KR100485502B1 - Nonvolatile memory device and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 본 발명의 제조 방법은 반도체 기판에 제 1절연박막 및 제 1도전막 패턴을 형성하고 기판내에 셀 트랜지스터의 공통 소오스를 형성하는 단계와, 결과물 전면에 제 2절연박막 및 제 2도전막을 순차 적층하는 단계와, 적층된 제 2도전막부터 제 1절연박막까지 패터닝하여 선택 트랜지스터의 다층 게이트 전극을 형성함과 동시에 공통 소오스를 사이에 두고 제 1도전막 패턴으로 이루어진 두 개의 플로팅 게이트와 플로팅 게이트를 감싸면서 공통 소오스에 접하는 단일 컨트롤 게이트를 갖는 셀 트랜지스터를 형성하는 단계와, 셀 트랜지스터와 선택 트랜지스터 사이의 기판 내에 드레인 및 소오스를 형성하는 단계와, 셀 트랜지스터 영역을 마스킹하고 선택 트랜지스터의 제 2도전막 및 제 2절연박막을 제거하는 단계를 포함한다. 따라서 본 발명은 셀 트랜지스터에 1개 선택 트랜지스터를 추가하고 인접한 두 개의 셀 트랜지스터를 공통 소오스와 단일 컨트롤 게이트를 갖으며 두 개로 분리된 플로팅 게이트로 집적화함으로써 선택 트랜지스터를 통해 디바이스 상의 오동작을 방지할 수 있으며 한 쌍의 셀 트랜지스터로 유효 셀의 크기를 집적화할 수 있다.The present invention relates to a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same. In particular, the method of manufacturing the present invention includes forming a first insulating thin film and a first conductive film pattern on a semiconductor substrate and forming a common source of a cell transistor in the substrate; And sequentially stacking the second insulating thin film and the second conductive film on the entire surface of the resultant, patterning the stacked second conductive film to the first insulating thin film to form a multi-layer gate electrode of the selection transistor, and having a common source therebetween. Forming a cell transistor having two floating gates of the first conductive film pattern and a single control gate covering the floating gates and in contact with a common source; forming a drain and a source in a substrate between the cell transistor and the selection transistor And masking the cell transistor region to form a second conductive film and a first transistor of the selection transistor. 2 removing the insulating thin film. Therefore, the present invention can prevent malfunction on the device through the selection transistor by adding one selection transistor to the cell transistor and integrating two adjacent cell transistors into two separate floating gates having a common source and a single control gate. A pair of cell transistors can integrate the size of the effective cell.
Description
본 발명은 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 플래시 메모리(flash memory device)의 단순 적층 구조의 셀에 선택 트랜지스터를 추가한 1선택 트랜지스터와 2셀 트랜지스터를 어레이로 배치하여 메모리의 오동작을 방지함과 동시에 셀 어레이상의 면적을 줄일 수 있는 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to malfunction of a memory by arranging one-select transistors and two-cell transistors in which a selection transistor is added to cells of a simple stacked structure of a flash memory device. The present invention relates to a technology capable of reducing the area on a cell array while preventing the damage.
일반적으로 비휘발성 메모리는 전원이 중단되어도 저장된 데이터가 손실되지 않는 장점을 가지고 있어 PC Bios용, Set-top Box, 프린터 및 네트워크 서버 등의 데이터 저장용으로 많이 사용되고 있으며 최근에는 디지털 카메라와 휴대폰 등에서도 많이 이용되고 있는 실정이다.In general, non-volatile memory has the advantage that the stored data is not lost even if the power is interrupted, so it is widely used for data storage of PC Bios, set-top box, printer, and network server. It is used a lot.
이러한 비휘발성 메모리 중에서도 전기적으로 메모리 셀의 데이터를 일괄적으로 또는 섹터 단위로 소거하는 기능을 가지고 있는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)형 플래시 메모리장치는 프로그램시 드레인 측에 채널 열 전자(channel hot electron)를 형성시켜 전자를 플로팅 게이트(floating gate)에 축적함으로써 셀 트랜지스터의 문턱 전압을 증가시킨다. 반면에, 플래시 메모리장치의 소거 동작은 소오스/기판과 플로팅 게이트간에 고전압을 발생시켜 플로팅 게이트에 축적된 전자를 방출함으로써 셀 트랜지스터의 문턱 전압을 낮춘다.Among such nonvolatile memories, an electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) type flash memory device that has a function of electrically erasing data of memory cells in a batch or sector-by-sector is a channel column electronic device on a drain side during programming. The threshold voltage of the cell transistor is increased by forming hot electrons to accumulate electrons in the floating gate. On the other hand, the erase operation of the flash memory device lowers the threshold voltage of the cell transistor by generating a high voltage between the source / substrate and the floating gate to release electrons accumulated in the floating gate.
한편 EEPROM형 플래시 메모리장치의 대표적인 셀 구조로는 단순 적층(stack) 구조의 ETOX 셀과, 1셀당 2개 트랜지스터로 이루어진 스플리트 게이트(splite gate)형 셀로 구분된다. 상기 ETOX 셀 구조는 게이트를 구성하는 전하 저장용 플로팅 게이트(floating gate) 및 구동 전원이 인가되는 컨트롤 게이트(control gate)가 적층된 구조인데 반하여, 스플리트 게이트형 셀 구조는 선택 트랜지스터와 셀 트랜지스터 2개를 하나의 컨트롤 게이트를 이용하여 컨트롤 게이트의 일부가 플로팅 게이트와 오버랩(overlap)되고 컨트롤 게이트의 다른 부분이 기판 표면에 수평으로 배치된 구조이다.A typical cell structure of an EEPROM type flash memory device is classified into an ETOX cell having a simple stack structure and a split gate type cell composed of two transistors per cell. The ETOX cell structure is a structure in which a floating gate constituting a gate and a control gate to which a driving power is applied are stacked, whereas the split gate cell structure includes a selection transistor and a cell transistor 2. Using a dog with one control gate, a portion of the control gate overlaps the floating gate and another portion of the control gate is disposed horizontally on the substrate surface.
도 1은 종래 기술에 의한 비휘발성 메모리 장치의 ETOX 셀 구조를 나타낸 수직 단면도이다. 1 is a vertical cross-sectional view showing an ETOX cell structure of a conventional nonvolatile memory device.
도 1을 참조하면, 종래 ETOX 셀 트랜지스터는 다음과 같은 구조로 이루어졌다. 반도체 기판(10)의 활성 영역 위에 터널 산화막(tunnel oxide)(12)과, 그 위에 순차적으로 적층된 플로팅 게이트(14), 게이트간 절연막(16) 및 컨트롤 게이트(18)가 형성되어 있다. 그리고, 반도체 기판(10)내 플로팅 게이트(14) 하부의 채널 영역을 사이에 두고 서로 이격된 소오스/드레인(20)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, the conventional ETOX cell transistor has a structure as follows. A tunnel oxide 12, a floating gate 14, an inter-gate insulating film 16, and a control gate 18 that are sequentially stacked thereon are formed on an active region of the semiconductor substrate 10. The source / drain 20 spaced apart from each other with a channel region under the floating gate 14 in the semiconductor substrate 10 is formed therebetween.
이러한 ETOX 셀 구조를 갖는 플래시 메모리 장치는 프로그래밍(programming)시 컨트롤 게이트(18)에 연결된 워드 라인, 드레인(20)에 연결된 비트라인을 통해 프로그래밍 전압을 인가한다. 그러면 드레인(20)의 전자는 터널 산화막(12)을 거쳐 플로팅 게이트(14)쪽으로 핫-캐리어(hot carrier) 방식으로 주입되어 셀 트랜지스터의 프로그램이 수행된다. 반면에, 데이터 소거(erase)시 소오스(20)에 연결된 소오스 라인을 통해 소거 전압을 인가한다. 그러면 플로팅 게이트(14)에 주입된 전자는 다시 터널 산화막(12)을 통해 채널쪽으로 방출되고 셀 트랜지스터의 문턱 전압을 낮추어 소거가 수행된다.The flash memory device having the ETOX cell structure applies a programming voltage through a word line connected to the control gate 18 and a bit line connected to the drain 20 during programming. Then, the electrons of the drain 20 are injected into the floating gate 14 through the tunnel oxide layer 12 in a hot carrier manner to perform a program of the cell transistor. On the other hand, during data erasing, an erase voltage is applied through a source line connected to the source 20. Then, the electrons injected into the floating gate 14 are again emitted to the channel through the tunnel oxide layer 12, and the erase is performed by lowering the threshold voltage of the cell transistor.
이러한 단순 적층 구조인 플래시 메모리의 ETOX 셀은 작은 셀 크기 구현이 가능하지만 비트라인을 따라서 드레인 컨택(drain contact)을 형성해야하기 때문에 유효 셀 크기가 커지는 단점이 있고 디바이스 측면에서는 과잉 소거에 의한 셀의 오동작 가능성을 제어해야 하고 프로그래밍시 간섭(disturbance) 현상을 조절해야 하는 문제점이 있었다.Although the ETOX cell of flash memory, which is such a simple stacked structure, can realize a small cell size, the effective cell size is increased because a drain contact must be formed along the bit line. There is a problem in that it is necessary to control the possibility of malfunction and to adjust the phenomenon of interference during programming.
도 2는 종래 기술에 의한 비휘발성 메모리 장치의 스플리트 셀 구조를 나타낸 수직 단면도이다. 도 2를 참조하면, 채널 분리형 스플리트 게이트 구조의 플래시 메모리 장치의 셀은 다음과 같은 구조를 갖는다. 2 is a vertical cross-sectional view illustrating a split cell structure of a conventional nonvolatile memory device. Referring to FIG. 2, a cell of a flash memory device having a channel split split gate structure has the following structure.
반도체 기판(30) 상부에 형성된 터널 산화막(32)과, 터널 산화막(32)상부에 형성된 플로팅 게이트(34)와, 플로팅 게이트(34) 부분을 포함한 반도체 기판(30)상에 오버랩되도록 형성된 게이트간 절연막(36)과, 게이트간 절연막(36) 상부에 형성된 컨트롤 게이트(38)와, 컨트롤 게이트(38)의 일측면과 플로팅 게이트(34)의 일측면 아래의 반도체 기판(30)상에 각각 형성된 소오스/드레인(40)으로 구성된다.Between the tunnel oxide film 32 formed on the semiconductor substrate 30, the floating gate 34 formed on the tunnel oxide film 32, and the gate formed to overlap on the semiconductor substrate 30 including the floating gate 34. An insulating film 36, a control gate 38 formed over the inter-gate insulating film 36, and a semiconductor substrate 30 below one side of the control gate 38 and one side of the floating gate 34, respectively. It consists of a source / drain 40.
이와 같이 구성된 스플리트 게이트형 플래시 메모리 장치의 프로그래밍 및 소거 동작은 상술한 ETOX 구조와 동일하므로 생략하기로 한다.The programming and erasing operations of the split gate type flash memory device configured as described above are the same as the above-described ETOX structure, and thus the description thereof will be omitted.
위와 같은 종래 스플리트 게이트형 플래시 메모리 장치의 셀은 플로팅 게이트가 없는 선택 트랜지스터(selective transistor)와 플로팅 게이트 및 컨트롤 게이트가 오버랩된 셀 트랜지스터(cell transistor)가 일체화된 구조이다. 셀당 선택 트랜지스터의 추가로 인하여 단위 셀 크기가 다소 커지게 되지만 디바이스 측면에서는 다음과 같은 장점이 있다. 즉 선택 트랜지스터의 사용으로 인하여 셀 트랜지스터에서 과잉 소거되더라도 선택 트랜지스터에 의해 셀 트랜지스터가 오프(OFF) 상태로 되기 때문에 과잉 소거에 의한 셀 오동작을 방지할 수 있으며 비대칭 구조로 인하여 소오스/드레인 영역을 바꾼 역방향 프로그램이 일어나지 않기 때문에 프로그램 디스터브(program disturb) 현상을 방지할 수 있다.The cell of the conventional split gate type flash memory device as described above has a structure in which a select transistor without a floating gate and a cell transistor overlapping a floating gate and a control gate are integrated. The addition of a select transistor per cell makes the unit cell size somewhat larger, but has the following advantages in terms of devices. That is, even if the cell transistor is over-erased due to the use of the select transistor, the cell transistor is turned off by the select transistor, thereby preventing cell malfunction due to the over-erasing. Since the program does not occur, program disturb can be prevented.
하지만 종래 스플리트 게이트형 플래시 메모리 장치는 컨트롤 게이트를 플로팅 게이트와 기판에 대해 모두 오버랩되도록 패터닝해야 하는데 이때 플로팅 게이트가 과도 식각되어 셀의 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있었다. However, in the conventional split gate type flash memory device, the control gate needs to be patterned so as to overlap both the floating gate and the substrate. At this time, the floating gate is excessively etched, thereby deteriorating the electrical characteristics of the cell.
본 발명의 목적은 기존 ETOX 구조 플래시 메모리 셀에서 발생할 수 있는 문제점을 해결하기 위하여 셀 트랜지스터에 1개 선택 트랜지스터를 추가하고 인접한 두 개의 셀 트랜지스터를 공통 소오스와 단일 컨트롤 게이트를 갖으며 두 개로 분리된 플로팅 게이트로 집적화함으로써 선택 트랜지스터를 통해 디바이스 상의 오동작을 방지할 수 있으며 한 쌍의 셀 트랜지스터로 유효 셀의 크기를 집적화할 수 있는 비휘발성 메모리 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to add one select transistor to a cell transistor and to float two adjacent cell transistors having a common source, a single control gate, and two separate floating circuits to solve a problem that may occur in a conventional ETOX structure flash memory cell. The present invention provides a nonvolatile memory device capable of preventing malfunctions on a device through selection transistors and integrating effective cell sizes with a pair of cell transistors.
본 발명의 다른 목적은 1개 선택 트랜지스터와 한 쌍의 셀 트랜지스터로 이루어진 셀을 형성하기 위한 비휘발성 메모리 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory device for forming a cell composed of one selection transistor and a pair of cell transistors.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 비휘발성 메모리 장치의 셀 어레이에 있어서, 게이트, 소오스 및 드레인으로 이루어진 선택 트랜지스터와, 셀에 구동 전원을 인가하는 워드 라인과, 셀에 데이터 정보를 인가하는 비트 라인과, 선택 트랜지스터의 소오스에 어느 한 셀의 드레인이 연결되며 드레인에 비트 라인이 접속되고, 워드 라인에 연결된 단일 컨트롤 게이트와, 컨트롤 게이트 하부에 분리된 두 개의 플로팅 게이트와, 분리된 두 개의 플로팅 게이트 사이에 형성된 공통 소오스로 구성되는 한 쌍의 셀 트랜지스터를 구비한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a cell array of a nonvolatile memory device, comprising: a selection transistor comprising a gate, a source, and a drain, a word line for applying driving power to the cell, and a bit line for applying data information to the cell And a single control gate connected to the source of the selection transistor, a bit line connected to the drain, a word line connected to the word line, two floating gates separated under the control gate, and two separated floating gates. A pair of cell transistors composed of a common source formed therebetween is provided.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 비휘발성 메모리 장치의 셀 제조 방법에 있어서, 반도체 기판에 제 1절연박막 및 제 1도전막을 순차 적층하고 기판 표면이 드러나도록 제 1도전막 및 제 1절연박막을 패터닝하고 기판내에 셀 트랜지스터의 공통 소오스를 형성하는 단계와, 결과물 전면에 제 2절연박막 및 제 2도전막을 순차 적층하는 단계와, 셀의 선택 트랜지스터 및 셀 트랜지스터의 게이트 마스크를 이용한 식각 공정으로 적층된 제 2도전막부터 제 1절연박막까지 패터닝하여 선택 트랜지스터의 다층 게이트 전극을 형성함과 동시에 공통 소오스를 사이에 두고 제 1도전막 패턴으로 이루어진 두 개의 플로팅 게이트와 플로팅 게이트를 감싸면서 공통 소오스에 접하는 단일 컨트롤 게이트를 갖는 셀 트랜지스터를 형성하는 단계와, 셀 트랜지스터와 선택 트랜지스터 사이의 기판 내에 드레인 및 소오스를 형성하는 단계와, 셀 트랜지스터 영역을 마스킹하고 선택 트랜지스터의 제 2도전막 및 제 2절연박막을 제거하는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a cell manufacturing method of a nonvolatile memory device, wherein the first insulating film and the first conductive film are sequentially stacked on a semiconductor substrate, and the first conductive film and the first insulating thin film are exposed. Patterning and forming a common source of the cell transistor in the substrate, sequentially laminating the second insulating thin film and the second conductive film on the entire surface of the resultant, and etching by using the cell selection transistor and the gate mask of the cell transistor. Patterning the second conductive film to the first insulating thin film to form a multi-layered gate electrode of the selection transistor, and at the same time, covering the two floating gates and the floating gate formed of the first conductive film pattern with a common source therebetween, Forming a cell transistor having a single control gate in contact with the cell transistor; And a rotor and forming a drain and a source in the substrate between the select transistors, the method comprising: masking a cell transistor region, and removing the second conductive film and the second insulating film of the selection transistor.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 장치의 셀 레이아웃도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 플래시 메모리 장치의 셀 어레이는 선택 트랜지스터(200)와, 워드 라인(W/L)과, 비트 라인(B/L)과, 소오스 라인(S/L)과, 한 쌍의 셀 트랜지스터(300)으로 구성된다. 여기서 선택 트랜지스터(200)는 일반 모스 트랜지스터와 마찬가지로 게이트, 소오스 및 드레인으로 이루어지는 반면에, 본 발명에 의해 제안된 셀 트랜지스터(300)는 선택 트랜지스터(300)의 소오스에 어느 한 셀의 드레인이 연결되며 드레인에 비트 라인(B/L)이 접속되고, 워드 라인(W/L)에 연결된 단일 컨트롤 게이트와, 컨트롤 게이트 하부에 분리된 두 개의 플로팅 게이트와, 분리된 두 개의 플로팅 게이트 사이에 형성되며 소오스 라인(S/L)이 접속되는 공통 소오스를 포함한다.3 is a cell layout diagram of a nonvolatile memory device according to the present invention. Referring to FIG. 3, a cell array of a flash memory device of the present invention may include a select transistor 200, a word line W / L, a bit line B / L, a source line S / L, It consists of a pair of cell transistors 300. Here, the select transistor 200 is composed of a gate, a source, and a drain, similar to a general MOS transistor, whereas the cell transistor 300 proposed by the present invention has a drain connected to a source of the select transistor 300. A bit line (B / L) is connected to the drain, and is formed between a single control gate connected to the word line (W / L), two floating gates separated under the control gate, and two separate floating gates. The line S / L includes a common source to which it is connected.
본 발명의 플래시 메모리 장치의 셀은 다음과 같이 프로그래밍 또는 소거 동작을 한다. The cell of the flash memory device of the present invention performs a programming or erasing operation as follows.
프로그래밍시 프로그래밍 대상의 선택 트랜지스터(200)를 구동시키고 워드 라인(W/L)에 구동 전압을 공급하면, 해당 선택 트랜지스터(200)에 연결된 셀 트랜지스터(300)가 활성화된다. 이와 동시에 단일 컨트롤 게이트에 워드 라인(W/L)의 전압이 인가되고 비트 라인(B/L)을 통해 공급된 프로그래밍 전압이 셀 트랜지스터(300)의 드레인으로 전달된다. 드레인의 전자는 터널 산화막을 통해 플로팅 게이트로 주입되어 결국 해당 셀 트랜지스터가 프로그램된다.During programming, when the select transistor 200 to be programmed is driven and a driving voltage is supplied to the word line W / L, the cell transistor 300 connected to the select transistor 200 is activated. At the same time, the voltage of the word line W / L is applied to the single control gate and the programming voltage supplied through the bit line B / L is transferred to the drain of the cell transistor 300. Electrons in the drain are injected into the floating gate through the tunnel oxide film, and the corresponding cell transistors are programmed.
소거시 해당 선택 트랜지스터(200)를 구동시키고 워드 라인(W/L)에 구동 전압을 공급하면, 해당 선택 트랜지스터(200)에 연결된 셀 트랜지스터(300)가 활성화된다. 이와 동시에 단일 컨트롤 게이트에 워드 라인(W/L)의 전압이 인가되면서 소오스 라인(S/L)을 통해 공급된 소거 전압이 셀 트랜지스터(300)의 공통 소오스로 전달된다. 그러면 플로팅 게이트에 주입된 전자는 터널 산화막을 통해 채널쪽으로 빠져나가 해당 셀 트랜지스터의 데이터가 소거된다.When the select transistor 200 is driven and the driving voltage is supplied to the word line W / L during erasing, the cell transistor 300 connected to the select transistor 200 is activated. At the same time, the voltage of the word line W / L is applied to the single control gate, and the erase voltage supplied through the source line S / L is transferred to the common source of the cell transistor 300. Then, the electrons injected into the floating gate exit the channel through the tunnel oxide layer and the data of the cell transistor is erased.
도 4는 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 장치의 셀 구조를 나타낸 수직 단면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 플래시 메모리 셀은 반도체 기판(100)에 일반 모스 트랜지스터와 같이 단층의 게이트(104a)와 소오스 및 드레인(112)을 갖는 선택 트랜지스터(200)가 형성되어 있다. 그리고 반도체 기판(100)에는 선택 트랜지스터(200)의 드레인 또는 소오스(112)와 공유되며 2개의 채널을 갖는 한 쌍의 셀 트랜지스터(300)도 형성되어 있다.4 is a vertical cross-sectional view illustrating a cell structure of a nonvolatile memory device according to the present invention. Referring to FIG. 4, in the flash memory cell of the present invention, a select transistor 200 having a single-layer gate 104a and a source and a drain 112 is formed on the semiconductor substrate 100 like a general MOS transistor. In the semiconductor substrate 100, a pair of cell transistors 300 shared with the drain or the source 112 of the selection transistor 200 and having two channels are also formed.
본 발명의 한 쌍의 셀 트랜지스터(300)는 기판(100)에 공통 소오스(106)가 형성되어 있으며 상기 공통 소오스(106) 양쪽 기판 상부에 각각 터널 산화막(102b), 플로팅 게이트(104b)가 적층되어 있으며 이들 분리된 플로팅 게이트(104b) 및 터널 산화막(102b) 상측면과 공통 소오스(106) 표면에 게이트간 절연막(108b)이 형성되어 있으며 게이트간 절연막(108b) 상부에 플로팅 게이트(104b) 사이를 매립하고 플로팅 게이트 (104b) 각 양쪽 끝단과 얼라인된 단일 컨트롤 게이트(110b)가 형성되어 있다.In the pair of cell transistors 300 of the present invention, a common source 106 is formed on a substrate 100, and tunnel oxide films 102b and floating gates 104b are stacked on both substrates of the common source 106, respectively. The inter-gate insulating film 108b is formed on the separated floating gate 104b and the tunnel oxide film 102b and the common source 106 surface, and the floating gate 104b is disposed on the inter-gate insulating film 108b. And a single control gate 110b is formed which is aligned with both ends of each floating gate 104b.
그러므로 본 발명은 한 쌍의 셀 트랜지스터(300)와 이들 각 셀 트랜지스터(300)를 구동하기 위한 선택 트랜지스터(200)를 구비하되, 한 쌍의 셀 트랜지스터(300)가 공통 소오스(106)와 단일 컨트롤 게이트(110b)로 이루어지고 분리된 2개의 플로팅 게이트(104b)에 2개의 채널이 형성되므로 전체 셀 어레이의 크기를 집적화할 수 있다.Thus, the present invention includes a pair of cell transistors 300 and select transistors 200 for driving each of these cell transistors 300, wherein the pair of cell transistors 300 is a common source 106 and a single control. Since two channels are formed in two floating gates 104b formed by the gate 110b and separated from each other, the size of the entire cell array can be integrated.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 장치의 셀 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도로서, 이들을 참조하여 본 발명의 제조 공정을 설명하기로 한다.5A to 5F are flowcharts illustrating a method of manufacturing a cell of a nonvolatile memory device according to the present invention, and the manufacturing process of the present invention will be described with reference to them.
우선 도 5a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)으로서 실리콘 기판에 제 1절연박막(102)으로서 산화막을 형성하고, 그 위에 제 1도전막(104)으로서 도프트 폴리실리콘막 또는 금속막을 증착한다. 이때 제 1절연박막(102)은 셀의 터널 산화막(tunnel oxide)으로 사용되며 제 1도전막(104)은 이후 선택 트랜지스터의 게이트와 셀 트랜지스터의 플로팅 게이트로 사용된다.First, as shown in FIG. 5A, an oxide film as the first insulating thin film 102 is formed on a silicon substrate as the semiconductor substrate 100, and a doped polysilicon film or a metal film is deposited thereon as the first conductive film 104. do. In this case, the first insulating thin film 102 is used as a tunnel oxide of a cell, and the first conductive film 104 is then used as a gate of a selection transistor and a floating gate of a cell transistor.
그리고 셀 트랜지스터의 공통 소오스 마스크를 이용한 사진 공정 및 식각 공정을 진행하여 적층된 제 1도전막(104) 및 제 1절연박막(102)을 패터닝하여 기판 표면이 드러나도록 한다. 그 다음 소오스 도펀트, 예를 들어 n+ 이온 주입 공정을 실시하여 기판(100) 내에 셀 트랜지스터의 공통 소오스(106)를 형성한다.The substrate surface is exposed by patterning the stacked first conductive film 104 and the first insulating thin film 102 by performing a photo process and an etching process using a common source mask of the cell transistor. A source dopant, eg, an n + ion implantation process, is then performed to form a common source 106 of cell transistors in the substrate 100.
도 5b에 도시된 바와 같이, 공통 소오스(106)가 형성된 결과물 전면에 제 2절연박막(108) 및 제 2도전막(110)을 순차 적층한다. 이때 제 2절연박막(108)은 셀 트랜지스터의 게이트간 절연막으로 사용되고자 산화막 또는 질화막, 및 고유전체막 중에 어느 하나를 재료로 한다. 예를 들어 제 2절연박막(108)은 산화막, 질화막, 산화막이 순차 적층된 ONO(Oxide Nitride Oxide) 또는 고유전체물질 Ta2O5를 사용할 수 있다. 그리고 제 2도전막(110)은 셀 트랜지스터의 단일 컨트롤 게이트로 사용되며 그 재료로는 도프트 폴리실리콘막 또는 금속막이 이용된다As shown in FIG. 5B, the second insulating thin film 108 and the second conductive film 110 are sequentially stacked on the entire surface of the resultant in which the common source 106 is formed. At this time, the second insulating thin film 108 is made of any one of an oxide film, a nitride film, and a high dielectric film to be used as the inter-gate insulating film of the cell transistor. For example, the second insulating thin film 108 may use oxide Nitride Oxide (ONO) or a high dielectric material Ta2O5 in which an oxide film, a nitride film, and an oxide film are sequentially stacked. The second conductive film 110 is used as a single control gate of the cell transistor, and a doped polysilicon film or a metal film is used as the material.
이어서 도 5c에 도시된 바와 같이, 셀의 선택 트랜지스터 및 셀 트랜지스터 게이트 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 진행하여 적층된 제 2도전막(110)부터 제 1절연박막(102)까지 패터닝하여 선택 트랜지스터(200)의 다층 게이트 전극(110a, 108a, 104a)을 형성한다. 이와 동시에 공통 소오스(106)를 사이에 두고 제 1도전막 패턴으로 이루어진 두 개의 플로팅 게이트(104b)와, 플로팅 게이트(104b)를 감싸면서 공통 소오스(106)에 접하는 게이트간 절연막(108b)과, 게이트간 절연막(108b) 상부에 형성된 단일 컨트롤 게이트(110b)를 갖는 셀 트랜지스터(300)가 완성된다.Subsequently, as shown in FIG. 5C, a photo transistor and a photolithography process using a cell selection transistor and a cell transistor gate mask are performed to pattern the stacked second conductive film 110 to the first insulating thin film 102 to select a selection transistor ( The multilayer gate electrodes 110a, 108a, 104a of the 200 are formed. At the same time, two floating gates 104b formed of the first conductive film pattern with the common source 106 interposed therebetween, an inter-gate insulating film 108b surrounding the floating gate 104b and contacting the common source 106, The cell transistor 300 having a single control gate 110b formed over the inter-gate insulating film 108b is completed.
그 다음 도 5d에 도시된 바와 같이, 도펀트 이온 주입, 예를 들어 n+ 이온주입 공정을 실시하여 셀 트랜지스터(300)와 선택 트랜 지스터(200) 사이의 기판(100) 내에 드레인 및 소오스(112)를 형성한다.Then, as shown in FIG. 5D, dopant ion implantation, for example, an n + ion implantation process, is performed to drain and source 112 into substrate 100 between cell transistor 300 and select transistor 200. Form.
계속해서 도 5e 및 도 5f에 도시된 바와 같이, 셀 트랜지스터 영역을 포토레지스트 패턴(114)으로 마스킹하고 선택 트랜지스터(200)의 제 2도전막(110a) 및 제 2절연박막(108a)을 제거하여 단층 게이트 전극을 갖는 모스 트랜지스터 구조로 선택 트랜지스터(200)를 형성한다. 그런 다음, 포토레지스트 패턴(114)을 제거한다.Subsequently, as shown in FIGS. 5E and 5F, the cell transistor region is masked with the photoresist pattern 114, and the second conductive film 110a and the second insulating thin film 108a of the selection transistor 200 are removed. The selection transistor 200 is formed in a MOS transistor structure having a single layer gate electrode. Then, the photoresist pattern 114 is removed.
도면에 미도시되어 있지만, 이후 전체 결과물 전면에 층간 절연막을 형성하고 콘택 및 배선 공정을 진행하여 셀 트랜지스터 또는 선택 트랜지스터와 연결되는 워드 라인, 비트 라인 등을 제조하여 본 발명의 셀 어레이를 완성한다.Although not shown in the drawings, an interlayer insulating film is formed on the entire surface of the entire product and then contact and wiring processes are performed to fabricate word lines and bit lines connected to the cell transistors or the selection transistors, thereby completing the cell array of the present invention.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 셀 트랜지스터에 1개 선택 트랜지스터를 추가하고 인접한 두 개의 셀 트랜지스터를 공통 소오스와 단일 컨트롤 게이트를 갖으며 두 개로 분리된 플로팅 게이트로 집적화함으로써 선택 트랜지스터를 통해 디바이스 상의 오동작을 방지할 수 있으며 한 쌍의 셀 트랜지스터로 유효 셀의 크기를 집적화할 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention eliminates malfunction on the device through the selection transistor by adding one selection transistor to the cell transistor and integrating two adjacent cell transistors into two separate floating gates having a common source and a single control gate. There is an advantage in that the effective cell size can be integrated with a pair of cell transistors.
또한 본 발명은 한 쌍의 셀 트랜지스터 제조 공정시 단일 컨트롤 게이트를 분리된 두 개의 플로팅 게이트 전체에 셀프 얼라인으로 패터닝함으로써 하부 플로팅 게이트를 식각 공정으로부터 안전하게 보호할 수 있으며 전체 공정을 단순화하는 효과가 있다.In addition, the present invention can protect the lower floating gate from the etching process by self-aligning a single control gate over two separate floating gates in the process of manufacturing a pair of cell transistors, thereby simplifying the overall process. .
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.
도 1은 종래 기술에 의한 비휘발성 메모리 장치의 ETOX 셀 구조를 나타낸 수직 단면도,1 is a vertical cross-sectional view showing an ETOX cell structure of a conventional nonvolatile memory device;
도 2는 종래 기술에 의한 비휘발성 메모리 장치의 스플리트 셀 구조를 나타낸 수직 단면도,2 is a vertical sectional view showing a split cell structure of a nonvolatile memory device according to the prior art;
도 3은 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 장치의 셀 레이아웃도.3 is a cell layout diagram of a nonvolatile memory device according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 장치의 셀 구조를 나타낸 수직 단면도,4 is a vertical sectional view showing a cell structure of a nonvolatile memory device according to the present invention;
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 장치의 셀 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도.5A to 5F are flowcharts illustrating a cell manufacturing method of a nonvolatile memory device according to the present invention.
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