KR100215900B1 - Eeprom memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리 소자에 관한 것으로, 특히 EEPROM 메모리 소자 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to an EEPROM memory device and a manufacturing method.
이와 같은 본 발명의 EEPROM 메모리 소자 및 제조 방법은 반도체 기판에 매트릭스 형태로 트렌치를 형성하는 단계, 트렌치가 형성된 기판 전면에 절연막을 형성하고 트렌치 내에 데이터 전극을 형성하는 단계, 상기 절연막의 노출된 부분을 선택적으로 제거하고 전면에 터널링 절연막을 형성하는 단계, 일 방향의 상기 데이터 전극들 상측에 위치되도록 상기 터널링 절연막위에 복수개의 도전체 라인을 형성하는 단계, 상기 각 도전체 라인을 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판 표면내에 불순물 영역을 형성하는 단계, 전면에 유전체막과 도전층을 증착하고 상기 불순물 영역에 수직한 방향으로 상기 데이터 전극과 데이터 전극 사이에 남도록 상기 도전층과 유전체막 및 상기 도전체 라인을 패터닝하여 복수개의 콘트롤 게이트 및 복수개의 플로우팅 게이트를 형성하는 단계, 전면에 평탄화용 절연막을 증착하고 상기 각 데이터 전극에 콘택 홀을 형성하는 단계, 상기 데이터 전극에 연결되고 상기 불순물 영역 사이의 평탄화용 절연막위에 복수개의 데이터 라인을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것이다.Such an EEPROM memory device and a manufacturing method of the present invention comprises the steps of forming a trench in a semiconductor substrate in the form of a matrix, forming an insulating film on the entire surface of the trench formed substrate, and forming a data electrode in the trench, the exposed portion of the insulating film Selectively removing and forming a tunneling insulating film on the front surface, forming a plurality of conductor lines on the tunneling insulating film so as to be positioned above the data electrodes in one direction, and using the conductor lines as masks for the semiconductors Forming an impurity region in the substrate surface, depositing a dielectric film and a conductive layer on the entire surface and patterning the conductive layer, the dielectric film and the conductor line so as to remain between the data electrode and the data electrode in a direction perpendicular to the impurity region Multiple control gates and multiple floating crabs Forming a planar film, depositing a planarization insulating film on the entire surface, and forming a contact hole in each data electrode, and forming a plurality of data lines connected to the data electrode and on the planarization insulating film between the impurity regions. It was made to include.
Description
본 발명은 반도체 메모리 소자에 관한 것으로, 특히 EEPROM 메모리 소자 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to an EEPROM memory device and a manufacturing method.
일반적으로 반도체 메모리 소자는 크게 휘발성 메모리 소자와 불휘발성 메모리 소자로 구분된다.Generally, semiconductor memory devices are classified into volatile memory devices and nonvolatile memory devices.
그리고 불휘발성 메모리 소자 중 가장 대표적인 것이 EEPROM 메모리 소자이다.The most representative of the nonvolatile memory devices is an EEPROM memory device.
이와 같은 종래의 EEPROM을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.도 1은 종래의 EEPROM 평면도로서, 3중 폴리 층(Triple poly 1ayer)를 적용하여 프로그램과 동시에 모니터(Simultaneous Monitoring and Programming; SiMP)가 되는 EEPROM을 나타내었다. 그리고, 도 2는 도 1의 I-I, 선상의 단면 구조도이며, 도 3은 도 1의 II-II' 선상의 단면 구조도이고, 도 4는 종래의 EEPROM 회로적 구성도이다.The conventional EEPROM will be described with reference to the accompanying drawings as follows. FIG. 1 is a plan view of a conventional EEPROM. FIG. 1 is a plan view of a conventional EEPROM. ) Is shown. 2 is a cross-sectional structural view taken along line I-I of FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional structural view taken along line II-II 'of FIG. 1, and FIG. 4 is a conventional EEPROM circuit diagram.
종래의 EEPROM 메모리는 반도체 기판(1)의 표면에 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되도록 복수개의 불순물 영역(비트 라인, B/L (2)이 형성되고, 상기 반도체 기판(1)위의 상기 불순물 영역(2) 사이에 매트릭스 형태로 산화막(3)과 다결정 실리콘(4)이 적층된 데이터 전극(5)이 복수개 형성된다. 여기서, 불순물 영역(2)은 고농도 N형으로 형성되며 비트 라인(bit line)으로 이용된다.In the conventional EEPROM memory, a plurality of impurity regions (bit lines, B / L 2) are formed on the surface of the semiconductor substrate 1 at regular intervals and arranged in one direction, and the impurities on the semiconductor substrate 1 are formed. A plurality of data electrodes 5 in which the oxide film 3 and the polycrystalline silicon 4 are stacked in a matrix form is formed between the regions 2. Here, the impurity regions 2 are formed in a high concentration N-type, and the bit lines line).
그리고 상기 데이터 전극(5)을 포함한 반도체 기판(1) 전면에 터널링 산화막(tunneling oxide)(6)이 형성되고, 불순물 영역(2)들 사이의 반도체 기판(1)상에서 상기 매트릭스 형태로 배열된 데이터 전극(5)사이에 플로우팅 게이트(floating gate)(7)가 형성된다.A tunneling oxide 6 is formed over the semiconductor substrate 1 including the data electrode 5, and the data arranged in the matrix form on the semiconductor substrate 1 between the impurity regions 2. A floating gate 7 is formed between the electrodes 5.
상기 플로우팅 게이트(7)의 표면상에는 층간 유전체막(8)이 형성되고, 상기불순물 영역 상측에는 필드산화막(9)이 형성된다.An interlayer dielectric film 8 is formed on the surface of the floating gate 7, and a field oxide film 9 is formed above the impurity region.
상기 플로우팅 게이트(7)상측의 층간 유전체막(8) 및 필드산화막(9)위에는일정한 간격을 갖고 상기 불순물 영역(2)과 수직한 방향으로 콘트롤 게이트(control gate)(워드 라인;Word line)(1O)가 형성되고, 상기 콘트롤 게이트(1O)를포함한 기판 전면에 절연막(11)과 평탄화용 절연막(12)이 형성된다.On the interlayer dielectric film 8 and the field oxide film 9 on the floating gate 7, a control gate (word line) is arranged in a direction perpendicular to the impurity region 2 at regular intervals. 10 is formed, and an insulating film 11 and a planarizing insulating film 12 are formed on the entire surface of the substrate including the control gate 100.
그리고 상기 데이터 전극(5)상에는 콘택 홀이 형성되고 상기 콘택 홀을 통해 각 데이터 전극(5)에는 데이터 라인(13)이 형성된다. 여기서, 데이터 라인(13)은 불순물 영역(2)과 평행하고 콘트롤 게이트(10)에는 수직하도록 상기 불순물 영역(2)들 사이의 평탄화용 절연막(12)위에 형성되며, 각 콘트롤 게이트(10) 및 플로우팅 게이트(7)와는 절연막 측면(14)에 의해 절연되어 있다.A contact hole is formed on the data electrode 5, and a data line 13 is formed on each data electrode 5 through the contact hole. Here, the data line 13 is formed on the planarization insulating film 12 between the impurity regions 2 so as to be parallel to the impurity region 2 and perpendicular to the control gate 10. The floating gate 7 is insulated from the insulating film side surface 14.
이와 같은 EEPROM 셀의 특징은 불순물 영역(2)이 라인 모양으로 반도체 기판(1)에 붙혀 있으며 완전히 대칭적으로 셀과 셀을 연결시켜주고 있고, 하나의 불순물 영역(2)이 임의의 셀에 대하여는 드레인 영역으로 작용하고 바로 옆의 셀에 대해서는 소오스 영역으로 작용하는 VGM(Virtual Ground Mode)를 취하고 있다. 또한 데이터 라인(13)을 데이터 전극(5)에 접속하되 데이터 전극(5)이 섬 모양으로 형성되므로써 셀 트랜지스터의 채널 폭(channel width)를 구분하고 있다.The characteristic of such an EEPROM cell is that the impurity region 2 is attached to the semiconductor substrate 1 in a line shape and connects the cells with the cells completely symmetrically, and one impurity region 2 is used for any cell. VGM (Virtual Ground Mode) acts as a drain region and as a source region for the next cell. In addition, the data line 13 is connected to the data electrode 5, but the channel widths of the cell transistors are distinguished by forming the islands of the data electrodes 5 in an island shape.
이와 같은 특징을 갖는 종래의 EEPROM의 제조 방법도 도면에는 도시하지 않았지만, 데이터 전극의 산화막(3)은 처음에 라인으로 정의되어 있다가 플로우팅 게이트(7) 패터닝시 자기정렬(Se1f align) 식각되어 섬 모양으로 식각된다. 마찬가지로 플로우팅 게이트(7)도 콘트롤 게이트(10)를 패터닝할 때 섬 모양으로 형성된다.A conventional method of manufacturing an EEPROM having such a feature is not shown in the drawing. However, the oxide film 3 of the data electrode is first defined as a line, and is then etched by Se1f align when the floating gate 7 is patterned. It is etched into an island shape. Similarly, the floating gate 7 is formed in an island shape when patterning the control gate 10.
이와 같이 상기의 구조를 실현하기 위해서는 폴리 도전층(폴리 실리콘)/유전층/도전층(폴리 실리콘)를 순차적으로 자기 정렬(Self align) 식각하는 공정이 2번필요하다.As described above, in order to realize the above structure, a process of sequentially self-aligning the poly conductive layer (polysilicon) / dielectric layer / conductive layer (polysilicon) is required twice.
이와 같이 형성된 종래의 EEPROM의 동작을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과같다.The operation of the conventional EEPROM formed as described above will be described with reference to FIG.
먼저, 프로그램시에는 프로그램 하고자는 셀의 데이터 라인(13, DL)에 음전압(negative voltage)를 가하고 콘트롤 게이트(10, W/L) 에는 양 전압 바이어스(positive bias)를 가한다. 그리고 해당 셀의 2개의 불순물 영역(2, B/L중 하나는 접지(ground)시키고 다른 하나는 낮은 양 전압(1ow positive voltage)을 인가한다.First, during programming, the programmer applies a negative voltage to the data lines 13 and DL of the cell and a positive bias to the control gates 10 and W / L. One of the two impurity regions 2 and B / L of the corresponding cell is grounded and the other is applied with a low positive voltage.
그러면 터널링에 의해 콘트롤 게이트(10, W/L)로 부터 플로우팅 게이트(7)로 전자가 주입된다. 이때 MOSFET 트랜지스터는 프로그램의 기능으로 부터 해방되어 시간에 따른 전자 주입 정도, 즉 프로그램을 모니터링할 수 있게 된다.Then, electrons are injected from the control gate 10 (W / L) to the floating gate 7 by tunneling. The MOSFET transistors can then be freed from the program's functionality to monitor the degree of electron injection over time, that is, the program.
플로우팅 게이트(7)에 주입된 전자가 많을수록 드레인 전류(drain current)는 적어지고 문턱전압(VT)는 증가한다.As more electrons are injected into the floating gate 7, the drain current decreases and the threshold voltage V T increases.
따라서 어레이 상에서 프로그램을 수행하면, 프로그램되는 모든 셀들의 문턱 전압이 자동으로 임의의 값에 수렵되도록 조절할 수 있다.Therefore, if the program is executed on the array, the threshold voltages of all the programmed cells can be adjusted to be automatically set to a random value.
한편, 소거(Erasure)시는 터널링에 의해 수행되며, 주로 플로우팅 게이트(7)에 주입된 전자가 MOSFET의 채널, 소오스 등을 통해 소거된다.On the other hand, erasure is performed by tunneling, and electrons injected into the floating gate 7 are mainly erased through a channel, a source, or the like of the MOSFET.
이와 같은 종래의 EEPROM에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.Such a conventional EEPROM has the following problems.
상기 종래 기술의 동작에서 설명한 바와 같이 종래의 적층형 게이트 EEPROM셀은 지금까지 등장한 어떤 셀보다도 프로그램 특성이 우수하다.As described in the operation of the prior art, the conventional stacked gate EEPROM cell has better program characteristics than any cell that has appeared so far.
그러나 데이터 전극 및 플로우팅 게이트를 형성할 때 2번의 자기-정렬(self a1ign)이 필요하고, 셀의 단차가 크므로 공정의 마진이 매우 적다.However, two self-alignments are required when forming the data electrode and the floating gate, and the step of the cell is large, so the margin of the process is very small.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 한 번의 자기-정렬 이용하도록 하여 공정을 단순화하고 셀의 단차를 줄일 수 있는 EEPROM 메모리 소자 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of Invention The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an EEPROM memory device and a manufacturing method capable of simplifying a process and reducing a cell step by using one self-alignment.
도 1 은 종래의 EEPROM 메모리 소자의 구조 평면도1 is a structural plan view of a conventional EEPROM memory device
도 2 는 도 1의 I - I ' 선상의 단면 구조도FIG. 2 is a cross-sectional structural view taken along line II ′ of FIG. 1;
도 3 은 도 1의 II-II' 선상의 단면 구조도3 is a cross-sectional structural view taken along line II-II 'of FIG.
도 4 는 종래의 EEPROM 회로적 구성도4 is a schematic block diagram of a conventional EEPROM.
도 5 는 본 발명의 EEPROM 메모리 소자의 구조 평면도5 is a structural plan view of the EEPROM memory device of the present invention.
도 6 은 도 5의 I - I ' 선상의 본 발명 EEPROM 메모리 소자 구조 단면도FIG. 6 is a cross-sectional view of an EEPROM memory device of the present invention along the line II ′ of FIG. 5;
도 7 는 도 5의 II-II'선상의 본 발명 EEPROM 메모리 소자 구조 단면도FIG. 7 is a cross-sectional view of an EEPROM memory device of the present invention on the line II-II ′ of FIG. 5; FIG.
도 8a 내지 도 8i는 도 5의 I-I ' 선상의 본 발명 EEPROM 메모리 소자-공정 단면도8A to 8I are cross-sectional views of the present invention EEPROM memory device on the line II ′ of FIG. 5.
도 9a 내지 도 9i는 도 5의 II-II' 선상의 본 발명 EEPROM 메모리 소자 공정 단면도9A to 9I are cross-sectional views of the inventive EEPROM memory device along the line II-II ′ of FIG. 5.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
21 : 반도체 기판 22,24,27,32,34,37 : 절연막21: semiconductor substrate 22, 24, 27, 32, 34, 37: insulating film
23 : 트렌치 25,28,33 : 폴리 실리콘23: trench 25,28,33: polysilicon
26 : 데이타 전극 29 : 감광막26 data electrode 29 photosensitive film
30 : 불순물 영역 31 : 돌출부30 impurity region 31 protrusion
35 : 플로우팅 게이트 36 : 콘트롤 게이트35: floating gate 36: control gate
38 : 콘택 홀 39 : 데이터 라인38: contact hole 39: data line
40 : 측벽 절연막40: sidewall insulating film
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 EEPROM 메모리 소자는 매트릭스 형태로 배열된 복수개의 트렌치를 갖는 반도체 기판, 일정 간격을 갖고 일 방향으로 상기 트렌치 사이의 반도체 기판 표면 내에 형성되는 복수개의 불순물 영역, 상기 트렌치 내에 상기 반도체 기판과 절연되어 형성되는 복수개의 데이터 전극,상기 데이터 전극 사이에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 플로우팅 게이트, 상기 불순물 영역에 수직한 방향으로 플로우팅 게이트 상측에 형성되는 복수개의 콘트롤 게이트, 상기 불순물 영역에 평행하도록 플로우팅 게이트 및 데이터 전극 상측에 상기 데이터 전극과 연결되도록 형성되는 복수개의 데이터 라인을 포함하여 구성됨에 그 특징이 있다.EEPROM memory device of the present invention for achieving the above object is a semiconductor substrate having a plurality of trenches arranged in a matrix form, a plurality of impurity regions formed in the semiconductor substrate surface between the trenches in one direction at a predetermined interval, A plurality of data electrodes insulated from the semiconductor substrate in the trench, a plurality of floating gates formed in a matrix form between the data electrodes, and a plurality of controls formed above the floating gate in a direction perpendicular to the impurity region It is characterized by including a gate, a floating gate and a plurality of data lines formed to be connected to the data electrode above the data electrode so as to be parallel to the impurity region.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 EEPROM 메모리 소자의 제조방법은 제 1 도전형 반도체 기판에 매트릭스 형태로 트렌치를 형성하는 단계, 트렌치가 형성된 기판 전면에 절연막을 형성하고 트렌치 내에 데이터 전극을 형성하는 단계, 상기 절연막의 노출된 부분을 선택적으로 제거하고 전면에 터널링 절연막을 형성하는 단계, 일 방향의 상기 데이터 전극들 상측에 위치되도록 상기 터널링 절연막위에 복수개의 도전체 라인을 형성하는 단계, 상기 각 도전체 라인을 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판 표면내에 불순물 영역을 형성하는 단계, 전면에 유전체막과 도전층을 증착하고 상기 불순물 영역에 수직한 방향으로 상기 데이터 전극과 데이터 전극 사이에 남도록 상기 도전층과 유전체막 및 상기 도전체 라인을패터닝하여 복수개의 콘트롤 게이트 및 복수개의 플로우팅 게이트를 형성하는 단계, 전면에 평탄화용 절연막을 증착하고 상기 각 데이터 전극에 콘택 홀을 형성하는 단계, 상기 데이터 전극에 연결되고 상기 불순물 영역 사이의 평탄화용 절연막위에 복수개의 데이터 라인을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.In addition, the method of manufacturing the EEPROM memory device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a trench in a matrix form on the first conductivity-type semiconductor substrate, forming an insulating film on the entire surface of the substrate on which the trench is formed and forming a data electrode in the trench Forming a tunneling insulating film on a front surface of the insulating film, selectively removing an exposed portion of the insulating film, and forming a plurality of conductor lines on the tunneling insulating film so as to be positioned above the data electrodes in one direction; Forming an impurity region in the surface of the semiconductor substrate using each conductor line as a mask, depositing a dielectric film and a conductive layer over the entire surface and remaining between the data electrode and the data electrode in a direction perpendicular to the impurity region Patterning a layer, a dielectric film, and the conductor line Forming a troll gate and a plurality of floating gates, depositing a planarization insulating film on the entire surface, and forming a contact hole in each of the data electrodes, and forming a plurality of floating gates on the planarizing insulating film connected to the data electrodes and between the impurity regions. It is characterized by the step of forming a data line.
상기와 같은 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하만 다음과 같다.The present invention as described above will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 EEPROM 메모리 소자의 평면도이고, 도 6은 도 5의 I-I', 선상의 본 발명 EEPROM 메모리 소자 구조 단면도이며, 도 7는 도 5의 II-II', 선상의 본 발명 EEPROM 메모리 소자 구조 단면도이다.Fig. 5 is a plan view of the EEPROM memory device of the present invention, Fig. 6 is a sectional view taken along line II ′ of Fig. 5, and the structure of the present invention on the line EEPROM memory device. EEPROM memory device structure cross section.
본 발명의 EEPROM 메모리 소자의 구조는 반도체 기판(21) 표면 내에 일정 간격을 갖고 일 방향으로(도 5에서는 수평 방향으로) 복수개의 불순물 영역(30)이 형성된다.In the structure of the EEPROM memory device of the present invention, a plurality of impurity regions 30 are formed in the surface of the semiconductor substrate 21 in one direction (in the horizontal direction in FIG. 5) at regular intervals.
그리고 상기 불순물 영역(30) 사이의 반도체 기판(21)에 매트릭스 형태로 복수개의 트렌치(23)가 형성되고, 상기 트렌치(23) 내에 절연막(24)에 의해 반도체 기판과 절연되어 복수개의 데이터 전극(26)이 형성된다.A plurality of trenches 23 are formed in a matrix form in the semiconductor substrate 21 between the impurity regions 30, and are insulated from the semiconductor substrate by an insulating film 24 in the trench 23 to form a plurality of data electrodes ( 26) is formed.
그리고 불순물 영역(30)이 형성되지 않은 데이터 전극(26) 사이 사이에 매트릭스 형태로 상기 데이터 전극(26)과 모서리 부분이 오버 랩(over lap)되도록 복수개의 플로우팅 게이트(35)가 형성된다. 여기서, 각 플로우팅 게이트(10)는 상기 데이터 전극(26)과 반도체 기판(21) 사이에 돌출부(31)를 갖는다.A plurality of floating gates 35 are formed between the data electrodes 26 on which the impurity regions 30 are not formed so that the data electrodes 26 and the corner portions overlap each other in a matrix form. Here, each floating gate 10 has a protrusion 31 between the data electrode 26 and the semiconductor substrate 21.
상기 불순물 영역(30)에 수직한 방향으로 플로우팅 게이트(35) 상측에 복수개의 콘트롤 게이트(36)가 형성되고, 상기 불순물 영역(30)에 평행하도록 플로우팅게이트(35) 및 데이터 전극(26) 상측에 데이터 라인(39)이 형성된다.A plurality of control gates 36 are formed above the floating gate 35 in a direction perpendicular to the impurity region 30, and the floating gate 35 and the data electrode 26 are parallel to the impurity region 30. The data line 39 is formed on the upper side.
여기서, 각 플로우팅 게이트(35)와 콘트롤 게이트(36) 사이에는 커패시티 유전체막인 절연막(34)이 형성되고, 상기 콘트롤 게이트(36) 상측에는 평단화용 절연막(37)이 형성되어 콘트롤 게이트(36) 및 데이터 라인(39)를 절연시키며 데이터 라인(39)은 데이터 전극(26)에 전기적으로 연결되어 있다. 그리고 각 플로우팅 게이트(35)의 폭과 그 상측에 형성되는 콘트롤 게이트(36)의 폭은 동일한 폭으로 형성된다.Here, an insulating film 34, which is a capacitance dielectric film, is formed between each floating gate 35 and the control gate 36, and a flattening insulating film 37 is formed above the control gate 36 to control the gate. 36 and data line 39 are insulated and data line 39 is electrically connected to data electrode 26. The width of each floating gate 35 and the width of the control gate 36 formed on the upper side are formed to be the same width.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 EEPROM 메모리 소자의 제조 방법은 다음과같다.The manufacturing method of the EEPROM memory device of the present invention having such a configuration is as follows.
도 8 (a)∼(i)은 도 5의 I-I ' 선상의 본 발명 EEPROM 메모리 소자의 공정 단면도이며, 도 9 (a)∼(i)는 도 5의 II-II' 선상의 본 발명 EEPROM 메모리 소자의 공정 단면도이다.8 (a) to (i) are cross-sectional views of the EEPROM memory device of the present invention along the II 'line of FIG. 5, and FIGS. 9 (a) to (i) the present invention EEPROM memory on the II-II' line of FIG. Process sectional drawing of an element.
본 발명의 EEPROM 메모리 소자의 제조 방법은 도 8 (a) 및 도 9 (a)와 같이 비저항이 3∼20 Ωcm 정도의 제 1 도전형(p형) 반도체 기판(21)에 제 1 절연막(산화막)(22)과 감광막(도면에는 도시되지 않음)을 차례로 증착하고 노광 및 현상으로 트렌치 형성영역을 정의한다. 이 때 제 1 절연막(22)의 두께는 약 100∼1000nm의 정도로 한다.In the method of manufacturing the EEPROM memory device of the present invention, as shown in Figs. 8A and 9A, a first insulating film (oxide film) is formed on a first conductive type (p-type) semiconductor substrate 21 having a specific resistance of about 3 to 20 Ωcm. ) 22 and a photosensitive film (not shown) are sequentially deposited and the trench formation region is defined by exposure and development. At this time, the thickness of the first insulating film 22 is about 100 to 1000 nm.
그리고, 상기 제 1 절연막(22)과 반도체 기판(21)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치(23)를 형상한다.이 때 트렌치(23)의 깊이는 1.0∼2.0㎛ 정도로 한다. 그리고 제 1 절연막(22)을 마스크로 이용하여 트렌치(23)의 측벽 및 바닥면에 트렌치내부의 전기적 격리(Electrical isolation)를 위한 불순물(p형)을 이온주입한다. 이 때 도판트(dopant)는 BF2를 이용하고 그 농도는 2.0E12∼5.0E13 정도로 하여 회전과 경사 이온주입을 실시한다.The first insulating film 22 and the semiconductor substrate 21 are etched to a predetermined depth to form the trench 23. At this time, the depth of the trench 23 is about 1.0 to 2.0 mu m. Then, by using the first insulating film 22 as a mask, ions are implanted into the sidewalls and the bottom surface of the trench 23 for the electrical isolation within the trench. At this time, the dopant uses BF2 and its concentration is about 2.0E12 to 5.0E13 to perform rotation and gradient ion implantation.
도 8 (b) 및 도 9 (b)와 같이 상기 감광막 및 제 1 절연막(22)을 제거하고트렌치가 형성된 기판 전면에 제 2 절연막(24)을 형성한다. 이 때 제 2 절연막(24)은 트렌치와 트렌치간을 격리하고 다음에 형성될 전극과 기판을 격리하기 위한 것으로, 열산화에 의해 형성하며 그 두께는 약 10∼20nm 정도로 한다.As shown in FIGS. 8B and 9B, the photosensitive film and the first insulating film 22 are removed, and a second insulating film 24 is formed on the entire surface of the substrate on which the trench is formed. At this time, the second insulating film 24 is used to isolate the trench from the trench and to isolate the electrode and the substrate to be formed next. The second insulating film 24 is formed by thermal oxidation and has a thickness of about 10 to 20 nm.
그리고 제 2 절연막(24) 전면에 상기 트렌치(23)를 완전히 채울 수 있도록 트렌치 폭의 1/2이상의 두께로 제 1 폴리 실리콘(25)을 증착한다. 이 때 제 1 폴리 실리콘(25)은 n형으로 형성하며 CVD시에 증착과 동시에 인-시튜(in-situ) 도핑을 하거나 증착한 후 도핑한다.The first polysilicon 25 is deposited to a thickness of 1/2 or more of the trench width so as to completely fill the trench 23 on the entire surface of the second insulating layer 24. At this time, the first polysilicon 25 is n-type and in-situ doped or deposited and then doped at the same time as the deposition during CVD.
도 8 (c) 및 도 9 (c)와 같이 상기 제 1 폴리 실리콘(25)을 에치 백하여 트렌치 내부에만 제 1 폴리 실리콘(25)이 남도록 패터닝하므로 데이터 전극(26)을 형성한다. 여기서 식각 종말점은 표면에 드러나는 제 2 절연막(24)에 의해 감지될 수 있으며, 보다 플래트(flat)한 표면을 얻기 위해서는 제 1 폴리 실리콘(25)의 식각을 화학 기계적 연마(Chemical Mashanical Polislhing)을 이용할 수도 있다.As shown in FIGS. 8C and 9C, the first polysilicon 25 is etched back and patterned so that the first polysilicon 25 remains only in the trench, thereby forming the data electrode 26. The etching end point may be sensed by the second insulating film 24 exposed on the surface, and chemical mechanical polishing is performed on the etching of the first polysilicon 25 to obtain a more flat surface. It may be.
그리고 상기 제 2 절연막(24)의 노출된 부분을 습식 식각에 의해 제거한다.The exposed portion of the second insulating layer 24 is removed by wet etching.
이 때 트렌치 내부에는 트렌치(23) 측면에 상기 데이터 전극(26)보다 더 낮게-제 2 절연막(24)이 남도록 한다.At this time, inside the trench, the second insulating film 24 lower than the data electrode 26 is left on the side of the trench 23.
도 8 (d) 및 도 9 (d)와 같이 데이터 전극(26)을 포함한 기판 전면에 제 3 절연막(27)과 n형 제 2 폴리 실리콘(28)을 차례로 형성한다. 이 때 제 3 절연막(27)은 터널링(tunneling) 절연막으로서, 두께는 약 5ㅡ15nm 내외로 열산화하여 형성한다.As shown in FIGS. 8D and 9D, the third insulating layer 27 and the n-type second polysilicon 28 are sequentially formed on the entire surface of the substrate including the data electrode 26. At this time, the third insulating film 27 is a tunneling insulating film, and is formed by thermal oxidation to a thickness of about 5 to 15 nm.
도 8 (e) 및 도 9 (e)와 같이 상기 제 2 폴리 실리콘(28)위에 감광막(29)을 증착하고 노광 및 현상하여 상기 매트릭스 형태로 형성된 데이터 전극(26)중 일 방향(수평 방향)의 상기 데이터 전극(26)들 상측에 위치되도록 상기 제 2 폴리 실리콘(28)을 패터닝한다. 그리고 패터닝된 제 2 폴리 실리콘(28)을 마스크로 이용하여 상기 데이터 전극(26)사이의 상기 반도체 기판(21) 표면내에 불순물 이온 주입(고농도 n형 불순물 이온 주입)하여 비트 라인용 불순물 영역(30)을 형성한다. 이때, 불순물은 As+이온을 1.0E15∼2.0E16 정도의 농도로 주입하며, 제 2 폴리 실리콘(28)은 데이터 전극(26)의 모서리 부분에서 돌출부(31)를 갖도록 형성된다. 그 이유는 상기 트렌치(23)의 측면에 데이터 전극(26)보다 제 1 절연막(24)이 더 낮게 형성된 상태에서 제 3 절연막(27)을 형성하였으므로 반도체 기판(21)과 데이터 전극(26) 사이는 그 주변 부분보다 단차가 낮도록 형성하였기 때문에 제 2 폴리 실리콘(28)은 상기 부분에서 돌출부(31)를 갖는다.As shown in FIGS. 8E and 9E, the photoresist layer 29 is deposited on the second polysilicon 28, exposed to light, and developed to form one direction (horizontal direction) of the data electrodes 26 formed in the matrix form. The second polysilicon 28 is patterned so as to be positioned above the data electrodes 26. Then, using the patterned second polysilicon 28 as a mask, impurity ions are implanted into the surface of the semiconductor substrate 21 between the data electrodes 26 (high concentration n-type impurity ions implanted) to thereby form a bit line impurity region 30. ). At this time, the impurity implants As + ions at a concentration of about 1.0E15 to 2.0E16, and the second polysilicon 28 is formed to have the protrusion 31 at the corner of the data electrode 26. The reason is that the third insulating film 27 is formed on the side surface of the trench 23 with the first insulating film 24 lower than the data electrode 26, so that the semiconductor substrate 21 and the data electrode 26 are formed. The second polysilicon 28 has a protrusion 31 at the portion because is formed so that the step is lower than the peripheral portion thereof.
도 8 (f) 및 도 9 (f)와 같이 상기 감광막을 제거하고 패터닝된 제 2폴리실리콘(28)측벽에 측벽 절연막(산화막)(40)을 형성한다음, 전면에 층간 유전체 막인 제 4 절연막(32)을 증착한다. 그리고 제 4 절연막(32)위에 제 3 폴리 실리콘(33)과제 5 절연막(CVD 산화막)(34)을 차례로 증착한다. 이 때 제 4 절연막(32)은 플로우팅 게이트와 콘트롤 게이트 사이에서 커패시터 커플링 비(Capacitive coupling ratio)를 확보하기 위하여 실리큰 산화막/실리콘 질화막/실리콘 산화막(ONO)을 사용한다.As shown in FIGS. 8F and 9F, the photoresist film is removed, and a sidewall insulating film (oxide film) 40 is formed on the sidewall of the patterned second polysilicon 28, and then a fourth insulating film, which is an interlayer dielectric film, on the front surface. 32 is deposited. The third polysilicon 33 and the fifth insulating film (CVD oxide film) 34 are sequentially deposited on the fourth insulating film 32. In this case, the fourth insulating layer 32 uses a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film ONO to secure a capacitive coupling ratio between the floating gate and the control gate.
도 8 (g) 및 도 9 (g)와 같이 상기 불순물 영역(30)에 수직한 방향으로 상기 데이터 전극(26)과 데이터 전극(26) 사이에 남도록 상기 제 5 절연막(34), 제 3 폴리 실리콘(33), 제 4 절연막(32) 및 제 2 폴리 실리콘(28)을 패터닝한다. 여기서, 제 2 폴리 실리콘(28)은 데이터 전극(26) 사이에 섬 모양으로 패터닝되어 플로우팅게이트(35)가 만들어지고, 제 3 폴리 실리콘(33)은 콘트롤 게이트(또는 워드 라인)(36)이 만들어지며, 플로우팅 게이트(35)와 데이터 전극(26)은 모서리 부분이 서로 오버랩(over lap)된다.As shown in FIGS. 8G and 9G, the fifth insulating layer 34 and the third poly may be left between the data electrode 26 and the data electrode 26 in a direction perpendicular to the impurity region 30. The silicon 33, the fourth insulating film 32, and the second polysilicon 28 are patterned. Here, the second polysilicon 28 is patterned in an island shape between the data electrodes 26 to form a floating gate 35, and the third polysilicon 33 is a control gate (or word line) 36. The edges of the floating gate 35 and the data electrode 26 overlap each other.
도 8 (h) 및 도 9 (h)와 같이 전면에 평탄화용 제 6 절연막(37)을 증착하고, 상기 제 6 절연막(37)과 제 3 절연막(27)을 선택적으로 제거하여 각 데이터 전극(26)에 콘택 홀(38)을 형성한다. 이 때 제 6 절연막(37)은 도핑된 산화막과 보론(Boron) 이나 인(P)이 고핑된 BPSG가 적층된 구조로 형성한다.8 (h) and 9 (h), the planarization sixth insulating film 37 is deposited on the entire surface, and the sixth insulating film 37 and the third insulating film 27 are selectively removed to remove each data electrode ( A contact hole 38 is formed in 26. In this case, the sixth insulating layer 37 is formed by stacking a doped oxide layer and BPSG doped with boron or phosphorus (P).
도 8 (i) 및 도 9 (i)와 같이 전면에 금속층을 증착하고 상기 콘트롤 게이트(35)에 수직하며 상기 불순물 영역 사이에만 남도록 평탄화용 제 6 절연막(37)위에 데이터 라인(39)을 형성한다. 이 때 데이터 라인(39)은 데이터 전극(26)에 전기적으로 연결된다.8 (i) and 9 (i), a metal layer is deposited on the entire surface, and a data line 39 is formed on the sixth insulating layer 37 for planarization so as to be perpendicular to the control gate 35 and remain only between the impurity regions. do. In this case, the data line 39 is electrically connected to the data electrode 26.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 EEPROM 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the EEPROM manufacturing method of the present invention has the following effects.
첫째, 반도체 기판에 트렌치가 형성되어, 데이터 라인이 연결되고 플로우팅 게이트에 전자를 주입하는 데이터 전극이 상기 트렌치 내에 형성되므로 단차를 유발시키지 않아 그 후의 공정이 용이하고 콘택 마진도 향상된다.First, since trenches are formed in the semiconductor substrate, data lines are connected, and data electrodes for injecting electrons into the floating gate are formed in the trenches, thereby eliminating a step, thereby facilitating subsequent processes and improving contact margins.
둘째, 플로우팅 게이트 형성시 1차적으로 라인 형태로 패터닝한 다음, 콘트롤 게이트 형성시 플로우팅 게이트를 섬 모양으로 패터닝하므로 마스크 공정이 줄어들기 때문에 공정이 단순화 된다.Second, since the first patterning is performed in the form of a line when forming the floating gate, and then the floating gate is patterned into an island shape when the control gate is formed, the process is simplified because the mask process is reduced.
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