KR20080050770A - Flash memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자를 설명하기 위한 레이아웃도이다.1 is a layout for explaining a flash memory device according to the present invention.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
200 : 반도체 기판 202 : 게이트 절연막200
204 : 제 1 도전막 206 : 질화막204: First conductive film 206: Nitride film
208 : 제 1 마스크막 패턴 210 : 소자 분리막208: first mask film pattern 210: device isolation film
212 : 유전체막 214 : 제 2 마스크막 패턴212: dielectric film 214: second mask film pattern
216 : 제 2 도전막216: second conductive film
본 발명은 플래시 메모리 소자 및 제조 방법에 관한 것으로, 특히 플래시 메모리 소자의 유전체막 콘택홀에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to flash memory devices and manufacturing methods, and more particularly, to dielectric film contact holes in flash memory devices.
일반적으로 플래시 메모리 소자는 실질적으로 동작을 수행하는 셀(cell) 영역 및 공정 단계상 형성되는 더미(dummy) 영역을 포함한다. 셀 영역에는 데이터가 저장되는 다수의 메모리 셀 들, 소오스 선택 트랜지스터 및 드레인 선택 트랜지스터가 포함된다. 더미 영역은 제조 공정상 형성되는 영역이다. 따라서, 더미 영역에는 플래시 메모리 소자의 동작과는 상관없는 다수의 게이트 들이 형성된다. In general, a flash memory device includes a cell area that substantially performs an operation and a dummy area that is formed in a process step. The cell region includes a plurality of memory cells in which data is stored, a source select transistor, and a drain select transistor. The dummy region is a region formed in the manufacturing process. Therefore, a plurality of gates are formed in the dummy area irrespective of the operation of the flash memory device.
특히, 제조 공정상 셀 영역 및 더미 영역 간에 형성되는 막(layer)의 밀도 차이에 의하여 후속 공정 시 단차가 발생하게 되는데, EFH(effective field oxide) 형성을 위한 공정을 수행하게 된다. 이때, 더미 영역에는 밀도가 조밀하지 않은 막이 형성되므로 단차가 발생하게 된다. 이러한 단차는 주로 소자 분리막 상에서 발생한다. 단차에 의하여 제조 공정시 폴리실리콘막이 잔류할 수 있는데, 잔류물에 의하여 소자와 소자 간에 브릿지(bridge)가 발생하여 소자의 특성을 열화 시킬 수도 있다. 이러한 이유로, 낸드 플래시 소자에 있어서 중요한 요소 중 한 가지가 EFH(effective field oxide)의 제어이다. 이는 소자의 동작에 있어서 매우 중요한 요소인 커플링비(coupling ratio)에 직접적인 영향을 주어 소자의 동작 속도에 영향을 준다. In particular, a step occurs in a subsequent process due to a difference in density of a layer formed between a cell region and a dummy region in a manufacturing process, and a process for forming an effective field oxide (EFH) is performed. At this time, since a film having a low density is formed in the dummy region, a step is generated. This step occurs mainly on the device isolation film. Due to the step, the polysilicon film may remain during the manufacturing process. A bridge may occur between the device and the device due to the residue, thereby deteriorating the characteristics of the device. For this reason, one of the important factors in NAND flash devices is the control of effective field oxide (EFH). This directly affects the coupling ratio, which is a very important factor in the operation of the device, affecting the operation speed of the device.
따라서, 본 발명은 플래시 메모리 소자의 제조 공정시 유전체막을 형성한 후 에, 더미 영역 및 셀 영역에 형성된 소오스 및 드레인 선택라인의 콘택홀을 셀 영역에만 형성하여 더미 영역의 다수의 셀 들 간의 브릿지 현상을 방지하도록 하는 데 있다. Therefore, after the dielectric film is formed in the manufacturing process of the flash memory device, the contact hole of the source and drain selection lines formed in the dummy region and the cell region is formed only in the cell region, thereby bridging the plurality of cells in the dummy region. To prevent it.
본 발명에 따른 플래시 메모리 소자는, 셀 영역 및 더미 영역이 정의된 반도체 기판을 포함한다. 소자 분리막으로 이격된 액티브를 포함한다. 액티브와 수직으로 배열된 메모리 셀들을 포함한다. 메모리 셀들과 수평하게 배열되고, 셀 영역에만 유전체 콘택홀이 형성된 소오스 및 드레인 선택 트랜지스터들로 구성된다. The flash memory device according to the present invention includes a semiconductor substrate in which a cell region and a dummy region are defined. Active spaced apart from the device isolation layer. Memory cells arranged vertically with the active. It is composed of source and drain select transistors arranged horizontally with the memory cells and having dielectric contact holes formed only in the cell region.
유전체막 콘택홀은 셀 영역 및 더미 영역 간의 액티브를 기준으로 하여 셀 영역 방향으로 형성된다. The dielectric film contact hole is formed in the cell region direction based on the activity between the cell region and the dummy region.
유전체막 콘택홀은 액티브의 1/2을 기준으로 하여 셀 영역 방향으로 형성된다. The dielectric film contact hole is formed in the cell region direction based on 1/2 of the active.
본 발명에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법은, 셀 영역 및 더미 영역이 정의된 반도체 기판이 제공된다. 반도체 기판에 게이트 절연막 패턴, 제 1 도전막 패턴 및 소자 분리막을 형성한다. 소자 분리막 및 제 1 도전막 상부에 유전체막을 형성한다. 선택 트랜지스터가 형성되는 셀 영역의 유전체막의 일부를 제거하여 유전체막 콘택홀을 형성한다. 유전체막 콘택홀을 포함한 전체구조 상부에 제 2 도전막을 형성하는 단계를 포함한다.In the method for manufacturing a flash memory device according to the present invention, a semiconductor substrate in which a cell region and a dummy region are defined is provided. A gate insulating film pattern, a first conductive film pattern, and an element isolation film are formed on a semiconductor substrate. A dielectric film is formed over the device isolation film and the first conductive film. A portion of the dielectric film in the cell region where the selection transistor is formed is removed to form a dielectric film contact hole. Forming a second conductive film over the entire structure including the dielectric film contact hole.
더미 영역은 2 내지 10㎛의 길이로 형성되고, 더미 영역에는 2 또는 3 개의 더미 패턴이 형성된다. The dummy region is formed to have a length of 2 to 10 mu m, and two or three dummy patterns are formed in the dummy region.
유전체막 콘택홀은 셀 영역의 액티브 영역 중 더미 영역과 바로 이웃하는 액티브의 상부에서부터 셀 영역 방향으로 형성되고, 액티브 길이의 1/2을 기준으로 한다. The dielectric film contact hole is formed in the cell region direction from an upper portion of the active region immediately adjacent to the dummy region among the active regions of the cell region, and is based on 1/2 of the active length.
유전체막 콘택홀은 더미 영역의 액티브 영역 중 셀 영역과 바로 이웃하는 액티브의 상부에서부터 셀 영역 방향으로 형성되고, 액티브 길이의 1/2을 기준으로 한다. The dielectric film contact hole is formed in the cell region direction from an upper portion of the active region immediately adjacent to the cell region among the active regions of the dummy region, and is based on 1/2 of the active length.
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, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.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 can be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.
도 1은 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자를 설명하기 위한 레이아웃도이다. 본 레이아웃도는 플래시 메모리 소자의 일부분으로써 셀(cell) 영역 및 더미(dummy) 영역을 나타내고 있다. 플래시 메모리 소자에서 셀 어레이의 구조는 다음과 같다. 1 is a layout for explaining a flash memory device according to the present invention. This layout diagram shows a cell region and a dummy region as part of a flash memory device. The structure of a cell array in a flash memory device is as follows.
셀 어레이는 소자 분리영역(102)과 활성 영역(104)을 포함하며, 소자 분리막(102)과 활성 영역(102)은 평행하게 교호적으로 정의된다. 소자 분리 영역(102)에는 소자 분리막이 형성된다. 다수의 게이트 들은 소오스 선택라인들(SSL1, SSL2) 및 다수의 워드라인들(WL0~WLn; n은 정수)을 포함한다. The cell array includes an
소오스 선택라인들(SSL1, SSL2)의 하부에는 트랜지스터들이 형성되어 있고, 워드라인들(WL0~WLn)의 하부에는 메모리 셀 들이 형성되어 있다. 트랜지스터 및 메모리 셀 모두 반도체 기판상에 게이트 절연막, 플로팅 게이트용 제 1 도전막, 유전체막 및 콘트롤 게이트용 제 2 도전막이 적층된 구조로 형성된다. 하지만, 트랜지스터의 경우에는 플로팅 게이트에 데이터를 저장하는 역할이 아니라 전압을 전달하는 역할을 수행하므로, 제 1 도전막 및 제 2 도전막의 일부가 서로 접하도록 유전체막의 일부를 제거한다. 이때 형성되는 콘택홀이 유전체막 콘택홀이다. Transistors are formed below the source select lines SSL1 and SSL2, and memory cells are formed below the word lines WL0 to WLn. Both transistors and memory cells are formed in a structure in which a gate insulating film, a first conductive film for floating gates, a dielectric film and a second conductive film for control gates are stacked on a semiconductor substrate. However, in the case of the transistor, the voltage is transferred to the floating gate, not to store data, so that a portion of the dielectric film is removed so that the first conductive film and the second conductive film are in contact with each other. The contact hole formed at this time is a dielectric film contact hole.
한편, 소자 분리막을 형성하는 공정에서 액티브 상부로부터 소자 분리막 상부까지의 높이인 EFH(effective field oxide height) 개선을 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 셀 영역 및 더미 영역의 경계 부근에서는 소자의 구조상 단차가 심하게 발생한다. 구체적으로, 플래시 메모리 소자의 제조 공정에서 EFH의 변동은 위상 변화층(phase change layer; PCL)의 식각 공정시에 주로 발생된다. 위상 변화층(PCL)은 셀 영역 및 주변 영역간의 단차를 제거하는데 사용된다. 하지만, 단차가 발생하는 지역의 상부가 클로즈(close)된 마스크막 패턴을 사용하게 되면 소자 분리막 간에 높이 차가 발생하기 때문에 후속 공정이 어려워질 수 있다. Meanwhile, in the process of forming the device isolation layer, many studies have been conducted to improve the effective field oxide height (EFH), which is the height from the active top to the top of the device isolation layer. In the vicinity of the boundary between the cell region and the dummy region, there is a severe level difference in the structure of the device. Specifically, the variation of the EFH in the manufacturing process of the flash memory device is mainly generated during the etching process of the phase change layer (PCL). The phase change layer PCL is used to remove the step between the cell region and the peripheral region. However, when the mask layer pattern in which the top of the region where the step is generated is closed is used, height difference occurs between the device isolation layers, which may make subsequent processing difficult.
즉, 셀 영역 및 더미 영역이 정의된 반도체 기판상에 게이트 절연막 및 플로팅 게이트용 도전막을 형성한 후, SA-STI 공정으로 소자 분리영역에 소자 분리막을 형성한다. EFH 조절을 위한 소자 분리막 식각 공정으로 인하여 셀 영역 및 더미 영역간의 소자 분리막에 단차가 발생하게 된다. 플로팅 게이트용 도전막 상에 유전체 막, 캐핑 폴리실리콘막 및 콘트롤 게이트용 도전막을 형성한 후에 게이트 패터닝을 위한 식각 공정을 실시한다. 이때, 유전체막을 형성한 이후에 소오스 및 드레인 선택 트랜지스터 영역의 유전체막 일부를 제거하여 플로팅 게이트용 도전막 및 콘트롤 게이트용 도전막이 서로 접하도록 한다. That is, after forming the gate insulating film and the floating gate conductive film on the semiconductor substrate in which the cell region and the dummy region are defined, the device isolation film is formed in the device isolation region by the SA-STI process. A step difference occurs in the device separator between the cell region and the dummy region due to the device separator etching process for controlling the EFH. After forming a dielectric film, a capping polysilicon film, and a control gate conductive film on the floating gate conductive film, an etching process for gate patterning is performed. At this time, after the dielectric film is formed, a portion of the dielectric film in the source and drain select transistor regions is removed so that the floating gate conductive film and the control gate conductive film are in contact with each other.
게이트 패터닝(patterning) 공정을 수행할 시에 셀 영역 및 더미 영역 간의 단차로 인하여 장비의 로딩(loading)이 용이하지 못하게 되기 때문에, 식각 공정을 수행하게 되면 플로팅 게이트용 도전막이 잔류물로 남을 수 있다. 도전막의 잔류물은 더미 지역에 잔류하게 되고, 잔류물 상부에 유전체막이 더 형성되기 때문에 플로팅 게이트용 도전막에 직접적으로 바이어스(bias)가 인가되지 않는 한 셀 영역에는 큰 영향을 주지 않는다. When the gate patterning process is performed, the loading of the equipment is not easy due to the step between the cell region and the dummy region, so that the etching process may leave the conductive film for the floating gate as a residue. . Since the residue of the conductive film remains in the dummy region, and a dielectric film is further formed on the residue, it does not affect the cell region unless a bias is directly applied to the conductive film for the floating gate.
하지만, 드레인 및 소오스 선택 트랜지스터는 데이터 저장이 아닌 메모리 셀을 동작시키기 위한 일반 트랜지스터이므로 유전체막의 일부를 제거하여 전류가 통하도록 한다. However, since the drain and source select transistors are general transistors for operating a memory cell rather than data storage, a portion of the dielectric film is removed to allow current to flow.
플래시 메모리 제조 공정시 유전체막 콘택 마스크 패턴을 사용하여 유전체막의 일부를 제거한다. 유전체막 콘택 마스크 패턴은 소오스 선택라인 및 드레인 선택라인 영역의 일부가 오픈(open)된 패턴을 갖는다. 이로 인하여, 드레인 또는 소오스 선택 트랜지스터에 인가된 바이어스가 잔류된 도전막을 통하여 동일한 스트링의 인접한 메모리 셀에 전달될 수 있다. 이는 또 다른 메모리 셀로 전달되어 결국 블럭 내의 셀들이 쇼트(short) 되는 현상을 일으킬 수 있게 되어 소자의 오작동을 유발할 수 있다. In the flash memory fabrication process, a portion of the dielectric film is removed using a dielectric film contact mask pattern. The dielectric film contact mask pattern has a pattern in which a portion of the source select line and drain select line regions are open. As a result, the bias applied to the drain or source select transistor can be transferred to the adjacent memory cells of the same string through the remaining conductive film. This may be transferred to another memory cell and eventually cause a short circuit of cells in the block, which may cause device malfunction.
따라서, 본 발명에서는 유전체막 콘택홀(108)을 셀 영역의 드레인 및 소오스 트랜지스터 영역(SSL1, SSL2)에만 형성한다. 이로 인하여 더미 영역의 드레인 및 소오스 트랜지스터 영역에(SSL1, SSL2) 형성될 게이트를 트랜지스터화 하지 않고 메모리 셀과 동일한 구조를 이루도록 한다. Therefore, in the present invention, the dielectric
이로써, 드레인 또는 소오스 게이트에 바이어스가 인가되어도 플로팅(floating) 상태를 유지하게 하므로 도전막을 통하여 메모리 셀로 전달되는 현상을 억제시킬 수 있다. 다음은 E-E' 방향의 단면도를 통하여 제조 방법을 구체적으로 설명하도록 한다. As a result, the floating state is maintained even when a bias is applied to the drain or the source gate, thereby suppressing a phenomenon of transferring to the memory cell through the conductive layer. Next, the manufacturing method will be described in detail through the cross-sectional view of the E-E 'direction.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device according to the present invention.
도 2a를 참조하면, 셀 영역 및 더미 영역이 정의된 반도체 기판(200)상에 게이트 절연막(202), 플로팅 게이트용 제 1 도전막(204), 질화막(206) 및 게이트 패터닝용 제 1 마스크막 패턴(208)을 형성한다. 더미 영역은 주로 2 내지 10㎛의 길이로 정의된다. Referring to FIG. 2A, a
도 2b를 참조하면, 제 1 마스크막 패턴에 따라 질화막 패턴(206), 제 1 도전막 패턴(204a), 게이트 절연막 패턴(202a) 및 트렌치를 형성하기 위하여 식각 공정을 수행하고 제 1 마스크막 패턴을 제거한다. 질화막 패턴(206a)은 식각 공정시 제 1 도전막 패턴(204a)의 손실 및 손상을 방지하는 역할을 한다. 더미 영역에는 2 또는 3 개의 더미 패턴이 형성된다. Referring to FIG. 2B, an etching process is performed to form the
도 2c를 참조하면, 질화막 패턴 및 트렌치를 포함하는 반도체 기판(200)상에 소자 분리막용 물질을 채운다. 제 1 도전막 패턴(204a)이 노출되도록 화학적기계적연마(chemical mechanical polishing) 공정을 수행하여 소자 간을 이격시키는 소자 분리막(210)을 형성한다. 이때, 셀 영역의 소자 분리막(210)은 소자 동작의 효울을 높이기 위하여 EFH의 높이차를 갖도록 한다. 이때, 제조 공정상 더미 영역의 소자 분리막(210)과 셀 영역의 소자 분리막(210) 간에 단차가 발생한다.Referring to FIG. 2C, a material for an isolation layer is filled on the
도 2d를 참조하면, 제 1 도전막 패턴(204a) 및 소자 분리막(210)의 표면을 따라 유전체막(212)을 형성한다. 유전체막(212) 상부에 제 2 마스크막 패턴(214)을 형성한다. 제 2 하드 마스크막 패턴(214)은 셀 영역이 개방된 패턴을 가지며, 개방된 패턴의 경계는 더미 영역에서 셀 영역과 바로 이웃하는 액티브를 경계로 한다. 또는 셀 영역에서 더미 영역과 바로 이웃하는 액티브를 경계로 할 수 있다. 즉, 셀 영역 및 더미 영역 간 액티브 폭(B)의 1/2을 기준으로 하여, 더미 영역은 클로즈(close) 되고 셀 영역은 개방된 제 2 마스크막 패턴(214)을 형성한다. Referring to FIG. 2D, a
도 2e를 참조하면, 제 2 마스크막 패턴(214)에 따라 유전체막의 일부를 제거하는 식각 공정을 수행하여 유전체막 콘택홀을 형성한다. 이때, 더미 영역의 유전체막 패턴(212a)은 모두 잔류되고, 셀 영역의 유전체막 패턴(212a)은 일부가 제거된다. 즉, 도시된 단면도에서 셀 영역의 유전체막은 제거되었지만, 본 단면 이외의 영역에는 유전체막이 잔류되어 있음을 유의해야 한다. Referring to FIG. 2E, an etching process of removing a portion of the dielectric film is performed according to the second
도 2f를 참조하면, 제 2 마스크막 패턴을 제거한다. 유전체막 패턴(212a), 제 1 도전막 패턴(204a) 및 소자 분리막(210)이 덮이도록 콘트롤 게이트용 제 2 도전막(216)을 형성한다. Referring to FIG. 2F, the second mask layer pattern is removed. The second
이로써, 소오스 및 드레인 선택 트랜지스터 영역 중 셀 영역에만 유전체막 콘택홀을 형성하여 다수의 셀 들 간의 브릿지 현상을 방지하도록 할 수 있다.As a result, a dielectric film contact hole may be formed only in the cell region of the source and drain select transistor regions to prevent a bridge phenomenon between a plurality of cells.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention described above has been described in detail in a preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, the present invention will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상기 기술한 본 발명의 플래시 메모리 소자의 제조 방법에 따라, 유전체막을 형성한 후에 소오스 및 드레인 선택 트랜지스터 영역 중 셀 영역에만 유전체막 콘택홀을 형성하여 다수의 셀 들 간의 브릿지 현상을 방지할 수 있다. According to the method of manufacturing the flash memory device of the present invention described above, after the dielectric film is formed, a dielectric film contact hole may be formed only in the cell region of the source and drain select transistor regions to prevent the bridge phenomenon between the plurality of cells.
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