KR20070077969A - Mehtods of forming non-volatile memory device having floating gate - Google Patents

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김철성
신유균
구본영
임주완
백성권
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    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region

Abstract

A method for forming a nonvolatile memory device having a floating gate is provided to prevent the damage of the floating gate due to a trench etching process by forming a trench using a spacer made of a trap-free insulating material. A tunnel insulating layer(102a), a first floating gate layer(104a) and a hard mask layer are sequentially formed on a substrate(100). A first opening for exposing the tunnel insulating layer to the outside is formed by patterning selectively the first floating gate layer and the hard mask layer. A spacer layer is formed along an upper surface of the resultant structure. The spacer layer is made of a trap-free insulating material. A spacer(110a') is formed at both sidewalls of the first opening by performing an anisotropic etching process on the spacer layer and the tunnel insulating layer until the substrate is exposed to the outside. A trench(112) for defining an active region is formed by etching the exposed portion of the substrate. An isolation pattern(114') for filling the trench and the first opening is formed thereon.

Description

플로팅 게이트를 갖는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법{MEHTODS OF FORMING NON-VOLATILE MEMORY DEVICE HAVING FLOATING GATE}A method of forming a nonvolatile memory device having a floating gate {MEHTODS OF FORMING NON-VOLATILE MEMORY DEVICE HAVING FLOATING GATE}

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 tunnel oxide film 2, a first floating gate film 3, and a hard mask film 4 are sequentially formed on a semiconductor substrate 1. The first floating gate layer 3 is formed of polysilicon, and the hard mask layer 4 is formed to include a silicon nitride layer.

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 tunnel oxide layer 2, and the semiconductor substrate 1 are successively patterned to form an active region in the semiconductor substrate 1. The defining trench 5 is formed. In this case, the tunnel oxide pattern 2a, the first floating gate pattern 3a, and the hard mask pattern 4a, which are sequentially stacked on the active region, are formed. The first floating gate pattern 3a and the trench 5 are formed by one photolithography process. That is, the trench 5 and the first floating gate pattern 3a are self aligned. Accordingly, the first floating gate pattern 3a is self-aligned to the active region.

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 trench 5 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1, and the device isolation film is planarized until the hard mask pattern 4a is exposed to form the device isolation film 6. do. Subsequently, the exposed hard mask pattern 4a is removed to expose the first floating gate pattern 3a. The device isolation layer 6 may be recessed by a cleaning process or the like, and may be formed to have a height close to an upper surface of the first floating gate pattern 3a.

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 gate film 7 is formed over the entire surface of the semiconductor substrate 1. The second floating gate layer 7 is in contact with the first floating gate pattern 3a. The second floating gate layer 7 is formed of a polysilicon layer.

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 gate layer 7 is patterned to form a second floating gate pattern 7a on the first floating gate pattern 3a. The first and second floating gate patterns 3a and 7a constitute a preliminary floating gate 8. An ONO film 9 (Oxide-Nitride-Oxide) and a control gate conductive film 10 are sequentially formed on the semiconductor substrate 1. Thereafter, the control gate conductive film 10, the ONO film 9, and the preliminary floating gate 8 are successively patterned to form a floating gate, an ONO pattern, and a control gate electrode which are sequentially stacked.

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 floating gate pattern 3a and the active region formed in the lower portion of the floating gate are self-aligned. As a result, misalignment between the floating gate and the active region can be prevented.

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 floating gate pattern 3a are exposed while the semiconductor substrate 1 is etched to form the trench 5. Accordingly, etch damage of the lower sidewall of the floating gate adjacent to the device isolation pattern 7 may be deepened. As a result, many defects may be generated in the lower sidewall of the floating gate, thereby deteriorating electrical characteristics of the floating gate. As the floating gate becomes smaller due to higher integration, the above-described deterioration of electrical characteristics may be further intensified. In addition, the floating gate covers an edge of the active region. As a result, an electric field may be concentrated on the edge of the active region, thereby deteriorating the characteristics of the flash memory device. For example, even if a voltage lower than a threshold voltage is induced in the floating gate, a channel of a region where the electric field is concentrated may be turned on. Therefore, leakage current or the like can be generated to deteriorate the characteristics of the flash memory device.

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 floating gate pattern 7a is formed by patterning the second floating gate layer 7. Thus, the size of the flash memory device may be due to a gap for the photolithography process between the second floating gate patterns 7a and / or an alignment margin between the second and first floating gate patterns 7a and 3a. Reducing may be limited. As a result, it may be difficult to highly integrate the flash memory device.

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 tunnel insulating film 102, a first floating gate film 104, and a hard mask film 106 are sequentially formed on a semiconductor substrate 100 (hereinafter, referred to as a substrate). The tunnel insulation layer 102 may be formed of a silicon oxide layer, in particular, a thermal oxide layer. The substrate 100 may be a silicon substrate. The first floating gate layer 104 may be formed of doped polysilicon. The hard mask layer 106 may include a material having an etch selectivity with respect to the floating gate layer 104 and the substrate 100. For example, the hard mask layer 106 may include a silicon nitride layer. In addition, the hard mask layer 106 may further include a buffer oxide layer interposed between the silicon nitride layer and the first floating gate layer 104. The buffer oxide layer may function to buffer stress between the silicon nitride layer and the first floating gate layer 104.

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 hard mask layer 106 and the first floating gate layer 104 are successively patterned to form a first opening 108 exposing the tunnel insulating layer 102. In this case, a first floating gate pattern 104a and a hard mask pattern 106a forming sidewalls of the first opening 108 are formed. The first floating gate pattern 104a and the hard mask pattern 106a are sequentially stacked. During the etching process for the first opening 108, the tunnel insulating layer 102 may serve as an etch stop layer to protect the etching damage on the surface of the substrate 100 under the first opening 108. .

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 spacer layer 110 is conformally formed on the entire surface of the substrate 100. The spacer layer 110 may be formed of an insulating material having no traps. For example, the spacer layer 110 may be formed of a silicon oxide layer.

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 spacer layer 110 and the tunnel insulating layer 102 are anisotropically etched until the substrate 100 is exposed. As a result, spacers 110a are formed on both sidewalls of the first opening 108. That is, the spacer 110a is formed on both sidewalls of the first floating gate pattern 104a and the hard mask pattern 106a. In addition, a tunnel insulation pattern 102a is formed under the spacer 110a and the first floating gate pattern 104a. As shown, the width of the tunnel insulation pattern 102a is wider than the width of the first floating gate pattern 104a.

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 spacers 110a are formed on both sidewalls of the first openings 108, and the substrate 100 under the first openings 108 between the spacers 110a is exposed. When the spacer 110a is formed, the top surface of the hard mask pattern 106a is exposed together with the substrate 100 under the first opening 108.

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 trench 112 is formed by etching the exposed substrate 100 using the hard mask pattern 106a and the spacer 110a as an etching mask. The trench 112 defines an active region.

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 trench 112, sidewalls adjacent to the trench 112 of the first floating gate pattern 104a are protected by the spacer 110a. Accordingly, the etching damage of the sidewall of the first floating gate pattern 104a may be prevented when the trench 112 is etched. As a result, it is possible to form the first floating gate pattern 104a in which defects are minimized.

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 trench 112. The sidewall oxide layer 113 is formed on the bottom and sidewalls of the trench 112 by the thermal oxidation process. In the thermal oxidation process, the first floating gate pattern 104a is protected by the hard mask pattern 106a and the spacer 110a and thus is not oxidized.

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 trench 112 and the first opening 108 is formed on the entire surface of the substrate 100, and the device isolation insulating film is planarized until the hard mask pattern 106a is exposed. Separation pattern 114 is formed. The device isolation insulating film may be formed of a silicon oxide film such as a USG (Undoped Silicate Glass) film formed by a chemical vapor deposition method (CVD). The process of planarizing the device isolation insulating layer may be performed by an etch-back or a chemical mechanical polishing process.

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 hard mask pattern 106a is removed to form a second opening 116 exposing the first floating gate pattern 104a. In this case, the spacer 110a may form a sidewall of the second opening 116.

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 second openings 116 may be etched by an isotropic etching process (eg, wet etching). Accordingly, the width of the isotropically etched second opening 116a is wider than the width of the first floating gate pattern 104a.

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 hard mask pattern 106a may include the same material as the spacer 110a. That is, the hard mask pattern 106a may include the buffer oxide layer as described above. The buffer oxide layer may be formed of a silicon oxide layer. In this case, the hard mask pattern 106a may be removed by isotropic etching. When the hard mask pattern 106a is removed by isotropic etching, at least the spacers 110a may be isotropically etched to form the isotropically etched second openings 116a. When the hard mask pattern 106a is removed by isotropic etching, the device isolation pattern 114 may also be isotropically etched. Reference numeral "114 '" denotes an isotropic etched device isolation pattern 114'.

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 hard mask pattern 106a is removed to form the second opening 116, the process of isotropically etching at least the spacer 110a is performed to further perform the isotropically etched second opening ( 116a) may be formed. Even in this case, the device isolation pattern 114 may be isotropically etched.

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 residue 110a ′ of the spacer may be exposed on the bottom surface of the isotropically etched second opening 116a and the second floating gate pattern 104a.

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 gate layer 118 filling the isotropically etched second opening 116a is formed on the entire surface of the substrate 100. The second floating gate layer 118 is in contact with the first floating gate pattern 104a. The second floating gate layer 118 may be formed of doped polysilicon.

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 gate pattern 118a is planarized until the device isolation pattern 114 ′ is exposed to fill the isotropically etched second opening 116a. To form. The first and second floating gate patterns 104a and 118a constitute the preliminary floating gate 120. The process of planarizing the second floating gate layer 118 may be performed by an etch back or a chemical mechanical polishing process.

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 device isolation pattern 114 ′ is recessed to expose sidewalls of the second floating gate pattern 118a. An upper surface of the recessed device isolation pattern 114a may be formed to have a height close to a lower surface of the second floating gate pattern 118a.

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 gate pattern 104a may be further exposed by recessing the device isolation pattern 114 ′ and the residue 110a ′ of the spacer by isotropic etching.

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 layer 122 is conformally formed on the substrate 100 having the recessed device isolation pattern 114a, and a control gate conductive layer 124 is formed on the blocking insulating layer 122. The control gate conductive layer 124 covers the exposed surface of the preliminary floating gate 120 (that is, at least the top surface and sidewalls of the second floating gate pattern 118a) through the blocking insulating layer 122. .

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 layer 122 may be formed of an ON-Nitride-Oxide layer. In contrast, the blocking insulating layer 122 may include a high dielectric insulating layer having a higher dielectric constant than the tunnel insulating pattern 102a. For example, the blocking insulating layer 122 may be formed of an insulating metal oxide layer such as a hafnium oxide layer or an aluminum oxide layer. The control gate conductive layer 124 may include a doped polysilicon layer, a metal layer (eg, tungsten or molybdenum, etc.), a conductive metal nitride layer (eg, titanium nitride or tantalum nitride layer, etc.) and a metal silicide layer (ex, tungsten silicide layer). Or a cobalt silicide film or the like).

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 conductive layer 124. The capping insulating layer may be formed of at least one selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.

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 conductive layer 124, the blocking insulating layer 122, and the preliminary floating gate 120 are successively patterned to sequentially stack the floating gate 120a and the blocking insulating pattern 122a. And the control gate electrode 124a. The floating gate 120a includes lower and upper gates 104b and 118b which are sequentially stacked. The lower gate 104b is a portion of the first floating gate pattern 104a and the upper gate 118b is a portion of the second floating gate pattern 118a.

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 control gate electrode 124 as a mask to form dopant doped regions 126 in the active regions on both sides of the control gate electrode 124. The dopant doped region 126 corresponds to a source / drain region of a nonvolatile memory cell.

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 trench 122, the spacer 110a protects sidewalls of the first floating gate pattern 104a. As a result, etching damage may be minimized on sidewalls of the lower gate 104b of the floating gate 120a. As a result, the floating gate 120a having excellent characteristics can be formed.

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 trench 112 may be etched using the spacer 110a and the hard mask pattern 106a as a mask. Accordingly, the edge of the active region and the edge of the lower gate 104b are spaced apart from each other. More specifically, due to the spacer 110a, the floating gate 120a and the active region are formed in self-alignment, and the edge of the active region and the edge of the lower gate 104b are spaced apart from each other. As a result, it is possible to implement a nonvolatile memory device having excellent characteristics and optimized for high integration by preventing a conventional electric field concentration phenomenon.

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 gate pattern 118a is formed in the second opening portion 116a formed by removing the hard mask pattern 106a self-aligned to the first floating gate pattern 104a. Accordingly, the first and second floating gate patterns 104a and 118a are formed to be self aligned with each other. In addition, a photolithography process is not required when forming the second floating gate pattern 118a. As a result, an alignment margin between the first and second floating gate patterns 104a and 118a is not required, and a minimum spacing for the photolithography process between the second floating gate patterns 118a is not required. . This makes it possible to form a nonvolatile memory device which is much more highly integrated than in the prior art.

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 spacer 110a that may remain next to the lower gate 104b of the floating gate 120a is formed of an insulating material in which traps do not exist. Accordingly, the electrical characteristics of the floating gate 120a are improved.

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 spacers 110a are formed of an insulating material having no traps, so that traps exist around the lower gate 104b. I never do that. In addition, the device isolation pattern 114 is also formed of a silicon oxide film without traps. Accordingly, no traps exist around the upper gate 118b. In addition, in the present invention, a liner formed of a silicon nitride film well known in the art is not formed at all. As a result, there are no traps around the floating gate 120a to form a nonvolatile memory device having excellent electrical characteristics.

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)

기판 상에 터널절연막, 제1 플로팅 게이트막 및 하드 마스크막을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a tunnel insulating film, a first floating gate film, and a hard mask film on the substrate; 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 형성하는 단계;Patterning the hard mask layer and the first floating gate layer 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; 상기 기판 상에 스페이서막을 콘포말하게 형성하되, 상기 스페이서막은 트랩들이 존재하지 않는 절연 물질로 형성하는 단계;Forming a spacer film conformally on the substrate, wherein the spacer film is formed of an insulating material having no traps; 상기 스페이서막 및 상기 터널 절연막을 상기 기판이 노출될때까지 이방성 식각하여 상기 제1 개구부의 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계;Anisotropically etching the spacer film and the tunnel insulating film until the substrate is exposed to form spacers on both sidewalls of the first opening; 상기 노출된 기판을 식각하여 활성영역을 한정하는 트렌치를 형성하는 단계;Etching the exposed substrate to form a trench defining an active region; 상기 트렌치 및 제1 개구부를 채우는 소자 분리 패턴을 형성하는 단계;Forming a device isolation pattern filling the trench and the first opening; 상기 하드마스크 패턴을 제거하여 상기 제1 플로팅 게이트 패턴을 노출시키는 제2 개구부를 형성하는 단계; 및Removing the hard mask pattern to form a second opening exposing the first floating gate pattern; And 상기 제2 개구부를 채우는 제2 플로팅 게이트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법.And forming a second floating gate pattern filling the second opening. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2 플로팅 게이트 패턴들은 예비 플로팅 게이트를 구성하되,The first and second floating gate patterns constitute a preliminary floating gate, 상기 소자 분리 패턴을 리세스하여 상기 제2 플로팅 게이트 패턴의 측벽을 노출시키는 단계;Recessing the device isolation pattern to expose sidewalls of the second floating gate pattern; 상기 기판 상에 블로킹 절연막 및 제어 게이트 도전막을 차례로 형성하는 단계; 및Sequentially forming a blocking insulating film and a control gate conductive film on the substrate; And 상기 제어 게이트 도전막, 블로킹 절연막 및 예비 플로팅 게이트를 연속적으로 패터닝하여 차례로 적층된 플로팅 게이트, 블로킹 절연 패턴 및 제어 게이트 전극을 형성하는 단게를 더 포함하는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법.And patterning the control gate conductive film, the blocking insulating film, and the preliminary floating gate in succession to form a floating gate, a blocking insulating pattern, and a control gate electrode which are sequentially stacked. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제어 게이트 전극을 마스크로 사용하여 도펀트 이온들을 주입하여 상기 제어 게이트 전극 양측의 상기 활성영역에 도펀트 도핑 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법.And 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. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 블로킹 절연막은 상기 터널절연막에 비하여 높은 유전상수를 갖는 고유전 물질을 포함하도록 형성하는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법.And the blocking insulating film is formed to include a high dielectric material having a higher dielectric constant than the tunnel insulating film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 플로팅 게이트 패턴을 형성하는 단계는,Forming the second floating gate pattern, 상기 제2 개구부를 채우는 제2 플로팅 게이트막을 반도체 기판 전면에 형성 하는 단계; 및Forming a second floating gate layer over the semiconductor substrate, the second floating gate layer filling the second opening; And 상기 제2 플로팅 게이트막을 상기 소자 분리 패턴이 노출될때까지 평탄화시키어 상기 제2 플로팅 게이트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법.And planarizing the second floating gate layer until the device isolation pattern is exposed to form the second floating gate pattern. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 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 형성되는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법.The width of the second opening is greater than the width of the first floating gate pattern so that the bottom surface of the second floating gate pattern is wider than the top surface of the first floating gate pattern. Way. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 하드마스크 패턴은 적어도 상기 스페이서와 동일한 물질을 포함하고, 상기 하드마스크 패턴을 등방성 식각으로 제거하되,The hard mask pattern includes at least the same material as the spacers, and the hard mask pattern is removed by isotropic etching, 상기 하드마스크 패턴을 등방성 식각으로 제거시, 적어도 상기 스페이서가 등방성 식각되어 상기 제2 개구부의 폭이 넓게 형성되는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법.And removing the hard mask pattern by isotropic etching, wherein at least the spacers are isotropically etched to form a wide width of the second opening. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제2 플로팅 게이트 패턴을 형성하기 전에,Before forming the second floating gate pattern, 적어도 상기 스페이서를 등방성 식각하여 상기 제2 개구부의 폭을 넓히는 단 계를 더 포함하는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법.And at least isotropically etching the spacers to widen the width of the second openings. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스페이서는 실리콘 산화막으로 형성하는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법.And the spacer is formed of a silicon oxide film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2 플로팅 게이트 패턴은 도핑된 폴리실리콘으로 형성되는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법.And the first and second floating gate patterns are formed of doped polysilicon. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소자 분리 패턴을 형성하기 전에,Before forming the device isolation pattern, 상기 트렌치의 측벽 및 바닥면에 열산화 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 비휘발성 기억 소자의 형성 방법.And performing a thermal oxidation process on sidewalls and bottom surfaces of the trench.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101116263B1 (en) * 2008-03-10 2012-03-13 주식회사 하이닉스반도체 Manufacturing method of a semiconductor device

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