KR20040035989A - Method of forming non-volatile memory device - Google Patents

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KR20040035989A
KR20040035989A KR1020020062373A KR20020062373A KR20040035989A KR 20040035989 A KR20040035989 A KR 20040035989A KR 1020020062373 A KR1020020062373 A KR 1020020062373A KR 20020062373 A KR20020062373 A KR 20020062373A KR 20040035989 A KR20040035989 A KR 20040035989A
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전희석
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삼성전자주식회사
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region

Abstract

PURPOSE: A method for forming a non-volatile memory device is provided to be capable of preventing the characteristic difference between unit cells. CONSTITUTION: A tunnel insulating layer(103) and a lower conductive layer are sequentially formed on a semiconductor substrate(101). Supporter patterns are formed on the lower conductive layer. A spacer is formed at both sidewalls of each supporter pattern. A capping layer(111a) is formed at both sides of each supporter pattern on the lower conductive layer. The lower conductive layer is partially exposed by etching the spacers. The semiconductor substrate is partially exposed by selectively etching the exposed lower conductive layer and the tunnel insulating layer using the supporter pattern and the capping layer as an etching mask. At this time, a plurality of gaps are formed at the resultant structure. A control gate isolating layer is formed at the inner portion of each gap. Then, each gap is completely filled with a control gate electrode(119b).

Description

비휘발성 기억소자의 형성방법{Method of forming non-volatile memory device}Method of forming non-volatile memory device

본 발명은 반도체 소자의 형성방법에 관한 것으로, 특히, 비휘발성 기억소자의 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a nonvolatile memory device.

반도체 기억소자들은 휘발성 기억소자와 비휘발성 기억소자로 구분할 수 있다. 상기 휘발성 기억소자란 전원 공급이 중단되면, 기억 셀에 저장된 데이타를 모두 상실하는 기억소자로 예컨대, 디램 기억소자 및 에스램 기억소자가 여기에 속한다. 이와는 달리, 상기 비휘발성 기억소자는 전원 공급이 중단될지라도, 기억 셀에 저장된 데이타를 그대로 유지하는 기억소자로서, 예컨대, 플래쉬 기억소자가 여기에 속한다. 플래쉬 기억소자는 데이타를 저장하는 플로팅 게이트 전극 및 단위 셀을 선택하거나, 플로팅 게이트 전극의 데이타를 소거 또는 프로그램 하는 역활을 하는 제어 게이트 전극을 포함한다. 플래쉬 기억소자는 스플릿 게이트 구조를 갖는 플래쉬 기억소자 및 적층 게이트 구조를 갖는 플래쉬 기억소자로 구분할 수 있다.Semiconductor memory devices may be classified into volatile memory devices and nonvolatile memory devices. The volatile memory device is a memory device that loses all data stored in a memory cell when the power supply is interrupted. For example, the DRAM memory device and the SRAM memory device are included. In contrast, the nonvolatile memory device is a memory device that retains data stored in a memory cell even when power supply is interrupted, for example, a flash memory device. The flash memory device includes a floating gate electrode that stores data and a control gate electrode that selects a unit cell or erases or programs data of the floating gate electrode. The flash memory device may be classified into a flash memory device having a split gate structure and a flash memory device having a stacked gate structure.

도 1 내지 도 3은 종래의 스플릿 게이트 구조를 갖는 플래쉬 기억 소자의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of forming a flash memory device having a conventional split gate structure.

도 1을 참조하면, 반도체기판(1) 상에 터널산화막(2), 플로팅 게이트 도전막(3) 및 하드마스크막(4)을 차례로 형성한다. 상기 터널산화막(2)은 열산화막으로 형성하고, 상기 플로팅 게이트 도전막(3)은 도핑된 폴리실리콘막으로 형성한다. 상기 하드마스크막(4)은 실리콘질화막으로 형성한다.Referring to FIG. 1, a tunnel oxide film 2, a floating gate conductive film 3, and a hard mask film 4 are sequentially formed on a semiconductor substrate 1. The tunnel oxide layer 2 is formed of a thermal oxide layer, and the floating gate conductive layer 3 is formed of a doped polysilicon layer. The hard mask film 4 is formed of a silicon nitride film.

상기 하드마스크막(4)을 패터닝하여 상기 플로팅 게이트 도전막(3)의 소정영역을 노출시키는 한 쌍의 개구부들(5)를 형성하고, 상기 각 개구부(5)에 노출된 플로팅 게이트 도전막(3)상에 캐핑막(6)을 형성한다. 상기 캐핑막(6)은 열산화막으로 형성한다. 이때, 상기 열산화막(6)은 버즈빅(bird's beak)에 기인하여 상기 개구부(6)의 가장자리로 갈수록 얇아진다.The hard mask film 4 is patterned to form a pair of openings 5 exposing a predetermined region of the floating gate conductive film 3, and the floating gate conductive film exposed to each of the openings 5 ( A capping film 6 is formed on 3). The capping film 6 is formed of a thermal oxide film. At this time, the thermal oxide film 6 becomes thinner toward the edge of the opening 6 due to bird's beak.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 하드마스크막(4)을 상기 플로팅 게이트 도전막(3)이 노출될때까지 식각하여 제거한다. 상기 캐핑막(6)을 마스크로 사용하여 상기 플로팅 게이트 도전막(3) 및 상기 터널산화막(2)을 상기 반도체기판(1)이 노출될때까지 연속적으로 식각하여 차례로 적층된 터널산화막 패턴(2a) 및 플로팅 게이트 전극(3a)을 형성한다.2 and 3, the hard mask layer 4 is etched and removed until the floating gate conductive layer 3 is exposed. Using the capping layer 6 as a mask, the floating gate conductive layer 3 and the tunnel oxide layer 2 are sequentially etched and sequentially stacked until the semiconductor substrate 1 is exposed, and the tunnel oxide layer pattern 2a is sequentially stacked. And floating gate electrode 3a.

한 쌍의 상기 플로팅 게이트 전극들(3a)을 갖는 반도체기판(1) 전면에 제어게이트 절연막(7) 및 제어 게이트 도전막(8)을 차례로 형성한다. 상기 제어 게이트 절연막(7)은 실리콘 산화막으로 형성하고, 상기 제어 게이트 도전막(8)은 도핑된 폴리실리콘막으로 형성한다.The control gate insulating film 7 and the control gate conductive film 8 are sequentially formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 having the pair of floating gate electrodes 3a. The control gate insulating film 7 is formed of a silicon oxide film, and the control gate conductive film 8 is formed of a doped polysilicon film.

상기 제어 게이트 도전막(8) 상에 감광막 패턴(9)을 형성한다. 상기 감광막 패턴(9)을 마스크로 사용하여 상기 제어 게이트 도전막(8) 및 상기 제어 게이트 절연막(7)을 연속적으로 패터닝하여 좌측 및 우측 제어 게이트 패턴들(10a,10b)을 형성한다. 상기 좌측 및 우측 제어 게이트 패턴들(10a,10b)의 각각은 상기 반도체기판(1) 및 상기 플로팅 게이트 전극(3a)의 상부면 상에 위치한다. 상기 좌측 및 우측 제어 게이트 패턴들(10a,10b) 하부의 상기 반도체기판(1)의 표면은 각각 좌측 및 우측 제어 게이트 채널들(11a,11b)에 해당한다. 상기 좌측 게이트 패턴(10a)은 차례로 적층된 좌측 제어 게이트 패턴(7a) 및 좌측 제어 게이트 전극(8a)으로 구성되고, 상기 우측 게이트 패턴(10b)은 차례로 적층된 우측 제어 게이트 절연막 패턴(7b) 및 우측 제어 게이트 전극(8b)으로 구성된다. 상기 한 쌍의 플로팅 게이트 전극들(3a) 사이의 상기 반도체기판(1)에 불순물 이온들을 주입하여 공통소오스 영역(12)을 형성한다.The photosensitive film pattern 9 is formed on the control gate conductive film 8. The control gate conductive layer 8 and the control gate insulating layer 7 are successively patterned using the photoresist pattern 9 as a mask to form left and right control gate patterns 10a and 10b. Each of the left and right control gate patterns 10a and 10b is disposed on an upper surface of the semiconductor substrate 1 and the floating gate electrode 3a. Surfaces of the semiconductor substrate 1 under the left and right control gate patterns 10a and 10b correspond to the left and right control gate channels 11a and 11b, respectively. The left gate pattern 10a includes a left control gate pattern 7a and a left control gate electrode 8a that are sequentially stacked, and the right gate pattern 10b is a right control gate insulating layer pattern 7b that is sequentially stacked, and It consists of the right control gate electrode 8b. The common source region 12 is formed by implanting impurity ions into the semiconductor substrate 1 between the pair of floating gate electrodes 3a.

상기 좌측 및 우측 제어게이트 패턴들(10a,10b)은 서로 대칭적으로 배치된다. 다시말해서, 상기 공통 소오스 영역(12)이 배치된 상기 한 쌍의 플로팅 게이트 전극들(3a)의 반대편 일측들에 각각 상기 좌측 및 우측 제어 게이트 채널들(11a,11b)이 배치된다.The left and right control gate patterns 10a and 10b are symmetrically arranged with each other. In other words, the left and right control gate channels 11a and 11b are disposed on opposite sides of the pair of floating gate electrodes 3a on which the common source region 12 is disposed.

상술한 종래 기술에 있어서, 상기 감광막 패턴(9) 형성시 오정렬이 발생할경우, 상기 좌측 및 우측 제어 게이트 채널들(11a,11b)의 채널길이들(k1,k2)이 변할 수 있다. 특히, 상기 좌우측 제어 게이트 채널들(11a,11b)이 대칭적으로 배치됨에 기인하여 상기 채널길이들(k1,k2)의 차이가 더욱 심화될 수 있다. 예를 들면, 상기 감광막 패턴(9)이 좌측으로 0.1um 오정렬이 발생할 경우, 상기 좌측 제어 게이트 채널(11)의 채널길이(k1)는 0.1um 감소하는 반면에, 상기 우측 제어 게이트 채널(11)의 채널길이(k2)는 0.1um 증가한다. 이로 인하여, 상기 좌측 및 우측 채널길이(k1,k2)간의 채널길이의 차는 0.2um가 되어 상기 좌우측 제어 게이트 채널들(11a,11b)을 통하여 흐르는 전류의 량이 달라질 수 있다. 결과적으로, 상기 좌우측 제어 게이트 채널들(11a,11b)을 갖는 좌우측 셀들의 특성 차이가 발생할 수 있다.In the above-described conventional technique, when misalignment occurs when the photoresist pattern 9 is formed, the channel lengths k1 and k2 of the left and right control gate channels 11a and 11b may be changed. In particular, the left and right control gate channels 11a and 11b may be symmetrically disposed so that the difference between the channel lengths k1 and k2 may be further increased. For example, if the photoresist pattern 9 has a 0.1um misalignment leftward, the channel length k1 of the left control gate channel 11 decreases by 0.1um, whereas the right control gate channel 11 The channel length (k2) of increases by 0.1um. As a result, the difference in the channel length between the left and right channel lengths k1 and k2 may be 0.2 um so that the amount of current flowing through the left and right control gate channels 11a and 11b may vary. As a result, a characteristic difference between the left and right cells having the left and right control gate channels 11a and 11b may occur.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 감광막 패턴의 오정렬에 의해 발생하는 단위 셀들의 특성 차이를 방지할 수 있는 비휘발성 기억소자의 형성방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method of forming a nonvolatile memory device capable of preventing a difference in characteristics of unit cells caused by misalignment of a photoresist pattern.

도 1 내지 도 3은 종래의 스플릿 게이트 구조를 갖는 플래쉬 기억 소자의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of forming a flash memory device having a conventional split gate structure.

도 4 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 기억소자의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.4 through 9 are cross-sectional views illustrating a method of forming a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 비휘발성 기억소자의 형성방법을 제공한다. 이 방법은 반도체기판 상에 터널절연막 및 하부 도전막을 차례로 형성하는 단계를 포함한다. 상기 하부 도전막 상에 서포터 패턴들을 형성하고, 상기 서포터 패턴들 양측벽들에 각각 스페이서를 형성한다. 상기 스페이서들을 갖는 서포터 패턴 양측의 상기 하부 도전막 상에 캐핑막을 형성하고, 상기 스페이서를 식각공정으로 제거하여 상기 스페이서 하부의 상기 하부 도전막을 노출시킨다. 상기 서포터 패턴 및 상기 캐핑막을 마스크로 하여 상기 노출된 하부 도전막 및 상기 터널절연막을 상기 반도체기판이 노출될때까지 식각하여 상기 서포터 패턴 하부의 제1 하부 도전막 패턴, 상기 캐핑막 하부의 제2 하부 도전막 패턴 및 상기 제1 및 제2 하부 도전막 패턴들 사이에 갭을 형성한다. 상기 갭 내 측벽 및 바닥에 제어 게이트 절연막을 형성하고, 상기 제어 게이트 절연막 상에 상기 갭을 채우는 제어 게이트 전극을 형성한다.To provide a method of forming a nonvolatile memory device for solving the above technical problem. The method includes the steps of sequentially forming a tunnel insulating film and a lower conductive film on a semiconductor substrate. Supporter patterns are formed on the lower conductive layer, and spacers are formed on both sidewalls of the supporter patterns, respectively. A capping layer is formed on the lower conductive layer on both sides of the supporter pattern having the spacers, and the spacer is removed by an etching process to expose the lower conductive layer under the spacer. The exposed lower conductive layer and the tunnel insulating layer are etched using the supporter pattern and the capping layer as a mask until the semiconductor substrate is exposed to form a first lower conductive layer pattern below the supporter pattern and a second lower portion below the capping layer. A gap is formed between the conductive layer pattern and the first and second lower conductive layer patterns. A control gate insulating film is formed on sidewalls and bottoms of the gap, and a control gate electrode is formed on the control gate insulating film.

구체적으로, 상기 하부 도전막은 도핑된 폴리실리콘막으로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 서포터 패턴은 상기 하부 도전막에 대하여 식각선택비를 갖는 물질막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 스페이서는 상기 서포터 패턴 및 상기 하부 도전막 패턴에 대하여 식각선택비를 갖는 물질막으로 형성하는 것이 바람직하다.Specifically, the lower conductive layer may be formed of a doped polysilicon layer, and the supporter pattern may be formed of a material layer having an etching selectivity with respect to the lower conductive layer. The spacer may be formed of a material layer having an etching selectivity with respect to the supporter pattern and the lower conductive layer pattern.

상기 제어 게이트 전극을 형성하는 바람직한 방법은 상기 갭을 채우는 상부 도전막을 반도체기판 전면에 형성하는 단계를 포함한다. 상기 상부 도전막을 상기 서포터 패턴이 노출될때까지 평탄화시키어 상기 캐핑막 상에 상부 도전막 패턴을 형성한다. 상기 상부 도전막 패턴, 상기 캐핑막 및 상기 제2 하부 도전막 패턴을 연속적으로 패터닝하여 차례로 적층된 플로팅 게이트 전극, 캐핑막 패턴 및 제어 게이트 전극을 형성한다.A preferred method of forming the control gate electrode includes forming an upper conductive film filling the gap on the entire surface of the semiconductor substrate. The upper conductive layer is planarized until the supporter pattern is exposed to form an upper conductive layer pattern on the capping layer. The upper conductive layer pattern, the capping layer, and the second lower conductive layer pattern are successively patterned to form a floating gate electrode, a capping layer pattern, and a control gate electrode which are sequentially stacked.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the scope of the invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. In addition, where a layer is said to be "on" another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. Like numbers refer to like elements throughout.

도 4 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 기억소자의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.4 through 9 are cross-sectional views illustrating a method of forming a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5를 참조하면, 반도체기판(101) 상에 터널절연막(103), 하부 도전막(105) 및 서포터막(107)을 차례로 형성한다. 상기 터널절연막(103)은 열산화막으로 형성할 수 있다. 상기 하부 도전막(105)은 도전막, 예컨대, 도핑된 폴리실리콘막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 서포터막(107)은 상기 하부 도전막(105)에 대하여 식각선택비를 갖는 물질막, 예컨대, 실리콘산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이와는 달리, 상기 서포터막(107)은 적층된 실리콘산화막 및 실리콘질화막으로 형성할 수 있다. 상기 서포터막(107)을 상기 하부 도전막(105)이 노출될때까지 패터닝하여 서포터 패턴들(107a)을 형성한다. 상기 서포터 패턴(107a)의 양측벽들 각각에 스페이서(109)를 형성한다. 상기 스페이서(109)는 일반적인 방법으로 형성한다. 즉, 상기 서포터 패턴(107a)을 갖는 반도체기판(101) 전면에 스페이서막(미도시함)을 형성하고, 상기 스페이서막을 이방성 식각하여 상기 서포터 패턴(1007a) 양 측벽들에 각각 상기 스페이서(109)를 형성한다. 상기 스페이서(109)는 상기 서포터 패턴(107a) 및 상기 하부 도전막(105)에 대하여 식각선택비를 갖는 물질막, 예컨대, 실리콘질화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 스페이서(109)를 갖는 서포터 패턴(107a) 양측의 상기 하부 도전막(105) 상에 캐핑막(111)을 형성한다. 상기 캐핑막(111)은 열산화막으로 형성하는 것이 바람직하다.4 and 5, the tunnel insulating film 103, the lower conductive film 105, and the supporter film 107 are sequentially formed on the semiconductor substrate 101. The tunnel insulating film 103 may be formed of a thermal oxide film. The lower conductive layer 105 may be formed of a conductive layer, for example, a doped polysilicon layer. The supporter layer 107 may be formed of a material layer having an etching selectivity with respect to the lower conductive layer 105, for example, a silicon oxide layer. Alternatively, the supporter layer 107 may be formed of a stacked silicon oxide layer and a silicon nitride layer. The supporter layer 107 is patterned to form the supporter patterns 107a until the lower conductive layer 105 is exposed. Spacers 109 are formed on both sidewalls of the supporter pattern 107a. The spacer 109 is formed in a general manner. That is, a spacer film (not shown) is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101 having the supporter pattern 107a, and the spacer film is anisotropically etched to form the spacer 109 on both sidewalls of the supporter pattern 1007a. To form. The spacer 109 may be formed of a material film having an etching selectivity with respect to the supporter pattern 107a and the lower conductive film 105, for example, a silicon nitride film. A capping layer 111 is formed on the lower conductive layer 105 on both sides of the supporter pattern 107a having the spacer 109. The capping film 111 may be formed of a thermal oxide film.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 캐핑막(111)을 갖는 반도체기판(101)에서 상기 스페이서(109)를 식각하여 제거한다. 이때, 상기 스페이서(109) 하부의 상기 하부 도전막(105)이 노출된다. 상기 서포터 패턴(107a) 및 상기 캐핑막(111)을 마스크로 사용하여 상기 노출된 하부 도전막(105) 및 상기 터널절연막(103)을 상기 반도체기판(101)이 노출될때까지 연속적으로 식각한다. 이로 인하여, 상기 서포터 패턴(107a) 하부에 제1 하부 도전막 패턴(113), 상기 캐핑막(111) 하부의 제2 하부 도전막 패턴(115)이 형성된다. 이때, 상기 제1 및 제2 하부 도전막 패턴들(113,115) 사이에 갭(G, gap)이 형성된다. 상기 갭(G)의 폭은 상기 스페이서(109)의 하부 폭에 기인하여 결정된다. 이로 인하여, 상기 갭들(G)의 폭은 일정하게 형성할 수 있다. 상기 갭(G)의 내측벽 및 바닥, 즉, 상기 제1 및 제2 하부 도전막 패턴들(113,115)의 측벽들 및 상기 노출된 반도체기판(101)에 제어 게이트 절연막(117)을 형성한다. 상기 제어 게이트 절연막(117)은 열산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제어 게이트 절연막(117)은 상기 제1 및 제2 하부 도전막 패턴들(113,115) 형성시, 식각공정에 의해 손상된 상기 갭(G)의 내측벽 및 바닥을 치유하는 역활도 한다. 상기 제어 게이트 절연막(117)을 갖는 반도체기판(101)전면에 상기 갭(G)을 채우는 상부 도전막(119)을 형성한다. 바람직하게는, 상기 상부 도전막(119)은 상기 서포터 패턴들(107a) 사이에도 모두 채워질수 있게 충분한 두께를 갖도록 형성한다. 상기 상부 도전막(119)은 도전막, 예컨대, 도핑된 폴리실리콘막으로 형성하는 것이 바람직하다.6 and 7, the spacer 109 is etched and removed from the semiconductor substrate 101 having the capping layer 111. In this case, the lower conductive layer 105 under the spacer 109 is exposed. Using the supporter pattern 107a and the capping layer 111 as a mask, the exposed lower conductive layer 105 and the tunnel insulating layer 103 are continuously etched until the semiconductor substrate 101 is exposed. Accordingly, a first lower conductive layer pattern 113 and a second lower conductive layer pattern 115 under the capping layer 111 are formed under the supporter pattern 107a. In this case, a gap G is formed between the first and second lower conductive layer patterns 113 and 115. The width of the gap G is determined due to the lower width of the spacer 109. For this reason, the widths of the gaps G may be formed to be constant. A control gate insulating layer 117 is formed on inner walls and bottoms of the gap G, that is, sidewalls of the first and second lower conductive layer patterns 113 and 115 and the exposed semiconductor substrate 101. The control gate insulating film 117 is preferably formed of a thermal oxide film. The control gate insulating layer 117 also serves to heal the inner wall and the bottom of the gap G damaged by an etching process when the first and second lower conductive layer patterns 113 and 115 are formed. An upper conductive layer 119 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101 having the control gate insulating layer 117 to fill the gap G. Preferably, the upper conductive layer 119 is formed to have a sufficient thickness so as to fill all of the supporter patterns 107a. The upper conductive layer 119 may be formed of a conductive layer, for example, a doped polysilicon layer.

상기 상부 도전막(119)을 상기 서포터 패턴(107a)이 노출될때까지 평탄화시키어 상부 도전막 패턴(119a)을 형성한다. 상기 상부 도전막 패턴(119a)은 상기 서포터 패턴들(107a) 사이에 개재되며, 상기 제2 하부도전막 패턴(115) 및 상기 캐핑막(111)을 덮는다. 즉, 상기 상부 도전막 패턴(119a)은 상기 제2 하부 도전막 패턴(115) 양측들에 배치된 한 쌍의 상기 갭들(G)을 채운다. 상기 상부 도전막 패턴(119a)과 상기 제1 하부 도전막 패턴(113) 사이, 상기 상부 도전막 패턴(119a)과 상기 제2 하부 도전막 패턴(115) 사이 및 상기 상부 도전막 패턴(119a)과 상기 반도체기판(101) 사이에는 상기 제어 게이트 절연막(117)이 개재된다.The upper conductive layer 119 is planarized until the supporter pattern 107a is exposed to form the upper conductive layer pattern 119a. The upper conductive layer pattern 119a is interposed between the supporter patterns 107a and covers the second lower conductive layer pattern 115 and the capping layer 111. That is, the upper conductive layer pattern 119a fills the pair of gaps G disposed on both sides of the second lower conductive layer pattern 115. Between the upper conductive layer pattern 119a and the first lower conductive layer pattern 113, between the upper conductive layer pattern 119a and the second lower conductive layer pattern 115 and the upper conductive layer pattern 119a. The control gate insulating layer 117 is interposed between the semiconductor substrate 101 and the semiconductor substrate 101.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 상부 도전막 패턴(119a)을 갖는 반도체기판(101)에서, 상기 서포터 패턴(107a)을 상기 제1 하부 도전막 패턴(113)이 노출될때까지 식각하여 제거한다. 상기 노출된 제1 하부 도전막 패턴(113)을 상기 터널절연막(103)이 노출될때까지 등방성식각으로 제거하여 제1 노출영역(120)을 형성한다. 상기 제1 노출영역(120)은 상기 상부 도전막 패턴들(119a) 사이의 영역이다. 상기 제1 노출영역(120)내의 터널절연막(103) 및 상기 제1 하부 도전막 패턴(113) 측벽에 형성된 상기 제어게이트 절연막(117)은 식각되어 제거 될 수 있다. 상기 제1 하부 도전막 패턴(113)이 식각되어 제거되는 동안, 상기 상부 도전막패턴(119a)의 일부가 식각될 수 있다.8 and 9, in the semiconductor substrate 101 having the upper conductive layer pattern 119a, the supporter pattern 107a is etched and removed until the first lower conductive layer pattern 113 is exposed. do. The exposed first lower conductive layer pattern 113 is removed by isotropic etching until the tunnel insulating layer 103 is exposed to form the first exposed region 120. The first exposed area 120 is an area between the upper conductive layer patterns 119a. The control gate insulating layer 117 formed on the sidewalls of the tunnel insulating layer 103 and the first lower conductive layer pattern 113 in the first exposure area 120 may be etched and removed. A portion of the upper conductive layer pattern 119a may be etched while the first lower conductive layer pattern 113 is etched and removed.

상기 제1 노출영역(120)을 갖는 반도체기판(101) 상에 감광막 패턴(121)을 형성한다. 상기 감광막 패턴(121)은 상기 캐핑막(111) 중앙부의 상부에 위치하는 상기 상부 도전막 패턴(119a)의 소정영역을 노출시킨다. 다시 말해서, 상기 감광막 패턴(121)은 상기 캐핑막(111) 양측들 상부 및 상기 갭(G)을 채운 상기 상부 도전막 패턴(119a) 및 상기 제1 노출영역(120)을 덮는다.The photosensitive film pattern 121 is formed on the semiconductor substrate 101 having the first exposure area 120. The photoresist layer pattern 121 exposes a predetermined region of the upper conductive layer pattern 119a positioned above the center portion of the capping layer 111. In other words, the photoresist pattern 121 covers the upper conductive layer pattern 119a and the first exposed region 120 filling the gaps G and the upper sides of the capping layer 111.

상기 노출된 상부 도전막 패턴(119a), 상기 캐핑막(111) 및 상기 제2 하부 도전막 패턴(115)을 상기 터널절연막(103)이 노출될때까지 연속적으로 패터닝하여 제2 노출영역(122)을 형성한다. 상기 제2 노출영역(122) 양측에 한 쌍의 게이트 패턴들(130)이 형성된다. 상기 게이트 패턴은 차례로 적층된 플로팅 게이트 전극(117a), 캐핑막 패턴(111a) 및 제어 게이트 전극(119b)으로 구성된다. 이때, 상기 상부 도전막 패턴(119a)은 상기 제어 게이트 전극(119b)으로 형성되고, 상기 캐핑막(111)은 상기 캐핑막 패턴(111a)으로 형성되며, 상기 제2 하부 도전막 패턴(115)은 상기 플로팅 게이트 전극(115a)으로 형성된다.The exposed upper conductive layer pattern 119a, the capping layer 111, and the second lower conductive layer pattern 115 are continuously patterned until the tunnel insulating layer 103 is exposed to form a second exposed region 122. To form. A pair of gate patterns 130 are formed at both sides of the second exposed region 122. The gate pattern includes a floating gate electrode 117a, a capping layer pattern 111a, and a control gate electrode 119b that are sequentially stacked. In this case, the upper conductive layer pattern 119a is formed of the control gate electrode 119b, the capping layer 111 is formed of the capping layer pattern 111a, and the second lower conductive layer pattern 115 is formed. Is formed of the floating gate electrode 115a.

상기 한 쌍의 게이트 패턴들(130)은 상기 제2 노출영역(122)을 기준으로 대칭적인 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 노출 영역(122)과 인접한 상기 게이트 패턴(130)의 일측벽은 상기 플로팅 게이트 전극(115a), 상기 캐핑막 패턴(111a) 및 상기 제어 게이트 전극(119b)으로 구성된다. 이와는 다르게, 상기 제1 노출 영역(120)과 인접한 상기 게이트 패턴(130)의 타측벽은 상기 제어 게이트 전극(119b)으로 구성된다.The pair of gate patterns 130 has a symmetrical structure with respect to the second exposed region 122. That is, one side wall of the gate pattern 130 adjacent to the second exposure area 122 includes the floating gate electrode 115a, the capping layer pattern 111a, and the control gate electrode 119b. Unlike this, the other side wall of the gate pattern 130 adjacent to the first exposure area 120 is configured of the control gate electrode 119b.

상기 제어 게이트 전극(119a)의 채널 영역은 상기 갭(G)에 의해 결정된다. 상기 갭들(G)은 도 5의 서포터 패턴(107a) 양측벽의 스페이서(109)의 하부 폭에 의해 결정된다. 이로 인하여, 상기 제2 노출영역(122) 좌우측에 배치된 한 쌍의 상기 제어 게이트 전극들(119a)의 채널길이들(L1,L2)의 차이를 최소화할 수 있다. 다시 말해서, 상기 제어 게이트 전극(130a)의 채널길이(L1 or L2)를 결정하는데 있어서, 종랭의 감광막 패턴이 요구되지 않는다. 이로 인해, 종래의 감광막 패턴의 오정렬로 인하여 제어 게이트 전극들의 채널길이가 증가 또는 감소하는 현상을 방지할 수 있다. 결과적으로, 상기 채널 길이들(L1,L2)의 차이로 인한 비휘발성 기억소자의 단위 셀들간의 특성차이를 방지할 수 있다.The channel region of the control gate electrode 119a is determined by the gap G. The gaps G are determined by the bottom width of the spacer 109 on both sidewalls of the supporter pattern 107a of FIG. 5. Accordingly, the difference between the channel lengths L1 and L2 of the pair of control gate electrodes 119a disposed on the left and right sides of the second exposure region 122 can be minimized. In other words, in determining the channel length L1 or L2 of the control gate electrode 130a, no longitudinal photosensitive film pattern is required. As a result, it is possible to prevent a phenomenon in which the channel length of the control gate electrodes is increased or decreased due to the misalignment of the conventional photoresist pattern. As a result, characteristic differences between unit cells of the nonvolatile memory device due to the difference in the channel lengths L1 and L2 can be prevented.

상기 게이트 패턴(130)의 양측벽들에 각각 게이트 스페이서(123)를 형성한다. 상기 제1 및 제2 노출영역들(120,122)의 반도체기판(101)에 불순물이온들을 선택적으로 주입하여 각각 제1 및 제2 불순물확산층들(125a,125b)을 형성한다. 상기 제1 불순물확산층(125a)은 드레인 영역 및 상기 제2 불순물확산층(125b)은 소오스 영역에 해당할 수 있다. 상기 제1 및 제2 불순물확산층들(125a,125b)은 동시에 형성할 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1 및 제2 불순물확산층들(125a,125b)은 순차적으로 형성할 수 있다.Gate spacers 123 are formed on both sidewalls of the gate pattern 130. Impurity ions are selectively implanted into the semiconductor substrate 101 of the first and second exposure regions 120 and 122 to form first and second impurity diffusion layers 125a and 125b, respectively. The first impurity diffusion layer 125a may correspond to a drain region and the second impurity diffusion layer 125b may correspond to a source region. The first and second impurity diffusion layers 125a and 125b may be simultaneously formed. Alternatively, the first and second impurity diffusion layers 125a and 125b may be sequentially formed.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제어 게이트 전극의 채널영역을 결정하는 감광막 패턴이 요구되지 않는다. 다시말해서, 상기 제어 게이트 전극의 채널영역을 정의하기 위하여 서포터 패턴 및 서포터 패턴 양측벽의 스페이서를 이용한다. 이로 인하여, 종래의 감광막 패턴의 오정렬에 의한 제어 게이트 전극들의 채널길이가 차이나는 현상을 방지할 수 있다. 결과적으로, 상기 채널 길이 차이로 인한 단위 셀들간의 특성차이를 최소화할 수 있다.As described above, according to the present invention, the photosensitive film pattern for determining the channel region of the control gate electrode is not required. In other words, a supporter pattern and spacers on both sidewalls of the supporter pattern are used to define the channel region of the control gate electrode. As a result, it is possible to prevent a phenomenon in which channel lengths of the control gate electrodes are different due to the misalignment of the conventional photoresist pattern. As a result, the characteristic difference between unit cells due to the channel length difference can be minimized.

Claims (7)

반도체기판 상에 터널절연막 및 하부 도전막을 차례로 형성하는 단계;Sequentially forming a tunnel insulating film and a lower conductive film on the semiconductor substrate; 상기 하부 도전막 상에 서포터 패턴들을 형성하는 단계;Forming supporter patterns on the lower conductive layer; 상기 서포터 패턴들 양측벽들에 각각 스페이서를 형성하는 단계;Forming spacers on both sidewalls of the supporter patterns; 상기 스페이서들을 갖는 서포터 패턴 양측의 상기 하부 도전막 상에 캐핑막을 형성하는 단계;Forming a capping layer on the lower conductive layer on both sides of the supporter pattern having the spacers; 상기 스페이서를 식각공정으로 제거하여 상기 스페이서 하부의 상기 하부 도전막을 노출시키는 단계;Removing the spacers by an etching process to expose the lower conductive layer under the spacers; 상기 서포터 패턴 및 상기 캐핑막을 마스크로 하여 상기 노출된 하부 도전막 및 상기 터널절연막을 상기 반도체기판이 노출될때까지 식각하여 상기 서포터 패턴 하부의 제1 하부 도전막 패턴, 상기 캐핑막 하부의 제2 하부 도전막 패턴 및 상기 제1 및 제2 하부 도전막 패턴들 사이에 갭을 형성하는 단계;The exposed lower conductive layer and the tunnel insulating layer are etched using the supporter pattern and the capping layer as a mask until the semiconductor substrate is exposed to form a first lower conductive layer pattern below the supporter pattern and a second lower portion below the capping layer. Forming a gap between the conductive layer pattern and the first and second lower conductive layer patterns; 상기 갭 내 측벽 및 바닥에 제어 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및Forming a control gate insulating layer on sidewalls and bottoms of the gap; And 상기 제어 게이트 절연막 상에 상기 갭을 채우는 제어 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 비휘발성 기억소자의 형성방법.Forming a control gate electrode filling the gap on the control gate insulating film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하부 도전막은 도핑된 폴리실리콘막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자의 형성방법.And the lower conductive layer is formed of a doped polysilicon layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 서포터 패턴은 상기 하부 도전막에 대하여 식각선택비를 갖는 물질막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자의 형성방법.And the supporter pattern is formed of a material film having an etch selectivity with respect to the lower conductive film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스페이서는 상기 서포터 패턴 및 상기 하부 도전막 패턴에 대하여 식각선택비를 갖는 물질막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자의 형성방법.The spacer is formed of a material film having an etch selectivity with respect to the supporter pattern and the lower conductive layer pattern. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 캐핑막은 열산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자의 형성방법.And the capping film is formed of a thermal oxide film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어 게이트 전극을 형성하는 단계는,Forming the control gate electrode, 상기 갭을 채우는 상부 도전막을 반도체기판 전면에 형성하는 단계;Forming an upper conductive film filling the gap on the entire surface of the semiconductor substrate; 상기 상부 도전막을 상기 서포터 패턴이 노출될때까지 평탄화시키어 상기 캐핑막 상에 상부 도전막 패턴을 형성하는 단계;Planarizing the upper conductive layer until the supporter pattern is exposed to form an upper conductive layer pattern on the capping layer; 상기 상부 도전막 패턴, 상기 캐핑막 및 상기 제2 하부 도전막 패턴을 연속적으로 패터닝하여 차례로 적층된 플로팅 게이트 전극, 캐핑막 패턴 및 제어 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자의 형성방법.And sequentially patterning the upper conductive layer pattern, the capping layer, and the second lower conductive layer pattern to form a floating gate electrode, a capping layer pattern, and a control gate electrode that are sequentially stacked. Formation method of the device. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 상부 도전막 패턴을 패터닝하기 전에,Before patterning the upper conductive film pattern, 상기 서포터 패턴 및 상기 제1 하부 도전막 패턴을 식각하여 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자의 형성방법.And removing the supporter pattern and the first lower conductive layer pattern by etching.
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