KR100806087B1 - Nonvolatile memory and manufacturing method thereof - Google Patents
Nonvolatile memory and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR100806087B1 KR100806087B1 KR1020060083271A KR20060083271A KR100806087B1 KR 100806087 B1 KR100806087 B1 KR 100806087B1 KR 1020060083271 A KR1020060083271 A KR 1020060083271A KR 20060083271 A KR20060083271 A KR 20060083271A KR 100806087 B1 KR100806087 B1 KR 100806087B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- floating gate
- dielectric film
- gate
- dielectric layer
- nonvolatile memory
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims abstract description 29
- 230000006870 function Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 25
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 21
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 4
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 3
- 229910004129 HfSiO Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910006501 ZrSiO Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42324—Gate electrodes for transistors with a floating gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66825—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a floating gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/788—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
도 1은 종래의 비 휘발성 메모리의 일례를 나타낸 도면.1 is a diagram showing an example of a conventional nonvolatile memory.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리를 나타낸 도면.2 illustrates a nonvolatile memory according to an embodiment of the present invention.
도 3은 종래의 비 휘발성 메모리와 본 발명의 일 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리를 2 비트(bit)로 동작시켰을 때의 메모리 특성을 비교하여 나타낸 도면.3 is a view illustrating a comparison of memory characteristics when a conventional nonvolatile memory and a nonvolatile memory according to an embodiment of the present invention are operated with 2 bits.
도 4 내지 도 6은 부유 게이트의 일함수 레벨에 따른 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면.4 to 6 show energy band diagrams according to the work function level of the floating gate.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 제조방법을 나타낸 도면.7 is a diagram illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory according to the first embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 제조방법을 나타낸 도면.8 illustrates a method of manufacturing a nonvolatile memory according to the second embodiment of the present invention.
***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ********** Explanation of symbols for the main parts of the drawing *****
100: 기판100: substrate
101: 소오스 영역101: source area
102: 드레인 영역102: drain region
201: 터널링 유전막201: tunneling dielectric film
202: 제1 부유 게이트202: first floating gate
203: 계면 유전막203: interfacial dielectric film
204: 제2 부유 게이트204: second floating gate
205: 제어 유전막205: control dielectric film
206: 게이트 전극206: gate electrode
210: 게이트 구조체210: gate structure
본 발명은 비 휘발성 메모리 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile memory and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 반도체 메모리는 DRAM(dynamic random access memory) 및 SRAM(static random access memory)과 같이 시간이 지남에 따라 데이터를 잃어버리는 휘발성(volatile) 메모리와, 한번 데이터를 입력하면 그 상태를 유지할 수 있는 비 휘발성(non??volatile) 메모리로 크게 구분할 수 있다.In general, a semiconductor memory is a volatile memory that loses data over time, such as dynamic random access memory (DRAM) and static random access memory (SRAM), and a state in which data can be maintained once inputted. It is largely divided into non-volatile memory.
비 휘발성 메모리는 한번 데이터를 입력하면 시간이 지나도 그 상태를 유지할 수 있는 특성을 갖는데, 최근에는 전기적으로 데이터의 입ㅇ출력이 가능한 플래시 메모리에 대한 수요가 늘고 있다.Non-volatile memory has a characteristic that once the data is input, it can be maintained over time. Recently, there is an increasing demand for flash memory that can input and output data electrically.
도 1은 종래의 비 휘발성 메모리의 일례를 나타낸 도면이다.1 is a view showing an example of a conventional nonvolatile memory.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(100)에 불순물이 주입된 소오스 영역(101) 및 드레인 영역(102)이 형성되어 있다. 반도체 기판(100)이 p형인 경우, 소오스 영역(101) 및 드레인 영역(102)에 n 형 불순물이 주입된다. 소오스 영역(101) 및 드레인 영역(102) 사이의 반도체 기판(100)에는 채널 영역(103)이 설정된다. Referring to FIG. 1, a
채널 영역(103) 상에는 게이트 적층물(110)이 형성되어 있다. The
게이트 적층물(110)은 터널링층(104), 전하 저장층(105), 블로킹층(106) 및 전도성 물질로 형성된 게이트 전극(107)이 순차적으로 형성된 구조를 갖는다.The
터널링층(104)은 그 하부의 소오스 영역(101) 및 드레인 영역(102)과 접촉하며, 전하 저장층(105)은 나노 결정화되어, 터널링층(104)을 통과하는 전하를 저장하는 트랩 사이트(trap site)를 갖는다.The
이러한 비 휘발성 메모리의 정보 기록은 게이트 전극에 전압을 인가하여 터널링층(104)을 통과한 전자들이 전하 저장층(105)의 트랩 사이트에 트랩되면서 이루어진다.The information recording of the nonvolatile memory is performed by applying a voltage to the gate electrode so that electrons passing through the
블로킹층(106)은 전자들이 전하 저장층(105)의 트랩 사이트에 트랩되는 과정에서 게이트 전극(107)으로 빠져나가는 것을 차단하며, 게이트 전극(107)의 전하가 전하 저장층(105)으로 주입되는 것을 차단하는 역할을 한다.The blocking
게이트 적층물이 게이트 절연층 및 게이트 전극층으로 형성된 MOS(Metal Oxide Silicon) 트랜지스터와는 달리, 도 1에 도시된 종래의 비 휘발성 메모리의 문턱 전압(Vth)(threshold voltage)은 전하 저장층(105)에 전자가 트랩된 경우와 트랩되지 않은 경우에 따라 변하는 특성이 있으며, 종래의 비 휘발성 메모리는 이 러한 특성을 이용하여 비트 정보를 표현한다.Unlike a metal oxide silicon (MOS) transistor in which a gate stack is formed of a gate insulating layer and a gate electrode layer, the threshold voltage (Vth) of the conventional nonvolatile memory shown in FIG. 1 is the
그러나 이러한 구조의 종래의 비 휘발성 메모리는 단일 소자로 다중 비트를 구현하기 어려운 문제점이 있다.However, the conventional nonvolatile memory of this structure has a problem that it is difficult to implement multiple bits in a single device.
또한, 단일 소자를 이용하여 다중 비트를 구현하였다 하여도, 프로그램 마진이 축소되어 메모리 소자의 동작의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.In addition, even when multiple bits are implemented using a single device, program margins are reduced, thereby reducing the reliability of operation of the memory device.
이러한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은 안정적인 동작이 가능한 멀티 비트 비 휘발성 메모리 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention to solve these problems is to provide a multi-bit nonvolatile memory capable of stable operation and a method of manufacturing the same.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 비 휘발성 메모리는 기판 및 상기 기판 상에 형성되고, 일함수가 다른 둘 이상의 부유 게이트를 포함하는 게이트 구조체를 포함한다.A nonvolatile memory according to the present invention for achieving the above technical problem includes a substrate and a gate structure formed on the substrate, the gate structure including two or more floating gates having different work functions.
상기 부유 게이트는 나노 결정화된 것이 바람직하다.Preferably, the floating gate is nanocrystallized.
상기 게이트 구조체는 상기 기판 상에 형성된 터널링 유전막과, 상기 터널링 유전막 상에 형성된 제1 부유 게이트와, 상기 제1 부유 게이트 상에 형성된 계면 유전막과, 상기 계면 유전막 상에 형성된 제2 부유 게이트와, 상기 제2 부유 게이트 상에 형성된 제어 유전막 및 상기 제어 유전막 상에 형성된 게이트 전극을 포함하는 것이 바람직하다.The gate structure includes a tunneling dielectric film formed on the substrate, a first floating gate formed on the tunneling dielectric film, an interfacial dielectric film formed on the first floating gate, a second floating gate formed on the interface dielectric film, and It is preferable to include a control dielectric film formed on the second floating gate and a gate electrode formed on the control dielectric film.
상기 부유 게이트는 실리콘 또는 금속인 것이 바람직하다.Preferably, the floating gate is silicon or metal.
상기 제2 부유 게이트의 일함수는 상기 제1 부유 게이트의 일함수보다 큰 것이 바람직하다.The work function of the second floating gate is preferably larger than the work function of the first floating gate.
상기 제1 부유 게이트는 5족 불순물이 주입된 나노 결정화된 실리콘이고, 상기 제2 부유 게이트는 3족 불순물이 주입된 나노 결정화된 실리콘인 것이 바람직하다.The first floating gate is nanocrystallized silicon implanted with Group 5 impurities, and the second floating gate is nanocrystallized silicon implanted with Group 3 impurities.
상기 계면 유전막의 두께는 1 나노미터 이상 3 나노미터 미만일 수 있다.The interfacial dielectric film may have a thickness of 1 nanometer or more and less than 3 nanometers.
상기 계면 유전막의 두께는 3 나노미터 이상 10 나노미터 이하일 수 있다.The interfacial dielectric film may have a thickness of 3 nanometers or more and 10 nanometers or less.
본 발명에 따른 비 휘발성 메모리 소자 제조방법은 기판 상에 일함수가 다른 둘 이상의 부유 게이트를 포함하는 게이트 구조체를 형성하는 단계 및 상기 기판에 불순물을 주입하여 소스, 드레인 영역을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a nonvolatile memory device according to the present invention includes forming a gate structure including two or more floating gates having different work functions on a substrate, and forming source and drain regions by injecting impurities into the substrate. .
상기 부유 게이트는 실리콘인 것이 바람직하다.It is preferable that the floating gate is silicon.
상기 부유 게이트는 금속이고, 상기 소스, 드레인 영역을 형성한 후, 상기 부유 게이트를 포함하는 게이트 구조체를 형성하는 것이 바람직하다.Preferably, the floating gate is a metal, and after forming the source and drain regions, a gate structure including the floating gate is formed.
상기 부유 게이트는 나노 결정화된 것이 바람직하다.Preferably, the floating gate is nanocrystallized.
상기 게이트 구조체를 형성하는 단계는 상기 기판 상에 터널링 유전막을 형성하는 단계와, 상기 터널링 유전막 상에 제1 부유 게이트를 형성하는 단계와, 상기 제1 부유 게이트 상에 계면 유전막을 형성하는 단계와, 상기 계면 유전막 상에 제2 부유 게이트를 형성하는 단계와, 상기 제2 부유 게이트 상에 제어 유전막을 형성하는 단계 및 상기 제어 유전막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The forming of the gate structure may include forming a tunneling dielectric layer on the substrate, forming a first floating gate on the tunneling dielectric layer, forming an interfacial dielectric layer on the first floating gate; And forming a second floating gate on the interface dielectric layer, forming a control dielectric layer on the second floating gate, and forming a gate electrode on the control dielectric layer.
상기 제2 부유 게이트의 일함수는 상기 제1 부유 게이트의 일함수보다 큰 것이 바람직하다.The work function of the second floating gate is preferably larger than the work function of the first floating gate.
상기 제1 부유 게이트는 5족 불순물이 주입된 나노 결정화된 실리콘이고, 상기 제2 부유 게이트는 3족 불순물이 주입된 나노 결정화된 실리콘인 것이 바람직하다.The first floating gate is nanocrystallized silicon implanted with Group 5 impurities, and the second floating gate is nanocrystallized silicon implanted with Group 3 impurities.
상기 계면 유전막의 두께는 1 나노미터 이상 3 나노미터 미만일 수 있다.The interfacial dielectric film may have a thickness of 1 nanometer or more and less than 3 nanometers.
상기 계면 유전막의 두께는 3 나노미터 이상 10 나노미터 이하일 수 있다.The interfacial dielectric film may have a thickness of 3 nanometers or more and 10 nanometers or less.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리를 나타낸 도면이다.2 illustrates a nonvolatile memory according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리는 기판, 게이트 구조체를 포함한다.As shown in FIG. 2, a nonvolatile memory according to an embodiment of the present invention includes a substrate and a gate structure.
기판(100)은 실리콘, 실리콘 게르마늄, 인장 실리콘, 인장 실리콘 게르마늄 또는 절연층 매몰 실리콘(Silicon - On - Insulator; SOI) 등을 채택하여 구성할 수 있다. 이러한 기판(100)에 불순물 도펀트(dopant)를 포함하는 소오스 영역(101) 및 드레인 영역(102)이 형성되어 있다. 기판(100)의 소오스 영역(101) 및 드레인 영역(102) 사이에는 채널 영역(103)이 형성되어 있다.The
채널 영역(103) 상에는 소오스 영역(101) 및 드레인 영역(102)과 접촉하여 게이트 구조체(210)가 형성되어 있다. 게이트 구조체(210)는 일함수가 서로 다른 둘 이상의 부유 게이트(202, 204)를 포함한다. 이러한 게이트 구조체(210)는 터널링 유전막(201), 제1 부유 게이트(202), 계면 유전막(203), 제2 부유 게이트(204), 제어 유전막(205) 및 게이트 전극(206)이 순차적으로 적층된 구조이다.The
터널링 유전막(201)은 산화물로 형성될 수 있다. 예를 들면, SiO2, Al2O3, MgO, SrO, SiN, BaO, TiO, Si3N4, Ta2O5, BaTiO3, BaZrO, ZrO2, HfO2, Al2O3, Y2O3, ZrSiO, HfSiO 또는 LaAlO3 중 적어도 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있다.The
제1 부유 게이트(202) 와 제2 부유 게이트(204)는 비 휘발성 메모리의 동작 과정에서, 전하 저장층의 역할을 한다. 이러한 제1 부유 게이트(202) 와 제2 부유 게이트(204)는 나노 결정화된 실리콘 또는 금속이고, 제2 부유 게이트(204)의 일함수가 제1 부유 게이트(202)의 일함수보다 크도록 하는 것이 바람직하다.The first floating
계면 유전막(203)은 제1 부유 게이트(202) 와 제2 부유 게이트(204) 사이에 형성되며, 계면 유전막(203)의 두께를 조절하여 비 휘발성 메모리의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 1) 빠른 속도를 갖는 비 휘발성 메모리를 구현하고자 하는 경우, 계면 유전막(203)의 두께를 1 나노미터 이상 3 나노미터 미만으로 설정하여, 다이렉트(direct) 터널링이 우세하도록 함으로써, 비 휘발성 메모리의 속도를 높일 수 있고, 2) 긴 전하 저장시간을 갖는 비 휘발성 메모리를 구현하고자 하는 경우, 계면 유전막(203)의 두께를 3 나노미터 이상 10 나노미터 이하로 설정하여, 파울러 - 노드하임(Fowler - Nordheim; F-N) 터널링이 우세하도록 함으로써, 비 휘발성 메모리의 전하 저장시간을 늘일 수 있다. 또한, 계면 유전막(203)을 이루는 물질의 특성을 조절하여 비 휘발성 메모리의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 1) 빠른 속도를 갖는 비 휘발성 메모리를 구현하고자 하는 경우, 높은 유전상수와 낮은 에너지 장벽을 갖는 유전물질을 계면 유전막(203)의 구성물질로 채택함으로써, 비 휘발성 메모리의 속도를 높일 수 있고, 2) 긴 전하 저장시간을 갖는 비 휘발성 메모리를 구현하고자 하는 경우, 낮은 유전상수와 높은 에너지 장벽을 갖는 유전물질을 계면 유전막(203)의 구성물질로 채택함으로써, 비 휘발성 메모리의 전하 저장시간을 늘일 수 있다.The
이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리에서의 구체적인 정보 저장 및 소거 동작의 하나의 예를 설명한다. 기판(100)은 p형인 경우이다.One example of specific information storage and erase operations in the nonvolatile memory according to an embodiment of the present invention will be described. The
1) 정보를 저장하기 위하여, 소오스 영역(101)을 접지하거나 소오스 영역(101)에 낮은 전압을 인가한 상태에서 드레인 영역(102)에 제1 레벨의 양 전압을 인가하고, 게이트 전극(206)에 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 양 전압을 인가한다. 이 상태에서 소오스 영역(101)으로부터 드레인 영역(102)으로 전자의 채널이 형성되고 드레인 영역(102)으로 이동하는 전자는 게이트 전극(206)에서 형성된 전기장에 의해 터널링 유전막(201)을 터널링하여 제1 부유 게이트(202)에 트랩되거나, 터널링 유전막(201)과 제1 부유 게이트(202)와 계면 유전막(203)을 터널링하여 제2 부유 게이트(204)에 저장된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리는 종래의 비 휘발성 메모리에 비해 전자가 저장되는 사이트가 넓어짐으로써 고용 량의 정보를 기록할 수 있는 효과가 있다.1) In order to store information, the
2) 정보를 소거하기 위하여, 게이트 전극(206)의 전압을 0 볼트(V)로 하고 소오스 영역(101)에 고전압을 인가하고 드레인 영역(102)을 개방하면 전자가 소오스 영역(101)으로 빠져나가게 되어 메모리의 정보가 소거된다.2) To erase the information, when the voltage of the
도 3은 종래의 비 휘발성 메모리와 본 발명의 일 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리를 2 비트(bit)로 동작시켰을 때의 메모리 특성을 비교하여 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a comparison of memory characteristics when a conventional nonvolatile memory and a nonvolatile memory according to an embodiment of the present invention are operated with 2 bits.
도 3의 (a)는 종래의 비 휘발성 메모리를 2 비트(bit)로 동작시켰을 때의 메모리 특성을 나타낸 것이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리를 2 비트(bit)로 동작시켰을 때의 메모리 특성을 나타낸 것이다.Figure 3 (a) shows the memory characteristics when the conventional non-volatile memory is operated by two bits (bit), Figure 3 (b) shows a non-volatile memory 2 bits according to an embodiment of the present invention Memory characteristics when operated in (bit).
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리는 서로 다른 일함수를 갖는 이중 나노 결정층 즉, 제1 부유 게이트(202) 및 제2 부유 게이트(204)를 형성함으로써 2배로 늘어난 전하 저장 노드들로 인해 더 넓어진 프로그램 마진을 갖는 2 비트(bit) 메모리 소자를 구현할 수 있으며, 계면 유전막(203)의 두께를 조절하여 전하 저장시간을 늘일 수 있다.As shown in FIGS. 3A and 3B, a nonvolatile memory according to an embodiment of the present invention may include a double nanocrystal layer having a different work function, that is, a first floating gate ( By forming the 202 and the second floating
도 4 내지 도 6은 부유 게이트의 일함수 레벨에 따른 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.4 to 6 are diagrams showing energy band diagrams according to the work function level of the floating gate.
도 4는 제1 부유 게이트(202)와 제2 부유 게이트(204)의 일함수가 동일하고, 일함수가 Ec-E1인 경우이고, 도 5는 제1 부유 게이트(202)와 제2 부유 게이트(204)의 일함수가 동일하고, 일함수가 도 4의 경우보다 높은 Ec-E2인 경우이다.4 illustrates a case in which the work functions of the first floating
도 4의 경우와 비교하여, 깊은 포텐셜 우물(potential well)을 형성하는 도 5의 경우 넓은 메모리 마진과 긴 전하 저장시간을 획득할 수 있다. 그러나 도 5의 경우 높은 포텐셜로 인해 소거동작의 효율이 좋지 않다.Compared to the case of FIG. 4, a wide memory margin and a long charge storage time can be obtained in the case of FIG. 5 forming a deep potential well. However, in FIG. 5, the efficiency of the erase operation is not good due to the high potential.
도 6은 제1 부유 게이트(202)의 일함수(Ec-E1)가 제2 부유 게이트(204)의 일함수 (Ec-E2)보다 작은 경우이고, 제1 부유 게이트(202)의 일함수(Ec-E1)는 제2 부유 게이트(204)의 일함수(Ec-E2)와 비교하여, △E(E1-E2)만큼 낮다. 이 경우, 소거 동작시 제2 부유 게이트(204)에 저장된 전하들이 버퍼처럼 동작하는 제1 부유 게이트(202)의 도움으로 도 5의 경우보다 낮은 전압과 짧은 시간에 기판으로 소거되므로, 메모리 소자의 소거 속도가 빨라진다.6 illustrates a case where the work function Ec-E1 of the first floating
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리에 따르면, 넓은 메모리 마진과 긴 전하 저장시간, 빠른 소거특성을 확보할 수 있다.As described above in detail, according to the non-volatile memory according to an embodiment of the present invention, a wide memory margin, a long charge storage time, and a fast erase characteristic can be secured.
이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 구조는 기존의 2차원 평면 메모리 소자에 적용할 수 있고, FinFET, U-FET(glooved MOSFET)와 같은 3차원 다중 게이트 소자등 어떠한 구조의 단일소자에도 적용하여, 비 휘발성 메모리의 특성을 향상시킬 수 있다.The nonvolatile memory structure according to an embodiment of the present invention may be applied to a conventional two-dimensional planar memory device, and may be applied to a single device of any structure such as a three-dimensional multi-gate device such as a FinFET or a U-FET (glooved MOSFET). By applying, the characteristics of the nonvolatile memory can be improved.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 제조방법을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating a nonvolatile memory manufacturing method according to a first embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 제조방법은 터널링 유전막 형성단계(710)와, 제1 부유 게이트 형성단계(720)와, 계면 유전막 형성단계(730)와, 제2 부유 게이트 형성단계(740)와, 제어 유전막 형성단계(750)와, 게이트 전극 형성단계(760)와, 소스, 드레인 영역 형성단계(770)를 포함한다.As shown in FIG. 7, in the nonvolatile memory manufacturing method according to the first embodiment of the present invention, a tunneling dielectric
이하에서는 도 2 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 제조방법을 순차적으로 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a nonvolatile memory according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 7.
먼저, 기판(100) 상에 터널링 유전막(201)을 형성한다. 기판(100)은 실리콘, 실리콘 게르마늄, 인장 실리콘, 인장 실리콘 게르마늄 또는 절연층 매몰 실리콘(Silicon - On - Insulator; SOI) 등을 채택하여 구성할 수 있다. 터널링 유전막(201)은 산화물로 형성될 수 있다. 예를 들면, SiO2, Al2O3, MgO, SrO, SiN, BaO, TiO, Si3N4, Ta2O5, BaTiO3, BaZrO, ZrO2, HfO2, Al2O3, Y2O3, ZrSiO, HfSiO 또는 LaAlO3 중 적어도 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있다.First, the
다음으로, 터널링 유전막(201) 상에 제1 부유 게이트(202)를 형성하고, 제1 부유 게이트(202) 상에 계면 유전막(203)을 형성하고, 계면 유전막(203) 상에 제2 부유 게이트(204)를 형성한다. 제1 부유 게이트(202) 와 제2 부유 게이트(204)는 비 휘발성 메모리의 동작 과정에서, 전하 저장층의 역할을 한다. 이러한 제1 부유 게이트(202)와 제2 부유 게이트(204)는 나노 결정화된 실리콘이고, 제2 부유 게이 트(204)의 일함수가 제1 부유 게이트(202)의 일함수보다 크도록 하는 것이 바람직하다. 계면 유전막(203)은 제1 부유 게이트(202) 와 제2 부유 게이트(204) 사이에 형성되며, 계면 유전막(203)의 두께를 조절하여 비 휘발성 메모리의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 1) 빠른 속도를 갖는 비 휘발성 메모리를 구현하고자 하는 경우, 계면 유전막(203)의 두께를 1 나노미터 이상 3 나노미터 미만으로 설정하여, 다이렉트(direct) 터널링이 우세하도록 함으로써, 비 휘발성 메모리의 속도를 높일 수 있고, 2) 긴 전하 저장시간을 갖는 비 휘발성 메모리를 구현하고자 하는 경우, 계면 유전막(203)의 두께를 3 나노미터 이상 10 나노미터 이하로 설정하여, 파울러 - 노드하임(Fowler - Nordheim; F-N) 터널링이 우세하도록 함으로써, 비 휘발성 메모리의 전하 저장시간을 늘일 수 있다. 또한, 계면 유전막(203)을 이루는 물질의 특성을 조절하여 비 휘발성 메모리의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 1) 빠른 속도를 갖는 비 휘발성 메모리를 구현하고자 하는 경우, 높은 유전상수와 낮은 에너지 장벽을 갖는 유전물질을 계면 유전막(203)의 구성물질로 채택함으로써, 비 휘발성 메모리의 속도를 높일 수 있고, 2) 긴 전하 저장시간을 갖는 비 휘발성 메모리를 구현하고자 하는 경우, 낮은 유전상수와 높은 에너지 장벽을 갖는 유전물질을 계면 유전막(203)의 구성물질로 채택함으로써, 비 휘발성 메모리의 전하 저장시간을 늘일 수 있다.Next, a first floating
다음으로, 제 2 부유 게이트(204) 상에 제어 유전막(205)을 형성하고, 제어 유전막(205) 상에 도전성의 게이트 전극(206)을 형성한다.Next, the
다음으로, 터널링 유전막(201), 제1 부유 게이트(202), 계면 유전막(203), 제2 부유 게이트(204), 제어 유전막(205) 및 게이트 전극(206)의 양 측부를 식각하여 게이트 구조체(210)를 완성한다. 이에 따라, 기판(100)의 양측 표면이 노출된다.Next, the gate structure is etched by etching both sides of the
다음으로, 소스, 드레인 영역(101, 102)을 형성한다. 노출된 기판(21)의 양측 표면에 불순물 도펀트(dopant)를 도핑하여 소오스 영역(101) 및 드레인(102)영역을 형성하고, 열처리를 통하여 소오스 영역(101) 및 드레인 영역(102)을 활성화시켜 본 발명의 일 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리를 완성한다.Next, source and drain
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 제조방법을 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating a nonvolatile memory manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 제조방법은 소스, 드레인 영역 형성단계(810), 터널링 유전막 형성단계(820)와, 제1 부유 게이트 형성단계(830)와, 계면 유전막 형성단계(840)와, 제2 부유 게이트 형성단계(850)와, 제어 유전막 형성단계(860)와, 게이트 전극 형성단계(870)를 포함한다.As shown in FIG. 8, in the nonvolatile memory manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, a source and drain
본 발명의 제2 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 제조방법에 따르면, 게이트 구조체(210)가 형성되기 이전에, 소스, 드레인 영역(101, 102)이 형성된다. 이와 같이, 게이트 구조체(210)를 형성하기 이전에, 소스, 드레인 영역(101, 102)을 형성하는 이유는 제1, 제2 부유 게이트가 금속인 경우의 녹는점의 차이를 고려한 것이다.According to the nonvolatile memory manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, source and drain
본 발명의 제2 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 제조방법은 게이트 구조체(210)를 형성하기 이전에, 소스, 드레인 영역(101, 102)을 형성한다는 점을 제외하고는 앞서 상세히 설명한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 제조방법과 동일하므로, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 제조방법에 대한 상세한 설명은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비 휘발성 메모리 제조방법에 대한 상세한 설명으로 대체한다.In the nonvolatile memory manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, the source and drain
이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As described above, those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, the exemplary embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and All changes or modifications derived from the equivalent concept should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 이중나노결정층 사이의 계면 유전막의 두께를 소자 특성에 따라 조절함으로서 비 휘발성 메모리 소자의 특성을 최적화할 수 있는 효과가 있다. As described in detail above, according to the present invention, the thickness of the interfacial dielectric film between the double nanocrystal layers may be adjusted according to device characteristics, thereby optimizing the characteristics of the nonvolatile memory device.
또한, 서로 다른 일함수의 이중나노결정층을 부유 게이트로 이용함으로써, 더욱 넓은 메모리 마진을 확보하고, 저장시간과 소거동작에서의 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, by using double nanocrystal layers having different work functions as floating gates, it is possible to secure a wider memory margin and to improve storage time and characteristics in an erase operation.
또한, 비 휘발성 메모리 소자의 제조 공정이 간단하며 재현성이 높아 메모리의 고집적화를 안정적으로 이룰 수 있는 효과가 있다.In addition, the manufacturing process of the nonvolatile memory device is simple and the reproducibility is high, there is an effect that can be stably high integration of the memory.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060083271A KR100806087B1 (en) | 2006-08-31 | 2006-08-31 | Nonvolatile memory and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060083271A KR100806087B1 (en) | 2006-08-31 | 2006-08-31 | Nonvolatile memory and manufacturing method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100806087B1 true KR100806087B1 (en) | 2008-02-21 |
Family
ID=39382919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020060083271A KR100806087B1 (en) | 2006-08-31 | 2006-08-31 | Nonvolatile memory and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100806087B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8063430B2 (en) | 2007-10-18 | 2011-11-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices and methods of manufacturing and operating same |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06350097A (en) * | 1993-06-03 | 1994-12-22 | Hitachi Ltd | Nonvolatile semiconductor memory |
JPH08139211A (en) * | 1994-11-11 | 1996-05-31 | Toshiba Corp | Semiconductor memory device |
KR20010005001A (en) * | 1999-06-30 | 2001-01-15 | 김영환 | Method of manufacturing a flash memory cell |
KR20040099802A (en) * | 2003-05-20 | 2004-12-02 | 삼성전자주식회사 | SONOS memory device having nanocrystal layer |
JP2005340768A (en) | 2004-04-26 | 2005-12-08 | Asahi Glass Co Ltd | Many-valued non-volatile semiconductor memory element and its manufacturing method |
-
2006
- 2006-08-31 KR KR1020060083271A patent/KR100806087B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06350097A (en) * | 1993-06-03 | 1994-12-22 | Hitachi Ltd | Nonvolatile semiconductor memory |
JPH08139211A (en) * | 1994-11-11 | 1996-05-31 | Toshiba Corp | Semiconductor memory device |
KR20010005001A (en) * | 1999-06-30 | 2001-01-15 | 김영환 | Method of manufacturing a flash memory cell |
KR20040099802A (en) * | 2003-05-20 | 2004-12-02 | 삼성전자주식회사 | SONOS memory device having nanocrystal layer |
JP2005340768A (en) | 2004-04-26 | 2005-12-08 | Asahi Glass Co Ltd | Many-valued non-volatile semiconductor memory element and its manufacturing method |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8063430B2 (en) | 2007-10-18 | 2011-11-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices and methods of manufacturing and operating same |
US8558303B2 (en) | 2007-10-18 | 2013-10-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor memory devices and methods of manufacturing and operating same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI388052B (en) | Memory devices with split gate and blocking layer | |
JP4733398B2 (en) | SONOS type memory device | |
KR100652401B1 (en) | Non-volatile memory device having a plurality of trap films | |
KR100688575B1 (en) | Non volatile semiconductor memory device | |
US7420256B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device having a gate stack and method of manufacturing the same | |
JP5149539B2 (en) | Semiconductor device | |
WO2011055433A1 (en) | Nonvolatile semiconductor storage device | |
JP2007142398A (en) | Method of driving single-layer polysilicon nonvolatile memory cell | |
US20070297244A1 (en) | Top Dielectric Structures in Memory Devices and Methods for Expanding a Second Bit Operation Window | |
US20070272974A1 (en) | Twin-gate non-volatile memory cell and method of operating the same | |
TWI473253B (en) | Nonvolatile memory array with continuous charge storage dielectric stack | |
JP5238208B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device driving method and nonvolatile semiconductor memory device | |
EP1408511A1 (en) | Single bit nonvolatile memory cell and methods for programming and erasing thereof | |
US7599229B2 (en) | Methods and structures for expanding a memory operation window and reducing a second bit effect | |
US20060215460A1 (en) | Method of operating p-channel memory | |
KR100806087B1 (en) | Nonvolatile memory and manufacturing method thereof | |
KR20100022407A (en) | Memory device capable of reducing lateral movement of charges | |
KR101281683B1 (en) | Operating method of charge trap flash memory device | |
US7512013B2 (en) | Memory structures for expanding a second bit operation window | |
US20080121980A1 (en) | Bottom Dielectric Structures and High-K Memory Structures in Memory Devices and Methods for Expanding a Second Bit Operation Window | |
TW200917468A (en) | Non-volatile memory devices with charge storage regions | |
KR100868031B1 (en) | Non-volatile memory device and the method for manufacturing the same | |
JP2007242216A (en) | Memory device and method for operating the same | |
KR101052328B1 (en) | Charge-Trap Nonvolatile Memory Devices | |
US20230262990A1 (en) | Memory device with ferroelectric charge trapping layer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120201 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |