KR20110078068A - Method for fabricating gate of flash memory device and structure thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플래쉬 메모리 소자(flash memory device)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 플래쉬 메모리의 셀렉트 게이트(select gate) 형성 시 셀렉트 게이트 형성 영역의 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 유전체막을 제거시킴으로써 셀렉트 게이트의 전기적 연결이 플로팅 게이트(floating)가 아닌 살리사이드(salicide) 상태의 폴리(poly)를 통해서 연결되도록 하여 전압 강하 현상을 개선시키며, 셀렉트 게이트 콘텍(select gate contact)을 위한 컨트롤 게이트 폴리(control gate poly)의 커팅(cutting) 공정을 생략할 수 있도록 하는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성 방법 및 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory device, and more particularly, to remove an ONO (Oxide-Nitride-Oxide) dielectric film of a select gate formation region when forming a select gate of a flash memory. The electrical connection is connected through a salicide poly rather than floating gate to improve voltage drop and control gate poly for select gate contact. A method and structure for forming a gate of a flash memory device to omit a cutting process of the).
통상적으로, 플래쉬 메모리 소자는 전원이 공급되지 않더라도 메모리 셀에 저장되어 있는 정보를 유지할 뿐만 아니라, 전기적으로 데이터(electric data)의 프로그래밍(programing)과 소거가 가능한 비휘발성 메모리 소자이다. In general, a flash memory device is a nonvolatile memory device capable of not only maintaining information stored in a memory cell but also electrically programming and erasing data even when power is not supplied.
위와 같은 플래쉬 메모리 기술은 셀 구조를 다양한 형태로 개선시키면서 계 속적으로 발전되어 왔으며, 이러한 다양한 셀의 종류로는 스택 게이트 셀(stacked gate cell), 스프릿 게이트 셀(split gate cell), 소오스 사이드 인젝션 셀(source side injection cell) 및 기타 구조의 많은 셀들이 있다.Flash memory technology has been continuously developed while improving the cell structure in various forms, and these various cell types include stacked gate cells, split gate cells, and source side injection cells. There are many cells of source side injection cell and other structures.
스택 게이트 셀은 플로팅 게이트(floating gate)와 컨트롤 게이트(control gate)가 순차적으로 적층되어 있는 형태로, 채널 핫 일렉트론 인젝션(channel hot electron injection)을 이용하여 플로팅 게이트에 전자(electron)가 주입되어 프로그래밍(programming)되고, 플로팅 게이트에 주입되었던 전자를 빼냄으로서 정보가 소거된다. 이러한 스택 게이트 셀은 그 크기가 작기 때문에 플래쉬 메모리 소자의 단위 셀(unit cell)로서 많이 사용되고 있다.The stack gate cell is formed by sequentially stacking a floating gate and a control gate. The stack gate cell is programmed by injecting electrons into the floating gate using channel hot electron injection. and information is erased by drawing out electrons that have been injected into the floating gate. Such a stack gate cell is widely used as a unit cell of a flash memory device because of its small size.
위와 같은 플래쉬 메모리 소자는 활성 영역(active area) 형성 → 웰 임플란테이션(well implantation) → 셀 Vt 조절 임플란트(cell Vt adjust implant) → 터널 산화막(tunnel oxide) 형성 → 플로팅 게이트(floating gate) 형성 → ONO 증착(deposition) → 로직(logic) 영역의 ONO/Poly 제거 → 컨트롤 게이트 폴리 증착(control gate poly deposition) → 컨트롤 게이트 형성 → 소오스/드레인 임플란테이션(source/drain implantation) → 살리사이드(salicide) → PMD 형성 → 금속(metal)/IMD 형성 등의 공정을 통해 형성된다.The flash memory device as described above forms an active area → well implantation → cell Vt adjust implant → tunnel oxide formation → floating gate formation → ONO deposition → removal of ONO / Poly in the logic domain → control gate poly deposition → control gate formation → source / drain implantation → salicide → PMD formation → metal / IMD formation
도 1은 종래 플래쉬 메모리 소자의 공정 순서에 따른 단면 모식도 중 반도체 기판 상 컨트롤 게이트(CG)와 셀렉트 게이트(SG)를 형성한 단면 모식도를 도시한 것이고, 도 2는 셀렉트 게이트의 콘텍 단면을 도시한 것이다. 이와 같은 셀렉트 게이트의 형성을 위해 종래에는 앞서 설명한 플래쉬 메모리 소자의 제조 공정 중 로직 컨트롤 게이트 형성 공정에서 컨트롤 게이트 폴리를 커팅(cutting)하는 방법으로 형성하게 되며, 셀렉트 게이트의 전기적 신호는 플로팅 게이트를 통해 전달되게 된다.FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a control gate CG and a select gate SG formed on a semiconductor substrate in a cross-sectional schematic diagram of a conventional flash memory device according to a process sequence. FIG. 2 is a cross-sectional view of a select gate of a select gate. will be. In order to form such a select gate, conventionally, the control gate poly is formed by cutting the control gate poly in the logic control gate forming process of the flash memory device manufacturing process described above, and the electrical signal of the select gate is formed through the floating gate. Will be delivered.
그러나, 위와 같은 종래 셀렉트 게이트 형성 방법에 있어서는 플로팅 게이트로 전기 인가 시 살리사이드 상태가 아닌 플로팅 게이트 폴리의 저항으로 인해 셀렉트 게이트에서 전압 강하 현상이 발생하는 문제점이 있었으며, 또한 셀렉트 게이트 형성을 위한 컨트롤 게이트 폴리의 커팅 공정에서 게이트 폴리키의 커팅이 충분히 이루어지지 않을 경우 플래쉬 메모리 소자의 오동작이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.However, in the conventional select gate forming method as described above, there is a problem in that a voltage drop occurs in the select gate due to the resistance of the floating gate poly, not the salicide state, when the electricity is applied to the floating gate, and also the control gate for forming the select gate. When the gate polykey is not cut sufficiently in the cutting process of the poly, a malfunction of the flash memory device may occur.
따라서, 본 발명은 플래쉬 메모리의 셀렉트 게이트 형성 시 셀렉트 게이트 형성 영역의 ONO 막을 제거시킴으로써 셀렉트 게이트의 전기적 연결이 플로팅 게이트가 아닌 살리사이드 상태의 폴리를 통해서 연결되도록 하여 전압 강하 현상을 개선시키며, 셀렉트 게이트 콘텍을 위한 컨트롤 게이트 폴리의 커팅 공정을 생략할 수 있도록 하는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성 방법 및 구조를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention improves the voltage drop by removing the ONO film of the select gate formation region when forming the select gate of the flash memory so that the electrical connection of the select gate is connected through the salicide poly instead of the floating gate. The present invention provides a method and structure for forming a gate of a flash memory device, which can omit the cutting process of the control gate poly for the contact.
상술한 본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 게이트를 형성하는 방법으로서, 반도체 기판 상 터널 산화막을 형성시키는 단계와, 상기 터널 산화막 상부에 플로팅 게이트용 제1 폴리 실리콘막을 형성시키는 단계와, 상기 제1 폴리 실리콘막의 상부에 게이트 절연막을 형성시키는 단계와, 상기 반도체 기판 상 셀렉트 게이트 형성 영역의 게이트 절연막을 제거시키는 단계와, 상기 제1 폴리 실리콘막의 상부에 컨트롤 게이트용 제2 폴리 실리콘막을 형성시키는 단계와, 상기 제1, 제2 폴리 실리콘막을 차례로 식각하여 상기 반도체 기판 상 셀렉트 게이트와 컨트롤 게이트를 형성시키는 단계를 포함한다.According to the present invention, a method of forming a gate of a flash memory device includes: forming a tunnel oxide film on a semiconductor substrate, forming a first polysilicon film for a floating gate on the tunnel oxide film, and forming the first polysilicon layer; Forming a gate insulating film over the film, removing the gate insulating film in the select gate formation region on the semiconductor substrate, forming a second poly silicon film for the control gate over the first poly silicon film; Etching the first and second polysilicon layers in order to form a select gate and a control gate on the semiconductor substrate.
또한, 상기 게이트 절연막 제거 단계는, 상기 게이트 절연막 상부에 포토레지스트막을 도포시키는 단계와, 상기 포토레지스트막을 사진식각 공정을 통해 패터닝하여 상기 셀렉트 게이트 형성 영역을 오픈시키는 단계와, 상기 패터닝된 포토레지스트막을 마스크로 하여 상기 셀렉트 게이트 형성 영역의 게이트 절연막을 제거시키는 단계를 포함한다.The removing of the gate insulating layer may include applying a photoresist layer on the gate insulating layer, patterning the photoresist layer through a photolithography process to open the select gate formation region, and removing the patterned photoresist layer. And removing the gate insulating film of the select gate formation region as a mask.
또한, 본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 게이트 구조로서, 반도체 기판 상 셀렉트 게이트와 컨트롤 게이트 영역에 형성되는 터널 산화막과, 상기 터널 산화막 상부에 형성되는 플로팅 게이트용 제1 폴리 실리콘막과, 상기 제1 폴리 실리콘막의 상부 중 상기 컨트롤 게이트 영역에만 형성되는 게이트 절연막과, 상기 제1 폴리 실리콘막의 상부에 형성되는 컨트롤 게이트용 제2 폴리 실리콘막을 포함한다.The present invention also provides a gate structure of a flash memory device, comprising: a tunnel oxide film formed in a select gate and a control gate region on a semiconductor substrate, a first polysilicon film for floating gate formed on the tunnel oxide film, and the first poly A gate insulating film formed only in the control gate region of the upper part of the silicon film, and a second poly silicon film for control gate formed on the first poly silicon film.
본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성 방법으로서, 플래쉬 메모리의 셀렉트 게이트(select gate) 형성 시 셀렉트 게이트 형성 영역의 ONO 유전체막을 제거시킴으로써 셀렉트 게이트의 전기적 연결이 플로팅 게이트(floating gate)가 아닌 살리사이드(salicide) 상태의 폴리(poly)를 통해서 연결되도록 하여 플로팅 게이트 폴리의 저항으로 인한 전압 강하 현상을 개선시킬 수 있는 이점이 있다. 또한 로직 컨트롤 게이트 형성 시 셀렉트 게이트 콘텍(select gate contact)을 위해 컨트롤 게이트 폴리를 커팅하지 않아도 되어 컨트롤 게이트 폴리의 언더식각(under etch) 및 오버레이 미스얼라인(overlay miss align)으로 인한 소자의 오동작을 방지시킬 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a method of forming a gate of a flash memory device, wherein when the select gate of the flash memory is formed, the ONO dielectric layer of the select gate forming region is removed so that the electrical connection of the select gate is not a floating gate but a salicide (not a floating gate). It is advantageous to improve the voltage drop due to the resistance of the floating gate poly by connecting through a poly (salicide) state. In addition, the control gate pull does not need to be cut for select gate contact when forming the logic control gate, eliminating device malfunction due to underetch and overlay miss alignment of the control gate pull. There is an advantage that can be prevented.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the operating principle of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intentions or customs of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
도 3a 내지 도 3g 본 발명의 실시 예에 따른 플래쉬 메모리(flash memory)의 게이트 형성 방법을 예시한 공정 단면도를 도시한 것이다. 이하, 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 본 발명의 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성 공정을 상세히 설명하기로 한다.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate of a flash memory according to an exemplary embodiment of the present invention. Hereinafter, a gate forming process of the flash memory device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 3G.
먼저, 위 도 3a에서 보여지는 바와 같이, 반도체 기판(300)상에 터널 산화막(tunnel oxide)(302)을 형성시킨 후, 플로팅 게이트용(floating gate) 제1 폴리 실리콘막(poly-silicon)(304)과, 게이트 절연막(306)을 차례로 형성시킨다. 이때 위 게이트 절연막(306)은 산화막-질화막-산화막(Oxide-Nitride-Oxide)로 구성되는 ONO 유전체막으로 형성된다. 이때, 제1 폴리 실리콘막(304)은 900∼1000Å의 두께로 형성될 수 있다.First, as shown in FIG. 3A, a
이어, 도 3b에서와 같이, 게이트 절연막(306)의 상부 전면에 포토레지스트막(photo resist layer)을 도포시킨 후, 반도체 기판(300)의 영역상 셀렉트 게이트(select gate) 형성 영역에 도포된 포토레지스트막(photo resist layer)을 사진식각(photo-lithography) 공정을 통해 패터닝(patterning)하여 포토레지스트 마스크(308)를 형성시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, a photoresist layer is applied to the entire upper surface of the
이어, 도 3c에서 보여지는 바와 같이, 위 패터닝된 포토레지스트 마스크(308)를 이용하여 반도체 기판(300)의 영역상 셀렉트 게이트 형성 영역에 증착된 게이트 절연막(306)을 식각하여 제거시킨 후, 도 3d에서와 같이 포토레지스 마스크(308)를 애슁(ashing)하여 셀렉트 게이트 형성 영역에만 게이트 절연막(306)이 제거된 게이트 절연막 패턴을 얻는다.Subsequently, as shown in FIG. 3C, the
그런 후, 도 3e에서와 같이, 게이트 절연막(306)의 상부 전면에 컨트롤 게이 트용 제2 폴리 실리콘막(310)을 형성시킨다. 이때, 제2 폴리 실리콘막은 2000∼2100Å의 두께로 형성될 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 3E, the
이어, 도 3f에서와 같이, 컨트롤 게이트용 제2 폴리 실리콘막(310) 상부 전면에 포토레지스트막을 도포시킨 후, 반도체 기판(300의 영역상 셀렉트 게이트(select gate) 형성 영역과 컨트롤 게이트(control gate) 형성 영역 이외에 도포된 포토레지스트막을 사진식각 공정을 통해 패터닝하여 포토레지스트 마스크(photo resist mask)(312)를 형성시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 3F, after the photoresist film is coated on the entire upper surface of the
이어, 도 3g에서 보여지는 바와 같이, 위 패터닝된 포토레지스트 마스크(312)를 이용하여 반도체 기판(300)의 영역상 셀렉트 게이트 형성영역과 컨트롤 게이트 형성 영역 이외에 영역에 증착된 컨트롤 게이트용 제2 폴리 실리콘막(310)과, ONO 유전체막 구조의 게이트 절연막(306), 플로팅 게이트용 제1 폴리 실리콘막(304), 터널 산화막(tunnel oxide)(302)을 차례로 식각하여 셀렉트 게이트(314)와 컨트롤 게이트(316)를 형성시킨다.Next, as shown in FIG. 3G, the second poly for control gate deposited in a region other than the select gate forming region and the control gate forming region on the
위와 같이, 플래쉬 메모리 소자의 셀렉트 게이트(314)와 컨트롤 게이트(316)를 형성시킨 후, 후속 공정으로 LDD(Lightly Doped Drain: LDD) 형성 공정과 스페이서 나이트라이드(spacer nitride) 공정을 수행하고, 소오스/드레인 임플란테이션(source/drain implantation) 공정과, 살리사이드(salicide), 금속전 유전체막(PMD : Pre-Metal Dielectric) 형성 공정을 수행하여 플래쉬 메모리 소자를 형성시키게 된다.As described above, after the
도 4는 PMD 공정까지 수행한 플래쉬 메모리 소자의 단면 모식도를 도시한 것 으로, 셀렉트 게이트(314)의 경우 종래와는 달리 플로팅 게이트가 아닌 살리사이드막(400)을 통해 살리사이드 상태의 제2 폴리 실리콘막에 의해 전기적으로 연결됨으로써 플로팅 게이트 폴리의 저항으로 인한 전압 강하 영향이 감소된다.4 illustrates a cross-sectional schematic diagram of a flash memory device that has been subjected to the PMD process. In the case of the
또한 로직 컨트롤 게이트(logic control gate) 형성 시 셀렉트 게이트 콘텍(select gate contact)을 위해 컨트롤 게이트 폴리를 커팅하지 않아도 되어 컨트롤 게이트 폴리의 언더식각(under etch) 및 오버레이 미스얼라인(overlay miss align)의 문제를 방지할 수 있다.It also eliminates the need to cut the control gate poly for select gate contact when forming a logic control gate, eliminating the underetch and overlay miss align of the control gate poly. Problems can be prevented.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성 방법으로서, 플래쉬 메모리의 셀렉트 게이트 형성 시 셀렉트 게이트 형성 영역의 ONO 유전체막을 제거시킴으로써 셀렉트 게이트의 전기적 연결이 플로팅 게이트가 아닌 살리사이드 상태의 폴리를 통해서 연결되도록 하여 플로팅 게이트 폴리의 저항으로 인한 전압 강하 현상을 개선시키며, 또한 로직 컨트롤 게이트 형성 시 셀렉트 게이트 콘텍을 위해 컨트롤 게이트 폴리를 커팅하지 않아도 되어 컨트롤 게이트 폴리의 언더식각(under etch) 및 오버레이 미스얼라인(overlay miss align)으로 인한 소자의 오동작을 방지시킬 수 있다.As described above, in the present invention, as a gate forming method of a flash memory device, when the select gate of the flash memory is formed, the ONO dielectric film of the select gate forming region is removed, so that the electrical connection of the select gate is not connected to the floating gate. Improves the voltage drop caused by the resistance of the floating gate poly by connecting through it, and also eliminates underetch and overlay miss of the control gate poly by eliminating the need to cut the control gate poly for select gate contact when forming a logic control gate. It is possible to prevent the device from malfunctioning due to an overlay miss align.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of the invention should not be limited by the described embodiments but should be defined by the appended claims.
도 1은 종래 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성 단면 모식도,1 is a schematic cross-sectional view of a gate formation of a conventional flash memory device;
도 2는 종래 플래쉬 메모리 소자의 셀렉트 게이트 콘텍 SEM 사진 예시도,2 is an exemplary SEM photograph of a select gate contact of a conventional flash memory device;
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성 공정 순서도,3A to 3G are flowcharts illustrating a gate forming process of a flash memory device according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 게이트 단면 모식도.4 is a schematic cross-sectional view of a gate of a flash memory device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the major symbols in the drawings>
302 : 터널 산화막 304 : 제1 폴리 실리콘막302
306 : 게이트 절연막 310 : 제2 폴리 실리콘막306: gate insulating film 310: second polysilicon film
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