KR20070077969A - Mehtods of forming non-volatile memory device having floating gate - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 내지 도 4는 은 종래기술에 따른 플래시 기억 소자의 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.1 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of forming a flash memory device according to the prior art.
도 5 내지 도 16는 본 발명의 실시 예에 의한 비휘발성 기억 소자의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.5 through 16 are cross-sectional views illustrating a method of forming a nonvolatile memory device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 17은 도 16의 절취선 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도이다.17 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 16.
본 발명은 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것으로, 특히, 플로팅 게이트를 갖는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a nonvolatile memory device having a floating gate.
비휘발성 기억 소자는 전원 공급이 중단될지라도 저장된 데이터를 그대로 유지하는 특성을 갖는다. 현재, 비휘발성 기억 소자로서 대표적인 것은 플로팅 게이트를 갖는 플래쉬 기억 소자라 할 수 있다. 전기적으로 격리된 플로팅 게이트 내에 전하들의 존재유무에 따라, 플래쉬 기억 소자는 논리 "1" 또는 논리 "0"의 데이터를 저장할 수 있다.The nonvolatile memory device retains stored data even when power supply is interrupted. Currently, a representative nonvolatile memory device may be a flash memory device having a floating gate. Depending on the presence or absence of charges in the electrically isolated floating gate, the flash memory element may store data of logic "1" or logic "0".
플래쉬 기억 소자에 있어서, 플로팅 게이트와 채널 영역이 정의되는 활성영역간의 정렬은 매우 중요하다. 종래에는 활성영역을 형성한 후에, 터널 산화막과 플로팅 게이트막을 차례로 형성하고, 플로팅 게이트막을 패터닝하여 플로팅 게이트와 활성영역을 정렬하였다. 하지만, 반도체 소자의 고집적화 경향으로 플로팅 게이트와 활성영역간의 정렬 마진이 감소되고 있어, 플로팅 게이트와 활성영역을 정렬시키는 새로운 방법이 요구되고 있다.In flash memory devices, the alignment between the floating gate and the active region where the channel region is defined is very important. Conventionally, after the active region is formed, the tunnel oxide layer and the floating gate layer are sequentially formed, and the floating gate layer is patterned to align the floating gate and the active region. However, due to the high integration of semiconductor devices, the alignment margin between the floating gate and the active region is reduced, and a new method for aligning the floating gate and the active region is required.
최근에, 플로팅 게이트와 활성영역을 자기정렬법으로 정렬시키는 방안이 제안된 바 있다. 이를 도면들을 참조하여 설명한다.Recently, a method of aligning the floating gate and the active region by a self-aligning method has been proposed. This will be described with reference to the drawings.
도 1 내지 도 4는 은 종래기술에 따른 플래시 기억 소자의 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.1 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of forming a flash memory device according to the prior art.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(1) 상에 터널 산화막(2), 제1 플로팅 게이트막(3) 및 하드마스크막(4)을 차례로 형성한다. 상기 제1 플로팅 게이트막(3)은 폴리실리콘으로 형성하고, 하드마스크막(4)은 실리콘 질화막을 포함하도록 형성한다.Referring to FIG. 1, a
도 2를 참조하면, 상기 하드마스크막(4), 제1 플로팅 게이트막(3), 터널 산화막(2) 및 반도체 기판(1)을 연속적으로 패터닝하여, 상기 반도체 기판(1)에 활성영역을 한정하는 트렌치(5)를 형성한다. 이때, 상기 활성영역 상에는 차례로 적층된 터널 산화 패턴(2a), 제1 플로팅 게이트 패턴(3a) 및 하드마스크 패턴(4a)이 형성된다. 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(3a) 및 트렌치(5)는 한번의 포토리소그라피 공정에 의해 형성된다. 즉, 상기 트렌치(5) 및 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(3a)은 자기정렬적으로 형성된다. 이에 따라, 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(3a)은 상기 활 성영역에 자기정렬된다.Referring to FIG. 2, the hard mask layer 4, the first floating gate layer 3, the
도 3을 참조하면, 상기 트렌치(5)를 채우는 소자 분리막을 반도체 기판(1) 전면에 형성하고, 상기 소자분리막을 상기 하드마스크 패턴(4a)이 노출될때까지 평탄화시키어 소자분리막(6)을 형성한다. 이어서, 상기 노출된 하드마스크 패턴(4a)을 제거하여 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(3a)을 노출시킨다. 상기 소자분리막(6)은 세정 공정등에 의해 리세스되어 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(3a)의 상부면에 근접한 높이로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, a device isolation film filling the
이어서, 제2 플로팅 게이트막(7)을 반도체 기판(1) 전면에 형성한다. 상기 제2 플로팅 게이트막(7)은 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(3a)과 접촉한다. 상기 제2 플로팅 게이트막(7)은 폴리실리콘막으로 형성한다.Next, a second floating
도 4를 참조하면, 상기 제2 플로팅 게이트막(7)을 패터닝하여 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(3a) 상에 제2 플로팅 게이트 패턴(7a)을 형성한다. 상기 제1 및 제2 플로팅 게이트 패턴들(3a,7a)은 예비 플로팅 게이트(8)를 구성한다. 상기 반도체 기판(1) 상에 ONO막(9, Oxide-Nitride-Oxide) 및 제어 게이트 도전막(10)을 차례로 형성한다. 이후에, 상기 제어 게이트 도전막(10), ONO막(9) 및 예비 플로팅 게이트(8)를 연속적으로 패터닝하여, 차례로 적층된 플로팅 게이트, ONO 패턴 및 제어 게이트 전극을 형성한다.Referring to FIG. 4, the second floating
상술한 종래의 플래쉬 기억 소자의 형성 방법에 따르면, 플로팅 게이트의 아랫부분으로 형성되는 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(3a)은 및 활성영역은 자기정렬적으로 형성된다. 이로써, 상기 플로팅 게이트 및 활성영역간의 오정렬을 방지할 수 있다.According to the above-described method of forming a flash memory device, the first
하지만, 상기 트렌치(5)를 형성하기 위하여 상기 반도체 기판(1)을 식각하는 동안에, 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(3a)의 측벽이 노출되어 있다. 이에 따라, 상기 소자 분리 패턴(7)의 인접한 상기 플로팅 게이트의 하부 측벽의 식각 손상이 심화될 수 있다. 이에 따라, 상기 플로팅 게이트의 하부 측벽에 많은 결함들이 생성되어 상기 플로팅 게이트의 전기적 특성이 열화될 수 있다. 상기 플로팅 게이트가 고집적화에 의해 작아질수록 상술한 전기적 특성의 열화가 더 심화될 수 있다. 또한, 상기 플로팅 게이트는 상기 활성영역의 가장자리를 덮는다. 이로써, 상기 활성영역의 가장자리에 전계가 집중되어 플래쉬 기억 소자의 특성이 열화될 수 있다. 예컨대, 상기 플로팅 게이트에 문턱전압 보다 낮은 전압이 유기될지라도, 상기 전계가 집중되는 영역의 채널이 턴온될 수 있다. 따라서, 누설전류등의 발생되어 플래쉬 기억 소자의 특성을 열화시킬 수 있다.However, the sidewalls of the first
또한, 상기 제2 플로팅 게이트 패턴(7a)는 상기 제2 플로팅 게이트막(7)을 패터닝하여 형성된다. 이로써, 상기 제2 플로팅 게이트 패턴들(7a)간의 포토리소그라피 공정을 위한 간격, 및/또는 상기 제2 및 제1 플로팅 게이트 패턴들(7a,3a)간의 정렬 마진등으로 인하여, 플래쉬 기억 소자의 크기를 줄인 것이 제한적일 수 있다. 그 결과, 플래쉬 기억 소자를 고집적화 시키는 것이 어려울수 있다.In addition, the second
본 발명은 상술한 제반적인 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고집적화에 적합한 비휘발성 기억 소자의 형 성 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above-mentioned general problems, and a technical object of the present invention is to provide a method of forming a nonvolatile memory device suitable for high integration.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 우수한 전기적 특성을 갖는 플로팅 게이트를 형성하기 위한 비휘발성 기억 소자의 형성 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of forming a nonvolatile memory device for forming a floating gate having excellent electrical characteristics.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 플로팅 게이트의 전기적 특성을 우수하게 함과 더불어 고집적화에 적합한 비휘발성 기억 소자의 형성 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of forming a nonvolatile memory device suitable for high integration as well as excellent electrical characteristics of a floating gate.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 비휘발성 기억 소자의 형성 방법을 제공한다. 이 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 기판 상에 터널절연막, 제1 플로팅 게이트막 및 하드 마스크막을 순차적으로 형성한다. 상기 하드마스크막 및 제1 플로팅 게이트막을 패터닝하여 상기 터널절연막을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 제1 개구부의 측벽을 이루는 차례로 적층된 제1 플로팅 게이트 패턴 및 하드마스크 패턴을 형성한다. 상기 기판 상에 스페이서막을 콘포말하게 형성하되, 상기 스페이서막은 트랩들이 존재하지 않는 절연 물질로 형성한다. 상기 스페이서막 및 상기 터널 절연막을 상기 기판이 노출될때까지 이방성 식각하여 상기 제1 개구부의 양측벽에 스페이서를 형성한다. 상기 노출된 기판을 식각하여 활성영역을 한정하는 트렌치를 형성한다. 상기 트렌치 및 제1 개구부를 채우는 소자 분리 패턴을 형성한다. 상기 하드마스크 패턴을 제거하여 상기 제1 플로팅 게이트 패턴을 노출시키는 제2 개구부를 형성한다. 상기 제2 개구부를 채우는 제2 플로팅 게이트 패턴을 형성한다.To provide a method of forming a nonvolatile memory device for solving the above technical problem. This method includes the following steps. A tunnel insulating film, a first floating gate film, and a hard mask film are sequentially formed on the substrate. The hard mask layer and the first floating gate layer may be patterned to form a first floating gate pattern and a hard mask pattern sequentially stacked to form a first opening exposing the tunnel insulating layer and sidewalls of the first opening. A spacer film is conformally formed on the substrate, and the spacer film is formed of an insulating material without traps. The spacer layer and the tunnel insulating layer are anisotropically etched until the substrate is exposed to form spacers on both sidewalls of the first opening. The exposed substrate is etched to form a trench defining an active region. An isolation pattern is formed to fill the trench and the first opening. The hard mask pattern is removed to form a second opening exposing the first floating gate pattern. A second floating gate pattern is formed to fill the second opening.
구체적으로, 상기 제1 및 제2 플로팅 게이트 패턴들은 예비 플로팅 게이트를 구성할 수 있다. 이때, 상기 방법은 상기 소자 분리 패턴을 리세스하여 상기 제2 플로팅 게이트 패턴의 측벽을 노출시키는 단계; 상기 기판 상에 블로킹 절연막 및 제어 게이트 도전막을 차례로 형성하는 단계; 및 상기 제어 게이트 도전막, 블로킹 절연막 및 예비 플로팅 게이트를 연속적으로 패터닝하여 차례로 적층된 플로팅 게이트, 블로킹 절연 패턴 및 제어 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 제어 게이트 전극을 마스크로 사용하여 도펀트 이온들을 주입하여 상기 제어 게이트 전극 양측의 상기 활성영역에 도펀트 도핑 영역을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 블로킹 절연막은 상기 터널절연막에 비하여 높은 유전상수를 갖는 고유전 물질을 포함하도록 형성할 수 있다. 상기 제2 플로팅 게이트 패턴을 형성하는 단계는, 상기 제2 개구부를 채우는 제2 플로팅 게이트막을 반도체 기판 전면에 형성하는 단계; 및 상기 제2 플로팅 게이트막을 상기 소자 분리 패턴이 노출될때까지 평탄화시키어 상기 제2 플로팅 게이트 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 개구부의 폭은 상기 제1 플로팅 게이트 패턴의 폭에 비하여 크게 형성되어 상기 제2 플로팅 게이트 패턴의 하부면은 상기 제1 플로팅 게이트 패턴의 상부면에 비하여 넓게 형성될 수 있다.In detail, the first and second floating gate patterns may form a preliminary floating gate. The method may further include: recessing the device isolation pattern to expose sidewalls of the second floating gate pattern; Sequentially forming a blocking insulating film and a control gate conductive film on the substrate; And sequentially patterning the control gate conductive layer, the blocking insulating layer, and the preliminary floating gate to form a floating gate, a blocking insulating pattern, and a control gate electrode which are sequentially stacked. The method may further include implanting dopant ions using the control gate electrode as a mask to form a dopant doped region in the active region on both sides of the control gate electrode. The blocking insulating layer may be formed to include a high dielectric material having a higher dielectric constant than the tunnel insulating layer. The forming of the second floating gate pattern may include forming a second floating gate layer on the entire surface of the semiconductor substrate, the second floating gate layer filling the second opening; And planarizing the second floating gate layer until the device isolation pattern is exposed to form the second floating gate pattern. The width of the second opening may be larger than the width of the first floating gate pattern, and a lower surface of the second floating gate pattern may be wider than an upper surface of the first floating gate pattern.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달 될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층(또는 막) 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층(또는 막)이 다른 층(또는 막) 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층(또는 막) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층(또는 막)이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents may be thorough and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers (or films) and regions are exaggerated for clarity. In addition, where it is said that a layer (or film) is "on" another layer (or film) or substrate, it may be formed directly on another layer (or film) or substrate or a third layer between them. (Or membrane) may be interposed. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.
도 5 내지 도 16는 본 발명의 실시 예에 의한 비휘발성 기억 소자의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 도 17은 도 16의 절취선 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도이다.5 to 16 are cross-sectional views illustrating a method of forming a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 16.
도 5를 참조하면, 반도체 기판(100, 이하 기판이라 함) 상에 터널절연막(102), 제1 플로팅 게이트막(104) 및 하드마스크막(106)을 차례로 형성한다. 상기 터널절연막(102)은 실리콘 산화막, 특히, 열산화막으로 형성할 수 있다. 상기 기판(100)은 실리콘 기판일 수 있다. 상기 제1 플로팅 게이트막(104)은 도핑된 폴리실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 하드마스크막(106)은 상기 플로팅 게이트막(104) 및 상기 기판(100)에 대하여 식각선택비를 갖는 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 하드마스크막(106)은 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 하드마스크막(106)은 실리콘 질화막과 상기 제1 플로팅 게이트막(104) 사이에 개재된 버퍼 산화막을 더 포함할 수 있다. 상기 버퍼 산화막은 실리콘 질화막과 상기 제1 플로팅 게이트막(104)간의 스트레스를 완충하는 역할을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 5, a
도 6을 참조하면, 상기 하드마스크막(106) 및 상기 제1 플로팅 게이트막(104)을 연속적으로 패터닝하여 상기 터널절연막(102)을 노출시키는 제1 개구부(108)를 형성한다. 이때, 상기 제1 개구부(108)의 측벽을 이루는 제1 플로팅 게이트 패턴(104a) 및 하드마스크 패턴(106a)이 형성된다. 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a) 및 하드마스크 패턴(106a)은 차례로 적층된다. 상기 제1 개구부(108)를 위한 식각 공정시, 상기 터널절연막(102)이 식각정지층의 역할을 수행하여 상기 제1 개구부(108) 아래의 기판(100) 표면의 식각손상을 보호할 수 있다.Referring to FIG. 6, the
도 7을 참조하면, 상기 기판(100) 전면 상에 스페이서막(110)을 콘포말하게 형성한다. 상기 스페이서막(110)은 트랩들이 존재하지 않는 절연 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 스페이서막(110)은 실리콘 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 7, the
도 8을 참조하면, 상기 스페이서막(110) 및 터널절연막(102)을 상기 기판(100)이 노출될때까지 이방성 식각한다. 이로써, 상기 제1 개구부(108)의 양측벽에 스페이서(110a)가 형성된다. 즉, 상기 스페이서(110a)는 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a) 및 하드마스크 패턴(106a)의 양측벽에 형성된다. 또한, 상기 스페이서(110a) 및 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a) 아래에 터널 절연 패턴(102a)이 형성된다. 도시된 바와 같이, 상기 터널 절연 패턴(102a)의 폭은 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a)의 폭에 비하여 넓다.Referring to FIG. 8, the
상술한 바와 같이, 상기 제1 개구부(108)의 양측벽에는 상기 스페이서(110a)가 형성되고, 상기 스페이서들(110a) 사이의 상기 제1 개구부(108) 아래의 기판 (100)이 노출된다. 상기 스페이서(110a) 형성시, 상기 제1 개구부(108) 아래의 기판(100)과 더불어 상기 하드마스크 패턴(106a)의 상부면도 함께 노출된다.As described above, the
도 9를 참조하면, 상기 하드마스크 패턴(106a) 및 상기 스페이서(110a)를 식각 마스크로 사용하여 상기 노출된 기판(100)을 식각하여 트렌치(112)를 형성한다. 상기 트렌치(112)는 활성영역을 한정한다.Referring to FIG. 9, the
상기 트렌치(112)를 형성하기 위한 식각 공정시, 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a)의 상기 트렌치(112)에 인접한 측벽은 상기 스페이서(110a)에 의해 보호된다. 이에 따라, 상기 트렌치(112) 식각시, 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a)의 측벽의 식각 손상을 방지할 수 있다. 결과적으로, 결함들이 최소화된 제1 플로팅 게이트 패턴(104a)을 형성할 수 있다.In an etching process for forming the
도 10을 참조하면, 상기 트렌치(112)의 식각 손상을 치유하기 위한 열산화 공정을 수행한다. 상기 열산화 공정에 의하여 상기 트렌치(112)의 바닥면 및 측벽에 측벽 산화막(113)이 형성된다. 상기 열산화 공정시, 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a)은 상기 하드마스크 패턴(106a) 및 스페이서(110a)에 의해 보호됨으로써, 산화되지 않는다.Referring to FIG. 10, a thermal oxidation process is performed to etch damage of the
이어서, 상기 기판(100) 전면 상에 상기 트렌치(112) 및 제1 개구부(108)를 채우는 소자분리 절연막을 형성하고, 상기 소자분리 절연막을 상기 하드마스크 패턴(106a)이 노출될때까지 평탄화시키어 소자분리 패턴(114)을 형성한다. 상기 소자분리 절연막은 화학기상 증착법 (CVD; Chemical Vapor Deposition method)으로 형성된 USG (Undoped Silicate Glass)막등과 같은 실리콘 산화막으로 형성할 수 있 다. 상기 소자분리 절연막을 평탄화하는 공정은 에치백(etch-back) 또는 화학적기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Polishing process)으로 수행할 수 있다.Subsequently, a device isolation insulating film filling the
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 하드마스크 패턴(106a)을 제거하여 제1 플로팅 게이트 패턴(104a)을 노출시키는 제2 개구부(116)를 형성한다. 이때, 상기 스페이서(110a)가 상기 제2 개구부(116)의 측벽을 이룰수 있다.11 and 12, the
상기 제2 개구부(116)의 측벽을 등방성 식각 공정(ex, 습식 식각등)으로 식각하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 등방성 식각된 제2 개구부(116a)의 폭은 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a)의 폭에 비하여 넓게 형성된다.The sidewalls of the
상기 하드마스크 패턴(106a)은 상기 스페이서(110a)와 동일한 물질을 포함할 수 있다. 즉, 상기 하드마스크 패턴(106a)은 상술한 바와 같이, 상기 버퍼 산화막을 포함할 수 있다. 상기 버퍼 산화막은 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 하드마스크 패턴(106a)을 등방성 식각으로 제거할 수 있다. 상기 하드마스크 패턴(106a)을 등방성 식각으로 제거할 때, 적어도 상기 스페이서(110a)가 등방성 식각되어 상기 등방성 식각된 제2 개구부(116a)가 형성될 수 있다. 상기 하드마스크 패턴(106a)을 등방성 식각으로 제거할 때, 상기 소자 분리 패턴(114)도 등방성 식각될 수도 있다. 참조부호 "114'"은 등방성 식각된 소자 분리 패턴(114')을 나타낸다.The
이와는 다른 방법으로, 상기 하드마스크 패턴(106a)을 제거하여 상기 제2 개구부(116)를 형성한 후에, 적어도 상기 스페이서(110a)를 등방성 식각하는 공정을 추가적으로 수행하여 상기 등방성 식각된 제2 개구부(116a)를 형성할 수도 있다. 이 경우에도, 상기 소자 분리 패턴(114)은 등방성 식각될 수 있다.Alternatively, after the
상기 등방성 식각된 제2 개구부(116a)의 바닥면에는 상기 제2 플로팅 게이트 패턴(104a)과 더불어 상기 스페이서의 잔여물(110a')이 노출될 수 있다.A
도 13을 참조하면, 상기 등방성 식각된 제2 개구부(116a)를 채우는 제2 플로팅 게이트막(118)을 기판(100) 전면 상에 형성한다. 상기 제2 플로팅 게이트막(118)은 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a)과 접촉한다. 상기 제2 플로팅 게이트막(118)은 도핑된 폴리실리콘으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 13, a second floating
도 14를 참조하면, 상기 제2 플로팅 게이트막(118)을 상기 소자 분리 패턴(114')이 노출될때까지 평탄화시키어 상기 등방성 식각된 제2 개구부(116a)를 채우는 제2 플로팅 게이트 패턴(118a)을 형성한다. 상기 제1 및 제2 플로팅 게이트 패턴들(104a,118a)은 예비 플로팅 게이트(120)를 구성한다. 상기 제2 플로팅 게이트막(118)을 평탄화하는 공정은 에치백 또는 화학적기계적 연마 공정으로 수행할 수 있다.Referring to FIG. 14, the second floating
도 15를 참조하면, 상기 소자 분리 패턴(114')을 리세스하여 제2 플로팅 게이트 패턴(118a)의 측벽을 노출시킨다. 상기 리세스된 소자 분리 패턴(114a)의 상부면은 상기 제 2 플로팅 게이트 패턴(118a)의 하부면에 근접한 높이로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 15, the
이와는 달리, 상기 소자 분리 패턴(114') 및 상기 스페이서의 잔여물(110a')을 등방성 식각으로 리세스하여 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a)의 측벽을 더 노출시킬 수도 있다.Alternatively, the sidewalls of the first floating
상기 리세스된 소자 분리 패턴(114a)을 갖는 기판(100) 상에 블로킹 절연막(122)을 콘포말하게 형성하고, 상기 블로킹 절연막(122) 상에 제어 게이트 도전막(124)을 형성한다. 상기 제어 게이트 도전막(124)은 상기 블로킹 절연막(122)을 개재하여 상기 예비 플로팅 게이트(120)의 노출된 표면(즉, 적어도 상기 제2 플로팅 게이트 패턴(118a)의 상부면 및 측벽)을 덮는다. A blocking insulating
블로킹 절연막(122)은 ONO막(Oxide-Nitride-Oxide layer)으로 형성할 수 있다. 이와는 달리, 상기 블로킹 절연막(122)은 상기 터널절연 패턴(102a)에 비하여 유전상수가 높은 고유전절연막을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 블로킹 절연막(122)은 하프늄산화막 또는 알루미늄산화막등과 같은 절연성 금속산화막으로 형성할 수 있다. 상기 제어 게이트 도전막(124)은 도핑된 폴리실리콘막, 금속막(ex, 텅스텐 또는 몰리브덴등), 도전성 금속질화막(ex, 티타늄질화막 또는 탄탈늄질화막등) 및 금속실리사이드막(ex, 텅스텐실리사이드막 또는 코발트실리사이드막등) 중에 선택된 적어도 하나로 형성할 수 있다.The blocking insulating
도시하지 않았지만, 상기 제어 게이트 도전막(124) 상에 캐핑 절연막을 형성할 수도 있다. 상기 캐핑 절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 실리콘산화질화막 중에 선택된 적어도 하나로 형성할 수 있다.Although not illustrated, a capping insulating layer may be formed on the control gate
도 16 및 도 17을 참조하면, 상기 제어 게이트 도전막(124), 블로킹 절연막(122) 및 예비 플로팅 게이트(120)를 연속적으로 패터닝하여 차례로 적층된 플로팅 게이트(120a), 블로킹 절연 패턴(122a) 및 제어 게이트 전극(124a)을 형성한다. 상기 플로팅 게이트(120a)은 차례로 적층된 하부 및 상부 게이트들(104b,118b)을 포 함한다. 상기 하부 게이트(104b)는 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a)의 일부분이고, 상기 상부 게이트(118b)는 상기 제2 플로팅 게이트 패턴(118a)의 일부분이다.16 and 17, the control gate
이어서, 상기 제어 게이트 전극(124)을 마스크로 사용하여 도펀트 이온들을 주입하여 상기 제어 게이트 전극(124) 양측의 상기 활성영역에 도펀트 도핑 영역(126)을 형성한다. 상기 도펀트 도핑 영역(126)은 비휘발성 기억 셀의 소스/드레인 영역에 해당한다.Subsequently, dopant ions are implanted using the
상술한 비휘발성 기억 소자의 형성 방법에 따르면, 상기 트렌치(122)의 형성을 위한 식각 공정시, 상기 스페이서(110a)가 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a)의 측벽을 보호한다. 이로써, 상기 플로팅 게이트(120a)의 하부 게이트(104b)의 측벽에 식각 손상을 최소화할 수 있다. 그 결과, 우수한 특성의 상기 플로팅 게이트(120a)를 형성할 수 있다. According to the method of forming the nonvolatile memory device described above, during the etching process for forming the
또한, 상기 트렌치(112)는 상기 스페이서(110a) 및 하드마스크 패턴(106a)을 마스크로 식각된다. 이에 따라, 상기 활성영역의 가장자리와 상기 하부 게이트(104b)의 가장자리가 서로 이격된다. 좀더 구체적으로, 상기 스페이서(110a)로 인하여 상기 플로팅 게이트(120a)와 상기 활성영역은 자기정렬적으로 형성됨과 더불어 상기 활성영역의 가장자리 및 상기 하부 게이트(104b)의 가장자리가 서로 이격된다. 그 결과, 종래의 전계 집중 현상을 방지하여 우수한 특성을 가지고 고집적화에 최적화된 비휘발성 기억 소자를 구현할 수 있다.In addition, the
이에 더하여, 상기 제2 플로팅 게이트 패턴(118a)은 상기 제1 플로팅 게이트 패턴(104a)에 자기정렬된 하드마스크 패턴(106a)을 제거하여 형성된 상기 제2 개구 부(116a)내에 형성된다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 플로팅 게이트 패턴(104a,118a)은 서로 자기정렬적으로 형성된다. 또한, 상기 제2 플로팅 게이트 패턴(118a)의 형성시 포토리소그라피 공정이 요구되지 않는다. 결과적으로, 상기 제1 및 제2 플로팅 게이트 패턴들(104a,118a)간의 정렬마진이 요구되지 않으며, 또한, 상기 제2 플로팅 게이트 패턴들(118a)간의 포토리소그라피 공정을 위한 최소 간격이 요구되지 않는다. 이로써, 종래에 비하여 월등히 고집적화된 비휘발성 기억 소자를 형성할 수 있다.In addition, the second floating
더 나아가서, 상기 플로팅 게이트(120a)의 하부 게이트(104b) 옆에 잔존할 수 있는 스페이서(110a)는 트랩들이 존재하지 않는 절연물질로 형성된다. 이에 따라, 상기 플로팅 게이트(120a)의 전기적 특성이 우수해진다. Furthermore, the
만약, 플로팅 게이트의 아랫부분 주위에 실리콘 질화막과 같은 트랩들을 갖는 절연 물질이 형성되는 경우에 트랩들내에 전하들이 저장되어 비휘발성 기억 셀의 전기적 특성을 열화시킬 수 있다. 이에 반하여, 본 발명에 따른 비휘발성 기억 소자의 형성 방법에서는, 상술한 바와 같이, 상기 스페이서(110a)를 트랩들이 존재하지 않는 절연 물질로 형성함으로써, 상기 하부 게이트(104b)의 주변에는 트랩들이 존재하지 않는다. 또한, 상기 소자 분리 패턴(114)도 트랩들이 존재하지 않는 실리콘 산화막으로 형성된다. 이에 따라, 상기 상부 게이트(118b)의 주변에도 트랩들이 존재하지 않는다. 이에 더하여, 본 발명에서는 종래에 널리 공지된 실리콘 질화막으로 형성된 라이너를 전혀 형성하지 않는다. 그 결과, 상기 플로팅 게이트(120a) 주변에는 트랩들이 존재하지 않아 우수한 전기적 특성을 갖는 비휘발성 기 억 소자를 형성할 수 있다.If an insulating material having traps such as a silicon nitride film is formed around the lower portion of the floating gate, charges may be stored in the traps to deteriorate electrical characteristics of the nonvolatile memory cell. In contrast, in the method of forming the nonvolatile memory device according to the present invention, as described above, the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 트랩들이 존재하지 않는 절연 물질로 형성된 스페이서를 이용하여 트렌치를 형성한다. 이로써, 트렌치의 형성을 위한 식각시, 플로팅 게이트의 아랫부분으로 형성되는 제1 플로팅 게이트 패턴의 식각 손상을 방지할 수 있다. 또한, 상기 스페이서로 인하여 상기 제1 플로팅 게이트 패턴의 가장자리는 활성영역의 가장자리로부터 이격되고, 상기 제1 플로팅 게이트 패턴 및 활성영역은 자기정렬된다. 그 결과, 종래의 전계 집중 현상을 방지할 수 있다. 이에 더하여, 상기 스페이서로 인하여, 상기 플로팅 게이트 주변에는 트랩들이 존재하지 않기 때문에, 우수한 전기적 특성의 비휘발성 기억 셀을 형성할 수 있다.As described above, according to the present invention, trenches are formed using spacers formed of an insulating material in which no traps are present. As a result, when etching the trench, the etching damage of the first floating gate pattern formed as the lower portion of the floating gate may be prevented. In addition, an edge of the first floating gate pattern is spaced apart from an edge of an active region due to the spacer, and the first floating gate pattern and the active region are self-aligned. As a result, the conventional electric field concentration phenomenon can be prevented. In addition, due to the spacer, since there are no traps around the floating gate, a nonvolatile memory cell having excellent electrical characteristics can be formed.
상기 플로팅 게이트의 윗부분으로 형성되는 제2 플로팅 게이트 패턴은 상기 제1 플로팅 게이트 패턴에 자기정렬적으로 형성되어 상기 제1 및 제2 플로팅 게이트 패턴들간의 포토리소그라피 공정의 정렬마진이 요구되지 않는다. 또한, 상기 제2 플로팅 게이트 패턴의 형성하는 데 있어서 포토리소그라피 공정이 요구되지 않는다. 이로써, 제2 플로팅 게이트 패턴들간의 포토리소그라피 공정을 위한 최소 선폭이 요구되지 않는다. 그 결과, 종래에 비하여 월등히 고집적화된 비휘발성 기억 소자를 형성할 수 있다.The second floating gate pattern formed above the floating gate is self-aligned with the first floating gate pattern so that alignment margin of the photolithography process between the first and second floating gate patterns is not required. In addition, a photolithography process is not required to form the second floating gate pattern. As a result, the minimum line width for the photolithography process between the second floating gate patterns is not required. As a result, it is possible to form a nonvolatile memory device which is much more highly integrated than in the prior art.
Claims (11)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060007909A KR20070077969A (en) | 2006-01-25 | 2006-01-25 | Mehtods of forming non-volatile memory device having floating gate |
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KR1020060007909A KR20070077969A (en) | 2006-01-25 | 2006-01-25 | Mehtods of forming non-volatile memory device having floating gate |
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KR (1) | KR20070077969A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101116263B1 (en) * | 2008-03-10 | 2012-03-13 | 주식회사 하이닉스반도체 | Manufacturing method of a semiconductor device |
-
2006
- 2006-01-25 KR KR1020060007909A patent/KR20070077969A/en not_active Application Discontinuation
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