KR20080054109A - Semiconductor device and method of forming the same - Google Patents

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KR20080054109A
KR20080054109A KR1020060126270A KR20060126270A KR20080054109A KR 20080054109 A KR20080054109 A KR 20080054109A KR 1020060126270 A KR1020060126270 A KR 1020060126270A KR 20060126270 A KR20060126270 A KR 20060126270A KR 20080054109 A KR20080054109 A KR 20080054109A
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최병용
박규찬
이충호
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삼성전자주식회사
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Abstract

A semiconductor device and a method for forming the same are provided to improve a coupling ratio by increasing a contact area between a dielectric layer and a polysilicon pattern. An active pattern has a first line width. A tunnel insulating layer pattern(108) is formed on the active pattern. The tunnel insulating layer pattern has a second line width wider than the first line width. A polysilicon pattern(118) is formed on the tunnel insulating layer pattern. The polysilicon pattern includes an upper part having the second line width and a lower part having a third line width smaller than the second line width. A plurality of spacers(114) are formed at the tunnel oxide layer pattern and a lower sidewall of the polysilicon pattern. A plurality of isolation patterns(126) are formed to define the active patterns.

Description

반도체 소자 및 이를 형성하는 방법{Semiconductor device and method of forming the same}Semiconductor device and method of forming the same

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 9는 도 1에 도시된 반도체 소자를 형성하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들이다.2 through 9 are schematic cross-sectional views illustrating a method of forming the semiconductor device illustrated in FIG. 1.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 반도체 기판 108 : 터널 절연막 패턴100 semiconductor substrate 108 tunnel insulating film pattern

114 : 스페이서 118 : 폴리실리콘 패턴114: spacer 118: polysilicon pattern

126 : 소자 분리 패턴 128 : 유전막126: device isolation pattern 128: dielectric film

130 : 컨트롤 게이트130: control gate

본 발명은 반도체 소자 및 이를 형성하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플로팅 게이트를 포함하는 불 휘발성 메모리 장치 및 이를 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a method of forming the same. More particularly, the present invention relates to a nonvolatile memory device including a floating gate and a method of forming the same.

불 휘발성 메모리 장치는 디지털 데이터를 전원이 없는 상태에서도 반영구적으로 보존이 가능하며 전기적으로 쓰고 지우기가 모두 가능한 장점을 지니고 있다. 때문에 휴대용 전자 제품의 데이터 저장용으로 널리 사용되고 있다. 더구나, 최근에는 응용 분야가 디지털, MP3 플레이어, 휴대 전화의 메모리 등으로 확대되고 있다.Nonvolatile memory devices have the advantage of being able to preserve digital data semi-permanently even in the absence of power, and both write and erase electrically. Therefore, it is widely used for data storage of portable electronic products. Moreover, in recent years, application fields have been expanded to digital, MP3 players, mobile phone memories and the like.

상기 불 휘발성 메모리 장치의 메모리 셀의 게이트는 터널 산화막 패턴, 플로팅 게이트, 유전막 및 컨트롤 게이트가 적층된 구조를 갖는다.The gate of the memory cell of the nonvolatile memory device has a structure in which a tunnel oxide layer pattern, a floating gate, a dielectric layer, and a control gate are stacked.

상기 메모리 셀의 디자인 룰이 더 작아짐에 따라, 상기 게이트들 사이의 폭이 좁아짐에 따라 인접한 게이트들 사이의 상호 간섭(interference)이 증가하게 된다. 상기 게이트들 사이의 상호 간섭이 발생되면, 상기 게이트들을 포함하는 불 휘발성 메모리 소자의 신뢰성이 저하되게 된다.As the design rule of the memory cell becomes smaller, the interference between adjacent gates increases as the width between the gates decreases. When mutual interference between the gates occurs, the reliability of the nonvolatile memory device including the gates is degraded.

또한, 상기 메모리 셀의 디자인 룰이 작아지고, 상기 메모리 셀의 플로팅 게이트 및 유전막이 적층된 구조를 가짐으로써, 상기 플로팅 게이트 및 유전막의 접촉 면적이 감소된다. 상기와 같이 유전막이 차지하는 면적의 감소는 커플링 비(coupling ratio)의 감소를 초래하게 된다.In addition, the design rule of the memory cell is reduced, and the floating gate and the dielectric film of the memory cell are stacked to reduce the contact area between the floating gate and the dielectric film. As described above, the reduction of the area occupied by the dielectric film causes a reduction in the coupling ratio.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 게이트들 사이의 상호 간섭을 감소시키고, 커플링 비가 증가된 반도체 소자를 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a semiconductor device to reduce the mutual interference between the gates, the coupling ratio is increased.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상기 반도체 소자를 형성하는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention for solving the above problems is to provide a method of forming the semiconductor device.

상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 반도체 소자는, 제1 선폭을 갖는 액티브 패턴과, 상기 액티브 패턴 상에 구비되고 상기 제1 선폭보다 넓은 제2 선폭을 갖는 터널 절연막 패턴과, 상기 터널 절연막 패턴 상에 제2 선폭을 갖는 하부와 상기 제2 선폭보다 작은 제3 선폭을 갖는 상부를 포함하는 폴리실리콘 패턴을 포함한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a semiconductor device, an active pattern having a first line width, and a tunnel insulating film pattern provided on the active pattern and having a second line width wider than the first line width; And a polysilicon pattern including a lower portion having a second line width and an upper portion having a third line width smaller than the second line width on the tunnel insulating layer pattern.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반도체 소자는, 상기 터널 산화막 패턴 및 상기 폴리실리콘 패턴의 하부 측벽에 구비되는 스페이서들과, 상기 액티브 패턴들을 한정하는 소자 분리 패턴들을 더 포함할 수 있다. 상기 스페이서들은 산화물을 포함할 수 있다.In example embodiments, the semiconductor device may further include spacers disposed on lower sidewalls of the tunnel oxide layer pattern and the polysilicon pattern, and device isolation patterns defining the active patterns. The spacers may include oxides.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 폴리실리콘 패턴의 하부의 측벽은 곡면을 가질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the lower sidewall of the polysilicon pattern may have a curved surface.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 제1 선폭을 갖는 터널 산화막 패턴을 형성한다. 상기 터널 산화막 패턴 상에 상기 제1 선폭을 갖는 하부와, 상기 제1 선폭보다 작은 제2 선폭을 갖는 상부를 포함하는 폴리실리콘 패턴을 형성한다. 상기 터널 산화막 패턴 하부에 상기 제1 선폭보다 작은 제3 선폭을 갖는 액티브 패턴을 형성한다.According to another aspect of the present invention for achieving the above another object, in the method of manufacturing a semiconductor device, a tunnel oxide film pattern having a first line width is formed on a substrate. A polysilicon pattern is formed on the tunnel oxide layer pattern including a lower portion having the first line width and an upper portion having a second line width smaller than the first line width. An active pattern having a third line width smaller than the first line width is formed under the tunnel oxide layer pattern.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 터널 산화막 패턴을 형성한 후, 상기 터널 산화막 패턴 상에 상기 제1 선폭을 갖는 예비 폴리실리콘 패턴 및 마스크 패 턴을 더 형성하고, 상기 예비 폴리실리콘 패턴 및 마스크 패턴 측벽에 스페이서들을 더 형성하며, 상기 마스크 패턴 및 스페이서들을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 식각하여 트렌치를 더 형성할 수 있다. 상기 트렌치를 형성하는 동안 상기 스페이서들의 상부 일부가 제거되어, 상기 예비 폴리실리콘 패턴의 하부와 상기 터널 절연막 패턴의 측벽을 커버할 수 있다. 또한, 상기 폴리실리콘 패턴이 형성되는 동안 상기 트렌치 내측 일부가 제거될 수 있다. 상기 반도체 소자의 형성 방법은, 상기 트렌치를 매립하는 소자 분리 패턴을 더 형성할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, after the tunnel oxide layer pattern is formed, a preliminary polysilicon pattern and a mask pattern having the first line width are further formed on the tunnel oxide layer pattern, and the preliminary polysilicon pattern and the mask Spacers may be further formed on the pattern sidewalls, and the trench may be further formed by etching the substrate using the mask pattern and the spacers as an etch mask. A portion of the upper portion of the spacers may be removed to form the trench to cover a lower portion of the preliminary polysilicon pattern and a sidewall of the tunnel insulation pattern. In addition, a portion of the inside of the trench may be removed while the polysilicon pattern is formed. In the method of forming the semiconductor device, an isolation pattern for filling the trench may be further formed.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 폴리실리콘 패턴이 상부가 하부보다 작은 선폭을 가지며, 상기 하부 측벽에 스페이서들이 구비되어, 인접한 폴리실리콘 패턴들 사이의 상호 간섭을 억제할 수 있다. 또한, 상기 구조의 폴리실리콘 패턴과 접하는 유전막의 면적이 증가하여 커플링 비가 증가될 수 있다.According to the present invention as described above, the upper portion of the polysilicon pattern has a line width smaller than the lower portion, spacers are provided on the lower sidewall, it is possible to suppress mutual interference between adjacent polysilicon patterns. In addition, the area of the dielectric layer in contact with the polysilicon pattern of the structure may be increased to increase the coupling ratio.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 막, 영역, 패드 또는 패턴들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들이 기판, 각 막, 영역 또는 패드들의 "상에", "상부에" 또는 "상부면"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들이 직접 기판, 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 막, 다른 영역, 다른 패드 또는 다른 패턴들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 각 막, 영역, 패드, 부위 또는 패턴들이 "제1", "제2", "제3" 및/또는 "예비"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 막, 영역, 패드, 부위 또는 패턴들을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1", "제2", "제3" 및/또는 "예비"는 각 막, 영역, 패드, 부위 또는 패턴들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments, and those skilled in the art will appreciate the technical spirit of the present invention. The present invention may be embodied in various other forms without departing from the scope of the present invention. In the accompanying drawings, the dimensions of the substrate, film, region, pad or patterns are shown to be larger than the actual for clarity of the invention. In the present invention, when each film, region, pad or pattern is referred to as being formed "on", "upper" or "top surface" of a substrate, each film, region or pad, each film, region, Meaning that the pad or patterns are formed directly on the substrate, each film, region, pad or patterns, or another film, another region, another pad or other patterns may be additionally formed on the substrate. In addition, where each film, region, pad, region or pattern is referred to as "first," "second," "third," and / or "preliminary," it is not intended to limit these members, but only the cornea, To distinguish between areas, pads, regions or patterns. Thus, "first", "second", "third" and / or "preparation" may be used selectively or interchangeably for each film, region, pad, site or pattern, respectively.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 반도체 소자는, 제1 선폭을 갖는 액티브 패턴과, 상기 액티브 패턴을 한정하는 소자 분리 패턴(126)들과, 상기 액티브 패턴 상에 구비된 터널 절연막 패턴(108)과, 상기 터널 절연막 패턴(108) 상에 구비된 폴리실리콘 패턴(118)과, 상기 터널 절연막 패턴(108) 및 폴리실리콘 패턴(118)의 일부에 구비되는 스페이서(114)들을 포함한다. 또한, 상기 반도체 소자가 불 휘발성 메모리 소자일 경우, 상기 폴리실리콘 패턴(118) 상에 유전막(128) 및 컨트롤 게이트(130)가 더 구비될 수 있다.Referring to FIG. 1, a semiconductor device includes an active pattern having a first line width, device isolation patterns 126 defining the active pattern, a tunnel insulation pattern 108 provided on the active pattern, The polysilicon pattern 118 provided on the tunnel insulation layer pattern 108 and the spacers 114 provided on a portion of the tunnel insulation layer pattern 108 and the polysilicon pattern 118 are included. In addition, when the semiconductor device is a nonvolatile memory device, a dielectric layer 128 and a control gate 130 may be further provided on the polysilicon pattern 118.

기판(100)은 실리콘(Si)을 포함하는 반도체 기판(100)을 사용한다. 상기 반 도체 기판(100)에는 불순물이 도핑되어 있을 수 있다. 예컨대, 상기 반도체 기판(100)은 P형 불순물로 도핑될 수 있다.The substrate 100 uses a semiconductor substrate 100 containing silicon (Si). The semiconductor substrate 100 may be doped with impurities. For example, the semiconductor substrate 100 may be doped with P-type impurities.

상기 기판(100)은 액티브 패턴들 및 소자 분리 패턴(126)들을 포함한다. 상기 액티브 패턴들은 상기 소자 분리 패턴(126)들에 의해 한정된다. 상기 액티브 패턴의 상부는 제1 선폭을 갖는다.The substrate 100 includes active patterns and device isolation patterns 126. The active patterns are defined by the device isolation patterns 126. An upper portion of the active pattern has a first line width.

소자 분리 패턴(126)은 상기 기판(100) 내부로부터 상기 기판(100) 표면으로 연장되며, 상기 기판(100) 표면보다 돌출될 수 있다. 상기 소자 분리 패턴(126)은 산화물을 포함하며, 예컨대 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.The device isolation pattern 126 may extend from the inside of the substrate 100 to the surface of the substrate 100 and protrude more than the surface of the substrate 100. The device isolation pattern 126 may include an oxide, for example, silicon oxide.

터널 절연막 패턴(108)은 상기 액티브 패턴 상에 구비된다. 상기 터널 절연막 패턴(108)은 상기 제1 선폭보다 넓은 제2 선폭을 갖는다. 상기 터널 절연막 패턴(108)은 산화물을 포함하며, 예컨대 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.The tunnel insulating layer pattern 108 is provided on the active pattern. The tunnel insulation layer pattern 108 has a second line width wider than the first line width. The tunnel insulation layer pattern 108 may include an oxide, for example, silicon oxide.

폴리실리콘 패턴(118)은 상기 터널 절연막 패턴(108) 상에 구비된다. 상기 폴리실리콘 패턴(118)은 상기 제2 선폭을 갖는 하부와, 상기 제2 선폭보다 작은 제3 선폭을 갖는 상부를 포함한다. 상기 폴리실리콘 패턴(118)에는 불순물이 도핑될 수 있다.The polysilicon pattern 118 is provided on the tunnel insulating layer pattern 108. The polysilicon pattern 118 includes a lower portion having the second line width and an upper portion having a third line width smaller than the second line width. The polysilicon pattern 118 may be doped with impurities.

한편, 상기 폴리실리콘 패턴(118)의 상부 측벽은 수직면 또는 곡면을 가질 수 있다.Meanwhile, the upper sidewall of the polysilicon pattern 118 may have a vertical surface or a curved surface.

상기 폴리실리콘 패턴(118)은 불 휘발성 메모리 소자의 플로팅 게이트로 기능할 수 있다. 따라서, 상기와 같이 폴리실리콘 패턴(118)의 상부의 선폭이 하부의 선폭보다 작아 인접하는 플로팅 게이트들 사이의 상호 간섭을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기와 같은 폴리실리콘 패턴(118)의 상부 구조에 의해 유전막(128)과 접하는 면적이 증가하여, 불 휘발성 메모리 소자의 커플링 비가 증가하게 된다.The polysilicon pattern 118 may function as a floating gate of the nonvolatile memory device. Therefore, as described above, the line width of the upper portion of the polysilicon pattern 118 is smaller than the line width of the lower portion, thereby reducing mutual interference between adjacent floating gates. In addition, the area in contact with the dielectric layer 128 is increased by the upper structure of the polysilicon pattern 118 as described above, thereby increasing the coupling ratio of the nonvolatile memory device.

스페이서(114)들은 상기 터널 절연막 패턴(108) 및 폴리실리콘 패턴(118)의 하부 측벽에 구비된다. 상기 스페이서(114)들은 산화물을 포함하며, 예컨대 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.Spacers 114 are provided on the lower sidewalls of the tunnel insulation pattern 108 and the polysilicon pattern 118. The spacers 114 may include an oxide, for example, silicon oxide.

상기 스페이서(114)들이 상기 폴리실리콘 패턴(118) 하부 측벽에 구비됨으로써, 인접하는 폴리실리콘 패턴(118)들 사이의 상호 간섭을 억제할 수 있다.Since the spacers 114 are provided on the lower sidewall of the polysilicon pattern 118, mutual interference between adjacent polysilicon patterns 118 may be suppressed.

이때, 도시된 바와 같이 상기 스페이서(114)들은 상기 소자 분리 패턴(126)들에 의해 커버될 수 있다. 따라서, 상기 소자 분리 패턴(126)들의 상부는 스페이서(114)들 및 터널 절연막 패턴(108)의 외측 프로파일과 대응되는 형상이며, 상기 소자 분리 패턴(126)들의 하부는 상기 액티브 패턴들을 한정하며 하부로 갈수록 선폭이 작아지는 형상을 갖는다.In this case, as illustrated, the spacers 114 may be covered by the device isolation patterns 126. Thus, an upper portion of the device isolation patterns 126 may have a shape corresponding to an outer profile of the spacers 114 and the tunnel insulation layer pattern 108, and a lower portion of the device isolation patterns 126 may define the active patterns. The line width becomes smaller as.

유전막(128)은 상기 폴리실리콘 패턴(118) 상에 구비된다. 이때, 상기 유전막(128) 하부에 구비되는 폴리실리콘 패턴(118)은 상기 유전막(128)에 의해 고립된다. 그리고, 상기 폴리실리콘 패턴(118)의 하부는 사각 형상을 가지며, 상기 유전막(128)은 일 방향으로 연장하며 구비된다.The dielectric layer 128 is provided on the polysilicon pattern 118. In this case, the polysilicon pattern 118 provided under the dielectric layer 128 is isolated by the dielectric layer 128. The lower portion of the polysilicon pattern 118 has a rectangular shape, and the dielectric layer 128 extends in one direction.

상기 유전막(128)은 상기 폴리실리콘 패턴(118)의 상부의 외측벽과 상기 폴리실리콘 패턴(118)의 하부의 표면 및 측면을 따라 형성됨으로써, 보다 넓게 상기 폴리실리콘 패턴(118)과 접하며 구비될 수 있다. 이로써, 커플링 비가 증가하게 된다.The dielectric layer 128 may be formed along the outer wall of the upper portion of the polysilicon pattern 118 and the surface and the side surface of the lower portion of the polysilicon pattern 118 so that the dielectric layer 128 may be in contact with the polysilicon pattern 118 more widely. have. As a result, the coupling ratio is increased.

상기 유전막(128)의 예로서는, 실리콘 산화막, 산화물/질화물/산화물(oxide/nitride/oxide; ONO)로 이루어진 복합 유전막 또는 고유전율 물질막을 등을 수 있다. 상기 고유전율 물질막은 Y2O3, HfO2, ZrO2, Nb2O5, BaTiO3, SrTiO3 등을 포함할 수 있다.Examples of the dielectric film 128 may include a silicon oxide film, a composite dielectric film made of oxide / nitride / oxide (ONO), or a high dielectric constant material film. The high dielectric constant material film may include Y 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , BaTiO 3 , SrTiO 3 , and the like.

컨트롤 게이트(130)는 상기 유전막(128) 상에 구비된다. 또한, 상기 컨트롤 게이트(130)는 상기 유전막(128)과 동일한 방향으로 연장하며 구비된다. 상기 컨트롤 게이트(130)는 폴리실리콘, 금속 또는 금속 질화물을 포함할 수 있다.The control gate 130 is provided on the dielectric layer 128. In addition, the control gate 130 extends in the same direction as the dielectric layer 128. The control gate 130 may include polysilicon, metal or metal nitride.

이하에서는, 상기 설명된 반도체 소자를 형성하는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of forming the semiconductor device described above will be described in detail.

도 2 내지 도 9는 도 1에 도시된 반도체 소자의 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.2 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of forming the semiconductor device illustrated in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 터널 절연막(102), 폴리실리콘막(104) 및 마스크막(도시되지 않음)을 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 2, a tunnel insulating film 102, a polysilicon film 104, and a mask film (not shown) are sequentially formed on the semiconductor substrate 100.

상기 반도체 기판(100)을 실리콘을 포함하며, 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.The semiconductor substrate 100 may include silicon and may be doped with impurities.

상기 반도체 기판(100) 상에 열 산화(thermal oxidation) 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 공정을 수행하여 터널 절연막(102)을 형성할 수 있다. 상기 터널 절연막(102)은 산화물을 포함할 수 있으며, 예컨대 실리콘 산 화물을 포함할 수 있다.The tunnel insulating layer 102 may be formed by performing a thermal oxidation or chemical vapor deposition (CVD) process on the semiconductor substrate 100. The tunnel insulating layer 102 may include an oxide, for example, may include silicon oxide.

상기 터널 절연막(102) 상에 화학 기상 증착 공정을 수행하여 폴리실리콘막(104)을 형성한다. 상기 폴리실리콘막(104)은 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.A chemical vapor deposition process is performed on the tunnel insulating layer 102 to form a polysilicon layer 104. The polysilicon layer 104 may be doped with impurities.

상기 폴리실리콘막(104) 상에 마스크막을 형성하며, 상기 마스크막은 질화물을 포함하며 예컨대 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.A mask film is formed on the polysilicon film 104, and the mask film may include nitride, and for example, silicon nitride.

상기 마스크막 상에 상기 마스크막을 부분적으로 노출시키는 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 마스크막을 식각하여 마스크 패턴(106)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(106)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴은 에싱(ashing) 또는 스트립(strip) 공정으로 제거할 수 있다.A photoresist pattern (not shown) is formed on the mask film to partially expose the mask film. The mask layer is etched using the photoresist pattern as an etching mask to form a mask pattern 106. After the mask pattern 106 is formed, the photoresist pattern may be removed by an ashing or strip process.

도 3을 참조하면, 상기 마스크 패턴(106)을 식각 마스크로 사용하여 상기 폴리실리콘막(104) 및 터널 절연막(102)을 순차적으로 식각하여 예비 폴리실리콘 패턴(110) 및 터널 절연막 패턴(108)을 형성한다.Referring to FIG. 3, the polysilicon layer 104 and the tunnel insulation layer 102 are sequentially etched using the mask pattern 106 as an etch mask to form the preliminary polysilicon pattern 110 and the tunnel insulation layer pattern 108. To form.

상기 터널 절연막 패턴(108)은 제1 선폭을 가지며, 상기 예비 폴리실리콘 패턴(110)도 상기 터널 절연막 패턴(108)과 동일한 제1 선폭을 갖는다.The tunnel insulation pattern 108 has a first line width, and the preliminary polysilicon pattern 110 also has a first line width that is the same as that of the tunnel insulation pattern 108.

상기 식각 공정은 이방성 식각 공정이며, 예컨대 플라즈마 건식 식각 공정일 수 있다. 상세하게 도시되어 있지는 않지만, 상기 마스크 패턴(106)은 상기 이방성 식각 공정의 특성 상, 상부의 선폭이 하부의 선폭보다 작을 수 있으며, 상기 하부의 선폭은 상기 터널 절연막 패턴(108)과 동일한 제1 선폭을 가질 수 있다.The etching process is an anisotropic etching process, for example, may be a plasma dry etching process. Although not shown in detail, the mask pattern 106 may have an upper line width smaller than a lower line width due to the characteristics of the anisotropic etching process, and the lower line width may be the same as that of the tunnel insulation pattern 108. It can have a line width.

도 4를 참조하면, 상기 마스크 패턴(106), 예비 폴리실리콘 패턴(110) 및 터 널 절연막 패턴(108)의 측벽에 예비 스페이서(112)들을 형성한다.Referring to FIG. 4, preliminary spacers 112 are formed on sidewalls of the mask pattern 106, the preliminary polysilicon pattern 110, and the tunnel insulating layer pattern 108.

보다 상세하게 설명하면, 상기 마스크 패턴(106)의 상부면과 측면, 예비 폴리실리콘 패턴(110)의 측면, 터널 절연막 패턴(108)의 측면, 기판(100)의 표면을 따라 연속적으로 박막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 박막은 산화물을 포함할 수 있으며, 예컨대, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.In more detail, the thin film is continuously formed along the top and side surfaces of the mask pattern 106, the side surfaces of the preliminary polysilicon pattern 110, the side surfaces of the tunnel insulating film pattern 108, and the surface of the substrate 100. Not formed). The thin film may include an oxide, for example, may include silicon oxide.

이어서, 상기 박막에 대하여 전면 이방성 식각 공정을 수행하여 상기 마스크 패턴(106)의 표면이 노출될 때까지 식각한다. 상기 마스크 패턴(106) 표면상에 형성된 박막이 제거되는 동안 상기 기판(100) 상에 형성된 박막도 함께 제거되고, 상기 마스크 패턴(106), 예비 폴리실리콘 패턴(110) 및 터널 절연막 패턴(108) 측면에 형성된 박막은 거의 식각되지 않는다.Subsequently, an entire anisotropic etching process is performed on the thin film until the surface of the mask pattern 106 is exposed. While the thin film formed on the surface of the mask pattern 106 is removed, the thin film formed on the substrate 100 is also removed, and the mask pattern 106, the preliminary polysilicon pattern 110, and the tunnel insulation pattern 108 are removed. The thin film formed on the side is hardly etched.

이로써, 상기 마스크 패턴(106), 예비 폴리실리콘 패턴(110) 및 터널 절연막 패턴(108) 측면에 예비 스페이서(112)들일 형성될 수 있다.Accordingly, preliminary spacers 112 may be formed on side surfaces of the mask pattern 106, the preliminary polysilicon pattern 110, and the tunnel insulating layer pattern 108.

도 5를 참조하면, 상기 예비 스페이서(112)들 및 노출된 기판(100)을 식각하여 스페이서(114)들 및 예비 트렌치(116)를 형성한다.Referring to FIG. 5, the preliminary spacers 112 and the exposed substrate 100 are etched to form the spacers 114 and the preliminary trench 116.

상기 스페이서(114)들은 상기 예비 폴리실리콘 패턴(110)의 하부 측벽에 형성되며, 상기 예비 트렌치(116)는 상기 예비 스페이서(112)들의 측벽 프로파일을 따라 하방으로 연장하며 형성된다.The spacers 114 are formed on the lower sidewall of the preliminary polysilicon pattern 110, and the preliminary trench 116 extends downward along the sidewall profile of the preliminary spacers 112.

보다 상세하게 설명하면, 상기 예비 스페이서(112)들 및 마스크 패턴(106)을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판(100)을 식각하여 예비 트렌치(116)를 형성한다. 이때, 상기 식각 공정으로 전면 이방성 식각 공정을 사용하며, 예컨대 플라즈마 식 각 공정을 들 수 있다. 상기 식각 공정을 수행하는 동안 상기 예비 스페이서(112)들의 상부 및 측면 일부가 함께 식각되며, 상기 마스크 패턴(106)의 상부면도 일부 식각될 수 있다.In more detail, the preliminary trench 116 is formed by etching the substrate 100 using the preliminary spacers 112 and the mask pattern 106 as an etch mask. In this case, a full anisotropic etching process is used as the etching process, for example, a plasma etching process. During the etching process, the upper and side portions of the preliminary spacers 112 may be etched together, and the upper surface of the mask pattern 106 may be partially etched.

이어서, 상기 예비 스페이서(112)들의 상부 일부를 식각하여 스페이서(114)들로 형성하기 위하여 식각 공정을 수행한다. 상기 식각 공정은 등방성 식각 공정으로써 예컨대 습식 식각을 들 수 있다.Subsequently, an etching process is performed to etch upper portions of the preliminary spacers 112 to form spacers 114. The etching process may be, for example, wet etching as an isotropic etching process.

상기와 같은 식각 공정들로 인하여 예비 폴리실리콘 패턴(110) 하부에 스페이서(114)들을 형성하고, 상기 기판(100)에 예비 트렌치(116)를 형성할 수 있다.Due to the etching process, spacers 114 may be formed under the preliminary polysilicon pattern 110, and preliminary trenches 116 may be formed on the substrate 100.

도 6을 참조하면, 상기 스페이서(114)들에 의해 노출된 예비 폴리실리콘 패턴(110)의 상부 및 상기 예비 트렌치(116)를 식각하여 폴리실리콘 패턴(118) 및 트렌치(120)를 형성한다.Referring to FIG. 6, the upper portion of the preliminary polysilicon pattern 110 exposed by the spacers 114 and the preliminary trench 116 are etched to form a polysilicon pattern 118 and a trench 120.

상기 폴리실리콘 패턴(118)은 상기 제1 선폭을 갖는 하부와, 상기 제1 선폭보다 작은 제2 선폭을 갖는 상부를 포함한다. 상기 트렌치(120)는 상기 예비 트렌치(116)보다 크며, 상기 터널 절연막 패턴(108)의 측벽 및 하부의 일부를 노출시킨다.The polysilicon pattern 118 includes a lower portion having the first line width and an upper portion having a second line width smaller than the first line width. The trench 120 is larger than the preliminary trench 116 and exposes a portion of the sidewall and the bottom of the tunnel insulating layer pattern 108.

보다 상세하게 설명하면, 상기 스페이서(114)들 및 마스크 패턴(106)에 의해 노출된 폴리실리콘 패턴(118)의 상부를 식각한다. 상기 식각 공정은 식각 용액을 이용하는 습식 식각을 사용한다. 상기 식각 용액은 실리콘에 대하여 식각률이 매우 높다.In more detail, the upper portion of the polysilicon pattern 118 exposed by the spacers 114 and the mask pattern 106 is etched. The etching process uses wet etching using an etching solution. The etching solution has a very high etching rate for silicon.

상기 노출된 폴리실리콘 패턴(118)을 식각하는 동안, 상기 예비 트렌치(116) 내측벽도 함께 식각된다. 이는 상기 예비 트렌치(116)는 실리콘을 포함하며, 상기 식각 용액에 의해 상기 예비 트렌치(116)의 내측벽이 식각된다. 이로서, 상기 예비 트렌치(116)보다 큰 트렌치(120)가 형성된다.While etching the exposed polysilicon pattern 118, an inner wall of the preliminary trench 116 is also etched. This is because the preliminary trench 116 includes silicon, and the inner wall of the preliminary trench 116 is etched by the etching solution. As a result, a trench 120 larger than the preliminary trench 116 is formed.

상기 식각 공정으로 인하여 상기 터널 절연막 패턴(108) 상에 제1 선폭을 갖는 하부와 제1 선폭보다 작은 제2 선폭을 갖는 상부를 포함하는 폴리실리콘 패턴(118)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 폴리실리콘 패턴(118)의 하부에는 스페이서(114)들이 형성되어 있다. 상기와 같은 폴리실리콘 패턴(118)은 불 휘발성 메모리 소자에서 플로팅 게이트로 기능할 수 있다. 상기 폴리실리콘 패턴(118)이 플로팅 게이트로 기능하게 되면, 상기 폴리실리콘 패턴(118)의 구조로 인하여 인접한 폴리실리콘 패턴(118)들 사이의 상호 간섭을 억제할 수 있다. 보다 상세하게, 상기 폴리실리콘 패턴(118)들의 상부는 좁은 선폭을 가짐으로서 인접한 폴리실리콘 패턴(118)들 사이의 이격 거리가 증가하게 된다. 그리고, 상기 폴리실리콘 패턴(118)들의 하부는 상부에 비해 넓은 선폭을 가지지만 스페이서(114)들에 의해 인접한 폴리실리콘 패턴(118)들 사이의 상호 간섭을 억제할 수 있다.Due to the etching process, a polysilicon pattern 118 including a lower portion having a first line width and an upper portion having a second line width smaller than the first line width may be formed on the tunnel insulating layer pattern 108. In addition, spacers 114 are formed under the polysilicon pattern 118. The polysilicon pattern 118 as described above may function as a floating gate in the nonvolatile memory device. When the polysilicon pattern 118 functions as a floating gate, mutual interference between adjacent polysilicon patterns 118 may be suppressed due to the structure of the polysilicon pattern 118. More specifically, the upper portion of the polysilicon patterns 118 has a narrow line width, thereby increasing the separation distance between adjacent polysilicon patterns 118. The lower portions of the polysilicon patterns 118 have a wider line width than the upper portions, but may suppress mutual interference between adjacent polysilicon patterns 118 by the spacers 114.

도 7을 참조하면, 상기 마스크 패턴(106) 상에 상기 트렌치(120)를 매립하는 소자 분리막(122)을 형성한다. 상기 소자 분리막(122)은 산화물을 포함할 수 있으며, 상기 산화물로는 갭 매립 특성이 우수한 USG, O3-TEOS USG 또는 HDP 산화물 등을 들 수 있다.Referring to FIG. 7, an isolation layer 122 may be formed on the mask pattern 106 to fill the trench 120. The device isolation layer 122 may include an oxide, and the oxide may include USG, O 3 -TEOS USG, or HDP oxide having excellent gap filling properties.

바람직하게는, SiH4, O2 및 Ar 가스를 플라즈마 소스로 이용하여 고밀도 플 라즈마를 발생시킴으로써 고밀도 플라즈마 산화막을 형성한다. 이때, 트렌치(120)의 내부의 균열이나 보이드가 생성되지 않도록 고밀도 플라즈마 산화막의 갭 매립 능력을 향상시켜 트렌치(120)를 매립한다.Preferably, a high density plasma oxide film is formed by generating high density plasma using SiH 4 , O 2 and Ar gases as plasma sources. At this time, the trench 120 is embedded by improving the gap filling capability of the high density plasma oxide film so that cracks or voids inside the trench 120 are not generated.

이어서, 상기 마스크 패턴(106)의 상부면이 노출되도록 에치백(etch back) 또는 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 공정으로 상기 소자 분리막(122)의 상부면을 제거한다.Subsequently, the top surface of the device isolation layer 122 is removed by an etch back or chemical mechanical polishing process so that the top surface of the mask pattern 106 is exposed.

도 8을 참조하면, 상기 마스크 패턴(106)의 측벽이 노출되도록 상기 소자 분리막(122)을 제거하여 소자 분리 패턴(126)을 형성한다.Referring to FIG. 8, the device isolation layer 122 is removed to expose the sidewall of the mask pattern 106 to form a device isolation pattern 126.

상기 소자 분리막(122)은 습식 식각 또는 건식 식각에 의해 일부 제거될 수 있다.The device isolation layer 122 may be partially removed by wet etching or dry etching.

도 9를 참조하면, 상기 폴리실리콘 패턴(118)의 상부면이 노출되도록 마스크 패턴(106)을 제거한다. 상기 마스크 패턴(106)은 습식 식각 또는 건식 식각에 의해 제거될 수 있다.Referring to FIG. 9, the mask pattern 106 is removed to expose the top surface of the polysilicon pattern 118. The mask pattern 106 may be removed by wet etching or dry etching.

이때, 상기 마스크 패턴(106)이 제거되는 동안 상기 소자 분리 패턴(126)의 상부 일부가 제거될 수 있다.In this case, the upper portion of the device isolation pattern 126 may be removed while the mask pattern 106 is removed.

이렇게 형성된 소자 분리 패턴(126)에 의해 기판(100)이 액티브 영역 및 필드 영역이 구비된다. 즉, 상기 소자 분리 패턴(126)이 필드 영역이 되고, 액티브 영역은 상기 필드 영역에 의해 한정된다. 상기 액티브 영역의 선폭은 상기 터널 절연막 패턴(108)의 제1 선폭보다 작은 제3 선폭을 갖게 된다.The substrate isolation layer is provided with an active region and a field region by the device isolation pattern 126 formed as described above. That is, the device isolation pattern 126 becomes a field region, and an active region is defined by the field region. The line width of the active region has a third line width smaller than the first line width of the tunnel insulation pattern 108.

다시 도 1을 참조하면, 상기 소자 분리 패턴(126) 및 폴리실리콘 패턴(118) 상에 유전막(128)을 연속적으로 형성한다.Referring back to FIG. 1, a dielectric film 128 is continuously formed on the device isolation pattern 126 and the polysilicon pattern 118.

상기 유전막(128)은 상기 폴리실리콘 패턴(118)의 상부의 측면 상부면 및 하부의 상부면 상에 연속적으로 형성됨으로써, 폴리실리콘 패턴(118)과 상기 유전막(128) 사이의 접촉 면적을 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 유전막(128)의 커플링 비가 향상될 수 있다.The dielectric layer 128 is continuously formed on the upper surface of the side and the upper side of the upper portion of the polysilicon pattern 118, thereby improving the contact area between the polysilicon pattern 118 and the dielectric layer 128. Can be. Thus, the coupling ratio of the dielectric layer 128 may be improved.

상기 유전막(128)은 폴리실리콘 패턴(118)과 이후에 형성되는 컨트롤 게이트(130)를 절연시키는 기능을 한다. 상기 유전막(128)의 예로서는 산화막/질화막/산화막으로 이루어진 복합 유전막(128) 또는 고유전율 물질로 이루어진 고유전율 물질막 등을 들 수 있다.The dielectric layer 128 insulates the polysilicon pattern 118 from the control gate 130 formed thereafter. Examples of the dielectric film 128 include a composite dielectric film 128 formed of an oxide film / nitride film / oxide film, or a high dielectric material film made of a high dielectric constant material.

상기 복합 유전막은 LPCVD 공정에 의해 형성될 수 있으며, 상기 고유전율 물질막은 Y2O3, HfO2, ZrO2, Nb2O5, BaTiO3, SrTiO3 등으로 이루어질 수 있으며, 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 공정 또는 화학 기상 증착 공정에 의해 형성될 수 있다.The composite dielectric film may be formed by an LPCVD process, and the high-k material film may be formed of Y 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , BaTiO 3 , SrTiO 3 , and the like, and may be atomic layer deposited. It may be formed by a layer deposition (ALD) process or a chemical vapor deposition process.

이어서, 상기 유전막(128) 상에 컨트롤 게이트용 도전막을 형성한다. 상기 도전막은 불순물이 도핑된 폴리실리콘막(104) 상에 텅스텐 실리사이드(WSix), 티타늄 실리사이드(TiSix), 코발트 실리사이드(CoSix), 탄탈륨 실리사이드(TaSix)와 같은 금속 실리사이드을 포함하는 박막이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.Subsequently, a conductive film for a control gate is formed on the dielectric layer 128. The conductive layer is formed by sequentially stacking thin films including metal silicides such as tungsten silicide (WSix), titanium silicide (TiSix), cobalt silicide (CoSix), and tantalum silicide (TaSix) on the polysilicon layer 104 doped with impurities. It may have a structure.

계속해서, 상기 컨트롤 게이트용 도전막, 유전막(128), 폴리실리콘 패턴(118) 및 터널 절연막 패턴(108)을 패터닝하여, 컨트롤 게이트(130), 유전 막(128), 플로팅 게이트 및 터널 산화막 패턴을 포함하는 불 휘발성 메모리 장치의 게이트 구조물을 완성한다.Subsequently, the control gate conductive film, the dielectric film 128, the polysilicon pattern 118, and the tunnel insulating film pattern 108 are patterned to control the control gate 130, the dielectric film 128, the floating gate, and the tunnel oxide film pattern. Complete the gate structure of the nonvolatile memory device including a.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 플로팅 게이트로 사용되는 폴리실리콘 패턴이 제1 선폭을 갖는 하부와 상기 제1 선폭보다 작은 제2 선폭을 갖는 상부를 가짐으로써, 이웃하는 플로팅 게이트들 사이의 상호 간섭을 억제할 수 있다.As described above, according to a preferred embodiment of the present invention, the polysilicon pattern used as the floating gate has a lower portion having a first line width and an upper portion having a second line width smaller than the first line width, thereby adjoining the floating gate. Mutual interference between them can be suppressed.

또한, 이후에 형성되는 유전막과 폴리실리콘 패턴 사이의 접촉 면적이 증가함으로써, 커플링 비가 향상될 수 있다.In addition, the coupling ratio can be improved by increasing the contact area between the dielectric film formed later and the polysilicon pattern.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

Claims (9)

제1 선폭을 갖는 액티브 패턴(active pattern);An active pattern having a first line width; 상기 액티브 패턴 상에 구비되고, 상기 제1 선폭보다 넓은 제2 선폭을 갖는 터널 절연막 패턴(tunnel dielectric layer pattern); 및A tunnel dielectric layer pattern provided on the active pattern and having a second line width wider than the first line width; And 상기 터널 절연막 패턴 상에 상기 제2 선폭을 갖는 상부와, 상기 제2 선폭보다 작은 제3 선폭을 갖는 하부를 포함하는 폴리실리콘 패턴(polysilicon pattern)을 포함하는 반도체 소자.And a polysilicon pattern including an upper portion having the second line width and a lower portion having a third line width smaller than the second line width on the tunnel insulating layer pattern. 제1항에 있어서, 상기 터널 산화막 패턴 및 상기 폴리실리콘 패턴의 하부 측벽에 구비되는 스페이서들(spacers); 및The semiconductor device of claim 1, further comprising: spacers disposed on lower sidewalls of the tunnel oxide layer pattern and the polysilicon pattern; And 상기 액티브 패턴들을 한정하는 소자 분리 패턴들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.And device isolation patterns defining the active patterns. 제2항에 있어서, 상기 스페이서들은 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The semiconductor device of claim 2, wherein the spacers comprise an oxide. 제1항에 있어서, 상기 폴리실리콘 패턴의 하부의 측벽은 곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The semiconductor device of claim 1, wherein the lower sidewall of the polysilicon pattern has a curved surface. 기판 상에 제1 선폭을 갖는 터널 산화막 패턴을 형성하는 단계;Forming a tunnel oxide pattern having a first line width on the substrate; 상기 터널 산화막 패턴 상에 상기 제1 선폭을 갖는 상부와, 상기 제1 선폭보다 작은 제2 선폭을 갖는 하부를 포함하는 폴리실리콘 패턴; 및A polysilicon pattern including an upper portion having the first line width and a lower portion having a second line width smaller than the first line width on the tunnel oxide film pattern; And 상기 터널 산화막 패턴 하부에 상기 제1 선폭보다 작은 제3 선폭을 갖는 액티브 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 형성 방법.And forming an active pattern having a third line width smaller than the first line width under the tunnel oxide film pattern. 제5항에 있어서, 상기 터널 산화막 패턴을 형성한 후,The method of claim 5, wherein after the tunnel oxide film pattern is formed, 상기 터널 산화막 패턴 상에, 상기 제1 선폭을 갖는 예비 폴리실리콘 패턴 및 마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming a preliminary polysilicon pattern and a mask pattern having the first line width on the tunnel oxide film pattern; 상기 예비 폴리실리콘 패턴 및 마스크 패턴 측벽에 스페이서들을 형성하는 단계; 및Forming spacers on sidewalls of the preliminary polysilicon pattern and the mask pattern; And 상기 마스크 패턴 및 스페이서들을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And forming a trench by etching the substrate by using the mask pattern and the spacers as an etch mask. 제6항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 동안 상기 스페이서들의 상부 일부가 제거되어, 상기 예비 폴리실리콘 패턴의 하부와 상기 터널 절연막 패턴의 측벽을 커버하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The method of claim 6, wherein a portion of the upper portion of the spacers is removed while the trench is formed to cover a lower portion of the preliminary polysilicon pattern and a sidewall of the tunnel insulation pattern. 제7항에 있어서, 상기 폴리실리콘 패턴을 형성하는 동안, 상기 트렌치의 내 측 일부가 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The method of claim 7, wherein a portion of the inner side of the trench is removed while the polysilicon pattern is formed. 제8항에 있어서, 상기 트렌치를 매립하는 소자 분리 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The method of claim 8, further comprising forming a device isolation pattern filling the trench.
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