KR100926688B1 - Large capacity nonvolatile memory and its manufacturing method - Google Patents

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김태환
곽계달
이정우
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한양대학교 산학협력단
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    • H01L21/76224Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials

Abstract

하나의 셀 트랜지스터에 복수의 비트를 저장할 수 있는 비휘발성 메모리 소자 및 이의 제조방법이 개시된다. 셀 트랜지스터는 서로 독립적으로 배치되는 4개의 질화막을 가진다. 각각의 질화막에는 독립적인 프로그램 동작이 이루어질 수 있다. 이를 위해 하나의 셀 트랜지스터에는 절연층에 의해 서로 분리된 2개의 게이트 구조물들이 구비된다. 각각의 게이트 구조물에는 층간 절연막에 의해 분리되고, 쌍으로 구비되는 질화막들이 구비된다. 질화막에 대한 프로그램 동작시, 전하는 질화막의 계면에 트랩된다.Disclosed are a nonvolatile memory device capable of storing a plurality of bits in one cell transistor and a method of manufacturing the same. The cell transistor has four nitride films disposed independently of each other. Each nitride film may have an independent program operation. For this purpose, one cell transistor includes two gate structures separated from each other by an insulating layer. Each gate structure is provided with nitride films separated by an interlayer insulating film and provided in pairs. During a program operation for the nitride film, charge is trapped at the interface of the nitride film.

플래시 메모리, SONOS, ONO, 전하트랩 Flash Memory, SONOS, ONO, Charge Trap

Description

대용량 비휘발성 메모리 및 이의 제조방법{High Density Nonvolatile Memory and Method of manufacturing the same}High Density Nonvolatile Memory and Method of manufacturing the same

본 발명은 비휘발성 메모리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 셀에 4비트를 저장할 수 있는 비휘발성 메모리의 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile memory, and more particularly, to a structure of a nonvolatile memory capable of storing 4 bits in one cell and a method of manufacturing the same.

비휘발성 메모리는 전원의 공급이 차단되더라도 저장된 정보를 보존할 수 있는 소자이다. 특히, 플래시 메모리는 비휘발성 메모리 중에서 대표적인 소자로서, 높은 집적도와 우수한 데이터 보존성을 가진다.Non-volatile memory is a device that can preserve stored information even when power supply is interrupted. In particular, flash memory is a representative device of nonvolatile memory, and has high integration and excellent data retention.

플래시 메모리가 가지는 동작 양상은 프로그램 동작 및 소거 동작으로 이루어진다. 프로그램 동작은 전하를 플로팅 게이트 또는 질화막의 계면에 트랩시키는 동작이다. 반면, 소거 동작은 트랩된 전하를 하부의 기판으로 전달시키는 동작이다. 이러한, 프로그램 동작 및 소거 동작에 의해 셀 트랜지스터의 문턱전압은 변경된다. 문턱전압의 변경에 의해 정보의 저장동작이 일어난다.The operation aspect of the flash memory includes a program operation and an erase operation. The program operation is an operation of trapping charge at an interface of a floating gate or a nitride film. On the other hand, the erase operation is an operation for transferring the trapped charge to the lower substrate. The threshold voltage of the cell transistor is changed by the program operation and the erase operation. The storage operation of the information occurs by changing the threshold voltage.

상술한 플래시 메모리의 동작을 달성하기 위해 게이트 구조물은 도전체의 플로팅 게이트를 사용하거나, 계면에 전하를 트랩할 수 있는 질화막을 사용한다. 질화막을 사용하는 구조물은 ONO(Oxide/Nitride/Oxide)로 지칭된다. 이러한 구조들에 서 통상의 셀 트랜지스터는 1비트의 데이터를 저장할 수 있다.In order to achieve the operation of the above-described flash memory, the gate structure uses a floating gate of a conductor or a nitride film capable of trapping charges at an interface. Structures using nitride films are referred to as ONO (Oxide / Nitride / Oxide). In such structures, a typical cell transistor can store one bit of data.

그러나, 최근에는 하나의 셀 트랜지스터에 복수개의 비트를 저장하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 예컨대, 대한민국특허 제442090호에서는 분할된 게이트 구조를 가지는 플래시 메모리의 구조 및 그 제조방법이 개시된다. 상기 특허는 하나의 엑티브 영역에 한쌍의 절연된 게이트들을 구비하는 기술을 주요사항으로 하고 있다. 이러한 구성은 통해 프로그램 전압을 떨어뜨리거나 프로그램 효율을 극대화시키는 효과를 추구한다. 그러나, 상술한 구성을 통해서도, 하나의 셀 트랜지스터가 2비트의 정보를 저장하는 내용에 대해서는 개시되지 아니하며, 셀 트랜지스터는 기판으로부터 소정 깊이에 정의된 셀 트렌치 영역에 형성된다. 셀 트렌치 영역에 셀 트랜지스터가 형성되는 경우, 제조 공정이 용이하지 않은 문제점이 있다. 또한, 다수의 정보를 하나의 셀 트랜지스터에 저장하는 기술에 대해서는 구체적인 언급이 없는 실정이다.Recently, however, attempts have been made to store a plurality of bits in one cell transistor. For example, Korean Patent No. 442090 discloses a structure of a flash memory having a divided gate structure and a method of manufacturing the same. The patent focuses on the technology of having a pair of insulated gates in one active region. This configuration seeks to reduce the program voltage or maximize the program efficiency. However, even through the above-described configuration, the contents in which one cell transistor stores two bits of information are not disclosed, and the cell transistors are formed in the cell trench regions defined at a predetermined depth from the substrate. When the cell transistor is formed in the cell trench region, there is a problem that the manufacturing process is not easy. In addition, there is no specific description about a technique for storing a plurality of information in one cell transistor.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 셀 트랜지스터가 4비트의 데이터를 저장할 수 있는 비휘발성 메모리를 제공하는데 있다.A first object of the present invention for solving the above problems is to provide a nonvolatile memory capable of storing 4-bit data in a cell transistor.

또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적을 달성하기 위한 비휘발성 메모리의 제조방법을 제공하는데 있다.A second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory for achieving the first object.

상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성되고, 서로 분리된 질화막쌍들을 가지는 게이트 구조물들; 상기 게이트 구조물들 사이에 개재되어 인접한 게이트 구조물들을 전기적으로 절연시키는 절연층; 상기 기판으로부터 형성되고, 상기 게이트 구조물들의 일측면에 형성된 소스 영역; 및 상기 기판으로부터 형성되고, 상기 소스 영역에 대향하는 드레인 영역을 포함하는 비휘발성 메모리를 제공한다.The present invention for achieving the first object, a substrate; Gate structures formed on the substrate and having nitride film pairs separated from each other; An insulating layer interposed between the gate structures to electrically insulate adjacent gate structures; A source region formed from the substrate and formed on one side of the gate structures; And a drain region formed from the substrate and facing the source region.

상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판 상에 터널링 유전막 및 질화막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 질화막을 제2방향으로 패터닝하여 2개로 분리된 질화막들을 형성하는 단계; 상기 분리된 2개의 질화막 사이의 이격공간을 매립하여 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 층간 절연막 상부 및 상기 분리된 질화막 상부에 블로킹 유전막을 형성하는 단계; 상기 블로킹 유전막 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 전극, 블로킹 유전막, 층간 절연막, 질화막 및 터널링 유전막을 패터닝하여 게이트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 패 턴을 제1 방향으로 패터닝하고, 패터닝된 이격 공간에 절연층을 매립하여 서로 분리된 2개의 게이트 구조물들을 형성하는 단계를 포함하는 비휘발성 메모리의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method including: sequentially forming a tunneling dielectric layer and a nitride layer on a substrate; Patterning the nitride film in a second direction to form two separated nitride films; Filling the spaced space between the two nitride layers to form an interlayer insulating film; Forming a blocking dielectric layer on the interlayer insulating layer and on the separated nitride layer; Forming a gate electrode on the blocking dielectric layer; Patterning the gate electrode, the blocking dielectric film, the interlayer insulating film, the nitride film, and the tunneling dielectric film to form a gate pattern; And patterning the gate pattern in a first direction and forming two gate structures separated from each other by embedding an insulating layer in the patterned spaced space.

본 발명에 따를 경우, 비휘발성 메모리의 저장단위인 셀 트랜지스터는 4비트의 정보를 저장할 수 있다. 즉, 셀 트랜지스터에 구비되는 4개의 독립적이고 분리된 질화막들에 의해 각각의 질화막에 대한 독립적인 프로그램 동작이 가능해진다. 따라서, 동일한 칩의 면적에 비해 많은 정보를 저장할 수 있으며, 대용량의 비휘발성 메모리 소자를 구현할 수 있다.According to the present invention, the cell transistor, which is a storage unit of the nonvolatile memory, may store 4 bits of information. That is, four independent and separated nitride films provided in the cell transistor enable independent program operation for each nitride film. Therefore, much information can be stored compared to the area of the same chip, and a large capacity nonvolatile memory device can be implemented.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "상부" 있다거나 "하부" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 형성되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "top" or "bottom" of another component, it should be understood that other components may be present in between, although they may be formed directly on the other component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하 지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

실시예Example

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 메모리를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a nonvolatile memory according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(100)에는 소스 영역(110), 드레인 영역(115)이 정의되고, 소스 영역(110)과 드레인 영역(115) 사이에는 채널 영역이 정의 된다. 또한, 채널 영역의 상부에는 제1 게이트 구조물(101) 및 제2 게이트 구조물(103)이 구비 된다. 또한, 제1 게이트 구조물(101)과 제2 게이트 구조물(103) 사이에는 절연층(170)이 개재된다.Referring to FIG. 1, a source region 110 and a drain region 115 are defined in the substrate 100, and a channel region is defined between the source region 110 and the drain region 115. In addition, the first gate structure 101 and the second gate structure 103 are provided on the channel region. In addition, an insulating layer 170 is interposed between the first gate structure 101 and the second gate structure 103.

즉, 소스 영역(110)과 드레인 영역(115)은 제1 방향에 걸쳐 서로 이격되며, 이격 공간은 채널 영역으로 정의된다. 또한, 절연층(170)은 제1 방향을 따라 신장되며, 제2 방향으로는 제1 게이트 구조물(101)과 제2 게이트 구조물(103)을 분리하는 양상으로 구비된다. 상기 제1 방향과 제2 방향은 서로 수직한 특성을 가진다.That is, the source region 110 and the drain region 115 are spaced apart from each other in the first direction, and the separation space is defined as a channel region. In addition, the insulating layer 170 extends in a first direction, and is provided in a manner of separating the first gate structure 101 and the second gate structure 103 in a second direction. The first and second directions are perpendicular to each other.

각각의 게이트 구조물(101, 103)은 터널링 유전막(120), 질화막(130), 층간 절연막(140), 블로킹 유전막(150) 및 게이트 전극(160)으로 구성된다. 상기 질화막(130)은 하나의 게이트 구조물(101, 103)에서 서로 분리된 상태로 쌍으로 구비된다. 또한, 질화막들(130) 사이의 이격공간은 층간 절연막(140)이 구비된다.Each gate structure 101 and 103 includes a tunneling dielectric layer 120, a nitride layer 130, an interlayer insulating layer 140, a blocking dielectric layer 150, and a gate electrode 160. The nitride layers 130 are provided in pairs separated from each other in one gate structure 101 or 103. In addition, the interlayer insulating layer 140 is provided in the spaced space between the nitride layers 130.

먼저, 채널 영역 상부에는 터널링 유전막(120)이 구비된다. 상기 터널링 유전막(120)은 실리콘 산화물로 구성됨이 바람직하다. 특히, 상기 터널링 유전막(120)은 열산화 공정을 이용하여 형성된다. 이외에도 터널링 유전막(120)은 원자층 증착 또는 화학 기상 증착에 의해 형성될 수도 있다. 상술한 터널링 유전막(120)은 절연층(170)에 의해 분리된다. 즉, 터널링 유전막(120)은 제1 게이트 구조물(101)과 제2 게이트 구조물(103)에서 별도로 분리된 상태로 구비된다.First, the tunneling dielectric layer 120 is provided on the channel region. The tunneling dielectric layer 120 is preferably made of silicon oxide. In particular, the tunneling dielectric layer 120 is formed using a thermal oxidation process. In addition, the tunneling dielectric layer 120 may be formed by atomic layer deposition or chemical vapor deposition. The tunneling dielectric layer 120 described above is separated by the insulating layer 170. That is, the tunneling dielectric layer 120 is provided separately from the first gate structure 101 and the second gate structure 103.

터널링 유전막(120) 상부에는 질화막(130)이 구비된다. 상기 질화막(130)은 하나의 게이트 구조물(101, 103)에서 쌍으로 구비되며, 한쌍의 질화막들(130)은 층간 절연막(140)을 통해 서로 분리된다. 예컨대, 제1 게이트 구조물(101)에 구비되는 한쌍의 질화막들(130)은 층간 절연막(140)에 의해 분리된 상태로 구비된다. 또 한, 제1 게이트 구조물(101)의 질화막들(130)과 제2 게이트 구조물(103)의 질화막들은 절연층(170)에 의해 분리된 상태로 구비된다.The nitride layer 130 is provided on the tunneling dielectric layer 120. The nitride films 130 are provided in pairs in one gate structure 101 and 103, and the pair of nitride films 130 are separated from each other through the interlayer insulating layer 140. For example, the pair of nitride films 130 provided in the first gate structure 101 are provided in a state separated by the interlayer insulating layer 140. In addition, the nitride films 130 of the first gate structure 101 and the nitride films of the second gate structure 103 are provided in a separated state by the insulating layer 170.

따라서, 하나의 비휘발성 메모리 소자인 셀 트랜지스터는 4개의 분리된 질화막들을 구비한다.Thus, the cell transistor, which is one nonvolatile memory device, has four separate nitride films.

질화막(130) 및 층간 절연막(140) 상부에는 블로킹 유전막(150)이 구비된다. 블로킹 유전막(150)은 실리콘 산화물 또는 금속 산화물로 구성된다. 특히, 상기 블로킹 유전막(150)이 금속 산화물로 구성되는 경우, 금속 산화물로는 고유전율을 가지는 하프늄 산화물, 티타늄 산화물, 이트륨 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈륨 산화물 및 지르코늄 산화물로 구성된 그룹에서 선택될 수 있으며, 이들 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나에 질소 또는 실리콘의 첨가물일 수 있으며, 이들의 복합막일 수도 있다.A blocking dielectric layer 150 is provided on the nitride layer 130 and the interlayer insulating layer 140. The blocking dielectric layer 150 is made of silicon oxide or metal oxide. In particular, when the blocking dielectric layer 150 is formed of a metal oxide, the metal oxide may be selected from the group consisting of hafnium oxide, titanium oxide, yttrium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and zirconium oxide having a high dielectric constant. At least one selected from these groups may be an additive of nitrogen or silicon, or a composite film thereof.

상술한 블로킹 유전막(150)은 게이트 구조물(101, 103)마다 독립된 상태로 구비된다. 즉, 블로킹 유전막(150)은 절연층(170)에 의해 분리된 상태로 구비된다.The blocking dielectric layer 150 is provided in an independent state for each of the gate structures 101 and 103. That is, the blocking dielectric layer 150 is provided in a state separated by the insulating layer 170.

블로킹 유전막(150) 상부에는 게이트 전극(160)이 구비된다. 게이트 전극(160)은 다결정 실리콘, 금속, 도전성 금속질화물 또는 도전성 산화물이 사용될 수 있다. 게이트 전극(160)은 워드라인(미도시)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 게이트 전극(160)은 절연층(170)에 의해 각각이 분리된다. 즉, 게이트 전극(160)은 게이트 구조물마다 별도로 구비된다. 또한, 하나의 게이트 전극(160)에는 하나의 워드 라인이 연결된다. 즉, 하나의 셀 트랜지스터에는 2개의 워드 라인이 연결되고, 각각의 워드라인은 2개의 게이트 전극(160)에 각각 연결된다.The gate electrode 160 is provided on the blocking dielectric layer 150. The gate electrode 160 may be made of polycrystalline silicon, metal, conductive metal nitride, or conductive oxide. The gate electrode 160 is electrically connected to a word line (not shown). In addition, the gate electrode 160 is separated from each other by the insulating layer 170. That is, the gate electrode 160 is provided separately for each gate structure. In addition, one word line is connected to one gate electrode 160. That is, two word lines are connected to one cell transistor, and each word line is connected to two gate electrodes 160, respectively.

절연층(170)은 2개의 게이트 구조물(101, 103)을 전기적으로 분리한다. 절연층(170)을 구성하는 물질은 2개의 게이트 구조물들(101, 103)을 전기적으로 차단할 수 있는 물질이라면 어느 것이나 가능하다.The insulating layer 170 electrically separates the two gate structures 101 and 103. The material constituting the insulating layer 170 may be any material that can electrically block the two gate structures 101 and 103.

상술한 비휘발성 메모리는 하나의 셀 트랜지스터에 4개의 질화막들(130)이 구비된다. 각각의 질화막들(130)에는 독립적으로 프로그램 동작이 가능해진다.In the nonvolatile memory described above, four nitride layers 130 are provided in one cell transistor. Each nitride film 130 can be programmed independently.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 4개의 질화막들에 대한 독립적인 프로그램 동작을 설명하기 위한 단면도들이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating independent program operations for four nitride films, according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2a 및 도 2b는 상기 도 1에 도시된 셀 트랜지스터를 제1 방향에 따라 절단한 것이다.2A and 2B illustrate the cell transistor illustrated in FIG. 1 cut along the first direction.

먼저, 도 2a를 참조하면, 게이트 전극(160)에 프로그램 전압을 인가하고, 소스 영역(110) 및 드레인 영역(115)에 소정의 바이어스를 인가한다. First, referring to FIG. 2A, a program voltage is applied to the gate electrode 160, and a predetermined bias is applied to the source region 110 and the drain region 115.

예컨대, 게이트 전극(160)에 인가되는 프로그램 전압은 9V이며, 소스 영역(110)에 인가되는 바이어스 전압은 7V이며, 드레인 영역(115)에 인가되는 바이어스 전압은 0V로 설정한다. 드레인 영역(115)의 전자는 소스 영역(110)에 인가된 바이어스 전압에 의해 채널영역을 가로질러 이동하며, 프로그램 전압에 의해 터널링 유전막(120)을 관통하여 제1 질화막(130a)의 계면에 트랩된다. For example, the program voltage applied to the gate electrode 160 is 9V, the bias voltage applied to the source region 110 is 7V, and the bias voltage applied to the drain region 115 is set to 0V. The electrons in the drain region 115 move across the channel region by the bias voltage applied to the source region 110, and pass through the tunneling dielectric layer 120 by the program voltage and trap at the interface of the first nitride layer 130a. do.

또한, 도 2b를 참조하면, 게이트 전극(160)에 인가되는 프로그램 전압은 9V이며, 소스 영역(110)에 인가되는 바이어스 전압은 0V이며, 드레인 영역(115)에 인가되는 바이어스 전압은 7V로 설정한다. 소스 영역(110)의 전자는 드레인 영역(115)에 인가된 바이어스에 의해 채널 영역을 가로질러 이동한다. 또한, 게이트 전극(160)에 인가되는 프로그램 전압에 의해 드레인 영역(115) 근처에서 터널링 유전막(120)을 관통하여 제2 질화막(130b)의 계면에 트랩된다.2B, the program voltage applied to the gate electrode 160 is 9V, the bias voltage applied to the source region 110 is 0V, and the bias voltage applied to the drain region 115 is set to 7V. do. Electrons in the source region 110 move across the channel region by a bias applied to the drain region 115. In addition, the program voltage applied to the gate electrode 160 penetrates through the tunneling dielectric film 120 near the drain region 115 and is trapped at the interface of the second nitride film 130b.

상술한 프로그램 동작은 상기 도 1의 2개의 게이트 구조물들(101, 103)에 대해 독립적으로 수행될 수 있다. 즉, 각각의 게이트 구조물(101, 103)에 구비된 게이트 전극(160)에 워드 라인을 전기적으로 연결하여 워드 라인에 공급되는 프로그램 전압에 따라 쌍으로 구비되는 질화막들(130a, 130b)에 대한 독립적인 프로그램 동작을 수행할 수 있다.The aforementioned program operation may be independently performed on the two gate structures 101 and 103 of FIG. 1. That is, the word lines are electrically connected to the gate electrodes 160 provided in the gate structures 101 and 103, respectively, so as to be independent of the nitride films 130a and 130b provided in pairs according to a program voltage supplied to the word lines. In program operation can be performed.

또한, 프로그램 전압의 레벨 및 바이어스의 레벨은 셀 트랜지스터를 구성하는 요소들의 두께, 재질, 주입된 이온의 농도 등에 의해 다양하게 변경될 수 있음은 당업자에게는 자명한 사항이라 할 것이다.In addition, it will be apparent to those skilled in the art that the level of the program voltage and the level of the bias may be variously changed by the thickness, material, concentration of implanted ions, etc. of the elements constituting the cell transistor.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 1에 도시된 비휘발성 메모리를 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.3A to 3E are perspective views illustrating a method of manufacturing the nonvolatile memory shown in FIG. 1 according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 기판(100) 상에 터널링 유전막(120) 및 질화막(130)을 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 3A, the tunneling dielectric layer 120 and the nitride layer 130 are sequentially formed on the substrate 100.

상기 기판(100) 상에 형성되는 터널링 유전막(120)은 화학적 기상 증착, 원자층 증착 또는 열산화 공정을 이용하여 형성하되, 열산화 공정을 이용하여 형성함이 바람직하다. 즉, 챔버 내에 기판(100)을 장입하고 수소와 산소를 공급하여 실리콘을 산화시킨다. 따라서, 열산화 공정에 의해 터널링 유전막(120)을 형성하는 경우, 터널링 유전막(120)은 실리콘 산화물로 구성된다.The tunneling dielectric layer 120 formed on the substrate 100 may be formed using chemical vapor deposition, atomic layer deposition, or thermal oxidation, but preferably, thermal oxidation. That is, silicon is oxidized by charging the substrate 100 into the chamber and supplying hydrogen and oxygen. Therefore, when the tunneling dielectric layer 120 is formed by the thermal oxidation process, the tunneling dielectric layer 120 is made of silicon oxide.

이어서, 터널링 유전막(120) 상부에 질화막(130)을 형성한다. 상기 질화 막(130)은 실리콘 질화물로 구성됨이 바람직하다.Subsequently, a nitride film 130 is formed on the tunneling dielectric layer 120. The nitride film 130 is preferably made of silicon nitride.

도 3b를 참조하면, 질화막(130) 상부에 포토레지스트를 도포하고, 통상의 포토리소그래피 공정을 이용하여 제2 방향으로 신장된 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 형성된 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 식각 공정을 수행한다. 식각은 질화막(130) 하부의 터널링 유전막(120)이 노출되도록 진행된다. 따라서, 식각 공정에 의해 제2 방향으로 신장되고, 서로 분리된 질화막들(130)을 얻을 수 있다.Referring to FIG. 3B, a photoresist is coated on the nitride film 130, and a photoresist pattern extended in the second direction is formed using a conventional photolithography process. Subsequently, an etching process is performed using the formed photoresist pattern as an etching mask. Etching is performed such that the tunneling dielectric layer 120 under the nitride layer 130 is exposed. Accordingly, the nitride layers 130 extended in the second direction and separated from each other may be obtained by the etching process.

도 3c를 참조하면, 질화막(130) 사이의 이격공간을 매립하는 층간 절연막(140)을 형성하고, 층간 절연막(140) 및 질화막(130) 상부에 블로킹 유전막(150)을 형성한다. 계속해서 블로킹 유전막(150) 상부에 게이트 전극(160)을 형성한다.Referring to FIG. 3C, an interlayer insulating layer 140 filling a space between the nitride layers 130 is formed, and a blocking dielectric layer 150 is formed on the interlayer insulating layer 140 and the nitride layer 130. Subsequently, the gate electrode 160 is formed on the blocking dielectric layer 150.

상기 층간 절연막(140)은 블로킹 유전막(150)과 동일 물질로 구성될 수 있다. 따라서, 층간 절연막(140)과 블로킹 유전막(150)은 동일 공정으로 진행되어 실질적으로 동시에 형성될 수 있다.The interlayer insulating layer 140 may be formed of the same material as the blocking dielectric layer 150. Therefore, the interlayer insulating layer 140 and the blocking dielectric layer 150 may be processed in the same process and formed at substantially the same time.

도 3d를 참조하면, 상기 도 3c에 도시된 기판(100) 상의 구조물에 대해 식각 공정을 수행하여 게이트 패턴(105)을 형성하고, 게이트 패턴(105)을 마스크로 하여 이온 주입 공정을 수행한다. 따라서, 게이트 패턴(105) 양측면의 기판 영역에는 소스 영역(110) 및 드레인 영역(115)이 형성된다.Referring to FIG. 3D, the gate pattern 105 is formed by performing an etching process on the structure on the substrate 100 illustrated in FIG. 3C, and an ion implantation process is performed using the gate pattern 105 as a mask. Therefore, the source region 110 and the drain region 115 are formed in the substrate regions on both sides of the gate pattern 105.

상기 도 3d에서는 게이트 패턴(105)을 형성한 이후에 게이트 패턴(105)의 측면에 측벽 스페이서(미도시)를 형성할 수도 있다.In FIG. 3D, after forming the gate pattern 105, sidewall spacers (not shown) may be formed on side surfaces of the gate pattern 105.

도 3e를 참조하면, 게이트 패턴의 상부에 포토레지스트를 도포하고, 통상의 포토리소그래피 공정을 이용하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 또한, 형성된 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 게이트 패턴에 대한 식각을 수행한다. 식각에 의해 형성된 개구부에 의해 게이트 패턴은 2개의 게이트 구조물(101, 103)로 분리된다. 또한, 상기 식각은 게이트 패턴을 가로질러 기판(100)의 표면이 노출되도록 진행된다.Referring to FIG. 3E, a photoresist is applied on the gate pattern, and a photoresist pattern is formed using a conventional photolithography process. In addition, the gate pattern is etched using the formed photoresist pattern as an etching mask. The gate pattern is separated into two gate structures 101 and 103 by an opening formed by etching. In addition, the etching proceeds to expose the surface of the substrate 100 across the gate pattern.

이어서, 기판(100)의 표면이 노출된 개구부에 절연층(170)을 매립한다. 상기 절연층(170)은 전기적 절연특성을 가진 물질이라면 어느 것이나 적용가능하다. 또한, 상기 절연층(170)은 제1 방향을 따라서 형성된다.Subsequently, the insulating layer 170 is buried in the opening where the surface of the substrate 100 is exposed. The insulating layer 170 may be applied to any material having an electrical insulating property. In addition, the insulating layer 170 is formed along the first direction.

상술한 과정을 통해 하나의 셀 트랜지스터는 서로 독립적으로 전하를 트랩할 수 있는 4개의 질화막(130)을 형성할 수 있다.Through the above-described process, one cell transistor may form four nitride layers 130 that may trap charges independently of each other.

따라서, 비휘발성 메모리의 하나의 셀 트랜지스터에는 4비트의 데이터를 저장할 수 있다. 즉, 독립적으로 구성된 4개의 질화막에 대한 프로그램 동작을 수행하여 하나의 셀 트랜지스터는 4개의 상태를 구현할 수 있으며, 이를 통하여 하나의 셀 트랜지스터는 4비트를 저장할 수 있게 된다.Accordingly, 4-bit data can be stored in one cell transistor of the nonvolatile memory. That is, one cell transistor can implement four states by performing a program operation on four independently formed nitride films, thereby allowing one cell transistor to store four bits.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 메모리를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a nonvolatile memory according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 4개의 질화막들에 대한 독립적인 프로그램 동작을 설명하기 위한 단면도들이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating independent program operations for four nitride films, according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 1에 도시된 비휘발성 메모리를 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.3A to 3E are perspective views illustrating a method of manufacturing the nonvolatile memory shown in FIG. 1 according to a preferred embodiment of the present invention.

Claims (9)

기판;Board; 상기 기판 상에 형성되고, 서로 분리된 질화막쌍들을 가지는 게이트 구조물들;Gate structures formed on the substrate and having nitride film pairs separated from each other; 제1방향으로 신장되고, 상기 기판으로부터 형성되어 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 2개의 게이트 구조물들을 전기적으로 절연시키는 절연층;An insulating layer extending in a first direction, the insulating layer being formed from the substrate to electrically insulate the two gate structures in a second direction perpendicular to the first direction; 상기 기판으로부터 형성되고, 상기 게이트 구조물들의 일측면에 형성된 소스 영역; 및A source region formed from the substrate and formed on one side of the gate structures; And 상기 기판으로부터 형성되고, 상기 소스 영역에 대향하는 드레인 영역을 포함하는 비휘발성 메모리.And a drain region formed from said substrate and opposing said source region. 제1항에 있어서, 상기 게이트 구조물은,The method of claim 1, wherein the gate structure, 상기 기판 상에 형성된 터널링 유전막;A tunneling dielectric layer formed on the substrate; 상기 터널링 유전막 상에 형성된 상기 질화막쌍;The nitride layer pair formed on the tunneling dielectric layer; 상기 질화막쌍 사이의 이격공간에 매립된 층간 절연막;An interlayer insulating layer buried in the spaced space between the nitride film pairs; 상기 층간 절연막 상부 및 질화막쌍 상에 형성된 블로킹 유전막; 및A blocking dielectric film formed over the interlayer insulating film and on the nitride film pair; And 상기 블로킹 유전막 상에 형성된 게이트 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리.And a gate electrode formed on the blocking dielectric layer. 제2항에 있어서, 상기 층간 절연막은 상기 질화막쌍의 각각의 질화막을 서로 분리시키는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리.The non-volatile memory according to claim 2, wherein the interlayer insulating film separates the nitride films of the nitride film pairs from each other. 제2항에 있어서, 상기 터널링 유전막은 실리콘 산화물로 구성되고, 프로그램 동작시 전하가 상기 질화막의 계면에 트랩되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리.3. The nonvolatile memory as claimed in claim 2, wherein the tunneling dielectric film is made of silicon oxide, and charges are trapped at an interface of the nitride film during a program operation. 제4항에 있어서, 상기 질화막쌍은 프로그램 동작시, 개별적으로 각각의 상기 게이트 전극에 프로그램 전압을 인가하여 서로 독립적으로 전하를 트랩하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리.The nonvolatile memory as claimed in claim 4, wherein the nitride film pairs individually trap a charge by applying a program voltage to each of the gate electrodes during a program operation. 기판 상에 터널링 유전막 및 질화막을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a tunneling dielectric film and a nitride film on the substrate; 상기 질화막을 제2방향으로 패터닝하여 2개로 분리된 질화막들을 형성하는 단계;Patterning the nitride film in a second direction to form two separated nitride films; 상기 분리된 2개의 질화막 사이의 이격공간을 매립하여 층간 절연막을 형성하는 단계;Filling the spaced space between the two nitride layers to form an interlayer insulating film; 상기 층간 절연막 상부 및 상기 분리된 질화막 상부에 블로킹 유전막을 형성하는 단계;Forming a blocking dielectric layer on the interlayer insulating layer and on the separated nitride layer; 상기 블로킹 유전막 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계; 및Forming a gate electrode on the blocking dielectric layer; And 상기 게이트 전극, 블로킹 유전막, 층간 절연막, 질화막, 절연막 및 터널링 유전막을 패터닝하여 게이트 패턴을 형성하는 단계; 및Patterning the gate electrode, blocking dielectric film, interlayer insulating film, nitride film, insulating film, and tunneling dielectric film to form a gate pattern; And 상기 게이트 패턴을 제1 방향으로 패터닝하고, 패터닝된 이격 공간에 절연층을 매립하여 서로 분리된 2개의 게이트 구조물들을 형성하는 단계를 포함하는 비휘발성 메모리의 제조방법.Patterning the gate pattern in a first direction and forming two gate structures separated from each other by filling an insulating layer in the patterned separation space. 제6항에 있어서, 상기 층간 유전막을 형성하는 단계와 상기 블로킹 유전막을 형성하는 단계는 동일 공정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리의 제조방법.The method of claim 6, wherein the forming of the interlayer dielectric layer and the forming of the blocking dielectric layer are performed in the same process. 제6항에 있어서, 상기 질화막에 대한 제2 방향으로의 패터닝은 하부의 상기 터널링 유전막이 노출되도록 진행되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리의 제조방법.The method of claim 6, wherein the patterning in the second direction with respect to the nitride film is performed to expose the lower tunneling dielectric film. 제6항에 있어서, 상기 게이트 패턴의 패터닝은 기판의 표면이 노출되도록 진행되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리의 제조방법.The method of claim 6, wherein the patterning of the gate pattern is performed such that the surface of the substrate is exposed.
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