KR20010054267A - Method of forming a common source line in nand type flash memory - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 NAND형 플래시 메모리에서 CSL 형성 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 게이트 라인보다 높이가 낮은 CSL을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a CSL in a NAND type flash memory, and more particularly, to a method of forming a CSL having a height lower than that of a gate line.
반도체 메모리는 크게 휘발성 메모리(volatile memory)와 비휘발성 메모리(non volatile memory)로 구분된다. 휘발성 메모리는 전기의 공급이 중단되면 저장되었던 정보가 소멸되는 특징이 있으며, 고용량화와 고속화가 쉬운 장점이 있다. 휘발성 메모리의 대표적인 것이 DRAM(Dynamic Random Access Memory)으로서 집적도와 용량면에서 괄몰할만한 성장이 이루어지고 있다. 현재 DRAM의 용량은 기가 비트(giga bit)시대에 돌입해 있다. 이에 반하여, 불휘발성 메모리는 전기의 공급이 중단되더라도 정보를 계속 유지시킬 수 있는 특징이 있으나, 고용량화와 고속화가 상대적으로 어려운 단점을 가지고 있다. 불휘발성 메모리의 대표적인 것으로서 EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM(Eletrically EPROM) 및 플래시 메모리(flash memory)가 있다. 플래시 메모리는 EPROM과 EEPROM의 장점을 동시에 구현하기 위해 만든 메모리로서 데이타의 프로그램시에는 EPROM의 원리를 사용하고 데이타 소멸시에는 EEPROM의 원리를 사용한다. 플래시 메모리는 EPROM과 EEPROM에 비해 상대적으로 칩(chip)의 크기가 작아 고용량화할 수 있고 시스템 상에서 바로 정보를 갱신할 수 있는 장점이 있다.Semiconductor memory is largely divided into volatile memory and non volatile memory. Volatile memory is characterized in that the stored information is lost when the supply of electricity is interrupted, it has the advantage of high capacity and high speed. Representative of volatile memory is DRAM (Dynamic Random Access Memory), which is growing remarkably in terms of density and capacity. Currently, the capacity of DRAM is entering the giga bit era. On the contrary, the nonvolatile memory has a feature of maintaining information even when the supply of electricity is interrupted, but has a disadvantage in that high capacity and high speed are relatively difficult. Representative examples of the nonvolatile memory include erasable programmable read only memory (EPROM), electretically EPROM (EEPROM), and flash memory. Flash memory is a memory made to realize the advantages of EPROM and EEPROM at the same time. It uses the principle of EPROM when programming data, and the principle of EEPROM when data is destroyed. Flash memory has a relatively small chip size compared to EPROM and EEPROM, which enables high capacity and the ability to immediately update information on a system.
플래시 메모리는 셀 구성에 따라 NOR형과 NAND형으로 구분되며 NAND형 플래시 메모리의 구성은 하나의 스트링(string)에 8개 또는 16개의 셀이 연결된다. 각 스트링은 비트라인(bit line)과 연결되는 쪽으로 SSL(String Select Line)이 있고, CSL(Common Source Line)과 연결되는 쪽으로 GSL(Ground Select Line)이 있다.Flash memory is classified into NOR type and NAND type according to the cell configuration. In the NAND type flash memory configuration, 8 or 16 cells are connected to one string. Each string has a string select line (SSL) connected to a bit line and a ground select line (GSL) connected to a common source line (CSL).
도 1은 종래의 플래시 메모리에서 CSL 형성의 문제점을 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a problem of CSL formation in a conventional flash memory.
반도체 기판(110) 상에 게이트 산화막, 플로팅 게이트 전극막, 층간 절연막, 콘트롤 게이트 전극막 및 게이트 마스크막(112, 116, 118, 120, 122)이 증착된다. 사진 공정을 통해 워드라인(word line)과 GSL(Ground Select Line) 게이트 패터닝이 수행된다. 이 때, GSL과 GSL 사이의 공간은 후속 CSL 형성을 위하여 확보해 두어야 한다. 상기 반도체 기판(110) 전면에 절연막(126)이 증착된 후 화학적 기계적 연마(CMP:Chemical Mechanical Polishing) 공정을 통해 평탄화 식각된다. 사진 공정을 통해 상기 GSL과 GSL 사이의 공간이 상기 반도체 기판(110)이 노출될 때까지 식각되어 CSL 패턴용 홈이 형성된다. 상기 반도체 기판 전면에 상기 CSL 패턴용 홈이 채워지도록 폴리실리콘(128)이 증착된다. 다음, 상기 절연막(126)이 노출될 때까지 상기 폴리실리콘(128)이 화학적 기계적 연마 또는 에치백(etch back) 공정을 통해 평탄화 식각되어 상기 GSL과 GSL 사이에 CSL(128)이 형성된다. 그러나, 이러한 공정 단계를 거쳐 형성된 상기 CSL은 워드라인과 GSL 게이트층보다 약 2000Å 정도 높아 후속 비트라인(bit line) 형성에 어려움을 준다. 또한, 이러한 구조로 말미암아 후속 층간 절연막의 두께를 증가시켜 DC(Direct Contact) 형성시 높은 단차를 가지는 콘택 식각을 해야하므로 얼라인먼트(alignment)에 어려움을 준다. 그 결과로서, 비트라인과 CSL 사이에 단락(short)이 발생하게 된다.A gate oxide film, a floating gate electrode film, an interlayer insulating film, a control gate electrode film, and a gate mask film 112, 116, 118, 120, and 122 are deposited on the semiconductor substrate 110. Word line and ground select line (GSL) gate patterning is performed through a photo process. At this time, the space between the GSL and the GSL should be reserved for subsequent CSL formation. After the insulating film 126 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 110, the semiconductor substrate 110 is flattened and etched through a chemical mechanical polishing (CMP) process. Through the photo process, the space between the GSL and the GSL is etched until the semiconductor substrate 110 is exposed to form a groove for the CSL pattern. Polysilicon 128 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate to fill the groove for the CSL pattern. Next, the polysilicon 128 is planarized by chemical mechanical polishing or etch back until the insulating layer 126 is exposed to form a CSL 128 between the GSL and the GSL. However, the CSL formed through such a process step is about 2000 ms higher than the word line and the GSL gate layer, which makes it difficult to form subsequent bit lines. In addition, this structure increases the thickness of the subsequent interlayer insulating film, so that the contact etching having a high step is required when forming a direct contact (DC), thereby making it difficult to align. As a result, a short occurs between the bit line and the CSL.
본 발명의 목적은 게이트층 형성시 CSL을 동시에 형성하는 NAND형 플래시 메모리에서 CSL 형성 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a CSL formation method in a NAND type flash memory which simultaneously forms CSL when forming a gate layer.
도 1은 종래의 NAND형 플래시 메모리에서 CSL 형성의 문제점을 보여주는 단면도; 및1 is a cross-sectional view showing a problem of CSL formation in a conventional NAND type flash memory; And
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 NAND형 플래시 메모리에서 CSL 형성 방법을 순차적으로 보여주는 단면도이다.2A through 2D are cross-sectional views sequentially illustrating a CSL forming method in a NAND type flash memory according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
210 : 반도체 기판 212 : 게이트 산화막210: semiconductor substrate 212: gate oxide film
214 : 플로팅 게이트 전극막 216 : 층간 절연막214: floating gate electrode film 216: interlayer insulating film
218 : 콘트롤 게이트 전극막 220 : 홈218: control gate electrode film 220: groove
222 : 도전막 224 : 금속막222 conductive film 224 metal film
226 : 게이트 마스크막226: gate mask film
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, NAND형 플래시 메모리에서 CSL 형성 방법은 반도체 기판 상에 게이트 산화막, 플로팅 게이트 전극막, 층간 절연막 및 콘트롤 게이트 전극막을 차례로 증착한다. 사진 공정을 통해 상기 콘트롤 게이트 전극막, 층간 절연막, 플로팅 게이트 전극막 및 게이트 산화막을 차례로 식각하여 홈을 형성한다. 상기 홈이 채워지도록 상기 기판 전면에 도전막을 증착한다. 상기 도전막 상에 절연막을 증착한다. 사진 공정을 통해 상기 게이트 산화막이 노출되도록 상기 절연막, 도전막, 콘트롤 게이트 전극막, 층간 절연막 및 플로팅 게이트 전극막을 게이트 패터닝한다.According to the present invention for achieving the above object, in the NAND type flash memory, the CSL forming method deposits a gate oxide film, a floating gate electrode film, an interlayer insulating film, and a control gate electrode film on a semiconductor substrate in sequence. Through the photo process, the control gate electrode film, the interlayer insulating film, the floating gate electrode film, and the gate oxide film are sequentially etched to form grooves. A conductive film is deposited on the entire surface of the substrate to fill the grooves. An insulating film is deposited on the conductive film. The insulating film, the conductive film, the control gate electrode film, the interlayer insulating film, and the floating gate electrode film are gate patterned to expose the gate oxide film through a photolithography process.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 홈을 형성한 후 N형 이온을 주입하는 공정을 더 포함한다.In a preferred embodiment of the method, the method further includes the step of implanting N-type ions after forming the grooves.
(실시예)(Example)
도 2a 내지 도 2d를 참조하여 본 발명의 실시예를 자세히 설명한다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2A-2D.
본 발명의 신규한 NAND형 플래시 메모리에서 CSL 형성 방법은 게이트 전극층 형성 후 CSL 패턴을 형성하여 게이트 패터닝하므로 CSL이 동시에 형성된다.In the novel NAND-type flash memory of the present invention, the CSL formation method forms a CSL pattern after the gate electrode layer is formed, thereby gate patterning, thereby forming CSL at the same time.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 NAND형 플래시 메모리에서 CSL 형성 방법을 순차적으로 보여주는 단면도이다.2A through 2D are cross-sectional views sequentially illustrating a CSL forming method in a NAND type flash memory according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(210) 상에 게이트 산화막(212)이 증착된다. 상기 게이트 산화막(212) 상에 플로팅 게이트(floating gate) 전극막(214)이 증착된다. 상기 플로팅 게이트 전극막(214)은 폴리실리콘 또는 도핑된 폴리실리콘(doped poly-Si)이 사용된다. 상기 플로팅 게이트 전극막(214) 상에 층간 절연막(216)이 증착된다. 상기 층간 절연막(216)은 바람직하게는 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 구조를 갖는다. 상기 층간 절연막(216) 상에 콘트롤 게이트(control gate) 전극막(218)이 증착된다. 상기 콘트롤 게이트 전극막(218)은 폴리실리콘 또는 도핑된 폴리실리콘으로 형성된다. 상기 콘트롤 게이트 전극막(218)은 후속 패터닝 과정에서 마스크 역할을 할 정도의 두께로만 형성하여도 된다. 사진 공정을 통해 소정 영역을 설정하여 상기 콘트롤 게이트 전극막, 층간 절연막, 플로팅 게이트 전극막 및 게이트 산화막(218, 216, 214, 212)이 식각되어 홈(220)이 형성된다. 다음, 이온(ion) 주입 공정을 통해 상기 홈(220)에 N형 이온을 주입한다. 후속 게이트 패터닝 후 이온 주입을 하면 게이트 패턴이 CSL과 오버랩(overlap)되어 CSL과 GSL 사이에 도전 패스(path)가 형성되지 않을 수 있다. 그러나, 이와 같이 상기 홈(220) 형성 후 바닥의 상기 반도체 기판(220)에 상기 N형 이온을 주입하여 주면 후속 열공정에 의해 확산되어 후속 CSL과 GSL 사이에 도전 패스가 형성되어 저항이 낮춰진다.Referring to FIG. 2A, a gate oxide film 212 is deposited on the semiconductor substrate 210. A floating gate electrode film 214 is deposited on the gate oxide film 212. The floating gate electrode layer 214 may be made of polysilicon or doped polysilicon. An interlayer insulating layer 216 is deposited on the floating gate electrode layer 214. The interlayer insulating layer 216 preferably has an oxide-nitride-oxide (ONO) structure. A control gate electrode film 218 is deposited on the interlayer insulating film 216. The control gate electrode film 218 is formed of polysilicon or doped polysilicon. The control gate electrode film 218 may be formed only to a thickness sufficient to serve as a mask in a subsequent patterning process. The control gate electrode film, the interlayer insulating film, the floating gate electrode film, and the gate oxide films 218, 216, 214, and 212 are etched by setting a predetermined region through a photo process to form the groove 220. Next, N-type ions are implanted into the grooves 220 through an ion implantation process. When ion implantation is performed after the subsequent gate patterning, the gate pattern may overlap with the CSL so that a conductive path may not be formed between the CSL and the GSL. However, if the N-type ions are implanted into the semiconductor substrate 220 at the bottom after the groove 220 is formed, it is diffused by a subsequent thermal process to form a conductive path between the subsequent CSL and the GSL, thereby lowering the resistance. .
도 2b를 참조하면, 상기 홈(220)이 채워지도록 상기 반도체 기판 전면에 도전막(222)이 증착된다. 상기 도전막(222)은 폴리실리콘 또는 도핑된 폴리실리콘이 사용된다. 따라서, 상기 홈(220)에 채워진 도전막(222)은 CSL의 전극(222a)이 되고, 상기 콘트롤 게이트 전극막(218) 상에 증착된 상기 도전막(222)은 상기 콘트롤 게이트 전극막(218)과 동일하게 콘트롤 게이트를 역할을 하게 된다.Referring to FIG. 2B, a conductive film 222 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate to fill the groove 220. The conductive layer 222 may be polysilicon or doped polysilicon. Accordingly, the conductive film 222 filled in the groove 220 becomes the electrode 222a of the CSL, and the conductive film 222 deposited on the control gate electrode film 218 is the control gate electrode film 218. The same function as the control gate.
도 2c를 참조하면, 상기 도전막(222)이 소정 두께로 평탄화 식각된다. 상기 도전막(222) 상에 금속막(224)이 증착된다. 상기 금속막(224)은 텅스텐 실리사이드(silicide) 또는 텅스텐으로 형성되면 바람직하게는 텅스텐 실리사이드가 사용된다. 상기 금속막(224) 상에 게이트 마스크막(226)이 증착된다. 상기 게이트 마스크막(226)은 PE(Plasma Enhanced) 산화막, USG(Undoped Silicate Glass)막 및 실리콘 질화막 중 하나가 선택되어 형성된다.Referring to FIG. 2C, the conductive layer 222 is flattened and etched to a predetermined thickness. A metal film 224 is deposited on the conductive film 222. When the metal film 224 is formed of tungsten silicide or tungsten, tungsten silicide is preferably used. A gate mask layer 226 is deposited on the metal layer 224. The gate mask layer 226 is formed by selecting one of a Plasma Enhanced (PE) oxide film, an Undoped Silicate Glass (USG) film, and a silicon nitride film.
도 2d를 참조하면, 사진 공정을 통해 상기 게이트 산화막(212)이 노출될 때까지 상기 게이트 산화막(212) 상의 막들(226, 224, 222, 218, 216, 214)이 게이트 패터닝되므로 워드라인, GSL 및 CSL이 형성된다. 이 때, 도 2d에서 보는 바와 같이 상기 게이트 패터닝시 상기 CSL 전극(222a)이 형성된 영역이 일개의 게이트 패턴 내에 포함되도록 패터닝하므로 상기 CSL 전극(222a)과 게이트 패턴이 겹쳐지게 되어 CSL 패턴이 형성된다.Referring to FIG. 2D, the words 226, 224, 222, 218, 216, and 214 are gate patterned on the gate oxide layer 212 until the gate oxide layer 212 is exposed through a photolithography process. And CSL is formed. In this case, as shown in FIG. 2D, when the gate patterning is performed, the region in which the CSL electrode 222a is formed is patterned to be included in one gate pattern, so that the CSL electrode 222a overlaps the gate pattern, thereby forming a CSL pattern. .
이와 같이 CSL 패턴을 주변의 게이트 패턴과 동일하게 높이를 맞추므로 후속 층간 절연막의 두께를 줄일 수 있어 후속 DC 형성시 콘택 식각시 발생하는 콘택 영역 낫오픈(not-open) 문제와 오정렬 문제 등을 방지할 수 있다. 또한, 후속 비트라인과 게이트 패턴 간의 단락(short) 유발을 방지할 수 있게 된다.As such, the CSL pattern is set to the same height as the surrounding gate pattern, so that the thickness of the subsequent interlayer insulating layer can be reduced, thereby preventing contact area not-open problems and misalignment problems generated during contact etching during subsequent DC formation. can do. In addition, it is possible to prevent a short circuit between a subsequent bit line and the gate pattern.
본 발명은 CSL의 높이를 게이트층과 동일하게 형성하여 후속 공정의 어려움을 해결하는 효과가 있다.The present invention has the effect of solving the difficulty of the subsequent process by forming the height of the CSL the same as the gate layer.
그리고, 본 발명은 CSL을 게이트층 형성과 동시에 형성하므로 공정 단순화를 이룰 수 있는 효과가 있다.In addition, since the present invention forms the CSL at the same time as the gate layer is formed, there is an effect that can simplify the process.
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