KR100657787B1 - Method for manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
반도체 장치의 제조 방법에서, 반도체 기판을 노출시키는 상기 버퍼 산화막 패턴 및 제1 하드 마스크막 패턴 사이의 공간과 상기 패턴들 하부의 트렌치를 매립하는 예비 소자분리막을 형성한다. 상기 예비 소자분리막의 상부 측벽을 노출시키기 위해 상기 제1 하드 마스크막 패턴의 일부를 식각하여 상기 제1 하드 마스크막 패턴을 제2 하드 마스크막 패턴으로 전환한다. 상기 제2 하드 마스크막 패턴 상에 돌출된 상기 예비 소자분리막의 상부면에 형성된 희생막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 돌출된 예비 소자분리막의 상부 측벽을 식각함으로써 상기 예비 소자분리막의 돌출 부위의 선폭이 감소된 소자분리막을 형성한다. 따라서, 상기 기판 상에 돌출된 상기 소자분리막 사이의 폭을 넓힘으로써 상기 소자분리막 사이에 형성되는 물질막에 발생할 수 있는 보이드를 감소시킬 수 있다. In the method of manufacturing a semiconductor device, a space between a buffer oxide layer pattern and a first hard mask layer pattern exposing a semiconductor substrate and a preliminary device isolation layer filling a trench below the patterns are formed. A portion of the first hard mask layer pattern is etched to expose the upper sidewall of the preliminary device isolation layer to convert the first hard mask layer pattern into a second hard mask layer pattern. Line width of the protruding portion of the preliminary isolation layer is etched by etching the upper sidewall of the protruding preliminary isolation layer using a sacrificial layer pattern formed on an upper surface of the preliminary isolation layer protruding on the second hard mask layer pattern as an etching mask. This reduced device isolation film is formed. Accordingly, by increasing the width between the device isolation layers protruding on the substrate, it is possible to reduce voids that may occur in the material film formed between the device isolation layers.
Description
도 1 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다. 1 to 16 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 반도체 기판 110 : 버퍼 산화막100
110a : 버퍼 산화막 패턴 120 : 하드 마스크막110a: buffer oxide film pattern 120: hard mask film
120a : 제1 하드 마스크막 패턴 120b : 제2 하드 마스크막 패턴120a: first hard
130 : 트렌치 140 : 소자분리막용 절연막130
150 : 예비 소자분리막 152 : 제1 소자분리막150: preliminary isolation layer 152: first isolation layer
154 : 제2 소자분리막 156 : 제3 소자분리막154: second device isolation layer 156: third device isolation layer
160 : 희생막 160a : 희생막 패턴160:
162 : 터널 산화막 170 : 제1 폴리실리콘막162
170a : 폴리실리콘막 패턴 184 : 유전막170a: polysilicon film pattern 184: dielectric film
188 : 제2 폴리실리콘막 V : 보이드188: second polysilicon film V: void
본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 장치의 소자분리막 형성 방법 및 이를 이용한 불휘발성 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device and a method of manufacturing a nonvolatile memory device using the same.
반도체 소자의 제조 공정에서는 반도체 기판에 형성된 각각의 소자를 전기적으로 분리시키기 위하여 소자분리 영역에 소자분리막을 형성한다. 종래에는 LOCOS(Local oxidation) 공정으로 상기 소자분리막을 형성하였다. 그러나, 최근에는 소자의 집적도가 높아짐에 따라, 반도체 기판 상에 소자분리 영역을 노출시키는 게이트 산화막 패턴 및 하드 마스크막 패턴을 형성하고, 상기 소자분리 영역의 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성한 후 상기 트렌치에 절연물질을 매립하는 STI 공정으로 상기 소자분리막을 형성한다. In the manufacturing process of the semiconductor device, an element isolation film is formed in the device isolation region so as to electrically separate each device formed on the semiconductor substrate. Conventionally, the device isolation layer is formed by a local oxidation (LOCOS) process. However, in recent years, as the degree of integration of devices increases, a gate oxide pattern and a hard mask layer pattern exposing the device isolation region are formed on the semiconductor substrate, and the trench is formed by etching the semiconductor substrate of the device isolation region. The device isolation layer is formed by an STI process of filling an insulating material in a trench.
여기서, 상기 트렌치는 상부에서 하부로 갈수록 폭이 좁아지기 때문에, 상기 트렌치를 매립하여 형성되는 상기 소자분리막 또한 하부로 갈수록 폭이 좁아진다. 때문에, 상기 소자분리막 사이의 공간은 상기 소자분리막의 폭과는 달리, 상부에서 하부로 갈수록 폭이 넓어진다. Here, since the trench is narrower from the top to the bottom, the width of the device isolation layer formed by filling the trench is also narrowed toward the bottom. Therefore, the space between the device isolation films is wider from the top to the bottom, unlike the width of the device isolation film.
그러므로, 상기 소자분리막을 이용하여 불휘발성 메모리 소자의 플로팅 게이트를 형성할 때, 상기 소자분리막 사이의 공간의 폭이 하부보다 상부가 더 좁게 형성되기 때문에, 상기 소자분리막 사이에 형성되는 플로팅 게이트용 도전막에 보이드가 발생하는 문제가 있다.Therefore, when the floating gate of the nonvolatile memory device is formed by using the device isolation film, the width of the space between the device isolation films is formed to be narrower in the upper part than the lower part, so that the conductive gate floating formed between the device isolation films is formed. There is a problem that voids occur in the film.
따라서, 상기 소자분리막 사이에 형성되는 물질막에 발생할 수 있는 보이드 를 최소화하기 위해 상기 기판 상에 노출된 소자분리막의 상부 공간의 폭을 넓힐 필요가 있다. Therefore, in order to minimize voids that may occur in the material film formed between the device isolation layers, it is necessary to widen the width of the upper space of the device isolation layer exposed on the substrate.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 소자분리막 사이의 폭을 넓히기 위한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for manufacturing a semiconductor device for widening the width between the device isolation film.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 반도체 기판 상에 순차적으로 형성된 버퍼 산화막 패턴 및 제1 하드 마스크막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 식각함으로써 트렌치를 형성한다. 상기 버퍼 산화막 패턴 및 제1 하드 마스크막 패턴 사이의 공간과 상기 트렌치를 매립하는 예비 소자분리막을 형성한다. 상기 예비 소자분리막의 상부 측벽을 노출시키기 위해 상기 제1 하드 마스크막 패턴의 일부를 식각하여 상기 예비 소자분리막 사이에 개구부를 생성시키면서 상기 제1 하드 마스크막 패턴을 제2 하드 마스크막 패턴으로 전환한다. 상기 제2 하드 마스크막 패턴 상에 돌출된 상기 예비 소자분리막의 상부면에 희생막 패턴을 형성한다. 상기 희생막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 돌출된 예비 소자분리막의 상부 측벽을 식각함으로써 상기 예비 소자분리막의 돌출 부위의 선폭이 감소된 제1 소자분리막을 형성한다. In order to achieve the above object, a method of fabricating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention may provide a trench by etching a substrate using a buffer oxide layer pattern and a first hard mask layer pattern sequentially formed on a semiconductor substrate as an etching mask. To form. A space between the buffer oxide layer pattern and the first hard mask layer pattern and a preliminary device isolation layer filling the trench are formed. A portion of the first hard mask layer pattern is etched to expose the upper sidewall of the preliminary device isolation layer, and the first hard mask layer pattern is converted into a second hard mask layer pattern while openings are formed between the preliminary device isolation layers. . A sacrificial layer pattern is formed on an upper surface of the preliminary device isolation layer protruding from the second hard mask layer pattern. The upper sidewall of the protruding preliminary isolation layer is etched using the sacrificial layer pattern as an etching mask to form a first isolation layer having a reduced line width of the protruding portion of the preliminary isolation layer.
또한, 상기 희생막 패턴 및 제2 하드 마스크막 패턴을 제거하여 상기 버퍼 산화막 패턴을 노출시킨다. 상기 버퍼 산화막 패턴이 노출된 상기 기판에 세정 공정을 수행하여 상기 버퍼 산화막 패턴을 제거하면서 상기 기판 상에 노출된 상기 제1 소자분리막의 돌출 부위의 선폭이 감소된 제2 소자분리막을 형성한다. 상기 제2 소자분리막 사이에 노출된 상기 기판 상에 터널 산화막을 형성한다. 상기 제2 소자분리막 사이의 공간을 매립하도록 상기 터널 산화막 및 제2 소자분리막 상에 제1 폴리실리콘막을 형성한다. 상기 제2 소자분리막의 상부면이 노출될 때까지 상기 제1 폴리실리콘막을 연마하여 상기 제2 소자분리막 사이의 공간에 폴리실리콘막 패턴을 형성한다. 상기 기판 상에 노출된 상기 제2 소자분리막의 돌출 부위의 일부를 제거하여 제3 소자분리막을 형성한다. 상기 폴리실리콘막 패턴의 상부면 및 측벽과 상기 제3 소자분리막의 상부면에 유전막을 연속적으로 형성한다. 상기 폴리실리콘막 패턴 측벽의 상기 유전막 사이의 공간을 매립하도록 상기 유전막 상에 제2 폴리실리콘막을 형성한다. In addition, the sacrificial layer pattern and the second hard mask layer pattern are removed to expose the buffer oxide layer pattern. The second device isolation layer may be formed by performing a cleaning process on the substrate to which the buffer oxide layer pattern is exposed, thereby removing the buffer oxide layer pattern and reducing the line width of the protruding portion of the first device isolation layer exposed on the substrate. A tunnel oxide film is formed on the substrate exposed between the second device isolation layers. A first polysilicon film is formed on the tunnel oxide film and the second device isolation film so as to fill the space between the second device isolation film. The first polysilicon layer is polished until the upper surface of the second device isolation layer is exposed to form a polysilicon layer pattern in the space between the second device isolation layers. A portion of the protruding portion of the second device isolation film exposed on the substrate is removed to form a third device isolation film. A dielectric layer is continuously formed on the top and sidewalls of the polysilicon layer pattern and the top surface of the third device isolation layer. A second polysilicon layer is formed on the dielectric layer so as to fill a space between the dielectric layers on the sidewall of the polysilicon layer pattern.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판 상에 돌출된 소자분리막 사이의 폭을 넓힘으로써 상기 소자분리막 사이에 형성되는 폴리실리콘막에 생성될 수 있는 보이드를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 상기 폴리실리콘막의 성능 및 특성을 향상시킴으로써 전기적 특성이 우수한 불휘성 메모리 소자를 제조할 수 있다. According to one embodiment of the present invention as described above, by increasing the width between the device isolation film protruding on the substrate it can reduce the voids that can be generated in the polysilicon film formed between the device isolation film. Therefore, a non-volatile memory device having excellent electrical characteristics can be manufactured by improving the performance and characteristics of the polysilicon film.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다. 1 to 16 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 버퍼 산화막(110) 및 하드 마스크 막(120)을 순차적으로 형성한다. 구체적으로, 상기 버퍼 산화막(110) 및 하드 마스크막(120)은 다양한 방법으로 형성할 수 있고, 본 실시예에 의하면, 상기 버퍼 산화막(110)은 750 내지 900℃의 온도에서 건식 산화 방법이나 습식 산화 방법으로 형성할 수 있다. 이때, 상기 버퍼 산화막(110)은 반도체 장치의 특성 및 성능을 고려하여 다양한 두께를 가질 수 있고, 본 실시예에 의하면, 70 내지 100Å의 두께로 형성한다. Referring to FIG. 1, a
그리고, 상기 하드 마스크막(120)은 저압 화학기상 증착(LP-CVD)법을 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 하드 마스크막(120)의 두께는 후속의 예비 소자분리막을 형성한 후 하드 마스크막 패턴을 제저하였을 때 상기 예비 소자분리막의 상부가 상기 기판(100)의 표면보다 최대한 높게 돌출되도록 공정 조건에 따라 상기 하드 마스크막(120)의 두께를 결정할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 상기 하드 마스크막(120)의 두께는 2500 내지 3200Å의 두께로 형성한다. 그리고, 상기 하드 마스크막(120)은 다양한 절연 물질로 형성될 수 있다. 상기 하드 마스크막(120)의 예로서는 실리콘 질화막(SiN), 실리콘 산질화막(SiON) 등을 들 수 있다. The
한편, 상기 버퍼 산화막(110)을 형성하기 전에 세정 공정을 실시할 수도 있다. 상기 세정 공정은 H2O:HF가 50:1 내지 100:1의 비율로 혼합된 불화수소산(DHF)과 SC-1(NH4OH/H2O2 /H2O) 용액을 순차적으로 이용하여 실시하거나, NH4F:HF가 4:1 내지 7:1로 혼합된 혼합 용액을 1:100 내지 1:300의 비율로 H2O에 희석시킨 BOE(Buffered Oxide Etchant)와 상기 SC-1용액을 순차적으로 이용하여 실시한다.Meanwhile, the cleaning process may be performed before forming the
도시되지 않았지만, 상기 하드 마스크막(120) 상에 포토레지스트(미도시)를 도포한 후 포토 마스크(photo mask)(미도시)를 이용한 노광 및 현상 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. Although not shown, a photoresist (not shown) is coated on the
도 2를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 하드 마스크막(120) 및 버퍼 산화막(110)을 순차적으로 식각한다. 상기 식각 공정에 의해 상기 기판(100)을 노출시키는 버퍼 산화막 패턴(110a) 및 제1 하드 마스크막 패턴(120a)이 상기 기판(100) 상에 순차적으로 형성된다. 여기서, 상기 버퍼 산화막 패턴(110a) 및 제1 하드 마스크막 패턴(120a)으로 이루어진 적층구조는 상기 기판(100)에 인접할수록 선폭이 증가하는 슬로프를 갖는다. 왜냐하면, 상기 하드 마스크막(120) 및 버퍼 산화막(110)에 식각 공정을 수행할 때, 상기 식각 공정을 수행하는 시간이 경과함에 따라 상기 하드 마스크막(120) 및 버퍼 산화막(110)에 대하여 식각되는 양이 감소하기 때문이다. 따라서, 상기 버퍼 산화막 패턴(110a) 및 제1 하드 마스크막 패턴(120a)으로 이루어진 적층구조의 선폭이 증가함으로써, 상기 적층구조 사이의 폭은 상대적으로 좁아지게 된다.Referring to FIG. 2, the
도 3을 참조하면, 상기 버퍼 산화막 패턴(110a) 및 제1 하드 마스크막 패턴(120a)에 의해 노출된 상기 기판(100)을 식각하여 상기 기판(100)에 트렌치(130)를 형성한다. 이때, 상기 트렌치(130)를 형성하는 과정에서 상기 식각 공정에 의해 상기 트렌치(130)의 측벽 및 저면에 발생된 손상을 제거하기 위하여 산화 공정을 실시할 수 있다. 상기 산화 공정은 1000 내지 1150℃의 온도에서 건식 산화 방식으로 실시할 수 있다. Referring to FIG. 3, a
여기서, 상기 트렌치(130)는 상부에서 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는다. 이는 상부에서 하부로 갈수록 상기 기판(100)의 식각되는 양이 감소하기 때문이다. 이때, 상기 트렌치(130)의 측벽은 상기 버퍼 산화막 패턴(110a) 및 제1 하드 마스크막 패턴(120a) 의 측벽과 접하므로, 상기 트렌치(130) 및 상기 버퍼 산화막 패턴(110a)과 상기 제1 하드 마스크막 패턴(120a) 사이의 폭은 전체적으로 좁아진다. Here, the
도 4를 참조하면, 상기 버퍼 산화막 패턴(110a) 및 제1 하드 마스크막 패턴(120a) 사이의 공간과 상기 트렌치(130)를 매립하도록 상기 제1 하드 마스크막 패턴(120a)의 상부면과 상기 트렌치(130)의 측벽 및 저면에 소자분리막용 절연막(140)을 형성한다. 이때, 상기 소자분리막용 절연막(140)은 상기 트렌치(130) 내부에 보이드(void)가 발생하지 않도록 갭 필링(gap filling)시키는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 소자분리막용 절연막(140)은 다양한 방법으로 형성할 수 있고, 본 실시예에 의하면, 상기 소자분리막용 절연막(140)은 고밀도 플라즈마(High Density Plasma; HDP)를 이용하여 산화막으로 형성할 수 있다. 이에, 상기 소자분리막용 절연막(140)은 실리콘 산화막(SiO2) 등을 예로 들 수 있다. Referring to FIG. 4, an upper surface of the first hard
도 5를 참조하면, 상기 제1 하드마스크막 패턴의 상부면이 노출될 때까지 상기 소자분리막용 절연막(140)을 연마한다. 이로써, 상기 버퍼 산화막 패턴(110a) 및 제1 하드 마스크막 패턴(120a) 사이의 공간과 상기 트렌치(130)를 매립하는 예비 소자분리막(150)이 형성된다. 상기 연마 공정의 예로서는 화학적 기계적 연마(CMP) 공정, ACE(Advanced Chemical Etching) 공정 등을 예로 들 수 있다. 여기서, 상기 예비 소자분리막(150)의 선폭은 상부에서 하부로 갈수록 감소한다. 이는 상기 트렌치(130) 및 상기 버퍼 산화막 패턴(110a)과 상기 제1 하드 마스크막 패턴(120a) 사이의 폭이 상부에서 하부로 갈수록 좁아지기 때문이다.Referring to FIG. 5, the insulating
그리고, 상기 연마 공정을 실시한 후에는 상기 제1 하드 마스크막 패턴(120a)의 노출된 상부면에 잔류할 수 있는 상기 소자분리막용 절연막(140)을 제거하기 위하여 BOE 또는 HF를 이용한 세정 공정을 더 실시할 수 있다. In addition, after the polishing process, a cleaning process using BOE or HF may be further performed to remove the insulating
한편, 상기 연마 공정을 실시하는 과정에서 상기 제1 하드 마스크막 패턴(120a)의 상부가 과도하게 제거되면 상기 예비 소자분리막(150)의 높이가 낮아진다. 이는, 후속 공정에서 형성될 플로팅 게이트용 폴리실리콘막의 높이에도 영향을 미친다. 그러므로, 상기 예비 소자분리막(150)의 높이가 낮아지지 않도록 상기 연마 공정 시간을 적절하게 조절한다. On the other hand, if the upper portion of the first hard
도 6을 참조하면, 상기 예비 소자분리막(150)의 상부 측벽을 노출시키기 위해 상기 제1 하드 마스크막 패턴(120a)의 일부를 식각한다. 그리하여, 상기 예비 소자분리막(150) 사이에 개구부(145)를 생성시키면서 상기 제1 하드 마스크막 패턴(120a)을 제2 하드 마스크막 패턴(120b)으로 전환한다. 이로써, 상기 제2 하드 마스크막 패턴(120b) 상에 상기 예비 소자분리막(150)의 일부가 돌출된다. 상기 제1 하드 마스크막 패턴(120a)에 대한 식각 공정은 인산(H3PO4)이 포함된 식각액을 이용하여 습식 식각한다.Referring to FIG. 6, a portion of the first hard
도 7을 참조하면, 상기 돌출된 예비 소자분리막(150)의 상부 측벽 사이의 공간(이하, '개구부(145)'라 한다)을 매립하도록 상기 제2 하드 마스크막 패턴(120b) 및 상기 돌출된 예비 소자분리막(150) 상에 절연물질로 희생막(160)을 형성한다. 상기 희생막(160)을 형성하는 과정에서 상기 개구부(145)에 보이드(V)가 생성된다. 이는 상기 개구부(145)의 상부가 하부에 비해 좁게 형성되어 있기 때문이다. Referring to FIG. 7, the second hard
이와 같이, 상기 개구부(145)에 상기 보이드(V)가 생성됨으로, 상기 개구부(145)에 형성되는 상기 희생막(160)의 두께는 상기 돌출된 예비 소자분리막(150)의 상부면 상에 형성되는 상기 희생막(160)의 두께에 비해 상대적으로 얇게 형성된다. As such, since the voids V are formed in the
여기서, 상기 희생막(160)은 고밀도 플라즈마(High Density Plasma; HDP)를 이용하여 질화막으로 형성할 수 있다. 상기 희생막(160)의 예로서는 실리콘 질화막(SiN), 실리콘 산질화막(SiON) 등을 들 수 있다. 이때, 상기 희생막(160)은 상기 제2 하드 마스크막 패턴(120b)과 후속의 희생막 패턴을 동시에 제거하기 위해, 상기 하드 마스크막(120)과 식각 선태비가 동일한 절연물질로 이루어지는 것이 바람직하다. The
도 8을 참조하면, 상기 보이드(V)가 노출되도록 상기 희생막(160)을 부분적으로 식각한다. 그리하여, 상기 개구부(145)에 형성된 상기 희생막(160)은 제거되고 상기 돌출된 예비 소자분리막(150)의 상부면 상에 형성된 상기 희생막(160)은 일부가 식각되어 희생막 패턴(160a)을 형성한다. 이로써, 상기 개구부(145)를 노출시킴으로써, 상기 제2 하드 마스크막 패턴(120b) 상에 상기 돌출된 예비 소자분리막(150)의 상부 측벽이 노출된다. Referring to FIG. 8, the
구체적으로, 상기 희생막(160)에 대한 식각 공정은 인산(H3PO4)이 포함된 식각액을 이용하여 습식 식각한다. 상기 식각 공정에서, 상기 돌출된 예비 소자분리막(150)의 상부면에 상기 희생막 패턴(160a)이 형성되는 이유는, 상술한 바와 같이 상기 개구부(145)에 형성되는 상기 희생막(160)에 보이드(V)가 생성됨으로써, 상기 돌출된 예비 소자분리막(150)의 상부면에 형성된 상기 희생막(160)의 두께가 상기개구부(145)에 형성된 상기 희생막(160)의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 형성되기 때문에, 상기 개구부(145)에 형성된 상기 희생막(160)이 제거되는 경우에도 상기 돌출된 예비 소자분리막(150)의 상부면 상에 형성된 상기 희생막(160)은 일부가 잔류하게 된다.Specifically, the etching process for the
도 9를 참조하면, 상기 희생막 패턴(160a)을 식각 마스크로 사용하여 상기 돌출된 예비 소자분리막(150)의 상부 측벽을 식각한다. 상기 식각 공정은 습식 식각 공정으로 수행된다. 상기 습식 식각 공정에 사용되는 식각액은 불화수소산(DHF)과 SC-1(NH4OH/H2O2/H2O) 용액을 이용하여 실시한다. Referring to FIG. 9, the upper sidewall of the protruding
이로써, 상기 예비 소자분리막(150)의 돌출된 부위의 선폭이 감소된 제1 소자분리막(152)을 형성한다. 이에 따라, 상기 돌출된 제1 소자분리막(152)의 상부 측벽 사이의 폭은 상대적으로 넓어진다. 그리하여, 후속 공정으로, 상기 제1 소자분리막 사이의 공간에 플로팅 게이트용 폴리실리콘막을 형성하는 경우 종래와 달리 보이드가 생성되는 것을 방지할 수 있다.As a result, the first
도 10을 참조하면, 상기 돌출된 제1 소자분리막(152) 상부의 상기 희생막 패턴(160a)과 상기 제2 하드 마스크막 패턴(120b)을 식각하여 제거한다. 이로써, 상기 기판(100) 상에 상기 버퍼 산화막 패턴(110a)이 노출된다. Referring to FIG. 10, the
여기서, 상기 희생막 패턴(160a) 및 제2 하드 마스크막 패턴(120b)은 상기 희생막(160) 및 제1 하드 마스크막 패턴(120a)과 식각 선택비가 동일한 절연물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러므로, 상기 희생막(160) 및 제1 하드 마스크막 패턴(120a)에 사용되는 식각액(예컨대, 인산(H3PO4)을 포함한 식각액)으로 동시에 식각할 수 있다. 따라서, 상기 희생막 패턴(160a) 및 제2 하드 마스크막 패턴(120b)을 제거하는 공정 시간을 단축시킬 수 있다. The
도 11을 참조하면, 상기 버퍼 산화막 패턴(110a)이 노출된 전체 구조에 세정 공정을 실시한다. 이때, 상기 기판(100)은 식각 베리어막으로 이용된다. 여기서, 상기 세정 공정은 HF 또는 BOE 용액을 이용하여 실시하고, 상기 제1 소자분리막(152)의 돌출된 부위가 설정된 폭이 될 때까지 상기 세정 공정 시간을 조절한다. 구체적으로, 상기 세정 공정은 HF 또는 BOE 용액이 채워진 용기에 담그고 DI 워터를 이용하여 세척한 다음, 파티클을 제거하기 위해 다시 상기 기판(100)을 SC-1이 채워진 용기에 담그로 DI 워터를 이용하여 세척한다. 상기 세정 공정에 의해, 상기 버퍼 산화막 패턴(110a)이 제거되는 동시에 상기 제1 소자분리막(152)의 돌출 부위의 상부 및 측벽이 상기 버퍼 산화막 패턴(110a)과 동일한 비율로 식각된다. 이로써, 상기 기판(100) 상에 노출된 상기 제1 소자분리막(152)의 돌출 부위의 선폭이 감소된 제2 소자분리막(154)이 형성된다.Referring to FIG. 11, a cleaning process is performed on the entire structure in which the buffer
그러므로, 상기 제2 소자분리막(154)의 돌출 부위는 폭이 좁아진다. 이때, 상기 제2 소자분리막(154)의 돌출 부위의 폭을 좁힐수록 후속의 플로팅 게이트의 간격을 보다 더 좁힐 수 있음으로 상기 플로팅 게이트의 커플링비와 집적도를 향상시킬 수 있다. Therefore, the protruding portion of the second
도 12를 참조하면, 상기 제2 소자분리막(154) 사이에 노출된 상기 기판(100) 상에 터널 산화막(162)을 형성한다. 이때, 상기 터널 산화막(162)은 750 내지 800℃의 온도에서 습식 산화 공정으로 형성한다. 이후, 상기 터널 산화막(162) 및 기판(100)과의 계면 결함 밀도를 최소화하기 위해 900 내지 910℃의 온도에서 질소 분위기로 20 내지 30분간 어닐링을 실시한다. Referring to FIG. 12, a
도 13을 참조하면, 상기 제2 소자분리막(154) 사이의 공간을 매립하도록 상기 제2 소자분리막(154) 및 터널 산화막(162) 상에 제1 폴리실리콘막(170)을 형성한다. 여기서, 상기 제1 폴리실리콘막(170)은 불휘발성 메모리 소자에서 플로팅 게이트를 형성하기 위해 사용된다. 구체적으로, 상기 제1 폴리실리콘막(170)은 SiH4 또는 Si2H6 중 어느 하나와 PH3 가스를 소오스 가스로 이용하여 LP-CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법으로 형성할 수 있다. Referring to FIG. 13, a
도 14를 참조하면, 상기 제2 소자분리막(154)의 상부면이 노출될 때까지 상기 제1 폴리실리콘막(170)을 연마한다. 이로써, 상기 제1 폴리실리콘막(170)은 상기 제2 소자분리막(154)의 돌출 부위에 의해 격리되고, 상기 제2 소자분리막(154)의 돌출 부위 사이에 폴리실리콘막 패턴(170a)이 형성된다. 그리하여, 상기 제2 소자분리막(154)의 돌출 부위를 경계로 상기 폴리실리콘막 패턴(170a)이 고립되어 불휘발성 메모리 소자의 플로팅 게이트를 형성한다. 여기서, 상기 연마 공정의 예로서는 화학적 기계적 연마 등을 들 수 있다. Referring to FIG. 14, the
도 15를 참조하면, 상기 기판(100) 상에 노출된 상기 제2 소자분리막(154)의 돌출 부위의 일부를 제거하여 제3 소자분리막(156)을 형성한다. 구체적으로, 상기 노출된 제2 소자분리막(154)의 돌출 부위를 세정 공정으로 제거한다. 상기 세정 공 정은 HF 또는 BOE를 이용하여 실시한다. 이로써, 상기 폴리실리콘막 패턴(170a)의 측벽을 노출시켜 플로팅 게이트의 표면적을 확보함으로써 커플링 비를 더욱 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 15, a portion of the protruding portion of the second
도 16을 참조하면, 상기 폴리실리콘막 패턴(170a)의 상부면 및 측벽과 상기 제3 소자분리막(156)의 상부면에 유전막(184)을 연속적으로 형성한다. 이어서, 상기 유전막(184) 상에 제2 폴리실리콘막(188)을 형성한다. 여기서, 상기 제2 폴리실리콘막(188)은 불휘발성 메모리 소자에서 콘트롤 게이트를 형성하기 위해 사용된다.Referring to FIG. 16, a dielectric film 184 is continuously formed on an upper surface and a sidewall of the
구체적으로, 상기 유전막(184)은 하부 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(Si3N4) 및 상부 산화막(SiO2)이 순차적으로 적층된 구조인 ONO 구조로 형성할 수 있다. 이때, 상기 하부 및 상부 산화막은 우수한 내압과 TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown) 특성이 우수한 DCS(SiH2Cl2)와 N2O 가스를 소오스 가스로 사용하여 형성한 HTO(Hot Temperature Oxide)막으로 형성할 수 있다. 그리고, 상기 실리콘 질화막은 650 내지 800℃의 온도와 1 내지 3Torr의 저압에서 DCS(SiH2Cl2) 및 NH3 가스를 사용한 LP-CVD법으로 형성할 수 있다. 상기 유전막(184)을 ONO 구조로 형성한 후에는 막간의 계면 특성을 향상시키기 위하여 750 내지 800℃의 온도에서 습식 산화 방식으로 스팀 어닐(Steam anneal)을 실시할 수도 있다. 한편, 상기 하부 산화막, 실리콘 질화막 및 상부 산화막은 소자 특성에 부합되는 두께로 증착하되 각각의 공정을 시간 지연없이(No time delay) 진행하여 자연 산화막이나 불순물에 의해 오염되는 것을 방지한다. In detail, the dielectric layer 184 may have an ONO structure in which a lower oxide layer (SiO 2), a silicon nitride layer (Si 3 N 4), and an upper oxide layer (SiO 2) are sequentially stacked. In this case, the lower and upper oxide layers may be formed of a hot temperature oxide (HTO) film formed by using DCS (SiH 2 Cl 2) and N 2 O gas having excellent internal pressure and TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) characteristics as a source gas. The silicon nitride film may be formed by LP-CVD using DCS (SiH 2 Cl 2) and NH 3 gas at a temperature of 650 to 800 ° C. and a low pressure of 1 to 3 Torr. After the dielectric film 184 is formed in the ONO structure, steam anneal may be performed by a wet oxidation method at a temperature of 750 to 800 ° C. in order to improve the interfacial properties between the films. On the other hand, the lower oxide film, silicon nitride film and the upper oxide film is deposited to a thickness corresponding to the device characteristics, each process is performed without a time delay (No time delay) to prevent contamination by natural oxide film or impurities.
이어서, 도시되지 않았지만, 상기 제3 폴리실리콘막(188) 및 유전막(184)을 순차적으로 패터닝하여 불휘발성 메모리 소자의 콘트롤 게이트를 형성한다.Subsequently, although not shown, the
상기와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 기판 상에 노출된 소자분리막 사이의 폭을 넓힘으로써 상기 소자분리막 사이에 형성되는 플로팅 게이트용 도전막에 생성될 수 있는 보이드를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 상기 플로팅 게이트용 폴리실리콘막의 성능 및 특성을 향상시킴으로써 전기적 특성이 우수한 불휘성 메모리 소자를 제조할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention as described above, by increasing the width between the device isolation film exposed on the substrate it can reduce the voids that can be generated in the conductive film for the floating gate formed between the device isolation film. . Therefore, the non-volatile memory device having excellent electrical characteristics can be manufactured by improving the performance and characteristics of the floating silicon polysilicon film.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
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