KR20080038994A - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판상에 터널 산화막, 도전막을 형성하는 단계와, 상기 도전막의 일부에 이온주입 영역을 형성하는 단계와, 상기 이온 주입 영역을 제거하여 리세스를 형성하는 단계와, 상기 리세스 하부의 상기 도전막 및 상기 반도체 기판의 일부를 제거하고 절연막으로 매립하여 소자 분리막을 형성하는 단계 및 전체 구조상에 유전체막과 콘트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함하기 때문에, 요철 형태의 플로팅 게이트를 형성할 수 있어서 플로팅 게이트 사이의 간격을 충분히 확보할 수 있기 때문에 간섭 효과를 개선할 수 있다.
플로팅 게이트, 요철, 이온주입영역, 등방성 식각
Description
도 1 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 도시한 소자의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
101 : 반도체 기판 102 : 터널 산화막
103 : 폴리 실리콘막 104 : 식각 정지막
105 : 하드 마스크 106 : 반사 방지막
107 : 포토 마스크 108 : 이온주입영역
109 : 트렌치 110 : 소자 분리막
111 : 유전체막 112 : 콘트롤 게이트
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 인접하는 플로팅 게이트(floating gate) 사이의 간격을 더욱 넓게 형성할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 플래시 메모리 셀(flash memory cell)은 소자 분리 공정으로 쉘 로우 트렌치 아이솔레이션(Shallow Trench Isolation; STI) 공정을 이용하여 구현하고 있다. 그런데 마스크 패터닝(mask patterning)을 이용한 플로팅 게이트의 아이솔레이션(Isolation) 공정 시, 마스크 임계 치수(Critical Dimension; CD)의 변화(variation)에 따라 웨이퍼 균일성(wafer uniformity)이 매우 불량하기 때문에, 균일한 플로팅 게이트 구현이 용이하지 않다. 게다가 커플링비(coupling ratio)의 변화에 따라 메모리 셀의 프로그램 및 소거 페일(fail) 등의 문제가 발생하고 있다. 더욱이, 고집적화되는 설계 특성상 0.15㎛ 이하의 작은 스페이스(space)를 형성하게 되면 마스크 공정이 더욱 어려워진다. 따라서 균일한 플로팅 게이트 구현이 중요한 요소로 작용하는 플래쉬 메모리 셀 제조 공정이 한층 더 어려워지고 있다. 또한 플로팅 게이트가 균일하게 형성되지 않을 경우 커플링비의 차이가 심화되어 메모리 셀의 프로그램 및 소거 시에 과소거(over erase)등의 문제가 발생함으로써 소자 특성에 나쁜 영향을 미치고 있으며, 마스크 공정의 증가로 인해 제품의 수율 저하 및 원가 상승의 원인이 되고 있다.
이에 따라, 0.13㎛ 테크놀로지(technology) 플래쉬 메모리 셀에서는 플로팅 게이트용 마스크 공정 및 식각 공정을 진행하지 않고 자기 정렬 방식(Self Aligned STI; SA-STI)으로 플로팅 게이트를 형성하고 있다. 그러나, 이때에도 인접하는 플로팅 게이트 사이의 스페이스가 감소하여 발생하는 간섭 효과(interference effect)가 커져서 워드 라인(word line)간의 프로그램 전압 분포가 커지는 문제점이 있다.
본 발명은 플로팅 게이트의 표면에 이온주입 영역을 형성하고 상기 이온주입영역에 대해 등방성 식각을 실시한 후 그 하부에 소자 분리막을 형성하여 플로팅 게이트를 형성함으로써, 요철 형태의 플로팅 게이트를 형성하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판상에 터널 산화막, 도전막을 형성하는 단계와, 상기 도전막의 일부에 이온주입 영역을 형성하는 단계와, 상기 이온 주입 영역을 제거하여 리세스를 형성하는 단계와, 상기 리세스 하부의 상기 도전막 및 상기 반도체 기판의 일부를 제거하고 절연막으로 매립하여 소자 분리막을 형성하는 단계 및 전체 구조상에 유전체막과 콘트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 이온 주입 영역은 도즈가 1E12 내지 5E15 ions/cm2 인 비소, 붕소, 인 중 어느 하나의 이온을 주입하여 형성될 수 있다. 상기 이온주입 영역의 두께는 0∼300Å일 수 있다.
상기 제1 식각 공정은 HBr/O2 또는 HBr/Cl2/O2 가스를 이용할 수 있다. 상기 도전막은 폴리 실리콘막을 포함할 수 있다.
상기 도전막 상부에 하드 마스크를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 하드 마스크는 250℃∼600℃의 온도에서 1000Å∼3000Å의 두께로 형성되는 아몰퍼스 카본막으로 형성할 수 있다. 상기 하드 마스크는 옥사이드 또는 옥사이드와 SiON의 적층막으로 형성할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(101) 상부에 터널 산화막(102), 도전막, 식각 정지막(104), 하드 마스크(105), 반사 방지막(106)을 형성한다. 이때 상기 도전막은 플로팅 게이트용 폴리 실리콘막(103)으로 형성할 수 있다. 식각 정지막(104)은 300Å∼500Å 두께의 질화막으로 형성할 수 있다. 하드 마스크(105)는 250℃∼600℃의 온도에서 1000Å∼3000Å의 두께로 형성되는 아몰퍼스 카본(amorphous carbon) 막으로 형성할 수 있다. 하지만 하드 마스크(105)는 옥사이드(oxide) 또는 옥사이드와 SiON의 적층막으로 형성할 수도 있다. 반사 방지막(106)은 300Å∼500Å 두께의 SiON으로 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 반사 방지막(106) 상부에 패터닝된 포토 마스크(107)를 형성한다. 그리고 포토 마스크(107)를 마스크로 하는 식각 공정을 실시하여 반사 방지막(106), 하드 마스크(105) 및 식각 정지막(104)의 일부를 제거하여 패터닝한다. 하드 마스크(105)에 대해 식각 공정을 실시할 때에는 N2/O2, N2/O2 가스를 이용하여 저압에서 실시할 수 있다. 이로써 식각 정지막(104) 하부에 형성된 폴리 실리콘막(103)의 일부가 노출된다. 바람직하게는, 후속하는 공정에서 소자 분리 영역이 형성되는 부분의 폴리 실리콘막(103)이 노출되도록 한다.
도 3을 참조하면, 포토 마스크(107; 도 2 참조)와 반사 방지막(106; 도 2 참조)을 제거한 후, 노출된 폴리 실리콘막(103)의 일부에 대해 이온 주입 공정을 실시한다. 상기 이온주입 공정은 후속하는 공정에서 폴리 실리콘막(103)이 등방성 식각이 될 수 있도록 도즈가 1E12 내지 5E15 ions/cm2 인 비소(As), 붕소(B), 인(P) 중 어느 하나의 이온을 주입하여 실시한다. 이에 따라 폴리 실리콘막(103)의 표면 일부에는 0∼300Å의 두께를 가지는 이온 주입 영역(108)이 형성되어 이온 주입에 의한 손상(damage)이 발생된다.
도 4를 참조하면, 이온 주입 영역(108;도 3 참조)을 포함하는 폴리 실리콘막(103)에 대해 하드 마스크(105)를 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 실시하여 식각 영역을 형성한다. 이때 이온 주입 영역(108)에 발생된 손상으로 인하여, 이온 주입 영역(108)은 이온이 주입되지 않은 폴리 실리콘막(103)에 비해 식각이 빨리 진행된다. 따라서 이온 주입 영역(108)이 형성된 부분은 등방성 식각으로 제거되며, 상기 식각 영역은 하부로 식각이 진행되는 것과 더불어 측면으로 20Å∼50Å 정도 식각이 진행되면서 형성된다. 이로 인하여 플로팅 게이트 간의 간격이 더욱 넓어질 수 있다. 상기 식각 공정은 HBr/O2 또는 HBr/Cl2/O2 가스를 이용할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 식각 영역을 포함하는 폴리 실리콘막(103)에 대해 하드 마스크(105)를 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 더욱 실시하여 터널 산화막(102)과 반도체 기판(101)의 일부를 제거한다. 이로써 상기 식각 영역 하부에 트렌치(109)를 형성한다.
도 6을 참조하면, 하드 마스크(105; 도 5 참조)와 식각 정지막(104; 도 5 참조)를 제거한다. 그리고 트렌치(109; 도 5 참조)에 절연막을 매립하여 소자 분리막(110)을 형성한다. 바람직하게는 상기 절연막은 HDP 산화막으로 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 플로팅 게이트를 포함하는 전체 구조 상부에 유전체막(111)과 콘트롤 게이트(112)를 형성한다. 유전체막(111)은 통상의 ONO(Oxide/Nitride/Oxide) 구조일 수 있다. 유전체막(111)과 콘트롤 게이트(112)는 공지된 종래 기술을 이용하여 형성할 수 있다.
본 발명은 플로팅 게이트의 표면에 이온주입 영역을 형성하고 상기 이온주입영역에 대해 등방성 식각을 실시한 후 그 하부에 소자 분리막을 형성하여 플로팅 게이트를 형성함으로써, 요철 형태의 플로팅 게이트를 형성할 수 있다. 이에 따라 플로팅 게이트 사이의 간격을 충분히 확보할 수 있기 때문에 간섭 효과를 개선할 수 있다.
Claims (8)
- 반도체 기판상에 터널 산화막, 도전막을 형성하는 단계;상기 도전막의 일부에 이온주입 영역을 형성하는 단계;상기 이온주입 영역을 제거하여 리세스를 형성하는 단계;상기 리세스 하부의 상기 도전막 및 상기 반도체 기판의 일부를 제거하고 절연막으로 매립하여 소자 분리막을 형성하는 단계; 및상기 도전막과 상기 소자분리막을 포함하는 전체 구조상에 유전체막과 콘트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 이온 주입 영역은 도즈가 1E12 내지 5E15 ions/cm2 인 비소, 붕소, 인 중 어느 하나의 이온을 주입하여 형성되는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 이온주입 영역의 두께는 0∼300Å인 반도체 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 리세스는 HBr/O2 또는 HBr/Cl2/O2 가스를 이용하는 식각 공정으로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 도전막은 폴리 실리콘막을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 도전막 상부에 하드 마스크를 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 하드 마스크는 250℃∼600℃의 온도에서 1000Å∼3000Å의 두께로 형성되는 아몰퍼스 카본막으로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 하드 마스크는 옥사이드 또는 옥사이드와 SiON의 적층막으로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
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2006
- 2006-10-31 KR KR1020060106604A patent/KR20080038994A/ko not_active Application Discontinuation
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