KR20080051793A - Dual-bit memory device and method manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 메모리 소자를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a memory device according to the prior art.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 비트 메모리 소자를 나타내는 사시도.2 is a perspective view illustrating a dual bit memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 Ⅰ∼Ⅰ' 선상을 취하여 나타낸 단면도.FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 2. FIG.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 비트 메모리 소자의 비트 라인 및 기록 워드 라인을 통해 인가되는 전압과 플립 전극의 굴절 거리간의 관계를 나타낸 그래프.4 is a graph showing a relationship between a voltage applied through a bit line and a write word line and a refractive distance of a flip electrode of a dual bit memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 16은 도 2의 듀얼 비트 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 공정 사시도들.5 through 16 are process perspective views illustrating a method of manufacturing the dual bit memory device of FIG. 2.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 기판 20 : 비트 라인10
30 : 기록 워드 라인 40 : 독출 워드 라인30: write word line 40: read word line
50 : 플립 전극 60 : 제 1 희생막50: flip electrode 60: first sacrificial film
70 : 제 2 희생막 80 : 트랩 사이트70: Second Sacrifice 80: Trap Site
100 : 트렌치100: trench
본 발명은 메모리 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 트렌치(trench)를 중심으로 대칭적으로 형성된 복수개의 플립 전극의 스위칭 동작만으로도 데이터를 기록(write) 및 독출(read)토록 형성된 듀얼 비트 메모리 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 데이터를 저장하기 위해 사용되는 메모리 소자들은 휘발성 메모리 소자와 비휘발성 메모리 소자로 구분될 수 있다. 메모리 소자에 있어서, 먼저 DRAM(Dynamic Random Access Memory)이나 SRAM(Static Random Access Memory)등으로 대표되는 휘발성 메모리 소자는 데이터의 입출력 동작은 빠르지만 전원 공급이 중단됨에 따라 저장된 데이터를 소실하는 특성이 있는 반면에, EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)이나 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)등으로 대표되는 비휘발성 메모리 반도체소자는 데이터의 입출력 동작은 느리지만 전원 공급이 중단되더라도 저장된 데이터가 그대로 유지되는 특성이 있다. In general, memory devices used to store data may be classified into volatile memory devices and nonvolatile memory devices. In the memory device, first, a volatile memory device represented by DRAM (Dynamic Random Access Memory) or SRAM (Static Random Access Memory) has a characteristic of fast data input / output operation but loss of stored data when power supply is interrupted. On the other hand, nonvolatile memory semiconductor devices represented by EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) or EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) are slow in input / output operation of data but retain stored data even when power supply is interrupted. There is this.
한편, 이와 같은 종래 기술에 따른 메모리 소자는 MOS(Metal Oxide Semiconductor)기술을 근간으로 하는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)를 기본적으로 채용하여 이루어져 왔다. 예컨대, 실리콘 재질의 반도체 기판 상에서 적층되는 구조를 갖는 스택 게이트형 트랜지스터 메모리 소자 와, 상기 반도체 기판의 내부로 매립되는 구조를 갖는 트렌치 게이트형 트렌지스터 메모리 소자가 개발되고 있다. 그러나, 상기 MOSFET은 단채널 효과를 방지토록 하기 위해 채널의 폭과 길이를 일정 이상 길이 이상으로 가져가야만 하고, 상기 채널 상단의 게이트 전극과 상기 반도체 기판사이에 형성되는 게이트 절연막의 두께가 극도로 얇아져야 하는 근본적인 문제점 때문에 나노급 초미세 구조의 메모리 소자 구현이 어려운 점이 있다.On the other hand, such a conventional memory device has been made by adopting a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) based on the metal oxide semiconductor (MOS) technology. For example, a stacked gate transistor memory device having a structure stacked on a semiconductor substrate made of silicon and a trench gate transistor memory device having a structure embedded in the semiconductor substrate have been developed. However, in order to prevent the short channel effect, the MOSFET must have a channel width and length of more than a predetermined length, and the thickness of the gate insulating film formed between the gate electrode on the upper end of the channel and the semiconductor substrate is extremely thin. Due to the fundamental problem to be solved, it is difficult to implement a nanoscale ultra-fine memory device.
이러한 이유로 MOSFET를 대체할 만한 구조를 갖는 메모리 소자의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 최근 반도체 기술이 응용되어 발전되고 있는 마이크로 전기 기계 시스템(Micro Electro-Mechanical System : MEMS) 기술 및 나노 전기 기계 시스템(Nano Electro-Mechanical System : NEMS) 기술이 대두되고 있다. 이중에서 탄소 나노튜브가 채용되는 메모리 소자가 미국공개특허 제2004/0181630호에서 수평으로 배열된 나노조직물을 갖는 소자 및 그의 제조방법(Devices having horizontally-disposed nanofabric articles and methods of making)이란 이름으로 개시되어 있다. For this reason, researches on memory devices having structures capable of replacing MOSFETs have been actively conducted. Recently, micro electro-mechanical system (MEMS) technology and nano electro-mechanical system (NEMS) technology, which are being developed by applying semiconductor technology, are emerging. Among them, a memory device employing carbon nanotubes is a device having horizontally-arranged nanostructures in US Patent Application Publication No. 2004/0181630, and its manufacturing method (Devices having horizontally-disposed nanofabric articles and methods of making). Is disclosed.
이하, 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 메모리 소자를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a memory device according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 기술에 따른 메모리 소자를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a memory device according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 메모리 소자는 소정의 간격을 갖고 일방향으로 평행하게 형성된 하부 전극(112) 및 상부 전극(168)과, 상기 하부 전극(112) 및 상부 전극(168)사이에서 각각 이격하여 통과되며, 상기 하부 전극(112) 또는 상 부 전극(168)에서 떨어지거나 접촉되면서 소정의 데이터를 저장토록 형성된 나노튜브 조각(154)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, a conventional memory device includes a
여기서, 상기 하부 전극(112)은 반도체 기판 상의 제 1 층간 절연막에 형성된 공동(cavity)에 매립되어 형성된다. 예컨대, 상기 하부 전극(112)은 도전성 금속 또는 반도체 재질로 이루어진다. The
상기 상부 전극(168)은 상기 하부 전극(112)의 상에서 상기 하부 전극(112)과 일정한 공극(vacant space, 174)을 갖도록 설계된다. 이때, 상기 상부 전극(168)은 상기 제 1 층간 절연막(176) 상에 형성된 제 2 층간 절연막(도시되지 않음)에 의해 지지되도록 형성되어 있다.The
상기 나노튜브 조각(154)은 상기 하부 전극(112)과 상기 상부 전극(168) 사이에 형성된 상기 공극(174)의 중심을 통과하며 소정의 조건에서 상기 하부 전극(112) 또는 상기 상부 전극(168)으로 접촉되도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 나노튜브 조각(154)은 상기 하부 전극(112) 양측 가장자리의 상기 제 1 층간 절연막(176) 상에 형성되는 질화막 상부에서 거치되어 상기 하부 전극(112)으로부터 소정의 높이를 갖고 부양되도록 형성된다. 또한, 상기 나노튜브 조각(154)에 인가되는 전하와 반대되는 전하가 인가되는 상기 하부 전극(112) 또는 상기 상부 전극(168)의 방향으로 굴절되어 접촉된다. 상기 나노튜브 조각(154)을 상기 하부 전극(112)으로 접촉되게 할 경우, 상기 하부 전극(112)에 대향하는 상기 상부 전극(168)에는 상기 나노튜브 조각(154)에 인가되는 전하와 동일한 전하가 인가된다. 이후, 상기 나노튜브 조각(154)이 상기 하부 전극(112)에 계속하여 접촉되어 있기 위해서는 상기 하부 전극(112)에 소정의 전하가 인가되어 있어야만 한다. 물론, 상기 나노튜브 조각(154)은 상기 상부 전극(168)에 접촉될 경우, 상기 나노튜브 조각(154)에 인가되는 전하와 반대되는 전하가 상기 상부 전극(168)에 인가되고, 상기 나노튜브 조각(154)에 인가되는 전하와 동일한 전하가 상기 하부 전극(112)에 인가된다.The
따라서, 종래 기술에 따른 메모리 소자는 나노튜브 조각(154)이 하부 전극(112)과 상부 전극(168) 사이에 부유되어 있는 상태와, 상기 하부 전극(112) 또는 상기 상부 전극(168)에 접촉된 상태 각각에 대응되는 1 비트에 해당되는 데이터가 저장되도록 할 수 있다.Accordingly, the memory device according to the related art has a state in which the
하지만, 종래 기술에 따른 메모리 소자는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the memory device according to the prior art has the following problems.
첫째, 종래의 메모리 소자는, 하부 전극(112) 또는 상부 전극(168)에 나노튜브 조각(154)이 접촉된 상태를 유지시키기 위해 상기 나노튜브 조각(154)과 접촉되는 상기 하부 전극(112) 또는 상기 상부 전극(168)과 상기 나노튜브 조각(154)에 소정의 전하가 연속적으로 공급되어야만 함으로 대기 전력의 소모가 증가하고, 상기 전하의 공급이 중단 될 경우, 상기 나노튜브 조각(154)의 접촉 여부에 대응되는 소정의 정보가 기록된 상태를 유지시킬 수 없기 때문에 비 휘발성 메모리 소자를 구현할 수 없다.First, in the conventional memory device, the
둘째, 종래의 메모리 소자는 하부 전극(112) 또는 상부 전극(168)과 교차되면서 소정의 전류가 인가되어 스위칭 동작되는 나노튜브 조각(154)이 수직으로 이동되면서 1비트의 데이터만 입출력토록 할 수 있기 때문에 소자의 집적도가 떨어지 는 단점이 있다.Second, in the conventional memory device, when a predetermined current is applied while crossing the
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 소정의 기록된 정보를 유지시키기 위한 대기 전력 소모를 감소시키고, 외부에서 공급되는 전하가 없이도 소정의 정보가 손실되지 않도록 하여 비 휘발성을 갖는 듀얼 비트 메모리 소자 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above problems is to reduce standby power consumption for maintaining predetermined recorded information, and to ensure that certain information is not lost even without an externally supplied charge, thereby having dual A bit memory device and a method of manufacturing the same are provided.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 2비트 이상의 데이터를 입출력토록 하여 소자의 집적도를 증대 또는 극대화할 수 있는 듀얼 비트 메모리 소자 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a dual bit memory device capable of increasing or maximizing device integration by inputting and outputting two or more bits of data, and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따른 듀얼 비트 메모리 소자는, 소정의 평탄면을 갖는 기판; 상기 기판 상에서 소정의 두께를 갖고 제 1 방향으로 형성된 비트 라인; 상기 비트 라인의 상부에서 절연되어 상기 제 1 방향으로 트렌치에 의해 분리되며 상기 비트 라인과 교차되는 제 2 방향으로 형성된 제 1 및 제 2기록 워드 라인; 상기 제 1 및 제 2 기록 워드 라인의 상부에서 각각의 양측으로 상기 비트 라인에 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 기록 워드 라인의 상부에서 각각 소정의 제 1 및 제 2 하부 공극을 갖고 부양되면서 상기 트렌치에 의해 상기 제 1 방향으로 분리되어 소정의 조건에서 상기 제 1 및 제 2 기록 워드 라인의 방향으로 굴절되도록 형성된 제 1 및 제 2 전극; 상기 제 1 및 제 2 전극의 상부에서 상기 트렌치에 의해 상기 제 1 방향으로 분리되어 각각 제 1 및 제 2 상부 공극을 갖고 부양되며, 상기 제 1 및 제 2 기록 워드 라인과 평행한 제 2 방향으로 형성된 제 1 및 제 2 독출 워드 라인; 및 상기 제 1 및 제 2 하부 공극 각각의 하부 상기 제 1 및 제 2 기록 워드 라인 상에서 상기 트랜치에 의해 상기 제 1 방향으로 서로 분리되어 상기 제 1 및 제 2 기록 워드 라인과 상기 제 1 및 제 2 독출 워드 라인이 교차되는 부분에 독립적으로 형성되며, 상기 제 1 및 제 2 기록 워드 라인 방향으로 굴절되는 상기 제 1 및 제 2 전극을 정전기적으로 고정시킬 수 있도록 상기 제 1 및 제 2 기록 워드 라인 또는 외부에서 인가되는 소정의 전하를 트랩핑시키는 제 1 및 제 2 트랩 사이트를 포함함을 특징으로 한다.A dual bit memory device according to an aspect of the present invention for achieving the above object includes a substrate having a predetermined flat surface; A bit line formed on the substrate in a first direction and having a predetermined thickness; First and second write word lines insulated from the top of the bit lines, separated by trenches in the first direction, and formed in a second direction crossing the bit lines; Electrically connected to the bit line from both top of the first and second write word lines to respective sides, and having predetermined first and second lower voids on top of the first and second write word lines, respectively; First and second electrodes separated by the trench in the first direction and refracted in the direction of the first and second write word lines under a predetermined condition; The first and second electrodes are separated in the first direction by the trench and floated with first and second upper voids, respectively, in a second direction parallel to the first and second write word lines. First and second read word lines formed; And the first and second write word lines and the first and second separated from each other in the first direction by the trenches on the first and second write word lines below each of the first and second lower voids. The first and second write word lines may be formed independently of intersecting read word lines and may electrostatically fix the first and second electrodes refracted in the first and second write word lines. Or first and second trap sites for trapping a predetermined charge applied externally.
또한, 본 발명의 다른 양태는, 소정의 평탄면을 갖는 기판; 상기 기판 상에서 소정의 두께를 갖고 제 1 방향으로 형성된 비트 라인; 상기 비트 라인의 상부에서 절연되어 상기 비트 라인과 교차되는 제2방향으로 형성된 기록 워드 라인; 상기 기록 워드 라인의 상부에서 비트 라인에 전기적으로 연결되고, 상기 기록 워드 라인의 상부에서 소정의 하부 공극을 갖고 부양되면서 소정의 조건에서 상기 기록 워드 라인의 방향으로 굴절되도록 형성된 전극; 상기 전극의 상부에서 상부 공극을 갖고 부양되며 상기 기록 워드 라인과 평행한 제 2 방향으로 형성된 독출 워드 라인; 및 상기 하부 공극의 하부 상기 기록 워드 라인 상에서 상기 기록 워드 라인과 상기 독출 워드 라인이 교차되는 부분에 독립적으로 형성되어 상기 기록 워드 라인 방향으로 굴절되는 상기 전극을 정전기적으로 고정시킬 수 있도록 상기 기록 워드 라인 또는 외부에서 인가되는 소정의 전하를 트랩핑시키는 트랩 사이트를 포함하는 메모리 소자이다.In addition, another aspect of the present invention, the substrate having a predetermined flat surface; A bit line formed on the substrate in a first direction and having a predetermined thickness; A write word line insulated from an upper portion of the bit line and formed in a second direction crossing the bit line; An electrode electrically connected to a bit line at an upper portion of the write word line, and formed to be refracted in a direction of the write word line under a predetermined condition while being supported with a predetermined lower void at an upper portion of the write word line; A read word line formed in a second direction parallel to the write word line, lifted with an upper gap at the top of the electrode; And the write word formed independently at a portion where the write word line and the read word line intersect on the write word line under the lower gap so as to electrostatically fix the electrode refracted in the write word line direction. A memory device comprising a trap site for trapping a predetermined charge applied from a line or external.
그리고, 본 발명의 또 다른 양태는, 소정의 평탄면을 갖는 기판 상에 일방향의 비트 라인을 형성하는 단계; 상기 비트 라인이 형성된 기판 상에서 상기 비트 라인과 교차되는 방향으로 제 1 층간 절연막, 기록 워드 라인을 형성하는 단계; 상기 기록 워드 라인과 상기 비트 라인이 교차되는 상기 기록 워드 라인 상에 트랩 사이트를 형성하는 단계; 상기 트랩 사이트 및 상기 기록 워드 라인 상에 제 1 희생막을 형성하는 단계; 상기 제 1 층간 절연막, 상기 기록 워드 라인, 상기 트랩 사이트, 및 상기 제 1 희생막으로 이루어지는 스택의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 스페이서에 인접하는 상기 비트 라인에 전기적으로 연결되고, 상기 스페이서의 외주면을 따라 우회하도록 전극을 형성하는 단계; 상기 전극이 형성된 상기 기판 및 상기 비트 라인의 전면을 덮고, 상기 스택 상부의 상기 전극을 노출시키는 제 2 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 스택에 대응되는 상기 전극의 상부에 제 2 희생막, 및 독출 워드 라인을 형성하는 단계; 상기 제 2 희생막, 및 상기 독출 워드 라인이 형성된 상기 기판의 전면을 덮고, 상기 독출 워드 라인의 길이 방향 중심 상부를 일부 개구시키는 제 3 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 3 층간 절연막을 식각 마스크로 사용하여 상기 독출 워드 라인, 상기 제 2 희생막, 상기 전극, 상기 제 1 희생막, 및 상기 기록 워드 라인을 순차적으로 제거하여 소정 깊이의 트렌치를 형성하는 단계; 및 상기 트렌치 내에서 측벽이 노출되는 상기 제 1 희생막 및 제 2 희생막을 제거하여 상기 제 1 워드 라인 및 상기 제 2 워드 라인 사이에 공극을 형성하고, 상기 공극 내에서 상기 전극을 부양시키는 단계를 포함하는 듀얼 비트 메모리 소자의 제조방법이다.Further, another aspect of the present invention, forming a bit line in one direction on a substrate having a predetermined flat surface; Forming a first interlayer insulating film and a write word line in a direction crossing the bit line on the substrate on which the bit line is formed; Forming a trap site on the write word line where the write word line and the bit line intersect; Forming a first sacrificial layer on the trap site and the write word line; Forming a spacer on a sidewall of the stack comprising the first interlayer insulating film, the write word line, the trap site, and the first sacrificial film; Forming an electrode electrically connected to the bit line adjacent to the spacer and bypassing the outer peripheral surface of the spacer; Forming a second interlayer insulating layer covering an entire surface of the substrate and the bit line on which the electrode is formed and exposing the electrode on the stack; Forming a second sacrificial layer and a read word line on the electrode corresponding to the stack; Forming a third interlayer insulating layer covering the entire surface of the second sacrificial layer and the substrate on which the read word lines are formed and partially opening an upper portion of the center in the longitudinal direction of the read word lines; Forming a trench having a predetermined depth by sequentially removing the read word line, the second sacrificial layer, the electrode, the first sacrificial layer, and the write word line using the third interlayer insulating layer as an etching mask; And removing the first sacrificial layer and the second sacrificial layer through which sidewalls are exposed in the trench to form a gap between the first word line and the second word line, and supporting the electrode in the gap. A method of manufacturing a dual bit memory device is included.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 비트 메모리 소자 및 그의 제조방법을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 여러 막과 영역들의 두께는 명료성을 위해서 강조되었으며, 어떤 층이 다른 층이나 기판 '상'에 존재한다고 기술될 때 다른 층이나 기판과 직접 접하면서 존재할 수도 있고 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수 있다. Hereinafter, a dual bit memory device and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, only this embodiment to make the disclosure of the present invention complete, the scope of the invention to those skilled in the art It is provided to inform you. In the accompanying drawings, the thicknesses of the various films and regions have been emphasized for clarity, and may be present in direct contact with another layer or substrate when a layer is described as being on another layer or substrate, or between a third Layers may be present.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 비트 메모리 소자를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅰ∼Ⅰ' 선상을 취하여 나타낸 단면도이다.2 is a perspective view illustrating a dual bit memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 2.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 소정의 평탄면을 갖는 기판(10) 상에 제 1 방향으로 복수개의 비트 라인(20)이 형성되어 있다. 또한, 상기 복수개의 비트 라인(20) 상에서 상기 복수개의 비트 라인(20)과 수직하여 교차되는 제 2 방향으로 제 1 층간 절연막(22)이 형성되어 있다. 상기 제 1 층간 절연막(22) 상에서 상기 제 2 방향으로 트렌치(100)에 의해 분리되어 서로 평행한 제 1 기록 워드 라인(30A)과 제 2 기록 워드 라인(30B)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 제 1 기록 워드 라인(30A) 및 상기 제 2 기록 워드 라인(30B) 각각의 상부에서 상기 제 2 방향으로 상기 트렌치(100)에 의해 분리되어 서로 평행한 제 1 트랩 사이트(80A) 및 제 2 트랩 사이트(80B)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 제 1 트랩 사이트(80A) 및 제 2 트랩 사이트(80B)는 상기 비트 라인(20)과 교차되는 상기 제 1 기록 워드 라인(30A) 및 상기 제 2 기록 워드 라인(30B)의 상부에만 독립적으로 형성되어 있다.As illustrated in FIGS. 2 and 3, a plurality of
상기 제 1 트랩 사이트(80A) 및 제 2 트랩 사이트(80B) 각각의 상부에서 지지되면서 제 1 하부 공극(90A) 및 제 2 하부 공극(90B)에 의해 상기 제 1 트랩 사이트(80A) 및 제 2 트랩 사이트(80B)로부터 소정의 높이로 부양 제 1 전극(50A) 및 제 2 전극(50B)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 제 1 전극(50A) 및 제 2 전극(50B)은 각각 상기 기판의 표면에 평행한 수평방향으로 확장되어 형성되는 제 1 굴곡 부분 및 제 2 굴곡 부분을 포함한다. 또한, 수직 방향으로 확장되는 상기 제 1 전극(50A) 및 제 2 전극(50B)의 제 1 고정부분(51A) 및 제 2 고정부분(51B)을 통하여 상기 비트 라인(20)에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 제 1 전극(50A) 및 제 2 전극(50B)의 말단은 트렌치(100)에 의해 서로 분리되어 있다.The
상기 제 1 전극(50A) 및 제 2 전극(50B)의 상부에서 제 1 상부 공극(92A) 및 제 2 상부 공극(92B)에 의해 상기 제 1 전극(50A) 및 제 2 전극(50B)으로부터 소정의 높이로 부양되는 제 1 독출 워드 라인(40A) 및 제 2 독출 워드 라인(40B)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 제 1 독출 워드 라인(40A) 및 제 2 독출 워드 라인(40B)은 상기 트렌치(100)에 의해 서로 분리되어 있으며, 상기 제 1 트랩 사이트(80A) 및 제 2 트랩 사이트(80B)의 상부에서 제 2 방향으로 형성되어 있다.Predetermined from the
상기 제 1 전극(50A) 및 제 2 전극(50B)의 제 1 고정부분 및 제 2 고정부분은 절연재질의 제 1 스페이서(24A) 및 제 2 스페이서(24B)에 의해 상기 제 1 기록 워드 라인(30A) 및 제 2 기록 워드 라인(30B)의 외측벽과 상기 제 1 트랩 사이트(80A) 및 제 2 트랩 사이트(80B)의 외측벽으로부터 분리되어 있다. 인접하는 메모리 소자와 절연되면서 상기 제 1 전극(50A) 및 제 2 전극(50B)의 외측벽을 절연시키도록 상기 비트 라인(20)의 상부에서 상기 제 1 전극(50A) 및 제 2 전극(50B)과 동일 또는 유사한 높이를 갖는 2 층간 절연막(26)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제 2 층간 절연막(26)의 상부에서 상기 제 1 독출 워드 라인(40A) 및 제 2 독출 워드 라인(40B)의 외측벽을 절연시키는 제 3 층간 절연막(28)이 형성되어 있다.The first fixing part and the second fixing part of the
본 발명의 실시예에 따른 듀얼 비트 메모리 소자의 단위 셀(104)은 트렌치(100)를 중심으로 제 1 메모리 유닛(102A)과 제 2 메모리 유닛(102B)으로 구분될 수 있다. 제 1 방향으로 서로 이웃하는 제 1 메모리 유닛(102A)과 제 2 메모리 유닛(102B)은 하나의 비트 라인(20)을 전기적으로 서로 공유한다. 제 2 방향으로 서로 이웃하는 단위 셀(104) 각각의 제 1 메모리 유닛(102A)과 제 2 메모리 유닛(102B)은 각기 제 1 기록 워드 라인(30A) 또는 제 2 기록 워드 라인(30B)을 전기적으로 공유하고, 제 1 독출 워드 라인(40A) 또는 제 2 독출 워드 라인(40B)을 전기적으로 공유할 수 있다. 제 1 트랩 사이트(80A) 및 제 2 트랩 사이트(80B)는 상기 제 1 기록 워드 라인(30A) 및 제 2 기록 워드 라인(30B)에 대응되어 상기 제 1 기록 워드 라인(30A) 및 제 2 기록 워드 라인(30B) 상에 형성된다. 이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 비트 메모리 소자의 동작방법은 이하에서 설명될 것이다.The
제 1 전극(50A) 및 제 2 전극(50B) 각각의 수직 말단은 제 2 층간 절연 막(26) 및 제 3 층간 절연막(28)에 의해 묻혀 지지되어 있고, 수평 말단은 기록 워드 라인(30)과 독출 워드 라인(40) 사이에 형성된 제 1 하부 공극(90A)과 제 1 상부 공극(92A), 및 제 2 하부 공극(90B)과 제 2 상부 공극(92B) 사이에서 각각 자유롭게 이동될 수 있다. 이러한 방법으로 제 1 전극(50A) 및 제 2 전극(50B)은 각각 제 1 전극(50A)의 수직 말단이 고정되고 수평 말단이 자유롭게 이동될 수 있기 때문에 기록 워드 라인(30) 및 독출 워드 라인(40)에 형성된 공극(84) 내에서 플립 전극(50)와 같이 스위칭 동작될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 전극(50A) 및 제 2 전극(50B)은 외팔보 전극 또는 플립 전극(50)이라 칭한다. 공극 내에서 외팔보 전극(50)의 위치를 제어함에 의해 상기 플립 전극(50)은 상기 트랩 사이트(80A) 또는 상기 독출 워드 라인(40)에 접촉을 만드는 원인이되거나, 상기 트랩 사이트(80A)와 독출 워드 라인(40) 사이에서 지지되어질 수 있다. 상기 비트 라인, 상기 기록 워드 라인(30), 및 상기 독출 워드 라인(40)에 인가되는 전압차을 제어함에 의해 단위셀을 구성하는 제 1 메모리 유닛(102A) 및 제 2 메모리 유닛(102B)의 프로그램, 삭제, 기록, 및 독출이 실행될 수 있다.The vertical ends of each of the
듀얼 비트 동작 방법에 있어 단위 셀(104)은 각각 동시에 프로그램되는 제 1 메모리 유닛(102A)과, 제 2 메모리 유닛(102B)을 포함한다. 예컨대, 제 1 기록 워드 라인(30A) 및 제 2 기록 워드 라인(30B)에 독립적으로 소정의 전압이 인가되고, 상기 제 1 독출 워드 라인(40A) 및 제 2 독출 워드 라인(40B)에 각각 독립적으로 소정의 전압이 인가됨에 의해 제 1 메모리 유닛(102A)과 제 2 메모리 유닛(102B)의 상태는 동일한 시간에 각각 "1" 또는 "0"으로 서로 동일하게 프로그램될 수 있고, "1" 상태와 "0"으로 각각 서로 다르게 프로그램될 수 있다. 제 1 메모리 유닛(102A) 및 제 2 메모리 유닛(102B)은 하나의 비트 라인(20)을 전기적으로 공유하고 있기 때문에 각각의 상태의 기록 동작과 독출 동작은 동시에 수행할 수 없으며, 상기 제 1 메모리 유닛(102A) 및 제 2 메모리 유닛(102B) 중 어느 하나는 주어진 시간에 전기적으로 비트 라인(20)을 점유해야만 한다. 듀얼 비트 메모리 소자는 단위 셀(104) 내에서 프로그램이 실행되어야만 한다. In the dual bit operating method, each
따라서, 본원 발명의 듀얼 비트 메모리 소자는 트렌치(100)를 중심으로 양측에 대칭적으로 각각 서로 동일한 상태 또는 서로 다른 상태를 갖도록 프로그램되는 가 제 1 메모리 유닛(102A) 및 제 2 메모리 유닛(102B)으로 이루어진 단일 셀을 구비하여 2비트의 데이터를 입출력토록 할 수 있기 때문에 소자의 집적도를 증대 또는 극대화할 수 있다.Accordingly, the dual bit memory device of the present invention is programmed to have the same state or the different state symmetrically on both sides about the
상술한 바와 같이, 상기 트랩 사이트(80)는 상기 기록 워드 라인(30) 상에 적층되어 서로 동일 또는 유사한 방향으로 형성되고, 상기 기록 워드 라인(30)과 동일 또는 유사한 선폭을 갖도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 트랩 사이트(80)는 상기 제 1 층간 절연막(22) 상에 형성되는 트렌치(100)에 의해 상기 기록 워드 라인(30)과 마찬가지로 복수개가 서로 평행하게 분리되도록 형성되어 있다. 또한, 상기 트랩 사이트(80)는 상기 기록 워드 라인(30)을 통해 인가되는 전하를 소정 박막의 내부로 터널링시켜 트랩되도록 하고, 외부에서 공급되는 전하가 없을 경우에도 트랩된 전하를 항시 구속(속박)시킬 수 있도록 형성된다. 예컨대, 상기 트랩 사이트(80)는 상기 기록 워드 라인(30) 상에 형성된 제 1 실리콘 산화막(82), 실리콘 질화막(84), 및 제 2 실리콘 산화막(86)이 적층된 'ONO(Oxide-Nitride-Oxide)'구조를 갖는 박막을 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 제 1 실리콘 산화막(82)과 상기 제 2 실리콘 산화막(86)은 상기 기록 워드 라인(30)과 상기 플립 전극(50) 사이에서 상기 실리콘 질화막(84)을 전기적으로 절연시키는 절연막이다. 특히, 상기 제 1 실리콘 산화막(82)은 상기 실리콘 질화막(84)과, 상기 기록 워드 라인(30)사이에서 인가되는 전기장의 방향과 크기에 따라 선택적으로 전하를 터널링시키도록 형성된 터널 절연막이다. As described above, the
예컨대, 상기 실리콘 질화막(84)은 상기 제 1 실리콘 산화막(82) 및 상기 제 2 실리콘 산화막(86)에 의해 전기적으로 분리된 상태를 갖고 특정 전압 이상의 조건에서 상기 1 실리콘 산화막(82)을 통해 전하를 유출입시키도록 형성된 플로팅 전극으로 칭하여 질 수 있다.For example, the
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 비트 메모리 소자는 기록 워드 라인(30)을 통해 인가되는 전하를 터널링시켜 트랩하고, 상기 기록 워드 라인(30)에서 인가되는 전하가 제거되어도 트랩된 전하를 구속(속박)시키는 트랩 사이트(80)를 구비하여 상기 기록 워드 라인(30)에 대응되는 상기 트랩 사이트(80) 상부에 형성된 상기 플립 전극(50)의 굴절 방향을 전기적으로 유지시키도록 할 수 있기 때문에 비 휘발성 메모리 설계가 가능하다.Accordingly, the dual bit memory device according to the embodiment of the present invention tunnels and charges the charge applied through the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 비트 메모리 소자의 비트 라인(20) 및 기록 워드 라인(30)을 통해 인가되는 전압과 플립 전극(50)의 굴절 거리간의 관계를 나타낸 그래프로서, 상기 비트 라인(20)과 상기 기록 워드 라인(30)간에 양의 값을 갖는 "Vpull-in" 의 전압이 인가되면 상기 플립 전극(50)과 상기 트랩 사이트(80)가 근접하게 되어 "0"에 대응되는 정보가 기록되고, 상기 비트 라인(20)과 상기 기록 워드 라인(30)간에 음의 값을 갖는 "Vpull-out"의 전압이 인가되면 상기 플립 전극(50)과 상기 트랩 사이트(80)가 서로 멀어져 "1"에 대응되는 정보가 기록될 수 있다.4 is a graph illustrating a relationship between a voltage applied through a
여기서, 가로축은 전압의 크기를 나타내고, 세로축은 상기 트랩 사이트(80)의 표면으로부터 독출 워드 라인(40)까지 플립 전극(50)이 이동된 거리(Tgap)를 나타낸다. 따라서, 상기 비트 라인(20)에 연결되는 플립 전극(50)과 기록 워드 라인(30)에 양의 값을 갖는 "Vpull-in"의 전압이 인가되거나, 음의 값을 갖는 "Vpull-out"의 전압이 인가되면 상기 플립 전극(50)이 상기 기록 워드 라인(30) 상의 트랩 사이트(80)에 접촉되거나 이격되어 "0" 또는 "1"의 값을 갖는 1비트(bit)에 대응되는 디지털 정보가 기록될 수 있다.Here, the horizontal axis represents the magnitude of the voltage, and the vertical axis represents the distance Taggap that the
이때, 상기 "Vpull-in"의 전압과 상기 "Vpull-out"의 전압은 다음 수식 2에 의해 결정될 수 있다.In this case, the voltage of the "V pull-in " and the voltage of the "V pull-out " may be determined by the following equation (2).
(수식 2)(Formula 2)
V = VB/L - VWWL V = V B / L -V WWL
여기서, 상기 "V"는 "Vpull-in"의 전압 또는 "Vpull-out"의 전압을 나타내며, "VB/L"은 상기 비트 라인(20)에 인가되는 전압이고, "VWWL"은 상기 기록 워드 라 인(30)에 인가되는 전압이다. 이때, 상기 "Vpull-in"의 전압은 양의 값을 갖고, 상기 "Vpull-out"의 전압은 음의 값을 갖는다. 예컨대, 상기 "Vpull-in"의 전압과 "Vpull-out"의 전압 절대값이 서로 동일 또는 유사하면, "0"의 값에 대응되는 정보를 기록하고자 할 경우, 1/2"Vpull-in"의 전압을 상기 비트 라인(20)에 인가하고, 1/2"Vpull-out"의 전압을 기록 워드 라인(30)에 인가하여 플립 전극(50)과 트랩 사이트(80)를 접촉시킬 수 있다. Here, "V" represents a voltage of "V pull-in " or "V pull-out ", "V B / L " is a voltage applied to the
또한, "1"에 대응되는 정보를 기록하고자 할 경우, 1/2"Vpull-out"의 전압을 비트 라인(20)에 인가하고 1/2"Vpull-in"의 전압을 인가하여 상기 플립 전극(50)과 상기 트랩 사이트(80)를 이격토록 할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 "Vpull-in"의 전압 또는 "Vpull-out"의 전압이 인가되지 않는 비트 라인(20), 기록 워드 라인(30), 독출 워드 라인(40)은 접지된 상태를 갖도록 설정될 수 있다.In addition, when information corresponding to "1" is to be recorded, the voltage of 1/2 "V pull-out " is applied to the
이와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 메모리 소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.A method of manufacturing a memory device according to the second exemplary embodiment of the present invention configured as described above is as follows.
도 5 내지 도 16은 도 2의 듀얼 비트 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 공정 사시도들이다.5 to 16 are process perspective views illustrating a method of manufacturing the dual bit memory device of FIG. 2.
도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 수평 상태의 기판(10) 상에 소정 두께를 갖는 비트 라인(20)을 형성한다. 여기서, 상기 비트 라인(20)은 상기 기판(10)상에서 복수개가 일방향으로 평행하게 형성된다. 예컨대, 상기 비트 라인(20)은 물리기상 증착방법, 화학기상증착방법으로 형성된 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 티타늄, 질화 티타늄, 탄탈륨, 탄탈륨 실리사이드와 같은 도전성 금속막, 또는 도전성 불순물이 도핑된 폴리 실리콘막을 포함하여 이루어진다. 도시되지는 않았지만, 상기 비트 라인(20)은 상기 기판(10)의 전면에 소정 두께를 갖도록 형성되는 상기 도전성 금속층, 또는 폴리 실리콘막 상에서 소정의 선폭을 갖도록 차폐시키는 포토레지스트 패턴 또는 제 1 하드 마스크막을 식각 마스크막으로 이용하는 건식식각방법에 의해 비등방적으로 식각되어 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 도전성 금속막 또는 폴리 실리콘막의 상기 건식식각방법에 사용되는 반응 가스는 황산 및 질산이 혼합된 강산 가스를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 비트 라인(20)은 약 500Å정도의 두께와, 약 30Å 내지 약 500Å정도의 선폭을 갖도록 형성된다.As shown in FIG. 5, first, a
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 비트 라인(20)이 교차되는 방향으로 소정의 선폭을 갖는 제 1 층간 절연막(22)과, 기록 워드 라인(30)을 형성한다. 예컨대, 상기 제 1 층간 절연막(22)은 화학기상증착방법으로 약 200Å 내지 약 850Å 정도의 두께를 갖도록 형성된 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 제 1 층간 절연막(22)과 상기 기록 워드 라인(30)은 후속의 제 1 희생막 패터닝시 소정의 선폭을 갖도록 형성되어도 무방하다. 또한, 상기 제 1 층간 절연막(22)은 후속에서 상기 기록 워드 라인(30)을 길이 방향으로 분리시키는 트렌치(100)의 형성공정에서 식각 정지막으로서의 기능을 수행할 수도 있다. 또한, 상기 기록 워드 라인(30)은 도전성이 우수한 물리기상증착방법 또는 화학기상증착방 법으로 약 500Å정도의 두께를 갖도록 형성된 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 티타늄, 질화 티타늄, 탄탈륨, 탄탈륨 실리사이드와 같은 도전성 금속막을 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 6, a first
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 비트 라인(20)과 교체되는 상기 기록 워드 라인(30) 상에 트랩 사이트(80)를 형성한다. 여기서, 상기 트랩 사이트(80)는 급속 열처리방법, 원자층증착방법 또는 화학기상증착방법 으로 각각 약 30Å 내지 약 200Å정도의 두께를 갖고 적층되는 제 1 실리콘 산화막(82), 실리콘 질화막(84), 제 2 실리콘 산화막(86)의 'ONO' 구조를 갖도록 형성된다. 또한, 상기 트랩 사이트(80)는 후속에서 상기 기록 워드 라인(30)과 교차되도록 상기 트랩 사이트(80)의 상부에 형성되는 전극을 정전기력으로 구속(속박)시키기 위해 상기 기록 워드 라인(30)의 방향으로 노드가 분리되도록 형성되어야만 한다. 따라서, 상기 트랩 사이트(80)는 상기 기록 워드 라인(30)과 상기 비트 라인(20)이 교차되는 상기 기록 워드 라인(30)의 상부에서 독립적으로 형성된다.As shown in FIG. 7, a
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 트랩 사이트(80) 및 상기 기록 워드 라인(30)의 상부에 제 1 희생막을 형성한다. 예컨대, 상기 제 1 희생막(60)은 원자층증착방법 또는 화학기상증착방법으로 약 50Å 내지 약 150Å정도의 두께를 갖도록 형성된 폴리 실리콘막을 포함하여 이루어진다. 상기 제 1 희생막(60), 상기 트랩 사이트(80), 상기 기록 워드 라인(30), 및 상기 제 1 층간 절연막(22)은 약 30Å 내지 약 1000Å정도의 선폭을 갖도록 형성될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 제 1 희생막의 형성 시 상기 제 1 층간 절연막(22) 및 상기 기록 워드 라인(30)을 소정의 선폭으로 패턴닝시킬 수 있다. 즉, 상기 비트 라인(20) 상에 제 1 층간 절연막(22) 및 도전성 박막을 형성하고, 상기 트랩 사이트(80)를 패터닝 한 후에 상기 폴리 실리콘막을 형성하고, 상기 폴리 실리콘막을 소정의 선폭을 갖도록 패터닝하여 제 1 희생막을 형성하고, 상기 제 1 희생막과 함께 상기 제 1 층간 절연막(22) 및 기록 워드 라인(30)이 소정의 선폭을 갖는 스택으로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 8, a first sacrificial layer is formed on the
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 층간 절연막(22), 기록 워드 라인(30), 트랩 사이트(80) 및 제 1 희생막(60)을 포함하여 이루어지는 스택의 측벽에 스페이서(24)를 형성한다. 여기서, 상기 스페이서(24)는 상기 기판(10) 상에서 소정의 단차를 갖도록 형성된 상기 제 1 층간 절연막(22), 상기 기록 워드 라인(30), 상기 트랩 사이트(80) 및 상기 제 1 희생막(60)으로 이루어지는 스택의 측벽에 선택적으로 형성되어 후속에서 형성되는 플립 전극(50)이 상기 기록 워드 라인(30)과 절연되도록 할 수 있다. 예컨대, 상기 스페이서(24)는 화학기상증착방법으로 형성된 실리콘 질화막 또는 폴리 실리콘막으로 이루어진다. 이때, 상기 스페이서(24)는 상기 스택을 포함하는 기판(10)의 전면에 균일한 두께를 갖는 실리콘 질화막 또는 폴리 실리콘막이 형성되고, 수직 식각특성이 우수한 건식식각방법으로 상기 실리콘 질화막을 비등방성 식각하여 상기 스택의 측벽에서 자기정렬(self align)되도록 형성되어질 수 있다. 여기서, 상기 스페이서(24)가 상기 실리콘 질화막으로 이루어질 경우, 상기 기록 워드 라인(30) 및 상기 트랩 사이트(80)의 측벽과 후속에서 플립 전극(50)이 일정 거리를 유지토록 할 수 있다. 반면, 상기 스페이서(24)가 폴리 실리콘막을 이루어질 경우, 후속에서 제 1 희생막(60)과 함께 제거되어 공극이 형성되 도록 할 수 있다. 이때, 상기 스페이서(24)가 상기 폴리 실리콘막으로 이루어질 경우, 상기 제 1 층간 절연막(22), 상기 기록 워드 라인(30), 및 트랩 사이트(80)의 형성공정 이후, 상기 제 1 희생막(60)과 동일한 공정으로 형성될 수도 있다. 예컨대, 상기 스페이서(24)는 상기 비트 라인(20) 상에서 상기 비트 라인(20)과 교차되는 상기 제 1 층간 절연막(22), 상기 기록 워드 라인(30), 및 상기 트랩 사이트(80)를 형성하고, 상기 제 1 층간 절연막(22), 상기 기록 워드 라인(30), 및 상기 트랩 사이트(80)가 형성된 상기 기판(10)의 전면에 폴리 실리콘막을 형성하고, 상기 제 1 층간 절연막(22), 상기 기록 워드 라인(30), 및 상기 트랩 사이트(80)의 상부에서 형성되는 상기 폴리 실리콘막으로 이루어지는 상기 제 1 희생막(60)과 연결되면서 상기 제 1 층간 절연막(22), 상기 기록 워드 라인(30), 및 상기 트랩 사이트(80)의 측벽을 둘러싸도록 상기 폴리 실리콘막을 패터닝하여 형성할 수 있다.As shown in FIG. 9,
도시되지는 않았지만, 상기 비트 라인(20)의 형성 시 상기 비트 라인(20) 상에서 형성된 제 1 하드 마스크막은 상기 스페이서(24)의 형성 시 건식식각방법에 사용되는 반응가스에 의해 제거될 수도 있다. 따라서, 상기 비트 라인(20)은 상기 스페이서(24)의 형성 시 노출될 수 있다.Although not shown, the first hard mask layer formed on the
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 희생막(60), 기록 워드 라인(30), 및, 제 1 층간 절연막(22)을 포함하여 이루어지는 스택의 상부를 가로지르며, 상기 스택 측면의 스페이서(24)에 인접하는 비트 라인(20)에 전기적으로 연결되는 플립 전극(50)을 형성한다. 여기서, 상기 플립 전극(50)은 상기 스택의 하부에 형성된 상기 비트 라인(20)에 대응하여 상기 스택을 중심에 두고 상기 스택의 상부로 우회하 여 상기 스택의 양측에 형성된 상기 비트 라인(20)에 전기적으로 연결되도록 형성된다. 이때, 상기 플립 전극(50)은 상기 비트 라인(20)과 동일 또는 유사한 선폭을 갖고, 상기 스택의 양측 상기 스페이서(24) 외곽에서 상기 비트 라인(20) 상에 적층되도록 형성된다. 예컨대, 상기 플립 전극(50)은 상기 스택 및 스페이서(24)가 형성된 기판(10)의 전면에 티타늄, 티타늄 실리사이드와 같은 도전성 금속막, 또는 탄소 나노 튜브가 소정의 두께를 갖고 형성된 후, 상기 비트 라인(20) 상부의 상기 도전성 금속막 또는 탄소 나노 튜브를 차폐하는 포토레지스트 패턴 또는 제 2 하드 마스크막이 형성되고, 상기 포토레지스트 패턴 또는 제 2 하드 마스크막을 식각 마스크로 사용한 건식식각방법으로 상기 도전성 금속막, 또는 탄소 나노튜브를 비등방성 식각되어 형성된다. 이때, 상기 도전성 금속막은 물리기상증착방법 또는 화학기상증착방법으로 형성되며, 상기 탄소 나노 튜브는 전기방전방법으로 형성된다. 또한, 상기 제 2 하드 마스크막은 상기 플립 전극(50)의 패터닝 시 제거되거나, 상기 플립 전극(50) 상에 잔류하여 형성되어도 무방하다. As shown in FIG. 10, the spacer includes the first
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 플립 전극(50)이 형성된 기판(10)의 전면 소정의 두께를 갖는 제 2 층간 절연막(26)을 형성하고, 상기 스택 상부의 상기 플립 전극(50)이 노출되도록 상기 제 2 층간 절연막(26)을 제거하여 평탄화한다. 여기서, 상기 제 2 층간 절연막(26)은 기판(10)으로부터 소정의 단차를 갖는 상기 기록 워드 라인(30), 상기 트랩 사이트(80), 및 상기 제 1 희생막(60)의 스택 상부로 교차되어 형성되는 플립 전극(50)의 상부에 상기 스택과 평행한 방향으로 후속에서 제 2 희생막(70) 및 독출 워드 라인(40)이 형성될 수 있도록 평탄면을 제공한다. 또한, 상기 제 2 층간 절연막(26)은 하부의 상기 플립 전극(50)과, 상부의 독출 워드 라인(40)의 패터닝 공정을 분리시켜 진행토록 할 수 있다. 왜냐하면, 상기 플립 전극(50)과 상기 독출 워드 라인(40)은 도전성이 우수한 도전성 금속막으로 이루어지며, 상기 도전성 금속막을 패턴닝하기 위해 사용되는 대부분의 식각 용액 또는 반응 가스의 선택 식각비가 낮기 때문이다. 따라서, 상기 제 2 층간 절연막(26)은 도전성 금속막으로 이루어진 두 개의 적층되는 라인 또는 패턴을 분리하여 형성하는 공정에서 필수적으로 사용된다. 예컨대, 상기 제 2 층간 절연막(26)은 플라즈마 화학기상증착방법으로 형성된 실리콘 산화막으로 이루어진다. 이때, 상기 제 2 층간 절연막(26)은 상기 플립 전극(50) 및 상기 제 2 하드 마스크막이 형성된 상기 기판(10)의 전면에 상기 플립 전극(50) 이상의 높이를 갖도록 형성된다. 또한, 상기 제 1 희생막(60) 상의 상기 플립 전극(50)이 노출되도록 상기 제 2 층간 절연막(26)을 화학적 기계적 연마방법으로 제거하여 평탄화할 수 있다.As shown in FIG. 11, a second
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 비트 메모리 소자의 제조방법은 플립 전극(50)이 형성된 전면에 제 2 층간 절연막(26)을 형성하고, 기록 워드 라인(30) 및 제 1 희생막(60)의 상부에 형성된 상기 플립 전극(50)이 노출되도록 상기 제 2 층간 절연막(26)을 평탄화하여 후속의 제 2 희생막(70) 및 독출 워드 라인(40)이 패터닝되도록 할 수 있다. Accordingly, in the method of manufacturing the dual bit memory device according to the embodiment of the present invention, the second
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 층간 절연막(26)에 의해 노출되는 상기 플립 전극(50)의 상부에서 상기 제 1 희생막(60), 상기 트랩 사이트(80), 및 상기 기록 워드 라인(30)과 평행한 방향으로 제 2 희생막(70), 및 독출 워드 라 인(40)을 형성한다. 여기서, 상기 제 2 희생막(70) 및 독출 워드 라인(40)은 상기 플립 전극(50)을 중심으로 상기 제 1 희생막(60), 상기 트랩 사이트(80), 및 상기 기록 워드 라인(30)에 대칭적으로 형성된다. 예컨대, 상기 제 2 희생막(70)은 상기 제 1 희생막(60)과 마찬가지로 원자층증착방법 또는 화학기상증착방법으로 형성된 폴리 실리콘재질로 이루어지며, 약 50Å 내지 약 150Å정도의 두께를 갖도록 형성된다. 또한, 상기 독출 워드 라인(40)은 약 200Å정도의 두께를 갖고, 약 30Å 내지 약 1000Å 정도의 선폭을 갖도록 형성된다. 이때, 상기 제 2 희생막(70) 및 독출 워드 라인(40)은 다음과 같이 형성될 수 있다. 먼저, 상기 제 2 층간 절연막(26) 상에서 화학기상증착방법으로 소정의 두께를 갖는 폴리 실리콘막, 도전성 금속막, 및 제 3 하드 마스크막(42)을 적층시킨다. 다음, 상기 제 1 희생막(60) 및 상기 기록 워드 라인(30) 상부의 상기 제 3 하드 마스크막(42)을 차폐하는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하는 건식식각방법 또는 습식식각방법으로 상기 제 3 하드 마스크막(42)을 제거한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 에싱공정으로 제거한다. 마지막으로, 제 3 하드 마스크막(42)을 식각 마스크로 사용되는 건식식각방법 또는 습식식각방법으로 상기 폴리 실리콘막, 도전성 금속막을 비등방석 식각시켜 상기 제 2 희생막(70), 및 독출 워드 라인(40)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 12, the first
도 13에 도시된 바와 같이, 상기 독출 워드 라인(40) 상에 형성된 제 3 하드 마스크막(42)을 소정의 선폭으로 축소 패터닝한다. 여기서, 패터닝된 상기 제 3 하드 마스크막(42)은 후속에서 트렌치(100)의 선폭을 정의한다. 예컨대, 상기 제 3 하드 마스크막(42)은 일방향으로 형성된 상기 독출 워드 라인(40)의 길이 방향의 중심을 차폐하도록 형성된 포토레지스트 패턴을 식각 마스크를 사용한 건식식각방법 또는 습식식각방법에 의해 비등방적으로 식각되어 선폭이 축소되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 3 하드 마스크막(42)은 평면 방향보다 측면 방향의 식각특성이 우수한 건식식각방법 또는 습식식각방법에 의해 등방적으로 식각되어 선폭이 축소되도록 형성될 수 있다. 이때, 등방적 건식식각방법 또는 습식식각방법 시 사용되는 반응 가스 또는 식각 용액은 상기 기판(10)과 평행한 방향으로 유동되면서 상기 제 3 하드 마스크막(42)의 측면을 선택적으로 식각할 수 있다.As shown in FIG. 13, the third hard mask layer 42 formed on the read
도 14에 도시된 바와 같이, 선폭이 줄어든 제 3 하드 마스크막(42) 상에 소정 두께의 제 3 층간 절연막(28)을 형성하고, 상기 제 3 하드 마스크막(42)이 노출되도록 상기 제 3 층간 절연막(28)을 평탄화한다. 여기서, 상기 제 3 층간 절연막(28)은 상기 제 2 희생막(70) 및 상기 독출 워드 라인(40)이상의 두께를 갖도록 형성된다. 따라서, 상기 제 3 층간 절연막(28)은 후속에서 상기 제 2 희생막(70)이 제거되면 상기 독출 워드 라인(40)의 측면을 지지하여 상기 플립 전극(50)으로부터 상기 독출 워드 라인(40)을 부양시키도록 할 수 있다. 예컨대, 상기 제 3 층간 절연막(28)은 플라즈마 화학기상증착방법으로 형성된 실리콘 산화막을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 제 3 층간 절연막(28)은 화학적 기계적 연마방법에 의해 평탄화될 수 있다. 이때, 상기 독출 워드 라인(40)을 식각 정지막으로 사용하여 상기 제 3 층간 절연막(28)을 평탄화할 경우, 도전성 금속막으로 이루어진 상기 독출 워드 라인(40)이 손상될 수 있기 때문에 상기 제 3 하드 마스크막(42)을 식각 정지막 으로 사용하여야만 한다.As shown in FIG. 14, a third
도 15에 도시된 바와 같이, 제 3 층간 절연막(28)을 식각 마스크로 사용하는 건식식각방법을 이용하여 상기 제 3 하드 마스크막(42), 상기 독출 워드 라인(40), 상기 제 2 희생막(70), 상기 플립 전극(50), 상기 제 1 희생막(60), 상기 트랩 사이트(80), 및 상기 기록 워드 라인(30)을 순차적으로 비등방적으로 식각하여 상기 제 1 층간 절연막(22)이 바닥에서 노출되는 트렌치(100)를 형성한다. 여기서, 상기 트렌치(100)는 상기 독출 워드 라인(40), 상기 제 2 희생막(70), 상기 플립 전극(50), 상기 제 1 희생막(60), 및 상기 기록 워드 라인(30)이 대칭적으로 복수개로 분리되도록 형성된다. 상기 트렌치(100)는 실리콘 산화막으로 이루어진 상기 제 3 층간 절연막(28), 및 상기 제 1 층간 절연막(22)에 대응하여 폴리 실리콘 및 도전성 금속막의 선택 식각비가 높은 반응 가스를 사용하는 건식식각방법에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 건식식각방법에 사용되는 반응 가스는 CxFy계 가스나 CaHbFc계 등과 같은 불화 탄소계 가스를 사용할 수 있다. 상기 불화 탄소계 가스는, CF4, CHF3, C2F6, C4F8, CH2F2, CH3F, CH4,C2H2, C4F6 등과 같은 가스 또는 이들의 혼합 가스들로 이루어진다. 상기 트렌치(100)의 폭이 줄어들 경우, 이웃하는 상기 기록 워드 라인(30), 상기 독출 워드 라인(40), 및 상기 플립 전극(50)간의 간섭이 일어날 수 있다. 또한, 상기 트렌치(100)를 통해 후속에서 상기 제 1 희생막(60)과 상기 제 2 희생막(70)을 식각하는 식각 용액 또는 반응 가스가 정상적으로 유동되지 못할 수도 있다. 반면, 상기 트렌치(100)의 폭이 넓어질 경우, 단위 소자의 집적도가 줄어들 수 있지만, 상기 제 1 희생막(60)과 상기 제 2 희생 막(70)을 식각하는 식각 용액 또는 반응가스가 우수하게 유동되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 트렌치(100)는 기록 워드 라인(30), 플립 전극(50), 및 독출 워드 라인(40)을 대칭적으로 분리시키고, 상기 기록 워드 라인(30) 및 상기 플립 전극(50)사이의 제 1 희생막(60)과, 상기 플립 전극(50) 및 상기 독출 워드 라인(40) 사이의 제 2 희생막(70)을 제거하는 식각 용액 또는 반응 가스가 정상적으로 유동될 수 있는 선폭을 갖도록 형성된다. 예컨대, 상기 트렌치(100)는 약 30Å 내지 800Å정도의 선폭을 갖도록 형성된다. As illustrated in FIG. 15, the third hard mask layer 42, the
도시되지는 않았지만, 상기 제 3 하드 마스크막(42)의 선폭이 줄어드는 공정이 생략될 경우, 상기 독출 워드 라인(40) 및 상기 기록 워드 라인(30)의 길이 방향 중심에 형성된 제 3 층간 절연막(28)을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하는 건식식각방법에 의해 상기 제 3 하드 마스크막(42), 상기 독출 워드 라인(40), 상기 제 2 희생막(70), 상기 플립 전극(50), 상기 제 1 희생막(60), 상기 트랩 사이트(80), 및 상기 기록 워드 라인(30)이 순차적으로 비등방성 식각되어 상기 트렌치(100)가 형성될 수도 있다.Although not shown, when the process of reducing the line width of the third hard mask layer 42 is omitted, a third interlayer insulating layer formed in the center of the longitudinal direction of the read
도 16에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(100)에 의해 노출되는 상기 제 1 희생막(60), 및 상기 제 2 희생막(70)을 제거하여 상기 기록 워드 라인(30)과 상기 독출 워드 라인(40) 사이에서 상기 플립 전극(50)이 부양되는 소정의 공극을 형성한다. 예컨대, 상기 제 1 희생막(60)과 상기 제 2 희생막(70)은 습식식각방법 또는 건식식각방법에 의해 상기 트렌치(100)(82)의 측벽에서 노출된 면에서부터 측면으로 등방성 식각되어 제거될 수 있다. 폴리 실리콘 재질로 이루어진 상기 제 1 희 생막(60)과, 상기 제 2 희생막(70)의 습식식각방법에 사용되는 식각 용액은 상기 질산, 불산, 및 초산과 같은 강산에 탈이온수가 소정의 농도로 혼합된 혼합 용액으로 이루어진다. 상기 습식식각방법 또는 건식식각방법에서 사용되는 식각 용액 또는 반응 가스는 상기 트렌치(100)의 측벽에서 노출되는 상기 제 1 희생막(60)과 상기 제 2 희생막(70)을 수평방향으로 제거시키면서 상기 독출 워드 라인(40)과 상기 기록 워드 라인(30) 사이에 상기 공극을 형성토록 할 수 있다. 상기 스페이서(24)가 폴리 실리콘 재질로 형성될 경우, 상기 스페이서(24) 또한 상기 식각 용액 또는 상기 반응 가스에 의해 식각되어 공극으로 형성되어도 무방하다. 이때, 상기 스페이서(24)가 제거되어 형성되는 공극의 거리가 상기 기록 워드 라인(30)과 상기 플립 전극(50)간의 공극 거리에 비해 현저하게 작을 경우, 상기 플립 전극(50)이 상기 기록 워드 라인(30)의 상부에서 전기적으로 접촉되는 것이 아니라, 상기 기록 워드 라인(30)의 측면에서 전기적으로 접촉되어 정보의 기록 및 독출 불량이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 스페이서(24)가 제거될 경우, 기록 워드 라인(30)의 상부와 플립 전극(50) 사이의 거리가 상기 기록 워드 라인(30)의 측면과 상기 플립 전극(50) 사이의 거리에 비해 크게 형성된다. As illustrated in FIG. 16, the
도시되지는 않았지만, 상기 트렌치(100)의 상단을 덮는 제 4 층간 절연막을 형성하여 상기 트렌치(100) 내부를 밀봉시킨다. 이때, 상기 트렌치(100) 내부의 공극은 대기중의 질소 또는 아르곤과 비 반응성 가스로 충만될 수 있으며, 상기 플립 전극(50)의 굴절 속도를 증가시기 위해 진공 상태를 갖도록 설정되어 있어도 무방하다. 또한, 상기 제 4 층간 절연막이 형성된 상기 기판(10)의 상단에 또 다른 비 트 라인(20), 기록 워드 라인(30), 플립 전극(50), 및 독출 워드 라인(40)을 순차적으로 형성하여 다층 구조를 갖는 메모리 소자를 제작할 수 있다. Although not shown, a fourth interlayer insulating layer covering the upper end of the
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 비트 메모리 소자의 제조방법은 기판(10) 상에 일방향으로 형성된 비트 라인(20)의 상부에서 교차되는 방향으로 형성된 트렌치(100)를 이용하여 복수개의 기록 워드 라인(30), 플립 전극(50), 및 독출 워드 라인(40)을 대칭적으로 형성할 수 있기 때문에 소자의 집적도를 향상시킬 수 있다.Accordingly, in the method of manufacturing a dual bit memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, a plurality of write words are formed by using
또한, 상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 그리고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다. In addition, the description of the above embodiment is merely given by way of example with reference to the drawings in order to provide a more thorough understanding of the present invention, it should not be construed as limiting the present invention. In addition, for those skilled in the art, various changes and modifications may be made without departing from the basic principles of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기록 워드 라인으로 인가되는 전하를 터널링시켜 트랩되도록하고, 트랩된 상기 전하를 이용하여 플립 전극의 굴곡된 상태를 지속시키는 트랩 사이트를 구비하여 소정의 정보를 저장하기 위해 인가되어야 할 대기 전력의 소모를 줄이고, 상기 기록 워드 라인을 통해 공급되는 전하가 없이도 소정의 정보가 손실되지 않도록 할 수 있기 때문에 비 휘발성 메모리 소자의 구현이 가능한 효과가 있다. As described above, according to the present invention, there is provided a trap site for tunneling charge applied to a write word line so as to trap, and for maintaining a curved state of a flip electrode using the trapped charge to store predetermined information. Since it is possible to reduce the consumption of standby power to be applied in order to prevent the loss of predetermined information without the charge supplied through the write word line, it is possible to implement a nonvolatile memory device.
또한, 트렌치를 중심으로 양측에 대칭적으로 각각 서로 동일한 상태 또는 서로 다른 상태를 갖도록 프로그램되는 가 제 1 메모리 유닛 및 제 2 메모리 유닛으로 이루어진 단일 셀을 구비하여 2비트의 데이터를 입출력토록 할 수 있기 때문에 소자의 집적도를 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, a single cell consisting of a first memory unit and a second memory unit programmed to have the same or different states symmetrically on both sides with respect to the trench can input and output two bits of data. Therefore, there is an effect that can increase or maximize the degree of integration of the device.
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