KR20080081401A - Gate Forming Method of Semiconductor Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 게이트 형성 방법에 관한 것으로, 셀 영역 및 주변 회로 영역을 포함하며 필드 영역에 소자 분리막이 형성되고, 액티브 영역에 터널 절연막 및 제1 도전막이 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계와, 상기 제1 도전막과 소자 분리막을 포함한 상기 반도체 기판 상부에 유전체막 및 제2 도전막을 형성하는 단계와, 상기 제2 도전막, 유전체막 및 제1 도전막을 패터닝하여 워드 라인 및 셀렉트 라인을 형성하되, 상기 셀 영역의 최외곽에 형성되는 셀렉트 라인에 포함된 상기 제2 도전막이 상기 셀 영역 및 주변 회로 영역의 경계에 형성된 소자 분리막의 가장자리와 중첩되어 잔류되도록 패터닝하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for forming a gate of a semiconductor device, comprising the steps of: providing a semiconductor substrate including a cell region and a peripheral circuit region, a device isolation film formed in a field region, and a tunnel insulating film and a first conductive film formed in an active region; Forming a dielectric layer and a second conductive layer on the semiconductor substrate including the first conductive layer and the isolation layer; patterning the second conductive layer, the dielectric layer, and the first conductive layer to form word lines and select lines; And patterning the second conductive layer included in the select line formed at the outermost portion of the cell region to overlap the edge of the device isolation layer formed at the boundary between the cell region and the peripheral circuit region.
Description
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 게이트 형성 방법을 설명하기 위해 나타낸 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 반도체 기판 102 : 터널 절연막100
104 : 제1 도전막 106 : 소자 분리막104: first conductive film 106: device isolation film
108 : 유전체막 110 : 제2 도전막108: dielectric film 110: second conductive film
112 : 포토레지스트 패턴 114 : 더미 게이트112: photoresist pattern 114: dummy gate
본 발명은 반도체 소자의 게이트 형성 방법에 관한 것으로, 특히, 더미 게이트를 형성하기 위한 식각 공정 시 액티브(active) 영역이 손상되는 것을 방지하기 위한 반도체 소자의 게이트 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a gate of a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a gate of a semiconductor device to prevent damage to an active region during an etching process for forming a dummy gate.
데이터를 저장하는 반도체 메모리 소자들은 크게 휘발성 메모리 소자들 또는 비휘발성 메모리 소자들로 분류될 수 있다. 휘발성 메모리 소자들은 그들의 전원 공급이 차단되는 경우에 그들의 저장된 데이터들을 잃어버리는 반면, 비휘발성 메모리 소자들은 그들의 전원 공급이 차단될지라도 그들의 저장된 데이터들을 유지한다. Semiconductor memory devices that store data may be classified into volatile memory devices or nonvolatile memory devices. Volatile memory devices lose their stored data if their power supply is interrupted, while nonvolatile memory devices retain their stored data even if their power supply is interrupted.
비휘발성 메모리 소자들은 플래시 메모리(flash memory) 소자를 포함한다. 플래시 메모리 소자의 단위 셀은 반도체 기판의 소정 영역 상에 한정된 활성 영역, 활성 영역 상에 형성된 터널 절연막, 터널 절연막 상에 형성된 플로팅 게이트(floating gate), 플로팅 게이트 상에 형성된 게이트 층간 절연막 및 게이트 층간 절연막 상에 형성된 컨트롤 게이트(control gate) 전극을 포함하는 구조가 널리 채택되고 있다. 특히, 플래시 메모리는 엠피쓰리 플레이어(MP3 player), 디지털 카메라, 컴퓨터의 바이오스(bios) 저장용 메모리, 휴대 전화, 휴대용 데이터 저장 장치 등에 널리 사용되고 있다. Nonvolatile memory devices include flash memory devices. The unit cell of the flash memory device includes an active region defined on a predetermined region of a semiconductor substrate, a tunnel insulating layer formed on the active region, a floating gate formed on the tunnel insulating layer, a gate interlayer insulating layer formed on the floating gate, and a gate interlayer insulating layer. A structure including a control gate electrode formed on is widely adopted. In particular, flash memory is widely used in MP3 players, digital cameras, bios storage memory of computers, mobile phones, portable data storage devices, and the like.
플래시 메모리 소자는 셀이 형성되는 셀 영역과 셀을 동작시키는 회로가 구성되는 주변 회로 영역을 포함하여 구성된다. 셀 영역에는 다수의 셀이 형성되는데 이들은 액티브 영역 상에 형성되며, 셀과 셀은 소자 분리막에 의해 분리된다. The flash memory device includes a cell region in which a cell is formed and a peripheral circuit region in which a circuit for operating the cell is configured. A plurality of cells are formed in the cell region, which are formed on the active region, and the cells and the cells are separated by the device isolation layer.
일반적인 플래시 메모리 소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.A manufacturing method of a general flash memory device is as follows.
반도체 기판의 소정 영역에 형성된 소자분리막에 의해 액티브 영역 및 필드 영역이 정의되는 동시에 소자와 소자 사이가 분리된다. 또한, 셀 영역과 주변 회로 영역 사이의 경계 영역에 셀 영역에 형성된 액티브와 동일한 액티브가 형성되는데, 이를 더미 액티브(dummy active) 영역이라고 한다. 액티브 영역에는 플로팅 게이트 패턴이 형성되고, 액티브 영역 및 필드 영역과 교차하는 방향으로 컨트롤 게이트가 정의된다.An active region and a field region are defined by an element isolation film formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, and the element is separated from the element. In addition, the same active as that formed in the cell region is formed in the boundary region between the cell region and the peripheral circuit region, which is called a dummy active region. A floating gate pattern is formed in the active region, and a control gate is defined in a direction crossing the active region and the field region.
그러나, 워드 라인을 형성하기 위한 식각 공정 시 셀 어레이의 가장자리에 형성되는 소스 선택 라인(Source Selective Line; SSL) 또는 드레인 선택 라인(Drain Selective Line; DSL)과 같이 폭이 넓은 라인의 경우 식각이 과도하게 빨라져 액티브 영역까지 과도하게 식각된다. 이는 개선된 자기 정렬 STI(Advanced Self Align Shallow Trench Isolation) 구조나 자기 정렬 플로팅 게이트(Self Align Floating Gate) 구조의 경우, 셀 영역만 오픈하는 마스크를 이용한 식각 공정을 실시하기 때문에 더욱더 취약해진다. However, in case of a wide line such as a source select line (SSL) or a drain select line (DSL) formed at the edge of the cell array during the etching process to form a word line, the etching is excessive. Faster and excessively etched into the active area. This becomes more vulnerable because the improved self-aligned Shallow Trench Isolation (STI) structure or the Self Align Floating Gate structure has an etching process using a mask that only opens the cell region.
본 발명은 셀 영역과 주변 회로 영역 사이의 경계 영역에 더미 액티브 영역을 형성하기 위한 식각 공정 시 액티브 영역이 과도하게 손실되는 것을 방지하기 위한 방법을 제안한다. The present invention proposes a method for preventing excessive loss of an active region during an etching process for forming a dummy active region in a boundary region between a cell region and a peripheral circuit region.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 게이트 형성 방법은, 셀 영역 및 주변 회로 영역을 포함하며 필드 영역에 소자 분리막이 형성되고, 액티브 영역 에 터널 절연막 및 제1 도전막이 형성된 반도체 기판이 제공된다. 제1 도전막과 소자 분리막을 포함한 반도체 기판 상부에 유전체막 및 제2 도전막을 형성한다. 제2 도전막, 유전체막 및 제1 도전막을 패터닝하여 워드 라인 및 셀렉트 라인을 형성하되, 셀 영역의 최외곽에 형성되는 셀렉트 라인에 포함된 제2 도전막이 셀 영역 및 주변 회로 영역의 경계에 형성된 소자 분리막의 가장자리와 중첩되어 잔류되도록 패터닝한다. A method of forming a gate of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate including a cell region and a peripheral circuit region, an isolation layer formed in a field region, and a tunnel insulating layer and a first conductive layer formed in an active region. . A dielectric film and a second conductive film are formed over the semiconductor substrate including the first conductive film and the device isolation film. The second conductive film, the dielectric film, and the first conductive film are patterned to form word lines and select lines, and a second conductive film included in the select line formed at the outermost part of the cell region is formed at the boundary between the cell region and the peripheral circuit region. Patterning is performed so as to overlap the edge of the device isolation layer.
상기에서, 제2 도전막을 소자 분리막의 가장자리와 30nm 내지 1000nm 중첩 되게 잔류한다. 워드 라인 및 셀렉트 라인 형성 공정 시 셀 영역의 최외곽 영역에 더미 게이트 라인이 형성된다. 더미 게이트 라인은 플로팅(floating) 처리된다. 더미 게이트 라인은 웰 픽업(well pickup)과 연결된다. In the above, the second conductive film is left to overlap the edge of the device isolation layer 30nm to 1000nm. In the word line and select line forming process, a dummy gate line is formed in the outermost region of the cell region. The dummy gate line is floating. The dummy gate line is connected to a well pickup.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 게이트 형성 방법을 설명하기 위해 나타낸 단면도로서, 셀 영역과 주변 회로 영역 사이의 경계 영역에 더미 액티브 영역을 형성하기 위한 것이다. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and form dummy active regions in a boundary region between a cell region and a peripheral circuit region.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 터널 절연막(102), 플로팅 게이트용 제1 도전막(104) 및 하드 마스크막(미도시)을 순차적으로 형성한다. 이때, 터널 절연막(102)은 산화물로 형성하고, 제1 도전막(104)은 폴리실리콘막으로 형성하며, 하드 마스크막은 질화막으로 형성한다. Referring to FIG. 1A, a tunnel
그런 다음, 식각 공정으로 하드 마스크막, 제1 도전막(104), 터널 절연막(102) 및 반도체 기판(100)을 식각하여 트렌치를 형성한 후 트렌치가 채워지도록 트렌치를 포함한 반도체 기판(100) 상부에 절연막을 형성한다. 이때, 절연막은 고밀도 플라즈마(High Density Plasma; HDP) 산화막으로 형성한다. 하드 마스크막 상부가 노출될 때까지 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정을 실시하여 소자 분리막(106)을 형성한다. 소자 분리막(106)을 형성함으로써 액티브 영역과 필드 영역이 정의된다. 소자 분리막(106)은 액티브 영역과 주변 회로 영역의 경계에도 형성된다. Next, the hard mask layer, the first
그런 다음, 하드 마스크막을 제거한 후 셀 영역만 오픈하는 마스크를 이용한 식각 공정으로 소자 분리막(106)의 EFH(Effective Field Height)를 조절한다. Then, the effective field height (EFH) of the
도 1b를 참조하면, 제1 도전막(104)과 소자 분리막(106)을 포함한 반도체 기판(100) 상부에 유전체막(108) 및 컨트롤 게이트용 제2 도전막(110)을 형성한다. 이때, 제2 도전막(110)은 폴리실리콘막과 텅스텐 실리사이드막(WSix)이 적층된 구조로 형성한다. Referring to FIG. 1B, a
도 1c를 참조하면, 게이트를 형성하기 위한 식각 공정을 실시하기 위해 제2 도전막(110) 상부에 포토레지스트 패턴(112)을 형성한다. 이때, 포토레지스트 패턴(112)은 워드 라인이나 셀렉트 라인을 정의하기 위한 것으로, 액티브 영역과 주변 회로 영역 사이에 형성된 소자 분리막(106) 중 액티브 영역 쪽의 가장자리와 중첩되도록 형성한다. 즉, 포토레지스트 패턴(112)은 셀 어레이 최외곽에 셀렉트 라인이 형성될 영역뿐만 아니라 소자 분리막(106)의 가장자리 영역의 제2 도전 막(110) 상에도 형성된다. 여기서, 포토레지스트 패턴(112)이 소자 분리막 영역에 30nm 내지 1000nm 중첩 되게 형성한다. Referring to FIG. 1C, a
도 1d를 참조하면, 포토레지스트 패턴(112)을 식각 마스크로 제2 도전막(110), 유전체막(108), 제1 도전막(104) 및 터널 절연막(102)을 식각하여 터널 절연막(102), 제1 도전막(104), 유전체막(108) 및 제2 도전막(110)으로 이루어진 다수의 워드 라인 및 셀렉트 라인들(미도시)을 형성한다. 이때, 셀 어레이의 최외곽 영역에는 더미 게이트 라인(114)이 형성되는데, 더미 게이트 라인(114)의 제2 도전막(110) 및 유전체막(108)은 액티브 영역과 주변 회로 영역에 형성된 소자 분리막(106)의 가장자리 상부에까지 잔류된다. 제2 도전막(110) 및 유전체막(108)이 잔류되므로써, 워드 라인 및 셀렉트 라인을 형성하기 위한 식각 공정 시 셀 어레이의 최외곽에 형성되는 더미 게이트 라인(114)과 소자 분리막(106) 사이에서 반도체 기판(100)이 노출되지 않는다. 따라서, 액티브 영역이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이후 도면에서는 도시되지 않았지만, 더미 게이트 라인(114)은 웰 픽업(well pickup)과 연결되어 그라운드(ground) 상태 또는 플로팅(floating) 상태가 될 수 있다. 포토레지스트 패턴(112)을 제거한다. Referring to FIG. 1D, the second
상기와 같이, 셀 영역과 주변 회로 영역 사이의 경계 영역에 더미 게이트(114)를 형성하기 위한 식각 공정 시 포토레지스트 패턴(112)을 액티브 영역 상부에만 형성하지 않고 필드 영역이 일부 중첩되게 형성하여 식각 공정을 실시함으로써 필드 영역과 액티브 영역 간의 중첩 마진을 확보하여 과도 식각으로 인하여 액티브 영역이 과도하게 손실되는 것을 방지할 수 있다. 이렇게 액티브 영역이 과 도하게 손실되는 것을 방지함으로써 수율을 향상시키고, 신뢰성에 기여할 수 있다. As described above, during the etching process for forming the
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 효과는 다음과 같다.As described above, the effects of the present invention are as follows.
첫째, 포토레지스트 패턴을 액티브 영역 상부에만 형성하지 않고 필드 영역이 일부 중첩되게 형성하여 더미 게이트를 형성하기 위한 식각 공정을 실시함으로써 필드 영역과 액티브 영역 간의 중첩 마진을 확보하여 과도 식각으로 인하여 액티브 영역이 과도하게 손실되는 것을 방지할 수 있다. First, the photoresist pattern is not formed only on the active region but partially overlaps the field region, thereby performing an etching process to form a dummy gate, thereby securing an overlap margin between the field region and the active region, thereby overwriting the active region. Excessive loss can be prevented.
둘째, 액티브 영역이 과도하게 손실되는 것을 방지함으로써 수율을 향상시키고, 신뢰성에 기여할 수 있다. Second, it is possible to improve the yield and to contribute to the reliability by preventing excessive loss of the active region.
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2007
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20070305 |
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