KR20070049267A - Method of manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
플래시 메모리 장치와 같은 반도체 장치의 제조 방법은 기판에 형성된 제1 트렌치를 매립하며 기판으로부터 돌출된 소자 분리막 패턴을 형성한 후, 기판 상에 정의되는 액티브 영역 상에 제1 산화막을 형성한다. 소자 분리막 패턴의 측면에 스페이서를 형성하고, 스페이서를 이용하여 제1 산화막 패턴 및 제2 트렌치를 형성한다. 이후 희생 산화막을 형성하고, 희생 산화막을 부분적으로 제거하여 스페이서를 노출시킨다. 스페이서 및 잔류 희생 산화막을 제거하여 제1 산화막 패턴을 노출시키고, 제2 트렌치의 저면과 측면에 형성된 제2 산화막 및 제1 산화막 패턴을 포함하는 터널 산화막을 형성한 후, 플로팅 게이트와 유전막 및 컨트롤 게이트를 순차적으로 형성한다. 그 결과 트렌치에 의해 노출된 기판의 손상없이 터널 산화막의 양측 에지 부위에서의 누설 전류를 방지할 수 있다.A method of manufacturing a semiconductor device, such as a flash memory device, fills a first trench formed in a substrate, forms a device isolation pattern protruding from the substrate, and then forms a first oxide film on an active region defined on the substrate. Spacers are formed on side surfaces of the device isolation layer pattern, and the first oxide layer pattern and the second trench are formed using the spacers. Thereafter, a sacrificial oxide film is formed, and the sacrificial oxide film is partially removed to expose the spacers. After removing the spacers and the remaining sacrificial oxide film to expose the first oxide pattern, and forming a tunnel oxide film including the second oxide film and the first oxide pattern formed on the bottom and side surfaces of the second trench, the floating gate, the dielectric film and the control gate To form sequentially. As a result, leakage current at both edge portions of the tunnel oxide film can be prevented without damaging the substrate exposed by the trench.
Description
도 1은 통상의 비휘발성 메모리 셀을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional nonvolatile memory cell.
도 2 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 through 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
100 : 기판 101 : 패드 산화막100
102 : 하드 마스크 103 : 제1 트렌치102: hard mask 103: first trench
104 : 소자 분리막 105 : 개구부104: device isolation membrane 105: opening
106 : 제2 트렌치 110 : 제1 산화막106: second trench 110: first oxide film
112 : 제1 산화막 패턴 120 : 중온 산화막112: first oxide film pattern 120: medium temperature oxide film
122 : 중온 산화막 패턴 130 : 스페이서122: medium temperature oxide film pattern 130: spacer
140 : 희생 산화막 142 : 희생 산화막 패턴140: sacrificial oxide film 142: sacrificial oxide film pattern
150 : 제2 산화막 152 : 터널 산화막150: second oxide film 152: tunnel oxide film
160 : 폴리실리콘막160: polysilicon film
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 문턱 전압을 갖는 터널 산화막을 포함하는 플래시 메모리 장치와 같은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device such as a flash memory device including a tunnel oxide film having a uniform threshold voltage.
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(non-volatile) 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 non-volatile memory.
상기 비휘발성 메모리 장치는 한번 데이터를 입력하면 시간이 지나도 그 상태를 유지할 수 있는 특성을 갖는데, 최근에는 전기적으로 데이터의 입·출력이 가능한 플래시 메모리에 대한 수요가 늘고 있다.The nonvolatile memory device is capable of maintaining its state over time once inputting data. Recently, there is an increasing demand for a flash memory that can electrically input and output data.
상기 플래시 메모리 장치에서 데이터를 저장하는 메모리 셀은 실리콘 기판의 상부에 터널 산화막, 플로팅 게이트, 유전막 및 컨트롤 게이트가 차례로 적층된 스택형 게이트 구조를 갖는다. 이러한 구조를 갖는 플래시 메모리 셀에서 데이터의 저장은 컨트롤 게이트와 기판에 적절한 전압을 인가하여 플로팅 게이트에 전자를 집어넣거나 빼냄으로써 이루어진다. 이때, 유전막은 플로팅 게이트에 충전된 전하 특성을 유지시키고 컨트롤 게이트의 전압을 플로팅 게이트에 전달하는 역할을 한다. The memory cell for storing data in the flash memory device has a stacked gate structure in which a tunnel oxide film, a floating gate, a dielectric film, and a control gate are sequentially stacked on the silicon substrate. In flash memory cells having such a structure, data is stored by applying an appropriate voltage to the control gate and the substrate to insert or withdraw electrons from the floating gate. In this case, the dielectric layer maintains charge characteristics charged in the floating gate and transfers the voltage of the control gate to the floating gate.
도 1은 통상의 비휘발성 메모리 셀을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional nonvolatile memory cell.
도 1을 참조하면, 소자 분리막(STI, 미도시)이 형성된 기판(10) 상에 터널 산화막(12) 및 플로팅 게이트(14)가 적층되어 있다. 상기 플로팅 게이트(14) 상에 ONO 구조를 갖는 유전막(22)이 존재하고, 상기 유전막(22) 상에 컨트롤 게이트(24)가 존재한다.Referring to FIG. 1, a tunnel oxide layer 12 and a
상술한 구조를 갖는 비휘발성 메모리 셀에서 상기 터널 산화막은 소자 분리막에 의해 노출된 기판의 표면을 산화시켜 형성한다. 그러므로 상기 소자 분리막의 측벽에 인접하는 터널 산화막의 양측 에지부는 상기 터널 산화막의 중심부보다 상대적으로 얇은 두께를 갖는다. In the nonvolatile memory cell having the above-described structure, the tunnel oxide film is formed by oxidizing the surface of the substrate exposed by the device isolation film. Therefore, both edge portions of the tunnel oxide film adjacent to the sidewall of the device isolation layer have a thickness relatively thinner than the center portion of the tunnel oxide film.
상기와 같이 터널 산화막의 두께 균일도가 열악한 경우, 상기 터널 산화막의 양측 에지 부위에서의 누설 전류가 증가될 수 있으며, 설정된 전압보다 낮은 전압에서 전자 터널링이 발생될 수 있다. 결과적으로, 터널 산화막의 내구성 및 플로팅 게이트 전극의 데이터 보존 능력이 저하될 수 있으며, 전체적인 플래시 메모리 장치의 동작 신뢰도가 저하될 수 있다.As described above, when the thickness uniformity of the tunnel oxide film is poor, leakage current at both edge portions of the tunnel oxide film may increase, and electron tunneling may occur at a voltage lower than the set voltage. As a result, the durability of the tunnel oxide film and the data storage capability of the floating gate electrode may be reduced, and the operation reliability of the entire flash memory device may be reduced.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 양측 에지부의 두께가 중심부의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는 터널 산화막을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method of manufacturing a semiconductor device including a tunnel oxide film having a thickness of both edge portions is thicker than the thickness of the central portion.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 기판에 형성된 제1 트렌치를 매립하면서 상기 기판의 표면으로부터 돌출되는 소자 분리막 패턴을 형성한다. 상기 기판 상에 정의되는 액티브 영역 상 에 제1 산화막을 형성한다. 상기 소자 분리막 패턴의 측면에 스페이서를 형성한다. 상기 스페이서를 식각 마스크로 이용하여 상기 제1 산화막 및 기판을 식각하여 제1 산화막 패턴 및 제2 트렌치를 형성한다. 상기 소자 분리막 패턴의 상면 및 상기 스페이서의 표면에는 제1 두께를 가지며, 상기 제2 트렌치의 저면과 측면에는 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 희생 산화막을 형성한다. 상기 제1 두께를 갖는 희생 산화막을 제거하여 상기 스페이서를 노출시킨다. 상기 스페이서 및 상기 잔류 희생 산화막을 순차적으로 제거하여 상기 제1 산화막 패턴을 노출시킨 후, 상기 제2 트렌치의 저면과 측면에 제2 산화막을 형성하여 상기 기판 상에 제1 산화막 패턴과 제2 산화막을 포함하는 터널 산화막을 형성한다. 상기 소자 분리막 패턴 및 터널 산화막 상에 플로팅 게이트를 형성하기 위한 폴리실리콘막을 형성하여 반도체 장치를 완성한다. According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention for achieving the object of the present invention, a device isolation film pattern protruding from the surface of the substrate is formed while filling the first trench formed in the substrate. A first oxide film is formed on the active region defined on the substrate. Spacers are formed on side surfaces of the device isolation layer pattern. The first oxide layer and the substrate are etched using the spacer as an etch mask to form a first oxide pattern and a second trench. A sacrificial oxide layer having a first thickness is formed on an upper surface of the device isolation layer pattern and a surface of the spacer, and a second thickness thicker than the first thickness is formed on the bottom and side surfaces of the second trench. The sacrificial oxide film having the first thickness is removed to expose the spacers. The spacers and the remaining sacrificial oxide layer are sequentially removed to expose the first oxide layer pattern, and then a second oxide layer is formed on the bottom and side surfaces of the second trench to form a first oxide pattern and a second oxide layer on the substrate. A tunnel oxide film is formed. The semiconductor device is completed by forming a polysilicon film for forming a floating gate on the device isolation pattern and the tunnel oxide film.
상기 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 희생 산화막은 열산화 공정에 의해 형성되는 것이 바람직하며, 상기 제1 산화막 패턴의 두께는 상기 제2 산화막의 두께와 같거나 더 두꺼운 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, the sacrificial oxide film is preferably formed by a thermal oxidation process, and the thickness of the first oxide film pattern is preferably equal to or thicker than the thickness of the second oxide film.
상기와 같은 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법에서는 양측 에지부에 두께가 중심부의 두께와 같거나 상기 중심부의 두께보다 두꺼운 터널 산화막을 형성할 수 있다. 이러한 구조를 갖는 터널 산화막을 이용하여 상기 양측 에지부에서의 누설 전류를 방지할 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 전기적 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention as described above, a tunnel oxide film having a thickness equal to or thicker than the thickness of the center portion may be formed at both edge portions. A tunnel oxide film having such a structure can be used to prevent leakage current at both edge portions. Therefore, the electrical characteristics and the reliability of the semiconductor device can be improved.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역 또는 패턴들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역 또는 패턴들이 기판, 각 층(막), 영역 또는 패턴들의 "상에", "상부에", "아래에" 또는 "하부에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역 또는 패턴들이 직접 기판, 각 층(막), 영역 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역 또는 다른 패턴들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수도 있다. 또한, 각 층(막), 영역, 또는 패턴들이 "제1" 및/또는 "제2"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 층(막), 영역, 또는 패턴들을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1" 및/또는 "제2"는 각 층(막), 영역 또는 패턴들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.In the accompanying drawings, the dimensions of the substrates, layers (films), regions or patterns are shown to be larger than actual for clarity of the invention. In the present invention, each layer (film), region or pattern is referred to as being formed "on", "top", "below" or "bottom" of the substrate, each layer (film), region or pattern. Whereby each layer (film), region or pattern is formed directly over or below the substrate, each layer (film), region or patterns, or other layers (film), other regions or patterns It may be further formed on the phase. In addition, when each layer (film), region, or pattern is referred to as "first" and / or "second", it is not intended to limit these members but merely to distinguish each layer (film), region, or pattern. It is to. Thus, "first" and / or "second" may be used selectively or interchangeably for each layer (film), region or pattern, respectively.
도 2 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 through 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 실리콘 웨이퍼와 같은 기판(100) 상에 패드 산화막(101)을 형성하고, 상기 패드 산화막(101) 상에 하드 마스크막을 순차적으로 적층한다. 일 예로, 패드 산화막(101)은 열 산화(thermal oxidation) 공정, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 상기 하드 마스크막은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition : LPCVD) 공정을 수행하여 형성할 수 있다. 상기 하드 마스크막은 실리콘 질화물(SiN)을 포 함하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 2, a
이어서, 상기 하드 마스크막 상부에 포토레지스트 패턴(도시않됨)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 하드 마스크막을 식각함으로써 하드 마스크 패턴(102)을 형성한다. 상기 하드 마스크 패턴(102)이 형성된 후, 상기 포토레지스트 패턴은 애싱 공정(ashing process) 및 세정 공정을 통해 제거된다.Subsequently, a photoresist pattern (not shown) is formed on the hard mask layer. Subsequently, the
상기 하드 마스크 패턴(102)을 식각 마스크로 이용하여 노출된 반도체 기판(100)의 상부를 소정 깊이로 이방성 식각함으로써 소자 분리막을 형성하기 위한 제1 트렌치(103)를 형성한다. The
이어서, 상기 제1 트렌치(103)를 형성하기 위한 식각 공정에서 고 에너지의 이온 충격으로 야기된 실리콘 기판의 표면 손상(damage)을 큐어링하기 위하여 트렌치(103)의 노출된 실리콘 기판(100)을 산화 분위기에서 열처리한다. 이에 따라, 트렌치(103)의 바닥면과 측면을 포함하는 내면 상에 트렌치 내벽산화막(도시않됨)이 형성된다.Subsequently, in order to cure surface damage of the silicon substrate caused by high energy ion bombardment in the etching process for forming the
그런 다음, 트렌치(103)가 형성된 결과물의 전면에 트렌치(103)를 완전히 매립하도록 USG(undoped silicate glass), O3-TEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate)USG, 또는 고밀도 플라즈마(High Density Plasma : HDP) 산화막과 같은 갭 매립 특성이 우수한 산화막을 증착하여 갭 매립 산화막을 형성한다. 바람직하게는, SiH4, O2 및 Ar 가스를 플라즈마 소스로 이용하여 형성된 고밀도 플라즈마(HDP) 산화막이 사용 될 수 있다.Then,
이후, 하드 마스크 패턴(102)의 상부 표면이 노출될 때까지 에치 백(etch back) 또는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 공정으로 상기 갭 매립 산화막을 제거한다. 그 결과, 트렌치(103)의 내부에 필드 산화막인 소자 분리막(104)이 형성되어 기판(100)은 필드 영역과 액티브 영역으로 구분된다.Thereafter, the gap buried oxide layer is removed by an etch back or chemical mechanical polishing (CMP) process until the upper surface of the
도 3을 참조하면, 소자 분리막(104)이 형성된 기판(100) 상에 습식 식각 공정을 진행하여 하드 마스크 패턴(102)을 제거함으로써 패드 산화막(101) 및 소자 분리막(104)의 측면을 노출시키는 개구부(105)를 형성한다. 일 예로서, 상기 습식 식각 공정의 식각액에는 HF 수용액, H3PO4 및 SC-1(Standard Cleaning Solution)이 사용될 수 있다. 이때, 상기 HF 수용액은 H2O와 HF가 약 100 : 1의 몰비를 갖는다. 상기 습식 식각 공정의 일 예로는 소자 분리막(104)이 형성된 기판(100)을 상기 HF 수용액, H3PO4 및 SC-1의 식각액에 순차적으로 30초, 30분, 3분 동안 노출시킬 수 있다.Referring to FIG. 3, a wet etching process is performed on the
이어서, 상기 노출된 패드 산화막(101)을 습식 식각 공정을 통해 제거한다. 패드 산화막(101)의 습식 식각 공정의 일 예로는 H2O와 HF의 몰비가 약 200 : 1 정도인 HF 수용액을 사용하여 110 내지 130초 동안 노출시킬 수 있다. 그 결과, 패드 산화막(101)의 제거가 이루어져 액티브 영역에 해당하는 기판(100) 표면이 노출되며, 동시에 이전의 하드 마스크(102)의 제거로 노출된 소자 분리막(104)의 측면이 식각되어 개구부(105)의 폭이 넓어진다. Subsequently, the exposed
이어서, 개구부(105)의 저면을 산소 분위기 하에서 열처리함으로써 액티브 영역에 해당되는 상기 노출된 기판(100)의 표면에 제1 산화막(110)을 형성한다. 상기 제1 산화막(110)은 80 내지 120Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.Subsequently, the bottom surface of the
도 4를 참조하면, 소자 분리막(104)의 상면, 측면 및 제1 산화막(110) 상에 실질적으로 균일한 두께를 갖는 중온 산화막(Middle Temperature Oxide : MTO, 120)을 형성한다. 일 예로서, 중온 산화막(120)은 750 내지 800℃의 온도 조건에서 증착하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 780℃에서 증착한다. 중온 산화막(120)은 90Å 내지 140Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4, a middle temperature oxide (MTO) 120 having a substantially uniform thickness is formed on an upper surface, a side surface of the
상기 중온 산화막(120)은 후속의 스페이서 형성 및 상기 스페이서에 의해 노출된 제1 산화막(110)의 식각 공정 동안 소자 분리막(104)이 형성된 기판(100) 표면을 보호하는 역할을 수행한다. The mid
도 5를 참조하면, 중온 산화막(120)이 형성된 상기 결과물의 전면에 스페이서막(미도시)을 연속적으로 형성한다. 즉, 상기 스페이서막은 개구부(105)의 내부를 완전히 매립하지 않아야 한다. Referring to FIG. 5, a spacer film (not shown) is continuously formed on the entire surface of the resultant product in which the intermediate
이때, 상기 스페이서막은 임의의 식각 공정에서 중온 산화막(120)에 대해 식각 선택비를 갖는 물질로 형성한다. 일 예로서, 상기 스페이서막은 실리콘 질화물(SiN)을 증착시켜 형성될 수 있다. 상기 스페이서막은 130 내지 170Å 정도로 균일한 두께를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.In this case, the spacer layer is formed of a material having an etching selectivity with respect to the middle
다음에, 중온 산화막(120)의 상면이 노출되도록 상기 스페이서막을 이방성 식각함으로써 중온 산화막(120)이 형성된 소자 분리막(104)의 측면에 스페이서 (130)를 형성한다. 일 예로서, 상기 이방성 식각 공정은 에치 백 공정이 바람직하다. 상기 스페이서(130)는 중온 산화막(120)의 측벽에 30 내지 60Å 정도의 두께로 형성된다. 상기 공정에 의해 형성된 스페이서(130)는 이후 중온 산화막(120) 아래의 제1 산화막(110) 및 기판(100)의 액티브 영역의 중심 부위를 식각하기 위한 식각 마스크 패턴으로 제공된다.Next, the spacer layer is anisotropically etched to expose the upper surface of the
도 6을 참조하면, 스페이서(130)가 형성된 기판(100) 상에 애싱 공정 및 스트립 공정을 진행한다. 상기 애싱 공정을 통해 스페이서(130)의 형성 시 식각 공정에서 발생된 고분자를 포함하는 식각 부산물들이 제거된다. Referring to FIG. 6, an ashing process and a strip process are performed on the
상기 스페이서(130)를 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 통해 상기 중온 산화막(120) 및 제1 산화막(110)을 순차적으로 식각함으로써 상기 기판(100) 상에 상기 액티브 영역을 노출시키는 중온 산화막 패턴(122)과 제1 산화막 패턴(112)을 형성한다. 일 예로, 상기 식각 공정은 불산(HF) 등을 이용하는 습식 식각 공정을 통해 진행될 수 있다. An intermediate temperature
이후, 상기 스페이서(130)를 다시 식각 마스크로 이용하여 노출된 액티브 영역의 상부를 소정 깊이로 이방성 식각함으로써 제2 트렌치(106)를 형성한다. Subsequently, the
이어서, 상기 제2 트렌치(106)를 형성하기 위한 식각 공정에서 고 에너지의 이온 충격으로 야기된 실리콘 기판의 표면 손상(damage)을 큐어링하기 위하여 상기 제2 트렌치(106)의 노출된 기판(100)을 산화 분위기에서 열처리한다. 이에 따라, 상기 제2 트렌치(106)의 바닥면과 측면을 포함하는 내면 상에 트렌치 내벽산화막(도시않됨)이 형성된다.Subsequently, the exposed
도 7을 참조하면, 소자 분리막(108)의 상면에 형성된 중온 산화막 패턴(122), 상기 스페이서(130)의 표면 및 상기 제2 트렌치(106)의 측면과 저면을 포함하는 내부에 희생 산화막(140)을 형성한다. 일 예로, 상기 희생 산화막(140)은 열산화 공정을 수행하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 7, a
상기 열산화 공정을 수행하면, 상기 제2 트렌치(106)에 의해 노출된 실리콘 기판(100)에서는 산화 반응이 활발하게 일어나는 반면 상기 실리콘 질화물을 포함하는 상기 스페이서(130) 및 산화물을 포함하며 상기 소자 분리막 패턴(104)의 상면에 형성된 중온 산화막 패턴(122) 상에는 산화 반응이 거의 일어나지 않는다. 따라서 상기 실리콘 질화물을 포함하는 상기 스페이서(130) 및 산화물을 포함하는 중온 산화막 패턴(122) 상에는 제1 두께를 갖는 제1 희생 산화막(140a)이 형성되고, 상기 제2 트렌치(106)의 내부에는 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 제2 희생 산화막(140b)이 형성된다. When the thermal oxidation process is performed, an oxidation reaction occurs actively in the
도 8을 참조하면, 습식 식각 공정을 통해 상기 제1 희생 산화막(140a)을 제거하여 상기 스페이서(130) 및 상기 소자 분리막(104)의 상부의 중온 산화막 패턴(122)을 노출시키는 희생 산화막 패턴(142)을 형성한다. 상기 습식 식각은 상대적으로 얇은 두께를 갖는 상기 스페이서(130) 및 중온 산화막 패턴(122) 상의 제1 희생 산화막(140a)이 모두 제거될 때까지만 수행된다. Referring to FIG. 8, the sacrificial oxide layer pattern exposing the intermediate temperature
이어서, 상기 노출된 상기 스페이서(130)를 선택적으로 제거한다. 상기 스페이서(130)를 제거하는 공정은 인산을 이용하는 습식 식각 공정을 통해 수행할 수 있다. 상기 스페이서(130) 제거 공정시 상기 기판(100)은 상기 희생 산화막 패턴 (142)에 의해 보호된다. 따라서 상기 스페이서(130) 제거 공정시 상기 기판(100)의 손상을 방지할 수 있다.Subsequently, the exposed
도 9를 참조하면, 상기 희생 산화막 패턴(142) 및 상기 중온 산화막 패턴(122)을 제거한다. 상기 희생 산화막 패턴(142) 및 상기 중온 산화막 패턴(122)을 제거하는 공정은 습식 세정 공정으로 진행될 수 있다. 구체적으로 상기 세정 공정은 SC-1 및 HF의 혼합물을 사용하여 수행된다. 참고로, SC-1 식각액은 NH4OH, H2O2 및 H2O의 혼합물이다. 상기 식각액을 이용한 습식 세정 공정은 상기 식각액에 160초 동안 노출시키는 것이 바람직하다. 그 결과, 기판(100) 상에 상기 중온 산화막 패턴(122)의 제거로 소자 분리막(104) 측면에 인접하며 제3 두께를 갖는 제1 산화막 패턴(112)이 노출된다. 이때 제1 산화막 패턴(112)이 형성되지 않은 기판(100) 표면, 즉 제2 트렌치(106)의 내부는 노출된다.Referring to FIG. 9, the
이와 같이, 스페이서(130), 희생 산화막 패턴(142) 및 중온 산화막 패턴(122)을 제거하면, 소자 분리막(104) 사이에 후속의 터널 산화막(152, 도 10) 및 플로팅 게이트(160, 도 11)를 형성하기 위한 갭 부위가 완성된다. As such, when the
도 10을 참조하면, 상기 제2 트렌치(106)가 형성된 기판(100)에 열산화 공정을 수행한다. 상기 공정에 따라, 상기 제2 트렌치(106)의 측면 및 저면을 따라 제4 두께를 갖는 제2 산화막(150)을 형성한다. 상기 제3 두께는 상기 제4 두께와 같거나 상기 제4 두께보다 두꺼운 것이 바람직하다.Referring to FIG. 10, a thermal oxidation process is performed on the
그 결과, 기판(100) 상에 제1 산화막 패턴(112)과 제2 산화막(150)을 포함하 는 터널 산화막(152)이 형성된다. As a result, the
상기 터널 산화막(152)의 제1 산화막 패턴(112)은 상기 소자 분리막(104)의 측면에 인접되며 상기 제3 두께를 갖도록 형성된다. 또한, 터널 산화막(152)의 제2 산화막(150)은 상기 제2 트렌치(106)의 측면 및 저면에 상기 제4 두께를 갖도록 형성된다. 즉, 터널 산화막(152)은 양측 에지부의 두께가 중심부의 두께와 같거나 두껍도록 형성된다.The first
종래에는 터널 산화막(152)의 부분적인 얇아짐 현상이 소자 분리막(104) 사이에 노출된 기판(100)의 양측 에지부 상에서 발생하였다. 이 경우 터널 산화막(152)의 상기 얇은 양측 에지부를 통한 누설 전류가 증가하였다.In the related art, partial thinning of the
이에 반하여, 본 발명에서는 소자 분리막(104) 사이에 노출된 기판(100)의 양측 에지부 상에 제1 산화막 패턴(112)을 형성하고, 중심부에 상기 양측 에지부와 같거나 얇은 제2 산화막(150)을 형성함으로써, 상기 양측 에지부의 두께가 상기 중심부의 두께와 같거나 상기 중심부의 두께보다 두꺼운 터널 산화막(152)을 완성한다. 이때, 터널 산화막(152)의 제2 산화막(150)이 형성되는 상기 제2 트렌치(106)의 깊이와 폭은 상기 스페이서(130)의 폭에 따라 일정하게 제어할 수 있다. 상기 구조를 갖는 터널 산화막(152)을 포함하는 비휘발성 메모리 셀은 터널 산화막(152)의 중심부를 통해 대부분의 전류가 흐르게 되고, 상기 양측 에지부를 통한 전류의 누설을 방지할 수 있다. 따라서, 균일한 전기적 특성을 갖는 셀을 형성할 수 있으므로 반도체 장치의 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.On the contrary, in the present invention, the
도 9를 참조하면, 상기한 바와 같이 기판(100) 상에 상기 제3 두께를 갖는 제1 산화막 패턴(112)과 상기 제3 두께와 같거나 상기 제3 두께보다 얇은 제4 두께를 갖는 제2 산화막(150)을 포함하는 터널 산화막(152)을 형성한 후, 소자 분리막(104) 및 터널 산화막(152) 상에 플로팅 게이트를 형성하기 위한 폴리실리콘막(160)을 증착한다.Referring to FIG. 9, as described above, the first
이어서, 통상의 도핑 방법, 예컨대 POCl3 확산, 이온주입, 또는 인-시튜 도핑에 의해 폴리실리콘막(160)을 고농도의 N형으로 도핑시킨 후, 도시되지는 않았지만 사진식각 공정으로 필드 영역 상의 폴리실리콘막(160)을 제거하여 이웃하는 메모리 셀의 플로팅 게이트들을 서로 절연시킨다.Subsequently, the
도시하지는 않았지만, 상기 플로팅 게이트 상에 하부 산화막, 질화막 및 상부 산화막으로 이루어진 ONO 유전막을 형성한 후, 상기 유전막 상에 폴리실리콘과 텅스텐(W) 또는 텅스텐 실리사이드(WSix)가 차례로 적층된 컨트롤 게이트막을 형성한다. 계속해서, 사진식각 공정으로 상기 컨트롤 게이트막, 유전체막 및 플로팅 게이트막을 패터닝한다. 그 결과, 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트가 수직으로 적층된 비휘발성 메모리 셀이 완성된다.Although not shown, an ONO dielectric film including a lower oxide film, a nitride film, and an upper oxide film is formed on the floating gate, and then a control gate film in which polysilicon and tungsten (W) or tungsten silicide (WSix) are sequentially stacked on the dielectric film is formed. do. Subsequently, the control gate film, the dielectric film and the floating gate film are patterned by a photolithography process. As a result, a nonvolatile memory cell in which a floating gate and a control gate are vertically stacked is completed.
상술한 바와 같은 반도체 장치의 제조 방법에서는 양측 에지부의 두께가 중심부의 두께와 같거나 상기 중심부의 두께보다 두꺼운 터널 산화막을 형성할 수 있다. 이러한 구조를 갖는 터널 산화막을 포함하는 비휘발성 메모리 셀은 상기 양측 에지부에서의 누설 전류를 방지할 수 있다. 또한, 희생 산화막을 이용하여 스페이 서 식각시 제2 트렌치에 의해 노출된 기판을 보호하여 상기 기판의 손상을 방지할 수 있다. In the method of manufacturing a semiconductor device as described above, a tunnel oxide film having a thickness of both edge portions equal to or thicker than that of the central portion can be formed. A nonvolatile memory cell including a tunnel oxide film having such a structure can prevent leakage currents at both edge portions. In addition, damage to the substrate may be prevented by protecting the substrate exposed by the second trench during spacer etching using the sacrificial oxide layer.
결과적으로, 반도체 장치의 전기적 특성 및 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As a result, the electrical characteristics and the reliability of the operation of the semiconductor device can be improved.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.
Claims (3)
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KR1020050106248A KR20070049267A (en) | 2005-11-08 | 2005-11-08 | Method of manufacturing a semiconductor device |
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KR100898674B1 (en) * | 2006-10-31 | 2009-05-22 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for fabricating semiconductor device |
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2005
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