KR20100120787A - Nand flash memory array with extended charge storage node and fabrication method of the same - Google Patents
Nand flash memory array with extended charge storage node and fabrication method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100120787A KR20100120787A KR1020090039601A KR20090039601A KR20100120787A KR 20100120787 A KR20100120787 A KR 20100120787A KR 1020090039601 A KR1020090039601 A KR 1020090039601A KR 20090039601 A KR20090039601 A KR 20090039601A KR 20100120787 A KR20100120787 A KR 20100120787A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- hard mask
- etching
- sidewall
- charge storage
- substrate
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 9
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 7
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
- H10B63/80—Arrangements comprising multiple bistable or multi-stable switching components of the same type on a plane parallel to the substrate, e.g. cross-point arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
- H01L21/76224—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
- H10B12/48—Data lines or contacts therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 낸드 플래시 메모리 어레이 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 워드라인의 간격 및/또는 비트라인의 간격을 줄여 각 셀의 전하저장 노드 면적을 확장시킨 낸드 플래시 메모리 어레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a NAND flash memory array and a method of manufacturing the same, and more particularly, a NAND flash memory array and a method of manufacturing the same, which extends the charge storage node area of each cell by reducing the interval between word lines and / or bit lines. It is about.
최근 소자의 크기가 급격히 줄어듦에 따라 단채널효과(short channel effect)가 점차 심해지고 있다. 이로 인해 소자 자체의 성능 저하뿐만 아니라, sub-threshold swing(SS)의 증가로 셀의 문턱전압 산포 또한 증가하게 된다. Recently, as the size of a device is drastically reduced, short channel effects are gradually increasing. This not only degrades the performance of the device itself, but also increases the cell's threshold voltage distribution due to an increase in sub-threshold swing (SS).
또한, on/off 특성의 열화로 인하여 누설전류(leakage current)가 증가하게 되고, 이는 셀프부스팅(self-boosting)시 채널의 포텐셜을 낮추는 역할을 하게 되어 결과적으로 프로그램 disturb를 일으킬 수 있다. In addition, the leakage current (leakage current) is increased due to the deterioration of the on / off characteristics, which serves to lower the potential of the channel during self-boosting, resulting in program disturb.
특히, 낸드 플래시 메모리에서는 MOSFET과 달리 게이트 유전체(gate dielectric)로 ONO등 다중유전층(multi-dielectric layers)이 사용되기 때문에 유효 산화막 두께(effective oxide thickness: EOT)가 증가하게 되어 상기 단채널효 과는 더욱 심각해질 수 밖에 없다. In particular, since NAND flash memory uses multi-dielectric layers such as ONO as a gate dielectric, unlike an MOSFET, an effective oxide thickness (EOT) increases, thereby reducing the short channel effect. It must be more serious.
그리고, 소자 크기 축소로 게이트의 길이가 점차 작아지게 되면, 각 셀의 게이트 길이 변화(gate length variation)가 커지게 될 수 있고, 이는 곧 소자의 성능에 변화를 주게 되는 문제가 있다.In addition, when the gate length gradually decreases due to the reduction in device size, the gate length variation of each cell may increase, which may change the performance of the device.
또한, 게이트 길이가 줄어듦에 따라 전하저장 노드의 면적이 감소하게 되면 reliability 측면에서 문제가 발생한다. 먼저, 쓰기/지우기 동작 속도의 변화를 야기할 수 있다. 그리고, retention 측면에서도 보다 적은 수의 전하를 저장하기 때문에 단지 몇 개의 전자가 빠져나가더라도 큰 문턱전압 변화를 발생 시킨다. 이는 level 당 문턱전압의 차이가 작은 multi-level cell (MLC) 구현에 있어서 더 큰 문제가 될 수 있다. In addition, if the area of the charge storage node decreases as the gate length decreases, a problem occurs in terms of reliability. First, it may cause a change in the write / erase operation speed. In addition, in terms of retention, a smaller number of charges are stored, which results in a large threshold voltage change even if only a few electrons escape. This may be a bigger problem in the implementation of multi-level cell (MLC) with a small difference in threshold voltages per level.
따라서, 본 발명은 상기와 같이 소자의 소형화에 따른 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 워드라인의 간격 나아가 비트라인의 간격을 줄여 각 셀의 전하저장노드 면적을 확장시킨 낸드 플래시 메모리 어레이 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Therefore, the present invention has been proposed to solve the problems caused by the miniaturization of the device as described above, and the NAND flash memory array and the method of manufacturing the same by reducing the interval between the word line and the bit line to expand the charge storage node area of each cell The purpose is to provide.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 확장된 전하저장 노드를 갖는 낸드 플래시 메모리 어레이는 각 비트라인과 수직하게 교차하는 복수개의 워드라인 사이에서 정의된 복수개의 전하저장 노드를 갖는 메모리 셀들이 상기 각 비트라인을 따라 전기적으로 직렬 연결된 구성을 갖는 낸드 플래시 메모리 어레이에 있어서, 상기 각 전하저장 노드를 정의하는 상기 각 워드라인의 선폭은 이웃한 워드라인 사이 간격보다 큰 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the NAND flash memory array having an extended charge storage node according to the present invention is characterized in that the memory cells having a plurality of charge storage nodes defined between a plurality of word lines perpendicularly cross each bit line. In the NAND flash memory array having a configuration electrically connected in series along each bit line, the line width of each word line defining each charge storage node is larger than the spacing between neighboring word lines.
또한, 상기 각 워드라인의 선폭은 이웃한 워드라인 사이 간격보다 2배 이상, 상기 워드라인 사이 간격은 2~50 nm인 것을 특징으로 한다.In addition, the line width of each word line is twice or more than the spacing between adjacent word lines, the spacing between the word line is characterized in that 2 ~ 50 nm.
그리고, 상기 각 전하저장 노드를 정의하는 상기 각 비트라인의 선폭도 이웃한 비트라인 사이 간격보다 큰 것으로, 보다 구체적으로 2배 이상 큰 것으로 한 것을 특징으로 한다.In addition, the line width of each bit line defining each of the charge storage nodes is larger than an interval between neighboring bit lines, more specifically, it is characterized in that it is more than twice as large.
한편, 확장된 전하저장 노드를 갖는 낸드 플래시 메모리 어레이의 제조방법은 소정의 반도체 기판에 복수개의 비트라인을 정의하는 제 1 단계와; 상기 복수개 의 비트라인이 형성된 기판상에 다중유전층, 게이트 물질 및 제 1 하드마스크 물질을 순차 적층하는 제 2 단계와; 상기 제 1 하드마스크 물질을 식각하여 최소 크기(minimum feature size)의 폭과 간격을 갖는 제 1 하드마스크를 형성하는 제 3 단계와; 상기 기판 상에 상기 게이트 물질과 식각률이 다른 물질을 증착하고 식각하여 상기 제 1 하드마스크 측면에 제 1 측벽을 형성하는 제 4 단계와; 상기 제 1 하드마스크 및 상기 제 1 측벽을 식각 마스크로 이용하며 상기 게이트 물질을 식각하여 복수개의 워드라인을 형성하는 제 5 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Meanwhile, a method of manufacturing a NAND flash memory array having an extended charge storage node includes a first step of defining a plurality of bit lines in a predetermined semiconductor substrate; A second step of sequentially stacking a multi-dielectric layer, a gate material, and a first hard mask material on the substrate on which the plurality of bit lines are formed; Etching the first hardmask material to form a first hardmask having a width and a spacing of a minimum feature size; Depositing and etching a material having an etch rate different from that of the gate material on the substrate to form a first sidewall on a side of the first hard mask; And using a first hard mask and the first sidewall as an etch mask and etching the gate material to form a plurality of word lines.
또한, 상기 제 1 단계의 복수개 비트라인은, 상기 기판에 제 2 하드마스크 물질을 증착하고 식각하여 최소 크기(minimum feature size)의 폭과 간격을 갖는 제 2 하드마스크를 형성하는 단계와; 상기 기판 상에 상기 기판의 반도체 물질과 식각률이 다른 물질을 증착하고 식각하여 상기 제 2 하드마스크 측면에 제 2 측벽을 형성하는 단계와; 상기 제 2 하드마스크 및 상기 제 2 측벽을 식각 마스크로 이용하며 상기 기판을 식각하여 분리 트렌치를 형성하는 단계를 거쳐 정의되는 것을 특징으로 한다. The plurality of bit lines of the first step may include depositing and etching a second hard mask material on the substrate to form a second hard mask having a width and a spacing of a minimum feature size; Depositing and etching a material having an etch rate different from that of the semiconductor material of the substrate to form a second sidewall on a side of the second hard mask; And using the second hard mask and the second sidewall as an etch mask and etching the substrate to form an isolation trench.
본 발명에 의한 에레이 구조는 메모리의 집적도를 동일하게 유지하더라도 워드라인 및/또는 비트라인의 폭을 각각의 간격보다 넓게 함으로써, 메모리 셀의 소형화에 따른 문제점(단채널효과, SS slope, retention 특성 등)을 근본적으로 해결한 효과가 있다.According to the present invention, the array structure according to the present invention has the problem of miniaturization of memory cells by making the widths of word lines and / or bit lines wider than their respective intervals, even though the memory density remains the same. ) Is a fundamental solution to the problem.
또한, 본 발명에 의한 어레이 제조방법은 기존 공정을 그대로 이용하면서도, 측벽공정을 통하여 워드라인 및/또는 비트라인의 간격을 사진식각상 허용되는 minimum feature size 이하로 얼마든지 더 줄일 수 있고, 상기 줄어든 길이만큼 워드라인 및/또는 비트라인 폭을 늘여, 경제적으로 용이하게 확장된 전하저장 노드를 갖는 낸드 플래시 메모리 어레이를 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, the method of manufacturing an array according to the present invention can reduce the spacing of word lines and / or bit lines to less than the minimum feature size that is allowed in the photo etch through the sidewall process while using the existing process as it is, and the reduced By increasing the word line and / or bit line width by the length, there is an effect that a NAND flash memory array having a charge storage node can be economically easily expanded.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 9는 본 발명에 의한 확장된 전하저장 노드를 갖는 낸드 플래시 메모리 어레이 제조방법에 관한 제 1 실시예를 보여주기 위한 공정사시도이고, 도 10은 본 발명에 의한 제조방법의 제 1 실시예에 따라 제조된 어레이 구조를 보여주는 사시도이고, 도 11은 도 10에 의한 단면(b)을 종래 것(a)과 대비한 비교 단면도이고, 도 12 및 도 13은 본 발명에 의한 제조방법에 관한 제 2 실시예를 보여주기 위한 공정사시도이고, 도 14는 본 발명에 의한 제조방법의 제 2 실시예에 따라 제조된 어레이 구조를 보여주는 사시도이고, 도 15 내지 도 21은 시뮬레이션에 의한 구조나 전기적 특성을 보여주는 도면이다.1 to 9 are process perspective views showing a first embodiment of a method for manufacturing a NAND flash memory array having an extended charge storage node according to the present invention, and FIG. 10 is a first embodiment of the manufacturing method according to the present invention. 11 is a perspective view showing an array structure manufactured according to an example, and FIG. 11 is a cross-sectional view comparing the cross section (b) of FIG. 10 with the conventional one (a), and FIGS. 12 and 13 are related to the manufacturing method according to the present invention. 14 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention, FIG. 14 is a perspective view showing an array structure manufactured according to a second embodiment of the manufacturing method according to the present invention, and FIGS. 15 to 21 are structural and electrical characteristics by simulation. The figure showing.
우선, 본 발명에 의한 확장된 전하저장 노드를 갖는 낸드 플래시 메모리 어레이는, 도 10 및 도 11과 같이, 각 비트라인(BL1)(BL2)(BL3)과 수직하게 교차하는 복수개의 워드라인(WL1, WL2, WL3) 사이에서 정의된 복수개의 전하저장 노드를 갖는 메모리 셀들이 상기 각 비트라인을 따라 전기적으로 직렬 연결된 구성을 갖는 낸드 플래시 메모리 어레이에 있어서, 상기 각 전하저장 노드를 정의하는 상기 각 워드라인의 선폭(Lg')은 이웃한 워드라인 사이 간격(Wgap')보다 큰 것을 특징으로 한다.First, a NAND flash memory array having an extended charge storage node according to the present invention includes a plurality of word lines WL1 perpendicularly intersecting each bit line BL1, BL2, and BL3, as shown in FIGS. 10 and 11. A NAND flash memory array having a configuration in which memory cells having a plurality of charge storage nodes defined between WL2 and WL3 are electrically connected in series along each bit line, wherein each word defining each charge storage node is defined. The line width Lg 'of the line is larger than the gap Wgap' between neighboring word lines.
즉, 도 11에서 확인되는 것과 같이, 메모리 셀 하나가 차지하는 길이는 1 pitch로 종래와 동일하게 유지하지만 워드라인의 선폭은 종래보다 커지고(Lg'>Lg), 이웃한 워드라인 사이의 간격은 종래보다 작게 하여(Wgap'<Wgap) 각 셀의 전하저장 노드를 비트라인 방향으로 확장시킨 것이 특징이다.That is, as shown in FIG. 11, one memory cell occupies one pitch and remains the same as before, but the line width of the word line is larger than the conventional one (Lg '> Lg), and the distance between neighboring word lines is conventional. It is characterized in that the charge storage node of each cell is extended in the bit line direction by making it smaller (Wgap '<Wgap).
이렇게 함으로써, 각 워드라인의 컨택 마진(contact margin)을 증가시킬 수 있고, 컨택 저항을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.By doing so, the contact margin of each word line can be increased and the contact resistance can be reduced.
또한, 상기와 같이 워드라인의 선폭을 확장시킬 경우 각 셀의 게이트 물리적 길이가 증가하게 되어 단채널효과를 상당히 억제할 수 있고, sub-threshold slope을 획기적으로 증가시킬 수 있는 장점도 있다.In addition, when the line width of the word line is expanded as described above, the gate physical length of each cell is increased, so that the short channel effect can be significantly suppressed, and the sub-threshold slope can be significantly increased.
상기와 같은 전기적 특성을 확인하기 위하여, 도 15와 같은 구조로 시뮬레이션하여 도 16과 같은 결과를 얻었다.In order to confirm the electrical characteristics as described above, simulations with the structure as shown in FIG.
이를 통해 반피치(half pitch: minimum feature size)가 30 nm 에서 워드라인의 선폭(Lg')을 50 nm로 확장시켰을 경우, 확장시키기 전보다 sub-threshold slope이 획기적으로 증가됨을 알 수 있다. Through this, when the half pitch (minimum feature size) is extended to the line width (Lg ') of the word line to 50 nm at 30 nm, it can be seen that the sub-threshold slope is significantly increased than before expansion.
상기 실시예에서 각 워드라인의 선폭(Lg')은 이웃한 워드라인 사이 간격(Wgap')보다 2배 이상으로 함이 바람직한데, 이는 각 셀의 소스/드레인 형성 방법 및 이웃 셀과의 간섭문제를 고려하여 결정된 워드라인 사이 간격(Wgap')에 의존 하게 된다.In the above embodiment, the line width Lg 'of each word line is preferably more than twice the spacing between adjacent word lines Wgap', which is a source / drain formation method of each cell and an interference problem with neighbor cells. It depends on the gap between the word lines (Wgap ') determined in consideration of.
즉, 도 9와 같이, 각 셀의 소스/드레인(86)을 불순물 이온주입으로 형성시킬 경우에는 상기 워드라인 사이 간격(Wgap')은 50 nm 이상도 가능하나, 도 13과 같이, 이웃 워드라인의 패스전압(Vpass)에 의한 프린징 필드(fringing field; 66)에 의하여 전기적으로 각 셀의 소스/드레인을 형성시킬 경우에는 이웃 셀과의 간섭문제도 고려하여 상기 워드라인 사이 간격(Wgap')은 2~50 nm인 것이 바람직하다.That is, as shown in FIG. 9, when the source /
상기 워드라인 사이 간격(Wgap')의 하한인 2 nm는 유전물질의 개발에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.The lower limit of the gap between the word lines Wgap 'may be 2 nm depending on the development of the dielectric material.
도 13과 같이, 프린징 필드(fringing field; 66)에 의한 인버젼(inversion)으로 소스/드레인을 형성시킬때 워드라인 사이 간격에 따른 피크 인버젼 전하를 알아보기 위한 시뮬레이션을 도 17과 같은 구조로 실시하여, 도 18과 같은 결과를 얻었다.As shown in FIG. 13, when the source / drain is formed by the inversion by the
도 18에서 알 수 있는 바와 같이, 동일한 피치에서 이웃 워드라인에 동일한 패스전압(Vpass)을 인가할 경우 워드라인 폭은 증가시키고 워드라인 사이 간격(Gap width)을 줄일때 피크 인버젼 전하는 증가된다.As can be seen in FIG. 18, when the same pass voltage Vpass is applied to neighboring word lines at the same pitch, the peak inversion charge increases when the word line width is increased and the gap width between word lines is decreased.
인버젼으로 소스/드레인을 형성할 경우 일반적으로 유효 채널 길이의 증가로 단채널효과는 상당히 개선하게 되는데, 워드라인 폭을 증가시킬 경우엔 물리적 게이트 길이를 더 증가시키게 되어, 도 19의 시뮬레이션 결과와 같이, sub-threshold slope도 더 증가시킬 수 있게 된다.When the source / drain is formed in inversion, the short channel effect is generally significantly improved by increasing the effective channel length. When the word line width is increased, the physical gate length is further increased. Likewise, the sub-threshold slope can be increased further.
워드라인 폭을 증가시키게 되면, 결국 각 셀의 전하저장 노드 면적이 증가하 게 되어, 도 20의 시뮬레이션 결과와 같이, 보다 많은 전하가 저장하게 되고(도 20에선 약 53% 증가를 보임), 그 결과 저장된 전하가 일부 손실되더라도, 도 21의 시뮬레이션 결과와 같이, 문턱전압의 변화는 크게 일어나지 않게되어 retention 특성을 향상시키게 된다. 이는 특히 레벨당 문턱전압 마진이 적은 multi-level cell (MLC) 구현에 있어, 리드 오류(read error) 발생을 억제하는 효과가 있게 된다.Increasing the word line width eventually increases the charge storage node area of each cell, which results in more charge being stored (as shown in the simulation of FIG. 20, which is increased by about 53%). Even if the resultant stored charge is partially lost, as shown in the simulation result of FIG. 21, the change of the threshold voltage does not occur significantly, thereby improving the retention characteristic. This is particularly effective in suppressing read errors in multi-level cell (MLC) implementations with low threshold voltage margins per level.
상기 실시예에서 상기 각 전하저장 노드를 정의하는 상기 각 비트라인(BL1)(BL2)(BL3)의 선폭도 이웃한 비트라인 사이 간격보다 큰 것으로 하여, 상기 각 전하저장 노드의 면적을 워드라인 방향으로 확장시키는 것이, 상기 각 워드라인의 선폭을 확장시켜 비트라인 방향으로 상기 각 전하저장 노드의 면적을 확장시키는 동일한 이유로 바람직하다. 물론, 이때도 minimum feature size(또는 반피치)는 종전과 동일하다는 조건에서 그러하다.In this embodiment, the line width of each of the bit lines BL1, BL2, and BL3 defining each of the charge storage nodes is also larger than a distance between neighboring bit lines, and thus the area of each charge storage node is in the word line direction. It is preferable to extend the width of each word line for the same reason of extending the area of each charge storage node in the bit line direction. Of course, this is also true under the condition that the minimum feature size (or half pitch) is the same as before.
이 경우도 상기 각 비트라인의 선폭은 이웃한 비트라인 사이 간격보다 2배 이상 큰 것이 보다 바람직하고, 이는 각 비트라인 정의시 이웃 비트라인 간의 전기적 절연문제를 고려하여 결정된 비트라인 사이 간격에 의존하게 된다.In this case, the line width of each bit line is more preferably two times larger than the distance between neighboring bit lines, which is dependent on the interval between bit lines determined in consideration of the electrical insulation between neighboring bit lines when defining each bit line. do.
다음, 본 발명에 의한 확장된 전하저장 노드를 갖는 낸드 플래시 메모리 어레이의 제조방법은 하기와 같다.Next, a method of manufacturing a NAND flash memory array having an extended charge storage node according to the present invention is as follows.
먼저, 소정의 반도체 기판에 복수개의 비트라인을 정의하는 단계(제 1 단계)로, 이는 통상의 방법대로 비트라인 폭과 간격이 동일한 minimum feature size를 갖도록 정의할 수 있으나, 도 1 내지 도 4와 같이, 비트라인의 폭을 비트라인의 간 격보다 크게 정의하는 것이 바람직하다.First, a plurality of bit lines are defined in a predetermined semiconductor substrate (first step), which may be defined to have minimum feature sizes having the same bit line width and spacing as usual, but with FIGS. 1 to 4. Similarly, it is desirable to define the width of the bit line larger than the interval of the bit line.
이어, 도 5와 같이, 상기 복수개의 비트라인이 형성된 기판(10)상에 다중유전층(50), 게이트 물질(60) 및 제 1 하드마스크 물질(70)을 순차 적층한다(제 2 단계).Subsequently, as shown in FIG. 5, the multiple
이때, 상기 다중유전층(50)은 터널링산화막(52)/질화막(54)/블로킹산화막(56)으로 형성되고, 상기 게이트 물질(60)은 도핑된 실리콘계 물질(폴리실리콘 등)이 바람직하고, 상기 제 1 하드마스크 물질(70)은 산화막이 바람직하다.In this case, the multiple
다음, 상기 제 1 하드마스크 물질(70)을 식각하여 최소 크기(minimum feature size)의 폭과 간격을 갖는 제 1 하드마스크(72)를 형성한다(제 3 단계).Next, the first
이어, 상기 기판 상에 상기 게이트 물질(60)과 식각률이 다른 물질을 증착하고 식각하여, 도 12와 같이, 상기 제 1 하드마스크(72) 측면에 제 1 측벽(82)을 형성한다(제 4 단계).Subsequently, a material having an etch rate different from that of the
이때, 상기 게이트 물질(60)과 식각률이 다른 물질 즉, 상기 제 1 측벽(82) 물질은 산화막 또는 질화막으로 할 수 있다.In this case, a material having an etch rate different from that of the
이어, 상기 제 1 하드마스크(72) 및 상기 제 1 측벽(82)을 식각 마스크로 이용하며 상기 게이트 물질(60)을 식각하여, 도 13과 같이, 복수개의 워드라인(64)을 형성한다(제 5 단계). Subsequently, the
상기와 같은 단계를 거치게 되면, 도 13 또는 도 14와 같이, 프린징 필드(66)로 인버젼 소스/드레인을 형성하는 확장된 전하저장 노드를 갖는 낸드 플래시 메모리 어레이를 제조할 수 있게 된다.Through the above steps, as shown in FIG. 13 or 14, a NAND flash memory array having an extended charge storage node forming an inversion source / drain into the
그런데, 상기 제 3 단계와 상기 제 4 단계 사이에는 상기 제 1 하드마스크(72)를 식각 마스크로 이용하며, 도 6과 같이, 상기 게이트 물질(60)을 일정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계를 더 진행한 다음, 상기 제 4 단계의 측벽 공정을 실시하게 되면, 도 7과 같이, 제 1 측벽(80)은 상기 제 1 하드마스크(72)의 측면 및 상기 식각으로 드러난 게이트 물질(62)의 트렌치 측면에 형성된다.However, using the first
이어, 상기 제 1 하드마스크(72) 및 상기 제 1 측벽(80)을 식각 마스크로 이용하며, 도 8과 같이, 상기 게이트 물질(62) 중 나머지 및 상기 다중유전층(50)을 더 식각하여 트렌치(84)를 형성한 다음, 상기 제 1 하드마스크(72) 및 상기 제 1 측벽(80)을 제거한 이후, 상기 기판 상에 이온주입공정을 실시하여, 도 9와 같이, 소스/드레인(86)을 형성하는 단계를 더 포함시키고, 상기 기판 전면에 절연막을 증착하고 평탄화 공정을 거치게 되면 도 10과 같은 어레이를 제조할 수 있게 된다.Subsequently, the first
도 6과 같이, 게이트 물질(60)을 일정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성한 다음, 측벽 공정을 실시함으로써, 게이트 물질(60) 증착 높이를 조절할 수 있고, 이온주입시 tilt를 줄 수 있게 되어, 게이트(워드라인)가 너무 높고 폭이 좁을 때 이온 주입이 잘 되지 않는 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다.As shown in FIG. 6, the
한편, 상기 제 1 단계에서 복수개 비트라인 정의시, 각 비트라인 폭도 비트라인의 간격보다 크게 정의하여 각 메모리 셀의 전하저장 노드 면적이 보다 크게 되도록 제조함이 바람직한데, 이에 관한 구체적인 방법은 하기와 같다.On the other hand, when defining a plurality of bit lines in the first step, it is preferable that the width of each bit line is also defined to be larger than the interval of the bit line to make the charge storage node area of each memory cell larger. same.
우선, 도 1과 같이, 반도체 기판(10)에 제 2 하드마스크 물질(20)을 증착하 고, 감광막(PR) 등을 도포후 사진식각 공정상 가능한 최소 크기(minimum feature size)의 폭과 간격을 갖는 마스크 패턴(30)을 형성한 다음, 상기 패턴(30)을 식각 마스크로 하여 상기 제 2 하드마스크 물질(20)을 식각함으로써, 제 2 하드마스크(30)를 형성한다.First, as shown in FIG. 1, the second
이어, 상기 기판 상에 상기 기판의 반도체 물질과 식각률이 다른 물질(예컨대, 산화막 또는 질화막)을 증착하고 식각하여 상기 제 2 하드마스크 측면에 직접 제 2 측벽을 형성한다.Subsequently, a second sidewall is formed directly on the side surface of the second hard mask by depositing and etching a material (eg, an oxide film or a nitride film) having a different etching rate from that of the semiconductor material of the substrate.
이후, 상기 제 2 하드마스크 및 상기 제 2 측벽을 식각 마스크로 이용하며 상기 기판을 식각하여 분리 트렌치(12)를 형성한다.Thereafter, the second hard mask and the second sidewall are used as an etching mask, and the substrate is etched to form an
상기 분리 트렌치(12) 형성시, 상기 제 2 하드마스크 물질은 일정 깊이만 식각하도록 하여, 즉 도 2와 같이, 상기 제 2 하드마스크 물질에 트렌치(24)를 형성한 다음, 도 3과 같이, 상기 트렌치(24) 측면에 상기 제 2 측벽(40)이 형성되도록 하고, 상기 제 2 하드마스크(22) 및 상기 제 2 측벽(40)을 식각 마스크로 이용하며 남아있는 제 2 하드마스크 물질 및 상기 기판(10)을 순차적으로 식각하여 분리 트렌치를 형성하는 것이 보다 바람직하다.When the
상기 분리 트렌치(12)에는 아무것도 채우지 않고 void로 남겨둘 수도 있으나, 고유전물질로 채우는 것이 바람직하다.The
이상으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 상기 실시예를 기초로 당업자는 균등물로 대체하거나 구성을 한정하며 다양하게 실시할 수 있 는바, 이에 대한 설명은 생략하더라도, 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연하다.As described above, the preferred embodiment of the present invention has been described, but those skilled in the art can be replaced with equivalents or limited to the configuration based on the embodiment, various descriptions, even if the description thereof is omitted, the appended claims It belongs to the scope.
도 1 내지 도 9는 본 발명에 의한 확장된 전하저장 노드를 갖는 낸드 플래시 메모리 어레이 제조방법에 관한 제 1 실시예를 보여주기 위한 공정사시도이고, 1 to 9 are process perspective views for illustrating a first embodiment of a method for manufacturing a NAND flash memory array having an extended charge storage node according to the present invention.
도 10은 본 발명에 의한 제조방법의 제 1 실시예에 따라 제조된 어레이 구조를 보여주는 사시도이고, 10 is a perspective view showing an array structure manufactured according to the first embodiment of the manufacturing method according to the present invention;
도 11은 도 10에 의한 단면(b)을 종래 것(a)과 대비한 비교 단면도이고, FIG. 11 is a cross-sectional view comparing the cross section (b) of FIG. 10 with the conventional one (a),
도 12 및 도 13은 본 발명에 의한 제조방법에 관한 제 2 실시예를 보여주기 위한 공정사시도이고, 12 and 13 are process perspective views for showing a second embodiment of a manufacturing method according to the present invention,
도 14는 본 발명에 의한 제조방법의 제 2 실시예에 따라 제조된 어레이 구조를 보여주는 사시도이고, 14 is a perspective view showing an array structure manufactured according to the second embodiment of the manufacturing method according to the present invention;
도 15 내지 도 21은 시뮬레이션에 의한 구조나 전기적 특성을 보여주는 도면이다.15 to 21 are diagrams showing the structure or electrical characteristics by simulation.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090039601A KR101117604B1 (en) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Nand flash memory array with extended charge storage node and fabrication method of the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090039601A KR101117604B1 (en) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Nand flash memory array with extended charge storage node and fabrication method of the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20100120787A true KR20100120787A (en) | 2010-11-17 |
KR101117604B1 KR101117604B1 (en) | 2012-02-20 |
Family
ID=43406227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020090039601A KR101117604B1 (en) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Nand flash memory array with extended charge storage node and fabrication method of the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101117604B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014066103A1 (en) * | 2012-10-23 | 2014-05-01 | Sandisk Technologies Inc. | Flash memory with data retention partition |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5990509A (en) | 1997-01-22 | 1999-11-23 | International Business Machines Corporation | 2F-square memory cell for gigabit memory applications |
KR100833427B1 (en) * | 2005-06-30 | 2008-05-29 | 주식회사 하이닉스반도체 | Flash memory device capable of improving a characteristic of a data retention |
KR100885787B1 (en) * | 2006-10-31 | 2009-02-26 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method of manufacturing a non-volatile memory device |
-
2009
- 2009-05-07 KR KR1020090039601A patent/KR101117604B1/en active IP Right Grant
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014066103A1 (en) * | 2012-10-23 | 2014-05-01 | Sandisk Technologies Inc. | Flash memory with data retention partition |
US9218881B2 (en) | 2012-10-23 | 2015-12-22 | Sandisk Technologies Inc. | Flash memory blocks with extended data retention |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101117604B1 (en) | 2012-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7687860B2 (en) | Semiconductor device including impurity regions having different cross-sectional shapes | |
KR100966265B1 (en) | Nand flash memory array with cut-off gate line and methods for operating and fabricating the same | |
US7221008B2 (en) | Bitline direction shielding to avoid cross coupling between adjacent cells for NAND flash memory | |
US9214470B2 (en) | Non-volatile memory device with vertical memory cells and method for fabricating the same | |
CN109979818B (en) | Semiconductor device having patterns with different feature sizes and method of fabricating the same | |
KR101604199B1 (en) | Flash memory semiconductor device and method thereof | |
KR20110076221A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
KR100632634B1 (en) | Flash memory device and method for fabricating thereof | |
KR100806785B1 (en) | Methode for Forming Three-Demention Flash Memory Cell | |
US20070212832A1 (en) | Method for making a multibit transistor | |
KR20100111798A (en) | Method for word line double patterning process and nand flash memory array fabricated by the same | |
JP2014053565A (en) | Semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
JP2007073963A (en) | Split-gate nonvolatile storage unit and its manufacturing method | |
KR100784081B1 (en) | flash memory device and method for fabricating the same | |
KR101117604B1 (en) | Nand flash memory array with extended charge storage node and fabrication method of the same | |
US20090098700A1 (en) | Method of fabricating a non-volatile memory device | |
KR101002246B1 (en) | Nor flash memory array with vertical channel builtin fin-split layer | |
KR20100031319A (en) | Nor flash memory array having vertical multi-bitlines and fabrication method for the same | |
KR100843044B1 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
KR100723764B1 (en) | Method of manufacturing a flash memory device | |
KR20080000714A (en) | Nor flash memory device and method for manufacturing the same | |
JP2014053436A (en) | Semiconductor storage device manufacturing method | |
KR100866261B1 (en) | Flash memory device with split gate over recessed channel, flash memory array using the same device and fabricating method of the same | |
US20240081063A1 (en) | Memory devices having improved memory state retention | |
KR100891425B1 (en) | NAND flash memory device |
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 | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150202 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180129 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190828 Year of fee payment: 8 |
|
R401 | Registration of restoration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200203 Year of fee payment: 9 |