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KR20040008528A - Method for manufacturing a flash memory device - Google Patents

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KR20040008528A
KR20040008528A KR1020020042167A KR20020042167A KR20040008528A KR 20040008528 A KR20040008528 A KR 20040008528A KR 1020020042167 A KR1020020042167 A KR 1020020042167A KR 20020042167 A KR20020042167 A KR 20020042167A KR 20040008528 A KR20040008528 A KR 20040008528A
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South Korea
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layer
forming
trench
oxide film
semiconductor substrate
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KR1020020042167A
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Korean (ko)
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KR100436290B1 (en
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정철모
김태경
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주식회사 하이닉스반도체
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Publication date
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    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
    • HELECTRICITY
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    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
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    • H10D30/6891Floating-gate IGFETs characterised by the shapes, relative sizes or dispositions of the floating gate electrode
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Abstract

본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 마스크 패턴을 이용하여 고립된 플로팅 게이트를 형성한 후 다마신 방법으로 콘트롤 게이트를 형성하므로써 플로팅 게이트 및 콘트롤 게이트를 패터닝하기 위한 식각 단계가 생략되어 식각 부산물의 생성이 방지되고 전체 공정의 단계가 감소되며, 플로팅 게이트 및 콘트롤 게이트를 다마신 방법으로 트렌치 내에 형성하기 때문에 0.13㎛ 이하의 디자인 룰을 갖는 초고집적 소자의 제조에도 적용이 가능하다.The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory device, wherein the etching step for patterning the floating gate and the control gate is omitted by forming an isolated floating gate using a mask pattern and then forming a control gate using a damascene method. The production of by-products is prevented, and the steps of the entire process are reduced, and the floating gate and the control gate are formed in the trench by the damascene method, so that it is also applicable to the manufacture of ultra-high integrated devices having design rules of 0.13 mu m or less.

Description

플래쉬 메모리 소자의 제조 방법 {Method for manufacturing a flash memory device}Method for manufacturing a flash memory device {Method for manufacturing a flash memory device}

본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마스크 패턴을 이용하여 고립된 플로팅 게이트를 형성한 후 다마신(Damascene) 방법으로 콘트롤 게이트를 형성하므로써 초고집적 소자의 제조가 가능하도록 한 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory device, and more particularly, to form an isolated floating gate using a mask pattern and to form a control gate using a damascene method so as to enable the manufacture of an ultra-high density device. A method of manufacturing a flash memory device.

반도체 메모리 소자의 집적도가 증가됨에 따라 메모리 셀의 크기도 감소된다. 따라서 플래쉬 메모리 소자를 구현함에 있어 웨이퍼 당 메모리 셀의 비율을 확보하기 위해 미세 트렌치(Shallow Trench)를 이용한 소자분리막을 형성한다.As the degree of integration of semiconductor memory devices increases, the size of memory cells also decreases. Therefore, in implementing a flash memory device, a device isolation layer using a shallow trench is formed to secure a ratio of memory cells per wafer.

디지인 룰(Design Rule)의 감소에 따른 패턴의 크기 감소는 소자의 신뢰성에 관한 문제를 야기시킨다. 그래서 최근에는 미세 트렌치를 이용한 소자분리막 형성과 동시에 자기정렬방식으로 플로팅 게이트(Self Aligned Floating Gate; SAFG)를 형성하여 셀의 크기에 비해 더 넓은 채널길이를 확보하는 방법을 도입하였으며, 게이트 전극도 폴리실리콘과 텅스텐 실리사이드(WSi)가 적층된 구조 또는 텅스텐(W)으로 형성하여 저항값이 감소되도록 한다.The reduction of the size of the pattern due to the reduction of the design rule causes a problem regarding the reliability of the device. Recently, a self-aligned floating gate (SAFG) was formed by forming a device isolation layer using a micro trench and forming a self-aligned floating gate (SAFG) to secure a wider channel length than the cell size. Silicon and tungsten silicide (WSi) are formed in a stacked structure or tungsten (W) to reduce the resistance value.

기존에는 도 1a에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(1) 상에 터널산화막(2) 및 제 1 폴리실리콘층(3)을 형성한 후 소정의 마스크 패턴을 이용하여 소자분리 영역의 실리콘 기판(1)이 노출되도록 제 1 폴리실리콘층(3) 및 터널산화막(2)을 패터닝하고, 노출된 부분의 실리콘 기판(1)을 소정 깊이 식각하여 미세 트렌치(4)를 형성한다. 트렌치(4)가 매립되도록 전체 상부면에 산화막(5)을 형성한 후 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 방법으로 산화막(5)을 제거하여 평탄화시키므로써 도 1b와 같이 트렌치(4) 내에 소자분리막(5)이 형성된다. 도 1c와 같이 전체 상부면에 유전체막(6), 제 2 폴리실리콘층(7), 텅스텐 실리사이드층(8) 및 질화막(9)을 형성한 후 자기정렬식각 방법으로 질화막(9), 텅스텐 실리사이드층(8), 제 2 폴리실리콘층(7)을 패터닝하여 도 1d와 같이 콘트롤 게이트를 형성한다.Conventionally, as shown in FIG. 1A, after the tunnel oxide film 2 and the first polysilicon layer 3 are formed on the silicon substrate 1, the silicon substrate 1 of the device isolation region is formed using a predetermined mask pattern. The first polysilicon layer 3 and the tunnel oxide film 2 are patterned so as to be exposed, and the fine silicon substrate 4 is formed by etching the exposed silicon substrate 1 to a predetermined depth. The oxide film 5 is formed on the entire upper surface so that the trench 4 is embedded, and then the oxide film 5 is removed and planarized by a chemical mechanical polishing (CMP) method. An element isolation film 5 is formed. After forming the dielectric film 6, the second polysilicon layer 7, the tungsten silicide layer 8 and the nitride film 9 on the entire upper surface as shown in Figure 1c, the nitride film 9, tungsten silicide by a self-aligned etching method The layer 8 and the second polysilicon layer 7 are patterned to form a control gate as shown in FIG. 1D.

기존의 자기정렬식각을 이용한 플로팅 게이트(SAFG) 형성 과정에서 상기 제 1 폴리실리콘층(3)은 트렌치(4)를 형성하는 과정에서 도 1a와 같이 워드라인(Word Line) 방향으로 패터닝되고, 콘트롤 게이트를 형성하는 과정에서 도 1d와 같이 비트라인(Bit Line) 방향으로 패터닝된다.In the process of forming a floating gate (SAFG) using a conventional self-aligned etching process, the first polysilicon layer 3 is patterned in the direction of a word line as shown in FIG. In the process of forming the gate is patterned in the bit line direction as shown in Figure 1d.

그러나 콘트롤 게이트를 형성하기 위한 반응성 이온식각(Reactive Ion Etch; RIE) 공정 시 단차가 높은 여러 층을 동시에 식각하기 때문에 식각 반응물에 의한 부산물이 생성되고, 과도식각에 따른 반도체 기판의 피해가 발생된다.However, in the reactive ion etching (RIE) process for forming the control gate, since several layers having high steps are etched simultaneously, by-products generated by the etching reactants are generated, and damage to the semiconductor substrate due to overetching occurs.

소자의 집적도가 증가되면 디자인 룰이 더욱 감소되기 때문에 단차가 더욱 증가되어 상기와 같이 반응성 이온식각을 진행하기 어려우며, 게이트의 높은 단차로 인해 후속 공정의 진행이 어려워진다. 예를들어, 게이트 사이에 절연막을 매립하기 어렵고, 상부 금속층과의 연결을 위한 콘택홀 형성시 게이트를 보호하는 질화막 스페이서와 산화막의 식각비가 높은 식각공정이 필요하며, 질화막 스페이서에 의해 게이트 간의 간격이 더욱 감소되기 때문에 콘택홀의 임계치수가 감소되어 일정값 이하의 콘택저항을 확보하기 어려워진다.As the integration degree of the device is increased, the design rule is further reduced, so that the step is further increased, making it difficult to proceed with reactive ion etching as described above, and the subsequent step is difficult due to the high step of the gate. For example, it is difficult to fill an insulating film between gates, and an etching process having a high etching ratio of an oxide film and an oxide film to protect the gate when forming a contact hole for connection with an upper metal layer is required. Since it is further reduced, the critical dimension of the contact hole is reduced, making it difficult to secure a contact resistance below a certain value.

또한, 상기 콘트롤 게이트를 형성하기 전에 주변회로 지역의 반도체 기판(1) 상에 형성된 터널산화막(2) 및 제 1 폴리실리콘층(3)은 제거해야 하며, 이에 따라 주변회로 지역과 메모리 셀 지역의 단차가 발생되어 금속층과의 연결을 위한 콘택홀 형성시 단차가 낮은 주변회로 지역에서 콘택홀이 정상적으로 형성되지 않는 현상이 발생된다.In addition, before the control gate is formed, the tunnel oxide film 2 and the first polysilicon layer 3 formed on the semiconductor substrate 1 in the peripheral circuit region must be removed, thereby removing the peripheral circuit region and the memory cell region. When a step is generated, a contact hole is not normally formed in a peripheral circuit area having a low step when forming a contact hole for connection with a metal layer.

따라서 본 발명은 마스크 패턴을 이용하여 고립된 플로팅 게이트를 형성한 후 다마신 방법으로 콘트롤 게이트를 형성하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 반도체 메모리 소자의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor memory device which can solve the above disadvantages by forming an isolated floating gate using a mask pattern and then forming a control gate using a damascene method.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 기판 상에 마스크층을 형성한 후 패터닝하고, 노출된 부분의 반도체 기판을 소정 깊이 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치와 교차되는 방향으로 트렌치가 형성되도록 상기 마스크층을 패터닝하는 단계와, 상기 트렌치가 매립되도록 전체 상부면에 산화막을 형성한 후 상기 마스크층이 노출되는 시점까지 상기 산화막을 제거하여 평탄화시키는 단계와, 상기 마스크층을 제거한 후 상기 반도체 기판 상에 잔류된 산화막을 소정 두께 습식 식각하는 단계와, 잔류된 상기 산화막 패턴 사이의 반도체 기판 상에 터널산화막 및 플로팅 게이트를 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 상에 잔류된 상기 산화막 패턴을 제거한 후 노출된 부분의 반도체 기판에 불순물 이온을 주입하여 소오스/드레인을 형성하는 단계와, 전체 상부면에 식각방지막을 형성한 후 상기 플로팅 게이트의 사이가 매립되는 동시에 평탄화되도록 전체 상부면에 절연막을 형성하는 단계와, 상기 플로팅 게이트의 소정 부분이 노출되도록 상기 절연막 및 식각방지막을 패터닝하는 단계와, 전체 상부면에 유전체막, 폴리실리콘층 및 금속층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 폴리실리콘층이 노출되는 시점까지 상기 금속층을 제거하여 평탄화시키므로써 상기 폴리실리콘층과 금속층으로 이루어지는 콘트롤 게이트가 형성되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is to form a mask layer on the semiconductor substrate and then patterning, etching the exposed semiconductor substrate to a predetermined depth to form a trench, the trench in the direction crossing the trench Patterning the mask layer to be formed, forming an oxide film on the entire upper surface of the trench to fill the trench, and then planarizing the oxide layer by removing the oxide layer until the mask layer is exposed. Wet etching the oxide film remaining on the semiconductor substrate by a predetermined thickness, forming a tunnel oxide film and a floating gate on the semiconductor substrate between the remaining oxide film patterns, and removing the oxide pattern pattern remaining on the semiconductor substrate. After the impurity ions are implanted into the exposed semiconductor substrate, the source / drain Forming an etch stop layer on the entire upper surface, and forming an insulating film on the entire upper surface such that the gap between the floating gate is filled and planarized; and the insulating film and the etch such that a predetermined portion of the floating gate is exposed. Patterning the prevention film, sequentially forming a dielectric film, a polysilicon layer, and a metal layer on the entire upper surface, and removing and planarizing the metal layer until the polysilicon layer is exposed, thereby flattening the polysilicon layer and the metal layer. It characterized in that it comprises a step to form a control gate consisting of.

상기 플로팅 게이트는 전체 상부면에 터널산화막 및 폴리실리콘층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 산화막이 노출되는 시점까지 상기 폴리실리콘층 및 터널산화막을 제거하여 평탄화시키는 단계를 통해 형성되는 것을 특징으로 한다.The floating gate is formed by sequentially forming a tunnel oxide film and a polysilicon layer on the entire upper surface, and removing and planarizing the polysilicon layer and the tunnel oxide film until the oxide film is exposed. .

상기 유전체막을 형성하는 단계로부터 주변회로 지역의 상기 유전체막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And removing the dielectric film in the peripheral circuit area from forming the dielectric film.

도 1a 내지 도 1d는 종래 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.1A to 1D are cross-sectional views of a device for explaining a method of manufacturing a conventional flash memory device.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 레이 아웃도.2 and 3 are layout views for explaining a method of manufacturing a flash memory device according to the present invention.

도 4a 내지 도 9a는 도 2의 A1-A2 부분을 절취한 단면도.4A to 9A are cross-sectional views cut along the A1-A2 portion of FIG.

도 4b 내지 도 9b는 도 2의 B1-B2 부분을 절취한 단면도.4B to 9B are cross-sectional views cut along the B1-B2 portion of FIG.

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

1 및 11: 반도체 기판2 및 14: 터널산화막1 and 11: semiconductor substrates 2 and 14: tunnel oxide film

3 및 15: 제 1 폴리실리콘층4: 트렌치3 and 15: first polysilicon layer 4: trench

5 및 13a: 소자분리막6 및 19: 유전체막5 and 13a: device isolation films 6 and 19: dielectric film

7 및 20: 제 2 폴리실리콘층8: 텅스텐 실리사이드층7 and 20: second polysilicon layer 8: tungsten silicide layer

9: 질화막10a 및 10b: 트렌치9: nitride films 10a and 10b: trenches

12: 패드 질화막13: 산화막12: pad nitride film 13: oxide film

16: 소오스/드레인17: 식각방지막16: source / drain 17: etch barrier

18: 절연막21: 금속층18: insulating film 21: metal layer

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 레이 아웃도이며, 도 4a 내지 도 9a는 도 2의 A1-A2 부분을 절취한 단면도이고, 도 4b 내지 도 9b는 도 2의 B1-B2 부분을 절취한 단면도이다.2 and 3 are layout views for explaining a method of manufacturing a flash memory device according to the present invention. FIGS. 4A to 9A are cross-sectional views taken along the line A1-A2 of FIG. 2, and FIGS. It is sectional drawing which cut | disconnected the B1-B2 part of FIG.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 패드 산화막(11) 및 패드 질화막(12)을 형성한다. 소자분리 마스크를 이용하여 상기 패드 질화막(12) 및 패드 산화막(11)을 패터닝하고, 노출된 부분의 반도체 기판(10)을 소정 깊이 식각하여 도 3과 같이 트렌치(10a)를 형성한다. 소정의 마스크를 이용하여 상기트렌치(10a)와 수직 방향으로 트렌치(10b)가 형성되도록 상기 패드 질화막(12) 및 패드 산화막(11)을 패터닝한다. 즉, 반도체 기판(10)에 비트라인(도시않됨) 방향으로 트렌치(10a)를 형성하기 위해 1차적으로 상기 패드 질화막(12)과 패드 산화막(11)을 패터닝한 후 반도체 기판(10) 상에 워드라인(21) 방향으로 트렌치(10b)가 형성되도록 2차적으로 상기 패드 질화막(12)과 패드 산화막(11)을 패터닝한다.4A and 4B, a pad oxide film 11 and a pad nitride film 12 are formed on the semiconductor substrate 10. The pad nitride layer 12 and the pad oxide layer 11 are patterned by using an isolation mask, and the exposed semiconductor substrate 10 is etched to a predetermined depth to form the trench 10a as shown in FIG. 3. The pad nitride film 12 and the pad oxide film 11 are patterned to form the trench 10b in a direction perpendicular to the trench 10a using a predetermined mask. That is, the pad nitride film 12 and the pad oxide film 11 are first patterned on the semiconductor substrate 10 to form the trenches 10a in the bit line (not shown) direction of the semiconductor substrate 10. The pad nitride layer 12 and the pad oxide layer 11 are patterned in a secondary manner so that the trench 10b is formed in the direction of the word line 21.

이후 상기 트렌치(10a 및 10b)가 매립되도록 전체 상부면에 산화막(13)을 형성하고 화학적기계적연마(CMP) 방법으로 상기 패드 질화막(12)이 노출되는 시점까지 상기 산화막(13)을 연마하여 표면을 평탄화시킨다.Afterwards, an oxide film 13 is formed on the entire upper surface of the trenches 10a and 10b so that the trenches 10a and 10b are embedded, and the oxide film 13 is polished until the pad nitride film 12 is exposed by chemical mechanical polishing (CMP). Planarize.

상기 패드 질화막(12)은 2000 내지 4000Å의 두께로 형성하며, 상기 산화막(13)은 고밀도 플라즈마(High Density Plasma) 산화막을 사용한다. 또한, 상기 트렌치(10a)를 형성한 후 식각으로 인한 트렌치(10a) 측벽의 피해를 보상하기 위해 산화공정을 실시한다.The pad nitride film 12 is formed to a thickness of 2000 to 4000 kPa, and the oxide film 13 uses a high density plasma (High Density Plasma) oxide film. In addition, after the trench 10a is formed, an oxidation process is performed to compensate for damage of the sidewalls of the trench 10a due to etching.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 패드 질화막(12) 및 패드 산화막(11)을 제거한 후 상기 반도체 기판(10) 상에 잔류된 상기 산화막(13)을 소정 두께 습식으로 식각한다. 이때, 등방성 식각에 의해 상기 산화막(13)의 크기가 감소되어 잔류되는 산화막(13) 간의 거리가 증가되는데, 산화막(13) 간의 거리는 플로팅 게이트의 폭이 되도록 한다.5A and 5B, after removing the pad nitride layer 12 and the pad oxide layer 11, the oxide layer 13 remaining on the semiconductor substrate 10 is etched by a predetermined thickness. At this time, the size of the oxide film 13 is reduced by the isotropic etching to increase the distance between the remaining oxide film 13, the distance between the oxide film 13 to be the width of the floating gate.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 문턱전압 조절 등과 같은 이온주입 공정을 실시한 후 전체 상부면에 터널산화막(14) 및 제 1 폴리실리콘층(15)을 순차적으로 형성하고, 화학적기계적연마(CMP) 방법으로 상기 산화막(13)이 노출되는 시점까지 제 1 폴리실리콘층(15) 및 터널산화막(14)을 제거하므로써 플로팅 게이트(15)가 형성된다.6A and 6B, after the ion implantation process such as the threshold voltage control, the tunnel oxide layer 14 and the first polysilicon layer 15 are sequentially formed on the entire upper surface thereof, and chemical mechanical polishing (CMP) is performed. The floating gate 15 is formed by removing the first polysilicon layer 15 and the tunnel oxide layer 14 until the oxide layer 13 is exposed by the method.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 반도체 기판(10) 상에 잔류된 산화막(13)을 제거한 후 노출된 부분의 반도체 기판(10)에 불순물 이온을 주입하여 소오스/드레인(16)을 형성한다. 이때, 상기 반도체 기판(10) 상에 잔류된 산화막(13)을 제거하므로써 상기 트렌치(10a) 내에만 소자분리막(13a)이 잔류된다.7A and 7B, after removing the oxide layer 13 remaining on the semiconductor substrate 10, impurity ions are implanted into the exposed portion of the semiconductor substrate 10 to form a source / drain 16. . In this case, the isolation layer 13a remains only in the trench 10a by removing the oxide layer 13 remaining on the semiconductor substrate 10.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 전체 상부면에 식각방지막(17)을 형성한 후 상기 플로팅 게이트(15) 간의 사이가 완전히 매립되는 동시에 평탄화되도록 전체 상부면에 절연막(18)을 형성한다. 이때, 상기 식각방지막(17)으로는 질화막을 이용하며, 상기 절연막(18)의 두께는 콘트롤 게이트의 두께가 되도록 한다.Referring to FIGS. 8A and 8B, after forming the etch stop layer 17 on the entire upper surface, the insulating layer 18 is formed on the entire upper surface such that the space between the floating gates 15 is completely filled and planarized. In this case, a nitride film is used as the etch stop layer 17, and the thickness of the insulating layer 18 is the thickness of the control gate.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 다마신 방법으로 콘트롤 게이트를 형성하기 위해 상기 절연막(18) 및 식각방지막(17)을 패터닝하여 상기 콘트롤 게이트(15)의 소정 부분이 노출되도록 트렌치를 형성한다. 이때 상기 식각방지막(17)에 의해 상기 플로팅 게이트(15)의 피해가 방지된다.9A and 9B, a trench is formed to expose a predetermined portion of the control gate 15 by patterning the insulating layer 18 and the etch stop layer 17 to form a control gate by a damascene method. In this case, the damage of the floating gate 15 is prevented by the etch stop layer 17.

전체 상부면에 유전체막(19), 제 2 폴리실리콘층(20) 및 금속층(21)을 순차적으로 형성한 후 화학적기계적연마(CMP) 방법으로 상기 제 2 폴리실리콘층(20)이 노출되는 시점까지 상기 금속층(21)을 제거하므로써 상기 플로팅 게이트(15) 상부에 제 2 폴리실리콘층(20) 및 금속층(21)으로 이루어지는 콘트롤 게이트가 형성된다. 상기 금속층(21)을 제거할 때 상기 제 2 폴리실리콘층(20)이 식각 정지층으로이용되며, 상기 제 2 폴리실리콘층(20)이 제거될 때 금속층(21)의 손실은 거의 발생되지 않는다.After the dielectric film 19, the second polysilicon layer 20, and the metal layer 21 are sequentially formed on the entire upper surface, the time point at which the second polysilicon layer 20 is exposed by chemical mechanical polishing (CMP) method By removing the metal layer 21, a control gate including the second polysilicon layer 20 and the metal layer 21 is formed on the floating gate 15. The second polysilicon layer 20 is used as an etch stop layer when the metal layer 21 is removed, and almost no loss of the metal layer 21 occurs when the second polysilicon layer 20 is removed. .

여기서, 상기 유전체막(19)을 형성한 후 주변회로 지역의 유전체막(19)은 제거하여 제 1 폴리실리콘층(15)과 제 2 폴리실리콘층(20)으로 이루어진 트렌지스터의 게이트 전극이 형성되도록 한다.Here, after the dielectric film 19 is formed, the dielectric film 19 in the peripheral circuit region is removed so that the gate electrode of the transistor including the first polysilicon layer 15 and the second polysilicon layer 20 is formed. do.

상기 유전체막(19)은 산화막/질화막/산화막이 적층된 구조로 형성하며, 상기 제 2 폴리실리콘층(20)은 300 내지 700Å의 두께로 형성하고, 상기 금속층(21)은 텅스텐 실리사이드(WSi)를 1000 내지 3000Å의 두께로 증착하여 형성한다.The dielectric film 19 has a structure in which an oxide film, a nitride film, and an oxide film are stacked, and the second polysilicon layer 20 is formed to a thickness of 300 to 700 GPa, and the metal layer 21 is tungsten silicide (WSi). To form a thickness of 1000 to 3000 1000.

이후, 상기 게이트(15 및 21) 간의 사이가 완전히 매립되도록 전체 상부면에 절연막을 형성한 후 상기 드레인(16)이 노출되도록 절연막을 패터닝하여 콘택홀을 형성하고, 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인(16)과 접속되도록 비트라인을 형성한다.Thereafter, an insulating film is formed on the entire upper surface such that the gap between the gates 15 and 21 is completely filled, and then the insulating film is patterned to expose the drain 16 to form a contact hole, and the drain hole is formed through the contact hole. The bit line is formed to be connected with

상술한 바와 같이 본 발명은 마스크 패턴을 이용하여 고립된 플로팅 게이트를 형성한 후 다마신 방법으로 콘트롤 게이트를 형성한다. 따라서 본 발명을 이용하면 첫째, 플로팅 게이트 및 콘트롤 게이트를 패터닝하기 위한 식각 단계가 생략되어 식각 부산물의 생성이 방지되고 전체 공정의 단계가 감소된다. 둘째, 플로팅 게이트 및 콘트롤 게이트를 다마신 방법으로 트렌치 내에 형성하기 때문에 0.13㎛ 이하의 디자인 룰을 갖는 초고집적 소자의 제조에도 적용이 가능하다. 셋째, 적층된 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트의 단차가 2750 내지 3000Å 정도 이므로 종래보다 50% 정도의 단차 감소를 이룰 수 있으며, 주변회로 지역에 형성되는 트랜지스터의 게이트 전극이 제 1 및 제 2 폴리실리콘층으로 이루어지도록 하므로써 메모리 셀 지역과 주변회로 지역 간의 단차가 최소화된다.As described above, the present invention forms an isolated floating gate using a mask pattern and then forms a control gate using a damascene method. Therefore, using the present invention, firstly, an etching step for patterning the floating gate and the control gate is omitted, thereby preventing the generation of etching by-products and reducing the steps of the entire process. Second, since the floating gate and the control gate are formed in the trench by the damascene method, it is also applicable to the fabrication of an ultra-high integration device having a design rule of 0.13 μm or less. Third, since the step difference between the stacked floating gate and the control gate is about 2750 to 3000Å, the step difference can be reduced by about 50% compared to the prior art, and the gate electrodes of the transistors formed in the peripheral circuit region are formed into the first and second polysilicon layers. By doing so, the step between the memory cell area and the peripheral circuit area is minimized.

Claims (10)

반도체 기판 상에 마스크층을 형성한 후 패터닝하고, 노출된 부분의 반도체 기판을 소정 깊이 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와,Forming a trench by forming a mask layer on the semiconductor substrate and etching the exposed portion of the semiconductor substrate to a predetermined depth; 상기 트렌치와 교차되는 방향으로 트렌치가 형성되도록 상기 마스크층을 패터닝하는 단계와,Patterning the mask layer to form a trench in a direction crossing the trench; 상기 트렌치가 매립되도록 전체 상부면에 산화막을 형성한 후 상기 마스크층이 노출되는 시점까지 상기 산화막을 제거하여 평탄화시키는 단계와,Forming an oxide film on the entire upper surface of the trench to fill the trench, and then removing and planarizing the oxide film until the mask layer is exposed; 상기 마스크층을 제거한 후 상기 반도체 기판 상에 잔류된 산화막을 소정 두께 습식 식각하는 단계와,Removing the mask layer and wet etching an oxide film remaining on the semiconductor substrate, 잔류된 상기 산화막 패턴 사이의 반도체 기판 상에 터널산화막 및 플로팅 게이트를 형성하는 단계와,Forming a tunnel oxide film and a floating gate on the semiconductor substrate between the remaining oxide pattern; 상기 반도체 기판 상에 잔류된 상기 산화막 패턴을 제거한 후 노출된 부분의 반도체 기판에 불순물 이온을 주입하여 소오스/드레인을 형성하는 단계와,Removing the oxide pattern remaining on the semiconductor substrate and implanting impurity ions into the exposed semiconductor substrate to form a source / drain; 전체 상부면에 식각방지막을 형성한 후 상기 플로팅 게이트의 사이가 매립되는 동시에 평탄화되도록 전체 상부면에 절연막을 형성하는 단계와,Forming an insulating film on the entire upper surface to form an etch stop layer on the entire upper surface and to planarize the gap between the floating gates; 상기 플로팅 게이트의 소정 부분이 노출되도록 상기 절연막 및 식각방지막을 패터닝하는 단계와,Patterning the insulating layer and the etch stop layer to expose a predetermined portion of the floating gate; 전체 상부면에 유전체막, 폴리실리콘층 및 금속층을 순차적으로 형성하는 단계와,Sequentially forming a dielectric film, a polysilicon layer, and a metal layer on the entire upper surface; 상기 폴리실리콘층이 노출되는 시점까지 상기 금속층을 제거하여 평탄화시키므로써 상기 폴리실리콘층과 금속층으로 이루어지는 콘트롤 게이트가 형성되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.And removing and planarizing the metal layer until a time point at which the polysilicon layer is exposed to form a control gate formed of the polysilicon layer and the metal layer. 제 1 항에 있어서, 상기 마스크층은 패드 산화막 및 패드 질화막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the mask layer is formed of a pad oxide film and a pad nitride film. 제 1 항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계로부터 식각으로 인한 트렌치 측벽의 피해를 보상하기 위해 산화공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.The method of claim 1, further comprising performing an oxidation process to compensate damage of the trench sidewalls due to etching from forming the trench. 제 1 항에 있어서, 상기 산화막은 고밀도 플라즈마 산화막인 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.The method of manufacturing a flash memory device according to claim 1, wherein the oxide film is a high density plasma oxide film. 제 1 항에 있어서, 상기 산화막을 소정 두께 습식 식각하는 단계로부터 노출된 상기 반도체 기판에 문턱전압 조절 등을 위해 이온주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.The method of claim 1, further comprising ion implanting the semiconductor layer exposed from the wet etching of the oxide layer by a predetermined thickness to adjust a threshold voltage or the like. 제 1 항에 있어서, 상기 플로팅 게이트는 전체 상부면에 터널산화막 및 폴리실리콘층을 순차적으로 형성하는 단계와,The method of claim 1, wherein the floating gate comprises sequentially forming a tunnel oxide film and a polysilicon layer on an entire upper surface thereof; 상기 산화막이 노출되는 시점까지 상기 폴리실리콘층 및 터널산화막을 제거하여 평탄화시키는 단계를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.And removing and planarizing the polysilicon layer and the tunnel oxide layer until a time point at which the oxide layer is exposed. 제 1 항에 있어서, 상기 식각방지막은 질화막인 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the etch stop layer is a nitride layer. 제 1 항에 있어서, 상기 금속층은 텅스텐 실리사이드로 이루어지며, 1000 내지 3000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the metal layer is made of tungsten silicide and is formed to a thickness of 1000 to 3000 microns. 제 1 항에 있어서, 상기 평탄화는 화학적기계적연마 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the planarization is performed by a chemical mechanical polishing method. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체막을 형성하는 단계로부터 주변회로 지역의 상기 유전체막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.2. The method of claim 1, further comprising removing the dielectric film in a peripheral circuit area from forming the dielectric film.
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