KR20060058812A - Method for forming a gate pattern of flash memory device - Google Patents
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Abstract
플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴 형성 방법에서, 필드 산화막 및 터널 산화막이 형성된 반도체 기판 상에 상기 필드 산화막을 부분적으로 노출시키는 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴을 형성한다. 상기 기판의 전체 구조물 상에 식각 저지막, 유전막 및 컨트롤 게이트용 도전막을 형성한다. 상기 컨트롤 게이트용 도전막, 유전막, 식각 저지막 및 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴을 순차적으로 패터닝하여, 상기 터널 산화막의 상부면을 부분적으로 노출시키는 플로팅 게이트용 도전막 패턴, 식각 저지막 패턴, 유전막 패턴 및 컨트롤 게이트용 도전막 패턴을 순차적으로 형성한다. 따라서, 상기 유전막의 식각 시, 상기 식각 저지막에 의해 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴이 식각되는 것을 방지하여 상기 기판을 보호할 수 있다.In the method of forming a gate pattern of a flash memory device, a conductive film pattern for a pre-floating gate is formed on a semiconductor substrate on which a field oxide film and a tunnel oxide film are formed, to partially expose the field oxide film. An etch stop layer, a dielectric layer, and a conductive gate control layer are formed on the entire structure of the substrate. A conductive gate pattern, an etch stop layer pattern for partially exposing the upper surface of the tunnel oxide layer by sequentially patterning the control gate conductive layer, the dielectric layer, the etch stop layer, and the pre-floating gate conductive layer pattern; The dielectric film pattern and the conductive film pattern for the control gate are sequentially formed. Accordingly, when the dielectric layer is etched, the substrate may be protected by preventing the pre-floating conductive layer pattern from being etched by the etch stop layer.
Description
도 1은 종래 방법에 따른 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a gate pattern forming method of a flash memory device according to a conventional method.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래쉬 메모리 장치의 일 부분을 도시한 평면도이다.2 is a plan view illustrating a portion of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3 및 4는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선을 잘랐을 때 나타나는 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴에 대한 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3 and 4 are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate pattern of a flash memory device when the line II ′ of FIG. 2 is cut.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 사시도이다.5 is a perspective view illustrating a gate pattern forming method of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6 내지 도 8은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'선을 잘랐을 때 나타나는 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴에 대한 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.6 through 8 are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate pattern of a flash memory device when the II-II ′ line of FIG. 2 is cut.
도 9 내지 도 13은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'선을 잘랐을 때 나타나는 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴에 대한 활용 예를 설명하기 위한 단면도들이다.9 to 13 are cross-sectional views illustrating an application example of a gate pattern of a flash memory device when the II-II ′ line of FIG. 2 is cut.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
200 : 반도체 기판 201, 206 : 비트 라인200:
202, 207 : 스트링 선택 라인 202, 207: string select line
203a, 203b : 스트링 선택 트랜지스터 위치203a, 203b: string select transistor positions
204, 208 : 워드 라인 205a, 205b : 셀 트랜지스터 위치204 and 208:
210 : 필드 산화막 215 : 터널 산화막210: field oxide film 215: tunnel oxide film
240 : 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴 240: conductive film pattern for the pre-floating gate
240a, 240b : 플로팅 게이트용 도전막 패턴240a, 240b: conductive film pattern for floating gate
250 : 식각 저지막 250a, 250b : 식각 저지막 패턴250:
255 : 유전막 255a, 255b : 유전막 패턴255:
260 : 컨트롤 게이트용 도전막 260a, 260b : 컨트롤 게이트용 도전막 패턴260: conductive film for
270a, 270b : 제1 하드 마스크막 패턴270a and 270b: first hard mask film pattern
270c, 270d : 제2 하드 마스크막 패턴270c and 270d: second hard mask film pattern
280 : 포토레지스트 패턴 285a, 285b : 제1 개구280:
285c, 285d : 제2 개구 290 : 절연막285c and 285d: second opening 290: insulating film
295a : 제1 버팅 콘택 295b : 제2 버팅 콘택295a:
C : 셀 영역 P : 주변 영역C: cell area P: surrounding area
본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플래쉬 메모리 장치(Flash Memory Device)의 게이트 패턴 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a gate pattern of a flash memory device.
반도체 메모리 장치의 하나인 비휘발성 메모리 장치는 전원이 공급되지 않는 경우에도 저장된 정보가 소멸되지 않는 특징이 있다. 따라서, 상기 비휘발성 메모리 장치는 컴퓨터 및 메모리 카드 등에 널리 사용되고 있다. 상기 비휘발성 메모리 장치의 하나인 플래쉬 메모리 장치는 구조가 단순하여 제조 원가가 저렴하며 데이터를 장기간 보존하기 위한 리프레쉬 동작이 불필요하여 그 수요가 점차 증가되고 있다. 상기 비휘발성 메모리장치 중에서도 낸드형 플래쉬 메모리 장치는 노어형 플래쉬 메모리 장치에 비하여 집적도를 증가시키기가 용이하므로 고집적 플래쉬 메모리 장치에 널리 사용되고 있다.The nonvolatile memory device, which is one of the semiconductor memory devices, is characterized in that stored information does not disappear even when power is not supplied. Therefore, the nonvolatile memory device is widely used in computers, memory cards, and the like. The flash memory device, which is one of the nonvolatile memory devices, has a simple structure, low manufacturing cost, and no need for a refresh operation for long-term data storage. Among the nonvolatile memory devices, the NAND type flash memory device is widely used in a highly integrated flash memory device because it is easier to increase the degree of integration as compared to the NOR type flash memory device.
도 1은 종래 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a gate pattern forming method of a conventional flash memory device.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 터널 산화막(115)을 형성한다. 이어서, 전기적으로 활성화된 액티브 영역을 정의하기 위해 통상의 쉘로우 트렌치 분리(STI) 공정을 실시하여 상기 기판(100) 상에 필드 산화막(120)을 형성한다. 상기 터널 산화막 및 필드 산화막(120) 상에 상기 필드 산화막(210)의 상부면을 부분적으로 노출시키는 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(130)을 형성한다. 상기 노출된 필드 산화막(120) 및 상기 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(130) 상에 유전막(140)을 균일하게 형성한다. 상기 유전막(140) 상에 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(150)을 형성한다. 통상, 상기 유전막(140)은 제1 산화막(미도시), 질화막(미도시) 및 제2 산화막(미도시)이 순차적으로 적층된 복합막(이하,'ONO막'이라 칭함) 구조로 이루어져 있다. Referring to FIG. 1, a
이와 같이 형성된 종래 플래쉬 메모리 장치(flash memory device)의 경우, 상기 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(130) 및 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막(150) 사이를 절연시키는 유전막(140)으로 ONO막을 사용하고 있다. 하지만, 종래 63nm 디자인 룰(design rule)의 플래쉬 메모리 장치(flash memory device)에서 상기 ONO막을 사용하는 경우, 상기 ONO막이 증착된 후 이웃하는 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(130) 사이의 간격은 10nm에 불과하다. 따라서, 60nm 이하 디자인 룰의 플래쉬 메모리 장치에서 상기와 동일한 두께의 ONO막을 사용할 경우, 상기 이웃하는 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(130) 사이의 간격이 0nm 미만이 될 것이라 예상되므로, 상기 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(130)을 자기 정렬시키는 구조는 불가능해지고, 그 결과 커플링 비(coupling ratio)가 급격히 감소한다. 따라서, 상기 커플링 비가 감소하는 것을 방지하기 위해, 상기 유전막(140)은 종래 ONO 대비 유전율이 높은 고유전막(high-k film)을 사용할 필요가 있다. In the conventional flash memory device formed as described above, an ONO film is used as the
다만, 상기 고유전막을 사용하는 경우에 가장 큰 문제점은 상기 고유전막을 식각할 때 상기 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(130)이 식각되어 액티브 영역의 실리콘 기판이 손상될 우려가 있다는 것이다. 예컨대, Al2O3를 고유전막 물질로 사용하는 경우, BCl3를 식각액으로 사용하여 얻어지는 폴리실리콘 : Al2O3의 식각 선택비는 대략 2:1로 폴리실리콘이 더 많이 식각된다. 여기서, 종래 ONO막 대신에 사용하는 Al2O3 박막의 두께는 대략 300Å인데, 과식각(overetch)율 100%를 고려하면, 상기 플로팅 게이트용 폴리실리콘막의 손실이 300Å 이상 발생한다. 따라서, 종래 63nm 디자인 룰의 플래쉬 메모리 장치에 사용하는 상기 플로팅 게이트용 폴리실리 콘막의 두께는 400Å에 불과하므로, 상기 Al2O3 고유전막을 식각할 때 액티브 영역의 실리콘 기판이 손상될 수 있다. However, the biggest problem in the case of using the high dielectric film is that the floating
또한, 고유전막(high-k film)은 ONO막 대비 누설 전류 특성이 불량하다. 예컨대, 100Å 두께의 ONO막과 AlO막을 비교했을 때, 상기 AlO막의 누설 전류가 ONO막 대비 1 오더(order)이상 크다. 그러므로, 고유전막 사용 시 항복전압(BV,Breakdown Voltage)를 만족시키기 위해, 박막 두께를 증가시켜야 하고, 결국 이것은 커플링 비의 감소를 유발한다.In addition, high-k films have poor leakage current characteristics compared to ONO films. For example, when the 100O thick ONO film is compared with the AlO film, the leakage current of the AlO film is one order or more larger than that of the ONO film. Therefore, in order to satisfy the breakdown voltage (BV) when using the high dielectric film, the thickness of the thin film must be increased, which in turn causes a reduction in the coupling ratio.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 종래 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴을 형성하는 다층 박막의 적층 구조를 개선할 필요가 있다.Therefore, in order to solve the above problems, it is necessary to improve the stacked structure of the multilayer thin film forming the gate pattern of the conventional flash memory device.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 게이트 패턴의 다층 박막 구조를 개선시키기 위한 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴 형성 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a gate pattern forming method of a flash memory device for improving the multilayer thin film structure of the gate pattern.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴 형성 방법은, 필드 산화막 및 터널 산화막이 형성된 반도체 기판 상에 상기 필드 산화막을 부분적으로 노출시키는 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴을 형성하는 단계를 수행한다. 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴 및 상기 노출된 필드 산화막 상에 식각 공정에 따른 기판 손상을 감소시키기 위한 식각 저 지막을 형성하는 단계를 수행한다. 상기 식각 저지막 상에 유전막 및 컨트롤 게이트용 도전막을 형성하는 단계를 수행한다. 상기 유전막이 노출되도록 상기 컨트롤 게이트용 도전막을 식각하여 컨트롤 게이트용 도전막 패턴을 형성하는 단계를 수행한다. 상기 유전막, 식각 저지막 및 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴을 순차적으로 패터닝하여 유전막 패턴, 식각 저지막 패턴, 플로팅 게이트용 도전막 패턴을 순차적으로 형성하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, a gate pattern forming method of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention may include a conductive film for a pre-floating gate that partially exposes the field oxide film on a semiconductor substrate on which a field oxide film and a tunnel oxide film are formed. Follow the steps to form a pattern. An etching stop layer is formed on the conductive layer pattern for the pre-floating gate and the exposed field oxide layer to reduce damage to the substrate due to an etching process. A step of forming a dielectric film and a conductive film for a control gate on the etch stop layer is performed. The control gate conductive layer is etched to expose the dielectric layer, thereby forming a control gate conductive layer pattern. And sequentially forming the dielectric layer, the etch stop layer, and the conductive layer pattern for the pre-floating gate to sequentially form the dielectric layer pattern, the etch stop layer pattern, and the conductive layer pattern for the floating gate.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유전막 및 플로팅 게이트용 도전막 사이에 상기 플로팅 게이트용 도전막에 대해 식각 내성이 우수한 상기 식각 저지막을 형성함으로써 상기 유전막의 식각 시 상기 플로팅 게이트용 도전막이 식각되는 것을 최소화하여 액티브 영역의 실리콘 기판이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 식각 저지막은 상기 유전막에 비해 절연 특성이 우수하므로, 항복전압을 확보하기 위해 상기 유전막이 불가피하게 두껍게 형성되는 것을 방지할 수 있다. 그리하여, 상기 유전막을 얇게 형성하더라도 상기 플로팅 게이트용 도전막 패턴 및 유전막 패턴 사이의 커패시턴스가 증가하므로 커플링 비(coupling ratio)를 증가시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention as described above, by forming the etch stop layer having excellent etching resistance with respect to the floating gate conductive film between the dielectric film and the floating gate conductive film for etching the floating gate for the dielectric film Etching of the conductive film may be minimized to prevent damage to the silicon substrate in the active region. In addition, since the etch stop layer has better insulating properties than the dielectric layer, it is possible to prevent the dielectric layer from being formed inevitably thick in order to secure a breakdown voltage. Thus, even when the dielectric film is formed thin, the capacitance between the conductive film pattern for the floating gate and the dielectric film pattern is increased, thereby increasing the coupling ratio.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도면들에서 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래쉬 메모리 장치의 일 부분을 도시한 평면도이다. 2 is a plan view illustrating a portion of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 플래쉬 메모리 장치는 셀 영역(C)에 있어서, 비트 라인 (201)과 스트링 선택 라인(202)이 교차하는 지점은 스트링 선택 트랜지스터 위치(203a)이며, 비트 라인(201)과 워드라인(204)이 교차하는 지점은 셀 트랜지스터 위치(205a)이다. 주변 영역(P)에 있어서, 비트 라인(206)과 스트링 선택 라인(207)이 교차하는 지점은 스트링 선택 트랜지스터 위치(203b)이며, 비트 라인(206)과 워드라인(208)이 교차하는 지점은 셀 트랜지스터 위치(205b)이다.Referring to FIG. 2, in the flash memory device, a point where the
도 3 및 4는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선을 잘랐을 때 나타나는 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴에 대한 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3 and 4 are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate pattern of a flash memory device when the line II ′ of FIG. 2 is cut.
도 3을 참조하면, 반도체 기판(200) 상에 터널 산화막(215)을 형성하고 폴리실리콘을 도포한다. 통상의 쉘로우 트렌치 분리(Shallow Trench Isolation, 이하 'STI'라고 한다.) 공정에 의해, 전기적으로 활성화된 액티브 영역을 정의하기 위해 반도체 기판(200)을 상부로부터 일부 식각하여 트렌치(미도시)를 형성한다. 상기 트렌치 내부를 매립하도록 상기 트렌치를 포함하는 전체 구조물 상에 소자분리용 산화막을 도포한 후, 화학 기계적 연마(CMP)를 실시하여 필드 산화막(210)을 형성함으로써 액티브 영역을 정의한다. Referring to FIG. 3, a
상기 필드 산화막(210) 및 폴리실리콘으로 형성된 박막 상에 소정의 두께로 플로팅 게이트용 도전막(미도시)을 증착한다. 상기 플로팅 게이트용 도전막은 폴리실리콘을 증착하여 형성할 수 있다. 상기 플로팅 게이트용 도전막 상에 통상의 사진 식각 공정을 적용하여 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴은 상기 필드 산화막(210) 상에 위치한 상기 플로팅 게이트용 도전막을 부분적으로 노출시키도록 형성된다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크 로 이용하여 상기 노출된 플로팅 게이트용 도전막을 식각함으로써 상기 필드 산화막(210)의 상부면을 부분적으로 노출시킨다. 상기 식각된 플로팅 게이트용 도전막은 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)으로 전환된다. A conductive film for a floating gate (not shown) is deposited to a predetermined thickness on the
도 4를 참조하면, 상기 노출된 필드 산화막(210)을 포함하여 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240) 상에 식각 저지막(250)을 균일하게 형성한다. Referring to FIG. 4, the
상기 식각 저지막(250)은 소자의 용도나 특성에 따라 다양한 두께로 형성될 수 있으나, 바람직한 본 실시예에 의하면, 10 내지 300Å의 두께로 형성되는 것이 적합하다. 또한, 상기 식각 저지막(250)은 후속의 유전막(255)을 식각하는 식각조건에서 식각 내성이 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)보다 높은 물질로 형성된다. 구체적으로, 상기 식각 저지막(250)은 상기 유전막(255)을 식각하는 식각조건에서 식각 내성이 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)에 비해 1.4 내지 2.4배 우수한 물질로 형성되는 것이 적합하다. The
여기서, 상기 식각 저지막(250)은 실리콘 질화물(예컨대, Si3N4 등) 또는 실리콘 산화물(SiO2 등)을 증착하여 형성될 수 있다. The
또한, 상기 식각 저지막(250)은 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240) 및 상기 노출된 필드 산화막(210)의 표면을 질화 처리하여 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240) 및 상기 노출된 필드 산화막(210)의 상부면을 실리콘 질화물로 전환함으로써 형성될 수 있다. 상기 질화 처리의 예로는 플라즈마 질화 처리 등을 들 수 있다. 상기 플라즈마 질하 처리를 구체적으로 살펴보면, 상기 예 비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)이 형성된 상기 기판(200)을 진공 챔버에 장착한 다음, 질소(N2), 암모니아(NH3) 또는 이들의 혼합 가스를 진공 챔버에 공급하고 상기 가스를 플라즈마 상태로 에너지화하기 위해 RF 필드를 적용한다. 이때, 캐리어 가스로서 헬륨(He)을 이용한다. 플라즈마 질화 처리하는 단계의 플라즈마 발생원으로는 원격 플라즈마(remote plasma), 디커플드 플라즈마, 슬롯 플레인 안테나(slot plane antenna), 또는 전자 사이클로트론 공명(electron cyclotron resonance) 등을 이용할 수 있다. In addition, the
또한, 상기 식각 저지막은 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240) 및 상기 노출된 필드 산화막(210)의 표면을 산화 처리하여 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240) 및 상기 노출된 필드 산화막(210)의 상부면을 실리콘 산화물로 전환함으로써 형성될 수 있다. 상기 산화 처리의 예로는, 급속 열산화(rapid thermal oxidation), 퍼니스 열산화(furnace thermal oxidation) 또는 플라즈마 산화(plasma oxidation) 등을 들 수 있다. 상기 급속 열산화를 이용하는 경우에는, 수 Torr의 가스 압력을 유지한 상태에서 800 내지 950℃의 온도를 이용하여 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)을 포함한 기판(200)을 10 내지 30초간 산화시킨다. In addition, the etch stop layer oxidizes the surfaces of the pre-floating gate
상기 식각 저지막(250) 상에 유전막(255)을 균일하게 형성한다. 상기 유전막(255)은 제1 산화막, 질화막 및 제2 산화막이 적층된 다층 박막 구조의 ONO막으로 형성될 수 있으나, 바람직한 본 실시예에 의하면, 고유전(high-k) 물질로 형성된 다. 상기 고유전 물질의 예로는 AlO, Al2O3, HfO2, HfSixOy
, ZrO2 등을 들 수 있고, 바람직한 본 실시예에 의하면, Al2O3를 사용하는 것이 적합하다. A
상기 식각 저지막(250) 상에 컨트롤 게이트용 도전막(260)을 증착한다. 상기 컨트롤 게이트용 도전막(260)은 폴리실리콘을 증착하여 형성할 수 있다. A control gate
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 사시도이다.5 is a perspective view illustrating a gate pattern forming method of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 컨트롤 게이트용 도전막(260) 상에 하드 마스크막(미도시)을 형성한다. 이어서, 상기 컨트롤 게이트용 도전막(260)의 상부면이 부분적으로 노출되도록 통상의 사진 식각 공정을 이용하여 상기 하드 마스크막을 패터닝함으로써 상기 컨트롤 게이트용 도전막(260) 상에 제1 하드 마스크막 패턴(270a, 270b)을 형성한다. Referring to FIG. 5, a hard mask layer (not shown) is formed on the
도 6 내지 도 8은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'선을 잘랐을 때 나타나는 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴에 대한 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.6 through 8 are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate pattern of a flash memory device when the II-II ′ line of FIG. 2 is cut.
도 6을 참조하면, 상기 제1 하드 마스크막 패턴(270a, 270b)을 식각 마스크로 사용하여 상기 노출된 컨트롤 게이트용 도전막(260)을 식각한다. 상기 식각에 의해, 상기 유전막(255) 상에는 상기 유전막(255)의 상부면을 부분적으로 노출시키는 컨트롤 게이트용 도전막 패턴(260a, 260b)이 형성된다.Referring to FIG. 6, the exposed control gate
도 7을 참조하면, 상기 제1 하드 마스크막 패턴(270a, 270b) 및 컨트롤 게이트용 도전막 패턴(260a, 260b)을 식각 마스크로 사용하여 상기 노출된 유전막(255) 을 식각하면서 상기 식각에 의해 노출된 상기 식각 저지막(250)을 식각한다. 상기 식각에 의해, 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240) 상에는 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)의 상부면을 부분적으로 노출시키는 식각 저지막 패턴(250a, 250b) 및 유전막 패턴(255a, 255b)이 순차적으로 형성된다. Referring to FIG. 7, the exposed
여기서, 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)은 상기 유전막 패턴(255a, 255b)에 비해 상대적으로 식각율이 높으므로, 상기 유전막(255)이 식각될 때 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)이 식각될 우려가 있다. 하지만, 상기 식각 저지막(250)이 상기 유전막(255) 및 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240) 사이에 위치하여 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)이 식각되는 것을 방지한다. 이는 상기 식각 저지막(250)이 상기 유전막(255)에 비해 상대적으로 식각율이 낮고 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)에 비해 식각 내성이 상당히 우수하기 때문이다. 따라서, 상기 식각에 대해, 상기 식각 저지막(250)은 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)이 식각되는 것을 방지함으로써 상기 기판(200)이 손상되는 것을 막을 수 있다.The
도 8을 참조하면, 상기 제1 하드 마스크막 패턴(270a, 270b), 컨트롤 게이트용 도전막 패턴(260a, 260b), 유전막 패턴(255a, 255b) 및 식각 저지막 패턴(250a, 250b)을 식각 마스크로 사용하여 상기 노출된 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)을 식각한다. 상기 식각에 의해, 상기 터널 산화막(215) 상에는 상기 터널 산화막(215)의 상부면을 부분적으로 노출시키는 플로팅 게이트용 도전막 패턴(240a, 240b)이 형성된다. 따라서, 상기 터널 산화막 상에 순차적으로 형성된 플로팅 게이 트용 도전막 패턴(240a, 240b), 식각 저지막 패턴(250a, 250b), 유전막 패턴(255a, 255b) 및 컨트롤 게이트용 도전막 패턴(260a, 260b)은 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴을 형성한다.
Referring to FIG. 8, the first hard
박막별 식각 내성 평가Etch Tolerance Evaluation by Thin Film
상기에서와 같이, Al2O3의 고유전 물질을 상기 유전막(255)으로 사용하고, Si3N4 또는 SiO2의 물질을 상기 식각 저지막(250)으로서 사용하기에 적합한 가능성을 평가하기 위해, 유전막(255)에 대한 식각 조건에서 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240), 식각 저지막(250) 및 유전막(255)에 대한 박막별 식각 내성을 비교한 결과를 아래 표에 나타내었다. 여기서, 식각 장비는 Applied Materials사 DPS를 사용했고, 식각용 화학물질로는 BCl3의 화학물질을 사용했다.As above, Al 2 O 3 A high dielectric material is used as the
상기 비교표를 살펴보면, Al2O3의 상기 유전막(255)에 대한 식각 조건에서, 폴리실리콘 물질의 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)에 비해 Si3N4 물질의 상기 식각 저지막(250)은 상기 유전막(255)을 식각하는 상기 식각용 화학물질에 대해 식각 내성이 2.4배 우수하였고, SiO2 물질의 상기 식각 저지막(250)은 1.4배 우수하였다. 특히 Si3N4 물질의 상기 식각 저지막(250)의 경우, Al2O3
물질의 상기 유전막(255) 보다도 식각율이 낮았다. 따라서, Al2O3 물질의 상기 유전막(255)과 폴리실리콘 물질의 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240) 사이에 Si3N4 물질의 상기 식각 저지막(250)을 형성함으로써, 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴(240)이 식각되는 것을 방지하여 실리콘 기판이 손상되는 막을 수 있다. 또한, Al2O3 물질의 상기 유전막(255) 대비 Si3N4 또는 SiO2
물질의 상기 식각 저지막(250)의 누설 전류 특성이 우수하므로, 종래 항복전압을 확보하기 위해 불가피하게 두껍게 형성된 고유전 물질의 상기 유전막(255)을 얇게 형성할 수 있다. 그 결과, 상기 플로팅 게이트용 도전막 패턴(240a, 240b) 및 유전막 패턴(255a, 255b) 사이의 커패시턴스가 증가함으로써 커플링 비를 개선할 수 있다.
Looking at the comparison table, in the etching conditions for the
이상과 같이 형성된 게이트 패턴은 다양하게 활용될 수 있는데, 그 예를 도 9 내지 도 13에 도시하였다. 도 9 내지 도 13은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'선을 잘랐을 때 나타나는 플래쉬 메모리 장치의 게이트 패턴을 활용하여 버팅 콘택을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.The gate pattern formed as described above may be utilized in various ways, examples of which are illustrated in FIGS. 9 to 13. 9 to 13 are cross-sectional views illustrating a method of forming a butt contact by using a gate pattern of a flash memory device when the II-II ′ line of FIG. 2 is cut.
도 8에 따른 후속 공정으로서 도 9를 참조하면, 상기 셀 영역(C)의 상기 스트링 선택 트랜지스터 위치(203a)의 제1 스트링 선택 게이트 전극 및 주변 영역(P)의 스트링 선택 트랜지스터 위치(203b)의 제2 스트링 선택 게이트 전극을 포함하여 각 영역의 접지 선택 게이트들은 데이터를 저장하는 역할을 수행하지 않으므로 상 기 플로팅 게이트용 도전막 패턴(240a, 240b) 및 컨트롤 게이트용 도전막 패턴(260a, 260b)를 전기적으로 연결시킨다.Referring to FIG. 9 as a subsequent process according to FIG. 8, the first string select gate electrode of the string
따라서, 상기 게이트 패턴이 형성된 전체 구조물 상에 포토레지스트(미도시)를 도포하고, 상기 스트링 선택 게이트 및 접지 선택 게이트 전극의 상부를 노출시키도록 포토레지스트 패턴(280)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(280)을 식각 마스크로 이용하여 하부에 노출된 제1 하드 마스크막 패턴(270a, 270b)을 식각함으로써 상기 셀(C) 및 주변 영역(P)에 제2 하드 마스크막 패턴(270c, 270d)을 형성한다.Accordingly, a photoresist (not shown) is coated on the entire structure on which the gate pattern is formed, and the
도 10을 참조하면, 상기 제2 하드 마스크막 패턴(270c, 270d) 상에 존재하는 포토레지스트 패턴(280)을 통상의 애싱 및 스트립 공정에 의해 제거한다. 상기 공정에 의해, 셀 영역(C) 및 주변 영역(P)에는 제2 하드 마스크막 패턴(270c, 270d)이 노출된다.Referring to FIG. 10, the
도 11을 참조하면, 상기 제2 하드 마스크막 패턴(270c, 270d)을 이용하여 하부에 노출된 컨트롤 게이트용 도전막 패턴(260a, 260b)을 이방성 식각하여 제1 개구(285a, 285b)를 형성한다. Referring to FIG. 11,
도 12을 참조하면, 상기 제1 개구(285a, 285b)에 노출된 상기 유전막 패턴(255a, 255b) 및 식각 저지막 패턴(250a, 250b)을 이방성 식각하여 상기 플로팅 게이트용 도전막 패턴(240a, 240b)을 부분적으로 노출시키는 제2 개구(285c, 285d)를 형성한다. 상기에서 언급된 바와 같이, 상기 식각 저지막 패턴(250a, 250b)이 상기 유전막 패턴(255a, 255b) 및 플로팅 게이트용 도전막 패턴(240a, 240b) 사이에 위 치하여 상기 플로팅 게이트용 도전막 패턴(240a, 240b)이 식각되는 것을 방지한다. Referring to FIG. 12, the
도 13을 참조하면, 상기 제2 개구(285c, 285d)를 포함한 전체 구조물 상에 절연막(290)을 형성한다. 이어서, 상기 제2 개구(285c, 285d)를 다시 형성하도록 통상의 사진 식각 공정에 의해 상기 절연막(290)의 일 부분을 식각한다. 그리하여, 상기 식각에 의해, 상기 플로팅 게이트용 도전막 패턴(240a, 240b)이 부분적으로 노출된다. 상기 노출된 제2 개구(285c, 285d)를 도전성 물질로 매립하여 상기 셀(C) 및 주변 영역(P)에 제1 및 제2 버팅 콘택(295a, 295b)을 각각 형성한다.Referring to FIG. 13, an insulating
상기와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴에 대해 식각 내성이 우수한 상기 식각 저지막을 상기 유전막 및 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴 사이에 형성한다. 그리하여, 상기 유전막의 식각 시, 상기 예비-플로팅 게이트용 도전막 패턴이 식각되는 것을 방지하여 액티브 영역의 실리콘 기판이 손상되는 것을 막을 수 있다. 또한, 상기 식각 저지막은 상기 유전막에 비해 절연 특성이 우수하여, 종래와 같이 항복전압을 확보하기 위해 상기 유전막의 두께를 불가피하게 증가시킬 필요가 없으므로 커플링 비(coupling ratio)를 개선시킬 수 있다.According to one preferred embodiment of the present invention, the etch stop layer having excellent etching resistance to the conductive layer pattern for the pre-floating gate is formed between the dielectric layer and the conductive layer pattern for the pre-floating gate. Thus, when the dielectric layer is etched, the conductive layer pattern for the pre-floating gate may be prevented from being etched to prevent damage to the silicon substrate in the active region. In addition, since the etch stop layer has superior insulating properties as compared to the dielectric layer, it is not necessary to increase the thickness of the dielectric layer in order to secure a breakdown voltage as in the related art, thereby improving the coupling ratio.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040097770A KR20060058812A (en) | 2004-11-26 | 2004-11-26 | Method for forming a gate pattern of flash memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040097770A KR20060058812A (en) | 2004-11-26 | 2004-11-26 | Method for forming a gate pattern of flash memory device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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KR20060058812A true KR20060058812A (en) | 2006-06-01 |
Family
ID=37156188
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020040097770A KR20060058812A (en) | 2004-11-26 | 2004-11-26 | Method for forming a gate pattern of flash memory device |
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KR (1) | KR20060058812A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100762390B1 (en) * | 2006-08-08 | 2007-10-02 | 세종대학교산학협력단 | Multi-layer dielectric thin film |
KR100784803B1 (en) * | 2007-09-18 | 2007-12-14 | 삼성전자주식회사 | Nonvolatile memory device and method of fabricating the same |
US7727893B2 (en) | 2007-12-18 | 2010-06-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of forming a dielectric layer pattern and method of manufacturing a non-volatile memory device using the same |
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2004
- 2004-11-26 KR KR1020040097770A patent/KR20060058812A/en not_active Application Discontinuation
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US7727893B2 (en) | 2007-12-18 | 2010-06-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of forming a dielectric layer pattern and method of manufacturing a non-volatile memory device using the same |
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