KR100267769B1 - Method for manufacturing nonvolatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 비휘발성 메모리 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a nonvolatile memory device.
최근 플래쉬 EEPROM(Flash Elecrically Erasable Programmable Read Only Memory) 및 플래쉬 메모리 카드(Flash Memory Card)와 같은 비휘발성 메모리의 응용이 확대되면서 이 비휘발성 메모리에 관한 연구 개발이 요구되고 있다.Recently, as the application of nonvolatile memory such as Flash Elecrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM) and Flash Memory Card is expanded, research and development on the nonvolatile memory is required.
일반적으로 EEPROM, 플래쉬 EEPROM 등의 비휘발성 반도체 메모리를 데이터의 저장미디어(mass storage media)로 사용하고자 할 때 가장 큰 문제점은 상기 메모리의 비트당 가격(cost-per-bit)이 너무 비싸다는 것이다.In general, the biggest problem when using a nonvolatile semiconductor memory such as EEPROM, flash EEPROM as a mass storage media (data storage media) is that the cost-per-bit of the memory is too expensive.
또한, 포터블(potable) 제품으로의 응용을 위해서는 저전력이 소모되는 칩(Chip)이 요구된다.In addition, a chip that consumes low power is required for application to a portable product.
이러한 메모리의 비트당 가격을 낮추기 위한 방안으로 최근 멀티 비트셀(multibit-per-cell)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, researches on multibit-per-cells have been actively conducted to reduce the price per bit of the memory.
종래의 비휘발성 메모리의 비트 집적도는 메모리셀의 갯수와 일대일 대응관계에 있다.The bit density of a conventional nonvolatile memory has a one-to-one correspondence with the number of memory cells.
반면에 멀티 비트셀은 메모리셀 하나에 2비트 이상의 데이터를 저장함으로써 메모리셀의 사이즈를 줄이지 않고도 동일 칩 면적에 데이터의 저장 집적도를 크게 높일 수 있다.On the other hand, the multi-bit cell stores two or more bits of data in one memory cell, thereby greatly increasing the storage density of the data in the same chip area without reducing the size of the memory cell.
이러한 멀티 비트 셀을 구현하기 위해서는 각 메모리셀에 3개 이상의 문턱전압 레벨(threshold voltage level)을 프로그램 해야 한다.To implement such a multi-bit cell, three or more threshold voltage levels must be programmed in each memory cell.
예를 들면 셀당 2비트의 데이터를 저장하기 위해서는 22= 4, 즉 4단계의 문턱전압 레벨로 각 셀을 프로그램(program)할 수 있어야 한다.For example, in order to store two bits of data per cell, each cell must be programmed at a threshold voltage level of 2 2 = 4, that is, four levels.
이때, 4단계의 문턱전압 레벨은 논리적으로 00, 01, 10, 11의 각 로직상태로 대응시킨다.At this time, the threshold voltage levels of
이와 같은 멀티 레벨 프로그램에 있어서 가장 큰 과제는 각 문턱전압 레벨이 통계적인 분포를 갖는다는 점이고 이 값은 약 0.5V에 이른다.The biggest challenge in such a multi-level program is that each threshold voltage level has a statistical distribution, which is about 0.5V.
따라서 각각의 문턱전압 레벨을 줄이기 위한 방법으로서 일반적으로 프로그램과 조회를 반복하여 프로그래밍을 수행하는 기법을 사용하고 있다.Therefore, as a method of reducing the threshold voltage level, a technique of performing programming by repeating a program and an inquiry is generally used.
이 기법에서는 원하는 문턱전압 레벨로 비휘발성 메모리셀을 프로그램 하기 위해 일련의 프로그램 전압펄스(a series of voltage pulses)를 셀에 인가한다.In this technique, a series of voltage pulses are applied to a cell to program a nonvolatile memory cell at a desired threshold voltage level.
셀이 원하는 문턱전압 레벨에 도달했는지를 조회(verify)하기 위해 각 전압 펄스들 사이에서 읽기(reading)과정이 수행되어진다.A reading process is performed between the voltage pulses to verify whether the cell has reached the desired threshold voltage level.
각 조회중에, 조회된 문턱전압 레벨 값이 원하는 문턱전압 레벨 값에 도달하면 프로그래밍 과정은 스톱(stop)된다.During each inquiry, the programming process stops when the queried threshold voltage level value reaches a desired threshold voltage level value.
이러한 프로그램과 조회를 반복 수행하는 방식에서는 유한한 프로그램 전압 펄스 폭으로 인한 문턱전압 레벨의 에러분포를 줄기 어렵다.In such a method of repeating the program and inquiry, it is difficult to reduce the error distribution of the threshold voltage level due to the finite program voltage pulse width.
또한 상기의 프로그램과 조회를 반복하는 앨고니즘을 회로로 구현하게 되므로 칩의 주변회로 면적이 증가된다.In addition, since the algorithm that repeats the program and inquiry is implemented as a circuit, the area of the peripheral circuit of the chip is increased.
그리고 상기의 반복적인 방법은 프로그램 시간이 길어지는 단점이 있다.And the above repetitive method has a disadvantage that the program time is long.
이와 같은 단점을 제거하기 위해서 SunDisk사의 R.Cernea는 프로그램밍과 동시에 조회하는 기법을 소개하였다.To eliminate this drawback, SunDisk's R.Cernea introduced a technique for querying at the same time as programming.
제1a도는 일반적인 비휘발성 메모리 셀을 나타낸 회로도이다.1A is a circuit diagram illustrating a general nonvolatile memory cell.
제1a도에 도시된 바와같이, 그 비휘발성 메모리셀은 콘트롤 게이트(1), 플로팅 게이트(2), 소오스(3), 채널영역(4) 및 드레인(5)으로 구성된다.As shown in Fig. 1A, the nonvolatile memory cell is composed of a
프로그램이 일어날 만큼 충분한 전압을 콘트롤 게이트(1) 및 드레인(5)에 인가하면 드레인(5)과 소오스(3) 사이에 전류가 흐른다.If enough voltage is applied to the
이 전류를 주어진 기준전류(reference current)와 비교하여 기준전류 보다 같거나 작은 값에 도달하면 프로그램 완료신호(programming completion signal)를 발생시킨다.This current is compared with a given reference current to generate a programming completion signal when it reaches a value less than or equal to the reference current.
이러한 과정은 제1b도에 잘 나타나 있다.This process is illustrated in Figure 1b.
이 선행기술에서는 프로그래밍과 동시에 자동으로 프로그램 상태를 조회함으로써 프로그램과 조회를 반복하는 반복기법의 단점을 보완할 수 있다.This prior art can compensate for the shortcomings of the iterative technique of repeating programs and queries by automatically querying the program status at the same time as programming.
그러나 상기 R.Cernea의 기법에서는 프로그램 동작을 위한 프로그램 게이트를 따로 사용하지 않을 뿐만 아니라 프로그램이 전류경로와 센싱(또는 조회) 전류 경로가 완전히 분리되는 구조를 이용하지 않았다.However, R. Ceernea's technique does not use a program gate for program operation separately, and does not use a structure in which a program is completely separated from a current path and a sensing (or inquiry) current path.
특히, 메모리셀의 콘트롤 게이트에 인가되는 전압으로 문턱전압 레벨을 조절하지 않는다.In particular, the threshold voltage level is not controlled by the voltage applied to the control gate of the memory cell.
따라서 프로그래밍 동작과 센싱동작을 각각 따로 최적화 시키기 어렵다.Therefore, it is difficult to optimize the programming operation and the sensing operation separately.
또한 프로그래밍 전류와 모니터링 전류가 분리되어 있지 않기 때문에 셀의 문턱전압 레벨을 직접적으로 콘트롤하여 조절(adjust)하기 어렵다.In addition, since the programming and monitoring currents are not separated, it is difficult to directly control and adjust the threshold voltage level of the cell.
또한, 미국특허(등록번호 5,043,940)에서는 메모리셀의 각 단자에 인가하는 전압은 고정시키고 각 레벨에 해당하는 기준전류들을 변화시키는 방법으로 멀티레벨 프로그래밍을 수행하였다.In addition, in the US patent (Registration No. 5,043,940), multilevel programming was performed by fixing a voltage applied to each terminal of a memory cell and changing reference currents corresponding to each level.
이러한 기법에서는 제1b도에서와 같이 검침의 기준전류들은 일반적으로 셀의 문턱전압들과 명백한(explicit) 관계를 찾기 어렵고, 또한 선형(linear)적인 관계에 있지 않다.In this technique, as shown in FIG. 1B, the reference currents of the meter are generally hard to find an explicit relationship with the threshold voltages of the cell, and are not in a linear relationship.
따라서, 위의 종래 기술과 같은 전류제어방식(current controlled method)에서는 직접적이고 효과적으로 멀티레벨을 콘트롤 하기 어려운 단점이 있었다.Therefore, in the current controlled method as in the prior art, there is a disadvantage in that it is difficult to control the multilevel directly and effectively.
한편 EEPROM 또는 플래쉬 EEPROM의 셀 구조는 채널영역상의 플로팅 게이트 위치에 따라 크게 두 종류로 나뉘어진다.On the other hand, the cell structure of the EEPROM or flash EEPROM is divided into two types according to the floating gate position on the channel region.
첫 번째 것은 셀의 채널영역상에 플로팅 게이트가 완전히 덮고 있는 단순 적층 게이트(simple stacked gate) 구조이고, 두 번째 것은 플로팅 게이트가 소오스와 드레인 사이의 채널영역상의 일부만 덮고 있는 채널분리형(split-channel) 구조이다.The first is a simple stacked gate structure in which the floating gate is completely covered on the channel region of the cell. The second is a split-channel in which the floating gate covers only a part of the channel region between the source and the drain. Structure.
위 채널영역에서 플로팅 게이트가 없는 영역은 선택 트랜지스터(select transistor)라 불리며, 이 선택 트랜지스터와 플로팅 게이트 트랜지스터가 동일 채널영역에 직렬로 연결되어 하나의 메모리셀을 구성한다.An area without a floating gate in the channel region is called a select transistor, and the select transistor and the floating gate transistor are connected in series to the same channel region to form a memory cell.
이와 같은, 채널분리형 셀은 또한 상기 선택 트랜지스터의 형성방식에 따라 두 종류로 구분지을 수 있다.Such a channel-separated cell may also be classified into two types according to the formation method of the selection transistor.
플로팅 게이트 트랜지스터의 콘트롤 게이트 전극과 선택 트랜지스터의 게이트 전극이 동일한 구조의 셀(merged-split-gate-cell로 불린다)과, 플로팅 게이트 트랜지스터의 콘트롤 게이트 전극과 선택 트랜지스터의 게이트 전극이 분리된 게이트 분리형 셀(split-gate-cell로 불린다)이 그것들이다.The control gate electrode of the floating gate transistor and the gate electrode of the selection transistor have the same structure (called merged-split-gate-cell), and the gate-separated cell in which the control gate electrode and the gate electrode of the selection transistor are separated (called split-gate-cells).
상기 선택 트랜지스터는 과잉소거 문제를 방지하고 무접축 가상접지 어레이(contactless virtual ground array)의 구성이 용이하도록 하기 위해 도입되었다.The selection transistors have been introduced to prevent over-erasing problems and to facilitate the construction of contactless virtual ground arrays.
특히 게이트 분리형 셀은 상기 목적이외에 소오스측(source side)으로부터 핫 일렉트론(hot electron)의 주입이 용이하도록 하기 위해 도입되었다.In particular, gate-separated cells have been introduced to facilitate the injection of hot electrons from the source side in addition to these purposes.
제2a도는 종래의 단순적층 게이트 구조를 갖는 비휘발성 메모리 셀을 나타낸 회로도이며, 제2b도는 종래의 채널 분리형 구조를 갖는 비휘발성 메모리 셀을 나타낸 회로도이다.FIG. 2A is a circuit diagram illustrating a conventional nonvolatile memory cell having a simple stacked gate structure, and FIG. 2B is a circuit diagram illustrating a nonvolatile memory cell having a conventional channel-separated structure.
제2a도와 제2b도는 종래 비휘발성 메모리 셀의 구조와 함께 프로그래밍과 소거과정도 함께 보여준다.2a and 2b show the programming and erasing processes together with the structure of a conventional nonvolatile memory cell.
제2a도에서, 참조번호 6은 콘트롤 게이트, 7은 플로팅 게이트, 8은 소오스, 9는 드레인, 10은 채널영역을 지시한다.In FIG. 2A,
제2b도에서, 참조번호 13은 콘트롤 게이트, 14는 플로팅 게이트, 15는 소오스, 16은 드레인, 17은 채널영역, 18은 소거 게이트를 지시한다.In FIG. 2B,
제2b도에 따르면 프로그램 동작시에는 소거 게이트(18)는 불필요한 게이트이므로 제2a도와 제2b도의 종래 셀들은 프로그래밍 동작시에는 실질적으로 2중 폴리게이트 구조와 동일하게 된다.According to FIG. 2B, since the
결국 지금까지의 선행 기술에서는 모두 프로그램 동작시 콘트롤 게이트, 소거 게이트, 소오스 또는 드레인의 전극들만으로 프로그래밍을 수행하였기 때문에 메모리 셀 내부에서 프로그램 전류 경로와 조회(또는 센싱) 전류경로를 분리하기 어려웠다.As a result, all of the prior arts have been difficult to separate the program current path and the inquiry (or sensing) current path in the memory cell because programming is performed only by the electrodes of the control gate, the erase gate, the source, or the drain during the program operation.
따라서, 직접적이고 효과적으로 멀티레벨을 콘트롤하기 어려운 단점이 있었다.Therefore, there is a disadvantage that it is difficult to control the multilevel directly and effectively.
상기의 채널 분리형 비휘발성 메모리 셀은 핫 일렉트론 인젝션 메카니즘(hot electron injection mechanlsm)을 프로그램 방식으로 사용하고 있다.The channel-separated nonvolatile memory cell uses a hot electron injection mechanism (programmed by hot electron injection mechanlsm).
특히 상기의 합병선 게이트 분리형 셀은 드레인측으로부터의 핫 일렉트론의 주입을 이용하고, 분리형 게이트 셀은 소오스측 핫 일렉트론 인젝션을 이용한다.In particular, the merged gate gate type cell uses injection of hot electrons from the drain side, and the split gate cell uses source side hot electron injection.
또한, 소거(erase)는 다른 EEPROM과 마찬가지로 FN 터널링(FN-Tunnelling)을 이용한다.In addition, erase uses FN-Tunnelling as in other EEPROMs.
그러나 상기와 같은 종래의 비휘발성 메모리 소자에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the above conventional nonvolatile memory device has the following problems.
첫째, 콘택이 없는 플로팅 게이트 메모리에서 소오스측으로 소거할 시 매립층 영역의 공정 불균일로부터 소거 문턱전압의 불균일이 발생한다.First, in the floating gate memory without contact, the erase threshold voltage is generated from the process unevenness of the buried layer region when the erase is performed to the source side.
둘째, 강한 전계에 의해서 반도체 기판이 밴드-투-밴드(band-to-band) 터널링이 발생하여 정공이 터널링 산화막으로 주입되어 트랩(trap)됨으로써 소자의 열화가 발생한다.Second, band-to-band tunneling occurs in the semiconductor substrate due to a strong electric field, holes are injected into the tunneling oxide film, and traps are deteriorated.
셋째, 소오스측으로 소거를 피하기 위해서 폴리-투 폴리(poly-to-poly) 소거를 채용함으로써 소거 게이트를 형성하기 위하여 복잡한 공정과 추가로 폴리 실리콘층이 필요하다.Third, a complicated process and an additional polysilicon layer are needed to form an erase gate by employing poly-to-poly erase to avoid erasing to the source side.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 폴리-투-폴리 소거로 소오스측 소거시에 발생하는 밴드-투-밴드 터널링에 의한 터널링 산화막내로 정공주입에 의한 소자 특성을 열화를 방지하고, 소거 게이트를 형성하는 별도의 공정이 필요 없는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems and prevents deterioration of device characteristics due to hole injection into a tunneling oxide film by band-to-band tunneling that occurs during source-side erasing with poly-to-poly erasure. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory device that does not require a separate process of forming an erase gate.
제1a도는 일반적인 비휘발성 메모리 셀의 회로도.1A is a circuit diagram of a typical nonvolatile memory cell.
제1b도는 제1a도에 따른 비휘발성 메모리의 오토 조회 프로그래밍 원리를 설명하기 위한 그래프.FIG. 1B is a graph for explaining the principle of auto inquiry programming of a nonvolatile memory according to FIG.
제2a도는 종래의 단순적층 게이트 구조를 갖는 비휘발성 메모리 셀의 회로도.2A is a circuit diagram of a nonvolatile memory cell having a conventional simple stacked gate structure.
제2b도는 종래의 채널분리형 구조를 갖는 비휘발성 메모리 셀의 회로도.2B is a circuit diagram of a nonvolatile memory cell having a conventional channel-separated structure.
제3a도 내지 제3h도는 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도3A to 3H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device according to the present invention.
제4도는 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 셀을 나타낸 회로도.4 is a circuit diagram showing a nonvolatile memory cell according to the present invention.
제5도는 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 소자의 가상적인 회로적 구성도.5 is a schematic circuit diagram of a nonvolatile memory device according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
21 : 반도체 기판 22 : 버퍼 산화막21 semiconductor substrate 22 buffer oxide film
23 : 매립층 24a, 24b : 제 1, 제 2산화막23: buried
25 : 제 1 HLD층 26 : 질화막25
27 : 제 2 HLD층 28 : 터널링 산화막27: second HLD layer 28: tunneling oxide film
29 : 플로팅 게이트 30 : 제 1 층간 절연막29 floating
31a : 소거 게이트 31b : 콘트롤 게이트31a: erase
32 : 제 3 HLD층 33 : BPSG층32: third HLD layer 33: BPSG layer
34 : 워드 라인 35 : 제 2 층간 절연막34: word line 35: second interlayer insulating film
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 소자의 제조방법은 반도체 기판의 표면내에 일정한 간격을 갖는 매립층을 형성하는 단계와, 상기 매립층 영역의 반도체 기판의 표면에 제 1 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 절연막상에 제 1 HLD층과 질화막과 제 2 HLD층을 차례로 증착하는 단계와, 상기 반도체 기판의 표면에 터널링 산화막을 형성하는 단계와, 상기 터널링 산화막을 개재하여 상기 절연막과 오버랩되도록 플로팅 게이트를 형성하는 단계와, 상기 제 2 HLD층을 선택적으로 제거하여 소거 게이트 영역을 정의하는 단계와, 상기 제 2 HLD층을 선택적으로 제거하여 소거 게이트 영역을 정의하는 단계와, 상기 플로팅 게이트를 포함한 반도체 기판의 전면에 제 2 절연막을 증착하는 단계와, 상기 제 2 절연막을 사이에 두고 상기 플로팅 게이트 상측에 콘트롤 게이트 및 상기 소거 게이트 영역에 소거 게이트를 형성하는 단계와, 상기 콘트롤 게이트의 표면이 소정부분 노출되도록 콘택홀을 갖는 제 3 절연막 및 제 4 절연막을 증착하는 단계와, 그리고 상기 콘택홀을 통해 상기 콘트롤 게이트와 연결되는 워드 라인을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.A method of manufacturing a nonvolatile memory device according to the present invention for achieving the above object is to form a buried layer having a predetermined interval in the surface of the semiconductor substrate, and to form a first insulating film on the surface of the semiconductor substrate in the buried layer region Depositing a first HLD layer, a nitride film, and a second HLD layer on the first insulating film, forming a tunneling oxide film on a surface of the semiconductor substrate, and interposing the tunneling oxide film through the tunneling oxide film. Forming a floating gate to overlap with the semiconductor substrate, selectively removing the second HLD layer to define an erase gate region, selectively removing the second HLD layer to define an erase gate region, and Depositing a second insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate including the floating gate; Forming an erase gate in the control gate and the erase gate region above the floating gate, depositing a third insulating film and a fourth insulating film having contact holes to expose a predetermined portion of the surface of the control gate; and And forming a word line connected to the control gate through a contact hole.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing a nonvolatile memory device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제3a도 내지 제3h도는 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.3A to 3H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device according to the present invention.
제3a도에 도시한 바와같이 반도체 기판(21)상에 버퍼(Buffer) 산화막(22)을 형성하고, 상기 버퍼 산화막(22)상에 제 1 포토레지스트(PR 1)를 도포한 후, 노광 및 현상공정으로 제 1 포토레지스트(PR 1)를 패터닝한다.As shown in FIG. 3A, a buffer oxide film 22 is formed on the
이어, 상기 패터닝된 제 1 포토레지스트(PR 1)를 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판(21)의 전면에 소오스/드레인용 고농도 불순물 이온을 주입하여 반도체 기판(21)의 표면내에 매립층(23)을 형성한다.Subsequently, source / drain high concentration impurity ions are implanted into the entire surface of the
제3b도에 도시한 바와같이 상기 제 1 포토레지스트(PR 1)와 버퍼 산화막(22)을 제거한다.As shown in FIG. 3B, the
이어, 상기 반도체 기판(21)을 산화(Oxidation)시키어 반도체 기판(21)의 표면에 제 1, 제 2 산화막(24a, 24b)을 형성한다. 이때 상기 제 1 산화막(24a)은 불순물 이온이 주입된 매립층(23) 영역의 반도체 기판(21) 표면에 1500Å 두께로 형성되고, 상기 제 2 산화막(24b)은 불순물 이온이 주입되지 않은 영역에 100∼200Å 두께로 형성된다.Next, the
제3c도에 도시한 바와같이 상기 제 1, 제 2 산화막(24a, 24b)을 포함한 반도체 기판(21)의 전면에 1000∼2000Å 두께로 제 1 HLD층(25)을 증착하고, 상기 제 1 HLD층(25)상에 50∼100Å 두께로 질화막(26)을 증착하며, 상기 질화막(26)상에 약 1000Å 두께로 제 2 HLD층(27)을 증착한다.As shown in FIG. 3C, a
여기서 상기 질화막(26)은 후공정에서 제 2 HLD층(27)을 습식식각할 때 제 1 HLD층(25)의 보호용으로 증착한다.The
이어, 상기 제 2 HLD층(27)상에 제 2 포토레지스트(PR 2)를 도포한 후, 노광 및 현상공정으로 제 2 포토레지스트(PR 2)를 패터닝한다.Subsequently, after applying the
그리고 상기 패터닝된 제 2 포토레지스트(PR 2)를 마스크로 이용하여 상기 제 2 HLD층(27), 질화막(26), 재 1 HLD층(25)을 선택적으로 제거한다. 이때 상기 제 2 산화막(24b)의 일부도 동시에 식각된다.The
제 3d도에 도시한 바와같이 상기 제 2 포토레지스트(PR 2) 및 제 2 산화막(24b)을 제거하고, 상기 제 2 산화막)24b)이 제거된 반도체 기판(21)의 표면에 100Å 두께로 터널링 산화막(28)을 형성하고, 상기 터널링 산화막(29)을 포함한 반도체 기판(21)의 전면에 1000∼2000Å 두께로 제 1 폴리 실리콘층(도면에는 도시하지 않음)을 증착한다.As shown in FIG. 3D, the
이어, 상기 제 1 폴리 실리콘층상에 제 3 포토레지스트(PR 3)를 도포한 후, 노광 및 현상공정으로 제 3 포토레지스트(PR 3)를 패터닝한다.Subsequently, after applying the
그리고 상기 패터닝된 제 3 포토레지스트(PR 3)를 마스크로 이용하여 상기 제 2 HLD층(27)의 표면이 소정부분 노출되도록 제 1 폴리 실리콘층을 선택적으로 제거하여 플로팅 게이트(Floating Gate)(29)를 형성한다.Using the patterned
여기서 상기 플로팅 게이트(29)를 형성할 때 페리(Peri) 영역의 제 1 폴리 실리콘층은 모두 제거된다.In this case, when the floating
제3e도에 도시한 바와같이 상기 제 3 포토레지스트(PR 3)를 제거하고, 상기 제 2 HLD층(27)을 선택적으로 제거한다.As shown in FIG. 3E, the
여기서 상기 제 2 HLD층(27)은 이후 공정에서 소거 게이트가 형성될 영역만 습식식각에 의해 선택적으로 제거한다.In this case, the
이어, 상기 플로팅 게이트(29)를 포함한 반도체 기판(21)의 전면에 200∼300Å 두께로 제 1 층간 절연막(30)을 증착한다.Subsequently, a first
여기서 상기 제 1 층간 절연막(30)은 실리콘 산화막/질화막 또는 실리콘 산화막/질화막/실리콘 산화막으로 구성된 적층구조의 절연막이다.Here, the first
제3f도에 도시한 바와같이 상기 제 1 층간 절연막(30)상에 제 2 폴리 실리콘층(31)을 증착하고, 상기 제 2 폴리 실리콘층(31)상에 제 4 포토레지스트(PR 4)를 도포한 후, 노광 및 현상공정으로 제 4 포토레지스트(PR 4)를 패터닝한다.As shown in FIG. 3F, a
제3g도에 도시한 바와같이 상기 패터닝된 제 4 포토레지스트(PR 4)를 마스크로 이용하여 상기 제 2 폴리 실리콘층(31)을 선택적으로 제거하여 소거 게이트(31a)와 콘트롤 게이트(31b)를 형성한다.As shown in FIG. 3G, the
이때 페리 영역에는 게이트 전극이 형성된다.In this case, a gate electrode is formed in the ferry region.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 페리영역에 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 갖는 소오스와 드레인 영역을 형성한다.Although not shown in the drawing, a source and a drain region having an LDD (Lightly Doped Drain) structure are formed in the ferry region.
이어, 상기 제 4 포토레지스트(PR 4)를 제거하고, 상기 소거 게이트(31a) 및 콘트롤 게이트(31b)를 포함한 반도체 기판(21)의 전면에 1000∼2000Å 두께로 제 3 HLD층(32)을 증착한다.Subsequently, the
이어, 상기 제 3 HLD층(32)상에 층간 절연 및 평탄화를 위하여 약 5000Å 두께로 BPSG층(33)을 증착하고, 상기 BPSG층(33)에 어닐(anneal)공정을 실시하여 평탄화를 시킨다.Subsequently, a
제3h도에 도시한 바와같이 상기 콘트롤 게이트(31b)의 표면이 소정부분 노출되도록 제 3 HLD층(32) 및 BPSG층(33)을 선택적으로 제거하여 콘택홀을 형성하고, 상기 콘택홀을 포함한 반도체 기판(21)의 전면에 워드 라인용 금속층(도면에는 도시하지 않음)을 증착한다.As shown in FIG. 3h, the
이어, 상기 금속층을 선택적으로 제거하여 상기 콘트롤 게이트(31b)와 연결되는 워드 라인(34)을 형성한다.Subsequently, the metal layer is selectively removed to form a
여기서 상기 콘택형성에 따른 셀 사이즈의 증가는 소오스와 드레인 영역으로 매립층을 이용하므로 제 1 산화막(24a)상부에 여유를 갖도록 콘트롤 게이트(31b)를 형성할 수 있으므로, 상기 콘택 형성에 따른 셀 사이즈 증가는 방지할 수 있다.In this case, since the buried layer is used as the source and drain regions to increase the cell size due to the contact formation, the
그리고 상기 워드 라인(34)을 포함한 반도체 기판(21)의 전면에 제 2 층간 절연막(35)을 증착한다.The second
제4도는 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 셀을 나타낸 회로도이다.4 is a circuit diagram showing a nonvolatile memory cell according to the present invention.
제4도에 도시한 바와같이 프로그래밍시 전하 반송자를 저장하는 플로팅 게이트(41)와, 프로그래밍시 외부로부터 제공되는 전하반송자들을 상기 플로팅 게이트(41)에 주입하여 소거(erase) 또는 프로그램을 수행하는 소거 게이트(42)와, 프로그래밍시 상기 소거 게이트(42)로부터 상기 플로팅 게이트(41)로 제공되는 전하 반송자들의 양을 제어하는 콘트롤 게이트(43)와, 그리고 상기 플로팅 게이트(41), 채널영역(44), 소오스(45) 및 드레인(46)으로 구성되어 프로그래밍시 상기 소거 게이트(42)로부터 제공되는 전하 반송자의 양을 조회하는 트랜지스터(TR)로 구성된다.As shown in FIG. 4, a floating
상기와 같은 구성된 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 셀의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the nonvolatile memory cell according to the present invention configured as described above is as follows.
먼저, 소거 동작은 N형 트랜자스터의 경우에 전자를 플로팅 게이트(41)로 주입되는 것이다. 따라서 소거 동작은 채널영역(44) 또는 드레인(46) 영역으로 부터의 터널링에 의해 수행될 수 있고, 또는 소오스(45)측으로 부터의 핫 일렉트론 주입에 의해 수행된다.First, the erase operation is to inject electrons into the floating
상기 소거동작시 핫 캐리어 주입방식을 사용할 경우 채널영역(44) 또는 드레인(46)과 플로팅 게이트(41) 사이에 위치된 게이트 유전체의 두께는 터널링에 필요할 정도로 얇을 필요가 없으므로 기존의 터널링 게이트 유전체 보다 게이트 유전체의 공정 및 신뢰성 확보가 훨씬 용이해질 뿐만 아니라 기존의 터널링 게이트 유전체에 비해 훨씬 개선된 커플링 비를 확보할 수 있으므로 저전압, 고속동작을 할 수 있다.When the hot carrier injection method is used during the erasing operation, the thickness of the gate dielectric positioned between the
이러한 점들은 대부분의 종래 비휘발성 메모리 셀이 갖고 있는 문제점을 해결할 수 있고, 특히 미래에 비휘발성 메모리 셀 사이즈의 축소(scale-down)시 발생되는 터널링을 위한 게이트 산화막의 저전계 누설전류(low field leakage) 같은 문제와 열화(degradation) 같은 문제를 피할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 셀은 이러한 점에서 셀의 축소가 용이하다.These problems can solve the problems of most conventional nonvolatile memory cells, and in particular, low field leakage current of the gate oxide layer for tunneling occurring when the non-volatile memory cell size is scaled down. Problems such as leakage and degradation can be avoided. Therefore, the nonvolatile memory cell of the present invention can be easily reduced in this respect.
제5도는 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 소자의 가상적인 회로적 구성도이다.5 is a schematic circuit diagram of a nonvolatile memory device according to the present invention.
제5도에 도시한 바와같이 비휘발성 메모리 소자는 반도체 기판(도면에는 도시하지 않음)상에 서로 일정간격을 두고 배치되는 복수개의 콘트롤 게이트(워드) 라인(51)과, 서로 일정간격을 두고 복수개의 스퀘어들(squares)을 형성하도록 각 콘트롤 게이트 라인(51)과 직교하게 배치되는 복수개의 매립층으로 이루어진 비트 라인(52)과, 상기 각 비트 라인(52)과 동일한 방향으로 배치되는 복수개의 소거 게이트 라인(53)과, 각 스퀘어에 하나 배치되는 복수개의 비휘발성 메모리 셀로 구성된다.As shown in FIG. 5, the nonvolatile memory device includes a plurality of control gate (word) lines 51 disposed on a semiconductor substrate (not shown) at a predetermined distance from each other, and a plurality of non-volatile memory elements at a predetermined distance from each other. A
여기서 비휘발성 메모리 셀은 제4도에서와 같이 플로팅 게이트(41)와, 소거 게이트(42)와, 콘트롤 게이트(43)와, 전계효과 트랜지스터(TR)로 구성된다.As shown in FIG. 4, the nonvolatile memory cell includes a floating
상기 전계효과 트랜지스터(TR)는 플로팅 게이트(41)와 소오스(45) 및 드레인(46)과, 상기 드레인(46) 및 소오스(35) 사이에 위치된 채널영역(44)으로 구성된다.The field effect transistor TR includes a floating
각 비휘발성 메모리 셀의 콘트롤 게이트(43)는 인접한 콘트롤 게이트 라인(51)에 접속되고, 소거 게이트(42)는 인접한 소거 게이트 라인(53)과 접속된다.The
또한, 한 스퀘어내의 비휘발성 메모리 셀의 소오스(45)는 스퀘어에 위치된 비휘발성 메모리 셀의 드레인(46)에 함께 인접한 비트 라인(52)에 공동으로 접속된다.In addition, the
이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 소자의 제조방법에 있어서 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the manufacturing method of the nonvolatile memory device according to the present invention has the following effects.
첫째, 폴리-투-폴리 소거로 소오스측 소거시에 발생되는 밴드-투-밴드 터널링에 의한 터널링 산화막내로 정공 주입에 의한 소자 특성 열화를 방지할 수 있다.First, it is possible to prevent deterioration of device characteristics due to hole injection into the tunneling oxide film due to band-to-band tunneling generated at the source side erasure with poly-to-poly erasure.
둘째, 콘트롤 게이트 형성시 소거 게이트가 동시에 디파인되어 제조공정을 간소화 시킬 수 있다.Second, when the control gate is formed, the erase gate is simultaneously defined to simplify the manufacturing process.
셋째, 워드라인이 금속층을 형성됨으로써 셀을 억세스(access)하는 시간이 짧아 소자의 스피드를 향상시킬 수 있다.Third, since the word line is formed of a metal layer, the time for accessing the cell is short, thereby improving the speed of the device.
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