KR100731115B1 - 플래시 메모리 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식각시 발생하는 부산물(byproduct, 예를 들면 폴리머(polymer))을 이용하여 플로팅 게이트를 형성하고, 상기 폴리머와 플로팅 게이트 형성용 물질인 폴리실리콘의 직접적인 접촉으로 인한 플래시 메모리 소자의 불안정을 최소화하여 생산성 향상 및 제품 특성을 향상시키도록한 플래시 메모리 소자 및 제조 방법에 관한 것으로, 반도체 기판상에 터널링 산화막, 도전막, 절연막을 차례로 형성하는 단계; 상기 절연막상에 플로팅 게이트 영역을 정의하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 절연막을 선택적으로 제거하는 단계; 상기 절연막이 제거된 부분의 상기 도전막 표면에 열산화막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴 및 절연막의 양측면에 폴리머를 형성하는 단계; 그리고 상기 포토레지스트 및 폴리머를 마스크로 이용하여 상기 열산화막 및 도전막을 선택적으로 제거하여 플로팅 게이트를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것이다.
플래시 메모리, 플로팅 게이트, 폴리머, 부산물
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 의한 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트 형성방법을 나타낸 공정 단면도
도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자 제조 공정을 나타낸 공정 단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 반도체 기판 22 : 터널링 산화막
23 : 플로팅 게이트 23a : 폴리 실리콘막
24 : 절연막 25 : 포토 레지스트
26 : 열산화막 27 : 폴리머
28 : 층간 절연막 29 : 제어 게이트 라인
본 발명은 플래시 메모리 소자에 관한 것으로, 특히 생산성 및 제품 특성을 향상시키도록 한 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트 및 그 제조 방법에 관한 것 이다.
일반적으로 0.18㎛이하 플래시(flash) 메모리 소자의 제조 공정에 있어 전자(electron)를 빌드-업(build-up)하는 플로팅 게이트(floating gate)의 면적은 대단히 중요한 펙터(factor)로 작용한다.
따라서, 플래시 메모리 소자의 집적도가 향상됨에 따라 인접한 셀에서 플로팅 게이트와 플로팅 게이트 사이가 매우 좁은 간격을 갖도록 플로팅 게이트들을 형성하여야 한다. 그러나, 현재의 사진 식각(photorithograph) 공정으로는 미세 패턴을 형성하기 어렵기 때문에 이를 극복하기 위하여 산화막(oxide)을 이용한 하드 마스크(hard mask) 및 옥사이드 스페이서(oxide spacer) 구조를 이용하여 플로팅 게이트를 형성하였다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술에 의한 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트 형성방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 의한 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11)상에 터널링 산화막(12)을 80 ~ 120Å의 두께로 형성하고, 상기 터널링 산화막(12)상에 플로팅 게이트용 폴리 실리콘막(13a)을 900 ~ 1100Å의 두께로 형성한다.
도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 폴리 실리콘막(13a)상에 제 1 산화막(14)을 2000 ~ 2500Å의 두께로 형성하고, 상기 제 1 산화막(14)상에 포토레지스트(15)를 도포한 후, 노광 및 현상 공정으로 상기 포토레지스트(15)를 선택적으로 패터닝하 여 플로팅 게이트 영역을 정의한다.
여기서, 상기 포토레지스트(15)를 도포한 후, 상기 포토레지스트(15)상에 반사 방지막(도시되지 않음)을 약 600Å의 두께로 형성할 수도 있다.
이어, 상기 패터닝된 포토레지스트(15)를 마스크로 이용하여 상기 제 1 산화막(14)을 선택적으로 패터닝한다.
도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 포토레지스트(15)를 제거하고, 상기 반도체 기판(11)에 세정 공정을 실시하여 상기 포토레지스트(15)의 잔류물을 제거한다.
이어, 상기 제 1 산화막(14)을 포함한 반도체 기판(11)의 전면에 제 2 산화막을 650 ~ 850Å의 두께로 형성하고, 상기 제 2 산화막의 전면에 에치백(etch back) 공정을 실시하여 상기 제 1 산화막(14)의 양측면에 제 2 산화막 측벽(16)을 형성한다.
도 1d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 산화막(14) 및 제 2 산화막 측벽(16)을 하드 마스크로 이용하여 상기 폴리 실리콘막(13a)을 선택적으로 식각하여 플로팅 게이트(13)를 형성한다.
여기서, 상기 플로팅 게이트(13)는 상기 패터닝된 포토레지스트(15)에 의해 정의된 플로팅 게이트 영역보다 더 넓은 폭을 갖고 형성된다.
도 1e에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 산화막(14) 및 제 2 산화막 측벽(16)을 습식 식각으로 제거하고, 이후 공정을 진행한다.
한편, 상기 폴리 실리콘막(13a)위에 바로 포토레지스트 패턴을 통하여 스페이스를 100㎚이하의 패터닝(patterning)을 뜰 수 있으면, 상기와 같이 하드 마스크 공정이 필요없으나 현 포토 공정으론 100㎚ 이하 미세 패턴 형성이 불가함에 따라 산화막과 같은 하드 마스크를 이용하여 100㎚ 이하의 미세 패턴을 형성하고 있다.
이후 상기 하드 마스크로 이용한 산화막 등을 습식 공정을 통하여 제거하게 된다. 이때 여러 가지 디펙트(defect)들이 발생하여 생산성이 악화됨과 동시에 제품의 특성을 저하시키는 중요 원인으로 작용하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 식각시 발생하는 부산물(byproduct, 예를 들면 폴리머(polymer))을 이용하여 플로팅 게이트를 형성하고, 상기 폴리머와 플로팅 게이트 형성용 물질인 폴리실리콘의 직접적인 접촉으로 인한 플래시 메모리 소자의 불안정을 최소화하여 생산성 향상 및 제품 특성을 향상시키도록한 플래시 메모리 소자 및 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판위에 형성되는 플로팅 게이트; 상기 플로팅 게이트의 양측 모서리 부분에 형성되는 오목부; 상기 플로팅 게이트를 포함함 기판 전면에 형성되는 층간 절연막; 그리고 상기 층간 절연막위에 형성되는 제어 게이트를 포함하여 구성됨에 그 특징이 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판위에 형성되는 플로팅 게이트; 상기 플로팅 게이트의 양측 모서리 부분에 형성되는 열산화막; 상기 플로팅 게이트를 포함함 기 판 전면에 형성되는 층간 절연막; 그리고 상기 층간 절연막위에 형성되는 제어 게이트를 포함하여 구성됨에 또 다른 특징이 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법은, 반도체 기판상에 터널링 산화막, 도전막, 절연막을 차례로 형성하는 단계; 상기 절연막상에 플로팅 게이트 영역을 정의하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 절연막을 선택적으로 제거하는 단계; 상기 절연막이 제거된 부분의 상기 도전막 표면에 열산화막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴 및 절연막의 양측면에 폴리머를 형성하는 단계; 그리고 상기 포토레지스트 및 폴리머를 마스크로 이용하여 상기 열산화막 및 도전막을 선택적으로 제거하여 플로팅 게이트를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 포토레지스트 패턴, 절연막, 열산화막 및 폴리머를 제거하는 단계; 상기 플로팅 게이트를 포함함 기판 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계; 그리고 상기 층간 절연막위에 제어 게이트를 형성하는 단계를 더 포함함에 특징이 있다.
상기 포토레지스트 패턴, 절연막 및 폴리머를 제거하는 단계; 상기 열산화막 및 플로팅 게이트를 포함함 기판 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계; 그리고 상기 층간 절연막위에 제어 게이트를 형성하는 단계를 더 포함함에 특징이 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트 형성방법을 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 의한 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(21)상에 터널링 산화막(22)을 80 ~ 120Å의 두께로 형성하고, 상기 터널링 산화막(22)상에 플로팅 게이트용 폴리 실리콘막(23a)을 900 ~ 1100Å의 두께로 형성한다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 폴리 실리콘막(23a)을 포함한 반도체 기판(21)의 전면에 절연막(BARC; bottom anti reflection coating)(24)과 포토레지스트(25)를 차례로 도포한다.
여기서, 상기 포토레지스트(25)의 도포에는, 스핀 코트, 스프레이 코트, 딥 코트 등의 방법이 있지만, 웨이퍼를 진공에서 척해서 고속 회전시키면서 하는 스핀 코트가 안정성, 균일성의 점에서 유리하다. 물론, 상기 포토레지스트(25)를 도포한 후, 상기 포토레지스트(25)상에 반사 방지막(도시되지 않음)을 약 600Å의 두께로 형성할 수도 있다.
다음에, 원하는 패턴에 대응한 포토 마스크(도시되지 않음)를 포토레지스트(245상에 배치하여 노광(露光)한 후, 현상 공정을 실시하여 원하는 사이즈를 갖도록 포토레지스트 패턴을 형성한다. 즉, 노광 및 현상 공정으로 상기 포토레지스트(25)를 선택적으로 패터닝하여 플로팅 게이트 영역을 정의한다.
여기서 상기 현상 방법에는 침적에 의한 것과 스프레이에 의한 것이 있다. 전자에서는 온도, 농도, 경시(經時) 변화 등의 관리가 곤란하지만, 후자에서는 관리는 비교적 용이하다. 현재는 스프레이 방식으로 인 라인화한 장치가 널리 사용된 다.
도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 패터닝된 포토레지스트(25)를 마스크로 이용하여 상기 절연막(24)을 선택적으로 식각하여 상기 패터닝된 포토레지스트(25)를 제외한 부분의 상기 폴리 실리콘막(23a)을 노출시킨다.
그리고, 노출된 상기 폴리 실리콘막(23a)의 표면을 열산화하여 열산화막(26)을 형성한다. 상기 열산화막(26)은 이후에 형성될 폴리머 물질과 상기 폴리 실리콘막(23a)이 직접 접촉되어 상기 폴리 실리콘막(23a)이 불안정하게 됨을 방지하기 위한 것이다.
도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 포토레지스트(25) 패턴 및 절연막(24)의 양측면에 폴리머(polymer)(27)를 형성한다.
여기서, 상기 폴리머(27)는 CH2F2 또는 C4F8/C5F8 등의 카본을 함유한 불소계열 가스로 플라즈마(plasma)를 발생하여 상기 포토레지스트(25) 및 절연막(24)의 양측면에 형성한다.
도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 포토레지스트(25) 및 폴리머(27)를 마스크로 이용하여 상기 열산화막(26) 및 폴리 실리콘막(23a)을 플라즈마 식각하여 플로팅 게이트(23)를 형성한다.
여기서, 상기 플라즈마 식각은 포토레지스트(25) 및 폴리머(27)와 상기 폴리 실리콘막(23a)과의 고선택비를 이용하여 HBr 가스를 이용하여 상기 폴리 실리콘막(23a)을 건식 식각한다.
도 2f에 도시한 바와 같이, 산소(O2) 애싱 및 세정 공정을 실시하여 상기 반도체 기판(21)상에 형성된 절연막(24), 포토레지스트(25) 폴리머(27), 및 열산화막(26) 등을 제거한 후, 층간 절연막(28) 및 제어 게이트 라인(29) 등을 형성하여 플래시 메모리 소자를 형성한다. 따라서, 상기 열 산화막이 제거되므로 상기 플로팅 게이트(23)의 양측 모서리 부분에는 오목부가 형성된다.
다시 말해서, 도 2f와 같이 상기 열산화막(26)이 제거된 상기 플로팅 게이트(23)의 상측 끝단부에는 높이가 서로 다르게 형성된 단차부가 형성된다.
다시 말해서, 도 2f와 같이 상기 열산화막(26)이 제거된 상기 플로팅 게이트(23)의 상측 끝단부에는 높이가 서로 다르게 형성된 단차부가 형성된다.
여기서, 상기 플로팅 게이트(23)를 형성한 후 마스크로 사용된 포토레지스트(24)를 제거하는 방법으로는, 산소가스 플라즈마에 의한 방법 및 여러 가지 산화제를 사용한다.
먼저, 산소가스 플라즈마에 의한 방법은 진공 및 고전압하에서 산소가스를 주입함으로써 산소가스 플라즈마를 발생시켜 그 산소가스 플라즈마와 포토레지스트와의 반응에 의해, 포토레지스트를 분해하고, 제거하는 방법이다.
이어, 상기 포토레지스트를 분해하기 위한 여러 가지의 산화제를 사용하는 방법은 열농황산 또는 열농황산과 과산화 수소와의 혼합액을 산화제로서 사용하는 방법이다.
또한, 상기에서, 도 2g에 도시한 바와 같이, 도 2f에서 산소(O2) 애싱 및 세정 공정을 실시하여 상기 반도체 기판(21)상에 형성된 절연막(24), 포토레지스트(25) 및 폴리머(27)만 제거하고, 상기 열산화막(26)은 남겨둔 후, 그위에 층간 절연막(28) 및 제어 게이트 라인(29) 등을 형성하여 플래시 메모리 소자를 형성할 수도 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자 및 그 제조 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 식각시 발생하는 폴리머(polymer)와 같은 부산물(byproduct)을 이용하여 폴리 실리콘막을 선택적으로 식각하여 플로팅 게이트를 형성함으로써 생산성 향상 및 제품 특성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 공정 스텝 수를 단순화하여 작업성 및 제조 비용을 줄일 수 있다.
셋째, 폴리머와 플로팅 게이트용 폴리 실리콘막이 직접 접촉되지 않도록 열산화막을 형성하므로 폴리머와 접촉에 의한 플로팅 게이트의 불안정을 방지할 수 있다.
Claims (8)
- 반도체 기판;상기 반도체 기판위에 형성되는 플로팅 게이트;상기 플로팅 게이트의 상측 끝단부에 높이가 서로 다르게 형성된 단차부;상기 단차부가 형성된 플로팅 게이트를 포함한 기판 전면에 형성된 층간 절연막; 그리고상기 층간 절연막위에 형성된 제어 게이트를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플래시 메모리 소자.
- 반도체 기판;상기 반도체 기판위에 형성되는 플로팅 게이트;상기 플로팅 게이트의 상측 끝단부에 높이가 서로 다르게 형성된 단차부;상기 단차부 상에 형성된 열산화막;상기 열산화막과 상기 플로팅 게이트를 포함한 기판 전면에 형성된 층간 절연막; 그리고상기 층간 절연막위에 형성된 제어 게이트를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플래시 메모리 소자.
- 반도체 기판상에 터널링 산화막, 도전막, 절연막을 차례로 형성하는 단계;상기 절연막상에 플로팅 게이트 영역을 정의하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 절연막을 선택적으로 제 거하는 단계;상기 절연막이 제거된 부분의 상기 도전막 표면에 열산화막을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴 및 절연막의 양측면에 폴리머를 형성하는 단계; 그리고상기 포토레지스트 및 폴리머를 마스크로 이용하여 상기 열산화막 및 도전막을 선택적으로 제거하여 플로팅 게이트를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 폴리머는 상기 포토레지스트 패턴의 표면에 카본을 함유한 불소 가스로 플라즈마를 발생하여 상기 포토레지스트의 양측면에 형성하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 카본을 함유한 불소 가스는 CH2F2 또는 C4F8/C5F8을 사용하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 도전막 및 절연막의 식각은 플라즈마 식각 공정을 이용함을 특징으로 하는 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트 형성방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 포토레지스트 패턴, 절연막, 열산화막 및 폴리머를 제거하는 단계;상기 플로팅 게이트를 포함함 기판 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계; 그리고상기 층간 절연막위에 제어 게이트를 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 포토레지스트 패턴, 절연막 및 폴리머를 제거하는 단계;상기 열산화막 및 플로팅 게이트를 포함함 기판 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계; 그리고상기 층간 절연막위에 제어 게이트를 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
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