KR100877112B1 - Method of fabricating flash memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 플로팅게이트(floating gate)를 갖는 플래시 메모리소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a flash memory device having a floating gate.
플래시 메모리소자는 전기적으로 데이터를 기록(program)/소거(erase)가 가능한 불휘발성 메모리소자이다. 플래시 소자의 단위 셀은 기본적으로 컨트롤 게이트와 플로팅 게이트를 포함하며, 플로팅 게이트의 전하 유무에 따라 정보의 기록 및 소거 기능을 수행한다.Flash memory devices are nonvolatile memory devices that can electrically program / erase data. The unit cell of the flash device basically includes a control gate and a floating gate, and performs a function of writing and erasing information depending on whether the floating gate is charged.
최근 반도체 메모리소자의 급속한 고집적화에 따라 플래시 메모리소자의 경우에도 선폭이 급속도로 줄어들고 있다. 플로팅 게이트를 갖는 플래시 메모리소자의 경우 플로팅 게이트와 반도체기판과의 오버레이(overlay)를 맞추기 힘들기 때문에, 통상적으로 마스크를 한 번 사용하여 식각하는 방식인 셀프얼라인 쉘로우 트렌치 소자분리(Self Align Shallow Trench Isolation; SA-STI) 방식이 일반화되어 있다. SA-STI 방식에 따르면, 반도체기판 상에 터널절연막과 플로팅 게이트용 도전막을 적층한 후 소자분리막이 형성될 영역의 반도체기판이 노출되도록 플로팅 게이트용 도전막과 터널절연막을 패터닝한 다음 노출된 영역의 반도체기판을 식각하여 트 렌치를 형성하는 것이다.Recently, due to the rapid high integration of semiconductor memory devices, line widths are rapidly decreasing in the case of flash memory devices. In the case of a flash memory device having a floating gate, it is difficult to match the overlay between the floating gate and the semiconductor substrate, and thus, a self-aligned shallow trench trench isolation method is typically performed by using a mask once. Isolation (SA-STI) scheme is common. According to the SA-STI method, after the tunnel insulating film and the floating gate conductive film are stacked on the semiconductor substrate, the conductive film for the floating gate and the tunnel insulating film are patterned to expose the semiconductor substrate in the region where the device isolation film is to be formed, and then the The semiconductor substrate is etched to form a wrench.
트렌치를 형성한 다음에는 절연막으로 트렌치를 매립하여 소자분리막을 형성하게 되는데, 절연막으로 매립하기 전에 트렌치 형성을 위한 식각공정에서 트렌치 내벽의 반도체기판에 발생한 손상을 보상하여 누설전류를 방지하기 위하여 트렌치의 내벽에 얇은 열산화막을 형성한다. 그런데 이 과정에서, 패터닝되어 있는 플로팅 게이트용 도전막의 측벽에도 열산화막이 형성된다. 플로팅 게이트 측벽의 열산화막으로 인해 플로팅 게이트가 두꺼워지면서 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트 사이의 캐패시턴스가 감소하여 셀의 결합비(coupling ratio)가 감소하기 때문에 플로팅 게이트용 도전막의 측벽에 형성된 열산화막은 반드시 제거되어야 한다.After the trench is formed, a device isolation film is formed by filling the trench with an insulating film. In order to prevent leakage current by compensating for damage occurring on the semiconductor substrate of the trench inner wall in the etching process for forming the trench before filling the insulating film, A thin thermal oxide film is formed on the inner wall. In this process, however, a thermal oxide film is also formed on the sidewalls of the patterned floating gate conductive film. The thermal oxide film formed on the sidewall of the conductive film for the floating gate must be removed because the floating gate thickens due to the thermal oxide film on the sidewall of the floating gate, thereby reducing the capacitance between the floating gate and the control gate, thereby decreasing the coupling ratio of the cell. do.
트렌치 매립 절연막으로 고밀도 플라즈마(High Density Plasma; HDP) 산화막을 사용하는 경우에는, 트렌치 매립 공정 후 수행되는 세정 공정에서 HDP 산화막의 식각속도가 느리기 때문에 HDP 산화막을 제거하는 동안 플로팅 게이트용 도전막 측벽의 열산화막을 충분히 제거할 수 있다. 그런데, 반도체소자가 미세화되면서 트렌치의 종횡비(aspect ratio) 또한 커짐에 따라, 트렌치를 매립하기 위한 절연막으로 매립 특성이 좋은 다공성 절연막을 사용하게 되는데, 다공성 절연막으로 트렌치를 매립하는 경우에는 플로팅 게이트용 도전막 측벽의 열산화막을 제거하는 동안 트렌치에 매립된 다공성 절연막의 식각이 빠르게 일어나기 때문에 유효 소자분리막 높이(EFH)가 너무 낮아져 소자의 특성에 좋지 않은 영향을 미치게 된다.When a high density plasma (HDP) oxide film is used as the trench buried insulating film, the etching rate of the HDP oxide film is slow in the cleaning process performed after the trench buried process. The thermal oxide film can be sufficiently removed. However, as the semiconductor device becomes finer and the aspect ratio of the trench increases, a porous insulating film having good embedding characteristics is used as an insulating film for filling trenches. During the removal of the thermal oxide film on the sidewall of the membrane, the etching of the porous insulating layer buried in the trench occurs rapidly, so that the effective device isolation height (EFH) becomes too low, which adversely affects the device characteristics.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 트렌치를 절연막으로 매립하기 전에 플로팅 게이트 측벽에 형성된 열산화막을 제거함으로써 캐패시턴스의 감소를 방지할 수 있는 플래시 메모리소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a flash memory device capable of preventing a reduction in capacitance by removing a thermal oxide film formed on a sidewall of a floating gate before filling a trench with an insulating film.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 플래시 메모리소자의 제조방법은, 반도체기판 상에 터널절연막 및 플로팅 게이트용 도전막을 형성하는 단계와, 소자분리영역의 반도체기판이 노출되도록 상기 도전막 및 터널절연막을 패터닝하는 단계와, 노출된 영역의 상기 반도체기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 트렌치가 형성된 반도체기판의 결과물을 산화시켜 트렌치의 내벽, 터널절연막 및 플로팅 게이트용 도전막의 측벽에 산화막을 형성하는 단계와, 트렌치가 매립되도록 산화막과 플로팅 게이트용 도전막 상에 희생막을 형성하는 단계와, 희생막과 플로팅 게이트용 도전막의 측벽에 형성된 산화막을 식각하는 단계, 및 트렌치를 절연막으로 매립하여 소자분리막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a flash memory device according to the present invention includes forming a tunnel insulating film and a floating gate conductive film on a semiconductor substrate, and exposing the semiconductor substrate in an isolation region to expose the conductive film and the tunnel insulating film. Forming a trench by etching the semiconductor substrate in the exposed region; and oxidizing the resultant semiconductor substrate having the trench formed thereon, forming an oxide film on the inner wall of the trench, the tunnel insulation layer, and the sidewalls of the conductive film for the floating gate. Forming a sacrificial film on the oxide film and the floating gate conductive film so that the trench is buried, etching the oxide film formed on the sidewalls of the sacrificial film and the floating gate conductive film, and filling the trench with an insulating film It characterized in that it comprises a step of forming.
상기 반도체기판 상에 터널절연막 및 플로팅 게이트용 도전막을 형성한 후 패터닝하기 전에, 상기 플로팅 게이트용 도전막 상에 하드마스크를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The method may include forming a hard mask on the floating gate conductive layer before patterning the tunnel insulating layer and the floating gate conductive layer on the semiconductor substrate.
상기 트렌치의 내벽에 형성하는 산화막은 열산화방법으로 형성할 수 있다.The oxide film formed on the inner wall of the trench may be formed by a thermal oxidation method.
상기 희생막과 상기 도전막의 측벽에 형성된 산화막을 식각하는 단계는 등방성 식각방법으로 수행할 수 있다.Etching the oxide film formed on the sidewalls of the sacrificial film and the conductive film may be performed by an isotropic etching method.
상기 희생막과 상기 도전막의 측벽에 형성된 산화막을 식각하는 단계는, 상기 상기 도전막 측벽의 산화막이 노출되도록 상기 희생막의 일부를 식각하는 단계와, 상기 도전막 측벽의 산화막을 제거하는 단계, 및 상기 희생막의 나머지 부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.Etching the oxide film formed on the sidewalls of the sacrificial film and the conductive film may include etching a portion of the sacrificial film to expose the oxide film on the sidewall of the conductive film, removing the oxide film on the sidewall of the conductive film, and Removing the remaining portion of the sacrificial layer.
상기 트렌치를 절연막으로 매립하여 소자분리막을 형성하는 단계는, 반도체기판 상에 상기 트렌치를 매립하도록 절연막을 증착하는 단계와, 상기 절연막의 표면을 평탄화하는 단계, 및 소자분리막의 잔류 높이를 조절하기 위하여 상기 절연막을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.Forming the device isolation film by filling the trench with an insulating film may include depositing an insulating film to fill the trench on a semiconductor substrate, planarize the surface of the insulating film, and adjust a residual height of the device isolation film. And etching the insulating film.
본 발명에 따르면, 트렌치 내벽에 열산화막을 형성한 후 절연막으로 매립하기 전에, 반도체기판의 전면에 상기 열산화막과 유사한 식각률을 갖는 희생막을 증착한 다음 희생막에 대해 등방성 식각을 실시함으로써 플로팅 게이트용 폴리실리콘막 측벽에 형성되어 있는 열산화막을 효과적으로 제거할 수 있다.According to the present invention, after forming a thermal oxide film on the inner wall of the trench and before filling it with an insulating film, a sacrificial film having an etch rate similar to that of the thermal oxide film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate and then isotropically etched to the sacrificial film. The thermal oxide film formed on the sidewalls of the polysilicon film can be effectively removed.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 플래시 메모리소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.1 to 5 are diagrams for explaining a method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 반도체기판(100) 상에 터널절연막(102), 플로팅 게이트용 도전막(104), 그리고 하드마스크(106)를 차례로 형성한다. 상기 터널절연막(102)은 플로팅 게이트로의 전하의 터널링을 위한 것으로, 예를 들어 산화막으로 형성한다. 플로팅 게이트용 도전막(104)은 예를 들어 불순물이 도핑된 폴리실리콘막으로 형성한다. 하드마스크(106)는 후속 게이트 패터닝 또는 트렌치 형성을 위한 식각공정에서 플로팅 게이트용 도전막(104)을 보호하기 위한 것으로, 예를 들어 실리콘질화막으로 형성한다.Referring to FIG. 1, a
다음에, 사진식각 공정을 실시하여 상기 하드마스크(106), 플로팅 게이트용 도전막(104) 및 터널절연막(102)을 차례로 패터닝함으로써 소자분리영역의 반도체기판(100)이 노출되도록 한다. 다음에, 노출된 영역의 반도체기판(100)을 일정 깊이 이방성 식각하여 트렌치를 형성한다.Next, a photolithography process is performed to pattern the
도 2를 참조하면, 상기 트렌치 형성을 위한 식각 공정에서 발생한 트렌치 측벽의 손상을 보상하고 누설전류를 방지하기 위하여, 트렌치의 내벽에 얇은 열산화막(108)을 형성한다. 다음, 상기 트렌치를 절연막으로 매립하기 전에, 플로팅 게이트용 도전막(106)이 덮이도록 반도체기판의 결과물 상에 희생막(110)을 형성한다. Referring to FIG. 2, a thin
상기 희생막(110)은 플로팅 게이트용 도전막(106) 측벽의 열산화막을 제거하는 세정 공정에서 상기 열산화막과 동일한 혹은 비슷한 식각율을 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 희생막(110)의 예로서는 스핀 온 글래스(Spin On Glass; SOG) 공정 또는 과산화수소-실란 공정으로 형성된 절연막 또는 CVD 방식의 유동성 절연막을 단독 혹은 조합하여 형성할 수 있다.The
도 3을 참조하면, 반도체기판의 전면에 형성되어 있는 희생막에 대한 식각을 실시한다. 상기 희생막에 대한 식각은 등방성 식각공정을 사용하며, 희생막의 일부 혹은 전부를 제거한다. 상기 희생막을 식각하는 과정에서 하드마스크(106) 및 플로팅 게이트용 도전막(104) 측벽의 열산화막은 거의 제거가 되지만 트렌치 측벽의 열산화막은 노출시간이 짧기 때문에 거의 식각되지 않는다. 또는 열산화막과 희생막의 식각 선택비가 큰 식각조건, 예를 들어 희생막에 대한 식각율이 큰 식각제를 사용하여 원하는 높이로 희생막을 먼저 식각한 후 열산화막을 제거할 수도 있다. 이때, 플로팅 게이트용 도전막(104) 측벽의 열산화막을 제거한 후에는 희생막을 제거하기 위한 식각공정을 수행한다.Referring to FIG. 3, the sacrificial film formed on the entire surface of the semiconductor substrate is etched. The etching of the sacrificial layer uses an isotropic etching process, and removes part or all of the sacrificial layer. While the sacrificial layer is etched, the thermal oxide film on the sidewalls of the
플로팅 게이트용 도전막(104)의 측벽에 도시된 것과 같이 열산화막(108)이 일부 잔류하더라도 후속 단계에서 트렌치 매립 절연막의 높이를 낮추기 위한 식각단계에서 제거될 수 있다.As shown in the sidewall of the floating gate
도 4를 참조하면, 측벽 산화막의 일부 또는 전부가 제거된 결과물 상에 절연막(112)을 일정 두께 증착하여 트렌치를 매립한다. 상기 절연막(112)은 예를 들어 스핀 온 글래스(SOG) 막과 같은 산화막이 될 수 있으며, 스핀 코팅 방식, 원자층 증착(ALD) 공정, O3-TEOS 공정 또는 과산화수소-실란 공정 중의 어느 하나 또는 조합하여 형성할 수 있으며, CVD 방식의 유동성 절연막 또는 고밀도플라즈마(HDP) 절연막 등을 단독 또는 조합하여 형성할 수 있다. 특히, 반도체 소자의 특성 열화를 방지하기 위하여 트렌치 내벽에 형성되어 있는 열산화막과 유사한 조성의 절연막을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 4, the trench is filled by depositing a thickness of the
절연막(112)을 증착한 후에는 절연막의 표면을 평탄화하기 위하여 상기 절연막에 대해 화학적기계적연마(CMP) 공정을 실시한다. 이때, 플로팅 게이트용 도전막(104) 위에 형성되어 있는 하드마스크(도 3의 106)를 CMP 타겟으로 하여 하드마스크의 표면이 드러날 때까지 CMP를 수행한다. 다음에, 노출된 하드마스크를 제거한다.After depositing the
도 5를 참조하면, 트렌치에 매립된 절연막(112)에 대해 원하는 소자분리막의 높이가 되도록 식각을 실시한다. 소자분리막의 유효 높이(EFH)는 소자의 특성에 중요한 영향을 미치므로 적절한 EFH를 구현하기 위하여 절연막(112)의 식각량을 적절히 조절한다. 트렌치 매립 절연막에 대한 식각을 완료하면 도시된 것과 같은 소자분리막이 완성된다.Referring to FIG. 5, the
트렌치 매립 절연막(112)에 대한 식각 과정에서, 플로팅 게이트용 도전막(104)의 측벽에 잔류하던 열산화막이 모두 제거된다.In the etching process of the trench filling insulating
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 플래시 메모리소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.1 to 5 are diagrams for explaining a method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment of the present invention.
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- 2007-10-31 KR KR1020070110492A patent/KR100877112B1/en not_active IP Right Cessation
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