KR20060133253A - Method of manufacturing non-volatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 방법에 의한 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device by a conventional method.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 의한 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device in accordance with the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 반도체 기판 102 : 패드 산화막100
104 : 패드 질화막 105 : 하드 마스크 패턴104: pad nitride film 105: hard mask pattern
106 : 트렌치 108 : 필드 산화막106: trench 108: field oxide film
110 : 터널 산화막 112 : 플로팅 게이트110
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액티브 영역의 에지(edge) 부위에서 터널 산화막이 얇아지는 현상을 방지하여 셀 특성 산포를 개선할 수 있는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a nonvolatile memory device capable of improving cell characteristic distribution by preventing the tunnel oxide film from thinning at an edge of an active region. It is about.
반도체 메모리 장치는 DRAM(dynamic random access memory) 및 SRAM(static random access memory)과 같이 전력이 중단되면 저장된 데이터가 소실되는 휘발성(volatile) 메모리인 RAM 제품과, 전력이 일시적으로 중단되더라도 데이터가 유지되는 비휘발성(nonvolatile) 메모리인 ROM(read only memory) 제품으로 크게 구분할 수 있다.Semiconductor memory devices, such as dynamic random access memory (DRAM) and static random access memory (SRAM), are RAM products, which are volatile memory that loses stored data when power is interrupted, and data is retained even when power is temporarily interrupted. It can be divided into ROM (read only memory) products which are nonvolatile memory.
불휘발성 메모리 장치는 거의 무기한의 축적용량을 갖는데, EEPROM(electrically erasable and programmable ROM)과 같이 전기적으로 데이터의 입·출력이 가능한 플래쉬 메모리에 대한 수요가 늘고 있다. 이들 장치의 메모리 셀은 일반적으로 실리콘 기판 상에 형성된 플로팅 게이트를 구비하는 수직 적층형 게이트 구조를 갖는다. 다층 게이트 구조는 전형적으로 하나 이상의 터널 산화막 또는 유전체막과, 상기 플로팅 게이트의 위 또는 주변에 형성된 컨트롤 게이트를 포함한다. 이 구조를 갖는 플래쉬 메모리 셀에서 데이터의 저장은 컨트롤 게이트와 기판에 적절한 전압을 인가하여 플로팅 게이트에 전자를 집어넣거나 빼냄으로써 이루어진다. 상기 유전체막은 플로팅 게이트 내에 충전된 전하를 유지시키는 역할을 한다.Nonvolatile memory devices have an almost indefinite accumulation capacity, and there is an increasing demand for flash memory capable of electrically inputting and outputting data such as electrically erasable and programmable ROM (EEPROM). Memory cells in these devices generally have a vertically stacked gate structure with floating gates formed on a silicon substrate. The multilayer gate structure typically includes one or more tunnel oxide or dielectric films and a control gate formed on or around the floating gate. In flash memory cells having this structure, data is stored by applying an appropriate voltage to the control gate and the substrate to insert or draw electrons into the floating gate. The dielectric film serves to maintain charge charged in the floating gate.
도 1은 종래 방법에 의한 플래쉬 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 is a cross-sectional view for describing a method of manufacturing a flash memory device according to a conventional method.
도 1을 참조하면, 실리콘 기판(10)에 패드 산화막(도시하지 않음) 및 패드 질화막(도시하지 않음)을 차례로 적층한 후, 사진식각 공정으로 상기 패드 질화막 및 패드 산화막을 패터닝한다. 이어서, 상기 패터닝된 패드 질화막을 식각 마스크 로 이용하여 노출된 기판(10)의 상부를 소정 깊이로 식각하여 소자분리용 트렌치(12)를 형성한다. 갭 매립 특성이 우수한 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 산화막으로 상기 트렌치를 매립하여 필드 산화막(14)을 형성한 후, 상기 패드 질화막의 상부 표면까지 상기 필드 산화막(14)의 표면을 평탄화시킨다. 그런 다음, 상기 패드 질화막을 인산 스트립 공정으로 제거하고, 습식 식각 공정으로 상기 패드 산화막을 제거하여 상기 트렌치(12)의 내부에만 필드 산화막(14)을 남김으로써, 기판(10)을 필드 영역과 액티브 영역으로 구분한다.Referring to FIG. 1, a pad oxide film (not shown) and a pad nitride film (not shown) are sequentially stacked on a
이어서, 상기 액티브 영역의 표면에 열산화 공정으로 터널 산화막(또는 게이트 산화막이라 한다)(16)을 형성한 후, 그 위에 폴리실리콘으로 이루어진 플로팅 게이트층을 증착한다. 상기 플로팅 게이트층 상에 하부 산화막(20), 질화막(22) 및 상부 산화막(24)으로 이루어진 ONO 유전체막(26)을 형성한 후, 상기 유전체막(26) 상에 폴리실리콘과 텅스텐(W) 또는 텅스텐 실리사이드(WSix)가 차례로 적층된 컨트롤 게이트층을 형성한다. 그런 다음, 사진식각 공정으로 상기 컨트롤 게이트층, 유전체막(26) 및 플로팅 게이트층을 패터닝하여 플로팅 게이트(18)와 컨트롤 게이트(28)가 수직으로 적층된 다층 게이트 구조를 완성한다.Subsequently, a tunnel oxide film (or gate oxide film) 16 is formed on the surface of the active region by a thermal oxidation process, and then a floating gate layer made of polysilicon is deposited thereon. After forming the ONO
상술한 종래 방법에 의하면, 습식 식각 공정으로 패드 산화막을 제거할 때 액티브 영역의 에지 부분에서 필드 산화막(14)이 소모(consume)되어 후속 공정에서 형성되어지는 플로팅 게이트가 상기 액티브 영역의 에지 부분에서 아래로 처지게 된다. 그 결과, 상기 액티브 영역의 중앙 부분(도 1의 "b" 참조) 부분에 비해 에지 부분(도 1의 "a" 참조) 부분에서 터널 산화막(16)의 두께가 얇아지게 되어 셀의 특 성 산포가 커지는 문제가 발생하게 된다.According to the conventional method described above, when the pad oxide film is removed by the wet etching process, the floating gate formed by the
이러한 터널 산화막(16) 두께의 얇아짐(thinning) 현상은 필드 산화막(14)의 상측 모서리에 스트레스가 집중되어 H2O2 및 O2와 같은 산화제의 확산 속도가 액티브 영역에 비해 감소하거나, 상기 필드 산화막(14)에 인접한 실리콘 기판(10)과 상기 산화제와의 반응 속도가 감소하기 때문으로 설명할 수도 있다.The thinning phenomenon of the thickness of the
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 액티브 영역의 에지(edge) 부위에서 터널 산화막이 얇아지는 현상을 방지하여 셀 특성 산포를 개선할 수 있는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory device that can improve the cell characteristics distribution by preventing the tunnel oxide film thinning at the edge of the active region. .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법에 의하면, 반도체 기판 상에 패드 산화막 및 패드 질화막이 순차적으로 적층되어 이루어진 하드 마스크 패턴을 형성한다. 상기 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 기판의 상부를 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성한다. 상기 트렌치를 매립하는 필드 산화막을 형성하여 상기 기판을 필드 영역과 액티브 영역으로 구분한다. 상기 하드 마스크 패턴의 상기 패드 질화막을 제거한다. 상기 트렌치에 접하고 있는 상기 액티브 영역의 상부 에지 부분에 실리콘 돌출부를 형성한다. 상기 하드 마스크 패턴의 상기 패드 산화막을 제거한 후, 상기 액티브 영역 상에 터널 산화막을 형성한다.According to the manufacturing method of the nonvolatile memory device according to the present invention for achieving the above object, a hard mask pattern formed by sequentially stacking a pad oxide film and a pad nitride film on a semiconductor substrate. The upper portion of the substrate is etched to a predetermined depth using the hard mask pattern as an etching mask to form a trench. A field oxide film filling the trench is formed to divide the substrate into a field region and an active region. The pad nitride film of the hard mask pattern is removed. A silicon protrusion is formed in an upper edge portion of the active region in contact with the trench. After removing the pad oxide layer of the hard mask pattern, a tunnel oxide layer is formed on the active region.
바람직하게는, 상기 트렌치에 접하고 있는 상기 액티브 영역의 상부 에지 부분에 실리콘 돌출부를 형성하는 단계는 상기 패드 질화막이 제거된 결과물의 전면에 실리콘에 대한 건식 식각 공정을 수행하여 이루어진다.Preferably, forming the silicon protrusion on the upper edge portion of the active region in contact with the trench is performed by performing a dry etching process on silicon on the entire surface of the resultant product from which the pad nitride layer is removed.
바람직하게는, 상기 패드 산화막을 제거하는 단계에서 상기 액티브 영역의 상부 에지 부분에 형성된 실리콘 돌출부를 완전히 노출시킨다.Preferably, in the removing of the pad oxide layer, the silicon protrusion formed on the upper edge portion of the active region is completely exposed.
바람직하게는, 상기 터널 산화막을 형성하는 단계 후, 상기 터널 산화막 상에 플로팅 게이트를 형성하는 단계를 더 구비한다. 상기 패드 산화막을 제거하는 단계는 상기 플로팅 게이트의 선폭이 확보될 때까지 진행한다.Preferably, the method may further include forming a floating gate on the tunnel oxide film after forming the tunnel oxide film. The removing of the pad oxide layer is performed until the line width of the floating gate is secured.
본 발명은 트렌치에 접하고 있는 액티브 영역의 상부 에지 부분에 실리콘 돌출부를 형성함으로써 터널 산화막을 형성하기 위한 산화 공정시 상기 실리콘 돌출부에서 산화량이 증가되도록 한다. 따라서, 상기 액티브 영역의 에지 부분에서 터널 산화막이 충분한 두께로 성장되기 때문에, 터널 산화막의 얇아짐 현상에 의한 셀 특성 산포의 불량을 개선할 수 있다.The present invention allows the amount of oxidation in the silicon protrusions to be increased during the oxidation process for forming the tunnel oxide film by forming the silicon protrusions in the upper edge portion of the active region in contact with the trench. Therefore, since the tunnel oxide film is grown to a sufficient thickness at the edge portion of the active region, it is possible to improve the poor cell characteristic distribution due to the thinning of the tunnel oxide film.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 의한 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device in accordance with the present invention.
도 2a는 트렌치(106)를 형성하는 단계를 도시한다. 실리콘과 같은 반도체 기판(100) 상에 약 100∼150Å의 두께를 갖는 패드 산화막(102)과 약 1000∼1500Å의 두께를 갖는 패드 질화막(104)을 순차적으로 적층한 후, 사진식각 공정으로 상기 패드 질화막(104) 및 패드 산화막(102)을 식각하여 하드 마스크 패턴(105)을 형성한다.2A illustrates forming
상기 하드 마스크 패턴(105)을 식각 마스크로 이용하여 노출된 반도체 기판(100)의 상부를 소정 깊이로 이방성 식각함으로써 필드 산화막이 매립되어질 트렌치(106)를 형성한다.By using the
이어서, 트렌치 식각 공정 동안에 고에너지의 이온 충격으로 야기된 실리콘 손상(damage)을 큐어링하기 위하여 트렌치(106)의 노출된 부분을 산화 분위기에서 열처리한다. 그러면, 노출된 실리콘과 산화제와의 산화 반응에 의해, 트렌치(106)의 바닥면과 측벽을 포함하는 내면 상에 산화막(도시하지 않음)이 형성된다.The exposed portion of
도 2b는 필드 산화막(108)을 형성하는 단계를 도시한다. 상술한 바와 같이 트렌치(106)가 형성된 결과물의 전면에 상기 트렌치(106)를 완전히 매립하도록 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 방법으로 산화막을 증착하여 필드 산화막(108)을 형성한다.2B shows the step of forming the
그런 다음, 상기 하드 마스크 패턴(105)의 상부 표면이 노출될 때까지 상기 산화막에 대해 에치백 또는 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 공정을 진행하여 상기 필드 산화막(108)의 표면을 평탄화시킴으로써, 상기 기판(100)을 필드 영역과 액티브 영역(109)으로 구분한다.Then, an etch back or chemical mechanical polishing (CMP) process is performed on the oxide layer until the upper surface of the
도 2c는 상기 하드 마스크 패턴(105)의 상기 패드 질화막(104)을 인산 스트립 공정으로 제거하는 단계를 도시한다.2C illustrates a step of removing the
도 2d는 실리콘 돌출부(P)를 형성하는 단계를 도시한다. 상기 패드 질화막(104)이 제거된 결과물의 전면에 실리콘(Si)에 대한 건식 식각 공정을 수행하여 상기 트렌치(106)에 접하고 있는 액티브 영역(109)의 상부 에지 부분에 실리콘 돌출부(P)를 형성한다.2D shows the step of forming the silicon protrusion P. FIG. The silicon nitride portion P is formed on the upper edge portion of the
바람직하게는, 상기 실리콘 건식 식각 공정은 실리콘층이 약 100∼300Å의 두께로 식각될 때까지 진행된다. 이때, 반도체 기판(100) 상의 패드 산화막(102)의 대부분이 제거될 수 있다.Preferably, the silicon dry etching process is performed until the silicon layer is etched to a thickness of about 100 ~ 300Å. In this case, most of the
도 2e는 상기 반도체 기판(100) 상에 잔류하는 패드 산화막(102)을 HF와 같은 산화물 에천트를 이용한 습식 식각 공정으로 제거하고 필드 산화막(108)의 상부를 부분적으로 제거하는 단계를 도시한다. 상기 습식 식각 공정은 상기 실리콘 돌출부(P)가 완전히 노출될 때까지 진행하며, 더욱 바람직하게는 후속 공정에서 형성되어질 플로팅 게이트의 선폭(critical dimension; CD)이 확보될 때까지 진행한다.2E illustrates a step of removing the
도 2f는 터널 산화막(110)을 형성하는 단계를 도시한다. 상술한 바와 같이 잔류하는 패드 산화막(102) 및 필드 산화막(108)의 상부를 습식 식각 공정으로 제거한 후, 노출된 기판(100) 표면에 대한 세정 공정을 실시한다. 상기 세정 공정은 SC1(standard clean 1)을 사용하여 수행된다. 참고로, SC1은 NH4OH, H2O2 및 H2O의 혼합물이다.2F illustrates the step of forming the
이어서, 열산화 공정으로 상기 액티브 영역(109)의 표면에 터널 산화막(즉, 게이트 산화막)(110)을 약 50∼80Å의 두께로 형성한다. 상기 터널 산화막(110)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 옥시나이트라이드막으로 형성한다.Subsequently, a tunnel oxide film (ie, a gate oxide film) 110 is formed on the surface of the
산화막의 형성반응은 하기의 식과 같다.The formation reaction of the oxide film is as follows.
상기 식으로부터 알 수 있듯이, 실리콘(Si) 소오스를 갖는 층으로 산화제가 확산되어 산화가 진행되므로 상기 액티브 영역(109)의 상부 에지 부분에 형성된 실리콘 돌출부(P)에서 산화량이 증가하여 상기 부위에서 터널 산화막(110)의 두께가 두꺼워진다.As can be seen from the above equation, since the oxidant diffuses into the layer having the silicon (Si) source and the oxidation proceeds, the amount of oxidation is increased in the silicon protrusion P formed in the upper edge portion of the
도 2f는 플로팅 게이트(112)를 형성하는 단계를 도시한다. 상기 터널 산화막(110)이 형성된 결과물 상에 폴리실리콘으로 이루어진 플로팅 게이트층을 증착한다. 이어서, 통상의 도핑 방법, 예컨대 POCl3 확산, 이온주입, 또는 인-시튜 도핑에 의해 상기 플로팅 게이트층을 고농도의 N형으로 도핑시킨 후, 사진식각 공정으로 필드 영역 상의 플로팅 게이트층을 제거하여 이웃하는 메모리 셀의 플로팅 게이트들을 서로 절연시킨다.2F illustrates forming floating
그런 다음, 상기 플로팅 게이트층 상에 하부 산화막, 질화막 및 상부 산화막으로 이루어진 ONO 유전체막(도시하지 않음)을 형성한 후, 상기 유전체막 상에 폴리실리콘과 텅스텐(W) 또는 텅스텐 실리사이드(WSix)가 차례로 적층된 컨트롤 게이트층(도시하지 않음)을 형성한다. 그런 다음, 사진식각 공정으로 상기 컨트롤 게이트층, 유전체막 및 플로팅 게이트층을 패터닝하여 플로팅 게이트(112)와 컨트롤 게이트가 수직으로 적층된 플래쉬 메모리 셀의 다층 게이트 구조를 완성한다.Then, an ONO dielectric film (not shown) including a lower oxide film, a nitride film, and an upper oxide film is formed on the floating gate layer, and then polysilicon and tungsten (W) or tungsten silicide (WSix) are formed on the dielectric film. A control gate layer (not shown) stacked in this order is formed. Then, the control gate layer, the dielectric layer, and the floating gate layer are patterned by a photolithography process to complete the multilayer gate structure of the flash memory cell in which the floating
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 트렌치에 접하고 있는 액티브 영역의 상부 에지 부분에 실리콘 돌출부를 형성함으로써 터널 산화막을 형성하기 위한 산화 공정시 상기 실리콘 돌출부에서 산화량이 증가되도록 한다.As described above, according to the present invention, the amount of oxidation is increased in the silicon protrusion during the oxidation process for forming the tunnel oxide film by forming the silicon protrusion in the upper edge portion of the active region in contact with the trench.
따라서, 상기 액티브 영역의 에지 부분에서 터널 산화막이 충분한 두께로 성장되기 때문에, 터널 산화막의 얇아짐 현상에 의한 셀 특성 산포의 불량을 개선할 수 있다.Therefore, since the tunnel oxide film is grown to a sufficient thickness at the edge portion of the active region, it is possible to improve the poor cell characteristic distribution due to the thinning of the tunnel oxide film.
상기에서는 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 a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
Claims (5)
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KR1020050053001A KR20060133253A (en) | 2005-06-20 | 2005-06-20 | Method of manufacturing non-volatile memory device |
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KR1020050053001A KR20060133253A (en) | 2005-06-20 | 2005-06-20 | Method of manufacturing non-volatile memory device |
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