KR20050086293A - Method of manufacturing nand flash memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 낸드 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 셀 지역 및 주변회로 지역 각각에 게이트를 형성하기 위한 공정 중 컨트롤 게이트용 폴리실리콘층을 이중층으로 형성하되, 먼저 형성된 층을 ONO 유전체막의 식각 보호막으로 하여 주변 트랜지스터의 게이트 콘택이 형성될 지역의 ONO 유전체막을 제거하므로, 주변 트랜지스터의 게이트에서 ONO 유전체막의 상하부층이 전기적으로 연결된 구조를 후속 금속 배선 공정 콘택 공정의 단순화 및 콘택 공정 마진을 확보할 수 있다. The present invention relates to a method of manufacturing a NAND flash memory device, wherein a polysilicon layer for a control gate is formed as a double layer during a process of forming a gate in each of a cell region and a peripheral circuit region, and the first layer is formed as an etch protective film of an ONO dielectric layer. Since the ONO dielectric film in the region where the gate contact of the peripheral transistor is to be formed is removed, the structure in which the upper and lower layers of the ONO dielectric film are electrically connected to the gate of the peripheral transistor can simplify the subsequent metal wiring process contact process and secure the contact process margin. have.
Description
본 발명은 낸드 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 게이트 콘택 공정을 개선할 수 있는 낸드 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a NAND flash memory device, and more particularly, to a method of manufacturing a NAND flash memory device capable of improving a gate contact process.
플래쉬 메모리 소자와 같은 비휘발성 메모리 소자의 셀에 저장된 정보는 전원이 차단 될 지라도 소멸되지 않는다. 따라서, 플래쉬 메모리 소자는 메모리 카드 등에 널리 적용된다. 플래쉬 메모리 소자는 두 가지로 분류된다. 그 하나는 낸드형(NAND-Type) 플래쉬 메모리 소자이고, 다른 하나는 노어형(NOR-Type) 플래쉬 메모리 소자이다.Information stored in a cell of a nonvolatile memory device such as a flash memory device is not destroyed even when the power is cut off. Therefore, flash memory devices are widely applied to memory cards and the like. Flash memory devices are classified into two categories. One is a NAND-type flash memory device, and the other is a NOR-type flash memory device.
낸드 플래쉬 메모리 소자는 셀 지역과 주변회로 지역으로 크게 구분 지을 수 있다. 셀 지역은 복수개의 스트링으로 구성되며, 각 스트링에는 소오스 선택 트랜지스터, 복수개의 메모리 셀 및 드레인 선택 트랜지스터가 직렬로 연결된다. 소오스 선택 트랜지스터의 소오스 영역은 공통 소오스 라인과 접속되고, 드레인 선택 트랜지스터의 드레인 영역은 비트라인과 접속된다. 주변회로 지역은 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터 등의 주변 트랜지스터들로 구성된다.NAND flash memory devices can be divided into cell regions and peripheral circuit regions. The cell region is composed of a plurality of strings, and a source select transistor, a plurality of memory cells, and a drain select transistor are connected in series to each string. The source region of the source select transistor is connected with the common source line, and the drain region of the drain select transistor is connected with the bit line. The peripheral circuit area is composed of peripheral transistors such as PMOS transistors and NMOS transistors.
낸드 플래쉬 메모리 소자의 경우 다른 소자와 비교하여 게이트 콘택을 형성시키는 방법이 다르다. 그 이유는 게이트 물질 사이에 ONO 유전체막이 존재하므로 해서 이를 제거하고 게이트 콘택을 형성하여야 하기 때문이다.In the case of NAND flash memory devices, a method of forming gate contacts is different compared to other devices. The reason is that the ONO dielectric film is present between the gate materials, so that it must be removed and a gate contact formed.
도 1은 종래 낸드 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a conventional NAND flash memory device.
도 1을 참조하면, 웰(well) 공정 및 문턱전압 조절(Vt adjustment) 공정을 진행한 후, 셀프 얼라인 쉘로우 트렌치 아이소레이션(SA-STI) 공정을 위하여, 반도체 기판(110) 상에 터널 산화막(111), 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(112a) 및 질화막(도시 않음)을 형성하고, 소자 분리용 마스크를 사용한 소자 분리용 트렌치 식각 공정, 웰 산화 공정, 소자 분리용 절연막 증착 공정, 화학적기계적 연마 공정 및 질화막 제거 공정을 통해 반도체 기판(110)의 필드 영역에 복수개의 소자 분리막들(도시 안됨)을 형성하여 액티브 영역을 정의(define)한다.Referring to FIG. 1, after a well process and a Vt adjustment process, a tunnel oxide layer is formed on a semiconductor substrate 110 for a self-aligned shallow trench isolation (SA-STI) process. (111), a first polysilicon layer 112a for floating gates and a nitride film (not shown), a trench isolation process for device isolation using a device isolation mask, a well oxidation process, an insulation film deposition process for device isolation, chemical Through the mechanical polishing process and the nitride film removing process, a plurality of device isolation layers (not shown) are formed in the field region of the semiconductor substrate 110 to define the active region.
소자 분리막들이 형성된 전체 구조 상에 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(112b)을 형성한 후, 플로팅 게이트용 마스크를 사용한 식각 공정으로 소자 분리막에 일부 중첩되면서 액티브 영역을 덮도록 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(112b)을 패터닝 한다. 패터닝된 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(112b)을 포함한 전체 구조상에 ONO 유전체막(113)을 형성한다. ONO 유전체막(113) 상에 컨트롤 게이트용 폴리실리콘층(114), 컨트롤 게이트용 금속-실리사이드층(115) 및 하드 마스크층(116)을 형성한 후, 컨트롤 게이트용 마스크를 사용한 식각 공정으로 하드 마스크층(116), 컨트롤 게이트용 금속-실리사이드층(115), 컨트롤 게이트용 폴리실리콘층(114), 유전체막(113), 패터닝된 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(112b) 및 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(112a)을 패터닝하여 셀 지역 및 주변회로 지역 각각에 게이트들을 형성하고, 게이트들 각각의 측벽에 게이트 스페이서(117)한다. 이후, 소오스/드레인 이온 주입 공정을 통해 셀 소오스 영역(118S), 셀 불순물 영역(118C), 셀 드레인 영역(118D) 및 소오스/드레인 접합부(118P)를 형성한다.After forming the second polysilicon layer 112b for the floating gate on the entire structure where the device isolation layers are formed, the second poly for the floating gate to cover the active region while partially overlapping the device isolation layer by an etching process using a mask for the floating gate. The silicon layer 112b is patterned. An ONO dielectric film 113 is formed over the entire structure including the patterned second polysilicon layer 112b for floating gate. After forming the polysilicon layer 114 for the control gate, the metal-silicide layer 115 for the control gate, and the hard mask layer 116 on the ONO dielectric layer 113, the hard gate layer may be hardly etched using the mask for the control gate. Mask layer 116, metal-silicide layer 115 for control gate, polysilicon layer 114 for control gate, dielectric film 113, second polysilicon layer 112b for patterned floating gate and for floating gate The first polysilicon layer 112a is patterned to form gates in each of the cell region and the peripheral circuit region, and the gate spacer 117 is formed on each sidewall of each of the gates. Thereafter, the cell source region 118S, the cell impurity region 118C, the cell drain region 118D, and the source / drain junction portion 118P are formed through a source / drain ion implantation process.
상기한 공정의 결과, 셀 지역은 복수개의 스트링(string)으로 구성되며, 각 스트링에는 소오스 선택 트랜지스터(SST), 복수개의 메모리 셀들(MC1 ~ MCn) 및 드레인 선택 트랜지스터(DST)가 직렬로 연결되어 형성된다. 주변회로 지역은 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터 등의 주변 트랜지스터(Peri-Transistor; PT)가 형성된다. 소오스 선택 트랜지스터(SST)는 셀 소오스 영역(118S)을 가지며, 복수개의 메모리 셀들(MC1 ~ MCn)은 셀 불순물 영역(118C)을 가지며, 드레인 선택 트랜지스터(DST)는 셀 드레인 영역(118D)을 가지며, 주변 트랜지스터(PT)는 소오스/드레인 접합부(118P)를 가진다.As a result of the above process, the cell region is composed of a plurality of strings, and the source select transistor SST, the plurality of memory cells MC1 to MCn, and the drain select transistor DST are connected in series to each string. Is formed. In the peripheral circuit region, peripheral transistors (Peri-Transistors (PT)) such as PMOS transistors and NMOS transistors are formed. The source select transistor SST has a cell source region 118S, the plurality of memory cells MC1 to MCn have a cell impurity region 118C, and the drain select transistor DST has a cell drain region 118D. The peripheral transistor PT has a source / drain junction 118P.
트랜지스터들(SST, MC 및 DST)을 포함한 전체 구조상에 식각 정지막(119)을 형성한 후, 식각 정지막(119)이 형성된 결과물 전체 구조상에 제 1 층간 절연막(120)을 형성한다. 제 1 층간 절연막(120)의 표면을 화학적 기계적 연마(CMP) 공정으로 평탄화한 후, 공통 소오스 라인 콘택용 마스크를 사용한 식각 공정으로 제 1 층간 절연막(120) 및 식각 정지막(119)을 식각하여 셀 소오스 영역들(118S) 및 소자 분리막들(도시 안됨)이 노출된 공통 소오스 라인 콘택홀을 형성하고, 공통 소오스 라인 콘택홀이 채워지도록 도프트 폴리실리콘층을 형성한 후, 제 1 층간 절연막(120)이 노출되도록 도프트 폴리실리콘층을 전면식각하여 공통 소오스 라인(CSL)을 형성한다. 이러한 공정을 일명 셀 소오스 폴리 플러그(cell source poly plug) 공정이라 칭한다.After the etch stop layer 119 is formed on the entire structure including the transistors SST, MC, and DST, the first interlayer insulating layer 120 is formed on the entire structure of the resultant etch stop layer 119. After planarizing the surface of the first interlayer insulating layer 120 by a chemical mechanical polishing (CMP) process, the first interlayer insulating layer 120 and the etch stop layer 119 are etched by an etching process using a common source line contact mask. After forming a common source line contact hole exposing the cell source regions 118S and the device isolation layers (not shown), and forming a doped polysilicon layer to fill the common source line contact hole, a first interlayer insulating film ( The doped polysilicon layer is fully etched to expose 120 to form a common source line CSL. This process is called a cell source poly plug process.
공통 소오스 라인(CSL)을 포함한 제 1 층간 절연막(120) 상에 제 2 층간 절연막(121)을 형성하고, 드레인 콘택용 마스크를 사용한 식각 공정으로 제 2 층간 절연막(121), 제 1 층간 절연막(120) 및 식각 정지막(119)을 식각하여 셀 드레인 영역(118D) 각각이 노출된 셀 드레인 콘택홀들을 형성하고, 셀 드레인 콘택홀들이 채워지도록 도프트 폴리실리콘층을 형성한 후, 제 2 층간 절연막(121)이 노출되도록 도프트 폴리실리콘층을 전면식각하여 셀 드레인 콘택 플러그들(DCP)을 형성한다. 이러한 공정을 일명 셀 드레인 폴리 플러그(cell drain poly plug) 공정이라 칭한다.The second interlayer insulating layer 121 is formed on the first interlayer insulating layer 120 including the common source line CSL, and the second interlayer insulating layer 121 and the first interlayer insulating layer 121 are formed by an etching process using a drain contact mask. 120 and the etch stop layer 119 are etched to form cell drain contact holes exposed to each of the cell drain regions 118D, and a doped polysilicon layer is formed to fill the cell drain contact holes. The doped polysilicon layer is etched entirely so that the insulating layer 121 is exposed to form cell drain contact plugs DCP. This process is called a cell drain poly plug process.
셀 드레인 콘택 플러그들(DCP)을 포함한 제 2 층간 절연막(121) 상에 트렌치 질화막(122) 및 트렌치 산화막(123)을 순차적으로 형성한 후, 다마신(damascene) 공정으로 다마신 패턴들을 형성한다. 다마신 패턴들이 매립되도록 텅스텐 등의 금속을 증착한 후, 전면 식각 공정을 실시하여 공통 소오스 라인(CSL)에 연결되는 금속 배선(도시 안됨), 드레인 콘택 플러그(DCP)에 연결되는 비트라인(124D), 주변 트랜지스터(PT)의 게이트에 연결되는 금속 배선(124G) 및 주변 트랜지스터(PT)의 소오스/드레인 접합부(118P)에 연결되는 금속 배선(124P)을 형성한다.After the trench nitride layer 122 and the trench oxide layer 123 are sequentially formed on the second interlayer insulating layer 121 including the cell drain contact plugs DCP, damascene patterns are formed by a damascene process. . After depositing a metal such as tungsten so that the damascene patterns are buried, a front surface etching process is performed to form a metal wire (not shown) connected to the common source line (CSL) and a bit line 124D connected to the drain contact plug (DCP). ), A metal wire 124G connected to the gate of the peripheral transistor PT, and a metal wire 124P connected to the source / drain junction 118P of the peripheral transistor PT.
상기한 종래 방법에서, 주변 트랜지스터(PT)의 게이트는 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(112a), 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(112b), ONO 유전체막(113), 컨트롤 게이트용 폴리실리콘층(114), 컨트롤 게이트용 금속-실리사이드층(115) 및 하드 마스크층(116)이 적층된 구조를 이룬다. 적층 구조에서 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(112a), 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(112b), 컨트롤 게이트용 폴리실리콘층(114) 및 컨트롤 게이트용 금속-실리사이드층(115)이 실제적으로 게이트 역할을 한다. 그런데, 이들 층의 중간에 형성된 ONO 유전체막(113)은 하부층(112a 및 112b)과 상부층(114 및 115)을 전기적으로 절연시키기 때문에 주변 트랜지스터(PT)의 게이트에 연결되는 금속 배선(124G)이 하부층(112a 및 112b)까지 연장되어 형성되어야 한다. 금속 배선(124G)이 하부층(112a 및 112b)과 상부층(114 및 115) 모두에 전기적으로 연결시키기 위하여, 컨트롤 게이트용 마스크 공정 및 식각 공정 후에 별도의 게이트 마스크 공정 및 식각 공정으로 하드 마스크층(116), 컨트롤 게이트용 금속-실리사이드층(115) 및 컨트롤 게이트용 폴리실리콘층(114)의 일부분을 제거하여 홀을 형성하고, 이후 상기한 다마신 공정을 통해 홀 저면을 이루는 ONO 유전체막(113)을 제거한다. 이와 같이, 종래 방법은 복잡한 공정을 통해 주변 트랜지스터(PT)의 게이트 콘택을 형성하고 있다. In the above-described conventional method, the gate of the peripheral transistor PT is the first polysilicon layer 112a for the floating gate, the second polysilicon layer 112b for the floating gate, the ONO dielectric film 113, the polysilicon for the control gate. The layer 114, the metal-silicide layer 115 for the control gate, and the hard mask layer 116 form a stacked structure. In the laminated structure, the first polysilicon layer 112a for the floating gate, the second polysilicon layer 112b for the floating gate, the polysilicon layer 114 for the control gate and the metal-silicide layer 115 for the control gate are practically It acts as a gate. However, since the ONO dielectric film 113 formed in the middle of these layers electrically insulates the lower layers 112a and 112b and the upper layers 114 and 115, the metal wiring 124G connected to the gate of the peripheral transistor PT is formed. It should extend to the lower layers 112a and 112b. In order to electrically connect the metal wirings 124G to both the lower layers 112a and 112b and the upper layers 114 and 115, the hard mask layer 116 may be formed by a separate gate mask process and an etching process after the control gate mask process and the etching process. ), A portion of the control gate metal-silicide layer 115 and the control gate polysilicon layer 114 are removed to form holes, and then the ONO dielectric layer 113 forming the bottom of the hole through the damascene process described above. Remove it. As described above, the conventional method forms a gate contact of the peripheral transistor PT through a complicated process.
따라서, 본 발명은 게이트 콘택 공정을 용이하게 실시할 수 있도록 하여 게이트 콘택 공정 마진을 확보할 수 있는 낸드 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a NAND flash memory device capable of easily performing a gate contact process to secure a gate contact process margin.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 측면에 따른 낸드 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법은 셀프 얼라인 쉘로우 트렌치 아이소레이션 공정 및 플로팅 게이트용 마스크 공정을 실시하여 패터닝된 플로팅 게이트용 제 1 및 제 2 폴리실리콘층을 갖는 반도체 기판이 제공되는 단계; 전체 구조상에 ONO 유전체막 및 컨트롤 게이트용 제 1 폴리실리콘층을 형성하는 단계; 게이트 콘택 마스크 공정 및 식각 공정을 실시하여, 주변 트랜지스터의 게이트 콘택이 형성될 지역의 컨트롤 게이트용 제 1 폴리실리콘층 및 ONO 유전체막을 식각하여 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층의 일부가 노출된 개구부를 형성하는 단계; 개구부가 형성된 결과물 상에 컨트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘층, 금속-실리사이드층 및 하드 마스크층을 형성한 후, 컨트롤 게이트용 마스크를 사용한 식각 공정 및 소오스/드레인 이온 주입 공정을 통해 셀 지역 및 주변회로 지역에 트랜지스터들을 형성하고, 트랜지스터들 중 주변회로 트랜지스터는 개구부를 통해 ONO 유전체막의 상하부층이 전기적으로 연결되는 단계; 및 트랜지스터들을 포함한 전체 구조상에 다층 구조의 층간 절연막을 형성하고 다마신 공정을 적용하여 배선들을 형성하고, 배선들 중 주변 트랜지스터의 게이트에 연결되는 배선은 금속-실리사이드층과 접촉되는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a NAND flash memory device, wherein the first and second polysilicon for floating gates are patterned by performing a self-aligned shallow trench isolation process and a mask process for floating gates. Providing a semiconductor substrate having a layer; Forming a first polysilicon layer for the ONO dielectric film and the control gate over the entire structure; A gate contact mask process and an etching process may be performed to etch the first polysilicon layer for the control gate and the ONO dielectric layer in the region where the gate contact of the peripheral transistor is to be formed to expose an opening in which a portion of the second polysilicon layer for the floating gate is exposed. Forming; After forming the second polysilicon layer, the metal-silicide layer, and the hard mask layer for the control gate on the resultant formed opening, the cell region and the peripheral circuit through the etching process and the source / drain ion implantation process using the mask for the control gate Forming transistors in the region, wherein peripheral circuit transistors of the transistors are electrically connected with upper and lower layers of the ONO dielectric film through the openings; And forming a multi-layered interlayer insulating film over the entire structure including the transistors and applying the damascene process to form the wires, wherein the wires connected to the gates of the peripheral transistors are in contact with the metal-silicide layer.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의하여 이해되어야 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Only the present embodiment is provided to make the disclosure of the present invention complete, and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.
한편, 어떤 막이 다른 막 또는 반도체 기판의 '상'에 있다라고 기재되는 경우에 상기 어떤 막은 상기 다른 막 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는 그 사이에 제 3의 막이 개재되어질 수도 있다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되어질 수도 있다. 도면에서 동일 부호는 동일 요소를 지칭한다. On the other hand, when a film is described as being "on" another film or semiconductor substrate, the film may exist in direct contact with the other film or semiconductor substrate, or a third film may be interposed therebetween. In addition, the thickness or size of each layer in the drawings may be exaggerated for convenience and clarity of description. In the drawings, like reference numerals refer to like elements.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 낸드 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a NAND flash memory device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 웰(well) 공정 및 문턱전압 조절(Vt adjustment) 공정을 진행한 후, 셀프 얼라인 쉘로우 트렌치 아이소레이션(SA-STI) 공정을 위하여, 반도체 기판(210) 상에 터널 산화막(211), 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(212a) 및 질화막(도시 않음)을 형성하고, 소자 분리용 마스크를 사용한 소자 분리용 트렌치 식각 공정, 웰 산화 공정, 소자 분리용 절연막 증착 공정, 화학적기계적 연마 공정 및 질화막 제거 공정을 통해 반도체 기판(210)의 필드 영역에 복수개의 소자 분리막들(도시 안됨)을 형성하여 액티브 영역을 정의(define)한다.Referring to FIG. 2, after the well process and the Vt adjustment process, a tunnel oxide layer is formed on the semiconductor substrate 210 for a self-aligned shallow trench isolation (SA-STI) process. 211, the first polysilicon layer 212a for floating gates and a nitride film (not shown), a trench isolation process for device isolation using a device isolation mask, a well oxidation process, an insulation layer deposition process for device isolation, and a chemical A plurality of device isolation layers (not shown) are formed in the field region of the semiconductor substrate 210 through the mechanical polishing process and the nitride film removing process to define the active region.
소자 분리막들이 형성된 전체 구조 상에 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(212b)을 형성한 후, 플로팅 게이트용 마스크를 사용한 식각 공정으로 소자 분리막에 일부 중첩되면서 액티브 영역을 덮도록 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(212b)을 패터닝 한다. 패터닝된 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(212b)을 포함한 전체 구조상에 ONO 유전체막(213)을 형성한다. ONO 유전체막(213) 상에 컨트롤 게이트용 제 1 폴리실리콘층(214a)을 형성한다.After forming the second polysilicon layer 212b for the floating gate on the entire structure in which the device isolation layers are formed, the second poly for floating gate to cover the active region while partially overlapping the device isolation layer by an etching process using a floating gate mask. The silicon layer 212b is patterned. An ONO dielectric film 213 is formed over the entire structure including the patterned second polysilicon layer 212b for floating gate. The first polysilicon layer 214a for the control gate is formed on the ONO dielectric film 213.
게이트 콘택 마스크 공정 및 식각 공정을 실시하여, 주변회로 지역에서 주변 트랜지스터의 게이트 콘택이 형성될 지역의 컨트롤 게이트용 제 1 폴리실리콘층(214a) 및 ONO 유전체막(213)을 식각하고, 이로 인하여 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(212b)이 저면을 이루는 개구부가 형성된다. 컨트롤 게이트용 제 1 폴리실리콘층(214a)은 게이트 콘택 마스크 공정 및 식각 공정시 ONO 유전체막(213)을 보호하는 역할을 한다.A gate contact mask process and an etching process are performed to etch the first polysilicon layer 214a and the ONO dielectric film 213 for the control gate in the region where the gate contact of the peripheral transistor is to be formed in the peripheral circuit region, thereby floating An opening is formed in which the gate second polysilicon layer 212b forms a bottom surface. The first polysilicon layer 214a for the control gate serves to protect the ONO dielectric layer 213 during the gate contact mask process and the etching process.
개구부가 형성된 결과물 상에 컨트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘층(214b), 컨트롤 게이트용 금속-실리사이드층(215) 및 하드 마스크층(216)을 형성한 후, 컨트롤 게이트용 마스크를 사용한 식각 공정으로 하드 마스크층(216), 컨트롤 게이트용 금속-실리사이드층(215), 컨트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘층(214b), 컨트롤 게이트용 제 1 폴리실리콘층(214a), ONO 유전체막(213), 패터닝된 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(212b) 및 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(212a)을 패터닝하여 셀 지역 및 주변회로 지역 각각에 게이트들을 형성하고, 게이트들 각각의 측벽에 게이트 스페이서(217)한다. 이후, 소오스/드레인 이온 주입 공정을 통해 셀 소오스 영역(218S), 셀 불순물 영역(218C), 셀 드레인 영역(218D) 및 소오스/드레인 접합부(218P)를 형성한다.After forming the second polysilicon layer 214b for the control gate, the metal-silicide layer 215 for the control gate, and the hard mask layer 216 on the resultant opening, the hard gate layer is hardly etched using the mask for the control gate. Mask layer 216, control gate metal-silicide layer 215, control gate second polysilicon layer 214b, control gate first polysilicon layer 214a, ONO dielectric film 213, patterned Patterning the second polysilicon layer 212b for the floating gate and the first polysilicon layer 212a for the floating gate to form gates in each of the cell region and the peripheral circuit region, and the gate spacer 217 on each sidewall of the gates. do. Thereafter, a cell source region 218S, a cell impurity region 218C, a cell drain region 218D, and a source / drain junction 218P are formed through a source / drain ion implantation process.
상기한 공정의 결과, 셀 지역은 복수개의 스트링(string)으로 구성되며, 각 스트링에는 소오스 선택 트랜지스터(SST), 복수개의 메모리 셀들(MC1 ~ MCn) 및 드레인 선택 트랜지스터(DST)가 직렬로 연결되어 형성된다. 주변회로 지역은 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터 등의 주변 트랜지스터(Peri-Transistor; PT)가 형성된다. 소오스 선택 트랜지스터(SST)는 셀 소오스 영역(218S)을 가지며, 복수개의 메모리 셀들(MC1 ~ MCn)은 셀 불순물 영역(218C)을 가지며, 드레인 선택 트랜지스터(DST)는 셀 드레인 영역(218D)을 가지며, 주변 트랜지스터(PT)는 소오스/드레인 접합부(218P)를 가진다.As a result of the above process, the cell region is composed of a plurality of strings, and the source select transistor SST, the plurality of memory cells MC1 to MCn, and the drain select transistor DST are connected in series to each string. Is formed. In the peripheral circuit region, peripheral transistors (Peri-Transistors (PT)) such as PMOS transistors and NMOS transistors are formed. The source select transistor SST has a cell source region 218S, the plurality of memory cells MC1 to MCn have a cell impurity region 218C, and the drain select transistor DST has a cell drain region 218D. The peripheral transistor PT has a source / drain junction 218P.
트랜지스터들(SST, MC 및 DST)을 포함한 전체 구조상에 식각 정지막(219)을 형성한 후, 식각 정지막(219)이 형성된 결과물 전체 구조상에 제 1 층간 절연막(220)을 형성한다. 제 1 층간 절연막(220)의 표면을 화학적 기계적 연마(CMP) 공정으로 평탄화한 후, 공통 소오스 라인 콘택용 마스크를 사용한 식각 공정으로 제 1 층간 절연막(220) 및 식각 정지막(219)을 식각하여 셀 소오스 영역들(218S) 및 소자 분리막들(도시 안됨)이 노출된 공통 소오스 라인 콘택홀을 형성하고, 공통 소오스 라인 콘택홀이 채워지도록 도프트 폴리실리콘층을 형성한 후, 제 1 층간 절연막(220)이 노출되도록 도프트 폴리실리콘층을 전면식각하여 공통 소오스 라인(CSL)을 형성한다. 이러한 공정을 일명 셀 소오스 폴리 플러그(cell source poly plug) 공정이라 칭한다.After the etch stop layer 219 is formed on the entire structure including the transistors SST, MC, and DST, the first interlayer insulating layer 220 is formed on the entire structure of the resultant etch stop layer 219. After the surface of the first interlayer insulating layer 220 is planarized by a chemical mechanical polishing (CMP) process, the first interlayer insulating layer 220 and the etch stop layer 219 are etched by an etching process using a common source line contact mask. After forming a common source line contact hole exposing the cell source regions 218S and the device isolation layers (not shown), and forming a doped polysilicon layer to fill the common source line contact hole, a first interlayer insulating film ( The doped polysilicon layer is completely etched to expose 220 to form a common source line CSL. This process is called a cell source poly plug process.
공통 소오스 라인(CSL)을 포함한 제 1 층간 절연막(220) 상에 제 2 층간 절연막(221)을 형성하고, 드레인 콘택용 마스크를 사용한 식각 공정으로 제 2 층간 절연막(221), 제 1 층간 절연막(220) 및 식각 정지막(219)을 식각하여 셀 드레인 영역(218D) 각각이 노출된 셀 드레인 콘택홀들을 형성하고, 셀 드레인 콘택홀들이 채워지도록 도프트 폴리실리콘층을 형성한 후, 제 2 층간 절연막(221)이 노출되도록 도프트 폴리실리콘층을 전면식각하여 셀 드레인 콘택 플러그들(DCP)을 형성한다. 이러한 공정을 일명 셀 드레인 폴리 플러그(cell drain poly plug) 공정이라 칭한다.A second interlayer insulating film 221 is formed on the first interlayer insulating film 220 including the common source line CSL, and the second interlayer insulating film 221 and the first interlayer insulating film are formed by an etching process using a drain contact mask. 220 and the etch stop layer 219 are etched to form cell drain contact holes exposed to each of the cell drain regions 218D, and a doped polysilicon layer is formed to fill the cell drain contact holes, and then a second interlayer is formed. The doped polysilicon layer is etched entirely so that the insulating layer 221 is exposed to form cell drain contact plugs DCP. This process is called a cell drain poly plug process.
셀 드레인 콘택 플러그들(DCP)을 포함한 제 2 층간 절연막(221) 상에 트렌치 질화막(222) 및 트렌치 산화막(223)을 순차적으로 형성한 후, 다마신(damascene) 공정으로 다마신 패턴들을 형성한다. 다마신 패턴들이 매립되도록 텅스텐 등의 금속을 증착한 후, 전면 식각 공정을 실시하여 공통 소오스 라인(CSL)에 연결되는 금속 배선(도시 안됨), 드레인 콘택 플러그(DCP)에 연결되는 비트라인(224D), 주변 트랜지스터(PT)의 게이트에 연결되는 금속 배선(224G) 및 주변 트랜지스터(PT)의 소오스/드레인 접합부(118P)에 연결되는 금속 배선(224P)을 형성한다.After the trench nitride layer 222 and the trench oxide layer 223 are sequentially formed on the second interlayer insulating layer 221 including the cell drain contact plugs DCC, damascene patterns are formed by a damascene process. . After depositing a metal such as tungsten so that the damascene patterns are buried, a front surface etching process is performed to form a metal wire (not shown) connected to a common source line (CSL) and a bit line 224D connected to a drain contact plug (DCP). ), A metal wire 224G connected to the gate of the peripheral transistor PT, and a metal wire 224P connected to the source / drain junction 118P of the peripheral transistor PT.
상기에서, 주변 트랜지스터(PT)의 게이트는 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(212a), 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(212b), ONO 유전체막(213), 컨트롤 게이트용 제 1 폴리실리콘층(214a), 컨트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘층(214b), 컨트롤 게이트용 금속-실리사이드층(215) 및 하드 마스크층(216)이 적층된 구조를 이룬다. 적층 구조에서 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층(212a), 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(212b), 컨트롤 게이트용 제 1 폴리실리콘층(214a), 컨트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘층(214b) 및 컨트롤 게이트용 금속-실리사이드층(215)이 실제적으로 게이트 역할을 한다. 그런데, 기존에는 ONO 유전체막(213)에 의해 하부층(212a 및 212b)과 상부층(214a, 214b 및 215)이 전기적으로 절연되어 있었으나, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 컨트롤 게이트용 제 1 폴리실리콘층(214a)을 ONO 유전체막(213) 상에 형성한 후 게이트 콘택 마스크 공정 및 식각 공정을 통해 주변 트랜지스터(PT)의 게이트 콘택이 형성될 지역에 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층(212b)이 저면을 이루는 개구부를 형성하여 하부층(212a 및 212b)과 상부층(214a, 214b 및 215)이 전기적으로 연결되도록 한다. 이에 따라 주변 트랜지스터(PT)의 게이트에 연결되는 금속 배선(224G)이 기존처럼 하부층(212a 및 212b)까지 연장되어 형성될 필요가 없어, 금속 배선(224G)이 하부층(212a 및 212b)과 상부층(214a, 214b 및 215) 모두에 전기적으로 연결시키기 위하여 기존에 실시하던 별도의 게이트 마스크 공정 및 식각 공정으로 하드 마스크층(216), 컨트롤 게이트용 금속-실리사이드층(215) 및 컨트롤 게이트용 폴리실리콘층(214)의 일부분을 제거하는 번거로운 공정을 생략하여도 된다. 따라서, 본 발명은 상기한 다마신 공정을 통해 금속-실리사이드층(215)만 노출시켜 주변 트랜지스터(PT)의 게이트 콘택을 형성한다. In the above description, the gate of the peripheral transistor PT includes the first polysilicon layer 212a for the floating gate, the second polysilicon layer 212b for the floating gate, the ONO dielectric layer 213, and the first polysilicon layer for the control gate. 214a, the control gate second polysilicon layer 214b, the control gate metal-silicide layer 215, and the hard mask layer 216 are stacked. In the laminated structure, the first polysilicon layer 212a for the floating gate, the second polysilicon layer 212b for the floating gate, the first polysilicon layer 214a for the control gate, and the second polysilicon layer 214b for the control gate And the metal-silicide layer 215 for the control gate actually serves as a gate. In the past, the lower layers 212a and 212b and the upper layers 214a, 214b, and 215 were electrically insulated by the ONO dielectric film 213. However, in the present invention, as described above, the first polysilicon layer for the control gate ( After forming 214a on the ONO dielectric layer 213, the bottom surface of the second polysilicon layer 212b for floating gate may be formed in a region where a gate contact of the peripheral transistor PT is to be formed through a gate contact mask process and an etching process. Openings are formed to allow the lower layers 212a and 212b to be electrically connected to the upper layers 214a, 214b, and 215. Accordingly, the metal wire 224G connected to the gate of the peripheral transistor PT does not need to be formed to extend to the lower layers 212a and 212b as in the past, so that the metal wires 224G are formed on the lower layers 212a and 212b and the upper layer ( The hard mask layer 216, the metal-silicide layer 215 for the control gate, and the polysilicon layer for the control gate are performed by a separate gate mask process and an etching process, which are conventionally performed to electrically connect to all of the gates 214a, 214b, and 215. The troublesome process of removing a part of 214 may be omitted. Accordingly, the present invention exposes only the metal-silicide layer 215 through the damascene process to form the gate contact of the peripheral transistor PT.
본 발명은 적합한 실시예를 참조하여 설명된 본원의 특정 분야에 대해 제한되지 않으며, 오히려 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다. The invention is not limited to the specific field herein described with reference to the suitable embodiments, but rather the scope of the invention should be understood by the claims herein.
상술한 바와 같이, 본 발명은 게이트 형성 공정 중에 상부층과 하부층이 전기적으로 연결되도록 게이트 콘택을 실시하므로, 후속 금속 배선 콘택 공정의 단순화 및 콘택 공정 마진을 확보할 수 있어, 소자의 신뢰성 및 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention performs the gate contact so that the upper layer and the lower layer are electrically connected during the gate forming process, thereby simplifying the subsequent metal wiring contact process and securing the contact process margin, thereby increasing the reliability of the device and the productivity of the product. Can improve.
도 1은 종래 기술에 따른 낸드 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도; 및1 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a NAND flash memory device according to the prior art; And
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 낸드 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating 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>
110, 210: 반도체 기판 111, 211: 터널 산화막110 and 210: semiconductor substrate 111 and 211: tunnel oxide film
112a, 212a: 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘층112a, 212a: first polysilicon layer for floating gate
112b, 212b: 플로팅 게이트용 제 2 폴리실리콘층112b, 212b: second polysilicon layer for floating gate
113, 213: ONO 유전체막 114: 컨트롤 게이트용 폴리실리콘층113 and 213: ONO dielectric film 114: polysilicon layer for control gate
214a: 컨트롤 게이트용 제 1 폴리실리콘층214a: first polysilicon layer for control gate
214b: 컨트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘층214b: second polysilicon layer for control gate
115, 215: 금속-실리사이드층 116, 216: 하드 마스크층115, 215: metal-silicide layer 116, 216: hard mask layer
117, 217: 게이트 스페이서 118S, 218S: 셀 소오스 영역 117 and 217: gate spacer 118S and 218S: cell source region
118C, 118C: 셀 불순물 영역 118D, 118D: 셀 드레인 영역118C, 118C: cell impurity region 118D, 118D: cell drain region
118P, 118P: 소오스/드레인 접합부 119, 219: 식각 정지막118P, 118P: source / drain junction 119, 219: etch stop film
120, 220: 제 1 층간 절연막 121, 221: 제 2 층간 절연막120, 220: first interlayer insulating film 121, 221: second interlayer insulating film
122, 222: 트렌치 식각 정지막 123, 223: 트렌치 절연막122, 222: trench etch stop film 123, 223: trench insulating film
124D, 224D: 비트라인124D, 224D: Bitline
124P, 224P: 주변 트랜지스터의 소오스/드레인 접합부용 금속배선124P and 224P: Metal wiring for source / drain junctions of peripheral transistors
124G, 124G: 주변 트랜지스터의 게이트용 금속 배선124G, 124G: metal wiring for gates of peripheral transistors
SST: 소오스 선택 트랜지스터 MC1, · · · , MCn: 메모리 셀SST: source select transistor MC1, ..., MCn: memory cell
DST: 드레인 선택 트랜지스터 PT: 주변 트랜지스터DST: Drain Select Transistor PT: Peripheral Transistor
CSL: 공통 소오스 라인 DCP: 드레인 콘택 플러그 CSL: Common source line DCP: Drain contact plug
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KR100799860B1 (en) * | 2005-12-23 | 2008-01-31 | 주식회사 하이닉스반도체 | Flash memory device method for the same |
US8674429B2 (en) | 2012-04-17 | 2014-03-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Gate structure in non-volatile memory device |
US8912575B2 (en) | 2012-08-21 | 2014-12-16 | SK Hynix Inc. | Semiconductor memory device and method of fabricating the same |
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2004
- 2004-02-25 KR KR1020040012709A patent/KR20050086293A/en not_active Application Discontinuation
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