KR20000001395A - Method of fabricating non-volatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비휘발성 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셀 트랜지스터의 펀치쓰루우(punch-through) 마진을 확보하고 메모리 셀 어레이의 전 영역에서 매몰형 N+확산층을 균일하게 형성할 수 있는 NOR형 플랫-셀(flat-cell) 마스크 롬(Mask ROM)의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a nonvolatile memory device, and more particularly, to secure punch-through margins of a cell transistor and to form a buried N + diffusion layer uniformly in all regions of a memory cell array. The present invention relates to a method of manufacturing a NOR type flat-cell mask ROM.
반도체 메모리 장치는 DRAM(dynamic random access memory) 및 SRAM(static random access memory)과 같이 시간이 지남에 따라 데이터를 잃어버리는 휘발성(volatile)이면서 데이터의 입·출력이 빠른 RAM 제품과, 한번 데이터를 입력하면 그 상태를 유지할 수 있지만 데이터의 입·출력이 느린 ROM(read only memory) 제품으로 크게 구분할 수 있다.Semiconductor memory devices, such as dynamic random access memory (DRAM) and static random access memory (SRAM), are volatile and fast data input / output that loses data over time, and data is input once. If you do this, you can maintain the status, but it can be divided into ROM (read only memory) products with slow data input and output.
이러한 ROM 제품 중에서, 마스크 롬의 셀 구조는 크게 NOR형과 NAND형으로 분류되는데, 4Mb급 및 16Mb급의 마스크 롬에서는 고집적화에 유리한 NAND형 셀 구조를 채택하고 있다. 종래의 NOR형 셀은 높은 셀 전류에 따른 고속화가 용이하지만 셀 면적이 커지는 단점이 있고, NAND형 셀은 셀 전류는 작지만 셀 면적이 작아 높은 집적도를 구현할 수 있다는 큰 장점을 갖는다. 이에 따라, 종래에는 고집적화에 유리한 NAND형 셀 구조를 주로 채택하고 있다.Among these ROM products, the cell structure of the mask ROM is largely classified into NOR type and NAND type. In the ROM ROM of 4Mb and 16Mb class, the NAND cell structure which is advantageous for high integration is adopted. Conventional NOR-type cells are easy to speed up due to high cell current, but have a disadvantage in that the cell area becomes large, and NAND-type cells have a big advantage that a small cell current but a small cell area can realize high integration. Accordingly, conventionally, the NAND type cell structure which is advantageous for high integration is mainly adopted.
그러나, 최근에는 상기 NOR형 셀의 장점을 유지하면서 NAND형 셀처럼 작게 만들 수 있는 NOR형 플랫-셀 (셀 어레이 내에 소자분리를 위한 필드 산화막이 없는 구조의 셀)이 개발되었다. 이러한 NOR형 플랫-셀은 높은 셀 전류와 셀 균일성(uniformity)으로 인한 고속화 및 저전압화가 가능할 뿐만 아니라, 하나의 셀에 여러 개의 정보를 저장하는 멀티-비트 셀(multi-bit cell; MBC) 또는 멀티-레벨 셀(multi-level cell; MLC)의 개발을 용이하게 한다.Recently, however, NOR-type flat-cells (cells without a field oxide layer in the cell array for device isolation) have been developed that can be made as small as NAND-type cells while maintaining the advantages of the NOR-type cells. This NOR type flat-cell is not only capable of high speed and low voltage due to high cell current and cell uniformity, but also a multi-bit cell (MBC) storing multiple pieces of information in one cell or Facilitate the development of multi-level cells (MLC).
도 1은 통상적인 NOR형 플랫-셀 마스크 롬의 평면도이다.1 is a plan view of a conventional NOR type flat-cell mask ROM.
도 1을 참조하면, 종래의 NOR형 플랫-셀 마스크 롬은 반도체 기판의 표면에 셀 트랜지스터의 소오스/드레인으로 제공되는 다수의 매몰형 N+확산층(16)이 세로 방향으로 신장하면서 가로 방향으로 반복되고, 셀 트랜지스터의 게이트 전극으로 제공되는 다수의 워드라인(word-line)(20)이 상기 매몰형 N+확산층(16)에 직교 및 중첩하면서 반복적으로 신장하는 매트릭스 구조의 메모리 셀 어레이를 갖는다.Referring to FIG. 1, a conventional NOR type flat-cell mask ROM is repeated in a horizontal direction while a plurality of buried N + diffusion layers 16 provided as a source / drain of a cell transistor on a surface of a semiconductor substrate extend in a vertical direction. And a plurality of word-lines 20, which serve as gate electrodes of the cell transistors, have a memory cell array of a matrix structure which extends orthogonally and overlaps the buried N + diffusion layer 16.
상술한 구조를 갖는 NOR형 플랫-셀 마스크 롬에서 단위 셀의 동작을 살펴보면, 선택된 워드라인에 일정 전압이 인가되고 비선택된 워드라인에 로우 레벨의 전압이 인가될 때 매몰형 N+확산층과 매몰형 N+확산층 사이의 채널 영역에서의 불순물 농도 차이에 의해 선택 워드라인의 전압보다 셀 트랜지스터의 문턱 전압(threshold voltage; Vth)이 낮으면 선택 셀이 턴-온(turn-on)되어 데이터 "1"을 출력한다. 이와 반대로, 선택 워드라인의 전압보다 셀 트랜지스터의 문턱 전압이 높으면 선택 셀이 턴-오프(turn-off)되어 데이터 "0"을 출력하게 된다.Referring to the operation of the unit cell in the NOR-type flat-cell mask ROM having the above-described structure, when the fixed voltage is applied to the selected word line and the low level voltage is applied to the unselected word line, the buried N + diffusion layer and the buried type If the threshold voltage (Vth) of the cell transistor is lower than the voltage of the select word line due to the difference in the impurity concentration in the channel region between the N + diffusion layers, the select cell is turned on and the data " 1 " Outputs On the contrary, if the threshold voltage of the cell transistor is higher than the voltage of the select word line, the select cell is turned off and outputs data "0".
플랫-셀 마스크 롬은 메모리 셀 어레이의 전 영역을 액티브 영역으로만 구성하므로 매몰형 N+확산층과 매몰형 N+확산층의 사이에 필드 산화막이 형성되지 않는다. 이러한 필드 산화막의 제거에 의해 셀 사이즈를 줄이고 공정 단순화를 이룰 수 있지만, 반면에 필드 산화막이 없기 때문에 워드라인이 덮이지 않는 매몰형 N+확산층과 매몰형 N+확산층 사이의 소자분리 특성이 취약해지는 문제가 있다. 또한, 플랫-셀 마스크 롬에 있어서 인접한 매몰형 N+확산층들 사이의 거리는 셀 트랜지스터의 채널 길이를 의미하므로, 채널 길이의 정의에 의한 셀 트랜지스터의 펀치쓰루우 마진 확보가 셀의 고집적화에 가장 중요한 변수가 된다. 따라서, 매몰형 N+확산층을 형성하는 공정, 즉 포토마스크를 사용하여 N형 불순물을 이온주입할 때 이온주입 영역을 결정하는 포토리소그라피 공정이 매우 중요하다.Since the flat-cell mask ROM comprises only the entire region of the memory cell array as the active region, no field oxide film is formed between the buried N + diffusion layer and the buried N + diffusion layer. To achieve a process simplification to reduce the size of cells by the removal of this field oxide film, but, on the other hand a field oxide film is not due to become a device isolation property between the buried word line not covered type N + diffusion layer and the buried type N + diffusion layer vulnerable there is a problem. In addition, in the flat-cell mask ROM, the distance between adjacent buried N + diffusion layers means the channel length of the cell transistor. Therefore, securing the punch-through margin of the cell transistor by the definition of the channel length is the most important variable for the high integration of the cell. Becomes Therefore, a process of forming a buried N + diffusion layer, that is, a photolithography process of determining an ion implantation region when ion implanting N-type impurities using a photomask is very important.
도 2 내지 도 4는 종래의 NOR형 플랫-셀 마스크 롬의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a conventional NOR type flat-cell mask ROM.
도 2를 참조하면, 통상적인 웰 형성공정에 의해 P_반도체 기판(10)의 소정 부위에 셀 트랜지스터 및 주변 회로부의 NMOS 트랜지스터가 형성되어질 P-웰을 형성한 후, 결과물의 상부에 열산화 공정을 실시하여 패드 산화막(11)을 형성한다. 상기 패드 산화막(11)의 상부에 산화 방지막으로서 실리콘 질화막(Si3N4)(12)을 저압 화학 기상 증착(low pressure chemical vapor deposition; LPCVD) 방법으로 형성한다. 포토리소그라피 공정 및 식각 공정으로 상기 실리콘 질화막(12)을 건식 식각하여 액티브 영역과 소자분리 영역을 정의한 다음, 결과물의 상부에 열산화 공정을 실시하여 필드 산화막(14)을 형성한다. 이때, 메모리 셀 어레이의 전 영역은 액티브 영역으로만 구성된다.Referring to FIG. 2, after forming a P-well in which a cell transistor and an NMOS transistor of a peripheral circuit part are to be formed in a predetermined portion of the P_ semiconductor substrate 10 by a conventional well forming process, a thermal oxidation process is formed on the resultant. The pad oxide film 11 is formed. A silicon nitride film (Si 3 N 4 ) 12 is formed on the pad oxide film 11 as an anti-oxidation film by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). The silicon nitride film 12 is dry-etched by a photolithography process and an etching process to define an active region and an isolation region, and then a thermal oxidation process is performed on the resultant to form the field oxide layer 14. At this time, the entire area of the memory cell array is composed only of the active area.
도 3을 참조하면, 상기 실리콘 질화막(12)을 제거한 후, 포토리소그라피 공정을 통해 P-웰 영역을 오픈시킨 후, N-필드 이온주입 및 NMOS 트랜지스터의 문턱 전압 조절용 이온주입을 차례로 실시한다. 이어서, 통상의 웰 형성공정에 의해 상기 기판(10)의 소정 부위에 주변 회로부의 PMOS 트랜지스터가 형성되어질 N-웰(도시하지 않음)을 형성한다. 포토리소그라피 공정을 통해 N웰 영역을 오픈시킨 후, P-필드 이온주입 및 PMOS 트랜지스터의 문턱 전압 조절용 이온주입 공정을 차례로 실시한다.Referring to FIG. 3, after the silicon nitride film 12 is removed, the P-well region is opened through a photolithography process, and then N-field ion implantation and ion implantation for adjusting the threshold voltage of the NMOS transistor are sequentially performed. Subsequently, an N-well (not shown) in which a PMOS transistor of a peripheral circuit part is to be formed is formed in a predetermined portion of the substrate 10 by a normal well forming process. After opening the N well region through a photolithography process, an ion implantation process for adjusting the threshold voltage of the P-field ion implantation and the PMOS transistor is sequentially performed.
도 4를 참조하면, 상기 결과물의 상부에 포토레지스트막을 도포한 후, 이를 노광 및 현상하여 포토레지스트막 패턴(15)을 형성한다. 상기 포토레지스트막 패턴(15)을 이온주입 마스크로 이용하여 N형 불순물, 예컨대 비소(As)를 50keV의 에너지와 1.0E15 #/cm2의 도즈로 이온주입하여 셀 트랜지스터의 소오스/드레인으로 제공되는 매몰형 N+확산층(16)을 형성한다.Referring to FIG. 4, after the photoresist film is coated on the resultant, the photoresist film pattern 15 is formed by exposing and developing the photoresist film. N-type impurities such as arsenic (As) are ion-implanted with energy of 50 keV and a dose of 1.0E15 # / cm 2 using the photoresist film pattern 15 as an ion implantation mask to provide a source / drain of a cell transistor. An investment type N + diffusion layer 16 is formed.
이어서, 상기 포토레지스트막 패턴(15)을 제거한 후, 기판(10)의 상부에 게이트 산화막(도시하지 않음)을 성장시킨다. 상기 게이트 산화막의 상부에 도전층을 증착하고 이를 패터닝함으로써 워드라인으로 제공되는 셀 트랜지스터의 게이트 전극 및 주변 회로 트랜지스터의 게이트 전극(도시하지 않음)을 형성한다.Subsequently, after the photoresist film pattern 15 is removed, a gate oxide film (not shown) is grown on the substrate 10. By depositing and patterning a conductive layer on the gate oxide layer, a gate electrode of a cell transistor provided as a word line and a gate electrode (not shown) of a peripheral circuit transistor are formed.
상술한 종래 방법에 의하면, 도 4의 매몰형 N+확산층을 형성하기 위한 포토리소그라피 공정에서 포토레지스트막 패턴(15)과 포토레지스트막 패턴(15) 간의 스페이스(space)가 매몰형 N+확산층(16)이 되며, 포토레지스트막 패턴(15)에 의해 덮여지는 영역은 셀 트랜지스터의 채널 영역이 된다. 셀 트랜지스터의 펀치쓰루우 마진을 확보하기 위해서는 채널 길이를 증가시켜야 하므로, 매몰형 N+확산층(16)의 폭, 즉 포토레지스트막 패턴(15)들 간의 스페이스를 최대한 줄여야 한다. 그러나, 이러한 포토레지스트막 패턴(15)들 간의 스페이스는 포토리소그라피 공정의 한계 해상도 이하로 줄일 수 없으며, 더욱이 도 5에 도시한 바와 같이 포토레지스트막 패턴(15)의 하부가 언더컷(under-cut)되는 현상이 발생하여 상기 스페이스의 임계 치수(critical dimension; CD)가 커지게 된다. 이에 따라, 매몰형 N+확산층(16)의 폭이 증가하여 셀 트랜지스터의 펀치쓰루우 마진이 더욱 취약해진다. 이와 같이 포토레지스트막 패턴의 하부가 언더컷되는 이유는 매몰형 N+확산층을 형성하기 위한 포토리소그라피 공정시 N형 불순물 이온주입의 버퍼층으로서 기판의 상부에 형성되는 산화막과 같은 절연막에 의해 입사광이 반사 및 산란되면서 포토레지스트막 패턴의 하부에 부분적인 노광 간섭이 일어났기 때문이다. 이를 해결하기 위하여 기판의 상부에 아무 막질이 없는 배어(bare) 상태나 산화막을 600Å 이상의 두께로 형성한 상태에서 포토리소그라피 공정을 진행할 수 있으나, 전자의 경우 이온주입에 의한 기판의 손상과 포토레지스트막의 오염에 의한 신뢰성 문제가 야기될 수 있다. 후자의 경우에는 N형 불순물의 이온주입 에너지를 높여야 하므로 매몰형 N+확산층이 측면 방향으로 넓어져서 상기한 언더컷 현상에 대한 개선 효과를 얻지 못하게 된다.According to the conventional method described above, in the photolithography process for forming the buried N + diffusion layer of FIG. 4, the space between the photoresist film pattern 15 and the photoresist film pattern 15 is buried N + diffusion layer ( 16), and the region covered by the photoresist film pattern 15 becomes the channel region of the cell transistor. In order to secure the punch-through margin of the cell transistor, the channel length must be increased, and thus the width of the buried N + diffusion layer 16, that is, the space between the photoresist layer patterns 15 should be reduced as much as possible. However, the space between the photoresist film patterns 15 cannot be reduced below the limit resolution of the photolithography process, and as shown in FIG. 5, the lower portion of the photoresist film pattern 15 is under-cut. The phenomenon occurs that the critical dimension (CD) of the space becomes large. As a result, the width of the buried N + diffusion layer 16 is increased to further weaken the punch-through margin of the cell transistor. The reason why the lower portion of the photoresist film pattern is undercut is that incident light is reflected and reflected by an insulating film such as an oxide film formed on the substrate as an N-type impurity ion implantation buffer layer during the photolithography process for forming the buried N + diffusion layer. This is because partial exposure interference occurs under the photoresist film pattern while being scattered. In order to solve this problem, the photolithography process may be performed in a bare state without any film on the substrate or in a state where an oxide film is formed to a thickness of 600 Å or more. Contamination may cause reliability problems. In the latter case, since the ion implantation energy of the N-type impurity must be increased, the buried N + diffusion layer is widened in the lateral direction so that the improvement effect on the undercut phenomenon cannot be obtained.
또한, 플랫-셀 마스크 롬은 메모리 셀 어레이의 전 영역이 액티브 영역으로 구성되어 있으므로, 매몰형 N+확산층의 형성을 위한 포토리소그라피 공정시 도 6에 도시한 바와 같이 메모리 셀 어레이의 중심부와 엣지부 간에 필드 산화막(14)의 단차로 인하여 포토레지스트막(15)의 두께 차이가 발생한다. 이러한 포토레지스트막(15)의 두께 차이는 포토리소그라피 공정시 포토레지스트막 패턴들 간의 스페이스에 영향을 미치게 되어 메모리 셀 어레이의 중심부와 엣지부 간의 스페이스 임계 치수(CD)의 균일성이 불량해진다. 즉, 포토레지스트막의 두께 차이는 포토리소그라피 공정시 스탠딩 웨이브(standing wave) 현상을 유발하는데, 이는 포토레지스트막 하부의 기판에 의한 반사광과 포토레지스트막을 노광하기 위한 입사광의 위상 차이에 의한 보강 간섭과 상쇄 간섭으로 인해 포토레지스트막이 단차에 따라 다르게 노광되는 현상을 의미한다. 이러한 스탠딩 웨이브 현상에 의한 스페이스 임계 치수의 불균일성은 곧 셀 트랜지스터의 채널 길이가 특정 위치별로 달라지는 문제를 초래한다. 상기 포토레지스트막들 사이의 스페이스 임계 치수의 변화 폭은 기판 종류의 반사율, 포토레지스트막의 종류 및 두께 등에 민감하게 변한다.In addition, in the flat-cell mask ROM, the entire area of the memory cell array is composed of an active area, and thus, in the photolithography process for forming a buried N + diffusion layer, as shown in FIG. 6, the center and the edge of the memory cell array are shown. The difference in the thickness of the photoresist film 15 occurs due to the step of the field oxide film 14 in between. The difference in thickness of the photoresist film 15 affects the space between the photoresist film patterns during the photolithography process, resulting in poor uniformity of the space critical dimension CD between the center and the edge of the memory cell array. In other words, the difference in the thickness of the photoresist film causes a standing wave phenomenon during the photolithography process, which is caused by reinforcement interference and offset by the phase difference between the reflected light by the substrate under the photoresist film and the incident light for exposing the photoresist film. It means a phenomenon in which the photoresist film is exposed differently according to the step due to the interference. The non-uniformity of the space critical dimension caused by the standing wave phenomenon causes a problem in that the channel length of the cell transistor is changed for each specific position. The change width of the space critical dimension between the photoresist films is sensitive to the reflectance of the substrate type, the type and thickness of the photoresist film, and the like.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일 목적은 메모리 셀 어레이의 전 영역에서 매몰형 N+확산층을 균일하게 형성할 수 있는 비휘발성 메모리 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory device capable of uniformly forming a buried N + diffusion layer in all regions of a memory cell array. It is.
본 발명의 다른 목적은 매몰형 N+확산층과 매몰형 N+확산층 간의 거리를 최대한 확보하여 셀 트랜지스터의 펀치쓰루우 마진을 확보할 수 있는 비휘발성 메모리 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory device capable of securing a punch-through margin of a cell transistor by ensuring a maximum distance between an buried N + diffusion layer and an buried N + diffusion layer.
도 1은 종래의 NOR형 플랫-셀 마스크 롬의 평면도.1 is a plan view of a conventional NOR type flat-cell mask ROM.
도 2 내지 도 4는 종래의 NOR형 플랫-셀 마스크 롬의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들.2 to 4 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a conventional NOR type flat-cell mask ROM.
도 5는 도 4의 매몰형 N+확산층 형성을 위한 포토리소그라피 공정에 있어서 포토레지스트막 패턴의 하부에 언더컷이 형성된 것을 도시한 단면도.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an undercut formed under a photoresist film pattern in a photolithography process for forming a buried N + diffusion layer of FIG. 4 ; FIG.
도 6은 도 4의 매몰형 N+확산층 형성을 위한 포토리소그라피 공정에 있어서 메모리 셀 어레이의 중심부와 엣지부 간에 포토레지스트막의 두께 차이가 발생함을 도시한 단면도.FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a difference in thickness of a photoresist film between a center portion and an edge portion of a memory cell array in a photolithography process for forming a buried N + diffusion layer of FIG. 4; FIG.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 NOR형 플랫-셀 마스크 롬의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들.7 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a NOR type flat-cell mask ROM according to a first embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 의한 실리콘 질화막의 식각 방법을 설명하기 위한 단면도.11 is a cross-sectional view for explaining a method of etching a silicon nitride film according to a second embodiment of the present invention.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 제3 실시예에 의한 NOR형 플랫-셀 마스크 롬의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들.12 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a NOR type flat-cell mask ROM according to a third embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
100 : 반도체 기판 101 : 패드 산화막100 semiconductor substrate 101 pad oxide film
102 : 실리콘 질화막 104 : 필드 산화막102 silicon nitride film 104 field oxide film
105 : 절연막 106 : 매몰형 N+확산층105: insulating film 106: buried N + diffusion layer
상기 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판의 상부에 패드 산화막과 실리콘 질화막을 순차적으로 형성하고, 상기 실리콘 질화막을 패터닝하여 액티브 영역과 소자분리 영역을 정의하는 단계; 열산화 공정을 통해 상기 소자분리 영역에 필드 산화막을 형성하는 단계; 상기 결과물의 상부에 매몰형 N+확산층이 형성될 영역을 정의하는 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 실리콘 질화막을 식각하는 단계; 상기 포토레지스트막 패턴을 제거하고, 상기 실리콘 질화막을 마스크로 이용하여 노출된 기판에 N형 불순물을 이온주입함으로써 매몰형 N+확산층을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 질화막을 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes forming a pad oxide film and a silicon nitride film sequentially on the semiconductor substrate, and patterning the silicon nitride film to define an active region and an isolation region; Forming a field oxide film in the device isolation region through a thermal oxidation process; Forming a photoresist film pattern defining a region in which an buried N + diffusion layer is to be formed on top of the resultant product; Etching the silicon nitride layer using the photoresist layer pattern as a mask; Removing the photoresist layer pattern and ion implanting N-type impurities into an exposed substrate using the silicon nitride layer as a mask to form a buried N + diffusion layer; And it provides a method of manufacturing a nonvolatile memory device comprising the step of removing the silicon nitride film.
바람직하게는, 상기 포토레지스트막 패턴을 마스크로 이용하여 실리콘 질화막을 식각하는 단계에서, 상기 실리콘 질화막의 하부에 테일이 발생하도록 상기 실리콘 질화막을 식각한다.Preferably, in the etching of the silicon nitride layer using the photoresist layer pattern as a mask, the silicon nitride layer is etched to generate a tail under the silicon nitride layer.
바람직하게는, 상기 포토레지스트막 패턴을 마스크로 이용하여 실리콘 질화막을 식각하는 단계에서, 상기 실리콘 질화막을 소정 각도로 경사 식각한다.Preferably, in the step of etching the silicon nitride film using the photoresist film pattern as a mask, the silicon nitride film is etched obliquely at a predetermined angle.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판의 상부에 패드 산화막과 실리콘 질화막을 순차적으로 형성하고, 상기 실리콘 질화막을 패터닝하여 액티브 영역과 소자분리 영역을 정의하는 단계; 열산화 공정을 통해 상기 소자분리 영역에 필드 산화막을 형성하는 단계; 상기 결과물의 상부에 매몰형 N+확산층이 형성될 영역을 정의하는 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 실리콘 질화막을 식각하는 단계; 상기 포토레지스트막 패턴을 제거하는 단계; 상기 실리콘 질화막의 측벽에 절연막 스페이서를 형성하는 단계; 상기 실리콘 질화막 및 절연막 스페이서를 마스크로 이용하여 노출된 기판에 N형 불순물을 이온주입함으로써 매몰형 N+확산층을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 질화막 및 절연막 스페이서를 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치의 제조 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: forming a pad oxide film and a silicon nitride film sequentially on a semiconductor substrate, and patterning the silicon nitride film to define an active region and an isolation region; Forming a field oxide film in the device isolation region through a thermal oxidation process; Forming a photoresist film pattern defining a region in which an buried N + diffusion layer is to be formed on top of the resultant product; Etching the silicon nitride layer using the photoresist layer pattern as a mask; Removing the photoresist film pattern; Forming insulating film spacers on sidewalls of the silicon nitride film; Forming a buried type N + diffusion layer by ion implanting N-type impurities into the exposed substrate using the silicon nitride film and the insulating film spacer as a mask; And removing the silicon nitride layer and the insulating layer spacer.
바람직하게는, 상기 절연막 스페이서는 실리콘 질화막과의 식각 선택비가 높은 물질로 형성한다. 더욱 바람직하게는, 상기 절연막 스페이서는 폴리실리콘으로 형성한다.Preferably, the insulating film spacer is formed of a material having a high etching selectivity with respect to the silicon nitride film. More preferably, the insulating film spacer is formed of polysilicon.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 필드 산화막의 형성시 산화 방지막으로 이용되는 실리콘 질화막을 제거하지 않은 상태에서 매몰형 N+확산층의 형성을 위한 포토리소그라피 공정을 진행한다. 따라서, 메모리 셀 어레이의 중심부와 엣지부 간에 포토레지스트막 두께의 차이가 발생하지 않으므로, 포토레지스트막 패턴들 간의 스페이스 임계 치수가 균일해져서 매몰형 N+확산층을 균일하게 형성할 수 있다.As described above, according to the present invention, the photolithography process for forming the buried N + diffusion layer is performed without removing the silicon nitride film used as the antioxidant film when forming the field oxide film. Therefore, since the difference in the photoresist film thickness does not occur between the center portion and the edge portion of the memory cell array, the space critical dimension between the photoresist film patterns is uniform, so that the buried N + diffusion layer can be uniformly formed.
또한, 상기 실리콘 질화막을 이온주입 마스크로 이용하여 N형 불순물을 이온주입하므로, 포토리소그라피 공정의 한계 해상도로 얻어지는 마스크 스페이스의 임계 치수보다 더 작은 스페이스 임계 치수로써 이온주입을 실시할 수 있다. 이로 인하여 매몰형 N+확산층의 폭을 줄일 수 있으므로, 셀 트랜지스터의 채널 길이를 증가시켜 펀치쓰루우 마진을 확보할 수 있다.In addition, since the silicon nitride film is used as an ion implantation mask, ion implantation of N-type impurities is carried out, and ion implantation can be performed with a smaller space critical dimension than the critical dimension of the mask space obtained at the limit resolution of the photolithography process. As a result, since the width of the buried N + diffusion layer can be reduced, a punch-through margin can be secured by increasing the channel length of the cell transistor.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 NOR형 플랫-셀 마스크 롬의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.7 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a NOR type flat-cell mask ROM according to a first embodiment of the present invention.
도 7은 필드 산화막(104)을 형성하는 단계를 도시한다. 먼저, 통상적인 웰 형성공정에 의해 P_반도체 기판(100)의 소정 부위에 셀 트랜지스터 및 주변 회로부의 NMOS 트랜지스터가 형성되어질 P-웰을 형성한 후, 결과물의 상부에 열산화 공정을 실시하여 패드 산화막(101)을 형성한다. 상기 패드 산화막(101)의 상부에 산화 방지막으로서 실리콘 질화막(Si3N4)(102)을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 약 1500Å의 두께로 형성한다. 포토리소그라피 공정 및 식각 공정으로 상기 실리콘 질화막(102)을 건식 식각하여 액티브 영역과 소자분리 영역을 정의한 다음, 결과물의 상부에 열산화 공정을 실시하여 필드 산화막(104)을 형성한다. 이때, 메모리 셀 어레이의 전 영역은 액티브 영역으로만 구성된다.7 shows the step of forming the field oxide film 104. First, a P-well in which a cell transistor and an NMOS transistor of a peripheral circuit part are formed at a predetermined portion of the P_ semiconductor substrate 100 is formed by a conventional well forming process, and then a thermal oxidation process is performed on the resultant pad. An oxide film 101 is formed. A silicon nitride film (Si 3 N 4 ) 102 is formed on the pad oxide film 101 to have a thickness of about 1500 kPa by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method. The silicon nitride film 102 is dry-etched by a photolithography process and an etching process to define an active region and an isolation region, and then a thermal oxidation process is performed on the resultant to form the field oxide layer 104. At this time, the entire area of the memory cell array is composed only of the active area.
도 8은 매몰형 N+확산층(106)을 형성하는 단계를 도시한다. 상기와 같이 필드 산화막(104)을 형성한 후, 상기 실리콘 질화막(102)을 제거하지 않은 상태에서 포토레지스트막(도시하지 않음)을 도포한다. 이때, 상기 포토레지스트막은 메모리 셀 어레이의 전 영역에서 균일한 두께로 도포된다. 이어서, 매몰형 N+확산층의 형성을 위한 마스크를 적용하여 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 포토레지스트막 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 실리콘 질화막(102)을 건식 식각한다. 이때, 도 9에 도시한 바와 같이 실리콘 질화막(102)의 하부에 테일(tail)이 발생하여 상기 실리콘 질화막(102)들 간의 스페이스가 줄어들게 된다. 바람직하게는, 실리콘 질화막(102)의 하부에 테일을 심하게 발생시켜 후속하는 N형 불순물의 이온주입 공정시 마스크 스페이스의 임계 치수를 최대한 줄임으로써, 셀 트랜지스터의 채널 길이를 증가시킬 수 있다.8 shows the step of forming an buried N + diffusion layer 106. After the field oxide film 104 is formed as described above, a photoresist film (not shown) is applied while the silicon nitride film 102 is not removed. In this case, the photoresist film is applied to a uniform thickness in all regions of the memory cell array. Subsequently, a photoresist film is exposed and developed by applying a mask for forming a buried N + diffusion layer to form a photoresist film pattern. The silicon nitride layer 102 is dry etched using the photoresist layer pattern as an etching mask. In this case, as shown in FIG. 9, a tail is generated under the silicon nitride film 102, thereby reducing the space between the silicon nitride films 102. Preferably, the channel length of the cell transistor may be increased by severely generating a tail under the silicon nitride layer 102 to minimize the critical dimension of the mask space during the subsequent implantation of the N-type impurity.
이어서, 상기 포토레지스트막 패턴을 제거한 후, 실리콘 질화막(102)을 이온주입 마스크로 이용하여 N형 불순물, 예컨대 비소(As)를 50keV의 에너지와 1.0E15 #/cm2의 도즈로 이온주입함으로써, 셀 트랜지스터의 소오스/드레인으로 제공되는 매몰형 N+확산층(106)을 형성한다.Subsequently, after the photoresist film pattern is removed, N-type impurities such as arsenic (As) are ion implanted with energy of 50 keV and a dose of 1.0E15 # / cm 2 using the silicon nitride film 102 as an ion implantation mask. A buried N + diffusion layer 106 provided as the source / drain of the cell transistor is formed.
도 10을 참조하면, 상기 실리콘 질화막(102)을 제거한 후, 포토리소그라피 공정을 통해 P-웰 영역을 오픈시키고 N-필드 이온주입 및 NMOS 트랜지스터의 문턱 전압 조절용 이온주입을 차례로 실시한다. 이어서, 통상의 웰 형성공정에 의해 상기 기판(10)의 소정 부위에 주변 회로부의 PMOS 트랜지스터가 형성되어질 N-웰(도시하지 않음)을 형성한다. 포토리소그라피 공정을 통해 N웰 영역을 오픈시킨 후, P-필드 이온주입 및 PMOS 트랜지스터의 문턱 전압 조절용 이온주입 공정을 차례로 실시한다. 다음에, 상기 기판(100)의 액티브 영역의 상부에 게이트 산화막(도시하지 않음)을 형성한 후, 그 상부에 도전층을 증착하고 이를 패터닝함으로써 워드라인으로 제공되는 셀 트랜지스터의 게이트 전극 및 주변 회로 트랜지스터의 게이트 전극(도시하지 않음)을 형성한다.Referring to FIG. 10, after the silicon nitride film 102 is removed, the P-well region is opened through a photolithography process, and ion implantation for controlling the threshold voltage of the N-field ion implantation and the NMOS transistor is sequentially performed. Subsequently, an N-well (not shown) in which a PMOS transistor of a peripheral circuit part is to be formed is formed in a predetermined portion of the substrate 10 by a normal well forming process. After opening the N well region through a photolithography process, an ion implantation process for adjusting the threshold voltage of the P-field ion implantation and the PMOS transistor is sequentially performed. Next, after forming a gate oxide film (not shown) on the active region of the substrate 100, the gate electrode and the peripheral circuit of the cell transistor provided as a word line by depositing and patterning a conductive layer thereon A gate electrode (not shown) of the transistor is formed.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 의한 실리콘 질화막의 식각 방법을 설명하기 위한 단면도이다.11 is a cross-sectional view for describing a method of etching a silicon nitride film according to a second embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 상술한 본 발명의 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 필드 산화막(도시하지 않음)을 형성한 후, 실리콘 질화막(102)의 상부에 매몰형 N+확산층의 형성을 위한 포토레지스트막 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 실리콘 질화막(102)을 소정 각도로 경사 식각한다. 이러한 경사 식각은 실리콘 질화막(102)들 간의 스페이스를 줄이는 효과를 가져온다. 따라서, 상기 경사 식각된 실리콘 질화막(102)을 이온주입 마스크로 이용하여 N형 불순물을 이온주입하면, 매몰형 N+확산층(1060의 폭을 줄일 수 있다.Referring to FIG. 11, after forming a field oxide film (not shown) in the same manner as in the first embodiment of the present invention described above, a photo for forming an buried N + diffusion layer on the silicon nitride film 102. A resist film pattern (not shown) is formed. Subsequently, the silicon nitride layer 102 is obliquely etched at a predetermined angle by using the photoresist layer pattern as an etching mask. Such oblique etching has an effect of reducing the space between the silicon nitride films 102. Therefore, by implanting N-type impurities using the inclined-etched silicon nitride film 102 as an ion implantation mask, the width of the buried N + diffusion layer 1060 may be reduced.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 제3 실시예에 의한 NOR형 플랫-셀 마스크 롬의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.12 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a NOR type flat-cell mask ROM according to a third embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 상술한 본 발명의 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 필드 산화막(도시하지 않음)을 형성한 후, 산화 방지막으로 제공되었던 실리콘 질화막(102)의 상부에 매몰형 N+확산층의 형성을 위한 포토레지스트막 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 실리콘 질화막(102)을 건식 식각한다.상기 포토레지스트막 패턴을 제거한 후, 결과물의 상부에 절연막(105)을 형성한다. 바람직하게는, 상기 절연막(105)은 실리콘 질화막(102)과의 식각 선택비가 높은 물질로 형성한다. 더욱 바람직하게는, 상기 절연막(105)은 폴리실리콘을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 증착하여 형성한다.Referring to Fig. 12, after forming a field oxide film (not shown) in the same manner as in the first embodiment of the present invention described above, the buried type N + diffusion layer on top of the silicon nitride film 102 provided as an anti-oxidation film A photoresist film pattern (not shown) for formation of a film is formed. Subsequently, the silicon nitride layer 102 is dry etched using the photoresist layer pattern as an etching mask. After removing the photoresist layer pattern, an insulating layer 105 is formed on the resultant. Preferably, the insulating film 105 is formed of a material having a high etching selectivity with respect to the silicon nitride film 102. More preferably, the insulating film 105 is formed by depositing polysilicon by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).
도 13을 참조하면, 상기 절연막(105)을 에치백(etch-back)하여 실리콘 질화막(102)의 양 측벽에 절연막 스페이서들(105a)을 형성한다.Referring to FIG. 13, the insulating layer 105 is etched back to form insulating layer spacers 105a on both sidewalls of the silicon nitride layer 102.
도 14를 참조하면, 상기 실리콘 질화막(102) 및 절연막 스페이서(105a)를 이온주입 마스크로 사용하여 N형 불순물, 예컨대 비소(As)를 50keV의 에너지와 1.0E15 #/cm2의 도즈로 이온주입함으로써, 셀 트랜지스터의 소오스/드레인으로 제공되는 매몰형 N+확산층(106)을 형성한다.Referring to FIG. 14, N-type impurities such as arsenic (As) are implanted with energy of 50 keV and a dose of 1.0E15 # / cm 2 using the silicon nitride film 102 and the insulating film spacer 105a as ion implantation masks. This forms the buried N + diffusion layer 106 provided as a source / drain of the cell transistor.
상술한 본 발명의 제3 실시예에 의하면, N형 불순물의 이온주입 공정시 절연막 스페이서의 폭만큼 마스크 스페이스의 임계 치수가 줄어들게 된다. 따라서, 상기 절연막 스페이서의 폭만큼 셀 트랜지스터의 채널 길이가 증가하게 되어 펀치쓰루우 마진을 확보할 수 있다. 또한, 상기 절연막 스페이서의 폭은 절연막의 증착 두께에 따라 결정되므로, 스페이서 형성을 위한 절연막의 증착 공정시 채널 길이를 쉽게 조절할 수 있다.According to the third embodiment of the present invention, the critical dimension of the mask space is reduced by the width of the insulating film spacer during the ion implantation process of the N-type impurity. Accordingly, the channel length of the cell transistor is increased by the width of the insulating layer spacer, thereby securing a punch-through margin. In addition, since the width of the insulating film spacer is determined according to the deposition thickness of the insulating film, the channel length can be easily adjusted during the deposition process of the insulating film for forming the spacer.
상술한 바와 같이 본 발명의 비휘발성 메모리 장치의 제조 방법에 의하면, 필드 산화막의 형성시 산화 방지막으로 이용되는 실리콘 질화막을 제거하지 않은 상태에서 매몰형 N+확산층의 형성을 위한 포토리소그라피 공정을 진행한다. 따라서, 메모리 셀 어레이의 중심부와 엣지부 간에 포토레지스트막 두께의 차이가 발생하지 않으므로, 포토레지스트막 패턴들 간의 스페이스 임계 치수가 균일해져서 매몰형 N+확산층을 균일하게 형성할 수 있다.As described above, according to the method of manufacturing the nonvolatile memory device of the present invention, a photolithography process for forming an buried N + diffusion layer is performed without removing a silicon nitride film used as an antioxidant film during formation of a field oxide film. . Therefore, since the difference in the photoresist film thickness does not occur between the center portion and the edge portion of the memory cell array, the space critical dimension between the photoresist film patterns is uniform, so that the buried N + diffusion layer can be uniformly formed.
또한, 상기 실리콘 질화막을 이온주입 마스크로 이용하여 N형 불순물을 이온주입하므로, 포토리소그라피 공정의 한계 해상도로 얻어지는 마스크 스페이스의 임계 치수보다 더 작은 스페이스 임계 치수로써 이온주입을 실시할 수 있다. 이로 인하여 매몰형 N+확산층의 폭을 줄일 수 있으므로, 셀 트랜지스터의 채널 길이를 증가시켜 펀치쓰루우 마진을 확보할 수 있다.In addition, since the silicon nitride film is used as an ion implantation mask, ion implantation of N-type impurities is carried out, and ion implantation can be performed with a smaller space critical dimension than the critical dimension of the mask space obtained at the limit resolution of the photolithography process. As a result, since the width of the buried N + diffusion layer can be reduced, a punch-through margin can be secured by increasing the channel length of the cell transistor.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019980021648A KR20000001395A (en) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | Method of fabricating non-volatile memory device |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
KR1019980021648A KR20000001395A (en) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | Method of fabricating non-volatile memory device |
Publications (1)
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KR20000001395A true KR20000001395A (en) | 2000-01-15 |
Family
ID=19538977
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KR1019980021648A KR20000001395A (en) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | Method of fabricating non-volatile memory device |
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Country | Link |
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KR (1) | KR20000001395A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100346834B1 (en) * | 1999-05-10 | 2002-08-03 | 삼성전자 주식회사 | Mask ROM of semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1998
- 1998-06-11 KR KR1019980021648A patent/KR20000001395A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100346834B1 (en) * | 1999-05-10 | 2002-08-03 | 삼성전자 주식회사 | Mask ROM of semiconductor device and manufacturing method thereof |
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