KR100602126B1 - Flash memory cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
액티브 영역 및 트렌치 영역이 형성되어 있는 반도체 기판 위에 STI 사이드 월, 제1 다결정 실리콘, 제2 산화막 및 제2 다결정 실리콘이 형성되어 있는 플래시 메모리 셀에 있어서, 평행하게 형성되어 있는 복수개의 트렌치 라인, 트렌치 라인과 수직한 방향으로 형성되어 있는 복수개의 게이트 라인, 게이트 라인 사이에 형성되어 있으며, 게이트 라인과 평행한 방향으로 액티브 영역 및 트렌치 영역의 표면에 이온 주입되어 있는 공통 소스 영역을 포함하고, STI 사이드 월은 액티브 영역의 일부 및 트렌치 영역에 형성되어 있는 플래시 메모리 셀.A plurality of trench lines and trenches formed in parallel in a flash memory cell in which an STI sidewall, a first polycrystalline silicon, a second oxide film, and a second polycrystalline silicon are formed on a semiconductor substrate on which active and trench regions are formed. A plurality of gate lines formed in a direction perpendicular to the lines, and formed between the gate lines, including a common source region ion-implanted on the surfaces of the active region and the trench region in a direction parallel to the gate line; A wall is a flash memory cell formed in part of an active region and in a trench region.
플래시메모리, 자기정렬소스, 공통소스, STIFlash memory, self-aligned source, common source, STI
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 셀의 배치도이고,1 is a layout view of a flash memory cell according to an embodiment of the present invention,
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 셀을 제조하는 단계를 공정 순서에 따라 도시한 단면도이다. 2A through 2E are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a flash memory cell according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 플래시 메모리 셀 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 소자 분리막을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flash memory cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a method for manufacturing a device isolation film.
일반적으로 플래시 메모리(Flash memory) 소자는 프로그래밍 및 소거(Erase) 특성을 구비한 이피롬(EPROM)과 전기적으로 프로그래밍 및 소거 특성을 확보하는 이이피롬(EEPROM)의 장점을 살려 제조된 소자이다. 이러한 플래시 메모리 소자는 실리콘 기판 상에 형성된 박막의 터널 산화막, 소자 분리막(shallow trench isolation, STI)의 개재 하에 적층된 부유 게이트 및 제어 게이트 및 노출된 기판 부위에 형성된 소스 및 드레인 영역을 포함하여 구성되며, 1 개의 트랜지스터로서 1 비트의 저장 상태를 실현하고, 아울러, 전기적으로 프로그래밍과 소거를 수행한 다.In general, a flash memory device is manufactured by taking advantage of EPROM having programming and erasing characteristics and EEPROM having electrical programming and erasing characteristics. Such a flash memory device includes a tunnel oxide film of a thin film formed on a silicon substrate, a floating gate and a control gate stacked under a shallow trench isolation (STI), and a source and drain region formed in an exposed substrate portion. As a single transistor, the storage state of one bit is realized, and the programming and erasing are performed electrically.
이러한 플래시 메모리 소자를 제조하기 위해 우선, 반도체 기판 위에 패드 산화막을 형성하고, 그 위에 질화막 및 TEOS막을 형성한다. In order to manufacture such a flash memory device, a pad oxide film is first formed on a semiconductor substrate, and a nitride film and a TEOS film are formed thereon.
그런 다음, 패드 산화막, 질화막 및 TEOS를 패터닝하여 마스크로 삼아 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성한 다음, 트렌치 내벽에 STI 사이드 월을 증착한다.The pad oxide film, nitride film, and TEOS are then patterned and used as a mask to etch the semiconductor substrate to form a trench, and then deposit an STI sidewall on the trench inner wall.
그 다음, HDP(high density plasma)로 트렌치를 채운다. 이어, 질화막 위에 형성되어 있는 TEOS와 HDP를 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 공정을 진행하여 평탄화한다. The trench is then filled with high density plasma (HDP). Subsequently, the TEOS and the HDP formed on the nitride film are subjected to chemical mechanical polishing (CMP) process and planarized.
다음으로, 질화막은 인산 물질을 사용하여 제거한다. 이러한 과정을 통해 소자 분리막이 형성된다. 소자 분리막은 플래시 메모리의 셀(cell)과 셀 사이의 전기적 영향을 방지하기 위한 절연막이다.Next, the nitride film is removed using a phosphate material. Through this process, an isolation layer is formed. The device isolation layer is an insulating layer for preventing an electrical effect between the cell and the cell of the flash memory.
이와 같이, 소자 분리막이 형성된 트렌치 영역 및 액티브 영역이 형성되어 있는 반도체 기판 위에 제1 산화막, 제1 다결정 실리콘, 제2 산화막 및 제2 다결정 실리콘을 순차적으로 형성한다.As described above, the first oxide film, the first polycrystalline silicon, the second oxide film, and the second polycrystalline silicon are sequentially formed on the trench region where the device isolation film is formed and the semiconductor substrate on which the active region is formed.
그 다음, 제1 산화막, 제1 다결정 실리콘, 제2 산화막 및 제2 다결정 실리콘을 식각하여 게이트 라인을 형성한다. 이어, SAS 마스크를 이용하여 서로 이웃하는 게이트 라인 사이에 형성되는 공통 소스 영역의 소자 분리막을 제거한 뒤, 액티브 영역에 이온을 주입하여 공통 소스 영역 및 드레인 영역을 형성한다.Next, the first oxide film, the first polycrystalline silicon, the second oxide film, and the second polycrystalline silicon are etched to form a gate line. Subsequently, after removing the device isolation layer of the common source region formed between the gate lines adjacent to each other using a SAS mask, ions are implanted into the active region to form the common source region and the drain region.
SAS 마스크는 게이트 라인의 일부 및 서로 이웃하는 게이트 라인 사이를 노 출하며, 그 노출부 경계선은 게이트 라인 상부에서 게이트 라인과 나란하게 정렬되어 있다.The SAS mask exposes a portion of the gate line and between neighboring gate lines, the exposed boundary line of which is aligned with the gate line above the gate line.
한편, 소자 분리막을 형성하기 위해 몇차례에 식각공정을 진행할 때, STI 사이드 월과 게이트 절연막의 일부분이 식각액에 의하여 식각됨에 따라 그 두께가 얇아지게 되고, 이로 인해 후속 공정에서 형성되는 제1 산화막의 두께를 조절하기가 어렵다.On the other hand, when the etching process is performed several times to form the device isolation layer, as the portion of the STI sidewall and the gate insulating film is etched by the etchant, the thickness thereof becomes thinner, and thus, the thickness of the first oxide film formed in the subsequent process is reduced. Difficult to control the thickness
이처럼 얇은 두께를 갖는 게이트 절연막은 플래시 메모리에 기억된 정보를 지울 때 걸리는 바이어스에 의하여 높은 전계의 영향을 받아 플래시 메모리 소자의 신뢰성과 성능을 저하시키는 원인이 된다.Such a thin gate insulating film is influenced by a high electric field by a bias applied when erasing information stored in the flash memory, which causes a decrease in reliability and performance of the flash memory device.
또한, 프로그램 상태에서 정보를 장기간 보관하는 경우, 전계가 크게 작용하여 제품에 치명적인 악영향을 미친다.In addition, if the information is stored for a long period of time in the program state, the electric field is large, which has a fatal adverse effect on the product.
본 발명의 기술적 과제는 플래시 메모리 소자의 셀 특성을 향상시킬 수 잇는 플래시 메모리 셀 및 그 제조 방법을 제고하는 것이다.An object of the present invention is to improve a flash memory cell and a method of manufacturing the same that can improve cell characteristics of a flash memory device.
본 발명에 따른 플래시 메모리 셀은 액티브 영역 및 트렌치 영역이 형성되어 있는 반도체 기판 위에 STI 사이드 월, 제1 다결정 실리콘, 제2 산화막 및 제2 다결정 실리콘이 형성되어 있는 플래시 메모리 셀에 있어서, 평행하게 형성되어 있는 복수개의 트렌치 라인, 상기 트렌치 라인과 수직한 방향으로 형성되어 있는 복수개의 게이트 라인, 상기 게이트 라인 사이에 형성되어 있으며, 상기 게이트 라인과 평행한 방향으로 액티브 영역 및 트렌치 영역의 표면에 이온 주입되어 있는 공통 소스 영역을 포함하고, 상기 STI 사이드 월은 상기 액티브 영역의 일부 및 상기 트렌치 영역에 형성된다.The flash memory cell according to the present invention is formed in parallel in a flash memory cell in which an STI sidewall, a first polycrystalline silicon, a second oxide film, and a second polycrystalline silicon are formed on a semiconductor substrate on which an active region and a trench region are formed. A plurality of trench lines, a plurality of gate lines formed in a direction perpendicular to the trench lines, and formed between the gate lines and implanting ions into surfaces of the active region and the trench region in a direction parallel to the gate lines. And a common source region, wherein the STI sidewall is formed in a portion of the active region and in the trench region.
상기 액티브 영역은 소스 영역 및 드레인 영역일 수 있다.The active region may be a source region and a drain region.
상기 트렌치 라인은 비트 라인 방향에 평행하고, 상기 게이트 라인은 워드 라인 방향에 평행할 수 있다.The trench line may be parallel to the bit line direction, and the gate line may be parallel to the word line direction.
반도체 기판에 패드 산화막, 질화막, 그리고 TEOS막을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 패드 산화막, 상기 질화막, 및 상기 TEOS막을 패터닝하여 마스크로 삼아 상기 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 상기 패드 산화막의 일부를 제거하는 단계, 상기 반도체 기판의 노출된 부분을 소정의 두께만큼 식각하는 단계, 상기 반도체 기판 상부 구조 전면에 STI 사이드 월을 증착하는 단계, 상기 STI 사이드 월 위에 절연막을 형성하는 단계, 상기 질화막 위에 형성되어 있는 상기 TEOS막 및 상기 절연막을 화학 기계적 연마하여 평탄화 하는 단계, 상기 질화막 및 상기 패드 산화막을 제거하여 소자 분리막을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판 위에 제1 산화막, 제1 다결정 실리콘 위에 제2 산화막 및 제2 다결정 실리콘을 형성하는 단계, 상기 제2 다결정 실리콘, 제2 산화막 및 제1 다결정 실리콘을 패터닝하여 복수개의 게이트 라인을 형성하는 단계, 상기 예비 공통 소스 영역의 측면과 상기 게이트 배선 측면 사이에 형성되어 있는 부분을 식각하여 공통 소스 영역을 형성하는 단계, 그리고 SAS 마스크를 이용하여 이온 주입을 진행하는 단계를 포함한다.Sequentially forming a pad oxide film, a nitride film, and a TEOS film on the semiconductor substrate, patterning the pad oxide film, the nitride film, and the TEOS film as a mask to etch the semiconductor substrate to form a trench, and a part of the pad oxide film Removing a portion of the semiconductor substrate; etching the exposed portion of the semiconductor substrate by a predetermined thickness; depositing an STI sidewall on an entire surface of the semiconductor substrate upper structure; forming an insulating film on the STI sidewall; and on the nitride film Chemically polishing the TEOS film and the insulating film to be planarized, and removing the nitride film and the pad oxide film to form an isolation layer, a first oxide film on the semiconductor substrate, and a second oxide film on the first polycrystalline silicon. And forming a second polycrystalline silicon, said second polycrystalline seal Patterning the cone, the second oxide film, and the first polycrystalline silicon to form a plurality of gate lines, and etching a portion formed between the side surface of the preliminary common source region and the side surface of the gate wiring to form a common source region. And proceeding with ion implantation using a SAS mask.
상기 트렌치 영역은 15 내지 45도의 경사로 식각하여 형성할 수 있다.The trench region may be formed by etching with an inclination of 15 to 45 degrees.
상기 반도체 기판의 노출된 부분은 25~50Å정도 두께로 식각할 수 있다.The exposed portion of the semiconductor substrate may be etched to a thickness of about 25 ~ 50Å.
상기 STI 사이드 월은 100~300Å 정도의 두께로 형성할 수 있다.The STI side wall may be formed to a thickness of about 100 ~ 300Å.
상기 패드 산화막의 양끝부분을 50~100Å 정도로 식각할 수 있다.Both ends of the pad oxide layer may be etched to about 50 to 100Å.
상기 질화막 및 상기 패드 산화막은 인산으로 제거할 수 있다. The nitride layer and the pad oxide layer may be removed with phosphoric acid.
상기 트렌치 영역은 비트 라인 방향에 평행하고, 상기 게이트 라인은 워드 라인 방향에 평행할 수 있다.The trench region may be parallel to the bit line direction, and the gate line may be parallel to the word line direction.
상기 SAS 마스크는 게이트 라인의 일부 및 서로 이웃하는 게이트 라인 사이를 노출할 수 있다.The SAS mask may expose a portion of the gate line and a gate line adjacent to each other.
상기 이온 주입에 의해 상기 공통 소스 영역이 포함하는 소스 영역과 상기 트렌치 영역의 표면에 이온이 주입될 수 있다.By the ion implantation, ions may be implanted into the surface of the source region and the trench region included in the common source region.
상기 절연막은 HDP로 할 수 있다.The insulating film can be HDP.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 위에 있다고 할 때, 이는 다른 부분 바로 위에 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 바로 위에 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification. When a part of a layer, film, area, plate, etc. is over another part, this includes not only the part directly above the other part but also another part in the middle. On the contrary, when a part is just above another part, it means that there is no other part in the middle.
이제 본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 셀 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.A flash memory cell and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 셀의 배치도이다.1 is a layout view of a flash memory cell according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 셀은 소자 분리 영역에 대응하는 트렌치 라인(19)이 반도체 기판(100)에 형성되어 있으며, 복수개의 트렌치 라인(19)은 비트 라인(BL) 방향Z에 평행하게 형성되어 있다. 여기서, 점선은 트렌치 라인(19)의 측벽 경사면의 경계를 나타낸 것이다.As shown in FIG. 1, in the flash memory cell according to the exemplary embodiment,
그리고, 반도체 기판(100)의 표면 아래에는 워드 라인(WL) 방향으로 불순물이 이온 주입되어 이루어진 공통 소스 영역(12)이 형성되어 있다.A
그리고, 트렌치 라인(19)과 수직한 방향으로, 즉 워드 라인(WL)과 평행한 방향으로 복수개의 게이트 라인(13)이 형성되어 있다. 이러한 게이트 라인(13)을 기준으로 공통 소스 영역(12)과 반대되는 영역에는 드레인 영역(15)이 형성되어 있으며, 드레인 영역의 일부에는 드레인 콘택(17)이 형성되어 있다.The plurality of
SAS 마스크(200)는 게이트 라인(13)의 일부 및 서로 이웃하는 게이트 라인(13)사이를 노출하며, SAS 마스크(200)의 노출부 경계선은 게이트 라인(13) 상부에서 게이트 라인(13)과 나란하게 정렬되어 있다. The SAS
그러면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 셀의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Next, a method of manufacturing a flash memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 셀의 제조 방법을 공정 단계별로 나타낸 단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 셀의 제조 방법은 우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(1) 위에 패드 산화막(2), 질화막(3) 및 TEOS막(4) 을 순차적으로 증착한다. In the method of manufacturing a flash memory cell according to an embodiment of the present invention, first, as shown in FIG. 2A, a
그런 다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 패드 산화막(2), 질화막(3) 및 TEOS막(4)을 패터닝하고, 이것을 마스크로 삼아 반도체 기판(1)을 식각하여 트렌치 영역(5a, 5b)을 형성한다. 이때, 반도체 기판(1)은 15~45도 정도의 각도를 갖는 슬롭(slop) 식각으로 식각한다.Then, as shown in FIG. 2B, the
다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 패드 산화막(2)의 양끝부분은 습식 식각을 통하여 50~100Å 정도 제거한다. Next, as shown in FIG. 2C, both ends of the
그 다음, 반도체 기판(1)은 등방성 폴리(poly) 식각을 통하여 약 25~50Å 정도 식각한다. 이것은 사다리꼴 모양의 트렌치 영역(5a, 5b)의 꼭지점이 곡선이 되도록 한다. 이어, 트렌치 영역(5a, 5b), 패드 산화막(2), 질화막(3), 그리고 TEOS막(4) 측벽에 제1 산화막(7)을 증착한다. STI 사이드 월(7)은 100~300Å 정도의 두께로 형성한다. Then, the
여기서, STI 사이드 월(7)은 반도체 기판(1)의 일부 곡선을 이루는 액티브 영역에도 형성된다. 액티브 영역에 형성된 STI 사이드 월(7)의 횡단면은 경사가 진 트렌치 영역(5a, 5b)의 측벽보다 두껍게 형성된다. 이에 따라, 소자 분리막(6) 형성시 손상되는 것을 방지하기 위한 STI 사이드 월(7)의 특성이 향상된다.Here, the STI sidewalls 7 are also formed in the active region that forms part of the curve of the
다음, STI 사이드 월(7) 위에 HDP(high density plasma)(6)를 형성한 다음, 질화막(3) 위에 형성되어 있는 TEOS막(4) 및 HDP(6)를 화학 기계적 연마 공정(chemical mechamical polishing)을 통하여 제거하고 평탄화한다.Next, a high density plasma (HDP) 6 is formed on the STI sidewall 7, and then the
다음, 도 2d에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(1) 위에 형성되어 있는 STI 사이드 월(7), 질화막(3) 및 패드 산화막(2)은 인산을 이용하여 제거한다. 이때, 소자 분리막(13)이 형성된다. 소자 분리막(13)은 플래시 메모리의 셀(cell)과 셀 사이의 전기적 영향을 방지하기 위한 절연막이다.Next, as shown in FIG. 2D, the STI sidewall 7, the
그 다음, 도 2e에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(1) 위에 제1 산화막(8), 제1 다결정 실리콘(9), 제2 산화막(10), 그리고 제2 다결정 실리콘(11)을 형성하고, 이것들을 식각하여 게이트 라인(13)을 형성한다. 이와 같은 공정을 통하여 트렌치 라인(19)과 수직한 방향, 즉 워드 라인(WL)과 평행한 방향으로 복수개의 게이트 라인(13)이 형성된다. Next, as shown in FIG. 2E, the
다음으로, 공통 소스 라인(12)을 형성하기 위하여 서로 이웃하는 게이트 라인(13) 사이를 노출하는 SAS 마스크(200)를 이용하여 공통 소스 영역(12)을 채우고 있는 소자 분리막(6)을 제거한다. 그리고, 공통 소스 영역(12)과 드레인 영역(15)에 이온 주입 공정을 진행한다.Next, the device isolation layer 6 filling the
본 발명에 따른 플래시 메모리 셀 및 그 제조 방법은 패드 산화막의 일부를 제거한 액티브 영역을 등방성 폴리 식각을 통하여 곡선을 이루게하고 그 위에 STI 사이드 월을 형성한다. 이에 따라, STI 사이드 월의 증착률이 향상됨에 따라 STI 사이드 월의 특성이 향상됨으로써 플래시 메모리의 전계에 따른 영향을 줄일 수 있다.The flash memory cell and the method of manufacturing the same according to the present invention form an active region from which a portion of the pad oxide film is removed to be curved through isotropic poly etching and form an STI sidewall thereon. Accordingly, as the deposition rate of the STI sidewall is improved, the characteristics of the STI sidewall may be improved, thereby reducing the influence of the electric field of the flash memory.
또한, 이에 따라 프로그램 상태에서 정보를 장기간 보관할 경우, 전계가 일정하게 유지됨으로써 플레시 메모리 셀을 안정화할 수 있다. Accordingly, when the information is stored for a long time in the program state, the electric field is kept constant to stabilize the flash memory cell.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.
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KR20060078850A (en) | 2006-07-05 |
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