JP2000022001A - 不揮発性メモリ装置 - Google Patents

不揮発性メモリ装置

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JP2000022001A
JP2000022001A JP10302859A JP30285998A JP2000022001A JP 2000022001 A JP2000022001 A JP 2000022001A JP 10302859 A JP10302859 A JP 10302859A JP 30285998 A JP30285998 A JP 30285998A JP 2000022001 A JP2000022001 A JP 2000022001A
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JP10302859A
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Woon-Kyung Lee
雲 京 李
Inko Ri
允 鎬 李
Gido Kin
義 道 金
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Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワードラインと選択ラインとが所定の距離だ
け離隔されることにより生じるセルの均一性の低下を防
止し得る不揮発性メモリ装置を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に形成され、メモリセルア
レイを構成するサブビットライン及びセルトランジスタ
のソース/ドレインとして反復的に伸長する複数の埋没
型拡散層と、半導体基板上にゲート絶縁膜を介在して形
成され、埋没型拡散層と直交して反復的に伸長する複数
のワードラインと、サブビットラインと平行に伸長する
メインビットラインを通じて外部の電気的信号をサブビ
ットラインに選択的に伝達するためにワードラインと平
行に伸長する選択ラインと、選択ラインとこれに隣接す
るワードラインとの間の離隔領域にワードラインと平行
に伸長して配置されたダミーラインとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性メモリ装
置に関し、より詳しくは、NOR型フラットセル(flat
-cell)マスクROM(mask ROM)において、ワードラ
インと選択ラインとが所定の距離だけ離隔されることに
より起こるセルの均一性の低下を防止し得るマスクRO
Mに関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体メモリ装置は、DRAM(dynami
c random access memory)やSRAM(static random
access memory)のように時間の経過によりデータを失
うRAM製品と、一度データを入力するとその状態を維
持し得るROM(read only memory)製品とに区分し得
る。
【0003】このようなROM製品のうち、マスクRO
Mのセル構造は、大きく、NOR型とNAND型とに分
類され、従来のNOR型セルは、セル電流による高速化
が容易であるが、セルの面積が大きくなるという欠点が
あり、NAND型セルは、セル電流は小さいが、セルの
面積が小さくて、高集積度を具現し得るという利点があ
る。このため、従来は、高集積化に有利なNAND型セ
ル構造を主として採択している。
【0004】しかし、最近では、NOR型セルの利点を
維持しながらNAND型セルのように小さく製造し得る
NOR型フラットセル(セルアレイ内に素子分離のため
のフィールド酸化膜がない構造のセル)が開発されてい
る。このようなNOR型フラットセルは、高いセル電流
とセル均一性(uniformity)による高速化及び低電圧化
が可能であるだけでなく、1セルに多くの情報を貯蔵す
るマルチビットセル(multi-bit cell:MBC)又はマ
ルチレベルセル(multi-level cell:MLC)の開発を
容易にする。
【0005】図1は、韓国特許出願第97−20507
号に開示されているNOR型フラットセルマスクROM
の平面図であり、図2は、図1のセルの等価回路図であ
る。このNOR型フラットセルは、セル読出(read-ou
t)経路において、チャネル抵抗を減少させ、選択ライ
ン(select line)の数を減少させ得る構造を有する。
図1及び図2に示すように、従来のNOR型フラットセ
ルマスクROMは、半導体基板の表面にセルトランジス
タのソース/ドレイン及びサブビットライン(sub bit-
line)として提供される多数の埋没型N+ 拡散層12が
列方向に伸長しつつ行方向に反復され、セルトランジス
タのゲート電極として提供される多数のワードライン
(W/L1、…、W/Ln)が埋没型N+ 拡散層12と直交
かつ重畳しつつ反復的に伸長するマトリックス構造を有
する。また、埋没型N+ 拡散層12と平行に多数の金属
ライン(B/L1、B/L2、…)が配置され、1金属ライ
ンは埋没型N+ 拡散層12で構成されたサブビットライ
ンの2ピッチに対応する。前記金属ラインは、メインビ
ットライン(main bit-line)及び接地ライン(ground
line)として交互に配置される。
【0006】前述した構造を有するNOR型フラットセ
ルマスクROMにおけるセル動作を調べると、選択され
たメインビットラインに0〜3.3Vの電圧が印加さ
れ、隣接する接地ラインに0Vが印加されると、選択ラ
イン(S/L1、S/L2、S/L3、S/L4)の組合せによ
って、第1列(column)、第2列、第3列、又は第4列
がそれぞれ選択される。例えば、図2の等価回路図にお
いて、第1列のメモリセルアレイを選択しようとする場
合、第1メインビットライン(B/L1)に一定の電圧が
印加され、第2メインビットライン(B/L2)に0Vが
印加されると、第1及び第3選択ライン(S/L1、S/
L3)はハイ(high)となり、第2及び第4選択ライン
(S/L2、S/L4)はロー(low)となる。これによ
り、第1列にあるメモリセルアレイのワードライン(W
/L1、W/L2、…、W/Ln-1、W/Ln)を読み出し得る
状態で列選択が完了され、行(row)の選択は、選択さ
れたワードラインにハイ電圧を印加し、選択されていな
い残りのワードラインに0Vの電圧を印加することによ
り完了される。
【0007】このとき、選択されたワードラインの電圧
よりもセルトランジスタのしきい値電圧(threshold vo
ltage:Vth)が低い場合には、選択されたセルがター
ンオン(turn-on)されて、メインビットラインから接
地ラインへの放電経路が感知されることにより、“O
N”と判読することになる。逆に、選択されたワードラ
インの電圧よりもセルトランジスタのしきい値電圧が高
い場合には、選択されたセルがターンオフ(turn-off)
されて、メインビットラインの電圧が維持されることに
より、“OFF”と判読することになる。
【0008】前述した構造を有する従来のNOR型フラ
ットセルマスクROMにおいて、メモリセルアレイのワ
ードラインと選択ラインとは所定の距離だけ離隔されて
いるが、これは、メインビットラインから選択ラインを
経てメモリセルアレイのサブビットライン(埋没型N+
拡散層)への安定的な電気的連結のための最低必要条件
であるためである。すなわち、ワードラインと選択ライ
ンとが所定の距離だけ離隔されている場合にのみ素子分
離及び最小デザインルールから外れなくなる。しかし、
このようなワードラインと選択ラインの離隔はデザイン
ルールの減少とともにセルの均一性の側面で否定的要素
として作用する。すなわち、選択ラインから離隔されて
隣接する第1ワードライン(W/L1)と第nワードライ
ン(W/Ln)は、メモリセルアレイ内で反復しているワ
ードライン(W/L2、…、W/Ln-1)と比較するとき、
臨界寸法(critical dimension:CD)の側面で差を見
せる。このような現象はローディング効果(loading ef
fect)によるものとして説明することができ、ローディ
ング効果を誘発する要因としては、ワードラインのパタ
ーニングのためのリソグラフィ工程及びドライエッチン
グ工程を挙げ得る。
【0009】まず、リソグラフィ工程時、最小デザイン
ルールによって反復するパターンをパターニングするた
めには、解像度限界による問題を避けるため、過度露光
を実施することになる。この場合、最小デザインルール
を使用しない大きいパターン(loose pattern)は臨界
寸法の非対称偏差(skew deviation)が大きくなる。す
なわち、第2選択ライン(S/L2)と第1ワードライン
(W/L1)間の間隔、又は第3選択ライン(S/L3)と
第nワードライン(W/Ln)間の間隔が大きいため、反
復するワードライン(W/L2、…、W/Ln-1)間の間隔
を基準として露光工程を進行する場合、第1及び第nワ
ードライン(W/L1、W/Ln)は基準露光量よりも多い
量で露光される。これにより、第1及び第nワードライ
ン(W/L1、W/Ln)の臨界寸法が、反復するワードラ
イン(W/L2、…、W/Ln-1)の臨界寸法と異なること
になる。このような臨界寸法の差はドライエッチング工
程によっても生じる。例えば、密集したパターン部位及
びより緩く密集したパターン部位でドライエッチングを
行う場合、プラズマ状態のエッチャント(etchant)と
エッチングすべき部位の反応生成物の蒸気圧が密集した
パターン部位で著しく低下することにより、エッチング
均一性が悪化する。これにより、第1及び第nワードラ
イン(W/L1、W/Ln)での臨界寸法の非対称偏差が大
きくなる。
【0010】通常、NOR型フラットセルの製造工程
は、メモリセルアレイ内のP- 基板表面にサブビットラ
インとして提供される埋没型N+ 拡散層を形成する段階
と、ゲート絶縁膜及びゲート電極(ワードライン)の形
成段階と、周辺回路部のLDD(lightly doped drai
n)構造のためのN- ソース/ドレインイオン注入段階
と、側壁スペーサの形成段階と、周辺回路部のN+ ソー
ス/ドレインイオン注入段階とからなり、選択ラインと
ワードラインとが所定の距離だけ離隔されることによ
り、埋没型N+ 拡散層とP- 基板の接合境界が露出され
る。したがって、前記側壁スペーサを形成するための前
面エッチバック(etchback)工程時、露出された表面が
過度にエッチングされることにより、埋没型N+ 拡散層
とP- 基板の接合境界が損傷されて、接合降伏電圧(ju
nction breakdown voltage)が劣化される。
【0011】また、ワードラインを形成した後、セルト
ランジスタのチャネルに不純物をイオン注入してしきい
値電圧を選別的に移動(shift)させるプログラミング
工程を実施するとき、選択ラインとワードラインの離隔
は、しきい値電圧の均一性を低下させる要因として作用
する。さらに、前記プログラミング工程をコンタクト工
程後に実施するACP(after contact programming)
工程を適用する場合、BPSG膜をリフロー(reflow)
させて平坦化層を形成するとき、選択ラインとワードラ
インとが離隔された部位にBPSG膜が流入して、第1
及び第nワードライン(W/L1、W/Ln)上においてB
PSG膜の厚さが他の部位よりも薄くなる。これは、B
PSG膜を平坦化させた後、プログラミング工程を実施
するとき、プログラム均一性を低下させる要素として作
用する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、前述した問題点を解決するためになされたものであ
り、本発明の目的は、ワードラインと選択ラインとが所
定の距離だけ離隔されることにより生じるセルの均一性
の低下を防止し得る不揮発性メモリ装置を提供すること
にある。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、半導体基板上に形成され、メモリセルア
レイを構成するサブビットライン及びセルトランジスタ
のソース/ドレインとして反復的に伸長する複数の埋没
型拡散層と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して
形成され、前記埋没型拡散層と直交して反復的に伸長す
る複数のワードラインと、前記サブビットラインと平行
に伸長するメインビットラインを通じて外部の電気的信
号を前記サブビットラインに選択的に伝達するために前
記ワードラインと平行に伸長する選択ラインと、前記選
択ラインとこれに隣接するワードラインとの間の離隔領
域に前記ワードラインと平行に伸長して配置されたダミ
ーラインとを備えることを特徴とする不揮発性メモリ装
置を提供する。
【0014】好ましくは、セルの駆動時、前記ダミーラ
インには常に一定の電圧が印加され、また、前記一定の
電圧は接地電圧である。
【0015】好ましくは、前記ダミーラインは、前記ワ
ードラインと同じピッチであり、前記選択ラインと隣接
するワードラインの外側に配置されている。
【0016】好ましくは、前記ダミーラインは、前記ワ
ードラインと同じ物質で形成されている。
【0017】好ましくは、前記選択ラインとこれに隣接
するワードラインとの間の離隔距離は、0.1〜1.5
μmである。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好ましい実施例を詳細に説明する。
【0019】図3は、本発明によるNOR型フラットセ
ルマスクROMの平面図であり、図4は、図3のセルの
等価回路図である。
【0020】図3及び図4に示すように、本発明のNO
R型フラットセルマスクROMは、半導体基板の表面に
セルトランジスタのソース/ドレイン及びサブビットラ
インとして提供される多数の埋没型N+ 拡散層102が
列方向に伸長しつつ行方向に反復され、セルトランジス
タのゲート電極として提供される多数のワードライン
(W/L1、…、W/Ln)が埋没型N+ 拡散層102と直
交かつ重畳しつつ反復的に伸長するマトリックス構造を
有する。また、埋没型N+ 拡散層102と平行に多数の
金属ライン(B/L1、B/L2、…)が配置され、1金属
ラインは埋没型N+ 拡散層102で構成されたサブビッ
トラインの2ピッチに対応する。前記金属ラインは、メ
インビットライン及び接地ラインとして交互に配置され
る。
【0021】また、本発明のNOR型フラットセルマス
クROMによると、メインビットラインを通じて外部の
電気的信号をサブビットラインに選択的に伝達するため
の選択ライン(S/L1、S/L2、…)が、ワードライン
と平行に伸長されている。選択ラインは、隣接するワー
ドライン、つまり第1ワードライン(W/L1)又は第n
ワードライン(W/Ln)から所定の距離、好ましくは、
0.1〜1.5μmの距離だけ離隔されて配置されてい
る。
【0022】選択ラインとこれに隣接するワードライン
との間の離隔領域には、ワードラインと同じに形成され
るダミーライン(D/L)が配置されている。ダミーラ
イン(D/L)は、レイアウト面積の増加なしに、ワー
ドラインの反復単位と同じに選択ラインとワードライン
との間に配置される。すなわち、ダミーライン(D/
L)は、反復パターンを有するワードライン(W/L1、
…、W/Ln)と同一ピッチであり、第1ワードライン
(W/L1)及び第nワードライン(W/Ln)の外側に配
置されている。好ましくは、ダミーライン(D/L)
は、ワードラインの形成段階と同一の段階で形成され、
セル駆動時、常に一定の電圧、つまり接地電圧が印加さ
れる。ダミーライン(D/L)は、図4に示すように、
埋没型N+ 拡散層102と重畳して寄生トランジスタを
生成し、該寄生トランジスタのゲート電極となるダミー
ライン(D/L)には接地電圧が印加されるので、寄生
トランジスタは十分にターンオフされる。したがって、
本発明のNOR型フラットセルマスクROMのセル動作
は、ダミーライン(D/L)が形成されない従来のマス
クROMのセル動作と同じに維持される。また、ダミー
ライン(D/L)の挿入により、第1及び第nワードラ
イン(W/L1、W/Ln)は残りの反復ワードライン(W
/L2、…、W/Ln-1)に類似した隣接パターンを有する
ので、ワードラインをパターニングするためのリソグラ
フィ工程及びエッチング工程時にローディング効果が減
少してワードラインの臨界寸法の均一性が改善される。
【0023】図5は、本発明のNOR型フラットセルマ
スクROMにおける単位セルの構造を概略的に示す平面
図であり、図6乃至図10は、図5の単位セルをそれぞ
れA、B、C、D及びE線で切断した断面図である。
【0024】以下、図5乃至図10を参照して本発明の
NOR型フラットセルマスクROMの製造方法を説明す
る。
【0025】まず、リソグラフィ工程及びイオン注入工
程により、P- 半導体基板100の所定部位に、周辺回
路部のP- チャネルMOSトランジスタが形成されるN
型ウェル(図示せず)と、周辺回路部のN- チャネルM
OSトランジスタ及びセルトランジスタが形成されるP
型ウェル(図示せず)とを形成する。次いで、通常の素
子分離工程により前記基板100の周辺回路部にフィー
ルド酸化膜(図示せず)を形成してアクティブ領域とフ
ィールド領域とを定義する。このとき、メモリセルアレ
イの全域はアクティブ領域のみで構成される。
【0026】次に、メモリセルアレイの所定部位を選択
的に露出させた後、N型不純物をイオン注入して、セル
トランジスタのソース/ドレイン及びサブビットライン
として提供される埋没型N+ 拡散層102を形成する。
次いで、埋没型N+ 拡散層102が形成された結果物の
上にゲート絶縁膜103を形成した後、その上に導電層
を蒸着し、これをリソグラフィ・エッチング工程でパタ
ーニングすることにより、ワードラインとして提供され
るセルトランジスタのゲート電極104及び周辺回路ト
ランジスタのゲート電極を形成する。このとき、n本の
ワードラインが反復されるブロック内にダミーライン1
05が共に形成される。好ましくは、ワードライン10
4及びダミーライン105は、その抵抗を減少させるた
め、不純物がドーピングされたポリシリコン層と金属シ
リサイド層が積層されたポリサイド(polycide)構造に
形成する。
【0027】次いで、リソグラフィ工程で周辺回路部を
露出させた後、N型不純物をイオン注入して、周辺回路
部の基板表面にN- ソース/ドレイン領域(図示せず)
を形成する。次に、結果物の上に絶縁膜を蒸着し、これ
を前面エッチバックして、ゲート電極104及びダミー
ライン105の側壁に絶縁膜スペーサ106を形成した
後、周辺回路部にN型不純物をイオン注入して、N+
ース/ドレイン領域(図示せず)を形成する。ここで、
前記N- 及びN+ ソース/ドレイン用不純物がメモリセ
ルアレイに注入されると、メモリセルアレイ内の接合構
造がN+ /P-からN+ /N- 又はN+ /N+ に変化し
て、素子分離がなされない。したがって、メモリセルア
レイ全域を遮った後、N- 及びN+ ソース/ドレインイ
オン注入を実施すべきである。本発明のNOR型フラッ
トセルマスクROMにおいては、選択ラインとワードラ
イン104との離隔領域にダミーライン105が形成さ
れるので、側壁スペーサ106を形成するための前面エ
ッチバック工程時、埋没型N+ 拡散層102とP- 基板
100間の接合降伏電圧が劣化されない。
【0028】次いで、周辺回路部にだけP+ ソース/ド
レインイオン注入を実施した後、セルトランジスタのチ
ャネルに不純物をイオン注入して、しきい値電圧を選別
的に移動させるためのプログラミング工程を遂行する。
このとき、選択ラインとワードライン間に挿入されたダ
ミーラインによってセルトランジスタのしきい値電圧を
均一に維持し得る。
【0029】次いで、結果物の上にBPSG膜を蒸着
し、これをリフローさせて平坦化層(図示せず)を形成
した後、リソグラフィ・エッチング工程により金属コン
タクト(図示せず)を形成する。本発明では、選択ライ
ンとワードラインとの離隔領域にダミーラインが挿入さ
れるので、選択ラインと隣接する第1及び第nワードラ
インの上でBPSG膜の厚さが薄くならない。したがっ
て、コンタクト工程後にプログラミング工程を実施する
ACP工程を適用してもプログラム均一性が低下されな
い。
【0030】次いで、金属配線工程、保護膜形成工程及
びボンディングパッド工程を順次実施することにより、
本発明のNOR型フラットセルマスクROMを完成す
る。
【0031】以上、本発明の好ましい実施例を参照して
説明したが、当該技術分野の当業者であれば、特許請求
の範囲に記載された本発明の技術的思想及び範囲から離
脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更し得るこ
とが理解し得る。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の不揮発性
メモリ装置によると、ワードラインの反復単位と同じに
ワードラインと選択ラインとの離隔領域にダミーライン
を形成するので、ダミーラインによってローディング効
果が減少し、セルの均一性を改善し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のNOR型フラットセルマスクROMの
平面図である。
【図2】 図1のセルの等価回路図である。
【図3】 本発明によるNOR型フラットセルマスクR
OMの平面図である。
【図4】 図3のセルの等価回路図である。
【図5】 図3のマスクROMの単位セルの構造を概略
的に示す平面図である。
【図6】 図5の単位セルをA線で切断した断面図であ
る。
【図7】 図5の単位セルをB線で切断した断面図であ
る。
【図8】 図5の単位セルをC線で切断した断面図であ
る。
【図9】 図5の単位セルをD線で切断した断面図であ
る。
【図10】 図5の単位セルをE線で切断した断面図で
ある。
【符号の説明】
100…半導体基板 102…埋没型N+ 拡散層 103…ゲート絶縁膜 104…ゲート電極 105…ダミーライン 106…スペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 義 道 大韓民国京畿道水原市八達區梅灘2洞130 番地36號 Fターム(参考) 5F083 CR01 JA35 KA01 KA05 KA06 KA07 KA11 LA12 LA16 PR36 PR39

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成され、メモリセルア
    レイを構成するサブビットライン及びセルトランジスタ
    のソース/ドレインとして反復的に伸長する複数の埋没
    型拡散層と、 前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成され、前
    記埋没型拡散層と直交して反復的に伸長する複数のワー
    ドラインと、 前記サブビットラインと平行に伸長するメインビットラ
    インを通じて外部の電気的信号を前記サブビットライン
    に選択的に伝達するために前記ワードラインと平行に伸
    長する選択ラインと、 前記選択ラインとこれに隣接するワードラインとの間の
    離隔領域に前記ワードラインと平行に伸長して配置され
    たダミーラインと、 を備えることを特徴とする不揮発性メモリ装置。
  2. 【請求項2】 セルの駆動時、前記ダミーラインには常
    に一定の電圧が印加されることを特徴とする請求項1記
    載の不揮発性メモリ装置。
  3. 【請求項3】 前記一定の電圧は、接地電圧であること
    を特徴とする請求項2記載の不揮発性メモリ装置。
  4. 【請求項4】 前記ダミーラインは、前記ワードライン
    と同じピッチであり、前記選択ラインと隣接するワード
    ラインの外側に配置されていることを特徴とする請求項
    1記載の不揮発性メモリ装置。
  5. 【請求項5】 前記ダミーラインは、前記ワードライン
    と同じ物質で形成されていることを特徴とする請求項1
    記載の不揮発性メモリ装置。
  6. 【請求項6】 前記選択ラインとこれに隣接するワード
    ラインとの間の離隔距離は、0.1〜1.5μmである
    ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性メモリ装置。
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