KR19990018367A - Nonvolatile Memory Device and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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Abstract

자기정렬된 얕은 트렌치 소자분리(SA-STI) 구조를 갖는 불휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 불휘발성 메모리 장치는, 액티브 영역을 한정하기 위하여 반도체 기판 내에 소정 깊이로 형성된 트렌치 소자분리 영역; 상기 액티브 영역의 상부에 터널 산화막을 개재하여 형성되며, 상기 트렌치 소자분리 영역과 동일한 포토-마스크로써 형성된 제1 도전층과, 메모리 셀 영역에서는 상기 제1 도전층의 측벽에 스페이서 형태로 형성되고 선택 트랜지스터 영역에서는 상기 제1 도전층의 상부와 측벽을 연결하도록 형성된 제2 도전층으로 이루어진 플로팅 게이트; 및 상기 플로팅 게이트의 상부에 층간 절연막을 개재하여 형성된 컨트롤 게이트를 구비한다. 플로팅 게이트와 트렌치 소자분리 영역이 동일한 마스크로써 자기정렬되어 형성되며, 선택 트랜지스터 영역의 플로팅 게이트가 모두 전기적으로 컨트롤 게이트와 연결된다. 또한, 커플링 비의 감소없이 컨트롤 게이트를 용이하게 식각할 수 있다.Disclosed are a nonvolatile memory device having a self-aligned shallow trench isolation (SA-STI) structure and a method of manufacturing the same. The nonvolatile memory device may include a trench isolation region formed to a predetermined depth in a semiconductor substrate to define an active region; A first conductive layer formed over the active region via a tunnel oxide layer and formed as the same photo-mask as the trench isolation region; and in a memory cell region, the first conductive layer is formed in a spacer form on a sidewall of the first conductive layer and is selected. A floating gate including a second conductive layer formed to connect an upper side of the first conductive layer and a sidewall of the first conductive layer; And a control gate formed on the floating gate through an interlayer insulating layer. The floating gate and the trench isolation region are formed to be self-aligned with the same mask, and the floating gates of the select transistor regions are all electrically connected to the control gate. In addition, the control gate can be easily etched without reducing the coupling ratio.

Description

불휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법Nonvolatile Memory Device and Manufacturing Method Thereof

본 발명은 불휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기정렬된 얕은 트렌치 소자분리(self-aligned shallow trench isolation) 구조를 갖는 불휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a nonvolatile memory device having a self-aligned shallow trench isolation structure and a method of manufacturing the same.

반도체 메모리 장치는 DRAM(dynamic random access memory) 및 SRAM(static random access memory)과 같이 시간이 지남에 따라 데이터를 잃어버리는 휘발성(volatile)이면서 데이터의 입·출력이 빠른 RAM 제품과, 한번 데이터를 입력하면 그 상태를 유지할 수 있지만 데이터의 입·출력이 느린 ROM(read only memory) 제품으로 크게 구분할 수 있다. 이러한 ROM 제품 중에서, 전기적으로 데이터의 입·출력이 가능한 EEPROM(electrically erasable and programmable ROM) 또는 플래쉬 메모리에 대한 수요가 늘고 있다. 플래쉬 메모리 소자는 회로 보드(board)로 부터 제거하지 않으면서 고속으로 전기적 소거가 가능한 EEPROM의 진보된 형태로서, 메모리 셀 구조가 간단하여 단위 메모리당 제조 원가가 싸고 데이터를 보존하기 위한 리프레쉬(refresh) 기능이 불필요하다는 장점이 있지만, 데이터의 입·출력 속도가 수백 ㎲에서 수 ㎳로서 RAM 제품의 수십 ㎱에 비해 현저하게 느리다는 단점이 있다.Semiconductor memory devices, such as dynamic random access memory (DRAM) and static random access memory (SRAM), are volatile and fast data input / output that loses data over time, and data is input once. If you do this, you can maintain the status, but it can be divided into ROM (read only memory) products with slow data input and output. Among these ROM products, there is an increasing demand for electrically erasable and programmable ROM (EEPROM) or flash memory that can electrically input and output data. Flash memory devices are an advanced form of EEPROM that can be electrically erased at high speed without removing them from the circuit board.The memory cell structure is simple, so the manufacturing cost per unit memory is low and the data is refreshed to preserve data. The advantage is that functions are unnecessary, but the input / output speed of data is hundreds of kilowatts to several kilowatts, which is significantly slower than tens of RAM products.

플래쉬 메모리 소자를 회로적 관점에서 살펴보면, 각각의 메모리 셀을 독립적으로 제어할 수 있어 동작 속도가 빠르지만 2셀당 1개의 콘택이 필요하여 셀 면적이 커지는 NOR형과 몇개의 메모리 셀을 하나의 묶음체로 제어할 수 있어 고집적화에 유리한 NAND형으로 구분할 수 있다.Looking at the flash memory device from a circuit point of view, each memory cell can be controlled independently, so that the operation speed is high, but one contact is required per two cells, so that the cell area becomes large and several memory cells are combined into one bundle. It can be controlled and classified into NAND type, which is advantageous for high integration.

특히, 고집적 플래쉬 메모리 소자는 자기 디스크 메모리(magnetic disk memory) 장치를 대체할 수 있는 것으로 기대되는데, 이는 작은 셀 면적과 빠른 억세스 시간(access time), 그리고 적은 전력 소모 등의 여러 가지 장점을 갖고 있기 때문이다. 그러나, 상기 플래쉬 메모리가 자기 디스크 메모리를 대체하기 위해서는 비트당 원가를 더욱 줄여야 하며, 이를 위해서 공정 횟수를 감소시키고 셀 크기를 더욱 줄이는 것이 요구된다. 이러한 요구 조건을 만족하기 위하여 자기정렬된 얕은 트렌치 소자분리(이하 SA-STI라 한다) 구조를 갖는 NAND형 플래쉬 메모리 셀이 제안되었다 (참조 문헌: IEDM'94, S.Aritome 등, A 0.64μm2SELF-ALIGNED SHALLOW TRENCH ISOLATION(SA-STI CELL) FOR 3V-only 256Mbit NAND EEPROMs), pp.61∼64).In particular, highly integrated flash memory devices are expected to replace magnetic disk memory devices, which have several advantages such as small cell area, fast access time, and low power consumption. Because. However, in order to replace the magnetic disk memory, the flash memory needs to further reduce the cost per bit, and to this end, it is required to reduce the number of processes and further reduce the cell size. In order to satisfy these requirements, a NAND type flash memory cell with a self-aligned shallow trench isolation (hereinafter referred to as SA-STI) structure has been proposed (IEDM'94, S.Aritome et al., A 0.64μm 2). SELF-ALIGNED SHALLOW TRENCH ISOLATION (SA-STI CELL) FOR 3V-only 256 Mbit NAND EEPROMs), pp. 61-64).

먼저, 상기 SA-STI 구조를 갖는 NAND형 플래쉬 메모리 셀과 일반적인 NAND형 플래쉬 메모리 셀을 비교하여 설명하고자 한다.First, a description will be made by comparing a NAND type flash memory cell having the SA-STI structure with a general NAND type flash memory cell.

도 1은 통상적인 NAND형 플래쉬 메모리 셀의 레이아웃도이고, 도 2는 상기 SA-STI 구조를 갖는 NAND형 플래쉬 메모리 셀의 레이아웃도이다. 도 1에서, 참조 부호 12는 플로팅 게이트(floating gate)를 나타낸다. 도 2에서, 참조 부호 54는 플로팅 게이트, 그리고 66은 선택 트랜지스터의 게이트를 각각 나타낸다.FIG. 1 is a layout diagram of a conventional NAND flash memory cell, and FIG. 2 is a layout diagram of a NAND flash memory cell having the SA-STI structure. In Fig. 1, reference numeral 12 denotes a floating gate. In Fig. 2, reference numeral 54 denotes a floating gate and 66 denotes a gate of a selection transistor.

도 2에 도시된 SA-STI 구조를 갖는 NAND형 플래쉬 메모리 셀에서는 전하의 저장에 사용되는 플로팅 게이트(54)가 도 1에서와 달리 액티브 패턴에 오버랩되지 않는다. 즉, 액티브 영역과 필드 영역을 형성하기 위한 액티브 패턴과 플로팅 게이트(54)의 패턴이 동일하다. 또한, 한번의 사진공정만으로 플로팅 게이트(54) 패턴과 액티브 영역을 동시에 형성할 수 있다. 따라서, 비트라인 간의 이격 거리를 줄여서 메모리 셀의 사이즈를 감소시킬 수 있게 된다.In the NAND type flash memory cell having the SA-STI structure shown in FIG. 2, the floating gate 54 used for storing charges does not overlap the active pattern unlike in FIG. 1. That is, the active pattern for forming the active region and the field region and the pattern of the floating gate 54 are the same. In addition, the floating gate 54 pattern and the active region may be simultaneously formed by only one photo process. Therefore, the size of the memory cell can be reduced by reducing the separation distance between the bit lines.

도 3a 내지 도 6b는 도 2에 도시한 SA-STI 구조를 갖는 플래쉬 메모리 셀의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 여기서, 각 a도는 메모리 셀을 워드 라인 방향, 즉 Y1-Y1' 또는 Y2-Y2' 방향으로 절단한 단면도이고, 각 b도는 메모리 셀 트랜지스터를 비트 라인 방향, 즉 X-X' 방향으로 절단한 단면도이다.3A to 6B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory cell having a SA-STI structure shown in FIG. 2. Here, each a is a cross-sectional view in which the memory cell is cut in the word line direction, that is, in the Y1-Y1 'or Y2-Y2' direction, and each b is a cross-sectional view in which the memory cell transistor is cut in the bit line direction, that is, in the X-X 'direction.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 사진 및 이온주입 공정을 통해 반도체 기판(50)의 소정 영역에 P웰을 형성한 후, 그 상부에 터널 산화막(52)을 약 85Å의 두께로 성장시킨다. 이어서, 상기 터널 산화막(52)의 상부에 플로팅 게이트로 사용될 제1 폴리실리콘층(54)을 2000∼4000Å 정도의 두께로 증착하고, 그 위에 제1 산화막(56)을 증착한다. 상기 제1 산화막(56)은 트렌치 소자분리를 위해 반도체 기판(50) 및 제1 폴리실리콘층(54)을 식각할 때 식각 마스크로 사용되어진다.Referring to FIGS. 3A and 3B, after forming a P well in a predetermined region of the semiconductor substrate 50 through a photograph and an ion implantation process, the tunnel oxide layer 52 is grown to a thickness of about 85 kHz thereon. Subsequently, a first polysilicon layer 54 to be used as a floating gate is deposited on the tunnel oxide layer 52 to a thickness of about 2000 to 4000 microns, and the first oxide layer 56 is deposited thereon. The first oxide layer 56 is used as an etch mask when etching the semiconductor substrate 50 and the first polysilicon layer 54 for trench isolation.

이어서, 도 2에 도시된 바와 같은 액티브 패턴을 사진 공정에 의해 형성한 후, 이를 이용하여 상기 제1 산화막(56)을 식각한다. 계속해서, 상기 제1 산화막(56)을 식각 마스크로 하여 제1 폴리실리콘층(54), 터널 산화막(52) 및 기판(50)을 연속적으로 식각하여 트렌치(58)를 형성한다. 이어서, 소자분리 특성을 강화시키기 위하여 상기 트렌치(58) 하부의 기판(50)에 P형 불순물, 예컨대 보론(B)을 이온주입하여 채널 스톱층(channel stop layer)(도시하지 않음)을 형성한다.Subsequently, after forming an active pattern as shown in FIG. 2 by a photolithography process, the first oxide layer 56 is etched using the active pattern. Subsequently, the first polysilicon layer 54, the tunnel oxide film 52, and the substrate 50 are continuously etched using the first oxide film 56 as an etching mask to form a trench 58. Subsequently, P-type impurities such as boron (B) are ion-implanted into the substrate 50 under the trench 58 to form a channel stop layer (not shown) to enhance device isolation characteristics. .

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 트렌치(58)가 형성된 결과물의 전면에 제2 산화막(60)을 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 방법으로 증착한다.4A and 4B, the second oxide layer 60 is deposited on the entire surface of the resultant product in which the trench 58 is formed by chemical vapor deposition (CVD).

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 플로팅 게이트(54)의 측벽 일부가 노출될 때까지 상기 제2 산화막(60)을 건식 식각함으로써, 상기 트렌치(58)의 내부에만 제2 산화막(60)을 매립시킨다. 이어서, 상기 결과물의 전면에 층간 절연막으로서 ONO (oxide/nitride/oxide)(62)을 증착한다.Referring to FIGS. 5A and 5B, the second oxide layer 60 is dry-etched until a portion of the sidewall of the floating gate 54 is exposed, so that the second oxide layer 60 is formed only in the trench 58. Landfill. Subsequently, ONO (oxide / nitride / oxide) 62 is deposited as an interlayer insulating film on the entire surface of the resultant product.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 ONO막(62)의 상부에 컨트롤 게이트(control gate)로 사용될 제2 폴리실리콘층(64)을 증착한다. 이어서, 사진식각 공정으로 상기 컨트롤 게이트(64), ONO막(62) 및 플로팅 게이트(54)를 패터닝하여 선택 트랜지스터의 게이트(66) 및 셀 트랜지스터의 게이트(68)를 형성한다. 이때, 도 2의 레이아웃도에서 볼 수 있듯이, 메모리 셀 트랜지스터 영역(Y1-Y1')과 선택 트랜지스터 영역(Y2-Y2')의 게이트 수직 구조가 액티브 패턴에 의해 플로팅 게이트(54)까지 동시에 패터닝하게 됨으로써 서로 동일하게 형성된다. 또한, 선택 트랜지스터의 게이트(66) 영역에서도 메모리 셀 트랜지스터의 게이트(68) 영역과 같이 플로팅 게이트(54)가 각각의 스트링 단위로 서로 분리된다.6A and 6B, a second polysilicon layer 64 to be used as a control gate is deposited on the ONO layer 62. Subsequently, the control gate 64, the ONO film 62, and the floating gate 54 are patterned by photolithography to form the gate 66 of the selection transistor and the gate 68 of the cell transistor. At this time, as shown in the layout diagram of FIG. 2, the gate vertical structures of the memory cell transistor regions Y1-Y1 ′ and the selection transistor regions Y2-Y2 ′ are simultaneously patterned to the floating gate 54 by an active pattern. As a result, they are formed in the same manner. In addition, in the gate 66 region of the selection transistor, the floating gate 54 is separated from each other in units of strings like the gate 68 region of the memory cell transistor.

상술한 종래의 SA-STI 구조를 갖는 NAND형 플래쉬 메모리 셀에 의하면, 트렌치 소자분리 공정을 사용함으로써 기존의 선택적 실리콘 산화법(local oxidation of silicon; LOCOS)에 의한 소자분리 공정보다 소자간의 이격 거리를 작게 할 수 있으며, 플로팅 게이트(54)와 액티브 패턴을 동일하게 만들어 메모리 셀의 사이즈를 감소시키고 공정 횟수를 줄일 수 있다.According to the above-described conventional NAND-type flash memory cell having a SA-STI structure, by using the trench device isolation process, the separation distance between devices is smaller than that of the device isolation process by the local oxidation of silicon (LOCOS). The active pattern may be the same as that of the floating gate 54, thereby reducing the size of the memory cell and reducing the number of processes.

그러나, 상술한 종래의 SA-STI 구조를 갖는 NAND형 플래쉬 메모리 셀은 다음과 같은 문제점을 갖는다.However, the NAND type flash memory cell having the above-described conventional SA-STI structure has the following problems.

도 2에 도시된 바와 같이, NAND형 플래쉬 메모리 소자는 다수의 메모리 셀이 하나의 비트라인 콘택(70)과 공통 소오스 라인(72) 사이에 직렬로 연결되어 하나의 스트링(string)을 구성하며, 상기 스트링이 다수개 병렬로 연결되어 하나의 블록(block)을 구성하고 상기 비트라인 콘택(70)을 중심으로 대칭적으로 블록이 배치되어 있다. 따라서, 특성 셀을 선택하고자 할 때, 워드라인과 비트라인이 선택되면 특정 블록을 지정하기 위해 선택 라인(select line)(66)을 이용하게 된다. 상기 선택 라인(66)은 메모리 셀과는 달리 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트를 전기적으로 연결하여 모스 트랜지스터로써 동작하도록 하며, 이를 위해 통상적으로 버팅 콘택(butting contact)을 이용하고 있다. 즉, 버팅 콘택을 이용하여 선택 라인의 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트를 금속으로 연결시킨다.As shown in FIG. 2, in the NAND type flash memory device, a plurality of memory cells are connected in series between one bit line contact 70 and a common source line 72 to form one string. A plurality of strings are connected in parallel to form a block, and blocks are symmetrically arranged around the bit line contact 70. Therefore, when a feature cell is to be selected, if a word line and a bit line are selected, a select line 66 is used to designate a specific block. Unlike the memory cell, the select line 66 electrically connects the floating gate and the control gate to operate as a MOS transistor. For this purpose, butting contacts are generally used. That is, the floating gate and the control gate of the selection line are connected to the metal using a butting contact.

그러나, 상기한 SA-STI 공정을 적용할 경우, 트렌치 소자분리 패턴과 플로팅 게이트 패턴이 동일한 액티브 마스크를 이용하여 자기정렬되어 형성되므로 선택 트랜지스터 (또는 선택 라인; 66)의 플로팅 게이트가 메모리 셀 영역에서와 마찬가지로 단위 스트링마다 서로 분리된 구조로 형성된다. 따라서, 선택 트랜지스터의 게이트가 메모리 셀 트랜지스터의 게이트와 동일한 구조를 갖게 되어 플로팅 게이트가 ONO막에 의해 컨트롤 게이트와 절연되므로, 정상적인 모스 트랜지스터로서 동작하기가 어렵게 된다.However, in the SA-STI process described above, since the trench isolation pattern and the floating gate pattern are self-aligned using the same active mask, the floating gate of the select transistor (or select line) 66 is formed in the memory cell region. Similarly, each unit string is formed in a structure separated from each other. Therefore, since the gate of the selection transistor has the same structure as that of the memory cell transistor, and the floating gate is insulated from the control gate by the ONO film, it becomes difficult to operate as a normal MOS transistor.

또한, 상술한 종래의 SA-STI 구조를 갖는 NAND형 플래쉬 메모리 셀에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이 플로팅 게이트(54)의 길이가 액티브 패턴의 폭에 해당하는 길이로 제한된다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같은 일반적인 NAND형 플래쉬 메모리 셀에서의 플로팅 게이트 면적보다 작은 면적을 갖게 되어 커플링 비(coupling ratio)가 상대적으로 작아지게 된다. 이를 해결하기 위하여 플로팅 게이트의 두께를 두껍게 만들어 플로팅 게이트의 측벽 높이를 증대시킴으로써 ONO막의 면적을 확대시키는 방법이 제안되었다. 그러나, 상기한 방법에 의하면 컨트롤 게이트, ONO막 및 플로팅 게이트를 연속적으로 식각할 때 컨트롤 게이트 또는 플로팅 게이트의 찌꺼기(stringer)가 발생할 가능성이 높아진다.In addition, according to the aforementioned NAND type flash memory cell having the SA-STI structure, the length of the floating gate 54 is limited to the length corresponding to the width of the active pattern as shown in FIG. Therefore, the area is smaller than the floating gate area in the general NAND type flash memory cell as shown in FIG. 1, so that the coupling ratio is relatively small. To solve this problem, a method of enlarging the area of the ONO film by increasing the thickness of the floating gate by increasing the thickness of the floating gate has been proposed. However, according to the above method, when the control gate, the ONO film, and the floating gate are continuously etched, the likelihood of generating a stringer of the control gate or the floating gate increases.

따라서, 본 발명은 상술한 종래 방법의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 선택 트랜지스터의 플로팅 게이트가 모두 전기적으로 컨트롤 게이트와 연결되도록 하고, 커플링 비의 감소없이 컨트롤 게이트 및 메모리 셀 트랜지스터의 게이트 패터닝이 용이한 불휘발성 메모리 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above-described problems of the conventional method, and an object of the present invention is to allow the floating gates of the select transistors to be electrically connected to the control gates, and control gate and memory without reducing the coupling ratio. The present invention provides a nonvolatile memory device that is easy to gate-pattern a cell transistor.

본 발명의 다른 목적은 상기 불휘발성 메모리 장치를 제조하는데 특히 적합한 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory device which is particularly suitable for manufacturing the nonvolatile memory device.

도 1은 일반적인 NAND형 플래쉬 메모리 셀의 레이아웃도이다.1 is a layout diagram of a general NAND flash memory cell.

도 2는 종래의 SA-STI 구조를 갖는 NAND형 플래쉬 메모리 셀의 레이아웃도이다.2 is a layout diagram of a NAND type flash memory cell having a conventional SA-STI structure.

도 3a 내지 도 6b는 도 2에 도시한 플래쉬 메모리 셀의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3A to 6B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the flash memory cell shown in FIG. 2.

도 7은 본 발명에 의한 SA-STI 구조를 갖는 NAND형 플래쉬 메모리 셀의 레이아웃도이다.7 is a layout diagram of a NAND type flash memory cell having a SA-STI structure according to the present invention.

도 8a 및 도 8b는 도 7에 도시한 플래쉬 메모리 셀에 있어서 선택 트랜지스터 영역과 메모리 셀 영역을 각각 도시한 단면도들이다.8A and 8B are cross-sectional views illustrating a selection transistor region and a memory cell region, respectively, in the flash memory cell shown in FIG. 7.

도 9a 내지 도 13b는 도 7에 도시한 플래쉬 메모리 셀의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.9A to 13B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the flash memory cell shown in FIG. 7.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

100 : 반도체 기판 102 : 터널 산화막100 semiconductor substrate 102 tunnel oxide film

104 : 제1 도전층 106 : 제2 절연막104: first conductive layer 106: second insulating film

108 : 트렌치 110 : 제3 절연막108: trench 110: third insulating film

112 : 제2 도전층 114 : 선택 라인 패턴112: second conductive layer 114: selection line pattern

118 : 층간 절연막 120 : 제3 도전층118: interlayer insulating film 120: third conductive layer

122 : 선택 트랜지스터 124 : 셀 트랜지스터122: selection transistor 124: cell transistor

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 직렬 접속된 트랜지스터들로 이루어진 다수의 스택형 메모리 셀들과, 상기 메모리 셀들 중 미리 설정된 하나의 특정 셀을 선택하기 위하여 적어도 하나 이상의 선택 트랜지스터가 비트라인 콘택과 공통 소오스 라인 사이에 서로 직렬로 접속되어 단위 스트링을 구성하는 불휘발성 메모리 장치에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of stacked memory cells comprising a series of transistors connected in series, and at least one selection transistor is common to the bit line contact to select one predetermined cell among the memory cells. A nonvolatile memory device in which a unit string is connected to one another in series between source lines,

액티브 영역을 한정하기 위하여 반도체 기판 내에 소정 깊이로 형성된 트렌치 소자분리 영역; 상기 액티브 영역의 상부에 터널 산화막을 개재하여 형성되며, 상기 트렌치 소자분리 영역과 동일한 포토-마스크로써 형성된 제1 도전층과, 상기 메모리 셀 영역에서는 상기 제1 도전층의 측벽에 스페이서 형태로 형성되고 상기 선택 트랜지스터 영역에서는 상기 제1 도전층의 상부와 측벽을 연결하도록 형성된 제2 도전층으로 이루어진 플로팅 게이트; 및 상기 플로팅 게이트의 상부에 층간 절연막을 개재하여 형성된 컨트롤 게이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치를 제공한다.A trench isolation region formed to a predetermined depth in the semiconductor substrate to define an active region; A first conductive layer formed over the active region via a tunnel oxide layer, the first conductive layer formed as the same photo-mask as the trench isolation region, and in the memory cell region in the form of a spacer on sidewalls of the first conductive layer; A floating gate including a second conductive layer formed to connect a sidewall of an upper portion of the first conductive layer to the selection transistor region; And a control gate formed on the floating gate with an interlayer insulating layer interposed therebetween.

바람직하게는, 상기 선택 트랜지스터 영역에서 상기 제2 도전층의 패턴은 상기 트렌치 소자분리 영역의 패턴보다 넓게 형성된다.Preferably, the pattern of the second conductive layer in the selection transistor region is wider than the pattern of the trench isolation region.

바람직하게는, 상기 제1 도전층은 상기 스트링 단위로 분리된다.Preferably, the first conductive layer is separated by the string unit.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 직렬 접속된 트랜지스터들로 이루어진 다수의 스택형 메모리 셀들과, 상기 메모리 셀들 중 미리 설정된 하나의 특정 셀을 선택하기 위하여 적어도 하나 이상의 선택 트랜지스터가 비트라인 콘택과 공통 소오스 라인 사이에 서로 직렬로 접속되어 단위 스트링을 구성하는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of stacked memory cells composed of transistors connected in series, and at least one selection transistor is selected from a bit line contact to select a predetermined one of the memory cells. A method of manufacturing a nonvolatile memory device in which unit strings are connected in series between a common source line to form a unit string.

반도체 기판의 상부에 제1 절연막, 플로팅 게이트로 사용될 제1 도전층 및 제2 절연막을 순차적으로 형성하는 단계; 사진식각 공정으로 상기 반도체 기판을 소정 깊이로 식각함으로써 트렌치를 형성하는 단계; 상기 결과물의 전면에 제3 절연막을 형성하고 이를 상기 제1 도전층의 상부와 측벽이 노출될 때까지 식각함으로써 트렌치 소자분리 영역을 형성하는 단계; 상기 결과물의 전면에 제2 도전층을 형성하는 단계; 사진 공정으로 선택 트랜지스터 영역의 상부에만 감광막을 형성한 후, 이를 이용하여 상기 메모리 셀 영역의 제2 도전층을 식각함으로써 상기 제1 도전층의 측벽에 스페이서 형태로 제2 도전층을 남기는 단계; 상기 결과물의 전면에 층간 절연막 및 컨트롤 게이트로 사용될 제3 도전층을 차례로 형성하는 단계; 및 상기 제3 도전층, 층간 절연막, 제2 도전층 및 제1 도전층을 식각하여 선택 트랜지스터 및 메모리 셀의 게이트들을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법을 제공한다.Sequentially forming a first insulating film, a first conductive layer to be used as a floating gate, and a second insulating film on the semiconductor substrate; Forming a trench by etching the semiconductor substrate to a predetermined depth by a photolithography process; Forming a trench isolation region by forming a third insulating film on the entire surface of the resultant and etching the same until the top and sidewalls of the first conductive layer are exposed; Forming a second conductive layer on the entire surface of the resultant product; Forming a photoresist film only on an upper portion of the selection transistor region by a photolithography process, and then etching the second conductive layer of the memory cell region using the photoresist to leave a second conductive layer in the form of a spacer on the sidewall of the first conductive layer; Sequentially forming a third conductive layer to be used as an interlayer insulating film and a control gate on the entire surface of the resultant product; And etching the third conductive layer, the interlayer insulating layer, the second conductive layer, and the first conductive layer to form gates of a selection transistor and a memory cell. .

바람직하게는, 상기 제2 절연막은 CVD 산화막 또는 CVD 질화막 중의 어느 하나로 형성하고, 상기 제3 절연막은 CVD 산화막 또는 열 산화막과 CVD-산화막의 적층막 중의 어느 하나로 형성한다.Preferably, the second insulating film is formed of either a CVD oxide film or a CVD nitride film, and the third insulating film is formed of any one of a CVD oxide film or a laminated film of a thermal oxide film and a CVD-oxide film.

상기 트렌치를 형성하는 단계는, 상기 제2 절연막의 상부에 액티브 영역을 정의하기 위한 감광막을 형성하고, 이를 이용하여 상기 제2 절연막을 식각하는 단계; 상기 감광막을 제거하는 단계; 및 상기 제2 절연막을 식각 마스크로 이용하여 상기 제1 도전층, 제1 절연막 및 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계로 이루어진다.The forming of the trench may include forming a photoresist layer on the second insulating layer to define an active region, and etching the second insulating layer using the photoresist; Removing the photosensitive film; And forming a trench by etching the first conductive layer, the first insulating layer, and the semiconductor substrate using the second insulating layer as an etching mask.

상기 제3 절연막은 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 공정으로 식각하며, 이때 상기 제2 절연막이 함께 식각된다.The third insulating film is etched by a chemical mechanical polishing (CMP) process, wherein the second insulating film is etched together.

바람직하게는, 상기 제2 도전층을 식각하기 위한 감광막은 선택 트랜지스터 영역의 일부 또는 전체를 포함하도록 형성한다.Preferably, the photoresist layer for etching the second conductive layer is formed to include a part or the whole of the selection transistor region.

본 발명은 액티브 영역을 정의하기 위한 트렌치 소자분리 영역과 플로팅 게이트가 동일한 마스크를 사용하여 자기정렬적으로 형성된다. 또한, 별도의 포토-마스크를 이용하여 메모리 셀 영역에서는 제1 도전층과 상기 제1 도전층의 측벽에 스페이서 형태로 형성된 제2 도전층으로 플로팅 게이트를 구성하고, 선택 트랜지스터 영역에서는 스트링 단위로 각각 분리되어 형성된 제1 도전층의 상부와 측벽이 제2 도전층에 의해 서로 연결되도록 한다. 따라서, 선택 트랜지스터 영역에서는 플로팅 게이트가 모두 전기적으로 컨트롤 게이트와 연결된다.In the present invention, the trench isolation region and the floating gate for defining the active region are formed in a self-alignment using the same mask. In addition, a floating gate is formed of a first conductive layer and a second conductive layer formed in a spacer form on sidewalls of the first conductive layer in a memory cell region by using a separate photo-mask, and in a string unit in a selection transistor region, respectively. The top and sidewalls of the first conductive layer formed separately are connected to each other by the second conductive layer. Therefore, in the selection transistor region, all the floating gates are electrically connected to the control gate.

또한, 제1 도전층과 제2 도전층으로 플로팅 게이트를 형성하므로, 플로팅 게이트의 두께를 증가시키지 않으면서 층간 절연막의 면적을 확대되어 커플링 비의 감소없이 컨트롤 게이트의 식각이 용이해진다.In addition, since the floating gate is formed of the first conductive layer and the second conductive layer, the area of the interlayer insulating layer is enlarged without increasing the thickness of the floating gate, thereby making it easier to etch the control gate without reducing the coupling ratio.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7은 본 발명에 의한 SA-STI 구조를 갖는 NAND형 플래쉬 메모리 셀의 레이아웃도이다.7 is a layout diagram of a NAND type flash memory cell having a SA-STI structure according to the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 NAND형 플래쉬 메모리 소자는 다수의 메모리 셀에 있어서, 하나의 액티브 영역을 공통으로 하여 복수개의 메모리 셀이 하나의 비트라인 콘택(130)과 공통 소오스 라인(132) 사이에 직렬로 연결되어 있으며, 데이터의 읽기(read) 및 쓰기(program) 동작시 블록을 선택하기 위한 선택 트랜지스터가 메모리 셀과 비트라인 콘택(130), 및 메모리 셀과 공통 소오스 라인(132) 사이에 각각 위치하여 단위 스트링을 구성한다. 이와 같은 단위 스트링이 액티브 영역과 트렌치 소자분리 영역을 구비하여 반복적으로 배치됨으로써 하나의 블록을 이루게 된다. 상기 블록은 비트라인 콘택(130)을 중심으로 대칭적으로 배치된다.Referring to FIG. 7, in the NAND type flash memory device according to the present invention, in a plurality of memory cells, a plurality of memory cells share one active region and one bit line contact 130 and a common source line 132. Are connected in series, and select transistors for selecting a block during data read and write operations include a memory cell and a bit line contact 130, and a memory cell and a common source line 132. It is located in between to form a unit string. Such a unit string is repeatedly arranged with an active region and a trench isolation region to form a block. The blocks are symmetrically disposed about the bitline contacts 130.

또한, 본 발명에 의한 NAND형 플래쉬 메모리 소자는 트렌치 소자분리 패턴과 플로팅 게이트 패턴이 동일한 액티브 마스크를 이용하여 형성되는 자기정렬 구조를 가지며, 다수의 메모리 셀에서는 선택 트랜지스터의 플로팅 게이트가 단위 스트링마다 분리되지 않고 전기적으로 워드라인에 접속될 수 있도록 하기 위하여 별도의 포토-마스크를 이용하여 선택 트랜지스터의 게이트 패턴(114)이 SA-STI 패턴과 중첩되도록 형성한다. 바람직하게는, 상기 선택 트랜지스터의 게이트 패턴(114)을 SA-STI 패턴보다 다소 넓게 형성한다.In addition, the NAND type flash memory device according to the present invention has a self-aligned structure in which the trench isolation pattern and the floating gate pattern are formed using the same active mask, and in many memory cells, the floating gate of the select transistor is separated for each unit string. In order to be electrically connected to the word line, the gate pattern 114 of the selection transistor is formed to overlap the SA-STI pattern using a separate photo-mask. Preferably, the gate pattern 114 of the selection transistor is formed somewhat wider than the SA-STI pattern.

도 8a는 도 7에서 선택 트랜지스터를 Y2-Y2' 방향으로 절단한 단면도이고, 도 8b는 도 7에서 메모리 셀을 X-X' 방향으로 절단한 단면도이다. 여기서, 참조 부호 100은 반도체 기판, 102는 터널 산화막, 104는 제1 도전층, 110은 제3 절연막, 112는 제2 도전층, 118은 층간 절연막, 120은 컨트롤 게이트, 122는 선택 트랜지스터의 게이트, 그리고 124는 셀 트랜지스터의 게이트를 각각 나타낸다.FIG. 8A is a cross-sectional view of the selection transistor taken along the Y2-Y2 'direction in FIG. 7, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the X-X ′ direction of the memory cell of FIG. Here, reference numeral 100 is a semiconductor substrate, 102 is a tunnel oxide film, 104 is a first conductive layer, 110 is a third insulating film, 112 is a second conductive layer, 118 is an interlayer insulating film, 120 is a control gate, and 122 is a gate of a selection transistor. And 124 denote gates of the cell transistors, respectively.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명에 의한 SA-STI 구조를 갖는 플래쉬 메모리 셀에 있어서, 메모리 셀 영역에서는 제1 도전층(104)과 제2 도전층(112)에 의해 플로팅 게이트가 형성된다. 이에 반해서, 선택 트랜지스터 (또는 선택 라인) 영역에서는 스트링 단위로 각각 분리되어 형성된 제1 도전층(104)의 상부와 측벽이 제2 도전층(112)에 의해 서로 연결되어 있다. 따라서, 선택 라인(122)은 제1 및 제2 도전층이 연결된 플로팅 게이트(104, 112)와 컨트롤 게이트(120)가 층간 절연막(118)에 의해 서로 분리되어 있으나, 별도의 영역에서 금속을 이용한 버팅 콘택을 통해 서로 전기적으로 연결됨으로써 모스 트랜지스터로서 동작하게 된다.8A and 8B, in the flash memory cell having the SA-STI structure according to the present invention, a floating gate is formed by the first conductive layer 104 and the second conductive layer 112 in the memory cell region. do. In contrast, in the selection transistor (or selection line) region, the top and sidewalls of the first conductive layer 104 formed separately from each other by strings are connected to each other by the second conductive layer 112. Accordingly, in the selection line 122, the floating gates 104 and 112 and the control gate 120, to which the first and second conductive layers are connected, are separated from each other by the interlayer insulating layer 118. Electrically connected to each other through a butting contact to operate as a MOS transistor.

또한, 본 발명에 의한 SA-STI 구조를 갖는 NAND형 플래쉬 메모리 셀에서는 제1 도전층과 제2 도전층으로 플로팅 게이트를 형성하므로, 플로팅 게이트의 두께를 증가시키지 않으면서 층간 절연막의 면적을 확대되어 커플링 비의 감소없이 컨트롤 게이트의 식각이 용이해진다.In addition, in the NAND type flash memory cell having the SA-STI structure according to the present invention, since the floating gate is formed of the first conductive layer and the second conductive layer, the area of the interlayer insulating film is enlarged without increasing the thickness of the floating gate. Etching of the control gate is facilitated without reducing the coupling ratio.

도 9a 내지 도 13b는 도 7에 도시한 본 발명에 의한 SA-STI 구조를 갖는 NAND형 플래쉬 메모리 셀의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 여기서, 각 b도는 메모리 셀을 비트라인 방향, 즉 X-X' 방향으로 절단한 단면도이고, 각 a도는 메모리 셀 트랜지스터를 워드라인 방향, 즉 Y1-Y1' 방향으로 절단하거나, 선택 트랜지스터를 Y2-Y2' 방향으로 절단한 단면도이다.9A to 13B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a NAND type flash memory cell having a SA-STI structure according to the present invention shown in FIG. Here, each b is a cross-sectional view in which the memory cell is cut in the bit line direction, that is, the XX 'direction, and each a is a cut in the memory cell transistor in the word line direction, that is, in the Y1-Y1' direction, or the selection transistor is Y2-Y2 '. It is sectional drawing cut in the direction.

도 9a 및 도 9b는 트렌치(108)를 형성하는 단계를 도시한다. 사진 및 이온주입 공정을 통해 반도체 기판(100)의 소정 영역에 N웰 및 P웰을 형성한다. 통상적으로, 주변회로부의 PMOS 트랜지스터가 형성되어질 웰을 N웰이라 칭하고, N웰 내의 메모리 셀이 형성되어질 P웰을 포켓 P웰(pocket p-well)이라 칭한다.9A and 9B illustrate forming trench 108. N wells and P wells are formed in predetermined regions of the semiconductor substrate 100 through a photo and ion implantation process. Typically, a well in which a PMOS transistor of a peripheral circuit portion is to be formed is called an N well, and a P well in which a memory cell in the N well is to be formed is called a pocket p-well.

이어서, 상기 기판(100)의 전면에 터널 산화막으로 제공될 제1 절연막(102)을 약 90Å의 두께로 성장시킨 후, 상기 터널 산화막(102)의 상부에 플로팅 게이트로 사용될 제1 도전층(104)으로 예컨대 불순물이 도핑된 폴리실리콘층을 3000∼4000Å 정도의 두께로 증착한다. 다음에, 상기 제1 도전층(104)의 상부에 제2 절연막(106)으로 예컨대 CVD-산화막 또는 CVD-질화막을 증착한다. 상기 제2 절연막(106)은 후속 공정에서 트렌치 소자분리를 위해 반도체 기판(100) 및 제1 도전층(104)을 식각할 때 식각 마스크로 사용되어진다.Subsequently, the first insulating film 102 to be provided as a tunnel oxide film is grown on the entire surface of the substrate 100 to a thickness of about 90 kV, and then the first conductive layer 104 to be used as a floating gate on the tunnel oxide film 102. For example, a polysilicon layer doped with impurities is deposited to a thickness of about 3000 to 4000 microns. Next, for example, a CVD oxide film or a CVD nitride film is deposited on the first conductive layer 104 with the second insulating film 106. The second insulating layer 106 is used as an etch mask when etching the semiconductor substrate 100 and the first conductive layer 104 for trench isolation in a subsequent process.

이어서, 도 7에 도시된 바와 같은 액티브 패턴을 사진 공정에 의해 형성한 후, 이를 이용하여 상기 제2 절연막(106)을 식각한다. 계속해서, 상기 제2 절연막(106)을 식각 마스크로 하여 제1 도전층(104), 터널 산화막(102) 및 반도체 기판(100)을 연속적으로 식각함으로써 트렌치(108)를 형성한다. 이어서, 소자분리 특성을 강화시키기 위하여 상기 트렌치(108) 하부의 기판(100)에 P형 불순물, 예컨대 보론(B)을 이온주입하여 채널 스톱층(도시하지 않음)을 형성한다.Subsequently, after forming an active pattern as shown in FIG. 7 by a photolithography process, the second insulating layer 106 is etched using the active pattern. Subsequently, the trench 108 is formed by continuously etching the first conductive layer 104, the tunnel oxide film 102, and the semiconductor substrate 100 using the second insulating film 106 as an etching mask. Subsequently, P-type impurities such as boron (B) are ion-implanted in the substrate 100 under the trench 108 to form a channel stop layer (not shown) to enhance device isolation characteristics.

도 10a 및 도 10b는 상기 트렌치(108)가 형성된 결과물의 전면에 제3 절연막(110)으로, 예컨대 CVD 산화막 또는 열 산화막(thermal oxide)과 CVD-산화막의 적층막을 증착하는 단계를 도시한다. 상기 제3 절연막(110)은 트렌치(108) 영역과 제1 도전층(104)의 측벽이 모두 채워지도록 증착한다.10A and 10B illustrate a step of depositing, for example, a CVD oxide film or a stacked layer of a thermal oxide film and a CVD oxide film with a third insulating film 110 on the entire surface of the trench 108. The third insulating layer 110 is deposited to fill both sidewalls of the trench 108 and the first conductive layer 104.

도 11a 및 도 11b는 제2 도전층(112)을 형성하는 단계를 도시한다. 상기 제1 도전층(104)의 상부와 측벽 일부가 노출될 때까지 상기 제3 절연막(110)을 식각함으로써, 상기 트렌치(108)의 내부에만 제3 절연막(110)을 매립시킨다. 이때, 상기 트렌치(108)를 형성하기 위한 식각 공정시 마스크 역할을 하였던 제2 절연막(106)이 제3 절연막(110)과 함께 식각됨으로써, 제1 도전층(104)의 상부와 측벽 일부가 노출된다. 상기 제3 절연막(110)의 식각 공정은 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 방법으로 실시할 수 있으며, 이때 상기 제1 도전층(104)이 식각 스토퍼(etch stopper)로 작용하게 됨으로써 제1 도전층(104) 상부의 제2 및 제3 절연막(106, 110)을 제거할 수 있다. 또한, CMP 공정을 실시한 후 이방성 또는 등방성 식각을 실시하여 제1 도전층(104)의 측벽이 드러나도록 할 수 있다.11A and 11B illustrate forming the second conductive layer 112. The third insulating layer 110 is etched until the upper portion of the first conductive layer 104 and a portion of the sidewalls are exposed, thereby filling the third insulating layer 110 only in the trench 108. In this case, the second insulating layer 106, which used as a mask during the etching process for forming the trench 108, is etched together with the third insulating layer 110, thereby exposing a portion of the upper portion and the sidewall of the first conductive layer 104. do. The etching process of the third insulating layer 110 may be performed by a chemical mechanical polishing (CMP) method, in which the first conductive layer 104 acts as an etch stopper, thereby providing a first etching process. The second and third insulating layers 106 and 110 on the conductive layer 104 may be removed. In addition, after performing the CMP process, anisotropic or isotropic etching may be performed to expose sidewalls of the first conductive layer 104.

이어서, 상기 결과물의 전면에 제2 도전층(112)으로서, 예컨대 불순물이 도핑된 폴리실리콘층을 증착한다.Subsequently, a polysilicon layer doped with impurities, for example, is deposited on the entire surface of the resultant material as the second conductive layer 112.

도 12a 및 도 12b는 제2 도전층(112)을 식각하는 단계를 도시한다. 상기와 같이 제2 도전층(112)을 형성한 후, 도 7에 도시한 선택 라인 패턴(114)과 동일한 포토-마스크를 이용한 사진 공정을 실시한 후 제2 도전층(112)을 이방성 건식 식각한다. 그 결과, 제1 도전층(104)과 상기 제1 도전층(104)의 측벽에 스페이서 형태로 남아있는 제2 도전층(112)이 최종적인 플로팅 게이트로 사용되게 된다. 이때, 도 12b에 도시된 바와 같이, 선택 트랜지스터 영역(114)에서는 제2 도전층(112)이 식각되지 않고 그대로 남아있게 된다. 따라서, 선택 트랜지스터의 게이트를 구성하는 플로팅 게이트는 제2 도전층(112)에 의해 제1 도전층(104)의 상부와 측벽이 서로 연결된 구조로 형성된다. 도 7에서 선택 라인 패턴(114)으로 표시된 영역은 제1 도전층(104)을 제2 도전층(112)에 의해 연결되도록 하는 것이 목적이므로, SA-STI 패턴과 동일하게 형성할 필요없이 서로 중첩되는 부분만 있으면 된다. 바람직하게는, 상기 선택 라인 패턴(114)을 SA-STI 패턴보다 다소 넓게 형성하는 것이 공정 진행에 편리하다. 도 12b에서, 참조 부호 116은 셀 트랜지스터 영역을 나타낸다.12A and 12B illustrate etching the second conductive layer 112. After forming the second conductive layer 112 as described above, after performing a photolithography process using the same photo-mask as the selection line pattern 114 shown in FIG. 7, the second conductive layer 112 is anisotropically dry-etched. . As a result, the first conductive layer 104 and the second conductive layer 112 remaining in the form of a spacer on the sidewalls of the first conductive layer 104 are used as the final floating gate. In this case, as shown in FIG. 12B, in the selection transistor region 114, the second conductive layer 112 is not etched and remains as it is. Therefore, the floating gate constituting the gate of the selection transistor is formed in a structure in which the upper side and the sidewall of the first conductive layer 104 are connected to each other by the second conductive layer 112. In FIG. 7, the regions indicated by the select line patterns 114 are intended to be connected to the first conductive layer 104 by the second conductive layer 112, and thus overlap with each other without having to form the same as the SA-STI pattern. All you need is Preferably, it is convenient to form the select line pattern 114 slightly wider than the SA-STI pattern. In Fig. 12B, reference numeral 116 denotes a cell transistor region.

도 13a 및 도 13b는 층간 절연막(118) 및 제3 도전층(120)을 형성하는 단계를 도시한다. 상기한 바와 같이 제2 도전층(112)을 식각한 후, 결과물의 전면에 층간 절연막(118)으로 ONO막을 증착한다. 이어서, 상기 층간 절연막(118)의 상부에 컨트롤 게이트로 사용될 제3 도전층(120)으로서 불순물이 도핑된 폴리실리콘층, 또는 불순물이 도핑된 폴리실리콘층과 텅스텐 실리사이드(WSix)층의 적층막을 증착한다. 이어서, 도 7에 도시한 SA-STI 패턴과 동일한 포토-마스크를 이용한 사진 공정을 진행한 후, 상기 컨트롤 게이트(120), ONO막(118) 및 플로팅 게이트(104, 112)를 연속적으로 이방성 건식 식각한다. 그 결과, 메모리 셀 영역에서는 제1 도전층(104)과 제2 도전층(112)에 의해 플로팅 게이트가 형성되는 반면, 선택 트랜지스터 (또는 선택 라인) 영역에서는 스트링 단위로 각각 분리되어 형성된 제1 도전층(104)이 제2 도전층(112)에 의해 서로 연결되어 플로팅 게이트를 구성한다.13A and 13B illustrate forming an interlayer insulating film 118 and a third conductive layer 120. After etching the second conductive layer 112 as described above, the ONO film is deposited on the entire surface of the resultant with the interlayer insulating film 118. Subsequently, an impurity doped polysilicon layer or a dopant-doped polysilicon layer and a tungsten silicide (WSix) layer are deposited as a third conductive layer 120 to be used as a control gate on the interlayer insulating layer 118. do. Subsequently, after performing a photolithography process using the same photo-mask as the SA-STI pattern illustrated in FIG. 7, the control gate 120, the ONO film 118, and the floating gates 104 and 112 are successively anisotropically dried. Etch it. As a result, the floating gate is formed by the first conductive layer 104 and the second conductive layer 112 in the memory cell region, whereas the first conductive layer is formed separately in string units in the selection transistor (or selection line) region. Layers 104 are connected to each other by second conductive layer 112 to form a floating gate.

상술한 공정들을 진행한 후, 모스 트랜지스터의 형성을 위한 소오스/드레인 이온주입 공정, 평탄화 공정, 비트라인 형성을 위한 콘택 및 금속 공정 등을 진행하여 NAND형 플래쉬 메모리 소자를 완성한다.After the above processes, a source / drain ion implantation process for forming a MOS transistor, a planarization process, a contact and a metal process for forming a bit line, and the like are completed to complete a NAND type flash memory device.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 장치에 의하면, 액티브 영역을 정의하기 위한 트렌치 소자분리 영역과 플로팅 게이트가 동일한 마스크를 사용하여 자기정렬적으로 형성된다. 또한, 별도의 포토-마스크를 이용하여 메모리 셀 영역에서는 제1 도전층과 상기 제1 도전층의 측벽에 스페이서 형태로 형성된 제2 도전층으로 플로팅 게이트를 구성하고, 선택 트랜지스터 영역에서는 스트링 단위로 각각 분리되어 형성된 제1 도전층의 상부와 측벽이 제2 도전층에 의해 서로 연결되도록 한다. 따라서, 선택 트랜지스터 영역에서는 플로팅 게이트가 모두 전기적으로 컨트롤 게이트와 연결된다.As described above, in the nonvolatile memory device according to the present invention, the trench isolation region and the floating gate for defining the active region are self-aligned using the same mask. In addition, a floating gate is formed of a first conductive layer and a second conductive layer formed in a spacer form on sidewalls of the first conductive layer in a memory cell region by using a separate photo-mask, and in a string unit in a selection transistor region, respectively. The top and sidewalls of the first conductive layer formed separately are connected to each other by the second conductive layer. Therefore, in the selection transistor region, all the floating gates are electrically connected to the control gate.

또한, 제1 도전층과 제2 도전층으로 플로팅 게이트를 형성하므로, 플로팅 게이트의 두께를 증가시키지 않으면서 층간 절연막의 면적을 확대되어 커플링 비의 감소없이 컨트롤 게이트의 식각이 용이해진다.In addition, since the floating gate is formed of the first conductive layer and the second conductive layer, the area of the interlayer insulating layer is enlarged without increasing the thickness of the floating gate, thereby making it easier to etch the control gate without reducing the coupling ratio.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.

Claims (10)

직렬 접속된 트랜지스터들로 이루어진 다수의 스택형 메모리 셀들과, 상기 메모리 셀들 중 미리 설정된 하나의 특정 셀을 선택하기 위하여 적어도 하나 이상의 선택 트랜지스터가 비트라인 콘택과 공통 소오스 라인 사이에 서로 직렬로 접속되어 단위 스트링을 구성하는 불휘발성 메모리 장치에 있어서, 액티브 영역을 한정하기 위하여 반도체 기판 내에 소정 깊이로 형성된 트렌치 소자분리 영역; 상기 액티브 영역의 상부에 터널 산화막을 개재하여 형성되며, 상기 트렌치 소자분리 영역과 동일한 포토-마스크로써 형성된 제1 도전층과, 상기 메모리 셀 영역에서는 상기 제1 도전층의 측벽에 스페이서 형태로 형성되고 상기 선택 트랜지스터 영역에서는 상기 제1 도전층의 상부와 측벽을 연결하도록 형성된 제2 도전층으로 이루어진 플로팅 게이트; 및 상기 플로팅 게이트의 상부에 층간 절연막을 개재하여 형성된 컨트롤 게이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치.A plurality of stacked memory cells composed of series-connected transistors and at least one selection transistor connected to each other in series between a bit line contact and a common source line to select a predetermined one of the memory cells A nonvolatile memory device constituting a string, comprising: a trench isolation region formed to a predetermined depth in a semiconductor substrate to define an active region; A first conductive layer formed over the active region via a tunnel oxide layer, the first conductive layer formed as the same photo-mask as the trench isolation region, and in the memory cell region in the form of a spacer on sidewalls of the first conductive layer; A floating gate including a second conductive layer formed to connect a sidewall of an upper portion of the first conductive layer to the selection transistor region; And a control gate formed on the floating gate through an interlayer insulating layer. 제1항에 있어서, 상기 선택 트랜지스터 영역에서 상기 제2 도전층의 패턴은 상기 트렌치 소자분리 영역의 패턴보다 넓게 또는 소정의 폭만큼 겹쳐지도록 형성된 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치.The nonvolatile memory device of claim 1, wherein the pattern of the second conductive layer in the selection transistor region overlaps the pattern of the trench isolation region by a predetermined width. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전층은 상기 스트링 단위로 분리된 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치.The nonvolatile memory device of claim 1, wherein the first conductive layer is separated by the string. 직렬 접속된 트랜지스터들로 이루어진 다수의 스택형 메모리 셀들과, 상기 메모리 셀들 중 미리 설정된 하나의 특정 셀을 선택하기 위하여 적어도 하나 이상의 선택 트랜지스터가 비트라인 콘택과 공통 소오스 라인 사이에 서로 직렬로 접속되어 단위 스트링을 구성하는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법에 있어서, 반도체 기판의 상부에 제1 절연막, 플로팅 게이트로 사용될 제1 도전층 및 제2 절연막을 순차적으로 형성하는 단계; 사진식각 공정으로 상기 반도체 기판을 소정 깊이로 식각함으로써 트렌치를 형성하는 단계; 상기 결과물의 전면에 제3 절연막을 형성하고 이를 상기 제1 도전층의 상부와 측벽이 노출될 때까지 식각함으로써 트렌치 소자분리 영역을 형성하는 단계; 상기 결과물의 전면에 제2 도전층을 형성하는 단계; 사진 공정으로 선택 트랜지스터 영역의 상부에만 감광막을 형성한 후, 이를 이용하여 상기 메모리 셀 영역의 제2 도전층을 식각함으로써 상기 제1 도전층의 측벽에 스페이서 형태로 제2 도전층을 남기는 단계; 상기 결과물의 전면에 층간 절연막 및 컨트롤 게이트로 사용될 제3 도전층을 차례로 형성하는 단계; 및 상기 제3 도전층, 층간 절연막, 제2 도전층 및 제1 도전층을 식각하여 선택 트랜지스터 및 메모리 셀의 게이트들을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법.A plurality of stacked memory cells composed of series-connected transistors and at least one selection transistor connected to each other in series between a bit line contact and a common source line to select a predetermined one of the memory cells A method of manufacturing a nonvolatile memory device constituting a string, the method comprising: sequentially forming a first insulating film, a first conductive layer to be used as a floating gate, and a second insulating film on an upper surface of a semiconductor substrate; Forming a trench by etching the semiconductor substrate to a predetermined depth by a photolithography process; Forming a trench isolation region by forming a third insulating film on the entire surface of the resultant and etching the same until the top and sidewalls of the first conductive layer are exposed; Forming a second conductive layer on the entire surface of the resultant product; Forming a photoresist film only on an upper portion of the selection transistor region by a photolithography process, and then etching the second conductive layer of the memory cell region using the photoresist to leave a second conductive layer in the form of a spacer on the sidewall of the first conductive layer; Sequentially forming a third conductive layer to be used as an interlayer insulating film and a control gate on the entire surface of the resultant product; And etching the third conductive layer, the interlayer insulating film, the second conductive layer, and the first conductive layer to form gates of a selection transistor and a memory cell. 제4항에 있어서, 상기 제2 절연막은 CVD 산화막 또는 CVD 질화막 중의 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법.The method of claim 4, wherein the second insulating layer is formed of any one of a CVD oxide film and a CVD nitride film. 제4항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계는, 상기 제2 절연막의 상부에 액티브 영역을 정의하기 위한 감광막을 형성하고, 이를 이용하여 상기 제2 절연막을 식각하는 단계; 상기 감광막을 제거하는 단계; 및 상기 제2 절연막을 식각 마스크로 이용하여 상기 제1 도전층, 제1 절연막 및 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법.The method of claim 4, wherein the forming of the trench comprises: forming a photoresist layer defining an active region on the second insulating layer, and etching the second insulating layer using the photoresist; Removing the photosensitive film; And forming a trench by etching the first conductive layer, the first insulating layer, and the semiconductor substrate using the second insulating layer as an etching mask. 제4항에 있어서, 상기 제3 절연막은 CVD 산화막 또는 열 산화막과 CVD-산화막의 적층막 중의 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법.The method of manufacturing a nonvolatile memory device according to claim 4, wherein the third insulating film is formed of any one of a CVD oxide film or a laminated film of a thermal oxide film and a CVD-oxide film. 제4항에 있어서, 상기 제3 절연막을 식각하는 단계에서 상기 제2 절연막이 함께 식각되는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법.The method of claim 4, wherein the second insulating film is etched together in the etching of the third insulating film. 제4항에 있어서, 상기 제3 절연막은 화학 기계적 연마(CMP) 방법으로 식각하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법.The method of claim 4, wherein the third insulating layer is etched by chemical mechanical polishing (CMP). 제4항에 있어서, 상기 제2 도전층을 식각하기 위한 감광막은 선택 트랜지스터 영역의 일부 또는 전체를 포함하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법.The method of claim 4, wherein the photosensitive film for etching the second conductive layer is formed to include a part or the whole of the selection transistor region.
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