KR100850065B1 - Method for fabricating a flash memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플래시 메모리장치의 제조 방법에 관한 것으로, 반도체기판 상에 제 1 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 1 게이트절연막 상에 다결정 실리콘을 증착하고 섬 형상으로 상부 모서리가 라운드지도록 패터닝하여 플로팅 게이트를 형성하는 공정과, 상기 반도체기판 상에 상기 플로팅 게이트를 덮도록 제 2 게이트 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 2 게이트 절연막 상에 상기 플로팅 게이트와 중첩되도록 콘트롤 게이트를 길이 방향으로 형성하는 공정과, 상기 콘트롤 게이트를 마스크로 사용하여 상기 반도체기판의 노출된 부분에 상기 반도체기판과 다른 도전형의 불순물을 도핑하여 소오스 및 드레인 영역을 형성하는 공정과, 상기 반도체기판 상에 상기 콘트롤 게이트를 덮도록 절연막을 형성하고 상기 플로팅 게이트 및 콘트롤 게이트의 양측에 셀렉트 게이트 및 폴리층을 형성하는 공정을 포함한다. 따라서, 플로팅게이트에 데이터 프로그램 및 삭제가 용이하면서 전력 소모를 감소시킬 수 있고, 플로팅게이트의 상부 모서리에 전계 집중으로 인한 소자 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있으며, 또한, 채널 길이의 감소로 인한 쇼트 채널 효과(short channel effect)가 발생되는 것을 방지할 수 있다.A method of manufacturing a flash memory device includes forming a first gate insulating film on a semiconductor substrate, depositing polysilicon on the first gate insulating film, patterning the first polysilicon film so as to round the top edge in an island shape, Forming a second gate insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the floating gate, forming a control gate in the longitudinal direction so as to overlap with the floating gate on the second gate insulating film, Forming a source region and a drain region by doping an exposed portion of the semiconductor substrate with an impurity of a conductivity type different from that of the semiconductor substrate using the control gate as a mask; And the floating gate and the control gate And in both sides of a step of forming a select gate, and poly layer. Therefore, it is possible to reduce power consumption while easily programming and erasing data in the floating gate, to prevent shortening of the element lifetime due to field concentration at the upper edge of the floating gate, It is possible to prevent a channel effect (short channel effect) from being generated.
플래시 메모리, 플로팅게이트, 전계 집중, 셀렉트게이트, FN 전자 터널링 Flash memory, floating gate, field concentration, select gate, FN electron tunneling
Description
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 플래시 메모리장치의 제조방법을 도시하는 공정도.1A and 1B are process drawings showing a method of manufacturing a flash memory device according to the related art.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 플래시 메모리장치의 제조방법을 도시하는 공정도.2A to 2C are process drawings showing a method of manufacturing a flash memory device according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Description of the Related Art [0002]
31 : 반도체기판 33 : 제 1 게이트절연막31: semiconductor substrate 33: first gate insulating film
35 : 플로팅게이트 36 : 포토레지스트 패턴35: floating gate 36: photoresist pattern
37 : 제 2 게이트절연막 39: 콘트롤게이트37: second gate insulating film 39: control gate
41 : 소오스영역 43 : 드레인영역41: source region 43: drain region
45 : 절연막 47 : 셀렉트게이트45: insulating film 47: select gate
49 : 폴리층49: poly layer
본 발명은 반도체장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, NOR형 비휘발 성(non-volatile) 플래시 메모리장치(flash memory device)의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a NOR type non-volatile flash memory device.
일반적으로 비휘발성 메모리에는 EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래시 메모리(flash memory) 등이 있다. Generally, nonvolatile memories include EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), and flash memory.
EPROM은 하나의 셀(cell)당 하나의 트랜지스터가 구성되어 EEPROM에 비해 크기가 작고 동작속도가 빠르지만, 프로그래밍(programming)시 별도의 장비를 사용하여 데이터를 입력한 후 시스템에 실장하여 사용하며, 데이터의 삭제(erase)시에도 시스템으로부터 탈착하여 자외선(Ultra-Violet)을 비추어야 하는 불편함이 존재한다. EPROM consists of one transistor per cell and has a smaller size and faster operation speed than EEPROM. However, when data is input by using a separate device when programming, the EPROM is used in a system, There is an inconvenience that it is required to emit ultraviolet rays (Ultra-Violet) when the data is erased from the system.
한편, EEPROM은 5V의 단일 전원으로 시스템상에서 데이터의 업데이트(up-date)가 가능하지만 하나의 셀당 두개의 트랜지스터가 구성되어 EPROM에 비해 크기가 크고 동작속도가 느리며 가격이 높은 단점이 있다.On the other hand, the EEPROM can update data on the system with a single power supply of 5 V, but has two transistors per cell, which are larger in size than EPROM, slow in operation, and expensive.
전술한 EPROM 및 EEPROM의 특성을 합하여 플래시 메모리장치가 개발되어 생산되고 있다. 플래시 메모리장치는 하나의 셀에 하나의 트랜지스터를 가지며 시스템상에서의 데이터 업그레이드가 가능하다. 또한, 프로그래밍시에는 EPROM의 원리를, 데이터 삭제(erase)시에는 EEPROM의 원리를 이용하여 구동되며 셀의 크기가 작아 대용량화에 적합하다.A flash memory device is developed and produced by combining the characteristics of the EPROM and the EEPROM described above. A flash memory device has one transistor in one cell and is capable of upgrading data on the system. In addition, the principle of EPROM is used for programming, and the principle of EEPROM is used for erasing data. The cell size is small and suitable for large capacity.
이와 같은 플래시 메모리는 셀의 구성에 따라 낸드(NAND) 형과 노어(NOR) 형으로 구분되는데, 메모리 셀을 구성하고 있는 N-MOS가 별도의 라인으로 구성되어 있는 형태를 노어(NOR) 형이라고 하고, N-MOS가 동일한 라인상에 연결되어 있는 형태를 낸드(NAND) 형이라고 한다.Such a flash memory is classified into a NAND type and a NOR type according to the configuration of a cell. The type in which the N-MOS constituting the memory cell is formed by a separate line is called a NOR type , And the type in which the N-MOSs are connected on the same line is referred to as a NAND type.
노어형 플래시 메모리장치는 랜덤 액세스(random access) 속도가 빠르고 바이트당 프로그램이 가능하다는 장점이 있다.The NOR flash memory device has the advantages of high random access speed and programmability per byte.
도 1a 및 도 1b을 참조하면, 종래 기술에 따른 플래시 메모리장치의 제조방법을 도시하는 공정도가 도시된다.Referring to FIGS. 1A and 1B, a process drawing showing a method of manufacturing a flash memory device according to the prior art is shown.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체기판(11) 상에 열산화 방법에 의해 터널 산화막으로 사용되는 제 1 게이트 절연막(13)을 형성한 후, 제 1 게이트 절연막(13) 상에 다결정 실리콘을 증착한다. 그리고 다결정 실리콘을 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 섬(island) 형상의 플로팅 게이트(15)를 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a first gate
그 다음 도 1b에 도시된 바와 같이, 반도체기판(11) 상에 플로팅 게이트(15)를 덮는 제 2 게이트 절연막(17)을 형성한다. 이 공정에서 제 2 게이트절연막(17)은 ONO(산화막/질화막/산화막) 구조를 갖도록 형성된다.Next, as shown in FIG. 1B, a second gate
그리고 제 2 게이트절연막(17) 상에 다결정실리콘을 증착한 후 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 콘트롤 게이트(19)를 형성한다. 이때, 콘트롤 게이트(19)는 섬 형상의 플로팅 게이트(15)와 중첩되어 길이 방향으로 길게 형성된다.Then, polycrystalline silicon is deposited on the second
콘트롤 게이트(19)를 마스크로 사용하여 반도체기판(11)의 노출된 부분에 반도체기판(11)과 다른 도전형의 불순물을 도핑하여 소오스 및 드레인 영역(21 및 23)을 형성한다.Source and
그러나, 전술한 종래 기술에 따른 플래시 메모리장치는 콘트롤 게이트에 전 압을 인가하는 것에 의해 플로팅 게이트에 데이터를 프로그램하거나 삭제하므로 큰 전력이 소모될 뿐만 아니라 데이터 삭제시 과도 삭제(overerase)되는 문제점이 있었다. However, the conventional flash memory device according to the related art has a problem that not only a large amount of power is consumed, but also overerase occurs when data is deleted, by programming or deleting data in the floating gate by applying voltage to the control gate .
또한, 플로팅 게이트의 상부 모서리가 날카롭게 형성되므로 전계가 집중되어 소자의 수명을 단축하게 하며, 집적도가 향상됨에 따라 채널 길이가 감소하여 쇼트 채널 효과(short channel effect)가 발생되는 문제점이 있었다.In addition, since the upper edge of the floating gate is formed with a sharp edge, the electric field is concentrated to shorten the lifetime of the device, and as the degree of integration increases, the channel length decreases and a short channel effect is generated.
그러므로, 본 발명은 플로팅 게이트에 데이터 프로그램 및 삭제가 용이하면서 전력 소모를 감소시킬 수 있는 플래시 메모리장치의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Therefore, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a flash memory device capable of reducing data consumption and programming of a floating gate.
본 발명의 다른 목적은 플로팅 게이트의 상부 모서리에 전계 집중으로 인한 소자 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있는 플래시 메모리장치의 제조방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a flash memory device capable of preventing shortening of device life due to electric field concentration in the upper edge of a floating gate.
본 발명의 또 다른 목적은 채널 길이의 감소로 인한 쇼트 채널 효과(short channel effect)가 발생되는 것을 방지할 수 있는 플래시 메모리장치의 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a flash memory device capable of preventing a short channel effect due to a decrease in channel length.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 플래시 메모리장치의 제조방법은 반도체기판 상에 제 1 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 1 게이트절연막 상에 다결정 실리콘을 증착하고 섬 형상으로 상부 모서리가 라운드지도록 패터닝하여 플로팅 게이트를 형성하는 공정과, 상기 반도체기판 상에 상기 플로팅 게이트를 덮도록 제 2 게이트 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 2 게이트 절연막 상에 상기 플로팅 게이트와 중첩되도록 콘트롤 게이트를 길이 방향으로 형성하는 공정과, 상기 콘트롤 게이트를 마스크로 사용하여 상기 반도체기판의 노출된 부분에 상기 반도체기판과 다른 도전형의 불순물을 도핑하여 소오스 및 드레인 영역을 형성하는 공정과, 상기 반도체기판 상에 상기 콘트롤 게이트를 덮도록 절연막을 형성하고 상기 플로팅 게이트 및 콘트롤 게이트의 양측에 셀렉트 게이트 및 폴리층을 형성하는 공정을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a flash memory device, including: forming a first gate insulating film on a semiconductor substrate; depositing polysilicon on the first gate insulating film; Forming a second gate insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the floating gate; and forming a control gate on the second gate insulating film so as to overlap the floating gate in the longitudinal direction A step of forming source and drain regions by doping an exposed portion of the semiconductor substrate with an impurity of a conductivity type different from that of the semiconductor substrate using the control gate as a mask; An insulating film is formed to cover the control gate, And a step of forming a select gate, and poly layer on both sides of the control gate.
상기에서 플로팅게이트 형성시 다결정실리콘막을 과도식각하여 포토레지스트 패턴과 중첩되는 부분도 식각한다.In forming the floating gate, the polysilicon film is excessively etched to partially etch portions overlapping the photoresist pattern.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명에 따른 플래시 메모리장치의 제조방법을 도시하는 공정도가 도시된다.Referring to FIGS. 2A to 2C, a process diagram showing a method of manufacturing a flash memory device according to the present invention is shown.
먼저, 도 2a를 참조하면, 본 발명의 플래시 메모리 장치의 제조방법은 반도체기판(31) 상에 열산화 방법을 이용하여 터널 산화막으로 이용되는 제 1 게이트 절연막(33)을 형성한다. 2A, a method of manufacturing a flash memory device according to the present invention forms a first gate
제 1 게이트 절연막(33) 상에 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 등의 증착 방법을 통하여 다결정 실리콘막을 형성하고, 다결정 실리콘막 상에 포토레지스트막을 형성한다. 그리고, 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 다결정 실리콘막을 노출시키는 포토레지스트 패턴(36)을 형성한다.A polysilicon film is formed on the first
그 다음 포토레지스트 패턴(36)을 식각 마스크로 사용하여 다결정 실리콘막의 노출된 부분을 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 등의 이방성 식각 방법으로 식각하여 섬(island) 형상의 플로팅 게이트(35)를 형성한다. Then, the exposed portion of the polysilicon film is etched by an anisotropic etching method such as reactive ion etching using the
이때, 반도체 기판(31)상의 제 1 게이트 절연막(33)도 식각하여 반도체기판(31)이 노출되도록 한다. 또한, 플로팅 게이트(35)를 형성할 때 다결정 실리콘막을 포토레지스트 패턴(36)과 중첩되는 부분도 식각되도록 과도 식각(overetching)하여 플로팅 게이트(35)의 상부 모서리가 라운드(round)를 갖도록 형성한다. At this time, the first
본 발명에 따르면, 플로팅게이트(35)를 상부 모서리가 라운드를 갖도록 형성함으로써, 제조 완료된 플래시 메모리장치가 동작할 때 플로팅 게이트(35)의 상부 모서리에 전계가 집중되는 것을 방지하여 소자의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, by forming the
그 다음 도 2b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(36)을 스트립하여 제거한다. Then, the
그리고, 반도체기판(11) 상에 제 2 게이트 절연막(37)을 플로팅 게이트(35)를 덮도록 형성한다. 상기 제 2 게이트 절연막(37)은 산화막, 질화막 및 산화막이 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 등의 증착방법에 의해 순차적으로 증착되어 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 구조를 갖도록 형성될 수 있다.Then, a second
그리고, 제 2 게이트 절연막(37) 상에 다결정 실리콘을 CVD 등의 방법으로 증착한 다음 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 콘트롤 게이트(39)를 형성한다. 이때, 콘트롤 게이트(39)는 제2 게이트 절연막(37)을 사이에 두고 섬 형상의 플로팅 게이트(35)와 중첩되어 길이 방향으로 길게 형성된다.Then, polycrystalline silicon is deposited on the second
그 다음, 콘트롤 게이트(39)를 마스크로 사용하여 반도체기판(31)의 노출된 부분에 반도체기판(31)과 다른 도전형의 불순물을 도핑하여 소오스 및 드레인 영역(41 및 43)을 형성한다.Then, source and
이후 도 2c에 도시된 바와 같이, 반도체기판(31) 상에 산화실리콘 등의 절연물질을 CVD 등의 방법으로 증착하여 절연막(45)을 형성한다. Then, as shown in FIG. 2C, an insulating material such as silicon oxide is deposited on the
계속해서, 절연막(45) 상에 다결정 실리콘을 CVD 등의 방법으로 증착한다. 그리고, 증착된 다결정 실리콘을 플로팅 게이트(35) 및 콘트롤 게이트(39)의 양측에 스페이서(spacer) 형상의 셀렉트 게이트(Select gate)(47) 및 폴리층(49)을 드레인 영역(43) 및 소오스 영역(49)과 증첩되게 형성한다. Subsequently, polycrystalline silicon is deposited on the
이때, 셀렉트 게이트(47) 및 폴리층(49)은 다결정 실리콘을 절연막(45)의 콘트롤 게이트(39)와 대응되는 부분이 노출되도록 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 등의 방법으로 에치 백하는 것에 의해 형성된다.At this time, the
본 발명에 있어서면, 플로팅 게이트(35) 및 콘트롤 게이트(39)의 양측에 스페이서 형상으로 형성된 셀렉트 게이트(47)는 플로팅 게이트(35)를 프로그램 또는 삭제할 때 FN 전자 터널링(Fowler Nordheim electron tunneling) 작용을 일으키는 게이트의 역할을 한다. 그러므로, 셀렉트 게이트(47)에 의해 플로팅게이트(35)를 프로그램 또는 삭제하기 용이할 뿐만 아니라 전력 소모를 감소시킬 수 있다.In the present invention, the
또한, 셀렉트 게이트(47)가 플로팅 게이트(35)의 측면에 드레인 영역(43)과 중첩되게 플로팅 게이트(35)과 드레인 영역(43) 사이에 형성되므로 채널 길이의 감소에 따른 '드레인 턴온(drain turn on)'으로 인한 쇼트 채널 효과(short channel effect)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.Since the
전술한 바와 같이 본 발명은 반도체기판 상에 제 1 게이트 절연막을 형성하고, 제 1 게이트 절연막 상에 다결정 실리콘을 증착하고 섬 형상으로 패터닝하되 패터닝시 과도 식각하여 포토레지스트 패턴과 중첩되는 부분도 식각되어 상부 모서리가 라운드지는 플로팅 게이트를 형성한다. As described above, according to the present invention, a first gate insulating film is formed on a semiconductor substrate, polycrystalline silicon is deposited on the first gate insulating film, and is patterned in an island shape. During patterning, excessive etching is performed to partially overlap the photoresist pattern The rounded top edge forms a floating gate.
그리고, 제 2 게이트 절연막을 개재시켜 콘트롤 게이트와 중첩되도록 콘트롤게이트를 길이 방향으로 길게 형성하고, 반도체기판 상에 콘트롤 게이트를 덮는 절연막을 형성한 후 플로팅 게이트 및 콘트롤 게이트의 양측에 셀렉트 게이트 및 폴리층을 드레인 영역 및 소오스 영역과 각각 중첩되게 형성한다.Then, a control gate is formed to be long in the longitudinal direction so as to overlap with the control gate through the second gate insulating film, and an insulating film covering the control gate is formed on the semiconductor substrate. Then, Are formed so as to overlap with the drain region and the source region, respectively.
따라서, 본 발명은 플로팅 게이트에 데이터 프로그램 및 삭제가 용이하면서 전력 소모를 감소시킬 수 있고, 플로팅 게이트의 상부 모서리에 전계 집중으로 인한 소자 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있으며, 또한, 채널 길이의 감소로 인한 쇼트 채널 효과(short channel effect)가 발생되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the present invention can reduce power consumption while easily programming and erasing data in the floating gate, can prevent shortening of the device lifetime due to electric field concentration at the upper edge of the floating gate, There is an advantage that a short channel effect due to the short channel effect can be prevented.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식 을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.
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Legal Events
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20120619 Year of fee payment: 5 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |