KR0147406B1 - Non-volatile memory device & its fabrication method - Google Patents
Non-volatile memory device & its fabrication methodInfo
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Abstract
본 발명은 비휘발성 반도체 메모리 소자에 관한 것으로, 특히 플로우팅 게이트와 컨트롤 게이트 사이의 유효 커패시터 면적을 최대화하여 소자의 특성을 향상시키고 신뢰도를 크게 높인 EEPROM셀의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly, to a structure and a manufacturing method of an EEPROM cell which maximizes the effective capacitor area between a floating gate and a control gate to improve device characteristics and greatly increase reliability.
이와 같은 본 발명의 비휘발성 반도체 메모리 소자는 제1도전형 반도체기판상에 채널영역상에 형성되는 게이트 산화막과, 상기의 채널영역 이외의 부분에 형성되는 필드산화막과, 상기 게이트 산화막과 필드산화막상에 게이트 산화막보다 넓은 폭의 스택구조로 형성되는 플로우팅 게이트와, 상기 플로우팅 게이트의 표면에 균일하게 형성되는 유전체층(ONO)과, 상기의 유전체층과, 필드산화막상에 플로우팅 게이트를 감싸는 박스형태로 형성되는 컨트롤 게이트를 포함하여 구성되고, 제1도전형 반도체기판의 채널영역에 버퍼산화막과 제1절연층을 형성하는 공정과, 상기 버퍼산화막과 제1절연층을 마스크로 하여 소스 및 드레인영역과 필드산화막을 형성하는 공정과, 상기의 버퍼산화막과 제1절연층을 제거하고 게이트 산화막을 형성하는 공정과, 제1폴리 실리콘층, 제2절연층, 제2폴리 실리콘층, 제3절연층을 차례로 증착하고 채널영역 및 필드산화막 일부만 남도록 선택적으로 식각하는 공정과, 상기의 제1폴리 실리콘층, 제2절연층, 제2폴리 실리콘층, 제3절연층의 측면에 폴리 실리콘 측벽을 형성하고 제3절연층을 제거하는 공정과, 제4절연층을 증착하고 에치백하여 나이트 라이드 측벽을 형성하는 공정과, 상기의 나이트 라이드 측벽을 마스크로 제2폴리 실리콘층을 식각하고 제2절연층, 나이트 라이드 측벽을 제거하여 플로우팅 게이트를 형성하는 공정과, 상기의 플로우팅 게이트상에 유전체층(Oxide-Nitride-Oxide : ONO)을 형성하는 공정과, 상기의 유전체층( ONO)상에 컨트롤 게이트를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진다.The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention comprises a gate oxide film formed on a channel region on a first conductive semiconductor substrate, a field oxide film formed on a portion other than the channel region, and the gate oxide film and field oxide film. A floating gate formed of a stack structure having a width wider than that of the gate oxide film, a dielectric layer (ONO) formed uniformly on the surface of the floating gate, the dielectric layer, and a box shape surrounding the floating gate on the field oxide film. And forming a buffer oxide film and a first insulating layer in the channel region of the first conductive semiconductor substrate, and using the buffer oxide film and the first insulating layer as masks. And forming a field oxide film, removing the buffer oxide film and the first insulating layer, and forming a gate oxide film; Depositing a silicon layer, a second insulating layer, a second polysilicon layer, and a third insulating layer in order, and selectively etching so that only a portion of the channel region and the field oxide film remain, the first polysilicon layer, the second insulating layer, Forming a polysilicon sidewall on the side of the second polysilicon layer and the third insulating layer and removing the third insulating layer; depositing and etching back the fourth insulating layer to form a nitride sidewall; Etching the second polysilicon layer using the nitride sidewall as a mask and removing the second insulating layer and the nitride sidewall to form a floating gate; and a dielectric layer (Oxide-Nitride-Oxide: ONO) on the floating gate. ) And forming a control gate on the dielectric layer (ONO).
Description
제1도 (a), (b)는 일반적인 EEPROM셀의 구조 단면도 및 등가회로도1 (a) and (b) are structural cross-sectional views and equivalent circuit diagrams of a general EEPROM cell.
제2도 (a), (b)는 종래의 EEPROM셀의 구조단면도2 (a) and 2 (b) are structural cross-sectional views of a conventional EEPROM cell
제3도 (a) 내지 (i)는 본 발명의 EEPROM셀의 공정단면도3 (a) to (i) are process cross-sectional views of the EEPROM cell of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
31:제1도전형 반도체기판 32:버퍼산화막31: first conductive semiconductor substrate 32: buffer oxide film
33:제1절연층 34:필드산화막33: first insulating layer 34: field oxide film
35:게이트 절연막(산화막) 36:제1폴리 실리콘층35 gate insulating film (oxide film) 36 first polysilicon layer
37:제2절연층 38:제2폴리 실리콘층37: second insulating layer 38: second polysilicon layer
39:제3절연층 40:제3폴리 실리콘층39: third insulating layer 40: third polysilicon layer
41:폴리 실리콘 측벽 42:제4절연층41: polysilicon sidewall 42: fourth insulating layer
43:나이트 라이드 측벽 44:플로우팅 게이트43: night ride side wall 44: floating gate
45:유전체층 46:컨트롤 게이트45: dielectric layer 46: control gate
본 발명은 비휘발성 반도체 메모리 소자에 관한 것으로, 특히 플로우팅 게이트와 컨트롤 게이트 사이의 유효 커패시터 면적을 최대화하여 소자의 특성을 향상시키고 신뢰도를 크게 높인 EEPROM(Electrically Erasable Programmble Read Only Memory) 셀(Cell)의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and in particular, to maximize the effective capacitor area between a floating gate and a control gate, thereby improving the characteristics of the device and significantly increasing the reliability thereof. It relates to a structure and a manufacturing method.
일반적인 EEPROM셀의 구조단면도 및 등가회로를 나타낸 제1도 (a), (b)에서와 같이, EEPROM셀은 제1도전형 반도체기판(31)과 컨트롤 게이트(Control Gate)(46) 사이에 플로우팅 게이트(Floating Gate)(44)가 있으며, 컨트롤 게이트(46)에 전압(Vg)을 인가하면, 컨트롤 게이트(46)와 플로우팅 게이트(44)사이의 커패시턴스(C1)와, 플로우팅 게이트(44)와 제1도전형 반도체기판(31) 사이의 커패시턴스(C2)에 각각 V1, V2의 전압으로 나누어져 인가된다(Vg=V1+V2).As shown in FIGS. 1 (a) and (b) showing the structure cross-sectional view and equivalent circuit of a typical EEPROM cell, the EEPROM cell flows between the first conductive semiconductor substrate 31 and the control gate 46. There is a floating gate 44, and when a voltage Vg is applied to the control gate 46, the capacitance C 1 between the control gate 46 and the floating gate 44, and the floating gate are provided. The capacitance C 2 between the 44 and the first conductive semiconductor substrate 31 is divided into voltages of V 1 and V 2 and applied (Vg = V 1 + V 2 ).
여기서,이고, 결합비(Coupling Ratio)는으로 나타낸다.here, Coupling Ratio is Represented by
이때 EEPROM의 기억 및 소거특성은 V2의 크기에 의해 달라지게 된다.At this time, the memory and erase characteristics of the EEPROM vary depending on the size of V 2 .
따라서 EEPROM의 기억 및 소거특성을 향상시키기 위해서는 V2의 크기를 증가시키는 방법과 결합비(Coupling Ratio)를 증가시키는 방법이 있다.Therefore, to improve the memory and erase characteristics of the EEPROM, there are a method of increasing the size of V 2 and a method of increasing the coupling ratio.
그러나 V2를 증가시키기 위해서는 컨트롤 게이트(46) 인가전압(Vg)이 증가되어야 하므로 소자의 소비전력이 커지고, 플로우팅 게이트(44)와 컨트롤 게이트(46) 사이의 절연물질의 신뢰성에도 문제가 생기게 된다.However, in order to increase V 2 , the control voltage of the control gate 46 must be increased, so the power consumption of the device is increased, and there is a problem in the reliability of the insulating material between the floating gate 44 and the control gate 46. do.
그러므로 Vg를 변화시키지 않거나 Vg를 낮추고도 유효 커패시턴스를 향상시키기 위해서는 결합비(Coupling Ratio)를 증가시키는 것이 유효하다.Therefore, it is effective to increase the coupling ratio in order to improve the effective capacitance without changing Vg or lowering Vg.
여기서, 결합비를 증가시키는 방법에는 플로우팅 게이트와 컨트롤 게이트 사이의 커패시턴스인 C1을 크게하기 위해 플로우팅 게이트와 컨트롤 게이트 사이의 유효 커패시터 면적을 증가시키는 방법과, 기판과 플로우팅 게이트 사이의 커패시턴스 C2줄이는 방법이 있다.Here, the method of increasing the coupling ratio includes increasing the effective capacitor area between the floating gate and the control gate to increase C 1 , which is the capacitance between the floating gate and the control gate, and the capacitance between the substrate and the floating gate. There is a way to reduce C 2 .
이하, 첨부된 도면을 참고하여 결합비를 증가시키기 위한 종래의 EEPROM셀의 구조 및 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a structure and a manufacturing method of a conventional EEPROM cell for increasing a coupling ratio will be described with reference to the accompanying drawings.
제2도 (a), (b)는 종래의 EEPROM셀의 구조단면도를 나타낸 것으로 제2도 (a)는 플로우팅 게이트(44)의 표면을 거칠게 만들어 플로우팅 게이트(44)와 컨트롤 게이트(46) 사이의 커패시턴스(C1)를 향상시킨 것이고, 제2도 (b)는 셀(Cell)에 인접한 필드산화막(Field Oxide) 영역에 트렌치(Trench)공정을 하여 트렌치내에 플로우팅 게이트(44)와 컨트롤 게이트(46)를 형성하는 방법으로 트렌치 커패시터(Trench Capacitor)를 만들어 유효 커패시터 면적을 증가시킨 것이다.2 (a) and 2 (b) show a structural cross-sectional view of a conventional EEPROM cell. FIG. 2 (a) roughens the surface of the floating gate 44 to form the floating gate 44 and the control gate 46. The capacitance (C 1 ) between) is improved, and FIG. 2 (b) shows a trench process in a field oxide region adjacent to the cell, thereby forming a floating gate 44 and a trench in the trench. By forming the control gate 46 to form a trench capacitor (Trench Capacitor) to increase the effective capacitor area.
그러나 제2도 (a), (b)와 같은 종래의 기술에 있어서는 유효 커패시터 면적을 증가 시키는데 한계가 있고 특히, 제2도 (b)와 같은 방법에 있어서는 유효 커패시터 면적을 증가시키기 위한 트렌치(Trench)공정이 매우 어렵다는 문제점이 있었다.However, in the related arts of FIGS. 2A and 2B, there is a limit to increasing the effective capacitor area, and in particular, in the method of FIG. 2B, a trench for increasing the effective capacitor area is shown. There was a problem that the process is very difficult.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 플로우팅 게이트와 컨트롤 게이트 사이의 유효 커패시터 면적을 효과적으로 증가시켜 결합비를 향상시킬 수 있는 비휘발성 반도체 메모리 소자의 구조 및 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, the structure and fabrication of a nonvolatile semiconductor memory device that can improve the coupling ratio by effectively increasing the effective capacitor area between the floating gate and the control gate Its purpose is to provide a method.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비휘발성 반도체 메모리 소자의 구조 및 제조방법은 스택구조의 박스(Box)형태로 플로우팅 게이트와 컨트롤 게이트를 형성하여 유효 커패시터 면적을 증가시키는 것을 그 특징으로 한다.The structure and manufacturing method of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object is characterized by increasing the effective capacitor area by forming a floating gate and a control gate in the form of a box (box) of the stack structure do.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제3도 (a) 내지 (i)는 본 발명의 EEPROM셀의 공정단면도를 나타낸 것으로써, 먼저, 제3도 (a)에서와 같이 제1도전형 반도체기판(31)에 버퍼산화막(32)과 제1절연층(Nitride)(33)을 차례로 증착하고 액티브 마스크(도면에 도시하지 않음)를 이용하여 제1도전형 반도체기판(31)을 엔드-포인트(End-Point)로 하여 사진식각 공정으로 버퍼산화막(32)과 제1절연층(Nitride)(33)을 채널영역에만 남도록 선택적으로 제거한 후, 제2도전형 불순물의 이온주입(Ion Implant)을 실시하여 소스 및 드레인영역을 형성한다.3 (a) to (i) show a process cross-sectional view of the EEPROM cell of the present invention. First, as shown in FIG. 3 (a), the buffer oxide film 32 is formed on the first conductive semiconductor substrate 31. And the first insulating layer (Nitride) 33 are sequentially deposited, and a photolithography process is performed by using the active mask (not shown) as the first conductive semiconductor substrate 31 as an end-point. The buffer oxide layer 32 and the first insulating layer 33 are selectively removed to remain only in the channel region, and then ion implantation of the second conductive impurity is performed to form source and drain regions.
그리고 제3도 (b)에서와 같이 산화공정으로 필드산화막(34)을 형성함과 동시에 소스 및 드레인영역을 확산시킨다.As shown in FIG. 3 (b), the field oxide film 34 is formed by the oxidation process and the source and drain regions are diffused.
이어, 채널영역 상측의 버퍼산화막(32)과 제1절연층(33)을 제거하고 채널영역상에 게이트 절연막(산화막)(35)을 형성한 후, 제3도 (c)에서와 같이 전면에 폴리실리콘과 질화막(Nitride)을 교대로 증착하여 제1폴리 실리콘층(36), 제2절연층(37), 제2폴리 실리콘층(38), 제3절연층(39)을 차례대로 형성한다.Subsequently, the buffer oxide film 32 and the first insulating layer 33 on the upper side of the channel region are removed, and the gate insulating film (oxide film) 35 is formed on the channel region. Then, as shown in FIG. Polysilicon and nitride are alternately deposited to form a first polysilicon layer 36, a second insulating layer 37, a second polysilicon layer 38, and a third insulating layer 39 in this order. .
그리고 제3도 (d)에서와 같이 필드산화막(34)을 엔드-포인트로 하여 사진식각 공정으로 필드영역의 제1폴리 실리콘층(36), 제2절연층(37), 제2폴리 실리콘층(38), 제3절연층(39)을 채널영역 및 양측 필드산화막(34) 일부에만 남도록 제거한 후, 전면에 폴리실리콘을 증착하여 제3폴리 실리콘층(40)을 형성한다.As shown in FIG. 3 (d), the first polysilicon layer 36, the second insulating layer 37, and the second polysilicon layer in the field region are formed by a photolithography process using the field oxide film 34 as an end point. (38) The third insulating layer 39 is removed so that only a portion of the channel region and both field oxide films 34 remain, and then polysilicon is deposited on the entire surface to form the third polysilicon layer 40.
이어, 제3도 (e)에서와 같이 제3폴리 실리콘층(40)을 에치백(Etch Back)공정을 수행하여 채널영역 및 양측 필드산화막(34) 일부에만 남도록 형성된 상기 공정의 결과물(36),(37),(38),(39)의 측벽에만 남도록 하여 폴리 실리콘 측벽(41)을 형성한다.Subsequently, as a result of the process 36, the third polysilicon layer 40 is etched back as shown in FIG. 3 (e) to leave only a portion of the channel region and both field oxide layers 34. The polysilicon sidewall 41 is formed so as to remain only on the sidewalls of (37), (38) and (39).
이어, 제3도의 (f)에서와 같이 제3절연층(39)을 제거하고 제3도 (g)에서와 같이 전면에 질화막을 증착하여 제4절연층(42)을 형성한 후, 제3도 (h)에서와 같이 에치백(Etch Back)공정으로 제4절연층(42)을 식각하여 나이트 라이드 측벽(43)을 형성한다.Subsequently, the third insulating layer 39 is removed as shown in FIG. 3 (f), and a nitride film is deposited on the entire surface as shown in FIG. 3 (g) to form the fourth insulating layer 42. As shown in (h), the fourth insulating layer 42 is etched by an etch back process to form the nitride sidewall 43.
그리고 상기 공정의 폴리 실리콘 측벽(41) 내측의 나이트 라이드 측벽(43)을 마스크로 하여 제2폴리 실리콘층(38)을 제2절연층(37)을 엔드 포인트로 하여 비등방식각을 한 후, 제3도 (i)에서와 같이 제2절연층(37), 제4절연층(42)을 제거하여 플로우팅 게이트(44)를 형성한다.After the second polysilicon layer 38 is used as a mask and the second insulating layer 37 is used as an end point by using the nitride sidewalls 43 inside the polysilicon sidewalls 41 as the mask, As shown in FIG. 3 (i), the second insulating layer 37 and the fourth insulating layer 42 are removed to form the floating gate 44.
이어, 상기의 플로우팅 게이트(44) 표면에 산화막(Oxide)과 질화막(Nitride)을 차례대로 증착하여 유전체층(Oxide-Nitride-Oxide : ONO)(45)을 균일하게 형성하고 폴리실리콘을 증착하여 컨트롤 게이트(46)를 형성한다.Subsequently, an oxide layer and a nitride layer are sequentially deposited on the surface of the floating gate 44 to uniformly form a dielectric layer (Oxide-Nitride-Oxide: ONO) 45 and deposit polysilicon to control it. The gate 46 is formed.
상기와 같이 구성된 본 발명의 EEPROM은 스택구조의 박스(Box)형태로 플로우팅 게이트와 컨트롤 게이트를 형성하여 유효 커패시터 면적을 증가시켜 플로우팅 게이트와 컨트롤 게이트 사이의 커패시턴스인 C1을 증가시키는 방법으로 소자의 특성을 향상시킨 것이므로 트렌치타입의 비휘발성 반도체 메모리 소자의 문제인 공정의 난해성을 해결하고, 특히 C1의 값을 3∼4배 이상 증가시킬 수 있기 때문에 제1도전형 반도체기판(31)과 플로우팅 게이트(44)에 일정 전압을 유지시키기 위해 외부에서 인가하는 전압을 대폭 낮출수 있게 되어, 컨트롤 게이트(46)와 플로우팅 게이트(44) 사이의 유전체층(ONO)(45)의 신뢰성을 크게 향상시키는 효과가 있다.EEPROM of the present invention configured as described above is a method of increasing the effective capacitor area by forming a floating gate and a control gate in the form of a box (box) of a stack structure to increase the capacitance C 1 , which is the capacitance between the floating gate and the control gate. In order to improve the characteristics of the device, it is possible to solve the difficulty of the process, which is a problem of the trench type nonvolatile semiconductor memory device, and in particular, to increase the value of C 1 by 3 to 4 times or more. In order to maintain a constant voltage on the floating gate 44, the voltage applied from the outside can be greatly reduced, thereby greatly increasing the reliability of the dielectric layer (ONO) 45 between the control gate 46 and the floating gate 44. It is effective to improve.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019940007838A KR0147406B1 (en) | 1994-04-14 | 1994-04-14 | Non-volatile memory device & its fabrication method |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1019940007838A KR0147406B1 (en) | 1994-04-14 | 1994-04-14 | Non-volatile memory device & its fabrication method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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KR0147406B1 true KR0147406B1 (en) | 1998-08-01 |
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Family Applications (1)
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KR1019940007838A KR0147406B1 (en) | 1994-04-14 | 1994-04-14 | Non-volatile memory device & its fabrication method |
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-
1994
- 1994-04-14 KR KR1019940007838A patent/KR0147406B1/en not_active IP Right Cessation
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