KR100871546B1 - Flash memory device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 플래시 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.Embodiments relate to a flash memory device and a method of manufacturing the same.
플래시 메모리 소자는 전원이 꺼지더라도 저장된 데이터가 손상되지 않는 비휘발성 기억매체이면서도 데이터의 기록, 읽기, 삭제 등의 처리 속도가 비교적 높다는 장점이 있다. The flash memory device is a nonvolatile storage medium in which stored data is not damaged even when the power is turned off. However, the flash memory device has a relatively high processing speed for writing, reading, and deleting data.
이에 따라, 상기 플래시 메모리 소자는 PC의 Bios용, 셋탑 박스, 프린터 및 네트워크 서버 등의 데이터 저장용으로 널리 사용되고 있으며 최근에는 디지털 카메라와 휴대폰 등에서도 많이 이용되고 있다.Accordingly, the flash memory device is widely used for data storage of a PC bios, a set-top box, a printer, and a network server. Recently, the flash memory device is also widely used in digital cameras and mobile phones.
그러나, 플래시 메모리 소자의 터널 산화막과 ONO막에 발생된 댕글링 본드에 의해 프로그램 또는 소거 동작시 전자의 트랩으로 인하여 소자의 특성이 열화되며, 전자의 트랩은 메모리 셀의 작동을 방해하게 된다.However, the dangling bonds generated in the tunnel oxide film and the ONO film of the flash memory device deteriorate the characteristics of the device due to the trapping of electrons during the program or erase operation.
실시예는 터널 산화막과 ONO막에 발생하는 댕글링 본드를 최소화시켜 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 플래시 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.The embodiment provides a flash memory device capable of minimizing dangling bonds occurring in a tunnel oxide film and an ONO film, thereby improving device characteristics and a method of manufacturing the same.
실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법은 반도체 기판 상에 터널 산화막 및 제1 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판에 제1 이온주입 공정을 진행하여, 상기 반도체 기판, 터널 산화막 및 제1 폴리실리콘막을 포함하는 영역에 제1 이온주입층을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판에 식각 공정을 진행하여 터널 산화막 패턴 및 제1 폴리실리콘 패턴을 형성하는 단계; 상기 터널 산화막 패턴 및 제1 폴리실리콘 패턴을 포함하는 상기 반도체 기판 상에 ONO막 및 제2 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판에 열처리 공정을 진행하는 단계; 및 상기 반도체 기판에 식각 공정을 진행하여 ONO막 패턴 및 제2 폴리실리콘 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment may include forming a tunnel oxide film and a first polysilicon film on a semiconductor substrate; Performing a first ion implantation process on the semiconductor substrate to form a first ion implantation layer in a region including the semiconductor substrate, a tunnel oxide film, and a first polysilicon film; Etching the semiconductor substrate to form a tunnel oxide pattern and a first polysilicon pattern; Forming an ONO film and a second polysilicon film on the semiconductor substrate including the tunnel oxide film pattern and the first polysilicon pattern; Performing a heat treatment process on the semiconductor substrate; And forming an ONO film pattern and a second polysilicon pattern by performing an etching process on the semiconductor substrate.
또한, 실시예에 따른 플래시 메모리 소자는 소스 및 드레인 영역이 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성되었으며, 터널 산화막 패턴, 제1 폴리실리콘 패턴, ONO막 패턴 및 제2 폴리실리콘 패턴을 포함하는 게이트; 상기 반도체 기판, 터널 산화막 패턴 및 제1 폴리실리콘 패턴이 형성된 영역을 포함하여 형성된 제1 이온주입층; 및 상기 게이트 측벽에 형성된 스페이서를 포함한다.In addition, the flash memory device according to the embodiment may include a semiconductor substrate having source and drain regions formed thereon; A gate formed on the semiconductor substrate and including a tunnel oxide film pattern, a first polysilicon pattern, an ONO film pattern, and a second polysilicon pattern; A first ion implantation layer including a region in which the semiconductor substrate, the tunnel oxide layer pattern, and the first polysilicon pattern are formed; And a spacer formed on the sidewall of the gate.
실시예는 터널 산화막 및 ONO막에 중수소 이온주입 공정을 진행하여 댕글링 본드의 발생을 최소화하여 플래시 메모리 소자의 신뢰성 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.The embodiment can improve the reliability and electrical characteristics of the flash memory device by minimizing the occurrence of dangling bonds by performing a deuterium ion implantation process on the tunnel oxide film and the ONO film.
실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법은 반도체 기판 상에 터널 산화막 및 제1 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판에 제1 이온주입 공정을 진행하여, 상기 반도체 기판, 터널 산화막 및 제1 폴리실리콘막을 포함하는 영역에 제1 이온주입층을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판에 식각 공정을 진행하여 터널 산화막 패턴 및 제1 폴리실리콘 패턴을 형성하는 단계; 상기 터널 산화막 패턴 및 제1 폴리실리콘 패턴을 포함하는 상기 반도체 기판 상에 ONO막 및 제2 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판에 열처리 공정을 진행하는 단계; 및 상기 반도체 기판에 식각 공정을 진행하여 ONO막 패턴 및 제2 폴리실리콘 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment may include forming a tunnel oxide film and a first polysilicon film on a semiconductor substrate; Performing a first ion implantation process on the semiconductor substrate to form a first ion implantation layer in a region including the semiconductor substrate, a tunnel oxide film, and a first polysilicon film; Etching the semiconductor substrate to form a tunnel oxide pattern and a first polysilicon pattern; Forming an ONO film and a second polysilicon film on the semiconductor substrate including the tunnel oxide film pattern and the first polysilicon pattern; Performing a heat treatment process on the semiconductor substrate; And forming an ONO film pattern and a second polysilicon pattern by performing an etching process on the semiconductor substrate.
또한, 실시예에 따른 플래시 메모리 소자는 소스 및 드레인 영역이 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성되었으며, 터널 산화막 패턴, 제1 폴리실리콘 패턴, ONO막 패턴 및 제2 폴리실리콘 패턴을 포함하는 게이트; 상기 반도체 기판, 터널 산화막 패턴 및 제1 폴리실리콘 패턴이 형성된 영역을 포함하여 형성된 제1 이온주입층; 및 상기 게이트 측벽에 형성된 스페이서를 포함한다.In addition, the flash memory device according to the embodiment may include a semiconductor substrate having source and drain regions formed thereon; A gate formed on the semiconductor substrate and including a tunnel oxide film pattern, a first polysilicon pattern, an ONO film pattern, and a second polysilicon pattern; A first ion implantation layer including a region in which the semiconductor substrate, the tunnel oxide layer pattern, and the first polysilicon pattern are formed; And a spacer formed on the sidewall of the gate.
이하, 실시예에 따른 플래시 메모리 소자 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a flash memory device and a method of manufacturing the same according to embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. In the description of the embodiments, where described as being formed "on / over" of each layer, the on / over may be directly or through another layer ( indirectly) includes everything formed.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
도 8은 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of a flash memory device according to an embodiment.
도 8에 도시된 바와 같이, 소스 및 드레인 영역(15)이 형성된 반도체 기판(10); 상기 반도체 기판(10) 상에 형성되었으며, 터널 산화막 패턴(25), 제1 폴리실리콘 패턴(35), ONO막 패턴(55) 및 제2 폴리실리콘 패턴(65)을 포함하는 게이트(80); 상기 반도체 기판(10), 터널 산화막 패턴(25) 및 제1 폴리실리콘 패턴(35)이 형성된 영역을 포함하여 형성된 제1 이온주입층(45); 및 상기 게이트(80) 측벽에 형성된 스페이서(85)를 포함하여 형성된다.8, the
또한, 제1 폴리실리콘 패턴(35), ONO막 패턴(55) 및 제2 폴리실리콘 패턴(65)이 형성된 영역을 포함하여 형성된 제2 이온주입층(75)이 더 포함될 수 있다.In addition, the second
그리고, 상기 제1 이온주입층(45) 및 제2 이온주입층(75)은 중수소 이온(Deuterium Ion, D+)층인 것을 포함한다.In addition, the first
도 1 내지 도 8은 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 공정 단면도이다.1 to 8 are process cross-sectional views of a flash memory device according to an embodiment.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10) 상에 터널 산화막(20) 및 제1 폴리실리콘막(30)을 형성한다.As shown in FIG. 1, the
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 터널 산화막(20) 및 제1 폴리실리콘막(30)이 형성된 상기 반도체 기판(10) 상에 제1 이온주입 공정을 진행하여, 제1 이온주입층(40)을 형성한다.As shown in FIG. 2, a first ion implantation process is performed on the
상기 제1 이온주입 공정은 중수소 이온(Deuterium Ion, D+)을 5~10 KeV의 에너지에서 1×1015~1×1016 atoms/cm2의 농도로 주입하여 진행된다.The first ion implantation process is performed by implanting deuterium ions (D + ) at a concentration of 1 × 10 15 to 1 × 10 16 atoms / cm 2 at an energy of 5-10 KeV.
상기 제1 이온주입 공정으로 상기 반도체 기판(10), 터널 산화막(20) 및 제1 폴리실리콘막(30)을 포함하는 영역에 제1 이온주입층(40)이 형성된다.In the first ion implantation process, a first ion implantation layer 40 is formed in a region including the
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 터널 산화막(20) 및 제1 폴리실리콘막(30)을 패터닝하여, 터널 산화막 패턴(25) 및 제1 폴리실리콘 패턴(35)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3, the
상기 제1 폴리실리콘 패턴(35)은 플로팅 게이트가 될 수 있다.The
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 터널 산화막 패턴(25) 및 제1 폴리실리콘 패턴(35)을 포함하는 상기 반도체 기판(10) 상에 옥사이드, 나이트라이드 및 옥사이드를 순차적으로 형성한 ONO(Oxide-Nitride-Oxide)막(50) 및 제2 폴리실리콘막(60)을 형성한다.As illustrated in FIG. 4, ONO (Oxide, Nitride, and Oxide) sequentially formed oxide, nitride, and oxide on the
상기 ONO막(50)은 상부와 하부를 절연하는 역할을 한다. 상기 제1 폴리실리 콘막 패턴(35)은 상기 ONO막(50)에 의해 둘러싸여진다. The
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 폴리실리콘막(60) 상에 제2 이온주입 공정을 진행하여 제2 이온주입층(70)을 형성하고, 열처리 공정을 진행한다.Subsequently, as shown in FIG. 5, a second ion implantation process is performed on the
상기 제2 이온주입 공정은 중수소 이온(Deuterium Ion, D+)을 5~10 KeV의 에너지에서 1×1015~1×1016 atoms/cm2의 농도로 주입하여 진행된다.The second ion implantation process is performed by implanting deuterium ions (D + ) at a concentration of 1 × 10 15 to 1 × 10 16 atoms / cm 2 at an energy of 5-10 KeV.
상기 제2 이온주입 공정으로 상기 제1 폴리실리콘 패턴(35), ONO막(50) 및 제2 폴리실리콘막(60)을 포함하는 영역에 제2 이온주입층(70)이 형성된다.The second
상기 제2 이온주입층(70)을 형성한 뒤, 급속 열처리(Rapid Thermal Anneal) 방식으로 열처리 공정을 진행한다.After the second
상기 열처리 공정은 900~1100℃ 에서 10~20 초 동안 진행될 수 있다.The heat treatment process may be performed for 10 to 20 seconds at 900 ~ 1100 ℃.
이때, 상기 열처리 공정을 통하여 상기 제1 및 제2 이온주입층(45, 70)에 주입된 중수소 이온과 상기 터널 산화막 패턴(25) 및 ONO막 패턴(55)에 형성된 댕글링 본드가 결합될 수 있다.In this case, the deuterium ions implanted in the first and second
따라서, 댕글링 본드의 수를 감소시켜, 댕글링 본드로 인해 발생하는 전자 트랩 등의 문제를 방지할 수 있으며, 댕글링 본드의 발생을 최소화하여 플래시 메모리 소자의 신뢰성 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, by reducing the number of dangling bonds, it is possible to prevent problems such as electron traps caused by the dangling bonds, and to minimize the occurrence of dangling bonds, thereby improving reliability and electrical characteristics of the flash memory device. .
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 ONO막(50) 및 제2 폴리실리콘막(60)을 패터닝하여, ONO막 패턴(55) 및 제2 폴리실리콘 패턴(65)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 6, the
즉, 상기 반도체 기판(10) 상에는 터널 산화막 패턴(25), 제1 폴리실리콘 패 턴(35), ONO막 패턴(55) 및 제2 폴리실리콘 패턴(65)이 형성된 게이트(80)가 형성될 수 있다.That is, the
상기 제2 폴리실리콘 패턴(65)은 제어 게이트이며, 하부에 형성된 제1 폴리실리콘 패턴(35)에 존재하는 전자를 여기시켜 충전(charging) 또는 방전(discharging)을 하도록 하는 바이어스 전압을 인가하는 역할을 한다.The
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 게이트(80)의 측벽에 스페이서(85)를 형성하고, 상기 반도체 기판(10)에 소스 및 드레인 영역(15)을 형성한다.As shown in FIG. 7,
상기 스페이서(85)는 상기 게이트(80) 형성된 상기 반도체 기판(10) 상에 ONO막을 형성하고, 식각 공정을 진행하여 형성할 수 있다.The
본 실시예에서는 상기 스페이서(85)가 ONO막으로 형성되는 구조를 가지는 것으로 설명하고 있으나 이에 한정하지 않고, 상기 스페이서(85)는 나이트라이드 및 옥사이드의 ON(Oxide-Nitride) 구조를 가질 수도 있다. In the present exemplary embodiment, the
상기 소스 및 드레인 영역(15)은 상기 스페이서(85)를 마스크로 이온주입 공정을 수행하여 형성된다.The source and
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 게이트(85)가 형성된 상기 반도체 기판(10) 상에 층간절연막(90)을 형성한다.As shown in FIG. 8, an interlayer
이어서, 도시되지 않았지만 상기 층간절연막(90)을 선택적으로 식각하여 비아홀을 형성한 후, 상기 비아홀에 콘택 플러그를 형성한다. Subsequently, although not shown, the
상기 콘택 플러그의 형성으로 제2 폴리실리콘 패턴(65) 및 소스/드레인 영역(15)과 전기적으로 연결될 수 있다.The contact plug may be electrically connected to the
이상에서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 플래시 메모리 소자 및 제조 방법은 댕글링 본드의 발생을 최소화하여 플래시 메모리 소자의 신뢰성 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, the flash memory device and the manufacturing method according to the embodiment may improve the reliability and electrical characteristics of the flash memory device by minimizing the occurrence of dangling bonds.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above description has been made based on the embodiments, these are merely examples and are not intended to limit the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains may not have been exemplified above without departing from the essential characteristics of the present embodiments. It will be appreciated that many variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
도 1 내지 도 8은 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 공정 단면도이다.1 to 8 are process cross-sectional views of a flash memory device according to an embodiment.
Claims (8)
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KR (1) | KR100871546B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20000073371A (en) * | 1999-05-10 | 2000-12-05 | 김영환 | Semiconductor memory device and fabricating method thereof |
US6271063B1 (en) | 1997-06-24 | 2001-08-07 | Stmicroelectronics, Inc. | Method of making an SRAM cell and structure |
US20050184348A1 (en) | 2004-02-19 | 2005-08-25 | Jae-Man Youn | Semiconductor device gate structure and method of forming the same |
KR20060091414A (en) * | 2005-02-15 | 2006-08-21 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Method for forming semiconductor deviece |
-
2007
- 2007-08-08 KR KR1020070079286A patent/KR100871546B1/en not_active IP Right Cessation
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