KR20080061517A - A nonvolatile memory device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1h는 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자 및 그의 제조 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 소자의 단면도이다.1A through 1H are cross-sectional views sequentially illustrating a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
102 : 반도체 기판 104 : 게이트 절연막102
106 : 식각 정지막 108 : 소자 분리막106: etch stop film 108: device isolation film
110 : 플로팅 게이트용 제1 도전막 112 : 제1 스페이서110: first
114 : 플로팅 게이트용 제2 도전막 116 : 제2 스페이서114: second conductive film for floating gate 116: second spacer
본 발명은 비휘발성 메모리 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 셀(cell) 간 간섭 효과(interference effect)를 방지할 수 있는 비휘발성 메모리 소자 및 그의 제조 방법에 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 and a method of manufacturing the same that can prevent the interference effect (cell interference).
비휘발성 메모리 소자 중 NAND형 플래시 메모리 소자는 다른 메모리 소자에 비해 비교적 고집적화가 용이하기 때문에 널리 사용되고 있다. NAND형 플래시 메모 리 소자는 다수의 셀 블럭(cell block)을 포함하여 구성되는데, 셀 블록은 활성 영역과 교차하는 드레인 셀렉트 라인(drain select line)들, 워드 라인(word line)들 및 소오스 셀렉트 라인(source select line)들을 포함한다. 셀렉트 라인들과 워드 라인들 사이의 활성 영역에는 접합 영역이 형성된다. 셀렉트 라인과 워드 라인은 터널 산화막(tunnel oxide), 플로팅 게이트(floating gate), 유전체막 및 콘트롤 게이트(control gate)를 포함하며, 셀렉트 라인에서는 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트가 전기적으로 연결된다. Among nonvolatile memory devices, NAND type flash memory devices are widely used because they are relatively easy to integrate, compared with other memory devices. The NAND type flash memory device includes a plurality of cell blocks, which include drain select lines, word lines, and source select lines that intersect the active region. (source select lines) A junction region is formed in the active region between the select lines and the word lines. The select line and the word line include a tunnel oxide, a floating gate, a dielectric layer, and a control gate, and the select line and the control gate are electrically connected to each other.
최근에 NAND형 플래시 메모리 소자의 크기가 점차 축소되어 셀 사이의 거리가 짧아짐에 따라 셀의 상태가 인접한 주변 셀의 동작에 의해 영향을 받게 된다. 즉, 플로팅 게이트 사이의 거리가 좁아짐에 따라 인접하는 플로팅 게이트의 동작에 영향을 받게 되며, 특히 소자 분리막의 높이보다 낮은 부분의 플로팅 게이트 사이의 거리에 따라 주로 영향을 받게 된다. 이러한 인접한 주변 셀의 동작, 특히 프로그램 동작으로 인해 셀의 문턱 전압이 변하게 되는 것을 간섭 효과라 한다. 즉, 간섭 효과란 독출하려는 제 1 셀과 인접한 제 2 셀을 프로그램하게 되면 제 2 셀의 플로팅 게이트의 차지(charge) 변화로 인한 캐패시턴스(capacitance) 작용으로 인해 제 1 셀의 독출시 제 1 셀의 문턱 전압보다 높은 문턱 전압이 독출되는 현상을 말한다. 이러한 독출 셀의 플로팅 게이트의 차지는 변화하지 않지만, 인접 셀의 상태 변화에 의해 실제 셀의 상태가 왜곡되어 보이는 현상을 일컫는다. 이러한 간섭 효과로 인해 셀의 상태가 변하게 되며, 이는 불량율을 증가시켜 수율을 저하시키는 결과를 초래한다. Recently, as the size of a NAND flash memory device is gradually reduced and the distance between cells is shortened, the state of the cell is affected by the operation of adjacent neighboring cells. That is, as the distance between the floating gates is narrowed, the operation of adjacent floating gates is affected, and in particular, the distance between the floating gates of a portion lower than the height of the device isolation layer is mainly affected. The change in the threshold voltage of the cell due to the operation of adjacent neighboring cells, in particular the program operation, is called an interference effect. That is, the interference effect means that when a second cell adjacent to the first cell to be read is programmed, due to a capacitance action caused by a charge change of the floating gate of the second cell, the first cell is read out of the first cell. The threshold voltage higher than the threshold voltage is read. Although the charge of the floating gate of the read cell does not change, it refers to a phenomenon in which the state of the actual cell is distorted by the state change of the adjacent cell. This interference effect causes the state of the cell to change, which results in an increase in the defective rate resulting in a lower yield.
이에 따라 간섭 효과를 줄이기 위해 플로팅 게이트의 높이를 낮추는 기술이 선보이고 있으나, 이러한 경우 콘트롤 게이트와 플로팅 게이트의 계면 면적이 감소하여 커플링 비(coupling ratio)가 감소하게 된다. 이에 따라 셀을 프로그램하는 속도가 저하되는 문제점이 발생한다.Accordingly, a technique of lowering the height of the floating gate has been introduced to reduce the interference effect, but in this case, the interface area between the control gate and the floating gate is reduced, thereby reducing the coupling ratio. This causes a problem that the speed of programming the cell is reduced.
본 발명은 플로팅 게이트 하부의 폭을 좁게 형성함으로써 플로팅 게이트 사이의 거리를 증가시키고 소자 분리막의 상부에 홈을 형성하여 홈에 유전체막 및 콘트롤 게이트를 형성함으로써 셀 간 간섭 효과를 줄일 수 있어 셀을 프로그램하는 속도를 증가시킬 수 있다.The present invention increases the distance between the floating gates by narrowing the width of the bottom of the floating gate, and forms a groove on the device isolation layer to form a dielectric film and a control gate in the groove, thereby reducing the interference effect between cells. Can increase the speed.
본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자는, 활성 영역에는 게이트 절연막이 형성되고 소자 분리 영역에는 소자 분리막이 형성된 반도체 기판과, 상기 소자 분리막 사이의 상기 게이트 절연막 상부에 형성되며, 상기 소자 분리막 사이의 거리보다 폭이 좁은 플로팅 게이트용 제1 도전막과, 상기 플로팅 게이트용 제1 도전막 상부에 형성되며 상기 플로팅 게이트용 제1 도전막보다 폭이 넓은 플로팅 게이트용 제2 도전막 및 상기 소자 분리막과 상기 플로팅 게이트용 제2 도전막 상부에 형성된 유전체막 및 콘트롤 게이트용 도전막을 포함할 수 있다.In the nonvolatile memory device according to the present invention, a gate insulating film is formed in an active region and a device isolation film is formed in an element isolation region, and is formed on an upper portion of the gate insulating film between the device isolation layers, and is less than a distance between the device isolation layers. A first conductive film having a narrow width, a second conductive film for a floating gate formed on an upper portion of the first conductive film for the floating gate, and having a wider width than the first conductive film for the floating gate, and the device isolation layer and the floating layer It may include a dielectric film formed on the gate second conductive film and a conductive film for the control gate.
상기 플로팅 게이트용 제1 도전막 양측에 형성되는 절연막 스페이서를 더욱 포함할 수 있다. 상기 플로팅 게이트용 제2 도전막의 양측은 상기 소자 분리막의 일부와 접할 수 있다. 상기 플로팅 게이트용 제2 도전막은 상기 플로팅 게이트용 제1 도전막과 상기 절연막 스페이서의 상부에만 형성될 수 있다. 상기 플로팅 게이트용 제1 도전막의 높이는 상기 소자 분리막의 높이보다 높을 수 있다. 상기 소자 분리막의 상부에 홈이 형성될 수 있다. The insulating layer spacer may be further formed on both sides of the first conductive layer for the floating gate. Both sides of the second conductive layer for the floating gate may contact a portion of the device isolation layer. The second conductive layer for the floating gate may be formed only on the first conductive layer for the floating gate and the insulating layer spacer. The height of the first conductive layer for the floating gate may be higher than the height of the device isolation layer. Grooves may be formed on the device isolation layer.
본 발명의 다른 측면에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법은, 활성 영역에는 게이트 절연막이 형성되고 소자 분리 영역에는 소자 분리막이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계와, 상기 소자 분리막 사이의 상기 게이트 절연막 상에 제1 도전막을 형성하는 단계와, 상기 제1 도전막 측벽에 제1 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 제1 도전막 상부에 상기 제1 도전막보다 폭이 넓은 제2 도전막을 형성하는 단계와, 상기 제2 도전막을 포함한 상기 소자 분리막 상부에 유전체막을 형성하는 단계 및 상기 유전체막 상부에 콘트롤 게이트용 도전막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a nonvolatile memory device, the method including: providing a semiconductor substrate having a gate insulating film formed in an active region and a device isolation film formed in an isolation region; Forming a first conductive film, forming a first spacer on sidewalls of the first conductive film, forming a second conductive film having a wider width than the first conductive film on the first conductive film; The method may include forming a dielectric film on the device isolation layer including the second conductive film and forming a conductive film for a control gate on the dielectric film.
상기 제2 도전막의 양측은 상기 소자 분리막의 일부와 접하도록 형성될 수 있다. 상기 제2 도전막은 상기 제1 도전막과 상기 제1 스페이서의 상부에만 형성될 수 있다. Both sides of the second conductive layer may be formed to contact a part of the device isolation layer. The second conductive layer may be formed only on the first conductive layer and the first spacer.
상기 제1 도전막의 높이는 상기 소자 분리막의 높이보다 높게 형성될 수 있다. 상기 제1 스페이서는 절연막으로 형성될 수 있다.The height of the first conductive layer may be higher than the height of the device isolation layer. The first spacer may be formed of an insulating film.
상기 제2 도전막을 형성한 후에, 상기 소자 분리막 상부의 일부가 노출되도록 상기 제2 도전막의 측벽에 제2 스페이서를 형성하는 단계 및 상기 제2 스페이서를 이용하여 상기 노출된 소자 분리막 상부를 일부 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 스페이서는 질화막으로 형성될 수 있다. After forming the second conductive layer, forming a second spacer on a sidewall of the second conductive layer so that a portion of the upper portion of the device isolation layer is exposed and partially removing the exposed upper portion of the device isolation layer using the second spacer. It may further comprise a step. The second spacer may be formed of a nitride film.
상기 제1 도전막과 상기 제2 도전막은 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 상기 제1 도전막과 제2 도전막은 플로팅 게이트의 역할을 할 수 있다.The first conductive layer and the second conductive layer may be formed of polysilicon. The first conductive layer and the second conductive layer may serve as floating gates.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
그러나, 본 발명은 이하에서 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 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 의해서 이해되어야 한다.However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Only this embodiment is provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자 및 그의 제조 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 소자의 단면도이다.1A through 1H are cross-sectional views sequentially illustrating a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same according to the present invention.
도 1a를 참조하면, 실리콘으로 형성된 반도체 기판(102) 상부에 스크린 산화막(screen oxide; 도시하지 않음)을 형성한다. 상기 스크린 산화막은 후속 공정에서 실시되는 웰(well) 이온 주입 공정 또는 문턱 전압 이온 주입 공정시 반도체 기판(102)의 계면(surface)이 손상되는 것을 방지한다. 여기서, 웰 이온 주입 공정은 반도체 기판(102)에 웰 영역을 형성하기 위해 실시되고, 문턱 전압 이온 주입 공정은 트랜지스터와 같은 반도체 소자의 문턱 전압을 조절하기 위해 실시된다. 이로써, 반도체 기판(102)에는 웰 영역(도시하지 않음)이 형성되고, 웰 영역은 트리 플(triple) 구조로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1A, a screen oxide (not shown) is formed on a
그리고, 스크린 산화막을 제거한 후 반도체 기판(102) 상부에 게이트 절연막(104)과 식각 정지막(106)을 형성한다. 바람직하게는, 게이트 절연막(104)은 산화막으로 형성하며 터널 산화막의 역할을 할 수 있다. 또한 식각 정지막(106)은 질화막으로 형성한다. 이때, 식각 정지막(106)의 두께에 따라 후속하는 공정에서 형성되는 소자 분리막이 반도체 기판(102)보다 높게 돌출되는 높이를 조절할 수 있다. 따라서 이를 고려하여 식각 정지막(106)의 두께를 조절하는 것이 바람직하다.After removing the screen oxide layer, the
도 1b를 참조하면, 식각 정지막(106) 상부에 마스크 패턴(도시하지 않음)이 형성된다. 마스크 패턴은 소자 분리 영역이 오픈(open)되도록 액티브 영역에 대응되는 식각 정지막(106) 상부에 형성된다. 바람직하게는, 마스크 패턴은 포토 레지스트를 이용하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1B, a mask pattern (not shown) is formed on the
이어서, 마스크 패턴을 이용하여 식각 정지막(106)과 게이트 절연막(104)을 패터닝하고, 계속해서 반도체 기판(102)의 일부를 제거하여 반도체 기판(102)의 소자 분리 영역에 트렌치를 형성한다. 그리고, 마스크 패턴을 제거한 뒤 트렌치를 포함하는 반도체 기판(102)의 전체 구조 상부에 절연막, 예를 들면 산화막을 형성하여 트렌치를 갭필(gap fill)한다. 이어서, 절연막의 상부에 대해 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 방법과 같은 평탄화 공정을 실시하여 소자 분리막(108)을 형성한다. 이때 식각 정지막(106)이 평탄화 공정 중에 에치 스탑퍼(etch stopper)로써 역할을 한다.Subsequently, the
도 1c를 참조하면, 식각 정지막(106; 도 1b 참조)을 제거하여 게이트 절연 막(104)이 노출된다. 그리고 반도체 기판(102)의 전체 구조 상부에 도전막, 예를 들면 폴리 실리콘을 형성한 뒤 노출된 게이트 절연막(104)의 상부에만 도전막이 잔류하도록 식각 공정을 실시하여 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)을 형성한다. 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)의 상부 높이는 소자 분리막(108)의 상부 높이보다 높으며 최종적으로 형성하려는 플로팅 게이트의 높이보다는 낮다. 또한, 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)의 폭은 소자 분리막(104) 사이의 간격보다 작아서 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)과 양측의 소자 분리막(108) 사이에는 소정의 간격이 존재한다. Referring to FIG. 1C, the
도 1d를 참조하면, 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)을 포함하는 반도체 기판(102)의 전체 구조 상부에 절연막, 예를 들면 산화막을 형성한다. 특히 절연막은 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)과 양측의 소자 분리막(108) 사이의 간격을 완전히 갭필하도록 형성된다. 그리고, 절연막이 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)의 측면에만 잔류하도록 나머지 절연막을 제거하여 제1 스페이서(112)를 형성한다. Referring to FIG. 1D, an insulating film, for example, an oxide film is formed on the entire structure of the
도 1e를 참조하면, 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)과 제1 스페이서(112)를 포함하는 반도체 기판(102)의 전체 구조 상부에 도전막, 예를 들면 폴리 실리콘을 형성한다. 그리고 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)의 상부에 잔류하도록 도전막을 식각하여 플로팅 게이트용 제2 도전막(114)을 형성한다. 플로팅 게이트용 제2 도전막(114)의 폭은 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)의 폭보다 넓게 형성된다. 이때, 플로팅 게이트용 제2 도전막(114)의 양측은 소자 분리막(108)의 일부와 접하도록 형성할 수도 있고, 도 1e에 도시된 바와 같이 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)과 제1 스페이서(112)의 상부에만 플로팅 게이트용 제2 도전막(114)이 형성될 수도 있다. 이로써, 플로팅 게이트용 제2 도전막(114)은 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)과 전기적으로 연결되어 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)과 플로팅 게이트용 제2 도전막(114)을 포함하는 플로팅 게이트가 형성된다. Referring to FIG. 1E, a conductive film, for example, polysilicon is formed on the entire structure of the
본 발명에 따르면, 플로팅 게이트용 제1 도전막(110)의 양측에 절연막으로 형성된 제1 스페이서(112)로 인하여 소자 분리막(108) 높이보다 낮은 부분의 플로팅 게이트 사이의 거리가 더욱 증가할 수 있다. 이로써, 소자 분리막 높이보다 낮은 부분의 플로팅 게이트 사이의 거리가 증가함에 따라 셀 간 간섭 효과를 효과적으로 감소시킬 수 있다.According to the present invention, the distance between the floating gates of portions lower than the height of the
도 1f를 참조하면, 플로팅 게이트(110, 114)를 포함하는 반도체 기판(102)의 전체 구조 상부에 질화막을 형성한 뒤 플로팅 게이트(110, 114)의 측벽에만 잔류하도록 질화막을 식각하여 제2 스페이서(116)을 형성한다. 특히, 질화막이 식각되는 두께 차이로 인하여 소자 분리막(108)의 중심부에 형성된 질화막이 제거되어 소자 분리막(108)의 중심부가 노출된다.Referring to FIG. 1F, after the nitride film is formed over the entire structure of the
도 1g를 참조하면, 제2 스페이서(116)를 이용하여 노출된 소자 분리막(108)의 일부를 제거하여 소자 분리막(108)의 상부에 홈(118)을 형성한다.Referring to FIG. 1G, a portion of the
도 1h를 참조하면, 제2 스페이서(116; 도 1g 참조)를 제거한다. 이후에, 도시하지는 않았지만 소자 분리막(108)과 플로팅 게이트(110, 114)의 상부에 유전체막과 콘트롤 게이트용 도전막을 형성하고 식각하여 비휘발성 메모리 소자의 제조를 완료한다.Referring to FIG. 1H, the second spacer 116 (see FIG. 1G) is removed. Subsequently, although not shown, a dielectric film and a conductive film for the control gate are formed on the
본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자 및 그의 제조 방법에 따르면, 플로팅 게이트를 상부와 하부로 나누어서 형성하되 스페이서를 이용하여 플로팅 게이트의 하부의 폭을 좁게 형성함으로써 플로팅 게이트 사이의 거리를 증가시킬 수 있다. 또한 소자 분리막의 상부에 홈을 형성하여 홈에 유전체막 및 콘트롤 게이트를 형성함으로써 셀 간 간섭 효과를 줄일 수 있다. 이로써, 셀을 프로그램하는 속도를 증가시켜 고성능의 비휘발성 메모리 소자를 제조할 수 있다.According to the nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same according to the present invention, the floating gate is formed by dividing the upper and lower portions, but the distance between the floating gates can be increased by narrowing the width of the lower portion of the floating gate using spacers. In addition, by forming a groove on the device isolation layer to form a dielectric film and a control gate in the groove can reduce the interference effect between cells. As a result, a high-performance nonvolatile memory device can be manufactured by increasing a speed of programming a cell.
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KR1020060136340A KR20080061517A (en) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | A nonvolatile memory device and method of manufacturing the same |
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