KR100953066B1 - Flash memory cell - Google Patents

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이희열
정성재
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep 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
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    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66825Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a floating gate

Abstract

본 발명은 적층 게이트 구조의 낸드(NAND)형 플래쉬 메모리 셀에 관한 것으로, 플로팅 게이트 및 콘트롤 게이트의 도핑 농도를 조절하여 프로그램 동작시 플로팅 게이트의 전위가 음전압으로 감소함에 따라 콘트롤 게이트의 하단부 또는 플로팅 게이트의 상단부에 형성되는 공핍층의 폭이 증가되도록 한다. 공핍층의 증가에 따른 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트 간의 캐패시턴스(Capacitance)의 감소에 의해 일렉트론(Electron)의 주입이 감소되고, 이에 따라 문턱전압이 일정 전압 이상으로 상승되지 않으므로 과도 프로그램(Over program)이 발생되지 않는다.
The present invention relates to a NAND type flash memory cell having a stacked gate structure, and adjusts the doping concentrations of the floating gate and the control gate to reduce the potential of the floating gate to a negative voltage during a program operation. The width of the depletion layer formed at the upper end of the gate is increased. The injection of the electron is reduced by the reduction of capacitance between the floating gate and the control gate due to the increase in the depletion layer. As a result, an over program occurs because the threshold voltage does not rise above a certain voltage. It doesn't work.

과도 프로그램, 플로팅 게이트, 커플링비, F-N 터널링, 공핍층Transient Program, Floating Gate, Coupling Ratio, F-N Tunneling, Depletion Layer

Description

플래쉬 메모리 셀 {Flash memory cell} Flash memory cell             

도 1은 일반적인 적층 게이트 구조의 플래쉬 메모리 셀의 구조도.1 is a structural diagram of a flash memory cell of a typical stacked gate structure.

도 2는 플래쉬 메모리 셀의 프로그램 동작을 설명하기 위한 그래프.2 is a graph for explaining a program operation of a flash memory cell.

도 3은 플래쉬 메모리 셀의 소거 동작시 문턱전압 변화를 도시한 그래프.3 is a graph illustrating a change in a threshold voltage during an erase operation of a flash memory cell.

도 4는 플래쉬 메모리 셀의 프로그램 동작시 문턱전압 변화를 도시한 그래프.4 is a graph illustrating a change in threshold voltage during a program operation of a flash memory cell.

도 5는 독출 동작을 설명하기 위한 메모리 셀 어레이의 회로도.5 is a circuit diagram of a memory cell array for explaining a read operation.

도 6은 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 셀을 설명하기 위한 구조도.6 is a structural diagram illustrating a flash memory cell according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 셀의 프로그램 동작을 설명하기 위한 회로도. 7 is a circuit diagram illustrating a program operation of a flash memory cell according to the present invention.

도 8은 플로팅 게이트의 전위에 따른 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트 간의 캐패시턴스의 변화를 도시한 그래프.8 is a graph showing a change in capacitance between a floating gate and a control gate according to the potential of the floating gate.

도 9는 프로그램 시간의 변화에 따른 문턱전압의 변화를 도시한 그래프. 9 is a graph showing a change in threshold voltage according to a change in program time.

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

1: 반도체 기판 2: 터널 산화막1: semiconductor substrate 2: tunnel oxide film

3: 플로팅 게이트 4: 유전체막 3: floating gate 4: dielectric film                 

5: 콘트롤 게이트 5a: 공핍층
5: control gate 5a: depletion layer

본 발명은 플래쉬 메모리 셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과도 프로그램이 방지되도록 한 적층 게이트 구조의 낸드(NAND)형 플래쉬 메모리 셀에 관한 것이다.
The present invention relates to flash memory cells, and more particularly, to a NAND type flash memory cell having a stacked gate structure in which a transient program is prevented.

일반적으로 적층 게이트 구조의 낸드(NAND)형 플래쉬 메모리 셀은 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 기판(1)의 채널영역 상부에 터널 산화막(2), 플로팅 게이트(3), 유전체막(4) 및 콘트롤 게이트(5)가 적층된 게이트와, 게이트 양측의 반도체 기판(1)에 형성된 접합영역(6)으로 이루어진다. In general, a NAND type flash memory cell having a stacked gate structure includes a tunnel oxide film 2, a floating gate 3, a dielectric film 4, and an upper portion of a channel region of a semiconductor substrate 1, as shown in FIG. 1. The gate in which the control gate 5 is stacked is formed, and the junction region 6 formed in the semiconductor substrate 1 on both sides of the gate.

이와 같이 이루어진 플래쉬 메모리 셀은 플로팅 게이트(3)와 기판(1) 간의 전위(Potential) 차이에 의해 형성되는 전기장(Electric field)에 의해 채널의 핫 일렉트론(Hot electron)이 F-N 터널링(Tunneling)에 의해 플로팅 게이트(3)로 주입됨에 따라 프로그램된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 플로팅 게이트(3)로 이용되는 하부 게이트(Bottom gate)에 일렉트론이 주입(Charge)되는 정도에 따라 문탁전압(Vt)이 변하여 논리 "1"과 "0"으로 구분된다.In the flash memory cell configured as described above, hot electrons of the channel are formed by FN tunneling by an electric field formed by a potential difference between the floating gate 3 and the substrate 1. It is programmed as it is injected into the floating gate 3. That is, as shown in FIG. 2, the suspending voltage Vt changes according to the degree of injection of electrons into the bottom gate used as the floating gate 3, and thus, the logic "1" and "0". Are distinguished.

일반적으로 도 3과 같이 메모리 셀의 문턱전압(Vt)을 감소시켜 독출(Read)시 콘트롤 게이트(5)에 인가되는 임의의 바이어스 전압에 의해 비트라인에 연결된 드레인으로 전류가 흐르는 온(ON) 상태인 논리 "1" 상태를 소거(Erase)라 규정하고, 도 4와 같이 메모리 셀의 문턱전압(Vt)을 증가시켜 전류가 흐르지 않는 오프(OFF) 상태인 논리 "0" 상태를 프로그램(Program)이라 규정하고 있다.In general, as shown in FIG. 3, the threshold voltage Vt of the memory cell is reduced, so that a current flows to the drain connected to the bit line by an arbitrary bias voltage applied to the control gate 5 when read. The logic " 1 " state is defined as erase, and the logic " 0 " state which is an OFF state in which no current flows is increased by increasing the threshold voltage Vt of the memory cell as shown in FIG. It is prescribed.

메모리 셀의 소거를 위해서는 문턱전압(Vt)을 독출시 전류가 흐를 수 있는 특정의 전압 레벨 이하로 만들면 되지만, 프로그램을 위해서는 문턱전압(Vt)을 독출시 전류가 흐를 수 없는 임의의 전압 레벨 이상으로 유지시켜야 한다. 그러나 문턱전압(Vt)이 너무 높아지면 즉, 과도 프로그램(Over program)되면 도 5와 같이 워드라인에 소정의 전압(예를 들어, 4.5V)을 인가하여도 과도 프로그램된 메모리 셀(MC3)로 인해서 전류 구동능력이 감소되거나 전류의 흐름이 발생되지 않게 된다.For erasing a memory cell, the threshold voltage Vt may be made below a specific voltage level at which current may flow when read, but for a program, the threshold voltage Vt may be above a certain voltage level at which current may not flow when read. It must be maintained. However, if the threshold voltage Vt becomes too high, that is, over programmed, the memory cell MC3 may be over programmed even if a predetermined voltage (for example, 4.5 V) is applied to the word line as shown in FIG. 5. As a result, the current driving capacity is reduced or no current flow occurs.

예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 소거된 메모리 셀의 문턱전압 분포가 -1 내지 -3V이고, 프로그램된 메모리 셀의 문턱전압 분포가 1 내지 3V인 플래쉬 메모리 소자에서, 도 5에 도시된 바와 같이 메모리 셀(MC1 및 MC3)은 프로그램되어 문턱전압이 각각 3V 및 5V로 유지되고, 메모리 셀(MC2)은 소거되어 문턱전압이 -2V로 유지된다면, 메모리 셀(MC2)에 저장된 정보를 독출하기 위해서는 메모리 셀(MC2)의 워드라인에 0V를 인가하고, 다른 메모리 셀(MC1 및 MC3)의 워드라인에 4.5V를 인가한다. 그러나 이 때 선택되지 않은 메모리 셀(MC3)의 문턱전압이 과도한 프로그램에 의해 5V 정도로 높게 유지되는 경우 워드라인에 4.5V를 인가하여도 턴온되지 않는다. 따라서 비트라인(BL)을 통해 흐르는 전류가 센싱할 수 있는 전류 레벨에 도달하지 못하므로 선택된 메모리 셀(MC2)에 저장된 정보를 독출할 수 없게 된다. 즉, 비트라인(BL)을 통한 전류의 흐름을 감지하지 못하므로 프로그램된 메모리 셀로 인식하는 오동작이 발생된다.
For example, in the flash memory device in which the threshold voltage distribution of the erased memory cell is -1 to -3V and the threshold voltage distribution of the programmed memory cell is 1 to 3V, as shown in FIGS. 3 and 4, FIG. 5. If the memory cells MC1 and MC3 are programmed to maintain threshold voltages of 3V and 5V, respectively, and the memory cells MC2 are erased to maintain the threshold voltage of -2V, the memory cells MC2 and MC3 are stored in the memory cells MC2. To read the information, 0V is applied to the word lines of the memory cells MC2 and 4.5V is applied to the word lines of the other memory cells MC1 and MC3. However, if the threshold voltage of the unselected memory cell MC3 is maintained at about 5V due to an excessive program, it is not turned on even when 4.5V is applied to the word line. Therefore, since the current flowing through the bit line BL does not reach a senseable current level, information stored in the selected memory cell MC2 cannot be read. That is, since the flow of current through the bit line BL is not sensed, a malfunction that is recognized as a programmed memory cell occurs.

따라서 본 발명은 플로팅 게이트 및 콘트롤 게이트의 도핑 농도를 조절하여 프로그램 동작시 콘트롤 게이트 또는 플로팅 게이트에 형성되는 공핍층의 폭이 증가되도록 함으로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 플래쉬 메모리 셀을 제공하는 데 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention provides a flash memory cell that can solve the above disadvantages by adjusting the doping concentration of the floating gate and the control gate to increase the width of the depletion layer formed on the control gate or the floating gate during the program operation. There is a purpose.

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상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 플래쉬 메모리 셀은 기판 상에 형성되며 터널산화막에 의해 전기적으로 분리되는 플로팅 게이트와, 상기 플로팅 게이트 상부에 형성되며 유전체막에 의해 상기 플로팅 게이트와 전기적으로 분리되는 콘트롤 게이트와, 상기 플로팅 게이트 양측부의 상기 기판에 형성된 접합영역을 포함하며, 상기 콘트롤 게이트와 상기 플로팅 게이트에 서로 다른 이온이 주입되되, 상기 콘트롤 게이트에 주입된 이온의 농도가 상기 플로팅 게이트에 주입된 이온의 농도와 동일하거나 높도록 하여, 프로그램 동작시 상기 플로팅 게이트의 전위가 음전압으로 감소함에 따라 상기 플로팅 게이트 상단부에 형성되는 공핍층의 폭이 증가되어 문턱전압이 일정 전압 이상으로 상승되지 않도록 구성된 것을 특징으로 한다. 상기 플로팅 게이트에는 P형 이온이 주입되고, 상기 콘트롤 게이트에 N형 이온이 주입되며, 상기 플로팅 게이트에 주입된 P형 이온은 1.2E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 붕소(B)이며, 상기 콘트롤 게이트에 주입된 N형 이온은 2.0E20/㎤ 이상의 인(P) 또는 2.0E20/㎤ 내지 4.0E20/㎤의 비소(As)인 것을 특징으로 한다.The flash memory cell according to the embodiment of the present invention for achieving the above object is a floating gate formed on a substrate and electrically separated by a tunnel oxide film, and formed on the floating gate and the floating gate formed by a dielectric film; And a junction region formed on the substrate on both sides of the floating gate, wherein different ions are injected into the control gate and the floating gate, and the concentration of ions injected into the control gate is increased. As the potential of the floating gate decreases to a negative voltage during a program operation, the width of the depletion layer formed at the upper end of the floating gate increases so that the threshold voltage is higher than a predetermined voltage. It is characterized in that it is configured not to be raised. P-type ions are implanted in the floating gate, N-type ions are implanted in the control gate, and P-type ions implanted in the floating gate are boron (B) of 1.2E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3, and the control The N-type ions implanted into the gate are 2.0E20 / cm 3 or more of phosphorus (P) or 2.0E20 / cm 3 to 4.0E20 / cm 3 of arsenic (As).

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플래쉬 메모리 셀은 상기 플로팅 게이트에 N형 이온이 주입되고, 상기 콘트롤 게이트에 P형 이온이 주입된 것을 특징으로 한다.Flash memory cell according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is characterized in that the N-type ions are implanted in the floating gate, P-type ions are implanted in the control gate.

상기 플로팅 게이트에 주입된 N형 이온은 1.2E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 인(P) 또는 1.0E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 비소(As)이며, 상기 콘트롤 게이트에 주입된 P형 이온은 1.2E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 붕소(B)인 것을 특징으로 한다.The N-type ions implanted into the floating gate are phosphorus (P) of 1.2E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3 or arsenic (As) of 1.0E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3, and the P-type ions implanted into the control gate Is 1.2E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3 of boron (B).

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래쉬 메모리 셀을 상세히 설명한다.Hereinafter, a flash memory cell according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 직접 바이어스 전압을 인가할 수 없는 플로팅 게이트(3)의 전위는 플로팅 게이트(3)를 둘러싸고 있는 각 단자의 바이어스의 커플링 캐패시턴스 비율(Coupling capacitance ratio) 즉, 콘트롤 게이트(5), 기판(1) 및 접합영역(6)과 플로팅 게이트(3) 간의 커플링 캐패시턴스 비율에 의해 유기되는 전위와 자체 전하량에 의해 결정된다. 이러한 관계는 하기의 수학식 1에 의해 설명된다.Referring to FIG. 1, the potential of the floating gate 3 to which the direct bias voltage cannot be applied is the coupling capacitance ratio of the bias of each terminal surrounding the floating gate 3, that is, the control gate 5. ), And the amount of electric potential and self charge induced by the coupling capacitance ratio between the substrate 1 and the junction region 6 and the floating gate 3. This relationship is illustrated by Equation 1 below.

Vfg = Kfc * Vg + Kd * Vd + Ks * Vs + Kb * Vb + Kfc(Vt_uv □ Vt_cell)Vfg = Kfc * Vg + Kd * Vd + Ks * Vs + Kb * Vb + Kfc (Vt_uv □ Vt_cell)

여기서, Ct = Cfc + Cd + Cs + CbWhere Ct = Cfc + Cd + Cs + Cb

Vt_uv: 평형 상태에서의 셀 문턱전압(Vt)Vt_uv: Cell threshold voltage (Vt) at equilibrium

Vt_cell: 현 상태의 셀 문턱전압(Vt)Vt_cell: Current cell threshold voltage (Vt)

Kfc(ONO 커플링비) = Cfc / CtKfc (ONO coupling ratio) = Cfc / Ct

Kd(드레인 커플링비) = Cd / CtKd (drain coupling ratio) = Cd / Ct

Ks(소스 커플링비) = Cs / CtKs (source coupling ratio) = Cs / Ct

Kb(기판 커플링비) = Cb / CtKb (substrate coupling ratio) = Cb / Ct

Kfc + Kd + Ks + Kb = 1Kfc + Kd + Ks + Kb = 1

따라서 플로팅 게이트(3)와 각 단자 사이에 존재하는 유전물질의 두께와 면 적이 플로팅 게이트(3)의 전위 형성에 크게 작용한다. Therefore, the thickness and area of the dielectric material existing between the floating gate 3 and each terminal greatly influence the potential formation of the floating gate 3.

프로그램 동작은 콘트롤 게이트(5)에 양(Positive) 전압의 바이어스를, 기판(1)에는 접지전압(0V)를 인가함으로써 이루어진다. 통상적으로 콘트롤 게이트(5)와 플로팅 게이트(3) 간의 제 2 유전물질(유전체막)의 두께를 플로팅 게이트(3)와 기판(1) 간의 제 1 유전물질(터널 산화막)의 두께보다 상대적으로 두껍게 하여 전자의 통과를 방지하되, 커플링 캐패시턴스의 감소를 보상하기 위해 면적을 크게 하기 때문에 콘트롤 게이트(5)와 플로팅 게이트(3) 간의 커플링 캐패시턴스 비율은 0.6, 접합영역(6) 및 기판(1)과 플로팅 게이트(3) 간의 커플링비는 0.4 정도로 유지하고 있다. 따라서 본래의 문턱전압(Vt)이 1V인 메모리 셀에서 메모리 셀의 문턱전압(Vt)이 -1V이고, 콘트롤 게이트(5)에 18V, 기판(1)에 0V를 인가하면 플로팅 게이트(3)의 전위는 12V 정도가 된다. 그래서 제 1 유전물질에 인가되는 전위차가 12V이고, 그 두께가 8㎚라면 15MV/㎝ 정도의 전기장이 형성되어 F-N 터널링으로 전자가 플로팅 게이트(3)에 주입된다.The program operation is performed by applying a positive voltage bias to the control gate 5 and a ground voltage (0V) to the substrate 1. Typically, the thickness of the second dielectric material (dielectric film) between the control gate 5 and the floating gate 3 is relatively thicker than the thickness of the first dielectric material (tunnel oxide film) between the floating gate 3 and the substrate 1. To prevent the passage of electrons, but to increase the area to compensate for the reduction of the coupling capacitance, the coupling capacitance ratio between the control gate 5 and the floating gate 3 is 0.6, the junction region 6 and the substrate 1 ) And the coupling ratio between the floating gate 3 is maintained at about 0.4. Therefore, when the threshold voltage Vt of the memory cell is -1V, and 18V is applied to the control gate 5 and 0V is applied to the substrate 1 in the memory cell having the original threshold voltage Vt of 1V, the floating gate 3 The potential is about 12V. Thus, if the potential difference applied to the first dielectric material is 12V and the thickness is 8 nm, an electric field of about 15 MV / cm is formed and electrons are injected into the floating gate 3 by F-N tunneling.

프로그램이 진행되어 메모리 셀의 문턱전압(Vt)이 2V가 되었다면 플로팅 게이트(3)의 전위는 10.2V가 되고 전기장은 12.75MV/㎝가 된다. F-N 터널링 전류는 하기의 수학식 2와 같이 전기장에 지수함수적으로 비례하므로 도 9의 선 A와 같이 프로그램 시간이 증가함에 따라 메모리 셀의 문턱전압(Vt)도 지속적으로 증가하여 4.5V 이상으로 올라갈 수 있다.When the program proceeds and the threshold voltage Vt of the memory cell reaches 2V, the potential of the floating gate 3 becomes 10.2V and the electric field becomes 12.75MV / cm. Since the FN tunneling current is exponentially proportional to the electric field as shown in Equation 2 below, as the program time increases as shown in the line A of FIG. 9, the threshold voltage Vt of the memory cell continuously increases to rise to 4.5 V or more. Can be.

J = A * E2 exp(-B/E)J = A * E 2 exp (-B / E)

여기서, J: 터널링 전류 밀도Where J is the tunneling current density

A, B: 상수A, B: constant

E: 전기장E: electric field

그러나 프로그램에 의해 메모리 셀의 문턱전압(Vt)이 증가할 때 제 2 유전물질에 인가되는 커플링비를 감소시키면 그만큼 플로팅 게이트(3)의 전위가 음(Negative) 전압 방향으로 이동하기 때문에 제 1 유전물질에 걸리는 전기장이 감소되어 F-N 터널링에 의한 전자의 이동이 억제되고, 이에 따라 특정 문턱전압(Vt)을 유지할 수 있게 된다. However, if the coupling ratio applied to the second dielectric material is decreased when the threshold voltage Vt of the memory cell is increased by the program, the potential of the floating gate 3 moves in the negative voltage direction accordingly. The electric field applied to the material is reduced to suppress the movement of electrons due to FN tunneling, thereby maintaining a specific threshold voltage Vt.

프로그램에 의해 메모리 셀의 문턱전압(Vt)이 증가되면 플로팅 게이트(3)의 전위가 음전압 방향으로 움직이게 된다. 그러면 도 6에 도시된 바와 같이 N-형 폴리실리콘으로 이루어진 콘트롤 게이트(5)에는 일반적인 트랜지스터의 기판에서와 같이 공핍층(Depletion; 5a)이 형성되고, 도 7과 같이 캐패시턴스가 형성되어 콘트롤 게이트(5)와 플로팅 게이트(3) 간의 커플링 캐패시턴스가 도 8과 같이 감소하게 된다. 즉, 상기 수학식 1에서 Cfc가 감소함에 따라 커플링비인 Kfc도 감소한다. 따라서 도 9의 프로그램 특성 곡선에서 보듯이 임의의 문턱전압(Vt)에 이르게 되면 전기장의 감소로 인해 F-N 터널링 전류가 지수함수적으로 감소되어 메모리 셀의 문턱전압(Vt)이 일정 레벨로 수렴(Converge)된다. 그러나 도핑 농도를 너무 낮게 하면 콘트롤 게이트(5)에 반전층(Inversion layer)이 형성될 수도 있으므로 공핍층만 형성될 수 있을 정도로 도핑해야 한다. 도 9의 그래프에서 선 A는 기존 메모리 셀의 경우 프로그램 시간에 따른 문턱전압(Vt)의 계속적으로 증가를 나타내는 반면, 선 B, C 및 D는 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트의 도핑 농도를 감소시킴에 따라 문턱전압(Vt)이 계속적으로 증가되지 않고 일정 전압으로 수렴되는 것을 나타낸다.When the threshold voltage Vt of the memory cell is increased by the program, the potential of the floating gate 3 moves in the negative voltage direction. Then, as shown in FIG. 6, a depletion layer 5a is formed in the control gate 5 made of N-type polysilicon as in a substrate of a general transistor, and a capacitance is formed as shown in FIG. 7. The coupling capacitance between 5) and the floating gate 3 is reduced as shown in FIG. That is, as Cfc decreases in Equation 1, the coupling ratio Kfc also decreases. Therefore, as shown in the program characteristic curve of FIG. 9, when the threshold voltage Vt is reached, the FN tunneling current is exponentially reduced due to the decrease of the electric field, and the threshold voltage Vt of the memory cell converges to a certain level. )do. However, if the doping concentration is set too low, an inversion layer may be formed in the control gate 5, and thus, doping should be performed so that only a depletion layer can be formed. In the graph of FIG. 9, the line A represents a continual increase in the threshold voltage Vt with the program time in the conventional memory cell, while the lines B, C, and D decrease the doping concentrations of the floating gate and the control gate. The threshold voltage Vt does not increase continuously but shows convergence to a constant voltage.

그러면 상기와 같이 문턱전압(Vt)의 계속적인 증가를 방지하여 과도 프로그램이 방지되도록 하기 위한 본 발명의 실시예를 설명한다.Next, an embodiment of the present invention for preventing a transient program by preventing the continuous increase of the threshold voltage Vt as described above will be described.

[실시예 1]Example 1

플로팅 게이트(3)에는 고농도의 N형 이온을 주입하고, 콘트롤 게이트(5)에는 저농도의 N형 이온을 주입한다. 상기 플로팅 게이트(3)에는 2.0E20/㎤ 이상의 인(P) 또는 비소(As)와 같은 고농도의 N형 이온을 주입하고, 상기 콘트롤 게이트(5)에는 1.2E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 인(P) 또는 1.0E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 비소(As)와 같은 저농도의 N형 이온을 주입한다.High concentration N-type ions are implanted into the floating gate 3, and low concentration N-type ions are implanted into the control gate 5. The floating gate 3 is implanted with a high concentration of N-type ions such as phosphorus (P) or arsenic (As) of 2.0E20 / cm 3 or more, and the phosphorus of 1.2E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3 in the control gate 5. Low concentration N-type ions such as (P) or arsenic (As) of 1.0E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3 are implanted.

메모리 셀을 프로그램하기 위해 상기 콘트롤 게이트(5)에 양전압을 인가하고, 상기 기판(1)에 접지전압(0V)을 인가하면 F-N 터널링에 의해 채널영역의 핫 일렉트론이 상기 플로팅 게이트(3)로 주입되어 문턱전압(Vt)이 상승되는데, 이와 같은 일렉트론의 주입에 의해 상기 플로팅 게이트(3)의 전위가 음전압으로 감소함에 따라 상기 콘트롤 게이트(5) 하단부에 형성되는 공핍층(5a)의 폭이 증가되어 문턱전압(Vt)이 일정 전압 이상으로 상승되지 않는다.When a positive voltage is applied to the control gate 5 and a ground voltage (0V) is applied to the substrate 1 to program a memory cell, hot electrons of a channel region are transferred to the floating gate 3 by FN tunneling. The threshold voltage Vt is increased to increase the width of the depletion layer 5a formed at the lower end of the control gate 5 as the potential of the floating gate 3 decreases to a negative voltage by the injection of the electron. Is increased so that the threshold voltage Vt does not rise above a certain voltage.

[실시예 2][Example 2]

플로팅 게이트(3)에는 저농도의 P형 이온을 주입하고, 콘트롤 게이트(5)에는 고농도의 N형 이온을 주입한다. 상기 플로팅 게이트(3)에는 1.2E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 붕소(B) 같은 저농도의 P형 이온을 주입하고, 상기 콘트롤 게이트(5)에는 2.0E20/㎤ 이상의 인(P) 또는 2.0E20/㎤ 내지 4.0E20/㎤의 비소(As)와 같은 고농도의 N형 이온을 주입한다.Low concentration P-type ions are implanted into the floating gate 3, and high concentration N-type ions are implanted into the control gate 5. Low concentration P-type ions such as boron (B) of 1.2E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3 are implanted into the floating gate 3, and phosphorus (P) or 2.0E20 of 2.0E20 / cm 3 or more to the control gate 5. High concentration N-type ions such as arsenic (As) of / cm 3 to 4.0E 20 / cm 3 are implanted.

메모리 셀을 프로그램하기 위해 상기 콘트롤 게이트(5)에 양전압을 인가하고, 상기 기판(1)에 접지전압(0V)을 인가하면 F-N 터널링에 의해 채널영역의 핫 일렉트론이 상기 플로팅 게이트(3)로 주입되어 문턱전압(Vt)이 상승되는데, 이와 같은 일렉트론의 주입에 의해 상기 플로팅 게이트(3)의 전위가 음전압으로 감소함에 따라 상기 플로팅 게이트(3) 상단부에 형성되는 공핍층(5a)의 폭이 증가되어 문턱전압(Vt)이 일정 전압 이상으로 상승되지 않는다.When a positive voltage is applied to the control gate 5 and a ground voltage (0V) is applied to the substrate 1 to program a memory cell, hot electrons of a channel region are transferred to the floating gate 3 by FN tunneling. The threshold voltage Vt is increased to increase the width of the depletion layer 5a formed at the upper end of the floating gate 3 as the potential of the floating gate 3 decreases to a negative voltage by the injection of the electron. Is increased so that the threshold voltage Vt does not rise above a certain voltage.

[실시예 3]Example 3

플로팅 게이트(3)에는 저농도의 N형 이온을 주입하고, 콘트롤 게이트(5)에는 저농도의 P형 이온을 주입한다. 상기 플로팅 게이트(3)에는 1.2E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 인(P) 또는 1.0E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 비소(As)와 같은 저농도의 N형 이온을 주입하고, 상기 콘트롤 게이트(5)에는 1.2E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 붕소(B)와 같은 저농도의 P형 이온을 주입한다.Low concentration N-type ions are implanted into the floating gate 3, and low concentration P-type ions are implanted into the control gate 5. The floating gate 3 is implanted with a low concentration of N-type ions such as phosphorus (P) of 1.2E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3 or arsenic (As) of 1.0E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3, and the control gate (5) is implanted with a low concentration of P-type ions such as boron (B) of 1.2E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3.

메모리 셀을 프로그램하기 위해 상기 콘트롤 게이트(5)에 양전압을 인가하고, 상기 기판(1)에 접지전압(0V)을 인가하면 F-N 터널링에 의해 채널영역의 핫 일렉트론이 상기 플로팅 게이트(3)로 주입되어 문턱전압(Vt)이 상승되는데, 이와 같은 일렉트론의 주입에 의해 상기 플로팅 게이트(3)의 전위가 음전압으로 감소함에 따라 상기 플로팅 게이트(3) 상단부에 형성되는 공핍층(5a)의 폭이 증가되어 문턱전압(Vt)이 일정 전압 이상으로 상승되지 않는다.
When a positive voltage is applied to the control gate 5 and a ground voltage (0V) is applied to the substrate 1 to program a memory cell, hot electrons of a channel region are transferred to the floating gate 3 by FN tunneling. The threshold voltage Vt is increased to increase the width of the depletion layer 5a formed at the upper end of the floating gate 3 as the potential of the floating gate 3 decreases to a negative voltage by the injection of the electron. Is increased so that the threshold voltage Vt does not rise above a certain voltage.

상술한 바와 같이 본 발명은 플로팅 게이트 및 콘트롤 게이트의 도핑 농도를 조절하여 프로그램 동작시 플로팅 게이트의 전위가 음전압으로 감소함에 따라 콘트롤 게이트의 하단부 또는 플로팅 게이트의 상단부에 형성되는 공핍층의 폭이 증가되도록 한다. 공핍층의 증가에 따른 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트 간의 캐패시턴스의 감소에 의해 일렉트론의 주입이 감소되고, 이에 따라 문턱전압이 일정 전압 이상으로 상승되지 않으므로 과도 프로그램이 발생되지 않아 과도 프로그램을 스크린(Screen)하기 위한 별도의 과정이 필요없고 불량율이 감소되며 과도 프로그램으로 인한 주변회로의 영향이 방지된다.
As described above, the present invention increases the width of the depletion layer formed on the lower end of the control gate or the upper end of the floating gate as the potential of the floating gate decreases to a negative voltage during the program operation by adjusting the doping concentrations of the floating gate and the control gate. Be sure to The injection of electrons is reduced by the reduction of the capacitance between the floating gate and the control gate due to the increase in the depletion layer. As a result, the threshold voltage does not rise above a certain voltage. Therefore, the transient program does not occur, thereby screening the transient program. No special steps are required, the failure rate is reduced, and the influence of peripheral circuits due to transient programming is avoided.

Claims (8)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 기판 상에 형성되며 터널산화막에 의해 전기적으로 분리되는 플로팅 게이트와,A floating gate formed on the substrate and electrically separated by the tunnel oxide film; 상기 플로팅 게이트 상부에 형성되며 유전체막에 의해 상기 플로팅 게이트와 전기적으로 분리되는 콘트롤 게이트와,A control gate formed on the floating gate and electrically separated from the floating gate by a dielectric film; 상기 플로팅 게이트 양측부의 상기 기판에 형성된 접합영역을 포함하며, A junction region formed in the substrate on both sides of the floating gate, 상기 콘트롤 게이트와 상기 플로팅 게이트에 서로 다른 이온이 주입되되, 상기 콘트롤 게이트에 주입된 이온의 농도가 상기 플로팅 게이트에 주입된 이온의 농도와 동일하거나 높도록 하여, 프로그램 동작시 상기 플로팅 게이트의 전위가 음전압으로 감소함에 따라 상기 플로팅 게이트 상단부에 형성되는 공핍층의 폭이 증가되어 문턱전압이 일정 전압 이상으로 상승되지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.Different ions are injected into the control gate and the floating gate, and the concentration of the ions injected into the control gate is equal to or higher than the concentration of the ions injected into the floating gate, so that the potential of the floating gate is increased during a program operation. And a depletion layer formed at an upper end of the floating gate increases as the voltage decreases to a negative voltage, thereby preventing the threshold voltage from rising above a predetermined voltage. 제 4 항에 있어서, 상기 플로팅 게이트에는 P형 이온이 주입되고, 상기 콘트롤 게이트에 N형 이온이 주입된 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.5. The flash memory cell of claim 4, wherein P-type ions are implanted in the floating gate and N-type ions are implanted in the control gate. 제 5 항에 있어서, 상기 플로팅 게이트에 주입된 P형 이온은 1.2E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 붕소(B)이며, 상기 콘트롤 게이트에 주입된 N형 이온은 2.0E20/㎤ 이상의 인(P) 또는 2.0E20/㎤ 내지 4.0E20/㎤의 비소(As)인 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.The method of claim 5, wherein the P-type ions implanted into the floating gate is boron (B) of 1.2E20 / cm3 to 1.0E19 / cm3, and the N-type ions implanted into the control gate is 2.0E20 / cm3 or more phosphorus (P) Or arsenic (As) of 2.0E20 / cm 3 to 4.0E20 / cm 3. 제 4 항에 있어서, 상기 플로팅 게이트에는 N형 이온이 주입되고, 상기 콘트롤 게이트에는 P형 이온이 주입된 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.5. The flash memory cell of claim 4, wherein the floating gate is implanted with N-type ions and the control gate is implanted with P-type ions. 제 7 항에 있어서, 상기 플로팅 게이트에 주입된 N형 이온은 1.2E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 인(P) 또는 1.0E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 비소(As)이며, 상기 콘트롤 게이트에 주입된 P형 이온은 1.2E20/㎤ 내지 1.0E19/㎤의 붕소(B)인 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.The N-type ion implanted in the floating gate is phosphorous (P) of 1.2E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3 or arsenic (As) of 1.0E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3. P-type implanted into the flash memory cell, characterized in that the boron (B) of 1.2E20 / cm 3 to 1.0E19 / cm 3.
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