KR20080092543A - Flash memory device and a method of manufacturing thesame - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 플래시 메모리 소자를 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a device for describing a flash memory device according to the prior art.
도 2 내지 도 은 본 발명의 일실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.2 to FIG. 2 are cross-sectional views of devices for describing a method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 반도체 기판 101 : 터널 절연막100
102 : 플로팅 게이트용 절연막 103 : 하드마스크용 제1 절연막102 insulating film for
104 : 하드마스크용 제2 절연막 105 : 포토 레지스트 패턴104: second insulating film for hard mask 105: photoresist pattern
106 : 유전체막 107 : 콘트롤 게이트용 도전막106: dielectric film 107: conductive film for control gate
108 : 금속 게이트층108: metal gate layer
본 발명은 플래시 메모리 소자 및 그것의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 플래시 메모리 셀의 문턱전압을 일정하게 유지할 수 있는 플래시 메모리 소자 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flash memory device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a flash memory device capable of maintaining a constant voltage of a flash memory cell and a method for manufacturing the same.
반도체 메모리는 전기의 공급이 중단됨에 따라 저장된 정보가 소멸되는 휘발성 메모리(volatile memory)와 전기의 공급이 중단되더라도 정보를 계속적으로 유지시킬 수 있는 비휘발성 메모리(non-volatile memory)로 구별된다. 비휘발성 메모리에는 EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 플래시 메모리(Flash Memory) 등이 있다.The semiconductor memory is classified into a volatile memory in which stored information disappears as the supply of electricity is interrupted, and a non-volatile memory that can maintain information even when the supply of electricity is interrupted. The nonvolatile memory includes erasable programmable read only memory (EPROM), electrically erasable programmable read only memory (EPROM), and flash memory.
플래시 메모리는 셀(cell) 구성에 따라 노아(NOR)형과 낸드(NAND)형으로 구분된다. 낸드형 플래시 메모리의 셀 어레이 영역은 복수개의 스트링으로 구성되며, 하나의 스트링(string)에 16개 또는 32개의 셀이 연결된다. 각 스트링은 직렬 연결된 스트링 선택 트랜지스터, 복수개의 셀 트랜지스터 및 접지 선택 트랜지스터로 구성된다.Flash memory is classified into a NOR type and a NAND type according to a cell configuration. The cell array area of the NAND flash memory is composed of a plurality of strings, and 16 or 32 cells are connected to one string. Each string consists of a string select transistor connected in series, a plurality of cell transistors, and a ground select transistor.
도 1은 종래 기술에 따른 플래시 메모리 소자를 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a device for describing a flash memory device according to the prior art.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 터널 절연막(11), 플로팅 게이트용 도전막(12), 유전체막(13), 콘트롤 게이트용 도전막(14), 금속 게이트층(15), 및 하드 마스크층(16)을 순차적으로 적층하여 형성한다. 이 후, 식각 공정을 실시하여 상기 막들이 적층된 드레인 선택 트랜지스터(DSL), 소스 선택 트랜지스터(SSL), 및Referring to FIG. 1, the
드레인 선택 트랜지스터(DSL)와 소스 선택 트랜지스터(SSL)들 사이에 다수의 메모리 셀(WL0 내지 WL31)들을 형성한다.A plurality of memory cells WL0 to WL31 are formed between the drain select transistor DSL and the source select transistor SSL.
도 2a 및 도 2b는 상술한 종래 기술에 따른 플래시 메모리 소자의 프로그램 및 소거 문턱 전압의 분포를 나타내는 분포도이다.2A and 2B are distribution charts illustrating distributions of program and erase threshold voltages of a flash memory device according to the related art.
반도체 소자의 집적도가 점차 증가함에 따라 플래시 메모리 소자의 메모리 셀 크기도 점차 작아진다. 이로 인하여 메모리 셀의 커플링 비도 비례적으로 작아지면서 셀의 프로그램 동작시 주변 셀의 간섭효과에 의해 최외각 셀(도 1의 WL0, WL31)의 문턱 전압(Vt)이 상대적으로 작게 된다. 이는 최외각 셀이 다른 셀에 비해 프로그램 동작이나 소거 동작시 드레인 선택 트랜지스터(DSL)와 소스 선택 트랜지스터(SSL)에 인가되는 전압이 최외곽 셀에 영향을 미치는데 반해 나머지 셀(WL1 내지 WL30)들은 동일한 구조의 메모리 셀들에 의한 간섭 효과를 받음으로써 발생하게 된다. 이로 인하여 도 2a 및 도 2b와 같이 최외각 셀과 나머지 셀간의 프로그램 및 소거 동작시 문턱 전압 분포가 달라져 소자 동작의 페일 현상이 나타난다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, the size of memory cells of flash memory devices also decreases. As a result, the coupling ratio of the memory cell is proportionally smaller, and the threshold voltage Vt of the outermost cell (WL0 and WL31 of FIG. 1) is relatively small due to the interference effect of the neighboring cells during the program operation of the cell. This is because the voltage applied to the drain select transistor DSL and the source select transistor SSL affects the outermost cell when the outermost cell is programmed or erased compared to other cells, whereas the remaining cells WL1 to WL30 are This is caused by the effect of interference by memory cells of the same structure. As a result, as shown in FIGS. 2A and 2B, the threshold voltage distribution is changed during the program and erase operations between the outermost cell and the remaining cells, resulting in a failure of device operation.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 기판 상에 플로팅 게이트용 도전막을 증착한 후, 최외각 메모리 셀들이 형성되는 영역을 제외한 메모리 셀 영역 상에 형성된 플로팅 게이트용 도전막을 일정 깊이 식각한 후, 유전체막을 형성함으로써, 최외각 메모리 셀의 커플링비를 증가시킴으로써, 플래시 메모리 소자의 문턱 전압 분포를 균일하게 형성할 수 있는 플래시 메모리 소자 및 이의 형성 방법 을 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to deposit a conductive film for a floating gate on a semiconductor substrate, and then to etch a conductive film for a floating gate formed on a memory cell region except a region where the outermost memory cells are formed to a predetermined depth, and then remove the dielectric film. The present invention provides a flash memory device capable of uniformly forming a threshold voltage distribution of a flash memory device by increasing a coupling ratio of an outermost memory cell, and a method of forming the same.
본 발명의 일실시 예에 따른 플래시 메모리 소자는 반도체 기판 상에 형성된 드레인 선택 트랜지스터 및 소스 선택 트랜지스터와, 및 상기 드레인 선택 트랜지스터 및 상기 소스 선택 트랜지스터 사이의 공간에 형성된 다수의 메모리 셀들을 포함하며, 상기 다수의 메모리 셀들 중 상기 드레인 선택 트랜지스터 및 상기 소스 선택 트랜지스터와 인접한 최외각 메모리 셀들의 높이는 나머지 다수의 상기 메모리 셀들의 높이보다 높다.A flash memory device according to an embodiment of the present invention includes a drain select transistor and a source select transistor formed on a semiconductor substrate, and a plurality of memory cells formed in a space between the drain select transistor and the source select transistor. The height of the outermost memory cells adjacent to the drain select transistor and the source select transistor among the plurality of memory cells is higher than the height of the remaining plurality of memory cells.
상기 다수의 메모리 셀들은 터널 절연막, 플로팅 게이트용 도전막, 유전체막, 콘트롤 게이트용 도전막, 및 금속 게이트층이 순차적으로 적층되며, 상기 최외각 메모리 셀의 상기 플로팅 게이트용 도전막의 두께는 상기 나머지 다수의 상기 메모리 셀들의 상기 플로팅 게이트용 도전막의 두께보다 두껍다.The plurality of memory cells are sequentially stacked with a tunnel insulating film, a floating gate conductive film, a dielectric film, a control gate conductive film, and a metal gate layer, and the thickness of the floating gate conductive film of the outermost memory cell is the remaining thickness. It is thicker than a thickness of the conductive film for the floating gate of the plurality of memory cells.
상기 최외각 메모리 셀의 상기 플로팅 게이트용 도전막의 두께는 상기 나머지 다수의 상기 메모리 셀들의 상기 플로팅 게이트용 도전막의 두께보다 10/9 내지 2배 두껍다.The thickness of the floating gate conductive film of the outermost memory cell is 10/9 to 2 times thicker than the thickness of the floating gate conductive film of the remaining plurality of memory cells.
본 발명의 일실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법은 반도체 기판 상에 터널 절연막, 및 플로팅 게이트용 도전막을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 반도체 기판 중 최외각 메모리 셀을 제외한 다수의 메모리 셀들이 형성되는 영 역 상에 형성된 상기 플로팅 게이트용 도전막을 식각하는 단계와, 상기 플로팅 게이트용 도전막을 포함한 전체 구조 상에 유전체막, 콘트롤 게이트용 도전막, 및 금속층을 순차적으로 적층하는 단계, 및 상기 금속층, 상기 콘트롤 게이트용 도전막, 상기 유전체막, 상기 플로팅 게이트용 도전막, 및 상기 터널 절연막을 순차적으로 식각하여 상기 최외각 메모리 셀을 포함한 다수의 메모리 셀 게이트 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment of the present invention comprises the steps of sequentially stacking a tunnel insulating film and a conductive film for a floating gate on a semiconductor substrate, a plurality of memory cells except the outermost memory cells of the semiconductor substrate Etching the conductive film for the floating gate formed on the formed region, sequentially depositing a dielectric film, a control gate conductive film, and a metal layer on the entire structure including the floating gate conductive film, and the metal layer And sequentially etching the control gate conductive layer, the dielectric layer, the floating gate conductive layer, and the tunnel insulating layer to form a plurality of memory cell gate patterns including the outermost memory cell.
상기 플로팅 게이트용 도전막을 식각하는 단계는 식각되는 상기 플로팅 게이트용 도전막 두께는 상기 플로팅 게이트용 도전막 전체 두께의 1/10 내지 1/2이다.In the etching of the conductive film for the floating gate, the thickness of the conductive film for the floating gate to be etched is 1/10 to 1/2 of the total thickness of the conductive film for the floating gate.
상기 플로팅 게이트용 도전막을 식각하는 단계는 상기 터널 절연막 상에 하드 마스크용 제1 절연막, 및 하드 마스크용 제2 절연막을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 하드 마스크용 제1, 2 절연막을 패터닝하는 단계와, 패터닝된 상기 하드 마스크용 제1, 2 절연막을 이용한 식각 공정으로 상기 플로팅 게이트용 도전막을 식각하는 단계, 및 상기 패터닝된 상기 하드 마스크용 제1, 2 절연막을 제거하는 단계를 포함한다.The etching of the conductive film for the floating gate may include sequentially stacking a first insulating film for a hard mask and a second insulating film for a hard mask on the tunnel insulating film, and patterning the first and second insulating films for the hard mask. And etching the floating gate conductive layer by an etching process using the patterned first and second insulating layers for the hard mask, and removing the patterned first and second insulating layers for the hard mask.
상기 하드 마스크용 제1 절연막은 SiON막으로 형성하며, 상기 하드 마스크용 제2 절연막은 비정질 카본막으로 형성하며, 상기 식각 공정은 CHF3 와 O2를 이용한 습식 식각 공정으로 실시한다.The first insulating film for the hard mask is formed of a SiON film, the second insulating film for the hard mask is formed of an amorphous carbon film, and the etching process is performed by a wet etching process using CHF 3 and O 2.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다 른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. It is provided to inform you.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.3 to 6 are cross-sectional views of devices for describing a method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 터널 절연막(101)을 형성한다. 터널 절연막(101)은 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 터널 절연막(101)은 습식 산화 공정을 이용하여 증착하고, 후속 공정으로 N2O 어닐링 공정을 실시하여 터널 절연막(101) 내부의 질화물(nitrogen)을 결합(incorporation)시켜서 트랩 차지 밀도(trap density)를 줄이고 신뢰성을 향상시키는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 3, a
이 후, 터널 절연막(101)을 포함한 전체 구조 상에 플로팅 게이트용 도전막(102)을 형성한다. 플로팅 게이트용 도전막(102)은 폴리 실리콘막으로 형성하는 것이 바람직하다. 플로팅 게이트용 도전막(102)은 불순물이 함유되지 않은 비정질 폴리 실리콘막과 불순물이 함유된 폴리 실리콘막으로 구성된 이중막으로 형성하는 것이 바람직하다.Thereafter, the floating gate
플로팅 게이트용 도전막(102)을 포함한 전체 구조 상에 하드 마스크용 제1 절연막(103), 및 하드 마스크용 제2 절연막(104)을 순차적으로 적층한다. 하드 마스트용 제1 절연막(103) 비정질 카본막으로 형성하며, 하드 마스크용 제2 절연막(104)은 SiON막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이 후, 하드 마스크용 제2 절연막(104)을 포함한 전체 구조 상에 포토 레지스트 물질을 도포한 후 노광 및 현상 공정을 실시하여 포토 레지스트 패턴(105)을 형성한다. 포토 레지스트 패턴(105)은 후속 공정에서 형성되는 플래시 메모리 소자의 선택 트랜지스터(드레인 선택 트랜지스터 및 소스 선택 트랜지스터)와 선택 트랜지스터와 인접한 최외각 메모리 셀들이 형성되는 영역을 포함하도록 형성하는 것이 바람직하다.The first
도 4를 참조하면, 포토 레지스트 패턴을 이용한 식각 공정으로 하드 마스크용 제1 절연막(103), 및 하드 마스크용 제2 절연막(104)을 순차적으로 식각하여 하드마스크 패턴을 형성한다. 이 후, 하드 마스크 패턴을 이용한 식각 공정을 실시하여 노출된 플로팅 게이트용 도전막(102)을 식각한다. 이때 식각 공정은 터널 산화막(101)이 노출되지 않도록 식각량을 조절하여 실시하는 것이 바람직하다. 이때 식각되는 플로팅 게이트용 도전막(102)의 두께는 전체 플로팅 게이트용 도전막(102) 두께의 1/2 내지 1/10가 되도록 실시하는 것이 바람직하다. 식각 공정은 식각제로 CHF3 와 O2를 이용한 습식식각 공정을 이용하거나 건식 식각 공정을 이용하여 실시하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4, a hard mask pattern is formed by sequentially etching the first
이때 도면으로 도시되진 않았지만 플로팅 게이트용 도전막(102)의 식각 공정 전 또는 후속 공정으로 소자 분리 공정을 실시하여 플로팅 게이트용 도전막(102)을 비트라인 방향으로 식각하고 소자 분리막을 형성한다.Although not shown in the drawings, an element isolation process may be performed before or after the etching process of the floating gate
도 5를 참조하면, 식각 공정을 실시하여 하드 마스크 패턴을 제거한다. 이 후, 플로팅 게이트용 도전막(102)을 포함한 전체 구조 상에 유전체막(106)을 형성한다. 유전체막(106)은 제1 산화막, 질화막, 및 제2 산화막이 순차적으로 적층된 ONO 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 이 후, 유전체막(106)을 포함한 전체 구조 상에 콘트롤 게이트용 도전막(107), 및 금속 게이트층(108)을 순차적으로 적층하여 형성한다. 콘트롤 게이트용 도전막(107)은 폴리 실리콘막으로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 5, an etching process is performed to remove the hard mask pattern. Thereafter, the
도 6을 참조하면, 식각 공정을 실시하여 금속 게이트층(108), 콘트롤 게이트용 도전막(107), 유전체막(106), 플로팅 게이트용 도전막(102), 및 터널 절연막(101)을 순차적으로 식각하여 다수의 메모리 셀 게이트 패턴(WL0 내지WL31)과 선택 트랜지스터 게이트 패턴(DSL, SSL)을 형성한다. 이때 선택 트랜지스터 게이트 패턴(DSL, SSL)과 인접한 최외각 메모리 셀 게이트 패턴(WL0, WL31)과 다수의 메모리 셀 게이트 패턴(WL1 내지WL30)은 플로팅 게이트용 도전막(102)의 높이차 만큼의 높이차(A)를 갖는다. 즉, 최외각 메모리 셀 게이트 패턴(WL0, WL31)은 플로팅 게이트용 도전막(102)의 높이가 다수의 메모리 셀 게이트 패턴(WL1 내지WL30)의 플로팅 게이트용 도전막(102)의 높이보다 높게 되어 메모리 셀의 커플링 비가 증가하게 된다. 이로 인하여 최외각 메모리 셀 게이트 패턴(WL0, WL31)과 다수의 메모리 셀 게이트 패턴(WL1 내지WL30)의 문턱 전압 분포를 균일하게 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6, an etching process is performed to sequentially perform the
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. 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.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 반도체 기판 상에 플로팅 게이트용 도전막을 증착한 후, 최외각 메모리 셀들이 형성되는 영역을 제외한 메모리 셀 영역 상에 형성된 플로팅 게이트용 도전막을 일정 깊이 식각한 후, 유전체막을 형성함으로써, 최외각 메모리 셀의 커플링비를 증가시킴으로써, 플래시 메모리 소자의 문턱 전압 분포를 균일하게 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after depositing a conductive film for a floating gate on a semiconductor substrate, after etching the conductive film for a floating gate formed on the memory cell region except a region where the outermost memory cells are formed to a predetermined depth, the dielectric By forming the film, it is possible to uniformly form the threshold voltage distribution of the flash memory device by increasing the coupling ratio of the outermost memory cell.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9331087B2 (en) | 2009-06-08 | 2016-05-03 | SK Hynix Inc. | Method of manufacturing a nonvolatile memory device |
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2007
- 2007-04-12 KR KR1020070035964A patent/KR20080092543A/en not_active Application Discontinuation
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US9331087B2 (en) | 2009-06-08 | 2016-05-03 | SK Hynix Inc. | Method of manufacturing a nonvolatile memory device |
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