KR19980082255A - Flash memory device and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR19980082255A
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Inventor
윤의식
Original Assignee
문정환
엘지반도체 주식회사
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region

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  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

본 발명은 플래쉬 메모리 소자에 관한 것으로, 특히 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트를 기판에 수직(Vertical) 구조로 형성하는데 적당하도록 한 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 제 1 도전형 반도체 기판 표면내에 일정간격을 갖고 일방향으로 형성되는 복수개의 제 2 도전형 제 1 불순물 영역과, 상기 제 1 불순물 영역상에 일정간격을 갖고 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 필드 산화막과, 상기 필드 산화막 사이중 인접한 제 1 불순물 영역 사이의 상기 반도체 기판에 복수개의 쌍이 기둥모양으로 형성되는 제 1 도전형 반도체층, 상기 각 쌍의 제 1 도전형 반도체층 측면에 형성되는 복수개의 플로팅 게이트와, 상기 제 1 불순물 영역과 수직한 방향으로 동일 선상의 플로팅 게이트들을 감싸도록 형성되는 복수개의 컨트롤 게이트 라인과, 상기 각 제 1 도전형 반도체층 탑부분에 형성되는 제 2 도전형 제 2 불순물 영역들과,상기 컨트롤 게이트 라인과 수직한 방향으로 동일 선상의 제 2 불순물 영역에 연결되는 복수개의 메탈라인으로 구성됨을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flash memory device, and more particularly, to a flash memory device suitable for forming a floating gate and a control gate in a vertical structure on a substrate, and a method of manufacturing the same. A plurality of second conductivity type first impurity regions formed in one direction at intervals, a plurality of field oxide films formed in a matrix form at a predetermined interval on the first impurity region, and adjacent first impurities among the field oxide films A first conductive semiconductor layer in which a plurality of pairs are formed in a pillar shape on the semiconductor substrate between the regions, a plurality of floating gates formed on side surfaces of the pair of first conductive semiconductor layers, and perpendicular to the first impurity region A plurality of control gate lines formed to surround the floating gates in the same direction And a plurality of second conductive second impurity regions formed in the top portions of the first conductive semiconductor layer, and a plurality of metal lines connected to the second impurity regions on the same line in a direction perpendicular to the control gate line. It is characterized by.

Description

플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법Flash memory device and manufacturing method thereof

본 발명은 플래쉬 메모리 소자에 관한 것으로, 특히 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트를 기판에 대해 수직(Vertical) 구조로 형성하는데 적당하도록 한 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to flash memory devices, and more particularly, to a flash memory device suitable for forming a floating gate and a control gate in a vertical structure with respect to a substrate, and a manufacturing method thereof.

일반적으로 메모리 소자는 롬(Read Only Memory)과 램(Ramdom Access Memory)으로 구분된다.In general, memory devices are classified into read only memory (ROM) and random access memory (RAM).

롬(ROM)은 제조공정 중에서 마스크에 미리 프로그램 데이터를 입력하여 프로그램하는 마스크롬(Mask ROM)과, 칩(Chip)을 제조하여 실장한 다음 전기적으로 프로그램 하는 PROM(Programmable ROM)이 있다.The ROM includes a mask ROM for inputting and programming program data into a mask in a manufacturing process, and a PROM (Programmable ROM) for manufacturing and mounting a chip and then electrically programming the chip.

PROM은 다시 자외선을 이용하여 입력 데이터를 소거할 수 있는 EPROM(Erasble ROM)과 전기적으로 입력 데이터를 소거 할 수 있는 EEPROM(Electrkcally Erassable PROM)으로 구분된다.The PROM is further classified into an EPROM (Erasble ROM) capable of erasing input data using ultraviolet rays and an EEPROM (Electrkcally Erassable PROM) capable of electrically erasing input data.

그리고 EEPROM은 소거 게이트를 형성하여 전기적으로 입력 데이터를 소거 할 수 있는 3층 게이트형 플래쉬 메모리 소자와 소오스측에 전계방출을 하는 2층 게이트형 플래쉬 메모리 소자로 구분된다.The EEPROM is divided into a three-layer gate type flash memory element capable of electrically erasing input data by forming an erase gate and a two layer gate type flash memory element that emits an electric field on the source side.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional flash memory device and a method of manufacturing the same will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래의 플래쉬 메모리 소자의 레이 아웃도이고, 도 2는 종래의 플래쉬 메모리 소자의 사시도이다. 그리고 도 3a는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 구조 단면도이며, 도 3b는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 구조 단면도이다.1 is a layout view of a conventional flash memory device, Figure 2 is a perspective view of a conventional flash memory device. 3A is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.

즉, 종래의 플래쉬 메모리 소자는 p형 제 1 반도체 기판(1)의 표면내에 일정간격을 갖고 일방향으로 복수개의 제 1 불순물 영역(6b)이 형성된다.That is, in the conventional flash memory device, a plurality of first impurity regions 6b are formed in one direction at predetermined intervals in the surface of the p-type first semiconductor substrate 1.

그리고 상기 각 제 1 불순물 영역(6b)과 오버랩 되도록 제 1 반도체 기판(1)에 매트릭스 형태로 기둥모양의 제 2 반도체 기판(2a)이 복수개 형성된다.A plurality of pillar-shaped second semiconductor substrates 2a are formed in the matrix form on the first semiconductor substrate 1 so as to overlap each of the first impurity regions 6b.

상기 제 1, 제 2 반도체 기판(1)(2a) 표면에 터널링 절연막(4a)이 형성되고, 상기 제 2 반도체 기판(2a) 측면의 터널링 절연막(4a)상에 복수개의 플로팅 게이트(5a)가 형성된다. 이때, 각 플로팅 게이트(5a)는 제 2 반도체 기판(2a) 보다 낮게 형성되며, 제 2 반도체 기판(2a)을 감싸도록 형성된다.A tunneling insulating film 4a is formed on the surfaces of the first and second semiconductor substrates 1 and 2a, and a plurality of floating gates 5a are formed on the tunneling insulating film 4a on the side surface of the second semiconductor substrate 2a. Is formed. At this time, each floating gate 5a is formed lower than the second semiconductor substrate 2a and is formed to surround the second semiconductor substrate 2a.

상기 각 플로팅 게이트(5a)의 표면에 제 2 절연막(7)이 형성되고, 상기 제 1 불순물 영역(6b)에 수직한 방향으로 동일 선상의 복수개의 플로팅 게이트(5a)를 감싸도록 복수개의 콘트롤 게이트 라인(8)이 형성된다. 이때, 콘트롤 게이트 라인(8)의 높이도 상기 플로팅 게이트(5a)의 높이로 형성되며, 각 제 2 반도체 기판(2a)의 탑(Top) 부분에는 제 2 불순물 영역(6a)이 형성된다.A plurality of control gates are formed on the surface of each floating gate 5a to surround the plurality of floating gates 5a on the same line in a direction perpendicular to the first impurity region 6b. Line 8 is formed. At this time, the height of the control gate line 8 is also formed as the height of the floating gate 5a, and the second impurity region 6a is formed in the top portion of each second semiconductor substrate 2a.

그리고 상기 제 2 불순물 영역(6a)에 콘택홀을 갖고 제 1 반도체 기판(1) 전면에 평탄화용 절연막(9)이 형성되고, 상기 콘트롤 게이트 라인(8)에 수직한 방향으로 일정 간격을 갖고 상기 평탄화용 절연막(9)상에 복수개의 메탈라인(11)에 형성된다. 이때, 메탈라인(11)은 비트라인으로 이용되는 것으로 동일방향의 제 2 불순물 영역(6a)에 연결된다.A planarization insulating film 9 is formed on the entire surface of the first semiconductor substrate 1 with a contact hole in the second impurity region 6a, and at regular intervals in a direction perpendicular to the control gate line 8. A plurality of metal lines 11 are formed on the planarization insulating film 9. In this case, the metal line 11 is used as a bit line and is connected to the second impurity region 6a in the same direction.

이와같은 구조를 갖는 종래의 플래쉬 메모리 소자의 제조방법은 다음과 같다.The manufacturing method of a conventional flash memory device having such a structure is as follows.

도 4a 내지 도 4g는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 제조방법을 나타낸 공정 단면도이고, 도 5a 내지 도 5g는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.4A to 4G are cross-sectional views illustrating a manufacturing method according to line I-I of FIG. 1, and FIGS. 5A to 5G are cross-sectional views illustrating a manufacturing method according to line II-II of FIG. 1.

도 4a와 도 5a에 도시한 바와같이 p형 제 1 반도체 기판(1)에 제 1 폴리 실리콘층(2)과 제 1 절연막(3)을 차례로 형성한다. 이때, 상기 제 1 절연막(3)은 질화막을 사용한다.As shown in FIGS. 4A and 5A, the first polysilicon layer 2 and the first insulating film 3 are sequentially formed on the p-type first semiconductor substrate 1. In this case, a nitride film is used as the first insulating film 3.

그리고 상기 제 1 절연막(3)상에 제 1 포토레지스트(PR1)를 증착하고 채널부분이 될 부분을 정의하여 선택적으로 패터닝 한후, 상기 패터닝된 제 1 포토레지스트(PR1)를 마스크로 이용하여 상기 제 1 절연막(3)을 선택적으로 식각한다.After depositing the first photoresist PR1 on the first insulating layer 3 and defining a portion to be a channel portion, the pattern is selectively patterned, and then using the patterned first photoresist PR1 as a mask. 1 The insulating film 3 is selectively etched.

이어, 도 4b와 도 5b에 도시한 바와같이 제 1 절연막(3)을 마스크로 하여 노출된 제 1 폴리 실리콘층(2) 표면에 열산화 공정으로 로코스(LOCOS) 산화막(4)을 형성한 후, 상기 남아있는 제 1 절연막(3)을 제거한다.4B and 5B, the LOCOS oxide film 4 is formed on the exposed surface of the first polysilicon layer 2 using the first insulating film 3 as a mask by a thermal oxidation process. After that, the remaining first insulating film 3 is removed.

그리고 상기 로코스 산화막(4)을 마스크로 이용하여 건식식각 공정을 통해 상기 제 1 폴리 실리콘층(2)을 선택적으로 제거하여 상기 제 1 반도체 기판(1)에 수직한 방향으로 기둥모양의 제 2 반도체 기판(2a)을 형성한다. 이때, 상기 로코스 산화막(4)을 마스크로 하여 제 1 폴리 실리콘층(2) 식각시 상기 로코스 산화막(4)도 식각되어 아주 얇게된다.In addition, the first polysilicon layer 2 is selectively removed through a dry etching process using the LOCOS oxide film 4 as a mask to form a pillar-shaped second layer in a direction perpendicular to the first semiconductor substrate 1. The semiconductor substrate 2a is formed. At this time, when the first polysilicon layer 2 is etched using the LOCOS oxide film 4 as a mask, the LOCOS oxide film 4 is also etched to become very thin.

이어서, 도 4c와 도 5c에 도시한 바와같이 제 2 반도체 기판(2a)을 포함한 제 1 반도체 기판(1) 표면상에 터널링 절연막(4a)을 형성하고, 상기 터널링 절연막(4a)상에 플로팅 게이트로 사용될 제 2 폴리 실리콘층(5)을 형성한 후, 상기 제 2 폴리 실리콘층(5)의 도전성을 위해 불순물 이온주입을 한다.Subsequently, as shown in FIGS. 4C and 5C, a tunneling insulating film 4a is formed on the surface of the first semiconductor substrate 1 including the second semiconductor substrate 2a, and a floating gate is formed on the tunneling insulating film 4a. After the second polysilicon layer 5 to be used is formed, impurity ions are implanted for the conductivity of the second polysilicon layer 5.

이때, 터널링 절연막(4a)은 제 1, 제 2 반도체 기판(1)(2a) 표면을 열산화하여 형성한다.At this time, the tunneling insulating film 4a is formed by thermally oxidizing the surfaces of the first and second semiconductor substrates 1 and 2a.

이어, 도 4d와 도 5d에 도시한 바와같이 건식식각 공정을 이용하여 상기 제 2 반도체 기판(2a)이 노출되도록 상기 제 2 폴리 실리콘층(5)을 에치백하여 제 2 반도체 기판(2a)의 둘레에 플로팅 게이트(5a)를 형성한다. 이때, 제 2 폴리 실리콘층(5)을 오버에치 하여 제 2 반도체 기판(2a) 보다 플로팅 게이트(5a)가 보다 더 낮게 형성되도록 한다.Subsequently, as shown in FIGS. 4D and 5D, the second polysilicon layer 5 is etched back to expose the second semiconductor substrate 2a by using a dry etching process. The floating gate 5a is formed around it. At this time, the second polysilicon layer 5 is overetched so that the floating gate 5a is formed lower than the second semiconductor substrate 2a.

그리고 상기 제 2 반도체 기판(2a) 사이의 제 1 반도체 기판(1)에 일정간격을 갖고 일방향으로만 불순물 영역이 형성되도록 하기 위하여 도 4d와 같이 제 2 반도체 기판(2a) 사이에 제 2 반도체 기판(2a)의 탑(Top)부분은 노출되도록 제 2 포토레지스트(PR2) 마스크를 형성한 후, 상기 제 2 포토레지스트(PR2)을 마스크로 이용하여 불순물 이온주입을 통해 제 1 반도체 기판(1)에 소오스 영역(6b)를 형성하고, 제 2 반도체 기판(2a)에 드레인 영역(6a)을 형성한다.In order to form an impurity region in only one direction with a predetermined interval between the second semiconductor substrates 2a, a second semiconductor substrate is formed between the second semiconductor substrates 2a as shown in FIG. 4D. After forming the second photoresist PR2 mask to expose the top portion of (2a), the first semiconductor substrate 1 is formed by implanting impurity ions using the second photoresist PR2 as a mask. A source region 6b is formed in the drain region, and a drain region 6a is formed in the second semiconductor substrate 2a.

또한, 상기 제 1, 제 2 반도체 기판(1)(2a) 표면에 자연적으로 형성된 산화막(도면에 도시하지 않았음)을 제거한다.In addition, an oxide film (not shown) naturally formed on the surfaces of the first and second semiconductor substrates 1 and 2a is removed.

이어서, 도 4e와 도 5e에 도시한 바와같이 제 2 포토레지스트(PR2)를 제거한 후, 플로팅 게이트(5a)상에 제 2 절연막(7)을 형성하고, 상기 제 2 절연막(7)상에 제 3 폴리 실리콘층을 증착한 후, 포토공정 없이 에치장비에서 건식식각 공정을 이용하여 상기 플로팅 게이트(5a)상에 컨트롤 게이트 라인(8)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIGS. 4E and 5E, after removing the second photoresist PR2, a second insulating film 7 is formed on the floating gate 5a, and a second insulating film 7 is formed on the second insulating film 7. After depositing the 3 polysilicon layer, a control gate line 8 is formed on the floating gate 5a using a dry etching process in an etch apparatus without a photo process.

이때, 상기 제 2 절연막(7)은 ONO을 사용하고, 상기 컨트롤 게이트 라인(8)의 높이도 상기 플로팅 게이트(5a)의 높이로 형성되며, 워드라인으로 이용된다. 그리고 상기 플로팅 게이트(5a) 및 컨트롤 게이트 라인(8)은 상기 제 1 반도체 기판(1)에 수직한 방향으로 형성된다.In this case, the second insulating layer 7 uses ONO, and the height of the control gate line 8 is also formed as the height of the floating gate 5a and is used as a word line. The floating gate 5a and the control gate line 8 are formed in a direction perpendicular to the first semiconductor substrate 1.

이어, 도 4f와 도 5f에 도시한 바와같이 컨트롤 게이트 라인(8)을 포함한 제 1, 제 2 반도체 기판(1)(2a)상에 평탄화용 절연막(9)을 형성하고, 상기 평탄화용 절연막(9)상에 제 3 포토레지스트(PR3)를 증착한 후, 노광 및 현상공정을 이용하여 선택적으로 패터닝한다. 그리고 패터닝된 제 3 포토레지스트(PR3)를 마스크로 이용하여 상기 평탄화용 절연막(9)을 선택적으로 제거하여 상기 제 2 반도체 기판(2a)의 드레인 영역(6a)이 노출되도록 콘택홀(10)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIGS. 4F and 5F, the planarization insulating film 9 is formed on the first and second semiconductor substrates 1 and 2a including the control gate line 8. The third photoresist PR3 is deposited on 9), and then selectively patterned using an exposure and development process. The contact hole 10 is exposed to selectively expose the drain region 6a of the second semiconductor substrate 2a by selectively removing the planarization insulating layer 9 using the patterned third photoresist PR3 as a mask. Form.

이어서, 도 4g와 도 5g에 도시한 바와같이 콘택홀(10)을 포함한 평탄화용 절연막(9)상에 메탈을 증착하고, 식각공정을 이용하여 상기 제 2 반도체 기판(2a)상에 메탈라인(11)을 형성한다. 이때, 상기 메탈라인(11)은 비트라인으로 사용하고, 상기 드레인 영역(6a)과 연결된다.Subsequently, as illustrated in FIGS. 4G and 5G, a metal is deposited on the planarization insulating film 9 including the contact hole 10, and the metal line on the second semiconductor substrate 2a is etched using an etching process. 11) form. In this case, the metal line 11 is used as a bit line and is connected to the drain region 6a.

여기서, 종래의 플래쉬 메모리 소자의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.Herein, the operation of the conventional flash memory device will be described.

즉, 플래쉬 메모리 소자의 프로그램 방식은 기둥모양의 제 2 반도체 기판(2a)의 윗부분에서 열전자 주입으로 프로그램이 되고, 소거 방식은 플로팅 게이트(5a)에서 소오스 영역(6b)으로 전자들이 흐르는 터널링 방식으로 이루어진다.That is, the programming method of the flash memory device is programmed by hot electron injection in the upper portion of the pillar-shaped second semiconductor substrate 2a, and the erasing method is a tunneling method in which electrons flow from the floating gate 5a to the source region 6b. Is done.

이상에서 설명한 바와같이 종래의 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.As described above, the conventional flash memory device and the manufacturing method thereof have the following problems.

기둥모양의 제 2 반도체 기판 주위를 감싸고 있는 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트 라인은 소자 구성에 있어 유효 면적의 손실이 크다.Floating gates and control gate lines surrounding the pillar-shaped second semiconductor substrate have a large loss of effective area in the device configuration.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 기둥모양의 반도체 기판 및 기둥모양의 반도체 기판을 둘러싸고 있는 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트 라인을 분리하여 소자의 집적도을 향상 시키는데 적당한 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and the flash memory device suitable for improving the integration of the device by separating the floating gate and the control gate line surrounding the pillar-shaped semiconductor substrate and the pillar-shaped semiconductor substrate and its manufacturing method The purpose is to provide.

도 1은 종래의 플래쉬 메모리 소자의 레이 아웃도1 is a layout view of a conventional flash memory device

도 2는 종래의 플래쉬 메모리 소자의 사시도2 is a perspective view of a conventional flash memory device

도 3a는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 구조 단면도3A is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG.

도 3b는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 구조 단면도3B is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.

도 4a 내지 도 4g는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 제조방법을 나타낸 공정 단면도4A to 4G are cross-sectional views illustrating a manufacturing method according to line I-I of FIG.

도 5a 내지 도 5g는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 제조방법을 나타낸 공정 단면도5A to 5G are cross-sectional views illustrating a manufacturing method according to line II-II of FIG. 1.

도 6는 본 발명의 플래쉬 메모리 소자의 레이 아웃도6 is a layout view of the flash memory device of the present invention.

도 7는 본 발명의 플래쉬 메모리 소자의 사시도7 is a perspective view of a flash memory device of the present invention;

도 8a는 도 6의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 구조 단면도8A is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. 6

도 8b는 도 6의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 구조 단면도8B is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 6.

도 8c는 도 6의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 구조 단면도FIG. 8C is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 6

도 9a 내지 도 9h는 도 6의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 제조방법을 나타낸 공정 단면도9A to 9H are cross-sectional views illustrating a manufacturing method according to line II of FIG. 6.

도 10a 내지 도 10h는 도 6의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 제조방법을 나타낸 공정 단면도10A to 10H are cross-sectional views illustrating a manufacturing method according to line II-II of FIG. 6.

도 11a 내지 도 11h는 도 6의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 제조방법을 나타낸 공정 단면도11A to 11H are cross-sectional views illustrating a manufacturing method according to line III-III of FIG. 6.

도 12는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 사시도12 is a perspective view showing another embodiment of the present invention

도 13a 내지 도 13h는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 공정 단면도13A to 13H are cross-sectional views illustrating another embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for main parts of drawings *

30 : 제 1 반도체 기판 31a : 소오스 영역30: first semiconductor substrate 31a: source region

31b : 드레인 영역 32 : 필드 산화막31b: drain region 32: field oxide film

33 : 제 1 폴리 실리콘층 33a, 33b : 제 2 반도체 기판33: first polysilicon layer 33a, 33b: second semiconductor substrate

34 : 제 1 절연막 36 : 로코스 산화막34: first insulating film 36: locos oxide film

37 : 터널링 절연막 38 : 제 2 폴리 실리콘층37 tunneling insulating film 38 second polysilicon layer

38a, 38b : 플로팅 게이트 39 : 제 2 절연막38a, 38b: floating gate 39: second insulating film

40, 40a : 컨트롤 게이트 라인 41 : 제 1 포토레지스트 라인40, 40a: control gate line 41: first photoresist line

42 : 제 2 포토레지스트 43 : 제 3 포토레지스트 측벽42 second photoresist 43 third photoresist sidewall

44 : 평탄화용 절연막 45 : 메탈라인44: insulating film for planarization 45: metal line

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플래쉬 메모리 소자는 제 1 도전형 반도체 기판 표면내에 일정간격을 갖고 일방향으로 형성되는 복수개의 제 2 도전형 제 1 불순물 영역과, 상기 제 1 불순물 영역상에 일정간격을 갖고 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 필드 산화막과, 상기 필드 산화막 사이중 인접한 제 1 불순물 영역 사이의 상기 반도체 기판에 복수개의 쌍이 기둥모양으로 형성되는 제 1 도전형 반도체층, 상기 각 쌍의 제 1 도전형 반도체층 측면에 형성되는 복수개의 플로팅 게이트와, 상기 제 1 불순물 영역과 수직한 방향으로 동일 선상의 플로팅 게이트들을 감싸도록 형성되는 복수개의 컨트롤 게이트 라인과, 상기 각 제 1 도전형 반도체층 탑부분에 형성되는 제 2 도전형 제 2 불순물 영역들과,상기 컨트롤 게이트 라인과 수직한 방향으로 동일 선상의 제 2 불순물 영역에 연결되는 복수개의 메탈라인으로 구성됨을 특징으로 하고, 본 발명의 플래쉬 메모리 소자의 제조방법은 제 1 도전형 반도체 기판을 준비하는 단계, 상기 반도체 기판 표면내에 일정간격을 갖고 일방향으로 복수개의 제 2 도전형 제 1 불순물 영역을 형성하는 단계, 상기 제 1 불순물 영역상에 일정간격을 갖고 매트릭스 형태로 복수개의 필드 산화막을 형성하는 단계, 상기 필드 산화막 사이중 인접한 각 제 2 도전형 제 1 불순물 영역 사이의 반도체 기판상에 매트릭스 형태로 복수개의 제 1 도전형 반도체층을 형성되는 단계, 상기 제 1 도전형 반도체 기판 및 제 1 도전형 반도체층 표면에 터널링 절연막을 형성하는 단계, 상기 각 반도체층 측면에 복수개의 반도체층 보다 낮도록 복수개의 플로팅 게이트 형성하는 단계, 상기 반도체층 탑부분에 복수개의 제 2 도전형 제 2 불순물 영역을 형성하는 단계, 상기 각 플로팅 게이트상에 유전체막을 형성하고, 상기 제 1 불순물 영역과 수직한 방향으로 상기 플로팅 게이트를 감싸도록 복수개의 컨트롤 게이트 라인을 형성하는 단계, 상기 각 컨트롤 게이트 라인의 길이 방향으로 상기 각 제 1 도전형 반도체층, 플로팅 게이트, 컨트롤 게이트 라인의 중앙부분을 제거하여 셀을 두배로 늘리는 단계, 전면에 평탄화용 절연막을 형성하고, 제 2 도전형 제 2 불순물 영역이 노출되도록 콘택홀을 형성하는 단계, 상기 컨트롤 게이트 라인와 수직한 방향으로 제 2 불순물 영역에 연결되도록 복수개의 메탈라인을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.The flash memory device of the present invention for achieving the above object is a plurality of second conductivity type first impurity regions formed in one direction with a predetermined interval in the surface of the first conductivity type semiconductor substrate, and on the first impurity region A plurality of field oxide films having a predetermined interval and formed in a matrix form, and a first conductivity type semiconductor layer in which a plurality of pairs are formed in a pillar shape on the semiconductor substrate between adjacent first impurity regions among the field oxide films, wherein each pair of A plurality of floating gates formed on side surfaces of the first conductivity type semiconductor layer, a plurality of control gate lines formed to surround collinear floating gates in a direction perpendicular to the first impurity region, and each of the first conductivity type semiconductors Second impurity regions formed in the top portion of the layer, and a direction perpendicular to the control gate line And a plurality of metal lines connected to the second impurity region on the same line. The method of manufacturing a flash memory device of the present invention includes preparing a first conductivity type semiconductor substrate, and having a predetermined interval within the surface of the semiconductor substrate. Forming a plurality of second conductivity type first impurity regions in one direction, forming a plurality of field oxide films in a matrix form at predetermined intervals on the first impurity region, and adjacent adjacent ones of the field oxide films Forming a plurality of first conductive semiconductor layers in a matrix form on the semiconductor substrate between the second conductive impurity regions, and forming a tunneling insulating layer on the surfaces of the first conductive semiconductor substrate and the first conductive semiconductor layer Forming a plurality of floating gates on each side of the semiconductor layer so as to be lower than a plurality of semiconductor layers; Forming a plurality of second conductivity type second impurity regions in the top portion of the semiconductor layer, forming a dielectric film on each floating gate, and covering the floating gate in a direction perpendicular to the first impurity region. Forming a control gate line, removing a central portion of each of the first conductive semiconductor layer, the floating gate, and the control gate line in a length direction of each of the control gate lines, thereby doubling the cells; Forming a contact hole to expose the second conductivity type second impurity region, and forming a plurality of metal lines to be connected to the second impurity region in a direction perpendicular to the control gate line. It features.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a flash memory device and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 6는 본 발명의 플래쉬 메모리 소자의 레이 아웃도이고, 도 7은 본 발명의 플래쉬 메모리 소자를 나타낸 사시도이다. 그리고 도 8a는 도 6의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 구조 단면도이고, 도 8b는 도 6의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 구조 단면도이며, 도 8c는 도 6의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 구조 단면도이다.6 is a layout view of a flash memory device of the present invention, Figure 7 is a perspective view showing a flash memory device of the present invention. FIG. 8A is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 6, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 6, and FIG. 8C is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 6.

즉, 본 발명의 플래쉬 메모리 소자는 p형 제 1 반도체 기판(30)의 표면내에 일정 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 제 1 불순물 영역(31a)이 형성되고, 상기 제 1 불순물 영역(31a)상에 일정간격을 갖고 매트릭스 형태로 복수개의 필드 산화막(32)이 형성된다.That is, in the flash memory device of the present invention, a plurality of first impurity regions 31a are formed in one direction at predetermined intervals on the surface of the p-type first semiconductor substrate 30, and on the first impurity region 31a. A plurality of field oxide films 32 are formed in a matrix form at regular intervals.

그리고 상기 제 1 불순물 영역(31a)과 오버랩 되도록 상기 필드 산화막(32)상의 제 1 반도체 기판(30)에 수직한 형태로 기둥모양의 제 2 반도체 기판(33b)이 복수개 형성된다. 이때, 상기 각 필드 산화막(32)에 2개의 제 2 반도체 기판(33b)이 오버랩 된다.A plurality of pillar-shaped second semiconductor substrates 33b are formed so as to be perpendicular to the first semiconductor substrate 30 on the field oxide film 32 so as to overlap the first impurity region 31a. At this time, two second semiconductor substrates 33b overlap each of the field oxide films 32.

상기 제 1, 제 2 반도체 기판(30)(33b) 표면에 터널링 절연막(37)이 형성되고, 상기 제 2 반도체 기판(33b) 측면의 터널링 절연막(37)상에 복수개의 플로팅 게이트(38b)가 형성된다. 이때, 각 플로팅 게이트(38b)는 제 2 반도체 기판(33b) 보다 낮게 형성되며, 제 2 반도체 기판(33b)을 감싸도록 형성된다.A tunneling insulating film 37 is formed on the surfaces of the first and second semiconductor substrates 30 and 33b, and a plurality of floating gates 38b are formed on the tunneling insulating film 37 on the side surface of the second semiconductor substrate 33b. Is formed. In this case, each floating gate 38b is formed lower than the second semiconductor substrate 33b and is formed to surround the second semiconductor substrate 33b.

상기 각 플로팅 게이트(38b) 표면에 제 2 절연막(39)이 형성되고, 상기 제 1 불순물 영역(31a)과 수직한 방향으로 동일 선상의 복수개의 플로팅 게이트(38b)를 감싸도록 복수개의 컨트롤 게이트 라인(40a)이 형성된다. 이때, 컨트롤 게이트 라인(40a)의 높이도 상기 플로팅 게이트(38b)의 높이로 형성되며, 각 제 2 반도체 기판(33b)의 탑부분에는 제 2 불순물 영역(31b)이 형성된다.A second insulating film 39 is formed on the surface of each floating gate 38b, and a plurality of control gate lines are formed to surround the plurality of floating gates 38b on the same line in a direction perpendicular to the first impurity region 31a. 40a is formed. At this time, the height of the control gate line 40a is also formed as the height of the floating gate 38b, and the second impurity region 31b is formed at the top of each second semiconductor substrate 33b.

그리고 상기 제 2 불순물 영역(31b)에 콘택홀을 갖고 제 1, 제 2 반도체 기판(30)(33b) 전면에 평탄화용 절연막(44)이 형성되고, 상기 콘트롤 게이트 라인(40a)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 상기 평탄화용 절연막(44)상에 복수개의 메탈라인(45)이 형성된다. 이때, 메탈라인(45)은 비트라인으로 이용되는 것으로 동일방향으로 제 2 불순물 영역(31b)에 연결된다.A planarization insulating film 44 is formed on the entire surface of the first and second semiconductor substrates 30 and 33b with a contact hole in the second impurity region 31b, and is perpendicular to the control gate line 40a. A plurality of metal lines 45 are formed on the planarization insulating film 44 at regular intervals. In this case, the metal line 45 is used as a bit line and is connected to the second impurity region 31b in the same direction.

이와같은 구조를 갖는 본 발명의 플래쉬 메모리 소자의 제조방법은 다음과 같다.A method of manufacturing the flash memory device of the present invention having such a structure is as follows.

도 9a 내지 도 9h는 도 6의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 제조방법을 나타낸 공정 단면도이고, 도 10a내지 도 10h는 도 6의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 제조방법을 나타낸 공정 단면도이며, 도 11a 내지 도 11h는 도 6의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.9A to 9H are cross-sectional views illustrating a manufacturing method according to line I-I of FIG. 6, and FIGS. 10A to 10H are cross-sectional views illustrating a manufacturing method according to line II-II of FIG. 6. 11h is a process sectional view showing the manufacturing method along line III-III of FIG. 6.

도 9a와 도 10a 및 도 11a에 도시한 바와같이 p형 제 1 반도체 기판(30)에 불순물 이온주입을 통해 일방향으로 일정간격을 갖는 복수개의 소오스 영역(31a)을 형성하고, 상기 소오스 영역(31a)상에 일정간격을 갖는 복수개의 필드 산화막(32)을 형성한다.As shown in FIGS. 9A, 10A, and 11A, a plurality of source regions 31a having a predetermined interval in one direction are formed in the p-type first semiconductor substrate 30 through impurity ion implantation, and the source regions 31a are formed. ), A plurality of field oxide films 32 having a predetermined interval are formed.

이어, 도 9b와 도 10b 및 도 11b에 도시한 바와같이 필드 산화막(32)을 포함한 제 1 반도체 기판(30)상에 제 1 폴리 실리콘층(33)과 제 1 절연막(34)을 차례로 형성한다. 이때, 상기 제 1 절연막(34)은 질화막을 사용한다.Subsequently, as shown in FIGS. 9B, 10B, and 11B, the first polysilicon layer 33 and the first insulating layer 34 are sequentially formed on the first semiconductor substrate 30 including the field oxide film 32. . In this case, a nitride film is used as the first insulating film 34.

그리고 상기 제 1 절연막(34)상에 제 1 포토레지스트(PR1)를 증착하고 채널부분이 될 부분을 정의하여 선택적으로 패터닝한 후, 상기 패터닝된 제 1 포토레지스트(PR1)를 마스크로 이용하여 상기 제 1 절연막(34)을 선택적으로 제거한다.After depositing the first photoresist PR1 on the first insulating layer 34 and defining a portion to be a channel portion, the pattern is selectively patterned, and then using the patterned first photoresist PR1 as a mask. The first insulating film 34 is selectively removed.

이어서, 도 9c와 도 10c 및 도 11c에 도시한 바와같이 제 1 절연막(34)을 마스크로 하여 노출된 제 1 폴리 실리콘층(33) 표면에 열 산화 공정으로 로코스 산화막(36)을 형성한다.Next, as illustrated in FIGS. 9C, 10C, and 11C, the LOCOS oxide film 36 is formed on the exposed surface of the first polysilicon layer 33 by using the first insulating film 34 as a mask by a thermal oxidation process. .

그리고 상기 남아있는 제 1 절연막(34)을 제거한 후, 상기 로코스 산화막(36)을 마스크로 이용하여 식각공정을 통해 상기 제 1 폴리 실리콘층(33)을 선택적으로 제거하여 상기 제 1 반도체 기판(30)에 수직한 방향으로 기둥모양의 제 2 반도체 기판(33a)을 형성한다. 이때, 상기 제 2 반도체 기판(33a)은 상기 필드 산화막(32)에 오버랩 된다.After removing the remaining first insulating layer 34, the first polysilicon layer 33 is selectively removed through an etching process using the LOCOS oxide layer 36 as a mask to form the first semiconductor substrate ( A columnar second semiconductor substrate 33a is formed in a direction perpendicular to 30. In this case, the second semiconductor substrate 33a overlaps the field oxide layer 32.

이어, 도 9d와 도 10d 및 도 11d에 도시한 바와같이 제 1, 제 2 반도체 기판(30)(33a) 표면상에 열산화 공정을 이용하여 터널링 절연막(37)을 형성하고, 상기 터널링 절연막(37)상에 플로팅 게이트로 사용될 제 2 폴리 실리콘층(38)을 형성한다. 이때, 상기 제 2 폴리 실리콘층(38)에 도전성을 위한 불순물 이온주입한다.Subsequently, as shown in FIGS. 9D, 10D, and 11D, a tunneling insulating film 37 is formed on the surfaces of the first and second semiconductor substrates 30 and 33a using a thermal oxidation process, and the tunneling insulating film ( A second polysilicon layer 38 is formed on 37 to be used as the floating gate. In this case, impurity ions are implanted into the second polysilicon layer 38 for conductivity.

이어서, 도 9e와 도 10e 및 도 11e에 도시한 바와같이 건식식각 공정을 이용하여 상기 제 2 반도체 기판(33a)이 노출되도록 상기 제 2 폴리 실리콘층(38)을 에치백 하여 제 2 반도체 기판(33a)의 둘레에 플로팅 게이트(38a)를 형성한 후, 상기 제 2 반도체 기판(33a) 탑부분에만 불순물 영역이 형성되도록 하기 위하여 도 10e 및 도 11e와 같이 제 2 반도체 기판(33a) 사이에 제 2 반도체 기판(33a)의 탑부분은 노출되도록 제 2 포토레지스트(PR2)를 형성한다. 그리고 상기 제 2 포토레지스트(PR2)를 마스크로 이용하여 불순물 이온주입을 통해 상기 제 2 반도체 기판(33a)에 드레인 영역(31b)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIGS. 9E, 10E, and 11E, the second polysilicon layer 38 is etched back to expose the second semiconductor substrate 33a by using a dry etching process. After the floating gate 38a is formed around the 33a, the impurity region is formed only in the top portion of the second semiconductor substrate 33a, as shown in FIGS. 10e and 11e, between the second semiconductor substrate 33a. The second photoresist PR2 is formed to expose the top portion of the second semiconductor substrate 33a. A drain region 31b is formed in the second semiconductor substrate 33a by implanting impurity ions using the second photoresist PR2 as a mask.

이때, 상기 제 2 폴리 실리콘층(38)을 오버에치하여 제 2 반도체 기판(33a) 보다 플로팅 게이트(38a)가 보다 더 낮게 형성되도록 한다.In this case, the second polysilicon layer 38 is overetched so that the floating gate 38a is formed lower than the second semiconductor substrate 33a.

그리고 상기 제 1, 제 2 반도체 기판(30)(33a) 표면에 자연적으로 형성된 산화막(도면에 도시하지 않았음)을 제거한다.The oxide films (not shown) that are naturally formed on the surfaces of the first and second semiconductor substrates 30 and 33a are removed.

이어, 도 9f와 도 10f 및 도 11f에 도시한 바와같이 제 2 포토레지스트(PR2)를 제거하고, 플로팅 게이트(38a)상에 제 2 절연막(39)을 형성하고, 상기 제 2 절연막(39)상에 제 3 폴리 실리콘층을 증착한 후, 포토공정 없이 에치장비에서 건식식각 공정을 이용하여 상기 플로팅 게이트(38a)상에 컨트롤 게이트 라인(40)을 형성한다. 이때, 상기 제 2 절연막(39)은 ONO을 사용하고, 상기 컨트롤 게이트 라인(40)은 워드라인으로 사용하며, 컨트롤 게이트 라인(40)의 높이도 상기 플로팅 게이트(38a)의 높이로 형성한다.9F, 10F, and 11F, the second photoresist PR2 is removed, a second insulating film 39 is formed on the floating gate 38a, and the second insulating film 39 is formed. After depositing a third polysilicon layer on the control gate line, the control gate line 40 is formed on the floating gate 38a using a dry etching process in an etch apparatus without a photo process. In this case, the second insulating layer 39 uses ONO, the control gate line 40 is used as a word line, and the height of the control gate line 40 is also formed at the height of the floating gate 38a.

그리고 상기 컨트롤 게이트 라인(40)을 포함한 전면에 제 3 포토레지스트을 증착하고 에치백 공정을 이용하여 상기 컨트롤 게이트 라인(40) 사이에 제 3 포토레지스트 라인(41)을 형성한다. 이때, 상기 제 3 포토레지스트 라인(41)의 높이도 상기 컨트롤 게이트 라인(40) 높이로 형성한다.A third photoresist is deposited on the entire surface including the control gate line 40, and a third photoresist line 41 is formed between the control gate lines 40 using an etch back process. In this case, the height of the third photoresist line 41 is also formed at the height of the control gate line 40.

이어서, 도 9g와 도 10g 및 도 11g에 도시한 바와같이 제 3 포토레지스트 라인(41)을 포함한 전면에 제 4 포토레지스트를 증착하고 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 제 3 포토레지스트 라인(41)상 및 제 2 반도체 기판(33a)에 걸치도록 제 4 포토레지스트 라인(42)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIGS. 9G, 10G, and 11G, a fourth photoresist is deposited on the entire surface including the third photoresist line 41, and then, on the third photoresist line 41 using a photolithography process. And a fourth photoresist line 42 so as to span the second semiconductor substrate 33a.

그리고 상기 제 4 포토레지스트 라인(42) 측면에 제 5 포토레지스트를 증착하고 에치백 공정을 이용하여 상기 제 4 포토레지스트 라인(42) 측면에 제 5 포토레지스트 측벽(43)을 형성한 후, 상기 제 5 포토레지스트 측벽(43)을 마스크로 이용하여 상기 터널링 절연막(37), 제 2 반도체 기판(33a) 및 플로팅 게이트(38a)와 컨트롤 게이트 라인(40)을 식각하여 각각의 터널링 절연막(37a), 제 2 반도체 기판(33b) 및 플로팅 게이트(38b)와 컨트롤 게이트 라인(40a)을 형성한다.After depositing a fifth photoresist on the side of the fourth photoresist line 42 and forming a fifth photoresist sidewall 43 on the side of the fourth photoresist line 42 using an etch back process, The tunneling insulating layer 37, the second semiconductor substrate 33a, the floating gate 38a, and the control gate line 40 are etched by using the fifth photoresist sidewall 43 as a mask, respectively. The second semiconductor substrate 33b, the floating gate 38b, and the control gate line 40a are formed.

이어, 도 9h와 도 10h 및 도 11h에 도시한 바와같이 잔존하는 제 3, 제 4 포토레지스트 라인(41)(42)과 제 5 포토레지스트 측벽(43)을 제거한 후, 상기 제 1 반도체 기판(30) 및 각각의 제 2 반도체 기판(33b)상에 평탄화용 절연막(44)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIGS. 9H, 10H, and 11H, the remaining third and fourth photoresist lines 41 and 42 and the fifth photoresist sidewall 43 are removed, and then the first semiconductor substrate ( 30 and a planarization insulating film 44 are formed on each of the second semiconductor substrates 33b.

그리고 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 각각의 제 2 반도체 기판(33b)의 드레인 영역(31b)이 노출되도록 상기 평탄화용 절연막(44)을 식각하여 콘택홀을 형성한 후, 상기 콘택홀을 포함한 평탄화용 절연막(44)상에 메탈을 증착하고, 식각공정을 이용하여 상기 각각의 제 2 반도체 기판(33b)상에 메탈라인(45)을 형성한다. 이때, 상기 메탈라인(45)은 비트라인으로 사용하고, 드레인 영역(31b)과 연결된다.The planarization insulating layer 44 is etched to expose the drain region 31b of each of the second semiconductor substrates 33b by using a photolithography process to form a contact hole, and then planarization including the contact hole. A metal is deposited on the insulating film 44 and a metal line 45 is formed on each of the second semiconductor substrates 33b using an etching process. In this case, the metal line 45 is used as a bit line and is connected to the drain region 31b.

도 12는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.12 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.

즉, p형 제 1 반도체 기판(30)의 표면내에 일정 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 제 1 불순물 영역(31a)이 형성되고, 상기 제 1 불순물 영역(31a)상에 일정간격을 갖고 매트릭스 형태로 복수개의 필드 산화막(32)이 형성된다.That is, a plurality of first impurity regions 31a are formed in the surface of the p-type first semiconductor substrate 30 in one direction at predetermined intervals, and have a predetermined interval on the first impurity region 31a in a matrix form. A plurality of field oxide films 32 are formed.

그리고 상기 제 1 불순물 영역(31a)과 오버랩 되도록 상기 필드 산화막(32)상의 제 1 반도체 기판(30)에 수직한 형태로 기둥모양의 제 2 반도체 기판(33a)이 복수개 형성된다.A plurality of pillar-shaped second semiconductor substrates 33a are formed in a form perpendicular to the first semiconductor substrate 30 on the field oxide film 32 so as to overlap the first impurity region 31a.

상기 제 1, 제 2 반도체 기판(30)(33a) 표면에 터널링 절연막(37)이 형성되고, 상기 제 2 반도체 기판(33a) 측면의 터널링 절연막(37)상에 복수개의 플로팅 게이트(38b)가 형성된다. 이때, 상기 플로팅 게이트(38b)는 상기 각 필드 산화막(32)에 2개의 플로팅 게이트(38b)가 오버랩 되며, 각 플로팅 게이트(38b)는 제 2 반도체 기판(33a) 보다 낮게 형성되고, 제 2 반도체 기판(33a)을 감싸도록 형성된다.A tunneling insulating film 37 is formed on the surfaces of the first and second semiconductor substrates 30 and 33a, and a plurality of floating gates 38b are formed on the tunneling insulating film 37 on the side surface of the second semiconductor substrate 33a. Is formed. In this case, the floating gate 38b overlaps the two floating gates 38b on the respective field oxide layers 32, and each floating gate 38b is formed lower than the second semiconductor substrate 33a and the second semiconductor. It is formed to surround the substrate 33a.

상기 각 플로팅 게이트(38b) 표면에 제 2 절연막(39)이 형성되고, 상기 제 1 불순물 영역(31a)과 수직한 방향으로 동일 선상의 복수개의 플로팅 게이트(38b)를 감싸도록 복수개의 컨트롤 게이트 라인(40a)이 형성된다. 이때, 컨트롤 게이트 라인(40a)의 높이도 상기 플로팅 게이트(38b)의 높이로 형성되며, 각 제 2 반도체 기판(33a)의 탑부분에는 제 2 불순물 영역(31b)이 형성된다.A second insulating film 39 is formed on the surface of each floating gate 38b, and a plurality of control gate lines are formed to surround the plurality of floating gates 38b on the same line in a direction perpendicular to the first impurity region 31a. 40a is formed. At this time, the height of the control gate line 40a is also formed as the height of the floating gate 38b, and the second impurity region 31b is formed at the top of each second semiconductor substrate 33a.

그리고 상기 제 2 불순물 영역(31b)에 콘택홀을 갖고 제 1, 제 2 반도체 기판(30)(30a) 전면에 평탄화용 절연막(44)이 형성되고, 상기 콘트롤 게이트 라인(40a)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 상기 평탄화용 절연막(44)상에 복수개의 메탈라인(45)이 형성된다. 이때, 메탈라인(45)은 비트라인으로 이용되는 것으로 동일방향으로 제 2 불순물 영역(31b)에 연결된다.A planarization insulating film 44 is formed on the entire surface of the first and second semiconductor substrates 30 and 30a with a contact hole in the second impurity region 31b, and is perpendicular to the control gate line 40a. A plurality of metal lines 45 are formed on the planarization insulating film 44 at regular intervals. In this case, the metal line 45 is used as a bit line and is connected to the second impurity region 31b in the same direction.

이와같이 구조를 갖는 본 발명의 다른 실시예의 제조방법은 다음과 같다.Thus, the manufacturing method of another embodiment of the present invention having the structure is as follows.

도 13a 내지 도 13h는 본 발명의 다른 실시예의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.13A to 13H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing another embodiment of the present invention.

여기서, 도 13a 내지 도 13f는 도 10a 내지 도 10f와 공정이 동일하다.13A to 13F are the same as those of FIGS. 10A to 10F.

이어, 도 13g에 도시한 바와같이 제 3 포토레지스트 라인(41)을 포함한 전면에 제 4 포토레지스트를 증착하고 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 제 3 포토레지스트 라인(41)상 및 제 2 반도체 기판(33a)에 걸치도록 제 4 포토레지스트 라인(42)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 13G, a fourth photoresist is deposited on the entire surface including the third photoresist line 41 and on the third photoresist line 41 and the second semiconductor substrate using a photolithography process. A fourth photoresist line 42 is formed to span 33a).

그리고 상기 제 4 포토레지스트 라인(42) 측면에 제 5 포토레지스트를 증착하고 에치백 공정을 이용하여 상기 제 4 포토레지스트 라인(42) 측면에 제 5 포토레지스트 측벽(43)을 형성한 후, 상기 제 5 포토레지스트 측벽(43)을 마스크로 이용하여 상기 터널링 절연막(37) 및 플로팅 게이트(38a)와 컨트롤 게이트 라인(40)을 식각하여 각각의 터널링 절연막(37a) 및 플로팅 게이트(38b)와 컨트롤 게이트 라인(40a)을 형성한다.After depositing a fifth photoresist on the side of the fourth photoresist line 42 and forming a fifth photoresist sidewall 43 on the side of the fourth photoresist line 42 using an etch back process, Using the fifth photoresist sidewall 43 as a mask, the tunneling insulating layer 37, the floating gate 38a, and the control gate line 40 are etched to control the tunneling insulating layer 37a and the floating gate 38b, respectively. The gate line 40a is formed.

이어서, 도 13h에 도시한 바와같이 잔존하는 제 3, 제 4 포토레지스트 라인(41)(42)과 제 5 포토레지스트 측벽(43)을 제거한 후, 상기 제 1, 제 2 반도체 기판(30)(33a)상에 평탄화용 절연막(44)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 13H, the remaining third and fourth photoresist lines 41 and 42 and the fifth photoresist sidewall 43 are removed, and then the first and second semiconductor substrates 30 ( The planarization insulating film 44 is formed on 33a).

그리고 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 제 2 반도체 기판(33a)의 드레인 영역(31b)이 노출되도록 상기 평탄화용 절연막(44)을 식각하여 평탄화용 절연막(44)상에 메탈을 증착하고, 식각공정을 이용하여 상기 각각의 제 2 반도체 기판(33b)상에 메탈라인(45)을 형성한다. 이때, 상기 메탈라인(45)은 비트라인으로 사용하고, 드레인 영역(31b)과 연결된다.Then, the planarization insulating film 44 is etched to expose the drain region 31b of the second semiconductor substrate 33a by using a photolithography process to deposit a metal on the planarization insulating film 44, and the etching process is performed. Metal lines 45 are formed on the respective second semiconductor substrates 33b. In this case, the metal line 45 is used as a bit line and is connected to the drain region 31b.

여기서, 본 발명의의 플래쉬 메모리 소자의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.Herein, the operation of the flash memory device of the present invention will be described.

제 2 반도체 기판에서 열전자 주입으로 프로그램되고, 소거 방식은 플로팅 게이트로 부터 소오스 영역으로 전자들이 흐르는 터널링 방식으로 이루어지므로 집적도가 증가하여 속도가 2배로 빨라진다.Programmed by hot electron injection in the second semiconductor substrate, the erase method is a tunneling method in which electrons flow from the floating gate to the source region, thereby increasing the degree of integration and doubling the speed.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the flash memory device of the present invention and the manufacturing method thereof have the following effects.

첫째, 각각의 플로팅 게이트 및 컨트롤 게이트 형성시 포토레지스트를 사용하므로 리소그래피 해상도(Lithigraphy Resolution)의 최소(Minimum) 이하로 사이즈를 형성할 수 있고, 포토레지스트 제거시 추가적인 공정이 필요없어 공정을 단순화 시킬 수 있다.First, since the photoresist is used to form each floating gate and control gate, the size can be formed below the minimum of the lithography resolution, and the process can be simplified because no additional process is required when removing the photoresist. have.

둘째, 컨트롤 게이트 및 플로팅 게이트를 각각 분리하여 형성하므로 셀 면적의 집적도를 향상 시킬 수 있다.Second, since the control gate and the floating gate are formed separately, the integration degree of the cell area can be improved.

셋째, 셀수의 2배 증가로 인하여 억세스(Access)가 가능한 비트수의 증가를 가져온다.Third, the number of bits that can be accessed is increased due to the increase of the number of cells twice.

Claims (10)

제 1 도전형 반도체 기판 표면내에 일정간격을 갖고 일방향으로 형성되는 복수개의 제 2 도전형 제 1 불순물 영역과;A plurality of second conductivity type first impurity regions formed in one direction at regular intervals in the surface of the first conductivity type semiconductor substrate; 상기 제 1 불순물 영역상에 일정간격을 갖고 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 필드 산화막과;A plurality of field oxide films formed in a matrix form on the first impurity region at predetermined intervals; 상기 필드 산화막 사이중 인접한 제 1 불순물 영역 사이의 상기 반도체 기판에 복수개의 쌍이 기둥모양으로 형성되는 제 1 도전형 반도체층;A first conductivity type semiconductor layer in which a plurality of pairs are formed in a pillar shape on the semiconductor substrate between adjacent first impurity regions among the field oxide films; 상기 각 쌍의 제 1 도전형 반도체층 측면에 형성되는 복수개의 플로팅 게이트와;A plurality of floating gates formed on side surfaces of the pair of first conductive semiconductor layers; 상기 제 1 불순물 영역과 수직한 방향으로 동일 선상의 플로팅 게이트들을 감싸도록 형성되는 복수개의 컨트롤 게이트 라인과;A plurality of control gate lines formed to enclose collinear floating gates in a direction perpendicular to the first impurity region; 상기 각 제 1 도전형 반도체층 탑부분에 형성되는 제 2 도전형 제 2 불순물 영역들과;Second conductive second impurity regions formed in the top portions of the first conductive semiconductor layer; 상기 컨트롤 게이트 라인과 수직한 방향으로 동일 선상의 제 2 불순물 영역에 연결되는 복수개의 메탈라인으로 구성됨을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자.And a plurality of metal lines connected to the second impurity region on the same line in a direction perpendicular to the control gate line. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 각 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트 라인의 높이는 상기 제 2 반도체 기판 보다 낮게 형성됨을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자.The height of each of the floating gate and the control gate line is formed lower than the second semiconductor substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 기판 및 제 1 도전형 반도체층과 플로팅 게이트 사이에는 터널링 절연막이 더 형성되고, 상기 플로팅 게이트와 상기 컨트롤 게이트 라인 사이에 유전체막이 더 형성됨을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자.And a tunneling insulating film is further formed between the semiconductor substrate and the first conductive semiconductor layer and the floating gate, and a dielectric film is further formed between the floating gate and the control gate line. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 플로팅 게이트는 한쌍의 반도체층 사이를 제외한 측면에 형성됨을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자.And the floating gate is formed on side surfaces of the semiconductor substrate except for a pair of semiconductor layers. 제 1 도전형 반도체 기판을 준비하는 단계;Preparing a first conductivity type semiconductor substrate; 상기 반도체 기판 표면내에 일정간격을 갖고 일방향으로 복수개의 제 2 도전형 제 1 불순물 영역을 형성하는 단계;Forming a plurality of second conductivity type first impurity regions in one direction at predetermined intervals in the surface of the semiconductor substrate; 상기 제 1 불순물 영역상에 일정간격을 갖고 매트릭스 형태로 복수개의 필드 산화막을 형성하는 단계;Forming a plurality of field oxide films in a matrix form at predetermined intervals on the first impurity region; 상기 필드 산화막 사이중 인접한 각 제 2 도전형 제 1 불순물 영역 사이의 반도체 기판상에 매트릭스 형태로 복수개의 제 1 도전형 반도체층을 형성되는 단계;Forming a plurality of first conductive semiconductor layers in a matrix form on a semiconductor substrate between adjacent second conductive first impurity regions among the field oxide films; 상기 제 1 도전형 반도체 기판 및 제 1 도전형 반도체층 표면에 터널링 절연막을 형성하는 단계;Forming a tunneling insulating layer on surfaces of the first conductive semiconductor substrate and the first conductive semiconductor layer; 상기 각 반도체층 측면에 복수개의 반도체층 보다 낮도록 복수개의 플로팅 게이트 형성하는 단계;Forming a plurality of floating gates on the side surfaces of the semiconductor layers so as to be lower than the plurality of semiconductor layers; 상기 반도체층 탑부분에 복수개의 제 2 도전형 제 2 불순물 영역을 형성하는 단계;Forming a plurality of second conductivity type second impurity regions in the top portion of the semiconductor layer; 상기 각 플로팅 게이트상에 유전체막을 형성하고, 상기 제 1 불순물 영역과 수직한 방향으로 상기 플로팅 게이트를 감싸도록 복수개의 컨트롤 게이트 라인을 형성하는 단계;Forming a dielectric film on each floating gate, and forming a plurality of control gate lines to surround the floating gate in a direction perpendicular to the first impurity region; 상기 각 컨트롤 게이트 라인의 길이 방향으로 상기 각 제 1 도전형 반도체층, 플로팅 게이트, 컨트롤 게이트 라인의 중앙부분을 제거하여 셀을 두배로 늘리는 단계;Doubling the cells by removing center portions of the first conductive semiconductor layer, the floating gate, and the control gate line in the length direction of each control gate line; 전면에 평탄화용 절연막을 형성하고, 제 2 도전형 제 2 불순물 영역이 노출되도록 콘택홀을 형성하는 단계;Forming a planarization insulating film on the entire surface, and forming a contact hole to expose the second conductivity type second impurity region; 상기 컨트롤 게이트 라인와 수직한 방향으로 제 2 불순물 영역에 연결되도록 복수개의 메탈라인을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조방법.And forming a plurality of metal lines to be connected to the second impurity region in a direction perpendicular to the control gate line. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 각 반도체층은 양측 모서리 부분이 인접한 필드 산화막과 오버랩 되도록 형성함을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조방법.Wherein each of the semiconductor layers is formed such that both corner portions thereof overlap with the adjacent field oxide layer. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 터널링 절연막은 열산화 공정을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조방법.The tunneling insulating film is a method of manufacturing a flash memory device, characterized in that formed using a thermal oxidation process. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 플로팅 게이트와 상기 컨트롤 게이트 라인은 상기 제 2 반도체 기판 보다 더 낮게 형성함을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조방법.And the floating gate and the control gate line are formed lower than the second semiconductor substrate. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 셀을 두배로 늘리는 단계에 있어서,In the step of doubling the cell, 상기 플로팅 게이트 및 컨트롤 게이트 라인상에 제 1 포토레지스트를 형성하는 단계;Forming a first photoresist on said floating gate and control gate line; 상기 제 1 포토레지스트상의 상기 컨트롤 게이트 라인에 오버랩 되도록 복수개의 제 2 포토레지스트 라인을 형성하는 단계;Forming a plurality of second photoresist lines to overlap the control gate lines on the first photoresist; 상기 제 2 포토레지스트 라인 측면에 제 3 포토레지스트 측벽을 형성하는 단계;Forming a third photoresist sidewall on the side of the second photoresist line; 상기 제 3 포토레지스 측벽을 마스크로 하여 상기 제 1 도전형 반도체층, 플로팅 게이트, 컨트롤 게이트 라인의 중앙부분을 제거하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조방법.And removing a center portion of the first conductive semiconductor layer, the floating gate, and the control gate line using the third photoresist sidewall as a mask. 제 1 도전형 반도체 기판을 준비하는 단계;Preparing a first conductivity type semiconductor substrate; 상기 제 1 도전형 반도체 기판 표면내에 일정간격을 갖고 일방향으로 복수개의 제 2 도전형 제 1 불순물 영역을 형성하는 단계;Forming a plurality of second conductivity type first impurity regions in one direction at a predetermined interval within the surface of the first conductivity type semiconductor substrate; 상기 제 1 불순물 영역상에 매트릭스 형태로 복수개의 필드 산화막을 형성하는 단계;Forming a plurality of field oxide films in a matrix form on the first impurity region; 상기 필드 산화막 사이중 인접한 각 제 2 도전형 제 1 불순물 영역 사이의 반도체 기판상에 매트릭스 형태로 복수개의 제 1 도전형 반도체층을 형성하는 단계;Forming a plurality of first conductive semiconductor layers in a matrix form on the semiconductor substrate between adjacent second conductive first impurity regions among the field oxide films; 상기 제 1 도전형 반도체 기판 및 제 1 도전형 반도체층 표면에 터널링 절연막을 형성하는 단계;Forming a tunneling insulating layer on surfaces of the first conductive semiconductor substrate and the first conductive semiconductor layer; 상기 각 반도체층 측면에 반도체층 보다 낮도록 복수개 플로팅 게이트를 형성하는 단계;Forming a plurality of floating gates on the side surfaces of the semiconductor layers so as to be lower than the semiconductor layers; 상기 각 반도체층 탑부분에 복수개의 제 2 도전형 제 2 불순물 영역을 형성하는 단계;Forming a plurality of second conductivity type second impurity regions in each top portion of the semiconductor layer; 상기 플로팅 게이트상에 유전체막을 형성하고, 상기 제 1 불순물 영역과 수직한 방향으로 상기 플로팅 게이트를 감싸도록 복수개의 컨트롤 게이트 라인을 형성하는 단계;Forming a dielectric film on the floating gate and forming a plurality of control gate lines to surround the floating gate in a direction perpendicular to the first impurity region; 상기 각 컨트롤 게이트 라인의 길이 방향으로 상기 각 플로팅 게이트, 컨트롤 게이트 라인의 중앙부분을 제거하여 셀을 두배로 늘리는 단계;Doubling the cell by removing a center portion of each floating gate and a control gate line in a length direction of each control gate line; 상기 반도체층 전면에 평탄화용 절연막을 형성하고, 상기 각 제 2 도전형 제 2 불순물 영역이 노출되도록 콘택홀을 형성하는 단계;Forming a planarization insulating film on the entire surface of the semiconductor layer, and forming contact holes to expose each of the second conductivity type second impurity regions; 상기 컨트롤 게이트 라인과 수직한 방향으로 제 2 불순물 영역에 연결되도록 복수개의 메탈라인을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 제조방법.And forming a plurality of metal lines to be connected to the second impurity region in a direction perpendicular to the control gate line.
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US8232127B2 (en) 2008-09-24 2012-07-31 Hanvision Co., Ltd. Thermo-electric semiconductor device and method for manufacturing the same

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