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KR100590396B1 - Manufacturing Method of Flash Memory Cells - Google Patents

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KR100590396B1
KR100590396B1 KR1020020038722A KR20020038722A KR100590396B1 KR 100590396 B1 KR100590396 B1 KR 100590396B1 KR 1020020038722 A KR1020020038722 A KR 1020020038722A KR 20020038722 A KR20020038722 A KR 20020038722A KR 100590396 B1 KR100590396 B1 KR 100590396B1
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device isolation
silicon layer
flash memory
floating gate
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KR1020020038722A
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동차덕
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주식회사 하이닉스반도체
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Abstract

본 발명은 플래시 메모리 셀의 제조 방법에 관한 것으로, 트렌치형 소자 분리막 상부에 형성되는 돌출부의 폭을 좁혀 플로팅 게이트가 형성될 영역을 보다 넓게 확보하고, 플로팅 게이트를 고농도 폴리실리콘층 및 비정질 실리콘층의 적층 구조로 형성함으로써, 플로팅 게이트의 커플링 비를 증가시키면서 플로팅 게이트와 터널 산화막의 계면 특성뿐만 아니라 플로팅 게이트와 유전체막의 계면 특성을 동시에 향상시켜 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 플래시 메모리 셀의 제조 방법이 개시된다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory cell, wherein the width of a protrusion formed on an upper portion of a trench type isolation layer is narrowed to secure a wider area where a floating gate is to be formed, and the floating gate may be formed of a high concentration of By forming a stacked structure, the flash can increase the coupling ratio of the floating gate and simultaneously improve the interface characteristics of the floating gate and the tunnel oxide layer as well as the interface characteristics of the floating gate and the dielectric layer, thereby improving process reliability and device electrical characteristics. A method of manufacturing a memory cell is disclosed.

플래시 메모리, 플로팅 게이트, 계면 특성, 그레인 바운더리, 커플링 비Flash Memory, Floating Gate, Interface Characteristics, Grain Boundary, Coupling Ratio

Description

플래시 메모리 셀의 제조 방법{Method of manufacturing a flash memory cell} Method of manufacturing a flash memory cell             

도 1a 내지 도 1m은 본 발명에 따른 플래시 메모리 셀의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
1A to 1M are cross-sectional views of devices for explaining a method of manufacturing a flash memory cell according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

101 : 반도체 기판 102 : 패드 산화막101 semiconductor substrate 102 pad oxide film

103 : 패드 질화막 104 : 트렌치103: pad nitride film 104: trench

105 : 희생 산화막 106 : 라운딩 산화막105: sacrificial oxide film 106: rounding oxide film

107 : 라이너 산화막 108 : 절연 물질107: liner oxide film 108: insulating material

109 : 소자 분리막 109a : 돌출부109: device isolation film 109a: protrusion

110 : 터널 산화막 111 : 제1 실리콘층110 tunnel oxide film 111 first silicon layer

112 : 제2 실리콘층 113 : 하부 산화막112: second silicon layer 113: lower oxide film

114 : 질화막 115 : 상부 산화막114 nitride film 115 upper oxide film

116 : 유전체막 117 : 제3 실리콘층116: dielectric film 117: third silicon layer

118 : 실리사이드층 119 : 콘트롤 게이트 118: silicide layer 119: control gate                 

120 : 플로팅 게이트
120: floating gate

본 발명은 플래시 메모리 셀의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 플로팅 게이트의 커플링 비를 증가시키고 플로팅 게이트 상/하부의 계면 특성을 향상시킬 수 있는 플래시 메모리 셀의 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory cell, and more particularly, to a method of manufacturing a flash memory cell capable of increasing the coupling ratio of the floating gate and improving the interfacial characteristics above and below the floating gate.

모든 반도체 소자의 제조 공정에서는 반도체 기판에 형성된 각각의 소자를 전기적으로 분리시키기 위하여 소자 분리 영역에 소자 분리막을 형성한다. 종래에는 LOCOS(Local oxidation) 공정으로 소자 분리막을 형성하였으나, 소자의 집적도가 높아짐에 따라, 최근에는 반도체 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성한 후 트렌치에 절연 물질을 매립하는 공정으로 소자 분리막을 형성한다. 이러한 소자 분리막을 트렌치형 소자 분리막이라 한다. In all semiconductor device manufacturing processes, an element isolation film is formed in an element isolation region in order to electrically isolate each element formed on a semiconductor substrate. Conventionally, a device isolation film is formed by a local oxidation (LOCOS) process, but as the degree of integration of devices increases, the device isolation film is recently formed by etching a semiconductor substrate to a predetermined depth to form a trench, and then filling an insulating material in the trench. Form. Such an isolation layer is called a trench isolation layer.

트렌치형 소자 분리막은 일반적으로 반도체 기판 상에 소자 분리 영역을 노출시키는 패드 산화막 및 패드 질화막을 형성한 후 소자 분리 영역의 반도체 기판을 식각한 후 절연 물질층을 매립하여 형성하기 때문에, 패드 질화막 및 패드 산화막을 제거하여도 패드 질화막 및 패드 산화막 사이에 매립된 절연 물질층은 그대로 잔류된다. 이로 인하여, 절연 물질층으로 이루어진 소자 분리막은 트렌치에 매립된 형태로 형성되면서, 동시에 상부가 반도체 기판의 표면보다 높게 돌출된 형태로 형성된다. In general, a trench type isolation layer is formed by forming a pad oxide layer and a pad nitride layer exposing a device isolation region on a semiconductor substrate, followed by etching the semiconductor substrate in the device isolation region, and then filling an insulating material layer. Even after the oxide film is removed, the insulating material layer embedded between the pad nitride film and the pad oxide film remains as it is. As a result, the device isolation layer formed of the insulating material layer is formed in the form of being embedded in the trench, and at the same time, the upper portion of the device isolation layer is formed to protrude higher than the surface of the semiconductor substrate.

플래시 메모리 셀을 제조함에 있어서, 소자 분리막을 상기에서 서술한 트렌치형 소자 분리막으로 형성할 경우 플로팅 게이트의 분리(Isolation)를 위한 제1 폴리실리콘층 마스크 및 식각(Poly-1 mask & etch)과 같은 마스크 패터닝(Mask patterning) 공정 시, 마스크 임계 치수(Critical Dimension; CD)의 변화(Variation)에 의해 균일도(Uniformity)가 저하되어 균일한 플로팅 게이트를 형성하기가 어려워지고, 커플링 비의 변화(Coupling ratio variation)에 의해 프로그램/소거 불량(Program/erase fail) 등의 문제가 발생된다. In manufacturing a flash memory cell, when the device isolation layer is formed of the trench type device isolation layer described above, a first polysilicon layer mask and an etch for isolation of the floating gate may be used. In the mask patterning process, uniformity is degraded due to variation of the mask critical dimension (CD), making it difficult to form a uniform floating gate and changing the coupling ratio (Coupling). Problems such as program / erase fail occur due to ratio variation.

플로팅 게이트가 균일하게 형성되지 않으면 셀마다 커플링 비의 차이가 심화되고, 이에 따라 셀을 프로그램하거나 소거할 때 일부 셀에서 과도 소거(Over erase)가 발생될 수 있다. 또한, 커플링 비가 낮은 상태로 셀이 제조되면 소자의 동작 속도가 저하되고 낮은 전압에 의한 소자의 동작이 불가능해져 소자의 전기적 특성을 저하시킨다. If the floating gate is not formed uniformly, the difference in the coupling ratio is intensified for each cell, and thus over erase may occur in some cells when the cell is programmed or erased. In addition, when the cell is manufactured with a low coupling ratio, the operation speed of the device is lowered, and operation of the device due to a low voltage is impossible, thereby lowering the electrical characteristics of the device.

그리고, STI(Shallow Trench Isolation) 또는 NS-LOCOS(Nitride spacer-local oxidation) 공정으로 소자 분리막을 형성할 경우, 후속 식각 공정에서 소자 분리막과 액티브 영역(Active region)의 경계에 흔히 발생되는 움푹 들어간 형태의 모우트(Moat)에 의하여 소자의 전기적 특성이 저하되거나 불량이 발생될 수도 있다. In addition, when the device isolation layer is formed by a shallow trench isolation (STI) or a nitride spacer-local oxidation (NS-LOCOS) process, a recessed shape that is commonly generated at the boundary between the device isolation layer and the active region is used in a subsequent etching process. Due to the moat of the electrical characteristics of the device may be degraded or failure may occur.

또한, 플로팅 게이트를 도프트 폴리실리콘(Doped polysilicon)으로 형성하 면, 유전체막(예를 들어, ONO막)을 형성하기 전에 도프트 폴리실리콘층의 노출된 부분의 그레인 바운더리(Grain boundary) 영역에 격리(Segregation)된 불순물(Dopant)에 의한 비정상적인 산화로 인하여 불균일한 산화막이 형성된다. 이 때문에, 유전체막을 형성하면 국부적으로 유전체막의 두께가 달라지는 현상이 발생되고, 그레인 바운더리에 트랩(Trap)되는 차지(Charge)의 양이 증가하여 소자의 동작 특성을 저하시키는 문제점이 발생된다.
In addition, when the floating gate is formed of doped polysilicon, it may be formed in the grain boundary region of the exposed portion of the doped polysilicon layer before the dielectric film (eg, the ONO film) is formed. Uneven oxide film is formed due to abnormal oxidation by segregated dopants. For this reason, when the dielectric film is formed, a phenomenon in which the thickness of the dielectric film changes locally occurs, and the amount of charge trapped in the grain boundary increases, which causes a problem of deteriorating the operating characteristics of the device.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 트렌치형 소자 분리막 상부에 형성되는 돌출부의 폭을 좁혀 플로팅 게이트가 형성될 영역을 보다 넓게 확보하고, 플로팅 게이트를 고농도 폴리실리콘층 및 비정질 실리콘층의 적층 구조로 형성함으로써, 플로팅 게이트의 커플링 비를 증가시키면서 플로팅 게이트와 터널 산화막의 계면 특성뿐만 아니라 플로팅 게이트와 유전체막의 계면 특성을 동시에 향상시켜 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 플래시 메모리 셀의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Therefore, in order to solve the above problems, the present invention narrows the width of the protrusion formed on the trench isolation layer to secure a wider area for forming the floating gate, and stacks the floating gate with a high concentration of polysilicon layer and amorphous silicon layer. By forming the structure, the flash memory can improve the reliability of the process and the electrical characteristics of the device by simultaneously improving the interfacial characteristics of the floating gate and the dielectric layer as well as the interfacial characteristics of the floating gate and the tunnel oxide layer while increasing the coupling ratio of the floating gate. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a cell.

본 발명에 따른 플래시 메모리 셀의 제조 방법은 반도체 기판의 소자 분리 영역에 반도체 기판의 표면보다 높게 돌출되고 소자 분리 영역의 폭보다 좁은 돌출부를 구비한 소자 분리막을 형성하는 단계와, 전체 상부에 터널 산화막을 형성하는 단계와, 전체 상부에 도프트 폴리실리콘층 및 언도프트 비정질실리콘층을 순차적으로 형성하는 단계와, 소자 분리막의 돌출부 표면이 노출되도록 화학적 기계적 연마를 실시하는 단계와, 소자 분리막의 돌출부를 제거하는 단계와, 전체 상부에 유전체막, 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층 및 실리사이드층을 형성한 후 콘트롤 게이트 마스크를 이용한 식각 공정으로 실리사이드층, 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층 및 유전체막을 패터닝하고, 자기 정렬 식각 공정으로 도프트 폴리실리콘층, 비정질실리콘층을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A method of manufacturing a flash memory cell according to the present invention comprises the steps of forming a device isolation film protruding higher than the surface of the semiconductor substrate in the device isolation region of the semiconductor substrate and having a protrusion narrower than the width of the device isolation region; Forming a doped polysilicon layer and an undoped amorphous silicon layer on top of the whole, performing chemical mechanical polishing to expose the surface of the protrusion of the device isolation layer, and forming the protrusion of the device isolation layer. And removing the dielectric layer, the polysilicon layer for the control gate and the silicide layer on the entire surface, and patterning the silicide layer, the polysilicon layer for the control gate and the dielectric layer by an etching process using a control gate mask, and then etching the self alignment. Patterning doped polysilicon layer and amorphous silicon layer by process Characterized in that it comprises a step.

상기에서, 소자 분리막의 돌출부의 높이는 1500 내지 2000Å인 것을 특징으로 한다. In the above, the height of the protrusion of the device isolation layer is characterized in that 1500 to 2000Å.

도프트 실리콘층은 소자 분리막의 돌출부에 의해 발생된 단차에 의해 중앙에 트렌치가 형성된 오목한 구조(凹)로 형성되고, 비정질실리콘층은 화학적 기계적 연마에 의해 도프트 폴리실리콘층의 오목한 부분인 트렌치에만 잔류되는 것을 특징으로 하며, 도프트 폴리실리콘층에 포함된 불순물은 후속 열공정 시 언도프트 비정질실리콘층으로 확산되는 것을 특징으로 한다. The doped silicon layer is formed in a concave structure in which a trench is formed in the center by a step generated by the protrusion of the device isolation layer, and the amorphous silicon layer is formed only in the trench, which is a concave portion of the doped polysilicon layer by chemical mechanical polishing And the impurities contained in the dope polysilicon layer are diffused into the undoped amorphous silicon layer during the subsequent thermal process.

한편, 도프트 폴리실리콘층은 SiH4 또는 Si2H6 중 어느 하나와 PH3 가스를 소오스 가스로 이용하여 3.0E20 내지 4.5E20 atoms/cc의 불순물이 도핑되도록 LP-CVD법으로 형성하는 것을 특징으로 하며, 580 내지 620℃의 온도와 0.1 내지 3Torr의 낮은 압력 조건에서 500 내지 800Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the doped polysilicon layer is formed by LP-CVD so that impurities of 3.0E20 to 4.5E20 atoms / cc are doped using either SiH 4 or Si 2 H 6 and PH 3 gas as the source gas. It is characterized in that it is formed to a thickness of 500 to 800 Pa at a temperature of 580 to 620 ℃ and a low pressure of 0.1 to 3 Torr.

또한, 언도프트 비정질실리콘층은 480 내지 530℃의 온도와 0.1 내지 3Torr 의 낮은 압력 조건에서 SiH4 또는 Si2H6 중 어느 하나를 소오스 가스로 이용한 LP-CVD법으로 형성하는 것을 특징으로 하며, 500 내지 1000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the undoped amorphous silicon layer is formed by the LP-CVD method using any one of SiH 4 or Si 2 H 6 as the source gas at a temperature of 480 to 530 ℃ and a low pressure of 0.1 to 3 Torr, It is characterized by being formed to a thickness of 500 to 1000 내지.

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 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 한편, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 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 may be embodied in various different forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information. In the drawings, like reference numerals refer to like elements.

도 1a 내지 도 1m은 본 발명에 따른 플래시 메모리 셀의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다. 1A to 1M are cross-sectional views of devices for explaining a method of manufacturing a flash memory cell according to the present invention.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(101)의 전체 상부에 결정결함이 발생되는 것을 억제하고 표면 처리를 실시하기 위하여 패드 산화막(102) 및 패드 질화막(103)을 순차적으로 형성한다. Referring to FIG. 1A, the pad oxide film 102 and the pad nitride film 103 are sequentially formed in order to suppress occurrence of crystal defects on the entire upper portion of the semiconductor substrate 101 and to perform surface treatment.

패드 산화막(102)은 70 내지 100Å의 두께로 형성하며, 750 내지 900℃의 온도 범위에서 건식 산화 방법이나 습식 산화 방법으로 형성한다. 패드 질화막(103)은 2500 내지 3200Å의 두께로 형성하며, LP-CVD법을 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 패드 질화막(103)의 두께는 상기의 조건으로 한정되지 않고, 후속 공정에서 화학적 기계적 연마 공정을 마지막 공정으로 실시하여 소자 분리막을 형성한 후 패드 질화막을 제거하였을 때 소자 분리막의 상부가 반도체 기판(101)의 표면보다 최대한 높게 돌출되도록 공정 조건에 따라 패드 질화막(103)의 두께를 결정할 수 있다. The pad oxide film 102 is formed to a thickness of 70 to 100 Pa, and is formed by a dry oxidation method or a wet oxidation method in a temperature range of 750 to 900 ° C. The pad nitride film 103 may be formed to a thickness of 2500 to 3200 GPa and may be formed using the LP-CVD method. At this time, the thickness of the pad nitride film 103 is not limited to the above conditions, and when the pad nitride film is removed after forming the device isolation film by performing a chemical mechanical polishing process as a final step in a subsequent step, the upper portion of the device isolation film is a semiconductor substrate. The thickness of the pad nitride film 103 may be determined according to process conditions so as to protrude as much as possible above the surface of 101.

한편, 패드 산화막(102)을 형성하기 전에 세정 공정을 실시할 수도 있다. 이때, 세정 공정은 H2O:HF가 50:1 내지 100:1의 비율로 혼합된 불화수소산(DHF)과 SC-1(NH4OH/H2O2/H2O) 용액을 순차적으로 이용하여 실시하거나, NH4F:HF가 4:1 내지 7:1로 혼합된 혼합 용액을 1:100 내지 1:300의 비율로 H2O에 희석시킨 BOE(Buffered Oxide Etchant)와 SC-1(NH4OH/H2O2/H2O) 용액을 순차적으로 이용하여 실시한다.In addition, a cleaning process may be performed before forming the pad oxide film 102. At this time, the cleaning process is sequentially performed with a hydrofluoric acid (DHF) and SC-1 (NH 4 OH / H 2 O 2 / H 2 O) solution H 2 O: HF mixed in a ratio of 50: 1 to 100: 1 BOE (Buffered Oxide Etchant) and SC-1 diluted with H 2 O at a ratio of 1: 100 to 1: 300 or mixed solution containing NH 4 F: HF at 4: 1 to 7: 1 (NH 4 OH / H 2 O 2 / H 2 O) The solution is carried out sequentially.

도 1b를 참조하면, 소자 분리 마스크를 이용한 식각 공정으로 패드 질화막(103) 및 패드 산화막(102)을 순차적으로 식각하여 반도체 기판(101)의 소자 분리 영역을 노출시킨다. 이로써, 반도체 기판(101)의 소자 분리 영역을 노출시키는 패드 산화막(102) 및 패드 질화막(103)이 적층 구조로 형성된다.Referring to FIG. 1B, the pad nitride layer 103 and the pad oxide layer 102 are sequentially etched in an etching process using an element isolation mask to expose the device isolation region of the semiconductor substrate 101. As a result, the pad oxide film 102 and the pad nitride film 103 exposing the device isolation region of the semiconductor substrate 101 are formed in a stacked structure.

이후, 반도체 기판(101)의 노출된 영역을 식각하여 소정의 깊이로 트렌치(104)를 형성한다. 이때, 패드 질화막(103)은 식각 면이 수직이 되도록 하며, 트렌치(104)는 측벽이 80 내지 90도의 경사각을 갖도록 형성한다. Thereafter, the exposed region of the semiconductor substrate 101 is etched to form the trench 104 at a predetermined depth. In this case, the pad nitride film 103 may have an etched surface perpendicular to each other, and the trench 104 may have a sidewall having an inclination angle of 80 to 90 degrees.

도 1c를 참조하면, 트렌치(104)가 형성되면, 반도체 기판(101)에 트렌치(104)를 형성하는 과정에서 식각 공정에 의해 트렌치(104)의 측벽 및 저면에 발생된 식각 손상을 제거하기 위하여 측벽 희생 산화 공정을 실시한다. Referring to FIG. 1C, when the trench 104 is formed, in order to remove the etching damage generated on the sidewalls and the bottom surface of the trench 104 by an etching process in the process of forming the trench 104 in the semiconductor substrate 101. A sidewall sacrificial oxidation process is performed.

이로 인해, 트렌치(104)의 측벽 및 저면의 손상된 반도체 기판(101)의 표면이 산화되어 희생 산화막(105)이 형성된다. 이러한 측벽 희생 산화 공정은 1000 내 지 1150℃의 온도에서 건식 산화 방식으로 실시하며, 반도체 기판(101)이 150 내지 300Å 정도 산화되도록 실시한다. As a result, the surface of the damaged semiconductor substrate 101 on the sidewall and bottom of the trench 104 is oxidized to form the sacrificial oxide film 105. The side wall sacrificial oxidation process is carried out in a dry oxidation method at a temperature of 1000 to 1150 ℃, so that the semiconductor substrate 101 is oxidized about 150 to 300Å.

도 1d를 참조하면, 측벽 희생 산화 공정에 의해 형성된 희생 산화막(도 1c의 105)의 두께를 목표 두께로 세정 공정을 실시하여 희생 산화막을 제거한 후, 트렌치(104)의 저면 및 상부 모서리를 둥글게 형성하기 위하여 측벽 산화 공정을 실시한다. 이로 인해, 트렌치(104)의 측벽 및 저면의 반도체 기판(100)이 일부 산화되어 라운딩 산화막(106)이 형성되면서 트렌치(104)가 항아리 형태로 변한다. 한편, 측벽 산화 공정으로 라운딩 산화막(106)을 형성하면서, 패드 산화막(102)의 두께도 증가시킨다. Referring to FIG. 1D, after the sacrificial oxide film (105 in FIG. 1C) formed by the sidewall sacrificial oxidation process is removed to a target thickness to remove the sacrificial oxide film, the bottom and top edges of the trench 104 are rounded. In order to perform the sidewall oxidation process. As a result, the semiconductor substrate 100 on the sidewalls and the bottom surface of the trench 104 is partially oxidized to form the rounding oxide film 106, thereby changing the trench 104 into a jar shape. On the other hand, while forming the rounded oxide film 106 by the sidewall oxidation process, the thickness of the pad oxide film 102 is also increased.

이렇게, 측벽 산화 공정으로 패드 산화막(102)의 두께를 증가시키는 것은, 후속 공정에서 소자 분리막의 돌출된 상부 폭을 좁히기 위하여 실시하는 세정 공정에서, 소자 분리 영역을 제외한 소자 형성 영역 상에서의 산화막 식각 마진을 확보하기 위해서이다. 뿐만 아니라, 세정 공정에 의해서 소자 분리막의 상부 모서리가 식각되어 반도체 기판(101)의 계면에서 움푹 파인 모우트가 발생되는 것을 방지할 수도 있다. In this way, increasing the thickness of the pad oxide film 102 by the sidewall oxidation process is performed by the oxide film etching margin on the device formation region excluding the device isolation region in the cleaning process performed to narrow the protruding upper width of the device isolation layer in a subsequent process. To secure it. In addition, the upper edge of the device isolation layer may be etched by the cleaning process to prevent generation of recessed motes at the interface of the semiconductor substrate 101.

이러한 측벽 산화 공정은 750 내지 850℃의 온도에서 습식 산화 방식으로 반도체 기판(101)이 300 내지 450Å 정도 산화되도록 실시한다. The sidewall oxidation process is performed such that the semiconductor substrate 101 is oxidized by about 300 to 450 Pa by a wet oxidation method at a temperature of 750 to 850 ° C.

희생 산화막을 제거한 후 측벽 산화 공정을 실시하기 전에 세정 공정을 실시할 수 있다. 이때, 세정 공정은 H2O:HF가 50:1 내지 100:1의 비율로 혼합된 불화수 소산(DHF)과 SC-1(NH4OH/H2O2/H2O) 용액을 순차적으로 이용하여 실시하거나, NH4F:HF가 4:1 내지 7:1로 혼합된 혼합 용액을 1:100 내지 1:300의 비율로 H2O에 희석시킨 BOE(Buffered Oxide Etchant)와 SC-1(NH4OH/H2O2/H2O) 용액을 순차적으로 이용하여 실시한다.After the sacrificial oxide film is removed, the cleaning process may be performed before the sidewall oxidation process is performed. At this time, the cleaning process is sequentially performed by the hydrofluoric acid (DHF) and SC-1 (NH 4 OH / H 2 O 2 / H 2 O) solution H 2 O: HF mixed in a ratio of 50: 1 to 100: 1 BOE (Buffered Oxide Etchant) and SC- diluted with H 4 O at a ratio of 1: 100 to 1: 300, or a mixed solution of NH 4 F: HF in a ratio of 4: 1 to 7: 1. 1 (NH 4 OH / H 2 O 2 / H 2 O) The solution is carried out using sequentially.

도 1e를 참조하면, 트렌치(104)의 측벽 및 저면을 포함한 전체 상부에 라이너 산화막(Liner oxide layer; 107)을 형성한다. 라이너 산화막(107)은 후속 공정에서 소자 분리막을 형성하기 위하여 트렌치(104)를 절연 물질층으로 매립할 때 트렌치(104) 영역에서 절연 물질층의 접착(Adhesion) 특성을 향상시키고, 후속 식각 공정에 의해 소자 분리막과 반도체 기판의 경계면이 움푹 파여서 형성되는 모우트(Moat)가 발생되는 것을 방지하기 위하여 형성한다. 이러한 라이너 산화막(107)은 DCS(SiH2Cl2)를 소오스로 하는 HTO(Hot Temperature Oxide) 박막으로 형성하며, 100 내지 120Å의 두께로 형성한다. 라이너 산화막(107)을 형성한 후에는 라이너 산화막(107)을 치밀화하고 막질을 향상시키기 위하여 1000 내지 1100℃의 온도에서 질소(N2) 가스 분위기로 20 내지 30분간 어닐링을 실시한다.Referring to FIG. 1E, a liner oxide layer 107 is formed on the entire top including the sidewalls and the bottom of the trench 104. The liner oxide 107 improves the adhesion characteristics of the insulating material layer in the trench 104 region when the trench 104 is buried with the insulating material layer to form the device isolation layer in a subsequent process, and is subjected to the subsequent etching process. As a result, it is formed in order to prevent the occurrence of a moat formed by denting an interface between the device isolation layer and the semiconductor substrate. The liner oxide film 107 is formed of a hot temperature oxide (HTO) thin film made of DCS (SiH 2 Cl 2 ) as a source, and is formed to a thickness of 100 to 120 Pa. After the liner oxide film 107 is formed, annealing is performed for 20 to 30 minutes in a nitrogen (N 2 ) gas atmosphere at a temperature of 1000 to 1100 ° C. to densify the liner oxide film 107 and improve film quality.

도 1f를 참조하면, 패드 산화막(102) 및 패드 질화막(103) 사이의 공간과 트렌치(도 1e의 104)가 완전히 매립되도록 전체 상부에 절연 물질층을 형성한다. 이때, 절연 물질층은 고밀도 플라즈마(High Density Plasma; HDP) 산화막(108)으로 형성하는 것이 가능하며, 5000 내지 10000Å의 두께로 형성한다. Referring to FIG. 1F, an insulating material layer is formed over the entire space such that the space between the pad oxide film 102 and the pad nitride film 103 and the trench 104 (FIG. 1E) are completely filled. In this case, the insulating material layer may be formed of a high density plasma (HDP) oxide film 108, and may be formed to a thickness of 5000 to 10000 Pa.                     

이후, 화학적 기계적 연마를 실시하여 패드 질화막(103) 상부의 고밀도 플라즈마 산화막을 제거한다. 화학적 기계적 연마를 실시한 후에는 노출된 패드 질화막(103)의 표면에 잔존할 수 있는 산화막을 제거하기 위하여 BOE 또는 HF를 이용한 세정 공정을 실시한다. 이로써, 라운딩 산화막(106), 라이너 산화막(107) 및 고밀도 플라즈마 산화막(108)으로 이루어진 소자 분리막(109)이 형성된다. Thereafter, chemical mechanical polishing is performed to remove the high density plasma oxide film on the pad nitride film 103. After chemical mechanical polishing, a cleaning process using BOE or HF is performed to remove the oxide film that may remain on the exposed surface of the pad nitride film 103. As a result, the device isolation film 109 including the rounding oxide film 106, the liner oxide film 107, and the high density plasma oxide film 108 is formed.

한편, 후속 공정에서 패드 질화막(103)이 완전히 제거된 후 반도체 기판(101)의 표면 위로 돌출되는 소자 분리막(109)의 높이는 화학적 기계적 연마를 실시한 후 잔류하는 패드 질화막(103)의 두께에 따라 결정된다. 따라서, 화학적 기계적 연마를 실시하는 과정에서 고밀도 플라즈마 산화막이 제거되고 패드 질화막(103)이 노출되면서 패드 질화막(103)의 상부가 과도하게 제거되면, 반도체 기판(101)의 표면보다 높게 돌출되어 잔류하는 소자 분리막(109)의 높이가 낮아지게 된다. 이는, 후속 공정에서 형성될 플로팅 게이트용 폴리실리콘층의 높이에도 영향을 준다. 그러므로, 이러한 소자 분리막(109)의 돌출된 상부가 낮아지지 않도록 화학적 기계적 연마 공정의 공정 조건을 제어하며, 바람직하게는 패드 질화막(103)이 제거된 상태에서 소자 분리막(109)의 돌출된 상부의 높이가 1500 내지 2000Å이 되도록 공정 조건을 제어한다. Meanwhile, the height of the device isolation film 109 protruding onto the surface of the semiconductor substrate 101 after the pad nitride film 103 is completely removed in a subsequent process is determined according to the thickness of the pad nitride film 103 remaining after chemical mechanical polishing. do. Therefore, when the high-density plasma oxide film is removed during the chemical mechanical polishing and the pad nitride film 103 is exposed and the upper portion of the pad nitride film 103 is excessively removed, it protrudes higher than the surface of the semiconductor substrate 101. The height of the device isolation layer 109 is lowered. This also affects the height of the polysilicon layer for the floating gate to be formed in a subsequent process. Therefore, the process conditions of the chemical mechanical polishing process are controlled so that the protruding upper portion of the device isolation layer 109 is not lowered. Preferably, the protruding upper portion of the element isolation layer 109 is removed while the pad nitride layer 103 is removed. Process conditions are controlled such that the height is 1500 to 2000 mm 3.

도 1g를 참조하면, 패드 질화막(도 1f의 103)을 제거한다. 패드 질화막은 인산(H3PO4)을 이용하여 제거한다. 이로써, 소자 분리막(109)의 상부가 돌출(109a)되고, 소자 형성 영역에서는 패드 산화막(102)의 표면이 노출된다. Referring to FIG. 1G, the pad nitride film (103 in FIG. 1F) is removed. The pad nitride film is removed using phosphoric acid (H 3 PO 4 ). As a result, the upper portion of the device isolation film 109 protrudes 109a, and the surface of the pad oxide film 102 is exposed in the device formation region.

도 1h를 참조하면, 식각 공정을 실시하여 소자 분리막의 돌출부(109a)의 폭을 좁힌다. Referring to FIG. 1H, an etching process is performed to narrow the width of the protrusion 109a of the device isolation layer.

이때, 식각 공정을 실시하면 소자 분리막의 돌출부(109a)의 상부 및 측면과 반도체 기판(101) 상부에 형성된 패드 산화막(102)이 동일한 비율로 식각되며, 소자 분리막의 돌출부(109a)가 목표 폭이 될 때까지 식각 공정의 시간을 조절한다. 한편, 식각 공정은 소자 분리막의 돌출부(109a)가 1500 내지 2000Å의 높이로 잔류하도록 실시한다. 이러한 식각 공정은 H2O:HF가 50:1 내지 100:1의 비율로 혼합된 희석 불화수소산(DHF)과 SC-1(NH4OH/H2O2/H2O) 용액을 순차적으로 이용하여 실시한다. In this case, when the etching process is performed, the pad oxide layer 102 formed on the upper and side surfaces of the protrusion 109a of the device isolation layer and the upper portion of the semiconductor substrate 101 is etched at the same ratio, and the protrusion 109a of the device isolation layer has a target width. Adjust the time of the etching process until Meanwhile, the etching process is performed such that the protrusion 109a of the device isolation layer remains at a height of 1500 to 2000 GPa. This etching process sequentially dilutes hydrofluoric acid (DHF) and SC-1 (NH 4 OH / H 2 O 2 / H 2 O) solution with H 2 O: HF mixed at a ratio of 50: 1 to 100: 1. Use it.

이로써, 소자 분리막(109)의 가장 자리는 반도체 기판(101)의 표면과 거의 비슷한 높이로 평탄해지고, 반도체 기판(101)의 표면보다 높게 돌출된 소자 분리막(109)의 돌출부(109a)는 폭이 좁아진다. 이때, 돌출부(109a)의 폭을 좁힐수록 최종적으로 형성되는 플로팅 게이트의 간격을 보다 더 좁힐 수 있으며, 따라서 플로팅 게이트의 커플링비와 집적도를 향상시킬 수 있다. As a result, the edge of the device isolation film 109 is flattened to a height substantially similar to the surface of the semiconductor substrate 101, and the protrusion 109a of the device isolation film 109 protruding higher than the surface of the semiconductor substrate 101 has a wide width. Narrows. In this case, as the width of the protrusion 109a is narrowed, the spacing of the floating gate finally formed may be further narrowed, thereby improving the coupling ratio and the integration degree of the floating gate.

상기의 형태로 소자 분리막(109)을 형성함으로써, 반도체 기판(101)의 상부에서는 반도체 기판(101)의 활성 영역보다 패턴을 보다 넓게 형성할 수 있는 영역을 확보할 수 있게 된다. By forming the device isolation layer 109 in the above-described manner, an area in which the pattern can be formed wider than the active region of the semiconductor substrate 101 can be secured in the upper portion of the semiconductor substrate 101.

이후, 도면에는 도시되어 있지 않지만, HF 용액을 이용한 세정 공정으로 반도체 기판(101)의 상부에 잔류하는 패드 산화막(102)을 제거한 후 소자가 형성될 활성 영역의 반도체 기판(101) 상부에 750 내지 900℃의 온도에서 습식 또는 건식 산화 방식으로 50 내지 70Å의 두께를 갖는 스크린 산화막(Screen oxide; 도시되지 않음)을 형성한다. 스크린 산화막이 형성되면 이온 주입 공정을 통해 활성 영역의 반도체 기판(101)에 웰(도시되지 않음)을 형성하고, 트랜지스터 또는 플래시 메모리 셀과 같은 소자의 문턱 전압을 조절하기 위한 문턱 전압 조절층(도시되지 않음)을 반도체 기판(101)의 소정 깊이에 형성한다. Subsequently, although not shown in the drawing, the pad oxide film 102 remaining on the semiconductor substrate 101 is removed by a cleaning process using an HF solution, and then 750 to 750 on the active substrate where the device is to be formed. A screen oxide (not shown) having a thickness of 50 to 70 kPa is formed by wet or dry oxidation at a temperature of 900 ° C. Once the screen oxide film is formed, a well (not shown) is formed in the semiconductor substrate 101 in the active region through an ion implantation process, and a threshold voltage adjusting layer (not shown) for adjusting the threshold voltage of a device such as a transistor or a flash memory cell is illustrated. Or not) is formed at a predetermined depth of the semiconductor substrate 101.

도 1i를 참조하면, 스크린 산화막(도시되지 않음)을 제거한 후 반도체 기판(101)의 활성 영역 상부에 터널 산화막(110) 및 제1 실리콘층(111)을 순차적으로 형성한다. 이때, 제1 실리콘층(111)에는 소자 분리막의 돌출부(109a)에 의한 단차가 발생된다. Referring to FIG. 1I, after the screen oxide layer (not shown) is removed, the tunnel oxide layer 110 and the first silicon layer 111 are sequentially formed on the active region of the semiconductor substrate 101. In this case, a step caused by the protrusion 109a of the device isolation layer is generated in the first silicon layer 111.

상기에서, 스크린 산화막은 H2O:HF가 50:1 내지 100:1의 비율로 혼합된 희석 불화수소산(DHF)과 SC-1(NH4OH/H2O2/H2O) 용액을 순차적으로 이용하여 제거한다. In the above, the screen oxide film is a dilute hydrofluoric acid (DHF) and SC-1 (NH 4 OH / H 2 O 2 / H 2 O) solution in which H 2 O: HF is mixed in a ratio of 50: 1 to 100: 1 Remove sequentially.

한편, 터널 산화막(110)은 750 내지 800℃의 온도에서 습식 산화 공정으로 형성하고, 이후 900 내지 910℃의 온도에서 질소 분위기로 20 내지 30분간 어닐링을 실시하여 반도체 기판(101)과 터널 산화막(110)의 계면 결함 밀도를 최소화한다. 또한, 플로팅 게이트를 형성하기 위한 제1 실리콘층(111)은 불순물이 고농도로 도핑된 폴리실리콘층으로 형성한다. 좀 더 상세하게 설명하면, SiH4 또는 Si2H6 중 어느 하나와 PH3 가스를 소오스 가스로 이용하여 3.0E20 내지 4.5E20 atoms/cc의 불순물이 도핑되도록 LP-CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법으로 형성한 다. 또한, 제1 실리콘층(111)은 전계가 한곳에 집중되지 않도록 그레인 사이즈가 최소화하기 위하여 580 내지 620℃의 온도와 0.1 내지 3Torr의 낮은 압력 조건에서 형성하며, 500 내지 800Å의 두께로 형성한다.Meanwhile, the tunnel oxide film 110 is formed by a wet oxidation process at a temperature of 750 to 800 ° C., and then annealed for 20 to 30 minutes in a nitrogen atmosphere at a temperature of 900 to 910 ° C. to form the semiconductor substrate 101 and the tunnel oxide film ( Minimize the interface defect density. In addition, the first silicon layer 111 for forming the floating gate is formed of a polysilicon layer doped with a high concentration of impurities. In more detail, LP-CVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) so that impurities of 3.0E20 to 4.5E20 atoms / cc are doped using either SiH 4 or Si 2 H 6 and PH 3 gas as the source gas. Form by law. In addition, the first silicon layer 111 is formed at a temperature of 580 to 620 ° C. and a low pressure of 0.1 to 3 Torr so as to minimize grain size so that the electric field is not concentrated in one place.

도 1j를 참조하면, 제1 실리콘층(111) 상부에 제2 실리콘층(112)을 형성한다. 이때, 제2 실리콘층(112)은 단차가 발생된 제1 실리콘층(111)의 사이를 완전히 매립할 수 있을 정도의 두께로 형성한다. 제2 실리콘층(112)을 형성하기 전에 제1 실리콘층(111)의 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하기 위하여 세정 공정을 실시할 수 있다. Referring to FIG. 1J, a second silicon layer 112 is formed on the first silicon layer 111. In this case, the second silicon layer 112 is formed to a thickness sufficient to completely fill the gap between the first silicon layer 111 having a step. Before the second silicon layer 112 is formed, a cleaning process may be performed to remove the native oxide film formed on the surface of the first silicon layer 111.

상기에서, 플로팅 게이트를 형성하기 위한 제2 실리콘층(112)은 비정질 실리콘층으로 형성한다. 좀 더 상세하게 설명하면, 480 내지 530℃의 온도와 0.1 내지 3Torr의 낮은 압력 조건에서 SiH4 또는 Si2H6 중 어느 하나를 소오스 가스로 이용한 LP-CVD법으로 형성하며, 500 내지 1000Å의 두께로 형성한다. 이때, 제2 실리콘층(112)에는 불순물이 도핑되지 않은 상태로 형성되지만, 후속 열공정에서 제1 실리콘층(111)에 고농도로 주입된 불순물이 제2 실리콘층(112)으로 확산되어 제2 실리콘층(112)도 전도성을 갖게 된다. 제1 실리콘층(111)의 불순물이 제2 실리콘층(112)으로 확산되더라도 제1 실리콘층(111)에는 불순물이 고농도로 주입된 상태이기 때문에 제1 실리콘층(111)의 불순물 농도나 전도 특성에는 문제가 발생되지 않는다. In the above, the second silicon layer 112 for forming the floating gate is formed of an amorphous silicon layer. In more detail, at a temperature of 480 to 530 ° C. and a low pressure of 0.1 to 3 Torr, any one of SiH 4 or Si 2 H 6 is formed by LP-CVD using a source gas, and has a thickness of 500 to 1000 kPa. To form. At this time, the second silicon layer 112 is formed without impurities, but impurities implanted at a high concentration into the first silicon layer 111 in a subsequent thermal process are diffused into the second silicon layer 112 to form a second layer. The silicon layer 112 also becomes conductive. Even when impurities of the first silicon layer 111 are diffused into the second silicon layer 112, since the impurities are injected into the first silicon layer 111 at a high concentration, the impurity concentration or conduction characteristics of the first silicon layer 111 may be reduced. The problem does not occur.

도 1k를 참조하면, 소자 분리막(109)의 돌출부(109a) 표면이 노출되도록 화 학적 기계적 연마를 실시한다. 이로써, 제1 실리콘층(111)이 소자 분리막의 돌출부(109a)에 의해 격리되고, 제2 실리콘층(112)도 소자 분리막의 돌출부(109a)에 의해 격리되면서, 소자 분리막의 돌출부(109a) 사이에는 제1 및 제2 실리콘층(111 및 112)이 적층 구조로 형성된다. 좀더 상세하게 설명하면, 제1 실리콘층(111)은 소자 분리막의 돌출부(109a)에 의해 발생된 단차에 의해 중앙에 트렌치가 형성된 오목한 구조(凹)로 형성되며, 제2 실리콘층(112)은 제1 실리콘층(111)의 오목한 부분인 트렌치에만 잔류된다. 여기서, 화학적 기계적 연마 공정은 소자 분리막의 돌출부(109a) 사이에 제1 및 제2 실리콘층(111 및 112)으로 이루어진 적층 구조가 1000 내지 1400Å의 두께로 잔류하도록 실시한다. Referring to FIG. 1K, chemical mechanical polishing is performed to expose the surface of the protrusion 109a of the device isolation layer 109. As a result, the first silicon layer 111 is isolated by the protrusion 109a of the device isolation layer, and the second silicon layer 112 is also isolated by the protrusion 109a of the device isolation layer, and between the protrusions 109a of the device isolation layer. The first and second silicon layers 111 and 112 are formed in a stacked structure. In more detail, the first silicon layer 111 is formed in a concave structure in which a trench is formed in the center by a step generated by the protrusion 109a of the device isolation layer, and the second silicon layer 112 is Only the trench, which is the concave portion of the first silicon layer 111, remains. In this case, the chemical mechanical polishing process is performed such that the stacked structure including the first and second silicon layers 111 and 112 remains between the protrusions 109a of the device isolation layer to a thickness of 1000 to 1400 kPa.

도 1l을 참조하면, 반도체 기판(101)의 표면보다 높게 돌출된 소자 분리막(109a)의 상부 표면이 노출된다. 이렇게 노출된 소자 분리막의 돌출부(109a)를 세정 공정으로 제거한다. 세정 공정은 HF 또는 BOE를 이용하여 실시하며, 이로써 소자 분리막(109)의 돌출부(109a)와 접하던 제1 실리콘층(111)의 측면이 노출되면서 제1 실리콘층(111)의 노출 면적이 증가하여 커플링 비를 보다 더 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 1L, the upper surface of the device isolation layer 109a protruding higher than the surface of the semiconductor substrate 101 is exposed. The exposed protrusion 109a of the device isolation layer is removed in a cleaning process. The cleaning process is performed using HF or BOE. As a result, the side surface of the first silicon layer 111 that is in contact with the protrusion 109a of the device isolation layer 109 is exposed, thereby increasing the exposed area of the first silicon layer 111. Coupling ratios can be further improved.

도 1m을 참조하면, 전체 상부에 유전체막(116), 콘트롤 게이트용 제3 실리콘층(117) 및 실리사이드층(118)을 순차적으로 형성한다. Referring to FIG. 1M, the dielectric film 116, the third silicon layer 117 for the control gate, and the silicide layer 118 are sequentially formed on the entire top.

상기에서, 유전체막(116)은 하부 산화막(SiO2; 113), 실리콘 질화막(Si3N4; 114) 및 상부 산화막(SiO2; 115)이 순차적으로 적층된 구조인 ONO 구조로 형성할 수 있다. 또한, 실리사이드층(118)은 텅스텐 실리사이드(WSix)층으로 형성할 수 있다. In the above, the dielectric film 116 may be formed in an ONO structure in which a lower oxide film (SiO 2 ; 113), a silicon nitride film (Si 3 N 4 ; 114), and an upper oxide film (SiO 2 ; 115) are sequentially stacked. have. In addition, the silicide layer 118 may be formed of a tungsten silicide (WSix) layer.

이때, 하부 및 상부 산화막(113 및 115)은 우수한 내압과 TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown) 특성이 우수한 DCS(SiH2Cl2)와 N2O 가스를 소오스 가스로 사용하여 형성한 HTO(Hot Temperature Oxide)막으로 형성할 수 있으며, 실리콘 질화막(114)은 650 내지 800℃의 온도와 1 내지 3Torr의 저압에서 DCS(SiH2Cl2)와 NH3 가스를 사용한 LP-CVD법으로 형성한다. 유전체막(116)을 ONO 구조로 형성한 후에는 막간의 계면 특성을 향상시키기 위하여 750 내지 800℃의 온도에서 습식 산화 방식으로 스팀 어닐(Steam anneal)을 실시할 수도 있다. 한편, 하부 산화막(113), 실리콘 질화막(114) 및 상부 산화막(115)은 소자 특성에 부합되는 두께로 증착하되 각각의 공정을 시간 지연없이(No time delay) 진행하여 자연 산화막이나 불순물에 의해 오염되는 것을 방지한다. 이때, 바람직하게는 하부 산화막(113)을 35 내지 60Å의 두께로 형성하고, 실리콘 질화막(114)을 50 내지 65Å의 두께로 형성하며, 상부 산화막(115)을 35 내지 60Å의 두께로 형성한다. 또한, 스팀 어닐링은 Si w/f(Monitoring wafer) 기준으로 산화 목표 두께가 150 내지 300Å이 되도록 실시한다. In this case, the lower and upper oxide films 113 and 115 are formed of hot temperature oxide (HTO) formed by using DCS (SiH 2 Cl 2 ) and N 2 O gas having excellent internal pressure and TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) characteristics as a source gas. Film), and the silicon nitride film 114 is formed by LP-CVD using DCS (SiH 2 Cl 2 ) and NH 3 gas at a temperature of 650 to 800 ° C. and a low pressure of 1 to 3 Torr. After the dielectric film 116 is formed in the ONO structure, steam anneal may be performed by wet oxidation at a temperature of 750 to 800 ° C. in order to improve the interfacial properties between the films. On the other hand, the lower oxide film 113, the silicon nitride film 114 and the upper oxide film 115 are deposited to a thickness that matches the characteristics of the device, each process is carried out without time delay (no time delay) contaminated by natural oxide film or impurities Prevent it. At this time, preferably, the lower oxide film 113 is formed to a thickness of 35 to 60 GPa, the silicon nitride film 114 is formed to a thickness of 50 to 65 GPa, and the upper oxide film 115 is formed to a thickness of 35 to 60 GPa. In addition, the steam annealing is carried out so that the oxidation target thickness is 150 to 300 kPa based on Si w / f (Monitoring wafer).

이후, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 실리사이드층(118) 상부에 SiOxNy 또는 Si3N4로 이루어진 반사 방지막(도시되지 않음)을 형성한 후 콘트롤 게이트 마스크를 이용한 식각 공정으로 반사 방지막, 실리사이드층(118), 제3 실리콘층(117) 및 유전체막(116)을 패터닝하여 제3 실리콘층(117)과 실리사이드층(118)으로 이루 어진 콘트롤 게이트(119)를 형성한다. 이후, 패터닝된 반사 방지막을 이용한 자기 정렬 식각 공정으로 제1 및 제2 실리콘층(111 및 112)을 패터닝하여 제1 및 제2 실리콘층(111 및 112)으로 이루어진 플로팅 게이트(120)를 형성한다. 이로써, 플래시 메모리 셀이 제조된다.
Subsequently, although not shown in the drawing, an antireflection film (not shown) formed of SiOxNy or Si 3 N 4 is formed on the silicide layer 118 and then the antireflection film and silicide layer 118 are formed by an etching process using a control gate mask. ), The third silicon layer 117 and the dielectric film 116 are patterned to form the control gate 119 including the third silicon layer 117 and the silicide layer 118. Thereafter, the first and second silicon layers 111 and 112 are patterned by a self-aligned etching process using a patterned anti-reflection film to form the floating gate 120 formed of the first and second silicon layers 111 and 112. . In this way, a flash memory cell is manufactured.

본 발명은 상기에서 서술한 플래시 메모리 셀의 제조 방법을 통해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. According to the present invention, the following effects can be obtained through the above-described method for manufacturing a flash memory cell.

첫째, 소자 분리막을 형성하는 과정에서 소자 분리 영역을 정의하기 위한 소자 분리 마스크 하나만이 사용되므로 공정의 난이도를 낮추고 공정 비용을 줄일 수 있다. First, since only one device isolation mask is used to define the device isolation region in the process of forming the device isolation layer, the difficulty of the process may be reduced and the process cost may be reduced.

둘째, 소자 분리막을 항아리 형태의 트렌치형 소자 분리막으로 형성하여 활성 임계 치수(Active Critical Dimension)를 최소화할 수 있다. Second, active critical dimensions can be minimized by forming a device isolation layer as a trench type device isolation layer.

셋째, 트렌치의 측벽 상부 및 저면을 둥글게 형성하기 위하여 측벽 산화 공정을 실시하는 과정에서 패드 산화막의 두께를 증가시켜 패드 질화막 제거 시 소자 분리막의 가장 자리 상부에 모우트가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 작은 사이즈의 소자를 용이하게 구현할 수 있으며, 임계 치수 변화(Critical Dimension Variation)를 최소화하여 기판 상부에 균일한 플로팅 게이트를 형성할 수 있다. Third, the thickness of the pad oxide layer may be increased in the process of performing the sidewall oxidation process to round the upper and bottom sidewalls of the trench, thereby preventing the occurrence of the moat on the edge of the device isolation layer when the pad nitride layer is removed. In this case, a small sized device can be easily implemented, and a uniform floating gate can be formed on the substrate by minimizing the critical dimension variation.

넷째, 균일한 플로팅 게이트를 형성함으로써 커플링 비가 변하는 것을 방지 하여 균일한 값을 유지하여 소자 특성을 향상시킬 수 있다.Fourth, by forming a uniform floating gate to prevent the coupling ratio from changing, maintaining a uniform value can improve device characteristics.

다섯째, 플로팅 게이트를 도프트 폴리실리콘층과 언도프트 비정질실리콘층의 적층 구조로 형성함으로써, 터널 산화막과의 계면에는 그레인 사이즈(Grain size)를 최소화하고, 유전체막과의 계면에서는 그레인 바운더리가 영역(Grain boundary portion)을 최소화하여 유전체막을 균일하게 형성함과 동시에 BV 안정화 효과를 얻을 수 있다.Fifth, by forming a floating gate in a stacked structure of a dope polysilicon layer and an undoped amorphous silicon layer, the grain size is minimized at the interface with the tunnel oxide film, and the grain boundary is formed at the interface with the dielectric film. By minimizing the grain boundary portion, the dielectric film can be uniformly formed and the BV stabilization effect can be obtained.

여섯째, 측벽 산화 공정 시 형성된 트렌치 상부 모서리의 경사는 활성 임계 치수를 작게 해줌으로써 터널 산화막에 걸리는 커패시턴스를 줄여주어 커플링 비를 극대화할 수 있다.Sixth, the inclination of the trench upper edge formed during the sidewall oxidation process can reduce the capacitance of the tunnel oxide layer by reducing the active critical dimension to maximize the coupling ratio.

일곱째, 패드 질화막의 두께, 소자 분리막의 돌출부의 높이 및 폭, 화학적 기계적 연마 공정의 연마 두께와 같은 공정 조건의 조절이 용이하며, 이에 따라 플로팅 게이트의 표면적 조절과 같은 공정 마진을 확보할 수 있다.Seventh, it is easy to adjust process conditions such as the thickness of the pad nitride film, the height and width of the protrusion of the device isolation layer, and the polishing thickness of the chemical mechanical polishing process, thereby securing a process margin such as adjusting the surface area of the floating gate.

여덟째, 복잡한 공정이나 고가의 장비를 추가하지 않고도 기존의 장비와 공정으로 공정 마진을 확보하면서 0.13um급 이상의 고집적 플래시 메모리 셀을 용이하게 제조할 수 있다.Eighth, it is possible to easily manufacture high density flash memory cells of 0.13um or more, while securing process margins using existing equipment and processes without adding complicated processes or expensive equipment.

Claims (8)

반도체 기판의 소자 분리 영역에 상기 반도체 기판의 표면보다 높게 돌출되고 상기 소자 분리 영역의 폭보다 좁은 돌출부를 구비한 소자 분리막을 형성하는 단계;Forming a device isolation layer in the device isolation region of the semiconductor substrate, the device isolation layer having a protrusion protruding higher than the surface of the semiconductor substrate and narrower than the width of the device isolation region; 전체 상부에 터널 산화막을 형성하는 단계;Forming a tunnel oxide film over the entire surface; 전체 상부에 도프트 폴리실리콘층 및 언도프트 비정질실리콘층을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a doped polysilicon layer and an undoped amorphous silicon layer over the whole; 상기 소자 분리막의 돌출부 표면이 노출되도록 화학적 기계적 연마를 실시하는 단계;Performing chemical mechanical polishing to expose the surface of the protrusion of the device isolation layer; 상기 소자 분리막의 돌출부를 제거하는 단계;Removing the protrusion of the device isolation layer; 전체 상부에 유전체막, 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층 및 실리사이드층을 형성한 후 콘트롤 게이트 마스크를 이용한 식각 공정으로 상기 실리사이드층, 상기 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층 및 상기 유전체막을 패터닝하고, 자기 정렬 식각 공정으로 상기 도프트 폴리실리콘층, 비정질실리콘층을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 셀의 제조 방법.After forming a dielectric film, a control gate polysilicon layer and a silicide layer on the whole, patterning the silicide layer, the control gate polysilicon layer and the dielectric film by an etching process using a control gate mask, and a self-aligned etching process And patterning the doped polysilicon layer and the amorphous silicon layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소자 분리막의 돌출부의 높이는 1500 내지 2000Å인 것을 특징으로 하 는 플래시 메모리 셀의 제조 방법.The height of the protruding portion of the device isolation layer is 1500 to 2000Å, characterized in that the flash memory cell manufacturing method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도프트 실리콘층은 상기 소자 분리막의 돌출부에 의해 발생된 단차에 의해 중앙에 트렌치가 형성된 오목한 구조(凹)로 형성되며, 상기 비정질실리콘층은 상기 화학적 기계적 연마에 의해 상기 도프트 폴리실리콘층의 오목한 부분인 트렌치에만 잔류되는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 셀의 제조 방법.The doped silicon layer is formed in a concave structure in which a trench is formed in the center by a step generated by the protrusion of the device isolation layer, and the amorphous silicon layer is formed of the doped polysilicon layer by the chemical mechanical polishing. A method of manufacturing a flash memory cell, characterized in that it remains only in the trench, which is a recess. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도프트 폴리실리콘층에 포함된 불순물은 후속 열공정 시 상기 언도프트 비정질실리콘층으로 확산되는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 셀의 제조 방법.The impurity contained in the doped polysilicon layer is diffused into the undoped amorphous silicon layer in a subsequent thermal process. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 상기 도프트 폴리실리콘층은 SiH4 또는 Si2H6 중 어느 하나와 PH3 가스를 소오스 가스로 이용하여 3.0E20 내지 4.5E20 atoms/cc의 불순물이 도핑되도록 LP-CVD법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 셀의 제조 방법.The doped polysilicon layer is formed by LP-CVD so that impurities of 3.0E20 to 4.5E20 atoms / cc are doped using either SiH 4 or Si 2 H 6 and PH 3 gas as the source gas. Method of manufacturing a flash memory cell. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 도프트 폴리실리콘층은 580 내지 620℃의 온도와 0.1 내지 3Torr의 낮은 압력 조건에서 500 내지 800Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 셀의 제조 방법.And the doped polysilicon layer is formed to a thickness of 500 to 800 kPa at a temperature of 580 to 620 ° C. and a low pressure of 0.1 to 3 Torr. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 상기 언도프트 비정질실리콘층은 480 내지 530℃의 온도와 0.1 내지 3Torr의 낮은 압력 조건에서 SiH4 또는 Si2H6 중 어느 하나를 소오스 가스로 이용한 LP-CVD법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 셀의 제조 방법.The undoped amorphous silicon layer is flash memory, characterized in that formed by the LP-CVD method using any one of SiH 4 or Si 2 H 6 as a source gas at a temperature of 480 to 530 ℃ and low pressure of 0.1 to 3 Torr Method of making a cell. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 언도프트 비정질실리콘층은 500 내지 1000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 셀의 제조 방법.And the undoped amorphous silicon layer is formed to a thickness of 500 to 1000 microseconds.
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