KR100678479B1 - 3-트랜지스터 메모리 셀을 갖는 비휘발성 메모리 소자들 및그 제조방법들 - Google Patents
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Abstract
3-트랜지스터 비휘발성 메모리 셀들이 제공된다. 상기 셀들은 반도체 기판 내에 형성되고 서로 이격된 소오스 영역 및 드레인 영역을 구비한다. 상기 소오스 영역 및 상기 드레인 영역 사이의 상기 반도체 기판 상부에 소오스 선택라인 및 드레인 선택라인이 제공된다. 상기 소오스 선택라인 및 상기 드레인 선택라인은 각각 상기 소오스 영역 및 상기 드레인 영역에 인접한다. 상기 소오스 선택라인 및 상기 드레인 선택라인 사이에 셀 게이트 패턴이 제공된다. 상기 선택라인들 및 상기 셀 게이트 패턴 사이의 갭 영역들 하부에 부유 불순물 영역들이 제공된다. 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택라인들 사이의 간격들은 상기 선택라인들의 폭들보다 작다. 상기 메모리 셀들의 제조방법들 또한 제공된다.
Description
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자들에 채택되는 셀 어레이 영역의 일부를 도시한 등가회로도이다.
도 2는 도 1의 셀 어레이 영역의 한 쌍의 메모리 셀들을 도시한 평면도이다.
도 3a 내지 도 10a는 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자들의 메모리 셀들 및 그 제조방법들을 설명하기 위하여 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 따라 취해진 단면도들이다.
도 3b 내지 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자들의 메모리 셀들 및 그 제조방법들을 설명하기 위하여 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'에 따라 취해진 단면도들이다.
본 발명은 반도체 소자들 및 그 제조방법들에 관한 것으로, 특히 3-트랜지스터 메모리 셀을 갖는 비휘발성 메모리 소자들 및 그 제조방법들에 관한 것이다.
반도체 메모리 소자들은 휘발성 메모리 소자들 또는 비휘발성 메모리 소자들로 분류될 수 있다. 상기 휘발성 메모리 소자들은 전원이 공급되지 않을 때 그들 내에 저장된 데이터들을 잃어버리는 반면에, 상기 비휘발성 메모리 소자들은 전원이 공급되지 않을지라도 그들 내에 저장된 데이터들을 유지한다. 따라서, 상기 비휘발성 메모리 소자들은 스마트 카드와 같은 메모리 카드 및 휴대용 전화기(cellular phone)와 같은 이동통신 시스템(mobile telecommunication system) 등에 널리 사용되고 있다.
상기 비휘발성 메모리 소자들은 낸드형 플래쉬 메모리 소자 및 노어형 플래쉬 메모리 소자로 분류될 수 있다. 상기 노어형 플래쉬 메모리 소자는 상기 낸드형 플래쉬 메모리 소자에 비하여 상대적으로 큰 센싱 마진을 보이는 장점을 가질 수 있다. 상기 노어형 플래쉬 메모리 소자의 단위 셀은 하나의 셀 트랜지스터 만으로 구성될 수 있다. 이 경우에, 상기 노어형 플래쉬 메모리 셀들중 어느 하나가 과잉 소거되고(over erased) 상기 과잉 소거된 셀(over erased cell)의 비트라인을 공유하는 인접 셀이 프로그램된 상태(programmed state)를 갖는다면, 상기 프로그램된 셀 내에 저장된 데이터를 선택적으로 독출하기가 어렵다. 이는 상기 프로그램된 셀이 읽기 모드 동안 선택될지라도 상기 과잉 소거된 셀 및 이에 연결된 비트라인을 통하여 원하지 않는 누설전류(undesired leakage current)가 흐를 수 있기 때문이다.
상술한 과잉소거 문제(over erasure problem)를 해결하기 위하여, 상기 노어형 플래쉬 메모리 소자는 하나의 셀 트랜지스터 및 이에 직렬 접속된 하나의 선택 트랜지스터로 구성된 2개 트랜지스터 메모리 셀(a two transistor memory cell)을 채택하고 있다. 상기 2개 트랜지스터 메모리 셀은 채널 열전자 주입 현상(channel hot electron injection phenomenon)을 사용하여 프로그램될 수 있다. 이 경우에, 상기 노어형 플래쉬 메모리 소자는 여전히 높은 프로그램 전류가 요구되어 전력 소모 측면에서 불리한 단점을 가질 수 있다.
최근에, 상기 1개 트랜지스터 메모리 셀 및 상기 2개 트랜지스터 메모리 셀의 문제점들(예를 들면, 과잉 소거 문제 및 높은 전력 소모 등)을 해결하기 위하여 3-트랜지스터 메모리 셀이 제안된 바 있다. 상기 3-트랜지스터 메모리 셀은 서로 인접한 8개의 비트라인들에 각각 접속된 8개의 메모리 셀들로 구성된 단일 바이트(byte)를 선택적으로 소거시키는 것을 요구하는 스마트 카드의 플래쉬 메모리 소자에 널리 사용되고 있다.
상기 3-트랜지스터 메모리 셀은 미국특허 제6,680,230호에 "반도체 소자 및 그 제조방법(Semiconductor Device and Method of Fabricating the Same)"이라는 제목으로 아라이 등(Arai et al.)에 의해 개시된 바 있다. 아라이 등에 따르면, 상기 3-트랜지스터 메모리 셀은 2개의 선택 트랜지스터들 및 이들 사이에 형성된 하나의 셀 트랜지스터로 구성되고, 상기 선택 트랜지스터들 및 상기 셀 트랜지스터의 게이트 패턴들은 통상의 사진/식각 공정을 사용하여 형성된다. 따라서, 상기 선택 게이트 패턴들 및 상기 셀 게이트 패턴 사이의 간격들은 상기 사진 공정의 한계 해상도(resolution limit)에 의해 정해질 수 있다. 그 결과, 상기 3-트랜지스터 메모리 셀이 차지하는 면적을 감소시키는 데 한계가 있을 수 있다. 다시 말해서, 상기 3-트랜지스터 메모리 셀을 채택하는 플래쉬 메모리 소자의 집적도를 개선시키는 데 한계가 있을 수 있다.
이에 더하여, 아라이 등에 따르면, 상기 선택 게이트 패턴들 역시 상기 셀 게이트 패턴과 동일한 적층된 게이트 구조(stacked gate structure)를 갖는다. 다시 말해서, 상기 셀 게이트 패턴들의 각각은 차례로 적층된 부유 게이트 및 워드라인(제어게이트 전극)을 포함하고, 상기 선택 게이트 패턴들의 각각은 상기 부유 게이트 및 상기 워드라인에 각각 대응하는 메인 게이트 전극(선택 라인) 및 더미 게이트 전극을 포함한다. 이에 따라, 상기 메인 게이트 전극을 상기 더미 게이트 전극에 전기적으로 접속시키기 위하여 버팅(butting) 콘택 기술이 요구될 수 있고, 상기 버팅 콘택을 위한 면적이 추가로 요구될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 더미 게이트 전극 없이 단일 메인 게이트 전극만으로 이루어진 선택 라인들을 갖는 3-트랜지스터 비휘발성 메모리 셀들 및 그 제조방법들을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 선택 라인들 및 셀 게이트 패턴 사이의 간격을 최소화시킬 수 있는 3-트랜지스터 비휘발성 메모리 셀의 제조방법들 및 그에 의해 제조된 3-트랜지스터 비휘발성 메모리 셀들을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 3개의 트랜지스터들로 구성된 비휘발성 메모리 셀들을 제공한다. 상기 비휘발성 메모리 셀들은 반도체 기판 내에 형성되고 서로 이격된 소오스 영역 및 드레인 영역을 포함한다. 상기 소오스 영역 및 상기 드레인 영역 사이의 상기 반도체 기판 상부에 소오스 선택라인 및 드레인 선택라인이 제공된다. 상기 소오스 선택라인 및 상기 드레인 선택라인은 각각 상기 소오스 영역 및 상기 드레인 영역에 인접하도록 배치된다. 상기 소오스 선택라인 및 상기 드레인 선택라인 사이에 셀 게이트 패턴이 배치된다. 상기 소오스 선택라인 및 상기 셀 게이트 패턴 사이의 갭 영역 하부의 상기 반도체 기판 내에 제1 부유 불순물 영역이 제공되고, 상기 드레인 선택라인 및 상기 셀 게이트 패턴 사이의 갭 영역 하부의 상기 반도체 기판 내에 제2 부유 불순물 영역이 제공된다. 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택라인들 사이의 간격들은 상기 선택라인들의 폭들보다 작다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 상기 셀 게이트 패턴은 차례로 적층된 부유 게이트, 게이트 층간절연막 및 워드라인 패턴을 포함할 수 있고, 상기 선택라인들의 각각은 단일 도전막일 수 있다. 상기 워드라인 패턴은 차례로 적층된 워드라인 및 캐핑막 패턴을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 부유 게이트는 상기 워드라인 및 상기 캐핑막 패턴과 자기정렬되어 상기 워드라인 및 상기 캐핑막 패턴과 실질적으로 동일한 폭을 가질 수 있다. 이와는 달리, 상기 워드라인 패턴은 차례로 적층된 워드라인 및 캐핑막 패턴과 아울러서 상기 워드라인 및 상기 캐핑막 패턴의 측벽들을 덮는 워드라인 스페이서들을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 부유 게이트는 상기 워드라인 스페이서들과 자기정렬되어 상기 워드라인 및 상기 캐핑막 패턴보다 큰 폭을 가질 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 선택라인들의 측벽들 및 상기 셀 게이트 패턴의 측벽들을 덮는 메인 스페이서들이 추가로 제공될 수 있다. 상기 메인 스페이서들은 상기 선택라인들 및 상기 셀 게이트 패턴 사이의 갭 영역들을 채우는 제1 메인 스페이서들과 아울러서 상기 소오스 영역 및 상기 드레인 영역에 인접한 제2 메인 스페이서들을 구비할 수 있다. 상기 소오스 영역은 상기 소오스 선택라인의 측벽 상의 상기 제2 메인 스페이서의 하부에 제공된 저농도 소오스 영역 및 상기 저농도 소오스 영역과 접하는 고농도 소오스 영역을 포함할 수 있고, 상기 드레인 영역은 상기 드레인 선택라인의 측벽 상의 상기 제2 메인 스페이서의 하부에 제공된 저농도 드레인 영역 및 상기 저농도 드레인 영역과 접하는 고농도 드레인 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 부유 불순물 영역들은 상기 저농도 소오스 영역 및 상기 저농도 드레인 영역과 동일한 불순물 농도를 가질 수 있다. 상기 부유 게이트 및 상기 제1 메인 스페이서들 사이와 상기 선택라인들 및 상기 제2 메인 스페이서들 사이에 측벽 캐핑막들이 개재될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 소오스 선택라인 및 상기 드레인 선택라인 상에 각각 제1 및 제2 하드 마스크 패턴들이 제공될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택라인들을 갖는 기판 상에 층간절연막이 제공될 수 있고, 상기 층간절연막 상에 비트라인이 배치될 수 있다. 상기 비트라인은 상기 드레인 영역에 전기적으로 접속될 수 있고 셀 게이트 패턴 및 상기 선택 라인들의 상부를 가로지르도록 배치될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 반도체 기판 사이에 터 널 절연막이 제공될 수 있다. 또한, 상기 선택 라인들 및 상기 반도체 기판 사이에 게이트 절연막이 제공될 수 있다. 상기 터널 절연막 및 상기 게이트 절연막은 동일한 절연막일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 3개 트랜지스터들로 구성된 비휘발성 메모리 셀의 제조방법들을 제공한다. 이 방법들은 반도체 기판 상에 예비 게이트 패턴을 형성하는 것을 포함한다. 상기 예비 게이트 패턴 상에 차례로 적층된 게이트 층간절연막 패턴 및 워드라인 패턴을 형성한다. 상기 워드라인 패턴의 양 측벽들 상에 제1 희생 스페이서들을 형성한다. 상기 제1 희생 스페이서들 및 상기 워드라인 패턴을 식각 마스크들로 사용하여 상기 예비 게이트 패턴을 식각하여 게이트 패턴을 형성한다. 상기 제1 희생 스페이서들을 제거하고, 상기 게이트 패턴의 양 단들 상에 각각 제1 및 제2 하드마스크 패턴들을 형성한다. 상기 제1 및 제2 하드마스크 패턴들은 상기 워드라인 패턴과 실질적으로 평행하도록 형성된다. 상기 워드라인 패턴 및 상기 하드마스크 패턴들을 식각 마스크들로 사용하여 상기 게이트 패턴을 식각하여 상기 워드라인 패턴, 상기 제1 하드마스크 패턴 및 상기 제2 하드마스크 패턴 하부에 각각 부유게이트, 소오스 선택라인 및 드레인 선택라인을 형성한다. 상기 부유게이트, 상기 게이트 층간절연막 패턴 및 상기 워드라인 패턴은 셀 게이트 패턴을 구성한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 3-트랜지스터 메모리 셀들을 채택하는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법들을 제공한다. 이 방법들은 반도체 기판의 소정영역에 소자분리막을 형성하여 복수개의 평행한 활성영역들을 한정하는 것을 포함한 다. 상기 활성영역들 상에 터널 절연막을 형성한다. 상기 터널 절연막을 갖는 기판 상에 게이트 도전막을 형성하고, 상기 게이트 도전막을 패터닝하여 상기 활성영역들 사이의 상기 소자분리막의 소정영역들을 노출시키는 개구부들을 갖는 예비 게이트 패턴을 형성한다. 상기 예비 게이트 패턴을 갖는 기판 상에 차례로 적층된 게이트 층간절연막 패턴 및 워드라인 패턴을 형성한다. 상기 워드라인 패턴은 상기 활성영역들 및 상기 개구부들을 가로지르도록 형성된다. 상기 워드라인 패턴의 양 측벽들 상에 제1 희생 스페이서들을 형성한다. 상기 제1 희생 스페이서들은 상기 워드라인 패턴의 양 측에 존재하는 상기 개구부들을 덮도록 형성된다. 상기 제1 희생 스페이서들 및 상기 워드라인 패턴을 식각 마스크들로 사용하여 상기 예비 게이트 패턴을 식각하여 게이트 패턴을 형성한다. 상기 제1 희생 스페이서들을 제거하고, 상기 게이트 패턴의 양 단들 상에 각각 제1 및 제2 하드마스크 패턴들을 형성한다. 상기 제1 및 제2 하드마스크 패턴들은 상기 워드라인 패턴과 실질적으로 평행하도록 형성된다. 상기 워드라인 패턴 및 상기 하드마스크 패턴들을 식각 마스크들로 사용하여 상기 게이트 패턴을 식각한다. 그 결과, 상기 워드라인 패턴 하부에 상기 활성영역들과 중첩하는 복수개의 부유 게이트들이 형성되고, 상기 제1 및 제2 하드마스크 패턴들 하부에 각각 상기 활성영역들을 가로지르는 소오스 선택라인 및 드레인 선택라인이 형성된다. 상기 부유 게이트들, 상기 게이트 층간절연막 패턴 및 상기 워드라인 패턴은 셀 게이트 패턴을 구성한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 셀 어레이 영역의 일 부분을 도시한 등가회로도이다.
도 1을 참조하면, 2 바이트들(2 bytes), 즉 제1 및 제2 바이트들(BT1, BT2)을 구성하는 16개의 셀들이 행들 및 열들을 따라 배열된다. 상기 제1 바이트(BT1)를 구성하는 8개의 셀들은 제1 행을 따라 배열되고, 상기 제2 바이트(BT2)를 구성하는 또 다른 8개의 셀들은 제2 행을 따라 배열된다.
상기 셀들의 각각은 3개의 트랜지스터들로 구성된다. 구체적으로, 상기 셀들의 각각은 직렬 연결된 드레인 선택 트랜지스터(DST), 셀 트랜지스터(CT) 및 소오스 선택 트랜지스터(SST)를 포함한다. 상기 선택 트랜지스터들(DST) 및 상기 소오스 선택 트랜지스터들(SST)의 각각은 단일 게이트 전극을 구비할 수 있고, 상기 셀 트랜지스터들(CT)의 각각은 차례로 적층된 부유게이트 및 제어게이트 전극을 구비할 수 있다.
상기 제1 바이트(BT1)의 상기 드레인 선택 트랜지스터들(DST)의 게이트 전극들은 제1 드레인 선택라인(DSL1)에 전기적으로 접속되고, 상기 제1 바이트(BT1)의 상기 소오스 선택 트랜지스터들(SST)의 게이트 전극들은 제1 소오스 선택라인 (SSL1)에 전기적으로 접속된다. 또한, 상기 제1 바이트(BT1)의 상기 셀 트랜지스터들(CT)의 제어게이트 전극들은 제1 워드라인(WL1)에 전기적으로 접속된다. 이와 마찬가지로, 상기 제2 바이트(BT2)를 구성하는 상기 드레인 선택 트랜지스터들(DST)의 게이트 전극들은 제2 드레인 선택라인(DSL2)에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 바이트(BT2)를 구성하는 상기 소오스 선택 트랜지스터들(SST)의 게이트 전극들은 제2 소오스 선택라인(SSL2)에 전기적으로 접속된다. 또한, 상기 제2 바이트(BT2)를 구성하는 상기 셀 트랜지스터들(CT)의 제어게이트 전극들은 제2 워드라인(WL2)에 전기적으로 접속된다.
상기 제1 바이트(BT1) 및 제2 바이트(BT2)를 구성하는 상기 소오스 선택 트랜지스터들(SST)의 소오스 영역들은 공통 소오스 라인(CSL)에 전기적으로 접속된다. 이에 더하여, 상기 제1 바이트(BT1)의 상기 제1 내지 제8 드레인 선택 트랜지스터들(DST)의 드레인 영역들은 각각 제1 내지 제8 비트라인(BL1, BL2, ... , BL8)에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 바이트(BT2)의 상기 제1 내지 제8 드레인 선택 트랜지스터들(DST)의 드레인 영역들은 각각 상기 제1 내지 제8 비트라인(BL1, BL2, ... , BL8)에 전기적으로 접속된다.
상기 제1 및 제2 바이트들(BT1, BT2)을 구성하는 상기 소오스 선택 트랜지스터들(SST), 드레인 선택 트랜지스터들(DST) 및 셀 트랜지스터들(CT)은 모두 하나의 P웰(PPW) 내에 제공될 수 있다.
결과적으로, 도 1에 보여진 셀들은 노어형 플래쉬 메모리 셀들과 동일한 구성(configuration)을 갖도록 배열된다. 그러나, 도 1에 보여진 셀들은 이하에서 설 명되는 바와 같이 낸드형 플래쉬 메모리 셀들과 동일한 동작 메카니즘에 의해 구동된다.
도 1에 보여진 셀 트랜지스터들(CT)이 약 18V의 프로그램 전압을 사용하도록 설계된 경우에, 도 1의 셀들중 어느 하나의 셀은 다음의 [표 1]에 기재된 바이어스 조건을 사용하여 선택적으로 프로그램될 수 있다.
| 단자들(terminals) | 바이어스 | |
| PPW | -8V | |
| CSL | Floating | |
| BL | 선택된 비트라인(selected BL) | -8V |
| 비선택된 비트라인(non-selected BL) | Vcc | |
| SSL | 택된 소오스 선택라인(selected SSL) | -8V |
| 비선택된 소오스 선택라인(non-selected SSL) | -8V | |
| DSL | 선택된 드레인 선택라인(selected DSL) | 0V |
| 비선택된 드레인 선택라인(non-selected DSL) | 0V | |
| WL | 선택된 워드라인(selected WL) | 10V |
| 비선택된 워드라인(non-selected WL) | 0V | |
좀 더 구체적으로, 도 1의 제1 바이트(BT1)의 셀들중 상기 제1 비트라인(BL1)에 접속된 셀(S)을 선택적으로 프로그램시키기 위해서는, 상기 선택된 셀(S)에 접속된 상기 제1 워드라인(WL1), 제1 드레인 선택라인(DSL1), 제1 소오스 선택라인(SSL1) 및 제1 비트라인(BL1)에 각각 10V, 0V, -8V 및 -8V의 전압들을 인가하고, 상기 제2 워드라인(WL2), 제2 드레인 선택라인(DSL2), 제2 소오스 선택라인(SSL2) 및 제2 내지 제8 비트라인들(BL2, ... , BL8)에 각각 0V, 0V, -8V 및 전원전압(Vcc)을 인가한다. 또한, 상기 P웰(PPW)에는 -8V의 전압이 인가되고, 상기 공통 소오스 라인(CSL)은 플로팅될 수 있다. 이 경우에, 상기 드레인 선택 트랜지스터들(DST)의 모두가 턴온되고 상기 소오스 선택 트랜지스터들(SST)의 모두는 턴오프된다. 따라서, 상기 선택된 셀(S)의 셀 트랜지스터(CT)의 제어게이트 전극 및 채널 영역 사이에 약 18V의 높은 전압이 인가된다. 그 결과, 상기 선택된 셀(S)은 F-N 터널링 현상에 의해 프로그램된다.
상기 선택된 셀(S)을 프로그램시키는 동안, 상기 제2 내지 제8 비트라인들(BL2, ... , BL8)에 각각 접속되고 상기 제1 바이트(BT1)를 구성하는 비선택된 셀들(A)은 프로그램되지 않는다. 이는, 상기 제2 내지 제8 셀들(A)의 셀 트랜지스터들(CT)의 채널 영역들에 프로그램 방지 전압(program inhibition voltage), 즉 전원전압(Vcc)이 인가되기 때문이다.
상기 제2 바이트(BT2)를 구성하고 상기 제1 비트라인(BL1)에 접속된 비선택된 셀(B) 역시 상기 선택된 셀(S)의 프로그램 동작 동안 프로그램되지 않는다. 이는 상기 비선택된 셀(B)의 셀 트랜지스터(CT)의 채널 영역에 -8V의 전압이 인가될지라도 상기 비선택된 셀(B)에 접속된 상기 제2 워드라인(WL2)에 0V가 인가되기 때문이다.
한편, 도 1에 보여진 제1 및 제2 바이트들(BT1, BT2)중 어느 하나의 바이트는 선택적으로 소거될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 바이트(BT1)를 선택적으로 소거시키기 위해서는, 상기 제1 및 제2 워드라인들(WL1, WL2)에 각각 -8V의 전압 및 접지전압(0V)을 인가하고 상기 P웰(PPW)에 10V의 전압을 인가한다. 이 경우에, 상기 제1 바이트(BT1)를 구성하는 모든 셀 트랜지스터들(CT)의 제어게이트 전극들 및 채널 영역들 사이에 약 18V의 소거전압이 인가되고 상기 제2 바이트(BT2)를 구성하는 모든 셀 트랜지스터들(CT)의 제어게이트 전극들 및 채널 영역들 사이에는 약 10V의 낮은 전압이 인가된다. 그 결과, 상기 제1 바이트(BT1)를 구성하는 셀 트랜지스터들(CT) 만이 선택적으로 소거될 수 있다.
도 1의 셀들에 저장된 데이터들은 통상의 노어형 플래쉬 메모리 소자의 읽기 모드와 동일한 방법을 사용하여 독출될 수 있다. 따라서, 도 1에 보여진 셀들의 읽기 방법은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3-트랜지스터 메모리 셀들을 채택하는 비휘발성 메모리 소자의 셀 어레이 영역의 일 부분을 도시한 평면도이다. 또한, 도 3a 내지 도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 3-트랜지스터 메모리 셀들 및 그 제조방법들을 설명하기 위하여 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 따라 취해진 단면도들이고, 도 3b 내지 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 3-트랜지스터 메모리 셀들 및 그 제조방법들을 설명하기 위하여 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'에 따라 취해진 단면도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 실리콘 기판과 같은 반도체 기판(1)의 소정영역 내로 N형의 불순물 이온들을 주입하여 N웰(3)을 형성한다. 상기 N웰(3) 내로 P형의 불순물 이온들을 주입하여 포켓 P웰(5)을 형성한다. 상기 포켓 P웰(5)을 형성하는 동안 상기 N웰(3) 내에 상기 포켓 P웰(5)과 격리된 다른 포켓 P웰들(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 상기 포켓 P웰(5)은 도 1의 제1 내지 제8 비트라인들(BL1, ... , BL8)에 접속된 셀들만의 벌크 영역을 제공하기 위하여 형성될 수 있다.
상기 포켓 P웰(5)의 소정영역 내에 통상의 소자분리 기술, 예컨대 트렌치 소자분리 기술을 사용하여 소자분리막(7)을 형성하여 활성영역을 한정한다. 상기 활성영역은 복수개의 제1 평행한 활성영역들(7a) 및 상기 제1 평행한 활성영역들(7a)을 가로지르는 제2 활성영역(도 2의 7s)을 포함할 수 있다. 상기 활성영역들(7a, 7s) 상에 터널 절연막(9)을 형성하고, 상기 터널 절연막(9)을 갖는 기판 상에 게이트 도전막(11)을 형성한다. 상기 터널 절연막(9)은 열산화막으로 형성할 수 있고, 상기 게이트 도전막(11)은 도우프트 폴리실리콘막으로 형성할 수 있다.
도 2, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 게이트 도전막(11)을 패터닝하여 상기 제1 활성영역들(7a) 사이의 상기 소자분리막(7)의 소정영역들을 노출시키는 개구부들(도 2의 11s)을 갖는 예비 게이트 패턴(11a)을 형성한다. 상기 예비 게이트 패턴(11a)을 갖는 기판 상에 게이트 층간절연막(inter-gate insulating layer), 제어게이트 도전막 및 캐핑막을 차례로 형성한다. 상기 게이트 층간절연막은 ONO막과같은 유전체막으로 형성할 수 있고, 상기 제어게이트 도전막은 도우프트 폴리실리콘막의 단일 도전막 또는 폴리실리콘막 및 금속 실리사이드막의 적층된 도전막으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 캐핑막은 메인 캐핑막 및 희생 캐핑막을 차례로 적층시키어 형성할 수 있다. 상기 메인 캐핑막은 상기 예비 게이트 패턴에 대하여 식각 선택비를 갖는 절연막으로 형성하고, 상기 희생 캐핑막은 상기 메인 캐핑막에 대하여 식각 선택비를 갖는 절연막으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 메인 캐핑막은 실리콘 산화막으로 형성할 수 있고, 상기 희생 캐핑막은 실리콘 질화막으로 형성할 수 있다.
상기 캐핑막, 제어게이트 도전막 및 게이트 층간절연막을 연속적으로 패터닝하여 차례로 적층된 게이트 층간절연막 패턴(13), 워드라인(WL) 및 캐핑막 패턴(20)을 형성한다. 상기 게이트 층간절연막 패턴(13), 워드라인(WL) 및 캐핑막 패턴(20)은 상기 제1 활성영역들(7a) 및 이들 사이의 상기 개구부들(11s)을 가로지르도록 형성된다. 이 경우에, 상기 게이트 층간절연막 패턴(13), 워드라인(WL) 및 캐핑막 패턴(20)은 상기 각 개구부들(11s)의 양 단들을 노출시키도록 정렬되어야 한다. 즉, 상기 개구부들(11s)은 도 2에 보여진 바와 같이 상기 워드라인(WL)의 폭보다 넓도록 형성되어야 한다. 상기 캐핑막 패턴(20)은 차례로 적층된 메인 캐핑막 패턴(17) 및 희생 캐핑막 패턴(19)을 포함할 수 있다.
도 2, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 게이트 층간절연막 패턴(13), 워드라인(WL), 메인 캐핑막 패턴(17) 및 희생 캐핑막 패턴(19)의 측벽들 상에 워드라인 스페이서들(21)을 형성할 수 있다. 상기 워드라인 스페이서들(21)은 실리콘 산화막으로 형성할 수 있다. 상기 워드라인(WL), 메인 캐핑막 패턴(17), 희생 캐핑막 패턴(19) 및 워드라인 스페이서들(21)은 워드라인 패턴을 구성한다. 상기 워드라인 스페이서들(21)을 형성하는 공정은 생략될 수도 있다. 이 경우에, 상기 워드라인 패턴은 상기 워드라인(WL), 메인 캐핑막 패턴(17) 및 희생 캐핑막 패턴(19)만으로 구성될 수 있다.
상기 워드라인 패턴의 측벽들 상에 제1 희생 스페이서들(23)을 형성한다. 상기 제1 희생 스페이서들(23)은 상기 워드라인 스페이서(21) 및 상기 예비 게이트 패턴(11a)에 대하여 식각 선택비를 갖는 물질막으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 희생 스페이서들(23)은 실리콘 질화막으로 형성할 수 있다. 상기 제1 희생 스페이서들(23)을 형성하는 동안 상기 희생 캐핑막 패턴(19)은 제거될 수도 있다.
상기 워드라인 패턴 및 상기 제1 희생 스페이서들(23)을 식각 마스크들로 사용하여 상기 예비 게이트 패턴(11a)을 식각한다. 그 결과, 상기 워드라인 패턴 및 상기 제1 희생 스페이서들 하부에 게이트 패턴(11b)이 형성된다. 이 경우에, 상기 제1 희생 스페이서들(23)은 상기 워드라인 패턴의 양 측에 노출된 상기 개구부들(11s)을 완전히 덮도록 충분한 폭을 갖는 것이 바람직하다. 이는 상기 게이트 패턴(11b)이 상기 개구부들(11s)에 의해 분할되는 것을 방지하기 위함이다.
도 2, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 제1 희생 스페이서들(23)을 제거한다. 상기 제1 희생 스페이서들(23)을 제거하는 동안 상기 희생 캐핑막 패턴(19) 역시 제거되어 상기 메인 캐핑막 패턴(17)이 노출될 수 있다. 상기 제1 희생 스페이서들(23)의 제거된 기판 상에 제2 희생 스페이서막을 형성하고, 상기 제2 희생 스페이서막을 이방성 식각하여 상기 워드라인 패턴의 측벽들 상에 제2 희생 스페이서들(25a)을 형성한다. 이 경우에, 상기 게이트 패턴(11b)의 측벽들 상에도 제2 희생 스페이서들(25b)이 형성될 수 있다. 상기 제2 희생 스페이서막은 내산화성 물질막(oxidation resistant material layer), 예컨대 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다.
상기 제2 희생 스페이서들(25a)은 도 5a에 보여진 상기 제1 희생 스페이서들(23)보다 작은 폭을 갖도록 형성된다. 이에 더하여, 상기 제2 희생 스페이서들(25a)의 폭(S)은 상기 제2 희생 스페이서막의 증착 두께에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 상기 제2 희생 스페이서막의 증착 두께를 감소시키면, 상기 제2 희생 스페이서들(25a)의 폭(S)은 사진공정의 한계 해상도(resolution limit)보다 작도록 조절할 수 있다.
도 2, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 제2 희생 스페이서들(25a, 25b)을 갖는 기판을 열산화시키어 상기 게이트 패턴(11b)의 상기 노출된 가장자리들 상에 선택적으로 제1 및 제2 하드 마스크 패턴들(27a, 27b), 즉 열산화막들을 형성한다. 상기 제1 및 제2 하드마스크 패턴들(27a, 27b)은 상기 워드라인 패턴, 즉 상기 워드라인(WL)에 실질적으로 평행하도록 형성된다. 이어서, 상기 제2 희생 스페이서들(25a)을 선택적으로 제거하여 상기 워드라인 패턴 및 상기 하드 마스크 패턴들(27a, 27b) 사이의 상기 게이트 패턴(11b)의 상부면들을 노출시킨다. 상기 제2 희생 스페이서들(25a)을 제거하는 동안 상기 제2 희생 스페이서들(25b) 역시 제거되어 상기 게이트 패턴(11b)의 측벽들 또한 노출될 수 있다. 상기 게이트 패턴(11b)의 상기 노출된 상부면들의 폭은 상기 제2 희생 스페이서들(25a)의 상기 폭(S)과 동일하다.
도 2, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 상기 하드 마스크 패턴들(27a, 27b) 및 상기 워드라인 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 게이트 패턴(11b)을 식각한다. 그 결과, 상기 워드라인 패턴 하부에 상기 제1 활성영역들(7a)과 중첩하면서 서로 이격된 복수개의 부유게이트들(FG)이 형성되고, 상기 제1 및 제2 하드마스크 패턴들(27a, 27b)의 하부에 각각 소오스 선택라인(SSL) 및 드레인 선택라인(DSL)이 형성된다. 상기 소오스 선택라인(SSL) 및 상기 드레인 선택라인(DSL)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1 활성영역들(7a) 및 이들 사이의 상기 소자분리막(7)을 가로지르도록 형성된다. 상기 워드라인 패턴 및 그 하부의 상기 부유 게이트들(FG)은 셀 게이트 패턴을 구성한다.
상기 워드라인 스페이서들(21)이 형성되면, 상기 부유게이트들(FG)의 양 측벽들은 상기 워드라인 스페이서들(21)의 외측벽들에 자기정렬된다. 이 경우에, 상기 각 부유 게이트(FG)의 폭은 상기 워드라인(WL)의 폭 및 상기 한 쌍의 워드라인 스페이서들(21)의 폭들의 합과 동일하다. 이와는 달리, 상기 워드라인 스페이서들(21)의 형성이 생략된 경우에, 상기 부유 게이트들(FG)은 상기 워드라인(WL)에 자기정렬되어 상기 워드라인(WL)과 동일한 폭을 갖는다.
상기 부유 게이트들(FG) 및 상기 선택라인들(SSL, DSL) 사이의 간격은 상기 제2 희생 스페이서들(도 6의 25a)의 폭(S)과 동일하다. 즉, 본 발명에 따르면, 상기 부유 게이트들(FG) 및 상기 선택라인들(SSL, DSL) 사이의 간격(S)은 사진 공정의 한계 해상도보다 작을 수 있다. 이에 따라, 비휘발성 메모리 소자의 집적도를 개선시킬 수 있다. 이에 더하여, 본 발명에 따르면, 상기 선택라인들(SSL, DSL)의 각각은 도 8a에 도시된 바와 같이 단일 게이트 전극만으로 구성된다. 따라서, 상기 선택라인들(SSL, DSL)의 각각이 차례로 적층된 메인게이트 전극, 게이트 층간절연막 패턴 및 더미게이트 전극을 갖는 종래기술에서 요구되는 버팅 콘택을 형성할 필요가 없다. 결과적으로, 본 발명에 따르면, 비휘발성 메모리 소자의 집적도를 더욱 개선시킬 수 있다.
상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택라인들(SSL, DSL)을 이온주입 마스크로 사용하여 상기 제1 및 제2 활성영역들(7a, 7s) 내로 N형 불순물 이온들을 주입하여 상기 소오스 선택라인(SSL)에 인접한 상기 제2 활성영역(7s) 내에 저농도 소오스 영역(29s)을 형성함과 동시에 상기 드레인 선택라인(DSL)에 인접하고 상기 부유게이트들(FG)의 반대편에 위치한 상기 제1 활성영역들(7a) 내에 저농도 드레인 영역들(29b)을 형성한다. 상기 저농도 소오스/드레인 영역들(29s, 29b)을 형성하는 동안, 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 소오스 선택라인(SSL) 사이의 상기 제1 활성영역들(7a) 내에 제1 부유 불순물 영역들(29f')이 형성되고 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 드레인 선택라인(DSL) 사이의 상기 제1 활성영역들(7a) 내에 제2 부유 불순물 영역들(29f")이 형성된다. 이 경우에, 상기 저농도 소오스/드레인 영역들(29s, 29b)은 상기 부유 불순물 영역들(29f', 29f")과 동일한 불순물 농도를 갖도록 형성된다.
도 2, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상기 부유 게이트들(FG) 및 상기 선택라인들(SSL, DSL)의 측벽들 상에 측벽 캐핑막(31)을 형성할 수 있다. 상기 측벽 캐핑막(31)은 상기 부유게이트들(FG) 및 상기 선택라인들(SSL, DSL)을 형성하는 동안 상기 기판에 가해진 식각 손상을 치유하기 위하여 형성할 수 있다. 상기 측벽 캐핑막(31)은 열산화막으로 형성할 수 있다. 상기 측벽 캐핑막(31)은 상기 저농도 소오스/드레인 영역들(29s, 29b) 및 상기 부유 불순물 영역들(29f', 29f")을 형성하기 전 또는 후에 형성될 수 있다.
상기 저농도 소오스/드레인 영역들(29s, 29b) 및 상기 부유 불순물 영역들(29f', 29f")을 갖는 기판 상에 메인 스페이서막을 형성한다. 상기 메인 스페이서막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성할 수 있다. 상기 메인 스페이서막을 이방성 식각하여 상기 셀 게이트 패턴의 측벽들 및 상기 선택라인들(SSL, DSL)의 측벽들을 덮는 메인 스페이서들을 형성한다. 상기 메인 스페이서들은 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택라인들(SSL, DSL)의 갭 영역들을 채우는 제1 메인 스페이서들(33a)과 아울러서 상기 저농도 소오스 영역(29s) 및 상기 저농도 드레인 영역들(29b)에 인접한 제2 메인 스페이서들(33b)을 포함할 수 있다.
상기 메인 스페이서들(33a, 33b) 및 상기 터널 절연막(9)이 실리콘 산화막으로 형성된 경우에, 상기 워드라인(WL), 상기 선택라인들(SSL, DSL) 및 상기 저농도 소오스/드레인 영역들(29s, 29b)의 상부면들은 상기 메인 스페이서들(33a, 33b)의 형성 후에 노출될 수도 있다. 그러나, 상기 메인 스페이서들(33a, 33b) 및 상기 터널 절연막(9)이 각각 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막으로 형성될지라도, 상기 저농도 소오스/드레인 영역들(29s, 29b)의 상부면들은 상기 메인 스페이서들(33a, 33b)을 형성하는 동안 과도식각에 의해 노출될 수 있다.
계속해서, 상기 워드라인 패턴, 상기 선택라인들(SSL, DSL) 및 상기 메인 스페이서들(33a, 33b)을 이온주입 마스크들로 사용하여 상기 제1 및 제2 활성영역들(7a, 7s) 내로 N형 불순물 이온들을 주입하여 상기 소오스 선택라인(SSL)에 인접한 고농도 소오스 영역(35s) 및 상기 드레인 선택라인(DSL)에 인접한 고농도 드레인 영역들(35b)을 형성한다. 상기 고농도 소오소/드레인 영역들(35s, 35b)은 상기 저농도 소오스/드레인 영역들(29s, 29b)보다 높은 불순물 농도 및 깊은 접합 깊이를 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 저농도 소오스/드레인 영역들(29s, 29b)은 도 9a에 도시된 바와 같이 상기 제2 메인 스페이서들(33b)의 하부에만 잔존할 수 있다. 상기 저농도 소오스 영역(29s) 및 고농도 소오스 영역(35s)은 공통 소오스 라인(CSL)에 해당하고, 상기 저농도 드레인 영역(29b) 및 상기 고농도 드레인 영역(35b)은 드레인 영역(36b)에 해당한다.
결과적으로, 상기 셀 게이트 패턴과 아울러서 상기 제1 및 제2 부유 불순물 영역들(29f', 29f")은 셀 트랜지스터(도 1의 CT)를 구성하고, 상기 소오스 선택라인(SSL), 상기 공통 소오스 라인(CSL) 및 상기 제1 부유 불순물 영역(29f')은 소오스 선택 트랜지스터(도 1의 SST)를 구성한다. 또한, 상기 드레인 선택라인(DSL), 상기 드레인 영역(36b) 및 상기 제2 부유 불순물 영역(29f")은 드레인 선택 트랜지스터(도 1의 DST)를 구성한다. 이에 따라, 상기 선택라인들(SSL, DSL) 및 상기 포켓 P웰(5) 사이의 상기 터널 절연막(9)은 상기 선택 트랜지스터들(SST, DST)의 게이트 절연막에 해당한다. 즉, 본 실시예에 따르면, 상기 셀 트랜지스터(CT)의 터널 절연막은 상기 선택 트랜지스터들(SST, DST)의 게이트 절연막과 동일한 물질막일 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 상기 하드마스크 패턴들(27a, 27b) 및 상기 터널 절연막(9)이 상기 메인 캐핑막(17)보다 상대적으로 얇은 실리콘 산화막으로 형성되면, 상기 하드마스크 패턴들(27a, 27b) 및 상기 터널 절연막(9)을 식각하여 상기 선택라인들(SSL, DSL) 및 상기 고농도 소오스/드레인 영역들(35s, 35b)을 선택적으로 노출시킬 수 있다. 이 경우에, 상기 선택라인들(SSL, DSL) 및 상기 고농도 소오스/드레인 영역들(35s, 35b) 상에 선택적으로 금속 실리사이드층을 형성할 수도 있다.
계속해서, 상기 공통 소오스 라인(CSL) 및 드레인 영역들(36b)을 갖는 기판 상에 층간절연막(37)을 형성한다. 상기 층간절연막(37) 및 터널 절연막(9)을 패터닝하여 상기 드레인 영역들(36b)을 노출시키는 비트라인 콘택홀들(39)을 형성한다.
도 2, 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 상기 비트라인 콘택홀들(39) 내에 비트라인 콘택 플러그들(41)을 형성하고, 상기 비트라인 콘택 플러그들(41)을 갖는 기판 상에 금속막과 같은 비트라인 도전막을 형성한다. 상기 비트라인 도전막을 패터닝하여 상기 비트라인 콘택 플러그들(41)과 접촉하는 복수개의 비트라인들(BL1, BL2)을 형성한다. 상기 비트라인들(BL1, BL2)은 상기 워드라인(WL) 및 상기 선택라인들(SSL, DSL)의 상부를 가로지르도록 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 셀 게이트 패턴 및 선택라인들 사이의 거리는 제2 희생 스페이서들의 폭에 의해 결정된다. 따라서, 상기 제2 희생 스페이서들을 형성하기 위한 스페이서막의 두께를 적절히 조절하면, 상기 셀 게이트 패턴 및 선택라인들 사이의 거리가 사진 공정의 한계 해상도보다 작을 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 실시예들에 따르면, 3-트랜지스터 메모리 셀들을 채택하는 비휘발성 메모리 소자의 집적도를 개선시킬 수 있다.
이에 더하여, 상기 셀 게이트 패턴은 차례로 적층된 부유게이트 및 워드라인을 갖도록 형성되는 반면에, 상기 선택라인들의 각각은 단일 도전막으로 이루어진 게이트 전극으로 구성된다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 3-트랜지스터 메모 리 셀들의 제조에 있어서, 버팅 콘택 기술이 요구되지 않는다. 그 결과, 3-트랜지스터 메모리 셀들을 채택하는 비휘발성 메모리 소자의 집적도를 더욱 개선시킬 수 있다.
Claims (38)
- 반도체 기판 내에 형성되고 서로 이격된 소오스 영역 및 드레인 영역;상기 소오스 영역 및 상기 드레인 영역 사이의 상기 반도체 기판 상부에 제공되되, 상기 소오스 영역 및 상기 드레인 영역에 각각 인접한 소오스 선택라인 및 드레인 선택라인;상기 소오스 선택라인 및 상기 드레인 선택라인 사이에 배치된 셀 게이트 패턴;상기 소오스 선택라인 및 상기 셀 게이트 패턴 사이의 갭 영역 하부의 상기 반도체 기판 내에 제공된 제1 부유 불순물 영역; 및상기 드레인 선택라인 및 상기 셀 게이트 패턴 사이의 갭 영역 하부의 상기 반도체 기판 내에 제공된 제2 부유 불순물 영역을 포함하되, 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택라인들 사이의 간격들은 상기 선택라인들의 폭들보다 작은 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제 1 항에 있어서,상기 셀 게이트 패턴은 차례로 적층된 부유 게이트, 게이트 층간절연막 및 워드라인 패턴을 포함하고, 상기 선택라인들의 각각은 단일 도전막인 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제 2 항에 있어서,상기 워드라인 패턴은 차례로 적층된 워드라인 및 캐핑막 패턴을 포함하되, 상기 부유 게이트는 상기 워드라인 및 상기 캐핑막 패턴과 자기정렬되어 상기 워드라인 및 상기 캐핑막 패턴과 동일한 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제 2 항에 있어서, 상기 워드라인 패턴은차례로 적층된 워드라인 및 캐핑막 패턴; 및상기 워드라인 및 상기 캐핑막 패턴의 측벽들을 덮는 워드라인 스페이서들을 포함하되, 상기 부유 게이트는 상기 워드라인 스페이서들과 자기정렬되어 상기 워드라인 및 상기 캐핑막 패턴보다 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제 1 항에 있어서,상기 선택라인들의 측벽들 및 상기 셀 게이트 패턴의 측벽들을 덮는 메인 스페이서들을 더 포함하되, 상기 메인 스페이서들은 상기 선택라인들 및 상기 셀 게이트 패턴 사이의 갭 영역들을 채우는 제1 메인 스페이서들과 아울러서 상기 소오스 영역 및 상기 드레인 영역에 인접한 제2 메인 스페이서들을 구비하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제 5 항에 있어서,상기 소오스 영역은 상기 소오스 선택라인의 측벽 상의 상기 제2 메인 스페이서의 하부에 제공된 저농도 소오스 영역 및 상기 저농도 소오스 영역과 접하는 고농도 소오스 영역을 포함하고, 상기 드레인 영역은 상기 드레인 선택라인의 측벽 상의 상기 제2 메인 스페이서의 하부에 제공된 저농도 드레인 영역 및 상기 저농도 드레인 영역과 접하는 고농도 드레인 영역을 포함하되, 상기 제1 및 제2 부유 불순물 영역들은 상기 저농도 소오스 영역 및 상기 저농도 드레인 영역과 동일한 불순물 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제 5 항에 있어서,상기 부유 게이트 및 상기 제1 메인 스페이서들 사이와 상기 선택라인들 및 상기 제2 메인 스페이서들 사이에 개재된 측벽 캐핑막들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제 1 항에 있어서,상기 소오스 선택라인 상에 제공된 제1 하드 마스크 패턴; 및상기 드레인 선택라인 상에 제공된 제2 하드 마스크 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제 1 항에 있어서,상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택라인들을 갖는 기판 상에 제공된 층간절연막; 및상기 층간절연막 상에 형성되고 상기 드레인 영역에 전기적으로 접속된 비트라인을 더 포함하되, 상기 비트라인은 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택 라인들의 상부를 가로지르도록 배치되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제 1 항에 있어서,상기 셀 게이트 패턴 및 상기 반도체 기판 사이에 개재된 터널 절연막; 및상기 선택 라인들 및 상기 반도체 기판 사이에 개재된 게이트 절연막을 더 포함하되, 상기 터널 절연막 및 상기 게이트 절연막은 동일한 절연막인 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀.
- 반도체 기판 상에 예비 게이트 패턴을 형성하고,상기 예비 게이트 패턴 상에 차례로 적층된 게이트 층간절연막 패턴 및 워드라인 패턴을 형성하고,상기 워드라인 패턴의 양 측벽들 상에 제1 희생 스페이서들을 형성하고,상기 제1 희생 스페이서들 및 상기 워드라인 패턴을 식각 마스크들로 사용하여 상기 예비 게이트 패턴을 식각하여 게이트 패턴을 형성하고,상기 제1 희생 스페이서들을 제거하고,상기 게이트 패턴의 양 단들 상에 각각 제1 및 제2 하드마스크 패턴들을 형성하되, 상기 제1 및 제2 하드마스크 패턴들은 상기 워드라인 패턴과 평행하고,상기 워드라인 패턴 및 상기 하드마스크 패턴들을 식각 마스크들로 사용하여 상기 게이트 패턴을 식각하여 상기 워드라인 패턴, 상기 제1 하드마스크 패턴 및 상기 제2 하드마스크 패턴 하부에 각각 부유게이트, 소오스 선택라인 및 드레인 선택라인을 형성하는 것을 포함하되, 상기 부유게이트, 상기 게이트 층간절연막 패턴 및 상기 워드라인 패턴은 셀 게이트 패턴을 구성하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 예비 게이트 패턴을 형성하기 전에 상기 반도체 기판 상에 터널 절연막을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 예비 게이트 패턴은 폴리실리콘막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 게이트 층간절연막 패턴 및 상기 워드라인 패턴을 형성하는 것은상기 예비 게이트 패턴을 갖는 기판 상에 게이트 층간절연막, 제어게이트 도전막 및 캐핑막을 차례로 형성하고,상기 캐핑막, 상기 제어게이트 도전막 및 상기 게이트 층간절연막을 패터닝하여 차례로 적층된 게이트 층간절연막 패턴, 워드라인 및 캐핑막 패턴을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 워드라인 및 상기 캐핑막 패턴의 측벽들 상에 워드라인 스페이서들을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 캐핑막은 메인 캐핑막 및 희생 캐핑막을 차례로 적층시키어 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 메인 캐핑막은 상기 예비 게이트 패턴에 대하여 식각 선택비를 갖는 절연막으로 형성하고, 상기 희생 캐핑막은 상기 메인 캐핑막에 대하여 식각 선택비를 갖는 절연막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제1 희생 스페이서들은 실리콘 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 하드 마스크 패턴들을 형성하는 것은상기 제1 희생 스페이서들의 제거 후에 상기 워드라인 패턴의 측벽들 및 상기 게이트 패턴의 측벽들 상에 제2 희생 스페이서들을 형성하되, 상기 제2 희생 스페이서들은 상기 제1 희생 스페이서들 보다 작은 폭을 갖도록 형성되어 상기 게이트 패턴의 양 단들의 상부면들을 노출시키고,상기 제2 희생 스페이서들을 갖는 기판을 열산화시키어 상기 게이트 패턴의 상기 노출된 단부들 상에 선택적으로 열산화막들을 형성하고,상기 제2 희생 스페이서들을 선택적으로 제거하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 제2 희생 스페이서들은 내산화성 물질막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 내산화성 물질막은 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 반도체 기판 내에 불순물 영역들을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 불순물 영역들은 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택라인들 사이의 상기 반도체 기판 내의 부유 불순물 영역들과 아울러서 상기 소오스 선택라인 및 상기 드레인 선택라인에 각각 인접한 소오스 영역 및 드레인 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택라인들을 이온주입 마스크들로 사용하여 상기 반도체 기판 내로 불순물 이온들을 주입하여 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택라인들 사이의 갭 영역들의 하부에 부유 불순물 영역들을 형성함과 동시에 상기 소오스 선택라인 및 상기 드레인 선택라인에 각각 인접한 저농도 소오스 영역 및 저농도 드레인 영역을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 선택라인들 및 상기 셀 게이트 패턴의 측벽들을 덮는 메인 스페이서들을 형성하되, 상기 메인 스페이서들은 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택라인들 사이의 갭 영역들을 채우는 제1 메인 스페이서들과 아울러서 상기 저농도 소오스 영 역 및 상기 저농도 드레인 영역에 각각 인접한 제2 메인 스페이서들을 포함하고,상기 셀 게이트 패턴, 상기 선택라인들 및 상기 메인 스페이서들을 이온주입 마스크로 사용하여 상기 반도체 기판 내로 불순물 이온들을 주입하여 고농도 소오스 영역 및 고농도 드레인 영역을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 24 항에 있어서,상기 메인 스페이서들을 형성하기 전에, 상기 부유게이트의 측벽들 및 상기 선택라인들의 측벽들 상에 측벽 캐핑막을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 25 항에 있어서,상기 측벽 캐핑막은 열산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 불순물 영역들을 갖는 기판 상에 층간절연막을 형성하고,상기 층간절연막 상에 비트라인을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 비트라인은 층간절연막을 관통하는 비트라인 콘택홀을 통하여 상기 드레인 영역에 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조방법.
- 반도체 기판의 소정영역에 소자분리막을 형성하여 복수개의 평행한 활성영역들을 한정하고,상기 활성영역들 상에 터널 절연막을 형성하고,상기 터널 절연막을 갖는 기판 상에 게이트 도전막을 형성하고,상기 게이트 도전막을 패터닝하여 상기 활성영역들 사이의 상기 소자분리막의 소정영역들을 노출시키는 개구부들을 갖는 예비 게이트 패턴을 형성하고,상기 예비 게이트 패턴을 갖는 기판 상에 차례로 적층된 게이트 층간절연막 패턴 및 워드라인 패턴을 형성하되, 상기 워드라인 패턴은 상기 활성영역들 및 상기 개구부들을 가로지르도록 형성되고,상기 워드라인 패턴의 양 측벽들 상에 제1 희생 스페이서들을 형성하되, 상기 제1 희생 스페이서들은 상기 워드라인 패턴의 양 측에 존재하는 상기 개구부들을 덮도록 형성되고,상기 제1 희생 스페이서들 및 상기 워드라인 패턴을 식각 마스크들로 사용하여 상기 예비 게이트 패턴을 식각하여 게이트 패턴을 형성하고,상기 제1 희생 스페이서들을 제거하고,상기 게이트 패턴의 양 단들 상에 각각 제1 및 제2 하드마스크 패턴들을 형성하되, 상기 제1 및 제2 하드마스크 패턴들은 상기 워드라인 패턴과 평행하고,상기 워드라인 패턴 및 상기 하드마스크 패턴들을 식각 마스크들로 사용하여 상기 게이트 패턴을 식각하여 상기 워드라인 패턴 하부에 상기 활성영역들과 중첩하는 복수개의 부유 게이트들을 형성함과 동시에 상기 제1 및 제2 하드마스크 패턴들 하부에 각각 상기 활성영역들을 가로지르는 소오스 선택라인 및 드레인 선택라인을 형성하는 것을 포함하되, 상기 부유 게이트들, 상기 게이트 층간절연막 패턴 및 상기 워드라인 패턴은 셀 게이트 패턴을 구성하는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 게이트 도전막은 폴리실리콘막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.
- 제 28 항에 있어서, 상기 게이트 층간절연막 패턴 및 상기 워드라인 패턴을 형성하는 것은상기 예비 게이트 패턴을 갖는 기판 상에 게이트 층간절연막, 제어게이트 도전막 및 캐핑막을 차례로 형성하고,상기 캐핑막, 상기 제어게이트 도전막 및 상기 게이트 층간절연막을 패터닝하여 차례로 적층된 게이트 층간절연막 패턴, 워드라인 및 캐핑막 패턴을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.
- 제 30 항에 있어서,상기 워드라인 및 상기 캐핑막 패턴의 측벽들 상에 워드라인 스페이서들을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.
- 제 30 항에 있어서,상기 캐핑막은 메인 캐핑막 및 희생 캐핑막을 차례로 적층시키어 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.
- 제 32 항에 있어서,상기 메인 캐핑막은 상기 예비 게이트 패턴에 대하여 식각 선택비를 갖는 절연막으로 형성하고, 상기 희생 캐핑막은 상기 메인 캐핑막에 대하여 식각 선택비를 갖는 절연막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 제1 희생 스페이서들은 실리콘 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.
- 제 28 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 하드 마스크 패턴들을 형성하는 것은상기 제1 희생 스페이서들의 제거 후에 상기 워드라인 패턴의 측벽들 및 상기 게이트 패턴의 측벽들 상에 제2 희생 스페이서들을 형성하되, 상기 제2 희생 스페이서들은 상기 제1 희생 스페이서들 보다 작은 폭을 갖도록 형성되어 상기 게이 트 패턴의 양 단들의 상부면들을 노출시키고,상기 제2 희생 스페이서들을 갖는 기판을 열산화시키어 상기 게이트 패턴의 상기 노출된 단부들 상에 선택적으로 열산화막들을 형성하고,상기 제2 희생 스페이서들을 선택적으로 제거하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.
- 제 35 항에 있어서,상기 제2 희생 스페이서들은 내산화성 물질막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 반도체 기판 내에 불순물 영역들을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 불순물 영역들은 상기 셀 게이트 패턴 및 상기 선택라인들 사이의 상기 반도체 기판 내의 부유 불순물 영역들과 아울러서 상기 소오스 선택라인 및 상기 드레인 선택라인에 각각 인접한 소오스 영역 및 드레인 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 불순물 영역들을 갖는 기판 상에 층간절연막을 형성하고,상기 층간절연막 상에 비트라인을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 비트라 인은 층간절연막을 관통하는 비트라인 콘택홀을 통하여 상기 드레인 영역에 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.
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