KR100595119B1 - Nonvolatile memory device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 반도체 기판 상에 형성된 게이트 산화막과, 상기 게이트 산화막 상에 형성된 플로팅 게이트와, 상기 플로팅 게이트 상에 형성되고 상기 플로팅 게이트의 상부면 모서리를 기준으로 내측으로 언더컷된 형태를 갖도록 형성된 유전체막과, 상기 유전체막 상에 형성되고, 상부가 언더컷된 형태를 갖는 제1 소거 게이트와, 상기 제1 소거 게이트 상에 형성된 제2 소거 게이트와, 상기 제1 소거 게이트 및 상기 제2 소거 게이트의 주변을 둘러싸는 절연막과, 상기 절연막 상에 형성되고 상기 제1 및 제2 소거 게이트를 덥도록 형성된 콘트롤 게이트를 포함하는 비휘발성 메모리 장치에 관한 것이다. According to the present invention, a dielectric film formed to have a gate oxide film formed on a semiconductor substrate, a floating gate formed on the gate oxide film, and a form formed on the floating gate and undercut inward with respect to an upper surface edge of the floating gate. And a first erase gate formed on the dielectric layer and having an undercut top, a second erase gate formed on the first erase gate, and a periphery of the first erase gate and the second erase gate. And a control gate formed on the insulating layer to cover the first and second erase gates.
비휘발성 메모리, 플로팅 게이트, 소거 게이트, 콘트롤 게이트Nonvolatile Memory, Floating Gate, Erase Gate, Control Gate
Description
도 1 및 도 2는 종래의 EPROM 셀 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다. 1 and 2 are cross-sectional views illustrating a conventional EPROM cell manufacturing method.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 레이아웃도이다. 3 is a layout diagram of a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4 내지 도 10은 도 3의 Ⅰ-Ⅰ' 단면을 따라 절단한 경우의 단면도들이다. 4 to 10 are cross-sectional views when cut along the line II ′ of FIG. 3.
도 11은 도 3의 Ⅱ-Ⅱ' 단면을 따라 절단한 경우의 단면도이다. FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 3.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100: 반도체 기판 102: 게이트 산화막100
104a: 플로팅 게이트 106a: 유전체막104a:
110: 소오스/드레인 112: 필드 산화막110: source / drain 112: field oxide film
114a: 제1 소거 게이트 116a: 제2 소거 게이트114a:
120: 절연막 122: 콘트롤 게이트120: insulating film 122: control gate
본 발명은 반도체 메모리 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저전압으로 프로그램이 가능하고 과도 소거 현상이 억제될 수 있는 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same, which can be programmed at a low voltage and a transient erase phenomenon can be suppressed.
이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory; 이하 'EPROM'이라 함)은 롬(Read Only Memory; ROM)의 일종으로서 사용자가 기억장치 속에 저장된 정보의 내용을 지우거나 다시 넣을 수 있는 기억장치이다. 기억 내용을 전기적으로 기입하는 것이 가능하고, 자외선을 조사함으로써 소거가 가능한 PROM(Programmable Read Only Memory)이다. Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM) is a type of ROM (Read Only Memory) that allows a user to erase or reinsert information stored in the memory. It is a PROM (Programmable Read Only Memory) which can write the memory contents electrically and can be erased by irradiating ultraviolet rays.
도 1 및 도 2는 종래의 EPROM 셀 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다. 도 1은 셀의 폭 방향의 단면을 도시한 것이고, 도 2는 셀의 길이 방향의 단면을 도시한 것이다. 1 and 2 are cross-sectional views illustrating a conventional EPROM cell manufacturing method. 1 shows a cross section of the cell in the width direction, and FIG. 2 shows a cross section of the cell in the longitudinal direction.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반도체 기판(10)에 소자분리막(12)을 형성한 후, 소자분리막(12)이 형성된 반도체 기판(10) 상에 게이트 산화막(14)을 형성한다. 게이트 산화막(14) 상에 플로팅 게이트로 사용될 폴리실리콘막(16), 산화막/질화막/산화막으로 이루어진 유전체막(18), 컨트롤 게이트로 사용될 폴리실리콘막(20)을 순차적으로 형성한 후, 선택적으로 식각하여 게이트 전극을 형성한다. 이어서, 게이트 전극을 마스크로 사용하여 불순물을 이온주입하여 소오스/드레인(22)을 형성 한다. 1 and 2, after forming the
한편, 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory; 이하 'EEPROM'이라 함)은 전기적으로 소거와 쓰기가 가능하며 전원 전압이 오프(Off)되어도 데이타가 보존되는 메모리이다. EEPROM은 터널링을 이용하여 전기적으로 소거와 프로그램이 가능하기 때문에 사용자가 정보 변경이 가능하다. On the other hand, EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, hereinafter referred to as "EEPROM") is a memory that can be erased and written electrically and data is preserved even when the power supply voltage is off (Off). The EEPROM can be electrically erased and programmed using tunneling, allowing the user to change information.
종래의 EEPROM 셀은, 워드라인(컨트롤 게이트)에 12.0V의 전압을 인가하고 비트 라인에 7.5V의 전압을 인가하여 소오스 영역에서 발생한 열 전자(Hot Carrier)를 유전체막에 트랩(trap)하여 프로그램을 수행한다. In the conventional EEPROM cell, a voltage of 12.0 V is applied to a word line (control gate) and 7.5 V is applied to a bit line to trap hot electrons generated in a source region in a dielectric film. Do this.
EEPROM 셀을 선택적으로 프로그램 함으로서 프로그램된 셀은 높은 문턱전압(Vt)(5V 이상)을 갖는 것으로 인식되나, 프로그램되지 않은 셀은 낮은 문턱전압(5V 이하)을 갖는 것으로 인식하여 선택적으로 프로그램 되었음을 확인할 수 있다. By selectively programming the EEPROM cell, the programmed cell is recognized as having a high threshold voltage (Vt) (5 V or more), but the unprogrammed cell is recognized as having a low threshold voltage (5 V or less) and it can be confirmed that it is selectively programmed. have.
그러나, 소자분리막이 로코스(LOCOS) 구조로 형성되 있어 셀 밀도(Cell Density)가 증가한다. However, since the device isolation layer is formed in a LOCOS structure, cell density increases.
또한, 스택 게이트(Stack Gate)형 구조의 경우, 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트 형성을 위해 2번의 폴리실리콘막 형성 공정을 적용하는데, 이로 인해 로직 영역(Logic Area)과의 단차가 발생하여 후공정 진행시 게이트 임계치수(Critical Dimension; CD)의 불균형(unbalance)이 발생하거나 폴리실리콘막의 잔류물(residue)이 발생할 수 있다. In addition, in the case of a stack gate type structure, two polysilicon film forming processes are applied to form a floating gate and a control gate, and as a result, a step between the logic area occurs and a post process is performed. Unbalance of the gate critical dimension (CD) may occur or residues of the polysilicon film may occur.
EEPROM 프로그램시 유전체막의 두께 외에도 EEPROM 셀에서 차지하는 유전체막 면적이 증가할수록 EEPROM 프로그램 특성에는 좋으나 이를 증가시키는데 한계가 있다. In addition to the thickness of the dielectric film in the EEPROM program, the more the dielectric film area occupies in the EEPROM cell, the better the EEPROM program characteristics, but there is a limit to increasing it.
또한, 열 전자 발생으로 인하여 유전체막에 트랩된 전자가 유지되는 특성이 데이타 리텐션(data retention) 특성인데, 유전체막 특성 상 데이타 리텐션 특성을 향상시키는데 한계가 있다.In addition, a characteristic in which electrons trapped in the dielectric film are retained due to hot electron generation is a data retention characteristic, and there is a limit in improving data retention characteristics due to the dielectric film characteristics.
EEPROM 또는 플래시 메모리 셀 구현시 과도 소거(Over Erase)로 인하여 안정적인 소거 특성을 실현하기 어려운 점이 있다.When implementing EEPROM or flash memory cells, it is difficult to realize stable erase characteristics due to over erase.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 저전압으로 프로그램이 가능하고 과도 소거 현상이 억제될 수 있는 비휘발성 메모리 장치를 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a nonvolatile memory device which can be programmed with a low voltage and suppresses excessive erase.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 저전압으로 프로그램이 가능하고 과도 소거 현상이 억제될 수 있는 비휘발성 메모리 장치의 제조방법을 제공함에 있다.
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory device which can be programmed with a low voltage and a transient erase phenomenon can be suppressed.
본 발명은, 반도체 기판 상에 형성된 게이트 산화막과, 상기 게이트 산화막 상에 형성된 플로팅 게이트와, 상기 플로팅 게이트 상에 형성되고 상기 플로팅 게이트의 상부면 모서리를 기준으로 내측으로 언더컷된 형태를 갖도록 형성된 유전체막과, 상기 유전체막 상에 형성되고, 상부가 언더컷된 형태를 갖는 제1 소거 게이트와, 상기 제1 소거 게이트 상에 형성된 제2 소거 게이트와, 상기 제1 소거 게이 트 및 상기 제2 소거 게이트의 주변을 둘러싸는 절연막과, 상기 절연막 상에 형성되고 상기 제1 및 제2 소거 게이트를 덥도록 형성된 콘트롤 게이트를 포함하는 비휘발성 메모리 장치를 제공한다.According to the present invention, a dielectric film formed to have a gate oxide film formed on a semiconductor substrate, a floating gate formed on the gate oxide film, and a form formed on the floating gate and undercut inward with respect to an upper surface edge of the floating gate. And a first erase gate formed on the dielectric layer and having an undercut on the dielectric layer, a second erase gate formed on the first erase gate, the first erase gate and the second erase gate. A nonvolatile memory device including an insulating film surrounding a periphery and a control gate formed on the insulating film to cover the first and second erase gates.
또한, 본 발명은, 반도체 기판 상에 게이트 산화막, 플로팅 게이트용 물질막 및 유전체막을 순차적으로 형성하는 단계와, 유전체막 상에 플로팅 게이트가 형성될 영역을 정의하는 제1 마스크 패턴을 형성한 후, 상기 제1 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 제1 마스크 패턴 하부로 언더컷이 발생하도록 상기 유전체막을 선택적으로 일부 습식 식각하여 상기 유전체막을 트리밍하는 단계와, 상기 제1 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 플로팅 게이트용 물질막을 건식 식각하여 플로팅 게이트를 형성하는 단계와, 불순물을 이온주입하여 소오스/드레인을 형성하는 단계와, 결과물 상에 산화막을 증착한 후, 상기 유전체막 표면이 노출되도록 평탄화하여 필드 산화막을 형성하는 단계와, 결과물 상에 소거 게이트 형성용 도프트 폴리실리콘막 및 언도프트 폴리실리콘막을 순차적으로 형성하는 단계와, 소거 게이트가 형성될 영역을 정의하는 제2 마스크 패턴을 형성한 후, 상기 제2 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 언도프트 폴리실리콘막을 선택적으로 건식 식각하고, 상기 제2 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 도프트 폴리실리콘막을 일부 습식 식각하여 상기 언도프트 폴리실리콘막의 하부에 언더컷을 형성하는 단계와, 상기 제2 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 도프트 폴리실리콘막을 선택적으로 건식 식각하는 단계와, 상기 도프트 폴리실리콘막과 상기 언도프트 폴리실리콘막을 둘러싸는 주변에 절연막을 형성하는 단계와, 콘트롤 게이트용 물질막을 증착한 후, 패터닝하여 콘트 롤 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 비휘발성 메모리 장치의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of sequentially forming a gate oxide film, a floating gate material film and a dielectric film on the semiconductor substrate, and after forming a first mask pattern defining a region in which the floating gate is to be formed on the dielectric film, Selectively wet etching the dielectric layer with the first mask pattern using an etch mask to undercut the lower portion of the first mask pattern to trim the dielectric layer, and using the first mask pattern as an etch mask for the floating gate. Dry etching the material film to form a floating gate, implanting impurities to form a source / drain, depositing an oxide film on the resultant, and then planarizing the surface of the dielectric film to form a field oxide film. And a doped polysilicon film and an undoped pole for forming an erase gate on the resultant. Sequentially forming a silicon film, forming a second mask pattern defining a region in which an erase gate is to be formed, and selectively dry-etching the undoped polysilicon film using the second mask pattern as an etch mask. Partially wet etching the doped polysilicon layer using an etch mask as an etch mask to form an undercut under the undoped polysilicon layer, and selectively selecting the doped polysilicon layer using the second mask pattern as an etch mask. Dry etching, forming an insulating film around the doped polysilicon film and the undoped polysilicon film, depositing a control gate material film, and then patterning to form a control gate. A method of manufacturing a nonvolatile memory device is provided.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이하의 설명에서 어떤 층이 다른 층의 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 게재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are provided to those skilled in the art to fully understand the present invention, and may be modified in various forms, and the scope of the present invention is limited to the embodiments described below. It doesn't happen. In the following description, when a layer is described as being on top of another layer, it may be present directly on top of another layer, with a third layer interposed therebetween. In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated for clarity and convenience of explanation. Like numbers refer to like elements in the figures.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다. 도 3은 비휘발성 메모리 장치의 레이아웃도이다. 도 4 내지 도 10은 도 3의 Ⅰ-Ⅰ' 단면을 따라 절단한 경우의 단면도들이고, 도 11은 도 3의 Ⅱ-Ⅱ' 단면을 따라 절단한 경우의 단면도이다. 3 to 11 are cross-sectional views illustrating a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same according to an exemplary embodiment of the present invention. 3 is a layout diagram of a nonvolatile memory device. 4 to 10 are cross-sectional views when cut along the line II ′ of FIG. 3, and FIG. 11 is a cross-sectional view when cut along the line II-II ′ of FIG. 3.
도 4를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 버퍼 산화막(미도시)을 형성한다. 반도체 기판(100)에 문턱전압(Vt) 조절을 위한 이온주입을 실시한다. 이때, 상기 버퍼 산화막은 이온주입에 의한 반도체 기판(100)의 손상을 완화시켜주는 버퍼층의 역할을 한다. 이어서, 상기 버퍼 산화막을 제거한다. Referring to FIG. 4, a buffer oxide film (not shown) is formed on the
게이트 산화(Gate Oxidation) 공정을 통하여 반도체 기판(100) 상에 게이트 산화막(102)을 형성한다. 게이트 산화막(102)은 습식 산화 방식을 이용하여 형성할 수 있는데, 예컨대, 750℃∼900℃ 정도의 온도에서 습식 산화를 진행하여 형성할 수 있다. A
게이트 산화막(102) 상에 플로팅 게이트 형성을 위한 도프트 폴리실리콘막(104)을 증착한다. 상기 폴리실리콘막(104)은 실리콘 소스(예컨대, SiH4, Si2H6
등) 가스와 불순물 소스(예컨대, POCl3, PH3 등) 가스를 이용하여 LP-CVD(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition) 방법으로 580 내지 620℃ 정도의 온도와 0.1 내지 3Torr 정도의 압력 조건에서 형성할 수 있다. A doped
폴리실리콘막(104) 상에 유전체막(106)을 형성한다. 상기 유전체막(106)은 산화막/질화막/산화막 형태의 구조, 즉 ONO(SiO2/Si3N4/SiO2) 구조로 형성할 수 있다. 유전체막(106)의 산화막은 SiH2Cl2(dichlorosilane; DCS)와 H2O 가스를 소스 가스로 이용하여 고온산화막(High Temperature Oxide; HTO)으로 형성할 수 있다. 유전체막(106)의 질화막은 반응가스로서 NH3와 SiH2Cl2(dichlorosilane; DCS) 가스를 이용하고, 0.1 내지 3Torr 정도의 압력과 650 내지 800℃ 정도의 온도 범위에서 LP-CVD 방식으로 형성할 수 있다. The
유전체막(106) 상에 플로팅 게이트가 형성될 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(108)을 형성한다. A
도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(108)을 식각 마스크로 유전체막(106)을 선택적으로 습식 식각하여 유전체막(106)에 대하여 트리밍(trimming)을 실시한다. 상기 습식 식각에 의해 상기 폴리실리콘막(104)의 상부면 모서리를 기준으로 내측으로 언더컷된 형태를 갖는 유전체막(106a)이 형성되게 된다. 상기 습식 식각은 등방성 식각이므로 포토레지스트 패턴(108) 하부로 언더컷이 발생하게 되며, 유전체막(106)은 포토레지스트 패턴(108) 보다는 작게 트리밍(trimming)되게 된다. 상기 습식 식각은 폴리실리콘막(104)에 대하여 식각 선택비가 큰 식각 조건을 이용한다. Referring to FIG. 5, the
상기 포토레지스트 패턴(108)을 식각 마스크로 사용하여 폴리실리콘막(104)을 선택적으로 건식 식각하여 플로팅 게이트(104a)를 형성한다. 상기 건식 식각은 이방성 건식 식각이므로 포토레지스트 패턴(108)의 프로파일을 따라 폴리실리콘막(104)이 선택적으로 식각될 수 있다. The floating
도 6을 참조하면, 포토레지스트 패턴(108)을 제거한다. 이어서, 불순물을 이온주입하여 소오스/드레인(110)을 형성한다. 상기 불순물은 형성하고자 하는 채널이 N형 채널일 경우 비소(As), 인(P) 등의 불순물일 수 있다. 소오스/드레인(110) 사이의 게이트 산화막(102) 하부에는 베리드 채널(Buried Channel) 영역이 된다. Referring to FIG. 6, the
결과물 상에 산화막(112)을 형성한다. 상기 산화막(112)은 HLD막, HDP(High Density Plasma)막, BPSG(Boro Phosphorus Silicate Glass)막, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막, SOG(Spin On Glass)막 등을 이용하여 형성할 수 있다. 유전체막(106a) 표면이 노출되도록 상기 산화막(112)을 평탄화한다. 상기 평탄화는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정을 이용할 수 있다. 상기 산화막(112)은 플로팅 게이트(104a) 사이를 구분하는 필드 산화막의 역할을 한다. An
도 7을 참조하면, 결과물 상에 제1 소거 게이트 형성을 위한 도프트(doped)(불순물이 고농도로 도핑된) 폴리실리콘막(114)을 증착한다. 상기 도프트 폴리실리콘막(114)은 실리콘 소스(예컨대, SiH4, Si2H6 등)가스와 불순물 소스(예컨대, POCl3, PH3 등)가스를 이용하여 LP-CVD(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition) 방법으로 580 내지 620℃ 정도의 온도와 0.1 내지 3Torr 정도의 압력 조건에서 형성할 수 있다. Referring to FIG. 7, a
도프트 폴리실리콘막(114) 상에 제2 소거 게이트 형성을 위한 언도프트(Undodped)(불순물이 도핑되지 않은) 폴리실리콘막(116)을 형성한다. 상기 언도프트 폴리실리콘막(116)은 실리콘 소스(예컨대, SiH4, Si2H6 등)가스를 이용하여 LP-CVD(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition) 방법으로 580 내지 620℃ 정도의 온도와 0.1 내지 3Torr 정도의 압력 조건에서 형성할 수 있다.An undoped (non-doped)
소거 게이트가 형성될 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(118)을 형성한다. A
도 8을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(118)을 식각 마스크로 사용하여 언도프트 폴리실리콘막(116)을 선택적으로 건식 식각한다. Referring to FIG. 8, the
포토레지스트 패턴(118)을 식각 마스크로 사용하여 도프트 폴리실리콘막(114)을 습식 식각하여 언도프트 폴리실리콘막(116)의 하부에 언더컷을 형성한다. 상기 습식 식각은 등방성으로 식각 되며, 불순물이 고농도로 도핑된 폴리실리콘막 (114) 상부가 선택적으로 식각되어 언더컷이 형성되게 된다. The doped
도 9를 참조하면, 포토레지스트 패턴(118)을 식각 마스크로 사용하여 도프트 폴리실리콘막(114)을 선택적으로 건식 식각한다. 상기 건식 식각은 이방성 건식 식각이므로 포토레지스트 패턴(118)의 프로파일을 따라 도프트 폴리실리콘막(114)이 선택적으로 식각될 수 있다. 제1 소거 게이트로 사용되는 언도프트 폴리실리콘막(116)과 제2 소거 게이트로 사용되는 도프트 폴리실리콘막(114)는 각 최대 폭이 동일하도록 형성되게 된다. 상기 포토레지스트 패턴(118)을 제거한다. Referring to FIG. 9, the doped
어닐(Aneal) 공정을 실시한다. 상기 어닐 공정에 의해 도포트 폴리실리콘막(114)에 도핑된 불순물이 언도프트 폴리실리콘막(116)으로 확산되게 된다. 또한, 도프트 폴리실리콘(114)과 언도프트 폴리실리콘막(116)을 둘러싸는 주변에 절연막(자연산화막)(120)이 형성되게 된다. 즉, 상부가 언더컷된 형태를 갖는 제1 소거 게이트(114a)와, 제1 소거 게이트(114a) 상에 형성된 제2 소거 게이트(116a)의 주변을 따라 자연산화막(120)이 형성되게 된다. 산화 공정을 이용하여 절연막(120)을 형성할 수도 있음은 물론이다. Anneal process is performed. The dopant doped in the doped
상기 절연막(120)은 후속 공정에서 형성될 콘트롤 게이트와 제1 및 제2 소거 게이트(114a, 116a)를 절연시키는 역할을 한다. The insulating
도 10 및 도 11을 참조하면, 절연막(120) 상에 콘트롤 게이트 형성을 위한 폴리실리콘막을 증착한 후, 패터닝하여 콘트롤 게이트(122)를 형성한다. 콘트롤 게이트(122)는 절연막(120) 상에 형성되고 상기 제1 및 제2 소거 게이트(114a, 116a)를 덥도록 형성된다. 10 and 11, a polysilicon film for forming the control gate is deposited on the insulating
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 프로그램(Program), 소거(Erase) 및 리드(Read) 동작을 설명한다. Hereinafter, program, erase, and read operations of a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described.
프로그램 동작은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 소거 게이트(116a, 114a)에 12V 정도의 고전압을 인가하여 채널을 반전(invetsion)시킨다. 드레인(110)에 7V의 전압을 인가하고 소오스(110) 및 반도체 기판(100)을 접지시키면, CHE(Channel Hot Election) 주입에 의하여 드레인(110)쪽에서 플로팅 게이트(104a)쪽으로 핫 캐리어(Hot Carrier)(전자)가 주입되어 프로그램된다. 주입된 핫 캐리어는 유전체막(106a)과 소거 게이트(116a, 114a)와 콘트롤 게이트(122) 사이의 절연막(120)에 트랩된다. The program operation can be made as follows. A high voltage of about 12V is applied to the erase
소거 동작은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 비휘발성 메모리 장치가 이피롬(EPROM) 셀로 사용될 경우에는 플로팅 게이트(104a)에 충전되어 있는 캐리어(전자)를 방출하기 위해 자외선을 이용한 소거 방법을 사용한다. 비휘발성 메모리 장치가 이이피롬(EEPROM) 또는 플래시 메모리 셀로 사용될 경우에는 플로팅 게이트(104a)에 충전되어 있는 캐리어(전자)를 방출하기 위해 소거 게이트(116a, 114a)에 3V 이상의 약한 전압을 인가하여 유전체막(106a)과 소거 게이트(116a, 114a)와 콘트롤 게이트(122) 사이의 절연막(120)에 트랩된 전자를 방출시킨다. 소거 게이트(116a, 114a)에 의한 과도 소거(Over Erase) 특성은 없기 때문에 소거 시간의 제약은 없다. 즉, 아주 짧은 시간 내에 소거가 가능하므로 이로 인해 셀의 라이프 타임(Lifetime)이 증가한다. The erase operation may be performed as follows. When a nonvolatile memory device is used as an EPROM cell, an erasing method using ultraviolet rays is used to emit a carrier (electron) charged in the floating
리드 동작은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 셀 트랜지스터의 문턱전압(Vt) 을 리드(read) 함으로써 셀의 온/오프(On/Off) 상태를 판정하여 리드(read)하게 된다. 이를 위해 소거 게이트(116a, 114a)에 5V의 전압을 인가하고 드레인(110)에 1V의 전압을 인가하게 되면, 프로그램 셀은 문턱전압이 높아(5V 이상임) 오프(Off)되고, 소거 셀은 문턱전압이 낮아 온(On)으로 판정된다. The read operation may be performed as follows. By reading the threshold voltage Vt of the cell transistor, the on / off state of the cell is determined and read. For this purpose, if a voltage of 5V is applied to the erase
본 발명에 의한 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조방법에 의하면, 저전압으로 프로그램이 가능하고 과도 소거 현상이 억제될 수 있다. 또한, 스택 게이트 형태의 구조를 갖지만 메모리 셀의 단차를 최소화할 수 있는 장점이 있다. According to the nonvolatile memory device and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to program at a low voltage and suppress the excessive erase phenomenon. In addition, the stack gate structure has the advantage of minimizing the step difference of the memory cell.
소거 게이트가 콘트롤 게이트의 아래에 위치함에도 불구하고 접촉 면적이 높기 때문에 커플링비(Coupling Ratio)에는 전혀 영향을 주지 않으면서 프로그램시킬 수 있는 장점이 있다.Although the erase gate is located under the control gate, the contact area is high, and thus, there is an advantage in that it can be programmed without affecting the coupling ratio at all.
CHE(Channel Hot Election)의 트랩 소스(trap source)로서 유전체막과 소거 게이트와 콘트롤 게이트 사이의 절연막이 사용될 수 있으므로 프로그램된 셀의 프로그램 지속 시간(Program Duration Time)(또는 수명(Life Time))을 증가시킬 수 있다. As a trap source of CHE (Channel Hot Election), an insulating film between the dielectric film, the erase gate, and the control gate can be used, so that the program duration time (or life time) of the programmed cell is changed. Can be increased.
베리드 채널(Buried Channel)을 이용하기 때문에 종래의 LOCOS 방식에 비하여 고집적이 가능하다. Due to the use of a buried channel, higher integration is possible compared to the conventional LOCOS method.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분 야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said Example, A various thing by the person of ordinary skill in the art within the range of the technical idea of this invention. Modifications are possible.
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JPS631053A (en) | 1986-06-20 | 1988-01-06 | Agency Of Ind Science & Technol | Semiconductor nonvolatile ram |
JPH0340297A (en) * | 1989-07-06 | 1991-02-21 | Seiko Instr Inc | Semiconductor non-volatile memory |
KR20020001248A (en) * | 2000-06-27 | 2002-01-09 | 박종섭 | Method of manufacturing and erasing a flash memory device |
-
2004
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS631053A (en) | 1986-06-20 | 1988-01-06 | Agency Of Ind Science & Technol | Semiconductor nonvolatile ram |
JPH0340297A (en) * | 1989-07-06 | 1991-02-21 | Seiko Instr Inc | Semiconductor non-volatile memory |
KR20020001248A (en) * | 2000-06-27 | 2002-01-09 | 박종섭 | Method of manufacturing and erasing a flash memory device |
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