성하는 단계; 및Forming an isolation layer on the entire surface of the semiconductor substrate on which the trench is formed; And 상기 제 1 및 제 2 도전막의 상부면이 노출될 때까지 상기 소자분리막을 식각하여, 상기 트렌치를 채우는 소자분리막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리의 게이트 절연막 형성 방법. And etching the device isolation layer until the upper surfaces of the first and second conductive layers are exposed to form a device isolation layer pattern filling the trench. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 제 1 도전막 및 상기 제 2 도전막은 다결정 실리콘으로 형성하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리의 게이트 절연막 형성 방법. And the first conductive film and the second conductive film are formed of polycrystalline silicon. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 제 1 도전막 및 상기 제 2 도전막은 두께 및 불순물 농도 중의 적어도 한가지 특성이 서로 다른 것을 특징으로 하는 플래시 메모리의 게이트 절연막 형성 방법. And the first conductive film and the second conductive film are different from each other in at least one of thickness and impurity concentration. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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