KR20060099620A - Method of manufacturing a flash memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 산화막, 질화막 및 산화막을 순차적으로 형성하여 트렌치를 매립함으로써 소자 분리막을 형성하고, 셀 영역의 플로팅 게이트를 패터닝하기 위해 제 2 폴리실리콘막을 과도 식각할 경우 산화막 손실없이 질화막이 식각되도록 하여 오버레이 마진 감소없이 인터퍼런스를 감소시킬 수 있어 셀 문턱 전압 변화를 줄일 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법이 제시된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of fabricating a flash memory device, wherein the oxide, nitride, and oxide films are sequentially formed to fill a trench, thereby forming an isolation layer, and over-etching the second polysilicon film to pattern the floating gate of the cell region. In this case, a method of manufacturing a flash memory device capable of reducing the threshold of the cell by changing the threshold without reducing the overlay margin by etching the nitride film without loss of the oxide film is disclosed.
멀티레벨 셀, 셀 문턱 전압, 인터퍼런스, 오버레이 마진, 소자 분리막, 질화막 Multilevel Cell, Cell Threshold Voltage, Interference, Overlay Margin, Device Isolation, Nitride
Description
도 1(a) 내지 도 1(e)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 NAND형 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도.1A to 1E are cross-sectional views of devices sequentially shown to explain a method of manufacturing a NAND type 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>
A : 셀 영역 B : 주변 회로 영역A: cell area B: peripheral circuit area
11 : 반도체 기판 12 : 터널 산화막11
13 : 제 1 폴리실리콘막 14 : 패드 질화막13: 1st polysilicon film 14: pad nitride film
15 : 트렌치 16 : 제 1 산화막15 trench 16: first oxide film
17 : 질화막 18 : 제 2 산화막17
19 : 제 2 폴리실리콘막 20 : 유전체막19: second polysilicon film 20: dielectric film
21 : 제 3 폴리실리콘막21: third polysilicon film
본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 오버레이 마진의 감소없이 인터퍼런스(interference)에 의한 셀 문턱 전압 변화를 줄일 수 있는 NAND형 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 method of manufacturing a NAND type flash memory device capable of reducing a cell threshold voltage change due to an interference without reducing an overlay margin.
NAND형 플래쉬 메모리 소자는 데이터를 저장하기 위한 다수의 셀이 직렬 연결되어 하나의 스트링을 구성하고, 셀 스트링과 드레인 사이에 드레인 선택 트랜지스터가 형성되며, 셀 스트링과 소오스 사이에 소오스 선택 트랜지스터가 형성된다. 이러한 NAND형 플래쉬 메모리 소자의 셀은 SA-STI 공정으로 소자 분리막을 형성한 후 플로팅 게이트, 유전체막 및 콘트롤 게이트가 적층된 스택 게이트를 형성하고, 반도체 기판상에 불순물 이온 주입 공정으로 접합부를 형성함으로써 구현된다. 여기서, 스택 게이트의 형성 공정을 좀더 면밀히 살펴보면 다음과 같다. 반도체 기판 상부에 터널 산화막 및 제 1 폴리실리콘막을 형성한 후 이들의 소정 영역 및 반도체 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성한 후 절연막을 매립하여 소자 분리막을 형성한다. 그리고, 전체 구조 상부에 제 2 폴리실리콘막을 형성한 후 패터닝하여 제 1 및 제 2 폴리실리콘막이 적층된 플로팅 게이트를 형성하며, 산화막, 질화막 및 산화막으로 구성된 유전체막 및 제 3 폴리실리콘막을 형성한 후 패터닝하여 콘트롤 게이트를 형성한다.In a NAND type flash memory device, a plurality of cells for storing data are connected in series to form a string, a drain select transistor is formed between the cell string and the drain, and a source select transistor is formed between the cell string and the source. . The cell of the NAND type flash memory device is formed by forming a device isolation film by a SA-STI process, forming a stack gate in which a floating gate, a dielectric film, and a control gate are stacked, and forming a junction part by an impurity ion implantation process on a semiconductor substrate. Is implemented. Here, the process of forming the stack gate will be described in more detail as follows. After the tunnel oxide film and the first polysilicon film are formed on the semiconductor substrate, trenches are formed by etching the predetermined region and the semiconductor substrate to a predetermined depth, and then an insulating film is embedded to form a device isolation film. After forming a second polysilicon film on the entire structure, patterning is performed to form a floating gate in which the first and second polysilicon films are stacked, and a dielectric film composed of an oxide film, a nitride film, and an oxide film and a third polysilicon film are formed. Patterning to form the control gate.
한편, 반도체 소자의 고집적화에 따라 플래쉬 메모리 셀 사이즈 또한 축소되 고 있으나, 패터닝(patterning) 기술 및 장비의 한계로 그 진보 속도가 더뎌지고 있는 실정이다. 이러한 한계를 극복하기 위하여 한 개의 메모리 셀에 복수개의 데이터를 저장할 수 있는 다중 비트 셀에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 방식의 메모리 셀을 통상, 멀티 레벨 셀(Multi Level Cell; MLC)이라고 한다. 멀티 레벨 셀(MLC)은 통상적으로 2개 이상의 문턱 전압(threshold voltage) 분포를 가지며, 이에 대응되는 2개 이상의 데이터를 저장할 수 있다. 따라서, 2개 레벨의 싱글 레벨 셀(Single Level Cell; SLC)에 비해 1개 셀이 4개 이상의 레벨로 나누어질 수 있으므로 SLC보다 2배 이상 많은 비트수를 증가시킬 수 있다.Meanwhile, the size of flash memory cells is also reduced due to the high integration of semiconductor devices. However, due to the limitation of patterning technology and equipment, the progress of speed is slowing down. In order to overcome this limitation, studies on multiple bit cells capable of storing a plurality of data in one memory cell are being actively conducted. This type of memory cell is commonly referred to as a Multi Level Cell (MLC). The multi-level cell (MLC) typically has two or more threshold voltage distributions, and may store two or more data corresponding thereto. Accordingly, since one cell may be divided into four or more levels as compared to two levels of single level cells (SLCs), the number of bits more than twice as many as SLCs may be increased.
이러한 MLC를 구현하기 위해 셀 문턱 전압의 변화를 감소시키는 것이 중요한데, 셀 문턱 전압 변화의 요인중 하나가 셀간 캐패시턴스에 의한 인터퍼런스(interference) 효과이다. 그런데, 인터퍼런스는 제 2 폴리실리콘막을 과도 식각하여 소자 분리막을 리세스할수록 감소된다. 그러나, 과도한 과도 식각으로 인해 유전체막의 하부 산화막이 터널 산화막의 높이와 같게 되거나, 플로팅 게이트 마스크의 오정렬(misalign)로 인해 소자 분리막과 유전체막 사이의 간격이 터널 산화막 두께보다 작게될 경우 소자 분리막과 유전체막 사이에 누설이 발생할 가능성이 있다. 즉, 제 2 폴리실리콘막을 과도 식각할 경우 인터퍼런스를 감소시킬 수 있어 셀의 문턱 전압 변화를 감소시킬 수 있지만, 플로팅 게이트 마스크의 오버레이 마진이 터널 산화막 두께 이상 감소되어 누설이 발생되는 문제점이 있다.In order to implement the MLC, it is important to reduce the change in the cell threshold voltage. One of the factors of the change in the cell threshold voltage is the interference effect caused by the inter-cell capacitance. However, the interference decreases as the second polysilicon film is excessively etched to recess the device isolation layer. However, when the lower oxide layer of the dielectric layer becomes equal to the height of the tunnel oxide layer due to excessive transient etching, or when the gap between the device isolation layer and the dielectric layer becomes smaller than the tunnel oxide layer thickness due to misalignment of the floating gate mask, the device isolation layer and the dielectric layer There is a possibility of leakage between the membranes. That is, when the second polysilicon film is excessively etched, the interference may be reduced, thereby reducing the change in the threshold voltage of the cell, but the overlay margin of the floating gate mask may be reduced by more than the thickness of the tunnel oxide layer, thereby causing leakage. .
본 발명의 목적은 플로팅 게이트를 확정하기 위한 제 2 폴리실리콘막을 과도 식각할 경우에도 소자 분리막이 손실되지 않도록 하여 누설이 발생되지 않으며, 이에 따라 오버레이 마진 감소없이 인터퍼런스를 감소시킬 수 있어 셀 문턱 전압 변화를 줄일 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is that even when the second polysilicon film for etching the floating gate is excessively etched, no leakage occurs because the device isolation layer is not lost, thereby reducing the interference without reducing the overlay margin. It is to provide a method of manufacturing a flash memory device that can reduce the voltage change.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 산화막, 질화막 및 산화막을 형성하여 트렌치를 매립함으로써 소자 분리막을 형성하고, 제 2 폴리실리콘막을 과도 식각할 경우 산화막 손실없이 질화막이 식각되도록 하여 오버레이 마진 감소없이 인터퍼런스를 감소시킬 수 있어 셀 문턱 전압 변화를 줄일 수 있도록 한다.In order to achieve the above object, in the present invention, an oxide film, a nitride film, and an oxide film are formed to form a device isolation film by filling a trench, and when the second polysilicon film is excessively etched, the nitride film is etched without loss of oxide film so that the interlayer can be etched without reducing the overlay margin It is possible to reduce the conduction, which reduces the cell threshold voltage change.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법은 셀 영역 및 주변 회로 영역이 확정된 반도체 기판 상부에 터널 산화막, 제 1 폴리실리콘막 및 패드 질화막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 패드 질화막 내지 상기 터널 산화막의 소정 영역을 식각한 후 상기 반도체 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치가 일부 매립되도록 전체 구조 상부에 제 1 산화막을 형성한 후 그 상부에 질화막을 형성하는 단계; 상기 질화막을 전면 식각하여 상기 셀 영역에는 상기 질화막이 잔류되고, 상기 주변 회로 영역에는 상기 질화막이 제거되도록 하는 단계; 상기 트렌치가 매립되도록 전체 구조 상부에 제 2 산화막을 형성하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 산화막을 연마한 후 상기 패드 질화막을 제거하 여 소자 분리막을 형성하는 단계; 전체 구조 상부에 제 2 폴리실리콘막을 형성한 후 식각하여 플로팅 게이트 패턴을 형성하는 단계; 및 전체 구조 상부에 유전체막 및 제 3 폴리실리콘막을 형성한 후 패터닝하여 콘트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment of the present invention may include sequentially forming a tunnel oxide film, a first polysilicon film, and a pad nitride film on an upper portion of a semiconductor substrate in which a cell region and a peripheral circuit region are determined; Etching a predetermined region of the pad nitride layer to the tunnel oxide layer and then etching the semiconductor substrate to a predetermined depth to form a trench; Forming a first oxide film over the entire structure to partially fill the trench, and then forming a nitride film over the trench; Etching the entire nitride film so that the nitride film remains in the cell region and the nitride film is removed in the peripheral circuit region; Forming a second oxide layer over the entire structure to fill the trench; Polishing the first and second oxide films and removing the pad nitride film to form an isolation layer; Forming a floating gate pattern by etching a second polysilicon layer on the entire structure; And forming a dielectric film and a third polysilicon film on the entire structure, and then patterning to form a control gate.
상기 트렌치는 상기 셀 영역에서 상기 주변 회로 영역보다 폭이 좁게 형성된다.The trench is formed to be narrower in the cell region than the peripheral circuit region.
상기 제 2 폴리실리콘막은 과도 식각되며, 상기 과도 식각에 의해 상기 셀 영역의 상기 질화막이 일부 제거되고, 상기 셀 영역의 제 1 및 제 2 산화막은 제거되지 않는다.The second polysilicon layer is excessively etched, and the nitride layer of the cell region is partially removed by the excessive etching, and the first and second oxide layers of the cell region are not removed.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
도 1(a) 내지 도 1(e)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 NAND형 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views of devices sequentially illustrated to explain a method of manufacturing a NAND flash memory device according to an embodiment of the present invention.
도 1(a)를 참조하면, 소정의 공정을 통해 셀 영역(A) 및 주변 회로 영역(B) 등이 확정된 반도체 기판(11) 상부에 터널 산화막(12), 제 1 폴리실리콘막(13) 및 패드 질화막(14)을 순차적으로 형성한다. 소자 분리 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 패드 질화막(14), 제 1 폴리실리콘막(13) 및 터널 산화막(12)의 소정 영역을 식각한 후 반도체 기판(11)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치(15)를 형성한다. 이때, 트렌치(15)는 패턴 밀도가 조밀한 셀 영역(A)에는 폭이 좁게 형성되고, 패턴 밀도가 조대한 주변 회로 영역(B)에는 폭이 넓게 형성된다. 트렌치(15)가 완전히 매립되지 않고 일부 매립되도록 전체 구조 상부에 제 1 산화막(16)을 형성한다. 그리고, 제 1 산화막(16) 상부에 질화막(17)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a
도 1(b)를 참조하면, 질화막(17)을 전면 식각하는데, 이렇게 하면 패턴 밀도가 조밀한 셀 영역(A)에만 질화막(17)이 잔류하고 패턴 밀도가 조대한 주변 영역(B)의 질화막(17)은 완전히 제거된다. 그리고, 트렌치(15)가 완전히 매립되도록 전체 구조 상부에 제 2 산화막(18)을 형성한다.Referring to FIG. 1 (b), the
도 1(c)를 참조하면, 질화막(17)이 노출되도록 제 2 산화막(18) 및 제 1 산화막(16)을 연마한다. 그리고, 패드 질화막(14)을 제거하여 소자 분리막을 형성하는데, 셀 영역(A)의 제 2 산화막(18)이 제거되어 질화막(17)이 노출되게 된다.Referring to FIG. 1C, the
도 1(d)를 참조하면, 전체 구조 상부에 제 2 폴리실리콘막(19)을 형성한 후 식각하여 플로팅 게이트 패턴을 형성한다. 이때, 셀 문턱 전압 변화를 감소시키기 위해 셀 영역(A)의 제 2 폴리실리콘막(19)을 과도 식각하게 되는데, 제 2 폴리실리콘막(19)의 과도 식각시 질화막(17)이 일부 제거되지만, 제 1 산화막(16)은 제거되지 않는다. 따라서, 소자 분리막으로 작용하는 제 1 산화막(16)이 제거되지 않기 때문에 누설이 발생되지 않으며, 이에 따라 오버레이 마진을 충분히 확보할 수 있게 된다.Referring to FIG. 1D, a
도 1(e)를 참조하면, 전체 구조 상부에 유전체막(20)을 형성한 후 제 3 폴리실리콘막(21)을 형성한다. 그리고, 게이트 형성을 위한 식각 공정을 실시하여 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트가 적층된 스택 게이트를 형성한다.Referring to FIG. 1E, after forming the
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 산화막, 질화막 및 산화막을 형성하여 트렌치를 매립함으로써 소자 분리막을 형성하고, 셀 문턱 전압 감소를 위한 인터퍼런스 감소를 위해 제 2 폴리실리콘막을 과도 식각할 때 산화막이 식각되지 않고 질화막이 식각되도록 함으로써 오버레이 마진을 감소시키지 않으면서 인터퍼런스를 감소시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, an oxide film is etched when an oxide film, a nitride film, and an oxide film are formed to form a device isolation film by filling trenches, and the second polysilicon film is excessively etched to reduce the interference for reducing the cell threshold voltage. By etching the nitride film, the interference can be reduced without reducing the overlay margin.
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