KR20060091332A - Flash memory cell having buried floating gate and fabrication method thereof - Google Patents

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KR20060091332A KR1020050011803A KR20050011803A KR20060091332A KR 20060091332 A KR20060091332 A KR 20060091332A KR 1020050011803 A KR1020050011803 A KR 1020050011803A KR 20050011803 A KR20050011803 A KR 20050011803A KR 20060091332 A KR20060091332 A KR 20060091332A
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Abstract

본 발명은 매립된 플로팅 게이트 구조를 갖는 플래쉬 메모리 셀 및 그 제조 방법에 대하여 개시된다. 본 발명의 플래쉬 메모리 셀은 반도체 기판의 상부에 형성되고 제1 도전막으로 형성된 콘트롤 게이트와, 반도체 기판의 표면과 콘트롤 게이트 사이에 형성된 유전체막와, 유전체막 아래의 반도체 기판 내부에 매립되고 제2 도전막으로 형성되는 플로팅 게이트와, 반도체 기판 내부에 플로팅 게이트를 감싸면서 형성되되 플로팅 게이트의 바텀 코너(bottom corner) 부분에서 더 두꺼운 터널 산화막과, 그리고 반도체 기판 내 플로팅 게이트와 터널 산화막을 사이에 두고 이격되어있는 소스와 드레인을 포함한다. 소스와 드레인의 정션 깊이는 서로 달라서, 소스의 정션 깊이가 플로팅 게이트의 깊이 보다 얕고 드레인의 정션 깊이는 플로팅 게이트의 깊이와 동일할 수 있다. 또는 플래쉬 메모리 셀의 소스와 드레인의 정션 깊이는 플로팅 게이트의 깊이와 동일하여, 소스와 드레인의 정션 깊이가 플로팅 게이트의 깊이 보다 얕거나, 소스와 드레인의 정션 깊이가 플로팅 게이트의 깊이 보다 깊을 수 있다.The present invention discloses a flash memory cell having a buried floating gate structure and a method of manufacturing the same. The flash memory cell of the present invention includes a control gate formed on the semiconductor substrate and formed of a first conductive film, a dielectric film formed between the surface of the semiconductor substrate and the control gate, and embedded in a semiconductor substrate under the dielectric film and having a second conductivity. A floating gate formed of a film, a floating gate formed inside the semiconductor substrate, and surrounded by a thicker tunnel oxide film at the bottom corner of the floating gate, and spaced apart between the floating gate and the tunnel oxide film in the semiconductor substrate. Includes source and drain. The junction depths of the source and drain are different, so the junction depth of the source may be shallower than the depth of the floating gate and the junction depth of the drain may be the same as the depth of the floating gate. Alternatively, the junction depth of the source and drain of the flash memory cell may be the same as that of the floating gate, such that the junction depth of the source and drain may be shallower than the depth of the floating gate, or the junction depth of the source and drain may be deeper than the depth of the floating gate. .

플래쉬 메모리 셀, 매몰된 플로팅 게이트, 터널 산화막, 소스 드레인 정션 깊이 Flash memory cell, buried floating gate, tunnel oxide, source drain junction depth

Description

매립된 플로팅 게이트 구조를 갖는 플래쉬 메모리 셀 및 그 제조 방법{Flash memory cell having buried floating gate and fabrication method thereof}Flash memory cell having a buried floating gate structure and a method of manufacturing the same {Flash memory cell having buried floating gate and fabrication method

도 1은 종래의 스택 게이트 플래쉬 셀을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a conventional stack gate flash cell.

도 2는 도 1의 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀의 전자 모델을 설명하는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an electronic model of the stack gate flash memory cell of FIG. 1.

도 3a 및 도 3b는 도 1의 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀의 특성을 설명하는 그래프이다.3A and 3B are graphs illustrating characteristics of the stacked gate flash memory cell of FIG. 1.

도 4는 도 1의 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀의 프로그래밍 동작을 설명하는 도면이다.4 is a diagram illustrating a programming operation of the stack gate flash memory cell of FIG. 1.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 매몰된 플로팅 게이트를 갖는 플래쉬 메모리 셀을 설명하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a flash memory cell having a buried floating gate according to a first embodiment of the present invention.

도 6은 도 5의 플래쉬 메모리 셀을 2차원적으로 배열시킨 제1 예의 레이아웃도이다.FIG. 6 is a layout diagram of a first example in which the flash memory cells of FIG. 5 are two-dimensionally arranged.

도 7a 내지 도 7g는 도 6의 BB'에 따라 공정 순서대로 도시한 단면도들이다.7A to 7G are cross-sectional views illustrating the process sequence according to BB ′ of FIG. 6.

도 8d 내지 도 8f는 도 6의 AA'에 따라 공정 순서대로 도시한 단면도들이다.8D to 8F are cross-sectional views illustrating the process sequence in accordance with AA ′ of FIG. 6.

도 9은 도 5의 플래쉬 메모리 셀을 2차원적으로 배열시킨 제 2예의 레이아웃도이다.9 is a layout diagram of a second example in which the flash memory cells of FIG. 5 are two-dimensionally arranged.

도 10a 내지 도 10g는 도 9의 BB'에 따라 공정 순서대로 도시한 단면도들이다.10A to 10G are cross-sectional views illustrating the process sequence according to BB ′ of FIG. 9.

도 11d 내지 도 11f는 도 9의 AA'에 따라 공정 순서대로 도시한 단면도들이다.11D through 11F are cross-sectional views sequentially illustrating the process according to AA ′ of FIG. 9.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 매몰된 플로팅 게이트를 갖는 플래쉬 메모리 셀을 설명하는 도면이다.12 is a view for explaining a flash memory cell having a buried floating gate according to a second embodiment of the present invention.

도 13은 도 12의 플래쉬 메모리 셀의 독출 동작을 설명하는 도면이다.FIG. 13 is a view illustrating a read operation of the flash memory cell of FIG. 12.

도 14은 도 12의 플래쉬 메모리 셀의 특성을 설명하는 그래프이다.14 is a graph illustrating characteristics of the flash memory cell of FIG. 12.

도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 매몰된 플로팅 게이트를 갖는 플래쉬 메모리 셀을 설명하는 도면이다.FIG. 15 illustrates a flash memory cell having a buried floating gate according to a third embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 매립된 플로팅 게이트 구조를 갖는 플래쉬 메모리 셀 및 그 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a flash memory cell having a buried floating gate structure and a method of manufacturing the same.

플래쉬 메모리 소자는 전원이 공급되지 않을지라도 메모리 셀에 저장된 정보가 소멸되지 않는 특징을 갖는다. 따라서, 컴퓨터에 사용되는 메모리 카드 등에 널리 채택되고 있다. 일반적인 플래쉬 메모리 소자의 단위 셀은 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트 전극이 차례로 적층된 게이트 구조를 갖는다.The flash memory device has a feature that information stored in a memory cell is not destroyed even when power is not supplied. Therefore, it is widely adopted in memory cards and the like used in computers. A unit cell of a typical flash memory device has a gate structure in which a floating gate and a control gate electrode are sequentially stacked.

도 1은 종래의 스택 게이트 플래쉬 셀을 도시한 단면도이다. 이를 참조하면, 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)은 반도체 기판(1) 내 ◎-N-웰(2), P-웰(4), 그리고 트랜치 아이소레이션부(2)가 형성되어 있고, 반도체 기판(1) 표면에 채널 영역을 사이에 두고 서로 이격된 소오스 영역(5) 및 드레인 영역(6)이 형성되어 있고, 채널 영역 상에 터널 산화막(7), 플로팅 게이트(FG, 8), 유전체 박막(9) 및 콘트롤 게이트 전극(CG, 10)이 차례로 적층되어 있다. 유전체 박막(9)은 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 막으로 구성된다. 소스 영역(5)과 드레인 영역(6)은 스페이서(11)를 이용하여 형성된 N+/N- 정션 구조로 형성되어 있다.1 is a cross-sectional view illustrating a conventional stack gate flash cell. Referring to this, in the stack gate flash memory cell 100, a ◎ -N-well 2, a P-well 4, and a trench isolation part 2 are formed in the semiconductor substrate 1. (1) A source region 5 and a drain region 6 spaced apart from each other with a channel region interposed therebetween, and a tunnel oxide film 7, a floating gate FG, and a dielectric thin film on the channel region. (9) and control gate electrodes CG and 10 are stacked in this order. The dielectric thin film 9 is composed of an oxide-nitride-oxide (ONO) film. The source region 5 and the drain region 6 are formed in an N + / N junction structure formed using the spacer 11.

도 2는 도 1의 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀의 전자 모델을 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, CFC는 콘트롤 게이트(CG, 10)와 플로팅 게이트(FG, 8) 사이의 ONO 유전체 박막(9)에 의한 커패시턴스이고, CS는 소스 정션(5)과 플로팅 게이트(FG, 8) 사이에서 생기는 기생 커패시턴스이고, CD는 드레인 정션(6)과 플로팅 게이트(FG, 8) 사이에서 생기는 기생 커패시턴스이며, CB는 플로팅 게이트(FG, 8)와 반도체 기판(B, 1) 사이에 생기는 기생 커패시턴스이다. 여기서, CT = CFC + CS + CB + CD이라고 하면 CS와 CD 값은 CFC와 CB에 비하여 아주 작기 때문에, 보통 CT = CFC + CB이다. 각각의 노드 사이에서 발생하는 기생 커플링 비(parasitic coupling ratio)는 다음과 같이 정의 할 수 있다. 소스 정션(5)의 기생 커플링 비는 aS = CS/CT로, 드레인 정션(6)의 기생 커플링 비는 aD =CD/CT 로, 그리고 플로팅 게이트(FG, 8)의 기생 커플링 비는 aG = CFC/CT로 나타낼 수 있다.FIG. 2 is a diagram illustrating an electronic model of the stack gate flash memory cell of FIG. 1. Referring to this, C FC is the capacitance by the ONO dielectric thin film 9 between the control gate (CG, 10) and the floating gate (FG, 8), C S is the source junction 5 and the floating gate (FG, 8) ) and the parasitic capacitance generated between, C D is the drain junction 6 and the floating gate (and the parasitic capacitance generated between FG, 8), C B is the floating gate (FG, 8) and the semiconductor substrate (B, 1) between It is a parasitic capacitance that occurs at. Here, if C T = C FC + C S + C B + C D , since C S and C D values are very small compared to C FC and C B , it is usually C T = C FC + C B. The parasitic coupling ratio generated between each node can be defined as follows. The parasitic coupling ratio of the source junction 5 is a S = C S / C T , the parasitic coupling ratio of the drain junction 6 is a D = C D / C T , and the floating gate (FG, 8) The parasitic coupling ratio of can be represented by a G = C FC / C T.

또한, VCG, VFS, VS, VDS및 VB는 각각 콘트롤 게이트(CG, 10), 플로팅 게이트(FG, 8), 소스 정션(5), 드레인 정션(6) 및 반도체 기판(B, 1)에 걸리는 바이어스 전압을 나타내며, 여기서 VFS는 VCG와 VDS의 함수로서 다음과 같은 관계를 갖는다.In addition, V CG , V FS , V S , V DS and V B are the control gates CG and 10, the floating gates FG and 8, the source junction 5, the drain junction 6, and the semiconductor substrate B, respectively. , And the bias voltage across 1), where V FS is a function of V CG and V DS .

Figure 112005007507851-PAT00001
Figure 112005007507851-PAT00001

플로팅 게이트(FG, 8)에 저장된 전하(charge)는 플로팅 게이트의 기생 커플링 비(aG)가 작을수록 적어지고, VDS가 높을수록 많아짐을 알 수 있다.A charge (charge) stored in the floating gate (FG, 8) is the less the smaller the parasitic coupling ratio (a G) of the floating gate, the higher the V DS can be seen that many,.

여기서, 플로팅 게이트(FG, 8)는 전기적으로 직접 접근이 불가능하므로, 실제적으로는 전기적 접근이 가능한 콘트롤 게이트(CG, 10)의 VCG 전압을 제어하는 방법을 사용하여 간접적으로 플로팅 게이트(FG, 8)의 VFG를 제어하게 된다.Here, since the floating gates FG and 8 are not directly electrically accessible, the floating gates FG and indirectly may be indirectly used by controlling the V CG voltage of the control gate CG 10 which is electrically accessible. V FG of 8) is controlled.

Figure 112005007507851-PAT00002
Figure 112005007507851-PAT00002

이 때, 셀 트랜지스터의 VT CG의 천이

Figure 112005007507851-PAT00003
는 다음 과 같이 표현 된다.At this time, transition of V T CG of the cell transistor
Figure 112005007507851-PAT00003
Is expressed as

Figure 112005007507851-PAT00004
Figure 112005007507851-PAT00004

Figure 112005007507851-PAT00005
는 QFC에 비례 하고, CFC에 반비례 한다는 것을 알 수 있다.
Figure 112005007507851-PAT00005
It can be seen that is proportional to Q FC and inversely proportional to C FC .

스택 게이트 플래쉬 셀(100)의 독출, 프로그램 및 삭제 동작은 소스, 드레인, 게이트 그리고 벌크 사이에 적절한 바이어스 전압을 인가함으로써, 그로 인하여 천이되는(shift) 셀의 문턱 전압(

Figure 112005007507851-PAT00006
)을 측정하여 구현한다. 독출, 프로그램 및 삭제 동작을 하기 위한 각각의 바이어스 전압 레벨은 다음과 같다.Read, program, and erase operations of the stack gate flash cell 100 may be performed by applying an appropriate bias voltage between the source, drain, gate, and bulk, thereby shifting the threshold voltage of the cell,
Figure 112005007507851-PAT00006
) Is implemented. The bias voltage levels for read, program and erase operations are as follows.

모드mode

Figure 112005007507851-PAT00007
Figure 112005007507851-PAT00007
Figure 112005007507851-PAT00008
Figure 112005007507851-PAT00008
Figure 112005007507851-PAT00009
Figure 112005007507851-PAT00009
Figure 112005007507851-PAT00010
Figure 112005007507851-PAT00010
독출 동작Read action 0V0 V Vcc(4.2V)Vcc (4.2V) Vread (0.7V)Vread (0.7V) 0V0 V 프로그램 동작Program behavior 0V0 V Vpp(9V)Vpp (9 V) VDS(4.75V)V DS (4.75V) 0V0 V 삭제 동작Delete action 플로팅 Floating -Vpp(-7V)-Vpp (-7V) 플로팅Floating Vpp(9V)Vpp (9 V)

스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)의 독출 동작은 도 3a 및 도 3b에서 보는 바와 같이 차아지 주입(charge injection)에 의해 천이된 셀의 문턱 전압(VT)를 측정하여 그 값을 기준 셀(reference cell)의 문턱 전압과 비교한다. 이렇게 하기 위하여, 이 셀의 소스(5)와 벌크(1)가 각각 접지된 상태에서 VCG = VCC ◎4.2V, (즉, VTE < VCG < VTP) 가해 주고 VDS = VREAD ◎1.0 V정도의 전압을 인가하여, 이 셀 트렌지스터의 드레인 전류 ID 를 측정하여, 이 셀이 프로그램된 상태인지 아니면 삭제된 상태인지를 구분한다.In the read operation of the stack gate flash memory cell 100, as shown in FIGS. 3A and 3B, the threshold voltage V T of a cell transitioned by charge injection is measured and the value is referred to as a reference cell. compare with the threshold voltage of the cell). To do this, apply V CG = V CC ◎ 4.2 V, ie V TE <V CG <V TP , with the source (5) and bulk (1) of this cell grounded respectively, and V DS = V READ By applying a voltage of about 1.0 V, the drain current I D of this cell transistor is measured to distinguish whether the cell is programmed or deleted.

스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)의 프로그래밍 동작은 셀 트랜지스터의 문턱 전압을 도 3b에서 보는 바와 같이, VTE에서 VTP

Figure 112005007507851-PAT00011
만큼 올려 주고 이를 센싱하여 이루어진다. 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)을 프로그램하기 위하여, 소스(5)와 벌크(1)가 접지된 상태에서, VCG = VPP ◎9 V를 가하고 VDS ◎4.75V를 인가하게 되면, 전자가 플로팅 게이트(8)의 아래의 소스 영역(5)쪽에서 채널을 따라 드레인 영역(6)쪽으로 이동하게 된다. 이때, 전자가 채널을 따라 형성되는 수평 전장 (transverse electric field)에 의해 가속되면서 충분한 에너지를 얻게 되면 (Channel Hot Electron), 도 4에서 보는 바와 같이, 드레인 영역(6) 부근에서 수직전장(vertical electric field)에 의하여, 플로팅 게이트(FG, 8) 쪽으로 전자들이 유입된다. 유입되는 채널 핫 일렉트론(Channel Hot Electron: CHE)에 의하여 셀 트랜지스터의 문턱 전압 전압이 수학식 3에서 보는 바와 같이,
Figure 112005007507851-PAT00012
만큼 천이(shift) 된다. 이 때에 플로팅 게이트(FG, 8)로 유입되는 전류 IG는The programming operation of the stack gate flash memory cell 100 may vary the threshold voltage of the cell transistor from V TE to V TP , as shown in FIG. 3B.
Figure 112005007507851-PAT00011
It is done by raising it and sensing it. In order to program the stack gate flash memory cell 100, when the source 5 and the bulk 1 are grounded, when V CG = VPP? 9 V is applied and V DS ? 4.75 V is applied, the electrons float. It moves from the source region 5 below the gate 8 to the drain region 6 along the channel. At this time, if electrons are accelerated by a transverse electric field formed along the channel (Channel Hot Electron), as shown in FIG. 4, the vertical electric field is near the drain region 6. By the field, electrons flow into the floating gate FG 8. As shown in Equation 3, the threshold voltage voltage of the cell transistor is caused by the channel Hot Electron (CHE) flowing therein.
Figure 112005007507851-PAT00012
Shift by. At this time, the current I G flowing into the floating gate FG 8 is

Figure 112005007507851-PAT00013
Figure 112005007507851-PAT00013

여기에서,

Figure 112005007507851-PAT00014
는 프로그램 시간이고,
Figure 112005007507851-PAT00015
Figure 112005007507851-PAT00016
에 따라 변한다. 그리고,
Figure 112005007507851-PAT00017
는 다음과 같은 변수들에 의해 민감하게 변한다.From here,
Figure 112005007507851-PAT00014
Is the program time,
Figure 112005007507851-PAT00015
Is
Figure 112005007507851-PAT00016
Depends on. And,
Figure 112005007507851-PAT00017
Is sensitively affected by the following variables.

i) 콘트롤 게이트 전압 VCG, 드레인 전압 VDS, i) control gate voltage V CG , drain voltage V DS,

ii) 콘트롤 게이트(CG)와 플로팅 게이트(FG) 사이의 커플링 비 aG 와 CFC, ii) the coupling ratio a G and C FC between the control gate (CG) and the floating gate (FG) ,

iii) 셀 트랜지스터의 채널 길이 및 채널 너비 iii) channel length and channel width of the cell transistor

iv) 온도iv) temperature

즉,

Figure 112005007507851-PAT00018
는 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀에서 유효 채널 길이(Leff)은 작 을 수록, 터널 산화막(tox, 7)는 얇을수록, CFC는 클수록, 그리고 VCG 나 VSD는 높을수록 커진다. 이에 따라 프로그램 시간도 빨라진다. In other words,
Figure 112005007507851-PAT00018
The smaller the effective channel length L eff , the thinner the tunnel oxide layer t ox , 7, the larger C FC , and the higher V CG or V SD in the stack gate flash memory cell. This also speeds up program time.

스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)에서 CHE에 의한 프로그램 방식은 소스(5)가 접지된 상태에서 콘트롤 게이트(CG, 10)와 드레인(6) 사이에 스트레스 전압을 가하여 이루어지는 데, 효율적인 프로그래밍을 하기 위하여서는 VDS ◎VCC인 상태에서 높은 VCG 스트레스 전압을 가하여야 한다. 이때 프로그램 시간을 줄이기 위하여 너무 높은 바이어스 전압을 콘트롤 게이트(CG, 10)에 가하면, 터널 산화막(7)에 가해지는 스트레스가 증가하면서 이로 인하여 불량이 발생할 확률이 높아져 제품의 신뢰성(reliability)에 문제를 일으킬 수 있다.In the stack gate flash memory cell 100, the programming method by CHE is performed by applying a stress voltage between the control gate CG and the drain 6 while the source 5 is grounded. Must apply high V CG stress voltage at VDS VC VCC. At this time, if a bias voltage that is too high is applied to the control gate (CG) 10 in order to reduce the program time, the stress applied to the tunnel oxide film 7 is increased, thereby increasing the probability of failure, thereby causing problems in product reliability. Can cause.

그리고, 전계(electric field)에 의하여 채널에서 플로팅 게이트(FG, 8)에 유입된 전자는 프로그램시 콘트롤 게이트(CG, 10)와 드레인(6) 사이의 바이어스 전압 때문에 생기는 전장에 의하여 발생되는 전자의 부수적인 터널링(tunneling) 때문에 누설 전류(leakage current) 형태로 플로팅 게이트(FG, 8)에서 빠져 나가게 된다. 이 누설 전류의 크기는 커플링 커패시턴스 CFC 와 VCG 스트레스 전압에 따라 달라진다. 이러한 문제점들은 제품의 집적도를 높이고 동시에 프로그램 시간을 줄이기 위하여 셀 트랜지스터를 계속적으로 축소(shrink)시킬 때 더욱 심각해진다.The electrons introduced into the floating gate FG in the channel by the electric field are generated by the electric field generated by the bias voltage between the control gate CG 10 and the drain 6 during programming. Due to incidental tunneling, it exits the floating gate (FG) 8 in the form of a leakage current. The magnitude of this leakage current depends on the coupling capacitances C FC and V CG stress voltages. These problems are exacerbated by continuously shrinking cell transistors to increase product density and reduce program time at the same time.

스택 게이트 플래쉬 메모리 셀의 삭제 동작은 셀 트랜지스터의 문턱 전압을 도 3b에서 보는 바와 같이, VTE에서 VTP

Figure 112005007507851-PAT00019
만큼 낮추어 준 뒤, 이 차이값을 센 싱하여 이루어진다. 소스(5)와 드레인(6)이 각각 플로팅된 상태에서 VCG = - Vpp ◎-7.0V 와 VB = +Vpp ◎+9.0 V를 인가하게 되면, 플로팅 게이트(FG, 8)에 저장된 전하가 채널쪽으로 빠져 나가게 되는데, 이러한 현상을 FN 터널링(Fowler-Nordheim (FN) tunnel mechanism)이라고 한다. 이때 벌크 바이어스(VB)를 가능하게 하기 위해서, 도 4에 도시된 바와 같이 P-월(42), P+-웰(41), ◎-N-웰(2) 형태의 트리플 웰 구조를 사용하기도 한다.The erase operation of the stack gate flash memory cell may change the threshold voltage of the cell transistor from V TE to V TP as shown in FIG. 3B.
Figure 112005007507851-PAT00019
It is lowered by and then sensed by this difference. When V CG =-Vpp ◎ -7.0V and V B = + Vpp ◎ +9.0 V are applied while the source 5 and the drain 6 are respectively floated, the charge stored in the floating gate FG, 8 It exits into the channel, which is called the Fowler-Nordheim (FN) tunnel mechanism. In this case, in order to enable the bulk bias (V B ), a triple well structure in the form of a P-wall 42, a P + -well 41, and a --N-well 2 is used as shown in FIG. 4. Sometimes.

FN 터널링 현상에 의하여 플로팅 게이트(FG, 8)에 저장된 전하 QFC의 증감이 일어나면, 이로 인해 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)의 문턱 전압이

Figure 112005007507851-PAT00020
만큼 천이된다. 이 천이된
Figure 112005007507851-PAT00021
를 감지하여 셀의 삭제 여부를 판단하게 된다. 이 삭제 방식은 메모리 어레이의 아키텍쳐에 따라서, 메모리 어레이를 여러 개의 블락 들로 나누어서 블락별로 삭제하는 섹터 삭제 방식이 보편적으로 쓰이며, 이때 셀 당 프로그래밍 시간은 보통 0.2㎲ 정도이고 삭제 시간은 보통 2ms 정도이므로, 섹터를 삭제할 경우 약 100 msec 정도의 긴 시간을 필요로 한다.When the charge Q FC stored in the floating gate FG 8 increases or decreases due to the FN tunneling phenomenon, the threshold voltage of the stack gate flash memory cell 100 may increase.
Figure 112005007507851-PAT00020
As long as the transition. This transitioned
Figure 112005007507851-PAT00021
Detect and determine whether to delete the cell. According to the architecture of the memory array, the sector erase method of dividing the memory array into blocks and deleting block by block is commonly used. In this case, the programming time per cell is usually about 0.2 ms and the erase time is about 2 ms. For example, deleting a sector requires a long time of about 100 msec.

FN 터널링에 의하여 생기는 전류는 다음과 같다.The current generated by FN tunneling is as follows.

Figure 112005007507851-PAT00022
Figure 112005007507851-PAT00022

여기서, A와 B는 상수이고,

Figure 112005007507851-PAT00023
는 터널 산화막(7)에서의 전계(electric field)를 나타낸다. 이에 따라,Where A and B are constants,
Figure 112005007507851-PAT00023
Denotes an electric field in the tunnel oxide film 7. Accordingly,

Figure 112005007507851-PAT00024
Figure 112005007507851-PAT00024

이고,ego,

Figure 112005007507851-PAT00025
Figure 112005007507851-PAT00025

로 나타낼 수 있다.It can be represented as.

수학식 6을 다음과 같이 재표현하면,Reexpression of Equation 6 as follows:

Figure 112005007507851-PAT00026
Figure 112005007507851-PAT00026

여기서, tOX는 터널 산화막(7)의 두께이다.Here, t OX is the thickness of the tunnel oxide film 7.

네가티브 게이트 바이어스의 삭제 동작에서는In the erase operation of negative gate bias

Figure 112005007507851-PAT00027
Figure 112005007507851-PAT00027

로 나타난다. 전류 logIG는 커플링 비 aG와 VCG, VS 함수이며, 특히 VCG 에 비례하여 급속히 증가하며, 터널 산화막 tOX 에는 역비례 하여 급속히 감소한다는 것을 알 수 있다. 따라서 VCG 가 1V 만 변하더라도 FN 터널링 전류 logIG는 10의 몇 배수로 증가함을 알 수 있으며, 터널 산화막 tOX 두께의 변화에 대하여서도 같은 정도로 민감하게 변하는 것을 알 수 있다. 이것으로부터 FN 터널링 방식이 CHE 방 식보다 프로그램 동작이나 삭제 동작에 더욱 효과적으로 활용될 수 있음을 알 수 있다.Appears. The current logI G is the coupling ratio a G and V CG , V S It can be seen that it is a function, especially increasing rapidly in proportion to V CG , and rapidly decreasing in inverse proportion to the tunnel oxide film t OX . Therefore, it can be seen that even if V CG changes only 1V, the FN tunneling current logI G increases by several multiples of 10, and it is also sensitive to changes in the tunnel oxide thickness t OX . From this, it can be seen that the FN tunneling method can be used more effectively for program operation or deletion operation than the CHE method.

상술한 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)은 다음과 같은 문제점들을 내재한다.The stack gate flash memory cell 100 described above has the following problems.

첫번째로, 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)은 그 구조상 플로팅 게이트(8)/유전체막(9)/콘트롤 게이트(10) 형태의 평탄한 구조로 되어 있어, 셀 트랜지스터를 지속적으로 축소하면 숏 채널(short channel) 문제로 한계에 부딪치게 된다.First, the stack gate flash memory cell 100 has a flat structure in the form of a floating gate 8 / dielectric film 9 / control gate 10 due to its structure. channel), we are hitting the limit.

두번째로, 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)은 숏 채널 효과(short channel effect)를 최소화하기 위하여 소스(5)/드레인(6)에 N+/N- 정션들을 만들기 위하여 이중 임플란트(double implantation) 공정을 해야 하고, 이를 위하여 질화막 측벽의 스페이서(nitride sidewall spacer) 공정을 추가하여야 한다.Secondly, the stack gate flash memory cell 100 has a double implantation process to make N + / N junctions in the source 5 / drain 6 to minimize the short channel effect. To this end, a nitride sidewall spacer process should be added.

세번째로, 평탄한 형태의 스택 게이트를 형성할 때, 공정을 단순화하기 위하여 인시츄(in-situ) RIE 식각 공정으로 폴리실리콘/ONO/폴리실리콘을 형성하므로 게이트 프로파일(gate profile)을 제어하기가 어렵다.Third, when forming a flat stack gate, it is difficult to control the gate profile because polysilicon / ONO / polysilicon is formed by an in-situ RIE etching process to simplify the process. .

네번째로, 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)은 CHE에 의하여 프로그램을 할 때, 드레인(6)에 높은 바이어스 전압으로 스트레스하여야 하기 때문에 드레인 디스털브(drain disturb) 또는 프로그래밍 디스털브(programming disturb)가 생긴다. 이는 정션이 오버랩된 부분의 디플리션 영역에서 BTBT(Band-to-Band Tunneling)에 의해 핫 일렉트론(Hot Hole)이 형성되어 플로팅 게이트(8)에 주입됨 에 따라 발생되는 현상이다.Fourth, when the stack gate flash memory cell 100 is programmed by CHE, drain drain or programming disturb occurs because the drain 6 needs to be stressed with a high bias voltage. . This is a phenomenon that occurs when hot electrons are formed by band-to-band tuning (BTBT) in the depletion region of the overlapped portion and injected into the floating gate 8.

다섯번째로, 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)은 표 1의 독출 바이어스 조건으로 10년~20년 정도 동안 독출 동작을 하게 되는데

Figure 112005007507851-PAT00028
전압이 1V 이상으로 높아지게 되면 CHE와 같은 메카니즘으로 독출 디스털브(read disturb)를 받게 되어 삭제된 셀이 프로그램된 것처럼 판단되는 문제가 발생한다.Fifth, the stack gate flash memory cell 100 performs a read operation for about 10 to 20 years under the read bias condition of Table 1.
Figure 112005007507851-PAT00028
When the voltage rises above 1 V, a mechanism such as CHE causes read disturb, which causes the deleted cell to be judged as programmed.

여섯번째로, 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)은 표 1의 삭제 바이어스 조건으로 소스 정션 삭제 동작을 수행하는 경우에 정션이 오버랩된 디플리션 영역에서 BTBT(Band-to-Band Tunneling) 핫 홀(Hot Hole)이 형성되어 플로팅 게이트(FG, 8)로 유입되어 터널 산화막(7)이 크게 손상을 받게 된다. 이에 따라, 데이터 유지(retention)와 사이클링(cycling)과 같은 신뢰성에 좋지 않은 문제점이 발생한다.Sixth, the stack gate flash memory cell 100 performs a BTBT (Band-to-Band Tunneling) hot hole in the depletion region where the junction overlaps when the source junction erase operation is performed under the erase bias condition of Table 1. A hot hole is formed and flows into the floating gate FG 8 so that the tunnel oxide film 7 is greatly damaged. Accordingly, problems such as poor data reliability and cycling occur.

일곱번째로, 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀(100)은 플로팅 게이트(8) 형성시 포토 미스얼라인(photo misalign)이 발생되면, 폴리실리콘을 식각할 때 언더 컷(undercut)이 발생하게 되어 그 밑의 액티브 영역(active area)이 노출된다. 그 이후 플로팅 게이트(8)를 형성하기 위한 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etch,RIE) 공정시 노출된 액티브 영역이 영향을 받게 되어 기판 손상(substrate damage)이 발생하는 문제점이 있다.Seventh, if the photo gate misalignment occurs when the floating gate 8 is formed, the stack gate flash memory cell 100 generates an undercut when etching the polysilicon. The active area is exposed. Thereafter, the exposed active region is affected during the reactive ion etching (RIE) process for forming the floating gate 8, thereby causing substrate damage.

따라서 플래쉬 메모리 제품의 집적도를 높이는 동시에, 스택 게이트 플래쉬 메모리 셀의 여러가지 문제점들을 보완할 수 있는 새로운 구조의 플래쉬 메모리 셀이 요구된다.Therefore, there is a need for a flash memory cell having a new structure that can increase the density of flash memory products and at the same time can solve various problems of the stack gate flash memory cell.

본 발명의 목적은 매몰된 플로팅 게이트 구조의 플래쉬 메모리 셀을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a flash memory cell of an embedded floating gate structure.

본 발명의 다른 목적은 상기 플래쉬 메모리 셀의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the flash memory cell.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 플래쉬 메모리 셀은 반도체 기판; 반도체 기판의 상부에 형성되고 제1 도전막으로 형성된 콘트롤 게이트; 반도체 기판의 표면과 콘트롤 게이트 사이에 형성된 유전체막; 유전체막 아래의 반도체 기판 내부에 매립되고 제2 도전막으로 형성되는 플로팅 게이트; 반도체 기판 내부에 플로팅 게이트를 감싸면서 형성된 터널 산화막; 및 반도체 기판 내 플로팅 게이트와 터널 산화막을 사이에 두고 이격되어있는 소스와 드레인을 포함한다.In order to achieve the above object, the flash memory cell of the present invention comprises a semiconductor substrate; A control gate formed on the semiconductor substrate and formed of a first conductive film; A dielectric film formed between the surface of the semiconductor substrate and the control gate; A floating gate embedded in the semiconductor substrate under the dielectric film and formed of a second conductive film; A tunnel oxide layer formed to surround the floating gate inside the semiconductor substrate; And a source and a drain spaced apart from each other with the floating gate and the tunnel oxide layer in the semiconductor substrate interposed therebetween.

본 발명의 바람직한 실시예들에 의해, 플래쉬 메모리 셀은 플로팅 게이트를 감싸는 터널 산화막의 두께가 균일하거나, 플로팅 게이트의 바텀 코너(bottom corner) 부분에서 더 두꺼운 것이 적합하다. 그리고, 플래쉬 메모리 셀은 소스와 드레인의 정션 깊이가 서로 달라, 소스의 정션 깊이가 플로팅 게이트의 깊이 보다 얕고, 드레인의 정션 깊이는 플로팅 게이트의 깊이와 동일한 것이 적합하다. 또는 플래쉬 메모리 셀은 소스와 드레인의 정션 깊이가 플로팅 게이트의 깊이와 동일하거나, 소스와 드레인의 정션 깊이가 플로팅 게이트의 깊이 보다 얕거나, 소스와 드레인의 정션 깊이가 플로팅 게이트의 깊이 보다 깊은 것이 적합하다.According to preferred embodiments of the present invention, it is preferable that the flash memory cell has a uniform thickness of the tunnel oxide film surrounding the floating gate or is thicker at the bottom corner portion of the floating gate. In the flash memory cell, the junction depths of the source and the drain are different from each other, so that the junction depth of the source is shallower than the depth of the floating gate, and the junction depth of the drain is equal to the depth of the floating gate. Alternatively, the flash memory cell may be formed such that the junction depth of the source and drain is the same as that of the floating gate, the junction depth of the source and the drain is shallower than the depth of the floating gate, or the junction depth of the source and the drain is deeper than the depth of the floating gate. Do.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 플래쉬 메모리 셀 제조 방법은 반도체 기판의 소정 영역을 노출시키는 소자 분리막을 형성하는 단계; 소자 분리막 사이에, 상기 반도체 기판 표면에 트랜치를 형성하는 단계; 트랜치 측면에 터널 산화막을 형성하는 단계; 터널 산화막과 접하면서 트랜치를 매립하는 제1 도전막으로 플로팅 게이트를 형성하는 단계; 플로팅 게이트 상에 유전체막을 형성하는 단계; 유전체막 상에 제2 도전막으로 콘트롤 게이트를 형성하는 단계; 및 반도체 기판의 플로팅 게이트의 양 측면으로 소자 분리박과 접하는 소스 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above another object, the flash memory cell manufacturing method of the present invention comprises the steps of forming an isolation film exposing a predetermined region of the semiconductor substrate; Forming a trench on a surface of the semiconductor substrate between device isolation layers; Forming a tunnel oxide layer on the side of the trench; Forming a floating gate with a first conductive film filling the trench while being in contact with the tunnel oxide film; Forming a dielectric film on the floating gate; Forming a control gate as a second conductive film on the dielectric film; And forming source and drain regions in contact with the device isolation foil on both sides of the floating gate of the semiconductor substrate.

바람직하기로, 제1 또는 제2 도전막은 폴리실리콘 또는 도우핑된 폴리실리콘으로 형성하고, 유전체막은 O/N/O(oxide/nitride/oxide)막으로 형성된다. 플래쉬 메모리 셀 제조 방법은 플로팅 게이트를 형성하는 플로팅 게이트 패턴과 콘트롤 게이트를 형성하는 콘트롤 게이트 패턴을 별도로 구비하여 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트를 형성하거나, 플로팅 게이트를 형성하는 플로팅 게이트 패턴을 이용하여 콘트롤 게이트를 형성할 수 있다.Preferably, the first or second conductive film is formed of polysilicon or doped polysilicon, and the dielectric film is formed of an oxide / nitride / oxide (O / N / O) film. The flash memory cell manufacturing method includes a floating gate pattern for forming a floating gate and a control gate pattern for forming a control gate to form a floating gate and a control gate, or a control gate using a floating gate pattern for forming a floating gate. Can be formed.

따라서, 본 발명의 BFG 셀은 유효 채널 길이(Effective Channel Length)를 증가시킬 수 있어 셀의 스케일-다운(scale-down)이 용이하고, 소스 및 드레인 영역의 N-/N+ 정션을 만들기 위한 더블 임프란트 공정이 필요없다. 그리고 BFG 셀은 플로팅 게이트가 CMP 공정에 의해 콘트롤 게이트와는 달리 셀프-얼라인으로 형성되기 때문에, 평탄한 스택 게이트 구조의 플래쉬 메모리 셀을 형성할 때 필수적인 인-시 츄 RIE 식각 공정의 부담을 해결할 수 있다. 게다가, BFG 셀은 BTBT가 발생하는 드레인 정션 디플리션 영역이 플로팅 게이트 아래 부분에 위치하게끔 형성함으로써 드레인 디스털번스를 줄일 수 있고 독출 디스털번스를 없앨 수 있다. 또한, 소스 정션 삭제 시 핫 홀(hot hole)에 의한 터널 산화막의 열화를 막을 수 있다.Thus, BFG cell of the present invention is an effective channel length (Effective Channel Length) can increase the I-scale cell-Double for creating / N + junction-down (scale-down) is easy and, N of the source and drain regions No implant process is required. Since the floating gate is self-aligned unlike the control gate by the CMP process, the BFG cell can solve the burden of the in-situ RIE etching process, which is essential when forming a flash memory cell having a flat stack gate structure. have. In addition, the BFG cell can reduce the drain distal burn and eliminate the read distal burn by forming the drain junction depletion region where the BTBT is generated beneath the floating gate. In addition, it is possible to prevent degradation of the tunnel oxide film due to hot holes when the source junction is deleted.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. DETAILED DESCRIPTION In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings that describe exemplary embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 매몰된 플로팅 게이트 셀(Buried Floating Gate Cell: 이하 "BFG 셀" 이라 칭한다)을 설명하는 도면이다. BFG 셀(50)은 고집적 플래쉬 메모리를 구현하는데 사용된다. BFG 셀(50)은 반도체 기판(51) 내부에 벌크 바이어스가 가능하도록 P-웰(54b), P+-웰(54a), ◎-N-웰(52) 형태의 트리플 웰 구조가 형성되어 있다. 트리플 웰 구조 대신에 P-웰, ◎-N 웰 구조의 트윈 웰 구조가 채용될 수도 있다. BFG 셀(50)이 형성될 액티브 영역은 트랜치 아이소레이션(53)으로 분리되어 있다. 반도체 기판(51) 내부에 매립된 플로팅 게이트(56) 양쪽으로 소스 및 드레인 영역(60a 및 60b)이 형성되어 있다. 플로팅 게이트(56)와 소스 및 드레인 영역(60a, 60b) 사이에 터널 산화막(55)이 형성되어 있다. 플로팅 게이트(56) 위로 유전체막(57)과 콘트롤 게이트(58)가 형성되어 있고, 콘트롤 게이트 측면으로 질화막 스페이서(59)가 형성되어 있다.5 is a view for explaining a buried floating gate cell (hereinafter referred to as a "BFG cell") according to a first embodiment of the present invention. The BFG cell 50 is used to implement a highly integrated flash memory. The BFG cell 50 has a triple well structure in the form of a P-well 54b, a P + -well 54a, and a ◎ -N-well 52 to enable bulk biasing in the semiconductor substrate 51. . Instead of the triple well structure, a twin well structure having a P-well and a ◎ -N well structure may be employed. The active region where the BFG cell 50 is to be formed is separated by trench isolation 53. Source and drain regions 60a and 60b are formed at both sides of the floating gate 56 embedded in the semiconductor substrate 51. A tunnel oxide film 55 is formed between the floating gate 56 and the source and drain regions 60a and 60b. A dielectric film 57 and a control gate 58 are formed on the floating gate 56, and a nitride film spacer 59 is formed on the side of the control gate.

이러한 BFG 셀의 동작은 다음과 같은 바이어스 조건에서 이루어진다. 표 2는 채널 삭제(channel erase) 방식을 나타내고, 표 3은 소스 삭제(source erase) 방식을 나타낸다.The operation of the BFG cell is performed under the following bias conditions. Table 2 shows a channel erase method, and Table 3 shows a source erase method.

모드mode 소스(

Figure 112005007507851-PAT00029
)sauce(
Figure 112005007507851-PAT00029
) 콘트롤 게이트(
Figure 112005007507851-PAT00030
)
Control gate
Figure 112005007507851-PAT00030
)
드레인(
Figure 112005007507851-PAT00031
)
drain(
Figure 112005007507851-PAT00031
)
벌크(
Figure 112005007507851-PAT00032
)
bulk(
Figure 112005007507851-PAT00032
)
독출 동작Read action 0V0 V Vcc(4.2V)Vcc (4.2V) Vread(0.7V)Vread (0.7V) 0V0 V 프로그램 동작Program behavior 0V0 V Vpp(9V)Vpp (9 V) VDS(4.75V)V DS (4.75V) 0V0 V 삭제 동작Delete action 플로팅 Floating -Vpp(-7V)-Vpp (-7V) 플로팅Floating Vpp(9V)Vpp (9 V)

모드mode 소스(

Figure 112005007507851-PAT00033
)sauce(
Figure 112005007507851-PAT00033
) 콘트롤 게이트(
Figure 112005007507851-PAT00034
)
Control gate
Figure 112005007507851-PAT00034
)
드레인(
Figure 112005007507851-PAT00035
)
drain(
Figure 112005007507851-PAT00035
)
벌크(
Figure 112005007507851-PAT00036
)
bulk(
Figure 112005007507851-PAT00036
)
독출 동작Read action 0V0 V Vcc(4.2V)Vcc (4.2V) Vread(0.7V)Vread (0.7V) 0V0 V 프로그램 동작Program behavior 0V0 V Vpp(9V)Vpp (9 V) VDS(4.75V)V DS (4.75V) 0V0 V 삭제 동작Delete action 5V5 V -Vpp(-9V)-Vpp (-9V) 플로팅Floating 0V0 V

도 6은 도 5의 플래쉬 메모리 셀을 2차원적으로 배열시킨 레이아웃도이다. 이를 참조하면, 복수개의 액티브 영역 패턴(61)이 서로 평행하게 배치되고, 액티브 영역 패턴(61)을 가로지르는 방향을 따라 복수개의 플로팅 게이트 패턴(66)이 배치된다. 플로팅 게이트 패턴(66)과 동일한 위치에 콘트롤 게이트 패턴(68)이 배치된다. 각 활성 영역 패턴(61) 내부에 콘택 마스크 패턴(62)이 배열된다.FIG. 6 is a layout diagram in which the flash memory cells of FIG. 5 are two-dimensionally arranged. Referring to this, the plurality of active region patterns 61 may be arranged in parallel with each other, and the plurality of floating gate patterns 66 may be disposed along the direction crossing the active region pattern 61. The control gate pattern 68 is disposed at the same position as the floating gate pattern 66. The contact mask pattern 62 is arranged in each active region pattern 61.

다음에, 도 6의 레이아웃도를 이용하여 플래쉬 메모리 셀 제조방법을 설명하기로 한다.Next, a flash memory cell manufacturing method will be described using the layout diagram of FIG. 6.

도 7a 내지 도 7g는 도 6의 BB'에 따라 공정 순서대로 도시한 단면도들이고, 도 8d 내지 도 8f는 도 6의 AA'에 따라 공정 순서대로 도시한 단면도들이다.7A to 7G are cross-sectional views illustrating the process sequence according to BB ′ of FIG. 6, and FIGS. 8D to 8F are cross-sectional views illustrating the process sequence according to AA ′ of FIG. 6.

도 7a를 참조하면, 반도체 기판(51) 상에 패드 산화막(71)을 형성하고 패드 산화막(71) 위에 실리콘 질화막(72)과 TEOS(TetraEthylOrthoSilicate)막(73)을 증착한다.Referring to FIG. 7A, a pad oxide film 71 is formed on a semiconductor substrate 51, and a silicon nitride film 72 and a TEE (TetraEthylOrthoSilicate) film 73 are deposited on the pad oxide film 71.

도 7b 및 도 7c를 참조하면, 액티브 영역을 형성하기 위해 소자 분리막 패턴을 이용하여 액티브 영역 패턴(61, 도 6)을 만든 다음, 액티브 영역 패턴(61)을 사용하여 RIE(Reactive Ion Etch) 식각 공정을 통하여 제1 트랜치(74)를 형성한다. 제1 트랜치(74)는 3000Å 정도의 깊이로 얕게 형성된다. 제1 트랜치(74)를 절연 물질로 채운 다음 CMP(Chemical Mechanical Planarization) 공정으로 평탄화시켜 트랜치 아이소레이션(Shallow Trench Isolation: STI, 53)을 형성한다. 이 후, 패드 산화막(71), 실리콘 질화막(72)과 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막(73)을 습식 식각 공정을 통하여 제거한다. Referring to FIGS. 7B and 7C, an active region pattern 61 (FIG. 6) is formed using an isolation layer pattern to form an active region, and then a reactive ion etching (RIE) is etched using the active region pattern 61. The first trench 74 is formed through the process. The first trench 74 is formed shallow to a depth of about 3000 mm 3. The first trench 74 is filled with an insulating material and then planarized by a chemical mechanical planarization (CMP) process to form trench isolation (STI) 53. Thereafter, the pad oxide film 71, the silicon nitride film 72, and the TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) film 73 are removed through a wet etching process.

도 7d와 도 8d를 참조하면, 트랜치 아이소레이션(53)이 형성된 반도체 기판(51) 내부에 ◎-N웰(52)과 P-웰(54)을 형성한 다음, 반도체 기판(51) 표면의 셀 게이트가 형성될 액티브 영역에 플로팅 게이트 패턴(66, 도 6)을 이용하여 해당하는 반도체 기판(51) 표면을 RIE 식각 공정을 통해 제2 트랜치(75)를 형성한다. 이후, 산화막 습식 식각 공정을 통하여 트랜치 아이소레이션(53)의 산화막을 약간 제거한다.7D and 8D, the? -N well 52 and the P-well 54 are formed in the semiconductor substrate 51 in which the trench isolation 53 is formed, and then the surface of the semiconductor substrate 51 is formed. The second trench 75 is formed on the surface of the semiconductor substrate 51 by RIE etching using the floating gate pattern 66 (see FIG. 6) in the active region where the cell gate is to be formed. Thereafter, the oxide layer of the trench isolation 53 is slightly removed through the oxide wet etching process.

도 7e와 도 8e를 참조하면, 제2 트랜치(75)가 형성된 반도체 기판(51) 위로 건식/습식 산화 방식을 이용하여 터널 산화막(55)을 10nm 정도 얇게 형성한다. 터널 산화막(55) 위에 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정으로 N+-타입의 제1 폴리실리콘층을 250nm 두께로 증착한 후 CMP 공정으로 제1 폴리실리콘층을 어느 정도 제거하되 제2 트랜치(75) 내부에 매립된 제1 폴리실리콘은 남겨둔다. 이 공정에 의하여 서로 인접한 셀의 플로팅 게이트(56)들은 각각 분리(isolate)되어 자동적으로 정렬(self-align)된다. 플로팅 게이트 패턴(66, 도 6)을 아일랜드(island) 타입으로, 또는 스트레이트(straight) 타입으로 사용할 수 있다. 이 후, 산화막 습식 식각 공정을 통하여 트랜치 아이소레이션(53)의 산화막을 약간 제거한다.Referring to FIGS. 7E and 8E, the tunnel oxide layer 55 is formed to be about 10 nm thin by using a dry / wet oxidation method over the semiconductor substrate 51 on which the second trench 75 is formed. After depositing an N + -type first polysilicon layer having a thickness of 250 nm on the tunnel oxide layer 55 by CVD (Chemical Vapor Deposition) process, the first polysilicon layer is removed to some extent by a CMP process, but the second trench 75 is removed. The first polysilicon embedded therein is left. By this process, the floating gates 56 of the cells adjacent to each other are isolated and self-aligned automatically. The floating gate pattern 66 (FIG. 6) may be used as an island type or a straight type. Thereafter, the oxide film of the trench isolation 53 is slightly removed through the oxide wet etching process.

도 7f와 도 8f를 참조하면, 플로팅 게이트(56)가 형성된 반도체 기판(51) 위로 CVD 공정으로 ONO(Oxide/Nitride/Oxide) 유전(dielectric) 물질을 증착한 다음, 그 ONO유전 물질 위에 콘트롤 게이트로 사용될 제2 폴리실리콘을 CVD 방법으로 증착한다. 이 후, 콘트롤 게이트 패턴(68, 도6)을 마스크로 이용하고 RIE 식각 공정을 통해 연속적으로 제2 폴리실리콘막과 ONO막을 식각하여 유전체막(57)과 콘트롤 게이트(58)를 형성한다.7F and 8F, an oxide / nitride / oxide (ONO) dielectric material is deposited by a CVD process on a semiconductor substrate 51 on which the floating gate 56 is formed, and then a control gate on the ONO dielectric material. The second polysilicon to be used is deposited by the CVD method. Thereafter, using the control gate pattern 68 (Fig. 6) as a mask, the second polysilicon film and the ONO film are etched continuously through the RIE etching process to form the dielectric film 57 and the control gate 58.

도 7g를 참조하면, 플로팅 게이트(56) 양 옆의 반도체 기판(51)에 P-웰(54)과 다른 도전형의 불순물, 즉 N형의 불순물을 주입함으로써, 소스/드레인 영역(60a, 60b)을 형성한다. 이 때, 콘트롤 게이트(58) 측면에 질화막의 스페이서(59)를 더 형성하여 N-/N+ 타입의 이중 구조의 소스/드레인 영역(60a, 60b)을 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 7G, source / drain regions 60a and 60b are implanted into the semiconductor substrate 51 on both sides of the floating gate 56 by implanting impurities of another conductivity type, that is, N-type impurities, with the P-well 54. ). In this case, the spacer 59 of the nitride film may be further formed on the side of the control gate 58 to form the N // N + type double structure source / drain regions 60a and 60b.

한편, 도 6의 레이아웃은 플로팅 게이트 패턴(66)과 콘트롤 게이트 패턴(68)이 각각 따로 존재하는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 플로팅 게이트 패턴(66)과 콘트롤 게이트 패턴(68)을 동일하게 하나로 구성할 수도 있다. 도 9를 참조하면, 복수개의 액티브 영역 패턴(91)이 서로 평행하게 배치되고, 액티브 영역 패턴(91)을 가로지르는 방향을 따라 복수개의 플로팅 게이트 패턴(96)이 배치된다. 각 활성 영역 패턴(91) 내부에 콘택 마스크 패턴(92)이 배열된다.6 illustrates a case in which the floating gate pattern 66 and the control gate pattern 68 exist separately, but the floating gate pattern 66 and the control gate pattern 68 are the same. It can also be configured. Referring to FIG. 9, a plurality of active region patterns 91 are disposed in parallel to each other, and a plurality of floating gate patterns 96 are disposed along a direction crossing the active region pattern 91. The contact mask pattern 92 is arranged in each active region pattern 91.

도 9의 레이아웃도를 이용한 플래쉬 메모리 셀 제조방법은 도 10a 내지 도 10g, 그리고 도 11d 내지 도 11f에 도시되어 있다. 도 10a 내지 도 10g는 도 9의 BB'에 따라 공정 순서대로 도시한 단면도들이고, 도 11d 내지 도 11f는 도 9의 AA'에 따라 공정 순서대로 도시한 단면도들이다. 여기에서, 도 10a 내지 도10c는 앞서 설명한 도 7a 내지 도 7c와 동일하므로, 설명의 중복을 피하기 위하여 이들에 대한 구체적인 설명은 생략된다.A flash memory cell manufacturing method using the layout diagram of FIG. 9 is illustrated in FIGS. 10A to 10G and 11D to 11F. 10A to 10G are cross-sectional views illustrating the process sequence according to BB ′ of FIG. 9, and FIGS. 11D to 11F are cross-sectional views illustrating the process sequence according to AA ′ of FIG. 9. Here, FIGS. 10A to 10C are the same as FIGS. 7A to 7C described above, and detailed descriptions thereof are omitted in order to avoid duplication of description.

도 10d와 도 11d를 참조하면, 트랜치 아이소레이션(53)이 형성된 반도체 기판(51) 내부에 ◎-N웰(52)과 P-웰(54)을 형성한 다음, 채널이 형성될 영역을 정의하고 패드 산화막(101)와 패드 질화막(102)을 형성한다. 다음에 플로팅 게이트 패턴(96, 도9)를 이용하여 패드 산화막(101)와 패드 질화막(102)을 기판 내부 까지 식각하여 제2 트랜치(105)를 형성한다. Referring to FIGS. 10D and 11D, the? -N well 52 and the P-well 54 are formed in the semiconductor substrate 51 in which the trench isolation 53 is formed, and then a region in which the channel is to be formed is defined. The pad oxide film 101 and the pad nitride film 102 are formed. Next, the pad oxide layer 101 and the pad nitride layer 102 are etched to the inside of the substrate using the floating gate pattern 96 (see FIG. 9) to form the second trench 105.

도 10e와 도 11e를 참조하면, 제2 트랜치(105) 내부에 터널 산화막(55)을 10nm 정도 얇게 형성한 뒤 터널 산화막(55) 위에 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정으로 플로팅 게이트(56)가 형성될 제2 트랜치(105) 내부를 250nm 두께 정도의 N+-타입의 제1 폴리실리콘으로 증착하고 이를 식각하여로 플로팅 게이트(56)를 형성한다. 10E and 11E, the tunnel oxide film 55 is formed to be about 10 nm thin inside the second trench 105, and then the floating gate 56 is formed on the tunnel oxide film 55 by a CVD process. The inside of the second trench 105 to be deposited is formed of N + -type first polysilicon having a thickness of about 250 nm and etched to form a floating gate 56.

도 10f와 도 11f를 참조하면, 플로팅 게이트(56) 위로 ONO(Oxide/Nitride/Oxide) 유전(dielectric) 물질(103)을 증착한 다음, 그 ONO 유전 물질 (103)위에 콘트롤 게이트(58)로 사용될 제2 폴리실리콘막을 CVD 방법으로 증착한다. 이 후, 제2 폴리실리콘막과 ONO막을 식각(etch-back)하거나 CMP 공정으로 평탄화한다. 바람직하기로는 CMP 공정을 이용하는 것이 여러모로 좋다. 왜냐하면 CMP 공정을 이용하여 제2 폴리실리콘막 뿐만 아니라 패드 질화층의 일부까지 제거할 경우 플로팅 게이트(56)위의 제2 폴리실리콘만 남길 수 있어 콘트롤 게이트(58)을 셀프-얼라인(self-align)방식으로 형성할 수 있기 때문이다.10F and 11F, deposit an Oxide / Nitride / Oxide (ONO) dielectric material 103 over the floating gate 56 and then onto the control gate 58 over the ONO dielectric material 103. The second polysilicon film to be used is deposited by the CVD method. Thereafter, the second polysilicon film and the ONO film are etched back or planarized by a CMP process. Preferably, the CMP process is used in many ways. Because when the CMP process is used to remove not only the second polysilicon layer but also a part of the pad nitride layer, only the second polysilicon on the floating gate 56 may be left, so that the control gate 58 is self-aligned. This is because it can be formed in an align method.

도 10g를 참조하면, 패드 질화층(102)을 스트립하고 콘트롤 게이트(58)의 양측 벽면에 스페이서 (sidewall spacer)(59)를 더 형성하고 이온 주입 방식으로 N 타입의 소스/드레인 영역(60a, 60b)을 형성한다. Referring to FIG. 10G, the pad nitride layer 102 is stripped, and sidewall spacers 59 are formed on both sidewalls of the control gate 58, and the N type source / drain regions 60a, 60b).

도 10 및 도 11의 제조 공정에서 플로팅 게이트(56)와 콘트롤 게이트(58)은 모두 셀프-얼라인(self-align)으로 형성된다. 플로팅 게이트(56)와 콘트롤 게이트(58)가 셀프-얼라인으로 형성되는 BFG 셀은 종래의 스택 게이트 셀을 형성할 때 필수적인 인-시츄(in-situ) RIE 식각 공정의 부담을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, N-/N+의 더블 임플란트(double implantation) 공정과 스페이서(59) 구조가 필요 없게 한다. 그리고 BTBT가 발생하는 드레인 정션 디프리션(Drain Junction Depletion) 영역이 플로팅 게이트(56) 아래 부분에 형성됨으로써, 드레인 디스털번스(Drain disturbance)를 줄일 수 있고 독출 디스털번스(Read disturbance)를 없앨 수 있다. 또한 소스 인젝션 삭제(Source junction Erase) 시에 핫 홀(hot hole)에 의한 터널 산화막 열화(tunnel oxide degradation)를 막을 수 있다. In the manufacturing process of FIGS. 10 and 11, both the floating gate 56 and the control gate 58 are self-aligned. The BFG cell in which the floating gate 56 and the control gate 58 are self-aligned can solve the burden of in-situ RIE etching process, which is essential when forming a conventional stack gate cell. Rather, it eliminates the need for a double implantation process of N- / N + and the spacer 59 structure. In addition, a drain junction depletion region in which BTBT is generated is formed under the floating gate 56, thereby reducing drain disturbance and eliminating read disturbance. Can be. In addition, it is possible to prevent tunnel oxide degradation due to hot holes at the time of source injection erase.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 BFG 셀을 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, BFG(120)은 도 5의 BFG 셀(50)과 비교하여, 플로팅 게이트(122)의 밑 코너(bottom corner) 부분이 둥글게 처리되어 이 부분과 접하는 터널 산화막(121)의 두께가 두껍게 형성되어 있고, 소스 및 드레인 영역(120a, 120b)의 정션 깊이가 서로 다르게 형성되어 있다는 점에서 차이가 있다. 특히, 소스 영역(120a)의 정션 깊이는 플로팅 게이트(122) 깊이 보다 얕고, 드레인 영역(120b)의 정션 깊이는 플로팅 게이트(122) 깊이로 형성되어 있다.12 is a diagram illustrating a BFG cell according to a second embodiment of the present invention. Referring to this, in comparison with the BFG cell 50 of FIG. 5, the BFG 120 is rounded at the bottom corner of the floating gate 122, so that the thickness of the tunnel oxide film 121 in contact with the portion is increased. The thickness is different, and the junction depths of the source and drain regions 120a and 120b are different from each other. In particular, the junction depth of the source region 120a is smaller than the depth of the floating gate 122, and the junction depth of the drain region 120b is formed to the depth of the floating gate 122.

BFG 셀(120)은 프로그램 동작 시 소스(120a)와 벌크(51)가 접지된 상태에서, VCG = VPP ◎9 V를 가하고 VDS ◎4.75V를 인가하게 되면, 최대 레터럴 필드(Max Lateral field)가 두 곳(A,B)에서 생기는 스플릿 구조를 갖는다. 이에 따라, 프로그램 효율(program efficiency)를 증가시킬 수 있다. 그리고 BFG 셀(120)은 독출 동작 시 도 13에 도시된 바와 같이, 소스 전압(Vs)을 증가시키더라도 소스 영역의 디플리션(depletion) 영역의 확장이 제한적이 되므로 독출 디스털번스(Read disturbance)의 우려가 없다. 이에 따라, 도 14에 도시된 바와 같이, 소스 전압 증가에 의해 BFG 셀(120)의 I-V 특성이 종래의 곡선인 A로부터 B로 쉬프트되어 트랜스컨덕턴스(GM)이 증가되어, BFG 셀(120)의 프로그램 또는 삭제를 판별할 수 있는 능력이 증대되므로 독출 속도가 향상된다.When the BFG cell 120 applies V CG = VPP ◎ 9 V and applies V DS ◎ 4.75 V while the source 120a and the bulk 51 are grounded during the program operation, the maximum lateral field (Max Lateral) is applied. field) has a split structure in two places (A and B). Accordingly, program efficiency can be increased. As shown in FIG. 13 during the read operation, the BFG cell 120 has a limited readout disturbance since the expansion of the depletion region of the source region is limited even when the source voltage Vs is increased. There is no fear of). Accordingly, as shown in FIG. 14, the IV characteristic of the BFG cell 120 is shifted from A, which is a conventional curve, to B by an increase in the source voltage, thereby increasing the transconductance (GM), thereby increasing the BFG cell 120. The read speed is improved because the ability to determine the program or deletion is increased.

도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 BFG 셀(150)을 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, BFG 셀(150)은 도 5의 BFG 셀(50)과 비교하여, 소스 및 드레인 영역(150a, 150b)의 정션 깊이가 플로팅 게이트(56)의 깊이 보다 얕게 형성되어 있다는 점에서 차이가 있다. 이 BFG 셀(150)은 프로그램 동작과 삭제 동작을 모두 F-N 터널링 방식으로 하는 것으로서, 소스 영역(150a)에서 F-N 프로그램시키고 드레인 영역(150b)에서 F-N 삭제시키는 방식이다. F-N 프로그램과 삭제가 같은 부분의 터널 산화막(55)에서 이루어지지 않기 때문에, 터널 산화막의 열화 측면의 신뢰성 특성이 좋다.15 is a diagram illustrating a BFG cell 150 according to a third embodiment of the present invention. Referring to this, the BFG cell 150 is different from the BFG cell 50 of FIG. 5 in that the junction depth of the source and drain regions 150a and 150b is formed to be shallower than the depth of the floating gate 56. There is. The BFG cell 150 performs the F-N tunneling method for both the program operation and the erase operation. The BFG cell 150 performs F-N programming in the source region 150a and F-N deletion in the drain region 150b. Since the F-N program and the deletion are not made in the tunnel oxide film 55 in the same portion, the reliability characteristics of the deterioration side of the tunnel oxide film are good.

BFG 셀(150)의 동작은 다음과 같은 바이어스 조건에서 이루어진다.Operation of the BFG cell 150 is performed under the following bias conditions.

모드mode 소스(

Figure 112005007507851-PAT00037
)sauce(
Figure 112005007507851-PAT00037
) 콘트롤 게이트(
Figure 112005007507851-PAT00038
)
Control gate
Figure 112005007507851-PAT00038
)
드레인(
Figure 112005007507851-PAT00039
)
drain(
Figure 112005007507851-PAT00039
)
벌크(
Figure 112005007507851-PAT00040
)
bulk(
Figure 112005007507851-PAT00040
)
독출 동작Read action 0V0 V Vcc(4.2V)Vcc (4.2V) Vread(0.7V)Vread (0.7V) 0V0 V 프로그램 동작Program behavior -Vpp(-7V)-Vpp (-7V) Vpp(9V)Vpp (9 V) 플로팅Floating -Vpp(-7V)-Vpp (-7V) 삭제 동작Delete action 플로팅Floating -Vpp(-7V)-Vpp (-7V) Vpp(9V)Vpp (9 V) 플로팅Floating

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

상술한 본 발명의 BFG 셀은 유효 채널 길이(Effective Channel Length)를 증가시킬 수 있어 셀의 스케일-다운(scale-down)이 용이하고, 소스 및 드레인 영역의 N-/N+ 정션을 만들기 위한 더블 임프란트 공정이 필요없다. 그리고 BFG 셀은 플로팅 게이트가 CMP 공정에 의해 콘트롤 게이트와는 달리 셀프-얼라인으로 형성되기 때문에, 평탄한 스택 게이트 구조의 플래쉬 메모리 셀을 형성할 때 필수적인 인-시츄 RIE 식각 공정의 부담을 해결할 수 있다. 게다가, BFG 셀은 BTBT가 발생하는 드레인 정션 디플리션 영역이 플로팅 게이트 아래 부분에 위치하게끔 형성함으로써 드레인 디스털번스를 줄일 수 있고 독출 디스털번스를 없앨 수 있다. 또한, 소스 정션 삭제 시 핫 홀(hot hole)에 의한 터널 산화막의 열화를 막을 수 있다.A BFG cell of the present invention described above is an effective channel length (Effective Channel Length) can increase the I-scale cell-Double for creating / N + junction-down (scale-down) it is easy and, N of the source and drain regions No implant process is required. In addition, since the floating gate is self-aligned unlike the control gate by the CMP process, the BFG cell can solve the in-situ RIE etching process, which is essential when forming a flash memory cell having a flat stack gate structure. . In addition, the BFG cell can reduce the drain distal burn and eliminate the read distal burn by forming the drain junction depletion region where the BTBT is generated beneath the floating gate. In addition, it is possible to prevent degradation of the tunnel oxide film due to hot holes when the source junction is deleted.

Claims (30)

반도체 기판;Semiconductor substrates; 상기 반도체 기판의 상부에 형성되고 제1 도전막으로 형성된 콘트롤 게이트;A control gate formed on the semiconductor substrate and formed of a first conductive film; 상기 반도체 기판의 표면과 상기 콘트롤 게이트 사이에 형성된 유전체막;A dielectric film formed between the surface of the semiconductor substrate and the control gate; 상기 유전체막 아래의 상기 반도체 기판 내부에 매립되고 제2 도전막으로 형성되는 플로팅 게이트;A floating gate embedded in the semiconductor substrate under the dielectric layer and formed of a second conductive layer; 상기 반도체 기판 내부에 상기 플로팅 게이트를 감싸면서 형성된 터널 산화막; 및A tunnel oxide layer formed to surround the floating gate in the semiconductor substrate; And 상기 반도체 기판 내 상기 플로팅 게이트와 상기 터널 산화막을 사이에 두고 이격되어 있는 소스와 드레인을 구비하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.And a source and a drain spaced apart from each other with the floating gate and the tunnel oxide layer interposed therebetween in the semiconductor substrate. 제1항에 있어서, 상기 플래쉬 메모리 셀은The method of claim 1, wherein the flash memory cell 상기 플로팅 게이트를 감싸는 상기 터널 산화막의 두께가 균일한 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.And a thickness of the tunnel oxide layer surrounding the floating gate is uniform. 제1항에 있어서, 상기 플래쉬 메모리 셀은The method of claim 1, wherein the flash memory cell 상기 플로팅 게이트를 감싸는 상기 터널 산화막의 두께가 상기 플로팅 게이트의 바텀 코너(bottom corner) 부분에서 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.And a thickness of the tunnel oxide layer surrounding the floating gate is thicker at a bottom corner of the floating gate. 제1항에 있어서, 상기 플래쉬 메모리 셀은The method of claim 1, wherein the flash memory cell 상기 소스와 드레인의 정션 깊이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.And the junction depths of the source and the drain are different from each other. 제4항에 있어서, 상기 플래쉬 메모리 셀은The method of claim 4, wherein the flash memory cell 상기 소스의 정션 깊이가 상기 플로팅 게이트의 깊이 보다 얕고, 상기 드레인의 정션 깊이는 상기 플로팅 게이트의 깊이와 동일한 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.And the junction depth of the source is shallower than the depth of the floating gate, and the junction depth of the drain is the same as the depth of the floating gate. 제1항에 있어서, 상기 플래쉬 메모리 셀은The method of claim 1, wherein the flash memory cell 상기 소스와 드레인의 정션 깊이가 상기 플로팅 게이트의 깊이와 동일한 것을 특징으로 플래쉬 메모리 셀.And a junction depth of the source and drain is equal to a depth of the floating gate. 제1항에 있어서, 상기 플래쉬 메모리 셀은The method of claim 1, wherein the flash memory cell 상기 소스와 드레인의 정션 깊이가 상기 플로팅 게이트의 깊이 보다 얕은 것을 특징으로 플래쉬 메모리 셀.And a junction depth of the source and drain is shallower than a depth of the floating gate. 제1항에 있어서, 상기 플래쉬 메모리 셀은The method of claim 1, wherein the flash memory cell 상기 소스와 드레인의 정션 깊이가 상기 플로팅 게이트의 깊이 보다 깊은 것 을 특징으로 플래쉬 메모리 셀.And a junction depth of the source and drain is deeper than a depth of the floating gate. 제1항에 있어서, 상기 유전체막은The method of claim 1, wherein the dielectric film O/N/O(oxide/nitride/oxide)막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.A flash memory cell comprising an O / N / O (oxide / nitride / oxide) film. 반도체 기판의 소정 영역을 노출시키는 소자 분리막을 형성하는 단계;Forming an isolation layer exposing a predetermined region of the semiconductor substrate; 상기 소자 분리막 사이에, 상기 반도체 기판 표면에 트랜치를 형성하는 단계;Forming a trench on a surface of the semiconductor substrate between the device isolation layers; 상기 트랜치 측면에 터널 산화막을 형성하는 단계;Forming a tunnel oxide layer on the side of the trench; 상기 터널 산화막과 접하면서 상기 트랜치를 매립하는 제1 도전막으로 플로팅 게이트를 형성하는 단계;Forming a floating gate with a first conductive layer filling the trench while contacting the tunnel oxide layer; 상기 플로팅 게이트 상에 유전체막을 형성하는 단계;Forming a dielectric film on the floating gate; 상기 유전체막 상에 제2 도전막으로 콘트롤 게이트를 형성하는 단계; 및Forming a control gate as a second conductive layer on the dielectric layer; And 상기 반도체 기판의 상기 플로팅 게이트의 양 측면으로 상기 소자 분리박과 접하는 소스 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀 제조 방법.And forming source and drain regions in contact with the device isolation foil on both sides of the floating gate of the semiconductor substrate. 제10항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 도전막은The method of claim 10, wherein the first or second conductive film 폴리실리콘 또는 도우핑된 폴리실리콘으로 형성하는 것을 특징으로 하는 플 래쉬 메모리 셀 제조 방법.A method of manufacturing a flash memory cell, characterized in that it is formed of polysilicon or doped polysilicon. 제10항에 있어서, 상기 유전체막은The method of claim 10, wherein the dielectric film O/N/O(oxide/nitride/oxide)막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀 제조 방법.A flash memory cell manufacturing method, characterized in that it is formed of an O / N / O (oxide / nitride / oxide) film. 제10항에 있어서, 상기 터널 산화막은The method of claim 10, wherein the tunnel oxide film 상기 플로팅 게이트를 감싸는 상기 터널 산화막의 두께가 균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀 제조 방법.And a uniform thickness of the tunnel oxide layer surrounding the floating gate. 제10항에 있어서, 상기 터널 산화막은The method of claim 10, wherein the tunnel oxide film 상기 플로팅 게이트를 감싸는 상기 터널 산화막의 두께가 상기 플로팅 게이트의 바텀 코너 부분에서 더 두꺼워지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀 제조 방법.And a thickness of the tunnel oxide layer surrounding the floating gate is thicker at a bottom corner portion of the floating gate. 제10항에 있어서, 상기 소스 및 드레인 영역은The method of claim 10, wherein the source and drain regions are 상기 플로팅 게이트 양측으로 상기 소스 및 드레인의 정션 깊이가 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀 제조 방법.And the junction depths of the source and the drain are formed on both sides of the floating gate. 제15항에 있어서, 상기 소스 및 드레인 영역은The method of claim 15, wherein the source and drain regions are 상기 소스의 정션 깊이가 상기 플로팅 게이트의 깊이 보다 얕고, 상기 드레인의 정션 깊이는 상기 플로팅 게이트의 깊이와 같도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀 제조 방법.And the junction depth of the source is shallower than the depth of the floating gate, and the junction depth of the drain is equal to the depth of the floating gate. 제10항에 있어서, 상기 소스 및 드레인 영역은The method of claim 10, wherein the source and drain regions are 상기 소스와 드레인의 정션 깊이가 상기 플로팅 게이트의 깊이와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 플래쉬 메모리 셀 제조 방법.And a junction depth of the source and drain is equal to a depth of the floating gate. 제10항에 있어서, 상기 상기 소스 및 드레인 영역은The method of claim 10, wherein the source and drain regions are 상기 소스와 드레인의 정션 깊이가 상기 플로팅 게이트의 깊이 보다 얕게 형성되는 것을 특징으로 플래쉬 메모리 셀 제조 방법.And a junction depth of the source and drain is formed to be shallower than a depth of the floating gate. 제10항에 있어서, 상기 플래쉬 메모리 셀은The method of claim 10, wherein the flash memory cell 상기 소스와 드레인의 정션 깊이가 상기 플로팅 게이트의 깊이 보다 깊게 형성되는 것을 특징으로 플래쉬 메모리 셀 제조 방법.And a junction depth of the source and drain is deeper than a depth of the floating gate. 제10항에 있어서, 상기 플래쉬 메모리 셀 제조 방법은The method of claim 10, wherein the flash memory cell manufacturing method 상기 플로팅 게이트를 형성하는 플로팅 게이트 패턴와 상기 콘트롤 게이트를 형성하는 콘트롤 게이트 패턴을 별도로 구비하여 상기 플로팅 게이트와 상기 콘트롤 게이트를 형성하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀 제조 방법.And a floating gate pattern for forming the floating gate and a control gate pattern for forming the control gate to form the floating gate and the control gate. 제10항에 있어서, 상기 플래쉬 메모리 셀 제조 방법은The method of claim 10, wherein the flash memory cell manufacturing method 상기 플로팅 게이트를 형성하는 플로팅 게이트 패턴을 이용하여 상기 콘트롤 게이트를 형성하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀 제조 방법. And forming the control gate using a floating gate pattern for forming the floating gate. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 소스 영역에 전압을 인가하여 상기 플로팅 게이트에 전하를 주입함으로써 상기 플래쉬 메모리 셀을 프로그램하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.The flash memory cell of claim 1 or 5, wherein the flash memory cell is programmed by applying a voltage to the source region to inject charge into the floating gate. 제22항에 있어서, 상기 소스 영역에 전압을 인가함에 의해 상기 플래쉬 메모리 셀에 저장된 이진정보를 읽어내는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.23. The flash memory cell of claim 22, wherein binary information stored in the flash memory cell is read by applying a voltage to the source region. 제1항 또는 제7항에 있어서, 상기 소스 영역에 전압을 인가하여 상기 소스 영역에서 상기 플로팅 게이트로 전하를 터널링(tunneling)함에 의해 상기 플래쉬 메모리 셀에 이진정보를 프로그램하는 하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.8. The flash of claim 1, wherein the binary memory is programmed into the flash memory cell by applying a voltage to the source region to tunnel the charge from the source region to the floating gate. 9. Memory cells. 제1항 또는 제7항에 있어서, 상기 드레인 영역에 전압을 인가하여 상기 플로팅 게이트에 저장된 전하를 터널링(tunneling)함에 의해 상기 플래쉬 메모리 셀에 저장된 이진정보를 삭제하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.8. The flash memory cell of claim 1 or 7, wherein binary information stored in the flash memory cell is erased by applying a voltage to the drain region to tunnel the charge stored in the floating gate. 제1항 또는 제7항에 있어서, 상기 소스 또는 상기 드레인 영역에 가운데 하나에서 발생하는 전하의 터널링(tunneling)에 의해 상기 플로팅 게이트에 이진 정보를 저장하고 상기 소스 또는 상기 드레인 가운데 나머지 하나를 이용하여 상기 이진 정보를 전하의 터널링(tunneling)에 의해 삭제하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.8. The method of claim 1 or 7, wherein binary information is stored in the floating gate by tunneling charge generated in one of the source or drain regions and using the other one of the source or the drain. And erase the binary information by tunneling charges. 제1항에 있어서, 상기 플로팅 게이트는 화학기계적 평탄화 (chemical mechanical planarization) 공정을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.The flash memory cell of claim 1, wherein the floating gate is formed using a chemical mechanical planarization process. 제1항에 있어서, 상기 콘트롤 게이트는 화학기계적 평탄화 (chemical mechanical planarization) 공정을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀.The flash memory cell of claim 1, wherein the control gate is formed using a chemical mechanical planarization process. 제10항에 있어서, 상기 플로팅 게이트를 형성하는 단계는 화학기계적 평탄화 (chemical mechanical planarization) 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 셀 제조 방법.12. The method of claim 10, wherein forming the floating gate uses a chemical mechanical planarization process. 제10항에 있어서, 상기 콘트롤 게이트를 형성하는 단계는 화학기계적 평탄화 (chemical mechanical planarization) 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 플래 쉬 메모리 셀 제조 방법.The method of claim 10, wherein the forming of the control gate uses a chemical mechanical planarization process.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101508441B1 (en) * 2013-06-21 2015-04-07 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 Memory devices with floating gate embedded in substrate

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100830339B1 (en) 2006-12-27 2008-05-19 동부일렉트로닉스 주식회사 Flash memory device
KR100894683B1 (en) 2007-08-28 2009-04-24 경북대학교 산학협력단 High performance 1T-DRAM cell device and manufacturing method thereof
JP2009146497A (en) * 2007-12-13 2009-07-02 Renesas Technology Corp Semiconductor device
CN102237313B (en) * 2010-04-29 2013-06-19 武汉新芯集成电路制造有限公司 Flash memory device and manufacturing method thereof
CN105097953B (en) * 2014-05-13 2018-08-03 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Half floating gate transistor structures

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5315142A (en) * 1992-03-23 1994-05-24 International Business Machines Corporation High performance trench EEPROM cell
KR0166840B1 (en) * 1995-05-12 1999-01-15 문정환 Semiconductor device having a recess channel structure
JPH09330988A (en) * 1996-06-11 1997-12-22 Sony Corp Laminated gate-type non-volatile semiconductor memory device
TW385550B (en) * 1998-05-27 2000-03-21 United Microelectronics Corp Electrically erasable programmable read only flash memory
JP3664884B2 (en) * 1998-08-11 2005-06-29 松下電器産業株式会社 Semiconductor memory device and manufacturing method thereof
JP3303789B2 (en) * 1998-09-01 2002-07-22 日本電気株式会社 Flash memory and its writing / erasing method
JP2000200840A (en) * 1999-01-06 2000-07-18 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and manufacture thereof
JP2001007225A (en) * 1999-06-17 2001-01-12 Nec Yamagata Ltd Non-volatile semiconductor storage device and manufacture thereof
JP2001118939A (en) * 1999-10-15 2001-04-27 Sharp Corp Nonvolatile semiconductor memory and manufacturing method therefor
JP2002118183A (en) * 2000-10-10 2002-04-19 Toshiba Corp Non-volatile semiconductor memory
JP2002134634A (en) * 2000-10-25 2002-05-10 Nec Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2002158299A (en) * 2000-11-17 2002-05-31 Toshiba Corp Semiconductor storage device and manufacturing method thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101508441B1 (en) * 2013-06-21 2015-04-07 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 Memory devices with floating gate embedded in substrate
US9230977B2 (en) 2013-06-21 2016-01-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Embedded flash memory device with floating gate embedded in a substrate
US10163919B2 (en) 2013-06-21 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Embedded flash memory device with floating gate embedded in a substrate
US11903191B2 (en) 2013-06-21 2024-02-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Embedded flash memory device with floating gate embedded in a substrate

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