KR20030030055A - Non volatile memory device and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비휘발성 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 선택 트랜지스터 및 메모리 트랜지스터를 갖는 FLOTOX(Floating gate tunneling oxide) EEPROM(Electrically erasable programmable read only memory) 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a Floating Gate Tunneling Oxide (FLOTOX) electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) memory device having a selection transistor and a memory transistor, and a method of manufacturing the same.
일반적으로 EEPROM 셀은 EPROM(Erasable programmable read only memory) 셀과 마찬가지로 부유게이트(Floating gate)를 가지며, 부유게이트에 전자를 주입하거나 방출함으로써 데이터를 기억시킨다. 그러나, EEPROM의 전자 주입 및 방출 방식은 EPROM과 비교하여 매우 다른 방법을 채택하고 있다.In general, an EEPROM cell has a floating gate, similar to an erasable programmable read only memory (EPROM) cell, and stores data by injecting or emitting electrons into the floating gate. However, the electron injection and emission method of EEPROM adopts a very different method compared to EPROM.
EPROM에서는 플로팅게이트로의 전자의 주입이 소오스, 드레인간을 흐르는 전자중에서 에너지가 높은 열 전자(hot electron)에 의하여 진행되고, 전자 방출은 자외선의 에너지를 이용하였다. 이에 반하여, EEPROM에서 플로팅게이트로의 전자의 주입 및 방출은 100Å 정도의 얇은 터널절연막을 통하여 발생하는 터널링을 사용한다. 즉, 터널산화막의 양단에 10MeV/㎝ 안팍의 고전계를 인가하게 되면, 터널절연막을 통하여 전류가 흐르게 되는데, 이를 FN터널링(Folow-Nordheim tunneling)이라고 한다. EEPROM에서의 전자의 주입 및 방출은 상술한 FN 터널링을 이용한다.In the EPROM, the injection of electrons into the floating gate is performed by hot electrons having high energy among the electrons flowing between the source and the drain, and the electron emission uses the energy of ultraviolet rays. In contrast, the injection and emission of electrons from the EEPROM to the floating gate uses tunneling generated through a thin tunnel insulating film of about 100 kHz. In other words, when a high field of 10 MeV / cm is applied to both ends of the tunnel oxide film, current flows through the tunnel insulating film, which is called FN tunneling (Folow-Nordheim tunneling). The injection and emission of electrons in the EEPROM uses FN tunneling described above.
EEPROM 메모리 중에서 특히, FLOTOX형의 메모리는 2개의 트랜지스터, 즉, 셀을 선택하기 위한 선택 트랜지스터(Selection Transistor)와, 데이터를 저장하는 메모리 트랜지스터(Memory transistor)가 하나의 메모리 셀을 구성한다.Among the EEPROM memories, in particular, the FLOTOX type memory comprises one transistor, two transistors, that is, a selection transistor for selecting a cell and a memory transistor for storing data.
도 1a는 종래의 비휘발성 메모리 소자를 나타낸 평면도이다.1A is a plan view illustrating a conventional nonvolatile memory device.
도 1b는 도 1a의 I-I'를 따라 취해진 종래의 비휘발성 메모리 소자를 나타낸 단면도이다.FIG. 1B is a cross-sectional view of a conventional nonvolatile memory device taken along the line II ′ of FIG. 1A.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 반도체 기판(100)의 소정영역에 소자분리막(102)이 일 방향으로 배치되어 활성영역을 한정한다. 상기 활성영역 상의 소정영역에 부유게이트(110a)가 배치되고, 상기 소자분리막(102)과 교차하여 상기 활성영역을 가로지르는 제어게이트 전극(114a)이 상기 부유게이트(110a) 상부를 가로질러 배치된다. 상기 부유게이트(110a)와 상기 활성영역 사이의 소정영역에 터널산화막(108)이 개재되고, 상기 터널 산화막(108)을 둘러싸는 영역에 메모리 게이트 산화막(106)이 개재된다. 또, 상기 제어게이트 전극(114a)과 상기 부유게이트(110a) 사이에 메모리 게이트 층간유전막(112a)이 개재된다. 상기 부유게이트(110a), 상기 메모리 게이트 층간유전막(112a) 및 상기 제어게이트 전극(114a)은 메모리 트랜지스터의 게이트 전극을 구성한다. 상기 제어게이트 전극(114a)과 나란한 방향으로 상기 메모리 트랜지스터 게이트 전극과 이웃하여 차례로 적층된 제1 선택 게이트(124s) 및 제2 선택 게이트(124s)가 배치된다. 상기 제1 선택 게이트(124s) 및 상기 제2 선택 게이트(124s) 사이에 선택 게이트 층간유전막(112s)이 개재된다. 상기 제1 선택 게이트(124s) 및 상기 제2 선택 게이트(124s)는 반도체 기판(100)의 소정영역에서 서로 전기적으로 접속되어, 선택 트랜지스터의 게이트 전극을 구성한다. 상기 메모리 게이트 및 상기 선택 게이트 사이의 활성영역 내에 채널 영역(104)이 존재한다. 상기 채널 영역(104)은 상기 터널산화막(108) 하부까지 확장되어 있다. 또한, 상기 채널 영역(104)이 형성되지 않은 상기 메모리 게이트의 다른쪽에 인접한 활성영역 내에 소오스 영역이 존재하고, 상기 선택 게이트(124s)의 다른쪽 활성영역 내에 드레인 영역이 존재한다.1A and 1B, the device isolation layer 102 is disposed in one direction in a predetermined region of the semiconductor substrate 100 to define an active region. A floating gate 110a is disposed in a predetermined region on the active region, and a control gate electrode 114a intersecting the device isolation layer 102 and crossing the active region is disposed across the upper portion of the floating gate 110a. . A tunnel oxide film 108 is interposed in a predetermined region between the floating gate 110a and the active region, and a memory gate oxide film 106 is interposed in a region surrounding the tunnel oxide film 108. In addition, a memory gate interlayer dielectric film 112a is interposed between the control gate electrode 114a and the floating gate 110a. The floating gate 110a, the memory gate interlayer dielectric film 112a, and the control gate electrode 114a constitute a gate electrode of the memory transistor. The first select gate 124s and the second select gate 124s that are sequentially stacked adjacent to the memory transistor gate electrode in a direction parallel to the control gate electrode 114a are disposed. A select gate interlayer dielectric film 112s is interposed between the first select gate 124s and the second select gate 124s. The first selection gate 124s and the second selection gate 124s are electrically connected to each other in a predetermined region of the semiconductor substrate 100 to form a gate electrode of the selection transistor. A channel region 104 exists in an active region between the memory gate and the select gate. The channel region 104 extends below the tunnel oxide layer 108. In addition, a source region exists in an active region adjacent to the other side of the memory gate where the channel region 104 is not formed, and a drain region exists in the other active region of the selection gate 124s.
도시된 것과 같이 종래기술에 따르면, 메모리 게이트와 선택 게이트는 일정간격 이격되어 나란히 배치된다. 따라서, 메모리 게이트 및 선택 게이트를 갖는FLOTOX 비휘발성 메모리 소자는 디램이나 플래쉬 메모리에 비하여 집적도가 떨어지는 문제점을 가진다.As shown in the related art, the memory gates and the selection gates are arranged side by side at a predetermined interval. Accordingly, the FLOTOX nonvolatile memory device having a memory gate and a selection gate has a problem that the degree of integration is lower than that of a DRAM or a flash memory.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 메모리 게이트 및 선택 게이트를 갖되, 고집적화된 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a highly integrated nonvolatile memory device having a memory gate and a selection gate, and a method of manufacturing the same.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 비휘발성 메모리 소자를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.1A and 1B are plan and cross-sectional views illustrating a conventional nonvolatile memory device, respectively.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자를 나타낸 평면도이다.2A is a plan view illustrating a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2b는 도 2a의 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 취해진 단면도이다.FIG. 2B is a cross-sectional view taken along II-II 'of FIG. 2A.
도 3a 내지 도 7a는 도 2a의 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 취해진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.3A through 7A are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device according to a preferred embodiment of the present invention taken along II-II ′ of FIG. 2A.
도 3b 내지 도 7b는 도 2a의 Ⅲ-Ⅲ'를 따라 취해진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.3B through 7B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device in accordance with a preferred embodiment of the present invention, taken along III-III ′ of FIG. 2A.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 메모리 게이트와 선택 게이트 사이의 공간을 최소화한 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공한다. 이 소자는, 반도체 기판 상에 차례로 적층된 부유게이트, 게이트 층간유전막 및 제어게이트 전극으로 구성된 메모리 게이트를 포함한다. 상기 부유게이트 및 상기 반도체 기판 사이의 소정영역에 터널산화막이 개재되고, 상기 메모리 게이트의 일 측벽에 상기 반도체 기판의 소정영역을 덮는 선택 게이트가 배치된다. 상기 선택 게이트 및 상기 메모리 게이트 사이에 트랜지스터 절연막이 개재되어 상기 선택 게이트 및 상기 메모리 게이트를 전기적으로 절연시킨다. 상기 선택 게이트 옆의 반도체 기판 내에 드레인 영역이 존재하고, 상기 메모리 게이트 옆의 반도체 기판 내에 소오스 영역이 존재한다. 이와 아울러, 상기 트랜지스터 층간절연막 하부의 반도체 기판 내에서 부터 상기 터널산화막 하부의 반도체 기판 내부까지 확장된 채널 영역이 존재한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same, which minimize the space between the memory gate and the selection gate. This device includes a memory gate composed of a floating gate, a gate interlayer dielectric film, and a control gate electrode sequentially stacked on a semiconductor substrate. A tunnel oxide film is interposed in a predetermined region between the floating gate and the semiconductor substrate, and a selection gate covering a predetermined region of the semiconductor substrate is disposed on one sidewall of the memory gate. A transistor insulating film is interposed between the selection gate and the memory gate to electrically insulate the selection gate and the memory gate. A drain region exists in the semiconductor substrate next to the selection gate and a source region exists in the semiconductor substrate next to the memory gate. In addition, there is a channel region extending from the semiconductor substrate under the transistor interlayer insulating film to the inside of the semiconductor substrate under the tunnel oxide film.
이 메모리 소자의 제조방법은, 반도체 기판의 소정영역에 소자분리막을 형성하여 활성영역을 한정하고, 상기 활성영역 내의 소정의 영역 내에 적어도 한쌍의채널영역을 형성하는 단계를 포함한다. 이어서, 상기 채널영역 상의 소정영역에 터널산화막을 형성하고, 상기 활성영역 상의 상기 터널산화막을 둘러싸는 영역의 전면에 게이트 산화막을 형성한다. 바람직하게는 상기 터널산화막은 상기 게이트 산화막보다 얇은 두께로 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 활성영역 상에 게이트 산화막을 먼저 형성하고, 상기 채널영역 상부의 상기 게이트 산화막을 제거한 후 열산화공정을 실시하여 얇은 터널산화막을 형성할 수 있다.The method of manufacturing a memory device includes forming an isolation layer in a predetermined region of a semiconductor substrate to define an active region, and forming at least one pair of channel regions in a predetermined region within the active region. Subsequently, a tunnel oxide film is formed in a predetermined region on the channel region, and a gate oxide film is formed on the entire surface of the region surrounding the tunnel oxide film on the active region. Preferably, the tunnel oxide film may be formed to a thickness thinner than that of the gate oxide film. Specifically, a thin tunnel oxide layer may be formed by first forming a gate oxide layer on the active region, removing the gate oxide layer on the channel region, and then performing a thermal oxidation process.
계속해서, 상기 활성영역 상부를 가로지르고, 상기 한 쌍의 채널영역을 모두 덮는 적층패턴을 형성한다. 상기 적층패턴은 차례로 적층된 제1 도전막 패턴, 게이트 층간유전막 패턴 및 제2 도전막 패턴으로 구성된다. 이어서, 상기 적층 패턴의 양측벽을 덮는 트랜지스터 절연막을 형성하고, 상기 적층 패턴의 양 옆에 각각 상기 트랜지스터 절연막을 덮는 선택 게이트를 형성한다. 양 측벽에 각각 선택 게이트가 형성된 상기 적층패턴을 패터닝하여 상기 한쌍의 채널영역 사이의 활성영역을 노출시켜, 상기 각각의 채널영역 상부를 지나며 상기 활성영역을 나란히 가로지르는 한쌍의 메모리 게이트를 형성한다. 이어서, 상기 메모리 게이트들 사이에 노출된 활성영역 내에 소오스 영역을 형성함과 동시에 상기 선택 게이트 옆의 반도체 기판 내에 드레인 영역을 형성한다. 결과적으로, 메모리 게이트와 선택 게이트는 트랜지스터 절연막을 사이에 두고 서로 인접하기 때문에 면적을 최소화할 수 있다.Subsequently, a stacked pattern is formed across the active region and covers the pair of channel regions. The stacking pattern includes a first conductive layer pattern, a gate interlayer dielectric layer pattern, and a second conductive layer pattern that are sequentially stacked. Subsequently, a transistor insulating film is formed to cover both sidewalls of the stacked pattern, and select gates respectively covering the transistor insulating film are formed at both sides of the stacked pattern. Patterning the stacked patterns having select gates formed on both sidewalls to expose active regions between the pair of channel regions, thereby forming a pair of memory gates passing over the channel regions and crossing the active regions side by side. Subsequently, a source region is formed in the active region exposed between the memory gates and a drain region is formed in the semiconductor substrate next to the selection gate. As a result, since the memory gate and the selection gate are adjacent to each other with the transistor insulating film interposed therebetween, the area can be minimized.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 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. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents can be thorough and complete, and the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. In addition, where a layer is said to be "on" another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 평면도 및 단면도를 나타낸다.2A and 2B show a plan view and a cross-sectional view of a nonvolatile memory device according to a preferred embodiment of the present invention, respectively.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 반도체 기판(200)의 소정영역에 소자분리막(202)이 배치되어 활성영역을 한정한다. 상기 활성영역을 가로질러 메모리 게이트(219m) 및 선택 게이트(224s)가 일방향으로 나란히 배치된다. 상기 메모리 게이트(219m) 및 선택 게이트(224s)는 하나의 셀 게이트를 구성한다. 상기 반도체 기판(200) 상에 상기 셀 게이트들은 이웃한 셀 게이트들과 서로 대칭으로 배치된다. 상기 메모리 게이트(219m)는 차례로 적층된 부유게이트(210a), 메모리 게이트 층간유전막(212a) 및 제어게이트 전극(214a)으로 구성된다. 상기 부유게이트(210a)는 상기 활성영역 상부에 위치하고, 상기 메모리 게이트 층간유전막(212a) 및 상기 제어게이트 전극(214a)은 상기 부유게이트(210a) 상부를 지나며 상기 활성영역을 가로지른다. 상기 부유게이트(210a) 및 상기 활성영역 사이에는 터널산화막(208) 및 상기 터널산화막(208)의 측벽들을 둘러싸는 메모리 게이트 산화막(206)이 개재된다. 본 발명의 특징은 도시된 것과 같이 상기 선택게이트(224s)가 상기 메모리 게이트(219m)의 측벽에 스페이서 형태로 배치되는 것이다. 상기 선택 게이트(224s) 및 상기 메모리 게이트(219m)는 트랜지스터 절연막(223)으로 절연된다. 상기 트랜지스터 절연막(223)은 상기 메모리 게이트(219m)의 일 측벽을 덮는 절연막 스페이서(220a) 및 상기 메모리 게이트(219m)의 상부와 상기 절연막 스페이서(220a)를 덮는 층간절연막(222)으로 구성된다. 상기 층간절연막(222)은 적어도 상기 선택 게이트(224s) 하부까지 연장된다. 상기 활성영역 및 상기 선택 게이트(224s) 사이에 개재된 상기 층간절연막(222)은 선택 게이트 절연막에 해당한다.2A and 2B, an isolation layer 202 is disposed in a predetermined region of the semiconductor substrate 200 to define an active region. The memory gate 219m and the selection gate 224s are arranged side by side in one direction across the active region. The memory gate 219m and the selection gate 224s constitute one cell gate. The cell gates are disposed symmetrically with neighboring cell gates on the semiconductor substrate 200. The memory gate 219m includes a floating gate 210a, a memory gate interlayer dielectric film 212a, and a control gate electrode 214a that are sequentially stacked. The floating gate 210a is positioned above the active region, and the memory gate interlayer dielectric layer 212a and the control gate electrode 214a cross the upper portion of the floating gate 210a and cross the active region. A tunnel oxide layer 208 and a memory gate oxide layer 206 surrounding sidewalls of the tunnel oxide layer 208 are interposed between the floating gate 210a and the active region. A feature of the present invention is that the select gate 224s is disposed in the form of a spacer on the sidewall of the memory gate 219m as shown. The selection gate 224s and the memory gate 219m are insulated from the transistor insulating layer 223. The transistor insulating layer 223 includes an insulating layer spacer 220a covering one sidewall of the memory gate 219m, and an interlayer insulating layer 222 covering an upper portion of the memory gate 219m and the insulating layer spacer 220a. The interlayer insulating layer 222 extends at least under the selection gate 224s. The interlayer insulating layer 222 interposed between the active region and the selection gate 224s corresponds to a selection gate insulating layer.
도시된 것과 같이 상기 선택 게이트(224s) 및 상기 메모리 게이트(219m)를 포함하는 셀 게이트들은 상기 반도체 기판(200)에 서로 대칭되어 배치된다. 상기 대칭된 셀 게이트들 사이의 활성영역 내에 소오스 영역(226s)이 존재하고, 상기 선택 게이트(224s) 옆의 활성영역 내에 드레인 영역(226d)이 존재한다. 상기 메모리 게이트들(219m) 사이에는 상기 소자분리막(202)이 배치되지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 소오스 영역(226s)는 상기 메모리 게이트(219m)과 나란하게 상기 활성영역 내에 존재한다. 또한, 상기 터널산화막(208) 하부의 반도체 기판 내에 채널 영역(204)이 존재하고, 상기 채널영역(204)은 상기 선택 게이트(224s) 및 상기 메모리 게이트(219m) 사이의 트랜지스터 절연막(223) 하부를 지나 상기 선택 게이트(224s) 부근까지 확장되어 있다.As illustrated, the cell gates including the selection gate 224s and the memory gate 219m are symmetrically disposed on the semiconductor substrate 200. A source region 226s exists in the active region between the symmetrical cell gates, and a drain region 226d exists in the active region next to the select gate 224s. The device isolation layer 202 may not be disposed between the memory gates 219m. In this case, the source region 226s is in the active region parallel to the memory gate 219m. In addition, a channel region 204 is present in the semiconductor substrate under the tunnel oxide layer 208, and the channel region 204 is formed under the transistor insulating layer 223 between the selection gate 224s and the memory gate 219m. Extends beyond the select gate 224s.
종래기술과 달리 본 발명에 따르면, 메모리 게이트와 선택 게이트는 이들 사이를 전기적으로 절연시키기 위한 메모리 절연막의 두께 만큼의 간격을 두고 배치된다. 따라서, 종래기술에 비하여 메모리 셀의 크기를 현저히 줄일 수 있다.Unlike the prior art, according to the present invention, the memory gate and the selection gate are disposed at intervals of the thickness of the memory insulating film for electrically insulating them. Therefore, the size of the memory cell can be significantly reduced as compared with the prior art.
도 3a 내지 도 7a는 도 2a의 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 취해진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.3A through 7A are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device according to a preferred embodiment of the present invention taken along II-II ′ of FIG. 2A.
도 3b 내지 도 7b는 도 2a의 Ⅲ-Ⅲ'을 따라 취해진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.3B through 7B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device in accordance with a preferred embodiment of the present invention, taken along III-III ′ of FIG. 2A.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 반도체 기판(200)의 소정영역에 소자분리막(202)을 형성하여 활성영역을 한정한다. 상기 활성영역 내의 소정영역에 불순물을 주입하여 적어도 한쌍의 채널 영역(204)을 형성한다. 상기 채널 영역(204)들이 형성된 활성영역의 전면에 게이트 산화막(204)을 형성하고, 상기 채널 영역들(204)의 각각의 상부에 존재하는 상기 게이트 산화막(204)을 제거한다. 이어서, 상기 게이트 산화막(204)이 제거된 반도체 기판(200)에 열산화공정을 적용하여 상기 채널 영역들(204) 각각의 상부에 터널산화막(208)을 형성한다. 그 결과, 상기 채널 영역들(204)의 각각의 상부에는 얇은 터널산화막(208)이 존재하고, 상기 활성영역의 전면에 상기 터널산화막(208)의 측벽들을 둘러싸는 게이트 산화막(204)이 존재한다.3A and 3B, an isolation region 202 is formed in a predetermined region of the semiconductor substrate 200 to define an active region. An impurity is implanted into a predetermined region in the active region to form at least a pair of channel regions 204. A gate oxide layer 204 is formed on the entire surface of the active region in which the channel regions 204 are formed, and the gate oxide layer 204 on each of the channel regions 204 is removed. Subsequently, a thermal oxidation process is applied to the semiconductor substrate 200 from which the gate oxide layer 204 is removed to form a tunnel oxide layer 208 on each of the channel regions 204. As a result, a thin tunnel oxide film 208 exists on top of each of the channel regions 204, and a gate oxide film 204 exists around the sidewalls of the tunnel oxide film 208 in front of the active region. .
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 터널산화막(208)이 형성된 결과물 전면에 제1 도전막을 형성한다. 이어서, 상기 제1 도전막을 패터닝하여 상기 소자분리막(202)의 상부를 노출시켜 상기 활성영역의 전면을 덮는 제1 도전막 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 제1 도전막 패턴이 형성된 결과물 전면에 게이트 층간유전막 및 제2 도전막을 차례로 형성한다. 상기 게이트 층간유전막은 높은 유전율을 갖는 물질로써, 예컨대 ONO막을 사용하여 형성할 수 있다. 이에 더하여, 상기 제2 도전막 상에 캐핑절연막을 더 형성할 수도 있다. 이어서, 상기 캐핑 절연막, 상기 제2 도전막, 상기 게이트 층간유전막 및 상기 제1 도전막 패턴을 차례로 패터닝하여 상기 활성영역을 가로지르는 적층패턴(219)을 형성한다. 이 때, 상기 적층패턴(219)의 양측에 상기 채널 영역(204)의 일부가 노출되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 적층패턴(219)은 상기 활성영역을 덮는 부유게이트 패턴(210)과 상기 부유게이트 패턴(210) 상부를 차례로 덮으며 상기 활성영역을 가로지르는 게이트 층간유전막 패턴(212) 및 제2 도전막 패턴(214)을 포함한다. 상기 캐핑 절연막을 형성하였을 경우, 상기 제2 도전막 패턴(214) 상부에 캐핑 절연막 패턴(218)을 더 포함할 수 있다.4A and 4B, a first conductive film is formed on the entire surface of the resultant product in which the tunnel oxide film 208 is formed. Subsequently, the first conductive layer is patterned to expose an upper portion of the device isolation layer 202 to form a first conductive layer pattern covering the entire surface of the active region. Subsequently, a gate interlayer dielectric film and a second conductive film are sequentially formed on the entire surface of the resultant product on which the first conductive film pattern is formed. The gate interlayer dielectric film is a material having a high dielectric constant, and may be formed using, for example, an ONO film. In addition, a capping insulating layer may be further formed on the second conductive layer. Subsequently, the capping insulating layer, the second conductive layer, the gate interlayer dielectric layer, and the first conductive layer pattern are sequentially patterned to form a stacked pattern 219 that crosses the active region. In this case, it is preferable to expose part of the channel region 204 on both sides of the stack pattern 219. The stacked pattern 219 may sequentially cover the floating gate pattern 210 covering the active region, the upper portion of the floating gate pattern 210, and the gate interlayer dielectric layer pattern 212 and the second conductive layer pattern crossing the active region. 214. When the capping insulation layer is formed, the capping insulation layer pattern 218 may be further included on the second conductive layer pattern 214.
계속해서, 상기 적층패턴(219)이 형성된 결과물의 전면에 절연막(220)을 콘포말하게 형성한다. 이 때, 상기 절연막(220)을 형성하기 전에 상기 적층패턴(219) 양옆에 노출된 게이트 산화막(204)을 함께 제거하여 활성영역을 노출시킬 수도 있다. 상기 절연막은 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다.Subsequently, the insulating film 220 is conformally formed on the entire surface of the resultant product in which the stacked pattern 219 is formed. In this case, before forming the insulating layer 220, the gate oxide layer 204 exposed to both sides of the stack pattern 219 may be removed together to expose the active region. The insulating film is preferably formed of a silicon nitride film or a silicon oxide film.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 절연막(220)을 이방성 식각하여 상기 적층패턴(219)의 양 측벽에 절연막 스페이서(220a)를 형성한다. 그 결과, 상기 적층패턴(219)의 측벽은 상기 절연막 스페이서(220a)로 덮이고, 상기 절연막 스페이서(220a)에 의해 측벽이 덮인 상기 적층패턴(219) 양 옆의 활성영역이 노출된다. 이어서, 상기 절연막 스페이서(220a)가 형성된 결과물 전면에층간절연막(222)을 콘포말하게 형성한다. 계속해서 상기 층간절연막(222)의 전면을 덮는 제3 도전막(224)을 형성한다. 상기 제3 도전막(224)은 폴리실리콘막 또는 메탈폴리사이드막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 절연막 스페이서(220a) 및 상기 층간절연막(222)은 후속공정에서 형성될 메모리 게이트와 선택 게이트를 전기적으로 절연시키는 트랜지스터 절연막(223)을 구성한다.5A and 5B, the insulating film 220 is anisotropically etched to form insulating film spacers 220a on both sidewalls of the stacked pattern 219. As a result, sidewalls of the stacked pattern 219 are covered with the insulating layer spacer 220a, and active regions adjacent to both sides of the stacked pattern 219 covered with the sidewalls are exposed by the insulating layer spacer 220a. Subsequently, an interlayer insulating film 222 is conformally formed on the entire surface of the resultant film on which the insulating film spacer 220a is formed. Subsequently, a third conductive film 224 covering the entire surface of the interlayer insulating film 222 is formed. The third conductive film 224 may be formed of a polysilicon film or a metal polyside film. The insulating film spacer 220a and the interlayer insulating film 222 constitute a transistor insulating film 223 electrically insulating the memory gate and the selection gate to be formed in a subsequent process.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 제3 도전막(224)을 이방성 식각하여 상기 적층패턴(219)의 측벽에 스페이서 구조를 갖는 선택 게이트(224s)를 형성한다. 상기 선택 게이트(224s)는 상기 절연막 스페이서(220a) 및 상기 층간절연막(222)으로 덮인 상기 적층패턴(219)의 각각의 측벽에 형성된다. 즉, 상기 선택 게이트(224s) 및 상기 적층패턴(219) 사이에 상기 절연막 스페이서(220a) 및 상기 층간절연막(222)이 개재된다.6A and 6B, the third conductive layer 224 is anisotropically etched to form a selection gate 224s having a spacer structure on sidewalls of the stack pattern 219. The selection gate 224s is formed on each sidewall of the stack pattern 219 covered with the insulating film spacer 220a and the interlayer insulating film 222. That is, the insulating film spacer 220a and the interlayer insulating film 222 are interposed between the selection gate 224s and the stack pattern 219.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 적층패턴(219)과 나란한 방향을 따라서 상기 적층패턴(219)의 중심부분 상부에 존재하는 상기 층간절연막(222) 및 상기 적층패턴(219)을 차례로 패터닝하여 상기 활성영역을 나란히 가로지르는 한쌍의 메모리 게이트(219m)를 형성한다. 상기 메모리 게이트들(219m)의 각각은 상기 쌍을 이루는 터널산화막들(208) 각각의 상부에 차례로 적층된 부유게이트(210a), 메모리 게이트 층간유전막(212a), 제어게이트 전극(214a)을 포함한다. 상기 메모리 게이트(219m) 및 상기 메모리 게이트(219m)의 일측벽에 배치된 상기 선택 게이트(224s)는 하나의 셀 게이트를 구성한다. 즉, 상기 반도체 기판(200) 상에 서로 대칭되어 상기 활성영역을 가로지르는 적어도 한쌍의 셀 게이트들이 배치된다. 상기 메모리게이트(219m) 및 상기 활성영역 사이에 개재된 상기 게이트 절연막(206)은 메모리 게이트 절연막에 해당하고, 상기 선택 게이트(224s) 및 상기 활성영역 사이에 개재된 상기 층간절연막(222)은 선택 게이트 절연막에 해당한다.Referring to FIGS. 7A and 7B, the interlayer insulating layer 222 and the lamination pattern 219 that are present on the central portion of the lamination pattern 219 are sequentially patterned in parallel with the lamination pattern 219. A pair of memory gates 219m are formed to cross the active region side by side. Each of the memory gates 219m includes a floating gate 210a, a memory gate interlayer dielectric film 212a, and a control gate electrode 214a that are sequentially stacked on each of the pair of tunnel oxide films 208. . The memory gate 219m and the selection gate 224s disposed on one side wall of the memory gate 219m constitute one cell gate. That is, at least one pair of cell gates symmetrical with each other and across the active region are disposed on the semiconductor substrate 200. The gate insulating layer 206 interposed between the memory gate 219m and the active region corresponds to a memory gate insulating layer, and the interlayer insulating layer 222 interposed between the selection gate 224s and the active region is selected. It corresponds to a gate insulating film.
이에 더하여, 상기 메모리 게이트들(219m) 사이의 활성영역 내에 불순물을 주입하여 소오스 영역(226s)을 형성하고, 상기 선택 게이트(224s) 옆의 활성영역 내에 불순물을 주입하여 드레인 영역(226d)을 형성한다. 상기 소오스 영역(226s)을 형성하기 전에 상기 메모리 게이트들(219m) 사이에 존재하는 게이트 산화막(204)을 제거할 수도 있다. 또한, 상기 메모리 게이트들(219m) 사이에 노출된 상기 소자분리막(202)을 제거하여 상기 메모리 게이트들(219m) 사이에 상기 메모리 게이트들(219m)과 나란한 공통소오스 라인을 형성할 수도 있다.In addition, a source region 226s is formed by injecting impurities into the active region between the memory gates 219m, and a drain region 226d is formed by implanting impurities into the active region next to the selection gate 224s. do. The gate oxide layer 204 existing between the memory gates 219m may be removed before the source region 226s is formed. In addition, the device isolation layer 202 exposed between the memory gates 219m may be removed to form a common source line parallel to the memory gates 219m between the memory gates 219m.
결과적으로, 본 발명에 따르면, 선택 게이트가 메모리 게이트의 측벽에 스페이서의 형태로 형성되기 때문에 선택 게이트와 메모리 게이트 사이의 공간을 최소화하여 고집적화를 이룰 수 있다.As a result, according to the present invention, since the selection gate is formed in the form of a spacer on the sidewall of the memory gate, high integration can be achieved by minimizing the space between the selection gate and the memory gate.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 선택 게이트 및 메모리 게이트를 포함하는 비휘발성 메모리 소자에 있어서, 선택 게이트를 메모리 게이트의 측벽에 스페이서의 형태로 형성함으로써 소자의 고집적화를 이룰 수 있다. 따라서, 디램 또는 플래쉬 메모리등 다른 메모리 소자에 비하여 고집적화하기 힘들었던 FLOTOX 메모리 셀의 문제점을 해결할 수 있다.As described above, according to the present invention, in the nonvolatile memory device including the selection gate and the memory gate, the integration of the device can be achieved by forming the selection gate in the form of a spacer on the sidewall of the memory gate. Therefore, the problem of the FLOTOX memory cell, which is difficult to integrate with other memory devices such as DRAM or flash memory, can be solved.
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