KR20110077614A - Method manufactruing of flash memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플래시 메모리 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 콘트롤 게이트와 플로팅 게이트 간의 접촉 면적을 증가시킬 수 있는 플래시 메모리 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory device, and more particularly, to a method of manufacturing a flash memory device capable of increasing the contact area between a control gate and a floating gate.
플래시 메모리 소자는 정보를 쓰기, 소거 및 읽기를 할 수 있는 일종의 PROM(Programable ROM)이다. Flash memory devices are a type of programmable ROM (PROM) capable of writing, erasing, and reading information.
플래시 메모리 소자는 셀 어레이 체계에 따라, 비트 라인과 접지 사이에 셀이 병렬로 배치된 NOR형 구조와, 직렬로 배치된 NAND형 구조로 나눌 수 있다. Flash memory devices may be divided into NOR-type structures in which cells are disposed in parallel between bit lines and ground, and NAND-type structures arranged in series, according to a cell array scheme.
NOR형 플래시 메모리 소자는 읽기 동작을 수행할 때 고속 랜덤 액세스가 가능하므로 보통 휴대폰 부팅용으로 널리 사용되고 있다. NAND형 플래시 메모리 소자는 읽기 속도는 느리지만 쓰기 속도가 빨라 보통 데이터 저장용에 적합하고 또한 소형화에 유리하다는 장점을 가지고 있다.NOR flash memory devices are commonly used for booting mobile phones because they allow high-speed random access when performing read operations. NAND-type flash memory devices have a slow read speed but a fast write speed, and are suitable for data storage and small size.
또한, 플래시 메모리 소자는 단위 셀의 구조에 따라, 스택 게이트형과 스플릿트 게이트형으로 나뉠 수 있으며, 전하 저장층의 형태에 따라 플로팅 게이트 소 자 및 SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) 소자로 구분될 수 있다. 이 중에서 플로팅 게이트 소자는 통상 그 주위가 절연체로 둘러 싸여진 다결정 실리콘으로 형성된 플로팅 게이트를 포함하고, 이 플로팅 게이트에 채널 핫 캐리어 주입(Channel Hot Carrier Injection) 또는 F-N 터널링(Fowler-Nordheim Tunneling)에 의해 전하가 주입 또는 방출됨으로써 데이터의 저장 및 소거가 이루어진다.In addition, the flash memory device may be classified into a stack gate type and a split gate type according to the unit cell structure, and the floating gate element and the silicon-oxide-nitride-oxide-silicon (SONOS) depending on the type of the charge storage layer. It can be divided into elements. Among them, the floating gate device typically includes a floating gate formed of polycrystalline silicon surrounded by an insulator, and the floating gate is charged by channel hot carrier injection or FN tunneling by Fowler-Nordheim Tunneling. Is injected or discharged to store and erase data.
이러한 일반적인 플래시 메모리 소자의 셀 구조는 반도체 기판, 터널 산화막, 플로팅 게이트(Floating Gate), ONO(Oxide/Nitride/Oxide) 및 콘트롤 게이트(Control Gate)로 되어 있으며, 플로팅 게이트 간 사이에는 ONO와 콘트롤 게이트로 채워져있다. The cell structure of such a general flash memory device includes a semiconductor substrate, a tunnel oxide film, a floating gate, an oxide / nitride / oxide, and a control gate, and between the floating gate, the ONO and the control gate. Filled with
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 콘트롤 게이트와 플로팅 게이트 간의 접촉 면적을 증가시킬 수 있는 플래시 메모리 소자의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a flash memory device capable of increasing the contact area between a control gate and a floating gate.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조방법은 활성영역과 필드 영역을 정의하기 위한 소자분리막이 형성된 반도체 기판 상에 폴리실리콘을 형성하는 단계와, 상기 폴리실리콘 상에 제 1 절연막을 형성하는 단계와, 상기 소자분리막과 대응되는 영역의 상기 제 1 절연막을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용한 제 1차 식각공정을 통해 상기 제 1 절연막 및 상기 폴리실리콘의 일부를 식각하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 상기 제 1 절연막을 포함한 상기 반도체 기판 전면에 제 2 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 2절연막을 제 2차 식각공정을 통해 상기 소자분리막을 노출시키는 단계와, 상기 제 1 절연막 및 제 2 절연막을 제거하여 단차를 가지는 플로팅 게이트를 형성하는 단계와, 상기 플로팅 게이트를 포함한 반도체 기판 전면에 유전체막 및 콘트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A method of manufacturing a flash memory device according to a first exemplary embodiment of the present invention includes forming polysilicon on a semiconductor substrate on which a device isolation layer for defining active and field regions is formed, and forming a first insulating film on the polysilicon. Etching the portion of the first insulating layer and the polysilicon through a first etching process using a photoresist pattern exposing the first insulating layer in a region corresponding to the device isolation layer as a mask; After removing the photoresist pattern, forming a second insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate including the first insulating film, exposing the second insulating film to the device isolation layer through a second etching process; Removing the first insulating film and the second insulating film to form a floating gate having a step difference; And forming a dielectric film and a control gate on the entire surface of the semiconductor substrate.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조방법은 활성영역과 필드 영역을 정의하기 위한 소자분리막이 형성된 반도체 기판 상에 폴리실리콘을 형성하는 단계와, 상기 소자분리막과 대응되는 영역의 상기 폴리실리콘을 노출시키 는 제 1 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용한 제 1차 식각공정을 통해 상기 폴리실리콘의 일부를 식각하는 단계와, 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 본래의 크기보다 크게 만들어 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 2 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용한 제 2차 식각공정을 통해 노출된 상기 폴리실리콘을 식각하는 단계와, 상기 제 2 포토레지스트 패턴을 제거하여 단차를 가지는 플로팅 게이트를 형성하는 단계와, 상기 플로팅 게이트를 포함한 반도체 기판 전면에 유전체막 및 콘트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a flash memory device according to a second embodiment of the present invention includes forming polysilicon on a semiconductor substrate on which a device isolation film for defining an active region and a field region is formed; Etching a portion of the polysilicon through a first etching process using a first photoresist pattern exposing the polysilicon as a mask, and making the first photoresist pattern larger than its original size to form a second photoresist Forming a pattern, etching the polysilicon exposed through a second etching process using the second photoresist pattern as a mask, and removing the second photoresist pattern to form a floating gate having a step Forming a dielectric film and a control gate over an entire surface of the semiconductor substrate including the floating gate; It characterized in that it comprises a step of forming.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자의 제조방법은 플로팅 게이트의 측벽에 형성되는 유전체막의 수직적 길이가 플로팅 게이트의 단차로 인하여 일반적인 플래시 메모리 소자 대비 반 이하로 감소함으로써 유전체막 식각시에 더 짧은 시간에 식각이 가능하다. 또한, 유전체막 식각시에 생기는 골짜기의 깊이도 기존 대비 반 이상으로 줄일 수 있다. 따라서, 일반적인 플래시 메모리 소자 공정에서 수직적 유전체막 식각시 유전체막 하부에 플로팅 게이트가 존재하지 않는 부분은 오버 식각이 발생하는 문제점을 방지할 수 있다. As described above, in the method of manufacturing the flash memory device according to the present invention, the vertical length of the dielectric film formed on the sidewall of the floating gate is reduced to less than half of that of a general flash memory device due to the step of the floating gate, thereby reducing the dielectric film during etching. Etching is possible in a shorter time. In addition, the depth of the valley generated when the dielectric film is etched can be reduced by more than half. Therefore, in a general flash memory device process, over-etching may be prevented in a portion where the floating gate does not exist below the dielectric layer during vertical dielectric layer etching.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described. At this time, the configuration and operation of the present invention shown in the drawings and described by it will be described by at least one embodiment, by which the technical spirit of the present invention and its core configuration and operation is not limited.
그리고 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다.In addition, the terminology used in the present invention is a general term that is currently widely used as much as possible, but in certain cases, the term is arbitrarily selected by the applicant. In this case, since the meaning is described in detail in the description of the present invention, It is to be understood that the present invention is to be understood as the meaning of the term rather than the name.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 공정을 도시한 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a flash memory device according to a first embodiment of the present invention.
여기서, 도 1a 내지 1e에서는 전체 플래시 메모리 소자 중 본 발명과 관련된 영역만을 도시하였다. 이외의 영역은 일반적인 플래시 메모리 소자와 동일한 구성을 가지므로 도시를 생략하기로 한다.1A to 1E show only regions related to the present invention among all flash memory devices. Since the other areas have the same configuration as a general flash memory device, illustration thereof will be omitted.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법은 셀 영역과 로직 영역을 가지는 반도체 기판(100) 상에 반도체 기판(100) 상부 표면의 결정 결함 억제 또는 표면처리를 위하여 터널 산화막(미도시)을 형성한다. First, as shown in FIG. 1A, in the method of manufacturing a flash memory device according to the first embodiment of the present invention, a crystal defect of an upper surface of the
여기서, 반도체 기판(100)은 액티브 영역 및 소자 분리 영역을 정의하기 위한 소자분리막(110) 형성, 웰(미도시) 형성 및 채널(미도시) 형성 공정이 완료된 상태이다. Here, the
한 편, 셀 영역의 형성시 로직영역도 함께 형성되는 것으로 별도의 설명은 하지 않는다.On the other hand, the logic region is also formed at the time of forming the cell region and will not be described separately.
이후, 소자분리막(110) 및 터널 산화막을 포함한 반도체 기판(100) 전면에 전하를 저장하는 기능을 하는 플로팅 게이트를 위한 폴리 실리콘(140)을 증착한다. Thereafter,
다음으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 플로팅 게이트를 위한 폴리 실리콘(140)을 형성한 후, 폴리실리콘(140)을 포함한 반도체 기판(100) 전면에 제 1 절연막(160)을 형성한다. 여기서, 제 1 절연막(160)은 LP CVD(Low Pressure Chemical Vapor deposition) 공정을 이용하여 TEOS로 형성하는 것이 바람직하다. Next, as shown in FIG. 1B, after forming the
이어서, 제 1 절연막(160) 전면에 포토레지스트(Photo Resist)를 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 통해 소자분리영역에 대응하는 제 1 절연막(160)의 부분을 노출시키는 포토레지스트 패턴(180)을 형성한다. Subsequently, after the photoresist is coated on the entire surface of the first
그리고, 도 1c에 도시된 바와 같이, 형성된 포토레지스트 패턴(180)을 식각 마스크로 이용한 제 1차 건식식각(Dry Etch) 공정을 통해 노출된 제 1 절연막(160) 및 폴리 실리콘(140)의 일부를 식각한다. 여기서, 소자분리막(110) 상의 폴리 실리콘(140)은 소자분리막(110)이 노출되지 않도록 일부가 식각되어 잔류하게 된다. 1C, a portion of the first
다음으로, 도 1d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(180)을 제거한 후, 상기 결과물 전면에 제 2 절연막(200)을 형성한다. 이후, 형성된 제 2 절연막(200) 및 잔류된 폴리 실리콘(140)을 제 2차 건식식각 공정을 통해 소자분리막(110)이 노출될 때까지 식각한다. 여기서, 제 2 절연막(200)으로 인해 노출되는 잔류된 폴리 실리콘(140)이 완전히 제거되면서 남아있는 폴리 실리콘(140)은 단차를 가지게 된다. Next, as shown in FIG. 1D, after removing the
이후, 도 1e에 도시된 바와 같이, 습식 식각 공정을 통해 제 1 절연막(160) 및 제 2 절연막(200)을 제거하여 단차를 가지는 플로팅 게이트(140a)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1E, the
그리고나서, 플로팅 게이트(140a)을 포함한 반도체 기판(100) 전면에 ONO(Oxide-Nitried-Oxide) 구조로 이루어진 유전체막(220), 콘트롤 게이트용 폴리 실리콘(240)을 순차적으로 형성하고, 이를 패터닝하여 게이트 패턴을 형성하는 등의 일반적인 플래시 메모리 소자의 후속공정을 수행하여 플래시 메모리 소자를 완성한다. Then, a
이때, 플로팅 게이트(140a)의 측벽에 형성되는 유전체막(220)의 수직적 길이(A)가 플로팅 게이트(140a)의 단차로 인하여 일반적인 플래시 메모리 소자 대비 반 이하로 감소함으로써 유전체막(220) 식각시에 더 짧은 시간에 식각이 가능하다. 또한, 유전체막(220) 식각시에 생기는 골짜기의 깊이도 기존 대비 반 이상으로 줄일 수 있다. 따라서, 일반적인 플래시 메모리 소자 공정에서 수직적 유전체막 식각시 유전체막 하부에 플로팅 게이트가 존재하지 않는 부분은 오버 식각이 발생하는 문제점을 방지할 수 있다. At this time, the vertical length A of the
한편, 유전체막(220)을 형성하기 전에, 제 1 절연막(160) 및 제 2 절연막(200)을 제거하여 단차를 가지는 플로팅 게이트(140a)를 형성한 후, CDE(Chemical Downstream Etch) 공정을 통해 플로팅 게이트(140a)의 코너 부분을 라운딩(Rounding)되도록 식각할 수 있다. 이와 같이, 플로팅 게이트(140a)의 코너 부분이 라운딩됨으로써 후속공정에서 형성되는 플로팅 게이트(140a)의 측벽의 유전체막(220)의 수직적 길이(A)를 더욱 감소시킬 수 있다. On the other hand, before the
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 공정을 나타내는 단면도로서, 상기 도면을 단계별로 설명한다. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a flash memory device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
다만, 도 2a 내지 도 2e에 나타난 본 발명의 제2 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 공정은 제 1 실시 예와 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 부분의 설명은 생략하기로 한다. However, in the manufacturing process of the flash memory device according to the second embodiment of the present invention shown in Figure 2a to 2e is given the same reference numerals as the first embodiment, and the description of the same parts will be omitted.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법은 셀 영역과 로직 영역을 가지는 반도체 기판(100) 상에 반도체 기판(100) 상부 표면의 결정 결함 억제 또는 표면처리를 위하여 터널 산화막(미도시)을 형성한다. First, as illustrated in FIG. 2A, in the method of manufacturing a flash memory device according to the second embodiment of the present invention, a crystal defect of an upper surface of a
여기서, 반도체 기판(100)은 액티브 영역 및 소자 분리 영역을 정의하기 위한 소자분리막(110) 형성, 웰(미도시) 형성 및 채널(미도시) 형성 공정이 완료된 상태이다. Here, the
이후, 소자분리막(110) 및 터널 산화막을 포함한 반도체 기판(100) 전면에 전하를 저장하는 기능을 하는 플로팅 게이트를 위한 폴리 실리콘(140)을 증착한다. Thereafter,
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 플로팅 게이트를 위한 폴리 실리콘(140)을 형성한다. 그리고, 폴리실리콘(140)을 포함한 반도체 기판(100) 전면에 포토레지스트(Photo Resist)를 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 통해 소자분리영역에 대응하는 폴리 실리콘(140)의 부분을 노출시키는 포토레지스트 패턴(180)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 2B,
그리고나서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 형성된 포토레지스트 패턴(180)을 식각 마스크로 이용한 제 1차 건식식각(Dry Etch) 공정을 통해 노출된 폴리 실리 콘(140)의 일부를 식각한다. 여기서, 소자분리막(110) 상의 폴리 실리콘(140)은 소자분리막(110)이 노출되지 않도록 일부가 식각되어 잔류하게 된다. Then, as illustrated in FIG. 2C, a portion of the
이후, 건식식각 공정으로 인해 발생된 폴리머를 이용한 폴리머 제너레이션(Polymer Generation) 공정을 통해 패터닝된 포토레지스트 패턴(180a)의 크기를 본래 크기에 비해 더 크게 만든다. Thereafter, the size of the patterned
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 본래 크기에 비해 더 커진 포토레지스트 패턴(180a)을 식각마스크로 이용한 제 2차 건식식각 공정을 통해 제 1 절연막(160) 및 폴리 실리콘(140)을 식각하여 소자분리막(110)을 노출시킨다. Subsequently, as illustrated in FIG. 2D, the first insulating
다음으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(180a)를 제거하여 플로팅 게이트(140a)를 형성한다. 이때, 남아있는 플로팅 게이트(140a)는 단차를 가지게 된다. Next, as shown in FIG. 2E, the floating
그리고나서, 도시되진 않았지만, 플로팅 게이트(140a)을 포함한 반도체 기판(100) 전면에 ONO(Oxide-Nitried-Oxide) 구조로 이루어진 유전체막, 콘트롤 게이트용 폴리 실리콘을 순차적으로 형성하고, 이를 패터닝하여 게이트 패턴을 형성하는 등의 일반적인 플래시 메모리 소자의 후속공정을 수행하여 플래시 메모리 소자를 완성한다. Then, although not shown, a dielectric film made of an oxide-nitride-oxide (ONO) structure and a control gate polysilicon are sequentially formed on the entire surface of the
이때, 플로팅 게이트(140a)의 측벽에 형성되는 유전체막의 수직적 길이(A)가 플로팅 게이트(140a)의 단차로 인하여 일반적인 플래시 메모리 소자 대비 반 이하로 감소함으로써 유전체막 식각시에 더 짧은 시간에 식각이 가능하다. 또한, 유전체막 식각시에 생기는 골짜기의 깊이도 기존 대비 반 이상으로 줄일 수 있다. At this time, the vertical length (A) of the dielectric film formed on the sidewall of the floating
따라서, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자는 일반적인 플래시 메모리 소자 공정에서 수직적 유전체막 식각시 유전체막 하부에 플로팅 게이트가 존재하지 않는 부분은 오버 식각이 발생하는 문제점을 방지할 수 있다. Accordingly, in the flash memory device according to the second embodiment of the present invention, in the general flash memory device process, over etching may be prevented in a portion where the floating gate does not exist below the dielectric film during the vertical dielectric film etching.
한편, 유전체막을 형성하기 전에, 본 발명의 제 1 실시 예와 마찬가지로, 플로팅 게이트(140a)를 형성한 후, CDE 공정을 통해 플로팅 게이트(140a)의 코너 부분을 라운딩(Rounding)되도록 식각할 수 있다. 이와 같이, 플로팅 게이트(140a)의 코너 부분이 라운딩됨으로써 후속공정에서 형성되는 플로팅 게이트(140a)의 측벽의 유전체막(220)의 수직적 길이(A)를 더욱 감소시킬 수 있다. Meanwhile, before forming the dielectric film, as in the first embodiment of the present invention, after forming the floating
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 공정을 도시한 단면도.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a flash memory device according to a first embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 공정을 도시한 단면도.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a flash memory device according to a second embodiment of the present invention.
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KR1020090134241A KR20110077614A (en) | 2009-12-30 | 2009-12-30 | Method manufactruing of flash memory device |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR20110077614A (en) |
-
2009
- 2009-12-30 KR KR1020090134241A patent/KR20110077614A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
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WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |