KR100497195B1 - 플래쉬 메모리 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

플래쉬 메모리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 플래쉬 메모리의 소거 효율을 향상시키는 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 a) 반도체 기판 상에 희생 산화막을 플로팅 게이트의 높이에 해당하는 두께로 형성한 후, 상기 희생 산화막을 선택적으로 식각하여 플로팅 게이트구를 형성하는 단계; b) 상기 플로팅 게이트구를 통해 노출되는 반도체 기판 상에 플로팅 게이트 산화막을 형성하는 단계; c) 상기 플로팅 게이트 산화막 상에 제1 다결정 실리콘층을 형성하여 상기 플로팅 게이트구를 매립하는 플로팅 게이트―여기서, 플로팅 게이트는 자신의 중앙부에서 양측 에지 영역으로 플로팅 게이트 선폭 내에서 원호 형상을 가짐―를 형성하는 단계; d) 상기 희생 산화막을 제거하는 단계; e) 상기 플로팅 게이트 및 반도체 기판 상에 상기 플로팅 게이트를 감싸도록 100∼1000Å의 두께로 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 제2 다결정 실리콘층을 증착하여 콘트롤 게이트를 형성하는 단계; 및 f) 상기 콘트롤 게이트를 선택적으로 식각하는 단계를 포함하여 플래쉬 메모리를 제조한다.

Description

플래쉬 메모리 및 그 제조방법 {Flash memory and fabrication method thereof}
본 발명은 플래쉬 메모리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소거 효율을 향상시킨 플래쉬 메모리 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 플래쉬 메모리는 종래 이피롬(erasable programmable read only memory: EPROM)과 이이피롬(electrically erasable PROM: EEPROM)의 장점을 동시에 구현하고자 하는데서 출발한 것으로, 전기적으로 데이터의 프로그래밍과 소거가 가능하면서도 간단한 제조 공정 및 소형화된 칩 사이즈 등의 면에서 낮은 제조 단가를 지향한다.
또한, 플래쉬 메모리는 전원이 끊겨도 데이터가 소멸되지 않는 비휘발성 반도체 메모리이지만 정보의 프로그래밍과 소거가 시스템 내에서 전기적으로 용이하게 이루어진다는 점에서 램(random access memory: RAM)의 성격을 가지므로, 메모리 카드나 휴대용 사무자동화 기기의 하드 디스크를 대체하는 기억 장치 등에 이용되고 있다.
이러한 플래쉬 메모리에서 데이터의 프로그래밍은 핫 일렉트론(hot electron)의 주입에 의해 이루어진다. 즉, 소스와 드레인 간에 걸리는 포텐셜 차이에 의해 채널 내에서 핫 일렉트론이 발생되면 그 중 게이트를 이루는 다결정 실리콘과 산화막 사이의 포텐셜 장벽인 3.1eV 이상의 에너지를 얻은 일부 일렉트론이 콘트롤 게이트에 걸리는 높은 전기장에 의해 플로팅 게이트로 이동하여 저장된다.
따라서, 일반적인 MOS 소자에서는 핫 일렉트론이 소자의 열화 원인이 되기 때문에 가능한 억제시키는 방향으로 소자 설계가 이루어지지만, 플래쉬 메모리에서는 이러한 핫 일렉트론을 생성시키는 방향으로 소자 설계가 이루어진다.
그러면, 도 1을 참조하여 종래 플래쉬 메모리를 개략적으로 설명한다. 도 1은 종래 플래쉬 메모리의 구조가 도시된 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 플래쉬 메모리에서 데이터의 프로그래밍은 전자가 반도체 기판(1)으로부터 터널 산화막(2)을 터널링하여 플로팅 게이트(3)로 이동함으로써 이루어지고, 데이터의 소거는 플로팅 게이트(3)에 저장되어 있던 전자가 로코스(local oxidation of silicon: LOCOS) 산화막(4)을 관통하여 콘트롤 게이트(5)로 이동함으로써 이루어진다.
이와 같이 종래 플래쉬 메모리에서는 소거 효율을 높이기 위해 플로팅 게이트(3) 위에 실리콘을 열산화하여 로코스 산화막(4)을 성장시켜 플로팅 게이트(3)의 가장자리를 뾰족하게 만들었다.
그러나, 로코스 산화막(4)은 두께가 두꺼워 전자의 이동이 어렵기 때문에 소거 효율이 낮은 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 가장자리가 뾰족한 형상의 플로팅 게이트를 형성하며, 플로팅 게이트 상에 원하는 얇은 두께의 절연막을 형성함으로써, 플래쉬 메모리의 소거 효율을 향상시키는 플래쉬 메모리 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 희생 산화막을 증착 및 선택적 식각하여 플로팅 게이트구를 형성하고 여기에 플로팅 게이트 산화막을 형성하고 다결정 실리콘층을 매립한 후 에치백함으로써 가장자리가 뾰족한 형상의 플로팅 게이트―여기서, 플로팅 게이트는 자신의 중앙부에서 양측 에지 영역으로 플로팅 게이트 선폭 내에서 원호 형상을 가짐―를 형성하며, 플로팅 게이트 상에 원하는 얇은 두께의 절연막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 제조 방법은, a) 반도체 기판 상에 희생 산화막을 플로팅 게이트의 높이에 해당하는 두께로 형성한 후, 상기 희생 산화막을 선택적으로 식각하여 플로팅 게이트구를 형성하는 단계; b) 상기 플로팅 게이트구를 통해 노출되는 반도체 기판 상에 플로팅 게이트 산화막을 형성하는 단계; c) 상기 플로팅 게이트 산화막 상에 제1 다결정 실리콘층을 형성하여 상기 플로팅 게이트구를 매립하는 플로팅 게이트―여기서, 플로팅 게이트는 자신의 중앙부에서 양측 에지 영역으로 플로팅 게이트 선폭 내에서 원호 형상을 가짐―를 형성하는 단계; d) 상기 희생 산화막을 제거하는 단계; d) 상기 희생 산화막을 제거하는 단계; e) 상기 플로팅 게이트 및 반도체 기판 상에 상기 플로팅 게이트를 감싸도록 100∼1000Å의 두께로 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 제2 다결정 실리콘층을 증착하여 콘트롤 게이트를 형성하는 단계; 및 f) 상기 콘트롤 게이트를 선택적으로 식각하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 플래쉬 메모리가 도시된 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 플래쉬 메모리는 반도체 기판(11)의 소정 영역에 형성된 플로팅 게이트 산화막(13)과, 플로팅 게이트 산화막(13)의 상부에 형성되고, 상부의 가장자리가 뾰족한 형상을 가지는 플로팅 게이트(14'), 반도체 기판(11) 및 플로팅 게이트(14') 상에 형성되고, 균일한 두께를 가지는 절연막(15), 및 절연막 상에 형성된 콘트롤 게이트(16')로 이루어진 구성이다.
이때, 상기 절연막(15)은 산화막-질화막-산화막의 3층 구조 또는 산화막의 단일 구조로 이루어질 수 있으며, 1000Å 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
그러면, 이러한 구조의 플래쉬 메모리를 제조하는 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 플래쉬 메모리의 제조방법이 도시된 단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11) 상에 희생 산화막(12)을 플로팅 게이트의 높이 해당하는 두께로 형성한 후, 이를 선택적으로 식각하여 플로팅 게이트구(100)를 형성한다.
이때, 희생 산화막(12)의 두께는 2000∼4000Å 정도가 되도록 형성한다.
이어서, 플로팅 게이트구(100)를 통해 노출된 반도체 기판(11) 상에 플로팅 게이트 산화막(13)을 형성하고, 그 위에 제1 다결정실리콘층(14)을 형성하여 플로팅 게이트구(100)를 매립한다.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 다결정실리콘층(14)을 에치백하여 플로팅 게이트구(100)의 내부에 남김으로써 다결정 실리콘으로 이루어지고 플로팅 게이트구의 내부에 위치하는 형태의 플로팅 게이트(14')를 형성한다. 이때, 상기 플로팅 게이트는 자신의 중앙부에서 양측 에지 영역으로 플로팅 게이트 선폭 내에서 원호 형상을 갖는다.
다음으로, 도 2c에 도시된 바와 같이, 잔존하는 희생 산화막(12)을 습식식각하여 완전히 제거한다.
그 결과, 제조된 플로팅 게이트(14')는 가장자리가 뾰족한 형상을 가지므로 이 곳에 응력이 집중되어 전자의 이동이 쉬워지며 따라서 소거 효율을 높일 수 있다.
이어서, 플로팅 게이트(14')를 포함하여 반도체 기판(11)의 상부 전면에 절연막(15)을 형성하고, 절연막(15) 위에 제2 다결정 실리콘층(16)을 형성한다.
이때, 상기 절연막(15)은 제1 산화막, 질화막, 및 제2 산화막을 순차적으로 적층하여 3층 구조로 형성할 수도 있고, 또는 산화막의 단일층 구조로 형성할 수도 있다.
또한, 상기 절연막(15)은 소거효율을 높이기 위해 원하는 두께로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 1000Å 이하의 두께로 형성할 수 있다.
다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 프로그래밍 효율을 높이기 위해 제2 다결정 실리콘층(16)을 선택적으로 식각하여 원하는 콘트롤 게이트 구조를 만듦으로써 다결정 실리콘으로 이루어진 콘트롤 게이트(16')를 완성한다.
이로써, 본 발명의 일실시예에 따른 플래쉬 메모리의 제조가 완료된다.
본 발명에 따르면, 희생 산화막을 증착 및 선택적 식각하여 플로팅 게이트구를 형성하고 여기에 플로팅 게이트 산화막을 형성하고 다결정 실리콘층을 매립한 후 에치백함으로써 가장자리가 뾰족한 형상의 플로팅 게이트를 형성하며, 플로팅 게이트 상에 원하는 얇은 두께의 절연막을 형성하기 때문에, 종래 두꺼운 LOCOS 산화막으로 인해 저하되었던 소거 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 플래쉬 메모리의 구조가 도시된 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 플래쉬 메모리의 제조방법이 도시된 단면도이다.

Claims (8)

  1. 반도체 기판의 소정영역에 형성된 플로팅 게이트 산화막;
    상기 플로팅 게이트 산화막의 상부에 형성되고, 상부의 가장자리가 뾰족한 형상을 가지며, 자신의 중앙부에서 양측 에지 영역으로 플로팅 게이트 선폭 내에서 원호 형상으로 형성되는 플로팅 게이트;
    상기 반도체 기판 및 상기 플로팅 게이트 상에 형성되고, 균일한 두께를 가지는 절연막; 및
    상기 절연막 상에 형성된 콘트롤 게이트
    를 포함하는 플래쉬 메모리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연막은 산화막-질화막-산화막의 3층 구조 또는 산화막의 단일 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연막은 1000Å 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리.
  4. a) 반도체 기판 상에 희생 산화막을 플로팅 게이트의 높이에 해당하는 두께로 형성한 후, 상기 희생 산화막을 선택적으로 식각하여 플로팅 게이트구를 형성하는 단계;
    b) 상기 플로팅 게이트구를 통해 노출되는 반도체 기판 상에 플로팅 게이트 산화막을 형성하는 단계;
    c) 상기 플로팅 게이트 산화막 상에 제1 다결정 실리콘층을 형성하여 상기 플로팅 게이트구를 매립하는 플로팅 게이트―여기서, 플로팅 게이트는 자신의 중앙부에서 양측 에지 영역으로 플로팅 게이트 선폭 내에서 원호 형상을 가짐―를 형성하는 단계;
    d) 상기 희생 산화막을 제거하는 단계;
    e) 상기 플로팅 게이트 및 반도체 기판 상에 상기 플로팅 게이트를 감싸도록 100∼1000Å의 두께로 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 제2 다결정 실리콘층을 증착하여 콘트롤 게이트를 형성하는 단계; 및
    f) 상기 콘트롤 게이트를 선택적으로 식각하는 단계
    를 포함하는 플래쉬 메모리 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 a) 단계의 희생 산화막은 2000∼4000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 c) 단계는, 상기 플로팅 게이트 산화막을 포함하여 상기 희생산화막의 상부 전면에 상기 플로팅 게이트구를 매립하도록 제1다결정 실리콘층을 형성한 후, 상기 희생산화막이 노출될 때까지 상기 제1 다결정 실리콘층을 에치백하는 플래쉬 메모리 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 d) 단계는 상기 희생산화막을 습식식각하여 제거하는 플래쉬 메모리 제조방법.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 e) 단계의 절연막은 제1 산화막, 질화막 및 제2 산화막의 3층 구조로 형성하거나, 또는 산화막의 단일층 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 제조방법.
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