KR101038355B1 - Flash memory device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셀 간의 간격이 좁아지더라도 간섭 현상을 개선할 수 있으며, 터널 절연막과 컨트롤 게이트의 거리를 확보할 수 있는 플래시 메모리 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flash memory device and a method of manufacturing the same, which can improve the interference phenomenon even if the gap between the cells is narrowed and to secure the distance between the tunnel insulating film and the control gate.

본 발명은 소자 분리막의 상부에 형성되는 유전체막에 홈을 형성하여 홈을 통해 노출되는 소자 분리막의 트렌치에까지 컨트롤 게이트를 형성함으로써, 플로팅 게이트 사이의 기생 커패시턴스(capacitance)를 낮추어 인접한 셀 간 간섭 효과(interference effect)를 개선하고, 상대적으로 유효 필드 산화막 높이(Effective Field oxide Height; EFH)를 높게 형성하여 터널 절연막과 컨트롤 게이트의 거리를 확보할 수 있는 플래시 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention forms a groove in the dielectric film formed on the device isolation layer to form a control gate to the trench of the device isolation layer exposed through the groove, thereby lowering the parasitic capacitance between the floating gates to reduce the interference effect between adjacent cells. The present invention relates to a flash memory device capable of securing a distance between a tunnel insulating film and a control gate by improving an interference effect and forming a relatively high effective field oxide height (EFH), and a method of manufacturing the same.

플래시 메모리, 유전체막 분리, 간섭, 싸이클링 문턱 전압 쉬프트 Flash Memory, Dielectric Separation, Interference, Cycling Threshold Voltage Shift

Description

플래시 메모리 소자 및 그의 제조 방법{Flash memory device and manufacturing method thereof}Flash memory device and manufacturing method thereof

본 발명은 플래시 메모리 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로 특히, 셀 간의 간격이 좁아지더라도 간섭 현상을 개선할 수 있으며, 터널 절연막과 컨트롤 게이트의 거리를 확보할 수 있는 플래시 메모리 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flash memory device and a method of manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a flash memory device and a method for manufacturing the same, which can improve the interference phenomenon even when the gap between the cells is narrowed and to secure the distance between the tunnel insulating film and the control gate. It is about.

낸드(NAND) 플래시 메모리 소자의 셀 어레이는 스트링 구조를 포함한다. 스트링 구조는 비트라인에 드레인이 연결되는 드레인 셀렉트 트랜지스터, 공통 소스 라인에 소스가 연결되는 소스 셀렉트 트랜지스터, 드레인 셀렉트 트랜지스터 및 소스 셀렉트 트랜지스터 사이에 직렬로 연결된 다수의 메모리 셀을 포함한다. 이러한 스트링 구조는 평행하게 형성되며, 소자 분리막을 경계로 전기적으로 격리되어 다수 개가 형성된다. 평행하게 형성된 스트링 구조들 내에서, 드레인 셀렉트 트랜지스터들의 게이트들이 연결되어 드레인 셀렉트 라인이 되고, 소스 셀렉트 트랜지스터들의 게이트들이 연결되어 소스 셀렉트 라인이 되고, 메모리 셀들의 게이트들이 평행하게 연결되어 각각 워드라인들이 된다. 드레인 셀렉트 라인, 워드 라인 및 소스 셀렉트 라인에 의해 연결되는 게이트는 플로팅 게이트, 유전체막 및 컨트롤 게이트가 적층된 스택(stack)형 구조로 형성된다. 이러한 스택형 게이트는 터널 절연막을 사이에 두고 반도체 기판의 상부에 형성된다. 드레인 셀렉트 라인, 워드 라인 및 소스 셀렉트 라인은 스택형 게이트 중 컨트롤 게이트가 연결되어 형성된 것이다.The cell array of NAND flash memory devices includes a string structure. The string structure includes a drain select transistor having a drain connected to a bit line, a source select transistor having a source connected to a common source line, a plurality of memory cells connected in series between the drain select transistor and the source select transistor. These string structures are formed in parallel, and electrically separated from each other by the boundary of the device isolation layer to form a plurality of string structures. In string structures formed in parallel, the gates of the drain select transistors are connected to become a drain select line, the gates of the source select transistors are connected to be a source select line, and the gates of the memory cells are connected in parallel to each other, so that word lines do. The gate connected by the drain select line, the word line and the source select line is formed in a stack-type structure in which a floating gate, a dielectric film, and a control gate are stacked. The stacked gate is formed on the semiconductor substrate with a tunnel insulating film interposed therebetween. The drain select line, the word line, and the source select line are formed by connecting control gates among stacked gates.

상술한 스트링 구조들 사이의 간격은 플래시 소자의 고집적화 따라 좁아지고 있는 추세이다. 이에 따라 서로 다른 스트링에 포함된 셀 들의 간격이 좁아지므로 임의의 셀의 동작으로 인해 그에 인접한 셀의 상태가 변하게 되는 간섭 현상이 발생한다. 즉, 간섭 효과란 독출하려는 제1 셀과 인접한 제2 셀을 프로그램하게 되면 제2 셀의 플로팅 게이트의 차지 변화로 인한 커패시턴스(capacitance) 작용으로 인해 제1 셀의 독출시 제1 셀의 문턱 전압(Threshold Voltage; Vt)보다 높은 문턱 전압이 독출되는 현상을 일컫는 것으로, 독출 셀의 플로팅 게이트의 차지는 변화하지 않지만, 인접 셀의 상태 변화에 의해 실제 셀의 상태가 왜곡되어 보이는 현상을 일컫는다. 이러한 간섭 효과로 인해 셀의 상태가 변하게 되며, 이는 불량률을 증가시켜 수율을 저하시키는 결과를 초래한다. 따라서, 간섭 효과를 최소화하는 것이 셀의 상태를 일정하게 유지하는데 효과적이라 할 수 있다.The spacing between the string structures described above is narrowing along with high integration of flash devices. Accordingly, since the intervals of cells included in different strings are narrowed, an interference phenomenon occurs in which a state of a cell adjacent thereto changes due to an operation of an arbitrary cell. That is, the interference effect means that when the second cell adjacent to the first cell to be read is programmed, the threshold voltage of the first cell when the first cell is read due to a capacitance effect caused by the charge change of the floating gate of the second cell. It refers to a phenomenon in which a threshold voltage higher than the threshold voltage (Vt) is read, and the charge of the floating gate of the read cell does not change, but the state of the actual cell is distorted due to the change of the state of the adjacent cell. This interference effect causes the state of the cell to change, which results in an increase in the defective rate resulting in a lower yield. Therefore, minimizing the interference effect may be effective to keep the state of the cell constant.

최근에는 셀 간의 간섭 현상을 개선하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 터널 절연막(13)의 측벽에 형성된 윙 스페이서(wing spacer, W)를 갖는 소자 분리막(17)을 형성하는 방안이 제안된 바 있다. 이와 같은 윙 스페이서(W)는 소자 분리 막(17)의 표면 중앙부의 유효 필드 높이(Effective Field Height : EFH)를 터널 절연막(13)의 측벽에 형성된 소자 분리막(17)보다 낮춤으로서 형성된다. 이러한 윙 스페이서(W)의 형성으로 소자 분리막(17)의 표면은 "U"자 형태로 형성된다. 이에 따라 소자 분리막(17)의 상부에 형성되는 유전체막(19)의 표면 또한 "U"자 형태로 형성될 것이고, "U"자 형태의 유전체막(19)의 표면 상부에 형성된 컨트롤 게이트(21)는 플로팅 게이트(15)들 사이에 깊게 형성될 수 있다. 이와 같이 플로팅 게이트(15)들 사이에 형성되는 컨트롤 게이트(21)는 셀 간 간섭 현상을 개선할 수 있있다.Recently, in order to improve interference between cells, a method of forming a device isolation layer 17 having wing spacers W formed on sidewalls of the tunnel insulation layer 13 has been proposed, as shown in FIG. 1. . The wing spacer W is formed by lowering the effective field height (EFH) at the center portion of the surface of the device isolation film 17 than the device isolation film 17 formed on the sidewall of the tunnel insulating film 13. Due to the formation of the wing spacers W, the surface of the device isolation layer 17 is formed in a “U” shape. Accordingly, the surface of the dielectric film 19 formed on the device isolation layer 17 may also be formed in a “U” shape, and the control gate 21 formed on the surface of the “U” shaped dielectric film 19. ) May be deeply formed between the floating gates 15. As such, the control gate 21 formed between the floating gates 15 may improve inter-cell interference.

그러나 상술한 바와 같이 소자 분리막(17)의 표면 중앙부의 유효 필드 높이를 낮추는 경우, 터널 절연막(13)과 컨트롤 게이트(21) 사이의 거리가 짧아지므로 터널 절연막(13)의 싸이클링 문턱 전압 쉬프트(cycling Vt shift)가 증가하여 터널 절연막(13)의 특성이 열화될 수 있다.However, as described above, when the effective field height of the surface center portion of the device isolation layer 17 is lowered, the distance between the tunnel insulation layer 13 and the control gate 21 becomes shorter, and thus the cycling threshold voltage shifting of the tunnel insulation layer 13 is performed. Vt shift) may increase to deteriorate the characteristics of the tunnel insulating layer 13.

한편, 소자의 고집적화로 인하여 플로팅 게이트(15) 사이의 간격이 좁아져서 소자 분리막(17)의 윙 스페이서(W) 간격이 좁아지면, 유전체막(19)이 윙 스페이서(W) 사이의 간격을 매립할 수 있다. 그 결과 컨트롤 게이트(21)가 플로팅 게이트(15)들 사이에 깊게 형성될 수 있도록 컨트롤 게이트(21)의 저면을 낮출 수 없어서 셀 간 간섭현상을 개선하는데 제한이 따른다.On the other hand, when the spacing between the floating gates 15 becomes narrow due to the high integration of the devices, and thus the spacing between the wing spacers W of the device isolation layer 17 becomes narrow, the dielectric film 19 fills the gaps between the wing spacers W. can do. As a result, the bottom of the control gate 21 cannot be lowered so that the control gate 21 can be deeply formed between the floating gates 15, thereby limiting the improvement of inter-cell interference.

본 발명은 셀 간의 간격이 좁아지더라도 간섭 현상을 개선할 수 있으며, 터널 절연막과 컨트롤 게이트의 거리를 확보할 수 있는 플래시 메모리 소자 및 그의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a flash memory device and a method of manufacturing the same, which can improve the interference phenomenon even when the gap between the cells is narrowed and to secure the distance between the tunnel insulating film and the control gate.

본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 소자는, 반도체 기판의 소자 분리 영역에 형성된 소자 분리막, 반도체 기판의 활성 영역에 형성된 터널 절연막, 터널 절연막 상에 형성된 제1 도전막, 제1 도전막 및 소자 분리막 상에 형성되며, 소자 분리막을 노출시키는 홈이 형성된 유전체막, 홈을 통해 노출되며 소자 분리막에 형성된 트렌치 및 트렌치 및 홈을 채우며 유전체막 상에 형성된 제2 도전막을 포함한다.Flash memory device according to an embodiment of the present invention, A device isolation film formed in the device isolation region of the semiconductor substrate, a tunnel insulation film formed in the active region of the semiconductor substrate, a first conductive film formed on the tunnel insulation film, a first conductive film, and a groove formed on the device isolation film, and having a groove exposing the device isolation film. And a second conductive layer formed on the dielectric layer, the trench formed in the device isolation layer and the trench formed in the device isolation layer.

상기에서, 소자 분리막은 반도체 기판의 활성 영역의 표면보다 높고, 제1 도전막의 표면보다 낮게 형성된다.In the above, the device isolation film is formed higher than the surface of the active region of the semiconductor substrate and lower than the surface of the first conductive film.

유전체막의 홈이 소자 분리막의 중앙 상부에 형성된다.Grooves of the dielectric film are formed in the upper center of the device isolation film.

트렌치는 소자 분리막의 중앙에 형성된다. 트렌치는 적어도 반도체 기판의 활성 영역 표면의 높이에 대응되는 깊이까지 형성된다.The trench is formed in the center of the device isolation film. The trench is formed at least to a depth corresponding to the height of the surface of the active region of the semiconductor substrate.

유전체막 상에 홈을 노출시키는 캡핑막이 더 형성된다.A capping film for exposing the groove is further formed on the dielectric film.

유전체막은 산화막, 질화막 및 산화막의 적층구조로 형성되며, 홈을 통해 노 출된 질화막은 홈을 통해 노출된 산화막에 비해 돌출되게 형성된다.The dielectric film is formed of a stacked structure of an oxide film, a nitride film, and an oxide film, and the nitride film exposed through the grooves is formed to protrude more than the oxide film exposed through the grooves.

본 발명의 제1 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법은, 소자 분리 영역에는 소자 분리막이 형성되고, 활성 영역에는 터널 절연막 및 제1 도전막의 적층막이 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계, 소자 분리막 및 제1 도전막 상에 유전체막을 형성하는 단계, 소자 분리막 상부의 유전체막을 식각하여 홈을 형성하는 단계, 홈을 통해 노출된 소자 분리막을 식각하여 소자 분리막에 트렌치를 형성하는 단계 및 트렌치 및 홈을 채우도록 유전체막 상에 제2 도전막을 형성하는 단계를 포함한다.In the method for manufacturing a flash memory device according to the first embodiment of the present invention, the device isolation layer is formed in the device isolation region, the active region is provided with a semiconductor substrate formed with a laminated film of the tunnel insulating film and the first conductive film, the device isolation film and Forming a dielectric film on the first conductive film, etching the dielectric film on the device isolation film to form a groove, etching the device isolation film exposed through the groove to form a trench in the device isolation film, and filling the trench and the groove Forming a second conductive film on the dielectric film.

상기에서, 소자 분리막은 반도체 기판의 활성 영역의 표면보다 높고, 제1 도전막의 표면보다 낮게 형성된다.In the above, The device isolation film is formed higher than the surface of the active region of the semiconductor substrate and lower than the surface of the first conductive film.

유전체막의 홈이 소자 분리막의 중앙 상부에 형성된다.Grooves of the dielectric film are formed in the upper center of the device isolation film.

트렌치는 소자 분리막의 중앙에 형성된다. 트렌치는 적어도 반도체 기판의 활성 영역 표면의 높이에 대응되는 깊이까지 형성된다.The trench is formed in the center of the device isolation film. The trench is formed at least to a depth corresponding to the height of the surface of the active region of the semiconductor substrate.

홈을 형성하는 단계는, 유전체막 상에 소자 분리막의 상부에서보다 제1 도전막의 상부에서 두껍게 식각 베리어막을 형성하는 단계 및 셀 간에 유전체막이 분리되도록 식각 베리어막의 수직부 사이의 상기 식각 베리어막 및 유전체막을 식각하는 단계를 더 포함한다.The forming of the grooves may include forming an etch barrier layer thicker on the first conductive layer than on the device isolation layer on the dielectric layer, and between the etch barrier layer and the dielectric between the vertical portions of the etch barrier layer to separate the dielectric layer between the cells. Etching the film further.

식각 베리어막은 아모퍼스 카본(amorphous carbon), 카본 계열의 물질, 실리콘 질화막(SixNy)(x,y 각각은 양의 정수), 실리콘 산화질화막(SiON), 산화막 및 질화붕소(Boron Nitride; BN)막 중 어느 하나로 형성된다.Etch barrier films include amorphous carbon, carbon-based materials, silicon nitride (SixNy) (x and y are each positive integers), silicon oxynitride (SiON), oxide and boron nitride (BN) films. It is formed of either.

식각 베리어막은 플라즈마화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 방식 또는 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 형성된다.The etching barrier layer is formed by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method or a spin coating method.

홈은 건식 식각 공정을 단독으로 진행하는 제1 식각 공정으로 형성되거나 또는 건식 식각 공정과 습식 식각 공정을 조합하여 진행하는 제2 식각 공정으로 형성된다.The groove is formed by a first etching process that performs the dry etching process alone or by a second etching process that combines the dry etching process and the wet etching process.

제2 식각 공정은 건식 식각 공정으로 식각 베리어막의 수직부 사이의 식각 베리어막을 식각한 후 잔류된 식각 베리어막을 마스크로 사용하는 습식 식각 공정으로 노출된 유전체막을 식각한다.The second etching process is a dry etching process to etch the etching barrier layer between the vertical portions of the etching barrier layer, and then to expose the dielectric layer exposed by the wet etching process using the remaining etching barrier layer as a mask.

트렌치를 형성하는 단계에서 식각 베리어막이 제거된다.In the step of forming the trench, the etch barrier film is removed.

홈을 형성하는 단계는 식각 베리어막을 형성하는 단계와 유전체막을 식각하는 단계 사이에 캡핑막을 형성하는 단계를 더 포함한다.The forming of the groove further includes forming a capping layer between forming the etch barrier film and etching the dielectric film.

캡핑막은 플라즈마화학기상증착(PECVD) 방식으로 형성된다. 캡핑막은 폴리실리콘막으로 형성된다.The capping film is formed by plasma chemical vapor deposition (PECVD). The capping film is formed of a polysilicon film.

캡핑막은 건식 식각 공정으로 식각 베리어막의 수직부 사이의 식각 베리어막이 식각된 후 잔류된 식각 베리어막을 마스크로 사용하는 습식 식각 공정으로 식각된다.The capping layer is etched by a wet etching process using a remaining etching barrier layer as a mask after the etching barrier layer between the vertical portions of the etching barrier layer is etched by a dry etching process.

식각 베리어막을 형성하는 단계와 유전체막을 식각하는 단계 사이에 식각 베리어막 상에 식각 베리어막의 수직부 사이의 식각 베리어막을 노출시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계를 더 포함한다.The method may further include forming a photoresist pattern on the etching barrier layer to expose the etching barrier layer between the vertical portions of the etching barrier layer between forming the etching barrier layer and etching the dielectric layer.

트렌치를 형성하는 단계와 제2 도전막을 형성하는 단계 사이에 반도체 기판 상에 잔류되는 카본 성분을 제거하기 위하여 세정(cleaning) 공정 또는 플라즈 마(plasma) 공정을 실시하는 단계를 더 포함한다.The method may further include performing a cleaning process or a plasma process to remove the carbon component remaining on the semiconductor substrate between forming the trench and forming the second conductive film.

다른 예로서, 상기에서 홈을 형성하는 단계는 유전체막의 상부에 식각 베리어막을 형성하는 단계, 제1 도전막의 정상부(top) 상부에 식각 베리어막이 남도록 제1 도전막의 측벽 및 소자 분리막의 상부에 형성된 식각 베리어막을 제거하는 단계, 및 식각 베리어막이 제거된 부분에서 노출된 유전체막을 식각하는 단계를 포함하한다. As another example, the forming of the groove may include forming an etching barrier layer on the dielectric layer, and etching formed on the sidewall of the first conductive layer and the upper portion of the isolation layer so that the etching barrier layer remains on the top of the first conductive layer. Removing the barrier film, and etching the exposed dielectric film at the portion from which the etch barrier film is removed.

식각 베리어막을 형성하는 단계 이전에 유전체막의 상부에 폴리 실리콘막을 이용하여 캡핑막을 형성한다.Before the etching barrier layer is formed, a capping layer is formed on the dielectric layer using a polysilicon layer.

소자 분리막의 상부에 형성된 캡핑막은 제1 도전막의 측벽 및 소자 분리막의 상부에 형성된 식각 베리어막을 제거하는 단계에서 노출되며, 노출된 캡핑막은 유전체막을 식각하는 단계 이전에 제거된다.The capping layer formed on the upper portion of the isolation layer is exposed in the step of removing the etch barrier layer formed on the sidewall of the first conductive layer and the upper portion of the isolation layer, and the exposed capping layer is removed before etching the dielectric layer.

노출된 캡핑막을 제거하는 단계는 SF6가스 및 O2가스의 혼합가스, Cl2가스 및 O2가스의 혼합가스와, SF6가스, Cl2가스 및 O2가스의 혼합가스 중 어느 하나의 혼합 가스를 이용하여 실시된다.The step of removing the exposed capping film may be performed by mixing any one of a mixed gas of SF 6 gas and O 2 gas, a mixed gas of Cl 2 gas and O 2 gas, and a mixed gas of SF 6 gas, Cl 2 gas and O 2 gas. It is carried out using gas.

식각 베리어막은 제1 도전막의 측벽 및 소자 분리막의 상부에서보다 제1 도전막의 정상부 상부에서 더 두껍게 형성된다.The etch barrier film is formed thicker on the top of the first conductive film than on the sidewall of the first conductive film and the top of the device isolation layer.

식각 베리어막은 PE-산화막으로 형성한다.The etching barrier film is formed of a PE oxide film.

홈을 형성하는 단계에서, 잔여하는 식각 베리어막이 식각된다.In the step of forming the groove, the remaining etching barrier film is etched.

홈을 형성하는 단계 이후, 홈의 저면의 폭을 넓히는 단계를 실시한다.After forming the grooves, the step of widening the width of the bottom of the grooves is carried out.

홈의 저면의 폭을 넓히는 단계는 소자 분리막에 트렌치를 형성하는 단계와 동시에 실시된다.The step of widening the bottom of the groove is performed simultaneously with the step of forming the trench in the device isolation film.

홈의 저면의 폭을 넓히는 단계는 습식 식각 공정을 이용하여 실시한다.The step of widening the bottom of the groove is performed by using a wet etching process.

홈의 저면의 폭을 넓히는 단계에서 상기 식각 베리어막이 완전히 제거된다.In the step of widening the bottom of the groove, the etch barrier film is completely removed.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.

첫째, 본 발명은 유전체막의 두께 및 소자 분리막의 트렌치까지 컨트롤 게이트의 저면을 낮출 수 있으므로 셀 간의 간격이 좁아지더라도 플로팅 게이트 사이에 발생하는 간섭 현상을 개선할 수 있다. 이로써 본 발명은 소자의 동작 속도를 향상시킬 수 있다.First, since the bottom of the control gate can be lowered up to the thickness of the dielectric film and the trench of the device isolation layer, the interference phenomenon between the floating gates can be improved even if the gap between the cells is narrowed. As a result, the present invention can improve the operation speed of the device.

둘째, 본 발명은 유전체막의 형성 전 소자 분리막의 유효 필드 산화막 높이(Effective Field oxide Height; EFH)를 높게 형성하더라도 유전체막 형성 후 형성되는 홈을 통해 소자 분리막에 트렌치를 형성함으로써 간섭 현상을 개선하기 위한 유효 필드 산화막의 높이(IEFH)를 조절할 수 있다.Second, the present invention is to improve the interference phenomenon by forming a trench in the device isolation layer through the groove formed after the dielectric film formation even if the effective field oxide height (EFH) of the device isolation layer is formed before the dielectric film formation. The height I EFH of the effective field oxide layer may be adjusted.

셋째, 본 발명은 유전체막 형성 전 높게 형성된 소자 분리막을 통해 사이클링 특성과 관련된 터널 절연막과 컨트롤 게이트의 거리(CEFH)를 확보할 수 있으므로 싸이클링 문턱 전압 쉬프트(cycling Vt shift)를 감소시켜 터널 절연막의 열화 특성을 개선할 수 있다.Third, the present invention can secure the distance (C EFH ) between the tunnel insulating film and the control gate related to the cycling characteristics through the device isolation film formed before the dielectric film formation, thereby reducing the cycling threshold voltage shift (cycling Vt shift). The deterioration characteristic can be improved.

넷째, 본 발명은 유전체막에 형성된 홈을 통해 소자 분리막에 트렌치를 형성하므로 윙 스페이서(wing spacer)를 갖는 소자 분리막을 기존과 같이 두 가지 이상의 소자 분리막 형성 물질을 이용한 증착, 식각, 증착 등의 반복 공정을 생략할 수 있기 때문에 제조 공정을 단순화할 수 있다.Fourth, the present invention forms a trench in the device isolation layer through the groove formed in the dielectric film, so as to repeat the deposition, etching, deposition, etc. of the device isolation layer having wing spacers using two or more device isolation material forming materials as before. Since the process can be omitted, the manufacturing process can be simplified.

이와 같이 본 발명은 단순화되고 안정화된 방법으로 플로팅 게이트 사이에 형성되는 컨트롤 게이트의 저면을 낮출 수 있음과 아울러 터널 절연막과 컨트롤 게이트 사이의 거리를 확보함으로써 플래시 소자의 신뢰성 및 양산성을 개선할 수 있다.As described above, the present invention can lower the bottom of the control gate formed between the floating gates in a simplified and stabilized manner, and improve the reliability and mass productivity of the flash device by securing the distance between the tunnel insulating film and the control gate. .

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안되며, 당업계에서 보편적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.Hereinafter, an embodiment 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, but to those skilled in the art It is preferred that the present invention be interpreted as being provided to more fully explain the present invention.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device according to a first embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 플래시 메모리 소자의 통상적인 제조 방법에 의해 활성 영역(A)에는 터널 절연막(102) 및 제1 도전막(104)이 적층되고, 활성 영역(A) 사이의 제1 트렌치(106)에는 소자 분리막(108)이 형성된 반도체 기판(100)이 제공된다. Referring to FIG. 2A, a tunnel insulating layer 102 and a first conductive layer 104 are stacked in an active region A by a conventional method of manufacturing a flash memory device, and a first trench between the active regions A is formed. 106 is provided with a semiconductor substrate 100 on which an isolation layer 108 is formed.

터널 절연막(102)은 실리콘 산화막(SiO2)으로 형성될 수 있으며, 이 경우 산화(oxidation) 공정으로 형성될 수 있다. 제1 도전막(104)은 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트(floating gate)로 사용하기 위한 것으로, 폴리실리콘막으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 도전막(104)은 소자 분리막(108)과 나란한 방향(비트라인 방향)으로 패터닝되어 형성된다. 제1 트렌치(106)는 반도체 기판(100) 상에 터널 절연막(102), 제1 도전막(104) 및 소자 분리 마스크(미도시)를 순차적으로 적층한 후 포토레지스트 패턴(미도시)을 식각 마스크로 이용한 식각 공정으로 소자 분리 영역의 소자 분리 마스크, 제1 도전막(104), 터널 절연막(102) 및 반도체 기판(100)을 일정 깊이로 식각하는 자기 정렬 쉘로우 트렌치 아이솔레이션(Self Align-Shallow Trench Isolation; SA-STI) 공정에 의해 형성될 수 있다.The tunnel insulating layer 102 may be formed of a silicon oxide layer (SiO 2 ), and in this case, may be formed by an oxidation process. The first conductive layer 104 is used as a floating gate of the flash memory device and may be formed of a polysilicon layer. In this case, the first conductive film 104 is patterned in a direction parallel to the device isolation film 108 (bit line direction). The first trench 106 sequentially laminates the tunnel insulating layer 102, the first conductive layer 104, and the device isolation mask (not shown) on the semiconductor substrate 100, and then etches the photoresist pattern (not shown). Self Align-Shallow Trench to etch a device isolation mask, a first conductive film 104, a tunnel insulating film 102, and a semiconductor substrate 100 to a predetermined depth by an etching process used as a mask. Isolation (SA-STI) process.

소자 분리막(108)은 산화물 계열의 물질로 형성되며, 예를 들어 고온산화(High Temperature Oxide; HTO)막, 고밀도플라즈마(High Density Plasma; HDP) 산화막, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막, BPSG(Boron-Phosphorus Silicate Glass)막 또는 USG(Undoped Silicate Galss)막 등으로 형성될 수 있다. 소자 분리막(108)은 제1 트렌치(106)가 채워지도록 제1 트렌치(106)를 포함한 소자 분리 마스크 상에 절연막을 증착한 후, 절연막의 표면을 평탄화한 다음, 소자 분리막의 높이를 낮추기 위한 식각 공정을 실시함으로써 형성할 수 있다. 평탄화 공정은 소자 분리 마스크의 소자 분리용 질화막을 연마 정지막으로 사용하는 화학적 기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Polishing; CMP)으로 실시되는 것이 바람직하다. 이 때, 소자 분리막(108)의 표면은 싸이클링(cycling) 특성을 고려하여 반도체 기판(100)의 활성 영역(A)의 표면보다 낮아지지 않도록 형성된다. 예를 들어, 소자 분리막(108)의 표면은 제1 도전막(104)의 바닥면보다 높게 형성되어 제1 도전막(104)의 상부 측벽을 노출시킬 수 있다. 소자 분리막(108)이 형성된 후 잔류된 소자 분리용 질화막은 제거된다. 한편, 평탄화 후 잔류된 소자 분리용 질화막이 먼저 제거된 다음 소자 분리막의 두께를 낮추기 위한 식각 공정이 실시될 수도 있다. 이러한 제1 트렌치(106) 및 소자 분리막(108)의 형성으로 활성 영역(A)이 정의된다.The device isolation layer 108 is formed of an oxide-based material, for example High Temperature Oxide (HTO) Film, High Density Plasma (HDP) Oxide, TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate), BPSG (Boron-Phosphorus Silicate Glass) or USG (Undoped Silicate Galss) Can be formed. The device isolation layer 108 may deposit an insulating film on the device isolation mask including the first trench 106 so that the first trench 106 is filled, and then planarize the surface of the insulating film, and then etch to lower the height of the device isolation layer. It can form by performing a process. The planarization process is preferably performed by a chemical mechanical polishing (CMP) process using a nitride film for device isolation of the device isolation mask as a polishing stop film. In this case, the surface of the device isolation layer 108 is formed so as not to be lower than the surface of the active region A of the semiconductor substrate 100 in consideration of cycling characteristics. For example, the surface of the device isolation layer 108 may be formed higher than the bottom surface of the first conductive layer 104 to expose the upper sidewall of the first conductive layer 104. After the device isolation film 108 is formed, the nitride film for device isolation remaining is removed. Meanwhile, the nitride film for device isolation remaining after the planarization may be removed first, and then an etching process may be performed to lower the thickness of the device isolation film. The formation of the first trench 106 and the isolation layer 108 defines the active region A. FIG.

도시되지는 않았으나, 제1 트렌치(106)의 측벽 및 저면에는 제1 트렌치(106)형성을 위한 식각 과정에서 발생된 식각 손상을 치유하기 위하여 측벽 산화막(wall oxide layer)이 더 형성되며, 이러한 측벽 산화막은 제1 트렌치(106)를 형성한 후 산화 공정에 의해 형성될 수 있다.Although not shown, a sidewall oxide layer is further formed on the sidewalls and the bottom of the first trench 106 to heal the etch damage generated during the etching process for forming the first trench 106. The oxide film may be formed by an oxidation process after forming the first trench 106.

이어서, 소자 분리막(108) 및 노출된 제1 도전막(104)의 표면 상에 유전체막(110)을 형성한다. 유전체막(110)은 제1 산화막, 질화막 및 제2 산화막(Oxide-Nitride-Oxide; ONO)의 적층막으로 형성할 수 있다. 이때, 유전체막(110)은 플라즈마화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 방법으로 증착하여 형성한다.Subsequently, the dielectric film 110 is formed on the surface of the device isolation film 108 and the exposed first conductive film 104. The dielectric film 110 may be formed as a stacked film of a first oxide film, a nitride film, and a second oxide film (Oxide-Nitride-Oxide (ONO)). In this case, the dielectric film 110 is formed by depositing by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method.

이 경우, 증착 특성상 스텝 커버리지(step coverage)가 낮아서 유전체막(110)은 제1 도전막(104)의 측벽 및 소자 분리막(108)의 상부에서보다 제1 도전막(104)의 상부에서 보다 두껍게 형성되고, 소자 분리막(108)의 상부에서보다 제1 도전막(104)의 측벽에서 보다 두껍게 형성된다.In this case, the step coverage is low due to the deposition characteristic, so that the dielectric film 110 is thicker at the top of the first conductive film 104 than at the sidewall of the first conductive film 104 and the top of the device isolation film 108. And thicker at the sidewalls of the first conductive film 104 than at the top of the device isolation film 108.

도 2b를 참조하면, 유전체막(110) 상에 유전체막(110)의 표면을 따라 라이너(liner) 형태의 캡핑막(112)을 더 형성한다. 캡핑막(112)은 후속한 식각(etch) 공정, 세정(cleaning) 공정 및 스트립(strip) 공정에서 유전체막(110)이 직접 노출되지 않도록 유전체막(110)의 보호막 역할을 하기 위한 것으로, 더불어 이후에 플래시 메모리 소자의 컨트롤 게이트용 하부 도전막으로 사용될 수 있도록 폴리실리콘막으로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 캡핑막(112)은 막 내부에 주입된 불순물이 하부로 확산되는 현상을 개선하기 위하여 언도프트(undoped) 폴리실리콘막과 도프트(doped) 폴리실리콘막의 적층막으로 형성함이 바람직하다.Referring to FIG. 2B, a capping layer 112 having a liner shape is further formed on the dielectric layer 110 along the surface of the dielectric layer 110. The capping film 112 serves as a protective film of the dielectric film 110 so that the dielectric film 110 is not directly exposed in a subsequent etching process, a cleaning process, and a strip process. It is preferable to form a polysilicon film so as to be used as a lower conductive film for the control gate of the flash memory device. In particular, the capping film 112 may be formed of a laminated film of an undoped polysilicon film and a doped polysilicon film in order to improve a phenomenon in which impurities injected into the film diffuse downward.

캡핑막(112)은 PECVD 방법으로 증착하며, 이 경우 증착 특성상 스텝 커버리지가 낮아서 캡핑막(112)은 유전체막(110)의 측벽 및 소자 분리막(108)의 상부에서보다 유전체막(110)의 상부에서 보다 두껍게 형성되고, 소자 분리막(108)의 상부에서보다 유전체막(110)의 측벽에서 보다 두껍게 형성된다.The capping layer 112 is deposited by PECVD, and in this case, the step coverage is low due to the deposition property, so the capping layer 112 is formed on the upper side of the dielectric layer 110 than on the sidewall of the dielectric layer 110 and the upper portion of the device isolation layer 108. It is formed thicker than in, and formed thicker on the sidewall of the dielectric film 110 than on top of the device isolation film 108.

이어서, 캡핑막(112) 상에 후속한 공정에서 셀 간 캡핑막(112)을 분리하기 위한 식각 베리어막(114)을 형성한다. 식각 베리어막(114)은 후속한 에치백(etchback) 공정에서 제1 도전막(104)의 상부와 소자 분리막(108)의 상부에서의 식각 베리어막(114)의 두께 차이를 이용한 식각 공정으로 셀 간에 캡핑막(112)과 유전체막(110)이 효과적으로 분리될 수 있도록 아모퍼스 카본(amorphous carbon)을 사용하여 PECVD 방식 또는 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 형성할 수 있다.Subsequently, an etching barrier layer 114 for separating the inter-cell capping layer 112 is formed on the capping layer 112 in a subsequent process. The etching barrier layer 114 is an etching process using a thickness difference between the etching barrier layer 114 on the upper portion of the first conductive layer 104 and the upper portion of the isolation layer 108 in the subsequent etchback process. In order to effectively separate the capping layer 112 and the dielectric layer 110, the carbon may be formed by PECVD or spin coating using amorphous carbon.

한편, 식각 베리어막(114)은 아모퍼스 카본 대신에 카본을 주성분으로 카본 계열의 물질, 예를 들어 카본 폴리머(carbon polymer)를 사용하여 스핀 코팅 방식으로 형성할 수 있다. 또한, 식각 베리어막(114)은 카본 계열의 물질 대신에 실리콘 질화막(SixNy)(x,y 각각은 양의 정수), 실리콘 산화질화막(SiON), 산화막 또는 질화붕소(Boron Nitride; BN)막 등의 박막으로 PECVD 방법을 이용하여 형성할 수도 있다. 이를 통해, 식각 베리어막(114)은 소자 분리막(108)의 상부 및 캡핑막(112)의 측벽에서보다 제1 도전막(104)의 상부에서 보다 두껍게 형성되고, 소자 분리막(108)의 상부에서보다 캡핑막(112)의 측벽에서 보다 두껍게 형성된다.The etching barrier layer 114 may be formed by spin coating using a carbon-based material, for example, a carbon polymer, using carbon as a main component instead of amorphous carbon. In addition, the etching barrier film 114 may be a silicon nitride film (SixNy) (x and y each have a positive integer), a silicon oxynitride film (SiON), an oxide film, or a boron nitride (BN) film instead of a carbon-based material. It can also be formed using a PECVD method as a thin film of. As a result, the etch barrier layer 114 is formed thicker on the upper portion of the first conductive layer 104 than on the upper side of the device isolation layer 108 and the sidewalls of the capping layer 112. It is formed thicker on the sidewall of the capping film 112.

도 2c를 참조하면, 셀 간 캡핑막(112) 및 유전체막(110)을 분리하기 위하여 식각 베리어막(114), 캡핑막(112) 및 유전체막(110)을 식각하여 소자 분리막(108)을 노출시키는 홈(115)을 형성한다. 여기서, 식각 공정은 건식 식각(dry etch) 공정을 단독으로 진행하는 제1 공정 또는 건식 식각과 습식 식각(wet etch) 공정을 조합하여 진행하는 제2 공정으로 실시할 수 있다.Referring to FIG. 2C, the etching barrier layer 114, the capping layer 112, and the dielectric layer 110 are etched to separate the inter-cell capping layer 112 and the dielectric layer 110. A groove 115 is formed to expose. Here, the etching process may be performed as a first process for performing a dry etching process alone or as a second process for combining a dry etching process and a wet etching process.

식각 공정은 제1 공정으로 실시할 경우, 건식 에치백(dry etchback) 공정으로 식각 베리어막(114), 캡핑막(112) 및 유전체막(110)을 순차적으로 식각한다. 이때, 건식 에치백 공정은 홈(115) 형성을 통해 셀 간 유전체막(110)을 분리시킬 수 있는 두께로 식각 타겟(target)을 설정한다.In the etching process, the etching barrier layer 114, the capping layer 112, and the dielectric layer 110 are sequentially etched by a dry etchback process. In this case, the dry etchback process sets an etch target to a thickness capable of separating the inter-cell dielectric film 110 by forming the groove 115.

이로써, 건식 에치백 공정에 의해 식각 베리어막(114)의 수직부 사이의 식각 베리어막(114), 캡핑막(112) 및 유전체막(110)이 순차적으로 식각되면서 홈(115)이 형성되어 셀 간 유전체막(110)이 분리되며, 홈(115)을 통해 소자 분리막(108)의 표면이 노출된다. 이는 식각 베리어막(114), 캡핑막(112) 및 유전체막(110)의 수평부 가 제1 도전막(104) 상에서는 두껍고, 유전체막(110)을 분리하고자 하는 소자 분리막(108) 상에서는 상대적으로 얇게 증착되어 있기 때문에 가능하다. 이때, 유전체막(110)의 홈(115)은 소자 분리막(108)의 중앙 상부에 형성된다.As a result, the etching barrier layer 114, the capping layer 112, and the dielectric layer 110 are sequentially etched between the vertical portions of the etching barrier layer 114 by a dry etchback process to form grooves 115. The inter dielectric film 110 is separated, and the surface of the device isolation film 108 is exposed through the groove 115. This is because the horizontal portions of the etch barrier film 114, the capping film 112, and the dielectric film 110 are thick on the first conductive film 104, and relatively on the device isolation film 108 to which the dielectric film 110 is to be separated. This is possible because it is thinly deposited. In this case, the groove 115 of the dielectric film 110 is formed on the center of the device isolation layer 108.

하지만, 건식 에치백 공정 후 수평부에 비해 두껍게 증착된 식각 베리어막(114)의 수직부는 캡핑막(112)의 측벽에 잔류된다. 한편, 건식 에치백 공정 후 소자 분리막(108) 상부에서보다 제1 도전막(104)의 상부에서 보다 두껍게 증착된 식각 베리어막(114)의 일부가 제1 도전막(104) 상부에 잔류될 수도 있고, 제1 도전막(104) 상부의 캡핑막(112)이 일부 식각될 수도 있다.However, the vertical portion of the etch barrier film 114 deposited thicker than the horizontal portion after the dry etch back process remains on the sidewall of the capping film 112. Meanwhile, a part of the etch barrier film 114 deposited thicker on the first conductive film 104 than on the device isolation film 108 after the dry etchback process may remain on the first conductive film 104. The capping layer 112 on the first conductive layer 104 may be partially etched.

식각 공정이 제2 공정으로 실시할 경우는 다음과 같다. 먼저, 건식 식각 공정, 바람직하게 건식 에치백 공정으로 식각 베리어막(114)을 식각하여 홈(115)을 형성한다. 이때, 건식 에치백 공정은 소자 분리막(108)의 상부에 형성된 식각 베리어막(114)의 수평부 두께를 식각 타겟(target)으로 하여 실시한다. 이로써, 건식 에치백 공정에 의해 소자 분리막(108)의 상부에 형성된 식각 베리어막(114)의 수평부가 식각되어 식각 베리어막(114)에 홈(115)이 형성되고, 홈(115)을 통해 캡핑막(112)의 표면이 노출된다. 이때, 식각 베리어막(114)의 홈(115)은 소자 분리막(108)의 중앙 상부에 형성된다.When an etching process is performed as a 2nd process, it is as follows. First, the grooves 115 are formed by etching the etching barrier layer 114 by a dry etching process, preferably a dry etchback process. In this case, the dry etch back process may be performed by using the horizontal portion of the etch barrier layer 114 formed on the device isolation layer 108 as an etch target. As a result, a horizontal portion of the etch barrier layer 114 formed on the device isolation layer 108 is etched by a dry etchback process to form a groove 115 in the etch barrier layer 114, and a cap through the groove 115. The surface of the ping film 112 is exposed. In this case, the groove 115 of the etch barrier layer 114 is formed on the center of the device isolation layer 108.

하지만, 건식 에치백 공정 후 수평부에 비해 두껍게 증착된 식각 베리어막(114)의 수직부는 캡핑막(112)의 측벽에 잔류되고, 소자 분리막(108) 상부에서보다 제1 도전막(104)의 상부에서 보다 두껍게 증착된 식각 베리어막(114)의 일부가 제1 도전막(104)의 상부에 잔류된다.However, after the dry etchback process, the vertical portion of the etch barrier layer 114 deposited thicker than the horizontal portion remains on the sidewall of the capping layer 112, and the upper portion of the first conductive layer 104 is formed on the device isolation layer 108. A portion of the etch barrier film 114 deposited thicker at the top remains on the first conductive film 104.

계속해서, 잔류된 식각 베리어막(114)을 마스크로 사용하는 습식 식각 공정, 바람직하게 습식 에치백 공정으로 홈(115)을 통해 노출된 캡핑막(112)과 그 하부의 유전체막(110)을 식각한다. 이로써, 습식 에치백 공정에 의해 홈(115)을 통해 노출된 캡핑막(112)과 그 하부의 유전체막(110)이 식각되면서 홈(115)이 형성되어 셀 간 유전체막(110)이 분리되며, 홈(115)을 통해 소자 분리막(108)의 표면이 노출된다. 이는 식각 베리어막(114), 캡핑막(112) 및 유전체막(110)의 수평부가 제1 도전막(104) 상에서는 두껍고, 유전체막(110)을 분리하고자 하는 소자 분리막(108) 상에서는 상대적으로 얇게 증착되어 있기 때문에 가능하다. 이때, 유전체막(110)의 홈(115)은 소자 분리막(108)의 중앙 상부에 형성된다.Subsequently, the capping film 112 exposed through the grooves 115 and the dielectric film 110 under the wet etching process using the remaining etching barrier film 114 as a mask, preferably a wet etch back process, may be used. Etch it. As a result, the capping film 112 exposed through the groove 115 and the dielectric film 110 under the etching by the wet etch back process are etched to form the groove 115 to separate the inter-cell dielectric film 110. The surface of the device isolation layer 108 is exposed through the groove 115. This is because the horizontal portions of the etch barrier film 114, the capping film 112, and the dielectric film 110 are thick on the first conductive film 104 and relatively thin on the device isolation film 108 to separate the dielectric film 110. This is possible because it is deposited. In this case, the groove 115 of the dielectric film 110 is formed on the center of the device isolation layer 108.

한편, 셀 간 유전체막(110)을 분리하기 위한 식각 공정은 식각 베리어막(114) 상에 식각 베리어막(114)의 수직부 사이를 노출시키는 감광막 패턴(미도시)을 추가로 형성한 후 감광막 패턴을 마스크로 사용하여 실시할 수도 있다.On the other hand, the etching process for separating the inter-cell dielectric film 110 further forms a photoresist pattern (not shown) that exposes between the vertical portions of the etching barrier film 114 on the etching barrier film 114 and then the photoresist film It can also be implemented using a pattern as a mask.

도 2d를 참조하면, 홈(115)을 통해 노출된 소자 분리막(108)을 식각하여 소자 분리막(108)에 제2 트렌치(116)를 형성한다. 식각 공정은 건식 식각 또는 습식 식각 공정으로 실시하며, 터널 절연막(102)의 싸이클링(cycling) 특성을 고려하여 제2 트렌치(116)는 적어도 반도체 기판(100)의 활성 영역 표면의 높이에 대응하는 깊이(depth)까지 형성함이 바람직하다. 그 결과, 홈(115)을 통해 노출된 소자 분리막(108)이 식각되어 소자 분리막(108)의 중앙 상부에 오목한 요(concave; 凹) 형태의 제2 트렌치(116)가 형성된다.Referring to FIG. 2D, a second trench 116 is formed in the device isolation layer 108 by etching the device isolation layer 108 exposed through the groove 115. The etching process may be performed by a dry etching process or a wet etching process. In consideration of the cycling characteristics of the tunnel insulating layer 102, the second trench 116 may have a depth corresponding to at least the height of the surface of the active region of the semiconductor substrate 100. It is preferable to form up to depth. As a result, the device isolation layer 108 exposed through the groove 115 is etched to form a concave second trench 116 in the upper portion of the center of the device isolation layer 108.

또한, 제2 트렌치(116)에 의해 터널 절연막(102)의 측벽에 윙 스페이서가 저 절로 형성된다. 따라서, 기존과 같이 터널 절연막의 측벽에 윙 스페이서를 형성하기 위해 두 가지 이상의 소자 분리막 형성 물질을 이용한 증착, 식각, 증착 등의 반복 공정을 생략할 수 있기 때문에 제조 공정을 단순화할 수 있다.In addition, a wing spacer is formed on the sidewall of the tunnel insulating layer 102 by the second trench 116. Therefore, as in the related art, in order to form the wing spacers on the sidewalls of the tunnel insulation layer, a repeating process such as deposition, etching, and deposition using two or more device isolation layer forming materials may be omitted, thereby simplifying the manufacturing process.

제2 트렌치(116)를 형성하는 과정에서는 잔류된 식각 베리어막(도 2c의 114)이 함께 제거되어 잔류된 캡핑막(112)의 표면이 완전히 노출된다. 그러나, 캡핑막(112)에 의해 식각 공정에서 잔류되는 유전체막(110)의 표면이 직접 노출되지 않고 보호된다.In the process of forming the second trench 116, the remaining etch barrier film (114 of FIG. 2C) is removed together to completely expose the surface of the remaining capping film 112. However, the surface of the dielectric film 110 remaining in the etching process is protected by the capping film 112 without being directly exposed.

한편, 식각 베리어막(114)이 제거된 후 반도체 기판(100) 상에 카본 성분이 잔류되는 경우에는 세정 공정이나 플라즈마(plasma) 공정을 이용하여 반도체 기판(100) 상에 잔류되는 카본 성분을 완전히 제거한다.Meanwhile, when the carbon component remains on the semiconductor substrate 100 after the etching barrier layer 114 is removed, the carbon component remaining on the semiconductor substrate 100 may be completely removed by using a cleaning process or a plasma process. Remove

도 2e를 참조하면, 제2 트렌치(116)를 포함한 캡핑막(112) 상에 제2 도전막(118)을 형성한다. 제2 도전막(118)은 플래시 메모리 소자의 컨트롤 게이트로 사용하기 위한 것으로, 폴리실리콘막, 금속층 또는 이들의 적층막으로 형성할 수 있다. 금속층에는 금속 실리사이드층을 포함할 수 있다. 제2 도전막(118)은 바람직하게 폴리실리콘막으로 형성할 수 있으며, 이 경우 도프트 폴리실리콘막으로 형성한다.Referring to FIG. 2E, a second conductive layer 118 is formed on the capping layer 112 including the second trench 116. The second conductive film 118 is used as a control gate of a flash memory device, and may be formed of a polysilicon film, a metal layer, or a laminated film thereof. The metal layer may include a metal silicide layer. The second conductive film 118 may be preferably formed of a polysilicon film, in which case it is formed of a doped polysilicon film.

이후, 통상적인 식각 공정에 의해 제2 도전막(118), 캡핑막(112), 유전체막(110) 및 제1 도전막(104)을 소자 분리막(108)과 교차하는 방향(워드라인 방향)으로 패터닝한다. 이로써, 제1 도전막(104)으로 이루어진 플로팅 게이트와 캡핑막(112) 및 제2 도전막(118)으로 이루어진 컨트롤 게이트(120)가 형성되어, 플로팅 게이트(104), 유전체막(110), 및 컨트롤 게이트(120)가 적층된 게이트 패턴이 형성된다.Thereafter, a direction in which the second conductive film 118, the capping film 112, the dielectric film 110, and the first conductive film 104 intersect the device isolation film 108 by a conventional etching process (word line direction) Pattern with. As a result, a floating gate made of the first conductive film 104 and a control gate 120 made of the capping film 112 and the second conductive film 118 are formed to form the floating gate 104, the dielectric film 110, And a gate pattern in which the control gate 120 is stacked.

본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 제2 도전막(118)이 플로팅 게이트(104) 사이에서 유전체막(110)보다 낮게 형성되므로 종래에 비해 소자 분리막(108) 상부의 수평부에 해당하는 유전체막(110)의 두께와 제2 트렌치(116)에서의 식각된 소자 분리막(108)의 두께를 합한 높이만큼 컨트롤 게이트(120)의 저면을 낮출 수 있다. 따라서, 플로팅 게이트(104) 사이에서 캡핑막(112) 하부로 돌출된 부분만큼 컨트롤 게이트(120)가 차지하는 면적을 넓힐 수 있다.According to the first exemplary embodiment of the present invention, since the second conductive layer 118 is formed lower than the dielectric layer 110 between the floating gates 104, the dielectric corresponding to the horizontal portion of the upper portion of the device isolation layer 108 as compared with the related art. The bottom of the control gate 120 may be lowered by the height of the thickness of the layer 110 and the thickness of the etched device isolation layer 108 in the second trench 116. Therefore, the area occupied by the control gate 120 may be increased by the portion protruding below the capping layer 112 between the floating gates 104.

통상적으로, 소자 분리막에 트렌치를 형성한 후, 또는 소자 분리막의 상부를 오목한 요(concave; 凹) 형태로 형성한 후 유전체막과 컨트롤 게이트용 도전막을 형성하는 경우, 트렌치(또는 오목한 부분)가 유전체막으로 채워지기 때문에 트렌치에 컨트롤 게이트용 도전막이 형성되지 않거나 적은 양의 컨트롤 게이트용 도전막이 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 유전체막(110)에 형성된 홈을 통해 노출된 소자 분리막(108)을 식각하여 제2 트렌치(116)를 형성할 수 있다. 이러한 유전체막(110)의 홈 및 제2 트렌치(116)에는 제2 도전막(118)이 형성되므로 소자 분리막의 트렌치에 유전체막이 함께 형성되는 경우보다 플로팅 게이트(104) 사이의 유전 상수 값을 낮출 수 있다. 즉, 종래보다 제2 도전막(118)의 저면을 낮출 수 있으므로 플로팅 게이트(104) 사이의 기생 커패시턴스(capacitance)를 낮추어 인접한 셀 간의 간섭(interference) 현상을 최소화할 수 있다. In general, when a trench is formed in the device isolation film, or when the top of the device isolation film is formed in a concave concave shape to form a dielectric film and a conductive film for a control gate, the trench (or concave portion) is a dielectric material. Since the film is filled with a film, a control gate conductive film may not be formed in the trench, or a small amount of the control gate conductive film may be formed in the trench. However, in the present invention, the second trench 116 may be formed by etching the device isolation layer 108 exposed through the groove formed in the dielectric layer 110. Since the second conductive layer 118 is formed in the groove and the second trench 116 of the dielectric layer 110, the dielectric constant value between the floating gates 104 may be lowered than when the dielectric layer is formed in the trench of the isolation layer. Can be. That is, since the bottom surface of the second conductive layer 118 can be lowered than in the related art, the parasitic capacitance between the floating gates 104 can be lowered to minimize interference between adjacent cells.

또한, 본 발명은 싸이클링 특성과 관련된 터널 절연막(102)과 컨트롤 게이 트(120) 간의 거리(CEFH)를 확보하기 위해 유전체막(110)을 형성하기 전 소자 분리막(108)의 높이를 높게 형성하더라도 후속 공정에서 유전체막(110)에 형성된 홈을 통해 노출된 소자 분리막(108)을 식각함으로써 간섭 현상과 관련된 유효 필드 산화막의 높이(IEFH)를 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명은 간섭 현상의 개선과 동시에 터널 절연막(102)과 컨트롤 게이트(120) 간의 거리(CEFH)를 확보하여 터널 절연막(102)이 컨트롤 게이트(120)와 가까운 경우 심해지는 싸이클링 문턱 전압 쉬프트(cycling Vt shift)를 감소시켜 터널 절연막(102)의 열화 특성을 개선할 수 있다.In addition, in order to secure the distance C EFH between the tunnel insulating film 102 and the control gate 120 related to the cycling characteristics, the height of the device isolation film 108 is increased before the dielectric film 110 is formed. However, by etching the device isolation layer 108 exposed through the groove formed in the dielectric layer 110 in a subsequent process, the height I EFH of the effective field oxide layer related to the interference phenomenon may be lowered. Accordingly, the present invention improves the interference phenomenon and secures the distance C EFH between the tunnel insulating film 102 and the control gate 120 to increase the cycling threshold voltage when the tunnel insulating film 102 is close to the control gate 120. Decreasing characteristics of the tunnel insulating layer 102 may be improved by reducing a cycling Vt shift.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device according to a second embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 플래시 메모리 소자의 통상적인 제조 방법에 의해 활성 영역(A)의 상부에는 터널 절연막(203) 및 제1 도전막(205)이 적층되고, 활성영역(A) 사이의 소자 분리 영역에는 소자 분리막(207)이 형성된 반도체 기판(201)이 제공된다. 활성 영역(A)의 상부에 터널 절연막(203) 및 제1 도전막(205)을 적층사고, 소자 분리 영역에 소자 분리막(207)을 형성하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 2a에서와 동일하다.Referring to FIG. 3A, a tunnel insulating film 203 and a first conductive film 205 are stacked on an active region A by a conventional method of manufacturing a flash memory device, and device isolation between the active regions A is performed. In the region, a semiconductor substrate 201 in which the device isolation film 207 is formed is provided. A detailed description of the method of stacking the tunnel insulating film 203 and the first conductive film 205 on the active region A and forming the device isolation film 207 in the device isolation region is the same as in FIG. 2A.

이와 같이 활성 영역(A)의 상부에 터널 절연막(203) 및 제1 도전막(205)이 적층되고, 소자 분리 영역에 소자 분리막(207)이 형성된 반도체 기판(201)이 제공된 후, 소자 분리막(207) 및 제1 도전막(205)의 표면에 유전체막(209)을 형성한 다. 유전체막(209)은 제1 산화막(209a), 질화막(209b) 및 제2 산화막(209c)(Oxide-Nitride-Oxide; ONO)이 적층된 구조로 형성될 수 있다.As described above, after the tunnel insulating film 203 and the first conductive film 205 are stacked on the active region A, and the semiconductor substrate 201 in which the device isolation film 207 is formed in the device isolation region is provided, the device isolation film ( 207 and a dielectric film 209 are formed on the surfaces of the first conductive film 205. The dielectric film 209 may have a structure in which a first oxide film 209a, a nitride film 209b, and a second oxide film 209c (Oxide-Nitride-Oxide; ONO) are stacked.

도 3b를 참조하면, 유전체막(209)의 표면에 캡핑막(211)을 더 형성한다. 캡핑막(211)은 후속 식각(etch) 공정, 세정(cleaning) 공정 및 스트립(strip) 공정에서 유전체막(209)이 직접 노출되지 않도록 유전체막(209)을 보호한다. 이와 더불어 캡핑막(211)은 컨트롤 게이트용 하부 도전막으로 사용될 수 있도록 도전막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 캡핑막(211)은 폴리 실리콘을 이용하여 형성할 수 있다. 캡핑막(211)을 구성하는 폴리 실리콘막은 인(Phosporous)등의 도펀트를 포함하는 도프트(dopped) 폴리 실리콘막인 것이 바람직하다. 이 때, 도프트 폴리 실리콘막은 1.0E20 atoms/cm3 내지 3.0E20 atoms/cm3의 도펀트를 포함하며, 50Å 내지200Å의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3B, a capping film 211 is further formed on the surface of the dielectric film 209. The capping layer 211 protects the dielectric layer 209 so that the dielectric layer 209 is not directly exposed in a subsequent etching process, a cleaning process, and a strip process. In addition, the capping film 211 is preferably formed of a conductive film so that the capping film 211 can be used as a lower conductive film for the control gate. The capping film 211 may be formed using polysilicon. The polysilicon film constituting the capping film 211 is preferably a doped polysilicon film containing a dopant such as phosphorous. At this time, the doped polysilicon film contains a dopant of 1.0E20 atoms / cm 3 to 3.0E20 atoms / cm 3 , and is preferably formed to a thickness of 50 kPa to 200 kPa.

이 후, 캡핑막(211)의 표면에 식각 베리어막(213)을 증착한다. 식각 베리어막(213)은 후속 식각 공정 후 소자 분리막(207)의 상부 및 제1 도전막(205)의 측벽에 형성된 캡핑막(209)을 노출시키되, 제1 도전막(205)의 상부에 형성된 캡핑막(205)을 보호할 수 있도록 스텝 커버리지 특성이 낮은 방법으로 증착되는 것이 바람직하다. 즉, 식각 베리어막(213)은 소자 분리막(207)의 상부 및 제1 도전막(205)의 측벽에서보다 제1 도전막(205)의 정상부(top) 상에서 더 두껍게 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위하여 식각 베리어막(213)은 플라즈마(Plasma) 방식으로 증착할 수 있다. 또한 식각 베리어막(213)은 별도의 제거 공정 없이 후속 공정 을 이용하여 제거하기 용이한 물질을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 식각 베리어막(213)은 산화막으로 형성하는 것이 바람직하며, 보다 상세히는 PE(Plasma Enhanced)-산화막으로 형성하는 것이 바람직하다.Thereafter, an etching barrier film 213 is deposited on the capping film 211. The etching barrier layer 213 exposes the capping layer 209 formed on the upper side of the device isolation layer 207 and the sidewalls of the first conductive layer 205 after the subsequent etching process, and is formed on the first conductive layer 205. In order to protect the capping film 205, it is preferable to deposit the method with low step coverage characteristics. That is, the etching barrier layer 213 may be formed thicker on the top of the first conductive layer 205 than on the top of the device isolation layer 207 and the sidewall of the first conductive layer 205. To this end, the etching barrier film 213 may be deposited by a plasma method. In addition, the etching barrier layer 213 is preferably formed using a material that is easy to remove using a subsequent process without a separate removal process. To this end, the etching barrier film 213 is preferably formed of an oxide film, and more preferably, formed of a PE (Plasma Enhanced) -oxide film.

PE-산화막은 350℃ 내지 450℃의 온도에서 SiH4가스와 O2가스를 혼합하여 챔버내에 주입하고, He 또는 Ar을 케리어 가스(carrier gas)로 하는 플라즈마를 이용하여 형성할 수 있다.The PE-oxide film may be formed by mixing SiH 4 gas and O 2 gas at a temperature of 350 ° C. to 450 ° C. and injecting it into a chamber, using plasma having He or Ar as a carrier gas.

도 3c를 참조하면, 소자 분리막(207)의 상부에 형성된 캡핑막(209) 및 제1 도전막(205)의 측벽에 형성된 캡핑막(209)이 노출되도록 식각 베리어막(213)을 식각한다. 제1 도전막(205)의 정상부 상부에 형성된 식각 베리어막(213)은 제1 도전막(205)의 측벽 및 소자 분리막(207)의 상부에 형성된 식각 베리어막(213)보다 상대적으로 두껍게 형성되었으므로 제거되지 않고 남는다. 식각 베리어막(213)은 불산(HF) 또는 BOE(buffer oxide etchant)를 이용하여 식각할 수 있다.Referring to FIG. 3C, the etching barrier layer 213 is etched to expose the capping layer 209 formed on the device isolation layer 207 and the capping layer 209 formed on the sidewall of the first conductive layer 205. Since the etch barrier layer 213 formed on the top of the first conductive layer 205 is formed relatively thicker than the etch barrier layer 213 formed on the sidewall of the first conductive layer 205 and the device isolation layer 207. Not removed. The etching barrier layer 213 may be etched using hydrofluoric acid (HF) or buffer oxide etchant (BOE).

도 3d를 참조하면, 도 3c에서 노출된 소자 분리막(207) 상부의 캡핑막(211)을 식각하여 소자 분리막(207) 상부의 유전체막(209)을 노출시킨다. 캡핑막(211) 식각시, 잔여하는 식각 베리어막(213) 하부의 캡핑막(211)은 식각 베리어막(213)에 의해 보호되므로 제거되지 않는다. 이에 따라 캡핑막(211)의 식각 공정 후 소자 분리막(207) 상부의 유전체막(209)이 노출되며, 식각 베리어막(213)으로 보호되는 캡핑막(211) 하부의 유전체막(209)은 노출되지 않는다. 즉, 제1 도전막(205)의 정상부 상부 및 제1 도전막(205)의 측벽에 형성된 유전체막(209)은 노출되지 않는다. 폴리 실리콘으로 형성된 캡핑막(211)은 SF6가스 및 O2가스의 혼합가스, Cl2가스 및 O2가스의 혼합가스와, SF6가스, Cl2가스 및 O2가스의 혼합가스 중 어느 하나의 혼합 가스를 이용하여 식각할 수 있다.Referring to FIG. 3D, the capping film 211 on the device isolation film 207 exposed in FIG. 3C is etched to expose the dielectric film 209 on the device isolation film 207. When the capping layer 211 is etched, the capping layer 211 below the remaining etching barrier layer 213 is protected by the etching barrier layer 213 and thus is not removed. Accordingly, after the capping layer 211 is etched, the dielectric layer 209 on the device isolation layer 207 is exposed, and the dielectric layer 209 under the capping layer 211 protected by the etching barrier layer 213 is exposed. It doesn't work. That is, the dielectric film 209 formed on the top of the first conductive film 205 and on the sidewalls of the first conductive film 205 is not exposed. The capping film 211 formed of polysilicon may be any one of a mixed gas of SF 6 gas and O 2 gas, a mixed gas of Cl 2 gas and O 2 gas, and a mixed gas of SF 6 gas, Cl 2 gas and O 2 gas. It can be etched using a mixed gas of.

도 3e를 참조하면, 도 3d에서 상술한 캡핑막(211) 식각 공정 후 노출된 소자 분리막(207) 상부의 유전체막(209)을 식각하여 유전체막(209)에 홈(210)을 형성한다. 홈(210)을 형성하기 위한 식각 공정은 건식 식각으로 실시될 수 있다. 이 때, 소자 분리막(207)의 상부에 형성된 유전체막(209)의 일부 또는 전부가 식각될 수 있다. 이러한 유전체막(209)의 식각으로 유전체막(209)의 제1 산화막(209a)을 노출시키거나, 유전체막(209)을 관통하여 소자 분리막(207)을 노출시키는 홈(210)이 정의된다. 또한 유전체막(209) 식각시, 잔여하는 식각 베리어막(213)이 식각된다. 홈(210) 형성을 위한 식각 공정 진행시 폴리 실리콘막으로 이루어진 캡핑막(211)은 제1 도전막(205)의 정상부 및 측벽에 형성된 유전체막(209)이 식각되지 않도록 보호한다.Referring to FIG. 3E, the groove 210 is formed in the dielectric layer 209 by etching the dielectric layer 209 on the exposed device isolation layer 207 after the capping layer 211 etching process described above with reference to FIG. 3D. An etching process for forming the groove 210 may be performed by dry etching. In this case, part or all of the dielectric film 209 formed on the device isolation layer 207 may be etched. The groove 210 for exposing the first oxide layer 209a of the dielectric layer 209 or through the dielectric layer 209 to expose the device isolation layer 207 by etching the dielectric layer 209 is defined. In addition, when the dielectric film 209 is etched, the remaining etch barrier film 213 is etched. During the etching process for forming the groove 210, the capping layer 211 made of a polysilicon layer protects the dielectric layer 209 formed on the top and sidewalls of the first conductive layer 205 from being etched.

도 3f를 참조하면, 홈(210) 저면의 폭을 넓히기 위해 습식 식각 공정을 더 실시한다. 이로써, 유전체막(209)의 제1 산화막(209a)이 식각될 뿐 아니라, 제2 산화막(209c)이 식각된다. 이로써, 홈(210) 측벽에서 질화막(209b)은 제1 및 제2 산화막(209a, 209c)보다 돌출된 형태로 남게 된다. 즉, 홈(210) 측벽에 요철(凹凸)이 형성된다. 이와 같이 홈(210) 저면의 폭을 넓힘으로써, 후속 공정에서 홈(210) 내부에 형성될 제2 도전막의 저면에 첨점이 발생하는 것을 방지할 수 있 다. 그 결과 본 발명은 플래시 메모리 소자 구동시 제2 도전막에 형성된 첨점에 전하(charge)가 집중되어 전계(Electric field)가 집중되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 습식 식각 공정을 실시함으로써 캡핑막(211)의 상부에 잔여할 수 있는 식각 베리어막(213)이 완전히 제거된다. 캡핑막(211)은 홈(210) 저면의 폭을 넓히기 위한 식각 공정 진행시 제1 도전막(205)의 정상부 및 측벽에 형성된 유전체막(209)이 식각되지 않도록 보호한다. 또한, 습식 식각 공정을 실시함으로써, 홈(210) 하부의 소자 분리막(207)이 식각되어 소자 분리막(207)에 제2 트렌치(213)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3F, a wet etching process is further performed to widen the bottom of the groove 210. As a result, not only the first oxide film 209a of the dielectric film 209 is etched, but also the second oxide film 209c is etched. As a result, the nitride film 209b is formed to protrude from the first and second oxide films 209a and 209c on the sidewall of the groove 210. That is, unevenness is formed in the sidewall of the groove 210. By widening the width of the bottom surface of the groove 210 as described above, it is possible to prevent the occurrence of a peak on the bottom surface of the second conductive film to be formed inside the groove 210 in a subsequent process. As a result, the present invention can prevent a phenomenon in which electric charge is concentrated by accumulating charges on the dots formed in the second conductive layer when the flash memory device is driven. In addition, by performing the wet etching process, the etching barrier film 213 that may remain on the capping film 211 is completely removed. The capping layer 211 protects the dielectric layer 209 formed on the top and sidewalls of the first conductive layer 205 from being etched during the etching process for increasing the width of the bottom surface of the groove 210. In addition, by performing a wet etching process, the device isolation layer 207 under the groove 210 may be etched to form a second trench 213 in the device isolation layer 207.

도 3g를 참조하면, 캡핑막(211)의 상부에 홈(210) 및 제2 트렌치(213)를 매립하는 제2 도전막(215)을 형성한다. 제2 도전막(215)은 컨트롤 게이트용 도전막으로서, 홈(210) 및 제1 도전막(205) 사이의 공간을 매립하도록 충분한 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 도전막(215)은 도프트(dopped) 폴리 실리콘막으로 형성할 수 있다. 이 때, 도프트 폴리 실리콘막은 1.0E20 atoms/cm3 내지 3.0E20 atoms/cm3의 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전막(205)의 사이에 형성된 제2 도전막(215)의 저면은 유전체막(209)에 형성된 홈(210) 및 제2 트렌치(213)를 통해 낮게 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3G, a second conductive layer 215 filling the groove 210 and the second trench 213 is formed on the capping layer 211. The second conductive film 215 is a control gate conductive film, and is preferably formed to a sufficient thickness so as to fill the space between the groove 210 and the first conductive film 205. In addition, the second conductive layer 215 may be formed of a doped polysilicon layer. At this time, the doped polysilicon film may contain a dopant of 1.0E20 atoms / cm 3 to 3.0E20 atoms / cm 3 . The bottom surface of the second conductive layer 215 formed between the first conductive layer 205 may be formed to be lower through the groove 210 and the second trench 213 formed in the dielectric layer 209.

이후, 통상적인 식각 공정에 의해 제2 도전막(215), 캡핑막(211), 유전체막(209) 및 제1 도전막(205)을 소자 분리막(207)과 교차하는 방향으로 패터닝한다. 이로써, 소자 분리막(207)과 나란한 방향으로 연결되어 있던 제1 도전막(205)은 다 수의 패턴으로 분리된다. 이로써 제1 도전막(205)으로 이루어진 플로팅 게이트와 캡핑막(211) 및 제2 도전막(215)으로 이루어진 컨트롤 게이트가 형성되어, 플로팅 게이트(205), 유전체막(209),및 컨트롤 게이트(211, 215)가 적층된 게이트 패턴이 형성된다.Thereafter, the second conductive layer 215, the capping layer 211, the dielectric layer 209, and the first conductive layer 205 are patterned in a direction crossing the device isolation layer 207 by a conventional etching process. As a result, the first conductive film 205 connected in parallel with the device isolation film 207 is separated into a plurality of patterns. As a result, a floating gate composed of the first conductive layer 205 and a control gate composed of the capping layer 211 and the second conductive layer 215 are formed to form the floating gate 205, the dielectric layer 209, and the control gate ( A gate pattern in which 211 and 215 are stacked is formed.

이와 같이 본 발명의 제2 실시예에서는 본 발명의 제1 실시 예에서와 마찬가지로 유전체막(209)의 홈(210) 및 제2 트렌치(213)의 높이의 합만큼 제2 도전막(215)의 저면을 낮출 수 있으므로 제1 도전막(205) 사이의 유전 상수 값을 낮출 수 있다. 이로써 제1 도전막(205) 사이의 기생 커패시턴스(capacitance)를 낮추어 인접한 셀 간의 간섭(interference) 현상을 최소화할 수 있다. As described above, in the second embodiment of the present invention, as in the first embodiment of the present invention, the second conductive film 215 is formed by the sum of the heights of the grooves 210 and the second trenches 213 of the dielectric film 209. Since the bottom surface may be lowered, the dielectric constant value between the first conductive layers 205 may be lowered. As a result, parasitic capacitance between the first conductive layer 205 may be lowered to minimize interference between adjacent cells.

또한, 본 발명의 제2 실시 예에서는 싸이클링 특성과 관련된 터널 절연막(203)과 제2 도전막(215) 간의 거리(CEFH)를 확보하기 위해 유전체막(209)을 형성하기 전 소자 분리막(207)의 높이를 높게 형성하더라도 후속 공정에서 유전체막(209)에 형성된 홈을 통해 노출된 소자 분리막(207)을 식각함으로써 간섭 현상과 관련된 유효 필드 산화막의 높이(IEFH)를 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명은 간섭 현상의 개선과 동시에 터널 절연막(203)과 제2 도전막(215) 간의 거리(CEFH)를 확보하여 터널 절연막(203)이 제2 도전막(215)과 가까운 경우 심해지는 싸이클링 문턱 전압 쉬프트(cycling Vt shift)를 감소시켜 터널 절연막(203)의 열화 특성을 개선할 수 있다.In addition, in the second embodiment of the present invention, the element isolation film 207 before forming the dielectric film 209 to secure the distance C EFH between the tunnel insulating film 203 and the second conductive film 215 related to the cycling characteristics. Even if the height of the () is increased, the height I EFH of the effective field oxide film related to the interference phenomenon may be lowered by etching the device isolation film 207 exposed through the groove formed in the dielectric film 209 in a subsequent process. Therefore, the present invention improves the interference phenomenon and secures the distance C EFH between the tunnel insulating film 203 and the second conductive film 215, and thus becomes worse when the tunnel insulating film 203 is close to the second conductive film 215. By reducing the cycling threshold voltage shift (cycling Vt shift) can improve the degradation characteristics of the tunnel insulating film 203.

이와 더불어 본 발명의 제2 실시 예에서는 유전체막(209)에 홈(210)을 형성 하기 위해 식각 베리어막(213)을 제1 도전막(205)의 정상부에만 잔여시키므로 홈(210) 형성 후 제1 도전막(205)의 측벽에 남는 식각 베리어막(213)을 제거할 필요가 없다. 이에 따라 소자 분리막(209)이 홈(210) 형성 후 식각될 염려가 없으므로 소자 분리막(207)의 높이 조절이 용이해진다. 보다 상세히 하면, 소자 분리막(207)은 유전체막(209)에 형성된 홈(210)을 통해 노출될 수 있다. 제1 도전막(205)의 측벽에 식각 베리어막(213)이 남아 있는 경우, 홈(21)을 통해 소자 분리막(207)이 노출된 상태에서 제1 도전막(205)의 측벽에 잔여하는 식각 베리어막(213)을 제거해야 한다. 이 경우 홈(210)을 통해 노출된 소자 분리막(207)이 식각될 수 있으므로 소자 분리막(207)의 높이를 조절하기 어려워진다. 그러나 본 발명에서 식각 베리어막(213)은 홈(210)을 형성하기 까지의 일련의 공정을 통해 제거될 수 있으므로 소자 분리막(207)의 높이 조절이 용이해진다.In addition, in the second embodiment of the present invention, in order to form the grooves 210 in the dielectric film 209, the etching barrier film 213 is left only at the top of the first conductive film 205. It is not necessary to remove the etching barrier film 213 remaining on the sidewall of the first conductive film 205. Accordingly, since the device isolation layer 209 may not be etched after the groove 210 is formed, height adjustment of the device isolation layer 207 may be easily performed. In more detail, the device isolation layer 207 may be exposed through the groove 210 formed in the dielectric layer 209. When the etch barrier layer 213 remains on the sidewall of the first conductive layer 205, the etch remaining on the sidewall of the first conductive layer 205 while the device isolation layer 207 is exposed through the groove 21. Barrier film 213 should be removed. In this case, since the device isolation layer 207 exposed through the groove 210 may be etched, it is difficult to adjust the height of the device isolation layer 207. However, in the present invention, since the etch barrier layer 213 may be removed through a series of processes up to the formation of the groove 210, height adjustment of the device isolation layer 207 is easy.

또한 본 발명은 유전체막(209)에 홈(210)을 형성한 후, 홈(210) 저면의 폭을 확대하기 위한 식각 공정을 실시함으로써 제2 도전막(213)의 저면에 첨점이 발생하여 첨점으로 전계가 집중되는 현상을 개선할 수 있다.In addition, according to the present invention, after the groove 210 is formed in the dielectric film 209, an etching process is performed to increase the width of the bottom surface of the groove 210. This can improve the concentration of the electric field.

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 1은 종래 기술에 따른 플래시 메모리 소자를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a flash memory device according to the prior art.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device according to a first embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 플래시 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash device according to a second embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100, 201 : 반도체 기판 102, 203 : 터널 절연막100, 201: semiconductor substrate 102, 203: tunnel insulating film

104, 205 : 제1 도전막 106 : 제1 트렌치 104, 205: first conductive film 106: first trench

108, 207 : 소자 분리막 110, 209 : 유전체막108, 207: device isolation film 110, 209: dielectric film

115, 210 : 홈 112, 211 : 캡핑막115, 210: Groove 112, 211: Capping film

114, 213 : 식각 베리어막 116, 213 : 제2 트렌치114,213: etching barrier film 116,213: second trench

118, 215 : 제2 도전막 118, 215: second conductive film

Claims (36)

반도체 기판의 소자 분리 영역에 형성된 소자 분리막;An isolation layer formed in the isolation region of the semiconductor substrate; 상기 반도체 기판의 활성 영역에 형성된 터널 절연막;A tunnel insulating film formed in an active region of the semiconductor substrate; 상기 터널 절연막 상에 형성된 제1 도전막;A first conductive film formed on the tunnel insulating film; 상기 제1 도전막 및 상기 소자 분리막의 표면을 따라 형성된 유전체막;A dielectric film formed along surfaces of the first conductive film and the device isolation film; 상기 유전체막의 표면을 따라 형성된 캡핑막;A capping film formed along a surface of the dielectric film; 상기 캡핑막 및 상기 유전체막을 관통하여 상기 소자 분리막의 상부에 형성된 홈;A groove formed in the upper portion of the device isolation layer through the capping layer and the dielectric layer; 상기 홈 하부의 상기 소자 분리막에 형성된 트렌치; 및A trench formed in the device isolation layer below the groove; And 상기 트렌치 및 상기 홈을 채우며 상기 유전체막 상에 형성된 제2 도전막을 포함하며,A second conductive layer filling the trench and the groove and formed on the dielectric layer, 상기 유전체막을 관통하는 상기 홈 일부의 폭은 상기 캡핑막을 관통하는 상기 홈 일부의 폭 보다 더 넓게 형성된 플래시 메모리 소자.And a width of a portion of the groove penetrating the dielectric film is wider than a width of the portion of the groove penetrating the capping film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소자 분리막은 상기 반도체 기판의 활성 영역의 표면보다 높고, 상기 제1 도전막의 표면보다 낮게 형성되는 플래시 메모리 소자.And the device isolation layer is formed higher than the surface of the active region of the semiconductor substrate and lower than the surface of the first conductive layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 홈이 상기 소자 분리막의 중앙 상부에 형성되는 플래시 메모리 소자.And the groove is formed on the center of the device isolation layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치는 상기 소자 분리막의 중앙에 형성되는 플래시 메모리 소자.The trench is a flash memory device formed in the center of the isolation layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치는 적어도 상기 반도체 기판의 활성 영역 표면의 높이에 대응되는 깊이까지 형성되는 플래시 메모리 소자. And the trench is formed to a depth corresponding to at least a height of a surface of an active region of the semiconductor substrate. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체막은 제1 산화막, 질화막 및 제2 산화막의 적층구조로 형성되며,The dielectric film is formed of a laminated structure of a first oxide film, a nitride film and a second oxide film, 상기 홈을 통해 노출된 상기 질화막은 상기 홈을 통해 노출된 상기 제1 및 제2 산화막에 비해 돌출되게 형성된 플래시 메모리 소자.And the nitride film exposed through the groove is formed to protrude relative to the first and second oxide films exposed through the groove. 소자 분리 영역에는 소자 분리막이 형성되고, 활성 영역에는 터널 절연막 및 제1 도전막의 적층막이 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계;Providing a semiconductor substrate having a device isolation film formed in the device isolation region, and a stacked film of a tunnel insulating film and a first conductive film formed in the active region; 상기 소자 분리막 및 상기 제1 도전막의 표면을 따라 유전체막을 형성하는 단계;Forming a dielectric film along surfaces of the device isolation film and the first conductive film; 상기 유전체막의 표면 상부에 캡핑막을 형성하는 단계;Forming a capping film on an upper surface of the dielectric film; 상기 소자 분리막 상부의 상기 캡핑막 및 상기 유전체막을 식각하여 홈을 형성하는 단계;Etching the capping layer and the dielectric layer on the device isolation layer to form a groove; 상기 홈을 통해 노출된 상기 유전체막을 식각하여 상기 홈 저면의 폭을 넓히는 단계;Etching the dielectric film exposed through the groove to widen the width of the bottom of the groove; 상기 홈을 통해 노출된 상기 소자 분리막을 식각하여 상기 소자 분리막에 트렌치를 형성하는 단계; 및Etching the device isolation layer exposed through the groove to form a trench in the device isolation layer; And 상기 트렌치 및 상기 홈을 채우도록 상기 유전체막 상에 제2 도전막을 형성하는 단계를 포함하는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.And forming a second conductive layer on the dielectric layer to fill the trench and the groove. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 소자 분리막은 상기 반도체 기판의 활성 영역의 표면보다 높고, 상기 제1 도전막의 표면보다 낮게 형성되는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.And the device isolation layer is formed higher than the surface of the active region of the semiconductor substrate and lower than the surface of the first conductive layer. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 홈이 상기 소자 분리막의 중앙 상부에 형성되는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.And the groove is formed on the center of the device isolation layer. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 트렌치는 상기 소자 분리막의 중앙에 형성되는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.And the trench is formed in the center of the device isolation layer. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 트렌치는 적어도 상기 반도체 기판의 활성 영역 표면의 높이에 대응되는 깊이까지 형성되는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.And the trench is formed to a depth corresponding to at least a height of a surface of an active region of the semiconductor substrate. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 유전체막은 플라즈마화학기상증착(PECVD) 방식으로 형성되는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.The dielectric film is formed by a plasma chemical vapor deposition (PECVD) method of manufacturing a flash memory device. 삭제delete 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 캡핑막은 플라즈마화학기상증착(PECVD) 방식으로 형성되는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.The capping film is a method of manufacturing a flash memory device formed by a plasma chemical vapor deposition (PECVD) method. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 캡핑막은 폴리실리콘막으로 형성되는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.And the capping film is formed of a polysilicon film. 삭제delete 삭제delete 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 트렌치를 형성하는 단계와 상기 제2 도전막을 형성하는 단계 사이에 상 기 반도체 기판 상에 잔류되는 카본 성분을 제거하기 위하여 세정 공정 또는 플라즈마 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.And performing a cleaning process or a plasma process to remove the carbon component remaining on the semiconductor substrate between the trench forming step and the second conductive film forming step. . 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 홈을 형성하는 단계는Forming the grooves 상기 캡핑막의 상부에 식각 베리어막을 형성하는 단계;Forming an etching barrier layer on the capping layer; 상기 제1 도전막의 정상부(top) 상부에 상기 식각 베리어막이 남도록 상기 제1 도전막의 측벽 및 상기 소자 분리막의 상부에 형성된 상기 식각 베리어막을 제거하는 단계;Removing the etch barrier layer formed on the sidewall of the first conductive layer and the device isolation layer so that the etch barrier layer remains on the top of the first conductive layer; 상기 소자 분리막 상부의 상기 캡핑막을 제거하여 상기 유전체막을 노출시키는 단계; 및Removing the capping layer on the device isolation layer to expose the dielectric layer; And 상기 유전체막의 노출된 영역을 제거하는 단계를 포함하는 플래시 메모리 소자의 제조 방법.Removing the exposed region of the dielectric film. 삭제delete 삭제delete 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 캡핑막을 제거하는 단계는 SF6가스 및 O2가스의 혼합가스, Cl2가스 및 O2가스의 혼합가스와, SF6가스, Cl2가스 및 O2가스의 혼합가스 중 어느 하나의 혼합 가스를 이용하여 실시되는 플래시 메모리 소자의 제조방법.The capping film may be removed by mixing a mixture gas of SF 6 gas and O 2 gas, a mixed gas of Cl 2 gas and O 2 gas, and a mixed gas of SF 6 gas, Cl 2 gas and O 2 gas. Method for manufacturing a flash memory device carried out using. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 식각 베리어막은 상기 제1 도전막의 측벽 및 상기 소자 분리막의 상부에서보다 상기 제1 도전막의 정상부 상부에서 더 두껍게 형성되는 플래시 메모리 소자의 제조방법.The etching barrier layer may be formed thicker at an upper portion of the first conductive layer than at a sidewall of the first conductive layer and an upper portion of the device isolation layer. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 식각 베리어막은 PE-산화막으로 형성하는 플래시 메모리 소자의 제조방법.The etching barrier film is a method of manufacturing a flash memory device formed of a PE-oxide film. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 유전체막을 제거하는 단계에서 잔여하는 상기 식각 베리어막이 식각되는 플래시 메모리 소자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the remaining etching barrier layer is etched by removing the dielectric layer. 삭제delete 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 홈의 저면의 폭을 넓히는 단계는 상기 소자 분리막에 트렌치를 형성하는 단계와 동시에 실시되는 플래시 메모리 소자의 제조방법.The widening of the bottom surface of the groove is performed simultaneously with the step of forming a trench in the device isolation layer. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 홈의 저면의 폭을 넓히는 단계는 습식 식각 공정을 이용하여 실시하는 플래시 메모리 소자의 제조방법.The step of widening the width of the bottom of the groove is a method of manufacturing a flash memory device using a wet etching process. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 홈의 저면의 폭을 넓히는 단계에서 상기 식각 베리어막이 완전히 제거되는 플래시 메모리 소자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the etching barrier layer is completely removed in the step of widening the bottom of the groove.
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