KR20090013888A - Non-volatile memory device and method of manufacturing the same - Google Patents

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채희순
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Abstract

A non-volatile memory device and method of manufacturing the same is provided to overcome single channel effect by applying all memory cells to the depletion mode transistor and maintaining have source and drain of the memory cell with parasitic field. In a non-volatile memory device and method of manufacturing the same, the semiconductor substrate(100) is segmented by a cell region and peripheral area. A depletion channel region(104) is formed in the surface of the cell region. A selecting transistor(112) is formed on the peripheral area, and a dummy transistor(114) is adjacent to the selecting transistor on the cell region. A cell transistor(116) is positioned on the cell region between the dummy transistors. Each selecting transistor, dummy transistor and cell transistor are composed of successively laminated gate oxide pattern, floating gate layer pattern, dielectric layer pattern and control gate film pattern.

Description

불휘발성 메모리 장치{NON-VOLATILE MEMORY DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}NON-VOLATILE MEMORY DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 불휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 전원이 제거되더라도 데이터를 유지할 수 있는 불휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a nonvolatile memory device capable of retaining data even when a power source is removed, and a method of manufacturing the same.

일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(fabrication; FAB) 공정, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 공정 및 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.In general, a semiconductor device includes a fabrication (FAB) process for forming an electrical circuit on a silicon wafer used as a semiconductor substrate, a process for inspecting electrical characteristics of the semiconductor devices formed in the fab process, and the semiconductor devices, respectively. It is manufactured through a package assembly process for encapsulation and individualization with epoxy resin.

상기 팹 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정, 반도체 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정, 반도체 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정 및 상기 막 또는 패턴이 형성된 반도체 기판의 표면을 검사하 기 위한 검사 공정 등의 단위 공정들로 이루어진다.The fab process includes a deposition process for forming a film on a semiconductor substrate, a chemical mechanical polishing process for planarizing the film, a photolithography process for forming a photoresist pattern on the film, and an electrolysis of the film using the photoresist pattern. An etching process for forming a pattern having a characteristic characteristic, an ion implantation process for implanting specific ions into a predetermined region of the semiconductor substrate, a cleaning process for removing impurities on the semiconductor substrate, and a surface of the semiconductor substrate on which the film or pattern is formed It consists of unit processes such as inspection process for inspection.

상기 반도체 장치는 크게 불휘발성 메모리 장치와 휘발성 메모리 장치로 나뉠 수 있으며 불휘발성 메모리 장치는 크게 NAND형 불휘발성 메모리 장치 및 NOR형 메모리 장치로 나뉠 수 있다.The semiconductor device may be roughly divided into a nonvolatile memory device and a volatile memory device, and the nonvolatile memory device may be roughly divided into a NAND type nonvolatile memory device and a NOR type memory device.

특히 NAND형 불휘발성 메모리 장치에서는 고집적도를 실현하기 위해서 셀 게이트의 크기가 서브-나노 이하로 작아지고 있는 추세이며, 이러한 추세에 따라 단채널 효과와 관련된 많은 문제점들이 발생하고 있다.In particular, in the NAND type nonvolatile memory device, the size of the cell gate is becoming smaller than the sub-nano to achieve high integration, and according to this trend, many problems related to the short channel effect have been generated.

이러한 문제점들을 해결하기 위해서 종래에 형성하였던 소스/드레인을 생략하는 구조가 제시되었으나 상기 구조에서는 셀 전류가 감소하는 문제점이 있었다. In order to solve these problems, a structure for omitting a conventionally formed source / drain has been proposed, but there is a problem in that the cell current decreases.

도 1은 소스/드레인을 채용한 불휘발성 메모리 장치와 소스/드레인을 형성하지 않은 불휘발성 메모리 장치간에 셀 전류의 변화를 도시하기 위한 그래프이다.1 is a graph illustrating a change in cell current between a nonvolatile memory device employing a source / drain and a nonvolatile memory device not forming a source / drain.

도 1을 참조하면, 소스/드레인을 형성하지 않은 불휘발성 메모리 장치에서 셀 전류가 현저하게 감소함을 알 수 있다. 즉, 게이트에 인가되는 전압에 의한 기생 전계 만으로는 각 메모리 셀의 소스와 드레인이 충분히 인버션(inversion)되지 않아, 그 영역의 증가로 인해 메모리 셀 전류가 종래의 구조보다 감소하는 문제가 있다. 따라서 상기 문제를 해결하기 위한 새로운 메모리 장치에 대한 연구가 활발해 진행되고 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that a cell current is significantly reduced in a nonvolatile memory device that does not form a source / drain. That is, the source and drain of each memory cell are not sufficiently inverted only by the parasitic electric field by the voltage applied to the gate, so that the memory cell current decreases due to the increase in the area. Therefore, researches on new memory devices for solving the above problems are actively progressing.

본 발명의 제1 목적은 단채널 효과를 감소시키는 동시에 셀 전류의 감소를 억제할 수 있는 불휘발성 메모리 장치를 제공하는 것이다.It is a first object of the present invention to provide a nonvolatile memory device capable of reducing a short channel effect and suppressing a decrease in cell current.

본 발명의 제2 목적은 상기 메모리 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is a second object of the present invention to provide a method of manufacturing the memory device.

상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 불휘발성 메모리 장치는 반도체 기판, 공핍 채널 영역, 선택 트랜지스터, 더미 트랜지스터 및 셀 트랜지스터를 포함한다. 상기 반도체 기판은 셀 영역 및 상기 셀 영역을 감싸는 주변 영역으로 구획될 수 있다. 그리고 상기 공핍 영역은 상기 셀 영역의 표면에 형성되고 전자를 제공하는 N형 불순물들로 도핑된다. 상기 선택 트랜지스터는 상기 주변 영역 상에 형성되고 순차적으로 적층된 제1 게이트 산화막 패턴, 제1 플로팅 게이트막 패턴, 제1 유전막 패턴 및 제1 컨트롤 게이트막 패턴을 포함한다. 상기 더미 트랜지스터는 상기 셀 영역 상에서 상기 선택 트랜지스터와 인접하게 형성되고 순차적으로 적층된 제2 게이트 산화막 패턴, 제2 플로팅 게이트막 패턴, 제2 유전막 패턴 및 제2 컨트롤 게이트막 패턴을 포함한다. 상기 셀 트랜지스터는 상기 셀 영역 상에서 상기 더미 트랜지스터들 사이에 위치하고 순차적으로 적층된 제3 게이트 산화막 패턴, 제3 플로팅 게이트막 패턴, 제3 유전막 패턴 및 제3 컨트롤 게이트막 패턴을 포함한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above-described first object of the present invention, a nonvolatile memory device includes a semiconductor substrate, a depletion channel region, a selection transistor, a dummy transistor, and a cell transistor. The semiconductor substrate may be divided into a cell region and a peripheral region surrounding the cell region. The depletion region is formed on the surface of the cell region and doped with N-type impurities that provide electrons. The selection transistor includes a first gate oxide layer pattern, a first floating gate layer pattern, a first dielectric layer pattern, and a first control gate layer pattern formed on the peripheral area and sequentially stacked. The dummy transistor includes a second gate oxide layer pattern, a second floating gate layer pattern, a second dielectric layer pattern, and a second control gate layer pattern that are formed adjacent to the selection transistor and sequentially stacked on the cell region. The cell transistor includes a third gate oxide layer pattern, a third floating gate layer pattern, a third dielectric layer pattern, and a third control gate layer pattern that are disposed between the dummy transistors and sequentially stacked on the cell region.

상기 셀 트랜지스터의 문턱 전압은 상기 선택 트랜지스터의 문턱 전압보다 상대적으로 낮을 수 있다. 또한, 상기 N형 불순물은 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)일 수 있다.The threshold voltage of the cell transistor may be relatively lower than the threshold voltage of the selection transistor. In addition, the N-type impurity may be phosphorus (P), arsenic (As), or antimony (Sb).

상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 불휘발성 메모리 장치를 제조하는 방법이 제공된다. 구체적으로 셀 영역 및 상기 셀 영역을 둘러싸는 주변 영역으로 구획되는 반도체 기판 상에 게이트 산화막을 형성한다. 그리고 셀 영역에 전자를 제공하는 N형 불순물들을 도핑하여 상기 셀 영역의 표면에 공핍 채널 영역을 형성한다. 그 후, 게이트 산화막 상에 플로팅 게이트막, 유전막 및 컨트롤 게이트막을 순차적으로 형성한다. 이어서, 상기 게이트 산화막, 상기 플로팅 게이트막, 상기 유전막 및 상기 컨트롤 게이트막을 순차적으로 식각하여 상기 주변 영역 상에 형성되고 제1 게이트 산화막 패턴, 제1 플로팅 게이트막 패턴, 제1 유전막 패턴 및 제1 컨트롤 게이트막 패턴이 순차적으로 적층된 선택 트랜지스터, 상기 셀 영역 상에 상기 선택 트랜지스터와 인접하게 형성되고 제2 게이트 산화막 패턴, 제2 플로팅 게이트막 패턴, 제2 유전막 패턴 및 제2 컨트롤 게이트막 패턴이 순차적으로 적층된 더미 트랜지스터 및 상기 셀 영역 상에서 상기 더미 트랜지스터들 사이에 위치하고 제3 게이트 산화막 패턴, 제3 플로팅 게이트막 패턴, 제3 유전막 패턴 및 제3 컨트롤 게이트막 패턴이 순차적으로 적층된 셀 트랜지스터를 형성한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the second object, a method of manufacturing a nonvolatile memory device is provided. Specifically, a gate oxide film is formed on a semiconductor substrate partitioned into a cell region and a peripheral region surrounding the cell region. N-type impurities that provide electrons to the cell region are doped to form a depletion channel region on the surface of the cell region. Thereafter, a floating gate film, a dielectric film, and a control gate film are sequentially formed on the gate oxide film. Subsequently, the gate oxide layer, the floating gate layer, the dielectric layer, and the control gate layer are sequentially etched and formed on the peripheral area, and the first gate oxide layer pattern, the first floating gate layer pattern, the first dielectric layer pattern, and the first control layer are formed on the peripheral region. A select transistor in which a gate film pattern is sequentially stacked; a select transistor formed on the cell region adjacent to the select transistor, and a second gate oxide pattern, a second floating gate pattern, a second dielectric layer pattern, and a second control gate layer pattern are sequentially A dummy transistor stacked on the cell region and a cell transistor disposed between the dummy transistors and sequentially stacked with a third gate oxide layer pattern, a third floating gate layer pattern, a third dielectric layer pattern, and a third control gate layer pattern. do.

여기서 상기 셀 트랜지스터의 문턱 전압은 상기 선택 트랜지스터의 문턱 전압보다 상대적으로 낮을 수 있다. 그리고 상기 N형 불순물은 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)일 수 있다.Here, the threshold voltage of the cell transistor may be lower than the threshold voltage of the selection transistor. The N-type impurity may be phosphorus (P), arsenic (As), or antimony (Sb).

본 발명에 따르면, 모든 메모리 셀을 공핍형(depletion) 트랜지스터로 적용하여 셀의 문턱 전압을 낮추는 동시에 그 셀의 소스와 드레인은 게이트의 기생 전계에 의해 유지되는 구조를 적용하여 단채널 효과를 극복함과 동시에 셀 전류를 증가시킬 수 있다.According to the present invention, all memory cells are applied as depletion transistors to lower the threshold voltage of the cell, while at the same time, the source and drain of the cell are applied by the parasitic electric field of the gate to overcome the short channel effect. At the same time, the cell current can be increased.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 기판 이송 장치에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 구성 요소들이 "제1", "제2"," 제3" 및/또는 "제4"로 언급되는 경우, 이러한 구성 요소들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 구성 요소들을 구분하기 위한 것이다. 따라서 "제1", "제2", "제3" 및/또는 "제4"는 구성 요소들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다. 제1 구성 요소가 제2 구성 요소의 "상"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 제1 구성 요소가 제2 구성 요소의 위에 직접 형성되는 경우뿐만 아니라 제1 구성 요소 및 제2 구성 요소 사이에 제3 구성 요소가 개재될 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the substrate transport apparatus according to the preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the following embodiments, those of ordinary skill in the art If the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit of the present invention. In the accompanying drawings, when components are referred to as "first," "second," "third," and / or "fourth," they are not intended to limit these components but merely to distinguish them. It is for. Thus, "first", "second", "third" and / or "fourth" may be used selectively or interchangeably with respect to the components, respectively. When the first component is referred to as being formed "on" of the second component, the first component may be formed between the first component and the second component as well as when the first component is directly formed on the second component. Three components may be interposed.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 불휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same according to exemplary embodiments of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불휘발성 메모리 장치를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a nonvolatile memory device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 불휘발성 메모리 장치는 반도체 기판(100), 공핍 채널 영역(104), 선택 트랜지스터(112), 더미 트랜지스터(114) 및 셀 트랜지스터(116)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a nonvolatile memory device includes a semiconductor substrate 100, a depletion channel region 104, a selection transistor 112, a dummy transistor 114, and a cell transistor 116.

반도체 기판(100)은 실리콘 웨이퍼 또는 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator : SOI) 기판일 수 있다. 또한, 반도체 기판(100)은 채널 영역 및 상기 채널 영역을 감싸는 주변 영역으로 구획된다.The semiconductor substrate 100 may be a silicon wafer or a silicon-on-insulator (SOI) substrate. In addition, the semiconductor substrate 100 is divided into a channel region and a peripheral region surrounding the channel region.

공핍 채널 영역(104)은 셀 영역의 표면에 형성되며 전자를 제공하는 N형 불순물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 N형 불순물은 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)일 수 있으며 이들은 단독 또는 조합하여 사용될 수 있다.The depletion channel region 104 may include N-type impurities that are formed on the surface of the cell region and provide electrons. For example, the N-type impurities may be phosphorus (P), arsenic (As), or antimony (Sb), which may be used alone or in combination.

선택 트랜지스터(112)는 상기 주변 영역 상에 형성되고 순차적으로 형성된 제1 게이트 산화막 패턴(102a), 제1 플로팅 게이트막 패턴(106a), 제1 유전막 패턴(108a) 및 제1 컨트롤 게이트막 패턴(110a)을 포함한다.The select transistor 112 is formed on the peripheral region and sequentially formed with the first gate oxide layer pattern 102a, the first floating gate layer pattern 106a, the first dielectric layer pattern 108a, and the first control gate layer pattern ( 110a).

더미 트랜지스터(114)는 상기 셀 영역 상에 선택 트랜지스터(112)와 인접하게 형성되고 순차적으로 적층된 제2 게이트 산화막 패턴(102a), 제2 플로팅 게이트막 패턴(106a), 제2 유전막 패턴(108a) 및 제2 컨트롤 게이트막 패턴(110b)을 포함한다.The dummy transistor 114 is formed on the cell region adjacent to the selection transistor 112 and sequentially stacked on the second gate oxide layer pattern 102a, the second floating gate layer pattern 106a, and the second dielectric layer pattern 108a. ) And the second control gate film pattern 110b.

셀 트랜지스터(116)의 개수는 적어도 하나이다. 그리고 셀 트랜지스터(116)는 상기 셀 영역 상에서 더미 트랜지스터(114)들 사이에 위치하고 순차적으로 적층 된 제3 게이트 산화막 패턴(102a), 제3 플로팅 게이트막 패턴(106a), 제3 유전막 패턴(108a) 및 제3 컨트롤 게이트막 패턴(108a)을 포함한다. 여기서 상기 셀 트랜지스터(116)의 문턱 전압은 선택 트랜지스터(112)의 문턱 전압보다 상대적으로 낮을 수 있다.The number of cell transistors 116 is at least one. The cell transistor 116 is disposed between the dummy transistors 114 on the cell region and sequentially stacked on the third gate oxide layer pattern 102a, the third floating gate layer pattern 106a, and the third dielectric layer pattern 108a. And a third control gate film pattern 108a. Here, the threshold voltage of the cell transistor 116 may be relatively lower than the threshold voltage of the selection transistor 112.

또한, 편의를 위하여 명칭을 달리하여 설명하였으나 제1 내지 3 게이트 산화막 패턴들, 제1 내지 3 플로팅 게이트막 패턴들, 제1 내지 3 유전막 패턴들 및 제1 내지 3 컨트롤 게이트막 패턴들은 실질적으로 각각 동일한 구조물이다.Further, for convenience, the names of the first to third gate oxide layer patterns, the first to third floating gate layer patterns, the first to third dielectric layer patterns, and the first to third control gate layer patterns may be substantially different from each other. It is the same structure.

이하, 도 2에 도시된 불휘발성 메모리 장치를 제조하는 방법에 대해서 설명한다.도 3 내지 5는 도 1에 도시된 불휘발성 메모리 장치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.Hereinafter, a method of manufacturing the nonvolatile memory device illustrated in FIG. 2 will be described. FIGS. 3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the nonvolatile memory device illustrated in FIG. 1.

도 3을 참조하면, 셀 영역과 주변 영역으로 나뉘는 반도체 기판(100)을 준비한다. 일 예로, 반도체 기판(100)은 단결정 실리콘을 포함하는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 다른 예로, 반도체 기판(100)은 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator : SOI) 기판일 수 있다.Referring to FIG. 3, a semiconductor substrate 100 divided into a cell region and a peripheral region is prepared. For example, the semiconductor substrate 100 may be a silicon wafer including single crystal silicon. As another example, the semiconductor substrate 100 may be a silicon-on-insulator (SOI) substrate.

이어서 열 산화 공정(thermal oxidation process)을 수행하여 반도체 기판(100) 상에 게이트 산화막(102)을 형성한다. 이와 달리 게이트 산화막(102)은 반도체 기판 (100) 상에 실리콘 산화물을 화학 기장 증착 방법(chemical vapor deposition : CVD)과 같은 증착 공정을 수행하여 형성할 수 있다.Subsequently, a thermal oxidation process is performed to form the gate oxide layer 102 on the semiconductor substrate 100. In contrast, the gate oxide layer 102 may be formed on the semiconductor substrate 100 by performing a deposition process such as chemical vapor deposition (CVD).

그 후, 상기 셀 영역에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 N형(N-type) 불순물들을 도핑한다. 따라서 상기 셀 영역의 표면에는 공핍 채널(depletion channel) 영역(104)을 형성한다. 도 2에 도시된 바와 같이 공핍 채널 영역(104)은 셀 영역의 표면에만 선택적으로 형성된다. Thereafter, N-type impurities such as phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb) are doped into the cell region. Therefore, a depletion channel region 104 is formed on the surface of the cell region. As shown in FIG. 2, the depletion channel region 104 is selectively formed only on the surface of the cell region.

상기에서는 N형 불순물을 이온 주입하여 공핍 채널 영역(104)을 형성하였으나 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 종래의 소스/드레인을 형성할 때 주입하였던 보론(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 P불순물들의 농도보다 상대적으로 낮은 농도로 P형 불순물을 주입할 수도 있다.In the above, the depletion channel region 104 is formed by ion implantation of N-type impurities, but according to another embodiment of the present invention, boron (B), gallium (Ga), and indium ( P-type impurities may be injected at a concentration relatively lower than that of P-impurities such as In).

즉, 종래에 소스/드레인을 채용하던 불휘발성 메모리 장치에서 소스/드레인을 형성하기 위하여 제1 농도의 P형 불순물을 주입하는 경우, 본 발명에서는 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도로 P형 불순물을 주입하여 동일한 효과를 얻을 수 있다.That is, when a P-type impurity of a first concentration is implanted to form a source / drain in a nonvolatile memory device employing a source / drain, in the present invention, the P-type impurity is lower than the first concentration. By injecting the same effect can be obtained.

여기서 이온 주입 과정에서 게이트 산화막(102)은 손상을 입을 수 있다. 따라서 게이트 산화막(102)을 제거한 후 새로운 열산화 공정이나 증착 공정을 통해서 게이트 산화막(102)을 새로이 형성할 수도 있다.Here, the gate oxide layer 102 may be damaged in the ion implantation process. Therefore, after the gate oxide film 102 is removed, the gate oxide film 102 may be newly formed through a new thermal oxidation process or a deposition process.

도 4를 참조하면, 게이트 산화막(102) 상에 플로팅 게이트막(102), 유전막(108) 및 컨트롤 게이트막(110)을 화학 기상 증착, 물리 기상 증착 공정 또는 원자층 증착 공정과 같은 증착 공정을 통해서 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 4, the floating gate layer 102, the dielectric layer 108, and the control gate layer 110 may be deposited on the gate oxide layer 102 by a chemical vapor deposition, a physical vapor deposition process, or an atomic layer deposition process. Form sequentially through.

플로팅 게이트막(102) 및 컨트롤 게이트막(110)은 도프트 폴리 실리콘, 금속 또는 합금과 같은 도전성 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 그리고 유전막(108)은 단일막 또는 복합막일 수 있다.The floating gate layer 102 and the control gate layer 110 may be formed using a conductive material such as doped polysilicon, a metal, or an alloy. The dielectric layer 108 may be a single layer or a composite layer.

유전막(108)이 단일막 구조를 가지는 경우, 유전막(108)은 실리콘 산화물 또 는 실리콘 질화물과 같은 절연성 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 이와 다르게 유전막(108)이 복합막 구조를 가지는 경우 유전막(108)은 순차적으로 적층된 실리콘 산화막-실리콘 질화막-실리콘 산화막의 ONO(oxide-nitride-oxide) 구조를 가질 수 있다.When the dielectric film 108 has a single film structure, the dielectric film 108 may be formed using an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride. In contrast, when the dielectric film 108 has a composite film structure, the dielectric film 108 may have an oxide-nitride-oxide (ONO) structure of a silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film sequentially stacked.

도 5를 참조하면, 컨트롤 게이트막(110) 상에 마스크막(도시 안됨)을 형성한 후 상기 마스크막을 식각 마스크로 사용하여 컨트롤 게이트막(110), 유전막(108), 플로팅 게이트막(106) 및 게이트 산화막(102)을 순차적으로 식각한다. 그 후 마스크막을 제거한다.Referring to FIG. 5, after forming a mask layer (not shown) on the control gate layer 110, the control gate layer 110, the dielectric layer 108, and the floating gate layer 106 are formed using the mask layer as an etching mask. And the gate oxide film 102 are sequentially etched. Thereafter, the mask film is removed.

상기 식각 공정에 의해서 컨트롤 게이트막(110), 유전막(108), 플로팅 게이트막(106) 및 게이트 산화막(102)은 각각 컨트롤 게이트막 패턴(110a), 유전막 패턴(108a), 플로팅 게이트막 패턴(106a) 및 게이트 산화막 패턴(102)으로 변화되어 선택 트랜지스터(112), 더미 트랜지스터(114) 및 셀 트랜지스터(116)가 형성된다. 보다 구체적으로 반도체 기판(100)의 주변 영역 상에는 제1 게이트 산화막 패턴(102a), 제1 플로팅 게이트막 패턴(106a), 제1 유전막 패턴(108a) 및 제1 컨트롤 게이트막 패턴(110a)이 순차적으로 적층된 선택 트랜지스터(112)가 형성된다.By the etching process, the control gate layer 110, the dielectric layer 108, the floating gate layer 106, and the gate oxide layer 102 may be formed in the control gate layer pattern 110a, the dielectric layer pattern 108a, and the floating gate layer pattern, respectively. 106a) and the gate oxide film pattern 102, the select transistor 112, the dummy transistor 114, and the cell transistor 116 are formed. More specifically, the first gate oxide layer pattern 102a, the first floating gate layer pattern 106a, the first dielectric layer pattern 108a, and the first control gate layer pattern 110a are sequentially disposed on the peripheral region of the semiconductor substrate 100. Stacked select transistors 112 are formed.

그리고 반도체 기판(100)의 셀 영역 상에는 제2 게이트 산화막 패턴(102a), 제2 플로팅 게이트막 패턴(106a), 제2 유전막 패턴(108a) 및 제2 컨트롤 게이트막 패턴(110a)이 순차적으로 적층된 더미 트랜지스터(114)와 제3 게이트 산화막 패턴(102a), 제3 플로팅 게이트막 패턴(106a), 제3 유전막 패턴(108a) 및 제3 컨트롤 게이트막 패턴(110a)이 순차적으로 적층된 셀 트랜지스터(116)가 형성된다. 여기서 셀 트랜지스터(116)의 문턱 전압은 선택 트랜지스터(112)의 문턱 전압보다 상대적으로 낮을 수 있다.The second gate oxide pattern 102a, the second floating gate layer pattern 106a, the second dielectric layer pattern 108a, and the second control gate layer pattern 110a are sequentially stacked on the cell region of the semiconductor substrate 100. The transistor transistor 114, the third gate oxide layer pattern 102a, the third floating gate layer pattern 106a, the third dielectric layer pattern 108a, and the third control gate layer pattern 110a are sequentially stacked. 116 is formed. Here, the threshold voltage of the cell transistor 116 may be relatively lower than the threshold voltage of the selection transistor 112.

여기서 더미 트랜지스터(114)는 셀 영역의 선택 트랜지스터(112)와 인접하도록 셀 영역의 최 외각부 상에 위치한다. 그리고 셀 트랜지스터(116)의 개수는 적어도 하나이며 더미 트랜지스터(114) 사이에서 서로 이격하도록 위치한다.The dummy transistor 114 is positioned on the outermost part of the cell region so as to be adjacent to the selection transistor 112 of the cell region. In addition, the number of cell transistors 116 is at least one, and is positioned to be spaced apart from each other between the dummy transistors 114.

또한, 편의를 위하여 명칭을 달리하여 설명하였으나 제1 내지 3 게이트 산화막 패턴들, 제1 내지 3 플로팅 게이트막 패턴들, 제1 내지 3 유전막 패턴들 및 제1 내지 3 컨트롤 게이트막 패턴들은 실질적으로 각각 동일한 구조물이다.Further, for convenience, the names of the first to third gate oxide layer patterns, the first to third floating gate layer patterns, the first to third dielectric layer patterns, and the first to third control gate layer patterns may be substantially different from each other. It is the same structure.

상술한 바와 같이 종래의 불휘발성 메모리 장치에서 형성되었던 셀 트랜지스터(116) 사이에 소스/드레인을 형성하지 않고 게이트에 인가되는 전압으로 소스와 드레인 영역을 인버젼(inversion)시켜 단채널 효과를 감소시킬 수 있는 구조를 제시하였다.As described above, the source and drain regions are inverted with a voltage applied to the gate without forming a source / drain between the cell transistors 116 formed in the conventional nonvolatile memory device to reduce the short channel effect. A structure that can be presented.

그러나 상기 구조에서는 선택 트랜지스터(114)의 길이와 최 인접 셀 트랜지스터(116)와의 간격을 줄이는데 제약이 따른다. 여기서 기존 메모리 셀의 구조에서는 선택 트랜지스터(114)와 인접하는 셀 트랜지스터(116)간의 간격을 줄이면 프로그램 인히빗(program inhibit) 동작시 선택 트랜지스터(114)가 셀의 게이트에 인가되는 프로그램 전압에 의해 커패시티브 커플링(capacitive coupling)에 의해 발생하는 리키지(leakage)로 메모리 셀의 채널에 부스팅(boosting) 전압을 저하시켜 프로그램 디스터브(program disturb)를 발생시킨다. 따라서 본 발명에서는 더미 트랜지스터(114)를 선택 트랜지스터(114)와 최 인접 셀 트랜지스터(116) 사이에 두는 구조를 채택하여 프로그램 인히빗 동작시 더미 트랜지스터(114)에 인가되는 전압이 쉴딩(shielding)되기 때문에 상기 문제를 해결할 수 있다.However, the above structure is limited in reducing the length of the selection transistor 114 and the distance between the nearest cell transistor 116. In the conventional memory cell structure, if the distance between the select transistor 114 and the adjacent cell transistor 116 is reduced, the select transistor 114 is capped by a program voltage applied to the gate of the cell during the program inhibit operation. The leakage caused by capacitive coupling lowers the boosting voltage in the channel of the memory cell, causing program disturb. Therefore, the present invention adopts a structure in which the dummy transistor 114 is placed between the selection transistor 114 and the closest cell transistor 116 so that the voltage applied to the dummy transistor 114 is shielded during the program inhibit operation. Therefore, the above problem can be solved.

본 발명에 따르면, 모든 메모리 셀을 공핍형(depletion) 트랜지스터로 적용하여 셀의 문턱 전압을 낮추는 동시에 그 셀의 소스와 드레인은 게이트의 기생 전계에 의해 유지되는 구조를 적용하여 단채널 효과를 극복함과 동시에 셀 전류를 증가시킬 수 있다.According to the present invention, all memory cells are applied as depletion transistors to lower the threshold voltage of the cell, while at the same time, the source and drain of the cell are applied by the parasitic electric field of the gate to overcome the short channel effect. At the same time, the cell current can be increased.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described with reference to the preferred embodiment of the present invention as described above, those of ordinary skill in the art will be various within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims It will be understood that modifications and changes can be made.

도 1은 소스/드레인을 채용한 불휘발성 메모리 장치와 소스/드레인을 형성하지 않은 불휘발성 메모리 장치간에 셀 전류의 변화를 도시하기 위한 그래프이다.1 is a graph illustrating a change in cell current between a nonvolatile memory device employing a source / drain and a nonvolatile memory device not forming a source / drain.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불휘발성 메모리 장치를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a nonvolatile memory device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3 내지 5는 도 2에 도시된 불휘발성 메모리 장치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the nonvolatile memory device shown in FIG. 2.

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

100 : 반도체 기판 102 : 게이트 산화막100 semiconductor substrate 102 gate oxide film

102a : 게이트 산화막 패턴 104 : 공핍 채널 영역102a: gate oxide film pattern 104: depletion channel region

106 : 플로팅 게이트막 106a : 플로팅 게이트막 패턴106: floating gate film 106a: floating gate film pattern

108 : 유전막 108a : 유전막 패턴108: dielectric film 108a: dielectric film pattern

110 : 컨트롤 게이트막 110a : 컨트롤 게이트막 패턴110: control gate film 110a: control gate film pattern

112 : 선택 트랜지스터 114 : 더미 트랜지스터112: select transistor 114: dummy transistor

116 : 셀 트랜지스터116: cell transistor

Claims (6)

셀 영역 및 상기 셀 영역을 감싸는 주변 영역으로 구획되는 반도체 기판;A semiconductor substrate partitioned into a cell region and a peripheral region surrounding the cell region; 상기 셀 영역의 표면에 형성되고 전자를 제공하는 N형 불순물들로 도핑된 공핍 채널 영역;A depletion channel region formed on the surface of the cell region and doped with N-type impurities to provide electrons; 상기 주변 영역 상에 형성되고 제1 게이트 산화막 패턴, 제1 플로팅 게이트막 패턴, 제1 유전막 패턴 및 제1 컨트롤 게이트막 패턴이 순차적으로 적층된 선택 트랜지스터;A selection transistor formed on the peripheral area and sequentially stacked with a first gate oxide layer pattern, a first floating gate layer pattern, a first dielectric layer pattern, and a first control gate layer pattern; 상기 셀 영역 상에 상기 선택 트랜지스터와 인접하게 형성되고 제2 게이트 산화막 패턴, 제2 플로팅 게이트막 패턴, 제2 유전막 패턴 및 제2 컨트롤 게이트막 패턴이 순차적으로 적층된 더미 트랜지스터; 및A dummy transistor on the cell region adjacent to the selection transistor and sequentially stacked with a second gate oxide layer pattern, a second floating gate layer pattern, a second dielectric layer pattern, and a second control gate layer pattern; And 상기 셀 영역 상에서 상기 더미 트랜지스터들 사이에 위치하고 제3 게이트 산화막 패턴, 제3 플로팅 게이트막 패턴, 제3 유전막 패턴 및 제3 컨트롤 게이트막 패턴이 순차적으로 적층된 셀 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치.And a cell transistor disposed between the dummy transistors on the cell region and sequentially stacked with a third gate oxide pattern, a third floating gate pattern, a third dielectric layer pattern, and a third control gate layer pattern. Volatile memory device. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 트랜지스터의 문턱 전압은 상기 선택 트랜지스터의 문턱 전압보다 상대적으로 낮은 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치.The nonvolatile memory device of claim 1, wherein the threshold voltage of the cell transistor is lower than the threshold voltage of the selection transistor. 제 1 항에 있어서, 상기 N형 불순물은 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)인 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치.The nonvolatile memory device of claim 1, wherein the N-type impurity is phosphorus (P), arsenic (As), or antimony (Sb). 셀 영역 및 상기 셀 영역을 둘러싸는 주변 영역으로 구획되는 반도체 기판 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계;Forming a gate oxide film on a semiconductor substrate partitioned into a cell region and a peripheral region surrounding the cell region; 상기 셀 영역에 전자를 제공하는 N형 불순물들을 도핑하여 상기 셀 영역의 표면에 공핍 채널 영역을 형성하는 단계;Doping N-type impurities providing electrons to the cell region to form a depletion channel region on the surface of the cell region; 상기 게이트 산화막 상에 플로팅 게이트막, 유전막 및 컨트롤 게이트막을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a floating gate layer, a dielectric layer, and a control gate layer on the gate oxide layer; 상기 게이트 산화막, 상기 플로팅 게이트막, 상기 유전막 및 상기 컨트롤 게이트막을 순차적으로 식각하여 상기 주변 영역 상에 형성되고 제1 게이트 산화막 패턴, 제1 플로팅 게이트막 패턴, 제1 유전막 패턴 및 제1 컨트롤 게이트막 패턴이 순차적으로 적층된 선택 트랜지스터, 상기 셀 영역 상에 상기 선택 트랜지스터와 인접하게 형성되고 제2 게이트 산화막 패턴, 제2 플로팅 게이트막 패턴, 제2 유전막 패턴 및 제2 컨트롤 게이트막 패턴이 순차적으로 적층된 더미 트랜지스터 및 상기 셀 영역 상에서 상기 더미 트랜지스터들 사이에 위치하고 제3 게이트 산화막 패턴, 제3 플로팅 게이트막 패턴, 제3 유전막 패턴 및 제3 컨트롤 게이트막 패턴이 순차적으로 적층된 셀 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치.The gate oxide layer, the floating gate layer, the dielectric layer, and the control gate layer are sequentially etched and formed on the peripheral area, and the first gate oxide layer pattern, the first floating gate layer pattern, the first dielectric layer pattern, and the first control gate layer are formed. A selection transistor in which a pattern is sequentially stacked, and formed adjacent to the selection transistor on the cell region, and a second gate oxide pattern, a second floating gate pattern, a second dielectric layer pattern, and a second control gate layer pattern are sequentially stacked Forming a cell transistor on the dummy transistor and the cell region, the cell transistor having a third gate oxide layer pattern, a third floating gate layer pattern, a third dielectric layer pattern, and a third control gate layer pattern sequentially stacked between the dummy transistors Nonvolatile memory device comprising a. 제 4 항에 있어서, 상기 셀 트랜지스터의 문턱 전압은 상기 선택 트랜지스터 의 문턱 전압보다 상대적으로 낮은 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치.The nonvolatile memory device of claim 4, wherein the threshold voltage of the cell transistor is lower than the threshold voltage of the selection transistor. 제 4 항에 있어서, 상기 N형 불순물은 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)인 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치.The nonvolatile memory device of claim 4, wherein the N-type impurity is phosphorus (P), arsenic (As), or antimony (Sb).
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