KR20100044997A - Method for manufacturing flash memory device - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 플래시 메모리 소자의 제조방법에 관한 것이다. The embodiment relates to a method of manufacturing a flash memory device.
반도체 메모리 장치는 크게 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리로 구분된다. 휘발성 메모리의 대부분은 DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory) 등의 RAM이 차지하고 있으며, 전원 인가시 데이터의 입력 및 보존이 가능하지만, 전원 제거시 데이터가 휘발되어 보존이 불가능한 특징을 가진다. 반면에, ROM(Read only memory)이 대부분을 차지하고 있는 비휘발성 메모리는 전원이 인가되지 않아도 데이터가 보존되는 특징이 있다.Semiconductor memory devices are classified into volatile memory and nonvolatile memory. Most of volatile memory is occupied by RAM such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) and SRAM (Static Random Access Memory), and it is possible to input and save data when power is applied, but it is impossible to save data by volatilization when power is removed. Has On the other hand, nonvolatile memory, which occupies most of read only memory (ROM), is characterized in that data is preserved even when power is not applied.
불휘발성 메모리 장치는 거의 무기한의 축적용량을 갖는데, EEPROM(Electrically erasable and programmalbe ROM)과 같이 전기적으로 데이터의 입출력이 가능한 플래시 메모리에 대한 수요가 늘고 있다. 상기 플래시 메모리는 전원이 꺼지더라도 저장된 데이터가 손상되지 않는 비휘발성 기억매체이면서도 데이터의 기록, 읽기, 삭제 등의 처리 속도가 비교적 높다는 장점이 있다. Nonvolatile memory devices have an almost indefinite accumulation capacity, and demand for flash memory capable of electrically inputting and outputting data, such as electrically erasable and programmalbe ROM (EEPROM), is increasing. The flash memory is a nonvolatile storage medium in which stored data is not damaged even when the power is turned off. However, the flash memory has a relatively high processing speed for writing, reading, and deleting data.
이러한 플래시 메모리 소자는 현재 130nm의 제품이 일반화되어 가고 있으며, 최근에는 90nm이하로 감소(shrink)되고 있는 추세이며 이에 따라 게이트를 패터닝을 위하여 산화막(LT TEOS)으로 형성된 하드마스크를 사용하고 있다.In the flash memory device, a 130nm product is becoming more common, and recently, it is shrinking below 90nm. Accordingly, a hard mask formed of an oxide film (LT TEOS) is used to pattern the gate.
플래시 메모리 소자는 반도체 기판 상에 터널 산화막, 제1 폴리실리콘층을 형성하고, 상기 제1 폴리실리콘층 상에는 산화막-질화막-산화막 3중 구조를 포함하는 ONO막이 형성되고, ONO막 상에는 콘트롤 게이트로 사용되는 제2 폴리실리콘층이 형성된다. 이후, 상기 폴리실리콘층 상에 하드 마스크 패턴을 형성하고, 상기 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여,제2 폴리실리콘층, ONO막, 제1 폴리실리콘 층 및 터널 산화막은 한번에 식각된다. 따라서, 상기 반도체 기판 상에는 터널 산화막 패턴, 플로팅 게이트, ONO 패턴, 콘트롤 게이트를 갖는 플래시 메모리 소자가 형성된다.In the flash memory device, a tunnel oxide film and a first polysilicon layer are formed on a semiconductor substrate, and an ONO film including an oxide film-nitride-oxide film triple structure is formed on the first polysilicon layer and used as a control gate on the ONO film. A second polysilicon layer is formed. Thereafter, a hard mask pattern is formed on the polysilicon layer, and the second polysilicon layer, the ONO layer, the first polysilicon layer, and the tunnel oxide layer are etched at once using the hard mask pattern as an etching mask. Accordingly, a flash memory device having a tunnel oxide film pattern, a floating gate, an ONO pattern, and a control gate is formed on the semiconductor substrate.
상기 하드 마스크 패턴을 이용하여 플래시 소자를 형성한 후, 상기 하드 마스크 패턴은 플래시 메모리 소자로부터 제거된다.After the flash device is formed using the hard mask pattern, the hard mask pattern is removed from the flash memory device.
이러한 하드 마스크 패턴은 습식 식각의 일종인 HF VPC 공정에 의하여 제거되는데, 하드 마스크 패턴을 제거하는 도중 플래시 소자의 측벽에 노출된 터널 산화막 및 ONO 패턴에 포함된 산화막 패턴 또는 질화막 패턴이 하드 마스크 패턴이 제거되는 도중 손상될 수 있다.The hard mask pattern is removed by an HF VPC process, which is a type of wet etching. The oxide mask pattern or the nitride film pattern included in the tunnel oxide film and the ONO pattern exposed on the sidewall of the flash device during the removal of the hard mask pattern may be a hard mask pattern. It can be damaged while being removed.
상기와 같이 플래시 소자에서 ONO 패턴은 전하를 저장 및 방출하는데 있어 매우 중요한 패턴으로 ONO 패턴이 손상될 경우 플래시 소자의 성능이 크게 저하되는 문제점을 갖는다.As described above, in the flash device, the ONO pattern is a very important pattern for storing and releasing charges, and thus, when the ONO pattern is damaged, the performance of the flash device is greatly degraded.
실시예에서는 하드마스크의 제거시 터널 산화막 및 ONO 패턴의 손상을 방지하여 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 플래시 메모리 소자의 제조방법을 제공한다. The embodiment provides a method of manufacturing a flash memory device capable of improving performance of a device by preventing damage to a tunnel oxide layer and an ONO pattern when the hard mask is removed.
실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조방법은, 반도체 기판 상에 절연층, 제1 폴리실리콘층, ONO층 및 제2 폴리실리콘층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제2 폴리실리콘층 상에 하드마스크를 형성하는 단계; 상기 하드마스크를 식각마스크로 사용한 식각공정에 의하여 상기 반도체 기판 상에 터널 산화막, 플로팅 게이트, 유전체층 및 컨트롤 게이트를 포함하는 게이트 스택을 형성하는 단계; 상기 하드마스크의 상면이 노출되도록 상기 반도체 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 하드마스크를 제거하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment includes: sequentially forming an insulating layer, a first polysilicon layer, an ONO layer, and a second polysilicon layer on a semiconductor substrate; Forming a hard mask on the second polysilicon layer; Forming a gate stack including a tunnel oxide layer, a floating gate, a dielectric layer, and a control gate on the semiconductor substrate by an etching process using the hard mask as an etching mask; Forming a photoresist pattern on the semiconductor substrate to expose the top surface of the hard mask; And removing the hard mask by using the photoresist pattern as an etching mask.
실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조방법에 의하면, 게이트 스택 상에 형성된 하드마스크를 반응성 이온식각공정에 의하여 선택적으로 식각하여 ONO층의 손상을 방지함으로써 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. According to the method of manufacturing the flash memory device according to the embodiment, the hard mask formed on the gate stack may be selectively etched by a reactive ion etching process to prevent damage to the ONO layer, thereby improving reliability of the device.
실시예에 따른 플래시메모리 소자 및 그의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. A flash memory device and a method of manufacturing the same according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. In the description of the embodiments, where described as being formed "on / over" of each layer, the on / over may be directly or through another layer ( indirectly) includes everything formed.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
도 1 내지 도 5를 참조하여 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조방법을 설명한다.A method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
도 1을 참조하여, 반도체 기판(10) 상에 소자분리막(20)이 형성된다. Referring to FIG. 1, an
상기 소자분리막(20)은 LOCOS 공정 또는 STI 공정 등에 의하여 형성되어, 상기 액티브 영역 및 필드 영역을 정의할 수 있다. 예를 들어, 상기 소자분리막(20)은 상기 반도체 기판(10)에 트랜치를 형성한 후 HDP USG에 의하여 형성될 수 있다.The
다음으로, 상기 반도체 기판(10) 상에 절연층(30), 제1 폴리실리콘층(40), ONO층(50) 및 제2 폴리실리콘층(60)이 차례로 적층된다. 상기 ONO층(50)은 산화막-질화막-산화막의 3중 구조로 형성될 수 있다.Next, the
상기 제2 폴리실리콘층(60) 상에 게이트를 정의하기 위한 하드마스크(70)가 형성된다. 예를 들어, 상기 하드마스크(70)는 LP TEOS와 같은 산화막으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 하드마스크(70)는 300~500℃의 두께로 형성될 수 있다.A
도시되지는 않았지만, 상기 하드마스크(70)는 상기 제2 폴리실리콘층(60) 상에 하드마스크층(미도시)를 형성하고 상기 하드마스크층 상에 게이트 영역을 정의 하는 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한 후 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 상기 하드마스크층을 선택적으로 식각하여 형성될 수 있다. Although not shown, the
상기 하드마스크(70)를 형성하는 이유는 폴리실리콘에 대한 패터닝 공정시 일반적인 감광막은 마진이 부족하여 게이트 스택을 형성하기 어렵기 때문이다. 예를 들어, 90nm 플래시 소자에서 폴리실리콘을 식각하여 게이트를 형성하기 위해서는 하드마스크가 요구된다.The
도 2를 참조하여, 상기 반도체 기판(10) 상에 게이트 스택(80)이 형성된다. 상기 게이트 스택(80)은 상기 하드마스크(70)를 식각마스크로 사용하여 상기 제2 폴리실리콘층(60), ONO층(50), 제1 폴리실리콘층(40) 및 절연층(30)을 식각하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2, a
따라서, 상기 반도체 기판(10) 상에는 데이터가 저장되는 플로팅 게이트(45), 상기 플로팅 게이트(45)와 상기 반도체 기판(10) 사이에 형성된 터널 산화막(35), 워드라인으로 기능하는 컨트롤 게이트(65), 상기 컨트롤 게이트(65)와 상기 플로팅 게이트(45)를 분리시키기 위하여 이들 사이에 형성된 유전체층(55)으로 이루어지는 게이트 스택(80)이 형성된다. Therefore, a
이때, 상기 게이트 스택(80)은 상기 하드마스크(70)를 식각마스크로 사용하여 식각되는 것이므로 상기 게이트 스택(80)의 양측벽은 노출된 상태가 된다. In this case, since the
한편, 실시예에서는 상기 게이트 스택(80)이 한번의 식각공정에 의하여 형성되었지만, 상기 반도체 기판(10) 상에 터널 산화막, 컨트롤 게이트, 유전체층을 먼저 형성하고, 제2 폴리실리콘층을 증착한 후 하드마스크에 의하여 상기 제2 폴리실 리콘층을 식각하여 컨트롤 게이트를 형성할 수도 있다. Meanwhile, in the embodiment, the
도 3을 참조하여, 상기 하드마스크(70)의 상면을 노출시키는 포토레지스트 패턴(100)이 형성된다. 상기 포토레지스트 패턴(100)은 상기 하드마스크(70)를 포함하는 반도체 기판(10) 상에 스핀코팅에 의하여 포토레지스트막(미도시)을 형성한 후 패턴마스크(미도시)에 의한 노광 및 현상공정을 실시하여 상기 하드마스크(70)의 상면을 노출시킬 수 있다.Referring to FIG. 3, a
상기 포토레지스트 패턴(100)을 형성하는 이유는 상기 하드마스크(70)를 제거하여 상기 게이트 스택(80)의 상부 표면에 실리사이드층을 형성하기 위함이다. 이는 상기 게이트 스택(80) 형성 후 상기 컨트롤 게이트(65) 위에 남아있는 하드마스크(70)는 실리사이드 형성시 방해가 되기 때문에 상기 하드마스크(70)의 제거가 요구된다. The reason for forming the
일반적으로 하드마스크는 HF VPC(Vapor Phase Cleaning)로 제거될 수 있다. 다시 말해, HF를 온도를 이용하여 증기(vapor)화 시켜 산화막인 하드마스크를 제거할 수 있다. HF VPC를 사용하는 이유는 HDP USG로 형성된 소자분리막과 LP TEOS로 형성된 하드마스크 간의 선택비 때문이다. In general, the hard mask may be removed by HF VPC (Vapor Phase Cleaning). In other words, HF may be vaporized using a temperature to remove an oxide hard mask. The reason for using the HF VPC is the selectivity between the device isolation layer formed of HDP USG and the hard mask formed of LP TEOS.
예를 들어, 온도가 30~40℃에서 HF Vapor는 HDP USG와 LP TEOS는 1:100 정도의 선택비를 가지며 이것은 하드마스크를 제거할 때 소자분리막의 손실을 방지할 수 있다. 그러나, 상기와 같이 HF VPC를 이용해 하드마스크의 제거시 ONO(oxide/nitride/oxide)에서 산화막이 하드마스크와 유사한 HTO(High Temperature)를 사용하기 때문에 ONO막은 손상을 받게 된다. 따라서, 실시에에서는 상기 ONO층의 손상을 방지하기 위하여 상기 포토레지스트 패턴(100)에 상기 하드마스크(70)만을 제거할 수 있다.For example, HF Vapor has a selectivity of about 1: 100 for HDP USG and LP TEOS at a temperature of 30 to 40 ° C, which can prevent the loss of device isolation film when removing the hard mask. However, when the hard mask is removed using the HF VPC as described above, the ONO film is damaged because the oxide film uses HTO (High Temperature) similar to the hard mask in ONO (oxide / nitride / oxide). Therefore, in some embodiments, only the
도 4를 참조하여, 상기 게이트 스택(80) 상부의 하드마스크(70)가 제거된다. 상기 하드마스크(70)는 상기 포토레지스트 패턴(100)을 식각마스크로 사용하는 반응성 이온 식각(RIE) 공정을 진행하여 제거될 수 있다. 특히, 상기 하드마스크(70)는 리모트 플라즈마(Remote plasma)를 사용한 식각공정에 의하여 제거될 수 있다.Referring to FIG. 4, the
구체적으로, 상기 하드마스크(70)의 제거는 CHF3 또는 CH4 가스를 사용하고, 800~1500W의 파워 및 5~10mTorr의 압력에서 10~30초 동안 진행될 수 있다. Specifically, the removal of the
상기 포토레지스트 패턴(100)을 마스크로 사용하는 반응성 이온식각공정에 의하여 상기 하드마스크(70)만을 선택적으로 제거할 수 있으므로, ONO막인 유전체층(55)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 포토레지스트 패턴(100)이 상기 하드마스크(70)만을 노출시키고 나머지 영역은 모두 가린 상태로 형성되므로 상기 하드마스크(70)만을 선택적으로 제거할 수 있게 된다. Only the
또한, 상기 리모트 플라즈마 식각공정에 의하여 상기 하드마스크(70)를 제거할 수 있기 때문에 플라즈마에 의하여 소자는 손상을 받지 않게 된다. In addition, since the
도 5를 참조하여, 상기 포토레지스트 패턴(100)을 애싱 및 클리닝 공정에 의하여 제거한다. 따라서, 상기 반도체 기판(10) 상에는 터널 산화막(35), 플로팅 게이트(45), 유전체층(55) 및 컨트롤 게이트(65)를 포함하는 게이트 스택(80)이 형성된다. Referring to FIG. 5, the
후속공정으로 상기 컨트롤 게이트(65)의 표면에 실리사이드층(90)이 형성될 수 있다.In a subsequent process, the
실시예에 의하면, 컨트롤 게이트 상부의 하드마스크를 반응성 이온식각공정에 의하여 선택적으로 제거함으로써 식각공정에 의하여 ONO 패턴이 손상되는 것을 방지하여 플래시 메모리 소자의 품질을 향상시킬 수 있다. According to the embodiment, the hard mask on the control gate is selectively removed by the reactive ion etching process to prevent damage to the ONO pattern by the etching process, thereby improving the quality of the flash memory device.
이상에서 설명한 실시예는 전술한 실시에 및 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.The embodiments described above are not limited to the above-described embodiments and drawings, and it is to be understood that various changes, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present embodiments. It will be obvious to those who have it.
도 1 내지 도 5는 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조공정을 나타내는 단면도이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a flash memory device according to an embodiment.
Claims (8)
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KR1020080104008A KR20100044997A (en) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | Method for manufacturing flash memory device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107134410A (en) * | 2017-05-08 | 2017-09-05 | 上海华力微电子有限公司 | A kind of nitride-barrier minimizing technology |
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2008
- 2008-10-23 KR KR1020080104008A patent/KR20100044997A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107134410A (en) * | 2017-05-08 | 2017-09-05 | 上海华力微电子有限公司 | A kind of nitride-barrier minimizing technology |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |