KR100554833B1 - Nonvolatile memory device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소오스 영역에서 열전자가 발생하도록 하여 소자의 프로그램 효율을 증가시킬 수 있는 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 본 발명 비휘발성 메모리 소자는 반도체 기판, 기판상에 형성된 게이트 절연막, 게이트 절연막상에 형성된 플로팅 게이트, 플로팅 게이트 일측에 형성되며 플로팅 게이트와 절연막을 사이에 두고 형성된 도전성 측벽, 도전성 측벽 및 플로팅 게이트를 포함한 기판 전면에 형성된 ONO층, ONO층상에 형성된 컨트롤 게이트, 도전성 측벽 일측의 기판 표면내에 형성된 소오스 영역, 소오스 영역에 대향하는 기판 표면내에 형성된 드레인 영역을 포함하여 구성되고, 본 발명의 비휘발성 메모리 소자 제조방법은 반도체 기판상에 게이트 절연막을 형성하는 공정과, 게이트 절연막상에 플로팅 게이트를 형성하는 공정과, 플로팅 게이트의 일측에 플로팅 게이트와 절연되도록 도전성 측벽을 형성하는 공정과, 도전성 측벽이 형성된 부위의 기판내에 소오스 영역을 형성하고, 소오스 영역과 대향되도록 플로팅 게이트 일측의 기판내에 드레인 영역을 형성하는 공정, 도전성 측벽 및 플로팅 게이트를 포함한 기판 전면에 ONO층을 형성하는 공정과, ONO층상에 컨트롤 게이트를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a nonvolatile memory device capable of increasing the program efficiency of the device by causing hot electrons to be generated in the source region and a method of manufacturing the same. A floating gate formed on one side, a conductive sidewall formed on one side of the floating gate and having an insulating layer therebetween, an ONO layer formed on the front surface of the substrate including the conductive sidewall and the floating gate, a control gate formed on the ONO layer, and a substrate surface on one side of the conductive sidewall A source region formed therein and a drain region formed in the substrate surface opposite the source region, wherein the nonvolatile memory device manufacturing method of the present invention comprises the steps of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, and a floating gate on the gate insulating film. Forming a process, Forming a conductive sidewall on one side of the floating gate so as to be insulated from the floating gate, forming a source region in the substrate at the portion where the conductive sidewall is formed, and forming a drain region in the substrate on the one side of the floating gate so as to face the source region; Forming an ONO layer on the entire surface of the substrate including the conductive sidewalls and the floating gate; and forming a control gate on the ONO layer.
플로팅 게이트, 도전성 측벽, 컨트롤 게이트Floating Gate, Conductive Sidewalls, Control Gate
Description
도 1은 종래 기술에 따른 비휘발성 메모리 소자의 구조단면도1 is a structural cross-sectional view of a nonvolatile memory device according to the prior art
도 2는 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 구조단면도2 is a structural cross-sectional view of a nonvolatile memory device of the present invention.
도 3은 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도3 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device of the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
21 : 반도체 기판 22 : 게이트 절연막21
23 : 플로팅 게이트 24 : 제 1 절연층23: floating gate 24: first insulating layer
25 : 도전성 측벽 26 : 소오스 영역25
27 : 드레인 영역 28 : BN산화막27
29 : ONO층 30 : 컨트롤 게이트29: ONO layer 30: control gate
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 프로그램 효율을 극대화할 수 있는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a method of manufacturing a nonvolatile memory device capable of maximizing program efficiency.
도 1은 종래 기술에 따른 비휘발성 메모리 소자의 구조단면도이다.1 is a structural cross-sectional view of a nonvolatile memory device according to the prior art.
도 1에 도시한 바와 같이, 기판(11), 상기 기판(11)상에 게이트 절연막(12)을 사이에 두고 형성된 플로팅 게이트(13), 상기 플로팅 게이트(13)상에 형성된 ONO(Oxide-Ni tride-Oxide)층(14), 상기 ONO층(14)상에 형성된 컨트롤 게이트(15), 상기 플로팅 게이트(13) 양측의 상기 기판(11) 표면내에 형성된 고농도 소오스/드레인 불순물 영역(16,17)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, a
여기서, 플로팅 게이트(13)와 컨트롤 게이트(15)는 셀프-얼라인(Self-Align) 방식에 의해 형성되며, 상기 소오스/드레인 불순물 영역(16,17)은 상기 컨트롤 게이트(15) 및 플로팅 게이트(13)와 셀프-얼라인 방식으로 형성된다.Here, the
이와 같은 종래 비휘발성 메모리 소자의 프로그램, 소거 및 읽기 동작은 아래와 같다.Program, erase, and read operations of the conventional nonvolatile memory device are as follows.
먼저, 프로그램시에는 소오스 불순물 영역(16)은 접지전압을 인가하고 드레인 불순물 영역(17)에는 고전압을 인가한다.First, during programming, the
이때, 컨트롤 게이트(15)에도 고전압을 가하게 되는데, 소오스에서 주입된 전자는 드레인 바이어스에 의해 가속되고 이때 드레인 부근에서는 열전자가 발생하고, 발생된 열전자는 컨트롤 게이트(15)의 수직 전계에 의해 플로팅 게이트(13)로 주입된다.At this time, a high voltage is also applied to the
소거시에는 상기 컨트롤 게이트(15)에는 접지전압을 인가하고, 소오스 불순물 영역(16)에는 고전압을 인가한다. 그리고 드레인을 플로팅시키면 플로팅 게이트(13)에 주입되어 있던 전자는 소오스 전압에 의해 소오스와 컨트롤 게이트의 중첩면을 통해 소오스로 빠져 나오게 된다.During erasing, a ground voltage is applied to the
한편, 읽기 동작시에는 드레인 불순물 영역에 낮은 전압을 인가하고 소오스 불순물 영역에는 접지전압을 인가한 후, 컨트롤 게이트(15)의 전압을 점차적으로 증가시키면 소자의 문턱전압을 추출할 수가 있다.In the read operation, a low voltage is applied to the drain impurity region and a ground voltage is applied to the source impurity region, and then the threshold voltage of the device can be extracted by gradually increasing the voltage of the
이와 같은 종래 비휘발성 메모리 소자는 프로그램시 소오스에서 채널로 주입된 전자가 드레인 부근에서 열전자를 형성하게 된다.In the conventional nonvolatile memory device, electrons injected into a channel in a source form hot electrons near a drain during programming.
이때, 형성된 열전자는 컨트롤 게이트의 바이어스에 의해 플로팅 게이트로 주입되는데, 드레인 부근에서 형성된 열전자는 대부분 드레인 영역으로 흡수되나, 일부 극소수의 열전자들만이 플로팅 게이트로 주입된다.At this time, the formed hot electrons are injected into the floating gate by the bias of the control gate. Most of the hot electrons formed near the drain are absorbed into the drain region, but only a few of the thermal electrons are injected into the floating gate.
이와 같은 종래 기술에 있어서 드레인 부근에서 발생한 열전자들을 가능한 많이 플로팅 게이트로 주입시키면 빠른시간내에 소자의 프로그램이 가능하다.In this prior art, as many hot electrons generated near the drain as possible are injected into the floating gate, the device can be programmed in a short time.
그러나 상기와 같은 종래 비휘발성 메모리 소자는 드레인 부근, 즉 채널영역에서 열전자를 발생하는데, 이러한 열전자들을 드레인으로 보내야 하기 때문에 소자의 프로그램 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.However, such a conventional nonvolatile memory device generates hot electrons in the vicinity of a drain, that is, in a channel region. Since the hot electrons have to be sent to the drain, there is a problem of lowering program efficiency of the device.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 소오스 영역에서 열전자가 발생하도록 하여 소자의 프로그램 효율을 증가시킬 수 있는 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same, which can increase the program efficiency of a device by generating hot electrons in a source region.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 비휘발성 메모리 소자는 반도체 기판, 상기 기판상에 형성된 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막상에 형성된 플로팅 게이트, 상기 플로팅 게이트 일측에 형성되며 상기 플로팅 게이트와 절연막을 사이에 두고 형성된 도전성 측벽, 상기 도전성 측벽 및 플로팅 게이트를 포함한 기판 전면에 형성된 ONO층, 상기 ONO층상에 형성된 컨트롤 게이트, 상기 도전성 측벽 일측의 상기 기판 표면내에 형성된 소오스 영역, 상기 소오스 영역에 대향하는 상기 기판 표면내에 형성된 드레인 영역을 포함하여 구성되고, 본 발명의 비휘발성 메모리 소자 제조방법은 반도체 기판상에 게이트 절연막을 형성하는 공정과, 상기 게이트 절연막상에 플로팅 게이트를 형성하는 공정과, 상기 플로팅 게이트의 일측에 상기 플로팅 게이트와 절연되도록 도전성 측벽을 형성하는 공정과, 상기 도전성 측벽이 형성된 부위의 기판내에 소오스 영역을 형성하고, 상기 소오스 영역과 대향되도록 상기 플로팅 게이트 일측의 기판내에 드레인 영역을 형성하는 공정, 상기 도전성 측벽 및 플로팅 게이트를 포함한 기판 전면에 ONO층을 형성하는 공정과, 상기 ONO층상에 컨트롤 게이트를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진다.A nonvolatile memory device of the present invention for achieving the above object is a semiconductor substrate, a gate insulating film formed on the substrate, a floating gate formed on the gate insulating film, formed on one side of the floating gate, with the floating gate and the insulating film interposed therebetween. An ONO layer formed on the entire surface of the substrate including the formed conductive sidewall, the conductive sidewall and the floating gate, a control gate formed on the ONO layer, a source region formed in the substrate surface on one side of the conductive sidewall, and in the substrate surface opposite to the source region. The nonvolatile memory device manufacturing method of the present invention comprises a process of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, a process of forming a floating gate on the gate insulating film, and a side of the floating gate. The floating gate and section Forming a conductive sidewall so as to form a source region in the substrate of the portion where the conductive sidewall is formed, and forming a drain region in the substrate on one side of the floating gate so as to face the source region, the conductive sidewall and the floating gate And a step of forming an ONO layer on the entire surface of the substrate, including forming a control gate on the ONO layer.
이하, 본 발명 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자의 구조단면도이다.2 is a structural cross-sectional view of a nonvolatile memory device according to the present invention.
도 2에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(21), 상기 기판(21)상에 게이트 절연막(22)을 사이에 두고 형성된 플로팅 게이트(23), 상기 플로팅 게이트(23)와 절연 되어 그 일측에 형성된 도전성 측벽(25), 상기 플로팅 게이트(23) 및 상기 도전성 측벽(25)을 포함한 기판(21) 전면에 형성된 ONO층(29), 상기 ONO층(29)상에 형성된 컨트롤 게이트(30), 상기 도전성 측벽(25) 하부의 상기 기판(21) 표면내에 형성된 소오스 영역(26), 상기 도전성 측벽(25)이 형성되지 않은 플로팅 게이트(23) 일측의 기판(21) 표면내에 형성된 드레인 영역(27)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the
여기서, 상기 플로팅 게이트(23), 컨트롤 게이트(30), 그리고 도전성 측벽(25)의 물질은 다결정 실리콘을 적용한다.Here, the material of the
미설명 부호 "28"는 BN산화막이다.
여기서, 상기 플로팅 게이트(23)와 상기 컨트롤 게이트(30)가 중첩되는 면적은 상기 도전성 측벽(25)과 상기 컨트롤 게이트(30)가 중첩되는 면적보다 더 크도록 한다.Here, an area where the
이는 소오스 영역에서 만들어진 열전자가 도전성 측벽(25) 보다는 플로팅 게이트(23)로 더 많이 주입되도록 하기 위함이다. This is to allow more hot electrons made in the source region to be injected into the
이와 같이 구성된 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 설명하기로 한다.A method of manufacturing the nonvolatile memory device of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 3A to 3D.
도 3a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(21)상에 게이트 절연막(22)을 형성한다.As shown in FIG. 3A, a
게이트 절연막(22)상에 제 1 다결정 실리콘층을 형성한 후, 사진 식각 공정을 이용한 제 1 다결정 실리콘층의 패터닝을 통해 플로팅 게이트(23)를 형성한다.After the first polycrystalline silicon layer is formed on the
여기서, 상기 다결정 실리콘층은 불순물이 도핑된 다결정 실리콘이다.Here, the polycrystalline silicon layer is polycrystalline silicon doped with impurities.
도 3b에 도시한 바와 같이, 플로팅 게이트(23)를 포함한 기판(21)상에 제 1 절연층(24)을 형성하고, 제 1 절연층(24)상에 제 2 다결정 실리콘층을 형성한 후, 소오스 영역이 될 부위에만 남도록 사진 식각 공정 및 에치백 공정을 통해 패터닝하여 상기 플로팅 게이트(23) 일측에 도전성 측벽(25)을 형성한다.As shown in FIG. 3B, after the first
여기서, 상기 제 2 다결정 실리콘층은 불순물이 도핑된 다결정 실리콘이다. Here, the second polycrystalline silicon layer is polycrystalline silicon doped with impurities.
도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 도전성 측벽(25) 및 플로팅 게이트(23)를 마스크로 이용한 불순물 이온주입으로 상기 기판(21) 표면내에 제 1 불순물 영역(26)과 제 2 불순물 영역(27)을 형성함과 동시에 BN산화막(28)을 형성한다.As shown in FIG. 3C, the
이때, 상기 도전성 측벽(25)이 형성된 부위의 기판 표면내에 형성된 제 1 불순물 영역(26)이 소오스가 되고, 제 2 불순물 영역(27)은 드레인이 된다.At this time, the
이때, 상기 도전성 측벽(25)의 표면에도 산화막(25a)이 성장된다.At this time, the
이후, 도 3d에 도시한 바와 같이, 산화막(25a)이 형성된 도전성 측벽(25)을 포함한 제 1 절연층(24)상에 ONO(Oxide-Nitride-Oxide)층(29)을 형성한다.After that, as shown in FIG. 3D, an oxide-nitride-oxide (ONO)
그리고, ONO층(29)상에 컨트롤 게이트(30)를 형성하면 본 발명 비휘발성 메모리 소자 제조공정이 완료된다.When the
이와 같은 본 발명 비휘발성 메모리 소자의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the nonvolatile memory device of the present invention as described above is as follows.
본 발명의 비휘발성 메모리 소자는 도전성 측벽(25)에 의해 프로그램 효율을 증가시킬 수가 있다.The nonvolatile memory device of the present invention can increase the program efficiency by the
소오스에서 채널로 주입된 전자는 드레인으로 이동하면서 다결정 실리콘인 도전성 측벽(25)과 플로팅 게이트(23) 사이의 영역에서 열전자를 발생시킨다. 즉, 메모리 소자의 소오스 부근에서 열전자를 발생시키게 된다.Electrons injected into the channel at the source move to the drain and generate hot electrons in the region between the
이때 발생된 열전자는 드레인까지 이동하면서 컨트롤 게이트(30)에서 플로팅 게이트(23)로 유기된 전압에 의해 플로팅 게이트로(23)로 주입된다.At this time, the generated hot electrons are injected to the floating
종래 기술에서는 드레인에서 열전자가 발생하여 플로팅 게이트로 주입되는 것에 비해 소오스에서 열전자가 발생하고 이 열전자가 드레인으로 이동하는 도중에 플로팅 게이트(23)로 주입되므로 플로팅 게이트(23)로 열전자가 주입되는 효율이 증가하게 된다.In the prior art, since hot electrons are generated in the drain and injected into the floating gate, hot electrons are generated in the source and injected into the floating
이를 보다 상세하게 설명하면, 플로팅 게이트(23)와 도전성 측벽(25)이 중첩되는 면적이 서로 다르기 때문에 프로그램시 컨트롤 게이트(30)에 인가된 고전압은 플로팅 게이트(23)와 도전성 측벽(25)에 각각 나뉘어 분배된다.In more detail, since the areas where the floating
이때, 나뉘어지는 전압의 비율은 각각 플로팅 게이트와 도전성 측벽(25)이 컨트롤 게이트(30)와 어느정도 중첩되느냐에 따라 결정된다. 즉, 중첩되는 면적의 비에 비례한다.In this case, the ratio of the divided voltages is determined by how much the floating gate and the
다시 말해서, 플로팅 게이트와 도전성 측벽(25)에 유기되는 전압은 상기 플로팅 게이트(23)와 도전성 측벽(25)이 컨트롤 게이트(30)와 중첩되는 정도에 의해 결정되는데, 중첩되는 면적이 클수록 유기되는 전압이 높다. In other words, the voltage induced in the floating gate and the
따라서, 도전성 측벽(25)은 플로팅 게이트(23)에 비해 낮은 전압이 유기된다.Thus, the
여기서, 프로그램시 채널부근의 수평 전계는 도전성 측벽(25)과 플로팅 게이트(23)의 경계면에서 가장 높게 나타난다.Here, during programming, the horizontal electric field near the channel appears highest at the interface between the
수평 전계가 가장 높게 나타나는 부근에서 열전자가 발생하므로 본 발명 비휘발성 메모리 소자에 따르면 소오스에서 열전자가 발생하는 것을 알 수 있다.Since hot electrons are generated near the highest horizontal electric field, it can be seen that hot electrons are generated in the source according to the nonvolatile memory device of the present invention.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the nonvolatile memory device of the present invention and the manufacturing method thereof have the following effects.
소오스에 상응하는 플로팅 게이트의 측면에 도전성 측벽을 형성하는 것에 의해 소오스 영역 부근에서 열전자를 발생시켜 열전자가 드레인 영역으로 이동하는 도중에 플로팅 게이트로 주입되도록 함으로써, 플로팅 게이트로의 열전자 주입효율을 증가시켜 결국 프로그램 효율을 증가시킬 수 있다.By forming a conductive sidewall on the side of the floating gate corresponding to the source, hot electrons are generated in the vicinity of the source region to be injected into the floating gate while the hot electrons are moved to the drain region, thereby increasing the hot electron injection efficiency into the floating gate and eventually Program efficiency can be increased.
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