KR20060112772A - Manufacturing Method of Semiconductor Device - Google Patents
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Abstract
반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 제1두께를 갖는 예비 버퍼층을 형성한다. 예비 버퍼층의 표면 부위를 식각함으로써 제1두께보다 작은 제2두께를 갖는 버퍼층을 형성한다. 버퍼층 상에 형성한 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 버퍼층 패턴 및 소자 분리를 위한 트렌치를 형성한다. 트렌치 내부, 버퍼층 패턴 사이 및 하드 마스크 패턴 사이 공간을 매립하는 필드 절연 패턴을 형성한다. 하드 마스크 패턴 및 버퍼층 패턴을 식각함으로써 상부 폭에 비해 하부 폭이 좁은 형상을 갖는 개구부를 형성한다. 개구부의 기저면에 유전막을 형성하고, 유전막 상에 개구부를 매립하는 도전층 패턴을 형성한다. 이와 같은 방법에 의하면, 버퍼층의 두께를 낮출 수 있기 때문에 도전층 패턴의 프로파일이 향상되어 커플링 비율을 향상시킬 수 있다.In the method of manufacturing a semiconductor device, a preliminary buffer layer having a first thickness is formed on a substrate. By etching the surface portion of the preliminary buffer layer, a buffer layer having a second thickness smaller than the first thickness is formed. The hard mask pattern formed on the buffer layer is used as an etching mask to form a buffer layer pattern and a trench for device isolation. A field insulating pattern filling the space between the trench, the buffer layer pattern, and the hard mask pattern is formed. By etching the hard mask pattern and the buffer layer pattern, an opening having a shape having a lower width than the upper width is formed. A dielectric film is formed on the bottom surface of the opening, and a conductive layer pattern is formed on the dielectric film to fill the opening. According to such a method, since the thickness of a buffer layer can be reduced, the profile of a conductive layer pattern can be improved and a coupling ratio can be improved.
Description
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 and 2 are cross-sectional views illustrating a method of forming a buffer layer according to an embodiment of the present invention.
도 3은 반도체 기판 상에 폴리실리콘층을 180Å를 목표 두께로 증착했을 때 로트별 폴리실리콘층의 평균 두께를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the average thickness of each polysilicon layer per lot when the polysilicon layer is deposited on the semiconductor substrate at a target thickness of 180 GPa.
도 4a 내지 도 4e는 기판 상에 형성된 폴리실리콘층을 NSC-1용액을 사용하는 습식 식각 공정으로 식각했을 때, 기판의 전 영역에 나타나는 두께 산포 및 식각 산포를 나타내는 그래픽들이다.4A to 4E are graphics showing thickness distribution and etch dispersion appearing in all regions of a substrate when the polysilicon layer formed on the substrate is etched by a wet etching process using an NSC-1 solution.
도 5 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 도 2에 이어서 계속 설명하기 위한 단면도들이다.5 to 13 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention, following FIG. 2.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 반도체 기판 100a : 소자 분리 영역100
100b : 액티브 영역 102 : 패드 산화막100b: active region 102: pad oxide film
104 : 예비 버퍼층 104a : 버퍼층104:
106 : 중온 산화막 108 : 마스크층106 middle
110 : 포토레지스트 패턴 112 : 제1개구부110: photoresist pattern 112: first opening
114 : 트렌치 116 : 필드 산화 패턴114: Trench 116: Field Oxidation Pattern
118a : 제2상부 개구부 118b : 제2하부 개구부118a: second
118 : 제2개구부 119 : 제2경사 부위118: second opening 119: second inclination
120 : 제1유전막 122 : 제1도전층 패턴120: first dielectric film 122: first conductive layer pattern
124 : 제2유전막 126 : 제2도전층124: second dielectric film 126: second conductive layer
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 자기 정렬된 폴리실리콘(self-aligned polysilicon; SAP)으로 이루어진 플로팅 게이트를 갖는 반도체 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device. More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a floating gate made of self-aligned polysilicon (SAP).
반도체 메모리 장치는 DRAM(dynamic random access memory) 및 SRAM(static random access memory)과 같이 데이터의 입·출력이 상대적으로 빠른 반면, 시간이 경과됨에 따라 데이터가 소실되는 휘발성(volatile) 메모리 장치와, ROM(read only memory)과 같이 데이터의 입·출력이 상대적으로 느리지만, 데이터의 영구 저장이 가능한 불휘발성(non-volatile) 메모리 장치로 구분될 수 있다. 상기 불휘발성 메모리 장치의 경우, 전기적으로 데이터의 입·출력이 가능한 EEPROM(electrically erasable and programmable ROM) 또는 플래시 메모리에 대한 수요가 늘고 있다. 상기 플래시 메모리 장치는 F-N 터널링(Fowler-Nordheim tunneling) 또는 채널 열전자 주입(channel hot electron injection)을 이용하여 전기적으로 데이터의 입·출력을 제어하는 구조를 갖는다.Semiconductor memory devices, such as dynamic random access memory (DRAM) and static random access memory (SRAM), have relatively fast data input and output, while volatile memory devices lose data over time, and ROM Although data input and output is relatively slow, such as read only memory, it can be classified as a non-volatile memory device that can store data permanently. In the case of the nonvolatile memory device, there is an increasing demand for an electrically erasable and programmable ROM (EEPROM) or flash memory capable of electrically inputting / outputting data. The flash memory device has a structure for electrically controlling input and output of data by using F-N tunneling or channel hot electron injection.
최근에 반도체 장치의 집적도를 향상시키기 위하여 플래시 메모리의 플로팅 게이트의 선폭(critical dimension; 이하 "CD"라 한다)이 급격히 감소됨에 따라, 포토리소그래피 공정의 얼라인먼트(alignment) 불량, 커플링 비율(coupling ratio)의 감소로 인한 반도체 장치의 불량(fail)이 이슈화되었다.In recent years, as the critical dimension (hereinafter referred to as "CD") of the floating gate of the flash memory is rapidly reduced to improve the integration of the semiconductor device, alignment misalignment and coupling ratio of the photolithography process are reduced. The failure of the semiconductor device due to the decrease of) has been an issue.
이에 따라, 플로팅 게이트를 SAP 공정으로 형성함으로써 얼라인먼트 문제점을 일부 해결할 수 있었다. 상기 플래시 메모리 장치에 대한 일 예로서, 미합중국 특허 제6,465,293호에 의하면, 플래시 메모리 셀의 제조 방법은, 소자 분리막이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계와, 상기 소자 분리막 및 상기 반도체 기판 상에 산화막을 형성하는 단계와, 플로팅 게이트가 형성될 부분의 상기 반도체 기판이 노출되도록 상기 산화막을 패터닝하여 산화막 패턴을 형성하는 단계와, 전체 상부면에 터널 산화막 및 제1폴리실리콘층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 터널 산화막이 노출될 때까지 상기 제1폴리실리콘층을 평탄화하여 플로팅 게이트가 형성되도록 하는 단계와, 노출된 부분의 상기 터널 산화막 및 상기 산화막 패턴을 소정 두께만큼 식각한 후 전체 상부면에 유전막을 형성하는 단계와, 상기 유전막 상에 제2폴리실리콘층, 텅스텐 실리사이드층 및 하드 마스크를 순차적으로 형성한 후 패터닝하여 컨트롤 게이트를 형성하는 단계와, 상기 플로팅 게이트의 양측부의 노출된 반도체 기판에 불순물 이온을 주입하여 접합 영역을 형성하는 단계를 포함한다.Accordingly, by forming the floating gate in the SAP process, some alignment problems could be solved. As an example of the flash memory device, according to US Pat. No. 6,465,293, a method of manufacturing a flash memory cell includes providing a semiconductor substrate on which an isolation layer is formed, and forming an oxide layer on the isolation layer and the semiconductor substrate. Forming an oxide pattern by patterning the oxide layer so that the semiconductor substrate of the portion where the floating gate is to be formed is exposed; sequentially forming a tunnel oxide layer and a first polysilicon layer on an entire upper surface thereof; Planarizing the first polysilicon layer until the tunnel oxide layer is exposed to form a floating gate, etching the tunnel oxide layer and the oxide pattern of the exposed portion by a predetermined thickness, and then depositing a dielectric layer on the entire upper surface Forming a second polysilicon layer, a tungsten silicide layer and a lower layer on the dielectric layer; Forming a control mask sequentially and then patterning to form a control gate; and implanting impurity ions into exposed semiconductor substrates on both sides of the floating gate to form a junction region.
상기 미합중국 특허 제6,465,293호에 의하면, 상기 플로팅 게이트는 상기 반도체 기판을 부분적으로 노출시키는 상기 산화막 패턴에 의해 자기 정렬될 수 있다.According to US Pat. No. 6,465,293, the floating gate can be self-aligned by the oxide pattern that partially exposes the semiconductor substrate.
상기 플래시 메모리 장치는 상기 컨트롤 게이트에 적절한 전압을 인가하여 상기 플로팅 게이트에 전자를 집어넣거나 빼냄으로서 프로그래밍이 이루어진다. 이 때, 상기 유전막은 상기 컨트롤 게이트에 인가되는 전압을 상기 플로팅 게이트로 전달하는 역할을 한다. 특히, 상기 플로팅 게이트로 전달되는 전압은 손실이 발생하지 않아야 우수한 전기적 특성을 나타낸다.The flash memory device is programmed by applying an appropriate voltage to the control gate to insert or draw electrons into the floating gate. In this case, the dielectric layer serves to transfer a voltage applied to the control gate to the floating gate. In particular, the voltage delivered to the floating gate exhibits excellent electrical characteristics when no loss occurs.
상기 플로팅 게이트로 전달되는 전압은 커플링 비율(coupling ratio)을 향상시킴으로서 손실의 발생의 충분하게 줄일 수 있다. 여기서, 상기 커플링 계수(R)는 아래의 수학식 1과 같이 표현된다.The voltage delivered to the floating gate can sufficiently reduce the occurrence of losses by improving the coupling ratio. Here, the coupling coefficient R is expressed as in
(여기서, 상기 CONO는 유전막의 커패시턴스를 나타내고, CTO는 터널 산화막 패턴의 커패시턴스를 나타낸다.)(Wherein, C ONO represents the capacitance of the dielectric film and C TO represents the capacitance of the tunnel oxide film pattern.)
그리고, 상기 유전막의 커패시턴스(C)는 아래의 수학식 2와 같이 표현된다.The capacitance C of the dielectric film is expressed by
(여기서, 상기 ε은 유전막이 갖는 유전 상수를 나타내고, 상기 A는 유전막의 면적을 나타내고, 상기 T는 유전막의 두께를 나타낸다.)(Wherein ε represents the dielectric constant of the dielectric film, A represents the area of the dielectric film, and T represents the thickness of the dielectric film.)
상기 수학식들에서 알 수 있듯이, 플래시 메모리의 커플링 비율이 악화되는 문제는 플로팅 게이트의 CD가 감소되어 상기 플로팅 게이트 상에 형성되는 유전막 의 면적(A)이 줄어들기 때문이다.As can be seen from the above equations, the coupling ratio of the flash memory is deteriorated because the CD of the floating gate is reduced, thereby reducing the area A of the dielectric film formed on the floating gate.
상기 커플링 비율을 향상시키는 방법으로서 상기 유전막의 면적을 확장시키는 방법, 상기 유전막의 두께를 감소시키는 방법 등이 있다.As a method of improving the coupling ratio, there is a method of expanding the area of the dielectric film, a method of reducing the thickness of the dielectric film, and the like.
상기 유전막의 면적을 확장시켜 커플링 비율을 향상시키는 방법에 대한 예들은 일본국 공개특허 2002-26151호, 일본국 공개특허 1997-102554호 등에 개시되어 있다. 특히, 상기 일본국 특허 2002-26151호에 개시된 바에 의하면 상기 플로팅 게이트를 "T"자 형태로 형성하여 그것의 상부에 형성하는 유전막의 면적을 확장시킬 수 있다.Examples of a method of increasing the area of the dielectric film to improve the coupling ratio are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-26151 and Japanese Patent Laid-Open No. 1997-102554. In particular, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-26151, the floating gate may be formed in a “T” shape to expand the area of the dielectric film formed thereon.
이와 같이, 상기 플로팅 게이트의 구조를 변형시키는 방법을 통하여 상기 유전막의 유효 면적을 확장시킴으로써 커플링 비율 감소 문제를 일부 해결할 수 있다. 그러나, 상기 게이트 구조를 변형하기 위해서는 추가되는 공정이 많기 때문에 현실적으로 적용하기에는 경제적인 한계가 있다. 따라서, 플로팅 게이트의 구조를 크게 변형시키지 않으면서도 원하는 상기 커플링 비율을 얻기 위한 다양한 방법이 현재에도 계속 연구 중에 있다.As such, the coupling ratio reduction problem may be partially solved by expanding the effective area of the dielectric layer through a method of modifying the structure of the floating gate. However, since there are many additional processes for modifying the gate structure, there is an economic limit to apply the present in reality. Accordingly, various methods for obtaining the desired coupling ratio without significantly modifying the structure of the floating gate are still being studied.
따라서, 본 발명의 목적은 유전막의 유효 면적을 확장시키기 위한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device for extending the effective area of a dielectric film.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 기판 상에 제1두께를 갖는 예비 버퍼층을 형성하는 단계와, 상기 예비 버퍼 층의 표면 부위를 식각함으로써 상기 제1두께보다 작은 제2두께를 갖는 버퍼층을 형성하는 단계와, 상기 버퍼층 상에 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 버퍼층의 일부 및 상기 기판의 일부를 계속적으로 이방성 식각함으로써 버퍼층 패턴 및 소자 분리를 위한 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치 내부, 버퍼층 패턴 사이 및 하드 마스크 패턴 사이 공간을 매립하는 필드 절연 패턴을 형성하는 단계와, 상기 하드 마스크 패턴 및 상기 버퍼층 패턴을 식각함으로써 상부 폭에 비해 하부 폭이 좁은 형상을 갖는 개구부를 형성하는 단계와, 상기 개구부의 기저면에 유전막을 형성하는 단계 및 상기 유전막 상에 상기 개구부를 매립하는 도전층 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.A semiconductor device manufacturing method according to an aspect of the present invention for achieving the above object is to form a preliminary buffer layer having a first thickness on a substrate, and by etching the surface portion of the preliminary buffer layer than the first thickness Forming a buffer layer having a small second thickness, forming a hard mask pattern on the buffer layer, and continuously anisotropically etching a portion of the buffer layer and a portion of the substrate using the hard mask pattern as an etching mask. Forming a trench for separating the buffer layer pattern and the device, forming a field insulation pattern filling the space between the trench, the buffer layer pattern, and the hard mask pattern, and etching the hard mask pattern and the buffer layer pattern. Thereby forming an opening having a shape having a lower width than the upper width, Forming a dielectric layer on a bottom surface of the opening and forming a conductive layer pattern filling the opening on the dielectric layer.
상기 개구부를 형성하는 단계는 상기 하드 마스크 패턴을 식각하여 상기 기판에 대해 제1경사를 갖는 상부 개구부를 형성하는 단계와, 상기 상부 개구부 저면에 노출된 버퍼층 패턴을 식각함으로써 상기 제1경사에 비해 완만한 경사를 갖는 제2경사를 갖고 상기 상부 개구부와 연통하는 하부 개구부를 형성하는 단계로 이루어질 수 있다.The forming of the opening may include etching the hard mask pattern to form an upper opening having a first slope with respect to the substrate, and etching the buffer layer pattern exposed on the bottom surface of the upper opening to be gentler than the first slope. And forming a lower opening communicating with the upper opening with a second slope having a slope.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1두께는 200Å 내지 1,000Å이고, 상기 제2두께는 100Å 내지 200Å이 바람직하다. 그리고, 상기 예비 버퍼층의 식각은 NH4OH, H2O2 및 H2O의 혼합물을 이용하는 습식 식각 공정을 통해 이루어질 수 있다.According to one embodiment of the invention, the first thickness is 200 kPa to 1,000 kPa, and the second thickness is preferably 100 kPa to 200 kPa. The preliminary buffer layer may be etched through a wet etching process using a mixture of NH 4 OH, H 2 O 2, and H 2 O.
또한, 상기 상부 개구부를 형성한 이 후에, 상기 상부 개구부의 폭이 확장되도록 상기 필드 절연 패턴을 부분적으로 식각하는 공정을 더 수행할 수 있다.In addition, after the upper opening is formed, a process of partially etching the field insulation pattern may be further performed so that the width of the upper opening is expanded.
상기 도전층 패턴을 형성한 이 후에, 상기 도전층 패턴의 측면이 일부 노출되도록 상기 필드 절연 패턴의 상부를 부분적으로 제거하는 단계와, 상기 필드 절연 패턴의 상부면, 상기 도전층 패턴의 상부면 및 상기 노출된 도전층 패턴의 측면 상에 제2유전막을 형성하는 단계 및 상기 제2유전막 상에 제2도전층 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.After forming the conductive layer pattern, partially removing an upper portion of the field insulation pattern to partially expose the side surface of the conductive layer pattern, an upper surface of the field insulation pattern, an upper surface of the conductive layer pattern, and The method may further include forming a second dielectric layer on side surfaces of the exposed conductive layer pattern and forming a second conductive layer pattern on the second dielectric layer.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 200Å이하의 버퍼층을 형성함으로써, 도전층 패턴의 프로파일을 향상시킬 수 있다. 따라서, 유전막의 유효 면적을 용이하게 확장시켜 반도체 장치의 커플링 비율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention as described above, by forming a buffer layer of 200 mW or less, the profile of the conductive layer pattern can be improved. Therefore, the effective area of the dielectric film can be easily expanded to improve the coupling ratio of the semiconductor device.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1, 도 2 및 도 5 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1, 2 and 5 to 13 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1은 반도체 기판 상에 형성된 패드 산화막과 예비 버퍼층을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a pad oxide film and a preliminary buffer layer formed on a semiconductor substrate.
도 1을 참조하면, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판(100) 상에 패드 산화막(102)을 형성한다. 상기 패드 산화막(102) 상에 제1두께를 갖는 예비 버퍼층(104)을 형성한다.Referring to FIG. 1, a
상기 예비 버퍼층(104)은 플로팅 게이트가 형성되는 부위를 정의하고, 이 후 제거됨으로써 상부에 비해 하부 폭이 좁은 개구부를 형성하기 위하여 제공되는 버 퍼층을 형성하기 위한 전 단계의 예비층이다. 즉, 상기 버퍼층이 형성된 부위가 식각됨으로써 개구부의 하부에는 그 상부에 비해 완만한 경사가 생기게 되기 때문에 상기 개구부의 하부 폭이 좁아진다.The
본 실시예에서는 상기 개구부 하부의 완만한 경사 부위의 높이를 감소시키기 위해서 상기 예비 버퍼층으로부터 낮은 두께를 갖는 버퍼층을 형성하는 방법을 이용한다. 이에 대해서는 이 후에 좀 더 상세하게 설명하기로 한다. 여기서, 상기 완만한 경사 부위의 높이를 감소시키는 기술은 디자인 룰(design rule)이 90nm 이하인 플래시 메모리 장치에서 유전막의 유효 면적을 확장시켜 커플링 비율을 향상시키는 데 매우 유용하게 사용될 수 있다.In this embodiment, a method of forming a buffer layer having a low thickness from the preliminary buffer layer is used to reduce the height of the gentle inclined portion below the opening. This will be described later in more detail. Here, the technique of reducing the height of the gentle inclined portion can be very useful for improving the coupling ratio by extending the effective area of the dielectric film in a flash memory device having a design rule of 90 nm or less.
다시 도 1을 참조하면, 상기 패드 산화막(102)은 열산화(thermal oxidation) 공정, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 공정 등을 통해 약 70Å 내지 130Å 정도로 형성될 수 있다. 상기 패드 산화막(102)은 반도체 기판(100)의 표면 처리를 위해 약 750℃ 내지 900℃ 정도의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.Referring back to FIG. 1, the
상기 예비 버퍼층(104)은 상기 실리콘 산화막 및 후속해서 버퍼층(미도시) 상에 형성되는 실리콘 질화막과 다른 식각 특성을 갖는 물질로서 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 예비 버퍼층(104)은 폴리실리콘으로 이루어진다. 상기 예비 버퍼층(104)은 화학 기상 증착 공정을 이용하여 약 200Å 내지 1,000Å의 정도의 두께로 균일하게 형성한다. 특히, 상기 예비 버퍼층(104)의 두께는 약 200Å 내지 300Å 정도가 바람직하다.The
도 2는 도 1에 도시된 예비 버퍼층으로부터 형성된 버퍼층을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a buffer layer formed from the preliminary buffer layer illustrated in FIG. 1.
도 2를 참조하면, 상기 예비 버퍼층(104)의 표면 부위를 식각하여 상기 예비 버퍼층(104)의 두께보다 작은 두께를 갖는 버퍼층(104a)을 형성한다. 상기 예비 버퍼층(104)의 표면 부위를 식각하는 공정은 습식 식각 공정을 포함한다. 상기 습식 식각 공정에 사용되는 습식 식각액은 SC-1(standard cleaning solution) 또는 NSC-1(new standard cleaning solution)로 알려진 식각액이 사용될 수 있다. 여기서, 상기 SC-1은 약 3~10 : 1 : 60~200 의 몰비를 갖는 NH4OH, H2O2 및 H2O를 포함하며, 상기 NSC-1은 약 4 : 1 : 95 의 몰비를 갖는 NH4OH, H2O2 및 H2O를 포함한다. 특히, 폴리실리콘으로 형성된 상기 예비 버퍼층(104)을 기판의 전 영역에 걸쳐 균일하게 식각하기 위해서 상기 NSC-1 용액을 사용하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2, the surface portion of the
또한, 상기 버퍼층(104a)의 두께가 200Å 이상이 되면, 유전막의 유효 면적이 충분하지 않기 때문에 커플링 비율을 향상시키기 용이하지 않다. 또한, 상기 폴리실리콘으로 이루어진 버퍼층(104a)의 두께가 100Å미만으로 형성될 경우에는 상기 버퍼층(104a) 상에 형성되는 실리콘 질화막의 식각 완충층으로서의 기능을 충분히 수행하지 못한다. 따라서, 상기 NSC-1을 이용하는 식각 공정에 의해 최종적으로 형성되는 버퍼층(104a)의 두께는 약 100Å 내지 200Å정도가 바람직하다.In addition, when the thickness of the
이하에서는, 상술한 버퍼층(104a)을 형성하는 단계의 타당성 입증하기 위한 실험들을 도 3, 도 4a 내지 도 4e를 통해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the experiments for verifying the validity of the step of forming the
먼저, 예비 버퍼층(104)을 형성하지 않고, 버퍼층(104a)을 약 100Å 내지 200Å 정도의 두께로 화학 기상 증착 공정을 이용하여 한번에 증착하는 방법을 생각할 수 있다.First, without forming the
도 3은 화학 기상 증착 장치를 이용하여 반도체 기판 상에 폴리실리콘층을 180Å의 목표 두께로 형성했을 때, 로트(Lot) 별로 나타나는 폴리실리콘층의 평균 두께 산포를 나타내기 위한 그래프이다. 여기서, 두께 측정 방법은 9포인트(Center, Right, Left, Top, Top Right, Top Left, Bottom, Bottom Left, Bottom right) 측정 방법을 이용하였다.FIG. 3 is a graph for illustrating an average thickness distribution of polysilicon layers shown by lots when a polysilicon layer is formed on a semiconductor substrate with a target thickness of 180 kPa using a chemical vapor deposition apparatus. Here, the thickness measurement method was a nine-point measurement method (Center, Right, Left, Top, Top Right, Top Left, Bottom, Bottom Left, Bottom right).
도 3을 참조하면, 폴리실리콘층의 목표 두께를 180Å으로 화학 기상 증착 공정을 진행했을 때 로트별 평균 두께가 170Å부터 200Å까지 나타나고 있다. 다시 말하면, 로트의 평균 두께의 최대값과 최소값의 차이(범위, range)가 30Å이다. 산포를 나타내는 척도는 바로 상기 범위(range)이므로, 상기 실험에 의하면, 폴리실리콘층의 두께 산포가 바람직하지 않다(상기 각각의 로트의 웨이퍼들 간의 두께 차이는 고려되지 않았다).Referring to FIG. 3, when the chemical vapor deposition process is performed with a target thickness of the polysilicon layer of 180 kPa, the average thickness for each lot is shown to be 170 kPa to 200 kPa. In other words, the difference between the maximum and minimum values of the average thickness of the lot is 30 ms. Since the measure of dispersion is just this range, according to the above experiments, the thickness distribution of the polysilicon layer is not desirable (the thickness difference between the wafers of each lot is not taken into account).
이와 같이, 상기 폴리실리콘층의 두께 산포가 불량할 경우에는 이 후 상기 폴리실리콘층을 제거하는데 어려움이 있다. 그 이유는, 상기 폴리실리콘층을 완전히 제거하기 위해서는 반도체 기판의 전 영역에 걸쳐 가장 큰 두께를 갖는 폴리실리콘층을 타겟으로하여 식각량을 조절해야 하기 때문이다.As such, when the thickness distribution of the polysilicon layer is poor, it is difficult to remove the polysilicon layer afterwards. The reason is that in order to completely remove the polysilicon layer, the etching amount should be controlled by targeting the polysilicon layer having the largest thickness over the entire area of the semiconductor substrate.
따라서, 먼저 예비 버퍼층(104)을 증착한 뒤 이의 표면을 습식 식각함으로써, 두께 산포가 용이하면서도 200Å이하의 두께를 갖는 버퍼층(104a)을 형성한다.Therefore, by first depositing the
두 번째 실험은 NSC-1을 이용하는 습식 식각 방법으로 두께 산포가 우수한 폴리실리콘층을 형성하는 것을 보여주기 위한 실험이다. 하기의 표 1 및 표 2는 본 실시예에서와 같이 상기 NSC-1을 이용하여 식각 시간을 달리하면서 폴리실리콘층을 식각한 실험 결과를 나타내는 표들이다. 상기 실험은 먼저 반도체 기판으로 사용되는 베어(bare) 상태의 실리콘웨이퍼 상에 폴리실리콘을 2000Å 이상 증착한 후, 상기 웨이퍼를 통상적인 습식 식각 장치(wet station)를 이용하여 상기 NSC-1용액에 150초 및 1100초 동안 침잠시켜 상기 폴리실리콘층을 식각한 것이다.The second experiment is a wet etching method using NSC-1 to show the formation of a polysilicon layer having excellent thickness distribution. Tables 1 and 2 below are tables showing experimental results of etching the polysilicon layer while varying the etching time using the NSC-1 as in the present embodiment. The experiment was performed by first depositing more than 2000 microseconds of polysilicon on a bare silicon wafer used as a semiconductor substrate, and then placing the wafer in the NSC-1 solution using a conventional wet etching station. The polysilicon layer is etched by immersion for 1 second and 1100 seconds.
표 1Table 1
표 2TABLE 2
표 1 및 표 2를 참조하면, 상기 NSC-1의 식각률(etch rate)을 정확하게 측정하기 위해서, 상기 기판 상에 폴리실리콘층을 2000Å이상의 두께로 충분히 형성하였다. 이 때, 표준 편차(standard deviation)는 2.27Å이고, 범위(range)는 7.57Å으로 양호하다. 이는 폴리실리콘층의 두께(제1두께) 산포를 색깔로 보여주는 도 4a에 잘 나타나 있다.Referring to Tables 1 and 2, in order to accurately measure the etch rate of the NSC-1, a polysilicon layer was sufficiently formed on the substrate to a thickness of 2000 GPa or more. In this case, the standard deviation is 2.27 ms and the range is 7.57 ms. This is illustrated well in FIG. 4A which shows the color (first thickness) distribution of the polysilicon layer in color.
먼저, 상기 기판을 NSC-1 용액에 150초 동안 침잠시킨 후 측정된 제2두께는 1927Å으로서 표준 편차가 1.82Å, 범위가 6.72Å로 역시 양호하게 나타났다(도 4b 참조). 여기서, NSC-1 150초에 대한 평균 식각률은 103Å이고, 식각 표준 편차는 1.17Å이며, 식각 범위는 6.20Å으로 매우 양호하게 나타났다. 이는 상기 NSC-1 용액의 150초에 대한 폴리실리콘의 식각 산포를 색깔로 보여주는 도 4c에 잘 나타나 있다.First, the second thickness measured after immersing the substrate in NSC-1 solution for 150 seconds was 1927 Å, which was also good with a standard deviation of 1.82 Å and a range of 6.72 도 (see FIG. 4B). Here, the average etch rate for NSC-1 150 sec was 103 ms, the etch standard deviation was 1.17 ms, and the etching range was 6.20 ms. This is illustrated in FIG. 4C, which shows the color dispersion of polysilicon over 150 seconds of the NSC-1 solution.
반면, 상기 제2두께를 갖는 기판을 다시 NSC-1용액에 1100초 동안 침잠시킨 후 측정된 제3두께는 1272Å으로서 표준 편차가 10.33Å, 범위가 36.36Å으로 나타났다. 상기 제2두께가 가졌던 1.17Å의 표준 편차와, 6.20Å의 범위를 감안하더라도 NSC-1로 1100초 동안 식각한 결과 두께 산포는 매우 불량하다(도 4d 참조). 여기서, 도 4e를 참조하면, 반도체 기판에 대한 상기 NSC-1 1100초에 대한 평균 식각률은 657Å이고, 표준 편차는 9.91Å이며, 범위는 37.54Å으로 양호하지 않다.On the other hand, after submerging the substrate having the second thickness in the NSC-1 solution for 1100 seconds again, the measured third thickness was 1272Å, with a standard deviation of 10.33Å and a range of 36.36Å. Even after considering the standard deviation of 1.17 ms and the range of 6.20 ms that the second thickness had, the thickness distribution was very poor as a result of etching with NSC-1 for 1100 seconds (see FIG. 4D). Referring to FIG. 4E, the average etch rate for the NSC-1 1100 sec for the semiconductor substrate is 657 kV, the standard deviation is 9.91 kV, and the range is 37.54 kV.
상기 실험에서는 실험 결과를 잘 보여주기 위하여, 최초에 폴리실리콘층을 2000Å정도로 증착하여 실험하였으나, 일반적으로 화학 기상 증착 방법으로 폴리실리콘을 300Å이상으로 증착하는 경우에 두께 산포는 상기 결과와 유사하게 나타난다.In the above experiments, in order to show the experimental results, the polysilicon layer was first deposited by about 2000 kPa. In general, when the polysilicon is deposited by 300 kPa or more by chemical vapor deposition, the thickness distribution is similar to the above result. .
상기한 실험 결과에 의하면, 먼저 폴리실리콘층을 약 300Å이상 증착한 뒤에 NSC-1용액으로 약 150초 동안 식각하면, 약 200Å의 두께를 가지면서 두께 산포가 우수한 폴리실리콘층을 용이하게 형성할 수 있다.According to the above experimental results, first, when the polysilicon layer is deposited to about 300 GPa or more, and then etched with NSC-1 solution for about 150 seconds, it is possible to easily form a polysilicon layer having a thickness of about 200 GPa and having excellent thickness distribution. have.
이어서, 도 5는 도 2에 도시된 버퍼층 상에 형성된 중온 산화막, 마스크층 및 포토레지스트 패턴을 설명하기 위한 단면도이다.Subsequently, FIG. 5 is a cross-sectional view for describing a mesophilic oxide film, a mask layer, and a photoresist pattern formed on the buffer layer shown in FIG. 2.
도 5를 참조하면, 상기 버퍼층(104a) 상에 중온 산화막(106)을 형성한다. 상 기 중온 산화막(106)은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있으며, SiH4와 NO2 가스를 이용하는 저압 화학 기상 증착(low pressure chemical vapor deposition; 이하 "LP-CVD"라 한다) 방법에 의해 형성될 수 있다. 상기 중온 산화막(106)은 약 40Å 내지 50Å 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 5, a middle
이어서, 상기 중온 산화막(106) 상에 마스크층(108)을 형성한다. 상기 마스크층(108)은 실리콘 질화물로 이루어질 수 있으며, SiH2Cl2 가스, SiH4 가스, NH3 가스등을 이용하는 LP-CVD 공정 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(plasma enhance chemical vapor deposition) 공정을 통해 약 1,000 내지 2,000Å 정도의 두께로 형성될 수 있다.Subsequently, a
상기 마스크층(108) 상에 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 상기 마스크층(108)의 일부 표면을 노출시키는 포토레지스트 패턴(110)을 형성한다.A
도 6은 도 5에 도시된 마스크층으로부터 형성된 마스크 패턴을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 6 is a cross-sectional view for describing a mask pattern formed from the mask layer illustrated in FIG. 5.
도 6을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(110)을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 통해 상기 마스크층(108), 버퍼층(104a) 및 패드 산화막(102)을 순차적으로 식각함으로써 반도체 기판(100) 상에 반도체 기판(100)의 소자 분리 영역(100a)을 노출시키는 마스크 패턴(108a), 중온 산화막 패턴(106a), 버퍼층 패턴(104b) 및 패드 산화막 패턴(102a)을 형성한다.Referring to FIG. 6, the
상기 식각 공정의 예로는 플라즈마를 이용하는 건식 식각 공정, 반응성 이온 식각 공정(reactive ion etching process)을 포함한다. 상기 포토레지스트 패턴(110)은 상기 마스크 패턴(108a)을 형성한 후 애싱 공정 및 스트리핑 공정을 통해 제거된다. 구체적으로, 상기 마스크 패턴(108a)은 반도체 기판(100) 상에 상기 소자 분리 영역(100a)을 노출시키는 제1개구부(112)를 한정한다.Examples of the etching process include a dry etching process using a plasma and a reactive ion etching process. After the
도 7은 도 6에 도시된 마스크 패턴을 이용하여 반도체 기판에 형성된 트렌치(trench)를 설명하기 위한 단면도이며, 도 8은 도 7에 도시된 트렌치를 매립하는 필드 절연 패턴을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a trench formed in a semiconductor substrate using the mask pattern illustrated in FIG. 6, and FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a field insulation pattern filling a trench shown in FIG. 7.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 마스크 패턴(108a)을 식각 마스크로 사용하는 식각 공정을 수행하여 상기 반도체 기판(100)의 소자 분리 영역(100a)을 식각함으로써 반도체 기판(100)을 가로지르는 제1방향으로 트렌치(114)를 형성한다. 상기 트렌치(114)는 약 1,000Å 내지 5,000Å 정도의 깊이를 갖도록 형성될 수 있다. 바람직하게는, 약 2,300Å 정도의 깊이를 갖도록 형성될 수 있다.7 and 8, the
한편, 상기한 바에 의하면, 상기 포토레지스트 패턴(110)을 이용하여 상기 제1개구부(112)를 형성한 후, 상기 마스크 패턴(108a)을 이용하여 트렌치(114)를 형성하고 있으나, 상기 포토레지스트 패턴(110)을 이용하여 상기 제1개구부(112) 및 트렌치(114)를 동일한 프로세스 챔버 내에서 인시튜(in-situ) 방식으로 형성할 수도 있다.Meanwhile, according to the above, after the
상기 트렌치(114)를 형성하기 위한 식각 공정을 수행하는 동안, 고에너지의 이온 충격으로 인해 야기된 실리콘 손상을 치유하고, 누설 전류 발생을 방지하기 위해 상기 트렌치(114)의 내측면들에 대한 열산화 처리를 수행할 수 있다. 상기 열 산화 처리에 의해 상기 트렌치(114)의 내측면들 상에는 약 50Å 내지 250Å 정도의 두께를 갖는 트렌치 산화막(미도시)이 형성된다.During the etching process to form the
또한, 후속하여 형성되는 막, 예를 들면 필드 절연막(미도시)으로부터 탄소 또는 수소와 같은 불순물들이 상기 트렌치(114)에 의해 정의된 액티브 영역(100b)으로 확산되는 것을 방지하기 위해 상기 트렌치 산화막 상에 라이너 질화막(미도시)을 약 50Å 내지 100Å 정도의 두께로 형성할 수 있다.In addition, to prevent diffusion of impurities such as carbon or hydrogen from a subsequently formed film, for example, a field insulating film (not shown), into the
상기 트렌치(114)가 형성된 반도체 기판(100) 상에 필드 절연막을 형성하여 상기 트렌치(114) 및 상기 제1개구부(112)를 채운다. 상기 필드 절연막은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있으며, 상기 실리콘 산화물의 예로는 USG(undoped silicate glass), TEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate) 또는 HDP(high density plasma) 산화물 등이 있다. 바람직하게는 SiH4, O2 및 Ar 가스를 플라즈마 소스로 이용하여 형성된 HDP 산화물이 사용될 수 있다.A field insulating layer is formed on the
이어서, 상기 필드 절연막의 상부를 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 공정과 같은 평탄화 공정을 통해 상기 마스크 패턴(108a)의 표면이 노출되도록 제거함으로써 상기 트렌치(114) 내에 소자 분리막으로서 기능하며 반도체 기판(100)의 액티브 영역(100b)을 정의하는 필드 절연 패턴(116)을 완성한다.Subsequently, the upper portion of the field insulating film is removed to expose the surface of the
도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 필드 절연 패턴에 의해 정의된 액티브 영역을 노출시키는 제2개구부를 설명하기 위한 단면도이다.9 and 10 are cross-sectional views for describing a second opening that exposes an active region defined by the field insulation pattern illustrated in FIG. 8.
본 실시예에 따른 플래시 메모리 장치의 게이트 구조물 제조 방법에서, 플로팅 게이트의 역할을 수행하는 도전층 패턴은 다마신 방법에 의해서 상기 액티브 영역(100b) 상에 형성되는 제2개구부(118) 내부에 형성된다. 상기 제2개구부(118)는 상술한 도 7의 소자 분리 영역(100a) 상에 형성된 제1개구부(112)와는 별개로 형성되는 개구이다.In the method of manufacturing a gate structure of a flash memory device according to the present embodiment, a conductive layer pattern serving as a floating gate is formed in the
본 실시예에 따라 형성되는 제2개구부(118)는 그 측면과 기저면이 접하는 부위에 완만한 경사를 갖는다. 이에 따라, 상기 제2개구부(118)를 거푸집으로 이용하는 제1도전층 패턴(122) 역시 기저면과 그 측면이 접하는 부위에 완만한 경사가 형성된다.The
특히, 도 9 및 도 10을 통해서는 상기 완만한 경사가 형성된 부위의 높이가 상기 버퍼층 패턴 높이(두께)에 의해 주로 결정되는 메커니즘이 설명되어질 것이다.In particular, through Figs. 9 and 10 will be described a mechanism in which the height of the portion where the gentle slope is formed is mainly determined by the buffer layer pattern height (thickness).
도 9를 참조하면, 상기 마스크 패턴(108a) 및 중온 산화막 패턴(106a)을 제거하여 상기 버퍼층 패턴(104b)을 노출시키는 제2상부 개구부(118a)를 형성한다. 이 때, 상기 제2상부 개구부(118a)의 측면은 약 70°내지 90°의 제1경사를 갖는 것이 바람직하다. 상기 제2상부 개구부(118a)는 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정을 통해 형성될 수 있으며, 필드 절연 패턴(116)의 측면 및 버퍼층 패턴(104b)의 상부면에 의해 한정된다.Referring to FIG. 9, the
예를 들면, 인산을 포함하는 식각액 및 희석된 불산 용액을 사용하는 습식 식각 공정을 통해 상기 마스크 패턴(108a)을 제거할 수 있고, SC-1을 이용하는 습 식 식각 공정을 통해 상기 중온 산화막 패턴(106a)을 제거할 수 있다.For example, the
여기서, 상기 식각 공정은 상기 마스크 패턴(108a) 및 중온 산화막 패턴(106a)과 접하는 상기 필드 절연 패턴(116)의 표면 부위를 식각하게 된다. 이는 통상적으로, 상기 식각 공정이 상기 마스크 패턴(108a) 및 중온 산화막 패턴(106a)을 완전히 제거하기 위하여 과식각 방법을 사용하기 때문이다. 이에 따라, 상기 제2상부 개구부는 도시된 바와 같이 상기 식각된 필드 절연 패턴(116)의 양만큼 그 폭이 확장될 수 있다.The etching process may etch a surface portion of the
도 10을 참조하면, 상기 버퍼층 패턴(104b) 및 패드 산화막 패턴(102a)을 제거하여 반도체 기판(100)의 액티브 영역(100b)을 노출시키며, 상기 제2상부 개구부(118a)와 연통하는 제2하부 개구부(118b)를 형성한다. 구체적으로, 상기 버퍼층 패턴(104b) 및 패드 산화막 패턴(102a)의 제거는 건식 식각 또는 습식 식각 공정을 통해 수행될 수 있다. 예를 들면, 질산, 불산 및 초산을 사용하는 습식 식각 공정을 통해 상기 버퍼층 패턴(104b)을 제거하고, SC1을 이용하는 습식 식각 공정을 통해 상기 패드 산화막 패턴(102a)을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 10, the
이로써, 상기 제2하부 개구부(118b)는 필드 절연 패턴(116)의 측면 및 반도체 기판(100)의 액티브 영역(100b)의 상부면에 의해 한정된다. 즉, 서로 연통하는 상기 제2상부 및 하부 개구부(119a, 118b)로부터 제2개구부(118)가 형성된다.Thus, the second
여기서, 상기 제2하부 개구부(118b)의 측면은 상기 제1경사보다 완만한 경사를 갖는 제2경사를 갖는다. 상기 제2경사는 약 40°내지 70°정도로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제2개구부(118)는 상부 폭에 비해 하부 폭이 좁은 형상을 갖 는다.Here, the side surface of the second
구체적으로, 상기 식각 공정을 진행하는 동안 상기 필드 절연 패턴(116)의 표면 부위가 다소 식각될 수 있으나, 상기 필드 절연 패턴(116)이 식각되는 양은 상기 마스크 패턴(108a) 및 중온 산화막 패턴(106a)이 제거되는 과정에서 식각되는 양에 비해 미미한 수준이다. 따라서, 상기 제2개구부(118)는 그 기저면의 폭이 상기 기저면과 평행한 제2개구부(118) 상부(upper) 단면의 폭보다 좁게 형성된다. 즉, 상기 제2개구부(118)는 제2상부 개구부(118a) 하부의 모서리로부터 상기 제2개구부(118b) 바닥면까지 연장하는 제2경사 부위(119)를 갖는다.Specifically, the surface portion of the
상술한 바에서 알 수 있듯이, 상기 제2경사 부위(119)가 형성되는 높이는 주로 상기 버퍼층 패턴(104b)의 높이(두께)에 의해 결정되고, 상기 버퍼층 패턴(104b)이 낮은 두께를 가질수록 제2상기 경사 부위(119)의 높이가 작아질 수 있다.As can be seen from the above, the height at which the second
한편, 본 실시예에 따르면, 상기 제2개구부(118)는 그 내부에 위치한 상기 마스크 패턴(108a) 및 중온 산화막 패턴(106a)의 1차 식각 단계와, 상기 버퍼층 패턴(104b) 및 패드 산화막 패턴(102a)의 제2차 식각 단계의 두 단계의 제거 공정을 통해서 형성된다.Meanwhile, according to the present exemplary embodiment, the
이는 상기 버퍼층 패턴(104b)이 강한 에천트를 사용하는 상기 1차 식각에 대한 완충 역할을 함으로써, 상기 제2개구부(118)의 기저면 가장 자리가 함몰되는 현상을 방지하기 위함이다. 상기 함몰이 발생하면, 후속하여 제2개구부(118)의 기저면 상에 형성되는 제1유전막(미도시)이 균일한 두께로 성장하지 못하기 때문에 이 후 문턱 전압(threshold voltage)의 산포가 악화될 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 패드 산화막(102)과 중온 산화막(106) 사이에 버퍼층(104a)을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이 버퍼층(104a)을 형성함으로써 후속해서 상기 제2개구부(118)에 형성되는 플로팅 게이트 패턴의 프로파일이 향상되어 소자의 특성이 향상될 수 있다. 상기 플로팅 게이트 패턴의 프로파일에 대해서는 아래에서 설명될 것이다.This is because the
이어서, 도 11은 도 10에 도시된 액티브 영역 및 필드 절연 패턴 상에 형성된 제1유전막 및 플로팅 게이트를 설명하기 위한 단면도이다.Next, FIG. 11 is a cross-sectional view for describing a first dielectric layer and a floating gate formed on the active region and field insulation patterns illustrated in FIG. 10.
도 11을 참조하면, 상기 제2개구부(118)를 통해 노출된 반도체 기판(100)의 액티브 영역(100b) 상에 터널 산화막(tunnel oxide)으로 기능하는 제1유전막(120)을 형성한다. 상기 제1유전막(120)으로는 열산화 공정을 통해 형성된 실리콘 산화막이 사용될 수 있다. 상기 제1유전막(120)의 다른 예로는 불소 도핑된 실리콘 산화막, 탄소 도핑된 실리콘 산화막, 저유전율(low-k) 물질막 등이 있다.Referring to FIG. 11, a first
상기 저유전율 물질막은 폴리알릴에테르계 수지, 환상 불소 수지, 실록산 공중합체, 불화 폴리알릴에테르계 수지, 폴리펜타플루오르스티렌, 폴리테트라플루오르스티렌계 수지, 불화 폴리이미드 수지, 불화 폴리나프탈렌, 폴리사이드 수지 등과 같은 유기폴리머로 이루어질 수 있다. 상기 유기 폴리머는 PE-CVD(plasma enhanced-CVD), AP-CVD(atmospheric pressure-CVD), 스핀 코팅(spin coating) 등과 같은 공정들에 의해 형성될 수 있다.The low dielectric constant material film may include polyallyl ether resin, cyclic fluorine resin, siloxane copolymer, polyallyl fluoride resin, polypentafluorostyrene, polytetrafluorostyrene resin, fluorinated polyimide resin, polynaphthalene fluoride, and polyside resin. It may be made of an organic polymer such as. The organic polymer may be formed by processes such as plasma enhanced-CVD (PE-CVD), atmospheric pressure-CVD (AP-CVD), spin coating, and the like.
상기 제1유전막(120) 및 상기 필드 절연 패턴(116) 상에 상기 제2 개구부(118)를 충분하게 매립하는 제1도전층을 형성한다. 상기 제1도전층은 LP-CVD 공정을 통해 형성될 수 있으며, 통상의 도핑 방법, 예를 들면, 불순물 확산, 이온 주입 또는 인시튜 도핑을 통해 불순물 도핑된다.A first conductive layer is formed on the
상기 제1도전층을 평탄화시켜 제2개구부(118) 내에 플로팅 게이트로 기능하는 제1도전층 패턴(122)을 형성한다. 구체적으로, 필드 절연 패턴(116)의 상부면이 노출되도록 화학적 기계적 연마 공정과 같은 평탄화 공정을 수행함으로써, 상기 제2개구(118) 내에 제1도전층 패턴(122)을 형성한다.The first conductive layer is planarized to form a first
그 결과, 상기 제1도전층 패턴(122)의 하부 모서리에는 상기 제2개구부(118)의 형상을 따라 제2경사 부위(119)가 형성된다. 이로써, 상기 제1도전층 패턴(122)은 그 하부 폭이 상부보다 좁은 형태의 프로파일을 갖는다. 상기 제2경사 부위(119)는 후속되는 공정에서 제2유전막의 유효 면적에 영향을 미친다. 이에 대해서는 도 12에서 상세히 설명하기로 한다.As a result, a second
도 12는 도 11에 도시된 도전층 패턴 상에 형성된 제2유전막을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 12 is a cross-sectional view for describing a second dielectric film formed on the conductive layer pattern illustrated in FIG. 11.
도 12를 참조하면, 상기 제1도전층 패턴(122)의 측면이 일부 노출되도록 상기 필드 절연 패턴(116)의 상측 부위를 부분적으로 제거한다. 상기 제거는 통상의 등방성 또는 이방성 식각 공정을 통해 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 필드 절연 패턴(116)의 상측 부위는 희석된 불산 용액을 이용하는 습식 식각 방법이 사용될 수 있으며, 상기 희석된 불산 용액을 이용한 식각 공정은 기 설정된 식각 시간에 의해 제어될 수 있다.Referring to FIG. 12, an upper portion of the
상기 필드 절연 패턴(116)의 부분적인 제거는 후속하는 단계들을 통해 완성되는 반도체 장치, 예를 들면 플래시 메모리 장치의 커플링 비율을 개선하기 위하여 수행된다. 다시 말하면, 상기 필드 절연 패턴(116)의 상부를 일부 제거하여 상기 제1도전층 패턴(122)의 측면을 노출시킴으로써, 상기 제1도전층 패턴(122)의 표면에 형성되는 제2유전막(124)의 유효 면적을 확장시켜 커플링 비율을 향상시킬 수 있다.Partial removal of the
이 때, 상기 제1도전층 패턴(122)의 측면에 형성되는 제2경사 부위(119)에는 상기 제2유전막(124)이 증착되기 어렵다. 따라서, 상기 제2유전막(124)의 유효 면적을 넓히기 위해서는 상기 제1도전층 패턴(122)에서 완만한 경사가 형성되는 부위의 높이(D)를 낮추고, 상기 필드 절연 패턴(116)을 상기 제2경사 부위(119)를 노출시키지 않는 범위에서 최대한 제거하는 것이 바람직하다. 이를 위한 상기 식각 공정은 기 설정된 식각액의 농도, 식각 시간 및 식각 온도에 의해 제어될 수 있다.At this time, the
이어서, 상기 제1도전층 패턴(122) 및 상기 필드 절연 패턴(116)의 잔여 부분 상에 제2유전막(124)을 형성한다. 상기 제2유전막(124)으로는 산화물/질화물/산화물(ONO)로 이루어진 복합 유전막, 고유전율 물질로 이루어진 고유전율 물질막 등이 채용될 수 있다.Subsequently, a
상기 복합 유전막은 LP-CVD 공정에 의해 형성될 수 있으며, 상기 고유전율 물질막은 Y2O3, HfO2, ZrO2, Nb2O5, BaTiO3, SrTiO3 등으로 이루어질 수 있으며, 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 공정 또는 CVD 공정에 의해 형성될 수 있 다.The composite dielectric film may be formed by an LP-CVD process, and the high-k material film may be formed of Y 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , BaTiO 3 , SrTiO 3 , and the like, and atomic layer deposition It may be formed by an atomic layer deposition (ALD) process or a CVD process.
상술한 바와 같이, 상기 제2경사 부위(119)의 높이(D)는 상기 버퍼층의(104a) 두께에 의해 주로 결정된다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 상기 버퍼층(104a)을 우수한 산포를 가지면서도 약 100Å 내지 200Å정도의 낮은 두께를 갖도록 형성할 수 있기 때문에, 상기 제2유전막(124)의 유효 면적을 보다 확장시킬 수 있다.As described above, the height D of the second
도 13은 도 12에 도시된 플로팅 게이트 상에 형성된 제2유전막과 컨트롤 게이트층을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 13 is a cross-sectional view for describing a second dielectric layer and a control gate layer formed on the floating gate illustrated in FIG. 12.
도 13을 참조하면, 상기 제2유전막(124) 상에 도프트 폴리실리콘(doped polysilicon) 또는 텅스텐 실리사이드(WSiX), 티타늄 실리사이드(TiSiX), 코발트 실리사이드(CoSiX), 탄탈륨 실리사이드(TaSiX)와 같은 금속 실리사이드로 이루어진 제2도전층(126)을 포함하는 컨트롤 게이트층을 형성한다.Referring to FIG. 13, doped polysilicon or tungsten silicide (WSi X ), titanium silicide (TiSi X ), cobalt silicide (CoSi X ), and tantalum silicide (TaSi X ) are formed on the
상기 제2도전층(126)을 패터닝하여, 상기 제2유전막(124) 상에 상기 제1방향과 실질적으로 수직하는 제2방향으로 연장하는 컨트롤 게이트(미도시)를 형성한다. 또한, 상기 제2유전막(124), 제1도전층 패턴(122) 및 제1유전막(120)을 순차적으로 패터닝하여 제1도전층 패턴(122)으로부터 플로팅 게이트(미도시)를 형성함으로써 플래시 메모리 장치의 게이트 구조물을 완성한다.The second
도시되지는 않았으나, 상기 게이트 구조물에 대하여 상기 제1방향으로 서로 대향하는 반도체 기판(100)의 액티브 영역(100b)의 표면 부위에 소스/드레인 영역 들(미도시)을 불순물 도핑 공정을 통해 형성함으로써, 상기 플래시 메모리 장치와 같은 반도체 장치를 완성할 수 있다.Although not shown, source / drain regions (not shown) are formed on the surface of the
상기와 같은 본 발명에 따라서, 같이 예비 버퍼층을 300Å 이상 증착한 뒤에 NSC-1을 이용하는 습식 식각 공정을 이용하여 에치백하면, 우수한 두께 산포를 가지면서도 200Å이하의 낮은 두께를 갖는 버퍼층을 형성할 수 있다. 따라서, 에치백 공정만 추가함으로써, 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트 사이에 형성되는 유전막의 유효 면적을 효과적으로 증가시킬 수 있는 프로파일을 갖는 플로팅 게이트를 형성할 수 있다.According to the present invention as described above, when the preliminary buffer layer is deposited to 300 Å or more, and then etched back using a wet etching process using NSC-1, a buffer layer having a low thickness of 200 Å or less can be formed with excellent thickness dispersion. have. Therefore, by adding only an etch back process, it is possible to form a floating gate having a profile that can effectively increase the effective area of the dielectric film formed between the floating gate and the control gate.
더 나가서는, 유전막의 유효 면적을 극대화함으로써, 플래시 메모리 장치의 커플링 비율을 향상시켜 반도체 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Further, by maximizing the effective area of the dielectric film, the coupling ratio of the flash memory device can be improved to improve the reliability of the semiconductor device.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020050035359A KR20060112772A (en) | 2005-04-28 | 2005-04-28 | Manufacturing Method of Semiconductor Device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100814408B1 (en) * | 2007-04-04 | 2008-03-18 | 삼성전자주식회사 | Non-volatile memory device and manufacturing method thereof. |
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2005
- 2005-04-28 KR KR1020050035359A patent/KR20060112772A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20050428 |
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PG1501 | Laying open of application | ||
PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |