KR101009068B1 - Method of manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 게이트 절연막, 폴리실리콘막, 텅스텐막 및 하드 마스크막이 순차적으로 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계, 상기 하드 마스크막 및 상기 텅스텐막을 패터닝하는 단계, 노출된 상기 텅스텐막을 포함한 전체 표면에 질화막 및 산화막 적층 구조의 보호막을 형성하는 단계 및 상기 보호막 측벽 사이의 상기 보호막의 저면 및 상기 폴리실리콘막을 패터닝하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 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 providing a semiconductor substrate having a gate insulating film, a polysilicon film, a tungsten film, and a hard mask film sequentially, patterning the hard mask film and the tungsten film, and exposing the same. And forming a protective film having a nitride film and an oxide film stacked structure on the entire surface including the tungsten film and patterning the bottom surface of the protective film and the polysilicon film between sidewalls of the protective film.
텅스텐 게이트, 이중 보호막, 리텐션, 전하 손실 Tungsten Gate, Double Shielding, Retention, Charge Loss
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 텅스텐막 식각 시 유전체막 및 터널 절연막의 측벽에 발생할 수 있는 텅스텐 포함 금속성 잔류물의 발생을 본질적으로 억제하여 소자의 리텐션(Retention) 특성을 개선할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular, to substantially suppress the occurrence of tungsten-containing metallic residues that may occur on the sidewalls of the dielectric film and the tunnel insulating film during tungsten film etching, thereby improving retention characteristics of the device. It relates to a method for manufacturing a semiconductor device that can be.
최근 낸드 플래시의 저항을 낮추기 위해 텅스텐 실리사이드(WSix)보다 비저항이 낮은 텅스텐을 채용하고, 동시에 디자인 룰(Design Rule)이 작아지면서 일반적인 텅스텐 게이트 식각 방법에 의해서 형성되는 금속성 잔류물(Residue) 등에 의해 CKBD 리텐션 페일(Check Board Retention Fail)이 발생하고 있다.In order to reduce the resistance of NAND flash recently, CKBD is adopted by using tungsten having lower resistivity than tungsten silicide (WSix), and at the same time, due to the metal residue formed by the general tungsten gate etching method as the design rule becomes smaller. A retention board (Check Board Retention Fail) is occurring.
텅스텐 게이트는 디램(DRAM)에서 먼저 채용되었으나, 플래시의 경우에는 구조가 상대적으로 복잡하고, 사용되는 전기적인 환경도 DRAM 보다 매우 취약하여 문제점이 서로 다르다. 즉, 디램은 낮은 바이어스(bias)에서 동작하므로 텅스텐 적용 시 링 오실레이터(ring oscillator)에 의한 저항, 즉 텅스텐과 폴리실리콘막 계면의 고저항 물질이 이슈가 되어 하이브리드(hybrid) 전극을 형성하는 것이 핵심이며, 실질적으로 마이크론(Micron)사에서 개발한 진보된 측벽 스킴(Advanced Sidewall Scheme)에서는 선택적 산화(Selective Oxidation)에 의해서 충분히 게이트 식각 데미지(gate etch damage)를 줄일 수 있다. 그러나, 낸드 플래시의 경우에는 텅스텐 실리사이드와 달리 형성되는 잔류물의 성분이 달라 유전체막 및 터널 절연막 측벽에 형성되는 금속성 잔류물을 없앨 수 없다.Tungsten gates were first employed in DRAMs, but flash is relatively complex in structure, and the electrical environment used is much weaker than DRAM. In other words, since DRAM operates at a low bias, the resistance of a ring oscillator, that is, a high resistance material at the interface between tungsten and polysilicon film, becomes an issue when tungsten is applied, thus forming a hybrid electrode. Substantially, in the advanced sidewall scheme developed by Micron, gate etch damage can be sufficiently reduced by selective oxidation. However, in the case of NAND flash, unlike the tungsten silicide, the residues formed are different and the metallic residues formed on the sidewalls of the dielectric film and the tunnel insulation film cannot be removed.
이를 해결하기 위한 대책은 텅스텐 게이트 식각 후 발생하는 텅스텐을 포함하는 금속성 잔류물을 효과적으로 없애는 세정 물질을 개발하거나, 식각 시에 사용하는 식각 케미스트리(chemistry)를 변화시켜 가용성 잔류물을 만드는 것이다. 그러나, 이것은 모두 많은 경험 및 용액 합성에 의해서 이룰 수 있는 방법이며, 현실적으로 많은 기초연구가 지속되어야 할 것으로 판단된다.Countermeasures to solve this problem are to develop a cleaning material that effectively removes metallic residues including tungsten after etching of the tungsten gate, or to change the etching chemistry used for etching to make soluble residues. However, these are all methods that can be achieved by a lot of experience and solution synthesis, and it is believed that much basic research should be continued in reality.
본 발명은 텅스텐막을 패터닝한 후 노출된 텅스텐막의 측벽에 이중 보호막을 형성하여 후속한 게이트 식각 공정 시 보호막을 통해 텅스텐막이 노출되는 것을 방지함으로써, 하부의 유전체막 및 터널 절연막의 측벽에 발생할 수 있는 텅스텐 포함 금속성 잔류물의 발생을 본질적으로 억제하여 소자의 리텐션(Retention) 특성을 개선할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공함에 있다.The present invention forms a double passivation layer on the exposed sidewall of the tungsten layer after patterning the tungsten layer to prevent the tungsten layer from being exposed through the passivation layer during the subsequent gate etching process. It is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can essentially suppress the occurrence of the containing metallic residue to improve the retention characteristics of the device.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 게이트 절연막, 폴리실리콘막, 텅스텐막 및 하드 마스크막이 순차적으로 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계, 하드 마스크막 및 텅스텐막을 패터닝하는 단계, 노출된 텅스텐막을 포함한 전체 표면에 질화막 및 산화막 적층 구조의 보호막을 형성하는 단계 및 보호막 측벽 사이의 보호막의 저면 및 폴리실리콘막을 패터닝하는 단계를 포함한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of manufacturing a semiconductor device may include providing a semiconductor substrate on which a gate insulating film, a polysilicon film, a tungsten film, and a hard mask film are sequentially formed, patterning the hard mask film and the tungsten film, and exposing the same. Forming a protective film having a nitride film and an oxide film stacked structure on the entire surface including the tungsten film; and patterning the bottom surface of the protective film and the polysilicon film between the protective film sidewalls.
상기에서, 텅스텐막 패터닝 시, 폴리실리콘막의 일부를 식각한다.In the above, a part of the polysilicon film is etched during the tungsten film patterning.
산화막은 게이트 식각용 건식 케미스트리에 대한 식각 선택비가 높고, 스텝 커버리지 특성이 우수한 특성을 갖는다.The oxide film has high etching selectivity with respect to the dry chemistry for gate etching and excellent step coverage characteristics.
산화막은 저압화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD) 방식으로 형성된다.The oxide film is formed by Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD).
LPCVD 방식의 산화막은 LP-TEOS(Low Pressure-Tetra Ethyl Ortho Silicate) 막 또는 HTO(High Temperature Oxide)막으로 형성된다.The LPCVD oxide film is formed of a Low Pressure-Tetra Ethyl Ortho Silicate (LP-TEOS) film or a High Temperature Oxide (HTO) film.
폴리실리콘막 패터닝 후, 질화막이 적어도 50Å의 두께로 텅스텐막의 측벽에 잔류된다.After the polysilicon film patterning, the nitride film is left on the sidewall of the tungsten film at a thickness of at least 50 GPa.
폴리실리콘막 패터닝 시, 게이트 절연막의 일부를 식각한다.In the polysilicon film patterning, a part of the gate insulating film is etched.
폴리실리콘막 하부에는 플로팅 게이트용 폴리실리콘막 및 유전체막의 적층막이 더 형성된다.A laminated film of a polysilicon film for floating gate and a dielectric film is further formed below the polysilicon film.
폴리실리콘막 하부에는 질화막 및 유전체막의 적층막이 더 형성된다.A laminated film of a nitride film and a dielectric film is further formed below the polysilicon film.
폴리실리콘막 패터닝 후, 게이트 패턴에 대해 재산화(re-oxidation) 공정을 실시하는 단계를 더 포함한다.After the polysilicon film patterning, the method may further include performing a re-oxidation process on the gate pattern.
본 발명은 텅스텐막을 식각한 후 노출된 텅스텐막의 측벽에 질화막 및 산화막 적층 구조의 이중 보호막을 형성하여 후속한 게이트 식각 공정 시 보호막을 통해 텅스텐막을 완벽히 보호하여 하부의 유전체막 및 터널 절연막 측벽에 발생할 수 있는 텅스텐 포함 금속성 잔류물의 발생을 본질적으로 억제함으로써, 전하 손실(charge loss)을 방지하여 소자의 리텐션(Retention) 특성을 개선할 수 있고, 이를 통해 텅스텐을 사용한 게이트 적용 플래시 소자의 양산이 가능하다.After etching the tungsten film, the present invention forms a double passivation layer of a nitride film and an oxide layer structure on the exposed sidewall of the tungsten film to completely protect the tungsten film through the passivation layer during the subsequent gate etching process, and thus may occur on the lower side of the dielectric layer and the tunnel insulation layer. By essentially suppressing the occurrence of metallic tungsten-containing metallic residues, it is possible to prevent charge loss and improve the retention characteristics of the device, which allows mass production of gated flash devices using tungsten. .
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 보다 상세히 설명 한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.1A through 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1a를 참조하면, 공지된 방법에 의해 터널 절연막(102), 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104), 유전체막(106), 컨트롤 게이트용 도전막(108) 및 하드 마스크막(114)이 순차적으로 형성된 반도체 기판(100)이 제공된다. 터널 절연막(102)은 실리콘 산화막(SiO2)으로 형성될 수 있으며, 이 경우 산화(oxidation) 공정으로 형성될 수 있다. 디램(DRAM) 제조 공정에서는 터널 절연막(102)은 게이트 절연막으로 사용된다. 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104)은 NAND 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트(Folating Gate), 디램(DRAM) 제조 공정에서는 게이트 전극으로 사용하기 위한 것이다.Referring to FIG. 1A, the tunnel
플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104)이 형성된 이후에는 마스크(미도시)를 이용한 식각 공정으로 소자 분리 영역의 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104), 터널 절연막(102) 및 반도체 기판(100)이 식각되어 트렌치(미도시)가 형성된다. 이후, 트렌치를 포함한 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104) 상에 절연 물질이 증착된 다음 평탄화되어 트렌치가 형성된 영역에 소자 분리막(미도시)이 형성된다. 한편, 트렌치 형성 시 식각 마스크로 이용하고, 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104)의 손실을 방지하기 위해 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104) 상에 소자 분리 마스크(미도시)가 더 형성될 수 있다.After the floating
유전체막(106)은 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104) 및 소자 분리막 상에 형성되며, 산화막, 질화막 및 산화막(Oxide-Nitride-Oxide; ONO)의 적층막으로 형성될 수 있다. 컨트롤 게이트용 도전막(108)은 NAND 플래시 메모리 소자의 컨트롤 게이트(Control Gate), 디램(DRAM) 제조 공정에서는 게이트 전극으로 사용하기 위한 것으로, 폴리실리콘막, 금속층 또는 이들의 적층막으로 형성될 수 있으며, 고속(high speed)의 소자를 구현하기 위하여 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110)과 컨트롤 게이트용 텅스텐(W)막(112)의 적층막으로 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 컨트롤 게이트용 도전막(108)이 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110)과 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)의 적층막으로 형성될 경우 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112) 하부에는 텅스텐 질화막(WN)(미도시)이 더 증착되어 형성될 수 있다. 하드 마스크막(114)은 산화물 계열 또는 질화물 계열의 물질이 포함되어 형성될 수 있으며, 예를들어 SiON/TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 산화막/아모퍼스 카본(amorphous carbon)막 등의 적층막으로 형성될 수 있다.The
이어서, 마스크(미도시)를 이용한 식각 공정으로 하드 마스크막(114) 및 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)이 패터닝되도록 1차 게이트 식각 공정을 실시한다. 1차 게이트 식각 공정은 건식 식각(dry etch) 공정으로 실시한다. 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)의 식각 공정은 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110)의 이방성 식각(Anisotropic Etch) 현상을 방지하기 위하여 HBr 가스에 N2 및 Cl2 가스를 첨가한 혼합 가스의 플라즈마(plasma)를 이용하여 실시할 수 있다. 이때, 첨가된 N2 및 Cl2 가스가 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112) 하부에 형성된 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110)의 이방성 식각 현상을 방지하는 역할을 한다.Subsequently, a first gate etching process may be performed to pattern the
1차 게이트 식각 공정은 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)의 패터닝이 온전히 이루어질 수 있도록 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110)의 일부가 식각된 상태에서 식각을 멈춘다. 이로써, 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110)이 일부 식각된다.The primary gate etching process stops etching in a state where a part of the control
도면으로 도시하지는 않았으나 1차 게이트 식각 공정은 마스크를 이용한 식각 공정으로 하드 마스크막(114) 및 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)을 패터닝하되, 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110)의 상부 표면에서 식각이 정지되도록 실시할 수도 있다.Although not illustrated in the drawings, the first gate etching process may pattern the
그러나, 1차 게이트 식각 공정은 ONO 유전체막(106)에서 식각이 멈추지 않도록 하고, 반드시 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110)의 일부가 식각된 상태 또는 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)까지 식각된 상태에서 식각을 멈춘다. 왜냐하면, 유전체막(106)의 측벽에 한 번 형성되는 텅스텐을 포함하는 잔류물(residue)은 완벽하게 제거되지 않기 때문이다.However, in the primary gate etching process, the etching is not stopped in the ONO
도 1b를 참조하면, 노출된 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110)을 포함한 전체 표면에 제1 보호막(116) 및 제2 보호막(118) 적층 구조의 보호막(120)을 형성한다. 제1 보호막(116)은 질화막으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1B, a
제2 보호막(118)은 게이트 식각 건식 케미스트리(gate etch dry chemistry)에 대한 선택비가 높고, 활성 영역의 폭(width)의 확보(즉, 채널 길이(channel length) 확보)를 위해 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 우수한 물질로 형성한 다. 이를 만족시키기 위해, 제2 보호막(118)은 저압화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD) 방법을 이용한 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, LPCVD 방법을 이용한 산화막은 LP-TEOS(Low Pressure-Tetra Ethyl Ortho Silicate)막 또는 HTO(High Temperature Oxide)막으로 형성할 수 있다.The
이후, BOE(Buffered Oxide Etchant) 및 O3 세정 공정 또는 아주 짧게 H2SO4와 H2O2의 혼합 용액과 BOE(Buffered Oxide Etchant)를 순차적으로 사용하는 세정 공정을 실시한다. Buffered Oxide Etchant (BOE) and O 3 A cleaning process or a very short cleaning process using a mixture of H 2 SO 4 and H 2 O 2 and BOE (Buffered Oxide Etchant) is performed sequentially.
도 1c를 참조하면, 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110), 유전체막(106) 및 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104)이 패터닝되도록 2차 게이트 식각 공정을 실시한다. 2차 게이트 식각 공정은 건식 식각 공정으로 실시하며, 보호막(120) 측벽 사이의 보호막(120)의 저면, 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110), 유전체막(106) 및 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104)을 순차적으로 식각한다. Referring to FIG. 1C, a secondary gate etching process is performed to pattern the control
컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110) 및 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104)은 HBr 가스에 O2 가스를 첨가한 혼합 가스 또는 HBr 단독 가스의 플라즈마를 이용하여 식각할 수 있다. 또한, 유전체막(106)은 CF4, C2F6, C3F8, C4F8, C5F8, C4F6, C6F6 등의 CxFy(1≤x≤6, 4≤y≤8) 계열의 가스 및 CHF3, CH2F2, CH3F, CH4와 같은 CHxFy(1≤x≤4, 0≤y≤3) 계열의 가스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 단독 가스 또는 혼합 가스를 주식각 가스로 사용하는 플라즈마 식각을 이용하여 식각할 수 있 다. 식각 정지나 식각 속도 또는 플라즈마 균일도를 조절하기 위하여 주식각 가스에는 HBr, O2, N2, He, Ne 및 Ar 중 적어도 하나 이상의 첨가 가스를 더 첨가해서 사용할 수 있다.The
이때, 2차 게이트 식각 공정은 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104)의 패터닝이 온전히 이루어질 수 있도록 터널 절연막(102)의 일부가 식각된 상태에서 식각을 정지한다. 이로써, 터널 절연막(102)은 일부가 식각된다. 터널 절연막(102)은 일부를 잔류시켜 반도체 기판(100)의 어택(attack)을 방지하거나 후속한 이온 주입 공정 시 버퍼막으로 사용하는 것이 바람직하다.In this case, the secondary gate etching process stops the etching in a state where a part of the
특히, 2차 게이트 식각 과정에서는 상부 표면과 상부 측벽의 보호막(120)이 제거되고, 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112) 측벽의 보호막(120)의 일부도 게이트 식각 케미스트리에 대한 선택비 차이에 의해 식각된다. 따라서, 2차 게이트 식각 후 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)이 노출되지 않도록 2차 게이트 식각 시 공정 조건을 적절히 조절하여 제1 보호막(116)을 적어도 50Å 이상의 두께로 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)의 측벽에 잔류시킨다. 이로 인해, 2차 게이트 식각 후 보호막(120)의 일부가 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(110)의 일부 두께에서부터 하드 마스크막(114)까지의 양측벽의 가장자리에 스페이서 형태로 잔류된다. 또한, 2차 게이트 식각 과정에서는 하드 마스크막(114)이 함께 식각되어 일부 두께만큼 낮아질 수 있다.In particular, in the second gate etching process, the
이로써, 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(104)으로 이루어지는 플로팅 게이 트(104a)와 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(110) 및 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)이 적층된 컨트롤 게이트용 도전막(108)으로 이루어지는 컨트롤 게이트(108a)가 형성된다. 이때, 터널 절연막(102), 플로팅 게이트(104a), 유전체막(106), 컨트롤 게이트(108a), 하드 마스크막(114) 및 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(110)의 일부 두께에서부터 하드 마스크막(114)까지의 양측벽의 가장자리에 잔류된 보호막(120)을 포함하는 게이트 패턴(122)이 형성된다.As a result, the floating
그러나, 1차 게이트 식각 공정 시 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)까지만 패터닝을 실시했을 경우에는 터널 절연막(102), 플로팅 게이트(104a), 유전체막(106), 컨트롤 게이트(108a), 하드 마스크막(114) 및 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)부터 하드 마스크막(114)까지의 양측벽의 가장자리에 잔류된 보호막(120)을 포함하는 게이트 패턴(122)이 형성된다.However, when only the
기존의 컨트롤 게이트용 텅스텐막 식각 후 노출된 컨트롤 게이트용 텅스텐막을 포함한 전체 표면에 단일층의 질화막으로 보호막을 형성할 경우에는 후속한 게이트 식각 시 게이트 식각 건식 케미스트리에 대한 식각 마진이 부족하여 식각에 취약한 부분에서 컨트롤 게이트용 텅스텐막이 노출되어 하부의 유전체막 및 터널 절연막의 측벽에 텅스텐을 포함하는 금속성 잔류물을 발생시킬 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시 예에서는, 노출된 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)의 측벽에 산화막/질화막 적층 구조의 보호막(120)을 형성하여 후속한 게이트 식각의 건식 케미스트리에 대한 선택비 차이를 통해 식각 마진을 확보함에 따라 후속한 2차 게이트 식각 공정 시 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)의 측벽에 제1 보호막(116)의 일부가 잔류됨으로써 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)의 측벽이 완벽하게 보호된다. 결국, 본 발명의 일 실시 예에서의 2차 게이트 식각 공정은 컨트롤 게이트용 텅스텐막(112)을 채용하지 않은 폴리실리콘 게이트 적층 구조의 식각이 되는 것이다. 따라서, 유전체막(106) 및 터널 절연막(102) 측벽에 발생할 수 있는 텅스텐 포함 금속성 잔류물의 발생을 본질적으로 억제하여 전하의 손실(charge loss)을 방지하여 소자의 CKBD 리텐션(Check Board Retention) 특성을 개선할 수 있다.If a protective layer is formed on the entire surface including the exposed tungsten film for the control gate after etching of the conventional control gate tungsten film, the etching margin for the gate etch dry chemistry is insufficient for the subsequent etching of the gate. The tungsten film for the control gate may be exposed at the portion to generate a metallic residue including tungsten on the sidewalls of the lower dielectric film and the tunnel insulating film. However, in one embodiment of the present invention, the
이후, 2차 게이트 식각 과정에서 발생되는 폴리 잔류물이나 옥사이드 잔류물을 제거하기 위한 세정 공정을 실시한다. 2차 게이트 식각 과정에서 발생되는 폴리 잔류물이나 옥사이드 잔류물 등은 H2SO4와 H2O2의 혼합 용액, BOE(Buffered Oxide Etchant) 및 SC-1(NH4OH, H2O2 및 H20의 혼합 용액) 등의 세정액으로 충분히 제거가 되므로 근본적으로 전하 손실(charge loss) 문제를 해결할 수 있다.Thereafter, a cleaning process is performed to remove poly residues or oxide residues generated during the secondary gate etching process. Poly residues or oxide residues generated during the secondary gate etching process include a mixed solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 , buffered oxide etchant (BOE) and SC-1 (NH 4 OH, H 2 O 2 and Since it is sufficiently removed with a cleaning liquid such as H 2 0 mixed solution, it is possible to fundamentally solve a charge loss problem.
도시하지 않았으나, 게이트 식각 공정 후에는 게이트 식각 시 발생된 데미지(damage)를 완화시키기 위해 재산화(re-oxidation) 공정을 실시한다. 재산화 공정은 증착 개념이 아닌 산화 개념을 적용하며, 바람직하게 선택적 산화(selective oxidation) 공정으로 실시할 수 있다. 이로써, 게이트 패턴(122)의 전체 표면에 선택적 산화막(selective oxide layer)이 형성되는데, 이는 게이트 패턴(122) 측벽에서의 두께가 적어도 50Å 이상을 유지하도록 하여 완벽하게 전하 손실 현상을 제거한다. Although not shown, after the gate etching process, a re-oxidation process is performed to mitigate damage generated during the gate etching. The reoxidation process applies the oxidation concept rather than the deposition concept and can preferably be carried out in a selective oxidation process. As a result, a selective oxide layer is formed on the entire surface of the
본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트 식각 방법은 디램과 같은 반도체 소자 뿐만 아니라 폴리실리콘막 대신 질화막을 전하 저장막으로 사용하는 모노스(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon; MONOS) 구조의 플래시 메모리 소자에도 적용 가능하다.The gate etching method according to an exemplary embodiment of the present invention uses a flash memory having a metal structure such as a metal-oxide-nitride-oxide-silicon (MONOS) structure using a nitride film as a charge storage film instead of a polysilicon film as well as a semiconductor device such as a DRAM. Applicable to the device.
본 발명은 상기에서 서술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms, and the above embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to completely convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to inform you. Therefore, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.1A through 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 반도체 기판 102 : 터널 절연막100
104 : 플로팅 게이트용 폴리실리콘막 104a : 플로팅 게이트104: polysilicon film for floating
106 : 유전체막 108 : 컨트롤 게이트용 도전막106
108a : 컨트롤 게이트 110 : 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막108a: control gate 110: polysilicon film for control gate
112 : 컨트롤 게이트용 텅스텐막 114 : 하드 마스크막112: tungsten film for control gate 114: hard mask film
116 : 제1 보호막 118 : 제2 보호막116: first protective film 118: second protective film
120 : 보호막 122 : 게이트 패턴120: protective film 122: gate pattern
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Citations (4)
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US20040099957A1 (en) | 2002-11-22 | 2004-05-27 | Jin Beom-Jun | Integrated circuit devices including low dielectric side wall spacers and methods of forming same |
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US6777291B2 (en) * | 2002-07-03 | 2004-08-17 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming programmable memory devices comprising tungsten |
US20040099957A1 (en) | 2002-11-22 | 2004-05-27 | Jin Beom-Jun | Integrated circuit devices including low dielectric side wall spacers and methods of forming same |
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