説明

抵抗素子を有する半導体装置及びその製造方法

【課題】基準電圧を調整する回路を構成する抵抗素子を有するフラッシュ記憶素子である半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】フラッシュ記憶素子である半導体装置の製造方法は、半導体基板上にトレンチを定義する鋳型パターンMLDPを形成し、鋳型パターンMLDP上にトレンチを横切る抵抗パターンRPを形成し、抵抗パターンRP上に互いに離隔された第1及び第2導電パターン210、220を形成し、第1及び第2導電パターン210、220に各々接続する第1及び第2配線UL1,UL2を形成する段階を有し、第1及び第2導電パターンUL1,UL2は鋳型パターンMLDPの上部に各々形成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、より詳細には、抵抗素子を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
データ貯蔵のための半導体記憶素子は、一般的に揮発性記憶素子(Volatile Memory Device)と不揮発性記憶素子(Non−Volatile Memory Device)に分類できる。揮発性記憶素子は供給される電源が遮断されると、貯蔵されたデータを消失するが、フラッシュ記憶装置のような不揮発性記憶素子は供給電源が遮断されても貯蔵されたデータを維持することができる。
【0003】
フラッシュ記憶素子はデータ貯蔵のための複数個のメモリセルトランジスタを含むセルアレイ領域と、セルトランジスタの駆動のための駆動回路を含む周辺回路領域とを具備する。周辺回路領域にはメモリセルトランジスタのプログラム(program)、消去(erase)、及び読み出し(read)動作において基準電圧(reference voltage:Vref)を調節する回路を構成する抵抗素子が形成され得る。
【0004】
上述の基準電圧を調節するために使用される抵抗素子の場合、その抵抗値が要求された範囲内で安定的に維持されることが要求される。このような要求を満たすためには、抵抗素子の抵抗値は抵抗パターンの抵抗によって支配的に決まり、抵抗パターンと配線との間の接触抵抗による影響は最小化されることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】韓国公開特許2009−20329号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、コンタクト抵抗による影響を減らすことができる抵抗素子を有する半導体装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、コンタクト抵抗による影響を減らすことができる抵抗素子を有する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するためになされた本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成されてトレンチを定義する鋳型パターンと、前記トレンチの底部及び側壁を覆うボディー領域、及び該ボディー領域から前記鋳型パターンの上部に各々延長された第1及び第2コンタクト領域を含む抵抗パターンと、前記第1及び第2コンタクト領域に各々接続される第1及び第2配線と、を有する。
一実施形態によると、前記第1配線と前記第1コンタクト領域との間、及び前記第2配線と前記第2コンタクト領域との間には、各々第1導電パターン及び第2導電パターンが更に配置され得る。
一実施形態によると、前記ボディー領域の底部及び側壁は前記トレンチ上にギャップ領域を定義し、前記ギャップ領域は前記第1及び第2コンタクト領域の上部面を露出させる絶縁膜構造体によって満たされる。
一実施形態によると、前記半導体基板は前記抵抗パターンが形成される抵抗領域及びメモリセルが配置されるセルアレイ領域を含み、前記メモリセルは前記半導体基板上に順に積層された下部ゲート構造体及び上部ゲート構造体を含み、前記下部ゲート構造体は順に積層されたトンネル絶縁膜及び浮遊ゲート電極を含むことができる。前記鋳型パターンは前記下部ゲート構造体と同一の物質で形成される第1薄膜構造体を含むことができる。
前記上部ゲート構造体は順に積層されたゲート層間絶縁膜、第1制御電極、第2制御電極、及び第3制御電極を含み、前記鋳型パターンは前記ゲート層間絶縁膜及び前記第1制御電極と同一の物質で形成される第2薄膜構造体を更に含むことができる。この時、前記抵抗パターンは前記第2制御電極と同一の物質で形成され得る。
一実施形態によると、前記第1配線と前記第1コンタクト領域との間、及び前記第2配線と前記第2コンタクト領域との間には、各々第1導電パターン及び第2導電パターンが更に配置され得、前記第1及び第2導電パターンは前記第3制御電極と同一の物質で形成され得る。
【0008】
上記他の目的を達成するためになされた本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にトレンチを定義する鋳型パターンを形成する段階と、前記鋳型パターン上に前記トレンチを横切る抵抗パターンを形成する段階と、前記抵抗パターン上に互いに離隔された第1及び第2導電パターンを形成する段階と、前記第1及び第2導電パターンに各々接続される第1及び第2配線を形成する段階と、を有し、前記第1及び第2導電パターンは前記鋳型パターンの上部に各々形成される。
一実施形態によると、前記抵抗パターンを形成する段階は、前記半導体基板上に前記鋳型パターンを覆い、前記トレンチ上にギャップ領域を定義する抵抗膜を形成し、前記抵抗膜上に前記ギャップ領域を満たす埋め込み絶縁膜を形成した後、前記埋め込み絶縁膜をエッチングして前記抵抗膜の上部面を露出させ、前記ギャップ領域を局所的に満たす絶縁膜構造体を形成する段階を含むことができる。この時、前記第1及び第2導電パターンはシリサイド工程を利用して、前記抵抗膜の露出した上部面に局所的に形成されるシリサイドパターンであり得る。
一実施形態によると、前記半導体基板は前記抵抗パターンが形成される抵抗領域及びメモリセルが配置されるセルアレイ領域を含み、前記メモリセルは前記半導体基板上に順に積層された下部ゲート構造体及び上部ゲート構造体を含み、前記下部ゲート構造体は順に積層されたトンネル絶縁膜及び浮遊ゲート電極を含み、前記上部ゲート構造体は順に積層されたゲート層間絶縁膜、第1制御電極、第2制御電極、及び第3制御電極を含むことができる。前記鋳型パターンは前記下部ゲート構造体、前記ゲート層間絶縁膜、及び前記第1制御電極を形成する工程を利用して形成され、前記抵抗パターンは前記第2制御電極を形成する工程を利用して形成され、前記第1及び第2導電パターンは前記第3制御電極を形成する工程を利用して形成され得る。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、トレンチによって提供される段差を利用して形成される抵抗素子が提供される。抵抗素子は抵抗パターン及び抵抗パターンの両端に形成された導電パターンを含む。抵抗パターンは互いに離隔されたコンタクト領域及びこれらの間のボディー領域を含み、導電パターンは抵抗パターンより低い比抵抗を有し、コンタクト領域上に形成される。これによって、上部配線と抵抗パターンとの間の接触抵抗(contac Tresistance)を減少させることができる。
【0010】
これに加えて、導電パターンはトレンチによって提供される段差を利用して抵抗パターンの両端に局所的に形成される。これによって、抵抗素子の全体抵抗値は抵抗パターンのボディー領域の抵抗値によって支配的に決まり、抵抗素子の全体抵抗値に対する接触抵抗の影響を減少させることができる。
【0011】
本発明の一実施形態によれば、抵抗パターンはフラッシュメモリ素子を製造する工程段階を利用して形成され得る。これによって、抵抗パターンは工程段階の追加を最小化しつつ、製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【図2】本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【図3】本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【図4】本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【図5】本発明の第2実施形態による半導体装置のセルアレイ領域及び抵抗素子領域を示す平面図である。
【図6】本発明の第2実施形態による半導体装置のセルアレイ領域及び抵抗素子領域を示す平面図である。
【図7】(a)、(b)は本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図8】(a)、(b)は本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図9】(a)、(b)は本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図10】(a)、(b)は本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図11】(a)、(b)は本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図12】(a)、(b)は本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図13】本発明の一実施形態によるフラッシュメモリ装置を具備するメモリカードの一例を簡略に示すブロック図である。
【図14】本発明の一実施形態によるフラッシュメモリシステムを装着する情報処理システムを簡略に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の抵抗素子を有する半導体装置及びその製造方法を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら説明する。本発明の目的、特徴及び長所は、図面と共に以下の実施形態を通じて容易に理解することができる。本発明は、ここで説明する実施形態に限定されず、他の形態への具体化も可能である。ここで紹介する実施形態は、開示する内容が徹底且つ完全になるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達するために提供するものである。図面において、同一の機能を有する構成要素については同一の参照番号を付す。
【0014】
本明細書で、導電性膜、半導体膜、又は絶縁性膜などのある物質膜が他の物質膜又は基板上にあると言及する場合に、ある物質膜は他の物質膜又は基板上に直接形成されうるか、又はそれらの間に更に他の物質膜が介在し得ることを意味する。また、本明細書の多様な実施形態において、第1、第2、第3などの用語を、多様な部分、物質などを記述するために使用するが、これらの部分が同じ用語によって限定されてはいけない。また、これらの用語は単にある所定部分を他の部分と区別するために使用するだけである。従って、一実施形態で第1部分に言及したことが他の実施形態では第2部分に言及することもある。
【0015】
本明細書で使用する用語「及び/又は」は、これと関連して記載した項目のうち、1つ又はそれ以上の任意の組み合わせ又はあらゆる組み合わせを含む。
【0016】
図1〜図4は、本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【0017】
図1に示すように、鋳型パターンMLDPの下部LM及び上部UMはトレンチTRCを定義する。より詳細には、鋳型パターンMLDPの下部はトレンチTRCの底部TBと、鋳型パターンMLDPの上部UMに相応する間に延長される側壁部TWを画定する。鋳型パターンMLDPの下部LMはトレンチTRCと向き合う鋳型パターンMLDPの表面と関連する鋳型パターンMLDPの上部UMよりZ軸に沿って低い鋳型パターンMLDPの部分と対応する。より詳細には、トレンチTRCは鋳型パターンMLDPの上部UMに相応する間に定義される。鋳型パターンMLDPの上部UMはトレンチTRCの側壁を通って延長される鋳型パターンMLDPの上部UM表面に対応する。
【0018】
抵抗パターンRPは多数のコンタクト領域CRとボディー領域BDとを含む。抵抗パターンRPのコンタクト領域CRはトレンチTRCと向き合う鋳型パターンMLDPの表面とZ軸に沿って鋳型パターンMLDPの相対的により高い部分に配列される。例えば、抵抗パターンRPのコンタクト領域CRは鋳型パターンMLDPの上部に配列され、ボディー領域BDは鋳型パターンMLDPの相対的に低い部分、例えば、トレンチTRCの側壁部TWと底部TBなどに配列される。
【0019】
より詳細に説明すると、例えば、抵抗パターンRPは多数の第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2を含み、ボディー領域BDは第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2の間に延長される。多数の抵抗パターンRPを含む実施形態において、ボディー領域BDの各々は第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2に対応する間に延長される。第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2は互いに離隔されて配置される。図2に示すように、ボディー領域BDは、例えばトレンチTRCの底部又は側壁部の表面に沿って第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2に各々相応する間に延長される。第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2は鋳型パターンMLDPの上部UMの一部とトレンチTRCの側壁部の上部の両端を覆う。また、抵抗パターンRPの上部UMの表面に該当する部分はトレンチTRC内のギャップ領域GRを定義する。
【0020】
抵抗パターンRPは実質的にコンフォーマルな厚さに形成される。従って、抵抗パターンRPの第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2はボディー領域BDの上部面よりX軸に沿って実質的に更に高い上部面を有する。
【0021】
図示したように、トレンチTRCを横切る多数の抵抗パターンRPは鋳型パターンMLDP上に形成される。抵抗パターンRPは少なくとも一つ以上の導電物を含む。より詳細には、例えば抵抗パターンRPは多結晶シリコン、金属、金属シリサイド、及び/又は金属窒化物を含むことができる。
【0022】
図3及び図4に示すように、抵抗パターンRPが形成された結果物上に絶縁膜200を形成した後、絶縁膜200をエッチングして抵抗パターンRPの上部面を露出させる。露出した抵抗パターンRP上に導電パターン210及びプラグ220を形成した後、プラグ220に接続する上部配線UL1、UL2を形成する。
【0023】
絶縁膜200をエッチングする段階は、湿式全面エッチング、乾式全面エッチング、及び化学機械的研磨のうちの1つの方法を用いて実施することができる。導電パターン210は、露出した抵抗パターンRPの上部面上に局所的に形成され、抵抗パターンRPより低い比抵抗を有する物質のうちの少なくとも一つで形成される。一実施形態によると、抵抗パターンRPは多結晶シリコン膜であり、導電パターン210はシリサイド膜であり得る。
【0024】
プラグ220及び上部配線UL1、UL2は抵抗パターンRPより低い比抵抗を有する導電性物質のうちの少なくとも一つ(例えば、金属性物質)である。一実施形態によると、上部配線のうちの1つ(例えば、UL1)は、抵抗パターンRPの第1コンタクト領域CR1上に形成された導電パターン210に電気的に接続され、上部配線のうちの他の一つ(例えば、UL2)は、抵抗パターンRPの第2コンタクト領域CR2上に形成された導電パターン210に電気的に接続される。即ち、上部配線UL1、UL2は、抵抗パターンRPの両端に接続され、これは電気的に互いに分離可能である。
【0025】
一実施形態によると、抵抗パターンRPは多結晶シリコン膜であり、導電パターン210は自己整列シリサイド形成技術を用いて形成されるシリサイド膜であり得る。上述のように、抵抗パターンRPの第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2はボディー領域BDの上部面より高い位置に形成される上部面を有する。従って、自己整列シリサイド形成技術が使用される場合、導電パターン210が形成される領域は抵抗パターンRPの第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2の上部に画定される。即ち、導電パターン210は抵抗パターンRPのボディー領域BD上には形成されない。
【0026】
上述のように、導電パターン210は、抵抗パターンRPより低い比抵抗を有し、プラグ220と抵抗パターンRPとの間に配置される。これによって、プラグ220と抵抗パターンRPとの間の接触抵抗(contact resistance)は減少する。これに加えて、導電パターン210は、抵抗パターンRPのボディー領域BD上には形成されずに、第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2の上部に局所的に形成される。これによって、この実施形態による抵抗素子の全体抵抗値は抵抗パターンRPのボディー領域BDの抵抗値によって支配的に決められる。即ち、抵抗素子の全体抵抗値に対するプラグ220と抵抗パターンRPとの間の接触抵抗(contact resistance)の影響を減少させることができる。
【0027】
図5及び図6は、本発明の第2実施形態による半導体装置のセルアレイ領域及び抵抗素子領域を示す平面図である。具体的に、図5及び図6は、本発明をNANDフラッシュメモリ装置に実現するために適用した実施形態に関する図として、図5は、NANDフラッシュメモリ装置のセルアレイ領域の一部を示す平面図であり、図6は、NANDフラッシュメモリ装置の抵抗素子領域を示す平面図である。
【0028】
図5に示すように、活性領域ACTを定義する素子分離膜パターン109がセルアレイ領域に配置される。活性領域ACT上には素子分離膜パターン109を横切るゲートライン構造体が配置される。ゲートライン構造体は、ストリング選択ラインSSL、接地選択ラインGSL、及びこれらの間に配置される複数のワードラインWLを含む。ゲートライン構造体の一側には活性領域ACTに接続されるビットラインプラグ220が配置され、その他側には、素子分離膜パターン109を横切り、活性領域ACTに接続される共通ソースラインCSLが配置される。ゲートライン構造体の上部には、ビットラインプラグ220を通じて活性領域ACTに接続され、ワードラインWLを横切るビットラインBLが配置される。
【0029】
ワードラインWLはメモリセルトランジスタのゲート電極として用いられ、接地選択ラインGSLは共通ソースラインとメモリセルトランジスタとの間の電気的接続を制御する接地選択トランジスタのゲート電極として用いられ、ストリング選択ラインSSLはビットラインBLとメモリセルトランジスタとの間の電気的接続を制御するストリング選択トランジスタのゲート電極として用いられる。
【0030】
図6に示すように、互いに離隔された接続領域C1、C2を定義する素子分離膜パターン109が抵抗素子領域に形成される。素子分離膜パターン109を横切る少なくとも一つの抵抗パターンRPが配置される。抵抗パターンRPは、接続領域C1、C2上に各々形成される第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2、及びこれらの間に形成されるボディー領域BDを含む。接続領域C1、C2の上部には、第1コンタクト領域CR1を接続する第1上部配線UL1、及び第2コンタクト領域CR2を接続する第2上部配線UL2が配置される。
【0031】
抵抗パターンRPは、導電性物質のうちの少なくとも一つを含み、一実施形態によると、多結晶シリコン、金属膜、金属シリサイド、及び金属窒化物のうちの少なくとも一つを含むことができる。第1上部配線UL1と抵抗パターンRPの第1コンタクト領域CR1との間、及び第2上部配線UL2と抵抗パターンRPの第2コンタクト領域CR2との間には、抵抗パターンRPより低い比抵抗を有する導電パターン210が配置される。
【0032】
接続領域C1、C2の間には抵抗パターンRPを横切るトレンチTRCが形成され、抵抗パターンRPのボディー領域BDは、トレンチTRCの内壁を覆い、抵抗パターンRPを横切るギャップ領域GRを定義する。ギャップ領域GRはキャッピングパターン165及び埋め込み絶縁膜180によって満たされる。
【0033】
一実施形態によると、導電パターン210は接続領域C1、C2の上部からギャップ領域GRの境界まで延長され得る。しかし、導電パターン210は、ギャップ領域GRの外部に形成され、抵抗パターンRPのボディー領域BD上には形成されないこともある。
【0034】
図7(a)〜図12(b)は、本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法を示す断面図である。具体的に、図7(a)〜図12(a)は、図5の点線I−I’に沿って見せる断面、 図7(b)〜図12(b)は、図6の点線II−II’に沿って見せる断面であり、工程順序によって示す断面図である。
【0035】
図7(a)及び図7(b)に示すように、セルアレイ領域及び抵抗素子領域を含む半導体基板100が提供される。セルアレイ領域で活性領域ACTを定義し、抵抗素子領域で第1及び第2接続領域C1、C2を定義する素子分離膜パターン109を形成する。活性領域ACT、第1及び第2接続領域C1、C2上には、順に積層されたトンネル絶縁膜110及び浮遊ゲート導電膜120が形成される。
【0036】
素子分離膜パターン109を形成する段階は、活性領域ACT、第1及び第2接続領域C1、C2を定義する素子分離トレンチ105を形成する段階と、素子分離トレンチ105を満たす素子分離膜を形成する段階と、素子分離膜を平坦化エッチングする段階とを含む。一実施形態によると、素子分離トレンチ105を形成する段階は、半導体基板100上に素子分離膜パターン109が形成される領域で半導体基板100の上部面を露出させるトンネル絶縁膜110及び浮遊ゲート導電膜120を形成する段階と、これらをエッチングマスクとして用いて半導体基板100の露出した上部面をエッチングする段階とを含む。他の実施形態によると、トンネル絶縁膜110及び浮遊ゲート導電膜120は素子分離膜パターン109を形成した後形成されることもある。
【0037】
一実施形態によると、半導体基板100は単結晶シリコンウェーハであり得る。トンネル絶縁膜110は熱酸化工程を用いて形成されるシリコン酸化膜であり得る。浮遊ゲート導電膜120は多結晶シリコン膜であり得る。素子分離膜パターン109はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜、及びシリコン膜のうちの少なくとも一つを含むことができる。例えば、素子分離膜パターン109は素子分離トレンチ105の内壁を覆う熱酸化膜、シリコン窒化膜ライナー、及び高密度プラズマ酸化膜で形成される埋め込み絶縁膜を含むことができる。しかし、薄膜の物質に対する上述の説明は本発明を実現するための例を例示的に説明するために提供され、多様に変形可能である。例えば、トンネル絶縁膜110は高誘電膜のうちの少なくとも一つを含むことができ、浮遊ゲート導電膜120を電荷トラップサイトが豊かな絶縁性薄膜(例えば、シリコン窒化膜)に置き換える実施形態の変形も可能である。
【0038】
図8(a)及び図8(b)に示すように、浮遊ゲート導電膜120及び素子分離膜パターン109が形成された結果物上にゲート層間絶縁膜130及び第1導電膜140を順に形成した後、これらをパターニングして浮遊ゲート導電膜120の上部面を露出させる第1開口部O1を形成する。第1開口部O1は、セルアレイ領域内に、より具体的には、ストリング及び接地選択ラインSSL、GSLが形成される位置に形成される。
【0039】
ゲート層間絶縁膜130はシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のうちの少なくとも一つを含むことができる。例えば、ゲート層間絶縁膜130は順に積層されたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸化膜を含むことができる。浮遊ゲート導電膜120を電荷トラップサイトが豊かな絶縁性薄膜に形成する上述の他の実施形態によると、ゲート層間絶縁膜130は高誘電膜のうちの1つ(例えば、アルミニウム酸化膜)で形成することができる。第1導電膜140は導電性物質のうちの一つであり得る。一実施形態によると、多結晶シリコンであり得る。
【0040】
本実施形態によると、抵抗素子領域の素子分離膜パターン109の上部面をリセスして、トレンチTRCを形成する。トレンチTRCは第1開口部O1を形成する工程を利用して形成することができる。例えば、第1開口部O1を形成する段階は、抵抗素子領域の素子分離膜パターン109の上部で、ゲート層間絶縁膜130及び第1導電膜140をエッチングして抵抗素子領域の素子分離膜パターン109を露出させる段階を含む。次に、浮遊ゲート導電膜120に対してエッチング選択性を有するエッチングレシピを使用して露出した素子分離膜パターン109を異方性エッチングする。その結果、第1及び第2接続領域C1、C2の間にはトレンチTRCが形成される。図示したように、トレンチTRCの内壁は素子分離トレンチ105の内壁か離隔されて形成される。
【0041】
上述の実施形態によると、素子分離膜パターン109はその中央部の上部面に形成されるトレンチTRCによって、“U”字形に形成される。即ち、素子分離膜パターン109は、トレンチTRCの下に形成される中央部、及び中央部から素子分離トレンチ105とトレンチTRCの内側壁との間に延長された側壁部を有する。
【0042】
図9(a)及び図9(b)に示すように、トレンチTRCが形成された結果物上に、第2導電膜150及びキャッピング膜160を順に形成する。第2導電膜150は導電性物質のうちの1つ(例えば、多結晶シリコン)である。一実施形態によると、第2導電膜150は本発明による抵抗素子を構成する抵抗パターンとして使用することができる。このような実施形態によると、第2導電膜150は所定の不純物濃度でドーピングされた多結晶シリコンであり得、不純物濃度は抵抗素子の要求された抵抗値を実現するように選択される。キャッピング膜160は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、及びシリコン酸化窒化膜のうちの少なくとも一つを含むことができる。
【0043】
第2導電膜150はトレンチTRCが形成された結果物をコンフォーマルに覆うように形成される。これによって、素子分離膜パターン109上に形成されたトレンチTRCが第2導電膜150の上部面に転写された結果として、トレンチTRCの上部には第2導電膜150によって定義されるギャップ領域GRが形成される。ギャップ領域GRがトレンチTRCの上部に存在するように、第2導電膜150はトレンチTRCの幅の半分より薄い厚さで形成され得る。
【0044】
上述のように、第1開口部O1は、セルアレイ領域で(より具体的にはストリング及び接地選択ラインSSL、GSLが形成される位置で)浮遊ゲート導電膜120の上部面を露出させるように形成されるので、第2導電膜150は第1開口部O1を通じて浮遊ゲート導電膜120に直接接触するように形成される。
【0045】
一方、本発明の変形された実施形態によると、第1導電膜140なしに、第2導電膜150がゲート層間絶縁膜130上に直接形成され得る。
【0046】
図10(a)及び図10(b)に示すように、キャッピング膜160、第2導電膜150、第1導電膜140、ゲート層間絶縁膜130、及び浮遊ゲート導電膜120を順にパターニングし、セルアレイ領域上にゲートライン構造体を形成する。この段階はキャッピング膜160をパターニングしてセルアレイ領域で第2導電膜150の上部面を露出させるキャッピングパターン165を形成する段階と、キャッピングパターン165をエッチングマスクとして用いてゲートライン構造体を形成する段階とを含む。
【0047】
ゲートライン構造体はストリング選択トランジスタSSTのゲート電極として用いられるストリング選択ラインSSL、接地選択トランジスタのゲート電極として用いられる接地選択ラインGSL、及びこれらの間に配置されてメモリセルトランジスタMCTのゲート電極として用いられる複数のワードラインWLを含む。
【0048】
一実施形態によると、キャッピングパターン165は抵抗素子領域で素子分離膜パターン109を横切るように形成される。これによって、抵抗素子領域の第2導電膜150は図2及び図6に示したように、トレンチTRCを横切るように形成される。
【0049】
次に、ゲートライン構造体をイオンマスクとして用いて半導体基板100内に不純物領域170を形成する段階を更に実施する。不純物領域170はメモリセルトランジスタMCTをストリング選択トランジスタSST及び接地選択トランジスタに直列に接続させる電流経路を形成する。
【0050】
図11(a)及び図11(b)に示すように、不純物領域170が形成された結果物上に埋め込み絶縁膜180を形成し、埋め込み絶縁膜180及びキャッピングパターン165をエッチングして第2導電膜150の上部面を露出させた後、第2導電膜150の露出した上部面に導電パターン210を形成する。
【0051】
埋め込み絶縁膜180はシリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、シリコン窒化膜、及び低誘電膜のうちの少なくとも一つで形成され、優れた段差塗布性(step coverage)を提供することができる蒸着技術(例えば、化学気相蒸着又はスピンオンガラス技術)を利用して形成され得る。
【0052】
第2導電膜150の上部面を露出させる段階は、化学機械的研磨工程(Chemical−Mechanical Polishing:CMP)、又は乾式又は湿式エッチバック(dry or wet Etch−Back)技術のうちの少なくとも一つを用いて埋め込み絶縁膜180をエッチングする段階と、化学機械的研磨工程、又は乾式又は湿式エチバック技術のうちの1つを用いて第2導電膜150の上部でキャッピングパターン165を除去する段階とを含む。その結果として、抵抗素子領域の第2導電膜150はキャッピングパターン165及び埋め込み絶縁膜180によって満たされたギャップ領域GRの周りのみで露出する。
【0053】
導電パターン210は、導電パターン210と第2導電膜150との間でオーミック接触特性を実現することができる物質で形成される。一実施形態によると、導電パターン210は自己整列シリサイド形成工程を利用して形成されるシリサイド化合物のうちの1つ(例えば、タングステンシリサイド(WxSi)、チタンシリサイド(TixSi)、及びコバルトシリサイド(oxSi)のうちの1つ)であり得る。自己整列シリサイド形成工程は金属膜を形成する段階と、金属膜の金属原子と第2導電膜150のシリコン原子とを反応させることによってシリサイド膜を形成する段階と、シリサイド化反応(silicidation reaction)に参与しない金属膜を除去する段階とを含む。これに加えて、シリサイド膜を形成した後、シリサイドの比抵抗を減少させるための熱処理段階を更に実施することができる。この場合、第2導電膜150が露出するギャップ領域GRの周辺のみで導電パターン210が選択的に形成され得る。他の実施形態によると、導電パターン210は金属膜蒸着段階及び金属膜パターニング段階を通じて形成され得る。この場合、金属膜パターニング段階はギャップ領域の上部で蒸着された金属膜を除去する段階を含むことができる。
【0054】
図12(a)及び図12(b)に示すように、導電パターン210が形成された結果物上に層間絶縁膜185を形成した後、層間絶縁膜185を貫通するプラグ220、及びプラグ220に接続される配線を形成する。
【0055】
プラグ220は導電パターン210又は不純物領域170に接続され、配線は抵抗素子領域に配置される第1及び第2上部配線UL1、UL2、及びメモリセルアレイ領域に配置されるビットラインBLを含む。第1及び第2上部配線UL1、UL2は各々プラグ220を通じて抵抗素子領域の第1及び第2接続領域C1、C2で導電パターン210に接続され、ビットラインBLはメモリセルアレイ領域の不純物領域170に接続されるプラグ220に接続される。
【0056】
再び図5、図6、図12(a)及び図12(b)を参照すると、本発明の第2実施形態による半導体装置は半導体基板100のセルアレイ領域及び抵抗素子領域に各々形成されるセルアレイ構造体及び抵抗素子構造体を含む。
【0057】
抵抗素子構造体は、トレンチTRCを横切る少なくとも一つの抵抗パターンRP、及び抵抗パターンRPの所定領域に局所的に形成された導電パターン210を含む。抵抗パターンRPは多結晶シリコン膜であり、導電パターン210はシリサイド膜の一つであり得る。 図12(a)及び図12(b)を参照して説明した実施形態によると、トレンチTRCは素子分離膜パターン109の上部面に形成される底面及び側壁を有するリセス領域である。抵抗素子のための抵抗パターンRPは第2導電膜150に形成される。
【0058】
抵抗パターンRPは互いに離隔された第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2及びこれらの間のボディー領域BDを含む。ボディー領域BDの上部面は第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2の上部面より低く形成される。その結果として、第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2の間には、ボディー領域BDによって定義されるギャップ領域GRが存在する。ギャップ領域GRは絶縁性物質のキャッピングパターン165、埋め込み絶縁膜180で満たされる。
【0059】
ボディー領域BDと第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2の上部面との間の高さの差は図1を参照して説明した鋳型パターンMLDPを利用することによって実現することができる。例えば、トレンチTRCが形成された上部面を有する素子分離膜パターン109はこのような段差の実現のための鋳型パターンMLDPとして使用され得る。これに加えて、図12を参照して説明した実施形態によると、第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2で、半導体基板100と第2導電膜150との間に配置されるパターニングされた薄膜110、120、130、140も鋳型パターンMLDPとして使用され得る。
【0060】
導電パターン210は抵抗パターンRPの第1及び第2コンタクト領域CR1、CR2の上部に局所的に形成される。即ち、導電パターン210は抵抗パターンRPのボディー領域BD上には形成されない。これによって、抵抗素子の全体抵抗値は抵抗パターンRPのボディー領域BDの抵抗値によって支配的に決まる。即ち、抵抗素子の全体抵抗値に対するプラグ220と抵抗パターンRPとの間の接触抵抗(contact resistance)の影響を減少させることができる。ボディー領域BDの抵抗値は第2導電膜150の比抵抗、第2導電膜150の厚さ、及び第1及び第2接続領域C1、C2の間の距離のうちの少なくとも一つを調節することによって制御できる。第2導電膜150の比抵抗は結晶構造及び不純物濃度などを制御することによって調節できる。
【0061】
図13は、本発明の一実施形態によるフラッシュメモリ装置を具備するメモリカード1200の一例を簡略に示すブロック図である。図13に示すように、高容量のデータ貯蔵能力を支援するためのメモリカード1200は、本発明によるフラッシュメモリ装置1210を装着する。本実施形態によるメモリカード1200はホスト(Host)とフラッシュメモリ装置1210との間のあらゆるデータ交換を制御するメモリコントローラ1220を含む。
【0062】
SRAM1221はプロセッシングユニット1222の動作メモリとして使用される。ホストインターフェース1223はメモリカード1200と接続されるホストのデータ交換プロトコルを具備する。エラー訂正ブロック1224はマルチビットフラッシュメモリ装置1210から読み出されたデータに含まれるエラーを検出及び訂正する。メモリインターフェース1225は本発明のフラッシュメモリ装置1210とインターフェーシングする。プロセッシングユニット1222はメモリコントローラ1220のデータ交換のためのあらゆる制御動作を実行する。図示しないが、本実施形態によるメモリカード1200はホスト(Host)とのインターフェーシングのためのコードデータを貯蔵するROM(図示せず)などが更に提供され得ることはこの分野の通常的な知識を習得した者等に自明である。
【0063】
以上の本発明のフラッシュメモリ装置及びメモリカード又はメモリシステムによると、ダミーセルの消去特性が改善したフラッシュメモリ装置1210を通じて信頼性の高いメモリシステムを提供することができる。特に、最近活発に進められている半導体ディスク装置(Solid State Disk:以下SSD)のようなメモリシステムで本発明のフラッシュメモリ装置が提供され得る。この場合、ダミーセルから惹起される読み出しエラーを遮断することによって、信頼性の高いメモリシステムを実現することができる。
【0064】
図14は、本発明の一実施形態によるフラッシュメモリシステム1310を装着する情報処理システム1300を簡略に示すブロック図である。図14に示すように、モバイル機器やデスクトップコンピュータのような情報処理システムに本発明のフラッシュメモリシステム1310が装着される。本実施形態による情報処理システム1300は、フラッシュメモリシステム1310と各々システムバス1360に電気的に接続されたモデム1320、中央処理装置1330、RAM1340、ユーザインターフェース1350を含む。フラッシュメモリシステム1310は上述のメモリシステム又はフラッシュメモリシステムと実質的に同一に構成される。フラッシュメモリシステム1310には中央処理装置1330によって処理されたデータ又は外部から入力されたデータが貯蔵される。ここで、上述のフラッシュメモリシステム1310が半導体ディスク装置SSDで構成され得る。この場合、情報処理システム1300は大容量のデータをフラッシュメモリシステム1310に安定的に貯蔵することができる。そして信頼性の増大によって、フラッシュメモリシステム1310はエラー訂正に必要となる資源を節減することができるので、高速のデータ交換機能を情報処理システム1300に提供する。図示しないが、本実施形態による情報処理システム1300に応用チップセット(Application Chipset)、カメライメージプロセッサ(Camera Image Processor:CIS)、入出力装置などが更に提供され得ることはこの分野の通常的な知識を習得した者等に自明である。
【0065】
また、本発明によるフラッシュメモリ装置又はメモリシステムは多様な形態にパッケージ化して実装され得る。例えば、本発明によるフラッシュメモリ装置又はメモリシステムは、 PoP(Package on Package)、Ball grid arrays(BGAs)、Chip scale packages(CSPs)、Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC)、Plastic Dual In−Line Package(PDIP)、Die in Waffle Pack、Die in Wafer Form、Chip On Board(COB)、Ceramic Dual In−Line Package(CERDIP)、Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP)、Thin Quad Flatpack(TQFP)、Small Outline(SOIC)、Shrink Small Outline Package(SSOP)、Thin Small Outline(TSOP)、Thin Quad Flatpack(TQFP)、System In Package(SIP)、Multi Chip Package(MCP)、Wafer−level Fabricated Package(WFP)、Wafer−Level Processed Stack Package(WSP)などのような方式でパッケージ化して実装され得る。
【0066】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0067】
100 半導体基板
105 素子分離トレンチ
109 素子分離膜パターン
110 トンネル絶縁膜
120 浮遊ゲート導電膜
130 ゲート層間絶縁膜
140 第1導電膜
150 第2導電膜
160 キャッピング膜
165 キャッピングパターン
170 不純物領域
180 埋め込み絶縁膜
185 層間絶縁膜
200 絶縁膜
210 導電パターン
220 プラグ
1200 メモリカード
1210 フラッシュメモリ装置
1220、1312 メモリコントローラ
1221 SRAM
1222 プロセッシングユニット(CPU)
1223 ホストインターフェース
1224 エラー訂正ブロック(ECC)
1225 メモリインターフェース
1300 情報処理システム
1310 フラッシュメモリシステム
1311 フラッシュメモリ
1320 モデム
1330 中央処理装置(CPU)
1340 RAM
1350 ユーザインターフェース
1360 システムバス
GR ギャップ領域
MLDP 鋳型パターン
LM 鋳型パターンの下部
UM 鋳型パターンの上部
RP 抵抗パターン
BD 抵抗パターンのボディー領域
CR1、CR2 抵抗パターンのコンタクト領域
TRC トレンチ
TB トレンチの底部
TW トレンチの側壁部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板上に形成されてトレンチを定義する鋳型パターンと、
前記トレンチの底部及び側壁を覆うボディー領域、及び該ボディー領域から前記鋳型パターンの上部に各々延長された第1及び第2コンタクト領域を含む抵抗パターンと、
前記第1及び第2コンタクト領域に各々接続される第1及び第2配線と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記第1配線と前記第1コンタクト領域との間に配置される第1導電パターンと、
前記第2配線と前記第2コンタクト領域との間に配置される第2導電パターンと、を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記ボディー領域の底部及び側壁は前記トレンチ上にギャップ領域を定義し、
前記第1及び第2コンタクト領域の上部面を露出させ、前記ギャップ領域を満たす絶縁膜構造体を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記半導体基板は前記抵抗パターンが形成される抵抗領域及びメモリセルが配置されるセルアレイ領域を含み、
前記メモリセルは前記半導体基板上に順に積層された下部ゲート構造体及び上部ゲート構造体を含み、
前記下部ゲート構造体は順に積層されたトンネル絶縁膜及び浮遊ゲート電極を含み、
前記鋳型パターンは前記下部ゲート構造体と同一の物質を含む第1薄膜構造体を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記上部ゲート構造体は順に積層されたゲート層間絶縁膜、第1制御電極、第2制御電極、及び第3制御電極を含み、
前記鋳型パターンは前記ゲート層間絶縁膜及び前記第1制御電極と同一の物質で形成される第2薄膜構造体を更に含み、
前記抵抗パターンは前記第2制御電極と同一の物質で形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第1配線と前記第1コンタクト領域との間に配置される第1導電パターンと、
前記第2配線と前記第2コンタクト領域との間に配置される第2導電パターンと、を更に含み、
前記第1及び第2導電パターンは前記第3制御電極と同一の物質で形成されることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記抵抗パターンのボディー領域と前記半導体基板との間に配置される素子分離膜を更に含み、
前記素子分離膜は前記ボディー領域下の中央部及び前記中央部から前記第1薄膜構造体と前記ボディー領域との間に延長された側壁部を含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
【請求項8】
半導体基板上にトレンチを定義する鋳型パターンを形成する段階と、
前記鋳型パターン上に前記トレンチを横切る抵抗パターンを形成する段階と、
前記抵抗パターン上に互いに離隔された第1及び第2導電パターンを形成する段階と、
前記第1及び第2導電パターンに各々接続される第1及び第2配線を形成する段階と、を有し、
前記第1及び第2導電パターンは前記鋳型パターンの上部に各々形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項9】
前記抵抗パターンを形成する段階は、
前記半導体基板上に前記鋳型パターンをコンフォーマルに覆い、前記トレンチ上にギャップ領域を定義する抵抗膜を形成する段階と、
前記抵抗膜上に前記ギャップ領域を満たす埋め込み絶縁膜を形成する段階と、
前記埋め込み絶縁膜をエッチングして前記抵抗膜の上部面を露出させ、前記ギャップ領域を局所的に満たす絶縁膜構造体を形成する段階と、を含み、
前記第1及び第2導電パターンを形成する段階はシリサイド工程を実施して前記露出した抵抗膜の上部面に局所的にシリサイドパターンを形成する段階を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項10】
前記半導体基板は前記抵抗パターンが形成される抵抗領域及びメモリセルが配置されるセルアレイ領域を含み、
前記メモリセルは前記半導体基板上に順に積層された下部ゲート構造体及び上部ゲート構造体を含み、
前記下部ゲート構造体は順に積層されたトンネル絶縁膜及び浮遊ゲート電極を含み、
前記上部ゲート構造体は順に積層されたゲート層間絶縁膜、第1制御電極、第2制御電極、及び第3制御電極を含み、
前記鋳型パターンは前記下部ゲート構造体、前記ゲート層間絶縁膜、及び前記第1制御電極を形成する工程を利用して形成され、
前記抵抗パターンは前記第2制御電極を形成する工程を利用して形成され、
前記第1及び第2導電パターンは前記第3制御電極を形成する工程を利用して形成されることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate

【図10】
image rotate

【図11】
image rotate

【図12】
image rotate

【図13】
image rotate

【図14】
image rotate


【公開番号】特開2011−66418(P2011−66418A)
【公開日】平成23年3月31日(2011.3.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−206717(P2010−206717)
【出願日】平成22年9月15日(2010.9.15)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】SAMSUNG ELECTRONICS CO.,LTD.
【住所又は居所原語表記】416,Maetan−dong,Yeongtong−gu,Suwon−si,Gyeonggi−do 442−742(KR)
【Fターム(参考)】