KR20050009642A - Method of manufacturing a flash device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for fabricating a flash device is provided to simultaneously prevent an undercut effect of a patterned conductive layer and a gate bridge by performing an etch process using an etch condition of low selectivity with an oxide layer in over-etching a control gate conductive layer. CONSTITUTION: A tunnel oxide layer(114), the first and second conductive layers(116,118) that are patterned, a dielectric layer(120), the third conductive layer(122), a metal layer(124) and a hard mask layer(126) are sequentially formed on a semiconductor substrate(110) in which an active region and a field region are defined. The hard mask layer and the metal layer are patterned by using a gate mask. The first etch process is performed to remove the third conductive layer formed on the active region. The second etch process is performed to remove a part of the third conductive layer remaining on the field region. The third etch process is performed to remove the dielectric layer exposed to the active region and the field region. The fourth etch process is performed to completely eliminate the third conductive layer remaining on the field region. The fifth etch process is performed to eliminate the dielectric layer remaining on the field region. The sixth etch process is performed to remove the first and second conductive layers that are patterned.

Description

플래시 소자의 제조 방법{Method of manufacturing a flash device}Method of manufacturing a flash device

본 발명은 플래시 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 게이트 패턴 형성을 위한 식각공정에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a flash device, and more particularly, to an etching process for forming a gate pattern.

100 나노급 이하의 플래시 메모리 소자에서는 패턴 사이즈의 감소로 인해 플로팅 게이트로 사용될 폴리 실리콘막간의 공간이 줄어들어 후속 컨트롤 게이트를포함하는 플래시 소자의 게이트 전극 패터닝 시에 폴리 잔류에 의한 게이트 패턴간의 브리지 현상이 발생하여 소자의 전기적 특성을 악화 시키는 문제점이 있다.In the flash memory device of 100 nanometers or less, the space between the polysilicon films to be used as the floating gate is reduced due to the reduction of the pattern size. There is a problem that occurs to deteriorate the electrical characteristics of the device.

상기의 문제점을 해결하기 위해 게이트 식각시 오버 식각 타겟의 증가 또는 마이크로 로딩 효과를 줄이기 위해 식각 조전 조절과 같은 여러 가지 방안을 연구중이다. 하지만, 종래의 방안으로는 폴리 잔류의 잔존으로 인한 프리지 문제가 여전히 존재하고, 게이트의 패턴 사이즈가 더 줄어들수록, 플로팅 게이트 전극간의 공간이 더 줄어들게 되어 상술한 문제가 더 심화되어 간다.In order to solve the above problems, various methods such as etching preconditioning are being studied to reduce an over-etching target or a micro loading effect during gate etching. However, in the conventional scheme, there is still a problem of freezing due to the remaining of poly residual, and as the pattern size of the gate decreases, the space between the floating gate electrodes decreases further, and the above-mentioned problem becomes more severe.

도 1은 플래시 소자의 레이아웃도이다.1 is a layout diagram of a flash device.

도 1을 참조하면, 플래시 소자는 반도체 기판(10)의 활성영역과 필드영역을 분리하기 위한 소자 분리막(12)과 활성영역 상에 형성된 플로팅 게이트(FG)와 컨트롤 게이트(CG)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a flash device includes a device isolation layer 12 for separating an active region and a field region of a semiconductor substrate 10, and a floating gate FG and a control gate CG formed on the active region.

도 2는 종래의 플래시 소자의 게이트 구조를 설명하기 위한 단면도로써, 도 2a는 도 1의 C-C'선상의 단면도이고, 도 2b는 도 1의 B-B'선상의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a gate structure of a conventional flash device. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line C-C 'of FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line B-B' of FIG.

도 3은 종래의 문제점을 설명하기 위한 도 1의 C-C'선상의 식각 개념도이다.3 is a conceptual view illustrating etching along the line C-C 'of FIG. 1 for explaining a conventional problem.

도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 플래시 소자는 반도체 기판(10)의 활성영역상에 터널 산화막(14), 제 1 및 제 2 도전막(16 및 18)으로 이루어진 플로팅 게이트 전극(19), 유전체막(20), 제 3 도전막(22) 및 금속막(24)으로 이루어진 컨트롤 게이트 전극 및 하드 마스크막(26)이 적층된 형태로 구성된 스택 게이트구조를 가지고 있다. 이와 같은 스택 게이트 구조를 형성하기 위해 활성영역 상에는 금속막(24), 제 3 도전막(22), 유전체막(20), 제 2 도전막(18) 및 제 1 도전막(16)을순차적으로 식각하여야 하고, 필드영역에는 금속막(24) 및 제 3 도전막(22)을 순차적으로 식각하여야 한다. 이러한 식각양태에 의해 게이트 브리지(Gate Bridge)가 취약한 지역이 발생한다. 높은 제 2 도전막(18)의 단차로 인해 컨트롤 게이트용 제 3 도전막(22) 식각시 단차 영역에 도전막 잔류가 발생하게 된다. 이러한, 제 3 도전막(22)의 잔류로 인해 유전체막 펜스(Fence)현상과 제 2 도전막(18)의 잔류도 함께 발생하게 되어 소자의 전기적 특성을 악화 시키는 원인이 된다.2 and 3, a conventional flash device includes a floating gate electrode 19 including a tunnel oxide film 14 and first and second conductive films 16 and 18 on an active region of a semiconductor substrate 10. And a stack gate structure in which a control gate electrode made of the dielectric film 20, the third conductive film 22, and the metal film 24 and the hard mask film 26 are stacked. In order to form the stack gate structure, the metal layer 24, the third conductive layer 22, the dielectric layer 20, the second conductive layer 18, and the first conductive layer 16 are sequentially formed on the active region. The metal film 24 and the third conductive film 22 must be sequentially etched in the field region. This etching results in areas with weak gate bridges. Due to the high level of the second conductive layer 18, the conductive layer remains in the stepped region when the third conductive layer 22 for the control gate is etched. Due to the remaining of the third conductive film 22, the dielectric film fence and the second conductive film 18 are also generated, which causes deterioration of the electrical characteristics of the device.

도 4 내지 도 8은 종래의 플래시 소자의 제조 방법의 문제점을 설명하기 위한 단면도들이고, 각 도면의 a는 도 1의 C-C' 선상의 단면도이고, b는 A-A'의 단면도이고, c는 B-B'의 단면도이다.4 to 8 are cross-sectional views illustrating problems of a conventional method of manufacturing a flash device, a of each drawing is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. 1, b is a cross-sectional view of A-A ′, and c is B It is a sectional view of -B '.

도 4를 참조하면, 자기정렬 셀로우 트렌치 아이솔레이션 공정을 실시하여 터널 산화막(14), 제 1 도전막(16) 및 소자 분리막(12)을 형성한다. 플로팅 게이트용 제 2 도전막(18)을 형성한 다음 제 2 도전막(18)을 패터닝 하여 제 1 및 제 2 도전막(16 및 18)으로 구성된 플로팅 게이트 전극(19) 패턴을 형성한다. 전체 구조상에 ONO 구조의 유전체막(20), 컨트롤 게이트 전극용 제 3 도전막(22) 및 금속막(24)을 형성한다. 금속막(24) 상에 하드 마스크막(26)을 형성한 다음, 게이트 전극 형성을 위한 마스크를 이용한 패터닝 공정을 실시하여 하드 마스크막(26)을 패터닝 한다.Referring to FIG. 4, the tunnel oxide film 14, the first conductive film 16, and the device isolation layer 12 are formed by performing a self-aligned cell trench trench isolation process. After forming the second conductive film 18 for the floating gate, the second conductive film 18 is patterned to form a floating gate electrode 19 pattern composed of the first and second conductive films 16 and 18. The ONO structure dielectric film 20, the third conductive film 22 for the control gate electrode, and the metal film 24 are formed over the entire structure. After forming the hard mask film 26 on the metal film 24, a patterning process using a mask for forming a gate electrode is performed to pattern the hard mask film 26.

도 5를 참조하면, 하드 마스크막(26)을 식각마스크로 하는 소정의 식각공정을 실시하여 금속막(24)과 제 3 도전막(22)을 식각한다. 금속막(24) 메인 식각을 실시한 다음 금속막(24) 과도 식각을 실시하여 금속막(24)을 제거한다. 그후, 제 3 도전막(22) 메인 식각을 실시함으로써, 활성영역 상의 제 3 도전막(22)은 제거되는반면 필드 영역의 제 3 도전막(22)은 제 2 도전막(18)의 단차만큼 잔류하게 된다.Referring to FIG. 5, the metal film 24 and the third conductive film 22 are etched by performing a predetermined etching process using the hard mask film 26 as an etching mask. After the main etching of the metal film 24, the metal film 24 is overetched to remove the metal film 24. After that, the main conductive etching of the third conductive film 22 is performed, whereby the third conductive film 22 on the active region is removed, whereas the third conductive film 22 of the field region is formed by the step of the second conductive film 18. Will remain.

도 6을 참조하면, 제 3 도전막(22) 과도 식각을 실시하여 필드영역에 잔류하는 제 3 도전막(22)을 식각한다. 이때, 활성영역에 노출된 제 3 도전막(22)이 과도 식각에 의해 식각되어 언더컷(Under Cut)이 발생한다. 즉, 활성영역 상에 패터닝된 제 3 도전막(22)의 측벽이 과도식각시 리세스 되어 소자의 전기적 특성을 악화 시키는 문제가 발생한다(도 6b의 L 영역 참조).Referring to FIG. 6, the third conductive layer 22 is excessively etched to etch the third conductive layer 22 remaining in the field region. At this time, the third conductive layer 22 exposed to the active region is etched by the excessive etching to generate an under cut. That is, the sidewall of the third conductive film 22 patterned on the active region is recessed during the excessive etching, which causes a problem of deteriorating the electrical characteristics of the device (see L region of FIG. 6B).

도 7을 참조하면, ONO 구조의 유전체막(20)을 제거하기 위한 식각공정을 실시한다. ONO 구조의 유전체막(20) 식각시 필드영역의 소자 분리막(12)의 상부가 리세스 된다. 즉, ONO 구조 중 산화막 식각시 하부의 소자 분리막(12)과의 식각선택비차가 없어 제 2 도전막(18) 측벽의 ONO 식각시 소자 분리막(12)의 상부 영역의 일부가 함께 식각된다.Referring to FIG. 7, an etching process for removing the dielectric film 20 having the ONO structure is performed. When the dielectric film 20 having the ONO structure is etched, an upper portion of the device isolation layer 12 in the field region is recessed. That is, since there is no etching selectivity difference with the lower element isolation layer 12 when the oxide layer is etched in the ONO structure, a part of the upper region of the element isolation layer 12 is etched together during the ONO etching of the sidewall of the second conductive layer 18.

도 8을 참조하면, 제 2 도전막(18) 메인 식각과 과도식각을 실시하여 제 2 도전막(18)을 식각한다. 이때 제 2 도전막(18) 하부의 제 1 도전막(16)도 함께 식각되어 플로팅 게이트 전극(19) 패턴을 고립함으로써, 터널 산화막(14), 고립된 플로팅 게이트 전극(19), 유전체막(20) 및 컨트롤 게이트 전극(22 및 24)이 적층된 형태의 게이트 전극을 형성한다.Referring to FIG. 8, the second conductive layer 18 is etched by performing main etching and transient etching of the second conductive layer 18. At this time, the first conductive film 16 under the second conductive film 18 is also etched together to isolate the floating gate electrode 19 pattern, whereby the tunnel oxide film 14, the isolated floating gate electrode 19, and the dielectric film ( 20) and the control gate electrodes 22 and 24 form a stacked gate electrode.

하지만, 앞서 설명한 바와 같이 컨트롤 게이트 전극용 제 3 도전막(22) 식각시 필드 영역 상부에 잔류하는 제 3 도전막(22)이 완전히 제거되지 않을 경우 많은 문제가 발생할 뿐만 아니라, 식각공정시에도 많은 문제가 발생하게 된다.However, as described above, when the third conductive layer 22 remaining above the field region is not completely removed when the third conductive layer 22 for the control gate electrode is etched, many problems may occur. Problems will arise.

도 9a는 컨트롤 게이트 전극을 패터닝 한 후의 도 1의 C-C' 선상의 SEM 사진이고, 도 9b는 도 1의 B-B' 선상의 SEM 사진이다.FIG. 9A is a SEM photograph on line C-C 'of FIG. 1 after patterning the control gate electrode, and FIG. 9B is an SEM photograph on line B-B' of FIG. 1.

도 10a는 게이트 전극 식각후의 도 1의 C-C' 선상의 SEM 사진이고, 도 10b는 도 1의 B-B' 선상의 SEM 사진이다.FIG. 10A is a SEM photograph on line C-C 'of FIG. 1 after etching the gate electrode, and FIG. 10B is a SEM photograph on line B-B' of FIG. 1.

도 9a, 도 9b, 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 필드영역 상에 잔류하는 제 3 도전막을 제거하기 위한 제 3 도전막 과도 식각에 의한 언더컷현상이 발생하게 되고, 이로 인해 컨트롤 게이트용 제 3 도전막의 측벽 영역이 리세스 되는 현상이 발생한다.9A, 9B, 10A, and 10B, an undercut phenomenon occurs due to the excessive etching of the third conductive film for removing the third conductive film remaining on the field region, thereby causing the third for the control gate. The phenomenon that the sidewall area of the conductive film is recessed occurs.

도 11은 종래의 식각 방법에 의한 문제점을 설명하기 위한 개념도이다.11 is a conceptual diagram illustrating a problem by a conventional etching method.

도 11을 참조하면, 제 3 도전막 과도식각은 패턴 상부에 음이온이 빌드 업(Build up)되고 이로인해 음이온은 하부에 도달하지 못하고 패턴 하부는 양이온이 빌드 업된다. 하부에 빌드업 된 양 이온으로 인하여 양 이온의 궤도(Trajectory)가 변형되어 언더컷이 발생한다. 제 3 도전막의 언더컷 현상은 제 3 도전막의 식각이 완전히 끝난 다음 패턴에 빌드 업(Build-Up)된 차지(Charge)에 의해 발생하는 현상으로 과도 식각 타겟이 클수록, 패턴 종횡비(Aspect Raio)가 클수록 그 정도가 심해진다.Referring to FIG. 11, in the third conductive film transient etching, negative ions are built up in the upper part of the pattern, and thus, negative ions do not reach the lower part, and positive ions are built up in the lower part of the pattern. Due to the positive ions built up in the lower part, the trajectory of the positive ions is deformed and undercut occurs. The undercut of the third conductive layer is a phenomenon caused by the charge built up in the pattern after the etching of the third conductive layer is completed. The larger the transient etching target, the larger the pattern aspect ratio. That gets worse.

도 12a 내지 12c는 컨트롤 게이트용 도전막의 과도식각 타겟에 따른 소자의 SEM 사진이다.12A to 12C are SEM images of devices according to the transient etching target of the conductive film for the control gate.

도 12a 내지 도 12c를 참조하면, 컨트롤 게이트 전극용 제 3 도전막 과도식각의 식각 타겟에 따라 유전체막의 팬스 형상, 제 3 도전막의 잔류현상이 발생하게 되거나, 제 3 도전막의 언더컷 형상이나 소자 분리막의 손실과 같은 현상이 발생한다.12A to 12C, the fan shape of the dielectric film and the residual phenomenon of the third conductive film are generated according to the etching target of the third conductive film transient etching for the control gate electrode, or the undercut shape of the third conductive film or the element isolation film A loss-like phenomenon occurs.

상술한 문제는 플래시 소자가 점점 고집적화 되어 감에 따라 패턴 종횡비가 증가하고, 플로팅 게이트 전극 사이가 좁아지게 됨에 따라, 컨트롤 게이트용 제 3 도전막 식각에 있어서, 제 3 도전막의 언더컷과 게이트 브리지 모두 프리(Free)한 식각 타겟 범위(Etch Target Range)가 좁아지게 된다. 실제로 약 120㎚ 이하의 테크에서는 상술한 식각 타겟 범위가 존재하지 않게 되는 문제가 발생한다.The above-mentioned problem is that as the flash device becomes more and more integrated, the pattern aspect ratio increases and the gap between the floating gate electrodes becomes narrow, so that in the third conductive film etching for the control gate, both the undercut and the gate bridge of the third conductive film are free. The free etch target range becomes narrower. In fact, in the tech of about 120 nm or less, a problem arises in that the above-described etching target range does not exist.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 컨트롤 게이트 도전막 과도 식각시 산화막과의 선택비가 낮은 식각조건을 이용한 식각공정을 실시하여 패터닝된 도전막의 언더컷 현상과 게이트 브리지를 동시에 해결할 수 있으며, 플로팅 게이트용 도전막의 두께(Thickness)를 상향할 수 있어 소자의 커플링비(Coupling Ratio)를 증가시킬 수 있는 플래시 소자의 제조 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention can solve the undercut phenomenon of the patterned conductive film and the gate bridge at the same time by performing an etching process using an etching condition having a low selectivity with respect to the oxide film when the control gate conductive film is excessively etched to solve the above problems. Provided is a method of manufacturing a flash device capable of increasing the thickness of a conductive film for a gate, thereby increasing a coupling ratio of the device.

도 1은 플래시 소자의 레이아웃도이다.1 is a layout diagram of a flash device.

도 2는 종래의 플래시 소자의 게이트 구조를 설명하기 위한 단면도로써, 도 2a는 도 1의 C-C'선상의 단면도이고, 도 2b는 도 1의 B-B'선상의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a gate structure of a conventional flash device. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line C-C 'of FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line B-B' of FIG.

도 3은 종래의 문제점을 설명하기 위한 도 1의 C-C'선상의 식각 개념도이다.3 is a conceptual view illustrating etching along the line C-C 'of FIG. 1 for explaining a conventional problem.

도 4 내지 도 8은 종래의 플래시 소자의 제조 방법의 문제점을 설명하기 위한 단면도들이고, 각 도면의 a는 도 1의 C-C' 선상의 단면도이고, b는 A-A'의 단면도이고, c는 B-B'의 단면도이다.4 to 8 are cross-sectional views illustrating problems of a conventional method of manufacturing a flash device, a of each drawing is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. 1, b is a cross-sectional view of A-A ′, and c is B It is a sectional view of -B '.

도 9a는 컨트롤 게이트 전극을 패터닝 한 후의 도 1의 C-C' 선상의 SEM 사진이고, 도 9b는 도 1의 B-B' 선상의 SEM 사진이다.FIG. 9A is a SEM photograph on line C-C 'of FIG. 1 after patterning the control gate electrode, and FIG. 9B is an SEM photograph on line B-B' of FIG. 1.

도 10a는 게이트 전극 식각후의 도 1의 C-C' 선상의 SEM 사진이고, 도 10b는 도 1의 B-B' 선상의 SEM 사진이다.FIG. 10A is a SEM photograph on line C-C 'of FIG. 1 after etching the gate electrode, and FIG. 10B is a SEM photograph on line B-B' of FIG. 1.

도 11은 종래의 식각 방법에 의한 문제점을 설명하기 위한 개념도이다.11 is a conceptual diagram illustrating a problem by a conventional etching method.

도 12a 내지 12c는 컨트롤 게이트용 도전막의 과도식각 타겟에 따른 소자의 SEM 사진이다.12A to 12C are SEM images of devices according to the transient etching target of the conductive film for the control gate.

도 13 내지 도 19는 본 발명에 따른 플래시 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 각 도의 a는 도 1의 C-C' 선상의 단면도이고, b는 A-A' 선상의 단면도이며, c는 B-B' 선상의 단면도이다.13 to 19 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash device according to the present invention, each of which is a cross-sectional view along the line CC ′ of FIG. 1, b is a cross-sectional view along the line AA ′, and c is a line along the line BB ′. It is a cross section of.

도 20a 내지 도 20c는 본 발명에 따른 플래시 소자의 게이트 식각에 따른 활성영역과 필드영역의 SEM 사진들이다.20A through 20C are SEM images of an active region and a field region according to gate etching of a flash device according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10, 110 : 반도체 기판 12, 112 : 소자 분리막10, 110: semiconductor substrate 12, 112: device isolation film

14, 114 : 터널 산화막14, 114: tunnel oxide film

19, 119 : 플로팅 게이트 패턴 20, 120 : 유전체막19, 119: floating gate pattern 20, 120: dielectric film

24, 124 : 금속막 26, 126 : 하드 마스크막24, 124: metal film 26, 126: hard mask film

16, 18, 22, 116, 118, 122 : 도전막16, 18, 22, 116, 118, 122: conductive film

본 발명에 따른 활성영역과 필드영역이 정의된 반도체 기판 상에 터널 산화막, 패터닝된 제 1 및 제 2 도전막, 유전체막, 제 3 도전막, 금속막 및 하드 마스크막을 순차적으로 형성하는 단계와, 게이트용 마스크를 이용하여 상기 하드 마스크막 및 상기 금속막을 패터닝하는 단계와, 제 1 식각을 실시하여 상기 활성영역 상에 형성된 상기 제 3 도전막을 제거하는 단계와, 제 2 식각을 실시하여 상기 필드영역 상에 잔류하는 상기 제 3 도전막의 일부를 제거하는 단계와, 제 3 식각을 실시하여 상기 활성영역과 상기 필드영역에 노출된 상기 유전체막을 제거하는 단계와, 제 4 식각을 실시하여 상기 필드영역 상에 잔류하는 상기 제 3 도전막을 완전히 제거하는 단계와, 제 5 식각을 실시하여 상기 필드영역에 잔류하는 상기 유전체막을 제거하는 단계 및 제 6 식각을 실시하여 상기 패터닝된 제 1 및 제 1 도전막을 제거하는 단계를 포함하는 플래시 소자의 제조 방법을 제공한다.Sequentially forming a tunnel oxide film, a patterned first and second conductive film, a dielectric film, a third conductive film, a metal film, and a hard mask film on a semiconductor substrate in which an active region and a field region are defined according to the present invention; Patterning the hard mask layer and the metal layer using a gate mask, removing the third conductive layer formed on the active region by performing a first etching process, and performing a second etching process on the field region Removing a portion of the third conductive film remaining in the phase; performing a third etching to remove the dielectric film exposed to the active region and the field region; and performing a fourth etching process to remove the dielectric layer exposed to the field region. Completely removing the third conductive film remaining in the substrate; and performing a fifth etching to remove the dielectric film remaining in the field region and a sixth etching. It provides a method of manufacturing a flash device comprising the step of removing the patterned first and first conductive film.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. Like numbers refer to like elements in the figures.

본 발명의 일실시예는 플래시 소자의 게이트 전극을 형성하기 위한 식각단계중, 컨트롤 게이트 전극용 도전막과 유전체막의 식각 공정과 식각 조건을 달리함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있다.One embodiment of the present invention can achieve the above object by changing the etching process and etching conditions of the conductive film for the control gate electrode and the dielectric film during the etching step for forming the gate electrode of the flash device.

플래시 소자는 필드영역에는 소자 분리막이 형성되고, 활성영역에는 터널 산화막, 제 1 및 제 2 도전막으로 구성된 플로팅 게이트 전극 패턴이 형성된 반도체 기판상에 유전체막 컨트롤 게이트 전극용 제 3 도전막 및 금속막과, 하드 마스크막을 형성한 다음, 하드 마스크막을 패터닝 한다. 패터닝된 하드마스크막을 이용하여금속막을 패터닝한다.In the flash device, a device isolation film is formed in a field region, and a third conductive film for a dielectric film control gate electrode and a metal film are formed on a semiconductor substrate on which a floating gate electrode pattern composed of a tunnel oxide film and a first and a second conductive film is formed in an active region. And a hard mask film are formed, and then a hard mask film is patterned. The metal film is patterned using the patterned hard mask film.

제 1 식각을 실시하여 활성영역 상에 형성된 컨트롤 게이트 전극용 제 3 도전막을 식각한다. 제 2 식각을 실시하여 필드영역 상에 잔류하는 컨트롤 게이트 전극용 제 3 도전막의 일부를 제거한다. 제 2 식각시 산화막에 대한 식각선택비가 10 이상인 식각조건하에서 활성영역의 식각된 제 3 도전막의 두께 기준으로 50 내지 100% 정도 식각되도록 한다. 제 3 식각을 실시하여 노출된 영역의 유전체막을 제거한다. 제 3 식각시 산화막에 대한 식각 선택비가 1 이하인 식각조건하에서 유전체막 두께의 200 내지 300% 정도 식각되도록 한다. 제 4 식각을 실시하여 필드영역 상에 잔류하는 제 3 도전막을 완전히 제거한다. 제 4 식각시 산화막에 대한 식각선택비가 10인 이상인 식각조건하에서 플로팅 게이트 전극 두께의 50 내지 80% 정도 식각되도록 한다. 제 5 식각을 실시하여 필드 영역에 잔류하는 유전체막을 제거한다. 제 5 식각시 산화막에 대한 식각 선택비가 1 이하인 식각조건하에서 유전체막 두께의 300 내지 500% 정도 식각되도록 한다. 제 6 식각을 실시하여 노출된 제 2 및 제 1 도전막을 제거하여 플로팅 게이트 전극 패턴을 고립한다. 이로써, 터널 산화막, 고립된 플로팅 게이트 전극, 유전체막, 컨트롤 게이트 전극이 적층된 형태의 플래시 소자의 게이트 전극을 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 내지 제 6 식각시 식각마스크로는 패터닝된 하드 마스크막을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 식각조건에 따라 제 1 내지 제 6 식각 전체 또는 일부를 인시츄로 실시할 수 있다.The first etching is performed to etch the third conductive film for the control gate electrode formed on the active region. The second etching is performed to remove a part of the third conductive film for the control gate electrode remaining on the field region. In the second etching process, the etching rate is about 50 to 100% based on the thickness of the etched third conductive film in the active region under an etching condition in which the etching selectivity with respect to the oxide film is 10 or more. The third etching is performed to remove the dielectric film in the exposed region. In the third etching process, the etching rate is about 200 to 300% of the thickness of the dielectric film under an etching condition in which the etching selectivity with respect to the oxide film is 1 or less. The fourth etching is performed to completely remove the third conductive film remaining on the field region. During the fourth etching, the etching rate is about 50 to 80% of the thickness of the floating gate electrode under etching conditions in which the etching selectivity with respect to the oxide layer is 10 or more. The fifth etching is performed to remove the dielectric film remaining in the field region. During the fifth etching, the etching rate is 300 to 500% of the thickness of the dielectric film under an etching condition in which the etching selectivity with respect to the oxide film is 1 or less. The floating gate electrode pattern is isolated by removing the exposed second and first conductive layers by performing the sixth etching. Thus, it is preferable to form a gate electrode of a flash element in which a tunnel oxide film, an isolated floating gate electrode, a dielectric film, and a control gate electrode are stacked. In the first to sixth etching, a patterned hard mask layer may be used as an etching mask. In addition, all or part of the first to sixth etching may be performed in situ according to etching conditions.

플래시 소자의 컨트롤 게이트 전극간의 간격은 약 0.115㎛이고, 플로팅 게이트 전극간의 간격은 0.07㎛이다. 플로팅 게이트 전극의 폭은 약 0.115㎛이고, 프로팅 게이트 전극용 제 1 도전막의 폭은 약 0.12㎛이다.The spacing between the control gate electrodes of the flash element is about 0.115 mu m and the spacing between the floating gate electrodes is 0.07 mu m. The width of the floating gate electrode is about 0.115 μm, and the width of the first conductive film for the floating gate electrode is about 0.12 μm.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 13 내지 도 19는 본 발명에 따른 플래시 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 각 도의 a는 도 1의 C-C' 선상의 단면도이고, b는 A-A' 선상의 단면도이며, c는 B-B' 선상의 단면도이다.13 to 19 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash device according to the present invention, each of which is a cross-sectional view along the line CC ′ of FIG. 1, b is a cross-sectional view along the line AA ′, and c is a line along the line BB ′. It is a cross section of.

도 13을 참조하면, 활성영역과 필드영역이 정의된 반도체 기판(110)에 자기정렬 셀로우 트렌치 아이솔레이션 공정을 실시하여 터널 산화막(114), 제 1 도전막(116) 및 소자 분리막(118)을 형성한다. 플로팅 게이트용 제 2 도전막(118)을 형성한 다음 제 2 도전막(118)을 패터닝 하여 제 1 및 제 2 도전막(116 및 118)으로 구성된 플로팅 게이트 전극(119) 패턴을 형성한다. 전체 구조상에 ONO 구조의 유전체막(120), 컨트롤 게이트 전극용 제 3 도전막(122) 및 금속막(124)을 형성한다. 금속막(124) 상에 하드 마스크막(126)을 형성한 다음, 게이트 전극 형성을 위한 마스크를 이용한 패터닝 공정을 실시하여 하드 마스크막(126)을 패터닝 한다.Referring to FIG. 13, the tunnel oxide film 114, the first conductive film 116, and the device isolation layer 118 are formed by performing a self-aligned cell trench trench isolation process on the semiconductor substrate 110 having active and field regions defined therein. Form. After forming the second conductive layer 118 for the floating gate, the second conductive layer 118 is patterned to form a pattern of the floating gate electrode 119 including the first and second conductive layers 116 and 118. An ONO structure dielectric film 120, a third conductive film 122 for control gate electrodes, and a metal film 124 are formed over the entire structure. After forming the hard mask film 126 on the metal film 124, a patterning process using a mask for forming a gate electrode is performed to pattern the hard mask film 126.

반도체 기판(110) 상에 터널 산화막(114), 제 1 도전막(116) 및 패드 절연막(미도시)을 형성한다. 상기의 패드 절연막, 제 1 도전막(116), 터널 산화막(114) 및 반도체 기판(110)을 ISO(Isolation) 마스크 패터닝(ISO mask patterning)을 통해 순차적으로 식각하여 STI(Shallow Trench Isolation)구조의 트렌치(미도시)를 형성하는 것이 효과적이다. 전체 구조 상부에 고밀도 플라즈마(High Density Plasma; HDP) 산화막을 증착하여 상기 트렌치 내부를 매립한다. 평탄화 공정을 실시하여 패드 절연막 상의 HDP 산화막을 제거하고, 소정의식각공정을 실시하여 패드 절연막을 제거하여 소자 분리막(112)을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 평탄화 공정을 통해 제 1 도전막(116) 상의 패드 절연막과 HDP 산화막을 제거하여 소자 분리막(112)을 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 활성영역과 필드영역을 정의하게 된다.A tunnel oxide film 114, a first conductive film 116, and a pad insulating film (not shown) are formed on the semiconductor substrate 110. The pad insulating layer, the first conductive layer 116, the tunnel oxide layer 114, and the semiconductor substrate 110 are sequentially etched through ISO mask patterning to form a shallow trench isolation (STI) structure. It is effective to form trenches (not shown). A high density plasma (HDP) oxide film is deposited on the entire structure to fill the trench. The planarization process may be performed to remove the HDP oxide film on the pad insulating film, and the predetermined isolation process may be performed to remove the pad insulating film to form the device isolation film 112. In addition, the device isolation layer 112 may be formed by removing the pad insulating layer and the HDP oxide layer on the first conductive layer 116 through the planarization process. This defines the active area and the field area.

터널 산화막(114)은 습식 산화공정을 통해 형성하는 것이 바람직하다. 버퍼용 또는 플로팅 게이트의 일부로 사용될 제 1 도전막(116)은 터널 산화막(114) 상에 도핑되지 않은 비정질 실리콘막을 증착하여 형성하는 것이 바람직하다. 패드 절연막은 질화막 계열의 물질막(LP-Nitride, PE-Nitride 또는 Oxynitride)과 산화막 계열의 물질막(PE-TEOS, LP-TEOS, HOT 또는 USG)을 이용하여 형성할 수 있다.The tunnel oxide film 114 is preferably formed through a wet oxidation process. The first conductive film 116 to be used for the buffer or as part of the floating gate is preferably formed by depositing an undoped amorphous silicon film on the tunnel oxide film 114. The pad insulating film may be formed using a nitride film based material film (LP-Nitride, PE-Nitride or Oxynitride) and an oxide film based material film (PE-TEOS, LP-TEOS, HOT or USG).

플로팅 게이트 패턴(119)은 소자 분리막(112), 터널 산화막(114) 및 제 1 도전막(116)이 형성된 반도체 기판(110)상에 제 2 도전막(118)을 증착한 다음 제 2 도전막(118)을 패터닝하여 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 반도체 기판(118)의 활성영역 상에 터널 산화막(114)과, 제 1 및 제 2 도전막(116 및 118)으로 구성된 플로팅 게이트 패턴(119)이 형성될 수 있다. 제 2 도전막(118)의 패터닝은 제 2 도전막(118)상에 감광막을 도포한 다음 플로팅 게이트 마스크를 이용한 사진 식각공정을 실시하여 감광막 패턴(미도시)을 형성하고, 상기의 감광막 패턴을 식각마스크로 하는 식각공정을 실시하여 제 2 도전막(118)을 식각하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 소자의 집적도를 향상하기 위해 기울기 없는 식각을 실시할 수도 있고, 일정한 기울기를 갖는 식각을 실시할 수도 있다. 만일, 100 나노급 이하의 게이트 패턴 형성을 위해서는 수직한 형상을 갖는 플로팅 게이트 전극을 형성하고, 정렬 오차를 방지하기 위해 필드 영역의 일부와 중첩되도록 패터닝 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 일정한 기울기를 갖는 식각을 실시하여 플로팅 게이트 패턴을 형성할 경우, 플로팅 게이트 패턴들 간의 간격은 슬루프에 의해 140 내지 60Å의 폭을 갖게 된다. 하지만, 기울기 없는 식각을 실시하여 플로팅 게이트 패턴을 형성할 경우, 플로팅 게이트 패턴들 간의 간격은 70 내지 40Å의 폭을 가질 수 있다. 제 2 도전막(118)은 플래시 메모리 소자의 커플링 비를 최대화 할 수 있는 두께의 폴리 실리콘막을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.The floating gate pattern 119 is formed by depositing a second conductive layer 118 on the semiconductor substrate 110 on which the device isolation layer 112, the tunnel oxide layer 114, and the first conductive layer 116 are formed. It is preferable to form the pattern 118. As a result, the floating gate pattern 119 including the tunnel oxide layer 114 and the first and second conductive layers 116 and 118 may be formed on the active region of the semiconductor substrate 118. In the patterning of the second conductive layer 118, a photosensitive layer is coated on the second conductive layer 118 and then subjected to a photolithography process using a floating gate mask to form a photosensitive layer pattern (not shown). It is preferable to include the process of etching the 2nd conductive film 118 by performing the etching process used as an etching mask. In this case, in order to improve the degree of integration of the device, etching may be performed without inclination, or etching with a certain inclination may be performed. In order to form a gate pattern of 100 nanometers or less, it is preferable to form a floating gate electrode having a vertical shape and to pattern a portion overlapping with a part of the field region to prevent an alignment error. For example, when the floating gate pattern is formed by etching with a constant slope, the spacing between the floating gate patterns has a width of 140 to 60 μs by the slop. However, when the floating gate pattern is formed by performing the inclination-free etching, the gap between the floating gate patterns may have a width of about 70 to about 40 μs. The second conductive film 118 is preferably formed using a polysilicon film having a thickness that can maximize the coupling ratio of the flash memory device.

전체 구조상에 유전체막(120), 제 3 도전막(122), 금속막(124) 및 하드 마스크막(126)을 순차적으로 형성한다.The dielectric film 120, the third conductive film 122, the metal film 124, and the hard mask film 126 are sequentially formed on the entire structure.

유전체막(120)은 ONO(제 1 산화막-질화막-제 2 산화막; SiO2-Si3N4-SiO2)구조의 유전체막(120)을 형성하는 것이 바람직하다. 제 3 도전막(122)은 컨트롤 게이트를 형성하기 위한 도전성의 물질막인 폴리 실리콘막으로 형성하고, 금속막(124)으로는 텅스텐 실리사이드막을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 하드 마스크막(126)은 질화막 계열의 물질막(LP-Nitride, PE-Nitride 또는 Oxynitride)과 산화막 계열의 물질막(PE-TEOS, LP-TEOS, HOT 또는 USG)을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.The dielectric film 120 preferably forms an ONO (first oxide film-nitride film-second oxide film; SiO 2 -Si 3 N 4 -SiO 2 ) dielectric film 120. The third conductive film 122 is preferably formed of a polysilicon film that is a conductive material film for forming a control gate, and the metal film 124 is preferably formed of a tungsten silicide film. The hard mask layer 126 may be formed using a nitride layer-based material layer (LP-Nitride, PE-Nitride or Oxynitride) and an oxide layer-based material layer (PE-TEOS, LP-TEOS, HOT, or USG). .

컨트롤 게이트용 마스크를 이용하여 하드 마스크막(126)을 패터닝한다. 하드 마스크막(126)의 패터닝은 하드 마스크막(126) 상에 감광막을 도포한 다음, 컨트롤 게이트 마스크를 이용한 사진 식각공정을 실시하여 감광막 패턴(미도시)을 형성하고, 상기의 감광막 패턴을 식각마스크로 하는 식각공정을 실시하여 하드 마스크막(126)을 식각하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.The hard mask film 126 is patterned using a control gate mask. In the patterning of the hard mask layer 126, a photoresist layer is coated on the hard mask layer 126, and then a photolithography process is performed using a control gate mask to form a photoresist pattern (not shown), and the photoresist pattern is etched. It is preferable to include the process of etching the hard mask film 126 by performing the etching process used as a mask.

도 14를 참조하면, 브레이크 쓰로우(Break Through) 식각을 실시하여 전체 구조상에 형성된 자연 산화막(Native Oxide)을 제거하는 것이 바람직하다. 하드 마스크막(126)을 식각마스크로 하여, 금속막(124) 제거를 위한 메인 식각과 금속막(124) 제거를 위한 과도식각을 실시하여 금속막(124)을 제거하는 것이 바람직하다. 금속막 메인 식각은 금속막(124)을 제거하기 위한 주식각을 지칭하는 것이고, 금속막(124) 과도 식각은 잔류하는 금속막(124)을 제거하기 위해 동일한 식각조건에서 소정 시간 동안 식각을 더 실시하는 것을 지칭한다.Referring to FIG. 14, it is preferable to perform a break through etching to remove a native oxide formed on the entire structure. Using the hard mask layer 126 as an etching mask, it is preferable to remove the metal layer 124 by performing main etching for removing the metal layer 124 and transient etching for removing the metal layer 124. The metal film main etching refers to a stock angle for removing the metal film 124, and the excessive etching of the metal film 124 further etches for a predetermined time under the same etching conditions to remove the remaining metal film 124. Refers to implementation.

제 1 식각을 실시하여 제 3 도전막(122)을 제거한다. 제 1 식각은 제 3 도전막(122) 제거를 위한 메인 식각을 지칭하는 것으로, 활성영역 상의 제 3 도전막(122)을 제거하는 것을 타겟으로 실시하는 것이 바람직하다. 이때, 필드 영역 상의 제 3 도전막(122)을 제 2 도전막(118)의 단차 높이만큼 단차 사이에 잔류된다. 금속막(124)과 제 3 도전막(122)은 각기 텅스텐 실리사이드막과 폴리 실리콘막을 이용하여 형성하기 때문에 이들을 식각하기 위한 식각공정은 서로 다른 식각조건하에서 실시하는 것이 바람직하다.First etching is performed to remove the third conductive layer 122. The first etching refers to the main etching for removing the third conductive layer 122, and it is preferable to remove the third conductive layer 122 on the active region as a target. At this time, the third conductive film 122 on the field region is left between the steps by the step height of the second conductive film 118. Since the metal film 124 and the third conductive film 122 are each formed using a tungsten silicide film and a polysilicon film, etching processes for etching them are preferably performed under different etching conditions.

도 15를 참조하면, 제 2 식각을 실시하여 필드 영역 상에 잔류하는 제 3 도전막(122)의 일부를 제거한다. 제 2 식각은 잔류하는 제 3 도전막(122)을 제거하기 위한 과도식각을 지칭하는 것으로, 활성영역에 패터닝된 제 3 도전막(122)에 언더컷 현상이 발생되지 않는 식각조건 하에서 실시하는 것이 바람직하다. 제 2 식각은산화막에 대한 식각선택비가 10 이상인 식각조건하에서 활성영역의 식각된 제 3 도전막(122)의 두께 기준으로 50 내지 100% 정도 식각되도록 하는 것이 바람직하다. 제 2 식각은 HBr, Cl2 및 O2가스 중 적어도 어느 하나의 가스를 이용하여 실시하는 것이 바람직하다. 산화막에 대한 식각선택비는 10 내지 30 정도 되는 것이 바람직하다. 이로써, 필드영역의 제 2 도전막(118) 사이의 공간이 제 3 도전막(122)으로 매립되지 않고, 하부의 소정영역에 제 3 도전막(122)의 일부가 잔류된다.Referring to FIG. 15, a portion of the third conductive layer 122 remaining on the field region is removed by performing a second etching. The second etching refers to a transient etching for removing the remaining third conductive film 122, it is preferably carried out under an etching condition that does not cause the undercut phenomenon in the third conductive film 122 patterned in the active region. Do. The second etching may be etched by about 50 to 100% based on the thickness of the etched third conductive layer 122 in the active region under an etching condition in which the etching selectivity with respect to the oxide layer is 10 or more. The second etching is preferably performed using at least one of HBr, Cl 2 and O 2 gases. The etching selectivity with respect to the oxide film is preferably about 10 to 30. As a result, the space between the second conductive film 118 in the field region is not filled with the third conductive film 122, and a part of the third conductive film 122 remains in the lower predetermined region.

도 16을 참조하면, 제 3 식각을 실시하여 노출된 영역의 유전체막(120)을 제거한다. 제 3 식각은 유전체막(120) 제거를 위한 산화막 식각을 지칭한 것으로, 활성영역 상의 유전체막(120)을 제거하여 후속 잔류하는 제 3 도전막(122) 식각시 발생할 수 있는 언더컷 형상을 방지하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 활성영역 상의 ONO 구조의 유전체막(120)을 제거함으로써, 차지(Charge)가 빌드업(Build-Up) 되지 않도록 한다. 제 3 식각은 ONO 구조의 유전체막(120)을 식가하기 위한 식각조건으로 산화막에 대한 식각 선택비가 1 이하에서 형성된 유전체막(120) 두께의 200 내지 300%가 식각되도록 식각하는 것이 바람직하다. 제 3 식각은 F 계열의 식각가스를 이용하는 것이 바람직하다. 산화막에 대한 식각선택비를 0.1 내지 1로 하여 산화막의 식각되는 비율이 도전막 보다 커지게 하는 것이 바람직하다. 이로써, 활성영역 상의 제 2 도전막(118)1의 일부가 노출된다.Referring to FIG. 16, a third etching is performed to remove the dielectric film 120 in the exposed region. The third etching refers to oxide etching for removing the dielectric film 120. The third etching removes the dielectric film 120 on the active region to prevent an undercut shape that may occur during the subsequent etching of the remaining third conductive film 122. It is preferable. That is, the charge is prevented from building up by removing the dielectric film 120 of the ONO structure on the active region. The third etching is an etching condition for etching the dielectric film 120 having the ONO structure. The third etching may be performed such that 200 to 300% of the thickness of the dielectric film 120 having the etching selectivity with respect to the oxide film is 1 or less is etched. It is preferable to use the F series etching gas for 3rd etching. It is preferable that the etching selectivity with respect to the oxide film is 0.1 to 1 so that the ratio of etching of the oxide film is larger than that of the conductive film. As a result, a part of the second conductive film 118 1 on the active region is exposed.

도 17을 참조하면, 제 4 식각을 실시하여 잔류하는 제 3 도전막(122)을 제거한다. 제 4 식각은 제 3 도전막(122)을 제거하기 위한 과도식각을 지칭한 것으로, 필드 영역 상에 잔류하는 제 3 도전막(122)을 제거하되, 활성영역 상에 노출된 제2 도전막(118)의 일부도 함께 제거되는 것이 바람직하다. 제 2 도전막(118)의 식각단차를 줄일 수 있고, 소자의 게이트 브리지 현상을 방지할 수 있다. 제 4 식각은 산화막에 대한 식각선택비가 10 이상인 식각조건하에서 플로팅 게이트 전극 두께의 50 내지 80% 정도 식각되도록 하는 것이 바람직하다. 제 4 식각은 HBr, Cl2 및 O2가스 중 적어도 어느 하나의 가스를 이용하여 실시하는 것이 바람직하다. 산화막에 대한 식각선택비는 10 내지 30 정도 되는 것이 바람직하다. 이로써, 필드영역의 제 2 도전막(118) 사이의 공간에 잔류하는 제 3 도전막(122)을 완전히 제거할 수 있고, 식각 공정시 활성영역의 제 3 도전막(122) 언터 컷 현상이 발생되지 않고, 노출된 제 2 도전막(118)의 일부도 제거하여, 후속 플로팅 게이트 전극 패턴 고립을 위한 식각공정 시 식각공정의 시간을 단축 할 수 있으며 식각마진을 확보할 수 있다.Referring to FIG. 17, a fourth etching is performed to remove the remaining third conductive layer 122. The fourth etching refers to the transient etching for removing the third conductive layer 122, and removes the third conductive layer 122 remaining on the field region and exposes the second conductive layer 118 on the active region. It is also desirable that some of) be removed together. The etching step of the second conductive layer 118 can be reduced, and the gate bridge phenomenon of the device can be prevented. The fourth etching may be performed to etch about 50 to 80% of the thickness of the floating gate electrode under etching conditions in which the etching selectivity with respect to the oxide film is 10 or more. It is preferable to perform 4th etching using at least any one of HBr, Cl2, and O2 gas. The etching selectivity with respect to the oxide film is preferably about 10 to 30. As a result, the third conductive film 122 remaining in the space between the second conductive films 118 in the field region can be completely removed, and the undercut phenomenon of the third conductive film 122 in the active region occurs during the etching process. In addition, a portion of the exposed second conductive layer 118 may also be removed to shorten the time of the etching process and to secure an etching margin during the etching process for isolation of the subsequent floating gate electrode pattern.

도 18을 참조하면, 제 5 식각을 실시하여 필드영역에 잔류하는 유전체막(120)을 제거한다. 제 5 식각은 유전체막(120) 제거를 위한 산화막 식각을 지칭한 것으로, 필드영역에 발생하였던 유전체막(120) 팬스(Fence)현상을 방지할 수 있다. 제 5 식각은 ONO 구조의 유전체막(120)을 식가하기 위한 식각조건으로 산화막에 대한 식각 선택비가 1 이하에서 플로팅 게이트 전극 패턴용 제 2 도전막(118) 측벽에 잔류하는 유전체막(118)을 완전히 제거하되, 유전체막(118) 두께의 300 내지 500%가 식각되도록 식각하는 것이 바람직하다. 이러한, 유전체막(118) 식각을 위한 제 5 식각의 식각 타켓만큼 필드영역의 소자 분리막(112) 상부의 일부가 식각될 수 있다. 제 5 식각은 F 계열의 식각가스를 이용하는 것이 바람직하다. 산화막에 대한 식각선택비를 0.1 내지 1로 하여 산화막의 식각되는 비율이 도전막 보다 커지게 하는 것이 바람직하다. 또한, 제 5 식각은 등방성(Isotropic) 특징을 갖는 식각을 실시하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 18, a fifth etching is performed to remove the dielectric film 120 remaining in the field region. The fifth etching refers to oxide etching for removing the dielectric film 120, and may prevent a phenomenon in which the dielectric film 120 is generated in the field region. The fifth etching is an etching condition for etching the dielectric film 120 of the ONO structure, and the dielectric film 118 remaining on the sidewall of the second conductive film 118 for the floating gate electrode pattern when the etching selectivity with respect to the oxide film is 1 or less. Although completely removed, etching may be performed such that 300 to 500% of the thickness of the dielectric film 118 is etched. The portion of the upper portion of the device isolation layer 112 in the field region may be etched by the etching target of the fifth etching for etching the dielectric layer 118. It is preferable to use the F series etching gas for the 5th etching. It is preferable that the etching selectivity with respect to the oxide film is 0.1 to 1 so that the ratio of etching of the oxide film is larger than that of the conductive film. In addition, the fifth etching is preferably performed by etching having an isotropic characteristic.

도 19를 참조하면, 제 6 식각을 실시하여 플로팅 게이트 패턴(119)을 고립하여 플래시 소자의 게이트 전극을 형성한다. 제 6 식각은 플로팅 게이트 패턴을 고립하기 위한 메인 식각과 과도식각을 지칭하는 것으로, 필드 영역상의 제 1 및 제 2 도전막(116 및 118)을 제거하고, 활성영역에 노출된 제 1 및 제 2 도전막(116 및 118)을 제거하는 것이 바람직하다. 메인 식각은 산화막에 대한 식각선택비가 10 인상인 식각조건에서 실시하고, 과도식각은 산화막에 대한 식각선택비가 50 이상인 식각조건에서 실시하는 것이 바람직하다. 이로써, 터널 산화막(114), 고립된 플로팅 게이트 전극(119), 유전체막(120), 컨트롤 게이트 전극이 적층된 형태의 플래시 소자의 게이트 전극을 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 내지 제 6 식각시 식각마스크로는 패터닝된 하드 마스크막을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 식각조건에 따라 제 1 내지 제 6 식각 전체 또는 일부를 인시츄로 실시할 수 있다.Referring to FIG. 19, a sixth etching is performed to isolate the floating gate pattern 119 to form a gate electrode of a flash device. The sixth etching refers to the main etching and the transient etching for isolating the floating gate pattern. The sixth etching removes the first and second conductive layers 116 and 118 on the field region and exposes the first and second portions to the active region. It is preferable to remove the conductive films 116 and 118. The main etching may be performed under etching conditions in which the etching selectivity with respect to the oxide film is increased by 10, and the transient etching may be performed under etching conditions in which the etching selectivity with respect to the oxide film is 50 or more. Thus, it is preferable to form the gate electrode of the flash element in which the tunnel oxide film 114, the isolated floating gate electrode 119, the dielectric film 120, and the control gate electrode are stacked. In the first to sixth etching, a patterned hard mask layer may be used as an etching mask. In addition, all or part of the first to sixth etching may be performed in situ according to etching conditions.

표 1은 본 발명의 실시예에 따른 전체적인 식각단계에 따른 식각표이다.Table 1 is an etching table according to the overall etching step according to an embodiment of the present invention.

setpsetp B.TB.T 금속막 Main EtchMetal Film Main Etch 금속막 Over EtchMetal Film Over Etch 제3도전막 Main Etch3rd conductive film Main Etch 제3도전막 제 1 Over EtchThird Conductive Film 1st Over Etch 제1산화막 EtchOxide 1 Etch 제3도전막 제 1 Over EtchThird Conductive Film 1st Over Etch 제2산화막 Etch2nd Oxide Etch 제 2 도전막 Main Etch2nd conductive film Main Etch 제 2 도전막 Over Etch2nd conductive film Over Etch Etch FilmEtch Film Native OxideNative oxide WsixWsix Wsix & PolyWsix & Poly PolyPoly PolyPoly ONOONO PolyPoly ONOONO PolyPoly PolyPoly Process RequirementProcess Requirement Slightly slopeSlightly slope Wsix 완전 제거Completely Remove Wsix VerticlaVerticla 제2도전막사이의 제3도전막 제거(~700Å)Removal of the third conductive film between the second conductive films (~ 700Å) 활성영역위의 ONO 제거Remove ONO on active area 제3도전막 완전 제거(제2도전막 사이)Complete removal of 3rd conductive film (between 2nd conductive film) ONO Fence FreeONO Fence Free VerticalVertical VerticalVertical Oxide 선택비Oxide selectivity >5> 5 >10> 10 <1.0<1.0 >10> 10 >10> 10 >50> 50

도 20a 내지 도 20c는 본 발명에 따른 플래시 소자의 게이트 식각에 따른 활성영역과 필드영역의 SEM 사진들이다.20A through 20C are SEM images of an active region and a field region according to gate etching of a flash device according to the present invention.

도 20a 내지 도 20c를 참조하면, 컨트롤 게이트 전극용 제 3 도전막을 식각 발생하는 언더컷 현상이 나타나지 않고, 유전체막으로 사용하는 ONO의 펜스 현상과 제 3 도전막의 잔류현상이 나타나지 않고, 필드영역의 소자 분리막이 손상되는 현상을 방지할 수 있다.20A to 20C, an undercut phenomenon in which the third conductive film for the control gate electrode is etched does not appear, an ONO fence used as the dielectric film, and a residual phenomenon of the third conductive film do not appear. It is possible to prevent the membrane from being damaged.

상술한 바와 같이, 본 발명은 컨트롤 게이트 도전막 과도 식각시 산화막과의 선택비가 낮은 식각조건을 이용한 식각공정을 실시하여 패터닝된 도전막의 언더컷 현상과 게이트 브리지를 동시에 해결할 수 있다.As described above, the present invention can simultaneously solve the undercut phenomenon of the patterned conductive film and the gate bridge by performing an etching process using an etching condition having a low selectivity with respect to the oxide film when the control gate conductive film is excessively etched.

또한, 패턴의 종횡비와 무관하게 컨트롤 게이트용 도전막의 언더컷 발생, 유전체막의 팬스 발생, 플로팅 게이트용 도전막의 잔류발생을 억제할 수 있다.Regardless of the aspect ratio of the pattern, undercut of the control gate conductive film, panning of the dielectric film, and residual generation of the floating gate conductive film can be suppressed.

또한, 플로팅 게이트용 도전막의 두께를 상향할 수 있어 소자의 커플링비를 증가시킬 수 있다.In addition, since the thickness of the conductive film for the floating gate can be increased, the coupling ratio of the device can be increased.

Claims (5)

활성영역과 필드영역이 정의된 반도체 기판 상에 터널 산화막, 패터닝된 제 1 및 제 2 도전막, 유전체막, 제 3 도전막, 금속막 및 하드 마스크막을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a tunnel oxide film, a patterned first and second conductive film, a dielectric film, a third conductive film, a metal film, and a hard mask film on a semiconductor substrate in which an active region and a field region are defined; 게이트용 마스크를 이용하여 상기 하드 마스크막 및 상기 금속막을 패터닝하는 단계;Patterning the hard mask layer and the metal layer using a gate mask; 제 1 식각을 실시하여 상기 활성영역 상에 형성된 상기 제 3 도전막을 제거하는 단계;Performing a first etching to remove the third conductive layer formed on the active region; 제 2 식각을 실시하여 상기 필드영역 상에 잔류하는 상기 제 3 도전막의 일부를 제거하는 단계;Performing a second etching to remove a portion of the third conductive film remaining on the field region; 제 3 식각을 실시하여 상기 활성영역과 상기 필드영역에 노출된 상기 유전체막을 제거하는 단계;Performing a third etching to remove the dielectric film exposed to the active region and the field region; 제 4 식각을 실시하여 상기 필드영역 상에 잔류하는 상기 제 3 도전막을 완전히 제거하는 단계;Performing a fourth etching to completely remove the third conductive film remaining on the field region; 제 5 식각을 실시하여 상기 필드영역에 잔류하는 상기 유전체막을 제거하는 단계; 및Performing a fifth etching to remove the dielectric film remaining in the field region; And 제 6 식각을 실시하여 상기 패터닝된 제 1 및 제 1 도전막을 제거하는 단계를 포함하는 플래시 소자의 제조 방법.And removing the patterned first and first conductive layers by performing a sixth etching process. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 식각은 산화막에 대한 식각선택비가 10 이상인 식각조건하에서 실시하여 상기 활성영역의 식각된 상기 제 3 도전막의 두께 기준으로 50 내지 100% 정도 식각하는 플래시 소자의 제조 방법.The second etching is performed under an etching condition in which the etching selectivity with respect to the oxide film is 10 or more to etch about 50 to 100% based on the thickness of the third conductive film etched in the active region. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 3 식각은 산화막에 대한 식각 선택비가 1 이하인 식각조건하에서 상기 유전체막 두께의 200 내지 300% 정도 식각하는 플래시 소자의 제조 방법.The third etching is a method of manufacturing a flash device for etching about 200 to 300% of the thickness of the dielectric film under an etching condition that the etching selectivity to the oxide film is 1 or less. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 4 식각은 산화막에 대한 식각선택비가 10인 이상인 식각조건하에서 상기 패터닝된 제 1 및 제 2 도전막 두께의 50 내지 80% 정도 식각하는 플래시 소자의 제조 방법.The fourth etching is a method of manufacturing a flash device for etching 50 to 80% of the thickness of the patterned first and second conductive film under an etching condition that the etching selectivity to the oxide film is 10 or more. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 5 식각은 산화막에 대한 식각 선택비가 1 이하인 식각조건하에서 상기 유전체막 두께의 300 내지 500% 정도 식각하는 플래시 소자의 제조 방법.The fifth etching is a method of manufacturing a flash device for etching about 300 to 500% of the thickness of the dielectric film under an etching condition that the etching selectivity to the oxide film is 1 or less.
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