KR20050002102A - Method of manufacturing flash memory device - Google Patents

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이희기
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주식회사 하이닉스반도체
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    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
    • H10B41/35Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region with a cell select transistor, e.g. NAND

Abstract

PURPOSE: A method of manufacturing a flash memory device is provided to prevent an active region from being exposed to the outside due to mis-alignment of a floating gate mask and to increase effective surface area of a floating gate by overlaying partially the floating gate with an isolation layer. CONSTITUTION: A plurality of isolation layers(14) is formed in a semiconductor substrate(11) with a tunnel oxide layer(12) and a first polysilicon layer(13) by using an SA-STI(Self Align-Shallow Trench Isolation). A masking pattern(15) for covering completely each isolation layer and partially the first polysilicon layer is formed thereon. A second polysilicon layer(16) is formed on the entire surface of the resultant structure. A second polysilicon pattern for being partially overlaid with the isolation layer is formed by etching selectively the second polysilicon pattern using a floating gate mask as an etching mask.

Description

플래쉬 메모리 소자 제조 방법{Method of manufacturing flash memory device}Flash memory device manufacturing method {Method of manufacturing flash memory device}

본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 낸드(NAND) 플래쉬 메모리 소자에서 플로팅 게이트 마스크 작업시 오정렬(misalign)로 인한 액티브 영역의 노출을 방지하면서 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트 사이의 접촉 면적을 크게하여 게이트 캐패시티브 커플링 비(gate capacitive coupling ratio)를 증가시킬 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory device, and more particularly, to a contact area between a floating gate and a control gate while preventing exposure of an active region due to misalignment during a floating gate mask operation in a NAND flash memory device. The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory device that can increase a gate capacitive coupling ratio to a large extent.

일반적으로, 자기정렬 소자 격리(SA-STI) 공정을 적용하는 낸드 플래쉬 메모리 소자에서, 플로팅 게이트 형성 공정은 소자의 디자인 룰(design rule)이 작아짐에 따라 중요한 공정 중의 하나로 부각되고 있다. 즉, 플로팅 게이트 형성 공정은 브릿지(bridge) 현상을 고려해야 하고, 중첩 마진(overlay margin) 부족으로 인한 액티브 영역의 손상(active attack)을 고려해야 하고, 더욱이 소자 구동에 필요한 최소한의 커플링 비(coupling ratio)를 확보하기 위한 노력이 필요하는 등 소자의 크기 및 특성을 결정짓는 공정(critical process) 중의 하나이다. 특히 플로팅 게이트 마스크 작업시 오정렬로 인한 액티브 영역의 노출은 후속 공정으로 형성되는 컨트롤 게이트가 액티브 영역과 직접 접촉하게 되어 컨트롤 게이트가 플로팅 게이트를 제어하지 못하는 문제가 발생된다.In general, in NAND flash memory devices employing a self-aligned device isolation (SA-STI) process, the floating gate forming process is emerging as one of important processes as the design rule of the device becomes smaller. In other words, the floating gate formation process should consider the bridge phenomenon, the active attack due to the lack of overlay margin, and the minimum coupling ratio required for driving the device. It is one of the critical processes to determine the size and characteristics of the device, such as the effort to secure the (). In particular, the exposure of the active region due to misalignment during the floating gate mask operation causes the control gate formed in a subsequent process to come into direct contact with the active region, thereby preventing the control gate from controlling the floating gate.

따라서, 본 발명은 플래쉬 메모리 소자에서 플로팅 게이트 마스크 작업시 오정렬(misalign)로 인한 액티브 영역의 노출을 방지하면서 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트 사이의 접촉 면적을 크게하여 게이트 캐패시티브 커플링 비(gate capacitive coupling ratio)를 증가시킬 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a gate capacitive coupling ratio by increasing the contact area between the floating gate and the control gate while preventing exposure of the active region due to misalignment during the floating gate mask operation in the flash memory device. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a flash memory device capable of increasing the ratio.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 낸드 플래쉬 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.1A to 1D are cross-sectional views of a device for explaining a method of manufacturing a NAND flash memory device according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

11: 반도체 기판 12: 터널 산화막11: semiconductor substrate 12: tunnel oxide film

13: 제 1 폴리실리콘층 14: 소자 격리막13: first polysilicon layer 14: device isolation film

15: 마스킹 패턴 16: 제 2 폴리실리콘층15: masking pattern 16: second polysilicon layer

17: 유전체막 18: 도전성 물질층17: dielectric film 18: conductive material layer

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 플래쉬 메모리 소자 제조 방법은 자기정렬 소자 격리 공정을 통해 액티브 영역에는 터널 산화막 및 제 1 폴리실리콘층이 형성되고, 필드 영역에는 소자 격리막이 형성된 기판이 제공되는 단계; 상기 제 1 폴리실리콘층에 일부 중첩되며 상기 소자 격리막을 완전히 덮는 마스킹 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스킹 패턴을 포함한 전체 구조상에 제 2 폴리실리콘층을 형성한 후, 플로팅 게이트용 마스크를 사용한 식각 공정을 상기 제 2 폴리실리콘층을 패터닝하는 단계; 및 상기 패터닝된 제 2 폴리실리콘층을 포함한 전체 구조상에 유전체막 및 도전성 물질층을 형성한 후 자기정렬 게이트 식각 공정으로 플로팅 게이트 및 컨트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함한다.In the flash memory device manufacturing method according to the embodiment of the present invention for achieving the above object, a tunnel oxide film and a first polysilicon layer are formed in the active region through the self-aligned device isolation process, the substrate is formed in the field region Provided step; Forming a masking pattern partially overlapping the first polysilicon layer and completely covering the device isolation layer; Forming a second polysilicon layer on the entire structure including the masking pattern, and then patterning the second polysilicon layer in an etching process using a mask for a floating gate; And forming a dielectric layer and a conductive material layer on the entire structure including the patterned second polysilicon layer, and then forming a floating gate and a control gate by a self-aligned gate etching process.

상기에서, 마스킹 패턴은 제 1 폴리실리콘층을 포함한 소자 격리막 상에 폴리실리콘을 300 ~ 500 Å 두께로 증착한 후, 소자 격리막을 충분히 덮도록 패터닝하여 형성한다.In the above description, the masking pattern is formed by depositing polysilicon on the device isolation layer including the first polysilicon layer to a thickness of 300 to 500 Å, and then patterning the device isolation layer to sufficiently cover the device isolation layer.

플로팅 게이트는 제 1 폴리실리콘층, 마스킹 패턴 및 제 2 폴리실리콘층이 적층되어 형성된다.The floating gate is formed by stacking a first polysilicon layer, a masking pattern, and a second polysilicon layer.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only this embodiment to make the disclosure of the present invention complete, and to those skilled in the art the scope of the invention It is provided for complete information.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 낸드 플래쉬 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views of devices for explaining a method of manufacturing a NAND flash memory device according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(11) 상에 터널 산화막(12), 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(13)을 형성하고, 전체 구조 상에 질화막(도시 않음)을 형성한 후 소자 격리용 마스크를 사용한 자기정렬 소자 격리 식각 공정으로 반도체 기판(11)에 소자 격리용 트렌치를 형성하고, 소자 격리용 절연물질을 트렌치가 충분히 매립되도록 증착한 후 화학적 기계적 연마(CMP) 공정을 통해 필드 영역에 소자 격리막(14)을 형성한다. 액티브 영역에는 터널 산화막(12) 및 제 1 폴리실리콘층(13)이 남는다.Referring to FIG. 1A, a tunnel oxide film 12 and a first polysilicon layer 13 for floating gates are formed on a semiconductor substrate 11, and a nitride film (not shown) is formed on an entire structure, and then device isolation is performed. A device isolation trench is formed in the semiconductor substrate 11 by using a mask etch isolation process using a mask, and an insulating material for isolation of the device is deposited to sufficiently fill the trench, and then chemically polished (CMP) is applied to the field region. An element isolation film 14 is formed. The tunnel oxide film 12 and the first polysilicon layer 13 remain in the active region.

도 1b를 참조하면, 소자 격리막(14) 사이의 액티브 영역에 형성된 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(13)에 일부 중첩되며 소자 격리막(14)을 완전히 덮는 마스킹 패턴(15)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, a masking pattern 15 partially overlapping the first polysilicon layer 13 for the floating gate formed in the active region between the device isolation layers 14 and completely covering the device isolation layer 14 is formed.

상기에서, 마스킹 패턴(15)은 제 1 폴리실리콘층(13)을 포함한 소자 격리막(13) 상에 폴리실리콘을 300 ~ 500 Å 두께로 증착한 후, 소자 격리막(14)을 충분히 덮도록 패터닝하여 형성한다.In the above, the masking pattern 15 is deposited on the device isolation layer 13 including the first polysilicon layer 13 to a thickness of 300 to 500 Å, and then patterned to sufficiently cover the device isolation layer 14. Form.

도 1c를 참조하면, 마스킹 패턴(15)이 형성된 제 1 폴리실리콘층(13)을 포함한 전체 구조상에 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(16)을 형성한 후, 플로팅 게이트용 마스크를 사용한 식각 공정으로 제 2 폴리실리콘층(16) 및 마스킹 패턴(15)을 패터닝하고, 이로 인하여 패터닝된 제 2 폴리실리콘층(16)은 마스킹 패턴(15)과 함께 소자 격리막(14) 상에 일부 중첩되어 형성된다.Referring to FIG. 1C, after forming the second polysilicon layer 16 for floating gate on the entire structure including the first polysilicon layer 13 on which the masking pattern 15 is formed, an etching process using a mask for the floating gate is performed. The second polysilicon layer 16 and the masking pattern 15 are patterned, and thus the patterned second polysilicon layer 16 is partially overlapped on the device isolation layer 14 together with the masking pattern 15. do.

도 1d를 참조하면, 패터닝된 제 2 폴리실리콘층(16)을 포함한 전체 구조상에 유전체막(17) 및 컨트롤 게이트용 도전성 물질층(18)을 형성하고, 컨트롤 게이트용 마스크를 사용한 자기정렬 게이트 식각 공정으로 컨트롤 게이트용 도전성 물질층(18)을 포함한 그 하부 층들(17, 16, 15 및 13)을 순차적으로 식각하고, 이로 인하여 제 1 폴리실리콘층(13), 마스킹 패턴(15) 및 제 2 폴리실리콘층(16)이 적층된 플로팅 게이트가 형성되고, 컨트롤 게이트용 도전성 물질층(18)으로 된 컨트롤 게이트가 형성된다.Referring to FIG. 1D, a dielectric layer 17 and a conductive material layer 18 for control gates are formed on the entire structure including the patterned second polysilicon layer 16 and self-aligned gate etching using a mask for control gates. Process sequentially etching the underlying layers 17, 16, 15 and 13, including the conductive material layer 18 for the control gate, thereby the first polysilicon layer 13, the masking pattern 15 and the second A floating gate in which the polysilicon layer 16 is stacked is formed, and a control gate made of the conductive material layer 18 for the control gate is formed.

한편, 마스킹 패턴(15)은 플로팅 게이트 마스크 작업시 오정렬이 발생하더라도 마스킹 패턴(15)의 두께 만큼의 오정렬 마진(misalign margin)이 증가하지만, 이의 원리를 보면 오정렬이 발생하는 영역은 스페이서(spacer)가 형성되므로 폴리 오버 식각(poly over etch)을 적용하더라도 스페이서 영역이 기존 마스킹 패턴(15)의 두께보다 두꺼움으로 식각 손상(etch damage)을 방지한다. 그러나, 마스킹 패턴(15)을 적용하므로 인하여 소자 격리막(14)의 돌출된 측벽을 따라 폴리 스트링(poly string)이 존재할 수 있는데, 이는 추후 공정인 리옥시데이션(reoxidation)에 의하여 산화시킬 수 있기 때문에 문제가 되지 않는다.On the other hand, even if misalignment occurs during the floating gate mask operation, the masking pattern 15 increases the misalignment margin as much as the thickness of the masking pattern 15, but in view of the principle, the region in which misalignment occurs is a spacer. Since is formed, even if the poly over etch (poly over etch) is applied to the spacer area is thicker than the thickness of the existing masking pattern 15 to prevent the etch damage (etch damage). However, due to the application of the masking pattern 15, a poly string may be present along the protruding sidewall of the device isolation layer 14, since it may be oxidized by a subsequent process of reoxidation. It doesn't matter.

상기한 본 발명의 실시예는 낸드 플래쉬 메모리 소자를 중심으로 설명하였으나, 커플링 비를 증가시켜야 하는 모든 반도체 소자에 적용할 수 있다.Although the above-described embodiments of the present invention have been described with reference to the NAND flash memory device, the present invention can be applied to any semiconductor device for which the coupling ratio needs to be increased.

상술한 바와 같이, 본 발명은 마스킹 패턴으로 인하여 플래쉬 메모리 소자에서 플로팅 게이트 마스크 작업시 오정렬(misalign)이 발생하더라도 액티브 영역의 노출이 방지되고, 또한 마스킹 패턴으로 인하여 플로팅 게이트의 유효 표면적이 증가되어 컨트롤 게이트와의 게이트 캐패시티브 커플링 비(gate capacitive coupling ratio)를 증가시킬 수 있어, 소자의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라 소자의 고집적화를 실현시킬 수 있다.As described above, the present invention prevents the exposure of the active region even when misalignment occurs during the floating gate mask operation in the flash memory device due to the masking pattern, and also increases the effective surface area of the floating gate due to the masking pattern to control The gate capacitive coupling ratio with the gate can be increased, thereby improving the performance and reliability of the device as well as realizing high integration of the device.

Claims (3)

자기정렬 소자 격리 공정을 통해 액티브 영역에는 터널 산화막 및 제 1 폴리실리콘층이 형성되고, 필드 영역에는 소자 격리막이 형성된 기판이 제공되는 단계;Providing a substrate in which a tunnel oxide film and a first polysilicon layer are formed in an active region and a field is formed in a field region through a self-aligned device isolation process; 상기 제 1 폴리실리콘층에 일부 중첩되며 상기 소자 격리막을 완전히 덮는 마스킹 패턴을 형성하는 단계;Forming a masking pattern partially overlapping the first polysilicon layer and completely covering the device isolation layer; 상기 마스킹 패턴을 포함한 전체 구조상에 제 2 폴리실리콘층을 형성한 후, 플로팅 게이트용 마스크를 사용한 식각 공정을 상기 제 2 폴리실리콘층을 패터닝하는 단계;Forming a second polysilicon layer on the entire structure including the masking pattern, and then patterning the second polysilicon layer in an etching process using a mask for a floating gate; 상기 패터닝된 제 2 폴리실리콘층을 포함한 전체 구조상에 유전체막 및 도전성 물질층을 형성한 후 자기정렬 게이트 식각 공정으로 플로팅 게이트 및 컨트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.Forming a dielectric layer and a conductive material layer on the entire structure including the patterned second polysilicon layer, and then forming a floating gate and a control gate by a self-aligned gate etching process. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마스킹 패턴은 상기 제 1 폴리실리콘층을 포함한 상기 소자 격리막 상에 폴리실리콘을 300 ~ 500 Å 두께로 증착한 후, 상기 소자 격리막을 충분히 덮도록 패터닝하여 형성하는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.The masking pattern is formed by depositing polysilicon on the device isolation layer including the first polysilicon layer to a thickness of 300 ~ 500 Å, and then patterned to cover the device isolation layer sufficiently. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 플로팅 게이트는 상기 제 1 폴리실리콘층, 상기 마스킹 패턴 및 상기 제 2 폴리실리콘층이 적층되어 형성되는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법.And the floating gate is formed by stacking the first polysilicon layer, the masking pattern, and the second polysilicon layer.
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