KR100723764B1 - Method of manufacturing a flash memory device - Google Patents

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황주원
박병수
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Abstract

본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 고집적화되는 반도체 소자의 제조 공정에 적용할 수 없는 SA-STI 공정을 이용하지 않고도 하나의 도전층을 이용하여 플로팅 게이트를 형성하면서 셀 사이의 간격을 충분히 확보하여 셀간 인터퍼런스를 최소화할 수 있고, 셀 영역의 소자 분리막을 소정 두께 식각하여 EFH를 조절함으로써 유전체막과 플로팅 게이트의 접촉 면적을 증가시켜 커플링비를 향상시킬 수 있다. 또한, 소자 분리막을 소정 깊이로 식각하여 EFH를 조절하는 과정에서 터널 산화막, 반도체 기판 또는 플로팅 게이트가 손상되는 것을 플로팅 게이트 측벽에 도전층 스페이서를 형성한 후 소자 분리막을 더욱더 식각하여 최종적으로 EFH를 조절함으로써 방지할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory device, wherein a gap between cells is formed while forming a floating gate using one conductive layer without using a SA-STI process, which is not applicable to a highly integrated semiconductor device manufacturing process. It is possible to secure enough to minimize the cell-to-cell interference, and by adjusting the EFH by etching the device isolation film in the cell region by a predetermined thickness, the coupling area can be improved by increasing the contact area between the dielectric film and the floating gate. In addition, in the process of controlling the EFH by etching the device isolation layer to a predetermined depth, the conductive layer spacers are formed on the sidewalls of the floating gate to damage the tunnel oxide film, the semiconductor substrate, or the floating gate. This can be prevented.

NAND 플래쉬, EFH, 소자 분리막 리세스, 도전층 스페이서 NAND Flash, EFH, Device Isolation, Conductive Layer spacer

Description

플래쉬 메모리 소자의 제조 방법{Method of manufacturing a flash memory device}Method of manufacturing a flash memory device

도 1(a) 내지 도 1(d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도.1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views of devices sequentially shown to explain a method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment of the present invention.

도 2(a) 내지 도 2(e)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도.2 (a) to 2 (e) are cross-sectional views of devices sequentially shown to explain a method of manufacturing a flash memory device according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

11 및 21 : 반도체 기판 12 및 22 : 터널 산화막11 and 21: semiconductor substrate 12 and 22: tunnel oxide film

13 및 23 : 제 1 도전층 14 및 24 : 하드 마스크막13 and 23: first conductive layers 14 and 24: hard mask films

15 및 25 : 트렌치 16 및 26 : 절연막15 and 25 trench 16 and 26 insulating film

16A 및 26A : 소자 분리막 17 및 28 : 유전체막16A and 26A: device isolation film 17 and 28: dielectric film

18 및 29 : 제 2 도전층 28 : 도전층 스페이서18 and 29: second conductive layer 28: conductive layer spacer

본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 특히 고집적화된느 반도체 소자에서 인접 셀간 간섭 효과를 최소화할 수 있고, 소자 분리막을 소정 두께 식각하여 EFH를 조절함으로써 커플링비를 향상시킬 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory device, in particular, to minimize the interference effect between adjacent cells, especially in a highly integrated semiconductor device, and to improve the coupling ratio by adjusting the EFH by etching the device isolation film a predetermined thickness. A method of manufacturing a memory device.

NAND형 플래쉬 메모리 소자는 파울러-노드하임(Fowler-Nordheim; FN) 터널링 현상을 이용하여 플로팅 게이트에 전자를 주입함으로써 데이터 프로그램을 수행하며, 대용량 및 높은 집적도를 제공한다. NAND-type flash memory devices perform data programs by injecting electrons into floating gates using a Fowler-Nordheim (FN) tunneling phenomenon to provide a large capacity and high integration.

NAND형 플래쉬 메모리 소자는 다수의 셀 블럭으로 구성되며, 하나의 셀 블럭은 데이터를 저장하기 위한 다수의 셀이 직렬 연결되어 하나의 스트링을 구성하는 다수의 셀 스트링, 셀 스트링과 드레인 및 셀 스트링과 소오스 사이에 각각 형성된 드레인 선택 트랜지스터 및 소오스 선택 트랜지스터로 구성된다. 여기서, NAND형 플래쉬 메모리 소자의 셀은 반도체 기판상의 소정 영역에 소자 분리막을 형성한 후 반도체 기판 상부의 소정 영역에 터널 산화막, 플로팅 게이트, 유전체막 및 콘트롤 게이트가 적층된 게이트를 형성하고, 게이트 양측에 접합부를 형성하여 구성된다. 여기서, 소자 분리막 및 플로팅 게이트는 STI(Shallow Trench Isolation) 공정, SA-STI(Self Aligned Shallow Trench Isolation) 공정 또는 SAFG(Self Aligned Floating Gate) 공정에 의해 형성된다.A NAND type flash memory device is composed of a plurality of cell blocks, and a cell block includes a plurality of cell strings, cell strings, drains, and cell strings that form a string by connecting a plurality of cells for storing data in series. And a drain select transistor and a source select transistor respectively formed between the sources. Here, the cell of the NAND type flash memory device forms a device isolation film in a predetermined region on the semiconductor substrate, and then forms a gate in which a tunnel oxide film, a floating gate, a dielectric film, and a control gate are stacked in a predetermined region on the semiconductor substrate, and on both sides of the gate. It is comprised by forming a junction part in. Here, the device isolation layer and the floating gate are formed by a shallow trench isolation (STI) process, a self aligned shallow trench isolation (SA-STI) process, or a self aligned floating gate (SAFG) process.

그런데, NAND형 플래쉬 메모리 소자의 사이즈가 축소되면서 셀 간의 간격이 감소하고, 이에 따라 인접 셀의 동작에 영향을 받아 셀의 상태가 변화하는 인접 셀간 간섭(interference) 효과가 가장 큰 문제점으로 부각된다. 예컨데 프로그램시 프로그램 셀의 문턱 전압이 플로팅 게이트 간섭 효과에 의해 주변 셀의 문턱 전압에 영향을 받게 됨으로써 상승하게 된다. 따라서, 프로그램 셀의 문턱 전압 분포가 광범위하게 변화하게 되고, 이로 인해 칩이 페일되는 현상이 발생하게 된다. 이러한 인접 셀간 간섭 효과 문제는 멀티레벨 셀에서는 더더욱 중요한 문제로 부각된다. 인접 셀간의 간섭 효과를 최소화하기 위해 셀 사이의 간격을 충분히 확보해야 한다. 그러나, 소자의 고집적화에 따라 셀 사이의 간격을 충분히 확보하는 것은 한계가 있다.However, as the size of the NAND-type flash memory device is reduced, the distance between cells decreases, and accordingly, the interference effect between adjacent cells in which the state of the cell changes due to the operation of the adjacent cells is the biggest problem. For example, during programming, the threshold voltage of the program cell is increased by being affected by the threshold voltage of the neighboring cell by the floating gate interference effect. Therefore, the threshold voltage distribution of the program cell is widely varied, which causes the chip to fail. This inter-cell interference effect problem is more important in a multilevel cell. In order to minimize the effect of interference between adjacent cells, sufficient spacing between cells should be ensured. However, there is a limit in ensuring sufficient spacing between cells due to the high integration of the device.

한편, 근래 가장 많이 사용되는 SA-STI 공정은 제 1 및 제 2 폴리실리콘막으로 플로팅 게이트를 형성하고, 플로팅 게이트 마스크를 이용하여 제 2 폴리실리콘막을 패터닝해야 한다. 그러나, 반도체 소자의 고집적화에 따라 셀 사이즈가 줄어들면서 정렬 마진이 줄어들게 되어 플로팅 게이트 마스크를 이용한 공정은 더이상 사용할 수 없게 되었다.Meanwhile, in the SA-STI process, which is used most recently, a floating gate is formed of the first and second polysilicon layers, and the second polysilicon layer is patterned using a floating gate mask. However, due to high integration of semiconductor devices, alignment margins are reduced as the cell size is reduced, so that the process using the floating gate mask can no longer be used.

본 발명의 목적은 반도체 소자의 고집적화에 따라 사용에 한계가 있는 SA-STI 공정을 사용하지 않고도 하나의 도전층으로 플로팅 게이트를 형성하고, 셀 사이의 간격을 충분히 확보하여 인접 셀간 간섭 효과를 최소화할 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to form a floating gate with one conductive layer without using the SA-STI process, which is limited in use due to the high integration of semiconductor devices, and to minimize the interference effect between adjacent cells by ensuring sufficient spacing between cells. The present invention provides a method of manufacturing a flash memory device.

본 발명의 다른 목적은 SA-STI 공정을 사용하지 않고도 플로팅 게이트를 형성하고, 셀 사이의 간격을 충분히 확보하여 인접 셀간 간섭 효과를 최소화하면서 유전체막과의 접촉 면적을 증가시켜 커플링비를 향상시킬 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to form a floating gate without using the SA-STI process, and to sufficiently increase the inter-cell spacing to increase the contact area with the dielectric film while minimizing the interference effect between adjacent cells, thereby improving the coupling ratio. The present invention provides a method of manufacturing a flash memory device.

본 발명의 또다른 목적은 소자 분리막의 소정 두께로 식각하여 커플링비를 향상시키는 과정에서 터널 산화막, 반도체 기판 또는 플로팅 게이트의 손상을 방지할 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a flash memory device capable of preventing damage to a tunnel oxide film, a semiconductor substrate, or a floating gate in the process of improving the coupling ratio by etching to a predetermined thickness of the device isolation film.

본 발명의 일 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법은 (a) 반도체 기판의 제 1 영역에 터널 산화막 및 제 1 도전층을 적층하여 플로팅 게이트 패턴을 형성하고, 상기 반도체 기판의 제 2 영역에 트렌치형 소자 분리막을 형성하는 단계; (b) 상기 소자 분리막을 소정 두께 식각하는 단계; 및 (c) 전체 구조 상부에 유전체막 및 제 2 도전층을 형성한 후 패터닝하여 플로팅 게이트 및 콘트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present disclosure, a method of manufacturing a flash memory device may include (a) forming a floating gate pattern by stacking a tunnel oxide layer and a first conductive layer on a first region of a semiconductor substrate, and forming a floating gate pattern on the second region of the semiconductor substrate. Forming a trench type isolation layer; (b) etching the device isolation layer to a predetermined thickness; And (c) forming a dielectric film and a second conductive layer over the entire structure and then patterning to form a floating gate and a control gate.

상기 (a) 단계는 상기 반도체 기판 상부에 상기 터널 산화막, 상기 제 1 도전층 및 하드 마스크막을 순차적으로 형성하는 단계; 소자 분리 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 상기 하드 마스크막, 제 1 도전층 및 터널 산화막의 소정 영역을 식각하여 상기 플로팅 게이트 패턴을 형성한 후 상기 반도체 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치가 매립되도록 전체 구조 상 부에 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 하드 마스크막이 노출되도록 상기 절연막을 연마한 후 상기 하드 마스크막을 제거하여 상기 소자 분리막을 형성하는 단계를 포함한다.Step (a) may include sequentially forming the tunnel oxide film, the first conductive layer, and the hard mask film on the semiconductor substrate; Forming a floating gate pattern by etching a predetermined region of the hard mask layer, the first conductive layer, and the tunnel oxide layer by a photolithography and an etching process using an isolation mask, and then etching the semiconductor substrate to a predetermined depth to form a trench ; Forming an insulating film on an entire structure to fill the trench; And polishing the insulating layer to expose the hard mask layer, and then removing the hard mask layer to form the device isolation layer.

상기 제 1 도전층은 언도프트 폴리실리콘막 및 도프트 폴리실리콘막을 적층하여 700 내지 1500Å의 두께로 형성하며, 언도프트 폴리실리콘막은 제 1 도전층의 1/2의 두께로 형성한다.The first conductive layer is formed by stacking an undoped polysilicon film and a dope polysilicon film to a thickness of 700 to 1500 kPa, and the undoped polysilicon film is formed to a thickness of 1/2 of the first conductive layer.

상기 (b) 단계는 BOE등을 이용한 습식 식각 공정으로 실시한다.The step (b) is performed by a wet etching process using BOE.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법은 (a) 반도체 기판의 제 1 영역에 터널 산화막 및 제 1 도전층을 적층하여 플로팅 게이트 패턴을 형성하고, 상기 반도체 기판의 제 2 영역에 트렌치형 소자 분리막을 형성하는 단계; (b) 상기 소자 분리막을 1차로 소정 두께 식각하는 단계; (c) 상기 제 1 도전층 측벽에 도전층 스페이서를 형성하는 단계; (d) 상기 소자 분리막을 2차로 소정 두께 식각하는 단계; 및 (c) 전체 구조 상부에 유전체막 및 제 2 도전층을 형성한 후 패터닝하여 플로팅 게이트 및 콘트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함한다.In addition, according to another embodiment of the present disclosure, a method of manufacturing a flash memory device may include (a) forming a floating gate pattern by stacking a tunnel oxide layer and a first conductive layer on a first region of a semiconductor substrate, and forming a floating gate pattern on the second region of the semiconductor substrate. Forming a trench type isolation layer in the region; (b) first etching a thickness of the device isolation layer; (c) forming a conductive layer spacer on sidewalls of the first conductive layer; (d) etching the device isolation layer by a predetermined thickness; And (c) forming a dielectric film and a second conductive layer over the entire structure and then patterning to form a floating gate and a control gate.

상기 (a) 단계는 상기 반도체 기판 상부에 상기 터널 산화막, 상기 제 1 도전층 및 하드 마스크막을 순차적으로 형성하는 단계; 소자 분리 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 상기 하드 마스크막, 제 1 도전층 및 터널 산화막의 소정 영역을 식각하여 상기 플로팅 게이트 패턴을 형성한 후 상기 반도체 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치가 매립되도록 전체 구조 상부에 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 하드 마스크막이 노출되도록 상기 절연막을 연마한 후 상기 하드 마스크막을 제거하여 상기 소자 분리막을 형성하는 단계를 포함한다.Step (a) may include sequentially forming the tunnel oxide film, the first conductive layer, and the hard mask film on the semiconductor substrate; Forming a floating gate pattern by etching a predetermined region of the hard mask layer, the first conductive layer, and the tunnel oxide layer by a photolithography and an etching process using an isolation mask, and then etching the semiconductor substrate to a predetermined depth to form a trench ; Forming an insulating film on the entire structure to fill the trench; And polishing the insulating layer to expose the hard mask layer, and then removing the hard mask layer to form the device isolation layer.

상기 제 1 도전층은 언도프트 폴리실리콘막을 이용하여 700 내지 1500Å의 두께로 형성한다.The first conductive layer is formed to a thickness of 700 to 1500 kPa using an undoped polysilicon film.

상기 도전층 스페이서는 인접 셀간 간섭 효과에 영향을 미치지 않는 최소한의 두께로 도프트 폴리실리콘막을 이용하여 형성하되, 바람직하게는 셀 사이의 간격의 1/2 이하의 두께로 형성한다.The conductive layer spacers are formed using a doped polysilicon film with a minimum thickness that does not affect the interference effect between adjacent cells, and preferably, a thickness of 1/2 or less of a gap between cells.

상기 도전층 스페이서를 형성하기 위한 상기 도프트 폴리실리콘막은 1E15 내지 2E15ions/㎠ 이상의 도핑 농도를 갖는다.The doped polysilicon layer for forming the conductive layer spacer has a doping concentration of 1E15 to 2E15ions / cm 2 or more.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;

도 1(a) 내지 도 1(d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도이다.1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views of devices sequentially shown to explain a method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment of the present invention.

도 1(a)를 참조하면, 반도체 기판(11) 상부에 터널 산화막(12), 제 1 도전층(13) 및 하드 마스크막(14)을 순차적으로 형성한다. 제 1 도전층(13)은 터널 산화막(12)의 스마일링을 방지하기 위해 언도프트 폴리실리콘막 및 도프트 폴리실리콘막을 적층하여 700∼1500Å의 두께로 형성하는데, 언도프트 폴리실리콘막은 제 1 도전층(13)의 1/2의 두께로 형성한다. 한편, 제 1 도전층(13)은 싱글 레벨 셀에 적용될 경우에는 1000∼1500Å의 두께로 형성하고, 멀티 레벨 셀에 적용될 경우에는 700∼1000Å의 두께로 형성한다. 또한, 하드 마스크막(14)은 바람직하게는 질화막을 이용하여 형성한다. 그리고, 액티브 영역과 필드 영역을 확정하기 위한 소자 분리 마스크를 이용한 리소그라피 공정 및 식각 공정으로 하드 마스크막(14)을 패터닝한다. 패터닝된 하드 마스크막(14)을 식각 마스크로 제 1 도전층(13), 터널 산화막(12) 및 반도체 기판(11)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치(15)를 형성한다. 트렌치(15)가 형성됨과 동시에 제 1 도전층(13)이 패터닝되어 플로팅 게이트 패턴이 확정된다. 즉, 소자 분리막을 형성하기 위한 트렌치와 플로팅 게이트 패턴이 나란한 방향으로 확정된다. 이후 트렌치(15)가 매립되도록 전체 구조 상부에 절연막(16)을 형성한다. Referring to FIG. 1A, the tunnel oxide film 12, the first conductive layer 13, and the hard mask film 14 are sequentially formed on the semiconductor substrate 11. The first conductive layer 13 is formed by stacking an undoped polysilicon film and a dope polysilicon film to a thickness of 700 to 1500 Å to prevent the smiling of the tunnel oxide film 12. The undoped polysilicon film is formed of a first conductive layer. It is formed to a thickness of 1/2 of the layer (13). On the other hand, when applied to a single level cell, the first conductive layer 13 is formed to a thickness of 1000 to 1500 mW, and to be applied to a multi-level cell is formed to a thickness of 700 to 1000 mW. In addition, the hard mask film 14 is preferably formed using a nitride film. Then, the hard mask film 14 is patterned by a lithography process and an etching process using an element isolation mask to determine the active region and the field region. The trench 15 is formed by etching the first conductive layer 13, the tunnel oxide layer 12, and the semiconductor substrate 11 to a predetermined depth using the patterned hard mask layer 14 as an etching mask. As the trench 15 is formed, the first conductive layer 13 is patterned to determine the floating gate pattern. That is, the trenches for forming the device isolation film and the floating gate pattern are determined in parallel directions. After that, the insulating film 16 is formed on the entire structure to fill the trench 15.

도 1(b)를 참조하면, 하드 마스크막(14)이 노출되도록 절연막(16)을 연마한 후 인산등을 이용하여 하드 마스크막(14)을 제거한다. 이에 따라 트렌치(15) 내에 절연막(16)이 매립된 소자 분리막(16A)이 형성된다. Referring to FIG. 1B, after the insulating film 16 is polished to expose the hard mask film 14, the hard mask film 14 is removed using phosphoric acid or the like. As a result, the isolation layer 16A having the insulating layer 16 embedded therein is formed in the trench 15.

도 1(c)를 참조하면, BOE등을 이용한 습식 식각 공정으로 소자 분리막(16A)을 소정 깊이로 식각하여 유효 소자 분리막 높이(Effective Field oxide Height; EFH)를 조절한다. 이렇게 하면 이후 형성될 유전체막과 제 1 도전층(13)의 접촉 면적을 증가시켜 커플링비를 증가시킬 수 있게 된다.Referring to FIG. 1C, an effective field oxide height (EFH) is controlled by etching the device isolation layer 16A to a predetermined depth by a wet etching process using a BOE or the like. In this case, the coupling ratio can be increased by increasing the contact area between the dielectric film to be formed later and the first conductive layer 13.

도 1(d)를 참조하면, 전체 구조 상부에 유전체막(17)을 형성한 후 제 2 도전층(18)을 형성한다. 그리고, 콘트롤 게이트 마스크를 이용한 리소그라피 공정 및 식각 공정으로 제 2 도전층(18)부터 터널 산화막(12)까지의 소정 영역을 식각하여 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트가 적층된 게이트를 형성한다. 여기서, 제 1 도전층(13)은 플로팅 게이트로 작용하고, 제 2 도전층(18)은 콘트롤 게이트로 작용한다.Referring to FIG. 1D, after forming the dielectric film 17 over the entire structure, the second conductive layer 18 is formed. A predetermined region from the second conductive layer 18 to the tunnel oxide film 12 is etched by a lithography process and an etching process using a control gate mask to form a gate in which the floating gate and the control gate are stacked. Here, the first conductive layer 13 serves as a floating gate, and the second conductive layer 18 serves as a control gate.

상기의 실시 예에서 제 1 도전층(13), 터널 산화막(12) 및 반도체 기판(11)이 정렬되어 있기 때문에 EFH를 조절하기 위해 소자 분리막(16A)을 식각하는 과정에서 터널 산화막(12) 및 반도체 기판(11)이 노출되어 손상될 수도 있다. 또한, 제 1 도전층(13)의 측면이 노출된 상태에서 소자 분리막(16A)이 식각되기 때문에 제 1 도전층(13) 또한 손상될 수 있다. 따라서, 제 1 도전층(13) 측벽에 도전층 스페이서를 형성한 후 소자 분리막을 더욱 식각하면 상기의 문제를 미연에 방지할 수 있을 것이다. 이에 대해 도 2(a) 내지 도 2(e)를 이용하여 설명하면 다음과 같다.In the above embodiment, since the first conductive layer 13, the tunnel oxide film 12, and the semiconductor substrate 11 are aligned, the tunnel oxide film 12 and the tunnel oxide film 12A are etched in the process of etching the device isolation layer 16A to control the EFH. The semiconductor substrate 11 may be exposed and damaged. In addition, since the device isolation layer 16A is etched while the side surface of the first conductive layer 13 is exposed, the first conductive layer 13 may also be damaged. Therefore, if the device isolation layer is further etched after the conductive layer spacer is formed on the sidewalls of the first conductive layer 13, the above problem may be prevented. This will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (e) as follows.

도 2(a) 내지 도 2(e)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도이다.2 (a) to 2 (e) are cross-sectional views of devices sequentially shown to explain a method of manufacturing a flash memory device according to another embodiment of the present invention.

도 2(a)를 참조하면, 반도체 기판(21) 상부에 터널 산화막(22), 제 1 도전층(23) 및 하드 마스크막(24)을 순차적으로 형성한다. 제 1 도전층(23)은 언도프트 폴리실리콘막을 이용하여 700∼1500Å의 두께로 형성하는데, 싱글 레벨 셀에 적용될 경우에는 1000∼1500Å의 두께로 형성하고, 멀티 레벨 셀에 적용될 경우에는 700∼1000Å의 두께로 형성한다. 또한, 하드 마스크막(24)은 바람직하게는 질화막을 이용하여 형성한다. 그리고, 액티브 영역과 필드 영역을 확정하기 위한 소자 분 리 마스크를 이용한 리소그라피 공정 및 식각 공정으로 하드 마스크막(24)을 패터닝한다. 패터닝된 하드 마스크막(24)을 식각 마스크로 제 1 도전층(23), 터널 산화막(22) 및 반도체 기판(21)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치(25)를 형성한다. 트렌치(25)가 형성됨과 동시에 제 1 도전층(13)이 패터닝되어 플로팅 게이트 패턴이 확정된다. 즉, 소자 분리막을 형성하기 위한 트렌치와 플로팅 게이트 패턴이 나란한 방향으로 확정된다. 이후 트렌치(25)가 매립되도록 전체 구조 상부에 절연막(26)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, the tunnel oxide film 22, the first conductive layer 23, and the hard mask film 24 are sequentially formed on the semiconductor substrate 21. The first conductive layer 23 is formed to a thickness of 700 to 1500 mW using an undoped polysilicon film, and is formed to a thickness of 1000 to 1500 mW when applied to a single level cell, and 700 to 1000 mW when applied to a multi-level cell. It is formed to the thickness of. In addition, the hard mask film 24 is preferably formed using a nitride film. Then, the hard mask layer 24 is patterned by a lithography process and an etching process using an element isolation mask to determine the active region and the field region. The trench 25 is formed by etching the first conductive layer 23, the tunnel oxide layer 22, and the semiconductor substrate 21 to a predetermined depth using the patterned hard mask layer 24 as an etching mask. As the trench 25 is formed, the first conductive layer 13 is patterned to determine the floating gate pattern. That is, the trenches for forming the device isolation film and the floating gate pattern are determined in parallel directions. After that, the insulating film 26 is formed on the entire structure so that the trench 25 is buried.

도 2(b)를 참조하면, 하드 마스크막(24)이 노출되도록 절연막(26)을 연마한 후 인산등을 이용하여 하드 마스크막(24)을 제거한다. 이에 따라 트렌치(25) 내에 절연막(26)이 매립된 소자 분리막(26A)이 형성된다. 그리고, BOE등을 이용한 습식 식각 공정으로 소자 분리막(26A)을 소정 깊이로 식각하여 유효 소자 분리막 높이(Effective Field oxide Height; EFH)를 조절한다.Referring to FIG. 2B, the insulating film 26 is polished to expose the hard mask film 24, and then the hard mask film 24 is removed using phosphoric acid or the like. As a result, the isolation layer 26A having the insulating layer 26 embedded therein is formed in the trench 25. In addition, the device isolation layer 26A is etched to a predetermined depth by a wet etching process using a BOE to adjust the effective field oxide height (EFH).

도 2(c)를 참조하면, 전체 구조 상부에 도전층을 형성한 후 전면 식각하여 제 1 도전층(23) 측벽에 도전층 스페이서(27)를 형성한다. 여기서, 도전층 스페이서(27)는 인접 셀간 간섭 효과에 영향을 미치지 않는 최소한의 두께로 형성하며, 도프트 폴리실리콘막을 이용하여 형성한다. 바람직하게 도전층 스페이서(27)는 셀간 간격의 1/2의 두께로 형성하며, 1E15∼2E15ions/㎠ 이상의 도핑 농도를 갖도록 형성한다.Referring to FIG. 2C, the conductive layer is formed over the entire structure and then etched to form a conductive layer spacer 27 on the sidewall of the first conductive layer 23. Here, the conductive layer spacers 27 are formed to a minimum thickness that does not affect the interference effect between adjacent cells, and is formed using a doped polysilicon film. Preferably, the conductive layer spacers 27 are formed to have a thickness of 1/2 of the cell-to-cell spacing, and have a doping concentration of 1E15 to 2E15ions / cm 2 or more.

도 2(d)를 참조하면, 제 1 도전층(23) 측벽에 도전층 스페이서(27)가 형성된 상태에서 세정 공정을 실시하여 소자 분리막(26A)를 더욱더 깊게 식각한다.Referring to FIG. 2 (d), the device isolation layer 26A is etched deeper by performing a cleaning process in a state where the conductive layer spacers 27 are formed on the sidewalls of the first conductive layer 23.

도 2(e)를 참조하면, 전체 구조 상부에 유전체막(28)을 형성한 후 제 2 도전층(29)을 형성한다. 그리고, 콘트롤 게이트 마스크를 이용한 리소그라피 공정 및 식각 공정으로 제 2 도전층(29)부터 터널 산화막(22)까지의 소정 영역을 식각하여 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트가 적층된 셀 게이트를 형성한다.Referring to FIG. 2E, the second conductive layer 29 is formed after forming the dielectric film 28 over the entire structure. Then, a predetermined region from the second conductive layer 29 to the tunnel oxide layer 22 is etched by a lithography process and an etching process using a control gate mask to form a cell gate in which a floating gate and a control gate are stacked.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 고집적화되는 반도체 소자의 제조 공정에 적용할 수 없는 SA-STI 공정을 이용하지 않고도 하나의 도전층을 이용하여 플로팅 게이트를 형성하면서 셀 사이의 간격을 충분히 확보하여 인접 셀간 간섭 효과를 최소화할 수 있고, 셀 영역의 소자 분리막을 소정 두께 식각하여 EFH를 조절함으로써 유전체막과 플로팅 게이트의 접촉 면적을 증가시켜 커플링비를 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, a floating gate is formed by using one conductive layer without using the SA-STI process, which is not applicable to the manufacturing process of highly integrated semiconductor devices, and sufficient spacing between cells is ensured. The interference effect can be minimized, and the coupling ratio can be improved by increasing the contact area between the dielectric film and the floating gate by adjusting the EFH by etching the device isolation film in the cell region to a predetermined thickness.

또한, 소자 분리막을 소정 깊이로 식각하여 EFH를 조절하는 과정에서 터널 산화막, 반도체 기판 또는 플로팅 게이트가 손상되는 것을 플로팅 게이트 측벽에 도전층 스페이서를 형성한 후 소자 분리막을 더욱더 식각하여 최종적으로 EFH를 조절함으로써 방지할 수 있다.In addition, in the process of controlling the EFH by etching the device isolation layer to a predetermined depth, the conductive layer spacers are formed on the sidewalls of the floating gate to damage the tunnel oxide film, the semiconductor substrate, or the floating gate. This can be prevented.

Claims (13)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 반도체 기판상에 터널 산화막 및 제 1 도전층을 적층하는 단계;Depositing a tunnel oxide film and a first conductive layer on the semiconductor substrate; 상기 제1 도전층, 상기 터널 산화막 및 상기 반도체 기판을 식각하여 소자분리영역 및 활성영역을 정의하는 단계;Etching the first conductive layer, the tunnel oxide layer, and the semiconductor substrate to define an isolation region and an active region; 상기 소자분리영역에 절연물질을 매립하여 소자 분리막을 형성하는 단계;Forming an isolation layer by filling an insulating material in the isolation region; 상기 제1 도전층의 측벽이 노출되도록 상기 소자 분리막을 1차로 식각하는 단계;First etching the device isolation layer to expose sidewalls of the first conductive layer; 상기 제 1 도전층 측벽에 도전층 스페이서를 형성하는 단계;Forming a conductive layer spacer on sidewalls of the first conductive layer; 상기 소자 분리막의 높이가 낮아지도록 상기 소자 분리막을 2차로 식각하는 단계; 및Second etching the device isolation layer so that the height of the device isolation layer is lowered; And 상기 소자 분리막, 상기 도전층 스페이서 및 상기 제1 도전층 상부에 유전체막 및 제 2 도전층을 형성하는 단계를 포함하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.And forming a dielectric film and a second conductive layer on the device isolation layer, the conductive layer spacer, and the first conductive layer. 제 6 항에 있어서, 상기 소자 분리막을 형성하는 단계는, The method of claim 6, wherein the forming of the device isolation layer, 상기 반도체 기판 상부에 상기 터널 산화막, 상기 제 1 도전층 및 하드 마스크막을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming the tunnel oxide film, the first conductive layer, and the hard mask film on the semiconductor substrate; 소자 분리 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 상기 소자 분리영역 상의 상기 하드 마스크막, 제 1 도전층, 터널 산화막 및 상기 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench by etching the hard mask layer, the first conductive layer, the tunnel oxide layer, and the semiconductor substrate on the device isolation region by a photolithography and an etching process using a device isolation mask; 상기 트렌치가 매립되도록 상기 절연 물질을 매립하는 단계; 및Filling the insulating material so that the trench is buried; And 상기 하드 마스크막을 제거하는 단계를 포함하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.And removing the hard mask layer. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 도전층은 언도프트 폴리실리콘막을 이용하여 700 내지 1500Å의 두께로 형성하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.The method of claim 6, wherein the first conductive layer is formed to a thickness of 700 to 1500 Å using an undoped polysilicon film. 제 6 항에 있어서, 상기 도전층 스페이서는 도프트 폴리실리콘막을 이용하여 형성하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.The method of claim 6, wherein the conductive layer spacer is formed using a doped polysilicon film. 제 9 항에 있어서, 상기 도전층 스페이서를 형성하기 위한 상기 도프트 폴리실리콘막은 1E15 내지 2E15ions/㎠ 의 도핑 농도를 갖는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.The method of claim 9, wherein the doped polysilicon film for forming the conductive layer spacer has a doping concentration of 1E15 to 2E15ions / cm 2. 제 6항에 있어서, 상기 제1 도전층은 언도프트 폴리실리콘막 및 도프트 폴리실리콘막을 적층하여 700 내지 1500Å의 두께로 형성하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.The method of claim 6, wherein the first conductive layer is formed by stacking an undoped polysilicon film and a dope polysilicon film to a thickness of 700 to 1500 Å. 제 11항에 있어서, 상기 언도프트 폴리실리콘막은 상기 제1 도전층의 1/2 이하의 두께로 형성하는 플래쉬 메모리 소자의 제조방법.The method of claim 11, wherein the undoped polysilicon film is formed to a thickness of 1/2 or less of the first conductive layer. 제 6항에 있어서, 상기 1차 및 2차로 소자분리막을 식각하는 단계는 비오이 (BOE, Buffered Oxide Etchant)를 이용한 습식식각 공정을 이용하는 플래쉬 메모리 소자의 제조방법.The method of claim 6, wherein the etching of the device isolation layer in the first and second portions comprises a wet etching process using a buffered oxide etchant (BOE).
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