KR20070067997A - Method for fabricating a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 나타낸 단면도 이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100 : 반도체 기판 102 : 터널 산화막 100
104 : 제 1 폴리실리콘막 106 : 제 2 폴리실리콘막 104: first polysilicon film 106: second polysilicon film
108 : 제 3 폴리실리콘막 110 : 버퍼산화막 108: third polysilicon film 110: buffer oxide film
112 : 질화막 114 : 플로팅게이트 패턴 및 트랜치 112
116 : 절연막 116: insulating film
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 플래시 메모리 소자의 반도체 기판 상부에 형성하는 플로팅게이트를 도핑(Dopping) 또는 비도핑(Undopping) 된 3중 폴리실리콘막으로 형성함으로써, 후속 트랜치 형성 공정 후에 실시하는 클리닝 공정에 의한 폴리실리콘막의 어택(Attack)을 최소화할 수 있는 반도체 소자의 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 in particular, a subsequent trench forming process by forming a floating gate formed on a semiconductor substrate of a flash memory device into a doped or undoped triple polysilicon film. A method of manufacturing a semiconductor device capable of minimizing the attack of a polysilicon film by a cleaning process performed later.
반도체 소자의 일예로, 플래시 메모리 소자(Flash Memory Device)는 프로그래밍(Programming) 및 지우기(Erase) 특성을 구비한 이피롬(EPROM)과, 전기적으로 프로그래밍 및 지우는 특성을 갖는 이이피롬(EEPROM)의 장점을 살려 제조된 소자이다. 이러한 플래쉬 메모리 소자는 한 개의 트랜지스터(Transistor)로서 한 비트의 저장 상태를 실현하며, 전기적으로 프로그래밍(Programing)과 지우기(Erase)를 할 수 있다.As an example of a semiconductor device, a flash memory device has advantages of EPROM having programming and erasing characteristics and EEPROM having electrical programming and erasing characteristics. It is a device manufactured using. Such a flash memory device realizes a bit storage state as one transistor, and can be electrically programmed and erased.
이와 같은 플래시 메모리 셀은 일반적으로 실리콘 기판 상에 형성된 플로팅 게이트(Floating Gate)를 구비하는 수직 적층형 게이트 구조를 갖는다. 다층 게이트 구조는 전형적으로 하나 이상의 터널 산화막 또는 유전체막과, 상기 플로팅 게이트의 상부 또는 주변에 형성된 컨트롤 게이트(Control Gate)를 포함한다.Such flash memory cells generally have a vertically stacked gate structure having a floating gate 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.
이하, 종래 반도체 소자의 제조 방법에 대하여 간략히 설명하고, 종래 기술의 문제점을 도출한다.Hereinafter, the manufacturing method of the conventional semiconductor element is briefly described, and the problems of the prior art are derived.
반도체기판 상부에 터널 산화막, 플로팅게이트용 폴리실리콘막 및 질화막을 형성한 후, 질화막 상부에 감광막 패턴을 형성한다.A tunnel oxide film, a floating silicon polysilicon film, and a nitride film are formed over the semiconductor substrate, and then a photosensitive film pattern is formed over the nitride film.
이때, 플로팅게이트용 폴리실리콘막은 상기 터널 산화막 상부에는 도핑되지 않는 폴리실리콘막으로 형성하고, 도핑되지 않은 폴리실리콘막(Undoped-Poly) 상부에 도핑된 폴리실리콘막(Doped-Poly)을 형성하는 방법으로 플로팅게이트를 형성한다.In this case, the floating silicon polysilicon layer is formed of an undoped polysilicon layer on the tunnel oxide layer, and a doped polysilicon layer (Doped-Poly) is formed on the undoped polysilicon layer (Undoped-Poly). To form a floating gate.
즉, 낸드 플래시 디바이스에서 프로그래밍, 지우기 등의 메카니즘에 중대한 역할을 수행하는 플로팅게이트는 도핑되지 않은 폴리실리콘막(Undoped-Poly) 및 도 핑된 폴리실리콘막(Doped-Poly)의 이중구조로 형성된다.In other words, the floating gate, which plays an important role in a NAND flash device, such as programming and erasing, is formed of a double structure of an undoped polysilicon layer and a doped polysilicon layer.
감광막 패턴을 마스크로, 질화막, 플로팅게이트용 폴리실리콘막, 터널산화막 및 반도체 기판의 일부를 식각하여 플로팅게이트 패턴 및 트랜치(Trench)를 형성한다.Using the photoresist pattern as a mask, the nitride film, the polysilicon film for floating gate, the tunnel oxide film, and a portion of the semiconductor substrate are etched to form a floating gate pattern and a trench.
그러나, 최근 낸드 플래시 디바이스가 점차 소형화 되면서, 어스펙트 율(Aspect Ratio)이 증가되고, 그에따라 후속 갭필공정에 의한 절연막 증착 과정에서 과도한 플라즈마 조건이 플로팅게이트 패턴에 어택(Attack)을 가하는 문제점이 있다.However, as NAND flash devices are gradually miniaturized in recent years, the aspect ratio is increased, and accordingly, an excessive plasma condition causes an attack on the floating gate pattern during the deposition of an insulating layer by a subsequent gap fill process. .
일반적으로, 도핑된 폴리실리콘막은 도핑되지 않은 폴리실리콘막 보다 산화(Oxidation)되는 속도가 더 빠르며, 그로인해 플라즈마에 노출 되었을 때, 플로팅게이트 패턴의 상층부에 있는 도핑된 폴리실리콘막이 보다 많은 어택을 받아 산화되는 경향이 있다.In general, the doped polysilicon film has a faster oxidation rate than the undoped polysilicon film, so that when exposed to plasma, the doped polysilicon film on the upper portion of the floating gate pattern receives more attack. Tends to oxidize.
이러한, 어택을 받아 산화된 폴리실리콘막은 후속 클리닝(Cleaning) 공정시 식각되어 손실(Loss)이 발생되는 문제점이 있다.The polysilicon film oxidized by the attack is etched during the subsequent cleaning process, resulting in a loss.
본 발명의 목적은 반도체 기판 상부에 형성하는 플로팅게이트를 도핑(Dopping) 또는 비도핑(Undopping) 된 3중 폴리실리콘막으로 형성함으로써, 후속 트랜치 형성 공정후에 실시하는 클리닝 공정에 의한 폴리실리콘막의 어택(Attack)을 최소화할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to form a floating gate formed on an upper surface of a semiconductor substrate with a doped or undoped triple polysilicon film, thereby attacking the polysilicon film by a cleaning process performed after a subsequent trench formation process ( It is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can minimize the attack.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체기판 상부에 터널 산화막, 제 1 폴리실리콘막, 제 2 폴리실리콘막, 제 3 폴리실리콘막, 버퍼산화막 및 질화막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 질화막, 버퍼산화막, 제 3 폴리실리콘막, 제 2 폴리실리콘막, 제 1 폴리실리콘막, 터널산화막 및 반도체 기판의 일부를 식각하여 플로팅게이트 패턴 및 트랜치를 형성하는 단계; 갭필공정을 실시하여 상기 플로팅게이트 패턴 및 트랜치 내부에 절연막을 형성한 후, 상기 절연막을 일부 리세스 하는 단계; 및 상기 버퍼산화막 및 질화막을 제거하는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device includes sequentially forming a tunnel oxide film, a first polysilicon film, a second polysilicon film, a third polysilicon film, a buffer oxide film, and a nitride film on an upper surface of a semiconductor substrate; Etching a portion of the nitride film, the buffer oxide film, the third polysilicon film, the second polysilicon film, the first polysilicon film, the tunnel oxide film, and the semiconductor substrate to form a floating gate pattern and a trench; Performing a gap fill process to form an insulating film inside the floating gate pattern and the trench, and then partially recessing the insulating film; And removing the buffer oxide film and the nitride film.
상기 제 1 폴리실리콘막 및 제 3 폴리실리콘막은 도핑되지 않은 폴리실리콘막(Undoped-Poly) 이로 형성하고, 제 2 폴리실리콘막은 도핑된 폴리실리콘막(Doped-Poly) 으로 형성한다.The first polysilicon film and the third polysilicon film are formed of an undoped polysilicon film, and the second polysilicon film is formed of a doped polysilicon film.
상기 제 2 폴리실리콘막은, P, As 등의 5족원소를 10 내지 50K 의 도핑 에너지, E10 내지 E20[atoms/cc]의 도핑 농도로 형성한다.The second polysilicon film forms Group 5 elements such as P and As at a doping energy of 10 to 50K and a doping concentration of E 10 to E 20 [atoms / cc].
상기 제 1 폴리실리콘막, 제 2 폴리실리콘막 및 제 3 폴리실리콘막은 각각 100 내지 500 Å 의 두께로 형성한다.The first polysilicon film, the second polysilicon film, and the third polysilicon film are each formed to a thickness of 100 to 500 mm 3.
상기 갭필공정 실시 전에, 플로팅게이트 패턴 및 트랜치 표면에 월(Wall) 산화막을 형성한다. 상기 절연막은 HDP막 이다.Before the gap fill process, a wall oxide layer is formed on the floating gate pattern and the trench surface. The insulating film is an HDP film.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 나 타낸 단면도 이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1a를 참조하면, 반도체기판(100) 상부에 터널 산화막(102), 플로팅게이트용 제 1 폴리실리콘막(104), 제 2 폴리실리콘막(106), 제 3 폴리실리콘막(108), 버퍼산화막(110) 및 질화막(112)을 순차적으로 형성한 후, 질화막(112) 상부에 감광막 패턴(미도시)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a
여기서, 제 1 폴리실리콘막(104) 및 제 3 폴리실리콘막(108)은 도핑되지 않은 폴리실리콘막(Undoped-Poly) 이로 형성하고, 제 2 폴리실리콘막(106)은 도핑된 폴리실리콘막(Doped-Poly) 으로 형성한다.Here, the first
도핑된 폴리실리콘막(Doped-Poly)인 제 2 폴리실리콘막(106)은, P, As 등의 5족원소를 10 내지 50K 의 도핑 에너지, E10 내지 E20[atoms/cc]의 도핑 농도로 형성한다.The
제 1 폴리실리콘막(104), 제 2 폴리실리콘막(106) 및 제 3 폴리실리콘막(108)은 각각 100 내지 500 Å 의 두께로 형성한다.The
도 1b는 도 1a의 다음 공정을 진행한 반도체 소자의 단면도 이다. 도 1b를 참조하면, 감광막 패턴(미도시)을 마스크로, 질화막(112), 버퍼산화막(110), 제 3 폴리실리콘막(108), 제 2 폴리실리콘막(106), 제 1 폴리실리콘막(104), 터널산화막(102) 및 반도체 기판(100)의 일부를 식각하여 플로팅게이트 패턴 및 트랜치(Trench)(114)를 형성한다.FIG. 1B is a cross-sectional view of a semiconductor device having undergone the following process of FIG. 1A. Referring to FIG. 1B, the photoresist layer pattern (not shown) is used as a mask, and the
여기서, 도핑되지 않아 산화(Oxidation)되는 속도가 상대적으로 느린 제 3 폴리실리콘막(108)이 도핑된 폴리실리콘막인 제 2 폴리실리콘(106) 상부에 형성되어 있으므로, 플로팅게이트 패턴 및 트랜치(114) 형성을 위한 플라즈마에 노출 되었을 때, 도핑된 폴리실리콘막인 제 2 폴리실리콘막(106)이 어택(Attack)을 받지 않게 된다.Here, since the
도 1c는 도 1b의 다음 공정을 진행한 반도체 소자의 단면도 이다. 도 1c를 참조하면, 플로팅게이트 패턴 및 트랜치(114) 표면에 월산화막(미도시)을 형성한 후, 절연막(116)을 매립하는 갭필공정을 실시한다. FIG. 1C is a cross-sectional view of a semiconductor device having undergone the following process of FIG. 1B. Referring to FIG. 1C, after forming a monthly oxide film (not shown) on the floating gate pattern and the
절연막(116)은 HDP막으로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 월산화막(미도시)는 HDP막과 같은 옥사이드(Oxide) 계열의 물질이므로, 구분이 명확하지 않게 된다.The
다음, 절연막(116)을 옥사이드 화학적 기계적 연마(CMP) 슬러리(Slurry)를 사용하여 평탄화 한 후, 셀 영역의 절연막(116) 만을 리세스(Recess) 시키기 위해 주변회로 영역은 차단한 채, 질화막(112) 상부에 감광막 패턴(미도시)을 형성한다.Next, after the
감광막 패턴(미도시)을 마스크로, 절연막(114)을 리세스 한 후, 감광막 패턴(미도시)을 제거한다.After the
질화막(112) 상부에 잔류된 물질을 BOE 용액으로 제거한 뒤, 인산을 이용하여 질화막(112)을 제거한다.After removing the material remaining on the
이때, 상기와 같은 BOE 용액 또는 인산에 의해 질화막(112)이 제거된 뒤 노출되는 제 3 폴리실리콘막(108)은 도핑되지 않은 폴리실리콘막으로, 산화되지 않으며, 후속 클리닝 공정에 의해서도 손상되지 않는다.At this time, the
다음, 전체구조상부에 유전체막(미도시), 컨트롤게이트용 제 4 폴리실리콘막 (미도시), 텅스텐실리사이드막(미도시) 및 하드마스크막(미도시)을 형성한 후, 게이트 식각공정을 실시하여 게이트를 형성한다.Next, a dielectric film (not shown), a fourth polysilicon film (not shown), a tungsten silicide film (not shown), and a hard mask film (not shown) are formed on the entire structure, and then a gate etching process is performed. To form a gate.
전술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 기판(100) 상부에 형성하는 플로팅게이트를 도핑(Dopping) 또는 비도핑(Undopping) 된 3중 폴리실리콘막으로 형성함으로써, 후속 트랜치(Trench) 형성 공정후에 실시하는 클리닝 공정에 의한 폴리실리콘막의 어택(Attack)을 최소화 할 수 있다.As described above, the present invention is performed after the subsequent trench formation process by forming a floating gate formed on the
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
본 발명은 반도체 기판 상부에 형성하는 플로팅게이트를 도핑(Dopping) 또는 비도핑(Undopping) 된 3중 폴리실리콘막으로 형성함으로써, 후속 트랜치(Trench) 형성 공정후에 실시하는 클리닝 공정에 의한 폴리실리콘막의 어택(Attack)을 최소화 할 수 있다.According to the present invention, a floating gate formed on a semiconductor substrate is formed of a doped or undoped triple polysilicon film, thereby attacking the polysilicon film by a cleaning process performed after a subsequent trench formation process. Minimize Attack.
Claims (6)
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KR1020050129603A KR20070067997A (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Method for fabricating a semiconductor device |
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Cited By (1)
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US9721797B2 (en) | 2015-09-22 | 2017-08-01 | SK Hynix Inc. | Semiconductor device |
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2005
- 2005-12-26 KR KR1020050129603A patent/KR20070067997A/en not_active Application Discontinuation
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US9721797B2 (en) | 2015-09-22 | 2017-08-01 | SK Hynix Inc. | Semiconductor device |
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