KR20020087556A - Method of manufacturing a flash memory cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플래시 메모리 셀 제조 방법에 관한 것으로, 특히 메모리 셀의 게이트를 형성하기 위하여 반사 방지막, 텅스텐 실리사이드층 및 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층을 패터닝한 후 자기 정렬 식각 공정으로 유전체막 및 플로팅 게이트용 폴리실리콘층을 패터닝하는 과정에서 반사 방지막의 손상을 방지하고, 공정의 단계를 줄일 수 있는 플래시 메모리 셀 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory cell, and in particular, to form a gate of a memory cell, an antireflection film, a tungsten silicide layer, and a polysilicon layer for a control gate are patterned, followed by a poly-alignment film and a floating gate poly The present invention relates to a flash memory cell manufacturing method capable of preventing damage to an anti-reflection film and reducing a process step in the process of patterning a silicon layer.
일반적으로, 플래시 메모리 셀의 게이트는 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층, 유전체막, 콘트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘층, 텅스텐 실리사이드층 및 반사 방지막으로 이루어진다.Generally, the gate of a flash memory cell consists of a first polysilicon layer for a floating gate, a dielectric film, a second polysilicon layer for a control gate, a tungsten silicide layer and an antireflection film.
종래의 플래시 메모리 셀의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.A manufacturing method of a conventional flash memory cell is described as follows.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(11)의 소정 영역에 필드 산화막(도시되지 않음)을 형성한 후 터널 산화막(12) 및 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(13)을 순차적으로 형성한다. 제 1 폴리실리콘층(13) 상에 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한 후 제 1 폴리실리콘층(13) 및 터널 산화막(12)의 노출된 영역을 식각 공정으로 제거하여 플로팅 게이트를 형성하기 위한 1차 패터닝을 실시한다. 도 1a는 제 1 폴리실리콘층(13)이 패터닝되는 방향과 평행한 방향의 단면도이므로, 도면에서는 제 1 폴리실리콘층(13)이 패터닝된 형태가 나타나지 않는다.Referring to FIG. 1A, after forming a field oxide film (not shown) in a predetermined region of the semiconductor substrate 11, the tunnel oxide film 12 and the first polysilicon layer 13 for floating gate are sequentially formed. After forming a photoresist pattern (not shown) on the first polysilicon layer 13, the exposed regions of the first polysilicon layer 13 and the tunnel oxide layer 12 are removed by an etching process to form a floating gate. First patterning is carried out. FIG. 1A is a cross-sectional view of a direction parallel to the direction in which the first polysilicon layer 13 is patterned, and thus the pattern in which the first polysilicon layer 13 is patterned does not appear.
이후, 전체 상부에 유전체막(14), 콘트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘층(15), 텅스텐 실리사이드층(16), 반사 방지막(17)을 순차적으로 형성한 후 반사 방지막(17) 상에 콘트롤 게이트를 형성하기 위한 식각 마스크로 포토레지스트 패턴(18)을 형성한다.Subsequently, the dielectric film 14, the second polysilicon layer 15 for the control gate, the tungsten silicide layer 16, and the antireflection film 17 are sequentially formed on the entire surface, and then the control gate is formed on the antireflection film 17. The photoresist pattern 18 is formed as an etching mask for forming a.
도 1b를 참조하면, 유전체막(14)을 식각 정지층으로 이용하여 반사 방지막(17), 텅스텐 실리사이드층(16) 및 제 2 폴리실리콘층(15)의 노출된 부분을 식각 공정으로 제거한다. 이후, 포토레지스트 패턴(18)을 제거한다.Referring to FIG. 1B, the exposed portions of the anti-reflection film 17, the tungsten silicide layer 16, and the second polysilicon layer 15 are removed by an etching process using the dielectric film 14 as an etch stop layer. Thereafter, the photoresist pattern 18 is removed.
도 1c를 참조하면, 반사 방지막(17)을 하드 마스크로 이용한 자기 정렬 식각 공정으로 유전체막(14), 제 1 폴리실리콘층(13) 및 터널 산화막(12)의 노출된 부분을 제거하여 2차 패터닝을 실시한다. 터널 산화막(12)까지 제거되어 반도체 기판(11)의 표면이 노출되면, 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 소오스/드레인(19)을 형성한다. 이로써, 플래시 메모리 셀이 제조된다.Referring to FIG. 1C, the exposed portions of the dielectric film 14, the first polysilicon layer 13, and the tunnel oxide film 12 may be removed by a self-aligned etching process using the anti-reflection film 17 as a hard mask. Patterning is performed. When the tunnel oxide film 12 is removed to expose the surface of the semiconductor substrate 11, an impurity ion implantation process is performed to form the source / drain 19. In this way, a flash memory cell is manufactured.
상기의 공정 단계 중 자기 정렬 식각 공정은 반사 방지막(17)을 하드 마스크로 이용한다. 반사 방지막(17)을 하드 마스크로 이용한 자기 정렬 식각 공정 시 반사 방지막(17)에는 식각 손상이 발생되고, 심한 경우에는 텅스텐 실리사이드층(16)까지 식각 손상(A)이 발생된다.The self-aligned etching process of the above process step uses the anti-reflection film 17 as a hard mask. In the self-aligned etching process using the anti-reflection film 17 as a hard mask, the etch damage occurs in the anti-reflection film 17, and in some cases, the etch damage A occurs up to the tungsten silicide layer 16.
이로 인하여, 소자의 전기적 특성이 저하되고, 불량이 발생할 수 있다.For this reason, the electrical characteristics of an element may fall, and defects may arise.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 반사 방지막, 텅스텐실리사이드층 및 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층의 패터닝 공정에서 사용된 포토레지스트 패턴을 제거하지 않은 상태에서 메모리 셀의 유전체막 및 플로팅 게이트용 폴리실리콘층까지 패터닝하므로써 포토레지스트 패턴으로 반사 방지막을 보호하여 반사 방지막의 식각 손상을 방지하고, 공정의 단계를 줄여 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 플래시 메모리 셀 제조 방법에 관한 것이다.Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention is directed to solving the above problem, in which the photoresist pattern used in the patterning process of the anti-reflection film, the tungsten silicide layer and the polysilicon layer for the control gate is not removed, and the poly for the dielectric film of the memory cell and the floating gate poly The present invention relates to a flash memory cell manufacturing method capable of protecting an anti-reflective layer by a photoresist pattern to prevent etching damage of the anti-reflective layer and patterning the silicon layer, thereby improving process reliability.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 플래시 메모리 셀 제조 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 소자의 단면도.1A to 1C are cross-sectional views of devices sequentially shown to explain a conventional flash memory cell manufacturing method.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 플래시 메모리 셀 제조 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 소자의 단면도.2A through 2E are cross-sectional views of devices sequentially shown to explain a method of manufacturing a flash memory cell according to the present invention.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 플래시 메모리 셀 제조 방법의 다른 실시예를 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 소자의 단면도.3A to 3C are cross-sectional views of devices sequentially shown to explain another embodiment of a method of manufacturing a flash memory cell according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11, 21, 41 : 반도체 기판12, 22, 42 : 터널 산화막11, 21, 41: semiconductor substrate 12, 22, 42: tunnel oxide film
13, 23, 43 : 제 1 폴리실리콘층14, 24, 44 : 유전체막13, 23, 43: first polysilicon layer 14, 24, 44: dielectric film
15, 25, 45 : 제 2 폴리실리콘층16, 26, 46 : 텅스텐 실리사이드층15, 25, 45: second polysilicon layer 16, 26, 46: tungsten silicide layer
17, 27, 47 : 반사 방지막18, 48 : 포토레지스트 패턴17, 27, 47: antireflection film 18, 48: photoresist pattern
28 : 제 1 포토레지스트 패턴29 : 제 2 포토레지스트 패턴28: first photoresist pattern 29: second photoresist pattern
19, 30, 49 : 소오스/드레인A : 반사 방지막 식각 손상 영역19, 30, 49: source / drain A: anti-reflection film etching damage area
본 발명에 따른 플래시 메모리 셀 제조 방법은 소정의 공정을 통해 터널 산화막 및 제 1 폴리실리콘층이 패터닝된 후 유전체막, 제 2 폴리실리콘층, 텅스텐 실리사이드층 및 반사 방지막이 순차적으로 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계, 제 1 포토레지스트 패턴을 형성한 후 식각 공정으로 반사 방지막, 텅스텐 실리사이드층 및 제 2 폴리실리콘층을 패터닝하여 컨트롤 게이트가 형성되는 단계, 하드 베이크를 실시한 후 제 1 포토레지스트 패턴 상에 제 2 포토레지스트 패턴이 형성되는 단계, 제 2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정으로 유전체막, 제 1 폴리실리콘층 및 터널 산화막을 패터닝하여 플로팅 게이트가 형성되는 단계 및 불순물 이온 주입 공정으로 소오스 및 드레인이 형성되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The flash memory cell manufacturing method according to the present invention provides a semiconductor substrate in which a dielectric film, a second polysilicon layer, a tungsten silicide layer, and an antireflection film are sequentially formed after the tunnel oxide film and the first polysilicon layer are patterned through a predetermined process. Forming a first photoresist pattern, and then patterning an anti-reflection film, a tungsten silicide layer, and a second polysilicon layer by an etching process to form a control gate, and performing a hard bake on the first photoresist pattern. Forming a floating gate by patterning a dielectric film, a first polysilicon layer, and a tunnel oxide film in an etching process using a second photoresist pattern, an etching process using the second photoresist pattern as an etching mask, and an impurity ion implantation process. Characterized in that the drain is formed.
본 발명에 따른 플래시 메모리 셀 제조 방법의 다른 실시예는 소정의 공정을 통해 터널 산화막 및 제 1 폴리실리콘층이 패터닝된 후 유전체막, 제 2 폴리실리콘층, 텅스텐 실리사이드층 및 반사 방지막이 순차적으로 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계, 포토레지스트 패턴을 형성한 후 식각 공정으로 반사 방지막, 텅스텐 실리사이드층, 제 2 폴리실리콘층, 유전체막, 제 1 폴리실리콘층 및 터널 산화막을 순차적으로 패터닝하여 플로팅 게이트 및 컨트롤 게이트를 형성하는 단계 및 불순물 이온 주입 공정으로 소오스 및 드레인을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the method of manufacturing a flash memory cell according to the present invention, a dielectric layer, a second polysilicon layer, a tungsten silicide layer, and an antireflection film are sequentially formed after the tunnel oxide film and the first polysilicon layer are patterned through a predetermined process. After the semiconductor substrate is formed and the photoresist pattern is formed, the anti-reflection film, the tungsten silicide layer, the second polysilicon layer, the dielectric film, the first polysilicon layer, and the tunnel oxide film are sequentially patterned by etching to form floating gates and controls. Forming a gate and forming a source and a drain by an impurity ion implantation process.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 플래시 메모리 셀 제조 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 소자의 단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views sequentially illustrating devices for describing a method of manufacturing a flash memory cell according to the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(21)의 소정 영역에 필드 산화막(도시되지 않음)을 형성한 후 터널 산화막(22) 및 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(23)을 순차적으로 형성한다. 제 1 폴리실리콘층(23) 상에 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한 후 제 1 폴리실리콘층(23) 및 터널 산화막(22)의 노출된 영역을 식각 공정으로 제거하여 플로팅 게이트를 형성하기 위한 1차 패터닝을 실시한다. 도 2a는 제 1 폴리실리콘층(23)이 패터닝되는 방향과 동일한 방향의 단면도이므로, 도 2a에서는 제 1 폴리실리콘층(23)이 패터닝된 형태가 나타나지 않는다.Referring to FIG. 2A, after forming a field oxide film (not shown) in a predetermined region of the semiconductor substrate 21, the tunnel oxide film 22 and the first polysilicon layer 23 for floating gate are sequentially formed. After forming a photoresist pattern (not shown) on the first polysilicon layer 23, the exposed regions of the first polysilicon layer 23 and the tunnel oxide layer 22 are removed by an etching process to form a floating gate. First patterning is carried out. 2A is a cross-sectional view of the same direction as the direction in which the first polysilicon layer 23 is patterned, and thus the pattern in which the first polysilicon layer 23 is patterned is not shown in FIG. 2A.
이후, 전체 상부에 유전체막(24), 콘트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘층(25), 텅스텐 실리사이드층(26), 반사 방지막(27)을 순차적으로 형성한 후 반사 방지막(27) 상에 콘트롤 게이트를 형성하기 위한 식각 마스크로 제 1 포토레지스트패턴(28)을 형성한다. 이로써, 반사 방지막(27)의 소정 영역만이 노출된다.Subsequently, the dielectric film 24, the second polysilicon layer 25 for the control gate, the tungsten silicide layer 26, and the antireflection film 27 are sequentially formed on the entire surface, and then the control gate is formed on the antireflection film 27. The first photoresist pattern 28 is formed as an etching mask for forming a. As a result, only a predetermined region of the anti-reflection film 27 is exposed.
도 2b를 참조하면, 유전체막(24)을 식각 정지층으로 이용하여 반사 방지막(27), 텅스텐 실리사이드층(26) 및 제 2 폴리실리콘층(25)의 노출된 부분을 식각 공정으로 제거한다. 이때, 식각 공정에 의해 제 1 포토레지스트 패턴(27)에 식각 손상이 발생된다.Referring to FIG. 2B, the exposed portions of the anti-reflection film 27, the tungsten silicide layer 26, and the second polysilicon layer 25 are removed by an etching process using the dielectric film 24 as an etch stop layer. In this case, etching damage occurs in the first photoresist pattern 27 by an etching process.
도 2c를 참조하면, 제 1 포토레지스트 패턴(27)에 발생된 식각 손상을 보상하기 위하여 하드 베이크(Hard bake)를 실시한 후 제 1 포토레지스트 패턴(27) 상에 제 2 포토레지스트 패턴(28)을 형성한다.Referring to FIG. 2C, a hard bake is performed to compensate for etching damage generated in the first photoresist pattern 27 and then the second photoresist pattern 28 is formed on the first photoresist pattern 27. To form.
도 2d를 참조하면, 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(27 및 28)을 하드 마스크로 이용한 식각 공정으로 유전체막(24), 제 1 폴리실리콘층(23) 및 터널 산화막(22)의 노출된 부분을 제거하여 2차 패터닝을 실시한다. 2차 패터닝이 실시됨으로써 메모리 셀의 게이트가 형성된다.Referring to FIG. 2D, exposed portions of the dielectric film 24, the first polysilicon layer 23, and the tunnel oxide film 22 are formed by an etching process using the first and second photoresist patterns 27 and 28 as hard masks. The part is removed and secondary patterning is performed. Secondary patterning is performed to form a gate of the memory cell.
도 2e를 참조하면, 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(28 및 29)을 제거한 후 터널 산화막(22)까지 제거되어 노출된 반도체 기판(21)의 표면에 불순물 이온 주입 공정으로 소오스/드레인(30)을 형성한다. 이로써, 플래시 메모리 셀이 제조된다.Referring to FIG. 2E, after the first and second photoresist patterns 28 and 29 are removed, the source / drain 30 may be removed by the impurity ion implantation process on the surface of the semiconductor substrate 21 exposed by removing the tunnel oxide layer 22. ). In this way, a flash memory cell is manufactured.
상기의 공정에서, 유전체막(24)을 식각 정지층으로 이용하여 반사 방지막(27), 텅스텐 실리사이드층(26) 및 제 2 폴리실리콘층(25)의 노출된 부분을 식각한 후 포토레지스트 패턴(27 및 28)이 형성되어 있는 상태에서, 유전체막(24), 제 1 폴리실리콘층(23) 및 터널 산화막(22)의 노출된 부분을 제거하여 게이트를 형성하므로써 반사 방지막(27)에는 식각 손상이 발생되지 않는다.In the above process, by using the dielectric film 24 as an etch stop layer, the exposed portions of the anti-reflection film 27, the tungsten silicide layer 26 and the second polysilicon layer 25 are etched and then the photoresist pattern ( 27 and 28, the antireflection film 27 is etched by removing the exposed portions of the dielectric film 24, the first polysilicon layer 23 and the tunnel oxide film 22 to form a gate. This does not occur.
본 발명에 따른 플래시 메모리 셀 제조 방법의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.Another embodiment of the flash memory cell manufacturing method according to the present invention will be described below.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 플래시 메모리 셀 제조 방법의 다른 실시예를 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 소자의 단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views of devices sequentially shown to explain another embodiment of a method of manufacturing a flash memory cell according to the present invention.
도 3a를 참조하면, 반도체 기판(41)의 소정 영역에 필드 산화막(도시되지 않음)을 형성한 후 터널 산화막(42) 및 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(43)을 순차적으로 형성한다. 제 1 폴리실리콘층(43) 상에 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한 후 제 1 폴리실리콘층(43) 및 터널 산화막(42)의 노출된 영역을 식각 공정으로 제거하여 플로팅 게이트를 형성하기 위한 1차 패터닝을 실시한다. 도 2a는 제 1 폴리실리콘층(43)이 패터닝되는 방향과 동일한 방향의 단면도이므로, 도 2a에서는 제 1 폴리실리콘층(43)이 패터닝된 형태가 나타나지 않는다.Referring to FIG. 3A, after forming a field oxide film (not shown) in a predetermined region of the semiconductor substrate 41, the tunnel oxide film 42 and the first polysilicon layer 43 for floating gate are sequentially formed. After forming a photoresist pattern (not shown) on the first polysilicon layer 43, the exposed regions of the first polysilicon layer 43 and the tunnel oxide layer 42 are removed by an etching process to form a floating gate. First patterning is carried out. 2A is a cross-sectional view of the same direction as the direction in which the first polysilicon layer 43 is patterned, and thus the pattern in which the first polysilicon layer 43 is patterned is not shown in FIG. 2A.
이후, 전체 상부에 유전체막(44), 콘트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘층(45), 텅스텐 실리사이드층(46), 반사 방지막(47)을 순차적으로 형성한 후 반사 방지막(47) 상에 콘트롤 게이트를 형성하기 위한 식각 마스크로 포토레지스트 패턴(48)을 형성한다. 이로써, 반사 방지막(47)의 소정 영역만이 노출된다.Subsequently, the dielectric film 44, the second polysilicon layer 45 for the control gate, the tungsten silicide layer 46, and the antireflection film 47 are sequentially formed on the entire surface, and then the control gate is formed on the antireflection film 47. The photoresist pattern 48 is formed by using an etching mask to form a. As a result, only a predetermined region of the anti-reflection film 47 is exposed.
도 3b를 참조하면, 식각 공정으로 반사 방지막(47), 텅스텐 실리사이드층(46), 제 2 폴리실리콘층(45), 유전체막(44), 제 1 폴리실리콘층(43) 및 터널 산화막(42)의 노출된 부분을 제거하여 패터닝을 실시한다. 이로써, 메모리 셀의 게이트가 형성된다.Referring to FIG. 3B, the anti-reflection film 47, the tungsten silicide layer 46, the second polysilicon layer 45, the dielectric film 44, the first polysilicon layer 43, and the tunnel oxide film 42 are etched in an etching process. Patterning is performed by removing the exposed part of As a result, a gate of the memory cell is formed.
도 3c를 참조하면, 포토레지스트 패턴(48)을 제거한 후 터널 산화막(42)까지 제거되어 노출된 반도체 기판(41)의 표면에 불순물 이온 주입 공정으로 소오스/드레인(49)을 형성한다. 이로써, 플래시 메모리 셀이 제조된다.Referring to FIG. 3C, after the photoresist pattern 48 is removed, the source / drain 49 may be formed on the exposed surface of the semiconductor substrate 41 by removing the photoresist pattern 48 by an impurity ion implantation process. In this way, a flash memory cell is manufactured.
종래에는 유전체막을 식각 정지층으로 이용하여 반사 방지막, 텅스텐 실리사이드층 및 제 2 폴리실리콘층의 노출된 부분을 식각 공정으로 제거한 후 포토레지스트 패턴을 제거하고, 반사 방지막을 하드 마스크로 이용한 자기 정렬 식각 공정으로 유전체막, 제 1 폴리실리콘층 및 터널 산화막의 노출된 부분을 제거하여 게이트를 형성하지만, 본 발명에서는 포토레지스트 패턴을 형성한 후 게이트를 형성하기 위한 식각 공정의 중간에 이를 제거하지 않고 터널 산화막까지 순차적으로 식각하여 제거하므로써 공정을 단순화하고, 반사 방지막에 식각 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.Conventionally, by using a dielectric film as an etch stop layer, exposed portions of the anti-reflection film, the tungsten silicide layer and the second polysilicon layer are removed by an etching process, a photoresist pattern is removed, and a self-aligned etching process using the anti-reflection film as a hard mask. The gate oxide is formed by removing the exposed portions of the dielectric film, the first polysilicon layer and the tunnel oxide film. By sequentially etching to remove, it is possible to simplify the process and to prevent the etching damage to the anti-reflection film.
상술한 바와 같이, 본 발명은 자기 정렬 식각 공정 시 포토레지스트 패턴으로 반사 방지막을 보호하므로써 반사 방지막에 식각 손상이 발생하는 것을 방지하여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시키고 불량을 최소화할 수 있다.As described above, the present invention protects the anti-reflection film with the photoresist pattern during the self-aligned etching process, thereby preventing the etching damage from occurring in the anti-reflection film, thereby improving the reliability of the process, the electrical characteristics of the device, and minimizing the defects. .
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