KR100470184B1 - Flash memory device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
1.청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. Technical field to which the invention described in the claims belongs
본 발명은 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 스프릿 게이트형(split gate type)의 장점을 가지는 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flash memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a flash memory device having an advantage of a split gate type and a method of manufacturing the same.
2.발명이 해결하려고 하는 기술적 과제 2. Technical problem that the invention tries to solve
종래 스프릿 게이트형 플래쉬 메모리 소자에서 실렉트 게이트가 프로그램의 효율을 높이는 역할을 한다. 그러나 상기 게이트가 하나더 형성되므로 이를 선별적으로 동작시키기 위한 주변회로가 추가되어야 하며, 실렉트 게이트의 로딩(Loading)이 크므로 고속의 어세스(Access)가 어렵고, 실렉트 게이트와 플로팅 게이트의 전위가 다르게 유지되므로 전하 손실이 되는 등 문제를 해결하고자 한다.In a conventional split gate type flash memory device, a select gate serves to increase program efficiency. However, since one more gate is formed, a peripheral circuit for selectively operating the gate must be added. Since the loading of the select gate is large, high-speed access is difficult, and the selection gate and the floating gate Since the potential is kept different, it is intended to solve the problem such as loss of charge.
3.발명의 해결방법의 요지3. Summary of the solution of the invention
플로팅 게이트가 동시에 실렉트 게이트 역할을 하도록 플래쉬 메모리 소자를 구성한다. The flash memory device is configured such that the floating gate serves as the select gate at the same time.
4.발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
반도체 소자의 플래쉬 메모리 소자 제조에 적용된다.Applied in flash memory device fabrication of semiconductor devices.
Description
본 발명은 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 스프릿 게이트형(split gate type)의 장점을 가지는 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flash memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a flash memory device having an advantage of a split gate type and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 플래쉬 메모리 소자는 메모리 셀이 가지는 게이트 전극의 형태에 따라 스택 게이트 형(Stack Gate type)과 스프릿트 게이트형(Split gate type)으로 나누어진다. In general, a flash memory device is classified into a stack gate type and a split gate type according to the type of the gate electrode of the memory cell.
종래 스프릿트 게이트형 플래쉬 메모리 소자 제조방법을 도 1을 참조하여 간단히 설명하면 다음과 같다. A conventional split gate type flash memory device manufacturing method will be briefly described with reference to FIG. 1 as follows.
도 1을 참조하면, 플로팅 게이트용 마스크를 이용한 식각공정 및 컨트롤 게이트용 마스크를 이용한 자기정렬 식각공정을 통하여 반도체 기판(1)상에 터널 산화막(2), 플로팅 게이트(3), 유전체막(4) 및 컨트롤 게이트(5)가 적층된 적층형 게이트가 형성된다. 적층형 게이트를 형성한 후에 셀 소오스/드레인용 마스크를 이용한 이온주입 공정으로 소오스(9) 및 드레인(8)이 형성하고, 이후 산화막(6)을 형성한 후 실렉트 게이트용 마스크를 이용한 식각공정으로 전체 상부면에 실렉트 게이트(7)가 형성된다.Referring to FIG. 1, a
상기한 종래 스플릿 게이트형 플래쉬 메모리 소자에서 실렉트 게이트(7)가 프로그램시 핫 케리어(Hot Carrier)의 발생을 도와 프로그램의 효율을 높이고 과다 소거문제를 방지해주는 역할을 한다. 그러나 실렉트 게이트(7)가 하나더 있으므로 이를 선별적으로 동작시키기 위한 주변회로가 추가되어야 하며, 실렉트 게이트(7)의 로딩(Loading)이 크므로 고속의 프로그램 어세스(Access)가 어렵고, 선택 게이트와 플로팅 게이트의 전위가 다르게 유지되므로 전하의 손실 때문에 소자의 신뢰성에 문제가 발생한다.In the above-described conventional split gate type flash memory device, the select gate 7 assists generation of a hot carrier during programming, thereby improving program efficiency and preventing excessive erasing problems. However, since there is one more select gate 7, a peripheral circuit for selectively operating the select gate 7 needs to be added. Since the load of the select gate 7 is large, high-speed program access is difficult. Since the potentials of the select gate and the floating gate remain different, the loss of charge causes a problem in the reliability of the device.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점이 해소되도록 플로팅 게이트가 동시에 실렉트 게이트 역할을 할 수 있도록 하므로 공정이 단순해지고, 고속의 어세스가 가능한 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이 그 목적이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a flash memory device and a method of manufacturing the same, in which a floating gate can simultaneously serve as a select gate so that the above-mentioned problems can be solved, thereby simplifying the process.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자에 있어서, 반도체 기판 상에 형성되며 터널산화막 및 선택산화막으로 상기 반도체 기판과 전기적으로 분리된 플로팅 게이트와, 상기 플로팅 게이트 상부에 유전체막에 의해 전기적으로 분리되어 형성된 컨트롤 게이트와, 상기 플로팅 게이트의 양측면에 형성된 소오스 및 드레인을 가지는 것을 특징으로 한다.In the flash memory device according to the present invention for achieving the above object, a floating gate formed on a semiconductor substrate and electrically separated from the semiconductor substrate by a tunnel oxide film and a selective oxide film, and a dielectric film on the floating gate; And a control gate electrically separated from each other, and a source and a drain formed on both sides of the floating gate.
본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자 제조방법에 있어서, 반도체 기판상에 터널산화막, 제 1 폴리실리콘막 및 실리콘 나이트라이드막을 순차적으로 형성한 후 패터닝하여 실리콘 나이트라이드막, 제 1 폴리실리콘막 및 터널산화막이 적층된 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴 양측부에 절연막 스페이서를 형성한 후 상기 절연막 스페이서 양측부의 상기 반도체 기판상에 선택산화막을 형성하는 단계; 상기 실리콘 나이트라이드막을 제거하여 상기 패터닝된 제 1 폴리실리콘막을 노출 시키고, 전체 상부면에 제 2 폴리실리콘막을 형성한 후 패터닝하여 상기 제 1 및 2 폴리실리콘으로 된 플로팅 게이트를 형성하는 단계; 및 상기 플로팅 게이트 양측부에 소오스 및 드레인을 형성한 후 전체 상부면에 유전체막 및 컨트롤 게이트를 순차적으로 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a flash memory device according to the present invention, a silicon nitride film, a first polysilicon film and a tunnel oxide film are formed by sequentially forming and patterning a tunnel oxide film, a first polysilicon film and a silicon nitride film on a semiconductor substrate. Forming a stacked pattern; Forming an insulating film spacer on both sides of the pattern, and then forming a selective oxide film on the semiconductor substrate on both sides of the insulating film spacer; Removing the silicon nitride layer to expose the patterned first polysilicon layer, forming a second polysilicon layer on the entire upper surface, and then patterning to form a floating gate of the first and second polysilicon layers; And forming a source and a drain on both sides of the floating gate, and then sequentially forming a dielectric film and a control gate on the entire upper surface thereof.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다. 2A to 2C are cross-sectional views of a flash memory device and a device for manufacturing the same according to the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(11) 상에 터널산화막(12), 제 1 플로팅 게이트(13)용 폴리실리콘층 및 실리콘 나이트라이드(14)를 순차적으로 형성한 후 플로팅 게이트용 마스크를 이용한 식각공정을 통하여 제 1 플로팅 게이트(13)를 형성한다. 그후 실리콘 나이트라이드(14), 제 1 플로팅 게이트(13) 및 터널산화막(12) 패턴 양측벽에 절연막 스페이서(15)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, the
도 2b를 참조하면, 상기 절연막 스페이서(15) 양측부에 선택 산화막(16)을 형성한 후 제 1 플로팅 게이트(13)가 노출될 때까지 전면 식각공정을 실시한다. 그후 전체 상부면에 폴리실리콘층(17)을 형성한다. Referring to FIG. 2B, after forming the
도 2c를 참조하면, 제 1 플로팅 게이트(13) 및 선택산화막(16) 일부가 중첩되는 위치에 상기 폴리실리콘층(17)을 마스크 및 식각공정으로 패터닝하여 제 2 플로팅게이트(17A) 패턴을 형성함과 동시에 잔존 선택산화막(16), 터널산화막(12), 절연막 스페어서(15) 및 제 1 플로팅 게이트(13) 일부가 제거되어 반도체 기판(11)이 노출된다. 그결과 제 2 플로팅 게이트(17A) 하부에는 선택산화막(16), 절연막 스페이서(15) 및 제 1 플로팅 게이트(13)가 형성된다.Referring to FIG. 2C, the
그후, 제 1 플로팅 게이트(13) 및 선택산화막(16) 양측부에 자기정렬방식으로 소오스(20) 및 드레인(21)을 형성한 후 전체 상부면에 산화공정을 실시하여 유전체막(20) 및 산화막(19)을 형성한다. 그후 전체 상부면에 컨트롤 게이트(22)를 형성한다. 이때, 제 1 및 2 플로팅 게이트(13 및 17A)와 컨트롤 게이트(22)와의 커플링(Coupling)비는 0.6이다.Subsequently, the source 20 and the
상술한 플래쉬 메모리 소자의 프로그램시 약 10V 의 고전압을 컨트롤 게이트(22)에 가하면 선택산화막(16)영역에 채널(Channel)이 형성되어 전류가 흐르며, 절연막 스페이서(15)영역에 핫 케리어(Hot Carrier)가 발생하여 프로그램 된다. When a high voltage of about 10V is applied to the
프로그램 소거시는 드레인(21) 영역에 약 -10V 의 고전압을 가하여 전자를 플로팅 게이트 밖으로 방출하여 소거하고, 판독시는 컨트롤 게이트(22)에 약 5V 의 전압을 가하여 판독한다.During program erasing, a high voltage of about -10V is applied to the
상술한 바와 같이 제 1 및 2 플로팅 게이트가 실렉트 게이트 역할을 하므로 회로가 간단하고, 프로그램 및 소거를 상대적으로 낮은 게이트 전압으로 가능하며, 플로팅 게이트 전하의 손실 위험이 없으므로 결과적으로 소자의 신뢰성이 향상된다.As described above, since the first and second floating gates act as select gates, the circuit is simple, the program and erase can be performed at a relatively low gate voltage, and there is no risk of losing the floating gate charge, resulting in improved device reliability. do.
도 1은 종래 플래쉬 메모리 소자 제조방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.1 is a cross-sectional view of a device for explaining a conventional flash memory device manufacturing method.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자 제조방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.2A to 2C are cross-sectional views of devices for explaining a method of manufacturing a flash memory device according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 및 11 : 반도체 기판 2 및 12 : 터널 산화막1 and 11:
3 : 플로팅 게이트 4 및 18 : 유전체막3:
5 및 22 ; 컨트롤 게이트 6 및 19 : 산화막5 and 22; Control gates 6 and 19: oxide film
7 : 실렉트 게이트 13 : 제 1 플로팅 게이트7: select gate 13: first floating gate
14 : 실리콘 나이트라이드막 15 : 절연막 스페이서14
16 : 선택산화막 17 : 폴리실리콘층16: selective oxide film 17: polysilicon layer
17A : 제 2 플로팅 게이트 9 및 20 : 소오스17A: second floating gate 9 and 20: source
8 및 21 : 드레인 8 and 21: drain
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