KR20070026957A - Flash memory device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 NAND형 플래쉬 메모리 소자의 평면도.1 is a plan view of a NAND type flash memory device of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 더미 패턴의 부분 확대도.FIG. 2 is a partially enlarged view of the dummy pattern of FIG. 1. FIG.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 NAND형 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도 1의 A-A 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 1 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>
100 : 셀 영역 200 : 주변 회로 영역100: cell area 200: peripheral circuit area
300 : 경계 영역 400 : 더미 패턴300: boundary area 400: dummy pattern
500 : 반도체 기판 600 : 소자 분리막500
본 발명은 플래쉬 메모리 소자에 관한 것으로, 특히 셀 영역과 주변 회로 영역의 경계 영역에 더미 패턴을 삽입하여 소자 분리막을 형성함으로써 모든 영역에서의 소자 분리막의 EFH를 동일하게 하여 프로그램 효율을 향상시킬 수 있는 NAND형 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flash memory device. In particular, by inserting a dummy pattern into a boundary region between a cell region and a peripheral circuit region to form a device isolation layer, the EFH of the device isolation layer in all regions can be the same, thereby improving program efficiency. A NAND type flash memory device and a method of manufacturing the same.
반도체 메모리 소자는 다수의 셀이 형성된 셀 영역과 셀을 구동하기 위한 주변 회로 영역을 포함하여 구성된다. 예를들어, NAND형 플래쉬 메모리 소자는 다수의 셀 블럭을 포함하여 구성되며, 하나의 셀 블럭은 데이터를 저장하기 위한 다수의 셀이 직렬 연결되어 하나의 스트링을 구성하는 다수의 셀 스트링, 셀 스트링과 드레인 및 셀 스트링과 소오스 사이에 각각 형성된 드레인 선택 트랜지스터 및 소오스 선택 트랜지스터로 구성된다. 또한, 셀 블럭의 소정 셀들에 프로그램, 소거 및 독출 동작을 실시하기 위한 소정 바이어스를 공급하기 위해 주변 회로 영역에 다수의 고전압 및 저전압 트랜지스터들을 포함하는 주변 소자가 구성된다. 한편, NAND형 플래쉬 메모리 소자의 셀은 반도체 기판 상부의 소정 영역에 터널 산화막, 플로팅 게이트, 유전체막 및 콘트롤 게이트가 적층된 스택 게이트가 형성되고, 스택 게이트 양측 반도체 기판에 접합부가 형성되어 구성된다.The semiconductor memory device includes a cell region in which a plurality of cells are formed and a peripheral circuit region for driving the cell. For example, a NAND-type flash memory device includes a plurality of cell blocks, and one cell block includes a plurality of cell strings and cell strings in which a plurality of cells for storing data are connected in series to form a string. And a drain select transistor and a source select transistor formed between the drain and the cell string and the source, respectively. In addition, a peripheral device including a plurality of high voltage and low voltage transistors is configured in the peripheral circuit area to supply a predetermined bias for performing program, erase, and read operations to predetermined cells of the cell block. On the other hand, a cell of a NAND type flash memory device is formed in which a stack gate in which a tunnel oxide film, a floating gate, a dielectric film, and a control gate are stacked is formed in a predetermined region on a semiconductor substrate, and junctions are formed on both semiconductor substrates of the stack gate.
이러한 NAND형 플래쉬 메모리 소자의 셀 영역 및 주변 회로 영역등은 이온 주입 공정등에 의해 반도체 기판상에 각각의 영역에 따른 웰 영역을 형성하고 소자 분리막을 STI 공정등을 이용하여 형성함으로써 확정된다. 한편, 소자 분리막은 STI 공정등에 의해 형성되어 액티브 영역 및 필드 영역을 확정하는 동시에 각각의 영역 및 그 영역에 구성되는 소자를 분리한다. 여기서, STI 공정을 이용한 소자 분리막은 반도체 기판상의 소정 영역에 트렌치를 형성한 후 절연막, 예컨데 HDP 산화막을 형성하고 CMP 공정으로 평탄화하여 형성한다. 그런데, 셀 영역은 패턴 밀도가 조밀하고, 주변 회로 영역은 패턴 밀도가 조대하게 형성된다. 특히, 셀 영역과 주변 회로 영역의 경계 영역에 형성되는 소자 분리막은 그 폭이 다른 영역의 소자 분리막에 비해 크게 형성된다. 그런데, 절연막을 연마하기 위한 CMP 공정의 특성에 따라 셀 영역에는 유효 소자 분리막 높이(Effective Field Oxide Height; EFH)를 일정하게 유지할 수 있지만, 패턴 밀도가 조대한 영역, 특히 셀 영역과 주변 회로 영역의 경계 영역의 연마량이 셀 영역에 비해 크기 때문에 결과적으로 경계 지역의 소자 분리막의 EFH가 낮아지게 된다.The cell region, peripheral circuit region, and the like of such a NAND type flash memory device are determined by forming a well region corresponding to each region on a semiconductor substrate by an ion implantation process or the like, and forming an element isolation film using an STI process or the like. On the other hand, the element isolation film is formed by an STI process or the like to determine the active region and the field region, and at the same time separates each region and the elements constituted in the region. Here, the device isolation film using the STI process is formed by forming a trench in a predetermined region on the semiconductor substrate, and then forming an insulating film, for example, an HDP oxide film, and planarization by a CMP process. By the way, the cell region has a dense pattern density, and the peripheral circuit region has a coarse pattern density. In particular, the device isolation film formed in the boundary region between the cell region and the peripheral circuit region is larger than the device isolation film in the other regions. However, although the effective field oxide height (EFH) can be kept constant in the cell region according to the characteristics of the CMP process for polishing the insulating film, the pattern density of the coarse region, especially the cell region and the peripheral circuit region Since the polishing amount of the boundary region is larger than that of the cell region, the EFH of the device isolation layer in the boundary region is lowered as a result.
한편, 캐패시턴스(capacitance)의 비율을 커플링비(coupling ratio)라고 하는데, 커플링비가 "1"일 경우 콘트롤 게이트에 가해진 바이어스가 전압 강하없이 그대로 플로팅 게이트에 가해진다는 의미이며, 커플링비가 작을수록 플래쉬 메모리 셀을 구동시키기 위해 콘트롤 게이트에 인가되는 바이어스는 그 만큼 더 높아져야 함을 의미한다. 그런데, EFH의 높낮이에 따라 프로그램시 커플링비가 변화되기 때문에 결과적으로 EFH 변화만큼 프로그램 문턱 전압 변화가 발생된다. 따라서, 소자 분리막을 형성하기 위한 CMP 공정의 균일성이 저하되어 EFH의 균일성이 저하되면 커플링비를 저하시키기 때문에 결과적으로 프로그램 문턱 전압 분포를 넓게하여 프로그램 효율을 저하시키는 문제가 발생된다.On the other hand, the capacitance ratio is called a coupling ratio. When the coupling ratio is "1", it means that the bias applied to the control gate is applied to the floating gate as it is without a voltage drop. This means that the bias applied to the control gate to drive the memory cell must be higher by that amount. However, since the coupling ratio changes during programming according to the height of the EFH, the program threshold voltage change is generated as much as the EFH change. Therefore, when the uniformity of the CMP process for forming the device isolation film is lowered and the uniformity of the EFH is lowered, the coupling ratio is lowered. As a result, there is a problem of widening the program threshold voltage distribution and lowering the program efficiency.
본 발명의 목적은 패턴 밀도가 조대한 영역에 소자 분리막을 형성할 때 더미 패턴을 형성하여 모든 영역에서의 소자 분리막의 EFH를 동일하게 하여 커플링비를 향상시켜 프로그램 효율을 향상시킬 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to form a dummy pattern when forming a device isolation layer in a coarse pattern density to make the EFH of the device isolation layer the same in all areas to improve the coupling ratio to improve program efficiency. It is to provide a method for producing.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자는 데이터를 저장하기 위한 다수의 셀이 형성되는 셀 영역; 상기 셀 영역의 소정 셀에 소정의 동작을 위한 바이어스를 인가하기 위해 상기 셀 영역의 주변에 확정되는 주변 회로 영역; 및 상기 셀 영역과 주변 회로 영역의 사이에 이들을 각각 분리하기 위해 형성되며, 다수의 더미 패턴을 포함하여 형성되는 경계 영역을 포함한다.A flash memory device according to an embodiment of the present invention may include a cell region in which a plurality of cells for storing data are formed; A peripheral circuit region defined around the cell region for applying a bias for a predetermined operation to a predetermined cell of the cell region; And a boundary region formed between the cell region and the peripheral circuit region to separate them, respectively, and including a plurality of dummy patterns.
상기 더미 패턴은 1.5㎛×1.5㎛의 정사각 도우넛형의 패턴을 기본으로 0.5㎛ 간격으로 반복 형성된다.The dummy pattern is repeatedly formed at intervals of 0.5 μm based on a square donut-shaped pattern of 1.5 μm × 1.5 μm.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조 방법은 반도체 기판상의 소정 영역에 셀 영역, 주변 회로 영역 및 경계 영역등을 확정하는 단계; 상기 셀 영역, 주변 회로 영역의 소정 영역에 트렌치를 형성하는 동시에 상기 경계 영역에 상기 반도체 기판을 일부 잔류시켜 더미 패턴을 형성하는 단계; 및 전체 구조 상부에 절연막을 형성한 후 연마 공정을 실시하여 모든 영역에서의 EFH 가 동일한 소자 분리막을 형성하는 단계를 포함한다.On the other hand, a method of manufacturing a flash memory device according to another embodiment of the present invention comprises the steps of determining a cell region, a peripheral circuit region, a boundary region, etc. in a predetermined region on the semiconductor substrate; Forming a trench in a predetermined region of the cell region and a peripheral circuit region and simultaneously forming a dummy pattern by partially leaving the semiconductor substrate in the boundary region; And forming an insulating film on the entire structure and then performing a polishing process to form an element isolation film having the same EFH in all regions.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 평면도이고, 도 2는 더미 패턴의 부분 확대도이다.1 is a plan view of a flash memory device according to an exemplary embodiment, and FIG. 2 is a partially enlarged view of a dummy pattern.
셀 영역(100)은 데이터를 저장하기 위한 다수의 셀이 형성되는 영역으로, NAND형 플래쉬 메모리 소자의 경우 데이터를 저장하기 위한 다수의 셀이 직렬 연결되어 하나의 스트링을 구성하는 다수의 셀 스트링, 셀 스트링과 드레인 및 셀 스트링과 소오스 사이에 각각 형성된 드레인 선택 트랜지스터 및 소오스 선택 트랜지스터로 구성된다. 또한, 주변 회로 영역(200)은 셀 영역(100)을 주변에 확정되며, 셀 영역(100)의 소정 셀들에 프로그램, 소거 및 독출 동작을 실시하기 위한 소정 바이어스를 공급하기 위해 다수의 고전압 및 저전압 트랜지스터들을 포함하는 주변 소자가 구성되는 영역이다. 셀 영역(100)과 주변 회로 영역(200)를 구분하기 위한 경계 영역(300)에는 본 발명에 따른 다수의 더미 패턴(400)이 형성된다. 더미 패턴(400)은 도 2에 부분 확대도에 도시된 바와 같이 1.5㎛×1.5㎛의 정사각 도우넛형의 패턴을 기본으로 0.5㎛ 간격으로 반복 형성된다. 여기서, 패턴이 형성되지 않은 부분(420)은 0.5㎛의 폭으로 형성되며, 패턴이 형성되는 부분(410)은 패턴이 형성되지 않은 부분(420)을 중심으로 사방으로 0.5㎛의 폭으로 형성된다.The
도 3은 도 1의 A-A 라인을 따라 절취한 상태의 단면도로서, 이를 이용하여 더미 패턴을 형성하기 위한 방법을 설명한다. 도시된 바와 같이 더미 패턴(400)은 STI 공정으로 소자 분리막을 형성하기 위해 트렌치를 형성할 때 셀 영역(100)과 주변 회로 영역(200)의 경계 영역(300)의 반도체 기판(500)을 부분적으로 식각하여 형성한다. 이는 기존에 경계 영역(300)의 반도체 기판(500)을 전체적으로 식각하여 폭이 넓은 트렌치를 형성하는 방법과는 차별화되는 것이다. 이렇게 경계 영역(300)에 더미 패턴(400)이 형성된 트렌치를 형성한 후 전체 구조 상부에 절연막(600), 예컨데 HDP 산화막을 형성하고 CMP 공정을 실시하면 셀 영역(100)과 주변 회로 영역(200) 및 경계 영역(300)의 소자 분리막의 EFH가 동일하게 형성된다.3 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 1 and illustrates a method for forming a dummy pattern using the same. As shown, the
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 셀 영역과 주변 회로 영역의 경계 영역에 다수의 더미 패턴을 삽입하여 소자 분리막을 형성함으로써 경계 영역의 패턴 폭이 넓기 때문에 발생되는 소자 분리막의 EFH의 차이에 의한 커플링비의 저하를 방지하여 프로그램 효율의 저하를 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, a device isolation layer is formed by inserting a plurality of dummy patterns in a boundary region between a cell region and a peripheral circuit region, thereby forming a device isolation layer. Can be prevented from being lowered, thereby reducing the program efficiency.
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