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KR20080029021A - Method of forming a trench - Google Patents

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KR20080029021A
KR20080029021A KR1020060094452A KR20060094452A KR20080029021A KR 20080029021 A KR20080029021 A KR 20080029021A KR 1020060094452 A KR1020060094452 A KR 1020060094452A KR 20060094452 A KR20060094452 A KR 20060094452A KR 20080029021 A KR20080029021 A KR 20080029021A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
region
trench
substrate
cell
forming
Prior art date
Application number
KR1020060094452A
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Korean (ko)
Inventor
박증환
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Abstract

A method for forming a trench is provided to bury easily an insulating layer in an inside of a trench by preventing generation of a stepped part between a second trench and a third trench. A substrate(100) is prepared. The substrate includes a cell region, a peripheral region, and a boundary region formed between the cell region and the peripheral region. At least one of first trenches is formed adjacent to the boundary region by performing a first patterning process for the substrate of the peripheral region. At least one of second trenches(144) is formed adjacent to the boundary region in the cell region by performing a second patterning process for the substrate of the cell region and the peripheral region. A plurality of third trenches deeper than the first trenched are formed in the peripheral region.

Description

트렌치의 형성 방법{Method of forming a trench}Method of forming a trench

도 1 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트렌치의 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들이다.1 to 8 are schematic cross-sectional views illustrating a method of forming a trench according to an exemplary embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 반도체 기판 102 : 산화막100 semiconductor substrate 102 oxide film

104 : 도전막 106 : 하드 마스크막104: conductive film 106: hard mask film

108 : 제1 포토레지스트 패턴 116 : 제1 게이트 패턴108: first photoresist pattern 116: first gate pattern

118 : 제1 개구 120 : 제2 포토레지스트 패턴118: first opening 120: second photoresist pattern

128 : 제2 게이트 패턴 130 : 제2 개구128: second gate pattern 130: second opening

132 : 제1 트렌치 140 : 제3 게이트 패턴132: first trench 140: third gate pattern

142 : 열 산화막 144 : 제2 트렌치142 thermal oxide film 144 second trench

146 : 제3 트렌치 148 : 필드 절연막 패턴146: third trench 148: field insulating film pattern

본 발명은 트렌치의 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 불 휘발성 메모리 소자에서 자기 정렬된(self aligned) 구조를 갖는 트렌치의 형성 방법에 관 한 것이다.The present invention relates to a method of forming a trench. More specifically, the present invention relates to a method of forming a trench having a self aligned structure in a nonvolatile memory device.

불 휘발성 메모리 장치는 디지털 데이터를 전원이 없는 상태에서도 반영구적으로 보존이 가능하며 전기적으로 쓰고 지우기가 모두 가능한 장점을 지니고 있다. 때문에 휴대용 전자제품의 데이터 저장용으로 널리 사용되고 있다. 더구나, 최근에는 그 응용 분야가 디지털, MP3 플레이어, 휴대 전화의 메모리 등으로 확대되고 있다.Nonvolatile memory devices have the advantage of being able to preserve digital data semi-permanently even in the absence of power, and both write and erase electrically. Therefore, it is widely used for data storage of portable electronic products. Moreover, in recent years, the application field has been expanded to digital, MP3 players, mobile phone memory and the like.

상기 불 휘발성 메모리 장치의 단위 셀은 플로팅 게이트를 구비하는 수직 적층형 게이트 구조를 포함한다. 구체적으로 설명하면, 불 휘발성 메모리 셀의 게이트는 터널 산화막 상에 플로팅 게이트, 유전막 및 컨트롤 게이트가 적층된 구조를 갖는다.The unit cell of the nonvolatile memory device may include a vertical stacked gate structure having a floating gate. Specifically, the gate of the nonvolatile memory cell has a structure in which a floating gate, a dielectric film, and a control gate are stacked on a tunnel oxide film.

이때, 상기 메모리 셀의 디자인 룰이 점점 더 작아짐에 따라 상기 플로팅 게이트를 소정의 사진 공정을 수행하는데 한계가 있다. 따라서, 필드 절연막 패턴과 자기 정렬된 구조를 갖는 플로팅 게이트(self aligned polysilicon-shallow trench isolation; 이하, SAP-STI라 한다)를 형성함으로써 상기 사진 공정의 한계를 극복할 수 있다.In this case, as the design rule of the memory cell becomes smaller and smaller, there is a limit to performing a predetermined photo process on the floating gate. Accordingly, the limitation of the photolithography process may be overcome by forming a self-aligned polysilicon-shallow trench isolation (hereinafter referred to as SAP-STI) having a structure aligned with the field insulating layer pattern.

일반적으로, SAP-STI 구조를 갖는 플로팅 게이트를 형성하는 방법은 우선, 터널 산화막, 플로팅 게이트용 폴리실리콘막, 실리콘 질화막 및 포토레지스트 패턴을 순차적으로 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 실리콘 질화막, 폴리실리콘막, 터널 산화막 및 노출된 반도체 기판을 순차적으로 식각하여 트렌치를 형성한다.In general, in the method of forming a floating gate having an SAP-STI structure, first, a tunnel oxide film, a polysilicon film for floating gate, a silicon nitride film, and a photoresist pattern are sequentially formed. Using the photoresist pattern as an etching mask, the silicon nitride film, the polysilicon film, the tunnel oxide film, and the exposed semiconductor substrate are sequentially etched to form a trench.

이러한 일련의 공정은 반도체 기판의 셀 영역 및 주변 영역에서 함께 형성된다. 그리고, 상기 셀 영역에 형성되는 트렌치(이하, 셀 트렌치라 한다)와 주변 영역에 형성되는 트렌치(이하, 주변 트렌치라 한다)는 서로 다른 깊이를 갖도록 형성된다. 즉, 상기 주변 트렌치가 상기 셀 트렌치보다 깊게 형성된다.This series of processes is formed together in the cell region and the peripheral region of the semiconductor substrate. The trench formed in the cell region (hereinafter referred to as a cell trench) and the trench formed in the peripheral region (hereinafter referred to as a peripheral trench) are formed to have different depths. That is, the peripheral trench is formed deeper than the cell trench.

이처럼 셀 트렌치와 주변 트렌치의 깊이가 서로 달라, 상기 셀 영역 및 주변 영역 경계 부위의 트렌치는 저면에 단차를 갖게 된다. 즉, 경계 부위에 형성되는 트렌치의 일부는 셀 트렌치의 깊이를 가지며, 다른 일부는 주변 트렌치 깊이를 가지게 된다.As such, the depths of the cell trenches and the peripheral trenches are different from each other, and the trenches at the boundary between the cell region and the peripheral region have a step on the bottom. In other words, a portion of the trench formed at the boundary portion has a depth of the cell trench, and the other portion has a peripheral trench depth.

상기와 같이 트렌치 저면이 단차를 가지게 되면 상기 단차에 의해 상기 트렌치 내부를 필드 절연막으로 매립하는 것이 용이하기 않다. 상기와 같이 트렌치가 필드 절연막에 의해 완전하게 매립되지 않으며, 상기 필드 절연막 상에 상부물층을 형성하는 경우, 상기 필드 절연막이 매립되지 않은 부위로 상기 상부물층이 유입될 수 있으며, 이러한 부위는 이후 완성되는 반도체 소자의 결합을 유발시킬 수 있다.As described above, when the trench bottom has a step, it is not easy to fill the trench inside with the field insulating layer due to the step. As described above, when the trench is not completely filled by the field insulating film, and the upper water layer is formed on the field insulating film, the upper water layer may flow into a portion where the field insulating film is not buried. It can cause the bonding of the semiconductor device.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 셀 영역 및 주변 영역의 경계에서 저면의 단차 발생이 억제된 트렌치를 형성하는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for forming a trench in which the generation of step difference in the bottom is suppressed at the boundary between the cell region and the peripheral region.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 트렌치의 형성 방법에 있어서, 셀 영역과 주변 영역과, 상기 셀 영역 및 주변 영역 사이에 위치한 경계 영역을 포함하는 기판을 마련한다. 상기 주변 영역의 기판을 일차 패터닝하여 적어도 하나가 상기 경계 영역과 인접하는 제1 트렌치들을 형성한다. 상기 셀 영역 및 주변 영역의 기판을 이차 패터닝하여 상기 셀 영역에 적어도 하나가 상기 경계 영역과 인접하는 제2 트렌치들을 형성함과 동시에 주변 영역에 상기 제1 트렌치들로부터 상기 제1 트렌치들보다 깊은 제3 트렌치들을 형성한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, in the method of forming a trench, a substrate including a cell region and a peripheral region, and a boundary region located between the cell region and the peripheral region is provided. The substrate of the peripheral region is first patterned to form first trenches at least one adjacent to the boundary region. Second patterning the substrates of the cell region and the peripheral region to form second trenches in the cell region adjacent to the boundary region and simultaneously forming a second trench deeper than the first trenches in the peripheral region from the first trenches; Form 3 trenches.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일차 패터닝은, 상기 기판 상에 상기 셀 영역 및 경계 영역을 마스킹하고, 상기 주변 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하며, 상기 노출된 기판을 식각함으로써 수행될 수 있다. 상기 이차 패터닝은, 상기 기판 상에, 상기 경계 영역을 마스킹하고, 상기 주변 영역의 제1 트렌치와 상기 셀 영역의 기판을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제1 트렌치 및 노출된 기판을 식각함으로써 수행될 수 있다. 상기 트렌치 형성 방법은, 상기 기판 상에 산화막, 도전막 및 마스크막을 순차적으로 형성하고, 상기 주변 영역 및 경계 영역을 마스킹하고, 상기 셀 영역의 마스크막을 부분적으로 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하며, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여, 상기 셀 영역에 제1 게이트 패턴을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 일차 패터닝은, 상기 기판 상에, 상기 셀 영역 및 경계 영역을 마스킹하고, 상기 주변 영역의 마스크막을 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 노출된 주변 영역의 마스크막, 도전막, 산화막 및 기판을 순차적으로 식각하여 제1 트렌치와 제2 게이트 패턴을 형성하고, 동시에 상기 경계 영역 상에는 제3 게이트 패턴을 형성할 수 있다. 이때, 상기 이차 패터닝은, 상기 주변 영역, 셀 영역 및 경계 영역의 제1 게이트 패턴, 제2 게이트 패턴 및 제3 게이트 패턴들을 식각 마스크로 사용하여, 상기 주변 영역의 제1 트렌치와 셀 영역의 노출된 기판을 식각할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the primary patterning may be performed by masking the cell region and the boundary region on the substrate, forming a photoresist pattern exposing the peripheral region, and etching the exposed substrate. Can be. The secondary patterning may form a photoresist pattern on the substrate to mask the boundary region, expose a first trench of the peripheral region and a substrate of the cell region, and etch the first trench and the exposed substrate. This can be done by. The trench forming method may further include sequentially forming an oxide film, a conductive film, and a mask film on the substrate, masking the peripheral and boundary regions, and forming a photoresist pattern partially exposing the mask film of the cell region. The method may further include forming a first gate pattern in the cell region by using the photoresist pattern as an etching mask. In this case, the primary patterning may include forming a second photoresist pattern on the substrate to mask the cell region and the boundary region, and to expose the mask layer of the peripheral region, and to form the mask layer and the conductive layer of the exposed peripheral region. The oxide film and the substrate may be sequentially etched to form a first trench and a second gate pattern, and at the same time, a third gate pattern may be formed on the boundary region. In this case, the second patterning may expose the first trenches and the cell regions of the peripheral region using the first gate pattern, the second gate pattern, and the third gate patterns of the peripheral region, the cell region, and the boundary region as etch masks. The prepared substrate can be etched.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 상기 주변 영역 및 셀 영역에 형성되는 트렌치들이 각각의 목적하는 깊이를 갖는다. 따라서, 경계 영역에서의 트렌치 저면 단차를 미연에 억제함으로써 이후 생성되는 소자 불량을 방지할 수 있다.According to the present invention as described above, the trenches formed in the peripheral region and the cell region have respective desired depths. Therefore, by suppressing the trench bottom step in the boundary region in advance, it is possible to prevent device defects that are subsequently generated.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 막, 영역, 패드 또는 패턴들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들이 기판, 각 막, 영역 또는 패드들의 "상에", "상부에" 또는 "상부면"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들이 직접 기판, 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 막, 다른 영역, 다른 패드 또는 다른 패턴들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들이 "제1", "제2" 및/또는 "제3"으로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1", "제2" 및/또는 "제3"은 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments, and those skilled in the art will appreciate the technical spirit of the present invention. The present invention may be embodied in various other forms without departing from the scope of the present invention. In the accompanying drawings, the dimensions of the substrate, film, region, pad or patterns are shown to be larger than the actual for clarity of the invention. In the present invention, when each film, region, pad or pattern is referred to as being formed "on", "upper" or "top surface" of a substrate, each film, region or pad, each film, region, Meaning that the pad or patterns are formed directly on the substrate, each film, region, pad or patterns, or another film, another region, another pad or other patterns may be additionally formed on the substrate. In addition, where each film, region, pad or pattern is referred to as "first," "second," and / or "third," it is not intended to limit these members but merely to define the respective film, region, pad or patterns To distinguish. Thus, "first", "second" and / or "third" may be used selectively or interchangeably for each film, region, pad or pattern, respectively.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 트렌치의 형성 방법에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming a trench according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치의 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들이다.1 to 8 are schematic cross-sectional views illustrating a method of forming a trench according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 셀 영역과 주변 영역과, 상기 셀 영역 및 주변 영역 사이에 위치한 경계 영역을 포함하는 반도체 기판(100)을 마련한다.Referring to FIG. 1, a semiconductor substrate 100 including a cell region and a peripheral region and a boundary region positioned between the cell region and the peripheral region is prepared.

상기 경계 영역은 상기 셀 영역 및 주변 영역의 경계 영역으로써 이후 가드 밴드 영역으로 기능하게 된다.The boundary region serves as a guard band region as a boundary region between the cell region and the peripheral region.

상기 반도체 기판(100) 상에 산화막(102), 도전막(104) 및 하드 마스크막(106)을 순차적으로 형성한다. 이때, 상기 산화막(102), 도전막(104) 및 하드 마스크막(106)은 상기 셀 영역, 주변 영역 및 경계 영역에 동시에 형성된다.The oxide film 102, the conductive film 104, and the hard mask film 106 are sequentially formed on the semiconductor substrate 100. In this case, the oxide film 102, the conductive film 104, and the hard mask film 106 are simultaneously formed in the cell region, the peripheral region, and the boundary region.

보다 상세하게 설명하면, 우선 상기 반도체 기판(100) 상에 산화막(102)을 형성한다. 상기 산화막(102)은 이후 불 휘발성 메모리 소자의 터널 산화막을 사용될 수 있다. 상기 산화막(102)은 상기 반도체 기판(100)을 열 산화(Thermal oxidation) 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 공정을 수행하여 상기 반도체 기판(100) 상에 얇게 형성된다.In more detail, first, an oxide film 102 is formed on the semiconductor substrate 100. The oxide layer 102 may then use a tunnel oxide layer of a nonvolatile memory device. The oxide layer 102 is thinly formed on the semiconductor substrate 100 by performing a thermal oxidation or chemical vapor deposition process on the semiconductor substrate 100.

상기 산화막(102) 상에 도전막(104)을 형성한다. 상기 도전막(104)은 이후 불 휘발성 메모리 소자의 플로팅 게이트로 사용될 수 있다. 상기 도전막(104)은 불순물이 도핑된 폴리실리콘 또는 금속을 포함할 수 있다. 이때, 상기 도전막(104)이 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 포함하는 경우, 순수한 폴리실리콘을 증착한 후, 상기 폴리실리콘층으로 불순물을 도핑함으로써 형성될 수 있다. A conductive film 104 is formed on the oxide film 102. The conductive layer 104 may then be used as a floating gate of the nonvolatile memory device. The conductive layer 104 may include polysilicon or a metal doped with impurities. In this case, when the conductive layer 104 includes polysilicon doped with an impurity, it may be formed by depositing pure polysilicon and then doping the impurity into the polysilicon layer.

상기 도전막(104) 상에 하드 마스크막(106)을 형성한다. 상기 하드 마스크막(106)은 실리콘 질화물을 포함하며, 화학 기상 증착 공정 등을 사용하여 형성할 수 있다.A hard mask film 106 is formed on the conductive film 104. The hard mask layer 106 may include silicon nitride and may be formed using a chemical vapor deposition process, or the like.

도 2를 참조하면, 상기 주변 영역 및 경계 영역을 마스킹하고, 상기 셀 영역의 하드 마스크막(106)을 부분적으로 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴(108)을 형성한다.Referring to FIG. 2, a first photoresist pattern 108 is formed to mask the peripheral region and the boundary region and partially expose the hard mask layer 106 of the cell region.

상기 제1 포토레지스트 패턴(108)에 의해 노출된 부위는 이후 제2 트렌치(셀 트렌치)가 형성될 부분이며, 상기 제1 포토레지스트 패턴(108)에 의해 마스킹된 부위는 이후 메모리 셀이 형성될 부분이다.A portion exposed by the first photoresist pattern 108 is a portion where a second trench (cell trench) is to be formed, and a portion masked by the first photoresist pattern 108 is a memory cell to be formed later. Part.

한편, 도시되어 있지는 않지만, 상기 제1 포토레지스트 패턴(108)을 형성하기 이전에, 상기 하드 마스크막(106) 상에 비정질 탄소막(Amorphous Carbon Layer; ACL) 및 유기 반사 방지막(Anti-Reflection Layer; ARL)을 순차적으로 더 형성할 수 있다. 상기 비정질 탄소막 및 유기 반사 방지막은 이후에 수행되는 사진 공정에서 난반사에 의해 제1 포토레지스트 패턴(108) 측벽 프로파일이 불량해지는 것을 방지하기 위해 제공되는 막이다. 특히, 상기 유기 반사 방지막은 실리콘 산질화막(SiON)일 수 있으며, 상기 제1 포토레지스트 패턴(108)이 제거되는 동안 제거될 수 있다.Although not shown, before forming the first photoresist pattern 108, an amorphous carbon layer (ACL) and an anti-reflection layer (Anti-Reflection Layer) on the hard mask layer 106; ARL) can be further formed sequentially. The amorphous carbon film and the organic antireflective film are provided to prevent the sidewall profile of the first photoresist pattern 108 from being deteriorated by diffuse reflection in a subsequent photographic process. In particular, the organic anti-reflection film may be a silicon oxynitride layer (SiON), and may be removed while the first photoresist pattern 108 is removed.

도 3을 참조하면, 상기 제1 포토레지스트 패턴(108)을 식각 마스크로 사용하 여 상기 셀 영역의 하드 마스크막(106), 도전막(104) 및 산화막(102)을 순차적으로 식각한다. 상기 식각 공정에 의해 상기 셀 영역의 반도체 기판(100) 상에는 산화막 패턴(110), 도전막 패턴(112) 및 하드 마스크막 패턴(114)이 순차적으로 형성된 제1 게이트 패턴(116)이 형성된다. 또한, 상기 제1 게이트 패턴(116)이 형성되는 동안 상기 제1 게이트 패턴(116) 사이에는 반도체 기판(100)을 노출시키는 제1 개구(118)가 생성된다.Referring to FIG. 3, the hard mask layer 106, the conductive layer 104, and the oxide layer 102 of the cell region are sequentially etched using the first photoresist pattern 108 as an etching mask. The first gate pattern 116 on which the oxide film pattern 110, the conductive film pattern 112, and the hard mask film pattern 114 are sequentially formed is formed on the semiconductor substrate 100 in the cell region by the etching process. In addition, a first opening 118 is formed between the first gate pattern 116 to expose the semiconductor substrate 100 while the first gate pattern 116 is formed.

이때, 상기 식각 공정은 이방성 식각으로 예로써 플라즈마 건식 식각을 사용할 수 있다.In this case, the etching process may be an anisotropic etching, for example, plasma dry etching.

계속해서, 상기 제1 게이트 패턴(116) 및 제1 개구(118)를 형성한 후, 상기 제1 포토레지스트 패턴(108)은 에싱(ashing) 또는 스트립(strip) 공정에 의해 제거될 수 있다.Subsequently, after the first gate pattern 116 and the first opening 118 are formed, the first photoresist pattern 108 may be removed by an ashing or strip process.

도 4를 참조하면, 상기 셀 영역 및 경계 영역을 마스킹하고 상기 주변 영역의 하드 마스크막(106)을 부분적으로 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴(120)을 형성한다.Referring to FIG. 4, a second photoresist pattern 120 is formed to mask the cell region and the boundary region and partially expose the hard mask layer 106 of the peripheral region.

상기 제2 포토레지스트 패턴(120)에 의해 노출된 부분은 이후 제3 트렌치(주변 트렌치)가 형성되고, 상기 제2 포토레지스트 패턴(120)에 의해 노출된 부분은 이후 로직 셀이 형성된다.A portion of the portion exposed by the second photoresist pattern 120 is then formed with a third trench, and a portion of the portion exposed by the second photoresist pattern 120 is then formed with a logic cell.

한편, 도시되어 있지는 않지만, 상기 제2 포토레지스트 패턴(120)을 형성하기 이전에, 상기 하드 마스크막(106) 상에 비정질 탄소막 및 유기 반사 방지막을 순차적으로 더 형성할 수 있다. 상기 비정질 탄소막 및 유기 반사 방지막은 이후에 수행되는 사진 공정에서 난반사에 의해 제2 포토레지스트 패턴(120) 측벽 프로파일이 불량해지는 것을 방지하기 위해 제공되는 막이다. 특히, 상기 유기 반사 방지막은 실리콘 산질화막(SiON)일 수 있으며, 상기 제2 포토레지스트 패턴(120)이 제거되는 동안 제거될 수 있다.Although not shown, an amorphous carbon film and an organic anti-reflection film may be sequentially formed on the hard mask film 106 before the second photoresist pattern 120 is formed. The amorphous carbon film and the organic antireflective film are provided to prevent the sidewall profile of the second photoresist pattern 120 from being deteriorated by diffuse reflection in a subsequent photographic process. In particular, the organic anti-reflection film may be a silicon oxynitride layer (SiON), and may be removed while the second photoresist pattern 120 is removed.

도 5를 참조하면, 상기 제2 포토레지스트 패턴(120)을 식각 마스크로 사용하여 상기 주변 영역에 노출된 하드 마스크막(106), 도전막(104) 및 산화막(102)을 식각하여 산화막 패턴(122), 도전막 패턴(124) 및 하드 마스크막 패턴(126)이 순차적으로 적층된 제2 게이트 패턴(128)이 형성된다. 상기 제2 게이트 패턴(128)이 형성되는 동안 상기 제2 게이트 패턴(128) 사이에는 반도체 기판(100)을 노출시키는 제2 개구(130)가 생성된다.Referring to FIG. 5, the hard mask layer 106, the conductive layer 104, and the oxide layer 102 exposed to the peripheral region are etched using the second photoresist pattern 120 as an etching mask to form an oxide layer pattern ( 122, a second gate pattern 128 in which the conductive film pattern 124 and the hard mask film pattern 126 are sequentially stacked is formed. While the second gate pattern 128 is formed, a second opening 130 exposing the semiconductor substrate 100 is formed between the second gate pattern 128.

계속해서 상기 노출된 반도체 기판(100)을 지속적으로 식각하여 제1 트렌치(132)를 형성한다. 상기 식각 공정은 이방성 식각으로써 예컨대, 플라즈마 건식 식각 등이 있다.Subsequently, the exposed semiconductor substrate 100 is continuously etched to form the first trench 132. The etching process is anisotropic etching, for example, plasma dry etching.

상기 제2 게이트 패턴(128) 및 제1 트렌치(132)를 형성한 후, 상기 제2 포토레지스트 패턴(120)은 에싱 또는 스트립 공정에 의해 제거된다.After forming the second gate pattern 128 and the first trench 132, the second photoresist pattern 120 is removed by an ashing or strip process.

한편, 상기 주변 영역에 식각 공정이 수행되는 동안 상기 셀 영역 및 주변 영역의 경계 영역인 경계 영역에 산화막 패턴(134), 도전막 패턴(136) 및 하드 마스크막 패턴(138)이 순차적으로 적층된 제3 게이트 패턴(140)이 자연스럽게 형성된다. 보다 상세하게 설명하면, 우선 도 3을 참조하면 상기 셀 영역에 제1 게이트 패턴(116)을 형성하는 동안 상기 경계 영역의 제3 게이트 패턴(140)의 일측이 식각된 다. 그리고, 도 4를 참조하여 상기 주변 영역에 제3 게이트 패턴(140)을 형성하는 동안 상기 경계 영역의 제3 게이트 패턴(140)의 타측이 식각됨으로써 상기 경계 영역 상에 제3 게이트 패턴(140)이 형성된다.Meanwhile, during the etching process, the oxide layer pattern 134, the conductive layer pattern 136, and the hard mask layer pattern 138 are sequentially stacked on the boundary region that is a boundary region between the cell region and the peripheral region. The third gate pattern 140 is naturally formed. More specifically, first, referring to FIG. 3, one side of the third gate pattern 140 of the boundary region is etched while the first gate pattern 116 is formed in the cell region. In addition, while the third gate pattern 140 is formed in the peripheral region with reference to FIG. 4, the other side of the third gate pattern 140 of the boundary region is etched to form the third gate pattern 140 on the boundary region. Is formed.

도 6을 참조하면, 도 5에 형성된 결과물을 열처리하여 치유한다.Referring to FIG. 6, the resultant formed in FIG. 5 is treated by heat treatment.

보다 상세하게 설명하면, 상기 주변 영역, 셀 영역 및 경계 영역에 형성된 제1 게이트 패턴(116), 제2 게이트 패턴(128) 및 제3 게이트 패턴(140)은 플라즈마 건식 식각에 의해 패터닝됨으로써 상기 게이트 패턴들과 노출된 기판(100)과 주변 영역의 제1 트렌치(132)는 플라즈마 손상을 받은 상태이다. 이를 치유하기 위하여 상기 결과물을 ISSG(In-Situ Steam Generation)처리한다.In more detail, the first gate pattern 116, the second gate pattern 128, and the third gate pattern 140 formed in the peripheral region, the cell region, and the boundary region are patterned by plasma dry etching to form the gate. The patterns, the exposed substrate 100 and the first trenches 132 in the peripheral region are in a plasma damaged state. In order to cure this, the resultant is treated with In-Situ Steam Generation (ISSG).

상기 ISSG 처리를 수행하는 동안 상기 제1 게이트 패턴(116), 제2 게이트 패턴(128) 및 제3 게이트 패턴(140)의 측벽의 일부와, 제1 트렌치(132) 내부와, 노출된 반도체 기판(100) 상에 약 150Å의 얇은 열산화막(142)이 형성된다.Part of sidewalls of the first gate pattern 116, the second gate pattern 128, and the third gate pattern 140, the inside of the first trench 132, and the exposed semiconductor substrate during the ISSG process. A thin thermal oxide film 142 of about 150 Hz is formed on the 100.

도 7을 참조하면, 상기 제1 게이트 패턴(116), 제2 게이트 패턴(128) 및 제3 게이트 패턴(140)의 하드 마스크막 패턴들(114, 126, 138)을 각각 식각 마스크로 사용하여, 주변 영역의 제1 트렌치(132)를 셀 영역의 노출된 반도체 기판(100)을 식각한다.Referring to FIG. 7, hard mask layer patterns 114, 126, and 138 of the first gate pattern 116, the second gate pattern 128, and the third gate pattern 140 may be used as an etching mask, respectively. The first trench 132 of the peripheral area is etched to expose the exposed semiconductor substrate 100 of the cell area.

상기 식각 공정에 의해 상기 셀 영역에는 제2 트렌치(144)가 형성되고, 상기 주변 영역에 상기 제1 트렌치(132)들로부터 상기 제1 트렌치(132)보다 깊은 제3 트렌치(146)들이 형성된다. 즉, 최종적으로 셀 영역에는 제2 트렌치(144)들이 형성되고, 주변 영역에는 제3 트렌치(146)들이 형성된다. 특히, 상기 경계 영역에 접하여 제2 트렌치(144) 및 제3 트렌치(146)가 형성된다.A second trench 144 is formed in the cell region by the etching process, and third trenches 146 deeper than the first trench 132 are formed in the peripheral region from the first trenches 132. . That is, second trenches 144 are formed in the cell region, and third trenches 146 are formed in the peripheral region. In particular, the second trench 144 and the third trench 146 are formed in contact with the boundary region.

이와 같이, 상기 주변 영역에 우선 제1 트렌치(132)를 형성한 후, 상기 셀 영역 및 주변 영역에 함께 식각 공정을 수행함으로써, 상기 주변 영역에는 제2 트렌치(144)를 셀 영역에는 제3 트렌치(146)를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제2 트렌치(144)와 제3 트렌치(146) 저면에는 단차가 생성되지 않는다.As such, first forming the first trenches 132 in the peripheral area, and then performing an etching process on the cell area and the peripheral area together, thereby forming the second trench 144 in the peripheral area and the third trench in the cell area. 146 may be formed. Therefore, no step is generated in the bottom of the second trench 144 and the third trench 146.

도 8을 참조하면, 상기 제2 트렌치(144) 및 제3 트렌치(146)를 완전하게 매립하도록 상기 제1 게이트 패턴(116), 제2 게이트 패턴(128) 및 제3 게이트 패턴(140) 상에 절연막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 절연막은 실리콘 산화물을 포함하며, 상기 실리콘 산화물의 예로서는 USG(Undoped Silicate Glass) 또는 HDP(High Density Plasma) 산화막 등이 있다.8, on the first gate pattern 116, the second gate pattern 128, and the third gate pattern 140 to completely fill the second trench 144 and the third trench 146. An insulating film (not shown) is formed in the film. The insulating film includes silicon oxide, and examples of the silicon oxide include an undoped silicate glass (USG) or a high density plasma (HDP) oxide film.

이때, 상기 제2 트렌치(144) 및 제3 트렌치(146)의 저면에 단차가 없어, 절연막의 매립이 보다 용이하며, 이후에 절연막 상에 형성되는 상부물층이 절연막 내부로 침투하는 문제를 미연에 방지할 수 있다.At this time, since there is no step in the bottom of the second trench 144 and the third trench 146, the insulating film is more easily buried, and thereafter, the problem that the upper material layer formed on the insulating film penetrates into the insulating film is not known. You can prevent it.

이어서, 상기 제1 게이트 패턴(116), 제2 게이트 패턴(128) 및 제3 게이트 패턴(140)의 하드 마스크 패턴의 상부면이 노출되도록 상기 절연막 상부를 연마하여 절연막 패턴(148)을 형성한다. 상기 연마 공정으로는 에치백(etch back)공정 또는 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 공정 등을 들 수 있다.Subsequently, an insulating layer pattern 148 is formed by polishing an upper portion of the insulating layer to expose upper surfaces of the hard mask patterns of the first gate pattern 116, the second gate pattern 128, and the third gate pattern 140. . The polishing process may include an etch back process or a chemical mechanical polishing process.

이로써, 상기 반도체 기판(100) 상에는 절연막 패턴(148)과 상기 절연막 패턴(148) 사이에 터널 산화막 및 도전막 패턴이 적층된 구조를 갖는 불 휘발성 메모리 소자의 플로팅 게이트가 형성된다.As a result, a floating gate of a nonvolatile memory device having a structure in which a tunnel oxide film and a conductive film pattern are stacked between the insulating film pattern 148 and the insulating film pattern 148 is formed on the semiconductor substrate 100.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 일차 패터닝으로 1주변 영역에 제1 트렌치를 형성하고, 이차 패터닝으로 셀 영역에 제2 트렌치를 주변 영역에는 상기 제1 트렌치보다 깊은 제3 트렌치를 함께 형성함으로써, 최종적으로 형성되는 제2 트렌치 및 제3 트렌치 저면의 단차를 미연에 방지할 수 있다.As described above, according to a preferred embodiment of the present invention, the first trench is formed in the first peripheral region by primary patterning, and the second trench is formed in the cell region by the second patterning and the third trench deeper than the first trench in the peripheral region. By forming together, it is possible to prevent the step difference between the bottom of the second trench and the third trench to be finally formed.

따라서, 트렌치 저면에 단차가 없어서 이후 트렌치 내부에 절연막 매립이 보다 용이해지며, 절연막 상에 상부 물질층을 증착하는 동안 상기 상부 물질층이 절연막 내부로 침부하는 현상을 방지할 수 있다.Therefore, since there is no step in the bottom of the trench, it is easier to embed the insulating film in the trench afterwards, and it is possible to prevent the upper material layer from immersing into the insulating film while the upper material layer is deposited on the insulating film.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 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.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments 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 (6)

셀 영역과 주변 영역과, 상기 셀 영역 및 주변 영역 사이에 위치한 경계 영역을 포함하는 기판을 마련하는 단계;Providing a substrate comprising a cell region and a peripheral region and a boundary region located between the cell region and the peripheral region; 상기 주변 영역의 기판을 일차 패터닝하여 적어도 하나가 상기 경계 영역과 인접하는 제1 트렌치들을 형성하는 단계; 및First patterning the substrate in the peripheral region to form first trenches at least one adjacent to the boundary region; And 상기 셀 영역 및 주변 영역의 기판을 이차 패터닝하여 상기 셀 영역에 적어도 하나가 상기 경계 영역과 인접하는 제2 트렌치들을 형성함과 동시에 주변 영역에 상기 제1 트렌치들로부터 상기 제1 트렌치들보다 깊은 제3 트렌치들을 형성하는 단계를 포함하는 트렌치 형성 방법.Second patterning the substrates of the cell region and the peripheral region to form second trenches in the cell region adjacent to the boundary region and simultaneously forming a second trench deeper than the first trenches in the peripheral region from the first trenches; Forming trenches; 제1항에 있어서, 상기 일차 패터닝은,The method of claim 1, wherein the primary patterning, 상기 기판 상에, 상기 셀 영역 및 경계 영역을 마스킹하고, 상기 주변 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a photoresist pattern on the substrate to mask the cell region and the boundary region and expose the peripheral region; And 상기 노출된 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 형성 방법.And etching the exposed substrate. 제1항에 있어서, 상기 이차 패터닝은,The method of claim 1, wherein the secondary patterning, 상기 기판 상에, 상기 경계 영역을 마스킹하고, 상기 주변 영역의 제1 트렌치와 상기 셀 영역의 기판을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및Masking the boundary region on the substrate and forming a photoresist pattern exposing the first trench of the peripheral region and the substrate of the cell region; And 상기 제1 트렌치 및 노출된 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 형성 방법.Etching the first trench and the exposed substrate. 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 산화막, 도전막 및 마스크막을 순차적으로 형성하는 단계;The method of claim 1, further comprising: sequentially forming an oxide film, a conductive film, and a mask film on the substrate; 상기 주변 영역 및 경계 영역을 마스킹하고, 상기 셀 영역의 마스크막을 부분적으로 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및Masking the peripheral region and the boundary region and forming a photoresist pattern partially exposing the mask film of the cell region; And 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여, 상기 셀 영역에 제1 게이트 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 형성 방법.And forming a first gate pattern in the cell region by using the photoresist pattern as an etch mask. 제4항에 있어서, 상기 일차 패터닝은,The method of claim 4, wherein the primary patterning is 상기 기판 상에, 상기 셀 영역 및 경계 영역을 마스킹하고, 상기 주변 영역의 마스크막을 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a second photoresist pattern on the substrate to mask the cell region and the boundary region and expose a mask layer of the peripheral region; 상기 노출된 주변 영역의 마스크막, 도전막, 산화막 및 기판을 순차적으로 식각하여 제1 트렌치와 제2 게이트 패턴을 형성하고, 동시에 상기 경계 영역 상에는 제3 게이트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 형성 방법.Sequentially etching the mask layer, the conductive layer, the oxide layer, and the substrate of the exposed peripheral region to form a first trench and a second gate pattern, and simultaneously forming a third gate pattern on the boundary region. Trench formation method. 제4항에 있어서, 상기 이차 패터닝은,The method of claim 4, wherein the secondary patterning, 상기 주변 영역, 셀 영역 및 경계 영역의 제1 게이트 패턴, 제2 게이트 패턴 및 제3 게이트 패턴들을 식각 마스크로 사용하여, 상기 주변 영역의 제1 트렌치와 셀 영역의 노출된 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 형성 방법.Etching the first trench of the peripheral area and the exposed substrate of the cell area by using the first gate pattern, the second gate pattern, and the third gate pattern of the peripheral area, the cell area, and the boundary area as an etching mask. Trench formation method comprising a.
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