KR100287883B1 - Array of Devices of Nonvolatile Memory and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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Abstract

이웃하는 셀간에 독립적인 소거동작을 할 수 있고, 콘트롤게이트의 커플링비를 증가시킬 수 있는 비휘발성 메모리 소자의 어레이 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것으로써, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 어레이는 격리영역과 액티브영역이 정의된 기판, 상기 격리영역 사이의 액티브영역에 두 개의 적층된 제 1 게이트절연막과 제 1 플로팅게이트, 상기 제 1 플로팅게이트에 자동정렬되어 상기 기판내에 일방향으로 매몰형성된 불순물영역, 상기 불순물영역상에 형성된 매몰절연막, 상기 제 1 플로팅게이트와 일부 오버랩되도록 일정패턴으로 형성된 제 2 플로팅게이트, 상기 제 2 플로팅게이트상에 형성된 제 2 게이트절연막, 상기 제 2 플로팅게이트의 일측면이 노출되도록 로우방향의 상기 제 2 플로팅게이트상에 형성된 콘트롤게이트라인, 상기 제 2 플로팅게이트의 노출된 일측면과 콘택되도록 로우방향으로 형성된 소거게이트라인을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.To provide an array of a nonvolatile memory device capable of performing an independent erase operation between neighboring cells and increasing a coupling ratio of a control gate, and a method of manufacturing the same. An array of volatile memory devices includes a substrate in which an isolation region and an active region are defined, two stacked first gate insulating layers, a first floating gate, and a first floating gate in the active region between the isolation regions, and are automatically aligned in the substrate. An impurity region buried in one direction, a buried insulating film formed on the impurity region, a second floating gate formed in a predetermined pattern so as to partially overlap with the first floating gate, a second gate insulating film formed on the second floating gate, and the second On the second floating gate in the row direction so that one side of the floating gate is exposed. Generated control line and the gate, characterized by the second configured including an erase gate line formed in the row direction such that contact with the exposed one side surface of the floating gate.

Description

비휘발성 메모리의 소자의 어레이 및 그의 제조방법Array of Devices of Nonvolatile Memory and Manufacturing Method Thereof

본 발명은 반도체 소자에 대한 것으로 특히, 비휘발성 메모리 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a nonvolatile memory device and a manufacturing method thereof.

일반적으로 플레쉬 EEPROM(Flash Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) 및 EEPROM 등의 비휘발성 메모리의 집적도를 결정하는 메모리 셀의 유효 셀 사이즈(Effective Cell Size)는 두 가지 요소에 의해 결정된다.In general, the effective cell size of a memory cell that determines the density of nonvolatile memory such as flash EEPROM (Flash Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) and EEPROM is determined by two factors.

상기 두 가지의 요소 중에 하나는 셀의 사이즈이고 다른 하나는 셀의 어레이구조이다. 메모리 셀의 입장에서 최소의 셀 구조는 단순 적층 구조(Simple Stacked-gate Structure)이다.One of the two elements is the size of the cell and the other is the array structure of the cell. The minimum cell structure in terms of memory cells is a simple stacked-gate structure.

최근 플래쉬 EEPROM 및 플래쉬 메모리 카드(Flash Memory Card)와 같은 비휘발성 메모리의 응용이 확대되면서 이 비휘발성 메모리에 관한 연구개발이 요구되고 있다.Recently, as the application of nonvolatile memory such as flash EEPROM and flash memory card is expanded, research and development on this nonvolatile memory is required.

상기 플래쉬 EEPROM, EEPROM 등의 비휘발성 반도체 메모리를 데이터 저장 미디어(Mass Storage Media)로 사용하고자 할 때 가장 큰 문제점은 상기 메모리의 비트당 가격(Cost-per-Bit)이 너무 비싸다는 것이다.The biggest problem when using non-volatile semiconductor memory such as flash EEPROM, EEPROM as a mass storage media is that the cost-per-bit of the memory is too expensive.

또한, 포터블(Potable) 제품으로의 응열을 위해서는 저전력이 소모되는 칩(Chip)이 요구된다.In addition, a chip that consumes low power is required for thermal integration to a portable product.

상기 비트당 가격을 낮추기 위한 방안으로 최근 멀티 비트셀(Multibit-per-Cell)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, research on multibit-per-cell has been actively conducted as a way to lower the price per bit.

종래의 비휘발성 메모리의 집적도는 메모리 셀의 갯수와 일대일 대응관계에 있다. 반면에 멀티 비트셀은 메모리 셀 하나에 1비트 이상의 데이터를 저장함으로써 메모리 셀의 사이즈를 줄이지 않고도 동일 칩 면적에 데이터의 저장 집적도를 크게 높일 수 있다.The density of the conventional nonvolatile memory has a one-to-one correspondence with the number of memory cells. In contrast, multi-bit cells store more than one bit of data in one memory cell, thereby greatly increasing the storage density of data in the same chip area without reducing the size of the memory cell.

상기의 멀티 비트 셀을 구현하기 위해서는 각 메모리 셀에 3개 이상의 문턱전압 레벨(Threshold Voltage Level)을 프로그램 해야 한다.In order to implement the multi-bit cells, three or more threshold voltage levels must be programmed in each memory cell.

예를 들면 셀당 2비트의 데이터를 저장하기 위해서는 22= 4, 즉 4 단계의 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 상기 4 단계의 문턱전압 레벨은 논리적으로 00, 01, 10, 11의 각 로직 상태로 대응시킨다.At this time, the threshold voltage levels of the four steps logically correspond to logic states of 00, 01, 10, and 11.

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 정확하게 조절(Adjust)하여 분포를 줄일 수록 보다 많은 문턱전압 레벨을 프로그램할 수 있게 되고, 셀당 비트수도 증가시킬 수 있게 된다. 상기의 전압분포를 줄이기 위한 한 방법으로서 일반적으로 프로그램과 조회를 반복하여 프로그래밍을 수행하는 기법을 사용하고 있다.Therefore, as each threshold voltage level is precisely adjusted to reduce the distribution, more threshold voltage levels can be programmed, and the number of bits per cell can be increased. As a method of reducing the above voltage distribution, a technique of performing programming by repeating a program and an inquiry is generally used.

상기의 기법에서는 원하는 문턱전압 레벨로 비휘발성 메모리 셀을 프로그램 하기 위해 일련의 프로그램 전압퍼스(a series of voltage pulses)를 셀에 인가한다.In the above technique, a series of voltage pulses is applied to a cell to program the nonvolatile memory cell at a desired threshold voltage level.

그리고 상기 셀이 원하는 문턱전압 레벨에 도달했는지 조회(Verifty)하기 위해 각 전압펄스들 사이에서 읽기(Reading)과정이 수행되어 진다. 각 조회중에, 조회된 문턱전압 레벨 값이 원하는 문턱전압 레벨 값에 도달하면 프로그래밍 과정을 마친다.In order to verify whether the cell has reached a desired threshold voltage level, a reading process is performed between voltage pulses. During each inquiry, the programming process is completed when the inquired threshold voltage level reaches a desired threshold voltage level value.

이러한 프로그램과 조회를 반복 수행하는 방식에서는 유한한 프로그램 전압펄스 폭으로 인한 문턱전압 레벨의 에러 분포를 줄이기 어렵다. 또한 상기의 프로그램과 조회를 반복하는 알고리즘을 회로로 구현하게 되므로 칩의 주변회로 면적이 증가되고 상기의 반복적인 방법은 프로그램 시간이 길어지는 단점이 있다.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. In addition, since the algorithm for repeating the program and the inquiry is implemented in a circuit, the area of the peripheral circuit of the chip is increased and the repetitive method has a long program time.

도 1a는 일반적인 단순 적층형 비휘발성 메모리 소자의 구조단면도이고, 도 1b는 일반적인 비휘발성 메모리 소자 셀의 심볼이다.FIG. 1A is a cross-sectional view of a typical simple stacked nonvolatile memory device, and FIG. 1B is a symbol of a typical nonvolatile memory device cell.

도 1a에서와 같이 p형 반도체 기판(1)위에 터널링 산화막(2)을 사이에 두고 플로우팅 게이트(3)가 형성되고, 상기 플로우팅 게이트(3)위에 콘트롤 게이트(5)가 형성되며, 상기 콘트롤 게이트(5)와 플로우팅 게이트(3) 사이에는 유전체막(4)이 형성된다.As shown in FIG. 1A, a floating gate 3 is formed on the p-type semiconductor substrate 1 with a tunneling oxide film 2 interposed therebetween, and a control gate 5 is formed on the floating gate 3. A dielectric film 4 is formed between the control gate 5 and the floating gate 3.

그리고 상기 플로우팅 게이트(3) 양측의 p형 반도체 기판(1)의 표면내에는 n형의 소오스(6a)영역과 드레인(6b)영역이 형성된다.An n-type source 6a region and a drain 6b region are formed in the surface of the p-type semiconductor substrate 1 on both sides of the floating gate 3.

이와 같이 구성되는 일반적인 단순 적층형 비휘발성 메모리 셀의 유효 셀 사이즈는 작으나 콘트롤 게이트(5)의 커플링 상수 값이 작고, 특히 비휘발성 메모리 셀의 유효 셀 사이즈를 줄이면 줄일수록 커플링 상수가 더 작아지는 문제가 있다.Although the effective cell size of the general simple stacked nonvolatile memory cell configured as described above is small, the coupling constant value of the control gate 5 is small, and in particular, the smaller the effective cell size of the nonvolatile memory cell is, the smaller the coupling constant becomes. there is a problem.

따라서 상기와 같은 커플링 상수가 작아지는 것을 방지하기 위하여 플로우팅 게이트(3)와 콘트롤 게이트(5) 사이의 유전체막(4)을 ONO(Oxide Nithride Oxide)막으로 형성하였으나, 이 또한 공정이 복잡하고 고온 열처리(High Annealing) 공정이 필요하다.Therefore, in order to prevent the coupling constant from becoming small, the dielectric film 4 between the floating gate 3 and the control gate 5 is formed of an oxide nitride oxide (ONO) film, but this process is also complicated. And high temperature annealing process is required.

한편, 도 1b에 도시한 바와같이 각 비휘발성 메모리 셀은 도 1b에서 상술한 바와같이 플로우팅 게이트(3)와, 프로그래밍을 위해 상기 플로우팅 게이트(3)에 공급된 전하량을 조절하는 콘트롤 게이트(5)와, 프로그래밍중에 플로우팅 게이트(3)에 제공되는 전하 반송자들의 양을 리딩(또는 조회)하기 위한 전계효과 트랜지스터로 구성된다.Meanwhile, as shown in FIG. 1B, each nonvolatile memory cell has a floating gate 3 as described above with reference to FIG. 1B, and a control gate that controls the amount of charge supplied to the floating gate 3 for programming. 5) and field effect transistors for reading (or querying) the amount of charge carriers provided to the floating gate 3 during programming.

상기 전계효과 트랜지스터는 플로우팅 게이트(3)와, 소오스(6a)와, 드레인(6b)과, 드레인(6b) 및 소오스(6a) 사이에 위치된 채널 영역(7)으로 구성된다.The field effect transistor consists of a floating gate 3, a source 6a, a drain 6b, and a channel region 7 located between the drain 6b and the source 6a.

상기와 같이 구성된 비휘발성 메모리 셀의 동작은 프로그래밍이 일어날 만큼 충분한 전압을 콘트롤 게이트(5) 및 드레인(6b)에 인가하면 드레인(6b)과 소오스(6a) 사이에 전류가 흐른다.The operation of the nonvolatile memory cell configured as described above causes a current to flow between the drain 6b and the source 6a when a sufficient voltage is applied to the control gate 5 and the drain 6b to cause programming.

상기 전류를 기준전류(Reference Current)와 비교하여 기준전류 보다 같거나 작은 값에 도달하면 프로그램 완료신호(Programmming Completion Signal)를 발생시킨다.When the current reaches a value which is equal to or smaller than the reference current, the program completion signal is generated.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 비휘발성 메모리 소자를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional nonvolatile memory device will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2a는 종래 비휘발성 메모리 소자의 회로적 구성도를 나타낸 도면이고, 도 2b는 단순 적층구조를 갖는 금속 콘택이 필요없는 종래의 비휘발성 메모리 소자의 회로적 구성도이고, 도 2c는 소오스와 드레인을 분리시킨 금속 콘택이 필요없는 종래의 비휘발성 메모리 소자의 회로적 구성도이다.FIG. 2A is a circuit diagram illustrating a conventional nonvolatile memory device, and FIG. 2B is a circuit diagram illustrating a conventional nonvolatile memory device without a metal contact having a simple stacked structure. FIG. 2C is a source and a drain. Fig. 1 is a circuit diagram of a conventional nonvolatile memory device which does not require a metal contact separated from the above.

도 2a에서와 같이 컬럼 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 메탈 비트 라인(Metal Bit Lines)(9)들이 배치되며, 상기 복수개의 메탈 비트 라인(9)과 직교하는 방향으로 복수개의 워드 라인(Word Lines)(10)들이 배치되고, 상기 복수개의 워드 라인(10)들과 동일한 방향으로 두 개의 워드 라인(10) 마다 하나의 공통 소오스 라인(Common Source Line)(11)이 배치되어 구성된다.As shown in FIG. 2A, a plurality of metal bit lines 9 are disposed at regular intervals in a column direction and a plurality of word lines in a direction orthogonal to the plurality of metal bit lines 9. ) 10 are arranged, and one common source line 11 is arranged for every two word lines 10 in the same direction as the plurality of word lines 10.

도 1b에서 상술한 바와같이 비휘발성 메모리 셀의 두 셀의 드레인(6b)은 상기 메탈 비트 라인(9)에 연결되고, 비휘발성 메모리 셀의 소오스(6a)는 공통 소오스 라인(11)에 연결된다. 따라서 셀 두 개당 하나씩의 메탈 콘택(Metal Contact)(8)이 필요하므로 상기 메탈 콘택(8)을 고려한 메모리 셀의 유효 사이즈는 매우 크다.As described above in FIG. 1B, the drains 6b of the two cells of the nonvolatile memory cell are connected to the metal bit line 9, and the source 6a of the nonvolatile memory cell is connected to the common source line 11. . Therefore, since one metal contact 8 is required per two cells, the effective size of the memory cell considering the metal contact 8 is very large.

즉, 도 1a에서 설명한 바와같이 일반적인 비휘발성 메모리 어레이는 단순 적층 구조의 최소 사이즈의 셀로 구성되었지만 실제 유효 사이즈는 상기 메탈 콘택(8)의 피치(Pitch)에 의해 제한된다.That is, as illustrated in FIG. 1A, a general nonvolatile memory array is composed of cells of a minimum size of a simple stacked structure, but the actual effective size is limited by the pitch of the metal contact 8.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 메탈 콘택의 수를 감소시킬 수 있는 메탈 콘택이 없는 어레이가 제안되었다.In order to solve the above problems, an array without metal contacts has been proposed, which can reduce the number of metal contacts.

즉, 단순 적층 구조의 셀로 구성된 이상적인 메탈 콘택이 없는 어레이를 보여주는데 이와같이 단순 적층 구조의 셀로 구성된 이상적인 메탈 콘택이 없는 어레이는 최소의 유효 셀 사이즈를 제공한다.That is, an array without an ideal metal contact composed of cells having a simple stacked structure is shown. The array without an ideal metal contact composed of cells having a simple stacked structure provides a minimum effective cell size.

그런데 상기와 같이 단순 적층 구조의 셀로 구성된 이상적인 메탈 콘택이 없는 어레이는 프로그램 워드 라인 방향으로 인접한 선택되지 않은 셀이 프로그램 또는 소거되는 프로그램 디스터브(Program Disturb) 현상이 문제가 있다.However, as described above, an array having no ideal metal contact composed of cells having a simple stacked structure has a program disturb phenomenon in which an unselected cell adjacent to a program word line direction is programmed or erased.

상기와 같은 비휘발성 메모리 셀의 어레이 구조는 이상적인 메탈 콘택이 없는 어레이 구조이고, 대신에 도 2b에서와 같이 메모리 셀을 선택 게이트(12)가 있는 비대칭 구조인 채널 분리형 셀(Split-Channel Cell)을 이용한다.The array structure of the nonvolatile memory cell is an array structure without an ideal metal contact. Instead, as shown in FIG. 2B, a memory cell is selected as a split-channel cell, which is an asymmetric structure having a select gate 12. I use it.

상기와 같은 경우 핫 일렉트론 주입(Hot Electron Injection)에 의한 프로그램시에 상기 프로그램 디스터브를 방지할 뿐만 아니라 단순 적층 구조 셀의 또 다른 문제점인 과잉 소거(Over Erase) 문제를 제거시킬 수 있다.In such a case, not only the program disturb may be prevented during programming by hot electron injection, but also an over erase problem, which is another problem of a simple stacked structure cell, may be eliminated.

도 2b에서와 같이 비휘발성 메모리 셀은 반도체 기판(도면에 도시하지 않음)상에 서로 일정간격을 두고 배치되는 복수개의 워드 라인(10)들, 서로 일정간격을 두고 복수개의 스퀘어들(Squares)을 형성하도록 복수개의 워드 라인(10)들과 직교되게 배치되는 복수개의 비트 라인(13), 각 스퀘어에 하나씩 배치되는 복수개의 비휘발성 메모리 셀로 구성된다.As shown in FIG. 2B, the nonvolatile memory cell includes a plurality of word lines 10 disposed on a semiconductor substrate (not shown) at a predetermined distance from each other, and a plurality of squares at a predetermined distance from each other. A plurality of bit lines 13 are arranged orthogonally to the plurality of word lines 10 so as to be formed, and a plurality of nonvolatile memory cells are arranged one by one in each square.

도 2b에서 각 비휘발성 메모리 셀은 도 1b에서 상술한 바와같이 플로우팅 게이트(3)와, 프로그래밍을 위해 상기 플로우팅 게이트(3)에 공급된 전하량을 조절하는 콘트롤 게이트(5)와, 프로그래밍중에 플로우팅 게이트(3)에 제공되는 전하 반송자들의 양을 리딩(또는 조회)하기 위한 전계효과 트랜지스터로 구성된다.In FIG. 2B, each nonvolatile memory cell has a floating gate 3, as described above in FIG. 1B, a control gate 5 for adjusting the amount of charge supplied to the floating gate 3 for programming, and And a field effect transistor for reading (or querying) the amount of charge carriers provided to the floating gate 3.

상기 전계효과 트랜지스터는 플로우팅 게이트(3)와, 소오스(6a)와, 드레인(6b)과, 드레인(6b) 및 소오스(6a) 사이에 위치된 채널 영역(7)으로 구성된다.The field effect transistor consists of a floating gate 3, a source 6a, a drain 6b, and a channel region 7 located between the drain 6b and the source 6a.

각 비휘발성 메모리 셀의 콘트롤 게이트(3)는 인접한 워드 라인(10)에 접속되고, 한 스퀘어내의 비휘발성 메모리 셀의 소오스(6a)는 옆의 스퀘어에 위치된 비휘발성 메모리 셀의 드레인(6b)에 함께 인접한 비트 라인(13)에 공동으로 접속된다.The control gate 3 of each nonvolatile memory cell is connected to an adjacent word line 10, and the source 6a of the nonvolatile memory cell in one square is the drain 6b of the nonvolatile memory cell located in the next square. Are jointly connected to adjacent bit lines 13 together.

또한, 상기 비트 라인(13)에 선택 트랜지스터(12)가 접속되고, 상기 선택 트랜지스터(12)에 컬럼 방향으로 보통 32개 또는 그 이상의 비휘발성 메모리 셀마다 메탈 콘택(8)이 연결된다.In addition, a select transistor 12 is connected to the bit line 13, and a metal contact 8 is connected to the select transistor 12 for every 32 or more nonvolatile memory cells in a column direction.

따라서 유효 셀 사이즈를 줄일 수 있다.Therefore, the effective cell size can be reduced.

그러나 이 경우에도 선택 트랜지스터의 게이트로 인하여 단위 셀의 사이즈가 증가되는 문제가 발생한다.However, even in this case, the size of the unit cell increases due to the gate of the select transistor.

특히, 저전력 동작인 터널링에 의한 프로그램은 불가능하다.In particular, programming by tunneling, which is a low power operation, is impossible.

상기와 같은 현상은 도면에서 쉽게 유추할 수 있듯이 워드 라인(10) 방향으로 인접한 두 셀이 완전히 동일한 바이어스 조건을 받기 때문이다.This phenomenon is because two cells adjacent in the direction of the word line 10 are subjected to exactly the same bias condition as can be easily inferred from the figure.

상기와 같은 문제를 제거하고, 터널링 프로그램이 가능하도록 하기 위해 도 2c에서와 같이 단순 적층 구조의 셀로 구성된 메탈 콘택이 없는 어레이가 이용되고 있다.In order to eliminate the above problems and enable a tunneling program, an array without a metal contact composed of cells having a simple stacked structure is used as shown in FIG. 2C.

즉, 칼럼(column) 방향으로 일정한 간격을 가지고 배치되는 복수개의 메탈 데이터 라인들(Metal Data Lines)(9)이 배치되며, 상기 복수개의 메탈 데이터 라인들(9)과 동일한 방향으로 각 비트 라인이 소오스 라인(15)과 드레인 라인(21b)로 각각 완전히 분리되어 배치된다.That is, a plurality of metal data lines 9 arranged at regular intervals in a column direction are disposed, and each bit line is arranged in the same direction as the plurality of metal data lines 9. The source line 15 and the drain line 21b are respectively completely separated from each other.

여기서 도 1b에서 상술한 비휘발성 메모리 셀의 소오스(6a)은 상기 소오스 라인(15)에 접속되고, 비휘발성 메모리 셀의 드레인(6b)는 상기 드레인 라인(14)에 접속된다.The source 6a of the nonvolatile memory cell described above in FIG. 1B is connected to the source line 15, and the drain 6b of the nonvolatile memory cell is connected to the drain line 14.

그리고 상기 각 메탈 데이터 라인(9)에 하나의 메탈 콘택(8)가 연결되며, 콘트롤 게이트(5)는 소오스라인(15)과 드레인 라인(14)으로 분리된 비트 라인와 직교하는 방향으로 배치된 복수개의 워드 라인(10)에 각각 연결된다.One metal contact 8 is connected to each of the metal data lines 9, and the control gate 5 is arranged in a direction orthogonal to a bit line divided into a source line 15 and a drain line 14. Are connected to each of the four word lines 10.

그러나 상기와 같은 구조에서는 비트 라인의 분리로 인한 단위 셀 사이즈의 증가를 피할 수 없다.However, in such a structure, an increase in unit cell size due to separation of bit lines is inevitable.

도 3은 분리된 게이트를 갖는 채널 분리형 종래의 비휘발성 메모리 소자를 나타낸 구조단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a channel-separated conventional nonvolatile memory device having a separated gate.

도 3에 도시한 바와같이 p형 반도체 기판(1)위에 터널링 산화막(2)을 사이에 두고 플로우팅 게이트(3)가 형성되고, 상기 플로우팅 게이트(3)위에 콘트롤 게이트(5)가 형성되며, 상기 콘트롤 게이트(5)와 플로우팅 게이트(3)를 포함한 p형 반도체 기판(1)상에 절연막(16)을 사이에 두고 선택 게이트(Select Gate)(17)가 형성된다.As shown in FIG. 3, a floating gate 3 is formed on the p-type semiconductor substrate 1 with a tunneling oxide film 2 interposed therebetween, and a control gate 5 is formed on the floating gate 3. The select gate 17 is formed on the p-type semiconductor substrate 1 including the control gate 5 and the floating gate 3 with an insulating film 16 interposed therebetween.

그리고 상기 콘트롤 게이트(5)와 플로우팅 게이트(3)의 사이에는 유전체막(4)이 형성되고, 이어, 상기 플로우팅 게이트(3) 일측의 p형 반도체 기판(1)의 표면내에 상기 플로우팅 게이트(3)와 오프 셋(Offset) 되도록 소오스(6a)가 형성되고, 상기 플로우팅 게이트(3) 타측의 p형 반도체 기판(1)의 표면내에 드레인(6b)이 형성된다.A dielectric film 4 is formed between the control gate 5 and the floating gate 3, and then floats within the surface of the p-type semiconductor substrate 1 on one side of the floating gate 3. A source 6a is formed so as to be offset from the gate 3, and a drain 6b is formed in the surface of the p-type semiconductor substrate 1 on the other side of the floating gate 3.

도 4a는 종래 채널 분리형 비휘발성 메모리 소자를 나타낸 구조단면도이고, 도 4b는 도 4a의 채널 폭 방향의 비휘발성 메모리 소자를 나타낸 구조단면도이다.4A is a cross-sectional view illustrating a conventional channel-separated nonvolatile memory device, and FIG. 4B is a cross-sectional view illustrating a nonvolatile memory device in the channel width direction of FIG. 4A.

먼저, 채널 분리형 비휘발성 메모리 소자는 도 4a에서와 같이 p형 반도체 기판(1)위에 일정한 간격으로 플로우팅 게이트(3)가 형성되며, 상기 플로우팅 게이트(3)위에 콘트롤 게이트(5)가 형성된다.First, in the channel-separated nonvolatile memory device, as shown in FIG. 4A, the floating gate 3 is formed on the p-type semiconductor substrate 1 at regular intervals, and the control gate 5 is formed on the floating gate 3. do.

이어, 상기 플로우팅 게이트(3)와 p형 반도체 기판(1) 사이에 터널링 산화막(2)이 형성되고, 상기 플로우팅 게이트(3)와 콘트롤 게이트(5) 사이에 유전체막(4)이 형성된다.Subsequently, a tunneling oxide film 2 is formed between the floating gate 3 and the p-type semiconductor substrate 1, and a dielectric film 4 is formed between the floating gate 3 and the control gate 5. do.

다음에 상기 플로우팅 게이트(3) 일측의 p형 반도체 기판(1)의 표면내에 상기 플로우팅 게이트(3)와 옵셋(Offset) 되도록 소오스(6a)가 형성되고, 상기 플로우팅 게이트(3) 타측의 p형 반도체 기판(1)의 표면내에 드레인(6b)이 형성된다.Next, a source 6a is formed in the surface of the p-type semiconductor substrate 1 on one side of the floating gate 3 so as to be offset from the floating gate 3, and the other side of the floating gate 3. A drain 6b is formed in the surface of the p-type semiconductor substrate 1.

그리고 채널 폭 방향의 비휘발성 메모리 소자는 도 4b에서와 같이 p형 반도체 기판(1)상에 일정한 간격을 갖고 셀과 셀의 절연을 위한 필드 산화막(18)이 형성되고, 상기 필드 산화막(18) 사이의 p형 반도체 기판(1)상에 게이트 절연막(19)이 형성된다.In the nonvolatile memory device in the channel width direction, as shown in FIG. 4B, a field oxide film 18 is formed on the p-type semiconductor substrate 1 to insulate the cell from the cell, and the field oxide film 18 is formed. The gate insulating film 19 is formed on the p-type semiconductor substrate 1 in between.

이어, 상기 게이트 절연막(19)상에 이웃하는 상기 필드 산화막(18)과 오버랩되게 플로우팅 게이트(3)가 형성되고, 상기 플로우팅 게이트(3)의 소정영역상에 유전체막(4)이 형성되며, 상기 유전체막(4)상에 콘트롤 게이트(5)가 형성된다.Subsequently, a floating gate 3 is formed on the gate insulating film 19 to overlap with the adjacent field oxide film 18, and a dielectric film 4 is formed on a predetermined region of the floating gate 3. The control gate 5 is formed on the dielectric film 4.

그리고 상기 콘트롤 게이트(5)위에 게이트 캡 절연막(20)이 형성되며, 상기 콘트롤 게이트(5)와 게이트 캡 절연막(20)의 양측면에 측벽절연막(21)이 형성되고, 상기 필드 산화막(18)의 표면 및 상기 게이트 캡 절연막(20)위에 소거 게이트(Erase Gate)(17)가 형성된다.A gate cap insulating film 20 is formed on the control gate 5, sidewall insulating films 21 are formed on both side surfaces of the control gate 5 and the gate cap insulating film 20, and the field oxide film 18 An erase gate 17 is formed on a surface and the gate cap insulating layer 20.

이어, 상기 플로우팅 게이트(3)와 소거 게이트(17)가 인접한 측면에 터널링 산화막(22)이 형성되어 있다.Subsequently, a tunneling oxide layer 22 is formed on a side surface of the floating gate 3 and the erase gate 17 adjacent thereto.

상기와 같은 종래의 비휘발성 메모리 소자는 다음과 같은 문제점이 있다.The conventional nonvolatile memory device as described above has the following problems.

첫째, 단순 적층 구조의 셀로 구성된 이상적인 메탈콘택이 없는 어레이는 프로그램시 워드라인 방향으로 인접한 선택되지 않은 셀이 프로그램 또는 소거되는 프로그램 디스터브(Program Disturb) 문제가 발생할 수 있다.First, an array without an ideal metal contact composed of cells having a simple stacked structure may cause a program disturb problem in which an unselected cell adjacent to a word line direction is programmed or erased during programming.

둘째, 단순 적층 구조의 셀로 구성된 수정된 메탈콘택이 없는 어레이에서 소오스 선택 트랜지스터는 소오스 전압 강하를 유발시키는 문제가 있다.Second, the source select transistor in an array without a modified metal contact composed of cells having a simple stacked structure has a problem of causing a source voltage drop.

셋째, 채널 분리형 구조에서는 선택트랜지스터와 저장트랜지스터의 각 채널을 각각의 게이트와 자기정렬 시키는 공정이 어려우므로 셀의 전기적 특성이 칩간 또는 칩내에서 불균일하게 분포되어 칩 불량의 원인이 될 수 있다.Third, in the channel-separated structure, the process of self-aligning each channel of the selection transistor and the storage transistor with the respective gates is difficult, so that the electrical characteristics of the cell may be unevenly distributed between chips or within the chip, which may cause chip failure.

넷째, 채널분리형 구조에서 비자기정렬공정의 셀은 셀 사이즈를 축소시킬 때 불리하게 작용한다.Fourth, the cell of the nonmagnetic alignment process in the channel-separated structure has a disadvantage in reducing the cell size.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 이웃하는 셀간에 독립적인 소거동작을 할 수 있고, 콘트롤게이트의 커플링비를 증가시킬 수 있는 비휘발성 메모리 소자의 어레이 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides an array of a nonvolatile memory device capable of performing an independent erase operation between neighboring cells and increasing a coupling ratio of a control gate, and a method of manufacturing the same. Its purpose is to.

도 1a는 일반적인 단순적층형 비휘발성 메모리 소자의 구조 단면도1A is a cross-sectional view of a typical simple stacked nonvolatile memory device

도 1b는 일반적인 비휘발성 메모리 소자 셀의 심볼1B is a symbol of a typical nonvolatile memory device cell

도 2a는 종래 비휘발성 메모리 소자의 회로적 구성도2A is a circuit diagram illustrating a conventional nonvolatile memory device.

도 2b는 단순 적층구조를 갖는 금속콘택이 필요없는 종래의 비휘발성 메모리 소자의 회로적 구성도FIG. 2B is a circuit diagram of a conventional nonvolatile memory device that does not require a metal contact having a simple stacked structure.

도 2c는 소오스와 드레인을 분리시킨 금속콘택이 필요없는 종래의 비휘발성 메모리 소자의 회로적 구성도2C is a circuit diagram of a conventional nonvolatile memory device that does not require a metal contact in which a source and a drain are separated.

도 3은 분리된 게이트를 갖는 채널 분리형 종래의 비휘발성 메모리 소자의 구조단면도3 is a structural cross-sectional view of a channel-separated conventional nonvolatile memory device having a separated gate.

도 4a는 채널 분리형 종래의 비휘발성 메모리 소자의 구조 단면도4A is a cross-sectional view of a structure of a channel-separated conventional nonvolatile memory device

도 4b는 도 4a의 채널 폭 방향의 단면을 나타낸 종래 비휘발성 메모리 소자의 구조 단면도4B is a cross-sectional view of a structure of a conventional nonvolatile memory device showing a cross section in the channel width direction of FIG. 4A.

도 5는 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 회로적 구성도5 is a circuit diagram illustrating a nonvolatile memory device of the present invention.

도 6은 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 어레이 레이아웃도6 is an array layout diagram of a nonvolatile memory device of the present invention.

도 7a는 도 6의 Ⅰ-Ⅰ 선상의 구조단면도FIG. 7A is a structural cross-sectional view along the line II of FIG. 6

도 7b는 도 6의 Ⅱ-Ⅱ 선상의 구조단면도7B is a structural cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 6.

도 8a 내지 도 8i는 도 6의 Ⅰ-Ⅰ선상과 Ⅱ-Ⅱ선상의 공정단면도8A to 8I are cross-sectional views of lines I-I and II-II of FIG.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

31: 반도체기판 32: 격리산화막31: semiconductor substrate 32: isolation oxide film

33: 제 1 게이트산화막 34: 제 1 폴리실리콘라인33: first gate oxide film 34: first polysilicon line

35: 제 1 캡산화막 36: 제 1 측벽스페이서35: first cap oxide film 36: first sidewall spacer

37a,37b,37c: 비트라인 38: 메몰산화막37a, 37b, 37c: bit line 38: buckled oxide film

39: 제 1 플로팅게이트 40: 고온저압산화막39: first floating gate 40: high temperature low pressure oxide film

41: 제 2 폴리실리콘라인 42: 제 2 플로팅게이트41: second polysilicon line 42: second floating gate

43: 제 2 게이트산화막 44: 콘트롤게이트라인43: second gate oxide film 44: control gate line

45: 캡고온저압산화막 46: 제 2 측벽스페이서45 cap high-temperature low-pressure oxide film 46 second side wall spacer

47: 소거게이트라인47: erase gate line

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 어레이는 격리영역과 액티브영역이 정의된 기판, 상기 격리영역 사이의 액티브영역에 두 개의 적층된 제 1 게이트절연막과 제 1 플로팅게이트, 상기 제 1 플로팅게이트에 자동정렬되어 상기 기판내에 일방향으로 매몰형성된 불순물영역, 상기 불순물영역상에 형성된 매몰절연막, 상기 제 1 플로팅게이트와 일부 오버랩되도록 일정패턴으로 형성된 제 2 플로팅게이트, 상기 제 2 플로팅게이트상에 형성된 제 2 게이트절연막, 상기 제 2 플로팅게이트의 일측면이 노출되도록 로우방향의 상기 제 2 플로팅게이트상에 형성된 콘트롤게이트라인, 상기 제 2 플로팅게이트의 노출된 일측면과 콘택되도록 로우방향으로 형성된 소거게이트라인을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an array of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention includes a substrate in which an isolation region and an active region are defined, two first gate insulating layers and a first floating gate stacked in an active region between the isolation regions, An impurity region automatically aligned with the first floating gate and buried in one direction in the substrate, an investment insulating film formed on the impurity region, a second floating gate formed in a predetermined pattern to partially overlap the first floating gate, and the second floating gate A second gate insulating layer formed on the second floating gate, a control gate line formed on the second floating gate in a row direction so that one side surface of the second floating gate is exposed, and a row gate contacting the exposed side surface of the second floating gate And an erase gate line formed therein.

또한 상기와 같은 어레이를 갖는 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 어레이 제조방법은 기판에 격리영역과 액티브영역을 정의하는 단계, 상기 격리영역 사이의 각각의 액티브영역에 두 개의 절연막과 폴리실리콘라인과 제 1 캡절연막의 적층구조를 2개씩 형성하는 단계, 상기 절연막과 상기 폴리실리콘라인과 제 1 캡절연막의 사이에 제 1 측벽스페이서를 형성하는 단계, 상기 폴리실리콘라인에 자동정렬되도록 상기 기판내에 일방향으로 불순물영역을 형성하는 단계, 상기 불순물영역표면에 메몰절연막을 형성하는 단계, 상기 절연막과 상기 폴리실리콘라인을 사각으로 패터닝하여 상기 액티브영역에 제 1 게이트절연막과 제 1 플로팅게이트를 두개씩 형성하는 단계, 상기 제 1 플로팅게이트의 일부가 드러나도록 콘택홀을 갖는 층간절연층을 형성하는 단계, 상기 콘택홀 및 그와 인접한 상기 층간절연층 상에 상기 제 1 플로팅게이트와 콘택되도록 일정패턴을 갖는 제 2 플로팅게이트를 형성하는 단계, 상기 제 2 플로팅게이트상에 제 2 게이트절연막을 형성하는 단계, 상기 제 2 플로팅게이트와 일부 오버랩되고 상기 불순물영역과 직교하는 방향으로 콘트롤게이트라인을 형성하는 단계, 각각의 상기 제 2 플로팅게이트와 제 2 게이트절연막의 일측면이 드러나도록 콘택홀을 갖는 제 2 캡절연막을 형성하는 단계, 상기 콘택홀측면에 제 2 측벽스페이서를 형성하는 단계, 상기 콘택홀을 통해서 각각의 상기 제 2 플로팅게이트와 콘택되도록 상기 콘트롤게이트라인과 평행한 방향으로 소거게이트라인을 형성하는 단계를 포함하여 제조함을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing an array of a nonvolatile memory device of the present invention having the above-described array includes defining an isolation region and an active region on a substrate, wherein two insulating layers, a polysilicon line, and a first insulating layer are formed in each active region between the isolation regions. Forming a stack structure of two cap insulating films, forming a first sidewall spacer between the insulating film, the polysilicon line and the first cap insulating film, and impurity in one direction in the substrate to be automatically aligned with the polysilicon line. Forming a region, forming a buried insulating film on the surface of the impurity region, patterning the insulating film and the polysilicon line in a square to form two first gate insulating films and two first floating gates in the active region; Forming an interlayer insulating layer having a contact hole so that a portion of the first floating gate is exposed; Forming a second floating gate having a predetermined pattern to contact the first floating gate on the contact hole and the interlayer insulating layer adjacent thereto, and forming a second gate insulating layer on the second floating gate. Forming a control gate line partially overlapping with the second floating gate and orthogonal to the impurity region, and having a contact hole to expose one side surface of each of the second floating gate and the second gate insulating layer. Forming a second cap insulation layer, forming a second sidewall spacer on the side of the contact hole, and removing the gate line in a direction parallel to the control gate line so as to contact the second floating gate through the contact hole. It characterized in that it comprises the step of forming.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 어레이 및 그의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an array and a method of manufacturing the nonvolatile memory device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 회로적 구성도이고, 도 6은 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 어레이 레이아웃도이다.5 is a circuit diagram illustrating a nonvolatile memory device of the present invention, and FIG. 6 is an array layout diagram of the nonvolatile memory device of the present invention.

그리고 도 7a는 도 6의 Ⅰ-Ⅰ 선상의 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 구조단면도이며, 도 7b는 도 6의 Ⅱ-Ⅱ 선상의 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 구조단면도이다.7A is a structural cross-sectional view of the nonvolatile memory device of the present invention on the line II of FIG. 6, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the nonvolatile memory device of the present invention on the line II-II of FIG. 6.

본 발명 비휘발성 메모리 소자는 ETOX셀과 같은 적층형의 셀 구조를 취하며 파울러 노드하임 터널링(Fowler Nordheim Tunneling)을 이용한 소거를 하기 위해서 소거게이트를 가지고 있다.The nonvolatile memory device of the present invention takes a stacked cell structure such as an ETOX cell and has an erase gate for erasing using Fowler Nordheim Tunneling.

도면을 참조하여 자세히 설명하면 도 5,6,7a,7b에 도시한 바와 같이 플로팅게이트와 콘트롤게이트 및 소오스/드레인영역을 구비한 이이피롬(EEPROM) 셀이 복수개 있다.Referring to the drawings in detail, there are a plurality of EEPROM cells having floating gates, control gates, and source / drain regions, as shown in FIGS. 5, 6, 7a, and 7b.

이때 플로팅게이트는 제 1, 제 2 플로팅게이트(39,42)의 두 개의 층으로 형성되었고, 제 2 플로팅게이트(42)는 제 1 플로팅게이트(39)의 일측을 제외한 제 1 플로팅게이트(39)에 적층된다.In this case, the floating gate is formed of two layers of the first and second floating gates 39 and 42, and the second floating gate 42 is the first floating gate 39 except for one side of the first floating gate 39. Are stacked on.

그리고 콘트롤게이트는 각 이이피롬 셀의 제 1, 제 2 플로팅게이트(39,42) 상부에 형성되어서 라인형태를 이룬다. 즉, 각 이이피롬 셀의 제 2 플로팅게이트(42)의 일측이 드러나도록 제 2 플로팅게이트(42)의 상부에 오버랩된 콘트롤게이트라인(44)이 있다. 여기서 콘트롤게이트라인(44)은 로우방향의 복수개의 이이피롬 셀에 구동전압을 전달하는 워드라인(W/L) 역할을 한다.The control gate is formed on the first and second floating gates 39 and 42 of each Y pyrom cell to form a line. That is, the control gate line 44 overlaps the upper portion of the second floating gate 42 so that one side of the second floating gate 42 of each Y pyrom cell is exposed. In this case, the control gate line 44 serves as a word line (W / L) that transfers a driving voltage to a plurality of ypyrom cells in a row direction.

그리고 상기 제 2 플로팅게이트(42)의 드러난 일영역과 연결되도록 복수개의 소거게이트라인(47)이 로우방향으로 형성되어 있다.A plurality of erase gate lines 47 are formed in a row direction to be connected to one exposed area of the second floating gate 42.

그리고 소오스/드레인영역은 제 1 플로팅게이트(39)에 자기정렬된 N+메몰영역으로 구성되는데, 소오스영역은 두 개의 인접한 이이피롬 셀의 사이에서 공통으로 형성되어 공통소오스라인(37b)(C·S/L)을 이루며, 드레인영역은 이이피롬 셀에 각각 하나씩 형성된다.The source / drain region is composed of N + mem regions which are self-aligned to the first floating gate 39. The source region is formed in common between two adjacent ypyrom cells to form a common source line 37b (C S). / L), and one drain region is formed in each of the two pyrom cells.

이때 두 개의 셀마다 격리산화막(32)으로 격리되고, 각 이이피롬셀의 드레인영역은 워드라인(W/L)과 직교하는 방향으로 복수개의 비트라인(B/L)(37a,37c)을 구성한다.At this time, each of the two cells is isolated by the isolation oxide film 32, and the drain region of each of the two pyrom cells constitutes a plurality of bit lines (B / L) 37a and 37c in a direction orthogonal to the word line (W / L). do.

그리고 제 1, 제 2 플로팅게이트(39,42)가 콘트롤게이트라인(44)에 자기정렬되어 부유되는 것이 아니기 때문에 소거게이트라인(47)이 2개의 셀에 공유되지 않는 것이 가능하게 된다.Since the first and second floating gates 39 and 42 are not self-aligned and floated in the control gate line 44, the erasing gate line 47 is not shared by two cells.

이와 같이 메모리 어레이내에 콘택이 없으므로 ETOX에 비해 유효 셀 사이즈를 줄일 수 있다.Since there is no contact in the memory array, the effective cell size can be reduced compared to ETOX.

이와 같은 어레이를 갖는 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A method of manufacturing the nonvolatile memory device of the present invention having such an array will be described with reference to the accompanying drawings.

도 8a 내지 도 8i는 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 공정단면도이다.8A to 8I are process cross-sectional views of the nonvolatile memory device of the present invention.

이때 도면의 좌측은 도 6의 Ⅰ-Ⅰ선상의 공정순서도이고, 우측은 도 6의 Ⅱ-Ⅱ선상의 공정순서도이다.At this time, the left side of the figure is a process flow chart on the line I-I of FIG. 6, and the right side is a process flow chart on the line II-II of FIG.

본 발명 비휘발성 메모리 소자의 제조방법은 도 8a에 도시한 바와 같이 액티브영역과 필드영역이 구분된 P형 반도체기판(31)에 초기산화막과 질화막을 증착하고, 질화막상에 감광막을 도포한 후 필드영역으로 정의된 부분의 초기산화막과 질화막이 드러나도록 감광막을 패턴한다. 이후에 패턴된 감광막을 마스크로 초기산화막과 질화막을 제거하여 반도체기판(31)이 드러나도록 한다. (도면에는 도시되지 않았다.)In the method of manufacturing a nonvolatile memory device according to the present invention, as shown in FIG. 8A, an initial oxide film and a nitride film are deposited on a P-type semiconductor substrate 31 having active and field regions, and a photoresist film is coated on the nitride film. The photoresist layer is patterned so that the initial oxide layer and the nitride layer of the portion defined as the region are exposed. Subsequently, the semiconductor substrate 31 is exposed by removing the initial oxide film and the nitride film by using the patterned photoresist film as a mask. (Not shown in the drawing)

이후에 열산화공정으로 드러난 반도체기판(31)에 격리산화막(32)을 형성한다. 여기서 격리산화막(32)은 그 사이에 두 개의 셀이 들어가도록 형성한다.Thereafter, an isolation oxide film 32 is formed on the semiconductor substrate 31 exposed by the thermal oxidation process. The isolation oxide film 32 is formed so that two cells enter therebetween.

그리고 제 1 산화막과 제 1 폴리실리콘층과 제 2 산화막을 차례대로 증착한 후에 제 1 산화막과 제 1 폴리실리콘층과 제 2 산화막을 이방성 식각하여서 제 1 게이트산화막(33)과 제 1 폴리실리콘라인(34)과 제 1 캡산화막(35)을 형성한다. 이때 격리산화막(32) 사이의 액티브영역에 두 개의 제 1 폴리실리콘라인(34)이 형성된다.After the first oxide film, the first polysilicon layer, and the second oxide film are deposited in this order, the first gate oxide film 33 and the first polysilicon line are anisotropically etched by etching the first oxide film, the first polysilicon layer, and the second oxide film. 34 and the first cap oxide film 35 are formed. In this case, two first polysilicon lines 34 are formed in the active region between the isolation oxide layers 32.

도 8b에 도시한 바와 같이 제 3 산화막을 증차한 후 이방성 식각하여서 제 1 게이트산화막(33)과 제 1 폴리실리콘라인(34)과 제 1 캡산화막(35)의 양측면을 따라 제 1 측벽스페이서(36)를 형성한다.As shown in FIG. 8B, the first sidewall spacers are formed along both sides of the first gate oxide layer 33, the first polysilicon line 34, and the first cap oxide layer 35 by anisotropically etching the third oxide layer. Form 36).

도 8c에 도시한 바와 같이 제 1 폴리실리콘라인(34)과 제 1 측벽스페이서(36)를 마스크로 하여 반도체기판(31)내에 고농도 N형 불순물이온을 주입한다. 이후에 확산공정으로 고농도 N형 불순물이온을 반도체기판(31)내에 확산시켜 메몰시킨다. 이에 따라서 제 1 폴리실리콘라인(34)의 사이에는 공통소오스라인(37b)이 형성되고, 상기 제 1 폴리실리콘라인(34)의 일측에 각각 하나씩의 비트라인(37a,37c)이 형성된다.As shown in FIG. 8C, a high concentration of N-type impurity ions is implanted into the semiconductor substrate 31 using the first polysilicon line 34 and the first sidewall spacer 36 as a mask. Thereafter, a high concentration of N-type impurity ions are diffused into the semiconductor substrate 31 by the diffusion process to be buried. Accordingly, a common source line 37b is formed between the first polysilicon lines 34, and one bit line 37a and 37c is formed on one side of the first polysilicon line 34, respectively.

이후에 열산화공정으로 상기 비트라인(37a,37c)과 공통소오스라인(37b)의 표면에 메몰산화막(38)을 형성한다. 이때 제 1 측벽스페이서(36)는 메모리셀의 채널을 넓히고 비트라인(37a,37c)과 공통소오스라인(37b)을 형성하기 위한 이온주입영역을 줄이기 위한 역할을 하고, 제 1 캡절연막(35)은 메몰산화막(38)형성공정을 할 때 제 1 폴리실리콘라인(34)이 산화되는 것을 방지하는 역할을 한다.Thereafter, a oxidized film 38 is formed on the surfaces of the bit lines 37a and 37c and the common source line 37b by a thermal oxidation process. In this case, the first sidewall spacer 36 serves to widen the channel of the memory cell and to reduce the ion implantation region for forming the bit lines 37a and 37c and the common source line 37b, and the first cap insulation layer 35. The first polysilicon line 34 is prevented from being oxidized when the methoxide oxide film 38 is formed.

도 8d에 도시한 바와 같이 제 1 폴리실리콘라인(34)을 비트라인(37a,37c)과 공통소오스라인(37b)에 수직한 방향으로 에칭하여 비트라인(37a,37c)과 공통소오스라인(37b)의 사이에 사각형 모양을 갖도록 제 1 플로팅게이트(39)를 형성한 후, 제 1 캡절연막(35)과 제 1 캡절연막(35)양측의 제 1 측벽스페이서(36)를 식각하여 제거한다.As shown in FIG. 8D, the first polysilicon line 34 is etched in a direction perpendicular to the bit lines 37a and 37c and the common source line 37b, thereby forming the bit lines 37a and 37c and the common source line 37b. After the first floating gate 39 is formed to have a quadrangular shape between the first and second sides, the first sidewall spacers 36 on both sides of the first cap insulating layer 35 and the first cap insulating layer 35 are etched and removed.

도 8e에 도시한 바와 같이 상기 결과물전면에 고온저압산화막(40)을 증착한 후에 제 1 플로팅게이트(39)의 상부가 노출되도록 비트라인(37a,37c)과 수직한 방향으로 고온저압산화막(40)을 사진식각하여 도 6의 레이아웃도에서 세로방향으로 인접한 제 1 플로팅게이트(39)를 서로 격리시킨다.As shown in FIG. 8E, after the high temperature low pressure oxide film 40 is deposited on the entire surface of the resultant material, the high temperature low pressure oxide film 40 in a direction perpendicular to the bit lines 37a and 37c is exposed to expose the upper portion of the first floating gate 39. ) To isolate the first floating gate 39 vertically adjacent to each other in the layout diagram of FIG. 6.

도 8f에 도시한 바와 같이 상기 결과물 전면에 제 2 폴리실리콘층을 증착한 후 제 1 플로팅게이트(39)상부에 비트라인(37a,37c)과 직교하는 방향으로 제 2 폴리실리콘층을 이방성 식각하여서 제 2 폴리실리콘라인(41)을 형성한다.As shown in FIG. 8F, after depositing the second polysilicon layer on the entire surface of the resultant layer, the second polysilicon layer is anisotropically etched in a direction orthogonal to the bit lines 37a and 37c on the first floating gate 39. The second polysilicon line 41 is formed.

다음에 도 8g에 도시한 바와 같이 상기 제 1 플로팅게이트(39)와 콘택되면서 일정간격을 갖고 사각모양으로 부유되도록 제 2 폴리실리콘라인(41)을 이방성 식각하여서 제 2 플로팅게이트(42)를 형성한다. 이때 제 2 플로팅게이트(42)는 셀의 커플링비를 증가시키기 위해서 차후에 형성될 콘트롤게이트라인(44) 방향으로 최대한 길게 형성되도록 한다.Next, as shown in FIG. 8G, the second polysilicon line 41 is anisotropically etched to be in contact with the first floating gate 39 and float in a square shape at a predetermined interval to form the second floating gate 42. do. At this time, the second floating gate 42 is formed to be as long as possible in the direction of the control gate line 44 to be formed later in order to increase the coupling ratio of the cell.

다음에 도 8h에 도시한 바와 같이 제 2 플로팅게이트(42)상에 열공정으로 얇은 두께의 제 2 게이트산화막(43)을 형성한다. 그리고 상기 결과물 전면에 제 3 폴리실리콘층을 증착한 후에 비트라인(37a,37c)과 직교하며 일방향을 갖도록 제 3 폴리실리콘층을 이방성식각하여 콘트롤게이트라인(44)을 형성한다. 이후에 전면에 제 4 산화막을 차례로 증착한 후에, 제 4 산화막을 이방성 식각하여서 각 이이피롬셀의 제 2 플로팅게이트(42)와 제 2 게이트산화막(43)의 일측면이 각각 드러나도록 콘택홀을 갖는 캡고온저압산화막(45)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 8H, a thin second gate oxide film 43 is formed on the second floating gate 42 by a thermal process. After the third polysilicon layer is deposited on the entire surface of the resultant product, the control gate line 44 is formed by anisotropically etching the third polysilicon layer so as to have one direction orthogonal to the bit lines 37a and 37c. Thereafter, after the fourth oxide film is sequentially deposited on the entire surface, the contact hole is formed by anisotropically etching the fourth oxide film so that one side surface of each of the second floating gate 42 and the second gate oxide film 43 of each y-pyrom cell is exposed. The cap high temperature low pressure oxidation film 45 which has is formed.

도 8i에 도시한 바와 같이 제 5 산화막을 증착한 후에 에치백하여 상기 콘택홀측면에 제 2 측벽스페이서(46)를 형성한다.As shown in FIG. 8I, the fifth oxide film is deposited and then etched back to form a second sidewall spacer 46 on the contact hole side surface.

이후에 전면에 제 4 폴리실리콘층을 증착하고, 상기 콘트롤게이트라인(44)의 사이에 콘트롤게이트라인(44)과 평행한 방향을 이루도록 제 4 폴리실리콘층을 사진식각하여서 소거게이트라인(47)을 형성한다. 이때 소거게이트라인(47)은 콘택홀을 통해서 상기 제 2 플로팅게이트(42)와 콘택되는데, 이때 제 2 플로팅게이트(42)가 플로팅되어 있기 때문에 1개의 이이피롬셀당 1개의 소거게이트 형성이 가능하다.Thereafter, a fourth polysilicon layer is deposited on the entire surface, and the fourth polysilicon layer is photoetched to form a direction parallel to the control gate line 44 between the control gate lines 44. To form. In this case, the erase gate line 47 is in contact with the second floating gate 42 through the contact hole. At this time, since the second floating gate 42 is floated, one erase gate can be formed per one ypyrom cell. .

이와 같이 콘트롤게이트라인(44)의 사이에 소거게이트라인(47)을 형성할 때 콘택홀을 통해서 제 2 플로팅게이트(42)와 소거게이트라인(47)이 만나므로, 제 2 플로팅게이트(42)와 소거게이트라인(47)이 만나는 면적을 최소화할 수 있다.As such, when the erasing gate line 47 is formed between the control gate lines 44, the second floating gate 42 and the erasing gate line 47 meet through the contact hole, and thus the second floating gate 42 is formed. And the area where the erase gate line 47 meets can be minimized.

상기와 같이 제조되는 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the nonvolatile memory device of the present invention manufactured as described above is as follows.

프로그램 동작은 종래의 ETOX와 같은 채널 열전자 주입 방식을 사용한다.The program operation uses a channel hot electron injection scheme such as conventional ETOX.

즉, 콘트롤게이트라인(44)과 드레인영역(각 셀의 비트라인)에 양의 전압을 인가하여 드레인영역의 강한 전계에 의해서 발생하는 열전자를 채널 열전자 주입방식으로 제 1, 제 2 플로팅게이트(39,42)에 주입하므로써 이루어진다.That is, by applying a positive voltage to the control gate line 44 and the drain region (bit line of each cell), the hot electrons generated by the strong electric field of the drain region are first and second floating gates 39 by the channel hot electron injection method. , 42).

그리고 소거동작은 소거게이트라인(47)에 강전압을 인가하여 파울러 노드하임 터널링을 이용하여 제 1, 제 2 플로팅게이트(39,42)에 차아지된 전자를 빼냄으로서 이루어진다.The erase operation is performed by applying a strong voltage to the erase gate line 47 to extract electrons charged in the first and second floating gates 39 and 42 using Fowler Nordheim tunneling.

이와 같이 프로그램과 소거시 제 1, 제 2 플로팅게이트(39,42)에 채워져 있는 전자의 양에 따른 문턱전압의 차이를 판별하여서 셀의 상태를 읽어낸다.In this way, the state of the cell is read by determining the difference between the threshold voltages according to the amount of electrons filled in the first and second floating gates 39 and 42 during programming and erasing.

상기와 같은 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 어레이 및 그의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The above-described array of the nonvolatile memory device of the present invention and a method of manufacturing the same have the following effects.

첫째, 단순 적층 구조의 금속 콘택이 필요없는 셀을 형성하므로 최소의 유효사이즈를 갖는 비휘발성 메모리 셀을 제조할 수 있어서 셀의 집적도를 높일 수 있다.First, since a cell that does not require a metal contact having a simple stacked structure is formed, a nonvolatile memory cell having a minimum effective size can be manufactured, thereby increasing the degree of integration of the cell.

둘째, 비트라인과 공통소오스라인을 반도체 기판에 매몰되도록 형성하므로 공정을 단순화시킬 수 있다.Second, since the bit line and the common source line are buried in the semiconductor substrate, the process can be simplified.

셋째, 선택 트랜지스터를 형성하지 않은 단순 적층 구조의 셀을 형성하므로 단위 셀 사이즈를 선택 트랜지스터를 사용하는 셀보다 작게할 수 있고, 소자의 집적도를 높이는데 유리하다.Third, since a cell having a simple stacked structure without forming the selection transistor is formed, the unit cell size can be made smaller than that of the cell using the selection transistor, and it is advantageous to increase the integration degree of the device.

넷째, 소거게이트를 사용하여서 플로팅게이트에 차아지된 전자를 소거시키므로 얇은 터널링산화막을 사용하지 않아도 되기 때문에 소자의 신뢰성 확보에 유리하다.Fourth, since the electrons charged in the floating gate are erased by using the erase gate, it is advantageous to secure the reliability of the device because a thin tunneling oxide film is not required.

다섯째, 각 셀의 제 2 플로팅게이트와 일측면에서 만나도록 소거게이트를 형성하여서 소거게이트와 제 2 플로팅게이트가 만나는 영역을 최소화할 수 있고, 1셀당 1개의 소거게이트를 형성하므로써 인접셀의 소거에 의한 영향을 피할 수 있다.Fifth, it is possible to minimize the area where the erase gate and the second floating gate meet by forming an erase gate so as to meet the second floating gate of each cell on one side, and by forming one erase gate per cell, Can be avoided.

Claims (6)

격리영역과 액티브영역이 정의된 기판,A substrate in which an isolation region and an active region are defined, 상기 격리영역 사이의 액티브영역에 두 개의 적층된 제 1 게이트절연막과 제 1 플로팅게이트,Two first gate insulating layers and a first floating gate stacked in an active region between the isolation regions; 상기 제 1 플로팅게이트에 자동정렬되어 상기 기판내에 일방향으로 매몰형성된 불순물영역,An impurity region which is automatically aligned with the first floating gate and is buried in one direction in the substrate, 상기 불순물영역상에 형성된 매몰절연막,A buried insulating film formed on the impurity region, 상기 제 1 플로팅게이트와 일부 오버랩되도록 일정패턴으로 형성된 제 2 플로팅게이트,A second floating gate formed in a predetermined pattern to partially overlap the first floating gate, 상기 제 2 플로팅게이트상에 형성된 제 2 게이트절연막,A second gate insulating film formed on the second floating gate, 상기 제 2 플로팅게이트의 일측면이 노출되도록 로우방향의 상기 제 2 플로팅게이트상에 형성된 콘트롤게이트라인,A control gate line formed on the second floating gate in a row direction so that one side of the second floating gate is exposed; 상기 제 2 플로팅게이트의 노출된 일측면과 콘택되도록 로우방향으로 형성된 소거게이트라인을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비휘발성 메모리소자의 어레이.And an erase gate line formed in a row direction to be in contact with the exposed one side of the second floating gate. 제 1 항에 있어서, 상기 불순물영역은 상기 제 1 플로팅게이트의 사이에서는 공통소오스라인을 구성하고, 상기 제 1 플로팅게이트와 격리영역의 사이에서는 비트라인을 구성함을 특징으로 하는 비휘발성 메모리소자의 어레이.2. The nonvolatile memory device of claim 1, wherein the impurity region constitutes a common source line between the first floating gate and a bit line between the first floating gate and the isolation region. Array. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 플로팅게이트는 상기 콘트롤게이트라인 방향으로 최대한 길게 형성됨을 특징으로 하는 비휘발성 메모리소자의 어레이.The array of claim 1, wherein the second floating gate is formed as long as possible in the direction of the control gate line. 기판에 격리영역과 액티브영역을 정의하는 단계,Defining an isolation region and an active region in the substrate, 상기 격리영역 사이의 각각의 액티브영역에 두 개의 절연막과 폴리실리콘라인과 제 1 캡절연막의 적층구조를 2개씩 형성하는 단계,Forming two stacked structures of two insulating films, a polysilicon line, and a first cap insulating film in each active region between the isolation regions; 상기 절연막과 상기 폴리실리콘라인과 제 1 캡절연막의 사이에 제 1 측벽스페이서를 형성하는 단계,Forming a first sidewall spacer between the insulating film, the polysilicon line, and a first cap insulating film; 상기 폴리실리콘라인에 자동정렬되도록 상기 기판내에 일방향으로 불순물영역을 형성하는 단계,Forming an impurity region in one direction in the substrate to be automatically aligned with the polysilicon line; 상기 불순물영역표면에 메몰절연막을 형성하는 단계,Forming a buried insulating film on the impurity region surface; 상기 절연막과 상기 폴리실리콘라인을 사각으로 패터닝하여 상기 액티브영역에 제 1 게이트절연막과 제 1 플로팅게이트를 두개씩 형성하는 단계,Patterning the insulating film and the polysilicon line in a square to form two first gate insulating films and two first floating gates in the active region; 상기 제 1 플로팅게이트의 일부가 드러나도록 콘택홀을 갖는 층간절연층을 형성하는 단계,Forming an interlayer insulating layer having a contact hole so that a portion of the first floating gate is exposed; 상기 콘택홀 및 그와 인접한 상기 층간절연층 상에 상기 제 1 플로팅게이트와 콘택되도록 일정패턴을 갖는 제 2 플로팅게이트를 형성하는 단계,Forming a second floating gate having a predetermined pattern to contact the first floating gate on the contact hole and the interlayer insulating layer adjacent thereto; 상기 제 2 플로팅게이트상에 제 2 게이트절연막을 형성하는 단계,Forming a second gate insulating film on the second floating gate; 상기 제 2 플로팅게이트와 일부 오버랩되고 상기 불순물영역과 직교하는 방향으로 콘트롤게이트라인을 형성하는 단계,Forming a control gate line partially overlapping the second floating gate and orthogonal to the impurity region; 각각의 상기 제 2 플로팅게이트와 제 2 게이트절연막의 일측면이 드러나도록 콘택홀을 갖는 제 2 캡절연막을 형성하는 단계,Forming a second cap insulating film having a contact hole so that one side of each of the second floating gate and the second gate insulating film is exposed; 상기 콘택홀측면에 제 2 측벽스페이서를 형성하는 단계,Forming a second sidewall spacer on the contact hole side surface; 상기 콘택홀을 통해서 각각의 상기 제 2 플로팅게이트와 콘택되도록 상기 콘트롤게이트라인과 평행한 방향으로 소거게이트라인을 형성하는 단계를 포함하여 제조함을 특징으로 하는 반도체 메모리소자의 셀 어레이 제조방법.And forming an erasing gate line in a direction parallel to the control gate line so as to contact each of the second floating gates through the contact hole. 제 4 항에 있어서, 상기 불순물영역은 상기 폴리실리콘라인에 자동정렬되도록 상기 기판전면에 이온을 주입한 후 열확산시켜서 형성함을 특징으로 하는 반도체 메모리소자의 셀 어레이 제조방법.5. The method of claim 4, wherein the impurity region is formed by implanting ions into the front surface of the substrate so as to be automatically aligned with the polysilicon line and thermally diffusing them. 제 4 항에 있어서, 상기 매몰절연막은 열산화공정으로 상기 불순물영역의 표면에 형성함을 특징으로 하는 반도체 메모리소자의 셀 어레이 제조방법.The method of claim 4, wherein the buried insulating film is formed on a surface of the impurity region by a thermal oxidation process.
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