KR20080017594A - Method of fabricating a non-volatile memory cell having a buried n+region and a tunnel insulating layer self-aligned with each other - Google Patents

Method of fabricating a non-volatile memory cell having a buried n+region and a tunnel insulating layer self-aligned with each other Download PDF

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Abstract

A method for fabricating a non-volatile memory cell having a buried n+ region and a tunnel insulating layer self-aligned with each other are provided to overlap the tunnel insulating layer on a normal position of a burial impurity region by using a spacer. A gate insulating layer(120) is formed on a semiconductor substrate(110). A mask pattern(10) having an opening(12) is formed on the gate insulating layer. A spacer(20) is formed on a sidewall of the opening. A burial impurity region(130) is formed at a lower part of the opening is formed by implanting impurities into the semiconductor substrate by using the mask pattern as an ion implantation mask. A tunnel window(40) for exposing the burial impurity region is formed by etching the gate insulating layer. The mask pattern and the spacer are removed. A tunnel insulating layer is formed on the burial impurity region exposed by the tunnel window. A floating gate layer, a gate interlayer dielectric, and a control gate layer are sequentially formed on the semiconductor substrate having the tunnel insulating layer.

Description

서로 자기정렬된 매립 n형 불순물 영역 및 터널 절연막을 갖는 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법{Method of fabricating a non-volatile memory cell having a buried n+region and a tunnel insulating layer self-aligned with each other}Method of fabricating a non-volatile memory cell having a buried n + region and a tunnel insulating layer self-aligned with each other}

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법을 순차적으로 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 6 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 자기정렬된 매립 n 형 불순물 영역 및 터널 절연막을 갖는 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a nonvolatile memory cell having a buried n-type impurity region and a tunnel insulating film self-aligned with each other.

데이터를 저장하는 데 사용되는 반도체 메모리 소자들은 휘발성 메모리 소자들 또는 비휘발성 메모리 셀들로 분류될 수 있다. 상기 휘발성 메모리 소자들은 그들에 공급되는 전력이 차단되는 경우에, 그들의 저장된 데이터가 소멸된다. 이에 반하여, 상기 비휘발성 메모리 셀들은 그들에 공급되는 전력이 차단될지라도, 그들의 저장된 데이터를 유지한다. 따라서, 상기 비휘발성 메모리 셀들, 예를 들면 EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) 소자들은 메모 리 카드 또는 이동통신 단말기(mobile telecommunication system) 등에 널리 사용되고 있다.Semiconductor memory devices used to store data may be classified into volatile memory devices or nonvolatile memory cells. The volatile memory devices lose their stored data when the power supplied to them is interrupted. In contrast, the nonvolatile memory cells retain their stored data even if the power supplied to them is interrupted. Therefore, the nonvolatile memory cells, for example, EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) devices are widely used in a memory card or a mobile telecommunication system.

상기 EEPROM 소자는 복수개의 메모리 셀들을 포함하고, 상기 EEPROM 셀들의 각각은 직렬 접속된 하나의 메모리 트랜지스터 및 하나의 선택 트랜지스터를 구비한다. 상기 메모리 트랜지스터는 반도체 기판 내에 형성된 n 형 소오스 영역 n 형의 매립 불순물 영역을 포함할 수 있다. 상기 매립 불순물 영역은 상기 소오스 영역 보다 높은 불순물 농도를 갖는다. 더 나아가서, 상기 메모리 트랜지스터는 상기 소오스 영역 및 상기 매립 불순물 영역 사이의 채널 영역 상에 차례로 적층된 부유게이트, 게이트 층간 절연막 및 제어게이트 전극을 구비할 수 있다. 상기 부유게이트는 연장하여 상기 매립불순물 영역을 덮을 수 있다. 또한, 상기 부유게이트 및 상기 매립 불순물 영역 사이에 상기 게이트 절연막보다 얇은 터널 산화막이 개재될 수 있다. The EEPROM device includes a plurality of memory cells, each of the EEPROM cells having one memory transistor and one selection transistor connected in series. The memory transistor may include an n-type source region n-type buried impurity region formed in a semiconductor substrate. The buried impurity region has a higher impurity concentration than the source region. Furthermore, the memory transistor may include a floating gate, a gate interlayer insulating layer, and a control gate electrode sequentially stacked on a channel region between the source region and the buried impurity region. The floating gate may extend to cover the buried impurity region. Further, a tunnel oxide film thinner than the gate insulating film may be interposed between the floating gate and the buried impurity region.

상기 메모리 트랜지스터를 프로그램시키기 위해서는 상기 매립 불순물 영역 및 상기 제어게이트 전극에 각각 접지 전압 및 양의 프로그램 전압을 인가한다. 그 결과, 상기 매립 불순물 영역 내의 전자들이 상기 터널 절연막을 통하여 부유게이트 내로 주입되어 상기 메모리 트랜지스터의 문턱 전압을 증가시킨다. 이와 반대로, 상기 메모리 트랜지스터를 소거시키기 위해서는 상기 제어게이트 전극 및 상기 매립 불순물 영역에 각각 접지 전압 및 양의 소거 전압을 인가한다. 이 경우에, 상기 부유게이트 내의 전자들이 상기 터널 산화막을 통하여 상기 매립 불순물 영역 내로 추출되어 상기 메모리 트랜지스터의 문턱 전압을 감소시킨다.To program the memory transistor, a ground voltage and a positive program voltage are applied to the buried impurity region and the control gate electrode, respectively. As a result, electrons in the buried impurity region are injected into the floating gate through the tunnel insulating layer to increase the threshold voltage of the memory transistor. On the contrary, in order to erase the memory transistor, a ground voltage and a positive erase voltage are applied to the control gate electrode and the buried impurity region, respectively. In this case, electrons in the floating gate are extracted into the buried impurity region through the tunnel oxide film to reduce the threshold voltage of the memory transistor.

종래의 EEPROM 셀을 형성하는 방법은 상기 반도체 기판의 소정 영역 내에 상기 매립 불순물 영역을 형성하는 것과, 상기 매립 불순물 영역을 갖는 반도체 기판 상에 상기 게이트 절연막을 형성하는 것과, 상기 게이트 절연막을 패터닝하여 상기 매립 불순물 영역을 노출시키는 터널 윈도우를 형성하는 것과, 상기 노출된 매립 불순물 영역 상에 상기 터널 산화막을 형성하는 것을 포함한다. 이 경우에, 상기 터널 윈도우가 상기 매립 불순물 영역과 오정렬될 수 있다. 즉, 상기 터널 윈도우의 일 부분만이 상기 매립 불순물 영역과 중첩될 수 있다. 이 경우에, 상기 메모리 트랜지스터의 프로그램 효율 및/또는 소거 효율이 저하될 수 있다. 특히, 상기 EEPROM 소자의 집적도가 증가함에 따라 상기 터널 윈도우 및 상기 매립 불순물 영역 사이의 오정렬 확률은 증가할 수 있다.A conventional method of forming an EEPROM cell includes forming the buried impurity region in a predetermined region of the semiconductor substrate, forming the gate insulating film on a semiconductor substrate having the buried impurity region, and patterning the gate insulating film. Forming a tunnel window exposing the buried impurity region, and forming the tunnel oxide film on the exposed buried impurity region. In this case, the tunnel window may be misaligned with the buried impurity region. That is, only a portion of the tunnel window may overlap the buried impurity region. In this case, the program efficiency and / or erase efficiency of the memory transistor may decrease. In particular, as the degree of integration of the EEPROM device increases, the misalignment probability between the tunnel window and the buried impurity region may increase.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 터널 윈도우를 매립 불순물 영역에 자기정렬시키어 프로그램 효율 및 소거 효율을 개선시킬 수 있는 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory cell, in which a tunnel window is self-aligned with a buried impurity region to improve program efficiency and erase efficiency.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법이 제공된다. 상기 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법은 반도체 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 것을 구비한다. 상기 게이트 절연막 상에 개구부를 갖는 마스크 패턴을 형성한다. 상기 마스크 패턴을 이온 주입 마스크로 사용하여 상기 반도체 기판 내로 불순물들을 주입하여 상기 개구부 하부에 매립 불순 물 영역을 형성한다. 상기 마스크 패턴 및 상기 스페이서를 식각 마스크들로 사용하여 상기 게이트 절연막을 식각하여 상기 매립 불순물 영역을 노출시키는 터널 윈도우를 형성한다. 상기 마스크 패턴 및 상기 스페이서를 제거한다. 상기 터널 윈도우에 의해 노출된 상기 매립 불순물 영역 상에 터널 절연막을 형성한다. 상기 터널 절연막을 갖는 반도체 기판 상에 부유 게이트막, 게이트 층간절연막 및 제어 게이트막을 차례로 형성한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, a method of manufacturing a nonvolatile memory cell is provided. The method for manufacturing the nonvolatile memory cell includes forming a gate insulating film on a semiconductor substrate. A mask pattern having an opening is formed on the gate insulating film. Impurities are implanted into the semiconductor substrate using the mask pattern as an ion implantation mask to form a buried impurity region under the opening. The gate insulating layer is etched using the mask pattern and the spacer as etching masks to form a tunnel window exposing the buried impurity region. The mask pattern and the spacer are removed. A tunnel insulating film is formed on the buried impurity region exposed by the tunnel window. A floating gate film, a gate interlayer insulating film, and a control gate film are sequentially formed on the semiconductor substrate having the tunnel insulating film.

상기 스페이서는 상기 매립 불순물 영역의 형성 전 또는 후에 형성할 수 있다.The spacer may be formed before or after the buried impurity region is formed.

상기 스페이서는 상기 마스크 패턴에 대하여 식각 선택비를 갖는 물질막으로 형성할 수 있다. 상기 마스크 패턴은 실리콘 질화막으로 형성하고, 상기 스페이서는 실리콘막으로 형성할 수 있다.The spacer may be formed of a material film having an etch selectivity with respect to the mask pattern. The mask pattern may be formed of a silicon nitride film, and the spacer may be formed of a silicon film.

상기 터널 절연막은 열산화막으로 형성하되, 상기 매립 불순물 영역의 상기 열산화막은 상기 게이트 절연막보다 얇은 두께로 형성할 수 있다. The tunnel insulating layer may be formed of a thermal oxide layer, and the thermal oxide layer of the buried impurity region may be formed to have a thickness thinner than that of the gate insulating layer.

상기 제어 게이트막, 상기 게이트 층간절연막 및 상기 부유 게이트막을 연속적으로 패터닝하여 상기 터널 절연막 및 이에 인접한 상기 게이트 절연막을 덮는 메모리 게이트 패턴을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 메모리 게이트 패턴을 이온 주입 마스크로 사용하여 상기 반도체 기판 내로 불순물들을 주입하여 상기 매립 불순물 영역으로부터 이격된 제 1 불순물 영역 및 상기 매립 불순물 영역에 접하면서 상기 제 1 불순물 영역의 반대편에 위치하는 제 2 불순물 영역을 형성할 수 있다. The method may further include forming a memory gate pattern covering the tunnel insulating layer and the gate insulating layer adjacent to the tunnel insulating layer by successively patterning the control gate layer, the gate interlayer insulating layer, and the floating gate layer. Impurities are implanted into the semiconductor substrate using the memory gate pattern as an ion implantation mask so as to contact the buried impurity region and the first impurity region spaced from the buried impurity region and a second opposite to the first impurity region Impurity regions can be formed.

상기 제어 게이트막, 상기 게이트 층간절연막 및 상기 부유 게이트막을 연속적으로 패터닝하여 상기 터널 절연막 및 이에 인접한 상기 게이트 절연막을 덮는 메모리 게이트 패턴 및 상기 메모리 게이트 패턴에 인접한 선택 게이트 패턴을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 메모리 게이트 패턴 및 상기 선택 게이트 패턴을 이온 주입 마스크들로 사용하여 상기 반도체 기판 내로 불순물들을 주입하여 상기 매립 불순물 영역으로부터 이격된 제 1 불순물 영역, 상기 매립 불순물 영역과 접하면서 상기 메모리 게이트 패턴 및 상기 선택 게이트 패턴 사이에 위치하는 제 2 불순물 영역 및 상기 선택 게이트 패턴에 인접하고 상기 제 2 불순물 영역으로부터 이격된 제 3 불순물 영역을 형성할 수 있다. And continuously patterning the control gate layer, the gate interlayer insulating layer, and the floating gate layer to form a memory gate pattern covering the tunnel insulating layer and the gate insulating layer adjacent thereto, and a selection gate pattern adjacent to the memory gate pattern. have. Impurities are implanted into the semiconductor substrate by using the memory gate pattern and the selection gate pattern as ion implantation masks, the first impurity region spaced apart from the buried impurity region, the memory gate pattern and the contact with the buried impurity region A second impurity region positioned between the selection gate patterns and a third impurity region adjacent to the selection gate pattern and spaced apart from the second impurity region may be formed.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 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. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.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 to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the scope of the invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. Like numbers refer to like elements throughout. Also, an element or layer is referred to as "on" or "on" of another element or layer by interposing another layer or other element in the middle as well as directly above the other element or layer. Include all cases.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법 을 순차적으로 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 6 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(110) 내 활성 영역(미도시)을 정의하는 소자 분리막(미도시)이 형성될 수 있고, 상기 반도체 기판(110) 상에 게이트 절연막(120)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(120)은 250Å 내지 350Å 정도의 두께를 갖는 실리콘 산화막 또는 실리콘 산질화막으로 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연막(120)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition),HDP-CVD(High Density Plasma-Chemical Vapor Deposition), APCVD(Atomosphere Pressure Chemical Vapor Deposition) 등과 공정에 의해 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1, an isolation layer (not shown) defining an active region (not shown) in the semiconductor substrate 110 may be formed, and a gate insulating layer 120 is formed on the semiconductor substrate 110. The gate insulating layer 120 may be formed of a silicon oxide film or a silicon oxynitride film having a thickness of about 250 kV to about 350 kPa. The gate insulating layer 120 may be formed by a process such as Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD), High Density Plasma-Chemical Vapor Deposition (HDP-CVD), Atomosphere Pressure Chemical Vapor Deposition (APCVD), or the like.

이어서, 상기 게이트 절연막(120) 상에 상기 게이트 절연막(120)의 일부를 노출시키는 개구부(12)를 갖는 마스크 패턴(10)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(10)은 하드 마스크 패턴으로 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다. Subsequently, a mask pattern 10 having an opening 12 exposing a portion of the gate insulating layer 120 is formed on the gate insulating layer 120. The mask pattern 10 may be formed of a silicon nitride film as a hard mask pattern.

도 2를 참조하면, 상기 마스크 패턴(10) 상에 스페이서막(미도시)을 콘포멀(conformal)하게 형성하고, 상기 스페이서막(미도시)을 이방성 식각하여 상기 개구부(12)의 측벽 상에 스페이서들(20)을 형성한다. 상기 스페이서들(20)은 상기 마스크 패턴(10)과 다른 재질을 가지며 상기 게이트 절연막(120)에 대하여 식각 선택비를 갖는 막으로, 예를 들면, 폴리실리콘막으로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 2, a spacer layer (not shown) is conformally formed on the mask pattern 10, and the spacer layer (not shown) is anisotropically etched on sidewalls of the opening 12. Spacers 20 are formed. The spacers 20 may be formed of a material different from that of the mask pattern 10 and have an etching selectivity with respect to the gate insulating layer 120. For example, the spacers 20 may be formed of a polysilicon layer.

다음으로, 상기 마스크 패턴(10)을 이온 주입 마스크로 하여 상기 개구부(12)에 의해 한정되는 상기 반도체 기판(110) 내에 불순물을 이온 주입(30)을 한다. 그 결과, 상기 개구부(12)에 대응되는 상기 반도체 기판(110) 내에 매립 불순물 영역(130)을 형성한다. 상기 매립 불순물 영역(130)은 n+형 불순물로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 이온 주입(30)시 불순물은 상기 스페이서들(20)을 부분적으로 통과하여, 상기 매립 불순물 영역(130)은 상기 반도체 기판(110)의 표면에서 하부로 갈수록 대칭적으로 폭이 좁아질 수 있다. Next, impurities are implanted into the semiconductor substrate 110 defined by the opening 12, using the mask pattern 10 as an ion implantation mask. As a result, buried impurity regions 130 are formed in the semiconductor substrate 110 corresponding to the openings 12. The buried impurity region 130 may be made of n + type impurities. In addition, the impurities may partially pass through the spacers 20 during the ion implantation 30, so that the buried impurity region 130 may be symmetrically narrowed downward from the surface of the semiconductor substrate 110. Can be.

도 2에 대하여 상기 스페이서들(20)을 형성한 후에 상기 반도체 기판(110) 내에 불순물을 이온 주입(30)한 것으로 설명하였으나, 이와 반대로, 상기 반도체 기판(110) 내에 상기 마스크 패턴(10)을 이온 주입 마스크로 사용하여 불순물 이온 주입(30)하고, 이후에 상기 스페이서들(20)을 형성할 수 있다. 후자의 경우에 상기 매립 불순물 영역(130)은 상기 반도체 기판(110) 내에서 표면에서 하부까지 폭이 일정하게 형성될 수 있다.2, the impurity is implanted into the semiconductor substrate 30 after the spacers 20 are formed. However, the mask pattern 10 is formed in the semiconductor substrate 110. Impurity ion implantation 30 may be used as an ion implantation mask, and then the spacers 20 may be formed. In the latter case, the buried impurity region 130 may have a constant width from the surface to the bottom in the semiconductor substrate 110.

이어서, 도 3을 참조하면, 상기 마스크 패턴(10) 및 상기 스페이서들(20)을 식각 마스크로 하여 상기 게이트 절연막(120)을 식각하여 상기 매립 불순물 영역(130)을 노출시키는 터널 윈도우(40)를 형성한다. 이때, 상기 게이트 절연막(120)의 식각은 불산이 함유된 식각액 등을 사용하는 습식 식각으로 진행될 수 있다.3, the tunnel window 40 exposing the buried impurity region 130 by etching the gate insulating layer 120 using the mask pattern 10 and the spacers 20 as an etch mask. To form. In this case, the etching of the gate insulating layer 120 may be performed by wet etching using an etchant containing hydrofluoric acid.

도 4를 참조하면, 상기 마스크 패턴(10) 및 상기 스페이서들(20)을 제거한다. 이후, 상기 터널 윈도우(40)에 의해 노출된 상기 매립 불순물 영역(130) 상에 터널 절연막(140)을 형성한다. 상기 터널 절연막(140)은 산소 분위기에서 상기 반도체 기판(110)을 열산화시킴으로써 형성되는 열산화막일 수 있다. 이때, 상기 터널 절연막(140)은 상기 반도체 기판(110) 사이의 계면 트랩(trap) 밀도를 감소시키기 위해 상술한 열산화 이후, 산화질소 분위기에서 열산화하는 공정을 더 포함할 수 있다. 상기 매립 불순물 영역(130)상의 상기 열산화막 즉, 상기 터널 절연막(140)은 상기 게이트 절연막(120)보다 얇은 두께로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예를 따르면, 상기 터널 절연막(140)이 형성될 영역이 상기 스페이서들(도 3의 20 참고)에 의해 한정됨으로써 상기 터널 절연막(140)이 상기 매립 불순물 영역(130) 상에 자기 정렬될 수 있다. 즉, 상기 터널 절연막(140)이 상기 매립 불순물 영역(130) 상에 어느 한쪽으로 치우치지 않고 정위치에 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4, the mask pattern 10 and the spacers 20 are removed. Thereafter, a tunnel insulating layer 140 is formed on the buried impurity region 130 exposed by the tunnel window 40. The tunnel insulating layer 140 may be a thermal oxide film formed by thermally oxidizing the semiconductor substrate 110 in an oxygen atmosphere. In this case, the tunnel insulating layer 140 may further include a step of thermally oxidizing in a nitrogen oxide atmosphere after the above-described thermal oxidation in order to reduce the interface trap density between the semiconductor substrate 110. The thermal oxide film on the buried impurity region 130, that is, the tunnel insulating film 140, may be formed to have a thickness thinner than that of the gate insulating film 120. According to the exemplary embodiment of the present invention, the tunnel insulation layer 140 is formed on the buried impurity region 130 by defining the region where the tunnel insulation layer 140 is to be defined by the spacers (see 20 in FIG. 3). Can be aligned. That is, the tunnel insulating layer 140 may be formed on the buried impurity region 130 without being biased to one side.

다음으로, 도 5를 참조하면, 상기 터널 절연막(140)을 갖는 상기 반도체 기판(110) 상에 부유 게이트막(151), 게이트 층간절연막(152) 및 제어 게이트막(153)을 차례로 형성한다. 상기 부유 게이트막(151)은 도전막으로, 예컨대, 도핑된 폴리실리콘막으로 이루어질 수 있다. 도프트 폴리실리콘의 경우 증착과 동시에 인시츄(in-situ)로 도핑하여 형성할 수 있다. 이와 달리, 비도핑된 폴리실리콘을 먼저 형성하고 이후에 불순물을 주입하여 도핑할 수도 있다. 그리고, 상기 게이트 층간절연막(152)은 ONO막(silicon oxide/silicon nitride /silicon oxide layer;ONO layer) 또는 고유전막으로 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 고유전막은 알루미늄 산화막(AlO), 하프늄 산화막(HfO), 지르코늄 산화막 (ZrO), 란타늄 산화막(LaO), 하프늄 실리콘 산화막(HfSiO), 하프늄 알루미늄 산화막(HfAlO), 티타늄 산화막(TiO), 탄탄륨 산화막(TaO) 또는 이들의 조합에 의한 적층막으로 형성될 수 있다. 상기 제어 게이트막(153)은 상기 부유 게이트막(151)과 동일한 도전막이거나 다른 도전막으로 이루어질 수 있다. 또한, 제어 게이트막(153)은 폴리실리콘막, 폴리사이드 또는 이들의 조합으로 된 적층막으로 이루어질 수 있다. Next, referring to FIG. 5, a floating gate film 151, a gate interlayer insulating film 152, and a control gate film 153 are sequentially formed on the semiconductor substrate 110 having the tunnel insulating film 140. The floating gate layer 151 may be a conductive layer, for example, a doped polysilicon layer. The doped polysilicon may be formed by doping in-situ simultaneously with deposition. Alternatively, undoped polysilicon may be formed first and then doped by implanting impurities. The gate interlayer insulating layer 152 may be formed of an silicon oxide / silicon nitride / silicon oxide layer (ONO layer) or a high dielectric layer. In this case, the high-k dielectric film may include aluminum oxide (AlO), hafnium oxide (HfO), zirconium oxide (ZrO), lanthanum oxide (LaO), hafnium silicon oxide (HfSiO), hafnium aluminum oxide (HfAlO), and titanium oxide (TiO). ), A tantalum oxide film (TaO), or a combination thereof. The control gate layer 153 may be formed of the same conductive layer as the floating gate layer 151 or a different conductive layer. In addition, the control gate film 153 may be formed of a laminated film made of a polysilicon film, a polyside, or a combination thereof.

도 6을 참조하면, 상기 제어 게이트막(153), 상기 게이트 층간절연막(152) 및 상기 부유 게이트막(151)을 연속적으로 패터닝하여 상기 터널 절연막(140) 및 이에 인접한 상기 게이트 절연막(120)을 덮는 메모리 게이트 패턴(150) 및 상기 메모리 게이트 패턴(150)에 인접한 선택 게이트 패턴(160)을 형성할 수 있다. 상기 메모리 게이트 패턴(150)은 위에서 차례로 제어 게이트 패턴(156), 게이트 층간절연막 패턴(155) 및 부유 게이트 패턴(154)을 포함할 수 있다. 상기 선택 게이트 패턴(160)은 위에서 차례로 상부 선택 게이트 패턴(166), 게이트 층간절연막 패턴(164), 하부 선택 게이트 패턴(162)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 게이트 패턴(156) 및 상기 하부 선택 게이트 패턴(162)은 상기 소자 분리막(미도시)을 가로지르며 연장되어 각각 라인 형태의 센스 라인(미도시) 및 워드 라인(미도시)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 6, the tunnel insulating layer 140 and the gate insulating layer 120 adjacent thereto are formed by successively patterning the control gate layer 153, the gate interlayer insulating layer 152, and the floating gate layer 151. A covering memory gate pattern 150 and a selection gate pattern 160 adjacent to the memory gate pattern 150 may be formed. The memory gate pattern 150 may sequentially include a control gate pattern 156, a gate interlayer insulating layer pattern 155, and a floating gate pattern 154. The selection gate pattern 160 may include an upper selection gate pattern 166, a gate interlayer insulating layer pattern 164, and a lower selection gate pattern 162 in order from above. In addition, the control gate pattern 156 and the lower selection gate pattern 162 extend across the device isolation layer (not shown) to form sense lines (not shown) and word lines (not shown) in the form of lines, respectively. can do.

이어서, 상기 반도체 기판(110) 내에 제 1, 제 2 및 제 3 불순물 영역(172, 174, 176)을 형성할 수 있다. 상기 불순물 영역들(172, 174, 176)은 상기 메모리 게이트 패턴(150) 및 상기 선택 게이트 패턴(160)을 이온 식각 마스크로 하여 n 형 불순물을 이온 주입하여 형성될 수 있다. 그 결과, 제 1 불순물 영역(172)은 상기 매립 불순물 영역(130)으로부터 이격되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 불순물 영역(172)은 메모리 트랜지스터의 소스 영역일 수 있다. 그리고, 제 2 불순물 영역(174)은 상기 매립 불순물 영역(130)과 접하면서 상기 메모리 게이트 패턴(150)과 상기 선택 게이트 패턴(160) 사이의 상기 반도체 기판(110) 내에 형성될 수 있다. 상기 제 2 불순물 영역(174)은 상기 매립 불순물 영역(130)과 접하여 전기적으 로 연결될 수 있다. 이러한 상기 제 2 불순물 영역(174)은 메모리 트랜지스터의 드레인 영역과 선택 트랜지스터의 소스 영역을 겸할 수 있다. 제 3 불순물 영역(176)은 상기 선택 게이트 패턴(160)에 인접하고 상기 제 2 불순물 영역(174)으로부터 이격되어 형성되며, 선택 트랜지스터의 드레인 영역일 수 있다. Subsequently, first, second and third impurity regions 172, 174, and 176 may be formed in the semiconductor substrate 110. The impurity regions 172, 174, and 176 may be formed by ion implanting n-type impurities using the memory gate pattern 150 and the selection gate pattern 160 as an ion etching mask. As a result, the first impurity region 172 may be formed to be spaced apart from the buried impurity region 130. That is, the first impurity region 172 may be a source region of the memory transistor. The second impurity region 174 may be formed in the semiconductor substrate 110 between the memory gate pattern 150 and the selection gate pattern 160 while contacting the buried impurity region 130. The second impurity region 174 may be electrically connected to the buried impurity region 130. The second impurity region 174 may serve as a drain region of the memory transistor and a source region of the selection transistor. The third impurity region 176 is formed adjacent to the selection gate pattern 160 and spaced apart from the second impurity region 174, and may be a drain region of the selection transistor.

다음으로, 상기 메모리 게이트 패턴(150) 및 상기 선택 게이트 패턴(160)의 양측에 측벽 스페이서(180)를 형성할 수 있다.Next, sidewall spacers 180 may be formed on both sides of the memory gate pattern 150 and the selection gate pattern 160.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 상기 터널 절연막을 형성하는데 있어서, 상기 스페이서를 사용하여 상기 터널 절연막이 형성될 부분을 한정함으로써 상기 터널 절연막이 상기 매립 불순물 영역 상의 정위치에 중첩될 수 있다. 그 결과, 상기 비휘발성 메모리 셀의 동작에서 셀의 프로그램/소거시 문턱 전압이 셀에 일정하게 인가되어, 프로그램 효율 및 소거 효율을 개선시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, in forming the tunnel insulating film, the tunnel insulating film may be superimposed on the buried impurity region by defining a portion where the tunnel insulating film is to be formed using the spacer. As a result, in the operation of the nonvolatile memory cell, a threshold voltage is applied to the cell at the time of program / erase of the cell, thereby improving program efficiency and erase efficiency.

Claims (7)

반도체 기판 상에 게이트 절연막을 형성하고,Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate, 상기 게이트 절연막 상에 개구부를 갖는 마스크 패턴을 형성하고,Forming a mask pattern having an opening on the gate insulating film, 상기 개구부의 측벽 상에 스페이서를 형성하고,Forming a spacer on the sidewall of the opening, 상기 마스크 패턴을 이온 주입 마스크로 사용하여 상기 반도체 기판 내로 불순물들을 주입하여 상기 개구부 하부에 매립 불순물 영역을 형성하고, Impurities are implanted into the semiconductor substrate using the mask pattern as an ion implantation mask to form a buried impurity region under the opening; 상기 마스크 패턴 및 상기 스페이서를 식각 마스크들로 사용하여 상기 게이트 절연막을 식각하여 상기 매립 불순물 영역을 노출시키는 터널 윈도우를 형성하고,Forming a tunnel window through which the gate insulating layer is etched by using the mask pattern and the spacer as etching masks to expose the buried impurity region; 상기 마스크 패턴 및 상기 스페이서를 제거하고,Removing the mask pattern and the spacer, 상기 터널 윈도우에 의해 노출된 상기 매립 불순물 영역 상에 터널 절연막을 형성하고,Forming a tunnel insulating film on the buried impurity region exposed by the tunnel window, 상기 터널 절연막을 갖는 반도체 기판 상에 부유 게이트막, 게이트 층간절연막 및 제어 게이트막을 차례로 형성하는 것을 포함하는 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법.And sequentially forming a floating gate film, a gate interlayer insulating film, and a control gate film on the semiconductor substrate having the tunnel insulating film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스페이서는 상기 매립 불순물 영역의 형성 전 또는 후에 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법.And the spacers are formed before or after the buried impurity region is formed. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스페이서는 상기 마스크 패턴에 대하여 식각 선택비를 갖는 물질막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법.And the spacer is formed of a material film having an etch selectivity with respect to the mask pattern. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 마스크 패턴은 실리콘 질화막으로 형성하고, 상기 스페이서는 실리콘막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법.And the mask pattern is formed of a silicon nitride film, and the spacer is formed of a silicon film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 터널 절연막은 열산화막으로 형성하되, 상기 매립 불순물 영역의 상기 열산화막은 상기 게이트 절연막보다 얇은 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법.And the tunnel insulating film is formed of a thermal oxide film, and wherein the thermal oxide film of the buried impurity region is formed to have a thickness thinner than that of the gate insulating film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제어 게이트막, 상기 게이트 층간절연막 및 상기 부유 게이트막을 연속적으로 패터닝하여 상기 터널 절연막 및 이에 인접한 상기 게이트 절연막을 덮는 메모리 게이트 패턴을 형성하고, Continuously patterning the control gate layer, the gate interlayer insulating layer, and the floating gate layer to form a memory gate pattern covering the tunnel insulating layer and the gate insulating layer adjacent thereto; 상기 메모리 게이트 패턴을 이온 주입 마스크로 사용하여 상기 반도체 기판 내로 불순물들을 주입하여 상기 매립 불순물 영역으로부터 이격된 제 1 불순물 영 역 및 상기 매립 불순물 영역에 접하면서 상기 제 1 불순물 영역의 반대편에 위치하는 제 2 불순물 영역을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법.Implanting impurities into the semiconductor substrate using the memory gate pattern as an ion implantation mask, the first impurity region spaced from the buried impurity region and the first impurity region which is in contact with the buried impurity region and positioned opposite to the first impurity region 2. A method of manufacturing a nonvolatile memory cell, characterized by further comprising forming an impurity region. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어 게이트막, 상기 게이트 층간절연막 및 상기 부유 게이트막을 연속적으로 패터닝하여 상기 터널 절연막 및 이에 인접한 상기 게이트 절연막을 덮는 메모리 게이트 패턴 및 상기 메모리 게이트 패턴에 인접한 선택 게이트 패턴을 형성하고, Successively patterning the control gate layer, the gate interlayer insulating layer, and the floating gate layer to form a memory gate pattern covering the tunnel insulating layer and the gate insulating layer adjacent thereto, and a selection gate pattern adjacent to the memory gate pattern, 상기 메모리 게이트 패턴 및 상기 선택 게이트 패턴을 이온 주입 마스크들로 사용하여 상기 반도체 기판 내로 불순물들을 주입하여 상기 매립 불순물 영역으로부터 이격된 제 1 불순물 영역, 상기 매립 불순물 영역과 접하면서 상기 메모리 게이트 패턴 및 상기 선택 게이트 패턴 사이에 위치하는 제 2 불순물 영역 및 상기 선택 게이트 패턴에 인접하고 상기 제 2 불순물 영역으로부터 이격된 제 3 불순물 영역을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 셀의 제조 방법.Impurities are implanted into the semiconductor substrate by using the memory gate pattern and the selection gate pattern as ion implantation masks, the first impurity region spaced apart from the buried impurity region, the memory gate pattern and the contact with the buried impurity region And forming a second impurity region located between the select gate patterns and a third impurity region adjacent to the select gate pattern and spaced apart from the second impurity region.
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