KR100871372B1 - Method for forming gate in flash memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 방법은, 셀 영역 및 테스트 패턴 영역을 가지며 소자분리 공정을 통해 각 영역에서의 액티브 영역이 한정된 실리콘 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 터널 산화막과 제1도전막을 차례로 형성하는 단계와, 상기 제1도전막을 라인 형태로 패터닝하는 단계와, 상기 기판 셀 영역의 패터닝된 제1도전막 상에 유전체막을 형성하는 단계와, 상기 기판 결과물 상에 제2 및 제3도전막과 하드마스크막을 차례로 형성하는 단계와, 상기 하드마스크막을 패터닝하여 콘트롤 게이트 형성 영역을 한정하는 하드마스크막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 하드마스크막 패턴을 식각 장벽으로 이용해서 제3 및 제2도전막을 식각하여 기판 셀 영역에 콘트롤 게이트를 형성하는 단계와, 상기 셀 영역의 노출된 유전체막을 제1도전막과의 선택비를 이용하여 식각하는 단계와, 상기 제1도전막을 산화막에 대한 높은 선택비를 갖는 조건으로 식각하여 셀 영역에 플로팅 게이트를 형성하고 테스트 패턴 영역에 저전압 트랜지스터의 게이트를 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 식각 조건을 변경시켜 인-시튜(In-situ)로 콘트롤 게이트와 플로팅 게이트를 형성하기 때문에 게이트 형성 공정을 단순화시킬 수 있으며, 그래서, 게이트 CD 및 프로파일의 변동과 다수의 장비 사용에 기인하는 결함 등을 방지할 수 있다. The present invention discloses a gate forming method of a flash memory device. The disclosed method includes providing a silicon substrate having a cell region and a test pattern region and defining an active region in each region through a device isolation process, and sequentially forming a tunnel oxide film and a first conductive film on the substrate. Patterning the first conductive film in a line shape, forming a dielectric film on the patterned first conductive film in the substrate cell region, and hardening the second and third conductive films on the substrate resultant. Forming a mask layer in sequence, forming a hard mask layer pattern defining a control gate formation region by patterning the hard mask layer, and etching the third and second conductive layers using the hard mask layer pattern as an etch barrier. Forming a control gate in the substrate cell region, and using the selectivity of the exposed dielectric layer in the cell region with the first conductive layer. Comprises the steps of forming the first gate low voltage transistor of the first conductive film is etched under conditions with a high selectivity to the oxide film to form a floating gate and a test pattern area in the cell region to etch. According to the present invention, the gate forming process can be simplified by changing the etching conditions to form the control gate and the floating gate in-situ, so that the variation of the gate CD and profile and the use of multiple equipments Defects due to and the like can be prevented.
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.1A through 1D are cross-sectional views illustrating processes for forming a gate of a flash memory device according to the related art.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
도 3은 도 2a에 대응하여 플로팅 게이트용 제1도전막이 라인 형태로 패터닝된 상태를 도시한 평면도.2A through 2C are cross-sectional views illustrating processes of forming a gate of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a plan view illustrating a state in which a first conductive film for a floating gate is patterned in the form of a line, corresponding to FIG. 2A.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
21 : 실리콘 기판 22 : 터널 산화막21
23 : 제1도전막 23a : 플로팅 게이트 23: first conductive film 23a: floating gate
24 : 유전체막 25 : 제2도전막24
26 : 제3도전막 27 : 질화막26: third conductive film 27: nitride film
27a : 하드마스크막 패턴 28 : 감광막 패턴27a: hard mask film pattern 28: photosensitive film pattern
30 : 콘트롤 게이트 30a : 저전압 트랜지스터의 게이트 30:
본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 식각 조건을 변경시켜 인-시튜(In-situ)로 콘트롤 게이트와 플로팅 게이트를 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory device, and more particularly, to a method of forming a control gate and a floating gate in-situ by changing the etching conditions.
플래쉬 메모리 소자(Flash memory device)는 프로그래밍(programing) 및 지우기(erase) 특성을 구비한 이피롬(EPROM)과, 전기적으로 프로그래밍 및 지우는 특성을 갖는 이이피롬(EEPROM)의 장점을 살려 제조된 소자이다. 이러한 플래쉬 메모리 소자는 한 개의 트랜지스터로서 한 비트의 저장 상태를 실현하며, 전기적으로 프로그래밍(Programing)과 지우기(Erase)를 할 수 있다. Flash memory devices are manufactured using the advantages of EPROM with programming and erasing characteristics and EEPROM with programming and erasing characteristics. . Such a flash memory device realizes a bit storage state as one transistor, and can be electrically programmed and erased.
이와 같은 플래쉬 메모리 소자는 전원이 공급될 경우에만 데이터를 보존하는 디램(DRAM) 소자와는 달리 전원이 차단되어도 데이터를 보존할 수 있는 특성을 가지며, 이러한 특성을 갖기 위해 셀 영역(cell area)에 플로팅 게이트가 형성된다. 이에 따라, 플래쉬 메모리 소자는 그 제조시에 2회의 게이트 형성 공정, 즉, 감광막을 식각 장벽으로 하는 식각 공정에 의한 콘트롤 게이트 형성 공정 및 자기정렬식각(Self Align Etch : 이하, SAE) 공정에 의한 플로팅 게이트 형성 공정을 진행하게 된다 Unlike DRAM devices, which store data only when power is supplied, such a flash memory device has a property of preserving data even when the power is cut off. A floating gate is formed. Accordingly, the flash memory device is floated by two gate forming processes during its manufacture, that is, a control gate forming process and a Self Align Etch (SAE) process by an etching process using the photoresist as an etch barrier. Gate forming process
자세하게, 도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating processes for forming a gate of a flash memory device according to the prior art, which will be described below.
도 1a를 참조하면, 소자분리 공정을 통해 셀 영역 및 테스트 패턴 영역에서의 각 액티브 영역이 한정된 실리콘 기판(1) 상에 터널 산화막(2)과 플로팅 게이트용 제1도전막(3)을 차례로 형성하고, 상기 제1도전막(3)을 라인 형태로 패터닝한다. 그런다음, 상기 패터닝된 제1도전막(3)을 포함한 실리콘 기판(1)의 셀 영역 상 에만 유전막(4)을 증착한 후, 상기 결과물 상에 콘트롤 게이트용 제2도전막(5) 및 제3도전막(6)과 하드마스크용 질화막(7)을 차례로 형성한다. 여기서, 상기 제1 및 제2도전막(3, 5)은 바람직하게 폴리실리콘막, 그리고, 제3도전막(6)은 텅스텐실리사이드막(WSix)이다. Referring to FIG. 1A, a
계속해서, 상기 질화막(7) 상에 콘트롤 게이트 형성 영역을 한정하는 제1감광막 패턴(8)을 형성한다. Subsequently, a first
도 1b를 참조하면, 제1감광막 패턴을 식각 장벽으로 이용하여 질화막을 식각한 다음, 상기 제1감광막 패턴을 제거한 상태에서 식각된 질화막(7a)을 식각 장벽으로 이용하면서 셀 영역에서의 유전체막(4)과 테스트 패턴 영역에서의 터널 산화막(2)을 식각정지층을 이용하여 그 아래의 제3 및 제2도전막(6, 5)을 차례로 식각하고, 이를 통해, 상기 기판 셀 영역의 액티브 영역 상에 라인 형태로 콘트롤 게이트(10)를 형성하고, 동시에, 기판 테스트 패턴 영역의 액티브 영역 상에 제1, 제2 및 제3도전막(3, 5, 6)의 적층으로 이루어진 구동 트랜지스터, 즉, 저전압 트랜지스터의 게이트(10a)를 형성한다. Referring to FIG. 1B, after the nitride film is etched using the first photoresist pattern as an etch barrier, the dielectric film in the cell region is formed using the
도 1c를 참조하면, 후속의 SAE(Self Align Etch) 공정에서 셀 영역 이외 지역에 대한 기판 손상(attack)을 방지하기 위해, 상기 기판(1) 상에 셀 영역 이외 지역을 덮는 제2감광막 패턴(11)을 형성한다. Referring to FIG. 1C, a second photoresist pattern covering a region other than the cell region on the
도 1d를 참조하면, SAE 공정을 통해 기판 셀 영역 상의 노출된 유전체막(4) 및 그 아래의 제1도전막 부분을 식각하고, 이를 통해, 상기 기판 셀 영역에 플로팅 게이트(3a)를 형성한다. 이후, 상기 제2감광막 패턴을 제거한다. Referring to FIG. 1D, the exposed
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법은 콘트롤 게이트 형성 공정과 플로팅 게이트 형성 공정을 이원화하여 수행하는 것과 관련해서 다수의 공정이 진행됨에 따라, 첫째로, 게이트 라인의 임계치수(Critical Dimension : 이하, CD)의 변동이 일어나며, 둘째로, 게이트 프로파일(profile)의 변동이 일어나고, 셋째로, 다수의 장비를 사용함에 따라 결함이 발생된다.However, in the gate forming method of the conventional flash memory device as described above, as a plurality of processes proceed with respect to performing the control gate forming process and the floating gate forming process in a dual manner, first, the threshold dimension of the gate line ( Critical Dimension: Hereafter, CD) fluctuations occur, secondly, gate profile fluctuations occur, and thirdly, defects are generated by the use of multiple devices.
여기서, 상기 게이트의 FICD(Final Inspection CD) 변동은 플래쉬 메모리 소자의 커플링 레시오(coupling ratio) 변동과 문턱전압(Vt) 및 저항(Rs) 변동의 문제를 야기하게 되며, 공정 수가 증가할수록 게이트 라인의 CD 변화에 영향을 주는 파라미터가 증가되는 바, 게이트 라인의 CD 조절에 문제가 될 수 있다. Here, the FICD (Final Inspection CD) variation of the gate causes a problem of coupling coupling (coupling ratio) and threshold voltage (Vt) and resistance (Rs) variation of the flash memory device. The parameter affecting the CD change of the line is increased, which may be a problem in the CD control of the gate line.
상기 게이트 프로파일의 변동은 두 번의 건식식각을 진행함에 따른 결과로서, 게이트 프로파일이 슬로프(slope)지도록 만듦으로써 제3도전막, 즉, 텅스텐 실리사이드의 측벽 손상을 유발하며, 실질적으로 그 제어가 어렵다.The variation of the gate profile is the result of two dry etchings, causing the gate profile to slope, thereby causing sidewall damage of the third conductive film, ie, tungsten silicide, which is substantially difficult to control.
상기 다수의 장비 사용에 기인하여 발생되는 결함은 플래쉬 메모리 소자의 양산 마진 확보 및 소자의 수율 향상에 관련되는 것으로 그 제어가 매우 어렵다. 즉, 다수의 장비 사용에 기인하는 결함은 공정 관리와 장비관리를 통하거나, 또는, 식각조건의 개선을 통하여 개선할 수 밖에 없는 사항이나, 이에 대한 개선은 현재로서 거의 이루어지지 않고 있는 실정이다. Defects generated due to the use of a plurality of devices are related to securing mass production margin of the flash memory device and improving the yield of the device. That is, defects due to the use of a large number of equipments can not only be improved through process management and equipment management, or through improvement of etching conditions, but the current situation is hardly improved.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다수의 공정 적용에 따른 게이트 CD의 변동과 게이트 프로파일 변동 및 다수의 장 비 사용에 기인하여 발생되는 결함을 방지할 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and a flash memory capable of preventing defects caused by variations in gate CDs and gate profile variations and the use of a plurality of devices according to a plurality of process applications. It is an object to provide a method of forming a gate of the device.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 셀 영역 및 테스트 패턴 영역을 가지며, 소자분리 공정을 통해 각 영역에서의 액티브 영역이 한정된 실리콘 기판을 제공하는 단계; 상기 실리콘 기판 상에 터널 산화막과 제1도전막을 차례로 형성하는 단계; 상기 제1도전막을 라인 형태로 패터닝하는 단계; 상기 셀 영역의 상기 패터닝된 제1도전막 상에 유전체막을 형성하는 단계; 상기 유전체막이 형성된 기판 결과물 상에 제2 및 제3도전막과 하드마스크막을 차례로 형성하는 단계; 상기 하드마스크막을 패터닝하여 콘트롤 게이트 형성 영역을 한정하는 하드마스크막 패턴을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막 패턴을 식각 장벽으로 이용해서 상기 제3 및 제2도전막을 연속적으로 식각하여 상기 셀 영역에 콘트롤 게이트를 형성하는 단계; 상기 셀 영역의 노출된 유전체막을 상기 제1도전막과의 식각 선택비를 이용하여 식각하는 단계; 및 상기 제1도전막을 산화막에 대해 높은 식각 선택비를 갖는 조건으로 식각하여 상기 셀 영역에 플로팅 게이트를 형성함과 동시에 상기 테스트 패턴 영역에 상기 제1, 제2 및 제3도전막의 적층으로 이루어진 저전압 트랜지스터의 게이트를 형성하는 단계;를 포함하는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a silicon substrate having a cell region and a test pattern region, the active region in each region is defined through a device isolation process; Sequentially forming a tunnel oxide film and a first conductive film on the silicon substrate; Patterning the first conductive film in a line form; Forming a dielectric film on the patterned first conductive film in the cell region; Sequentially forming a second and a third conductive layer and a hard mask layer on the substrate product on which the dielectric layer is formed; Patterning the hard mask layer to form a hard mask layer pattern defining a control gate formation region; Forming a control gate in the cell region by continuously etching the third and second conductive layers using the hard mask layer pattern as an etch barrier; Etching the exposed dielectric film of the cell region using an etch selectivity with respect to the first conductive film; And forming a floating gate in the cell region by etching the first conductive layer under a condition having a high etching selectivity with respect to an oxide layer, and at the same time, a low voltage formed by stacking the first, second, and third conductive layers in the test pattern region. Forming a gate of the transistor; provides a method of forming a gate of a flash memory device comprising a.
여기서, 바람직하게 상기 제1 및 제2도전막은 도핑된 또는 비도핑된 폴리실리콘막이며, 상기 제3도전막은 텅스텐실리사이드막이고, 상기 하드마스크막은 질화막이다. Here, preferably, the first and second conductive films are doped or undoped polysilicon films, the third conductive films are tungsten silicide films, and the hard mask films are nitride films.
본 발명의 방법은 상기 제3 및 제2도전막과 상기 유전체막 및 상기 제1도전막의 식각은 단일 식각 챔버 내에서 인-시튜(In-situ) 식각 조건으로 수행하며, 상기 제3도전막을 식각하는 단계 전, 상기 제3도전막 표면에 발생된 자연산화막을 제거한다.In the method of the present invention, etching of the third and second conductive films, the dielectric film, and the first conductive film is performed under an in-situ etching condition in a single etching chamber, and the third conductive film is etched. Before the step, the natural oxide film generated on the surface of the third conductive film is removed.
상기 제3도전막의 식각은 종말점 검출(End Point Detection) 조건으로 수행하며, 그리고, Cl2/O2, Cl2/SF6/O2 또는 Cl2/HBr/O2 중에서 어느 하나의 혼합 가스를 사용하여 수행한다. The third conductive layer is etched using an end point detection condition, and is performed using any one of a mixed gas of
상기 제2도전막의 식각은 상기 셀 영역의 유전체막이 노출되는 시점과 상기 테스트 패턴 영역의 제1도전막이 소정 두께만큼 남는 시점을 식각 종점으로 하는 조건으로 수행하며, 아울러, 상기 테스트 패턴 영역의 상기 제1도전막의 잔류 두께가 300Å 이상이 되도록 하고, 특히, 산화막과의 식각 선택비를 확보하기 위해 HBr/O2 가스를 사용하면서 O2 가스의 플로우 양을 2sccm 이하로 하거나 He 가스를 첨가하여 수행한다. The etching of the second conductive film is performed under the condition that the time point at which the dielectric film of the cell region is exposed and the time point at which the first conductive film of the test pattern region is left by a predetermined thickness are used as the etching end point, and the first pattern of the test pattern region is The residual thickness of one conductive film is 300 kPa or more, and in particular, the flow amount of O2 gas is 2 sccm or less or He gas is added while HBr / O2 gas is used to secure the etching selectivity with the oxide film.
상기 유전체막의 식각은 상기 테스트 패턴 영역의 제1도전막의 잔류 두께가 100Å 이상이 되도록 하는 조건으로 수행하며, 그리고, C2H6, HBr, O2, CF4 또는 SF6 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 가스를 사용하여 수행한다. The dielectric film is etched under conditions such that the remaining thickness of the first conductive film in the test pattern region is 100 kPa or more, and is performed using at least one gas selected from C2H6, HBr, O2, CF4, or SF6. do.
상기 제1도전막의 식각은 폴리실리콘막 대 산화막의 식각 선택비가 100:1 이상인 조건으로 수행하며, 그리고, 산화막과의 식각 선택비를 확보하기 위해 HBr/O2 가스를 사용하면서 O2 가스의 플로우 양을 2sccm 이하로 하거나 He 가스를 첨가하여 수행한다. The etching of the first conductive film is performed under the condition that the etching selectivity of the polysilicon film to the oxide film is 100: 1 or more, and the flow amount of O2 gas is changed while using HBr / O2 gas to secure the etching selectivity with the oxide film. It is carried out to 2 sccm or less or by adding He gas.
본 발명에 따르면, 식각 조건을 변경하여 인-시튜로 콘트롤 게이트와 플로팅 게이트를 형성하므로 게이트 형성 공정을 단순화시킬 수 있으며, 그래서, 게이트 CD 및 프로파일 변동과 다수의 장비 사용에 기인된 결함을 방지할 수 있다. According to the present invention, the etching conditions can be changed to form the control gate and the floating gate in-situ, thereby simplifying the gate forming process, thereby preventing defects caused by gate CD and profile variations and the use of multiple equipment. Can be.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이고, 도 3은 도 2a에 대응하여 플로팅 게이트용 제1도전막이 라인 형태로 패터닝된 상태를 도시한 평면도이다.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a state in which a first conductive film for floating gates is patterned in a line shape corresponding to FIG. 2A. It is a top view showing the.
도 2a 및 도 3을 참조하면, 셀 영역 및 테스트 패턴 영역을 갖는 실리콘 기판(21)을 마련한 상태에서 소자분리 공정을 통해 상기 셀 영역 및 테스트 패턴 영역 각각에서의 액티브 영역을 한정한다. 그런다음, 상기 실리콘 기판(21)의 전 영역 상에 박막의 터널 산화막(22)과 플로팅 게이트용 제1도전막(23)을 차례로 형성한다. 상기 제1도전막(23)은 도핑된 폴리실리콘막 또는 비도핑된 폴리실리콘막으로 형성한다.
이어서, 공지의 공정에 따라 상기 제1도전막(23)을 라인 형태로 패터닝한다.(도 3 참조) 2A and 3, an active region in each of the cell region and the test pattern region is defined through an isolation process in a state in which a
Subsequently, the first
다음으로, 셀 영역의 패터닝된 제1도전막(23) 부분을 포함하여 상기 셀 영역 상에만 선택적으로 유전체막(24)을 형성한다. 여기서, 상기 유전체막(24)의 셀 영역 상에의 선택적 형성은 상기 라인 형태로 패터닝된 제1도전막(23)을 포함한 실리콘 기판(21)의 전면 상에 유전체막(24)을 형성한 후, 테스트 패턴 영역 상에 형성된 유전체막(24) 부분을 제거하는 것에 의해 달성될 수 있다.
그 다음, 상기 셀 영역 상에만 선택적으로 유전체막(24)이 형성된 기판의 결과물 상에 콘트롤 게이트용 제2 및 제3도전막(25, 26)과 하드마스크용 질화막(27)을 차례로 형성한다. 여기서, 바람직하게 제2도전막(25)은 도핑된 또는 비도핑된 폴리실리콘막이며, 제3도전막(26)은 텅스텐실리사이드막(WSix)이다. 상기 하드마스크용 질화막(27) 상에 콘트롤 게이트 형성 영역을 한정하는 감광막 패턴(28)을 형성한다. Next, the
Next, second and third
도 2b를 참조하면, 상기 감광막 패턴을 식각 장벽으로 이용하여 질화막을 식각한 다음, 상기 감광막 패턴을 제거한다. 여기서, 상기 감광막 패턴은 제거하지 않고 남겨 두었다가, 후속의 식각 공정에서 식각 장벽으로 이용하는 것도 가능하다. 도면부호 27a는 식각된 질화막, 즉, 콘트롤 게이트 형성 영역을 한정하는 하드마스크막 패턴(27a)을 나타낸다. Referring to FIG. 2B, the nitride film is etched using the photoresist pattern as an etch barrier, and then the photoresist pattern is removed. Here, the photoresist pattern may be left without being removed and used as an etching barrier in a subsequent etching process.
도 2c를 참조하면, 식각된 질화막, 즉, 하드마스크막 패턴(27a)을 식각 장벽으로 이용하여 제3 및 제2도전막(26, 25)을 차례로 식각하고, 연이어, 상기 제3 및 제2도전막(26, 25)이 식각되어 노출된 유전체막(24)을 식각하며, 이어서, 제1도전막(23)을 식각하여 실리콘 기판(21)의 셀 영역 상에 콘트롤 게이트(30a)와 플로팅 게이트(23a)를 형성하고, 이와 동시에, 실리콘 기판(21)의 테스트 패턴 영역 상에 제1, 제2 및 제3도전막(23, 25, 26)의 적층으로 이루어진 구동 트랜지스터, 즉, 저전압 트랜지스터의 게이트(30a)를 형성한다.Referring to FIG. 2C, the third and second
여기서, 상기 셀 영역 상에의 플로팅 게이트(23a) 및 콘트롤 게이트(30)와 테스트 패턴 영역 상에의 저전압 트랜지스터의 게이트(30a)은 식각 공정의 변경을 통해 단일 식각 챔버 내에서 인-시튜(In-situ)로 수행하며, 구체적으로는 다음과 같은 방법으로 수행한다.Here, the floating gate 23a and the
먼저, 전술하지는 않았지만, 제3도전막(26)을 식각하기 전에 그 표면에 형성된 자연산화막을 상기 제3도전막(26), 즉, 폴리실리콘막에 대한 높은 식각 선택비를 갖는 조건으로 식각하여 제거한다. First, although not described above, before the third
그 다음, 하드마스크막 패턴(27a)을 식각 장벽으로 이용해서 제3도전막(26)과 제2도전막(25)을 식각하여 실리콘 기판(21)의 셀 영역에 제2 및 제3도전막(25, 26)의 적층으로 이루어진 콘트롤 게이트(30)를 형성한다. Next, the third
여기서, 상기 제3도전막(26)의 식각은 Cl2/O2, Cl2/SF6/O2 또는 Cl2/HBr/O2 중에서 어느 하나의 혼합 가스를 사용하여 상기 제3도전막(26)이 완전히 제거되는 시점을 식각 종말점으로 하는 종말점 검출(End Point Detection) 조건으로 수행한다. 또한, 상기 제3도전막(26)의 식각시, 테스트 패턴 영역에서의 제1도전막(23)의 손실을 개선하기 위해 HBr/O2 가스를 사용하여 로딩 이펙트를 개선한다. Here, the etching of the third
상기 제2도전막(25)의 식각은 종말점 검출에 소정 비율(%)의 과도 식각이 행해지는 조건, 예컨데, 셀 영역에서의 유전체막(24)이 노출되는 시점과 테스트 패턴에서의 제1도전막(23)의 소정 두께가 남겨지도록 하는 시점을 식각 종말점으로 하는 조건으로 수행한다. 즉, 테스트 패턴 영역에 있는 제1도전막(23)을 완전 식각하게 되면, 후속 공정인 셀 영역의 유전체막(24)과 제1도전막(23)을 식각하는 공정에서 테스트 패턴 영역에서의 저전압 트랜지스터(30a)의 게이트 산화막과 기판(21)이 손상을 받게 되어 정상적으로 동작하지 않을 수 있다. 그러므로, 제2도전막(25)의 식각은 테스트 패턴 영역에서의 제1도전막(23)이 소정 두께만큼 잔류되도록 해야 하며, 따라서, 제2도전막(25)의 식각은 산화막과의 식각 선택비를 확보하기 위해 HBr/O2 가스를 사용하면서 O2 가스의 플로우 양을 2sccm 이하로 하거나 He 가스를 첨가하여 수행하고, 특히, 상기 제1도전막(23)의 잔류 두께가 300Å 이상이 되도록 하는 조건으로 수행한다.The etching of the second
계속해서, 자연산화막을 제거하는 통상의 공정조건 보다 제1도전막(23), 즉, 폴리실리콘막에 대해 높은 식각 선택비를 갖는 조건으로 제3 및 제도전막(26, 25) 이 식각되어 노출된 유전체막(24)을 식각 제거한다. 여기서, 상기 유전체막(24)의 식각은 C2H6, HBr, O2, CF4 또는 SF6 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 가스를 사용하면서 테스트 패턴 영역의 제1도전막의 잔류 두께가 100Å 이상이 되도록 하는 조건으로 수행한다. Subsequently, the third and second
이때, 상기 유전체막(24)의 식각은 균일성(Uniformity)이 매우 중요하며, 이전 공정에서 테스트 패턴 영역에 잔존하는 제1도전막(23)의 두께를 300Å 이상으로 조절한 것으로 인해, 그 균일성을 얻을 수 있다. In this case, the uniformity of the
즉, 일반적으로 자연산화막의 제거시에는 F 계열의 가스를 사용하며, 이 경우, 산화막 대 폴리실리콘간의 식각 선택비는 1.5:1∼2.5:1로서 산화막 보다 폴리실리콘막의 식각 속도가 느리다. 또한, 플래쉬 메모리 소자에서 사용되는 유전체막의 두께는 통상 ONO 및 ONON 구조를 포함해서 100∼200Å 정도이며, 이를 건식식각에서 제거하려면, 식각 로딩 이펙트를 고려해서 200%의 과도 식각을 진행해야만 완전히 제거할 수 있다. That is, generally, the F-based gas is used to remove the natural oxide film. In this case, the etching selectivity ratio between the oxide film and the polysilicon is 1.5: 1 to 2.5: 1, and the etching rate of the polysilicon film is lower than that of the oxide film. In addition, the thickness of the dielectric film used in the flash memory device is generally about 100 to 200 microns, including the ONO and ONON structures. To remove this from dry etching, it is necessary to completely remove it by performing 200% transient etching in consideration of the etching loading effect. Can be.
그러므로, 상기 유전체막(24)에 대한 200%의 과도 식각을 감안할 경우 100%에 대한 과도 식각시 100Å 이상 폴리실리콘막이 식각되므로, 5% 이상 균일성까지 감안하여 200Å 이상 폴리실리콘의 손실(loss)을 유발하게 되는 바, 제3 및 제2도전막(26, 25)의 식각과 유전체막(24)의 식각에서 테스트 패턴 영역 상에서의 제1도전막(23)의 잔류 두께를 조절하는 것은 매우 중요하다.Therefore, in consideration of the 200% transient etching on the
다음으로, 상기 제1도전막(23)의 식각은 셀 영역에서는 상기 제1도전막(23)의 형성 두께 만큼을 식각 타겟(target)으로 하면서 테스트 패턴 영역에서는 잔류 된 제1도전막 두께, 예컨데, 100Å 정도를 식각 타겟으로 하는 조건으로 수행한다. 즉, 상기 제1도전막(23)의 식각은 테스트 패턴 영역에서의 터널 산화막 및 기판 손상이 최소화되도록 제1도전막, 즉, 폴리실리콘 대 산화막의 식각 선택비를 100:1 이상으로 하는 조건으로 수행한다. 이때, 상기 100:1 이상의 선택비는 RIE & MERIE 타입의 폴리실리콘 식각장비에서 HBr/O2 가스를 사용하면서 O2 가스의 플로우 양을 2sccm 이하로 하거나 He 가스를 첨가함으로써 확보 가능하며, 이에 따라, 로딩 이펙트에 의한 게이트 프로파일 변동없이 제1도전막(23)의 식각을 행할 수 있으며, 아울러, 테스트 패턴 영역에서의 터널 산화막(22)의 손상도 방지할 수 있다. Next, the etching of the first
전술한 바와 같이, 본 발명의 게이트 형성방법은 기존의 콘트롤 게이트 식각 조건에 자연산화막의 제거 공정을 추가하여 유전체막을 제거하고, 이 과정에서 테스트 패턴 영역에의 제1도전막의 잔류 두께를 조절하여 기판 손상이 유발되는 것을 방지하며, 또한, 후속의 과도 식각 공정에서 폴리실리콘 대 산화막의 식각 선택비가 높은 조건으로 제1도전막을 식각하는 새로운 공정 조건으로 제3 및 제2도전막과 유전체막 및 제1도전막의 식각을 인-시튜 방식으로 진행한다. As described above, the gate forming method of the present invention removes the dielectric film by adding a natural oxide film removal process to an existing control gate etching condition, and in this process, adjusts the remaining thickness of the first conductive film in the test pattern region to control the substrate. In addition, the third and second conductive films, the dielectric film, and the first and the first process films are etched to prevent damage from occurring, and also to etch the first conductive film in a condition where the etching selectivity of the polysilicon to the oxide film is high in a subsequent transient etching process. The etching of the conductive film is performed in-situ.
따라서, 본 발명의 방법은 단일 챔버 내에서 콘트롤 게이트와 상기 콘트롤 게이트간의 분리 및 플로팅 게이트 형성을 위한 SAE 공정을 연속해서 수행하므로, 전체 게이트 형성 공정을 단순화시킬 수 있음은 물론 사용 장비의 수도 감소시킬 수 있게 되며, 그래서, 다수의 공정 적용에 기인하는 게이트 CD 변동, 게이트 프로파일 변동 및 다수의 장비 사용에 기인하는 결함 발생 등의 종래 문제들을 극복할 수 있게 된다.Therefore, the method of the present invention continuously performs a SAE process for separating and forming a floating gate between the control gate and the control gate in a single chamber, thereby simplifying the entire gate forming process and reducing the number of equipment used. Thus, it is possible to overcome conventional problems such as gate CD fluctuations due to multiple process applications, gate profile fluctuations and defect occurrences due to the use of multiple equipment.
이상에서와 같이, 본 발명은 새로운 인-시튜 식각 조건으로 콘트롤 게이트와 플로팅 게이트 형성을 위한 공정들을 단일 장비에서 연속해서 수행하기 때문에 공정 단순화를 달성할 수 있으며, 아울러, 사용되는 장비의 수도 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명은 공정 단순화를 통해 게이트 CD 변동 및 게이트 프로파일 변동을 방지할 수 있으며, 아울러, 장비 사용에 기인하는 결함도 방지할 수 있고, 결국, 전체 공정 및 시간의 단축을 통해 생산성을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention can achieve the process simplification because the processes for forming the control gate and the floating gate are successively performed in a single device with a new in-situ etching condition, and the number of equipment used can be reduced. have. Therefore, the present invention can prevent gate CD variation and gate profile variation through process simplification, and also prevent defects caused by equipment use, and thus improve productivity through shortening of the entire process and time. Can be.
기타, 본 발명은 그 요지가 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다. In addition, this invention can be implemented in various changes in the range which does not deviate from the summary.
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