KR20080029566A - Method for manufacturing flash memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 따른 플래시 메모리 소자 제조방법을 간략히 설명하기 위해 도시한 흐름도(flow chart).1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a flash memory device according to the related art.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 소자 제조방법을 간략히 설명하기 위해 도시한 흐름도.2 is a flowchart for briefly explaining a method of manufacturing a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 소자 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정단면도.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 플래시 메모리 소자를 도시한 TEM(Transmission Electron Microscope) 사진.4A and 4B are transmission electron microscope (TEM) photographs showing a flash memory device formed according to an exemplary embodiment of the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
30 : 기판 31 : 터널 산화막30
32 : 플로팅 게이트용 폴리실리콘막32: polysilicon film for floating gate
33 : 버퍼 산화막 34 : 패드 질화막33: buffer oxide film 34: pad nitride film
35 : 월산화막 36 : 라이너 HDP 산화막35: monthly oxide film 36: liner HDP oxide film
37 : HTO막 38, 38A : PSZ막37: HTO
39, 39A, 39B : 소자분리막 40 : 측벽 보호막39, 39A, 39B: device isolation film 40: sidewall protection film
41 : 에치백 공정41: etch back process
본 발명은 반도체 소자 제조기술에 관한 것으로, 특히 SA-STI 공정을 적용하는 플래시 메모리 소자의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technology, and more particularly, to a method of manufacturing a flash memory device using the SA-STI process.
메모리 공정 기술의 발달과 더불어 플래시 메모리 소자의 선폭이 점차 감소하게 되었다. 이에 따라, 액티브 영역(active region) 사이의 필드 영역(field region) 선폭이 감소하게 되었고, 이로 인해, 필드 영역에 형성되는 트렌치의 종횡비가 증가하여 소자분리막의 매립(gap fill)이 어려워졌다. 따라서, 이러한 소자분리막의 매립 특성을 향상시키기 위해 기존에 사용하던 HDP(High Density Plasma) USG(Undoped Silicate Glass) 대신에 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 증착되는 SOD(Spin On Dielectric)막의 일종인 PSZ(PolySilaZane)를 이용하여 트렌치를 매립하는 기술이 제안되었다. 그러나, PSZ는 습식식각율이 빠르고 불균일하다는 물질 특성을 갖고 있어 습식식각공정 적용시 소자분리막의 유효높이(EFH, Effective Field oxide Height)를 불균일하게 하는 문제가 있다.With the development of memory processing technology, the line width of flash memory devices has gradually decreased. As a result, the field region line width between the active regions is reduced, and as a result, the aspect ratio of the trenches formed in the field region is increased, which makes it difficult to fill the device isolation film. Therefore, PSZ, which is a type of spin on dielectric (SOD) film deposited by spin coating instead of HDP (High Density Plasma) USG (Undoped Silicate Glass) used to improve the buried characteristics of the device isolation film, A technique for embedding trenches using (PolySilaZane) has been proposed. However, PSZ has a material property that the wet etch rate is fast and uneven, so that the effective field oxide height (EFH) of the device isolation layer is uneven when the wet etch process is applied.
결국, 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 소자분리막 형성시 트렌치를 매립하는 PSZ막을 먼저 형성한 후, 이를 일정 깊이 리세스시키고 그 상부에 다시 HDP를 증착하는 기술이 제안되었다. 이는, SA-STI(Self Align-Shallow Trench Isolation) 공정에도 그대로 적용되고 있다. 이하에서는, 도 1을 참조하여 상기와 같이 SA-STI 공정을 적용하는 종래기술에 따른 플래시 메모리 소자 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 종래기술에 따른 플래시 메모리 소자 제조방법을 간략히 설명하기 위해 도시한 흐름도(flow chart)이다.As a result, recently, in order to solve this problem, a technique of first forming a PSZ film filling a trench when forming an isolation layer, and then recessing a predetermined depth and depositing HDP on the upper portion thereof has been proposed. This is also applied to the Self Align-Shallow Trench Isolation (SA-STI) process as it is. Hereinafter, a description will be given of a flash memory device manufacturing method according to the prior art applying the SA-STI process as described above with reference to FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a flash memory device according to the related art.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 터널 산화막, 플로팅 게이트용 폴리실리콘막 및 패드 질화막이 차례로 적층된 기판에 트렌치를 형성한 후 트렌치의 내부면을 따라 월산화막을 형성한다(S10). As shown in FIG. 1, first, a trench is formed in a substrate in which a tunnel oxide film, a floating gate polysilicon film, and a pad nitride film are sequentially stacked, and a monthly oxide film is formed along the inner surface of the trench (S10).
이어서, 트렌치의 일부가 매립되도록 전체 구조 상부면에 일정 두께의 라이너(liner) 고밀도 플라즈마(HDP, High Density Plasma) 산화막(이하, HDP 산화막이라 함)을 약 1000Å정도의 두께로 증착한다(S11).Subsequently, a liner high density plasma (HDP) oxide film (hereinafter referred to as HDP oxide film) having a predetermined thickness is deposited on the upper surface of the entire structure to fill a portion of the trench (S11). .
이어서, 트렌치가 완전히 매립되도록 라이너 HDP 산화막 상부에 SOD막의 일종인 PSZ막을 증착한다(S12). 이때, PSZ막은 스핀 코팅 방식을 이용하여 PSZ막을 코팅(coating)한 후, 이를 큐어링(curing)함으로써 증착된다. Subsequently, a PSZ film, which is a kind of SOD film, is deposited on the liner HDP oxide film so as to completely fill the trench (S12). At this time, the PSZ film is deposited by coating the PSZ film using a spin coating method and then curing the PSZ film.
이어서, 화학적기계적 연마공정(CMP, Chemical Mechanical Polishing)을 실시하여 PSZ막을 평탄화한다(S13). 그런 다음, 습식식각공정을 통해 PSZ막을 일정 깊이 리세스시켜 트렌치 상부를 노출시킨다(S14).Subsequently, chemical mechanical polishing (CMP) is performed to planarize the PSZ film (S13). Thereafter, the PSZ film is recessed to a predetermined depth through a wet etching process to expose the upper portion of the trench (S14).
이어서, 트렌치가 완전히 매립되도록 소자분리용 절연막인 ISO(ISOlation) HDP 산화막을 약 3500Å의 두께로 두껍게 증착한다(S15). 이후에는, 전 세정공 정(pre-cleaning)을 실시한 후, 어닐(anneal) 공정을 실시하여 ISO HDP 산화막을 치밀화한다(S16).Subsequently, an ISO (ISOlation) HDP oxide film, which is an insulating film for isolation, is thickly deposited to a thickness of about 3500 kV so that the trench is completely filled (S15). Thereafter, after pre-cleaning, an annealing process is performed to densify the ISO HDP oxide film (S16).
이어서, 다시 한번 CMP 공정을 실시하여 ISO HDP 산화막을 평탄화한다(S17). 계속해서, 후 세정공정(post-cleaning)을 실시한다(S18). 그런 다음, 패드 질화막을 제거한다(S19). 이로써, 라이너 HDP 산화막/PSZ막/ISO HDP 산화막이 차례로 적층되어 기판 상으로 돌출된 구조의 소자분리막이 완성된다.Subsequently, another CMP process is performed to planarize the ISO HDP oxide film (S17). Subsequently, post-cleaning is performed (S18). Then, the pad nitride film is removed (S19). As a result, the liner HDP oxide film / PSZ film / ISO HDP oxide film are stacked in this order to complete the device isolation film having a structure protruding onto the substrate.
그러나, 이러한 기술에 따라 SA-STI 공정을 진행하다 보면 PSZ막 및 HDP막을 평탄화하기 위해 총 2번의 CMP 공정을 거치게 되는데, 이로 인해 소자분리막의 중앙(center)부와 가장자리(edge)부 간의 EFH 차이가 증가하는 문제가 발생한다. 이는, 후속으로 진행되는 패드 질화막의 제거공정시 더욱 큰 EFH의 변화(variation)를 유발하여 적절한 EFH를 조절하는데 어려움이 따른다. 또한, PSZ막 및 HDP막을 각각 평탄화하기 위한 CMP 공정을 별도로 진행해야 하는 만큼 그 공정이 복잡해지는 문제가 있다.However, in the SA-STI process according to this technique, a total of two CMP processes are performed to planarize the PSZ film and the HDP film. As a result, the EFH difference between the center part and the edge part of the device isolation layer is increased. Causes the problem to increase. This leads to a greater variation in EFH during the subsequent removal process of the pad nitride film, resulting in difficulty in controlling the appropriate EFH. In addition, the CMP process for planarizing the PSZ film and the HDP film, respectively, has to be performed separately.
또한, 현재의 기술로는 플래시 메모리 소자의 집적도 향상에 따른 간섭 자유도(interference margin)가 부족한 실정이다. 이러한 간섭 자유도의 부족은 플래시 메모리 소자의 특성을 열화시키는 주요 요인 중 하나이므로 반드시 해결되어야 할 과제이다.In addition, the current technology lacks an interference margin due to the increase in the degree of integration of flash memory devices. This lack of interference freedom is one of the main factors that degrade the characteristics of the flash memory device is a problem that must be solved.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다음 과 같은 여러가지 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, there are various objects as follows.
첫째, 플래시 메모리 소자 제조시 소자분리막의 유효높이를 용이하게 조절할 수 있는 플래시 메모리 소자 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.First, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a flash memory device capable of easily adjusting the effective height of a device isolation layer when manufacturing a flash memory device.
둘째, 플래시 메모리 소자 제조시 그 공정단계를 단순화할 수 있는 플래시 메모리 소자 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.Secondly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a flash memory device, which can simplify the process steps when manufacturing a flash memory device.
셋째, 간섭 자유도를 증가시킬 수 있는 플래시 메모리 소자 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.Third, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a flash memory device capable of increasing interference freedom.
상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 터널 산화막, 플로팅 게이트용 전도막 및 패드 질화막이 차례로 적층된 기판을 제공하는 단계와, 상기 패드 질화막, 상기 전도막, 상기 터널 산화막 및 상기 기판의 일부를 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치의 일부가 매립되도록 전체 구조 상부면에 소자분리용 산화막을 증착하는 단계와, 상기 트렌치가 완전히 매립되도록 상기 산화막 상에 소자분리용 스핀온절연막(Spin On Dielectric)을 형성하는 단계와, 상기 패드 질화막이 노출되도록 상기 스핀온절연막을 평탄화하는 단계와, 상기 스핀온절연막을 열처리하는 단계와, 상기 전도막 상부로 상기 산화막 일부가 노출되도록 상기 패드 질화막을 제거하는 단계와, 건식식각공정을 실시하여 상기 스핀온절연막을 식각하는 단계를 포함하는 플래시 메모리 소자 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a substrate in which a tunnel oxide film, a floating gate conductive film, and a pad nitride film are sequentially stacked, and the pad nitride film, the conductive film, the tunnel oxide film, and the Etching a portion of the substrate to form a trench, depositing an isolation layer for forming an isolation layer on an upper surface of the entire structure such that a portion of the trench is embedded, and spin-on separation for forming the isolation layer on the oxide layer so that the trench is completely embedded Forming an insulating film (Spin On Dielectric), planarizing the spin-on insulating film to expose the pad nitride film, heat-treating the spin-on insulating film, and exposing a portion of the oxide film over the conductive film. Removing the pad nitride film and etching the spin-on insulating film by performing a dry etching process. Provides a method for manufacturing a flash memory device.
본 발명에서는 플래시 메모리 소자의 간섭 특성을 개선, 즉 간섭 자유도를 증가시키기 위해 플로팅 게이트용 전도막의 양측벽에 스페이서 윙 형태의 측벽 보호막을 형성한다. In the present invention, in order to improve the interference characteristics of the flash memory device, that is, increase the degree of freedom of interference, a sidewall protective film having a spacer wing shape is formed on both sidewalls of the conductive film for the floating gate.
또한, 소자분리막의 유효높이를 용이하게 조절하기 위하여 소자분리막을 구성하는 PSZ막 식각시 건식식각(에치백)을 실시하여 소자분리막의 유효높이를 제어한다. 특히, 소자분리막 형성을 위한 평탄화 공정을 1번, 즉 PSZ막 평탄화만 실시하여 소자분리막 자체의 EFH 변화를 최소화할 수 있다. In addition, in order to easily control the effective height of the device isolation layer, the effective height of the device isolation layer is controlled by performing dry etching (etch back) during the etching of the PSZ film constituting the device isolation layer. In particular, the planarization process for forming the isolation layer may be performed once, that is, only the PSZ layer is planarized, thereby minimizing the EFH variation of the isolation layer itself.
또한, 소자분리막 형성시 라이너 HDP 산화막 상에 PSZ막을 증착한 후 이를 어닐링함으로써, 기존의 ISO HDP 산화막 증착을 위해 필요로 했던 여러 가지 공정들을 생략할 수 있다. 이를 통해, 전체적인 공정 단순화를 이룰 수 있고 원가절감 효과를 가져올 수 있다. In addition, by depositing and then annealing the PSZ film on the liner HDP oxide film during the formation of the device isolation layer, various processes required for the deposition of the conventional ISO HDP oxide film may be omitted. This can lead to overall process simplification and cost reduction.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. In addition, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.
실시예Example
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 소자 제조방법을 기존의 플래시 메모리 소자 제조방법과 비교 설명하기로 한다. 여기서, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 소자 제조방법을 간략히 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. First, a method of manufacturing a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 2. 2 is a flowchart for briefly explaining a method of manufacturing a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면 기존에 비하여 약 4단계의 공정을 생략할 수 있음을 알 수 있다. 예컨대, 기존에는 트렌치를 형성하는 단계부터 패드 질화막의 제거 단계까지 총 9단계의 공정을 거쳐야 했는데 반하여, 본 발명의 실시예에서는 트렌치를 형성하는 단계부터 패드 질화막의 제거 단계까지 총 5단계의 공정을 거치면 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 기존에 비하여 4단계의 공정을 생략하여, 전체적인 공정을 단순화할 수 있고 이로 인해 원가절감 효과를 가져올 수 있다.1 and 2, according to the embodiment of the present invention, it can be seen that the process of about four steps can be omitted as compared with the conventional method. For example, conventionally, the process of forming a trench and removing the pad nitride film had to go through a total of nine steps, whereas in the embodiment of the present invention, the process of forming a trench and removing the pad nitride film has a total of five steps. Just go through. Therefore, according to the embodiment of the present invention, by omitting the four-step process as compared to the conventional, it is possible to simplify the overall process and thereby bring a cost reduction effect.
이하에서는, 좀 더 구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 소자 제조방법을 종래기술과 함께 비교 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the related art.
먼저, 기존과 동일하게 터널 산화막, 플로팅 게이트용 폴리실리콘막 및 패드 질화막이 차례로 적층된 기판에 트렌치를 형성한 후 트렌치의 내부면을 따라 월산화막을 형성한다(S20). First, a trench is formed on a substrate in which a tunnel oxide film, a floating gate polysilicon film, and a pad nitride film are sequentially stacked in the same manner as before, and a monthly oxide film is formed along the inner surface of the trench (S20).
이어서, 트렌치의 일부가 매립되도록 전체 구조 상부면에 일정 두께의 라이너(liner) 고밀도 플라즈마(HDP, High Density Plasma) 산화막(이하, HDP 산화막이라 함) 및 HTO(High Temperature Oxide)막을 연속적으로 증착한다(S21). 즉, 기존에는 라이너 HDP 산화막만을 증착했는데, 본 발명의 실시예서는 이와 달리 HDP 산 화막 뿐만 아니라 HTO막을 연속증착한다. 예컨대, 라이너 HDP 산화막을 약 1300Å의 두께로 증착한 후, 곧바로 HTO막을 약 80Å의 두께로 증착한다.Subsequently, a liner high density plasma (HDP) oxide film (hereinafter referred to as HDP oxide film) and a high temperature oxide (HTO) film of a predetermined thickness are successively deposited on the upper surface of the entire structure so that a portion of the trench is embedded. (S21). That is, in the past, only the liner HDP oxide film was deposited. In the embodiment of the present invention, the HTO film as well as the HDP oxide film is continuously deposited. For example, a liner HDP oxide film is deposited to a thickness of about 1300 GPa, and then immediately HTO film is deposited to a thickness of about 80 GPa.
이어서, 트렌치가 완전히 매립되도록 라이너 HDP 산화막 상부에 SOD막의 일종인 PSZ막을 증착한다(S22). 이때, PSZ막은 스핀 코팅 방식을 이용하여 코팅한 후, 이를 큐어링함으로써 증착된다. Subsequently, a PSZ film, which is a kind of SOD film, is deposited on the liner HDP oxide film so as to completely fill the trench (S22). At this time, the PSZ film is coated by using a spin coating method, and then deposited by curing it.
이어서, 화학적기계적 연마공정(CMP, Chemical Mechanical Polishing)을 실시하여 PSZ막을 평탄화한다(S23). Subsequently, chemical mechanical polishing (CMP) is performed to planarize the PSZ film (S23).
이어서, 기존과는 달리 바로 PSZ막을 어닐링한다(S24). 이로써, PSZ막의 막질이 치밀해진다. 이는, 후속 공정으로부터 PSZ막의 손상을 최소화하기 위함이다. 예컨대, 후속 공정인 PCL(Peripheral region Closed Layer) 마스크 형성 및 에치백(etchback) 공정 또는 패드 질화막 제거공정 또는 세정공정에 대한 PSZ막의 식각선택비를 확보하기 위해 어닐 공정을 실시한다. 특히, 이러한 어닐 공정은 N2 가스를 이용하되 약 900℃의 온도에서 약 60분간 진행하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 기존에 소자분리막으로 사용되던 ISO HDP 산화막을 필요로 하지 않게 된다. 따라서, ISO HDP 산화막 형성을 위해 진행되던 여러 공정을 생략할 수 있게 된다. 예컨대, 기존의 PSZ 습식식각 단계(S14), ISO HDP 산화막 증착 단계(S15), ISO HDP CMP 단계(S16) 및 후 세정공정(S18)을 생략할 수 있는 것이다.Subsequently, unlike the conventional one, the PSZ film is immediately annealed (S24). As a result, the film quality of the PSZ film becomes dense. This is to minimize damage to the PSZ film from subsequent processes. For example, an annealing process is performed to secure an etching selectivity of the PSZ film for a subsequent process of forming a peripheral region closed layer (PCL) mask and etching back, pad nitride removal, or cleaning. In particular, this annealing process is preferably performed for about 60 minutes at a temperature of about 900 ℃ using N 2 gas. Therefore, in the exemplary embodiment of the present invention, the ISO HDP oxide film, which is conventionally used as a device isolation film, is not required. Therefore, it is possible to omit various processes that have been progressed to form the ISO HDP oxide film. For example, the conventional PSZ wet etching step (S14), the ISO HDP oxide film deposition step (S15), the ISO HDP CMP step (S16) and the post-cleaning step (S18) can be omitted.
이어서, 바로 습식식각공정을 실시하여 패드 질화막을 제거한다(S25). 이로써, 라이너 HDP 산화막/HTO막/PSZ막의 적층구조로 트렌치를 매립하는 소자분리막이 완성된다. Subsequently, the pad nitride film is removed by performing a wet etching process immediately (S25). As a result, a device isolation film filling the trench in a lamination structure of the liner HDP oxide film / HTO film / PSZ film is completed.
이하에서는, 도 3a 내지 도 3f를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 소자 제조방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 3F.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(30) 상에 터널 산화막(31), 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(32, 이하 폴리실리콘막이라 함), 버퍼 산화막(33) 및 패드 질화막(34)을 차례로 형성한다. First, as shown in FIG. 3A, a
이어서, 패드 질화막(34) 상에 하드마스크 패턴(미도시)을 형성한다. 예컨대, 하드마스크 패턴은 실리콘 산화 질화막(SiON)으로 형성한다.Next, a hard mask pattern (not shown) is formed on the
이어서, 하드마스크 패턴을 통해 패드 질화막(34), 버퍼 산화막(33), 폴리실리콘막(32) 및 터널 산화막(31)을 식각하여 기판(30)의 일부를 노출시킨다. 이후에는, 노출된 기판(30)을 일정 깊이 식각하여 트렌치(미도시)를 형성한다.Subsequently, the
이어서, 월산화(wall oxidation)공정을 실시하여 트렌치의 내부면을 따라 월산화막(35)을 형성한다. 예컨대, 월산화막(35)은 퍼니스(furnace) 또는 라디칼(radical) 산화방식을 이용하되, 700~900℃의 온도 범위에서 30~80Å의 두께로 형성한다. 바람직하게, 월산화막(35)은 30Å의 일정한 두께로 형성한다.Subsequently, a wall oxidation process is performed to form a
이후에는, 습식식각공정을 실시하여 하드마스크 패턴을 제거한다.Thereafter, a wet etching process is performed to remove the hard mask pattern.
이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 트렌치의 일부가 매립되도록 전체 구조 상부 표면에 라이너 HDP 산화막(36)을 증착한다. 여기서, 라이너 HDP 산화막(36)은 폴리실리콘막(32)의 양측벽을 보호하기 위한 측벽 보호막으로 기능한다. 이때, 라이너 HDP 산화막(36)은 전체 1000Å~1300Å의 두께로 증착하는데, 이는 수직방향보 다 수평방향으로의 증착특성이 현저히 우수하다는 막질특성을 갖고 있어 트렌치의 측벽부에서는 100Å의 두께를 갖고 트렌치의 바닥부에서는 이보다 현저히 두꺼운 두께, 예컨대 150~1000Å의 두께를 갖게 된다. 또한, 라이너 HDP막(36)의 수소(hydrogen) 농도는 100sccm이 되는 것이 바람직하다.Then, as shown in FIG. 3B, a liner
연속적으로, 라이너 HDP 산화막(36)의 상부 표면을 따라 HTO(High Temperature Oxide)막(37)을 증착한다. 여기서, HTO막(37)은 폴리실리콘막(32)의 측벽을 보호하기 위한 또다른 측벽 보호막으로 기능한다. HTO막(19)은 DCS(DiChloroSilane, SiH2Cl2)를 소스로 이용하여 80Å의 두께로 증착한다. Subsequently, a high temperature oxide (HTO)
이어서, 도면에 도시하진 않았지만, 후속 PSZ막 증착시 코팅 불량을 방지하기 위해 FN 및 BON 세정공정을 미리 실시할 수 있다. 예컨대, FN 세정공정을 약 10초간 실시하고 BON 세정공정을 약 2초간 실시한다. 여기서, FN 세정공정이란 H2O와 불산이 50:1 비율로 혼합된 제1 용액을 이용하는 F 세정 및 NH4OH, H2O2, H2O가 1:4:20의 비율로 혼합된 25℃ 온도의 제2 용액을 이용하는 N 세정을 순차적으로 진행하는 것을 말하고, BON 세정이란 H2SO4+H2O2의 혼합용액을 이용한 세정공정을 말한다.Subsequently, although not shown in the drawings, the FN and BON cleaning processes may be performed in advance to prevent coating defects during subsequent PSZ film deposition. For example, the FN cleaning process is performed for about 10 seconds and the BON cleaning process is performed for about 2 seconds. Here, the FN cleaning process is F washing using a first solution in which H 2 O and hydrofluoric acid are mixed at a ratio of 50: 1, and NH 4 OH, H 2 O 2 , and H 2 O are mixed at a ratio of 1: 4: 20. say that to proceed with the cleaning using the N 2 a solution of 25 ℃ temperature in sequence, refers to a cleaning process using a mixture of BON cleaning is H 2 SO 4 + H 2 O 2.
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 트렌치가 완전히 매립되도록 HTO막(37) 상에 PSZ막(38)을 형성한다. PSZ막(38)은 스핀 코팅(spin coating) 방식을 이용하여 형성하는 SOD(Spin On Dielectric)막의 일종으로 코팅(coating) 및 큐어링(curing) 공정을 순차적으로 실시하여 형성한다. 예컨대, 5500~6000Å의 두께로 코팅하고, 큐어링은 약 350℃의 온도에서 2시간동안 실시한다.3C, a
이어서, 백 사이드 스트립(Back Side strip) 공정을 진행한다. 이는 백 사이드에 존재하는 질화막 물질을 제거하기 위해 진행한다.Subsequently, a back side strip process is performed. This proceeds to remove the nitride film material present at the back side.
이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 평탄화 공정, 예컨대 화학기계적연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 공정을 실시하여 PSZ막(38A)을 연마한다. 이로써, 트렌치를 완전히 매립하는 소자분리막(39)이 형성된다. 이때, CMP 공정은 CMP 정지 타겟, 즉 잔류하는 패드 질화막(34)의 두께 마진을 Δ 5~15Å으로 한다. 또한, CMP 공정시에는 LSS(Low Selectivity Slurry) 및 HSS(High Selectivity Slurry)를 차례로 이용하는 것이 바람직하다. 3D, the
이어서, 어닐 공정을 실시하여 PSZ막(38)의 막질을 치밀화한다. 이는, 후속 공정으로부터 PSZ막(38)의 손상을 최소화하기 위함이다. 예컨대, 후속 공정인 PCL(Peripheral region Closed Layer) 마스크 형성 및 에치백(etchback) 공정 또는 패드 질화막(34) 제거공정 또는 세정공정에 대한 PSZ막(38)의 식각선택비를 확보하기 위해 어닐 공정을 실시한다. 특히, 이러한 어닐 공정은 N2 가스를 이용하되 약 900℃의 온도에서 약 60분간 진행하는 것이 바람직하다. Next, an annealing process is performed to densify the film quality of the
이후에는, 도면에는 도시하진 않았지만, 마스크 없이 에치백 공정을 실시하여 셀 영역과 주변 영역에 존재하는 소자분리막(39)을 동시에 식각한다. 예컨대, 에치백 공정은 약 4초간 진행한다. 이러한 에치백 공정은 후속 패드 질화막(34)의 제거를 위한 세정공정시 세정시간이 충분하지 않기 때문에 패드 질화막(34)이 완벽 하게 제거되지 않을 가능성이 존재하므로, 이러한 가능성을 미리 차단하기 위해 실시한다. Subsequently, although not shown in the drawing, an etch back process is performed without a mask to simultaneously etch the
이어서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 습식세정공정을 실시하여 패드 질화막(34, 도 3d 참조)을 제거한다. 이러한 습식세정시에는, HTO막(37)과 PSZ막(38A) 간의 식각 선택비 차이로 인해 HTO막(37)은 그대로 잔류하고 PSZ막(38A) 만이 패드 질화막(34)과 함께 일정 깊이 식각된다. 이로써, 버퍼 산화막(33) 상부로는 윙(wing) 형태의 측벽 보호막(40)이 돌출되고, 소자분리막(39A)은 측벽 보호막(40)으로 둘러싸이게 된다. 이때, 측벽 보호막의 두께는 200Å 미만이 된다.Subsequently, as shown in FIG. 3E, a wet cleaning process is performed to remove the pad nitride film 34 (see FIG. 3D). In this wet cleaning, due to the difference in the etching selectivity between the
바람직하게는, 습식세정공정시에는 HF와 NH4F가 300:1 혼합된 BOE(Buffered Oxide Etchant) 용액을 이용하거나 100:1의 비율로 H2O로 희석된 HF 용액을 이용하여 PSZ막(38A)을 일정 깊이 리세스시킨다. 여기서, PSZ막(38A)의 손실 깊이는 반도체 메모리 셀이 형성되는 셀 영역에서보다 그 외의 주변소자가 형성되는 주변 영역에서 더 적다. 예컨대, 주변 영역에서의 손실 깊이가 셀 영역에서의 손실 깊이의 1/2이 된다. 이는, 주변 영역의 패턴 밀도가 셀 영역에 비하여 낮기 때문이다.Preferably, during the wet cleaning process, a PSZ membrane (using a buffered oxide etchant (BOE) solution in which HF and NH 4 F are 300: 1 mixed or HF solution diluted with H 2 O at a ratio of 100: 1) is used.
이어서, 도면에 도시하진 않았지만, 반도체 메모리 셀을 제외한 주변 소자가 형성되는 주변 영역만을 선택적으로 덮는 구조의 PCL 마스크를 형성한다.Subsequently, although not shown in the drawing, a PCL mask having a structure that selectively covers only the peripheral region in which the peripheral elements except the semiconductor memory cell are formed is formed.
이어서, 도 3f에 도시된 바와 같이, PCL 마스크(미도시)를 이용한 에치백 공정(41)을 실시하여 반도체 메모리 셀이 형성되는 셀 영역의 PSZ막(38A)을 선택적으로 식각한다. 이로 인해, 셀 영역의 PSZ막(38A)이 선택적으로 일정 깊이 식각됨과 동시에 이와 식각 선택비를 갖지 않는 윙(W) 형태의 측벽 보호막(40) 일부와 버퍼 산화막(33)이 함께 제거된다. 이때, 주변 영역의 측벽 보호막(40)은 그대로 보존된다. 여기서, PSZ막(38A)이 원하는 EFH에 맞춰 적절하게 식각될 수 있는 이유는 습식식각이 아닌 에치백과 같은 건식식각공정을 실시하기 때문이다.Subsequently, as illustrated in FIG. 3F, an etch back
이러한 PCL 마스크(미도시)를 이용한 식각공정은 셀 영역과 주변 영역 간의 소자분리막 유효높이(EFH, Effective Field oxide Height)를 각각 별도로 제어하기 위해 실시한다.The etching process using the PCL mask (not shown) is performed to separately control the effective field oxide height (EFH) between the cell region and the peripheral region.
이어서, 스트립 공정을 실시하여 PCL 마스크를 제거한 후, 세정공정을 실시한다. 이러한 세정공정은 최종적으로 셀 영역 및 주변 영역의 EFH를 제어하기 위해 실시한다. 이로써, 셀 영역 내에는 적정화된 EFH를 갖는 소자분리막(39B)이 형성되면서 폴리실리콘막(32)의 양측벽으로는 윙 형태(W)의 측벽 보호막(40)이 존재하게 된다. 이때, 측벽보호막의 두께는 150Å 미만이 된다.Subsequently, the strip process is performed to remove the PCL mask, followed by a washing process. This cleaning process is finally performed to control the EFH of the cell region and the peripheral region. As a result, the device isolation layer 39B having the appropriate EFH is formed in the cell region, and the sidewall
따라서, 이러한 측벽 보호막의 형성으로 인해 플래시 메모리 소자의 간섭 자유도를 확보할 수 있다. 이를 통해, 플래시 메모리 소자의 간섭 특성을 개선시켜 소자 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, the freedom of interference of the flash memory device can be secured due to the formation of the sidewall protective film. Through this, the interference characteristics of the flash memory device may be improved to improve device characteristics.
참고로, 도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 플래시 메모리 소자를 도시한 TEM(Transmission Electron Microscope) 사진이다.For reference, FIGS. 4A and 4B are transmission electron microscope (TEM) images illustrating a flash memory device formed according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에 서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, SA-STI 공정 적용시 플로팅 게이트용 폴리실리콘막의 양측벽에 측벽 보호막이 자동 형성되도록 함으로써, 플래시 메모리 소자의 간섭 특성을 개선시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the sidewall protective film is automatically formed on both sidewalls of the polysilicon film for the floating gate when the SA-STI process is applied, thereby improving the interference characteristics of the flash memory device.
또한, 본 발명에 의하면, 소자분리막을 구성하는 PSZ막 식각시 건식식각을 실시하여 소자분리막의 유효높이를 제어하고 특히, 소자분리막 형성을 위한 평탄화 공정을 1번, 즉 PSZ CMP만 실시하여 소자분리막 자체의 EFH 변화를 최소화할 수 있다. 따라서, 소자분리막의 유효높이(EFH)를 용이하게 제어할 수 있다.In addition, according to the present invention, the effective height of the device isolation film is controlled by dry etching during the etching of the PSZ film constituting the device isolation film, and in particular, the planarization process for forming the device isolation film is performed only once, that is, the PSZ CMP is performed. It is possible to minimize its own change in EFH. Therefore, the effective height EFH of the device isolation film can be easily controlled.
또한, 본 발명에 의하면, 기존보다 4단계의 공정을 생략하여 전체적인 공정을 단순화할 수 있고, 이를 통해 원가절감 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to simplify the overall process by omitting the four-step process than the conventional, thereby obtaining a cost reduction effect.
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