KR20100070586A - Manufacturing method of junction for nonvolatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 불휘발성 메모리 소자의 접합 영역 형성방법에 관한 것으로 특히, 셀렉트 라인에 인접한 워드 라인의 정션 오버랩(junction overlap)에 포함된 도펀트량을 개선하여 불휘발성 메모리 소자의 사이클링 특성 열화를 개선할 수 있는 불휘발성 메모리 소자의 접합 영역 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a junction region of a nonvolatile memory device, and in particular, to improve the amount of dopants included in the junction overlap of a word line adjacent to a select line, thereby improving deterioration of cycling characteristics of the nonvolatile memory device. The present invention relates to a method for forming a junction region of a nonvolatile memory device.
최근 들어 전기적으로 프로그램(program)과 소거(erase)가 가능하고, 일정 주기로 데이터를 재작성해야하는 리프레시(refresh) 기능이 필요없는 불휘발성 메모리 소자에 대한 수요가 증가하고 있다.Recently, there is an increasing demand for a nonvolatile memory device that can be electrically programmed and erased and that does not require a refresh function to rewrite data at regular intervals.
도 1은 종래 불휘발성 메모리 소자를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 불휘발성 메모리 소자는 소자 분리 영역(A)과 활성 영역(B)이 서로 교번되게 정의된 반도체 기판의 상부에 형성된다.1 is a diagram for describing a conventional nonvolatile memory device. Referring to FIG. 1, a conventional nonvolatile memory device is formed on an upper portion of a semiconductor substrate in which device isolation regions A and active regions B are alternately defined.
소자 분리 영역(A) 및 활성 영역(B)을 포함하는 반도체 기판의 상부에는 다 수의 스트링 구조가 형성된다. 각각의 스트링 구조는 비트라인에 드레인이 연결되는 드레인 셀렉트 트랜지스터, 공통 소오스 라인에 소오스가 연결되는 소오스 셀렉트 트랜지스터, 드레인 셀렉트 트랜지스터 및 소오스 셀렉트 트랜지스터 사이에 직렬로 연결된 다수의 메모리 셀을 포함한다. 이러한 스트링 구조는 소자 분리 영역(A)에 형성된 소자 분리 구조(17)를 사이에 두고 평행하게 전기적으로 격리된다. 평행하게 형성된 스트링 구조들 내에서, 드레인 셀렉트 트랜지스터들의 게이트들 또는 소오스 셀렉트 트랜지스터들의 게이트들이 연결되어 셀렉트 라인이 되고, 메모리 셀들의 게이트들이 평행하게 연결되어 각각 워드라인(WL)들이 된다. 셀렉트 라인은 드레인 셀렉트 트랜지스터들의 게이트들이 연결된 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 소스 셀렉트 트랜지스터들의 게이트들이 연결된 소스 셀렉트 라인(SSL)을 포함한다. 이하, 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 소스 셀렉트 라인(SSL)에 이웃한 워드 라인(WL)을 에지(edge) 워드 라인이라 정의한다. A plurality of string structures are formed on the semiconductor substrate including the device isolation region A and the active region B. FIG. Each string structure includes a drain select transistor having a drain connected to a bit line, a source select transistor having a source connected to a common source line, a plurality of memory cells connected in series between a drain select transistor, and a source select transistor. This string structure is electrically isolated in parallel with the
드레인 셀렉트 라인(DSL), 소스 셀렉트 라인(SSL) 및 워드 라인(WL)은 반도체 기판의 소자 분리 영역(A)에 소자 분리 구조(17)를 형성한 후, 소자 분리 구조(17)를 포함하는 반도체 기판의 상부에 도전막을 증착하고 도전막을 식각함으로써 형성된다. 이 때, 드레인 셀렉트 라인(DSL), 소스 셀렉트 라인(SSL) 및 워드 라인(WL)은 소자 분리 구조(17)들에 교차되게 형성된다. 그리고, 드레인 셀렉트 라인(DSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이, 및 소스 셀렉트 라인(SSL)과 에지 워드 라인(WL)사이에 정의되는 제1 간격(l1)은 서로 이웃한 워드 라인(WL)들 사이에 정의되는 제2 간격(l2)에 비해 넓다. 따라서, 식각 공정시 넓은 부분이 더 빠른 속도 로 식각되므로 드레인 셀렉트 라인(DSL), 소스 셀렉트 라인(SSL) 및 워드 라인(WL)을 형성하기 위한 식각 공정 진행시 드레인 셀렉트 라인(DSL)과 에지 워드 라인(WL)이 사이, 및 소스 셀렉트 라인(SSL)과 에지 워드 라인(WL)이 사이의 도전막이 빠르게 식각되어 소자 분리 구조(17)가 노출될 수 있다. 그리고 드레인 셀렉트 라인(DSL)과 에지 워드 라인(WL)이 사이, 및 소스 셀렉트 라인(SSL)과 에지 워드 라인(WL)이 사이에서 노출된 소자 분리 구조(17)의 절연물은 서로 이웃한 워드 라인(WL)들이 완전히 분리되도록 식각 공정을 더 진행하는 동안 손실된다. 그 결과 소자 분리 구조(17)의 높이는 워드 라인(WL)들 사이에서보다 드레인 셀렉트 라인(DSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이, 및 소스 셀렉트 라인(SSL)과 에지 워드 라인(WL)이 사이에서 더 낮다.The drain select line DSL, the source select line SSL, and the word line WL form the
한편, 소오스 셀렉트 트랜지스터, 드레인 셀렉트 트랜지스터 및 메모리 셀들은 접합 영역(11a)을 통해 직렬로 연결된다. 접합 영역(11a)은 셀렉트 라인(SL) 및 워드 라인(WL)을 마스크로 이용하여 반도체 기판에 대해 수직한 방향에서 도펀트를 주입함으로써 형성된다. 이 때, 소자 분리 구조(17) 및 활성 영역(B)에 주입된 도펀트는 후속 열 공정을 통해 셀렉트 라인 및 워드 라인(WL) 양측 하부의 활성 영역(B)에 확산된다. 도펀트의 확산으로 인하여 게이트와 접합 영역(11a)이 중첩되는 정션 오버랩(junction overlap)이 형성된다.Meanwhile, the source select transistor, the drain select transistor, and the memory cells are connected in series through the
드레인 셀렉트 라인(DSL)과 워드 라인(WL)이 사이, 및 소스 셀렉트 라인(SSL)과 워드 라인(WL)이 사이에서 상대적으로 낮게 형성된 소자 분리 구조(17)에 주입된 도펀트는 후속 열 공정으로 인하여 확산되더라도 정션 오버랩을 형성하 지 못하고, 정션 오버랩 하부로 확산된다. 따라서, 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 소스 셀렉트 라인(SSL)에 인접한 워드 라인(WL) 일측의 접합 영역(11a) 중 정션 오버랩에 포함된 도펀트 량이 부족해진다. 또한, 정션 오버랩에 포함된 도펀트량은 불휘발성 메모리 소자의 소거 및 쓰기 동작인 사이클링이 반복됨에 따라 감소하므로 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 소스 셀렉트 라인(SSL)에 인접한 워드 라인(WL)의 정션 오버랩에 포함된 도펀트량은 더욱 부족해진다. 정션 오버랩에 포함된 도펀트 량이 부족해지면 문턱 전압 쉬프트(shift)가 증가되어 불휘발성 메모리 소자의 동작 불량을 야기하므로 문제가 된다.The dopant implanted into the
본 발명은 셀렉트 라인에 인접한 워드 라인의 정션 오버랩(junction overlap)에 포함된 도펀트량을 개선하여 불휘발성 메모리 소자의 사이클링 특성 열화를 개선할 수 있는 불휘발성 메모리 소자의 접합 영역 형성방법을 제공한다.The present invention provides a method of forming a junction region of a nonvolatile memory device capable of improving the deterioration of cycling characteristics of the nonvolatile memory device by improving the amount of dopant included in the junction overlap of the word line adjacent to the select line.
본 발명의 실시 예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 접합 영역 형성방법은 소자 분리 영역 및 활성 영역이 교번되게 정의된 반도체 기판의 소자 분리 영역에 소자 분리 구조를 형성하는 단계, 소자 분리 구조를 포함하는 반도체 기판 상에 소자 분리 구조 및 활성 영역과 교차되는 셀렉트 라인들과 워드 라인들을 형성하는 단계, 셀렉트 라인들 및 워드 라인들을 마스크로 활성 영역에 도펀트를 주입하여 접합 영역을 형성하는 제1 주입단계, 워드 라인들 중 셀렉트 라인에 이웃한 에지(edge) 워드 라인 일측 하부의 접합 영역에 도펀트를 주입하는 제2 주입단계, 및워드 라인 하부의 활성 영역에 정의된 채널 영역을 사이에 두고 마주하며 워드 라인의 양측에 중첩된 접합 영역으로 도펀트를 확산시키는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present disclosure, a method of forming a junction region of a nonvolatile memory device includes forming a device isolation structure in a device isolation region of a semiconductor substrate in which device isolation regions and active regions are alternately defined, and including a device isolation structure. Forming select lines and word lines that cross the device isolation structure and the active region on the substrate, and forming a junction region by implanting a dopant into the active region using the select lines and the word lines as a mask; A second implantation step of injecting a dopant into a junction region below one side of an edge word line adjacent to a select line among the lines, and a channel region defined in an active region below the word line and facing each other Diffusing the dopant into the junction region superimposed on both sides.
제1 주입단계에서 도펀트는 반도체 기판에 대해 수직하게 주입된다.In the first implantation step, the dopant is implanted perpendicularly to the semiconductor substrate.
제2 주입단계에서 도펀트는 반도체 기판에 대해 경사진 각으로 주입된다.In the second implantation step, the dopant is implanted at an inclined angle with respect to the semiconductor substrate.
경사진 각은 에지 워드 라인 타측 하부의 접합 영역 및 에지 워드 라인 이외의 워드 라인들 하부의 접합 영역이 워드 라인들에 의해 차단될 수 있도록 설정되 는 것이 바람직하다.The inclined angle is preferably set so that the junction region under the other side of the edge word line and the junction region under the word lines other than the edge word line can be blocked by the word lines.
제2 주입 단계에서 주입되는 도펀트량은 제1 주입단계에서 주입되는 도펀트량의 1/10 내지 1/2인 것이 바람직하다.The dopant amount injected in the second injection step is preferably 1/10 to 1/2 of the amount of dopant injected in the first injection step.
도펀트는 인(P) 또는 비소(As)중 적어도 어느 하나를 포함한다.The dopant includes at least one of phosphorus (P) or arsenic (As).
셀렉트 라인은 다수의 워드 라인을 사이에 두고 마주하는 드레인 셀렉트 라인 및 소스 셀렉트 라인을 포함한다.The select line includes a drain select line and a source select line facing each other with a plurality of word lines interposed therebetween.
셀렉트 라인과 셀렉트 라인에 이웃한 워드 라인 사이의 간격은 이웃한 워드 라인들 사이의 간격에 비해 넓게 형성되는 것이 바람직하다.The spacing between the select line and the word lines adjacent to the select line is preferably wider than the spacing between neighboring word lines.
셀렉트 라인들과 워드 라인들을 형성하는 단계에서 셀렉트 라인과 셀렉트 라인에 이웃한 워드 라인 사이의 소자 분리 구조의 높이가 이웃한 워드 라인들 사이의 소자 분리 구조의 높이보다 낮아진다.In the forming of the select lines and the word lines, the height of the device isolation structure between the select line and the word line adjacent to the select line is lower than the height of the device isolation structure between the adjacent word lines.
소자 분리 구조를 형성하는 단계는 반도체 기판의 상부에 터널 절연막 및 제1 도전막을 형성하는 단계, 활성영역의 상부에는 터널 절연막 및 제1 도전막이 잔여하고, 소자 분리 영역에는 트렌치가 형성되도록 터널 절연막, 제1 도전막 및 반도체 기판을 식각하는 단계, 및 트렌치 내부를 절연물로 매립하는 단계를 포함한다.The forming of the device isolation structure may include forming a tunnel insulating film and a first conductive film on an upper portion of the semiconductor substrate, a tunnel insulating film and a first conductive film on an upper portion of the active region, and forming a trench in the device isolation region. Etching the first conductive film and the semiconductor substrate, and filling the inside of the trench with an insulator.
본 발명은 별도의 이온 주입 마스크를 이용하지 않고 각도를 조절하여 셀렉트 라인에 인접한 셀 접합 영역의 도펀트를 보강해줌으로써 싸이클링 후 문턱 전압 시프트량을 감소시킬 수 있으며, 소거 속도의 저하 및 독출 동작 불량을 개선할 수 있다.The present invention can reduce the amount of threshold voltage shift after cycling by reinforcing the dopant of the cell junction region adjacent to the select line by adjusting the angle without using a separate ion implantation mask. It can be improved.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 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. 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 for complete information.
도 2는 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 소자의 접합 영역 형성방법을 설명하기 위한 레이아웃도이다. 도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 소자의 접합 영역 형성방법을 설명하기 위하여 도 2에 도시된 선"I-I'"를 절취하여 나타낸 단면도들이다.2 is a layout diagram illustrating a method of forming a junction region in a nonvolatile memory device according to the present invention. 3A to 3D are cross-sectional views taken along the line I-I 'of FIG. 2 to illustrate a method of forming a junction region of a nonvolatile memory device according to the present invention.
도 2 및 도 3a를 참조하면, 소자 분리 구조(107)가 형성된 반도체 기판(101)의 상부에 소자 분리 구조(107)와 교차되는 셀렉트 라인들과 워드 라인(WL)들을 형성한다. 셀렉트 라인은 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 소스 셀렉트 라인(SSL)을 포함하며, 다수의 워드 라인(WL)들은 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 소스 셀렉트 라인(SSL) 사이에 형성된다. 이하, 소자 분리 구조(107)를 형성하는 방법과 셀렉트 라인 및 워드 라인(WL)을 형성하는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이하에서는 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 소스 셀렉트 라인(SSL)에 이웃한 워드 라 인(WL)을 에지(edge) 워드 라인이라 정의한다.2 and 3A, select lines and word lines WL are formed on the
반도체 기판(101)에는 소자 분리 영역(A) 및 활성 영역(B)이 서로 교번되게 정의된다. 이러한 반도체 기판(101)의 상부에 터널 절연막(103) 및 플로팅 게이트용 제1 도전막(105)을 적층한다. 이 후, 활성 영역(B)의 상부에는 터널 절연막(103) 및 제1 도전막(105)이 잔여하고 소자 분리 영역(A)에는 트렌치가 형성될 수 있도록 터널 절연막(103), 제1 도전막(105) 및 반도체 기판(101)을 식각한다. 이 때, 플로팅 게이트막(105)의 상부에 형성된 소자 분리 마스크(미도시)를 식각 베리어로 사용할 수 있다. 상술한 식각 공정으로 반도체 기판(101)의 소자 분리 영역(A)에 트렌치를 형성한 후, 트렌치 내부가 절연물로 매립되도록 트렌치를 포함한 반도체 기판(101)의 상부에 절연물을 충분한 두께로 형성한 후 절연물의 표면을 평탄화한다. 이와 같은 일련의 공정을 통해 소자 분리 영역(A)에 소자 분리 구조(107)를 형성할 수 있다. 소자 분리 마스크는 소자 분리 구조(107) 형성 후 제거될 수 있다.In the
터널 절연막(103)은 실리콘 산화막(SiO2)으로 형성될 수 있으며, 이 경우 습식 산화(wet oxidation) 또는 건식 산화(dry oxidation) 공정으로 형성될 수 있다. 제1 도전막(105)은 불휘발성 메모리 소자의 플로팅 게이트(floating gate)로 사용하기 위한 것으로, 폴리 실리콘막을 이용하여 형성할 수 있다. 소자 분리 구조(107)에 이용되는 절연물로는 산화물 계열의 물질, 예를 들어 고온산화(High Temperature Oxide; HTO)막, 고밀도플라즈마(High Density Plasma; HDP) 산화막, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막, BPSG(Boron-Phosphorus Silicate Glass)막 또는 USG(Undoped Silicate Galss)막 등이 있다.The
소자 분리 구조(107) 형성 후, 소자 분리 구조(107)를 포함하는 반도체 기판의 상부에 유전체막(109), 제2 도전막(111, 113), 및 게이트 하드 마스크 패턴(115)을 적층한다. 이 후, 게이트 하드 마스크 패턴(115)을 식각 베리어로 이용한 식각 공정으로 제2 도전막(111, 113), 유전체막(109), 제1 도전막(105)을 식각한다. 이에 따라 반도체 기판(101)상에 형성된 터널 절연막(103)의 상부에는 제1 도전막(105), 유전체막(109), 및 제2 도전막(111, 113)이 적층된 게이트 패턴(117)이 형성된다. 게이트 하드 마스크 패턴(115)은 게이트 패턴(117) 형성 후 제거되지 않고 남아 게이트 패턴(117)에 포함될 수 있다. 또한, 나란하게 배열된 스트링 구조의 제2 도전막(111, 113)은 서로 연결되어 소자 분리 구조(107)와 교차되는 워드 라인(WL) 또는 드레인 셀렉트 라인(DSL) 또는 소스 셀렉트 라인(SSL)이 된다.After the
유전체막(109)은 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposion)방식 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식을 이용하여 산화막/질화막/산화막을 적층함으로서 형성할 수 있다. 보다 구체적으로 산화막은 DCS(SiH2Cl2)에 N2O가스를 혼합하여 형성된 HTO(Hot Temperature Oxide)막일 수 있다. 그리고 질화막은 DCS(SiH2Cl2)에 NH3가스를 혼합하여 형성될 수 있다. 이외에도 유전체막(109)으로는 불휘발성 메모리 소자가 고집적화되면서 유전상수가 높은 Hf 또는 Al2O3 중 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다. 또한 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 소스 셀렉트 라인(SSL)이 형성될 영역의 유전체막(109)에는 콘택홀을 형성하여 제1 도전막(103)과 제2 도전막(113, 115)을 전기적으로 연결시킨다.The
제2 도전막(111, 113)은 컨트롤 게이트용 도전막이다. 이러한 제2 도전막은 하부막(111) 및 하부막(111)의 저항을 개선하기 위한 상부막(113)의 적층 구조로 형성될 수 있다. 하부막(111)은 폴리 실리콘 또는 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 이용하여 형성할 수 있으며, 상부막(113)은 텅스텐 실리사이드막(WSix), 텅스텐(W), 또는 코발트 실리사이드막(CoSix)과 같이 금속을 포함하는 막을 이용하여 형성할 수 있다.The second
게이트 하드 마스크 패턴(115)은 워드 라인(WL), 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 소스 셀렉트 라인(SSL)이 형성될 영역을 정의하는 패턴으로서, SiON 또는 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)를 이용하여 형성할 수 있다.The gate
드레인 셀렉트 라인(DSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이, 및 소스 셀렉트 라인(SSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이에 정의되는 제1 간격(l1)은 간섭 현상을 최소화하기 위해 워드 라인(WL)들 사이에 정의되는 제2 간격(l2)에 비해 넓게 설정한다. 예를 들어, 제1 간격(l1)은 제2 간격(l2)의 2배 이상이 되도록 설정된다. 제1 간격(l1)이 제2 간격(l2)에 비해 넓기 때문에 드레인 셀렉트 라인(DSL), 소스 셀렉트 라인(SSL) 및 워드 라인(WL)들을 형성하기 위한 식각 공정시 식각 속도에 차이가 나게 된다. 이러한 식각 속도의 차이로 인하여 드레인 셀렉트 라인(DSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이와 소스 셀렉트 라인(SSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이에 형성된 소자 분리 구조(107)의 절연막이 손실된다. 그 결과 워드 라인(WL)사이에 형성된 소자 분리 구조(107)의 높이보다 드레인 셀렉트 라인(DSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이, 및 소스 셀렉트 라인(SSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이에 형성된 소자 분리 구조(107)의 높이가 낮아진다.The first interval l1 defined between the drain select line DSL and the edge word line WL and between the source select line SSL and the edge word line WL is a word line WL in order to minimize interference. It is set to be wider than the second interval l2 defined between them. For example, the first interval l1 is set to be two or more times the second interval l2. Since the first interval l1 is wider than the second interval l2, the etching rate is different in the etching process for forming the drain select line DSL, the source select line SSL, and the word lines WL. . Due to this difference in etching speed, the insulating film of the
상술한 게이트 패턴(117) 형성 후, 재산화 공정을 실시하여 게이트 패턴(117)을 형성하기 위한 식각 공정시 게이트 패턴(117) 양측에 발생한 결함을 제거할 수 있다.After the above-described
이후, 반도체 기판(101)에 대해 수직한 방향에서 도펀트를 주입하는 제1 주입 단계를 실시하여 접합 영역(101a)을 형성한다. 제1 주입 단계에서 도펀트는 반도체 기판(101)에 대해 수직하게 주입된다. 따라서, 제1 주입 단계에서 드레인 셀렉트 라인(DSL), 소스 셀렉트 라인(SSL) 및 워드 라인(WL)은 마스크 역할을 한다. 그 결과, 제1 주입단계에서 도펀트는 마스크 역할을 하는 드레인 셀렉트 라인(DSL), 소스 셀렉트 라인(SSL) 및 워드 라인(WL)에 의해 차단되지 않은 활성 영역(B) 및 소자 분리 구조(107)에 주입된다. 여기서, 도펀트는 인(P) 또는 비소(As)를 포함한다.Thereafter, a first implantation step of implanting dopants in a direction perpendicular to the
제1 주입 단계에서 주입된 도펀트는 후속 공정시 발생하는 열 또는 별도의 어닐링 공정을 통해 확산된다. 도펀트의 확산으로 접합 영역(101a)이 워드 라인(WL)의 양측에 중첩되어 셀 정션 오버랩(junction overlap)이 된다. 이 때, 도펀트의 확산이 게이트 패턴(117) 하부의 채널 영역 전체에 이루어지지 않도록 제1 주입 단계에서 이온 주입 깊이(Rp : Projected Range)를 제어하는 것이 바람직하다. 예를 들어 제1 주입 단계에서 이온 주입 깊이는 150Å 이하로 제어될 수 있 다. 이와 동시에 이온 주입 에너지는 15KeV로 제어될 수 있다. 이와 같이 이온 주입 깊이를 제어하여 주입된 도펀트는 후속 공정에서 확산되더라도 워드 라인(WL)의 하부 전체에 확산되지 않고 워드 라인(WL) 양측의 하부에만 확산될 수 있다. 따라서 셀 정션 오버랩 영역을 포함하는 접합 영역(101a)은 워드 라인(WL)의 하부에 중첩된 활성 영역에 정의되는 채널 영역을 사이에 두고 분리되어 워드 라인(WL) 양측 하부에 형성된다.The dopant implanted in the first implantation step is diffused through heat generated in a subsequent process or through a separate annealing process. The diffusion of the dopant causes the
한편, 드레인 셀렉트 라인(DSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이, 및 소스 셀렉트 라인(SSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이의 소자 분리 구조(107)는 워드 라인(WL)들 사이의 소자 분리 구조(107)에 비해 낮다. 따라서 드레인 셀렉트 라인(DSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이, 및 소스 셀렉트 라인(SSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이의 소자 분리 구조(107)에 주입된 도펀트는 셀 정션 오버랩이 형성되어야 하는 부분에 확산되지 못하고 그 아래로 확산된다. 이에 따라 소스 셀렉트 라인(SSL) 또는 드레인 셀렉트 라인(DSL)에 인접한 에지 워드 라인(WL) 일측의 셀 정션 오버랩 영역(X)의 도펀트량은 에지 워드 라인(WL) 타측의 셀 정션 오버랩 영역(Y)의 도펀트량에 비해 적다. 본 발명은 이를 보완하기 위하여 에지 워드 라인(WL) 일측의 셀 정션 오버랩 영역(X)에 도펀트를 보강한다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3b에서 후술하기로 한다.On the other hand, the
도 2, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 에지 워드 라인(WL) 일측의 셀 정션 오버랩 영역(X)의 도펀트를 보강하기 위해 에지 워드 라인(WL) 일측 하부의 활성 영역(B)에 도펀트를 주입하는 제2 주입 단계를 실시한다. 이 때, 도펀트는 제1 주입 단계에서에 비해 1/10 내지 1/2의 범위의 도즈(dose)양으로 주입되는 것이 바람직하다.Referring to FIGS. 2, 3B, and 3C, a dopant is formed in an active region B below one side of the edge word line WL to reinforce the dopant of the cell junction overlap region X on one side of the edge word line WL. A second injection step is performed. At this time, the dopant is preferably injected in a dose amount in the range of 1/10 to 1/2 as compared with the first injection step.
제2 주입 단계에서 도펀트는 반도체 기판(101)에 대해 경사진 제1 각(θ1)으로 주입되는 것이 바람직하다. 이 때 제1 각(θ1)은 도펀트가 에지 워드 라인(WL) 일측 하부의 활성 영역(B)에만 주입되도록 설정되어야 한다. 즉, 제1 각(θ1)은 도펀트가 에지 워드 라인(WL) 일측 하부의 셀 정션 오버랩 영역(X)에만 주입되도록 설정되어야 한다. 반면, 제1 각(θ1)은 에지 워드 라인(WL) 타측 하부의 셀 정션 오버랩 영역(Y) 및 에지 워드 라인 이외의 나머지 워드 라인(WL)들 하부의 셀 정션 오버랩 영역에 주입되지 않도록 설정되어야 한다. 이를 위하여 제1 각(θ1)은 워드 라인(WL)들 사이의 제2 간격(l2) 및 게이트 패턴(117)의 높이(H)에 의해 정의되는 제2 각(θ2)보다 작게 설정되어야 한다. 이러한, 제1 각(θ1)으로 도펀트를 주입하면, 에지 워드 라인(WL) 타측 하부의 활성 영역(B)에 형성된 셀 정션 오버랩 영역(Y) 및 에지 워드 라인 이외의 나머지 워드 라인(WL)들 하부의 활성 영역(B)은 워드 라인(WL)에 의해 차단되어 도펀트가 추가로 주입되지 않는다.In the second implantation step, the dopant may be implanted at a first angle θ1 that is inclined with respect to the
본 발명은 상술한 제1 각(θ1)으로 도펀트를 주입함으로써 별도의 이온 주입 마스크 패턴(예를 들어, 포토레지스트 패턴)을 형성하지 않더라도 워드 라인(WL)들이 마스크 역할을 하므로 에지 워드 라인(WL)의 일측에 형성된 셀 정션 오버랩 영역(X)에만 도펀트를 추가로 주입할 수 있다. 따라서 본 발명은 단순화된 방법으로 에지 워드 라인(WL)의 일측에 형성된 셀 정션 오버랩 영역(X)과 에지 워드 라인(WL) 타측에 형성된 셀 정션 오버랩 영역(Y)의 도펀트량을 균일화할 수 있다.According to the present invention, since the word lines WL act as a mask even if a separate ion implantation mask pattern (for example, a photoresist pattern) is not formed by implanting the dopant at the first angle θ1, the edge word line WL The dopant may be additionally injected only into the cell junction overlap region X formed at one side of the substrate. Accordingly, the present invention can uniformize the dopant amount of the cell junction overlap region X formed on one side of the edge word line WL and the cell junction overlap region Y formed on the other side of the edge word line WL in a simplified manner. .
또한 도펀트가 후속 열공정을 통해 게이트 패턴(117) 하부의 채널 영역 전체에 확산되지 않도록 제2 주입 단계에서 이온 주입 깊이를 제어하는 것이 바람직하다. 예를 들어 제2 주입 단계에서 이온 주입 깊이는 150Å이하로 제어될 수 있다. In addition, it is preferable to control the ion implantation depth in the second implantation step so that the dopant is not diffused through the channel region under the
한편, 제2 주입 단계는 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 소스 셀렉트 라인(SSL) 을 기준으로 대칭되는 방향에서 각각 실시될 수 있다.The second implantation step may be performed in a symmetrical direction with respect to the drain select line DSL and the source select line SSL.
도 2 및 도 3d을 참조하면, 게이트 패턴(117)의 측벽에 스페이서(119)를 형성한다. 워드 라인(WL)들 사이에서 인접한 스페이서(119)는 워드 라인(WL)들 사이의 간격이 좁기 때문에 서로 연결되어 워드 라인(WL)들 사이의 간격을 매립할 수 있다. 이러한 스페이서(119)는 드레인 셀렉트 라인(DSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이 및 소스 셀렉트 라인(SSL)과 에지 워드 라인(WL) 사이의 접합 영역(101a)을 노출시키기 위한 후속 콘택홀 형성 공정에서 게이트 패턴(117)이 노출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 그리고 도면에 도시하진 않았으나, 스페이서(119)는 메모리 셀 영역 외부의 주변 회로 영역에 형성된 게이트 패턴의 측벽에도 형성된다. 2 and 3D,
스페이서(119) 형성 후, 스페이서(119) 및 게이트 패턴을 마스크로 이용하여 주변영역의 접합 영역 내에 도펀트를 추가로 주입하여 주변 영역의 접합 영역을 이중 구조로 형성할 수 있다. 즉, 스페이서(119) 형성후 추가로 주입되는 도펀트에 의해 주변 영역의 접합 영역은 제1 농도의 LDD(Lightly Doped Drain)영역과 제1 농도보다 높은 제2 농도의 제2 접합 영역을 포함하는 이중 구조로 형성된다.After the
메모리 셀 영역의 접합 영역(101a)과 주변 영역의 접합 영역을 형성하기 위한 도펀트들을 주입한 후, 접합 영역(101a)의 깊이를 조절하거나 도펀트의 활성화 를 위한 어닐링 공정을 실시한다. 어닐링 공정을 실시하는 경우, 접합 영역(101a)의 도펀트가 확산되어 워드 라인(WL)의 양측에 접합 영역(101a)이 중첩되어 셀 정션 오버랩들이 형성된다. 이 때, 워드 라인(WL)의 양측에 중첩된 셀 정션 오버랩들은 도펀트 주입시 조절된 이온 주입 깊이 등을 통해 채널 영역 전체에 형성되지 않고, 채널 영역을 사이에 두고 서로 이격되어 형성된다.After implanting the dopants for forming the
상술한 바와 같이 본 발명은 별도의 이온 주입 마스크를 이용하지 않고 각도를 조절하여 드레인 셀렉트 라인 및 소스 셀렉트 라인에 인접한 에지 워드 라인 일측 하부의 활성 영역에 도펀트를 추가로 주입해줌으로써 싸이클링 후 문턱 전압 시프트량을 감소시킬 수 있으며, 소거 속도의 저하 및 독출 동작 불량을 개선할 수 있다.As described above, the present invention provides a threshold voltage shift after cycling by additionally injecting a dopant into an active region below one side of an edge word line adjacent to the drain select line and the source select line by adjusting the angle without using a separate ion implantation mask. The amount can be reduced, and the erase speed and the read operation failure can be improved.
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.
도 1은 종래 불휘발성 메모리 소자를 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a conventional nonvolatile memory device.
도 2는 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 소자의 접합 영역 형성방법을 설명하기 위한 레이아웃도.2 is a layout for explaining a method for forming a junction region of a nonvolatile memory device according to the present invention;
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 소자의 접합 영역 형성방법을 설명하기 위하여 도 2에 도시된 선"I-I'"를 절취하여 나타낸 단면도들.3A to 3D are cross-sectional views taken along the line “I-I '” of FIG. 2 to illustrate a method of forming a junction region of a nonvolatile memory device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
101 : 반도체 기판 103 : 터널 절연막101
105 : 유전체막 107 : 소자 분리 구조105: dielectric film 107: device isolation structure
109, 111 : 제2 도전막 113 : 게이트 하드 마스크 패턴109 and 111: second conductive film 113: gate hard mask pattern
115 : 게이트 패턴 117 : 스페이서115: gate pattern 117: spacer
101a : 접합 영역 X, Y : 셀 졍션 오버랩 영역101a: junction area X, Y: cell capturing overlap area
A : 소자 분리 영역 B : 활성 영역A: device isolation region B: active region
SL : 셀렉트 라인 WL : 워드 라인SL: Select Line WL: Word Line
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |