KR20090123514A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090123514A KR20090123514A KR1020080049636A KR20080049636A KR20090123514A KR 20090123514 A KR20090123514 A KR 20090123514A KR 1020080049636 A KR1020080049636 A KR 1020080049636A KR 20080049636 A KR20080049636 A KR 20080049636A KR 20090123514 A KR20090123514 A KR 20090123514A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- film
- layer
- floating gate
- dielectric
- antioxidant
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
- H10B41/40—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the peripheral circuit region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
- H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
- H01L21/28026—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
- H01L21/28123—Lithography-related aspects, e.g. sub-lithography lengths; Isolation-related aspects, e.g. to solve problems arising at the crossing with the side of the device isolation; Planarisation aspects
- H01L21/28141—Lithography-related aspects, e.g. sub-lithography lengths; Isolation-related aspects, e.g. to solve problems arising at the crossing with the side of the device isolation; Planarisation aspects insulating part of the electrode is defined by a sidewall spacer, e.g. dummy spacer, or a similar technique, e.g. oxidation under mask, plating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
- H10B41/30—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서 특히, 콘트롤 게이트의 저항을 낮추기 위해 금속막을 도입하더라도 플로팅 게이트간 간격을 넓힐 수 있는 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can widen the spacing between floating gates even when a metal film is introduced to reduce the resistance of the control gate.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라, 반도체 소자를 구성하는 각종 도전 패턴들이 미세화되고 있는 추세이다. 이에 따라 도전 패턴의 저항이 증가하고 있으므로 도전 패턴의 저항을 낮출 수 있는 방법에 대한 다양한 방법이 제시되고 있다. 그 일예로서 플래시 소자의 콘트롤 게이트에 금속막을 도입하는 방법이 제시된바 있다.As semiconductor devices have been highly integrated, various conductive patterns constituting the semiconductor devices have been miniaturized. Accordingly, since the resistance of the conductive pattern is increasing, various methods for reducing the resistance of the conductive pattern have been proposed. As an example, a method of introducing a metal film into a control gate of a flash device has been proposed.
플래시 소자는 플로팅 게이트막, 유전체막, 및 콘트롤 게이트막을 포함하는 게이트 패턴을 포함한다. 이 중 콘트롤 게이트막은 저항을 감소시켜 반도체 소자의 구동 속도를 개선하기 위해 폴리 실리콘과 폴리 실리콘 상부에 금속막이 적층된 구조로 형성된다. 이러한 구조의 게이트 패턴은 터널 절연막, 플로팅 게이트막, 유전체막이 형성된 반도체 기판이 제공된 후, 유전체막 상에 폴리 실리콘막과 금속막이 적층된 콘트롤 게이트막을 형성하고 이들을 패터닝하는 공정을 포함함으로써 형성된다.The flash device includes a gate pattern including a floating gate film, a dielectric film, and a control gate film. Among them, the control gate layer is formed of a structure in which a metal film is stacked on top of polysilicon and polysilicon in order to reduce resistance and improve driving speed of a semiconductor device. The gate pattern of this structure is formed by providing a tunnel insulating film, a floating gate film, and a semiconductor substrate on which a dielectric film is formed, and then forming a control gate film in which a polysilicon film and a metal film are laminated on the dielectric film and patterning them.
플로팅 게이트막, 유전체막, 및 콘트롤 게이트막을 패터닝하는 공정을 상세히 하면, 콘트롤 게이트막 상에 하드 마스크 패턴을 형성한 후 하드 마스크를 사용하여 먼저 콘트롤 게이트막의 금속막을 식각한다. 금속막 식각 공정으로 인하여 금속 오염물이 발생하는데, 금속 오염물은 터널 절연막 등을 오염시켜 반도체 소자의 특성을 저하시키므로 제거될 필요가 있다. 금속 오염물을 제거하기 위해서 금속막 식각 공정 이후 산화 공정을 실시하여야 한다. 금속 오염물 제거를 위한 산화 공정 진행시 금속막이 노출되면 금속막이 산화될 수 있으므로 금속막을 식각한 후 금속막의 측벽에 산화 방지를 위한 산화 방지막을 형성한다. 이 후, 식각 공정을 실시하여 콘트롤 게이트의 폴리 실리콘막, 유전체막 및 플로팅 게이트막을 순차적으로 식각한다. 이 때, 금속막 및 산화 방지막 하부에 형성된 콘트롤 게이트의 폴리 실리콘막, 유전체막 및 플로팅 게이트막은 식각 물질에 노출되지 않으므로 제거되지 않고 남게 된다. 한편, 산화 방지막은 유전체막과 동일한 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 이에 따라 유전체막을 식각하는 과정에서 산화 방지막의 일부가 손실될 수 있다. 산화 방지막의 손실로 인해 금속막이 노출되지 않도록 하기 위해서는 금속막의 측벽에 형성되는 산화 방지막의 두께를 증가시켜야 한다. 산화 방지막의 두께가 증가할 경우, 식각 공정 후 산화 방지막 및 금속막 하부에 형성되는 플로팅 게이트 패턴의 폭도 증가하게 된다. 결과적으로 서로 이웃하는 플로팅 게이트 패턴간 간격이 가까워지게 되므로 이웃하는 플로팅 게이트의 간섭에 의해 반도체 소자의 문턱 전압(Vt) 분포특성이 나빠지게 된다.In detail, the process of patterning the floating gate film, the dielectric film, and the control gate film is performed. After forming a hard mask pattern on the control gate film, the metal film of the control gate film is first etched using the hard mask. Metal contaminants are generated due to the metal film etching process, and the metal contaminants need to be removed because they contaminate the tunnel insulating film and the like, which degrades the characteristics of the semiconductor device. In order to remove metal contaminants, an oxidation process must be performed after the metal film etching process. Since the metal film may be oxidized when the metal film is exposed during the oxidation process for removing metal contaminants, the metal film is etched to form an anti-oxidation film on the sidewall of the metal film to prevent oxidation. Thereafter, an etching process is performed to sequentially etch the polysilicon film, the dielectric film, and the floating gate film of the control gate. At this time, the polysilicon film, the dielectric film, and the floating gate film of the control gate formed under the metal film and the anti-oxidation film are not exposed to the etching material and thus remain without being removed. On the other hand, the antioxidant film may be formed including the same material as the dielectric film. As a result, a portion of the antioxidant layer may be lost during the etching of the dielectric layer. In order to prevent the metal film from being exposed due to the loss of the antioxidant film, the thickness of the antioxidant film formed on the sidewall of the metal film should be increased. When the thickness of the antioxidant layer is increased, the width of the floating gate pattern formed under the antioxidant layer and the metal layer after the etching process is also increased. As a result, the spacing between the floating gate patterns adjacent to each other becomes close, and thus, the threshold voltage Vt distribution characteristic of the semiconductor device becomes poor due to the interference of the neighboring floating gates.
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서 특히, 콘트롤 게이트의 저항을 낮추기 위해 금속막을 도입하더라도 플로팅 게이트간 간격을 넓힐 수 있는 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can widen the spacing between floating gates even when a metal film is introduced to reduce the resistance of the control gate.
본 발명에 따른 반도체 소자는 터널 절연막을 사이에 두고 반도체 기판상에 형성된 플로팅 게이트, 플로팅 게이트 상에 형성된 유전체막, 유전체막 상에 형성된 콘트롤 게이트, 및, 콘트롤 게이트의 측벽 및 유전체막의 측벽에 형성된 산화 방지막을 포함한다.The semiconductor device according to the present invention is a floating gate formed on a semiconductor substrate with a tunnel insulating film interposed therebetween, a dielectric film formed on the floating gate, a control gate formed on the dielectric film, and an oxide formed on the sidewall of the control gate and the sidewall of the dielectric film. It contains a prevention film.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은 터널 절연막, 플로팅 게이트막, 유전체막이 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계, 유전체막 상에 콘트롤 게이트막을 형성하는 단계, 유전체막이 노출되도록 콘트롤 게이트막을 패터닝하는 단계, 플로팅 게이트막이 노출되도록 유전체막을 패터닝하는 단계, 패터닝된 콘트롤 게이트막 및 유전체막의 측벽에 산화 방지막을 형성하는 단계, 및 터널 절연막이 노출되도록 플로팅 게이트막을 패터닝하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes providing a semiconductor substrate having a tunnel insulating film, a floating gate film, and a dielectric film, forming a control gate film on the dielectric film, patterning the control gate film so that the dielectric film is exposed, and floating. Patterning the dielectric film to expose the gate film, forming an oxide film on sidewalls of the patterned control gate film and the dielectric film, and patterning the floating gate film to expose the tunnel insulating film.
플로팅 게이트막을 패터닝하는 단계 이후, 700℃ 내지 1000℃ 온도로 산화 공정을 실시하는 단계를 더 포함한다.After patterning the floating gate layer, the method may further include performing an oxidation process at a temperature of 700 ° C to 1000 ° C.
산화 공정은 패터닝된 플로팅 게이트의 측벽이 20Å 내지 30Å의 두께로 산 화되도록 실시된다.The oxidation process is carried out so that the sidewalls of the patterned floating gate are oxidized to a thickness of 20 kPa to 30 kPa.
플로팅 게이트막이 노출되도록 유전체막을 패터닝하는 단계에서 노출된 플로팅 게이트막의 상부가 더 식각된다.In the step of patterning the dielectric film so that the floating gate film is exposed, an upper portion of the exposed floating gate film is further etched.
패터닝된 유전체막 하부에 남은 플로팅 게이트막은 하부보다 상부의 폭이 좁은 사다리꼴 형태로 형성된다.The floating gate layer remaining under the patterned dielectric layer is formed in a trapezoidal shape having a narrower upper portion than the lower portion.
산화 방지막은 플로팅 게이트막의 상부 측벽까지 연장되어 형성된다.The antioxidant film extends to the upper sidewall of the floating gate film.
플로팅 게이트막의 상부 측벽에 형성된 산화 방지막은 하부로 갈수록 얇게 형성된다.The antioxidant film formed on the upper sidewall of the floating gate film is formed thinner toward the bottom.
패터닝된 콘트롤 게이트막 및 유전체막의 측벽에 산화 방지막을 형성하는 단계는 패터닝된 콘트롤 게이트막 및 유전체막의 측벽을 포함한 플로팅 게이트막 상에 산화 방지막을 형성하는 단계, 및 플로팅 게이트막 상면에 형성된 산화 방지막을 제거하기 위해 산화 방지막을 식각하는 단계를 포함한다.Forming an anti-oxidation film on the sidewalls of the patterned control gate film and the dielectric film may include forming an anti-oxidation film on the floating gate film including the patterned control gate film and the sidewalls of the dielectric film, and forming an antioxidant film formed on the upper surface of the floating gate film. Etching the antioxidant film to remove it.
패터닝된 콘트롤 게이트막 및 유전체막의 측벽을 포함한 플로팅 게이트막 상에 산화 방지막을 형성하는 단계에서 산화 방지막의 두께는 70Å 내지 100Å인 것이 바람직하다.In the step of forming the antioxidant film on the floating gate film including the patterned control gate film and the sidewalls of the dielectric film, the thickness of the antioxidant film is preferably 70 kPa to 100 kPa.
산화 방지막을 식각하는 단계는 CFH3 및 CH2F2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 식각 가스를 이용하여 실시된다.The etching of the antioxidant film is performed using an etching gas containing at least one of CFH 3 and CH 2 F 2 .
산화 방지막을 식각하는 단계는 산화 방지막의 두께 대비 100% 내지 200%의 두께를 타겟으로 실시된다.The etching of the antioxidant film is performed by targeting a thickness of 100% to 200% of the thickness of the antioxidant film.
터널 절연막이 노출되도록 플로팅 게이트막을 패터닝하는 단계는 HBr 및 O2 를 포함하는 혼합 가스를 이용하여 실시된다.Patterning the floating gate film to expose the tunnel insulating film is performed using a mixed gas containing HBr and O 2 .
산화 방지막은 질화막을 포함한다.The antioxidant film includes a nitride film.
콘트롤 게이트막은 폴리 실리콘막 및 폴리 실리콘막 상부에 적층된 금속막을 포함한다.The control gate film includes a polysilicon film and a metal film stacked over the polysilicon film.
금속막은 텅스텐을 포함한다.The metal film contains tungsten.
플로팅 게이트막은 폴리 실리콘막을 포함한다.The floating gate film includes a polysilicon film.
플로팅 게이트막을 패터닝하는 단계 이 후, 플로팅 게이트막, 유전체막, 콘트롤 게이트막 및 산화 방지막을 포함하는 게이트 패턴의 측벽에 산화막을 이용하여 스페이서를 형성하는 단계, 및 스페이서의 표면에 질화막을 이용하여 식각 정지막을 형성하는 단계를 더 포함한다.After patterning the floating gate layer, forming a spacer using an oxide layer on sidewalls of the gate pattern including the floating gate layer, the dielectric layer, the control gate layer, and the anti-oxidation layer, and etching the nitride layer on the surface of the spacer. And forming a stop film.
본 발명은 유전체막을 식각한 이 후 금속막을 포함하는 콘트롤 게이트막 및 유전첵막의 측벽에 산화 방지막을 형성하므로, 유전체막 식각 공정의 영향으로 산화 방지막이 손실되는 현상을 방지할 수 있다.According to the present invention, since an oxide film is formed on sidewalls of the control gate film and the dielectric film after the dielectric film is etched, the oxidation film may be prevented from being lost due to the dielectric film etching process.
본 발명은 산화 방지막이 손실되는 현상을 방지할 수 있으므로 금속막이 노출되는 현상을 방지하여 금속막의 캡핑 능력을 최대화할 수 있다.Since the present invention can prevent the loss of the antioxidant film, it is possible to prevent the metal film from being exposed to maximize the capping capability of the metal film.
본 발명은 금속막이 노출되는 것을 방지할 수 있으므로 재산화 공정을 진행 하더라도 금속막이 산화되는 것을 방지할 수 있다.Since the present invention can prevent the metal film from being exposed, the metal film can be prevented from being oxidized even when the reoxidation process is performed.
본 발명은 유전체막 식각 공정의 영향으로 산화 방지막이 손실되는 현상을 방지할 수 있으므로 산화 방지막의 두께를 최소화할 수 있다.The present invention can prevent the loss of the antioxidant film under the influence of the dielectric film etching process, thereby minimizing the thickness of the antioxidant film.
본 발명은 산화 방지막의 두께를 최소화할 수 있으므로 플로팅 게이트의 폭을 감소시킬 수 있다.The present invention can minimize the thickness of the antioxidant film, thereby reducing the width of the floating gate.
본 발명은 플로팅 게이트의 폭을 최소화할 수 있으므로 플로팅 게이트간 간섭현상을 줄일 수 있다.The present invention can minimize the width of the floating gate can reduce the interference between the floating gates.
본 발명은 플로팅 게이트간 간섭현상을 줄일 수 있으므로 문턱전압(Vt) 분포를 개선할 수 있다.Since the present invention can reduce the interference between the floating gates, it is possible to improve the threshold voltage distribution.
본 발명은 재산화 공정을 진행함으로써 터널 절연막에 발생한 금속 오염물 및 플라즈마 손상을 제거할 수 있으므로 반도체 소자의 데이터 유지(Retention) 특성을 개선할 수 있다.The present invention can remove metal contaminants and plasma damage generated in the tunnel insulating film by performing the reoxidation process, thereby improving data retention characteristics of the semiconductor device.
본 발명에서 산화 방지막은 접합 영역을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 후속 공정 진행시 게이트 패턴이 노출되는 것을 방지하는 식각 방지막 역할을 할 수 있으므로 게이트 패턴 형성 후 형성되는 식각 정지막과 함께 이중 식각 방지구조를 제공할 수 있다.In the present invention, the anti-oxidation layer may serve as an etch stop layer to prevent the gate pattern from being exposed during the subsequent process of forming a contact hole exposing the junction region, and thus the double etch stop layer together with the etch stop layer formed after the gate pattern is formed. Can be provided.
본 발명은 이중 식각 방지구조를 제공할 수 있으므로 콘택 불량(SAC Fail) 개선에 효과적이다.Since the present invention can provide a double etching prevention structure, it is effective in improving SAC Fail.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with the present invention.
도 1a를 참조하면, 터널 절연막(103) 및 플로팅 게이트막(105)이 형성된 반도체 기판(101)상에 패터닝된 유전체막(107) 및 콘트롤 게이트막(114)을 형성한다, 이하에서는 유전체막(107) 및 콘트롤 게이트막(114)을 패터닝하는 과정에 대해 상세히 설명한다.Referring to FIG. 1A, a patterned
먼저, 터널 절연막(103) 및 플로팅 게이트막(105)이 형성된 반도체 기판(101)이 제공된다. 플로팅 게이트막(105)은 폴리 실리콘막을 포함한다. 여기서, 터널 절연막(103) 및 플로팅 게이트막(105)은 반도체 기판(101)의 액티브 영역을 분리하는 소자 분리막(미도시)을 형성하는 공정에 의해 패터닝된 상태일 수 있다.First, a
이 후, 터널 절연막(103) 및 플로팅 게이트막(105)이 형성된 반도체 기판(101)상에 유전체막(107) 및 콘트롤 게이트막(114)을 형성한다. Thereafter, the
유전체막(107)은 절연막으로서 제1 산화막, 질화막 및 제2 산화막이 적층된 ONO(Oxide/Nitride/Oxide) 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 유전체막(107)은 플로 팅 게이트막(105)을 노출시키는 콘택홀을 포함한다. 플래시 메모리 소자의 경우 반도체 기판(101)은 메모리 셀들이 형성될 메모리 셀 영역 및 셀렉트 트랜지스터들이 형성될 셀렉트 트랜지스터 영역을 포함한다. 유전체막(107)에 포함된 콘택홀은 셀렉트 트랜지스터 영역에 형성된다. 또한, 유전체막(107)에 포함된 콘택홀은 유전체막(107) 상에 포토레지스트 패턴을 형성한 후 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 유전체막(107)을 식각함으로써 형성될 수 있다. 한편, 포토레지스트 패턴만을 사용하여 유전체막(107)을 식각하는 경우 콘택홀이 형성되는 부분이외의 유전체막(107)이 손실되는 것을 방지하기 위해 포토레지스트 패턴을 형성하기 전 캡핑 폴리 실리콘막(109)을 추가로 형성할 수 있다. 캡핑 폴리 실리콘막(109)은 유전체막(107)에 콘택홀이 형성되기 전 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용한 식각 공정으로 패터닝된다. 이 후, 패터닝된 캡핑 폴리 실리콘막(109)을 식각 마스크로 사용하여 유전체막(107)을 식각함으로써 유전체막(107)에 플로팅 게이트막(105)을 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 포토레지스트 패턴은 유전체막(107)에 콘택홀이 형성된 이 후 제거될 수 있다.The
콘트롤 게이트막(114)은 금속막(113)을 포함한다. 보다 상세히 하면, 콘트롤 게이트막(114)은 폴리 실리콘막(111) 및 금속막(113)이 적층된 구조로 형성된다. 폴리 실리콘막(111)은 유전체막(107)에 형성된 콘택홀을 통해 플로팅 게이트막(105)과 전기적으로 연결된다. 금속막(113)은 콘트롤 게이트막(114)의 저항을 낮추기 위해 추가된 막으로서 텅스텐(W) 등 폴리 실리콘에 비해 비저항이 낮은 금속을 포함한다. 폴리 실리콘막(111)과 금속막(113) 사이에는 금속막(113)에 포함 된 금속 이온이 유전체막(107) 등으로 확산되는 것을 방지함과 더불어 금속막(113)이 그 하부의 막과 반응하여 두께가 변화되는 것을 막기 위한 금속 질화막이 더 형성될 수 있다. 금속 질화막은 텅스텐 질화막(WN)을 포함한다.The
콘트롤 게이트막(114) 상에는 하드 마스크 패턴(117)이 형성된다. 하드 마스크 패턴(117)은 콘트롤 게이트막(114), 유전체막(107)이 패터닝될 영역을 정의하는 패턴이다. 하드 마스크 패턴(117) 형성 전에는 금속막(113)과 하드 마스크 패턴(117) 사이의 접착 특성(adhesion)을 개선하기 위해 SiON막(115)이 더 형성될 수 있다.The
하드 마스크 패턴(117) 형성 후, 하드 마스크 패턴(117)을 식각 마스크로 사용하여 식각 공정을 진행함으로써 SiON막(115), 금속막(113), 및 폴리 실리콘막(111)이 패터닝되고, 유전체막(107)이 노출된다. 이 후, CF4, CHF3, 및 O2 가스를 포함하는 혼합가스를 이용하여 노출된 유전체막(107)을 식각함으로써 유전체막(107)이 패터닝된다. 유전체막(107)이 패터닝됨에 따라 플로팅 게이트막(105)이 노출되고, 노출된 플로팅 게이트막(105)은 유전체막(107)을 식각하기 위해 주입된 혼합가스에 의해 더 식각되어 유전체막(107)이 패턴별로 확실히 구분될 수 있게 한다. 이 때, 플로팅 게이트막(105)은 완전히 패터닝되지 않고 터널 절연막(103) 상에 200Å 내지 500Å의 두께로 남아 터널 절연막(103)이 손상되거나 오염되는 것을 방지한다. 이 때, 식각된 플로팅 게이트막(105)의 측벽은 식각 공정의 특성상 반도체 기판(101) 대해 20°내지 50°로 경사지게 형성된다. 이에 따라, 유전체 막(107) 하부에 남은 플로팅 게이트막(105)은 하부의 폭보다 상부의 폭이 좁은 사다리꼴 형태가 된다.After the
상술한 바와 같이 패터닝된 콘트롤 게이트막(114)은 메모리 셀 영역에서 워드 라인이 되고, 셀렉트 트랜지스터 영역에서 셀렉트 라인이 된다. 셀렉트 라인은 소스 셀렉트 라인 및 드레인 셀렉트 라인을 포함한다. 다수의 워드 라인은 소스 셀렉트 라인 및 드레인 셀렉트 라인 사이에 나란하게 형성된다. 여기서 셀렉트 라인 사이의 간격은 워드 라인 사이의 간격보다 넓다.As described above, the patterned
도 1b를 참조하면, 습식 세정(wet cleaning) 공정으로 금속막(113) 식각시 발생한 텅스텐 폴리머(W polymer)와 같은 금속 오염물을 제거한다. 이 후, 하드 마스크 패턴(117)의 표면, 패터닝된 SiON막(115), 콘트롤 게이트막(114), 캡핑 폴리 실리콘막(109) 및 유전체막(107)의 측벽 및 노출된 플로팅 게이트막(105)의 표면에 산화 방지막(119)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, metal contaminants such as tungsten polymer (W polymer) generated during etching of the
산화 방지막(119)은 질화막을 포함한다. 또한 산화 방지막(119)은 도 1a에서 상술한 바와 같이 유전체막(107)이 패터닝된 후 형성되므로 추가로 손실될 두께를 고려하지 않고 얇은 두께로 형성될 수 있다. 여기서, 산화 방지막(119)의 두께는 70Å 내지 100Å의 두께로 증착되는 것이 바람직하다. 패터닝된 유전체막(107) 하부의 플로팅 게이트막(105)은 도 1a에서 상술한 바와 같이 상부의 폭이 좁은 사다리꼴 형태로 형성되었으므로 플로팅 게이트막(105)의 측벽에 형성된 산화 방지막(119)의 두께는 하부로 갈수록 얇게 형성된다.The
도 1c를 참조하면, 하드 마스크 패턴(117)의 상부 및 플로팅 게이트막(105) 의 상부에 형성된 산화 방지막(119)을 식각 공정으로 제거한다.Referring to FIG. 1C, the
산화 방지막(119)을 식각하는 공정 진행 중 플로팅 게이트막(105)이 식각되어 터널 절연막(103)이 노출될 수 있다. 터널 절연막(103)은 반도체 소자의 신뢰성에 영향을 끼치므로 제조 공정 중 오염되지 않도록 최대한 보호되어야 한다. 이에 따라 터널 절연막(103)이 노출되는 것을 방지하기 위해 플로팅 게이트막(105) 및 산화 방지막(119)에 대한 선택 식각비 차이가 큰 식각 물질을 이용한다. 보다 상세히 하면, 산화 방지막(119)을 식각하는 공정 진행시 플로팅 게이트막(105)보다 산화 방지막(119)을 더 많이 식각하는 식각 물질을 이용한다. 산화 방지막(119)이 질화막을 포함하고 플로팅 게이트막(105)이 폴리 실리콘을 포함하는 것을 고려했을 때, 산화 방지막(119)을 식각하기 위한 식각 물질로는 CFH3 및 CH2F2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 식각 가스를 이용하는 것이 바람직하다.During the process of etching the
또한 산화 방지막(119)을 식각하는 공정 진행시 식각되는 산화 방지막(119)의 두께를 산화 방지막(119) 형성시 두께 대비 100% 내지 200%로 설정하는 것이 바람직하다. 100%이상이 되면, 하드 마스크 패턴(117)의 상부 및 플로팅 게이트막(105)의 상부에 형성된 산화 방지막(119)이 제거될 뿐 아니라 플로팅 게이트막(105) 측벽에 형성된 산화 방지막(119)을 식각할 수 있다. 이에 따라 플로팅 게이트막(105)의 측벽이 노출되므로 후속 공정에서 플로팅 게이트막(105)을 최종적으로 패터닝하는 과정에서 플로팅 게이트막(105)의 폭을 더 줄일 수 있는 장점이 있다. 200%이하로 제한하는 이유는 산화 방지막(119)의 과도한 식각으로 유전체 막(107)이 노출되는 것을 방지하기 위함이다.In addition, the thickness of the
도 1d를 참조하면, 노출된 플로팅 게이트막(105)을 식각함으로써 플로팅 게이트막(105)을 패터닝한다. 이에 따라 패턴별로 분리된 플로팅 게이트막(105), 유전체막(107) 및 콘트롤 게이트막(114)을 포함하는 게이트 패턴(121)이 형성된다.Referring to FIG. 1D, the floating
플로팅 게이트막(105)의 식각 공정은 반도체 기판(101)이 노출되어 손상되는 것을 방지하기 위해 터널 절연막(103)에서 멈추는 것이 바람직하다. 이를 위하여 플로팅 게이트막(105) 식각 공정시 플로팅 게이트막(105) 및 터널 절연막(103)에 대한 선택 식각비 차이가 큰 식각 물질을 이용한다. 보다 상세히 하면, 플로팅 게이트막(105)을 식각하는 공정 진행시 터널 절연막(103)보다 플로팅 게이트막(105)을 더 많이 식각하는 식각 물질을 이용한다. 플로팅 게이트막(105)이 폴리 실리콘을 포함하고, 터널 절연막(103)이 산화막을 포함하는 것을 고려했을 때, 플로팅 게이트막(105)을 식각하기 위한 식각 물질로는 HBr 및 O2 를 포함하는 혼합 가스를 이용하는 것이 바람직하다.The etching process of the floating
상술한 공정에 의해 형성된 게이트 패턴(121)을 마스크로 반도체 기판(101)에 불순물 이온을 주입함으로써 게이트 패턴(121) 양측의 반도체 기판(101)에 접합 영역(101a)이 형성될 수 있다.The
도 1e를 참조하면, 식각 공정의 영향으로 터널 절연막(103)에 발생한 플라즈마 손상 및 금속 오염물을 제거하기 위한 재산화(re-oxidation) 공정을 진행한다. 플라즈마 손상 및 금속 오염물을 제거하기 위해 재산화 공정은 700℃ 내지 1000℃ 의 고온에서 진행되는 것이 바람직하다. 또한 재산화 공정을 통해 노출된 플로팅 게이트막(105)이 산화될 수 있다. 플로팅 게이트막(105)의 산화로 인해 플로팅 게이트막(105)과 콘트롤 게이트막(114) 사이의 커플링 비가 감소할 수 있다. 이를 방지하기 위해서 재산화 공정은 플로팅 게이트막(105)의 측벽이 20Å 내지 30Å의 두께로 산화되는 시점에서 멈추는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1E, a re-oxidation process is performed to remove plasma damage and metal contaminants generated in the
도 1f를 참조하면, 재산화 공정 후 게이트 패턴(121)의 측벽에 스페이서(123)를 형성한다. Referring to FIG. 1F, spacers 123 are formed on sidewalls of the
스페이서(123)는 게이트 패턴(121) 사이의 간격을 매립하도록 게이트 패턴(121)의 측벽을 포함한 터널 절연막(103) 상에 산화막을 형성한 후 셀렉트 트랜지스터 영역에 형성된 접합 영역(101a) 상부의 산화막이 제거되도록 에치-백(etch-back)등의 식각 공정을 실시함으로써 형성된다. 산화막 형성시 메모리 셀 영역의 게이트 패턴(121) 사이의 간격은 산화막을 통해 매립될 수 있다. 이는 메모리 셀 영역의 게이트 패턴(121) 사이의 간격이 셀렉트 트랜지스터영역에 포함된 게이트 패턴(121) 사이의 간격보다 좁게 형성되기 때문이다.The
도 1g를 참조하면, 노출된 접합 영역(101a)의 상부 및 스페이서(123) 표면에 식각 정지막(125)이 더 형성될 수 있다. 식각 정지막(125)은 질화막을 포함하고, 접합영역(101a)을 노출시키는 콘택홀 형성을 위한 후속 식각 공정 진행시 게이트 패턴(121)이 노출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 금속막(113)의 산화 방지를 위해 형성된 산화 방지막(119a) 또한 식각 정지막(125)과 함께 게이트 패턴(121)이 노출되는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로 본 발명은 식각 정지막(125) 도입시 게이트 패턴(121)이 노출되는 것을 2중으로 방지할 수 있으므로 후속 공정에서 콘택홀 내부에 형성되는 콘택 플러그가 게이트 패턴(121)에 접속되는 SAC 불량(self align contact fail)을 개선할 수 있다.Referring to FIG. 1G, an
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention described above has been described in detail in a preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, the present invention will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명에 따른 반도체 소자의 게이트 패턴 형성방법을 단계적으로 나타내는 단면도들.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate pattern of a semiconductor device in accordance with the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
101 : 반도체 기판 101a : 접합 영역101:
103 : 터널 절연막 105 : 플로팅 게이트막103
107 : 유전체막 109 : 캡핑 폴리 실리콘막107
111 : 폴리 실리콘막 113 : 금속막111
114 : 콘트롤 게이트막 115 : SiON막114: control gate film 115: SiON film
117 : 하드 마스크 패턴 119 : 산화 방지막117: hard mask pattern 119: antioxidant film
121 : 게이트 패턴 123 : 스페이서121: gate pattern 123: spacer
125 : 식각 정지막 125: etch stop film
Claims (25)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080049636A KR20090123514A (en) | 2008-05-28 | 2008-05-28 | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080049636A KR20090123514A (en) | 2008-05-28 | 2008-05-28 | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090123514A true KR20090123514A (en) | 2009-12-02 |
Family
ID=41685743
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080049636A KR20090123514A (en) | 2008-05-28 | 2008-05-28 | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20090123514A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180014869A (en) * | 2014-03-27 | 2018-02-09 | 제이엑스금속주식회사 | Tantalum sputtering target and production method therefor |
-
2008
- 2008-05-28 KR KR1020080049636A patent/KR20090123514A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180014869A (en) * | 2014-03-27 | 2018-02-09 | 제이엑스금속주식회사 | Tantalum sputtering target and production method therefor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20080042187A1 (en) | Flash Memory Device And A Method Of Fabricating The Same | |
JP2009027161A (en) | Method of fabricating flash memory device | |
JP2005311317A (en) | Semiconductor device, method of forming recess gate electrode, and method of manufacturing semiconductor device | |
KR100941865B1 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
KR100632654B1 (en) | Method of manufacturing a flash memory device | |
KR100945229B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
KR20090123514A (en) | Semiconductor device and manufacturing method of the same | |
KR20070059324A (en) | Method of manufacturing a nand type flash memory device | |
KR100671603B1 (en) | Method of manufacturing a flash memory device | |
KR101038378B1 (en) | Method of forming contact hole in semiconductor device | |
KR20100131711A (en) | Non-volatile memory device and manufacturing method thereof | |
KR100612566B1 (en) | Method of manufacturing a flash memory device | |
KR100624947B1 (en) | Flash memory device and method of manufacturing the same | |
KR100865023B1 (en) | Method of forming a contact plug in a semiconductor device | |
KR100744002B1 (en) | Method for fabricating the same of semiconductor device | |
KR100996367B1 (en) | Semiconductor device | |
KR20050031299A (en) | Method for manufacturing control gate of the flash memory device | |
KR101010837B1 (en) | Manufacturing method of spacer for semiconductor device | |
KR20090123513A (en) | Semiconductor device and manufacturing method of the same | |
KR100997435B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device with saddle type transistor | |
KR100950554B1 (en) | Method for forming landing plug contact in semiconductor device | |
KR100833443B1 (en) | Method of manufacturing a flash memory device | |
KR100972713B1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
KR20070068647A (en) | Method for manufacturing a semiconductor device | |
KR20050002416A (en) | Method of manufacturing flash memory device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |