KR20060104829A - Method of manufacturing trench isolation layer of a flash memory - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 트렌치에 HARP(High aspect ratio process)막을 갭필한 이 후, HARP막에 발생된 심(seam)이나 보이드(void)를 제거하기 위한 스팀 어닐 공정을 낮은 압력하에서 실시하여, 액티브 영역의 임계치수 감소를 억제하는 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법에 관한것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a device isolation film of a flash memory device, and in particular, after gap filling a high aspect ratio process (HARP) film in a trench, steam for removing seams or voids generated in the HARP film. The present invention relates to a method of forming a device isolation film of a flash memory device by performing an annealing process at a low pressure to suppress a decrease in the critical dimension of an active region.

소자 분리막, 스팀 어닐 Element Separator, Steam Anneal

Description

플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법{Method of manufacturing trench isolation layer of a flash memory} A method of forming an isolation layer of a flash memory device {Method of manufacturing trench isolation layer of a flash memory}

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views of devices for explaining device isolation film formation of a flash memory device according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.2 is a graph illustrating characteristics of a flash memory device according to the present invention.

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

100 : 반도체 기판 101 : 스크린 산화막100 semiconductor substrate 101 screen oxide film

102 : 하드 마스크용 질화막 103 : 하드 마스크용 산화막102 nitride film for hard mask 103 oxide film for hard mask

104 : 하드 마스크용 폴리실리콘막 105 : 트렌치104: polysilicon film for hard mask 105: trench

106 : 웰 산화막 107 : 보이드106: well oxide film 107: void

108 : 심 109 : HARP막108: seam 109: HARP film

본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory device, and more particularly, to a method of forming an isolation layer of a flash memory device.

일반적으로, 플래쉬 메모리 소자는 플로팅 게이트, 유전체막, 및 컨트롤 게이트를 기본 구조로 하고 있다. 반도체 소자가 고집적화 되어감에 따라 소자가 차지하는 면적은 점점 줄어들고, 이에 따라 제한된 면적에서 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트 사이의 커플링비(coupling ratio)를 증가시키면서 모든 셀의 커플링 비를 균일하게 제어 하는 것이 필요하다.In general, a flash memory device has a floating gate, a dielectric film, and a control gate as a basic structure. As semiconductor devices become more integrated, the area occupied by the devices decreases gradually. Therefore, it is necessary to uniformly control the coupling ratios of all cells while increasing the coupling ratio between the floating gate and the control gate in a limited area. Do.

플래쉬 메모리 소자의 커플링 비를 균일하게 제어하기 위해서는, 액티브 영역(active region), 플로팅 게이트 및 컨트롤 게이트 각각의 임계치수(Critical Demension;CD)의 공정상 편차를 고려해야 한다.In order to uniformly control the coupling ratio of the flash memory device, process deviation of critical dimensions (CD) of each of the active region, the floating gate, and the control gate must be taken into account.

종래 기술에 따른 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법을 살펴보면 다음과 같다.A method of forming an isolation layer of a flash memory device according to the related art is as follows.

먼저, 반도체 기판상에 스크린 산화막, 질화막, 하드 마스크용 산화막, 하드 마스크용 폴리 실리콘막을 증착한다. 그 후, 폴리 실리콘막 상에 포토 레지스트를 도포하고, 노광 및 현상 공정을 진행하여 포토 레지스트 패턴을 형성한다. 포토 레지스트 패턴을 마스크로하여 하드 마스크용 산화막, 하드 마스크용 폴리 실리콘막을 식각하여 하드 마스크를 형성한다. 그 후 하드 마스크를 이용하여 질화막, 스크린 산화막, 및 반도체 기판을 일정 깊이 만큼 식각하여 트렌치를 형성한 후, HARP(High aspect ratio process) 공정을 이용하여 트렌치를 갭필(Gap-fill)하여 소자 분리막을 형성한다. 그런 다음, HARP 공정시 소자 분리막 내에 발생된 심 (Seam)과 보이드(Void)를 제거하고 치밀한 구조를 만들기 위해서 700℃ 이상의 온도에서 장시간 스팀 어닐(Steam Aneal) 공정을 진행한다. 그런데, 상기 스팀 어닐 공정시 반도체 기판의 액티브 영역이 산화하여 액티브 영역의 임계치수가 줄어드는 문제가 발생한다. 이를 방지하기 위해 스팀 어닐 시간을 줄이면 다시 심과 보이드가 남는 문제가 발생하게 된다.First, a screen oxide film, a nitride film, an oxide film for hard mask, and a polysilicon film for hard mask are deposited on a semiconductor substrate. Thereafter, a photoresist is applied onto the polysilicon film, and an exposure and development process are performed to form a photoresist pattern. Using a photoresist pattern as a mask, an oxide film for hard mask and a polysilicon film for hard mask are etched to form a hard mask. After that, a trench is formed by etching the nitride film, the screen oxide film, and the semiconductor substrate using a hard mask to a predetermined depth, and then gap fill the trench using a high aspect ratio process (HARP) process to form a device isolation layer. Form. Then, steam annealing is performed for a long time at a temperature of 700 ° C. or more to remove the seams and voids generated in the device isolation layer during the HARP process and to make a dense structure. However, in the steam annealing process, the active area of the semiconductor substrate is oxidized, which causes a problem of reducing the critical dimension of the active area. To prevent this, reducing the steam annealing time will cause the seam and voids to remain.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 액티브 영역에 임계치수 감소 문제를 해결하고, 동시에 소자 분리막 내의 심과 보이드를 제거할 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention to solve the above problems is to solve the problem of reducing the critical dimension in the active region, and at the same time to provide a device isolation film forming method of the flash memory device capable of removing the seam and voids in the device isolation film.

본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법은 반도체 기판 상에 스크린 산화막, 질화막, 하드 마스크막을 형성하는 단계; 하드 마스크막을 선택적으로 식각하여 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계; 하드 마스크 패턴을 마스크로 질화막과 스크린 산화막과 반도체 기판을 일정 깊이 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 트렌치 내에 HARP막을 형성하는 단계; 0.3~1torr 압력 범위 내의 H2O 분위기에서 스팀 어닐 공정을 진행하는 단계; 및 질소 열처리 공정을 진행하는 단계를 포함한다.A method of forming an isolation layer of a flash memory device according to the present invention includes forming a screen oxide film, a nitride film, and a hard mask film on a semiconductor substrate; Selectively etching the hard mask layer to form a hard mask pattern; Etching the nitride film, the screen oxide film, and the semiconductor substrate using a hard mask pattern as a mask to form a trench; Forming a HARP film in the trench; Performing a steam annealing process in an H 2 O atmosphere within a 0.3 to 1 tor pressure range; And a nitrogen heat treatment process.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. It is provided to inform you.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다. 도 2는 산화 온도 및 압력 변화에 따른 산화막 두께를 나타내는 그래프이다. 도 1a 내지 도 1d 및 도 2를 이용하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.1A to 1D are cross-sectional views of devices for describing a method of forming an isolation layer of a flash memory device according to the present invention. 2 is a graph showing oxide film thicknesses according to oxidation temperature and pressure change. Referring to the present invention in detail with reference to Figures 1a to 1d and 2 as follows.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 스크린 산화막(101)을 증착한 후, 문턱 전압 이온 주입 공정을 실행한다. 그 후, 질화막(102)을 증착한다. 이 후, 상기 질화막(102) 상에 테트라 에틸 오르소실리케이트(tetra-ethyl orthosilicate : TEOS), 열 산화막(High Temperaure Oxide : HTO), 디클로로 사일렌(DCS ;SiH2Cl2)-열 산화막 등의 산화막 계열을 사용하여 하드 마스크용 산화막(103)을 증착한다. 반도체 기판(100) 후면에 증착된 질화막(미도시)을 질화막 스트립(strip)공정으로 제거한다. 그 후, 상기 하드 마스크용 산화막(103) 상에 하드 마스크용 폴리 실리콘막(104)을 증착한다.Referring to FIG. 1A, after depositing the screen oxide film 101 on the semiconductor substrate 100, a threshold voltage ion implantation process is performed. Thereafter, the nitride film 102 is deposited. Subsequently, a tetra-ethyl orthosilicate (TEOS), a high temperature oxide film (HTO), a dichloroxylene (DCS; SiH 2 Cl 2 ) -thermal oxide film, etc. may be formed on the nitride film 102. The oxide film 103 for a hard mask is deposited using an oxide film series. The nitride film (not shown) deposited on the back surface of the semiconductor substrate 100 is removed by a nitride film strip process. After that, the polysilicon film 104 for hard mask is deposited on the hard mask oxide film 103.

도 1b를 참조하면, 하드 마스크용 폴리 실리콘막(104) 상에 포토 레지스트를 도포하고, 노광 및 현상 공정으로 포토 레지스트 패턴을 형성한다. 포토 레지스트 패턴을 마스크로하여 하드 마스크용 폴리 실리콘막(104)과 하드 마스크용 산화막(103)을 선택적으로 식각 공정을 진행하여 하드 마스크 패턴을 형성한다. Referring to FIG. 1B, a photoresist is applied on the polysilicon film 104 for hard mask, and a photoresist pattern is formed by an exposure and development process. Using a photoresist pattern as a mask, the hard mask polysilicon film 104 and the hard mask oxide film 103 are selectively etched to form a hard mask pattern.

하드 마스크 패턴을 이용하여 질화막(102)과 스크린 산화막(101) 및 반도체 기판(100)을 일정 깊이 식각하여 트렌치(105)를 형성한다. 그 후, 건식 산화 방식으로 산화 공정을 진행하여 트랜치 측벽에 웰 산화막(106)을 형성한다. 웰 산화막(106)은 트렌치(105) 형성시 반도체 기판(100) 내에 생성된 식각 데미지(demage) 및 스트레스(stress)를 완화한다.The trench 105 is formed by etching the nitride film 102, the screen oxide film 101, and the semiconductor substrate 100 by a predetermined depth using a hard mask pattern. Thereafter, an oxidation process is performed by a dry oxidation method to form a well oxide film 106 on the trench sidewalls. The well oxide layer 106 may reduce etch damage and stress generated in the semiconductor substrate 100 when the trench 105 is formed.

도 1c를 참조하면, 트렌치(105) 내에 HARP막(109)을 갭필한다. HARP막(109)은 03-TEOS를 사용하는 것이 좋다.Referring to FIG. 1C, the HARP film 109 is gapfilled in the trench 105. The HARP film 109 preferably uses 0 3 -TEOS.

도 1d를 참조하면, 갭필 공정 이후, CWVG(Catalytic Water Vapor Generator)를 이용하여 수증기(H2O)를 플로우(flow)시키고, 습식 방식으로 HARP 물질을 리플로우(reflow)시켜 HARP막(109) 내의 결함, 즉 심(107)과 보이드(108)를 제거한다. 상기 스팀 어닐 공정은 0.3~1torr의 압력 하에서 스팀 어닐 공정을 진행한다. 이때 스팀 어닐 공정은 600~700℃ 온도 범위 내에서 진행하는 것이 좋다. 이 후, 질소(N) 열처리(Anneal) 공정을 진행하여 HARP막(109)을 강화시킨다. 질소 열처리 공정은 710~810 torr의 압력 범위 내에서, 800~900℃ 온도 범위 내에서 진행 하는 것이 좋다.Referring to FIG. 1D, after a gap fill process, water vapor (H 2 O) is flowed using a catalytic water vapor generator (CWVG), and a HARP film 109 is formed by reflowing a HARP material in a wet manner. Defects within, i.e., shim 107 and voids 108, are removed. The steam annealing process proceeds to the steam annealing process under a pressure of 0.3 ~ 1torr. At this time, the steam annealing process is good to proceed within the temperature range of 600 ~ 700 ℃. Thereafter, a nitrogen (N) heat treatment is performed to strengthen the HARP film 109. Nitrogen heat treatment process is preferably carried out in the temperature range of 800 ~ 900 ℃ within the pressure range of 710 ~ 810 torr.

도 2를 보면, 일반적으로 높은 압력에서보다 낮은 압력에서의 생성된 산화막 두께가 얇다. 즉, 높은 압력에서 보다 낮은 압력에서 산화율이 낮다. 그러므로, 본 발명에서와 같이 낮은 압력의 분위기에서 스팀 어닐 공정을 진행하면 반도체 기판의 산화를 줄일 수 있다. 따라서, 산화에 의한 액티브 영역의 임계치수 감소를 억제할 수 있다. Referring to FIG. 2, the resulting oxide film thickness is generally thinner at lower pressures than at higher pressures. That is, the oxidation rate is lower at higher pressures than at higher pressures. Therefore, the oxidation of the semiconductor substrate can be reduced by performing the steam annealing process in a low pressure atmosphere as in the present invention. Therefore, the reduction of the critical dimension of the active region due to oxidation can be suppressed.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention described above has been described in detail in a preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, the present invention will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

본 발명에 따르면 소자 분리용 트렌치 내에 HARP막을 갭필한 후, 낮은 압력 분위기에서 스팀 어닐을 진행하여 반도체 기판의 산화율을 감소시켜 액티브 영역의 임계치수 감소 문제를 해결할 수 있다. 또한, 액티브 영역의 임계치수 감소를 위하여 스팀 어닐 공정 시간을 줄이지 않아도 되므로, HARP막 내의 심과 보이드를 효과적으로 제거할 수 있다.According to the present invention, the HARP film is gap-filled in the isolation trench, and steam annealing is performed in a low pressure atmosphere to reduce the oxidation rate of the semiconductor substrate, thereby solving the problem of reducing the critical dimension of the active region. In addition, since it is not necessary to reduce the steam annealing process time in order to reduce the critical dimension of the active region, it is possible to effectively remove the seams and voids in the HARP film.

Claims (7)

반도체 기판 상에 스크린 산화막, 질화막, 하드 마스크막을 형성하는 단계;Forming a screen oxide film, a nitride film, and a hard mask film on the semiconductor substrate; 상기 하드 마스크막을 선택적으로 식각하여 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계;Selectively etching the hard mask layer to form a hard mask pattern; 상기 하드 마스크 패턴을 마스크로 상기 질화막과 상기 스크린 산화막과 반도체 기판을 일정 깊이 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench by etching the nitride layer, the screen oxide layer, and the semiconductor substrate by using the hard mask pattern as a mask; 상기 트렌치 내에 HARP막을 형성하는 단계;Forming a HARP film in the trench; CWVG(Catalytic Water Vapor Generator)를 이용하여 스팀 어닐 공정을 진행하는 단계; 및Performing a steam annealing process using a CWVG (Catalytic Water Vapor Generator); And 질소 열처리 공정을 진행하는 단계를 포함하는 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법.A method of forming an isolation layer in a flash memory device comprising the step of performing a nitrogen heat treatment process. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하드 마스크막 형성 단계는 상기 질화막 상에 하드 마스크용 산화막을 증착하는 단계; 및The hard mask film forming step may include depositing an oxide film for a hard mask on the nitride film; And 상기 하드 마스크용 산화막 상에 하드 스크용 폴리 실리콘막을 증착하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법.And depositing a polysilicon film for a hard disk on the oxide film for the hard mask. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치를 형성하고, 상기 HARP막을 형성하기 전에 상기 트렌치 측벽에 웰 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법.And forming a well oxide film on the sidewalls of the trench before forming the trench and forming the HARP film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스팀 어닐 공정은 0.3~1torr 압력에서 진행하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법.The steam annealing process is a device isolation film forming method of the flash memory device, characterized in that proceeding at 0.3 ~ 1torr pressure. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스팀 어닐 공정은 600~ 700℃ 온도에서 진행 하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법.The steam annealing process is a device isolation film forming method of the flash memory device, characterized in that proceeding at a temperature of 600 ~ 700 ℃. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 질소 열처리 공정은 800~900℃ 온도에서 진행하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법.The nitrogen heat treatment process is a device isolation film forming method of the flash memory device, characterized in that proceeding at a temperature of 800 ~ 900 ℃. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 질소 열처리 공정은 710~810 torr의 압력에서 진행하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 소자 분리막 형성 방법.The nitrogen heat treatment process is a device isolation film forming method of the flash memory device, characterized in that at a pressure of 710 ~ 810 torr.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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