KR100565757B1 - Flash memory device and Fabricating method for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2T(Transistor) SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) 셀의 집적도를 향상시키기 위한 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이러한 목적을 달성하기 위한 플래쉬 메모리 소자는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판상의 ONO막과, 상기 ONO막 하부의 반도체 기판 표면내의 문턱전압 조절이온 주입층과, 상기 ONO막상에 제 1 영역을 사이에 두고 형성되는 워드라인과 선택 게이트와, 상기 워드라인과 선택 게이트 양측면에 형성되는 절연막 측벽들과, 상기 제 1 영역의 반도체 기판 표면내의 제 1 불순물 영역과, 상기 제 1 영역과 워드라인을 사이에 두고 있는 제 2 영역의 반도체 기판 표면내의 제 2 불순물 영역과, 상기 제 1 영역과 선택 게이트를 사이에 두고 있는 제 3 영역의 반도체 기판 표면내의 제 3 불순물 영역으로 단위셀이 구성된다.The present invention relates to a flash memory device for improving the integration of a silicon-oxide-nitride-oxide-silicon (2S) SONOS cell and a method of manufacturing the same. An ONO film on the semiconductor substrate, a threshold voltage control ion implantation layer in the semiconductor substrate surface below the ONO film, a word line and a selection gate formed on the ONO film with a first region interposed therebetween; Insulating film sidewalls formed on both sides of the selection gate, a first impurity region in the surface of the semiconductor substrate of the first region, and a second impurity region in the surface of the semiconductor substrate of the second region having the first region and the word line interposed therebetween. And a third impurity region in the surface of the semiconductor substrate of the third region sandwiching the first region and the selection gate.
2T SONOS 셀, 임계치수(CD), 오버레이(Overlay), 집적도2T SONOS Cells, CD, Overlay, Density
Description
도 1은 종래 기술에 따른 2-T SONOS 셀의 평면도1 is a plan view of a 2-T SONOS cell according to the prior art;
도 2는 도 1의 A-A' 방향에 따른 단면도FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1.
도 3a 내지 도 3i는 종래 기술에 따른 2T SONOS 셀의 제조공정 단면도3A to 3I are cross-sectional views of a manufacturing process of a 2T SONOS cell according to the prior art
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2T SONOS 셀의 단면도4 is a cross-sectional view of a 2T SONOS cell in accordance with an embodiment of the invention.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 실시예에 따른 2T SONOS 셀의 제조공정 단면도5A to 5H are cross-sectional views of a manufacturing process of a 2T SONOS cell according to an embodiment of the present invention.
**도면의 주요 부분에 대한 부호 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
WL : 워드라인 SG : 선택 게이트WL: word line SG: select gate
31 : 반도체 기판 32 : 패드 산화막31
33 : ONO막 34 : 산화막33: ONO film 34: oxide film
35, 36, 37 : 저농도 불순물 영역35, 36, 37: low concentration impurity region
38, 39 : 절연막 측벽38, 39: insulating film sidewall
40, 41. 42 : 고농도 불순물 영역40, 41. 42: high concentration impurity region
본 발명은 비휘발성 메모리 소자에 관한 것으로 특히, 2T(Transistor) SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)셀의 집적도 향상을 도모하기 위한 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile memory device, and more particularly, to a flash memory device and a method of manufacturing the same for improving the integration degree of a 2T (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) cell.
플래쉬 메모리 소자는 전원이 공급되지 않더라도 메모리 셀에 저장되어 있는 정보를 유지할 뿐만 아니라, 회로기판(Circuit board)에 장착되어 있는 상태로 고속의 전기적 소거가 가능한 비휘발성 메모리 소자이다. 플래쉬 메모리 기술은 셀 구조를 다양한 형태로 개선시키면서 계속적으로 발전하여 왔다. 이러한 다양한 셀의 종류로는 스택 게이트 셀(stacked gate cell), 스프릿 게이트 셀(split gate cell), 소오스 사이드 인젝션 셀(source side injection cell) 및 기타 구조의 많은 셀들이 있다. The flash memory device is a nonvolatile memory device capable of high-speed electrical erasing while not only maintaining information stored in a memory cell even when power is not supplied, but also being mounted on a circuit board. Flash memory technology has continued to evolve while improving the cell structure in various forms. These various cell types include stacked gate cells, split gate cells, source side injection cells, and many other cells of other structures.
스택 게이트 셀은 플로팅 게이트(floating gate)와 컨트롤 게이트(control gate)가 순차적으로 적층되어 있는 형태로, CHEI(Channel Hot Electron Injection)를 이용하여 플로팅 게이트에 전자가 주입되어 프로그래밍(programming)되고, F-N 터널링(Fowler-Nordheim tunneling)을 이용하여 상기 플로팅 게이트에 주입되었던 전자를 빼냄으로써 소거되게 된다. 이러한 스택게이트 셀은 그 크기가 작기 때문에 플래쉬 메모리 소자의 단위셀로서 가장 많이 사용되고 있으나, 오버-이레이즈(over-erase) 문제에 취약한 단점을 갖는다. The stack gate cell has a floating gate and a control gate stacked in this order, and electrons are injected into the floating gate using CHEI (Channel Hot Electron Injection) to be programmed and programmed. It is erased by extracting electrons that have been injected into the floating gate using tunneler-nordheim tunneling. The stack gate cell is most commonly used as a unit cell of a flash memory device because of its small size, but has a disadvantage of being vulnerable to an over-erase problem.
오버-이레이즈 문제는 스택 게이트 셀에서의 소거 동작 중 플로팅 게이트가 과도하게 디스챠지(discharge)되었을 때 일어난다. 과도하게 디스챠지된 셀의 문턱 전압(threshold voltage)은 음(-)의 값을 나타낸다. 따라서, 셀이 선택되지 않은 즉, 제어 게이트에 리드 전압(read voltage)이 인가되지 않은 상태에서도 전류가 흐르는 문제가 있게 된다.The over-erase problem occurs when the floating gate is excessively discharged during the erase operation on the stack gate cell. The threshold voltage of an overcharged cell represents a negative value. Therefore, there is a problem that a current flows even when a cell is not selected, that is, a read voltage is not applied to the control gate.
이러한 오버 이레이즈 문제를 해결하기 위하여 두 가지 구조의 셀이 도입되었다. In order to solve this over erasure problem, two structures of cells have been introduced.
그 하나는 2-T 셀(two Transistor cell)이고, 다른 하나는 스프릿 게이트 셀(Split gate cell)이다.One is a 2-T cell and the other is a split gate cell.
2-T 셀에서는 선택 게이트(select gate)가 채용되었다. 즉, 셀이 선택되지 않은 때에는 선택 게이트가 과도하게 디스챠지된 플로팅 게이트로 인한 누설전류(leakage current)를 방지한다. 그리고, 스프릿 게이트 셀에서는 제어 게이트 하부에 위치한 선택 게이트 채널을 이용하여 오버-이레이즈 문제를 해결하였다. 즉, 과도하게 디스챠지된 플로팅게이트 하부에 위치한 플로팅게이트 채널로부터 누설 전류를 선택 게이트 영역에 의해 방지한다. In a 2-T cell, a select gate was employed. That is, when the cell is not selected, leakage current due to the floating gate in which the selection gate is excessively discharged is prevented. In the split gate cell, an over-raise problem has been solved by using a select gate channel under the control gate. That is, the select gate region prevents leakage current from the floating gate channel located under the over discharged floating gate.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 2-T SONOS 셀을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a 2-T SONOS cell according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 기술에 따른 2-T SONOS 셀의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A' 방향에 따른 단면도이다.1 is a plan view of a 2-T SONOS cell according to the prior art, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 종래 기술에 따른 2T SONOS 셀은 일방향으로 배열되는 워드라인(WL)을 게이트로 갖는 SONOS 게이트 트랜지스터(가)와, 상기 워드라인(WL)에 나란하게 배열되는 선택 게이트(SG)를 게이트로 갖는 선택 게 이트 트랜지스터(나)로 이루어져 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, a 2T SONOS cell according to the related art is arranged side by side with a SONOS gate transistor having a gate of a word line WL arranged in one direction, and the word line WL. And a select gate transistor (B) having a select gate SG as a gate.
상기 SONOS 게이트 트랜지스터(가)는 반도체 기판(11)상에 형성되는 ONO(tunnel Oxide-trap Nitride-block Oxide)막(14)과, 상기 ONO막(14) 하부의 반도체 기판(11)내에 형성되는 문턱전압 조절이온 주입층(B)을 포함한다. 상기 ONO막(13)의 트랩 질화막(trap Nitride)은 전하를 저장하기 위한 수단이고, ONO막(13)상의 워드라인(WL)은 상기 트랩 질화막에 전자 트랩을 유도하기 위한 수단이다.The SONOS gate transistor A is formed in a tunnel oxide-trap nitride-block oxide (ONO)
상기 워드라인(WL)은 상기 ONO막(13)의 일영역상에 위치하게 되며, 상기 워드라인(WL)의 표면에는 산화막(16)이 형성되어 있고, 상기 워드라인(WL)의 양측면에는 상기 산화막(16)을 사이에 두고 절연막 측벽(20)이 존재한다. The word line WL is positioned on one region of the
그리고, 상기 절연막 측벽(20) 하부의 반도체 기판(11) 표면내에 SONOS 게이트 트랜지스터(가)의 저농도 소오스/드레인 영역(17/18)이 형성되어 있고, 상기 절연막 측벽(16) 양측 반도체 기판(11) 표면내에는 SONOS 게이트 트랜지스터(가)의 고농도 소오스/드레인 영역(22/23)이 형성되어 있다.A low concentration source /
한편, 상기 선택 게이트 트랜지스터(나)는 상기 SONOS 게이트 트랜지스터(가)의 저농도 소오스 영역(17)과 고농도 소오스 영역(22)을 각각 저농도 드레인 영역과 고농도 드레인 영역으로 하며, 이들과 채널 영역을 사이에 두고 저농도 소오스 영역(19) 및 고농도 소오스 영역(24)을 갖는다. On the other hand, the selection gate transistor (b) uses the low
상기 채널 영역상에는 게이트 산화막(15)과 선택 게이트(SG)가 존재하고, 상기 선택 게이트(SG)와 선택 게이트(SG) 양측의 반도체 기판(11)의 표면상에는 산화 막(16)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 선택 게이트(SG)의 양측면에는 산화막(16)을 사이에 두고 절연막 측벽(21)이 형성되어 있다.A
상기 선택 게이트 트랜지스터(나)의 저농도 소오스/드레인 영역(19/17)은 상기 절연막 측벽(21) 하부의 반도체 기판(11) 표면내에 위치되고, 상기 선택 게이트 트랜지스터(나)의 고농도 소오스/드레인 영역(24/22)은 상기 절연막 측벽(21) 양측 반도체 기판(11) 표면내에 위치된다.The low concentration source /
그리고, 상기 워드라인(WL), 선택 게이트(SG), SONOS 게이트 트랜지스터(가)의 고농도 드레인 영역(23), 선택 게이트 트랜지스터(나)의 고농도 소오스 영역(24)에는 각각 배선이 형성되어 있다. In addition, wirings are formed in the high
이와 같은 구조의 2T SONOS 셀의 제조과정은 다음과 같다.The manufacturing process of the 2T SONOS cell of such a structure is as follows.
도 3a 내지 도 3i는 종래 기술에 따른 2T SONOS 셀의 제조공정 단면도이다.3A to 3I are cross-sectional views of a manufacturing process of a 2T SONOS cell according to the prior art.
먼저, 도 3a에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(11)상에 패드 산화막(pad oxide layer)(12)을 형성한다. First, as shown in FIG. 3A, a
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만 패드 산화막(12)을 선택적으로 제거하고, 이 패드 산화막(12)을 마스크로 반도체 기판(11)을 식각하여 트랜치(trench)를 형성한 다음 상기 트랜치내에 절연막을 매립하여 STI 구조의 필드 산화막을 형성한다.Although not shown in the drawing, the
이어서, 도 3b에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(11)상에 포토레지스트(13)를 도포하고 SONOS 게이트 트랜지스터가 형성될 부분의 반도체 기판(11)이 노출되도록 노광 및 현상 공정으로 상기 포토레지스트(13)를 패터닝한다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, the
그리고, 상기 패터닝된 포토레지스트(13)를 마스크로 반도체 기판(11)내에 문턱전압(Vt) 조절이온을 주입하여 문턱전압 조절이온 주입층(B)을 형성한다.The threshold voltage control ion implantation layer B is formed by implanting the threshold voltage Vt ions into the
그 다음, 상기 포토레지스트(13)와 상기 패드 산화막(12)을 차례로 제거하고 도 3c에 도시하는 바와 같이 전면에 ONO막(14)을 형성한다. 그리고, 도면에는 도시하지 않았지만 이온 주입 공정으로 웰(Well)을 형성한다.Then, the
이어, 도 3d에 도시하는 바와 같이 포토 및 식각 공정으로 SONOS 게이트 트랜지스터가 형성될 부분에만 남도록 상기 ONO막(14)을 선택적으로 제거한 다음, 도 3e에 도시하는 바와 같이 표면 산화처리하여 ONO막(14)의 제거로 노출된 반도체 기판(11)상에 게이트 산화막(15)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 3D, the
그리고, 전면에 폴리실리콘막을 증착하고 포토 및 식각 공정으로 상기 폴리실리콘막과 게이트 산화막(15)을 선택적으로 제거하여 상기 ONO막(14)의 일영역상에는 워드라인(WL)을 형성하고, 선택 트랜지스터가 형성될 부분의 반도체 기판(11)상에는 게이트 산화막(15)과 선택 게이트(SG)를 형성한다. In addition, a polysilicon film is deposited on the entire surface, and the polysilicon film and the
이어서, 표면 산화처리하여 상기 워드라인(WL)과 선택 게이트(SG)의 표면 그리고, 상기 게이트 산화막(15)의 제거로 노출된 반도체 기판(11)의 표면상에 산화막(16)을 형성한다.Subsequently, an
이어, 도 3f에 도시하는 바와 같이 상기 워드라인(WL) 및 선택 게이트(SG)를 마스크로 반도체 기판(11)에 저농도 불순물 이온을 주입하여 저농도 불순물 영역(17/18/19)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3F, low concentration impurity ions are implanted into the
상기 저농도 불순물 영역(17)은 SONOS 게이트 트랜지스터의 저농도 소오스 영역이자 선택 게이트 트랜지스터의 저농도 드레인 영역이고, 상기 저농도 불순물 영역(18)은 SONOS 게이트 트랜지스터의 저농도 드레인 영역이며, 상기 저농도 불순물 영역(19)은 선택 게이트 트랜지스터의 저농도 소오스 영역이다.The low
이어서, 전면에 절연막을 증착하고 블랭킷 에치하여 도 3g에 도시하는 바와 같이 상기 워드라인(WL)과 선택 게이트(SG) 양측면에 각각 절연막 측벽(20)(21)을 형성한다.Subsequently, an insulating film is deposited on the entire surface and blanket etched to form insulating film sidewalls 20 and 21 on both sides of the word line WL and the selection gate SG as shown in FIG. 3G.
그리고, 도 3h에 도시하는 바와 같이 상기 워드라인(WL), 선택 게이트(SG) 및 절연막 측벽(20)(21)을 마스크로 고농도의 불순물 이온을 주입하여 고농도 불순물 영역(22)(23)(24)을 형성한다.As shown in FIG. 3H, high concentration impurity ions are implanted using the word line WL, the selection gate SG, and the insulating film sidewalls 20 and 21 as a mask to form high
상기 고농도 불순물 영역(22)은 SONOS 게이트 트랜지스터의 고농도 소오스 영역이자 선택 게이트 트랜지스터의 고농도 드레인 영역이고, 상기 고농도 불순물 영역(23)은 SONOS 게이트 트랜지스터의 고농도 드레인 영역이며, 상기 고농도 불순물 영역(24)은 선택 게이트 트랜지스터의 고농도 소오스 영역이다.The high
이후, 도 3i에 도시하는 바와 같이, 전면에 층간 절연막(도시하지 않음)을 형성하고 상기 층간 절연막에 상기 선택 게이트 트랜지스터의 고농도 소오스 영역(24), 선택 게이트(SG), 워드라인(WL), SONOS 게이트 트랜지스터의 고농도 드레인 영역(23)의 표면을 노출시키는 콘택홀을 형성한 후에 상기 콘택홀에 도전성 재료를 매립하여 선택 게이트 트랜지스터의 고농도 소오스 영역(24), 선택 게이트(SG), 워드라인(WL), SONOS 게이트 트랜지스터의 고농도 드레인 영역(23)에 각각 연결되는 배선들을 형성한다.After that, as shown in FIG. 3I, an interlayer insulating film (not shown) is formed on the entire surface, and the high
이상으로 종래 기술에 따른 2T SONOS 셀을 완성한다.This completes the 2T SONOS cell according to the prior art.
테크놀로지(technology)가 앞서가고 소자 집적도가 향상되어 감에 따라서 상기 워드라인(WL)과 선택 게이트(SG)간의 거리는 점점 작아질 것이다.As technology advances and device integration improves, the distance between the word line WL and the selection gate SG will become smaller.
따라서, SONOS 게이트 트랜지스터가 형성되는 영역에만 실시하야 하는 문턱전압 조절이온 주입 공정과 ONO막(14) 패터닝 공정의 임계치수(Critical Dimension) 제어 및 중첩(Overlay) 제어에 많은 제약을 받게 되어 2T SONOS 셀 트랜지스터의 집적도를 향상시키기 어려운 문제점이 발생되었다.Accordingly, the 2T SONOS cell is severely restricted by the critical dimension control and the overlay control of the threshold voltage control ion implantation process and the ONO film patterning process which should be performed only in the region where the SONOS gate transistor is formed. There is a problem in that it is difficult to improve the density of transistors.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 2T SONOS 셀의 집적도를 향상시키기 위한 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a flash memory device and a method of manufacturing the same for improving the integration of 2T SONOS cells.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판상의 ONO막과, 상기 ONO막 하부의 반도체 기판 표면내의 문턱전압 조절이온 주입층과, 상기 ONO막상에 제 1 영역을 사이에 두고 형성되는 워드라인과 선택 게이트와, 상기 워드라인과 선택 게이트 양측면에 형성되는 절연막 측벽들과, 상기 제 1 영역의 반도체 기판 표면내의 제 1 불순물 영역과, 상기 제 1 영역과 워드라인을 사이에 두고 있는 제 2 영역의 반도체 기판 표면내의 제 2 불순물 영역과, 상기 제 1 영역과 선택 게이트를 사이에 두고 있는 제 3 영역의 반도체 기판 표면내의 제 3 불순물 영역으로 단위셀이 구성됨을 특징으로 한다.The flash memory device according to the present invention for achieving the above object comprises a semiconductor substrate, an ONO film on the semiconductor substrate, a threshold voltage control ion implantation layer in the surface of the semiconductor substrate below the ONO film, and on the ONO film. A word line and a select gate formed between the first region, insulating film sidewalls formed on both sides of the word line and the select gate, a first impurity region in the semiconductor substrate surface of the first region, and the first region; The unit cell is composed of a second impurity region in the semiconductor substrate surface of the second region with a word line interposed therebetween, and a third impurity region in the semiconductor substrate surface of the third region with the first region and the selection gate interposed therebetween. It is characterized by.
상기한 구조를 갖는 플래쉬 메모리 소자의 제조방법은 반도체 기판내에 문턱전압 조절이온을 주입하는 단계와, 상기 반도체 기판상에 터널 산화막-트랩 질화막-블록 산화막으로 구성되는 ONO막을 형성하는 단계와, 상기 ONO막상에 일정 영역을 사이에 두고 선택 게이트와 워드라인을 형성하는 단계와, 상기 선택 게이트 및 워드라인을 마스크로 상기 반도체 기판내에 저농도 불순물 이온을 주입하여 저농도 불순물 영역들을 형성하는 단계와, 상기 선택 게이트 및 워드라인 양측면에 절연막 측벽을 형성하는 단계와, 상기 선택 게이트 및 워드라인과 이들 양측의 절연막 측벽을 마스크로 상기 반도체 기판내에 고농도 불순물 이온을 주입하여 고농도 불순물 영역들을 형성하는 단계를 포함하여 형성하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a flash memory device having the above structure includes the steps of implanting threshold voltage control ions into a semiconductor substrate, forming an ONO film formed of a tunnel oxide film-trap nitride film-block oxide film on the semiconductor substrate; Forming a selection gate and a word line on the film with a predetermined region interposed therebetween; forming low concentration impurity regions by implanting low concentration impurity ions into the semiconductor substrate using the selection gate and the word line as a mask; And forming insulating film sidewalls on both side surfaces of the word line, and implanting high concentration impurity regions into the semiconductor substrate using the selection gate and the word line and the insulating film sidewalls on both sides to form high concentration impurity regions. It is characterized by.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating the configuration and operation of the embodiment of the present invention, the configuration and operation of the present invention shown in the drawings and described by it will be described as at least one embodiment, By the technical spirit of the present invention described above and its core configuration and operation is not limited.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2T SONOS 셀의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a 2T SONOS cell in accordance with an embodiment of the present invention.
도 4에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 2T SONOS 셀은 일방향으로 배열되는 워드라인(WL)을 게이트로 갖는 SONOS 게이트 트랜지스터(다)와, 상기 워드라인(WL)에 나란하게 배열되는 선택 게이트(SG)를 게이트로 갖는 선택 트랜지스터(라)로 이루어져 있다. As shown in FIG. 4, a 2T SONOS cell according to the present invention has a SONOS gate transistor (C) having a word line WL arranged in one direction as a gate, and a selection gate arranged side by side in the word line WL. And a select transistor D having (SG) as a gate.
상기 SONOS 게이트 트랜지스터(다)와 선택 게이트 트랜지스터(라)는 불순물 영역(35)(40)을 공유하며, 이 불순물 영역(35)(40)을 가운데 두고 대칭적인 구조를 갖는다.The SONOS gate transistor (C) and the select gate transistor (D) share the
상기 SONOS 게이트 트랜지스터(다)와 선택 게이트 트랜지스터(라)가 구성되는 반도체 기판(31)의 전표면상에는 ONO막(33)이 형성되어 있고, 상기 ONO막(33) 아래의 반도체 기판(31) 표면내에는 문턱전압 조절이온 주입층(C)이 형성되어 있다.An
상기 워드라인(WL)과 선택 게이트(SG)는 반도체 기판(31)과의 사이에 ONO막(33)을 두고 있다. 한편, 상기 워드라인(WL)과 선택 게이트(SG)의 표면에는 산화막(34)이 형성되어 있고, 그 양측면에 산화막(34)을 사이에 두고 절연막 측벽(38)(39)이 형성되어 있다.The word line WL and the selection gate SG have an
상기 절연막 측벽(38) 아래의 반도체 기판내에는 SONOS 게이트 트랜지스터(다)의 저농도 소오스/드레인 영역(35)(36)이 형성되어 있고, 상기 절연막 측벽(21) 아래의 반도체 기판내에는 선택 게이트 트랜지스터(라)의 저농도 소오스/드레인 영역(35)(37)이 형성되어 있다.Low concentration source /
그리고, 상기 절연막 측벽(38)과 절연막 측벽(39) 사이에 위치하는 반도체 기판내에는 상기 고농도 불순물 영역(40)이 형성되어 있다.The high
상기 고농도 불순물 영역(40)은 SONOS 게이트 트랜지스터(다)의 고농도 소오스 영역이자 상기 선택 게이트 트랜지스터(라)의 고농도 드레인 영역이다.The high
그리고, 상기 워드라인(WL)을 중심으로 상기 고농도 불순물 영역(40)에 대 칭되는 고농도 불순물 영역(41)이 SONOS 게이트 트랜지스터(다)의 고농도 드레인 영역이며, 상기 선택 게이트(SG)를 중심으로 상기 고농도 불순물 영역(40)에 대칭되는 고농도 불순물 영역(42)이 선택 게이트 트랜지스터(라)의 고농도 소오스 영역이다. The high
상기 SONOS 게이트 트랜지스터(다)의 문턱전압은 상기 문턱전압 조절이온 주입층(C)에 의해 결정되며, 상기 SONOS 게이트 트랜지스터(다)의 오버 이레이즈 문제가 해소될 수 있도록 하기 위해서 상기 선택 게이트 트랜지스터(라)는 SONOS 게이트 트랜지스터(다)보다 높은 문턱전압을 갖도록 구성된다.The threshold voltage of the SONOS gate transistor (C) is determined by the threshold voltage control ion implantation layer (C), and the select gate transistor (C) may be used to solve the over erasure problem of the SONOS gate transistor (C). D) is configured to have a threshold voltage higher than that of the SONOS gate transistor (C).
다음에 본 발명에 따른 2T SONOS 셀의 제조 과정을 설명하겠다.Next, a manufacturing process of the 2T SONOS cell according to the present invention will be described.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 실시예에 따른 2T SONOS 셀의 제조공정 단면도이다.5A to 5H are cross-sectional views of a manufacturing process of a 2T SONOS cell according to an embodiment of the present invention.
우선, 도 5a에 도시된 바와 같이 반도체 기판(31)상에 패드 산화막(32)을 형성한다. First, as shown in FIG. 5A, a
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만 필드 영역상의 패드 산화막(32)을 선택적으로 제거하고, 이 패드 산화막(32)을 마스크로 반도체 기판(31)을 식각하여 트랜치(trench)를 형성한 다음 상기 트랜치내에 절연막을 매립하여 STI 구조의 필드 산화막을 형성한다.Although not shown in the drawing, the
이어서, 도 5b에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(31) 전면에 문턱전압 조절이온을 주입하여 문턱전압 조절이온 주입층(C)을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 5B, the threshold voltage adjusting ion is implanted into the entire surface of the
그 다음, 상기 패드 산화막(32)을 제거하고 도 5c에 도시하는 바와 같이 전 면에 ONO막(33)을 형성한다. 그리고, 도면에는 도시하지 않았지만 이온 주입 공정으로 웰(Well)을 형성한다.Then, the
이어, 전면에 폴리실리콘막을 증착하고 포토 및 식각 공정으로 상기 폴리실리콘막을 선택적으로 제거하여 도 5d에 도시하는 바와 같이 SONOS 게이트 트랜지스터가 형성될 부분에는 워드라인(WL)을 형성하고, 선택 게이트 트랜지스터가 형성될 부분에는 선택 게이트(SG)를 형성한다.Subsequently, a polysilicon film is deposited on the entire surface, and the polysilicon film is selectively removed by a photo and etching process to form a word line WL at a portion where the SONOS gate transistor is to be formed, as shown in FIG. 5D. The selection gate SG is formed in the portion to be formed.
그리고, 표면 산화처리 공정으로 상기 워드라인(WL)과 선택 게이트(SG)의 표면에 산화막(34)을 형성한다.An
이어서, 도 5e에 도시하는 바와 같이 상기 워드라인(WL)과 선택 게이트(SG)를 마스크로 반도체 기판(31)표면내에 저농도 불순물을 주입하여 저농도 불순물 영역(35)(36)(37)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 5E, low concentration impurities are implanted into the surface of the
상기 워드라인(WL)과 선택 게이트(SG) 사이의 반도체 기판(31) 표면내에 형성되는 저농도 불순물 영역(35)은 SONOS 게이트 트랜지스터의 저농도 소오스 영역이자 선택 게이트 트랜지스터의 저농도 드레인 영역이고, 상기 저농도 불순물 영역(36)은 SONOS 게이트 트랜지스터의 저농도 드레인 영역이며, 상기 저농도 불순물 영역(37)은 선택 게이트 트랜지스터의 저농도 소오스 영역이다.The low
그 다음으로, 전면에 절연막을 형성하고 상기 워드라인(WL) 및 선택 게이트(SG)의 양측면에 남도록 상기 절연막을 블랭킷 에치하여 도 5f에 도시하는 바와 같이 상기 워드라인(WL) 양측면에는 절연막 측벽(38)을, 상기 선택 게이트(SG) 양측면에는 절연막 측벽(39)을 형성한다.Next, an insulating film is formed on the entire surface, and the insulating film is blanket-etched to remain on both sides of the word line WL and the selection gate SG, and as shown in FIG. 5F, an insulating film sidewall ( 38 is formed on both sides of the selection gate SG.
이어, 도 5g에 도시하는 바와 같이 상기 워드라인(WL), 선택 게이트(SG) 및 절연막 측벽(38)(39)을 마스크로 반도체 기판(31)내에 고농도 불순물 이온을 주입하여 고농도 불순물 영역(40)(41)(42)을 형성한다.As shown in FIG. 5G, a high
상기 고농도 불순물 영역(40)은 SONOS 게이트 트랜지스터의 고농도 소오스 영역이자 선택 게이트 트랜지스터의 고농도 드레인 영역이고, 상기 고농도 불순물 영역(41)은 SONOS 게이트 트랜지스터의 고농도 드레인 영역이며, 상기 고농도 불순물 영역(42)은 선택 게이트 트랜지스터의 고농도 소오스 영역이다.The high
이후, 도 5h에 도시하는 바와 같이 전면에 층간 절연막(도시하지 않음)을 형성하고 상기 층간 절연막에 상기 선택 게이트 트랜지스터의 고농도 소오스 영역(42), 선택 게이트(SG), 워드라인(WL), SONOS 게이트 트랜지스터의 고농도 드레인 영역(41)의 표면을 노출시키는 콘택홀을 형성한 후에 상기 콘택홀에 도전성 재료를 매립하여 선택 게이트 트랜지스터의 고농도 소오스 영역(42), 선택 게이트(SG), 워드라인(WL), SONOS 게이트 트랜지스터의 고농도 드레인 영역(41)에 각각 연결되는 배선들을 형성한다.Subsequently, an interlayer insulating film (not shown) is formed on the entire surface as shown in FIG. 5H, and the high
SONOS 게이트 트랜지스터의 오버 이레이즈 문제를 해결하기 위해서는 상기 선택 게이트 트랜지스터(라)의 문턱전압은 SONOS 게이트 트랜지스터(다)의 문턱전압보다 높아야 한다.In order to solve the over erasure problem of the SONOS gate transistor, the threshold voltage of the selection gate transistor D must be higher than the threshold voltage of the SONOS gate transistor C.
전술한 제조 과정을 마친 2T SONOS 셀의 경우, SONOS 게이트 트랜지스터(다)와 선택 게이트 트랜지스터(라)의 문턱 전압은 상기 문턱전압 조절이온 주입층(C)의 이온 농도에 의해 결정되며 동일한 값을 갖는다.In the case of the 2T SONOS cell that has completed the above-described manufacturing process, the threshold voltage of the SONOS gate transistor (C) and the selection gate transistor (D) is determined by the ion concentration of the threshold voltage control ion implantation layer (C) and has the same value. .
따라서, 상기 선택 게이트 트랜지스터(라)의 문턱전압을 SONOS 게이트 트랜지스터(다)의 문턱전압보다 높게 만드는 과정이 필요하다.Therefore, it is necessary to make the threshold voltage of the selection gate transistor (D) higher than the threshold voltage of the SONOS gate transistor (C).
이를 위해서 상기 선택 게이트(SG)에 문턱전압 조정전압을 인가하고 나머지 배선은 모두 그라운드(ground)시킨다. 상기 문턱전압 조정전압은 2T SONOS 셀 동작 전압보다 높은 전압 예를 들어, 10[V]의 고전압이다.To this end, a threshold voltage adjustment voltage is applied to the selection gate SG, and all remaining wirings are grounded. The threshold voltage adjustment voltage is a voltage higher than the 2T SONOS cell operating voltage, for example, a high voltage of 10 [V].
여기서는 선택 게이트 트랜지스터(라)가 NMOS 타입인 경우를 설명한 것으로, PMOS 타입인 경우에는 상기 문턱전압 조정전압을 -10[V]로 한다.Here, the case where the selection gate transistor D is of the NMOS type has been described. In the case of the PMOS type, the threshold voltage adjusting voltage is set to -10 [V].
그러면, 상기 선택 게이트(SG)와 반도체 기판(31)간의 높은 전계로 인해 F-N 터널링이 발생되므로 상기 반도체 기판(31)에 있는 전자들은 ONO막(33)을 넘어서 선택 게이트(SG)로 들어가고 일부 전자들은 ONO막(33)의 트랩 질화막에 트랩되어 선택 게이트 트랜지스터(라)의 문턱전압이 상승되게 된다.Then, FN tunneling occurs due to the high electric field between the selection gate SG and the
한편, 선택 게이트 트랜지스터(라)의 문턱 전압은 상기 문턱전압 조정전압 값의 컨트롤을 통해서 임의로 조절 가능하다.Meanwhile, the threshold voltage of the selection gate transistor D may be arbitrarily adjusted through the control of the threshold voltage adjustment voltage value.
이상으로 본 발명에 따른 2T SONOS 셀을 완성한다.This completes the 2T SONOS cell according to the present invention.
상기와 같은 본 발명의 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The flash memory device of the present invention and a method of manufacturing the same have the following effects.
첫째, 문턱전압 조절이온을 SONOS 게이트 트랜지스터뿐만 아니라 선택 게이트 트랜지스터에도 주입해야 하기 때문에 기존에 문턱전압 조절이온을 SONOS 게이트 트랜지스터에만 주입하기 위해 실시하던 포토 마스크 공정을 실시하지 않아도 된다. 따라서, 임계치수(Critical Dimension : CD) 조절 및 SONOS 게이트 트랜지스터와 선택 트랜지스터간 오버레이 컨트롤(Overlay control)을 하지 않아도 되므로 플래쉬 메모리 소자의 집적도를 향상시킬 수 있다.First, since the threshold voltage regulation ion must be injected into not only the SONOS gate transistor but also the selection gate transistor, it is not necessary to perform the photomask process that was previously performed to inject the threshold voltage regulation ion only into the SONOS gate transistor. Accordingly, the integration of the flash memory device may be improved since the critical dimension (CD) adjustment and the overlay control between the SONOS gate transistor and the selection transistor are not required.
둘째, ONO막을 SONOS 게이트 트랜지스터와 선택 게이트 트랜지스터에 전체적으로 형성하기 때문에 기존에 SONOS 게이트 트랜지스터에만 ONO막을 남기기 위한 패터닝 공정을 실시하지 않아도 된다. 따라서, 임계치수(Critical Dimension : CD) 조절 및 SONOS 게이트 트랜지스터와 선택 트랜지스터간 오버레이 컨트롤(Overlay control)을 하지 않아도 되므로 플래쉬 메모리 소자의 집적도를 향상시킬 수 있다.Second, since the ONO film is formed entirely on the SONOS gate transistor and the selection gate transistor, there is no need to perform a patterning process for leaving the ONO film only in the SONOS gate transistor. Accordingly, the integration of the flash memory device may be improved since the critical dimension (CD) adjustment and the overlay control between the SONOS gate transistor and the selection transistor are not required.
셋째, 종래 기술에 비하여 문턱전압 조절이온 주입에 필요한 마스크 공정, ONO막 패터닝 공정, 선택 게이트 트랜지스터를 위한 게이트 산화막 형성공정을 실시하지 않아도 되므로 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.Third, the manufacturing process can be simplified since the mask process, the ONO film patterning process, and the gate oxide film forming process for the selection gate transistor which are required for the threshold voltage regulation ion implantation do not need to be performed as compared with the prior art.
넷째, 선택 게이트에 프로그램 전압을 인가하여 선택 게이트 트랜지스터의 문턱전압을 조절할 수 있으므로 필요에 따라 다양한 소자 제작이 가능해 진다.Fourth, since the threshold voltage of the selection gate transistor can be adjusted by applying a program voltage to the selection gate, various devices can be manufactured as needed.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구범위에 의해서 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the examples, but should be defined by the claims.
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