KR20040037327A - 비대칭적인 소오스 및 드레인 영역을 갖는 비휘발성메모리 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

비대칭적인 소오스 및 드레인 영역을 갖는 비휘발성메모리 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

비대칭적인 소오스 및 드레인 영역을 갖는 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조방법이 개시된다. 기판에 제1 채널 영역 및 제2 채널 영역만큼 이격되어 형성된 제1 도전성 영역 및 제2 도전성 영역이 배치된다. 상기 제1 채널 영역 및 상기 제2 채널 영역 상에는 콘트롤 게이트가 가로지른다. 상기 콘트롤 게이트과 상기 제1 채널 영역 사이에는 터널 절연막, 전하저장층 및 게이트 층간절연막이 개재되어 있으며, 상기 콘트롤 게이트와 상기 제2 채널 영역 사이에는 게이트 층간절연막이 개재되어 있다. 상기 제1 채널 영역 및 상기 제1 도전성 영역의 폭이 상기 제2 채널 영역 및 상기 제2 도전성 영역의 폭보다 더 넓게 형성되어 있는데, 이는 소거 동작에서 소거 동작 속도를 빠르게 한다.

Description

비대칭적인 소오스 및 드레인 영역을 갖는 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조방법{NONVOLATILE MEMORY DEVICE HAVING ASYMMETRIC SOURCE/DRAIN REGION AND FABRICATING METHOD THEREOF}
본 발명은 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 비대칭적인 소오스 및 드레인 영역을 갖는 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에 FRAM(Ferro-electric Random Access Memory), EPROM(Erasable and Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)과 같은 비휘발성 메모리가 주목받고 있다. EPROM 및 EEPROM은 플로팅 게이트에 전하를 축적하여 전하의 유무에 의한 문턱전압의 변화에 의하여 데이타를 기억한다. EEPROM에는 메모리 셀 어레이 전체에 데이타의 소거를 하거나 또는 메모리 셀 어레이를 블럭 단위로 분할하여 각각의 블록 단위로 소거를 할 수 있는데, 후자를 플래시 메모리라 한다.
플래시 메모리 셀에는 부유 게이트(floating gate)형 소자와 부유 트랩(floating trap)형 소자의 두 가지 형(type)이 있다. 부유 트랩형 소자로는 소노스(SONOS, polysilicon-oxide-nitride-oxide-silicon) 구조가 널리 알려져 있다.
부유 게이트형 소자는 부유 게이트에 전하를 축적하는 메카니즘을 가진다면, 소노스 소자는 전하를 축적하는 메카니즘이 실리콘 질화막에 존재하는 트랩에 있다. 부유 게이트형 소자는 셀 사이즈를 줄이는데 한계를 가지며 프로그램 및 소거를 위해 고전압을 사용해야 하는 한계를 가지고 있다. 반면에 소노스 소자는 저전력 및 저전압의 요구에 부응하며 고집적을 실현할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 의한 스플리트 게이트(split gate) 형의소노스(SONOS) 소자의 평면도 및 단면도이다. 도 2는 도 1의 I-I'에 따라 취해진 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(2)에 활성 영역(3)을 정의하는 필드영역(4)이 배치된다. 상기 활성영역(3)에는 제1 채널 영역(L1) 및 제2 채널 영역(L2)으로 이격되어 배치된 소오스 및 드레인 영역(16s, 16d)들이 배치된다. 상기 제1 채널 영역(L1) 상에는 터널 절연막(6), 전하저장층(8)이 배치된다. 상기 제1 채널 영역(L1) 및 상기 제2 채널 영역(L2)을 가로지르는 콘트롤 게이트(12)가 배치된다. 상기 콘트롤 게이트(12)와 상기 전하저장층(8) 사이 및 상기 콘트롤 게이트(12)와 상기 제2 채널 영역(L2) 사이에는 게이트 층간 절연막(10)이 개재되어 있다. 미설명 도면부호 '20d'는 드레인 콘택을 나타내며, 도면부호 '20s'는 소오스 콘택을 나타낸다.
스플리트 게이트형의 소노스 소자에 프로그램을 하기 위해서는 채널-핫 전자 인입(channel-hot electron injection, CHEI) 또는 파울러-노더하임(Fowler-Nordheim, FN) 터널링에 의하여 전자가 상기 터널 절연막(6)을 통과하며 상기 전하저장층(8)에 트랩(trap)된다. 도 2의 도면부호 '30'의 화살표는 채널-핫 전자 인입(channel-hot electron injection, CHEI)에 의하여 전자가 상기 전하저장층(8)에 인입되는 것을 나타낸다. 상기 트랩된 전자의 양에 의하여 소노스 소자의 문턱전압이 변하게 되어 온(on) 또는 오프(off)의 두 가지 레벨이 정해진다.
소거(erase) 동작에서는 핫-홀 인입(hot hole injection)에 의하여 트랩된 전자를 디트랩(detrap) 한다. 도 2의 도면부호 '40'의 화살표는 홀이 상기 전하저장층(8)에 인입되는 것을 나타낸다.
상술한 구조에서는 소거 동작에서 상기 전하저장층(8)에 인입되는 핫 홀(hot hole)의 양이 적으므로 소거 속도가 느려지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 소거 동작에서 핫-홀 인입(hot hole injection)이 효과적으로 이루어져 소거 속도(erase speed)가 빠른 스플리트 게이트형 소노스 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 의한 스플리트 게이트(split gate) 형의 소노스(SONOS) 소자의 평면도 및 단면도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 스플리트 게이트형 소노스 소자를 나타내는 평면도 및 단면도,
도 5 내지 도 7은 본발명의 일실시예에 의한 스플리트 게이트형 소노스 소자의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2, 102 : 기판 3, 103: 활성영역
4, 104: 필드영역 6, 106 : 터널 절연막
8, 108 : 전하저장층 10, 110 : 게이트 층간절연막
16d, 16s, 116d, 116s : 드레인 및 소오스 영역
L1 : 제1 채널영역 L2 : 제2 채널영역
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 스플리트형 소노스 소자는 소거 동작에서 전하저장층에 트랩된 전하를 효과적으로 소거하기 위하여 핫-홀 인입(hot hole injection)이 되는 활성영역의 면적이 넓게 형성되어 있다.
상세하게는, 본 발명의 스플리트 게이트형 소노스 소자는 기판에 제1 채널 영역 및 제2 채널 영역만큼 이격되어 형성된 제1 도전성 영역 및 제2 도전성 영역이 배치된다. 상기 제1 채널 영역 및 상기 제2 채널 영역 상에는 콘트롤 게이트가 가로지른다. 상기 콘트롤 게이트과 상기 제1 채널 영역 사이에는 터널 절연막, 전하저장층 및 게이트 층간절연막이 개재되어 있으며, 상기 콘트롤 게이트와 상기 제2 채널 영역 사이에는 게이트 층간절연막이 개재되어 있다. 상기 제1 채널 영역 및 상기 제1 도전성 영역의 폭이 상기 제2 채널 영역 및 상기 제2 도전성 영역의 폭보다 더 넓게 형성되어 있는데, 이는 소거 동작에서 소거 속도를 빠르게 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 스플리트 게이트형 소노스 소자의 제조방법은 기판에 상대적으로 폭이 넓은 활성영역 및 상대적으로 폭이 좁은 활성영역을 정의하는 필드영역을 형성한다. 상기 상대적으로 폭이 넓은 활성영역의 소정영역에 터널 절연막을 개재한 전하저장층 패턴을 형성한다. 상기 전하저장층 패턴 및 상기 상대적으로 폭이 좁은 활성영역의 소정영역을 가로지르는 플로팅 게이트를 형성한다. 상기 플로팅 게이트와 상기 전하저장층 패턴 사이와 상기 플로팅 게이트와 상기 폭이 좁은 활성영역 사이에는 게이트 층간절연막을 형성할 수 있다.상기 플로팅 게이트의 양 측면의 활성영역에는 불순물을 이온주입하여 제1 도전성 영역 및 제2 도전성 영역을 형성한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 스플리트 게이트형 소노스 소자를 나타내는 평면도 및 단면도이다. 도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'에 따라 취해진 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기판(102)에 활성영역(103)을 정의하는 필드영역(104)이 배치된다. 상기 활성영역(103)에는 제1 채널 영역(L1) 및 제2 채널 영역(L2)으로 이격되어 배치된 소오스 및 드레인 영역(116s, 116d)들이 배치된다. 상기 제1 채널 영역(L1) 상에는 터널 절연막(106) 및 전하저장층(108)이 배치된다. 상기 제1 채널 영역(L1) 및 상기 제2 채널 영역(L2) 상을 가로지르는 콘트롤게이트(112)가 배치된다. 상기 콘트롤 게이트(112)와 상기 전하저장층(108) 사이 및 상기 콘트롤 게이트(112) 및 상기 제2 채널 영역(L2) 사이에는 게이트 층간 절연막(110)이 개재되어 있다. 미설명 도면부호 '120d'는 드레인 콘택을 나타내며, 도면부호 '120s'는 소오스 콘택을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 상기 드레인 영역(116d) 및 제1 채널 영역(L1)의 폭(W2)은 상기 소오스 영역(116s) 및 제2 채널 영역(W1)의 폭보다 상대적으로 크게 형성되어 있다. 따라서, 스플리트 게이트형 소노스 소자의 소거 동작에서 핫-홀 인입(hot hole injection)이 보다 효과적으로 이루어게 되어 빠른 소거 속도를 가질 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본발명의 일실시예에 따른 스플리트 게이트형 소노스 소자의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 기판(102)에 활성영역을 정의하는 필드영역(104)을 형성한다. 상기 활성영역을 평면적으로 보면 비대칭적인 형상을 가진다. 즉, 상대적으로 폭이 넓은 활성영역 및 상대적으로 폭이 좁은 활성영역이 정의된다. 상대적으로 폭이 넓은 활성영역에는 소노스 소자의 예정된 드레인 영역(predetermined drain region) 및 예정된 제1 채널 영역에 해당하며, 상대적으로 폭이 좁은 활성영역은 예정된 소오스 영역(predetermined source region) 및 예정된 제2 채널 영역에 해당한다.
상기 활성영역이 정의된 기판 상에 터널 절연막(106) 및 전하저장층(108)을차례대로 적층하고 패터닝하여 상기 상대적으로 폭이 넓은 활성영역 상에는 상기 터널 절연막 및 전하저장층을 잔류시키되, 상기 상대적으로 폭이 좁은 활성영역 상에는 상기 터널 절연막 및 전하저장층을 제거한다. 상기 터절 절연막은 실리콘 산화막으로 형성할 수 있으며, 상기 전하저장층은 실리콘 질화막으로 형성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 패터닝된 터널 절연막(106) 및 전하저장층(108)을 포함하는 기판 전면에 게이트 층간절연막(110) 및 콘트롤 게이트막(112)을 차례대로 적층한다. 상기 게이트 층간 절연막(110)은 실리콘 산화막으로 형성할 수 있으며, 상기 콘트롤 게이트막(112)은 도핑된 폴리실리콘막으로 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 통상의 사진식각 공정을 사용하여 일측에서는 상기 콘트롤 게이트막(112), 상기 게이트 층간절연막(110), 전하저장층(108) 및 터널 절연막(106)을 패터닝하여 상기 기판(102)에서 상기 예정된 드레인 영역을 노출시키며 제1 채널 영역을 정의한다. 타측에서는 상기 콘트롤 게이트막(112) 및 상기 게이트 층간절연막(110)을 패터닝하여 상기 예정된 소오스 영역을 노출시키며 제2 채널 영역을 정의한다. 상기 터널 절연막, 상기 전하저장층 및 상기 게이트 층간절연막의 측단부는 동시에 식각하므로 상기 콘트롤 게이트와 정렬되어 있다.
다시 도 4를 참조하면, 상기 필드영역(104) 및 상기 패터닝된 상기 콘트롤 게이트(112)를 이온주입 마스크로 이용하여 상기 예정된 드레인 영역 및 상기 예정된 소오스 영역에 드레인 및 소오스 영역(120d, 120s)을 형성한다,
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은 소노스 소자의 소거 동작에서 핫-홀 인입(hot hole injection)이 발생하는 활성영역의 면적을 넓힘으로써 소거 속도를 빠르게 할 수 있다.

Claims (13)

  1. 기판;
    상기 기판에 제1 채널 영역 및 제2 채널 영역만큼 이격되어 배치된 제1 도전성 영역 및 제2 도전성 영역;
    상기 제1 채널 영역 및 상기 제2 채널 영역을 가로지르는 콘트롤 게이트;
    상기 콘트롤 게이트과 상기 제1 채널 영역 사이에 개재된 터널 절연막, 전하저장층 및 게이트 층간절연막; 및
    상기 콘트롤 게이트와 상기 제2 채널 영역 사이에 개재된 게이트 층간절연막을 포함하며, 상기 제1 채널 영역 및 상기 제1 도전성 영역의 폭이 상기 제2 채널 영역 및 상기 제2 도전성 영역의 폭보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 스플리트 게이트형 소노스 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 도전성 영역은 드레인 영역을 나타내며, 상기 제2 도전성 영역은 소오스 영역을 나타내는 것을 특징으로 하는 스플리트 게이트형 소노스 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 터널 절연막, 상기 전하저장층 및 상기 게이트 층간절연막의 측단부는 상기 콘트롤 게이트와 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 스플리트 게이트형 소노스 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘트롤 게이트는 폴리실리콘인 것을 특징으로 하는 스플리트 게이트형 소노스 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전하저장층은 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 스플리트 게이트형 소노스 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 터널 절연막은 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 스플리트 게이트형 소노스 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 층간절연막은 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 스플리트 게이트형 소노스 소자.
  8. 기판에 상대적으로 폭이 넓은 활성영역 및 상대적으로 폭이 좁은 활성영역을 정의하는 필드영역을 형성하는 단계;
    상기 상대적으로 폭이 넓은 활성영역의 소정영역에 터널 절연막을 개재한 전하저장층 패턴을 형성하는 단계;
    상기 전하저장층 패턴 및 상기 상대적으로 폭이 좁은 활성영역의 소정영역을 가로지르는 플로팅 게이트를 형성하는 단계; 및
    상기 플로팅 게이트의 양 측면의 활성영역에 불순물을 이온주입하여 제1 도전성 영역 및 제2 도전성 영역을 형성하는 단계를 포함하는 스플리트 게이트형 소노스 소자의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 플로팅 게이트와 상기 전하저장층 패턴 사이와 상기 플로팅 게이트와 상기 폭이 좁은 활성영역 사이에는 게이트 층간절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스플리트 게이트형 소노스 소자의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 콘트롤 게이트는 폴리실리콘으로 형성하는 것을 특징으로 하는 스플리트 게이트형 소노스 소자 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 전하저장층은 실리콘 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 스플리트 게이트형 소노스 소자 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 터널 절연막은 실리콘 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 스플리트 게이트형 소노스 소자 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 게이트 층간절연막은 실리콘 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 스플리트 게이트형 소노스 소자 제조방법.
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