KR100452313B1 - Nonvolatile Memory Device and Manufacturing Method - Google Patents
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Abstract
본 발명의 비휘발성 메모리 소자는, SAS 식각공정을 이용하여 컨트롤 게이트를 포함하는 적층형 게이트에 정합하여 소스라인을 형성하는 비휘발성 메모리 소자에 있어서, 상기 적층형 게이트 상부에 제 1 버퍼층을 형성하고, 상기 적층형 게이트의 측벽 또는 측벽과 상부에 제 2 버퍼층을 형성하여, 상기 SAS 식각시 상게 제 1 버퍼층으로 상기 제 2 도전층을 보호하고, 또한 스택형 게이트와 필드산화막의 상대적인 두께를 고려하여 상기 제 1 버퍼층의 두께를 조절함으로써 상기 스택형 게이트의 높이와 소스라인측의 식각될 필드산화막의 두께가 차이가 나더라도 상기 제 2 버퍼층이 남아있는 스택형 게이트 측벽 높이가 상기 제 1 버퍼 층의 두께만큼 식각마진이 있기 때문에 SAS 식각시 소스측 스택형 게이트의 가장자리에 인접한 게이트 산화막 및 하단의 반도체 기판의 손상을 줄일 수 있다.The nonvolatile memory device of the present invention is a nonvolatile memory device that forms a source line by matching a stacked gate including a control gate using a SAS etching process to form a first buffer layer on the stacked gate. A second buffer layer is formed on the sidewalls or sidewalls and the upper side of the stacked gate to protect the second conductive layer with the first buffer layer at the time of etching the SAS, and also considering the relative thicknesses of the stacked gate and the field oxide layer. By adjusting the thickness of the buffer layer, the height of the stacked gate sidewalls in which the second buffer layer remains is etched by the thickness of the first buffer layer even if the height of the stacked gate and the thickness of the field oxide layer to be etched on the source line are different. Due to the margin, the gate oxide and the bottom of the gate oxide adjacent to the edge of the source side stacked gate Damage to the semiconductor substrate can be reduced.
Description
본 발명은 비휘발성 메모리 소자에 관한 것으로서, 특히 SAS(Self Aligned Source) 식각공정을 이용하는 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile memory device, and more particularly, to a nonvolatile memory device using a SAS (Self Aligned Source) etching process and a method of manufacturing the same.
SAS 식각공정은 컨트롤 게이트(control gate)와 소스라인(source) 라인의 미스얼라인(misaligned)으로 인해 짝수행과 홀수행간에 소스와의 중첩영역이 달라짐으로써 발생하는 셀의 소거 문턱전압의 불균일 해소하기 위해 상기 컨트롤 게이트에 정합하여 소스라인을 형성하는 방법으로서, 상기 플래시 메모리에 있어서 상기 미스얼라인 문제를 해결할 수 있는 장점 외에 메모리 밀도(density)를 증가시킬 수 있는 장점으로 인해 그 사용이 급격히 증가하고 있다.The SAS etching process eliminates non-uniformity in the erase threshold voltage of the cell caused by the misalignment of the control gate and the source line, resulting in the overlap of the source between the even and odd rows. In order to form a source line by matching to the control gate to achieve the use of the flash memory due to the advantage that can increase the memory density (density) in addition to the advantage of solving the misalignment problem in the flash memory Doing.
도 1 은 이러한 SAS 식각공정을 이용한 일반적인 비휘발성 메모리 소자의 레이아웃을 도시한 것이고, 도 2 는 도 1 의 등가회로를 도시한 것으로, 4개의 트랜지스터가 각각 활성영역(1)과, 상기 활성영역(1)을 가로지르는 컨트롤 게이트(3)와, 상기 컨트롤 게이트(3)로부터 일부영역( = 플로팅 게이트 식각영역)(4)을 식각한 영역에 해당하는 플로팅 게이트(2)와, 상기 활성영역(1) 상에 형성된 접촉창(5)과, 소스라인 및 드레인 영역을 구비하며, 상기 소스라인에 모두 공통으로 연결되어 있다.FIG. 1 illustrates a layout of a general nonvolatile memory device using the SAS etching process, and FIG. 2 illustrates an equivalent circuit of FIG. 1, in which four transistors each include an
도 3 은 상기 비휘발성 메모리 소자를 상기 도 1 의 a-a'선을 기준으로 잘라 그 단면을 도시한 것으로서, 반도체 기판 위에 형성된 게이트 산화막(12)과, 상기 게이트 산화막(12) 위에 순차적층된 제 1 도전층(14), 제 1 산화막 (14) 및 제 2 도전층(18)의 패터닝한 적층형 게이트 전극과, DDI(Double Diffused Implant) 마스크를 적용하여 상기 반도체 기판에 불순물 이온을 이온주입시켜 형성된 제 1 불순물 확산 영역(22)과, MDD(Modified Drain Diffused) 마스크를 적용하여 상기 반도체 기판 상에 불순물 이온을 이온주입시켜 형성된 제 2 불순물 확산 영역(24)과, 상기 적층형 게이트 전극의 일부영역으로부터 상기 일측 제 2 불순물 확산 영역(24)에 형성된 SAS 포토 레지스트 패턴(20)을 포함하여 구성되며, SAS 식각방법을 이용하면 상기한 바와 같이 메모리 밀도를 증가시킬 수 있다.3 is a cross-sectional view of the nonvolatile memory device taken along line a-a 'of FIG. 1, and is sequentially stacked on the
그러나 상기 도 3 의 비휘발성 메모리 소자의 경우, 상기 SAS 식각시 적층형 게이트 전극의 측면, 즉 소스 활성영역이 노출되어 게이트 산화막 및 하부의 반도체 기판이 손상되고, 불순물 확산 프로파일(profile)이 불균일하게 되어 신뢰성이 감소하기 때문에 도 4 와 같이 SAS 공정 전에 스페이서(21)를 형성하는 방법이 개발되었다.However, in the non-volatile memory device of FIG. 3, the side surface of the stacked gate electrode, that is, the source active region, is exposed when the SAS is etched, thereby damaging the gate oxide layer and the semiconductor substrate below, and the impurity diffusion profile is uneven. Since the reliability is reduced, a method of forming the
이에 대한 구조 및 제조방법을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.The structure and manufacturing method thereof will be described as follows.
먼저 반도체 기판(10)에 게이트 산화막(12)을 형성하고, 상기 게이트 산화막(12) 위에 플로팅 게이트로 제공될 제 1 도전층(14), 상기 플로팅 게이트와 후속공정의 컨트롤 게이트를 절연시키기 위한 제 1 산화막(16) 및 상기 컨트롤 게이트로 제공될 제 2 도전층(18)을 적층시킨 후 사진 및 식각하여 적층형 게이트를 형성한다.First, a
이어서 상기 결과물의 표면에 포토레지스트로 DDI마스크를 형성하고 이를 적용하여 상기 반도체 기판 내에 불순물 이온을 저농도로 이온주입함으로써 제 1 불순물 확산 영역(22)을 형성한 후 상기 DDI마스크를 제거하고, 상기 결과물의 표면에 산화막을 성장시킨 후 에치백하여 상기 적층형 게이트의 측벽에 스페이서(21)를 형성한다.Subsequently, a DDI mask is formed on the surface of the resultant with photoresist and applied thereto to form a first
이어서 소스라인을 연결시키기 위해 소스 영역의 필드산화막을 제거할 수 있도록 SAS 마스크를 적용하여 SAS식각공정을 실시하고, 소스/드레인 영역으로 제공될 제 2 불순물 확산 영역(24)을 형성하기 위해 이온주입마스크를 형성한 후 이를 적용하여 상기 반도체 기판(10)에 불순물 이온을 이온주입한다.Subsequently, a SAS etching process is performed by applying a SAS mask to remove the field oxide film of the source region to connect the source lines, and ion implantation is performed to form a second
그러나 상기와 같이 상기 적층형 게이트 측벽을 보호하기 위해 스페이서를 형성하는 경우에도 도 5 에 도시한 바와 같이 소스 영역의 식각하려는 필드산화막(11)의 두께(d)가 상기 적층형 게이트의 두께(d')보다 상대적으로 두꺼운 경우 상기 스페이서를 형성한다 하더라고 필드산화막 식각시 상기 스페이서가 모두 식각되어 적층형 게이트의 가장자리와 접하는 게이트 산화막이 드러나기 때문에 손상을 입게 되며(도 6 의 B), 또한 상기 SAS 선택시 산화막과 도전층의 식각선택비를 높이더라도 상기 제 2 도전층의 상부영역이 노출되기 때문에 도 6 의 A 와 같이 식각되어 상기 컨트롤 게이트의 저항성분이 증가함과 아울러 부가적으로 후속공정에 악영향을 미치게 되는 문제점이 있다.However, even when the spacer is formed to protect the stacked gate sidewalls as described above, as shown in FIG. 5, the thickness d of the
따라서 본 발명의 목적은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 상기 적층형 게이트 상부에는 제 1 버퍼층을 형성하고, 상기 적층형 게이트의 측벽 일부에는 제 2 버퍼층을 형성하여 상기 SAS 식각공정에 의한 적층형 게이트 측면 및 상기 적층형 게이트 가장자리와 인접한 게이트 산화막, 반도체 기판의 손상을 방지할 수 있는 비휘발성 메모리 소자를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to form a first buffer layer on the stacked gate and a second buffer layer on a portion of sidewalls of the stacked gate to solve the problems of the related art. A nonvolatile memory device capable of preventing damage to a side surface, a gate oxide film adjacent to a stacked gate edge, and a semiconductor substrate is provided.
본 발명의 다른 목적은 상기 비휘발성 메모리 소자를 효율적으로 구현하기 위한 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a manufacturing method for efficiently implementing the nonvolatile memory device.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비휘발성 메모리소자는, 반도체 기판 위에 형성된 게이트 산화막과, 상기 게이트 산화막 위에 형성된 다층의 적층형 게이트와, 상기 적층형 게이트의 일측 가장자리 상부에 형성된 제 1 버퍼층과, 상기 적층형 게이트의 측벽에 형성된 다중막 스페이서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.A nonvolatile memory device of the present invention for achieving the above object is a gate oxide film formed on a semiconductor substrate, a multilayer stacked gate formed on the gate oxide film, a first buffer layer formed on one side edge of the stacked gate, and the stacked type And a multi-layer spacer formed on sidewalls of the gate.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비휘발성 메모리 소자 제조방법은, 제 1 도전형의 반도체 기판에 게이트 산화막과 적층형 게이트를 순차적으로 형성하는 단계와, 소스/드레인 영역을 형성하기 위해 상기 적층형 게이트를 마스크로 하여 상기 반도체 기판에 일차로 제 2 도전형의 불순물이온을 이온주입하는 단계와, 상기 결과물의 표면에 제 2 버퍼층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 버퍼층 위에 포토레지스터로 SAS 마스크를 형성한 후 이를 이용하여 상기의 결과물을 반도체 기판 표면이 노출되도록 식각하는 단계와, 상기 노출된 반도체 기판에 이차로 제 2 도전형의 불순물 이온을 이온주입하는 단계와, 상기 결과물의 전면에 산화막을 성장시킨 후 에치백하여 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 결과물의 전면에 3차로 제 2 도전형의 불순물 이온을 이온주입하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nonvolatile memory device, including sequentially forming a gate oxide layer and a stacked gate on a first conductive semiconductor substrate, and forming the source / drain region. Implanting impurity ions of a second conductivity type into the semiconductor substrate as a mask, forming a second buffer layer on the surface of the resultant, and forming a SAS mask using a photoresist on the second buffer layer. And then etching the resultant to expose the surface of the semiconductor substrate using the same, ion implanting impurity ions of a second conductivity type into the exposed semiconductor substrate, and growing an oxide film over the entire surface of the resultant. Forming a spacer by etching back and forming a spacer; It characterized in that it comprises a step of ion implantation.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 의한 비휘발성 메모리소자는, 먼저 도 7 에 도시한 바와 같이 제 1 도전형의 반도체 기판(50) 기판 위에 게이트 산화막(52)을 형성하고, 상기 게이트 산화막(52) 위에 다결정 실리콘과 같은 도전물질로 제 1 도전층(54)을 형성하며, 상기 제 1 도전층(54) 위에 제 1 도전층과 제 2 도전층간을 절연시키기 위한 제 1 산화막(56)을 형성하며, 상기 제 1 산화막(56) 위에 다결정 실리콘 또는 폴리사이드와 같은 도전물질로 제 2 도전층(58)을 형성한 후 상기 제 2 도전층(58) 위에는 절연물질로 제 1 버퍼층(60)을 형성한다. 여기서 상기 제 1 버퍼층(60)의 경우 스택형 게이트와 필드산화막의 상대적인 두께를 고려하여 두께를 조절하도록 한다.In the nonvolatile memory device according to the present invention, first, as shown in FIG. 7, a
이어서 도 8 에서는 상기 제 1 버퍼층(60) 위에 제 1 포토레지스트(62)를 코팅한 후 사진공정에 따라 식각마스크를 형성하며, 계속하여 적층형 게이트를 형성하기 위해 상기 식각마스크를 적용하여 상기 반도체 기판 표면이 노출되도록 상기 제 1 버퍼층(60), 제 2 도전층(58), 제 1 산화막(56), 제 1 도전층(54) 및 게이트 산화막(52)을 식각한 후 상기 반도체 기판 내에 제 2 도전형의 불순물이온(64)을 주입하여 소스/드레인 영역으로 제공될 제 1 불순물 확산영역(66,67,68)을 형성한다. 이때 상기 제 1 포토레지스트는 상기 제 1 불순물 확산영역을 형성하기 전에 먼저 제거하여도 된다.Subsequently, in FIG. 8, after the
이어서 도 9 및 도 10 에서는 상기 결과물의 표면에 절연물질을 수백 Å 정도의 두께로 침적하여 제 2 버퍼층(70)을 형성한 후 상기 제 2 버퍼층(70) 위에 제 2 포토레지스트(72)를 코팅하고 사진공정에 따라 SAS 식각 마스크를 형성하고, 이를 적용하여 상기 결과물을 식각하여 소스 영역을 오픈(open) 시키며, 계속하여 소스 소거 방식의 소자를 위해 선택적으로 제 2 도전형의 불순물 이온(75)을 소정각도로 이온주입시켜 제 2 불순물 확산영역(76)을 형성하는데 이 과정은 상기 SAS 식각마스크 형성 후 식각공정전에 실시하여도 된다.9 and 10, a
상기 도 10 의 결과에 의하면, 상기 제 2 버퍼층(73)과 제 1 버퍼층(60)은 부분식각되며, 상기 제 2 버퍼층(73)의 경우 적층형 게이트의 일측벽 및 이와 동일 수직선상에 있는 게이트 산화막 일측벽에 부분적으로 남아서 적층형 게이트와 게이트 산화막을 보호하며, 또한 상기 적층형 게이트의 타측벽 및 이와 동일 수직선상에 있는 제 1 버퍼층(60)의 일측벽 및 상기 제 1 버퍼층(60)의 상부전면과 상기 제 2 포토레지스트(72) 하부에 남게 된다.According to the result of FIG. 10, the second buffer layer 73 and the
이어서 도시하지는 않았으나 셀부 외의 논리회로 영역에서는 다결정실리콘과 같은 도전물질을 침적한 후 패터닝하여 게이트를 형성하고, 포토레지스트로 이온주입마스크를 형성하고 이를 적용하여 반도체 기판 내에 불순물 이온을 이온주입함으로써 n-LDD 및 p-LDD 영역을 형성하며, 계속하여 펀치쓰루(punch-through)를 방지하기 위한 불순물 이온주입을 실시한다.Subsequently, although not shown, in the logic circuit region other than the cell portion, a conductive material such as polysilicon is deposited and then patterned to form a gate, and an ion implantation mask is formed with a photoresist and applied thereto to implant n-ion impurities into the semiconductor substrate. LDD and p-LDD regions are formed, and impurity ion implantation is subsequently performed to prevent punch-through.
계속하여 도 11 에서는 상기 결과물의 표면에 스페이서를 형성하기 위한 제 2 산화막(78)을 성장시킨다.Subsequently, in FIG. 11, a
이어서 상기 제 2 산화막을 전면 에치백하되 도 12 에 도시한 바와 같이 상기 제 1 버퍼층(60)이 노출되도록 식각함으로써 상기 적층형 게이트의 일측벽 및 상기 적층형 게이트의 일측벽과 동일 수직선상에 있는 상기 제 1 버퍼층 일측벽에 인접하고, 상기 적층형 게이트의 타측벽 일부와 인접하는 식각된 상기 제 2 버퍼층(74)과 식각된 제 2 산화막(80)으로 다중막 스페이서를 형성한 후 상기 반도체 기판 내에 불순물 이온(82)을 주입시켜 제 3 불순물 확산영역(84)을 형성한다.Subsequently, the second oxide film is etched back on the entire surface, and as shown in FIG. 12, the
또한 상기 제 2 산화막을 전면 에치백하되 도 13 에 도시한 바와 같이 상기 제 2 버퍼층(73)이 노출되도록 식각함으로써 상기 적층형 게이트의 일측벽 및 상기 제 1 버퍼층의 상부전면과 상기 적층형 게이트의 일측벽과 동일 수직선상에 있는 상기 제 1 버퍼층 일측벽에 인접하고, 상기 적층형 게이트의 타측벽의 일부와 인접하는 제 2 버퍼층(73)과, 상기 적층형 게이트의 양측벽 및 상기 제 2 버퍼층의 일측벽을 덮는 식각된 상기 제 2 산화막(80)으로 다중막 스페이서를 형성한 후 상기 반도체 기판 내에 제 3 불순물 이온(82)을 주입시켜 제 3 불순물 확산영역(84)을 형성한다.In addition, the second oxide layer is etched back to the entire surface, and as shown in FIG. 13, the second buffer layer 73 is exposed to be etched to expose the one side wall of the stacked gate, the upper front surface of the first buffer layer, and the one side wall of the stacked gate. A second buffer layer 73 adjacent to one side wall of the first buffer layer on the same vertical line as the first buffer layer and adjacent to a part of the other side wall of the stacked gate, and both side walls of the stacked gate and one side wall of the second buffer layer. After forming a multi-layer spacer with the etched
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 첫째 부가적인 사진식각공정없이 스택형 게이트 형성 후 불순물 이온을 이온주입시켜 소스/드레인 영역을 형성함으로써 상기 SAS 식각 후에도 상기 적층형 게이트과의 오버랩(overlap) 영역이 일정하게 됨과 아울러 상기 소스 영역의 농도 프로파일이 상기 SAS 식각에 영향을 받지 않고, 둘째 상기 SAS 식각시 상게 제 1 버퍼층으로 상기 제 2 도전층을 보호하고 또한 스택형 게이트와 필드산화막의 상대적인 두께를 고려하여 상기 제 1 버퍼층의 두께를 조절하면 상기 스택형 게이트의 높이와 소스라인측의 식각될 필드산화막의 두께가 차이가 나더라도 상기 제 2 버퍼층이 남아있는 스택형 게이트 측벽 높이가 상기 제 1 버퍼 층의 두께만큼 식각마진이 있기 때문에 SAS 식각시 소스측 스택형 게이트의 가장자리에 인접한 게이트 산화막 및 하단의 반도체 기판의 손상을 줄일 수 있으며, 세째 상기 SAS 식각시 상기 제 1 및 제 2 버퍼층에 의해 상기 제 2 도전층의 부분적 식각이나 플라즈마 식각에 의한 손상을 감소시킬 수 있으며, 네째 별도의 사진공정없이 소거 방식으로 소스 소거방식을 채택하고 있는 소자에 대해 SAS 식각 후 불순물 영역을 형성하기 위한 불순물 이온주입을 선택적으로 추가할 수 있는 등 많은 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the source / drain region is formed by ion implantation of impurity ions after the formation of the stacked gate without an additional photolithography process, so that the overlap region with the stacked gate is constant even after the SAS etching. In addition, the concentration profile of the source region is not affected by the SAS etching, and secondly, the second conductive layer is protected by the first buffer layer during SAS etching, and the thickness of the stacked gate and the field oxide layer is considered in consideration of the relative thickness of the stacked gate and the field oxide layer. When the thickness of the first buffer layer is adjusted, even if the height of the stacked gate is different from the thickness of the field oxide layer to be etched on the source line side, the height of the stacked gate sidewall in which the second buffer layer remains is the thickness of the first buffer layer. Since there is an etch margin, the edges of the source-side stacked gates during SAS etching Damage to the oxide film and the lower semiconductor substrate can be reduced, and damage caused by partial etching or plasma etching of the second conductive layer can be reduced by the first and second buffer layers during the third SAS etching. It is possible to selectively add impurity ion implantation to form impurity regions after SAS etching for devices adopting the source erasing method as the erasing method without the photo process.
도 1 은 일반적인 비휘발성 메모리 셀의 레이아웃(layout)을 도시한 것이고,1 illustrates a layout of a typical nonvolatile memory cell.
도 2 는 도 1 의 등가회로를 도시한 것이며,2 shows the equivalent circuit of FIG. 1,
도 3 은 종래의 SAS(Self Aligned Source) 식각공정을 이용한 비휘발성 메모리 소자의 단면을 도시한 것이며,3 is a cross-sectional view of a nonvolatile memory device using a conventional SAS (Self Aligned Source) etching process.
도 4 는 스페이서를 이용한 종래의 SAS 식각공정을 이용한 비휘발성 메모리 소자의 단면을 도시한 것이며,4 is a cross-sectional view of a nonvolatile memory device using a conventional SAS etching process using a spacer.
도 5 및 도 6 은 도 4 의 비휘발성 메모리 소자 제조시 결함이 발생되는 원인 및 결함을 도시한 것이며,5 and 6 illustrate causes and defects of defects in manufacturing the nonvolatile memory device of FIG. 4.
도 7 내지 도 13 은 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 순서대로 도시한 것이다.7 to 13 illustrate a method of manufacturing a nonvolatile memory device according to the present invention in order.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
50: 반도체 기판 52 : 게이트 산화막50: semiconductor substrate 52: gate oxide film
54 : 제 1 도전층 56 : 제 1 산화막54: first conductive layer 56: first oxide film
58 : 제 2 도전층 60 : 제 1 버퍼층58: second conductive layer 60: first buffer layer
62 : 제 1 포토레지스트 64,82 : 불순물 이온62:
66, 67, 68 : 제 1 불순물 확산영역 70 : 제 2 버퍼층66, 67, 68: first impurity diffusion region 70: second buffer layer
72 : 제 2 포토레지스트 76 : 제 2 불순물 확산영역72
78 : 제 2 산화막 84 : 제 3 불순물 확산영역78: second oxide film 84: third impurity diffusion region
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