KR20060029772A - Non volatile memory device and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비휘발성 메모리 장치의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 플래쉬 메모리 소자의 적층게이트를 형성함에 있어서, 상기 적층게이트 중 플로팅 게이트를 휀스(fence) 형태의 요철형 구조로 형성함을 특징으로 한다. 상기 플로팅 게이트의 표면적이 월등히 증가함에 따라 게이트층간 유전체막(ONO막)과의 접촉 면적 또한 증가하게 되어 플래쉬 메모리 소자의 데이터 프로그램 및 소거 특성이 향상된다. 그리고, 플로팅 게이트를 휀스 형태의 요철형 구조로 형성할 경우, 그 표면적은 월등히 증가시키면서도 플로팅 게이트로서 기능하는 도전막의 증착 두께를 보다 낮출 수 있으므로 STI 형성을 위한 절연막 필링시 갭필 마진을 확보할 수 있게 되며, 플로팅 게이트 형성을 위한 도전막 증착시에도 심(seam) 형태의 디펙이 발생되는 문제점을 최소화할 수 있게 된다. 또한, 플로팅 게이트로서 기능하는 도전막의 증착 두께를 낮춤으로써 플래쉬 메모리 소자의 셀 어레이 영역과 주변회로 영역간의 단차를 낮추어 후속의 공정 진행이 원활해지도록 하여 결과적으로 생산성 또한 향상시킬 수 있게 된다.
The present invention relates to a structure of a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same. In the present invention, in forming a stacked gate of a flash memory device, the floating gate of the stacked gates is formed in a fence-shaped concave-convex structure. As the surface area of the floating gate is greatly increased, the contact area with the inter-gate dielectric film (ONO film) is also increased, thereby improving data program and erase characteristics of the flash memory device. In addition, when the floating gate is formed in a Higgs-shaped concave-convex structure, the surface area can be increased while lowering the deposition thickness of the conductive film functioning as the floating gate, thereby securing a gap fill margin when filling the insulating film for forming the STI. In addition, even when the conductive film is deposited for forming the floating gate, it is possible to minimize the problem that defects in the shape of a seam are generated. In addition, by lowering the deposition thickness of the conductive film serving as the floating gate, the step difference between the cell array region and the peripheral circuit region of the flash memory device can be lowered to facilitate subsequent processing, thereby improving productivity.
플래쉬 메모리, 플로팅 게이트, 콘트롤 게이트, ONO, 심(seam) Flash Memory, Floating Gate, Control Gate, ONO, Seam
Description
도 1은 종래 기술에 따른 플래쉬 메모리 소자의 적층게이트 구조를 나타낸다.1 illustrates a stacked gate structure of a flash memory device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2h에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 적층게이트를 제조하는 방법이 순차적으로 도시되어 있다.2A through 2H sequentially illustrate a method of manufacturing a stacked gate of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100: 반도체 기판 102: 패드 산화막 100
104: 실리콘 질화막 106: 감광막 104: silicon nitride film 106: photosensitive film
108: 트렌치 110: 절연막108: trench 110: insulating film
112: STI막 114: 터널 산화막112: STI film 114: tunnel oxide film
116a: 플로팅 게이트 118a: 게이트층간 유전체막116a:
120a: 콘트롤 게이트
120a: control gate
본 발명은 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프로그램 및 소거 속도를 보다 향상시킬 수 있는 개선된 플로팅 게이트 구조를 가지는 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법에 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 an improved floating gate structure that can further improve the program and erase speed, and a method of manufacturing the same.
데이터를 저장하기 위해 사용되는 반도체 메모리 소자들은 일반적으로 휘발성 메모리 소자와 비휘발성 메모리 소자로 구분될 수 있다. 반도체 메모리 소자에 있어서, 먼저 DRAM(Dynamic Random Access Memory)이나 SRAM(Static Rrandom Access Memory)등으로 대표되는 휘발성 메모리 소자는 데이터의 입출력 동작은 빠르지만 전원 공급이 중단됨에 따라 저장된 데이터를 소실하는 특성이 있는 반면에, EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)이나 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)등으로 대표되는 비휘발성 메모리 소자는 데이터의 입출력 동작은 느리지만 전원 공급이 중단되더라도 저장된 데이터가 그대로 유지되는 특성이 있다. 따라서, 이러한 비휘발성 메모리 소자는 음악 또는 영상 데이터를 저장하기 위한 메모리 카드나 이동전화 시스템과 같이 전원을 항상 공급할 수 없거나 전원 공급이 간헐적으로 중단되는 상황에서 폭넓게 사용될 수 있다. 이러한 비휘발성 메모리 소자 중에서도 특히, EEPROM의 집적도 한계를 극복하기 위하여 일괄소거방식의 1 Tr/1 Cell 구조를 채택하고 있는 플래쉬 메모리 소자는 전기적으로 데이터를 자유롭게 입/출력할 수 있으며, 전력소모가 적고 고속 프로그래밍이 가능하여 향후 컴퓨터의 하드디스크드라이브(HDD)를 대체할 수 있을 것으로 기대되는 등 점차 그 수요가 늘고 있는 추세이다. 그러나, 이러한 플래쉬 메모리 소자는 전원이 중단될 경우에도 저장되어 있는 데이터가 보존된다는 우수한 장점에도 불구하고 휘발성 메모리 소자에 비하여 동작속도가 느리다는 취약점을 가지고 있기 때문에 플래쉬 메모리 소자의 프로그램 및 소거 속도를 높이기 위한 다양한 셀 구조 및 구동 방법이 활발히 연구되고 있다.Semiconductor memory devices used to store data may be generally classified into volatile memory devices and nonvolatile memory devices. In the semiconductor memory device, a volatile memory device represented by DRAM (Dynamic Random Access Memory) or SRAM (Static Rrandom Access Memory) is characterized by fast data input / output operation but loss of stored data when power supply is interrupted. On the other hand, nonvolatile memory devices represented by EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) or EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) are slow in input / output operation of data but retain stored data even when power supply is interrupted. There is this. Therefore, such a nonvolatile memory device can be widely used in a situation where power cannot always be supplied or power supply is intermittently interrupted, such as a memory card or a mobile telephone system for storing music or image data. Among these non-volatile memory devices, in particular, the flash memory device adopting the 1 Tr / 1 Cell structure of the batch erasing method to overcome the limitation of the integration density of EEPROM can freely input / output data electrically and consumes less power. It is expected that the high-speed programming will be able to replace the hard disk drive (HDD) of the computer in the future, and the demand is gradually increasing. However, the flash memory device has a weakness of operating speed compared to volatile memory device despite the excellent advantage that the stored data is preserved even in the event of power failure. Various cell structures and driving methods have been actively studied.
한편, 반도체 디바이스의 고집적화 및 대용량화 추세로 인해 메모리셀을 구성하는 각각의 단위소자 사이즈가 축소됨에 따라 제한된 면적내에 다층구조를 형성하는 고집적화 기술 또한 눈부신 발전을 거듭하고 있으며, 이러한 고집적화 기술의 한 일환으로 플래쉬 메모리 소자의 셀 트랜지스터에는 적층게이트 구조가 널리 채택되고 있다.On the other hand, as the size of each unit device constituting the memory cell is reduced due to the trend of high integration and large capacity of semiconductor devices, high integration technology for forming a multilayer structure within a limited area is also developing remarkably, and as a part of such high integration technology, The stacked gate structure is widely adopted as a cell transistor of a flash memory device.
하기의 도 1에는 플래쉬 메모리 소자의 통상의 적층게이트 구조가 도시되어 있다.Figure 1 below shows a typical stacked gate structure of a flash memory device.
도 1을 참조하면, 피형 또는 엔형의 불순물이 도우프되어 있는 반도체 기판에 통상의 STI(Shallow Trench Isolation) 공정에 의한 얕은 트렌치 소자분리막(12)이 형성되어 있다. 상기 얕은 트렌치 소자분리막(12)에 의해 정의된 액티브(active)에 채널 영역(참조부호 A) 상부에 터널 산화막(14), 폴리실리콘으로 이루어진 플로팅 게이트(16), ONO(Oxide-Nitride-Oxide)막으로 이루어진 게이트층간 유전체막(18), 폴리실리콘으로 이루어진 콘트롤 게이트(20)막이 차례로 적층되어 게이트 영역을 이루고 있다. 이때, 상기 콘트롤 게이트(20) 상부에 WSix등의 텅스텐 실리콘막 또는 텅스텐(W)막을 더 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 1, a shallow
상기 플로팅 게이트는 외부와 전기적으로 완전히 절연되어 고립된 구조를 가 지고 있으며, 상기 플로팅 게이트로의 전자 주입과 방출에 따라 메모리 셀의 전류가 변하는 성질을 이용하여 데이터를 저장하게 된다. 이러한 플로팅 게이트로의 전자 주입은 채널에서의 고온 전자를 이용한 CHEI(Channel Hot Electron Injection) 방식으로 이루어지며, 전자 방출은 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트 사이에 존재하는 게이트층간 유전체막을 통한 F-N(Fowler-Nordheim) 터널링을 통해 이루어지게 된다. 이때, 상기 콘트롤 게이트에 인가된 전압은 커플링 비율(coupling ratio)에 따라 일정량의 전압분이 플로팅 게이트에 인가되는데, 상기 커플링 비율을 결정하는 변수가 상기 터널 산화막의 캐패시턴스(capacitance)와 ONO막으로 이루어진 상기 게이트층간 유전체막(18)의 캐패시턴스이다. 따라서, 캐패시턴스의 크기를 결정하는 플로팅 게이트의 면적이 중요한데, 플로팅 게이트의 두께는 얇을수록, 반면 플로팅 게이트의 면적은 넓을수록 플래쉬 메모리 소자의 전기적 특성이 우수해진다.The floating gate has an isolated structure that is completely electrically insulated from the outside, and stores data using a property in which a current of a memory cell changes as electrons are injected and emitted into the floating gate. The electron injection into the floating gate is performed by CHEI (Channel Hot Electron Injection) method using high temperature electrons in the channel, and electron emission is carried out through the interlayer gate dielectric film between the floating gate and the control gate. This is done through tunneling. At this time, the voltage applied to the control gate is applied to the floating gate by a certain amount of voltage according to the coupling ratio (coupling ratio), the variable that determines the coupling ratio is the capacitance (capacitance) of the tunnel oxide film and the ONO film The capacitance of the interlayer
그러나, 반도체 디바이스의 집적도가 증가하여 액티브 영역의 게이트 선폭이 좁아지게 됨에 따라, 이러한 게이트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그라피 공정 및 식각 공정의 산포에 따라 플래쉬 메모리 소자의 프로그램 및 소거 전압의 산포가 커지는 현상이 대두되는 문제점이 있다. 또한, 플로팅 게이트의 전체 면적을 증가시키고자 두껍게 형성할 경우에는 STI막의 갭필(gap fill) 마진이 감소되는 문제점이 있다.However, as the degree of integration of semiconductor devices increases and the gate line width of the active region is narrowed, the spread of the program and erase voltages of the flash memory device increases according to the dispersion of the photolithography process and the etching process for forming such a gate pattern. There is a problem that arises. In addition, when the thickness of the floating gate is increased to increase the total area of the floating gate, a gap fill margin of the STI film is reduced.
따라서, 이러한 문제점을 해소하기 위한 방법으로서, 상기 도 1을 통해 설명한 바와 같이, STI를 형성한 후에, 셀프 얼라인(self aligned) 구조로 플로팅 게이 트를 형성하였다. 그러나, 상기 STI 형성시 갭필 마진을 확보하기 위하여 통상적으로 약 85도 정도의 측벽 슬롭을 가지도록 트렌치를 형성하게 되는데, 이는 트렌치의 갭필 마진을 확보하는데는 도움을 줄 수 있으나, 후속의 플로팅 게이트 형성을 위한 폴리실리콘 증착시에는 이러한 트렌치 측벽의 경사로 인해 플로팅 게이트를 형성하기 위해 폴리실리콘막을 증착하는 과정에서 심(seam) 형태의 디펙이 발생하여 브리지가 유발되는 문제점이 있다.Therefore, as a method for solving such a problem, as described with reference to FIG. 1, after forming the STI, a floating gate was formed in a self aligned structure. However, when forming the STI, a trench is formed to have sidewall slopes of about 85 degrees in order to secure a gap fill margin, which may help secure a gap fill margin of the trench, but may form a subsequent floating gate. In the case of polysilicon deposition for the deposition of the polysilicon film to form a floating gate due to the inclination of the trench sidewalls, there is a problem that a defect occurs in the form of a seam (seam) to form a bridge.
이와 같이, 종래 기술에 따른 플래쉬 메모리 소자의 적층 게이트 구조에 있어서, 플래쉬 메모리 소자의 전기적 특성을 향상시키기 위하여 플로팅 게이트의 높이를 증가시킬 경우, STI막의 갭필 마진이 감소되는 문제점이 발생됨은 물론 셀 어레이 영역과 주변회로 영역간에 높은 단차를 유발시켜 후속공정을 진행함에 있어서 여러 가지 어려움을 초래하게 된다.As described above, in the stacked gate structure of the flash memory device according to the related art, when the height of the floating gate is increased to improve the electrical characteristics of the flash memory device, the gap fill margin of the STI film is reduced, as well as the cell array. The high step between the area and the area of the peripheral circuit causes a variety of difficulties in the subsequent process.
플래쉬 메모리 소자에 있어서는 프로그램 특성 및 소거 특성이 소자의 품질을 결정짓는 매우 중요한 요소로서, 또한 이러한 프로그램 및 소거 특성을 좌우하는 셀 트랜지스터의 커플링 비율을 충분히 확보하기 위하여, 플로팅 게이트의 표면적을 증가시키는 것이 주요 관심사이다. 따라서, 본 분야에서는 타 공정에 악영향을 미치지 않으면서도 충분한 표면적을 확보할 수 있는 개선된 구조의 플로팅 게이트에 대한 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
In the flash memory device, the program and erase characteristics are very important factors that determine the quality of the device, and in order to sufficiently secure the coupling ratio of the cell transistors that influence the program and erase characteristics, the surface area of the floating gate is increased. Is the main concern. Therefore, there is an urgent need for the development of an improved structure of the floating gate that can secure sufficient surface area without adversely affecting other processes.
상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 보다 증가 된 표면적을 가지는 플로팅 게이트를 구비한 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device having a floating gate having an increased surface area and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은, STI 막의 갭필 마진을 감소시키지 않으면서도 충분히 증가된 표면적을 가지는 플로팅 게이트를 구비한 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device having a floating gate having a sufficiently increased surface area without reducing a gap fill margin of an STI film, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은, 콘트롤 게이트 형성을 위한 도전막 증착시 심 형태의 디펙을 유발시키지 않는 개선된 플로팅 게이트를 구비한 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a non-volatile memory device having an improved floating gate that does not cause shim-shaped defects when depositing a conductive film for forming a control gate, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은, 플로팅 게이트 구조를 개선하여 플래쉬 메모리 소자의 프로그램 및 소거 동작을 보다 향상시킬 수 있도록 하는 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same, which may improve the program and erase operations of a flash memory device by improving the floating gate structure.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자는, 반도체 기판의 액티브 영역상에 형성되어 있는 터널 산화막; 상기 터널 산화막 상부에 형성되어 있는, 상부 표면적이 하부 표면적에 비해 넓은 요철 형태를 가지는 플로팅 게이트; 상기 플로팅 게이트 상부에, 상기 플로팅 게이트의 상부 표면의 요철 형태에 따라 형성되는 게이트층간 유전체막; 및 상기 게이트층간 유전체막 상부에 형성되는 콘트롤 게이트를 구비함을 특징으로 한다. A nonvolatile memory device according to the present invention for achieving the above objects, the tunnel oxide film formed on the active region of the semiconductor substrate; A floating gate formed on an upper portion of the tunnel oxide layer and having an uneven shape in which an upper surface area is wider than a lower surface area; A gate interlayer dielectric film formed on the floating gate according to a concave-convex shape of an upper surface of the floating gate; And a control gate formed over the gate interlayer dielectric layer.
또한, 상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조방법은, 반도체 기판의 액티브 영역상에 터널 산화막을 형성하는 단계와; 상기 터널 산화막 상부에, 상부 표면적이 하부 표면적에 비해 넓은 요철 형태를 가 지는 플로팅 게이트를 형성하는 단계와; 상기 플로팅 게이트 상부에, 상기 플로팅 게이트의 상부 표면의 요철 형태에 따라 게이트층간 유전체막을 형성하는 단계와; 상기 게이트층간 유전체막 상부에 콘트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
In addition, a method of manufacturing a nonvolatile memory device according to the present invention for achieving the above objects comprises the steps of: forming a tunnel oxide film on an active region of a semiconductor substrate; Forming a floating gate on the tunnel oxide layer, the floating gate having an uneven shape in which an upper surface area is larger than a lower surface area; Forming a gate interlayer dielectric film on the floating gate according to a concave-convex shape of an upper surface of the floating gate; And forming a control gate over the gate interlayer dielectric layer.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위내에서 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention. The present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be embodied in various other forms without departing from the scope of the present invention, and only the embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete and common knowledge It is provided to fully inform the person of the scope of the invention.
도 2a 내지 도 2h에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 적층게이트를 제조하는 방법이 순차적으로 도시되어 있다. 그리고, 본 실시예에서는 하나의 메모리 셀에 대한 적층게이트 제조방법을 설명하고 있다.2A through 2H sequentially illustrate a method of manufacturing a stacked gate of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. In this embodiment, a method of manufacturing a stacked gate for one memory cell is described.
먼저, 도 2a를 참조하면, 피형 또는 엔형의 불순물이 도우프되어 있는 반도체 기판(100) 상부에 패드 산화막(102) 및 질화막(104)을 차례로 증착한다. 그리고 나서, 상기 질화막(104) 상부에 포지티브 타입 또는 네거티브 타입의 감광막(106)을 도포하는데, 본 실시예에서는 포지티브 타입의 감광막을 도포한다. 이때, 상기 패드 산화막은, 예컨대 100Å 두께로 증착하고, 상기 질화막은, 예컨대 2000Å 두께로 증착한다.
First, referring to FIG. 2A, a
이어서, 상기 포지티브 타입의 감광막(106)이 도포되어 있는 반도체 기판(100)에 대하여 통상의 포토리소그라피 공정을 실시하여 얕은 트렌치 소자분리막(STI) 형성을 위한 트렌치(108)를 형성한다. 이때, 상기 트렌치(108)는 갭필 마진을 확보하기 위해 약 85도 정도의 포지티브 측벽 슬롭을 가지도록 형성한다. Subsequently, a conventional photolithography process is performed on the
도 2b를 참조하면, 상기 트렌치(108) 형성을 위한 포토리소그라피 공정을 완료한 뒤, 상기 질화막(104) 상부에 도포되어 있는 감광막(106)을 제거한다. 그리고 나서, 상기 트렌치(108)를 필링하여 STI를 형성하기 위한 절연막(110)을 증착한다. 이때, 상기 절연막(110)으로서는, 예컨대 O3-TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), SOG등이 적용될 수 있다. Referring to FIG. 2B, after the photolithography process for forming the
도 2c를 참조하면, 상기 절연막(110)이 증착되어 있는 반도체 기판에 에치백(etch back) 또는 화학적 기계 연마(CMP:Chemical Mechanical Polishing)등과 같은 평탄화 공정을 실시하여 상기 질화막(104)의 상부 표면을 노출시킨다. 그 결과, 상기 반도체 기판(100)에 대하여 액티브 영역과 필드 영역을 정의하는 STI(112)가 완성된다.Referring to FIG. 2C, an upper surface of the
도 2d를 참조하면, 상기 STI(112)가 형성되어 있는 반도체 기판(100) 상부의 상기 질화막(104) 및 패드 산화막(102)을 제거한다. 그 결과, 상기 반도체 기판(100)에는 참조부호 B로 나타낸 액티브 영역이 정의된다. Referring to FIG. 2D, the
이때, 상기 질화막(104)은 예컨대, 인산으로 제거할 수 있으며, 상기 패드 산화막(102)은 예컨대 하프늄(HF)으로 제거할 수 있다. 그리고, 상기 인산을 이용 하여 상기 질화막(104)을 제거하는 과정에서는 상기 질화막과 STI를 이루고 있는 절연막 사이의 식각 선택비로 인하여 상기 STI가 손실되지 않는다. 그러나, 하프늄을 이용하여 상기 패드 산화막(102)을 제거하는 과정에서는 STI를 이루고 있는 절연막과 패드 산화막 사이의 식각 선택비가 낮음으로 인하여 상기 STI의 일부가 제거될 수도 있으나, 패드 산화막에 비해 상기 STI의 두께가 상대적으로 매우 두껍기 때문에 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자를 구현하는데 영향을 미치지는 않는다.In this case, the
계속해서, 도 2e를 참조하면, 상기 액티브 영역(B)이 정의되어 있는 반도체 기판(100) 전면 상부에 터널 산화막(114)을 증착한다. 이어서, 상기 터널 산화막(114)이 증착되어 있는 반도체 기판(100) 상부에 플로팅 게이트 형성을 위한 도전막으로서, 예컨대 제1폴리실리콘막(116)을 증착한다. 이때, 상기 제1폴리실리콘막(116)은 상기 도 2d상에 참조부호 B로 표시되어 있는 액티브 영역의 CD(Critical Dimension)의 일정 두께 이하로 증착하여 전체 표면적을 증가시키는 것이 본 발명의 핵심기술이다. 이와 같이, 제1폴리실리콘막(116)의 표면적이 최대한 넓어지도록 증착함으로써, 제1폴리실리콘막(116)의 수직 방향으로의 증착 두께는 낮게 유지하여 후속되는 공정에 악영향은 미치지 않으면서도 게이트층간 유전체막으로 기능하는 ONO막과의 접촉면적을 증가시킬 수 있어 플래쉬 메모리 소자의 전기적 특성은 향상시킬 수 있게 된다.Subsequently, referring to FIG. 2E, the
도 2f를 참조하면, 상기 제1폴리실리콘막(116)에 대하여 포토리소그라피 공정등과 같은 건식 식각 공정을 실시하여 플래쉬 메모리 소자의 적층게이트 구조중 플로팅 게이트(116a)를 형성한다.
Referring to FIG. 2F, a dry etching process such as a photolithography process may be performed on the
도시된 바와 같이, 본 발명에서는 상기 플로팅 게이트(116a)를 중심부가 오목한 휀스(fence) 형태의 요철형 구조로 형성함으로써, 종래의 스택형 구조에 비해 그 표면적을 월등히 증가시킬 수 있으며, 이처럼 플로팅 게이트의 표면적을 증가시킴으로써, 후속의 공정을 통해 증착되어질 게이트층간 유전체막으로서 기능하는 ONO막과의 접촉면적 또한 보다 증가시킬 수 있게 된다.As shown, in the present invention, by forming the floating
상기 휀스 형태의 플로팅 게이트(116a)는 상기 제1폴리실리콘막(116)의 증착 두께를 낮춤으로써 그 형성이 가능한데, 플로팅 게이트(116a)로서 기능하는 제1폴리실리콘막(116)을 얇게 형성함에 따라 STI 형성을 위한 질화막(104) 마스크 두께를 낮출 수 있게 되어 STI 형성시 절연막의 갭필 마진을 확보할 수 있으며, 플로팅 게이트 형성을 위한 폴리실리콘막 증착시에 구조적인 심이 발생되는 문제점을 해소할 수 있게 된다. 그 결과 플래쉬 메모리 소자의 데이터 프로그램 및 소거 특성이 향상되며, 셀 어레이 영역과 주변회로 영역간의 단차를 낮추어 후속의 공정 진행이 원활해지도록 하여 생산성 또한 향상시킬 수 있게 된다.The H-shaped floating
도 2g를 참조하면, 상기 플로팅 게이트(116a)가 형성되어 있는 반도체 기판(100) 전면 상부에 게이트층간 유전체막으로 패터닝되어질 ONO막(118)을 예컨대, 150 ~ 200Å 두께로 증착한다. 이어서, 상기 ONO막(118) 상부에 콘트롤 게이트로서 패터닝되어질 도전막으로서, 예컨대 제2폴리실리콘막(120)을 증착한다.Referring to FIG. 2G, an
이때, 상기 ONO막(118) 증착 후, ONO막(118) 사이의 수평 거리(참조부호 C)는 최소한 50Å 이상 확보되어야 한다. 왜냐하면, 상기 ONO막(118) 상부에 콘트롤 게이트 형성을 위한 제2폴리실리콘막(120)을 형성할 경우, ONO막(118) 사이의 CD가 50Å 이하일 경우에는 심이 발생될 우려가 있기 때문이다. 따라서, 이러한 문제점을 미연에 방지하기 위하여 상기 ONO막(118) 사이의 수평 거리가 50Å 이상이 되도록 유지함으로써, 심의 발생을 최소화하는 것이다.At this time, after the deposition of the
그리고, 도면상으로 나타내지는 않았으나, 상기 제2폴리실리콘막(120) 상부에 저저항을 갖는 WSix 또는 텅스텐을 더 형성할 수도 있다. 그리고, 상기 텅스텐을 형성하는 경우에는 베리어 메탈로서 WSi와 WN을 더 형성하는 것이 바람직하다.Although not illustrated, WSix or tungsten having low resistance may be further formed on the
도 2h를 참조하면, 상기 ONO막(118) 및 제2폴리실리콘막(120)에 대하여 포토리소그라피등과 같은 건식 식각 공정을 실시하여 게이트층간 유전체막(118a) 및 콘트롤 게이트(120a)를 형성하여 플래쉬 메모리 소자의 적층게이트 구조를 완성한다.Referring to FIG. 2H, a dry etching process such as photolithography is performed on the
이와 같이, 본 발명에서는 플래쉬 메모리 소자의 적층게이트를 형성함에 있어서, 상기 적층게이트 중 플로팅 게이트를 휀스 형태의 요철형 구조로 형성함으로써, 그 표면적을 월등히 증가시킨다. 이처럼, 플로팅 게이트의 표면적을 증가시킬 경우, 게이트층간 유전체막(ONO막)과의 접촉면적 또한 당연히 증가하게 되어 플래쉬 메모리 소자의 데이터 프로그램 및 소거 특성이 향상된다. 또한, 플로팅 게이트의 표면적은 증가시키면서도 플로팅 게이트로서 기능하는 상기 제1폴리실리콘막의 증착 두께는 낮춤으로써 STI 형성시 절연막의 갭필 마진을 확보할 수 있게 되며, 셀 어레이 영역과 주변회로 영역간의 단차를 낮추어 후속의 공정 진행이 원활해지도록 하여 생산성 또한 향상시킬 수 있게 된다.
As described above, in the present invention, in forming the stacked gates of the flash memory device, by forming the floating gates of the stacked gates in the shape of a fence, the surface area is greatly increased. As such, when the surface area of the floating gate is increased, the contact area with the inter-gate dielectric film (ONO film) also naturally increases, thereby improving the data program and erase characteristics of the flash memory device. In addition, while increasing the surface area of the floating gate while lowering the deposition thickness of the first polysilicon film functioning as the floating gate, it is possible to secure a gap fill margin of the insulating film during STI formation, and to reduce the step difference between the cell array region and the peripheral circuit region. Productivity can also be improved by smoothing subsequent process runs.
상기한 바와 같이 본 발명에서는, 플래쉬 메모리 소자의 적층게이트를 형성함에 있어서, 상기 적층게이트 중 플로팅 게이트를 휀스 형태의 요철형 구조로 형성한다. 그 결과, 플로팅 게이트의 표면적이 월등히 증가항게 되고, 이에 따라 게이트층간 유전체막(ONO막)과의 접촉 면적 또한 증가하게 되어 플래쉬 메모리 소자의 데이터 프로그램 및 소거 동작 특성이 향상되는 이점이 있다. As described above, in the present invention, in forming the stacked gates of the flash memory device, the floating gates of the stacked gates are formed in a H-shaped concave-convex structure. As a result, the surface area of the floating gate is greatly increased, and thus the contact area with the inter-gate dielectric film (ONO film) is also increased, thereby improving the data program and erase operation characteristics of the flash memory device.
또한, 플로팅 게이트를 휀스 형태의 요철형 구조로 형성함으로써 그 표면적은 월등히 증가시키면서도 플로팅 게이트로서 기능하는 도전막의 증착 두께를 낮출 수 있으므로 STI 형성을 위한 절연막 필링시 갭필 마진을 확보할 수 있게 되며, 플로팅 게이트 형성을 위한 도전막 증착시에도 심 형태의 디펙이 발생되는 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다. In addition, by forming the floating gate into a Higgs-shaped concave-convex structure, the surface area can be increased while lowering the deposition thickness of the conductive film serving as the floating gate, thereby securing a gap fill margin when filling the insulating film for forming the STI. Even when the conductive film is deposited for forming the gate, there is an advantage of eliminating the problem that the defects of the core shape are generated.
또한, 플로팅 게이트로서 기능하는 도전막의 증착 두께를 낮춤으로써 플래쉬 메모리 소자의 셀 어레이 영역과 주변회로 영역간의 단차를 낮추어 후속의 공정 진행이 원활해지도록 하여 생산성 또한 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
In addition, by lowering the deposition thickness of the conductive film serving as the floating gate, it is possible to reduce the step between the cell array region and the peripheral circuit region of the flash memory device so as to facilitate the subsequent process, thereby improving productivity.
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