KR100877002B1 - Non volatile memory device having a silicon oxide nitride oxide silicon structure and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집적도를 향상시킬 수 있는 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 리세스가 형성된 기판과, 상기 리세스를 포함하여 노출된 활성 영역의 상기 기판 표면 단차를 따라 형성된 하부 유전체막과, 상기 리세스 내에서 서로 전기적으로 분리되도록 상기 리세스의 내측벽부에 각각 형성된 제1 및 제2 전하 저장층과, 상기 제1 및 제2 전하 저장층이 형성된 상기 리세스 내부의 표면 단차를 따라 형성된 상부 유전체막과, 상기 리세스가 매립되도록 상기 상부 유전체막 상에 형성된 게이트 전극을 구비하는 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자를 제공한다.The present invention is to provide a non-volatile memory device having a sonos structure that can improve the degree of integration, and a method of manufacturing the same. To this end, the present invention provides a substrate on which a recess is formed and an exposed active region including the recess. A lower dielectric layer formed along the substrate surface step, first and second charge storage layers respectively formed on inner wall portions of the recesses to be electrically separated from each other in the recesses, and the first and second charge storage layers; A nonvolatile memory device having a sono structure having an upper dielectric layer formed along a surface step inside a recess in which a layer is formed, and a gate electrode formed on the upper dielectric layer to fill the recess is provided.

소노스, 전하 저장층, 리세스, 핀, 비휘발성 메모리 소자 Sonos, charge storage layers, recesses, fins, nonvolatile memory devices

Description

소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법{NON VOLATILE MEMORY DEVICE HAVING A SILICON OXIDE NITRIDE OXIDE SILICON STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Non-volatile memory device having a sonos structure and a method of manufacturing the same {NON VOLATILE MEMORY DEVICE HAVING A SILICON OXIDE NITRIDE OXIDE SILICON STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

도 1a 및 도 1b는 일반적인 소노스 소자의 제조방법을 도시한 공정 단면도.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a general Sonos device.

도 2의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 소노스 소자를 도시한 사시도.Figure 2 (a) is a perspective view showing a sonos element according to an embodiment of the present invention.

도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 도시된 Ⅰ-Ⅰ′절취선을 따라 도시한 단면도.FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2A.

도 2의 (c)는 도 2의 (a)에 도시된 Ⅱ-Ⅱ′절취선을 따라 도시한 단면도.FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 2A.

3a 내지 도 3f는 도 2의 (a) 내지 (c)에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 소노스 소자 제조방법을 설명하기 위해 도시한 사시도.3A to 3F are perspective views illustrating a method of manufacturing a sonoth device according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 2A to 2C.

도 4a 내지 도 4c는 각각 도 3c, 3e 및 3f에 도시된 I-I' 절취선을 따라 도시한 단면도.4A-4C are cross-sectional views taken along the line II ′ shown in FIGS. 3C, 3E, and 3F, respectively.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

20 : 기판20: substrate

21 : 소자분리막21: device isolation film

23 : 리세스23: recess

24 : 하부 유전체막24: lower dielectric film

25 : 전하 저장층25: charge storage layer

25A, 25B : 제1 및 제2 전하 저장층25A, 25B: first and second charge storage layers

20A : 새들형 핀20A: Saddle Pin

28 : 상부 유전체막28: upper dielectric film

29 : 게이트 전극29: gate electrode

본 발명은 반도체 소자 제조 기술에 관한 것으로, 특히 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법, 더욱 상세하게는 소노스(SONOS; Silicon Oxide-Nitride Oxide-Silicon) 구조를 갖는 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technology, and more particularly, to a nonvolatile memory device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a nonvolatile memory device having a silicon oxide-nitride oxide (SONOS) structure and a method for manufacturing the same. It is about.

현재, 비휘발성 메모리 소자로서 소노스(SONOS; Silicon Oxide-Nitride Oxide-Silicon) 구조를 갖는 비휘발성 메모리 소자(이하, 소노스 소자라 함)에 대한 관심이 집중되고 있다. 소노스 소자는 부유 게이트(floating gate)를 도입하는 이제까지의 스택 게이트(stack gate) 형태의 비휘발성 메모리 소자와는 달리, 부유 게이트를 대신하여 전하 저장층(charge trapping layer)으로 질화막을 도입하여 메모리 셀을 구성하고 있다. Currently, attention has been focused on a nonvolatile memory device (hereinafter referred to as a sonos device) having a structure of a silicon oxide-nitride oxide (SONOS) structure as a nonvolatile memory device. Unlike conventional stack gate type nonvolatile memory devices which introduce a floating gate, the sonos device introduces a nitride film as a charge trapping layer in place of the floating gate. It constitutes a cell.

이하에서는, 도 1a 및 도 1b를 통해 일반적인 소노스 소자의 제조방법을 설 명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a general Sonos device will be described with reference to FIGS. 1A and 1B.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 소자분리막 및 웰(well) 등의 반도체 소자를 구성하기 위한 여러 요소가 형성된 기판(10) 상에 하부 유전체막으로 산화막(11), 전하 저장층으로 질화막(12), 상부 유전체막으로 산화막(13)을 차례로 증착하고, 그 적층 구조 상부에 게이트 전극(14)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, an oxide film 11 as a lower dielectric film and a nitride film as a charge storage layer are formed on a substrate 10 on which various elements for forming semiconductor devices such as an isolation layer and a well are formed. 12), the oxide film 13 is sequentially deposited on the upper dielectric film, and the gate electrode 14 is formed on the laminated structure.

이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴 형성을 위한 마스크 패턴(미도시)을 형성한 후, 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용한 식각공정을 통해 게이트 전극(14)과 산화막(13), 그리고 질화막(12)을 차례로 식각한다. 이로써, 산화막(11)/질화막(12)/산화막(13)/게이트 전극(14)의 적층 구조를 갖는 소노스형 게이트 패턴이 형성된다. 이후, 마스크 패턴을 제거한 후, 세정 및 재산화 공정을 실시한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, after forming a mask pattern (not shown) for forming a gate pattern, the gate electrode 14, the oxide film 13, and the nitride film are formed through an etching process using the mask pattern as an etching mask. Etch 12 in sequence. As a result, a sonosed gate pattern having a laminated structure of the oxide film 11, the nitride film 12, the oxide film 13, and the gate electrode 14 is formed. Thereafter, the mask pattern is removed, followed by a cleaning and reoxidation process.

그러나, 이러한 종래기술에 따라 일반적인 스택 게이트 형태로 소노스 소자를 제조하다 보면 소노스 소자의 면적을 축소화하는데 한계가 따르게 된다. 특히, 근래에 들어서는 점차 소자의 디자인 룰(design rule)이 감소함에 따라 소노스 소자 자체의 형성면적을 축소시켜야 할 필요성이 대두되고 있는데, 상기와 같은 종래 기술에 따라 소노스 소자를 제조하다 보면 소자를 집적화하는데 한계가 따르기 마련이다.However, according to the related art, when manufacturing the sonos device in the form of a general stack gate, there is a limit in reducing the area of the sonos device. In particular, in recent years, as the design rule of devices decreases, there is a need to reduce the formation area of the sonos device itself. There is a limit to the integration.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으 로서, 집적도를 향상시킬 수 있는 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-volatile memory device having a sonos structure and a method of manufacturing the same, which have been proposed to solve the above problems of the related art.

상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은, 리세스가 형성된 기판과, 상기 리세스를 포함하여 노출된 활성 영역의 상기 기판 표면 단차를 따라 형성된 하부 유전체막과, 상기 리세스 내에서 서로 전기적으로 분리되도록 상기 리세스의 내측벽부에 각각 형성된 제1 및 제2 전하 저장층과, 상기 제1 및 제2 전하 저장층이 형성된 상기 리세스 내부의 표면 단차를 따라 형성된 상부 유전체막과, 상기 리세스가 매립되도록 상기 상부 유전체막 상에 형성된 게이트 전극을 구비하는 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a substrate including a recess, a lower dielectric layer formed along the substrate surface step of an exposed active region including the recess, and a recess in the recess. First and second charge storage layers respectively formed on inner wall portions of the recesses so as to be electrically separated from each other, an upper dielectric layer formed along a surface step inside the recesses in which the first and second charge storage layers are formed; And a non-volatile memory device having a sono structure having a gate electrode formed on the upper dielectric layer to fill the recess.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 리세스가 형성된 기판을 제공하는 단계와, 상기 리세스를 포함한 활성 영역의 상기 기판 상부면 단차를 따라 하부 유전체막을 형성하는 단계와, 상기 하부 유전체막이 형성된 상기 리세스 내에서 서로 전기적으로 분리되도록 상기 리세스 내측벽부에 서로 이격된 제1 및 제2 전하 저장층을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2 전하 저장층이 형성된 상기 기판 전면의 상부면 단차를 따라 상부 유전체막을 형성하는 단계와, 상기 리세스가 매립되도록 상기 상부 유전체막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method including providing a substrate on which a recess is formed, and forming a lower dielectric layer along a top surface step of the substrate in an active region including the recess; Forming first and second charge storage layers spaced apart from each other so as to be electrically separated from each other in the recess in which the lower dielectric layer is formed, and the first and second charge storage layers being separated from each other. A method of manufacturing a non-volatile memory device having a sono structure comprising: forming an upper dielectric layer along a stepped upper surface of the front surface of the substrate; and forming a gate electrode on the upper dielectric layer to fill the recess. to provide.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. In addition, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.

실시예Example

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소노스 소자를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 2의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 소노스 소자의 사시도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 도시된 Ⅰ-Ⅰ′절취선을 따라 도시한 단면도이며, 도 2의 (c)는 도 2의 (a)에 도시된 Ⅱ-Ⅱ′절취선을 따라 도시한 단면도이다. 여기서는, 일례로 새들(saddle)형 구조를 갖는 소노스 소자에 대해 도시하기로 한다. 이때, 새들형 구조라 함은 핀과 핀 상부에 형성된 리세스 구조를 혼합한 구조를 말한다.2 is a diagram illustrating a sonos device according to an exemplary embodiment of the present invention. Specifically, (a) of FIG. 2 is a perspective view of the Sonos device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 (b) is a cross-sectional view taken along the line II 'shown in (a) of FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 2A. Here, for example, a sonos device having a saddle-like structure will be described. In this case, the saddle structure refers to a structure in which the fin and the recess structure formed on the upper portion are mixed.

도 2의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소노스 소자는 새들형 구조를 갖는 기판(20)과, 새들형 핀(미도시) 상부에 형성된 리세스(23, 도 3a 참조)를 포함하여 노출된 활성 영역의 기판(20) 표면 단차를 따라 형성된 하부 유전체막(24)과, 리세스(23) 내에서 서로 전기적으로 분리되도록 리세스(23)의 내측벽부에 각각 형성된 제1 및 제2 전하 저장층(25A, 25B)과, 제1 및 제2 전하 저장 층(25A, 25B)의 표면 단차를 따라 형성된 상부 유전체막(28)과, 리세스(23)가 매립되도록 상부 유전체막(28) 상에 형성된 게이트 전극(29)을 구비한다. 이때, 제1 및 제2 전하 저장층(25A, 25B)은 비휘발성 메모리 소자에 있어 서로 독립적으로 동작하는 부유 게이트로 기능하도록 리세스(23) 내에서 서로 일정 거리 이격되되, 그 구조는 스페이서(sapcer) 형태를 갖는다.Referring to FIGS. 2A to 2C, a sonos device according to an exemplary embodiment of the present invention may include a substrate 20 having a saddle-like structure and a recess 23 formed on a saddle-shaped fin (not shown). 3A) and the inner wall of the recess 23 so as to be electrically separated from each other in the recess 23 and the lower dielectric film 24 formed along the surface step of the substrate 20 of the exposed active region. The first and second charge storage layers 25A and 25B formed in the portions, the upper dielectric film 28 formed along the surface steps of the first and second charge storage layers 25A and 25B, and the recess 23, respectively. ) Is provided with a gate electrode 29 formed on the upper dielectric film 28. In this case, the first and second charge storage layers 25A and 25B are spaced apart from each other in the recess 23 so as to function as floating gates that operate independently of each other in the nonvolatile memory device. sapcer).

즉, 본 발명의 실시예에 따른 소노스 소자는 리세스(23) 내에 스페이서 형태로 형성된 서로 독립적으로 분리된 2개의 전하 저장층(25A, 25B)이 하나의 게이트 전극(29)을 서로 공유하는, 즉 2개의 셀이 하나의 게이트 전극(29)을 서로 공유하는 구조를 갖게 되므로, 1개의 셀을 구현할 수 있는 면적 내에서 2개의 셀을 구현할 수 있게 된다. 따라서, 소노스 소자의 집적도를 향상시킬 수 있다.That is, in the sonos device according to the exemplary embodiment of the present invention, two charge storage layers 25A and 25B, which are separated from each other, formed in a spacer form in the recess 23, share one gate electrode 29 with each other. That is, since two cells have a structure in which one gate electrode 29 is shared with each other, two cells may be implemented within an area capable of implementing one cell. Therefore, the degree of integration of the sonos element can be improved.

참고로, 기존의 소노스 소자는 하나의 전하 저장층 상에 하나의 게이트 전극이 적층된 1개의 셀이 서로 일정 거리 이격되어 메모리 셀 어레이를 구성하였다. 반면, 본 발명의 실시예에 따른 소노스 소자는 리세스(23)의 깊이를 조절하여 리세스(23)의 내측벽부에 형성되는 제1 및 제2 전하 저장층(25A, 25B)의 높이를 용이하게 조절할 수 있게 되므로, 필요에 따라 적절히 전하량을 변경할 수 있는 장점이 있다.For reference, in the conventional Sonos device, one cell in which one gate electrode is stacked on one charge storage layer is spaced apart from each other by a predetermined distance to form a memory cell array. On the other hand, in the sonos device according to the embodiment of the present invention, the heights of the first and second charge storage layers 25A and 25B are formed on the inner wall of the recess 23 by adjusting the depth of the recess 23. Since it can be easily adjusted, there is an advantage that can change the amount of charge as appropriate.

또한, 제1 및 제2 전하 저장층(25A, 25B)은 질화막으로 이루어지고, 상부 유전체막(28)은 산화막 또는 SiO2의 유전율(예컨대, 3.9)보다 높은 유전율을 갖는 절연막으로 이루어진다. 또한, 하부 유전체막(24)은 산화막으로 이루어지는 것이 바 람직하다.Further, the first and second charge storage layers 25A and 25B are formed of a nitride film, and the upper dielectric film 28 is formed of an oxide film or an insulating film having a dielectric constant higher than that of SiO 2 (for example, 3.9). In addition, the lower dielectric film 24 is preferably made of an oxide film.

한편, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 소노스 소자의 동작은 다음과 같이 이루어진다. 여기서는, 일례로 노어(NOR)형(type)의 플래시 메모리 소자에 적용되는 소노스 소자의 동작에 대해 설명하기로 한다. 바람직하게, 본 발명의 실시예에 따른 소노스 소자는 노어형 플래시 메모리 소자와 동일하게 동작하는 것이 적합하다.On the other hand, the operation of the sonos device according to the embodiment of the present invention is performed as follows. Herein, an operation of the sonos element applied to a NOR type flash memory element will be described as an example. Preferably, the sonos element according to the embodiment of the present invention suitably operates in the same manner as the NOR flash memory element.

본 발명의 실시예에 따른 소노스 소자는 노어형 플래시 메모리 소자와 동일하게 전자이온주입(hot carrier electron injection) 방식에 의해 프로그램(program) 동작이 이루어지고, FN터널링(Fowler Nordheim tunneling) 방식에 의해 소거(erase) 동작이 이루어진다. 예컨대, 제1 전하 저장층(25A)에 프로그래밍하기 위한 프로그램 동작시에는 게이트 전극(29)에 9V 정도의 전압을 인가하고 제1 전하 저장층(25A)과 인접한 접합영역에 5V 정도의 전압을 인가하며, 제2 전하 저장층(25B)과 인접한 접합영역(미도시, 불순물 이온주입영역)에 접지(0V)를 인가한다. 그러면, 채널 영역에서는 전자가 발생하고, 이때 발생된 전자는 게이트 전극(29)에 인가된 고전압에 이끌려서 제1 전하 저장층(25A)으로 주입되면서 제1 전하 저장층(25A)의 프로그램 동작이 이루어진다. 한편, 제2 전하 저장층(25B)에 프로그래밍하기 위한 프로그램 동작시에는 게이트 전극(29)에 9V 정도의 전압을 인가하고 제2 전하 저장층(25B)과 인접한 접합영역에 5V 정도의 전압을 인가하며, 제1 전하 저장층(25A)과 인접한 접합영역에 0V를 인가한다. 그러면, 채널 영역에서는 전가가 발생하고, 이때 발생된 전자는 게이트 전극(29)에 인가된 고전압에 이끌려서 제2 전 하 저장층(25B)으로 주입되면서 제2 전하 저장층(25B)에 프로그램 동작이 이루어진다.The Sonos device according to the embodiment of the present invention performs a program operation by a hot carrier electron injection method in the same manner as a NOR flash memory device, and erases the same by a FN tunneling method. (erase) action is taken. For example, in a program operation for programming the first charge storage layer 25A, a voltage of about 9V is applied to the gate electrode 29 and a voltage of about 5V is applied to a junction region adjacent to the first charge storage layer 25A. In addition, a ground (0V) is applied to a junction region (not shown, impurity ion implantation region) adjacent to the second charge storage layer 25B. Then, electrons are generated in the channel region, and the generated electrons are attracted to the high voltage applied to the gate electrode 29 and injected into the first charge storage layer 25A, thereby performing a program operation of the first charge storage layer 25A. . In the program operation for programming the second charge storage layer 25B, a voltage of about 9V is applied to the gate electrode 29 and a voltage of about 5V is applied to the junction region adjacent to the second charge storage layer 25B. 0V is applied to the junction region adjacent to the first charge storage layer 25A. Then, an electric charge occurs in the channel region, and the generated electrons are attracted to the high voltage applied to the gate electrode 29 and injected into the second charge storage layer 25B, thereby causing a program operation to be performed in the second charge storage layer 25B. Is done.

이외, 소거 동작시에는 전체적으로 게이트 전극(29)에 -7.5V 정도의 전압을 인가하고 기판(20)에는 9V 정도의 전압을 걸어주면 제1 및 제2 전하 저장층(25A, 25B)으로부터 동시에 기판(20)으로 FN터널링에 의해서 전자가 방출된다.In addition, during an erase operation, when a voltage of about -7.5V is applied to the gate electrode 29 and a voltage of about 9V is applied to the substrate 20, the substrate is simultaneously removed from the first and second charge storage layers 25A and 25B. At 20, electrons are emitted by FN tunneling.

이하, 도 3a 내지 도 3f와 도 4a 내지 도 4c를 통해 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 소노스 소자의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a sonoth device according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 3F and FIGS. 4A to 4C.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 소노스 소자 제조방법을 설명하기 위해 도시한 사시도이고, 도 4a 내지 도 4c는 도 3c, 3e 및 3f에 각각 도시된 Ⅰ-Ⅰ′절취선을 따라 도시한 단면도이다. 3A to 3F are perspective views illustrating a method of manufacturing a sonos device according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 4A to 4C are taken along the line II ′ of FIG. 3C, 3E, and 3F, respectively. It is sectional drawing.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(20) 내에 소자분리막(21)을 형성하고 웰(well) 공정을 실시한다. 이로써, 기판(20)에는 활성 영역 및 소자분리 영역이 정의된다. 일례로, 소자분리막(21)은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 실시하여 형성한다. 이때, STI 공정은 다음과 같은 방법으로 실시된다. 먼저, 기판(20) 상에 도시되지 않은 패드 산화막과 패드질화막을 순차적으로 적층(산화공정과 증착공정을 진행)한 후, STI 마스크를 이용한 식각공정을 실시하여 기판(20) 내에 트렌치(trench)를 형성한다. 그런 다음, 트렌치가 매립되도록 단일막으로 HDP(High Density Plasma) 산화막을 증착한 후 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 실시하여 트렌치 내부에 고립된 소자분리막(21)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, the device isolation layer 21 is formed in the substrate 20 and a well process is performed. As a result, the active region and the isolation region are defined in the substrate 20. For example, the device isolation layer 21 is formed by performing a shallow trench isolation (STI) process. At this time, the STI process is performed in the following manner. First, a pad oxide film and a pad nitride film (not shown) are sequentially stacked on the substrate 20 (the oxidation process and the deposition process are performed), and then an etching process using an STI mask is performed to trench the substrate 20. To form. Thereafter, an HDP (High Density Plasma) oxide film is deposited as a single layer to fill the trench, and then a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed to form an isolation device 21 isolated inside the trench.

이어서, 활성 영역의 기판(20) 일부를 노출시키는 리세스 마스크(recess mask)를 이용한 식각공정을 실시하여 활성 영역의 기판(20)을 일정 깊이 식각한다. 이로써, 활성 영역의 기판(20) 내에는 일정 깊이의 리세스(23)가 형성된다. 바람직하게, 리세스(23)는 500~5000Å의 깊이로 형성한다. Subsequently, an etching process using a recess mask exposing a portion of the substrate 20 in the active region is performed to etch the substrate 20 in the active region to a certain depth. As a result, a recess 23 having a predetermined depth is formed in the substrate 20 of the active region. Preferably, the recess 23 is formed to a depth of 500 ~ 5000Å.

이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 산화공정(oxidation)을 실시하여 리세스(23, 도 3a 참조)를 포함하여 노출된 활성 영역의 기판(20) 상에 하부 유전체막(24)을 형성한다. 여기서, 산화공정은 수증기와 같은 산화기체 내에서 기판(20)을 대략 900 내지 1000℃의 온도에서 가열하는 습식산화(wet oxidation)방식으로 실시하거나, 순수한 산소를 산화기체로 사용하여 약 1200℃의 온도에서 가열하는 건식산화(dry oxidation)방식으로 실시하거나, 라디칼산화(radical oxidation)방식으로 실시할 수 있다. 바람직하게, 하부 유전체막(24)은 산화막으로 10~100Å의 두께로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, an oxidation process is performed to form the lower dielectric layer 24 on the exposed substrate 20 in the active region including the recess 23 (see FIG. 3A). . Here, the oxidation process may be performed by a wet oxidation method in which the substrate 20 is heated at a temperature of about 900 to 1000 ° C. in an oxidizing gas such as water vapor, or about 1200 ° C. using pure oxygen as the oxidizing gas. It may be carried out by a dry oxidation method heated at a temperature, or by a radical oxidation method. Preferably, the lower dielectric film 24 is formed of an oxide film with a thickness of 10 to 100 microseconds.

이어서, 도 3c 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 하부 유전체막(24)을 포함한 기판(20) 전면 상에 전하 저장층(25)을 형성한다. 바람직하게는, 전하 저장층(25)은 질화막을 20~500Å의 두께로 증착하여 형성한다.Subsequently, as shown in FIGS. 3C and 4A, the charge storage layer 25 is formed on the entire surface of the substrate 20 including the lower dielectric layer 24. Preferably, the charge storage layer 25 is formed by depositing a nitride film with a thickness of 20 to 500 kPa.

이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 리세스(23, 도 3a 참조)의 내벽에만 전하 저장층(25)이 잔류하도록 전하 저장층(25)을 식각한다. 예컨대, 마스크 없이 전면식각공정을 실시하여 기판(20) 상부로 노출된 전하 저장층(25)을 식각한다.Subsequently, as shown in FIG. 3D, the charge storage layer 25 is etched such that the charge storage layer 25 remains only on the inner wall of the recess 23 (see FIG. 3A). For example, the entire surface etching process is performed without a mask to etch the charge storage layer 25 exposed on the substrate 20.

이어서, 도 3e 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 별도의 마스크 패턴을 이용한 식각공정을 통해 리세스(23, 도 3a 참조)의 내벽을 둘러싸면서 하나로 연결되어 있던 전하 저장층(25, 도 3d 참조)을 전기적으로 분리시킨다. 예컨대, 활성 영역과 소자분리 영역 간의 경계면에 형성된 전하 저장층(25)을 식각한다. 이로써, 활성 영역의 리세스(23)의 내측벽부에는 서로 전기적으로 분리되어 스페이서 형태를 갖는 제1 및 제2 전하 저장층(25A, 25B)이 형성된다. 3E and 4B, through the etching process using a separate mask pattern, the charge storage layers 25 and 3D that are connected together are surrounded by the inner wall of the recess 23 (see FIG. 3A). ) Is electrically isolated. For example, the charge storage layer 25 formed on the interface between the active region and the isolation region is etched. As a result, first and second charge storage layers 25A and 25B are formed in the inner wall of the recess 23 of the active region to be electrically separated from each other.

이어서, 핀 마스크(미도시)를 이용한 식각공정을 실시하여 새들형 핀(20A)을 형성한다. 예컨대, 소자분리막(21)을 리세스(23)보다 깊게 식각하여 새들형 핀(20A)을 형성한다. 이러한 새들형 핀(20A)을 형성하기 위한 식각공정은 소자분리막(21)과 실리콘 기판(20) 간의 높은 선택비를 갖는 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.Subsequently, an etching process using a fin mask (not shown) is performed to form the saddle-shaped fin 20A. For example, the device isolation layer 21 is etched deeper than the recess 23 to form the saddle-shaped fin 20A. The etching process for forming the saddle-shaped fin 20A is preferably performed under conditions having a high selectivity between the device isolation layer 21 and the silicon substrate 20.

이어서, 도 3f 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 새들형 핀(20A)이 형성된 전체 구조 상부면의 단차를 따라 상부 유전체막(28)을 형성한다. 상부 유전체막(28)은 산화막 또는 고유전율(high-k dielectric)의 유전체막을 증착하여 형성한다. 여기서, 고유전율의 절연막이란 실리콘 산화막(SiO2)보다 유전율이 높은 유전체막을 말하는 것이다. 참고로, SiO2의 유전율은 3.9이다. 3F and 4C, the upper dielectric film 28 is formed along the step of the top surface of the entire structure in which the saddle-shaped fins 20A are formed. The upper dielectric film 28 is formed by depositing an oxide film or a high-k dielectric film. Here, the high dielectric constant insulating film refers to a dielectric film having a higher dielectric constant than the silicon oxide film (SiO 2 ). For reference, the dielectric constant of SiO 2 is 3.9.

이어서, 상부 유전체막(28) 상에 게이트 전극(29)을 형성한다. 이때, 게이트 전극(29)은 기판(20) 상부로 돌출되도록 형성한다.Subsequently, a gate electrode 29 is formed on the upper dielectric film 28. In this case, the gate electrode 29 is formed to protrude above the substrate 20.

본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 특히, 본 발명의 실시 예에서는 새들형 구조를 갖는 소노스 소자를 일례로 설명하였으나, 본 발명은 소노스 형태를 갖는 모든 비휘발성 메모리 소자에 적용될 수 있다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described implementation is for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention. In particular, the embodiment of the present invention has been described as an example of a sonos device having a saddle structure, the present invention can be applied to all non-volatile memory devices having a sonos form.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 서로 독립적으로 분리되어 리세스 내에 스페이서 형태로 형성된 2개의 전하 저장층이 하나의 게이트 전극을 서로 공유하는, 즉 2개의 셀이 하나의 게이트 전극을 서로 공유하는 구조를 갖게 되므로, 1개의 셀을 구현할 수 있는 면적 내에서 2개의 셀을 구현할 수 있게 된다. 따라서, 소노스 소자의 집적도를 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, two charge storage layers, which are separated from each other and formed in a spacer form in a recess, share one gate electrode with each other, that is, two cells share one gate electrode with each other. Since it has a structure that is, it is possible to implement two cells in the area that can implement one cell. Therefore, the degree of integration of the sonos element can be improved.

또한, 본 발명에 의하면, 소노스 소자 형성시 형성되는 리세스의 깊이를 조절하여 리세스의 내측벽부에 형성되는 전하 저장층의 높이를 자유롭게 조절할 수 있다. 따라서, 필요에 따라 적절하게 전하 저장층 내에 저장되는 전하량을 변경할 수 있다.In addition, according to the present invention, the height of the charge storage layer formed on the inner wall of the recess may be freely adjusted by adjusting the depth of the recess formed when the sonos element is formed. Therefore, the amount of charge stored in the charge storage layer can be appropriately changed as necessary.

Claims (12)

리세스 및 상기 리세스 하부에 형성된 새들형 핀을 구비하는 기판;A substrate having a recess and a saddle pin formed under the recess; 상기 리세스를 포함하여 노출된 활성 영역의 상기 기판 표면 단차를 따라 형성된 하부 유전체막;A lower dielectric layer formed along the substrate surface step of the exposed active region including the recess; 상기 리세스 내에서 서로 전기적으로 분리되도록 상기 리세스의 내측벽부에 각각 형성된 제1 및 제2 전하 저장층;First and second charge storage layers respectively formed on inner wall portions of the recesses to be electrically separated from each other in the recesses; 상기 제1 및 제2 전하 저장층이 형성된 상기 리세스 내부의 표면 단차를 따라 형성된 상부 유전체막; 및An upper dielectric layer formed along a surface step inside the recess in which the first and second charge storage layers are formed; And 상기 리세스가 매립되도록 상기 상부 유전체막 상에 형성된 게이트 전극A gate electrode formed on the upper dielectric layer to fill the recess 을 구비하는 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자.Nonvolatile memory device having a sono structure having a. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2 전하 저장층은 스페이서 형태를 갖는 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자.And the first and second charge storage layers have a spacer shape. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2 전하 저장층은 질화막으로 이루어진 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자.The first and second charge storage layer is a non-volatile memory device having a sono structure consisting of a nitride film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상부 유전체막은 산화막 또는 적어도 SiO2보다 높은 유전율을 갖는 고유전막으로 이루어진 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자.And the upper dielectric layer is formed of an oxide film or a high dielectric film having a dielectric constant higher than at least SiO 2 . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하부 유전체막은 산화막으로 이루어진 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자.The lower dielectric layer is a nonvolatile memory device having a sono structure made of an oxide film. 활성 영역과 소자분리 영역을 구비하고, 상기 활성 영역에 리세스가 형성된 기판을 제공하는 단계;Providing a substrate having an active region and an isolation region, wherein the substrate is recessed; 상기 리세스를 포함한 활성 영역의 상기 기판 상부면 단차를 따라 하부 유전체막을 형성하는 단계;Forming a lower dielectric film along the step top surface of the substrate in the active region including the recess; 상기 하부 유전체막이 형성된 상기 리세스 내에서 서로 전기적으로 분리되도록 상기 리세스 내측벽부에 서로 이격된 제1 및 제2 전하 저장층을 형성하는 단계;Forming first and second charge storage layers spaced apart from each other so as to be electrically separated from each other in the recess in which the lower dielectric layer is formed; 상기 소자분리 영역에 형성된 소자분리막을 식각하여 상기 활성 영역의 상기 리세스 저부에 새들형 핀을 형성하는 단계;Etching a device isolation layer formed in the device isolation region to form a saddle fin at the bottom of the recess of the active region; 상기 제1 및 제2 전하 저장층이 형성된 상기 기판 전면의 상부면 단차를 따라 상부 유전체막을 형성하는 단계; 및Forming an upper dielectric film along a step surface of an upper surface of the front surface of the substrate on which the first and second charge storage layers are formed; And 상기 리세스가 매립되도록 상기 상부 유전체막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계Forming a gate electrode on the upper dielectric layer to fill the recess 를 포함하는 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조방법.Method of manufacturing a nonvolatile memory device having a sono structure comprising a. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 서로 분리된 상기 제1 및 제2 전하 저장층을 형성하는 단계는,Forming the first and second charge storage layers separated from each other, 상기 하부 유전체막을 포함한 상기 기판 전면의 상부면 단차를 따라 전하 저장층을 증착하는 단계;Depositing a charge storage layer along an upper surface step of the front surface of the substrate including the lower dielectric layer; 상기 전하 저장층이 상기 리세스의 내벽부를 둘러싸도록 상기 기판 상부로 노출된 상기 전하 저장층을 식각하는 단계; 및Etching the charge storage layer exposed over the substrate such that the charge storage layer surrounds an inner wall portion of the recess; And 상기 활성 영역에 대응되는 상기 리세스의 내측벽부에만 서로 분리된 상기 제1 및 제2 전하 저장층이 잔류하도록 소자분리 영역과 상기 활성 영역 간의 경계면에 형성된 상기 전하 저장층을 식각하는 단계Etching the charge storage layer formed at an interface between the device isolation region and the active region so that the first and second charge storage layers separated from each other remain only in the inner wall portion of the recess corresponding to the active region. 를 포함하여 이루어지는 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조방법.Method of manufacturing a nonvolatile memory device having a sono structure comprising a. 삭제delete 제 7 항 또는 제 8항에 있어서, The method according to claim 7 or 8, 상기 제1 및 제2 전하 저장층은 질화막으로 형성하는 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조방법.And the first and second charge storage layers are formed of a nitride film. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 상부 유전체막은 산화막 또는 적어도 SiO2보다 높은 유전율을 갖는 고유전막으로 형성하는 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조방법.And the upper dielectric film is formed of an oxide film or a high dielectric film having a dielectric constant of at least higher than SiO 2 . 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 하부 유전체막은 산화막으로 형성하는 소노스 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조방법.And the lower dielectric layer is formed of an oxide film.
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