KR20100013939A - Flash memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플래시 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 셀 간 간섭 효과(Interference Effect)를 개선하고, 게이트 패턴의 기울어짐(Leaning) 현상을 방지할 수 있는 수평형 게이트 구조의 플래시 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 and a method of manufacturing the same. In particular, a flash memory device having a horizontal gate structure capable of improving an interference effect between cells and preventing a leaning of a gate pattern, and The manufacturing method is related.
NAND형 플래시 메모리 소자는 드레인 선택 트랜지스터와 소스 선택 트랜지스터 사이에 다수의 셀이 직렬 연결되어 하나의 스트링(string)을 구성하며, 드레인 선택 트랜지스터의 드레인은 비트 라인에 연결되고, 소스 선택 트랜지스터의 소스는 공통 소스 라인에 연결된다. 이러한 NAND형 플래시 메모리 소자의 셀은 반도체 기판 상의 소정 영역에 터널 산화막, 플로팅 게이트, 유전체막 및 컨트롤 게이트가 적층된 게이트를 형성하고, 게이트 양측에 접합부를 형성함으로써 형성된다.In a NAND type flash memory device, a plurality of cells are connected in series between a drain select transistor and a source select transistor to form a string, a drain of the drain select transistor is connected to a bit line, and a source of the source select transistor is Is connected to a common source line. A cell of such a NAND flash memory device is formed by forming a gate in which a tunnel oxide film, a floating gate, a dielectric film, and a control gate are stacked in a predetermined region on a semiconductor substrate, and forming junctions on both sides of the gate.
NAND형 플래시 메모리 소자는 셀의 상태가 인접한 주변 셀의 동작에 의해 영향을 받기 때문에 셀의 상태를 일정하게 유지하는 것이 매우 중요하다. 이러한 인접한 주변 셀의 동작, 특히 프로그램 동작으로 인해 셀의 상태가 변하게 되는 것을 간섭 효과(Interference Effect)라 한다. 즉, 간섭 효과란 독출하려는 제1 셀과 인접한 제2 셀을 프로그램하게 되면 제2 셀의 플로팅 게이트의 차지 변화로 인한 커패시턴스(Capacitance) 작용으로 인해 제1 셀의 독출시 제1 셀의 문턱 전압(Threshold Voltage; Vt)보다 높은 문턱 전압이 독출되는 현상을 일컫는 것으로, 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 불량률을 증가시켜 수율을 저하시키는 결과를 초래한다. 따라서, 간섭 효과를 최소화하는 것이 셀의 상태를 일정하게 유지하는데 효과적이라 할 수 있다.In the NAND type flash memory device, it is very important to keep the state of the cell constant since the state of the cell is affected by the operation of adjacent neighboring cells. The change of the state 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 the second cell adjacent to the first cell to be read is programmed, the threshold voltage of the first cell when the first cell is read due to a capacitance effect caused by the charge change of the floating gate of the second cell. It refers to a phenomenon in which a threshold voltage higher than the threshold voltage (Vt) is read, and the charge of the floating gate of the read cell does not change, but the state of the actual cell is distorted due to the change of the state 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. Therefore, minimizing the interference effect may be effective to keep the state of the cell constant.
최근 반도체 소자의 고집적화에 따라 일반적인 NAND형 플래시 메모리 소자의 제조 공정에서 SA-STI(Self Aligned-Shallow Trench Isolation) 공정을 이용하여 소자 분리막을 형성하는데, 그 공정을 간략하게 설명하면 다음과 같다. 반도체 기판 상부에 터널 산화막 및 제1 폴리실리콘막의 적층막을 형성한 후 제1 폴리실리콘막 및 터널 산화막의 소자 분리 영역을 식각하고, 노출된 반도체 기판을 일정 깊이 식각하여 트렌치를 형성한다. 이후, 트렌치를 채우도록 절연막을 증착한 후 평탄화 공정을 실시하여 소자 분리막을 형성한 다음 소자 분리막을 일정 두께 식각하여 유효 필드 산화막 높이(Effective Field Oxide Height; EFH)를 조절한다. 이어서, 소자 분리막 및 제1 폴리실리콘막 상에 유전체막을 형성하고, 유전체막 상에 제2 폴리실리콘막을 형성한다. 그런 다음, 통상적인 게이트 식각 공정으로 제2 폴리실리콘막, 유전체막, 제1 폴리실리콘막 및 터널 산화막을 패터닝하여 제1 폴리실리콘막 패턴으로 이루어진 플로팅 게이트와 제2 폴리실리콘막 패턴으로 이루어진 컨트롤 게이트를 형성하여 터널 산화막, 플로팅 게이트, 유전체막 및 컨트롤 게이트 적층 구조의 게이트 패턴을 형성한다.Recently, due to the high integration of semiconductor devices, a device isolation layer is formed by using a self-aligned-shallow trench isolation (SA-STI) process in a general NAND type flash memory device manufacturing process. After forming a laminated film of the tunnel oxide film and the first polysilicon film on the semiconductor substrate, the device isolation region of the first polysilicon film and the tunnel oxide film is etched, and the exposed semiconductor substrate is etched to a predetermined depth to form a trench. Subsequently, an insulating film is deposited to fill the trench, and then a planarization process is performed to form a device isolation layer, and the device isolation layer is etched by a predetermined thickness to control the effective field oxide height (EFH). Subsequently, a dielectric film is formed on the device isolation film and the first polysilicon film, and a second polysilicon film is formed on the dielectric film. Thereafter, the second polysilicon film, the dielectric film, the first polysilicon film, and the tunnel oxide film are patterned by a conventional gate etching process, and the control gate including the floating gate made of the first polysilicon film pattern and the second polysilicon film pattern. To form a gate pattern of a tunnel oxide film, a floating gate, a dielectric film, and a control gate stacked structure.
상기와 같은 방법으로 소자를 제조하게 되면 인접한 플로팅 게이트 간의 거리가 가까워지고, 인접한 워드 라인 간 플로팅 게이트의 마주보는 면적이 증가하여 간섭 커패시터(Interference Capacitor)에 의한 간섭 효과로 인하여 문턱 전압(Vt) 쉬프트(Shift)가 초래되어 정상적인 셀 동작이 어렵게 된다. 또한, 게이트 패턴 형성 후 토폴로지(Topology)가 너무 높아서 게이트 패턴의 기울어짐(Leaning) 현상이 발생하여 소자 특성이 저하된다.When the device is manufactured in the above manner, the distance between adjacent floating gates is increased, and the area of the floating gates between adjacent word lines is increased to shift the threshold voltage (Vt) due to the interference effect by the interference capacitor. (Shift) is caused, making normal cell operation difficult. In addition, since the topology is too high after the gate pattern is formed, the gate pattern may be leaned, thereby degrading device characteristics.
이러한 간섭 효과를 감소시키기 위하여 플로팅 게이트의 두께를 줄이는 것이 유리하지만, 이 경우 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트 간에 계면 면적이 감소하여 커플링 비(Coupling Ratio)가 감소하는 문제점이 발생한다. 기존의 단조로운 플로팅 게이트의 모양을 변화시켜서 이를 극복하기 위한 조치들이 취해지고 있는데, 단순한 방법으로는 플로팅 게이트의 원하는 표면적을 확보하기가 어렵고, 주변회로 영역의 폴리 잔류물 문제 등의 발생 가능성이 커서 정상적인 제어가 매우 힘들다.In order to reduce the interference effect, it is advantageous to reduce the thickness of the floating gate, but in this case, the interface area between the floating gate and the control gate is reduced, thereby reducing the coupling ratio. Measures are taken to overcome the existing monotonous floating gate by changing the shape of the existing monotonous floating gate, but it is difficult to secure the desired surface area of the floating gate by a simple method, and the problem of poly residue in the peripheral circuit area is high. Very difficult to control
본 발명은 상부보다 하부의 폭이 넓은 플로팅 게이트를 형성하고, 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트를 수평형 구조로 형성함으로써, 셀 간 간섭 효과(Interference Effect)를 개선하고, 원하는 커플링 비(Coupling Ratio)를 확보하면서도 게이트 패턴의 기울어짐(Leaning) 현상을 방지할 수 있는 플래시 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.According to the present invention, a floating gate having a lower width than an upper portion is formed, and the floating gate and the control gate are formed in a horizontal structure, thereby improving an interference effect between cells and a desired coupling ratio. The present invention provides a flash memory device and a method of manufacturing the same, which can secure a gate pattern from being leaked while being secured.
본 발명의 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자는, 반도체 기판의 활성 영역에 터널 절연막, 제1 도전막 및 희생 절연막의 적층막을 형성하고, 반도체 기판의 소자 분리 영역에 적층막과 평탄화된 소자 분리막을 형성한다. 플로팅 게이트가 형성될 영역들 사이의 희생 절연막을 제거하여 소자 분리막을 돌출시킨다. 돌출된 소자 분리막의 측벽에 제1 도전막의 일부를 노출시키는 스페이서를 형성한다. 노출된 제1 도전막 상에 스페이서의 내부를 채우는 제2 도전막을 형성한다. 스페이서 및 절연막의 일부를 식각하여 제2 도전막의 측벽 및 제1 도전막의 상부 측벽을 노출시킨다. 잔류된 절연막 및 노출된 제1 및 제2 도전막의 표면을 따라 유전체막 및 콘트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 플래시 메모리 소자의 제조 방법으로 이루어진다.In a flash memory device according to an embodiment of the present invention, a stacked film of a tunnel insulating film, a first conductive film, and a sacrificial insulating film is formed in an active region of a semiconductor substrate, and a stacked film and a planarized device isolation film are formed in a device isolation region of a semiconductor substrate. do. The sacrificial insulating layer between the regions where the floating gate is to be formed is removed to protrude the device isolation layer. A spacer for exposing a part of the first conductive film is formed on the sidewall of the protruding element isolation film. A second conductive film filling the inside of the spacer is formed on the exposed first conductive film. A portion of the spacer and the insulating film are etched to expose the sidewall of the second conductive film and the upper sidewall of the first conductive film. Forming a dielectric film and a control gate along the surfaces of the remaining insulating film and the exposed first and second conductive films.
제2 도전막은 제1 도전막보다 좁은 폭으로 형성되고, 희생 절연막은 소자 분 리막과 식각 선택비가 다른 물질로 형성된다.The second conductive layer is formed to have a narrower width than the first conductive layer, and the sacrificial insulating layer is formed of a material having a different etching selectivity from that of the device isolation layer.
스페이서는 산화막 또는 질화막으로 형성되며, 산화막은 고온열산화막, TEOS막 및 HLD막 중 어느 하나로 형성된다. The spacer is formed of an oxide film or a nitride film, and the oxide film is a high temperature thermal oxide film, a TEOS film, It is formed of any one of HLD films.
스페이서 및 절연막의 일부를 식각하기 전, 제2 도전막의 일부를 식각하여 제2 도전막 상에 스페이서의 상부 측벽을 노출시키는 리세스 영역을 형성하며, 리세스 영역에 식각 정지막을 형성하는 단계를 더 포함한다. Before etching the spacers and the portions of the insulating layer, a portion of the second conductive layer is etched to form a recessed region exposing the upper sidewall of the spacer on the second conductive layer, and forming an etch stop layer in the recessed region. Include.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.
첫째, 상부보다 하부의 폭이 넓은 플로팅 게이트를 형성하여 인접한 플로팅 게이트 간 마주보는 면적을 줄임으로써, 인접한 셀 간 간섭 효과(Interference Effect) 개선을 통해 워드 라인 간의 프로그램 문턱 전압(Vt) 쉬프트(Shift)를 억제할 수 있다. First, by forming a floating gate having a lower width than the upper portion to reduce the area facing between adjacent floating gates, the program threshold voltage (Vt) shift between word lines by improving the interference effect between adjacent cells. Can be suppressed.
둘째, 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트 간의 구조를 수평형 구조로 형성하여 게이트 패턴의 토폴로지(Topology)를 낮춤으로써, 게이트 패턴의 기울어짐(Leaning) 현상을 방지할 수 있다.Second, by lowering the topology of the gate pattern by forming a structure between the floating gate and the control gate in a horizontal structure, it is possible to prevent the leaching of the gate pattern.
셋째, 플로팅 게이트 사이에 컨트롤 게이트를 삽입하여 커플링 비(Coupling Ratio)를 유지 또는 향상시켜, 동작전압을 낮추거나 프로그램/소거 효율을 유지 또는 향상시킬 수 있다.Third, by inserting a control gate between the floating gate to maintain or improve the coupling ratio (Coupling Ratio), it is possible to lower the operating voltage or maintain or improve the program / erase efficiency.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안되며, 당업계에서 보편적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below, but should be understood by those of ordinary skill in the art. It is preferred that the present invention be interpreted as being provided to more fully explain the invention.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서대로 도시한 레이 아웃도들이고, 도 2a 내지 도 2f는 도 1a 내지 도 1f의 선 A-A'로 절취한 상태의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서대로 도시한 공정 단면도들이고, 도 3a 내지 도 3f는 도 1a 내지 도 1f의 선 B-B'로 절취한 상태의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서대로 도시한 공정 단면도들이며, 도 4a 내지 도 4f는 도 1a 내지 도 1f의 선 C-C'로 절취한 상태의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서대로 도시한 공정 단면도들이다.1A to 1F are layout views showing process steps in order to explain a method of manufacturing a flash memory device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2F are lines A-A of FIGS. 1A to 1F. Process sectional drawing shown in order of process in order to demonstrate the manufacturing method of the state cut | disconnected to, and FIG. 3A-3F is process for demonstrating the manufacturing method of the state cut | disconnected by the line B-B of FIGS. 1A-1F. 4A to 4F are process cross-sectional views shown in order, and FIGS. 4A to 4F are process cross-sectional views shown in order of process to explain a manufacturing method cut along the line C-C 'of FIGS. 1A to 1F.
도 1a, 2a, 3a 및 4a를 참조하면, 반도체 기판(101)의 활성 영역에 비트 라인 방향으로 패터닝된 터널 절연막(102), 제1 도전막(104) 및 희생 절연막(106)의 적층막이 형성되고, 반도체 기판(101)의 소자 분리 영역에 소자 분리막(110)이 형성된다. 이하, 터널 절연막(102), 제1 도전막(104) 및 희생 절연막(106)의 적층막 및 소자 분리막(110)의 형성 과정의 일례를 상세히 설명한다. 먼저, 반도체 기판(101) 상에 터널 절연막(102), 제1 도전막(104), 희생 절연막(106) 및 하드 마스 크막(미도시)을 순차적으로 형성한다. 터널 절연막(102)은 실리콘 산화막(SiO2)으로 형성할 수 있으며, 이 경우 산화(Oxidation) 공정으로 형성할 수 있다. 제1 도전막(104)은 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트(Folating Gate)로 사용하기 위한 것으로, 폴리실리콘막(Polysilicon Layer), 금속층, 폴리실리콘막과 금속층의 적층막으로 형성할 수 있다. 바람직하게, 제1 도전막(104)은 폴리실리콘막으로 형성하며, 제1 도전막(104)과 터널 절연막(102)의 계면에서의 불순물의 도핑(Doping) 농도를 낮추기 위하여 언도프트(Undoped) 폴리실리콘막으로 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 희생 절연막(106)은 제1 도전막(104)과 식각 선택비가 다른 물질로 형성하며, 실리콘 질화막(Si3N4) 또는 실리콘 산화질화막(SiON) 등과 같은 질화막 계열의 물질로 형성할 수 있다. 희생 절연막(106)의 두께는 최종 플로팅 게이트의 높이를 고려하여 형성한다. 하드 마스크막은 후속한 트렌치 형성 시 식각 마스크로 사용하기 위한 것으로, 산화물, SiON 또는 아모퍼스 카본(Amorphous Carbon) 등을 포함하여 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 1A, 2A, 3A, and 4A, a laminated film of a tunnel
이어서, 소자 분리 영역의 하드 마스크막, 희생 절연막(106), 제1 도전막(104), 터널 절연막(102) 및 반도체 기판(101)의 일부를 식각하여 트렌치(108)를 형성한다. 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 하드 마스크막 상에 포토레지스트(미도시)를 도포한 후 노광 및 현상하여 소자 분리 영역의 하드 마스크막을 노출시키는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 이어서, 감광막 패턴을 이용한 식각 공정으로 소자 분리 영역의 하드 마스크막을 식각한다. 이후, 감광막 패턴을 제거한다. 계속해서, 하드 마스크막 패턴을 마스크로 이용한 식각 공정으로 제1 도전막(104) 및 터널 절연막(102)을 식각한다. 이로써, 소자 분리 영역의 반도체 기판(101)이 노출된다. 이어서, 노출된 소자 분리 영역의 반도체 기판(101)을 일정 깊이 식각한다. 이로써, 소자 분리 영역에 트렌치(108)가 형성된다. 이렇게, 트렌치(108)는 반도체 기판(101)에 SA-STI(Self Align-Shallow Trench Isolation) 공정을 실시하여 형성하는 것이 바람직하다.Next, the
이어서, 트렌치(108)가 채워지도록 트렌치(108)를 포함한 하드 마스크막 패턴 상에 절연막(미도시)을 증착한 후 희생 절연막(106)의 표면이 노출되는 시점까지 절연막을 평탄화하여 소자 분리막(110)을 형성한다. 소자 분리막(110)은 산화물 계열의 물질로 형성하며, 예를 들어 SOG(Spin On Glass)막, BPSG(Boron-Phosphorus Silicate Glass)막, PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate)막, USG(Undoped Silicate Glass)막, PSG(Phosphorus Silicate Glass)막 및 HDP(High Density Plasma) 산화막 중에서 선택되는 어느 하나로 형성할 수 있다. 평탄화 공정은 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정 또는 에치백(Etch Back) 공정으로 실시할 수 있다. 이로써, 트렌치(108)가 형성된 소자 분리 영역에 절연막이 잔류되어 소자 분리막(110)으로 형성된다. 또한, 반도체 기판(101)의 활성 영역에는 터널 절연막(102), 제1 도전막(104) 및 희생 절연막(106)의 적층막이 형성된다.Subsequently, an insulating film (not shown) is deposited on the hard mask film pattern including the
도 1b, 2b, 3b 및 4b를 참조하면, 플로팅 게이트가 형성될 반도체 기판(101)의 활성 영역에 제1 도전막(104)이 형성되고, 비트 라인 방향에 대해 제1 도전막 (104)들 사이 하부의 반도체 기판(101)에 접합 영역(101a)이 형성되며, 접합 영역(101a) 상에 희생 절연막(106) 사이를 채우는 제1 절연막(112)이 형성된다. 이하, 제1 도전막(104), 접합 영역(101a) 및 제1 절연막(112)의 형성 과정의 일례를 상세히 설명한다. 먼저, 희생 절연막(106) 및 소자 분리막(110) 상에 플로팅 게이트가 형성될 영역들 사이에 대응되는 희생 절연막(106)을 노출시키는 마스크(미도시)를 형성한다. 마스크는 감광막 패턴이 이용될 수 있으며, 희생 절연막(106) 및 소자 분리막(110) 상에 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상으로 패터닝하여 형성할 수 있다. 그런 다음, 마스크를 이용한 식각 공정으로 플로팅 게이트가 형성될 영역들 사이의 희생 절연막(106), 제1 도전막(104) 및 터널 절연막(102)을 순차적으로 식각한다. 이로써, 플로팅 게이트가 형성될 영역들 사이의 반도체 기판(101)이 노출된다. 그리고, 플로팅 게이트가 형성될 영역에 소자 분리막(110)과 수직한 워드 라인 방향과 소자 분리막(110)과 나란한 비트 라인 방향으로 패터닝된 제1 도전막(104)이 형성된다.1B, 2B, 3B, and 4B, a first
이어서, 이온 주입 공정을 실시하여 노출된 반도체 기판(101)에 불순물이 주입된 접합 영역(101a)들을 형성한다. 이후, 마스크를 제거한다. 한편, 마스크를 제거한 후 이온 주입 공정을 실시할 수도 있다.Subsequently, an ion implantation process is performed to form the
이어서, 접합 영역(101a), 희생 절연막(106) 및 소자 분리막(110) 상에 제1 절연막을 증착한 후 희생 절연막(106)이 노출되는 시점까지 제1 절연막을 평탄화한다. 평탄화 공정은 CMP 공정 또는 에치백 공정으로 실시할 수 있다. 이로써, 접합 영역(101a) 상에 제1 도전막(104)들 사이 및 희생 절연막(106)들 사이를 채우는 제 1 절연막(112)이 형성된다. 제1 절연막(112)은 희생 절연막(106)과 식각 선택비가 다른 물질로 형성하며, 바람직하게 열 산화막(Thermal Oxide Layer)으로 형성할 수 있다.Subsequently, after the first insulating film is deposited on the
도 1c, 2c, 3c 및 4c를 참조하면, 제1 도전막(104) 상부에 소자 분리막(110)의 측벽과 제1 절연막(112)의 측벽을 따라 제1 도전막(104)의 일부를 노출시키는 스페이서(114)가 형성되고, 노출된 제1 도전막(104) 상부에 스페이서(114)의 내부를 채우는 제2 도전막(116)이 형성된다. 이하, 스페이서(114) 및 제2 도전막(116)의 형성 과정의 일례를 상세히 설명한다. 먼저, 희생 절연막(106)을 제거한다. 희생 절연막(106)은 습식 식각(Wet Etch) 공정으로 제거하며, 바람직하게 120~150℃ 고온의 인산 용액(H3PO4)을 사용한 습식 딥 아웃(Wet Dip-Out) 공정을 이용하여 희생 절연막(106)만을 선택적으로 제거한다. 이로써, 제1 도전막(104)의 표면과 제1 도전막(104) 상부의 소자 분리막(110)의 측벽 및 제1 절연막(112)의 측벽이 노출된다.Referring to FIGS. 1C, 2C, 3C, and 4C, a portion of the first
이어서, 노출된 제1 도전막(104)을 포함한 소자 분리막(110) 및 제1 절연막(112) 상에 절연막(미도시)을 증착한다. 이후, 스페이서 식각 공정으로 절연막을 식각하여 제1 도전막(104) 상부의 소자 분리막(110)의 측벽과 제1 절연막(112)의 측벽을 따라 제1 도전막(104)의 일부를 노출시키는 스페이서(114)를 형성한다. 스페이서 식각 공정은 에치백 공정으로 실시할 수 있다. 스페이서(114)는 산화막 또는 질화막으로 형성할 수 있으며, 산화막은 고온열산화(High Temperature Oxide; HTO)막, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막 및 HLD(High Temperature Low Deposition)막 중 어느 하나로 형성할 수 있다. 이때, 스페이서(114)는 사각링 형태로 형성될 수 있다.Next, an insulating film (not shown) is deposited on the
도 1d, 2d, 3d 및 4d를 참조하면, 제1 도전막(104) 상에 제1 도전막(104)보다 좁은 폭을 갖는 제2 도전막(116)이 형성되고, 제2 도전막(116) 상에 식각 정지막(120)이 형성된다. 또한, 제1 절연막(112) 사이의 제2 도전막(116)의 측벽과 제1 도전막(104)의 상부 측벽이 노출된다. 이하, 제2 도전막(116) 및 식각 정지막(120)의 형성 과정의 일례를 상세히 설명한다. 먼저, 제1 도전막(104), 스페이서(114), 제1 절연막(112) 및 소자 분리막(110) 상에 도전막(미도시)을 증착한 후 도전막을 에치백으로 평탄화한다. 에치백 공정은 스페이서(114)의 상부 측벽이 노출되도록 식각하여 제2 도전막(116) 상부에 리세스 영역(미도시)을 형성한다. 이로써, 제1 도전막(104)의 상부에 제1 도전막(104)보다 폭이 좁은 제2 도전막(116)이 형성된다. 제2 도전막(116)은 제1 도전막(104)의 상부 중앙에 형성될 수 있다. 이때, 제1 도전막(104) 및 제1 도전막(104)보다 폭이 좁은 제2 도전막(116)의 적층막으로 이루어진 플로팅 게이트(118)가 형성된다. 이처럼, 본 발명에서는 상부보다 하부의 폭이 넓은 플로팅 게이트(118)를 형성하여 인접한 플로팅 게이트(118) 간 마주보는 면적을 줄일 수 있다. 이에 따라, 인접한 셀 간 간섭 효과(Interference Effect)를 개선하여 워드 라인 간의 프로그램 문턱 전압(Vt) 쉬프트(Shift)를 억제할 수 있다.1D, 2D, 3D, and 4D, a second
그런 다음, 제2 도전막(116) 상부의 리세스 영역이 채워지도록 제2 도전막 (116), 스페이서(114) 및 소자 분리막(110) 상에 절연막을 증착한다. 이후, 소자 분리막(110)이 노출되는 시점까지 절연막을 평탄화하여 제2 도전막(116) 상부의 리세스 영역에 식각 정지막(120)을 형성한다. 식각 정지막(120)은 질화물 계열의 물질, 예를 들어 실리콘 질화막(Si3N4) 또는 실리콘 산화질화막(SiON)으로 형성할 수 있다. 평탄화 공정은 CMP 공정 또는 에치백 공정으로 실시할 수 있다.Then, an insulating film is deposited on the second
한편, 식각 정지막(120)은 생략이 가능하며, 이 경우 제2 도전막(116)은 스페이서(114)의 상부 표면과 평탄화되도록 형성한다.Meanwhile, the
이어서, 식각 정지막(120), 소자 분리막(110) 및 스페이서(114) 상에 제1 절연막(112)과 소자 분리막(110)과 교차하여 제2 도전막(116)과 동일한 폭의 스페이서(114)를 노출시키는 마스크(미도시)를 형성한다. 그런 다음, 마스크를 이용한 식각 공정으로 노출된 스페이서(114) 및 노출된 제1 절연막(112)을 선택적으로 식각한다. 이때, 노출된 스페이서(114)가 모두 제거되면서 스페이서(114)는 소자 분리막(110)과 제2 도전막(116) 사이에서 제2 도전막(116)의 일측과 타측에 잔류된다.Subsequently, the
반면, 제1 절연막(112)은 이후에 형성될 컨트롤 게이트와 반도체 기판(101)에 걸리는 높은 바이어스(Bias)를 안정적으로 컨트롤하기 위하여 일정 두께 이상으로 유지하며, 바람직하게 50 내지 250Å의 두께로 잔류시킨다. 이로 인해, 잔류된 제1 절연막(112)들 사이의 제2 도전막(116)의 측벽 및 제1 도전막(104)의 상부 측벽이 노출된다.On the other hand, the first insulating
도 1e, 2e, 3e 및 4e를 참조하면, 플로팅 게이트(118) 및 제1 절연막(112)의 표면을 따라 유전체막(122)이 형성되고, 플로팅 게이트(118)들 사이의 유전체막(122) 상에 컨트롤 게이트(124)가 형성된다. 이하, 유전체막(122) 및 컨트롤 게이트(124)의 형성 과정의 일례를 상세히 설명한다. 먼저, 플로팅 게이트(118), 제1 절연막(112), 식각 정지막(120), 소자 분리막(110) 및 스페이서(114) 상에 유전체막(122)을 형성한다. 유전체막(122)은 산화막, 질화막 및 산화막(Oxide-Nitride-Oxide; ONO)의 적층막으로 형성할 수 있다. 이후, 유전체막(122)을 식각 정지막(120)이 노출되는 시점까지 평탄화한다. 식각 정지막(120)이 생략될 경우 제2 도전막(116)이 노출되는 시점까지 평탄화한다. 평탄화는 CMP 공정 또는 에치백 공정으로 실시할 수 있다.1E, 2E, 3E, and 4E, a
이어서, 소자 분리막(110) 상에 워드 라인이 형성될 영역을 노출시키는 마스크(미도시)를 형성한다. 그런 다음, 마스크를 이용한 식각 공정으로 소자 분리막(110)의 일부를 식각한다. 소자 분리막(110)은 이후에 형성될 컨트롤 게이트와 반도체 기판(101)에 걸리는 높은 바이어스를 안정적으로 컨트롤하기 위하여 300 내지 500Å의 두께로 잔류시킬 수 있다.Subsequently, a mask (not shown) is formed on the
이어서, 플로팅 게이트(118)들 사이의 유전체막(122) 상부와 노출된 소자 분리막(110) 상에 컨트롤 게이트(124)를 형성한다. 이하, 컨트롤 게이트(124)는 하기와 같은 세 가지 경우의 제조 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.Subsequently, a
첫째, 플로팅 게이트(118)들 사이가 채워지도록 유전체막(122) 상에 도전막을 형성한 후 식각 정지막(120)이 노출되는 시점까지 도전막을 평탄화한다. 도전막 은 폴리실리콘막 또는 금속층으로 형성할 수 있다. 이때, 금속층은 금속 실리사이드층을 포함하며, 바람직하게 텅스텐(W) 또는 텅스텐 실리사이드(WSi) 등으로 형성할 수 있다. 평탄화 공정은 CMP 공정 또는 에치백 공정으로 실시할 수 있다. 식각 정지막(120)이 생략될 경우 평탄화 공정은 소자 분리막(110)이 노출되는 시점까지 실시한다. 이로써, 플로팅 게이트(118)들 사이에 삽입되는 컨트롤 게이트(124)가 형성된다. First, after the conductive film is formed on the
둘째, 플로팅 게이트(118)들 사이가 채워지도록 유전체막(122) 상에 폴리실리콘막(미도시) 및 금속층(미도시)을 순차적으로 형성한다. 이때, 금속층은 금속 실리사이드층을 포함하며, 바람직하게 텅스텐(W) 또는 텅스텐 실리사이드(WSi) 등으로 형성할 수 있다. 이후, 식각 정지막(120)이 노출되는 시점까지 금속층 및 폴리실리콘막을 평탄화한다. 평탄화 공정은 CMP 공정 또는 에치백 공정으로 실시할 수 있다. 식각 정지막(120)이 생략될 경우 평탄화 공정은 소자 분리막(110)이 노출되는 시점까지 실시한다. 이로써, 플로팅 게이트(118)들 사이에 삽입되어 폴리실리콘막과 금속층의 적층막으로 이루어지는 컨트롤 게이트(124)가 형성된다.Second, a polysilicon film (not shown) and a metal layer (not shown) are sequentially formed on the
셋째, 플로팅 게이트(118)들 사이가 채워지도록 유전체막(122) 상에 폴리실리콘막(미도시)을 형성한 후 식각 정지막(120)이 노출되는 시점까지 폴리실리콘막의 에치백 공정을 실시하여 유전체막(122)의 상부 측벽을 노출시키는 리세스 영역(미도시)을 형성한다. 식각 정지막(120)이 생략될 경우 평탄화 공정은 소자 분리막(110)이 노출되는 시점까지 실시한다. 그런 다음, 리세스 영역이 채워지도록 잔류된 폴리실리콘막, 유전체막, 소자 분리막(110) 및 식각 정지막(120) 상에 금속 층(미도시)을 형성한다. 이때, 금속층은 금속 실리사이드층을 포함하며, 바람직하게 텅스텐(W) 또는 텅스텐 실리사이드(WSi) 등으로 형성할 수 있다. 이후, 식각 정지막(120)이 노출되는 시점까지 금속층을 평탄화한다. 평탄화 공정은 CMP 공정 또는 에치백 공정으로 실시할 수 있다. 식각 정지막(120)이 생략될 경우 평탄화 공정은 소자 분리막(110)이 노출되는 시점까지 실시한다. 이로써, 플로팅 게이트(118)들 사이에 삽입되어 폴리실리콘막과 금속층의 적층막으로 이루어지는 컨트롤 게이트(124)가 형성된다.Third, a polysilicon film (not shown) is formed on the
상기와 같이 컨트롤 게이트(124)는 폴리실리콘막 또는 금속층의 단일막으로 형성되거나 혹은 폴리실리콘막과 금속층의 적층막으로 형성될 수 있다. 서로 다른 스트링에 형성된 컨트롤 게이트(124)는 서로 연결되어 워드 라인(미도시)으로 형성된다. 컨트롤 게이트(124) 하부에는 컨트롤 게이트(124)와 반도체 기판(101)에 걸리는 높은 바이어스를 안정적으로 컨트롤하기 위하여 제1 절연막(112)의 두께와 유전체막(122)의 두께를 합한 전체 두께를 300 내지 500Å으로 잔류시킨다.As described above, the
이때, 터널 절연막(102), 플로팅 게이트(118), 유전체막(122) 및 컨트롤 게이트(124)로 이루어지는 게이트 패턴(미도시)이 형성된다.At this time, a gate pattern (not shown) including the
종래의 게이트 패턴은 터널 절연막, 플로팅 게이트, 유전체막 및 컨트롤 게이트가 스택(Stack) 구조로 형성되는 수직형 게이트로 형성된다. 하지만, 본 발명에서는 컨트롤 게이트(124)가 플로팅 게이트(118)들 사이에 삽입되기 때문에 플로팅 게이트(118)와 컨트롤 게이트(124) 간 수평형 구조로 형성된다. 이에 따라, 게이트 패턴의 토폴로지(Topology)를 낮춰 종래와 같은 게이트 패턴의 기울어 짐(Leaning) 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.The conventional gate pattern is formed of a vertical gate in which a tunnel insulating film, a floating gate, a dielectric film, and a control gate are formed in a stack structure. However, in the present invention, since the
또한, 플로팅 게이트(118) 사이에 컨트롤 게이트(124)를 삽입하여 커플링 비(Coupling Ratio)를 유지 또는 향상시켜, 동작전압을 낮추거나 프로그램/소거 효율을 유지 또는 향상시킬 수 있다.In addition, the
도 1f, 2f, 3f 및 4f를 참조하면, 컨트롤 게이트(124), 소자 분리막(110), 스페이서(114), 유전체막(122) 및 식각 정지막(120) 상에 제2 절연막(126)을 형성하여 게이트 형성 공정을 완료한다. 제2 절연막(126)은 층간 절연막으로서 산화막 계열의 물질이면 모두 적용 가능하다.1F, 2F, 3F, and 4F, the second insulating
본 발명은 상기에서 서술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms, and the above embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to completely convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to inform you. Therefore, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서대로 도시한 레이 아웃도들이다.1A through 1F are layout views illustrating a process order to explain a method of manufacturing a flash memory device according to an exemplary embodiment.
도 2a 내지 도 2f는 도 1a 내지 도 1f의 선 A-A'로 절취한 상태의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서대로 도시한 공정 단면도들이다.2A to 2F are cross-sectional views showing process steps in order to explain a manufacturing method cut along the line A-A 'of FIGS. 1A to 1F.
도 3a 내지 도 3f는 도 1a 내지 도 1f의 선 B-B'로 절취한 상태의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서대로 도시한 공정 단면도들이다.3A to 3F are cross-sectional views showing process steps in order to explain the manufacturing method of the state taken along the line BB ′ of FIGS. 1A to 1F.
도 4a 내지 도 4f는 도 1a 내지 도 1f의 선 C-C'로 절취한 상태의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서대로 도시한 공정 단면도들이다.4A to 4F are cross-sectional views showing process steps in order to explain a manufacturing method cut along the line C-C 'of FIGS. 1A to 1F.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
101 : 반도체 기판 101a : 접합 영역 101:
102 : 터널 절연막 104 : 제1 도전막102
106 : 희생 절연막 108 : 트렌치106: sacrificial insulating film 108: trench
110 : 소자 분리막 112 : 제1 절연막110
114 : 스페이서 116 : 제2 도전막114
118 : 플로팅 게이트 120 : 식각 정지막118: floating gate 120: etching stop film
122 : 플로팅 게이트 124 : 컨트롤 게이트122: floating gate 124: control gate
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140122057A (en) * | 2013-04-09 | 2014-10-17 | 에스케이하이닉스 주식회사 | Nonvolatile memory device and method for fabricating the same |
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2008
- 2008-08-01 KR KR1020080075703A patent/KR20100013939A/en not_active Application Discontinuation
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KR20140122057A (en) * | 2013-04-09 | 2014-10-17 | 에스케이하이닉스 주식회사 | Nonvolatile memory device and method for fabricating the same |
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