KR20090057529A - Nonvolatile memory device and manufacturing the same - Google Patents

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KR20090057529A KR1020070124142A KR20070124142A KR20090057529A KR 20090057529 A KR20090057529 A KR 20090057529A KR 1020070124142 A KR1020070124142 A KR 1020070124142A KR 20070124142 A KR20070124142 A KR 20070124142A KR 20090057529 A KR20090057529 A KR 20090057529A
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유영훈
박현규
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주식회사 하이닉스반도체
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Abstract

A nonvolatile memory device and a manufacturing method thereof are provided to minimize the influence of a mobile ion in a floating gate by reducing an area between a sidewall of the floating gate and a spacer by using a recess in an active region. A recess is formed in an active region of a semiconductor substrate(102). A tunnel insulating layer(104) is formed on the recess. A floating gate(106) is formed in the recess. An ion shielding layer is formed in the sidewall of the floating gate. The dielectric film is formed on the floating gate. A control gate is formed on the dielectric film. A spacer(114) is formed in the sidewall of the control gate, the dielectric film, and the protection layer.

Description

비휘발성 메모리 소자 및 그의 제조 방법{Nonvolatile memory device and manufacturing the same}Nonvolatile memory device and manufacturing method thereof

본 발명은 비휘발성 메모리 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 낸드(NAND) 플래시 메모리 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nonvolatile memory device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a NAND flash memory device and a method for manufacturing the same.

일반적으로 반도체 메모리 소자는 휘발성 메모리 소자와 비휘발성 메모리 소자로 구별될 수 있다. 휘발성 메모리 소자는 디램(DRAM: Dynamic Random Access Memory) 및 에스램(SRAM: Static Random Access Memory)과 같이 데이터의 입출력은 빠르지만, 전원이 끊어지면 저장된 데이터를 잃어버리는 메모리 소자이다. 이에 반해, 비휘발성 메모리 소자는 전원이 끊어져도 저장된 데이터를 계속 유지하는 메모리 소자이다. In general, semiconductor memory devices may be classified into volatile memory devices and nonvolatile memory devices. Volatile memory devices, such as Dynamic Random Access Memory (DRAM) and Static Random Access Memory (SRAM), are fast memory inputs and outputs, but lose their stored data when power is lost. In contrast, nonvolatile memory devices are memory devices that retain their stored data even when their power supplies are interrupted.

플래시 메모리 소자는 비휘발성 메모리 소자의 일종으로서, 프로그램(program) 및 소거(erase)가 가능한 이피롬(EPROM: Erasable Programmable Read Only Memory)과 전기적으로 프로그램 및 소거할 수 있는 이이피롬(EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)의 장점을 조합하여 개발된 고집적 메모리 소자이다. 여기서, 프로그램이란 메모리 셀에 데이터를 기록(write) 하는 동작을 의미하며, 소거란 메모리 셀에 기록된 데이터를 삭제(erase)하는 동작을 의미한다.Flash memory devices are a type of nonvolatile memory device that can be programmed and erased, and can be programmed and erased electrically (EPROM) and electrically programmable and erased (EEPROM). It is a highly integrated memory device developed by combining the advantages of Programmable Read Only Memory. Here, the program refers to an operation of writing data in a memory cell, and the erasing means an operation of erasing data written in the memory cell.

이러한 플래시 메모리 소자 중 낸드형 비휘발성 메모리 소자는 다수의 셀이 직렬로 연결된 셀 스트링(cell string)을 포함하여 구성되는데, 셀 스트링 내에는 직렬로 연결된 메모리 셀들의 양단에 선택 트랜지스터(select transistor)가 각각 접속된다. 이에, 판독시에 선택 트랜지스터의 게이트에는 판독 전압을 인가하고, 나머지의 셀 트랜지스터에는 높은 고전압을 인가하여 전부 도통시킨다. 따라서 셀 스트링 내에서 흐르는 전류가 작아 노어(NOR)형 비휘발성 메모리 소자에 비해서 소비전력이 적다는 이점이 있다. 또한 노어형 비휘발성 메모리 소자에 비해서 고집적하기가 용이하여 대용량의 메모리 소자를 제조하는데 적합하다. 이러한 특징에 따라 최근에는 낸드형 비휘발성 메모리 소자가 널리 이용되고 있다.The NAND type nonvolatile memory device of the flash memory device includes a cell string in which a plurality of cells are connected in series. In the cell string, select transistors are disposed at both ends of the memory cells connected in series. Each is connected. Therefore, at the time of reading, a read voltage is applied to the gate of the selection transistor, and a high high voltage is applied to the remaining cell transistors so as to conduct all of them. As a result, the current flowing in the cell string is small, so that power consumption is lower than that of the NOR type nonvolatile memory device. In addition, it is easy to be highly integrated as compared to NOR-type nonvolatile memory devices, and is suitable for manufacturing a large capacity memory device. According to such a feature, a NAND type nonvolatile memory device has been widely used in recent years.

이러한 낸드형 비휘발성 메모리 소자는 F/N 터널링(Fowler/Nordheim tunneling) 현상을 이용하여 얇은 터널 산화막 상에 인가되는 강한 전기장에 의해 전자가 통과하면서 메모리 셀의 문턱 전압을 변화시킨다. 즉, 프로그램시에는 전자가 플로팅 게이트에 채워져서 문턱 전압이 높아지고 소거시에는 전자가 플로팅 게이트로부터 빠져나와 상대적으로 홀이 플로팅 게이트에 존재하기 때문에 문턱 전압이 낮아진다. 이를 통하여, 선택 메모리 셀이 프로그램 상태이면 선택 워드라인 전압이 선택 메모리 셀의 문턱 전압보다 낮아 선택 메모리 셀이 오프 상태를 유지하기 때문에, 낸드 스트링은 프리 차징된(precharged) 비트 라인에 개방 회로를 제공한다. 반면에, 선택 메모리 셀이 소거 상태이고 선택 워드 라인 전압이 선택 메모 리 셀의 문턱전압보다 크면, 프리 차징된 비트 라인을 방전하는 동작을 한다.The NAND type nonvolatile memory device uses an F / N tunneling phenomenon to change the threshold voltage of a memory cell as electrons pass through a strong electric field applied to a thin tunnel oxide layer. That is, during programming, the electrons are filled in the floating gate to increase the threshold voltage, and during erasing, the electrons escape from the floating gate and the threshold voltage is lowered because holes are present in the floating gate. This allows the NAND string to provide an open circuit to the precharged bit line because the select word line voltage is lower than the threshold voltage of the select memory cell when the select memory cell is in the program state, thereby keeping the select memory cell off. do. On the other hand, when the selected memory cell is in an erased state and the selected word line voltage is greater than the threshold voltage of the selected memory cell, the precharged bit line is discharged.

그런데, 메모리 셀의 문턱 전압은 메모리 셀을 프로그램하거나 소거할 때 이외에 다양한 이유에 의해서도 변동될 수 있다. 예를 들면, 낸드 플래시 메모리 소자는 프로그램 동작과 소거 동작을 반복적으로 실시하면 터널 산화막이 열화되어 터널 산화막과 반도체 기판 사이에 차지 트랩(charge trap)층과 같은 별도의 계면이 형성된다. 이러한 차지 트랩층은 메모리 셀의 문턱 전압을 변동시키는 원인이 되어 낸드 플래시 메모리 소자 동작의 신뢰성에 영향을 끼친다. 이와 더불어, 메모리 셀 주변의 이동성 이온(mobile ion) 또한 메모리 셀의 문턱 전압을 변동시킬 수 있는데, 이동성 이온에 의한 문턱 전압 변동은 메모리 셀 자체의 신뢰성과 셀의 문턱 전압 분포에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요소로 작용한다. However, the threshold voltage of the memory cell may vary for various reasons in addition to programming or erasing the memory cell. For example, in the NAND flash memory device, when the program operation and the erase operation are repeatedly performed, the tunnel oxide film is degraded to form a separate interface such as a charge trap layer between the tunnel oxide film and the semiconductor substrate. This charge trap layer causes the threshold voltage of the memory cell to fluctuate and affect the reliability of the NAND flash memory device operation. In addition, mobile ions around the memory cell can also change the threshold voltage of the memory cell. The threshold voltage fluctuations caused by the mobile ions are important to directly affect the reliability of the memory cell itself and the cell's threshold voltage distribution. Acts as an element

본 발명은 액티브 영역에 리세스를 형성한 뒤 리세스 상에 메모리 셀을 형성하고 대면하는 플로팅 게이트 측벽에 이온 차단막을 형성함으로써, 플로팅 게이트의 측벽이 스페이서와 대면하는 면적을 축소시켜서 플로팅 게이트가 주변의 이동성 이온(mobile ion)으로부터 받는 영향을 최소화 할 수 있다.The present invention forms a recess in the active region, and then forms a memory cell on the recess and forms an ion blocking layer on the sidewall of the floating gate, thereby reducing the area where the sidewall of the floating gate faces the spacers. Minimize the influence from the mobile ions of (mobile ion).

본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자는, 액티브 영역에 리세스가 형성된 반도체 기판과, 상기 리세스 상에 형성된 터널 절연막과, 상기 터널 절연막이 형성된 상기 리세스에 형성된 플로팅 게이트와, 상기 반도체 기판상에 노출된 상기 플로팅 게이트의 측벽에 형성된 이온 차단막와, 상기 플로팅 게이트 상에 형성된 유전체막와, 상기 유전체막 상에 형성된 콘트롤 게이트 및 상기 콘트롤 게이트, 상기 유전체막 및 상기 보호막의 측벽에 형성된 스페이서를 포함할 수 있다. A nonvolatile memory device according to the present invention includes a semiconductor substrate having a recess formed in an active region, a tunnel insulating film formed on the recess, a floating gate formed on the recess on which the tunnel insulating film is formed, and a semiconductor substrate. And an ion blocking layer formed on the exposed sidewalls of the floating gate, a dielectric layer formed on the floating gate, a control gate formed on the dielectric layer, and a spacer formed on sidewalls of the control gate, the dielectric layer, and the passivation layer. .

상기 이온 차단막은 Al2O3로 형성될 수 있다. 상기 리세스와 상기 플로팅 게이트는 폭이 동일할 수 있다.The ion barrier layer may be formed of Al 2 O 3 . The recess and the floating gate may have the same width.

본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법은, 반도체 기판의 액티브 영역에 리세스를 형성하는 단계와, 상기 액티브 영역의 상기 반도체 기판 상에 터널 절연막을 형성하는 단계와, 상기 터널 절연막이 형성된 상기 리세스에 플로팅 게이트를 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 상에 노출된 상기 플로팅 게이트 측 벽에 이온 차단막을 형성하는 단계와, 상기 플로팅 게이트 상에 유전체막을 형성하는 단계와, 상기 유전체막 상에 콘트롤 게이트를 형성하는 단계 및 상기 콘트롤 게이트, 상기 유전체막 및 상기 보호막의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a nonvolatile memory device according to the present invention includes forming a recess in an active region of a semiconductor substrate, forming a tunnel insulating layer on the semiconductor substrate in the active region, and forming the tunnel insulating layer. Forming a floating gate in a recess, forming an ion blocking film in the floating gate side wall exposed on the semiconductor substrate, forming a dielectric film on the floating gate, and controlling on the dielectric film Forming a gate and forming spacers on sidewalls of the control gate, the dielectric layer, and the passivation layer.

상기 이온 차단막은 Al2O3로 형성할 수 있다. 상기 리세스와 상기 플로팅 게이트는 동일한 폭으로 형성할 수 있다.The ion barrier layer may be formed of Al 2 O 3 . The recess and the floating gate may be formed to have the same width.

본 발명의 비휘발성 메모리 소자 및 그의 제조 방법에 따르면, 메모리 셀의 문턱 전압 변동을 감소시킴으로써 메모리 셀 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이와 더불어, 부가적으로 메모리 셀의 높이를 감소시켜 후속하는 식각이나 증착 공정을 용이하게 할 수 있다.According to the nonvolatile memory device and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to improve the reliability of the memory cell operation by reducing the threshold voltage variation of the memory cell. In addition, the height of the memory cells may additionally be reduced to facilitate subsequent etching or deposition processes.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.

그러나, 본 발명은 이하에서 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Only this embodiment is provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.

일반적으로, 낸드 플래시 메모리 소자의 메모리 셀의 측벽에는 절연 물질을 이용하여 게이트 스페이서를 형성한다. 그런데, 이러한 게이트 스페이서에는 다수의 이동성 이온이 존재하며, 이러한 이동성 이온은 메모리 셀의 문턱 전압 변동에 영향을 미치는데, 이를 아래에서 상세히 설명한다. In general, gate spacers are formed on sidewalls of memory cells of a NAND flash memory device using an insulating material. However, there are a plurality of mobile ions in the gate spacer, and these mobile ions affect the threshold voltage variation of the memory cell, which will be described in detail below.

도 2a 내지 도 2c는 낸드 플래시 메모리 소자의 메모리 셀을 나타낸 개략도로써 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. 특히, 도 2a 내지 도 2c는 이동성 이온에 의한 문턱 전압 변동을 검증하기 위하여 실시하는 베이크 공정의 각 단계에서 메모리 셀의 스페이서에 포함된 이동성 이온(도면부호 +)을 함께 도시하고 있다.2A to 2C are schematic diagrams illustrating memory cells of a NAND flash memory device, wherein like reference numerals denote like elements. In particular, FIGS. 2A to 2C illustrate mobile ions (reference numeral +) included in a spacer of a memory cell at each stage of a baking process performed to verify threshold voltage variations caused by mobile ions.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 반도체 기판(202) 상에 터널 절연막(204)이 형성되고 터널 절연막(204) 상의 액티브 영역에는 플로팅 게이트(206), 유전체막(208) 및 콘트롤 게이트(210)가 적층되어 메모리 셀이 형성된다. 또한, 메모리 셀의 측벽에는 메모리 셀의 측벽을 보호하고 메모리 셀 사이를 전기적으로 격리하기 위하여 절연 물질로 스페이서(212)를 형성한다. 도 2b는 메모리 셀에 대해 프로그램 동작이나 소거 동작을 실시하지 않는 초기 상태를 나타낸 것으로, 이때 스페이서(212)에는 Ca+ 이온, K+ 이온 등 양전하를 띄는 이동성 이온이 존재한다. 2A through 2C, a tunnel insulating film 204 is formed on a semiconductor substrate 202, and a floating gate 206, a dielectric film 208, and a control gate 210 are formed in an active region on the tunnel insulating film 204. Are stacked to form a memory cell. In addition, spacers 212 are formed on the sidewalls of the memory cells to protect the sidewalls of the memory cells and electrically isolate the memory cells from each other. 2B illustrates an initial state in which a memory cell does not perform a program operation or an erase operation. In this case, positively charged mobile ions such as Ca + ions and K + ions are present in the spacer 212.

이러한 이동성 이온이 메모리 셀의 문턱 전압 변동에 영향을 미치는지 검증하기 위하여, 메모리 셀의 프로그램 동작과 소거 동작 후 문턱 전압을 측정한다. 이때, 이동성 이온이 더욱 용이하게 이동할 수 있도록 메모리 셀의 프로그램 동작과 소거 동작 후 메모리 셀에 대하여 베이크 공정을 진행한다. In order to verify whether such mobile ions affect the threshold voltage variation of the memory cell, the threshold voltage is measured after the program operation and the erase operation of the memory cell. At this time, the bake process is performed on the memory cell after the program operation and the erase operation of the memory cell so that the mobile ions can move more easily.

이를 위하여, 먼저 프로그램 동작 후 문턱 전압 변동을 알아보기 위하여, 메모리 셀에 대하여 프로그램 동작을 실시한 뒤 메모리 셀에 대하여 1차 베이크 공정을 실시한다. 그러면 프로그램 동작으로 인하여 플로팅 게이트(206)에 채워진 다수의 전자로 인하여, 스페이서(212)에 존재하는 이동성 이온은 인력으로 인하여 도 2c와 같이 플로팅 게이트(208)와 인접한 곳이 더욱 많이 위치된다. To this end, in order to determine the threshold voltage variation after the program operation, the program operation is performed on the memory cell, and then the first baking process is performed on the memory cell. Then, due to the large number of electrons filled in the floating gate 206 due to the program operation, the mobile ions present in the spacer 212 are located more adjacent to the floating gate 208 as shown in FIG. 2C due to attraction.

이어서, 소거 동작 후 프로그램 동작 시 문턱 전압 변동을 알아보기 위하여, 상기 메모리 셀에 대해 소거 동작을 실시한 후 프로그램 동작을 실시하고 2차 베이크 공정을 실시한다. 이 경우, 소거 동작으로 인하여 플로팅 게이트(206)에 존재하던 전자가 인출되어 상대적으로 양전하를 띄는 정공이 플로팅 게이트(206)에 존재한다. 하지만, 다시 프로그램 동작을 실시하기 때문에 플로팅 게이트(206)에 채워진 다수의 전자로 인하여 도 2c와 같이 스페이서(212)에 존재하는 다수의 이동성 이온은 플로팅 게이트(208)와 인접한 곳에 더욱 많이 위치된다. Subsequently, in order to determine the threshold voltage variation during the program operation after the erase operation, the erase operation is performed on the memory cell, and then the program operation is performed and the secondary bake process is performed. In this case, holes that are relatively positively charged due to the extraction of electrons existing in the floating gate 206 due to the erase operation are present in the floating gate 206. However, since the program operation is performed again, due to the large number of electrons filled in the floating gate 206, the plurality of mobile ions present in the spacer 212 as shown in FIG. 2C are located more adjacent to the floating gate 208.

마지막으로, 이동성 이온이 존재하지 않는 상태에서 프로그램 동작 후 문턱 전압 변동을 알아보기 위하여, 상기 메모리 셀에 대하여 소거 동작을 실시하고 베이크 공정을 실시한 뒤, 프로그램 동작을 실시하고 3차 베이크 공정을 실시한다. 이 경우, 소거 동작으로 인하여 플로팅 게이트(206)에 존재하던 전자가 인출되어 플로팅 게이트(206)에 양전하를 띄는 정공이 존재하는 상태에서 베이크 공정을 실시하기 때문에, 플로팅 게이트(206) 주변의 스페이서(212)에는 척력으로 인하여 도 2a와 같이 이동성 이온이 존재하지 않는다. 하지만, 다시 프로그램 동작을 실시하기 때문에 플로팅 게이트(206)에 채워진 다수의 전자로 인하여 도 2c와 같이 스페이서(212)에 존재하는 다수의 이동성 이온은 플로팅 게이트(208)와 인접한 곳에 위치된다. Lastly, in order to determine the threshold voltage variation after the program operation in the absence of mobile ions, an erase operation is performed on the memory cell, a bake process is performed, a program operation is performed, and a third bake process is performed. . In this case, the bake process is performed in a state in which electrons existing in the floating gate 206 are drawn out due to the erase operation and positive holes are present in the floating gate 206. In 212), due to repulsive force, mobile ions do not exist as shown in FIG. 2A. However, since the program operation is performed again, due to the large number of electrons filled in the floating gate 206, the plurality of mobile ions present in the spacer 212 as shown in FIG. 2C are positioned adjacent to the floating gate 208.

도 3은 메모리 셀에 대해 프로그램 동작을 실시했을 때 이상적인 문턱 전압의 기준값과 전술한 1차 베이크 내지 3차 베이크 공정 단계에서의 문턱 전압 값을 나타낸 그래프이다.3 is a graph illustrating a reference value of an ideal threshold voltage when a program operation is performed on a memory cell and threshold voltage values in the first to third baking processes described above.

도 3을 참조하면, 전술한 1차 베이크 내지 3차 베이크 공정 단계에서는 프로그램 동작 후 플로팅 게이트의 주변에 다수 존재하는 이동성 이온 때문에, 메모리 셀에 대해 프로그램 동작을 실시했을 때 이상적인 문턱 전압의 기준값과 비교하여 문턱 전압값이 감소된다. 이처럼, 메모리 셀의 측벽에 형성되는 스페이서에 포함된 이동성 이온은 메모리 셀의 문턱 전압 값을 변동시켜 메모리 셀 동작의 신뢰성에 악영향을 미칠 수 있다.Referring to FIG. 3, in the above-described first to third bake process steps, because of a large number of mobile ions in the periphery of the floating gate after the program operation, the reference threshold value of the ideal threshold voltage when the program operation is performed on the memory cell is compared. The threshold voltage value is reduced. As such, the mobile ions included in the spacers formed on the sidewalls of the memory cell may adversely affect the reliability of the memory cell operation by changing the threshold voltage value of the memory cell.

이와 같은 스페이서에 포함된 이동성 이온으로 인한 문턱 전압의 변동 문제를 해결하기 위하여, 본 발명이 제안하는 비휘발성 메모리 소자는 도 1에 도시된다.In order to solve the problem of the variation of the threshold voltage due to the mobile ions included in the spacer, the nonvolatile memory device proposed by the present invention is shown in FIG. 1.

도 1은 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자를 설명하기 위하여 도시한 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a device for explaining a nonvolatile memory device according to the present invention.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(102)에서 메모리 셀이 형성되는 액티브 영역은 소정 깊이로 리세스된다. 리세스 되는 폭은 메모리 셀의 폭과 동일하며 리세스 되는 깊이는 통상적인 메모리 셀의 전체 높이의 절반 이하로 한다. Referring to FIG. 1, an active region in which a memory cell is formed in the semiconductor substrate 102 is recessed to a predetermined depth. The width to be recessed is equal to the width of the memory cell, and the depth to be recessed is less than half of the overall height of a typical memory cell.

이어서, 반도체 기판(102)의 표면에는 터널 절연막(104)이 형성된다. 이때 리세스가 형성된 액티브 영역은 리세스의 표면을 따라 터널 절연막(104)이 형성될 수 있다. 그리고, 터널 절연막(104) 상에 플로팅 게이트를 형성하기 위한 도전막을 형성하고 리세스 상부를 제외한 나머지 도전막을 제거하여 패터닝하여 플로팅 게이트(106)를 형성한다. 이로써 플로팅 게이트(106)의 폭은 리세스와 동일한 폭으로 형성된될 수 있다.Subsequently, a tunnel insulating film 104 is formed on the surface of the semiconductor substrate 102. In this case, the tunnel insulating layer 104 may be formed along the surface of the recess where the recess is formed. Then, the conductive film for forming the floating gate is formed on the tunnel insulating film 104, and the remaining conductive film except for the upper portion of the recess is removed and patterned to form the floating gate 106. Thus, the width of the floating gate 106 may be formed to be the same width as the recess.

또한, 반도체 기판(102) 상으로 노출되는 플로팅 게이트(106)의 측벽에는 이온 차단막(108)이 형성된다. 이온 차단막(108)은 Al2O3와 같은 절연 물질로 형성될 수 있다. 이후에, 플로팅 게이트(106) 상에 유전체막(110)과 콘트롤 게이트(112)가 형성되고, 메모리 셀의 측벽에는 스페이서(114)가 형성된다.In addition, an ion blocking layer 108 is formed on sidewalls of the floating gate 106 exposed on the semiconductor substrate 102. The ion blocking layer 108 may be formed of an insulating material such as Al 2 O 3 . Subsequently, the dielectric film 110 and the control gate 112 are formed on the floating gate 106, and spacers 114 are formed on sidewalls of the memory cell.

이와 같이 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자는 플로팅 게이트(106)가 리세스된 액티브 영역 상에 형성되어 플로팅 게이트(106)의 일부가 반도체 기판(102) 속에 형성되기 때문에, 플로팅 게이트(106) 측벽이 스페이서(114)와 대면하는 면적을 최소화할 수 있다. 따라서, 메모리 셀의 프로그램 동작으로 인하여 플로팅 게이트(106)에 다수의 전자들이 인입되더라도, 스페이서(114)에 포함된 Ca+ 이온, K+ 이온 등 양전하를 띄는 이동성 이온들이 인력으로 인하여 플로팅 게이트(106)의 주변으로 이동하는 것을 최소화할 수 있다. 또한 스페이서(114)와 대면하는 플로팅 게이트(106)의 측벽에 형성된 이온 차단막(108)으로 인하여 플로팅 게이트(106)의 주변으로 이동성 이온이 접근하는 것을 더욱 방지할 수 있다. 부가적으로, 반도체 기판(102)의 리세스 영역 상에 메모리 셀이 형성되기 때문에, 메모리 셀의 전체적인 높이가 낮아져서 후속하는 식각 공정이나 메모리 셀 간 증착 공정을 보다 용이하게 실시할 수 있다.As described above, the nonvolatile memory device according to the present invention is formed on the recessed active region so that a part of the floating gate 106 is formed in the semiconductor substrate 102, so that the sidewall of the floating gate 106 is formed. The area facing the spacer 114 can be minimized. Therefore, even though a large number of electrons are introduced into the floating gate 106 due to the program operation of the memory cell, positively charged mobile ions, such as Ca + ions and K + ions, included in the spacer 114 are attracted to the floating gate 106. Minimize the movement around. In addition, the ion blocking layer 108 formed on the sidewall of the floating gate 106 facing the spacer 114 may further prevent mobile ions from approaching the periphery of the floating gate 106. In addition, since the memory cells are formed on the recessed regions of the semiconductor substrate 102, the overall height of the memory cells is lowered, so that subsequent etching processes and deposition processes between the memory cells can be performed more easily.

도 1은 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자를 설명하기 위하여 도시한 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a device for explaining a nonvolatile memory device according to the present invention.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따라 이동성 이온에 의한 문턱 전압 변동을 검증하기 위한 각각의 베이크 단계에서 메모리 셀의 스페이서에 포함된 이동성 이온을 나타낸 개략도이다.2A-2C are schematic diagrams illustrating mobile ions included in a spacer of a memory cell at each bake step for verifying threshold voltage variations caused by mobile ions according to the present invention.

도 3은 메모리 셀에 대해 프로그램 동작을 실시했을 때 이상적인 문턱 전압의 기준값과, 1차 베이크 내지 3차 베이크 공정 단계에서의 문턱 전압 값을 나타낸 그래프이다.3 is a graph illustrating a reference value of an ideal threshold voltage when a program operation is performed on a memory cell and a threshold voltage value in the first to third bake process steps.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

102 : 반도체 기판 104 : 터널 절연막102 semiconductor substrate 104 tunnel insulating film

106 : 플로팅 게이트 108 : 이온 차단막106: floating gate 108: ion blocking film

110 : 유전체막 112 : 콘트롤 게이트110 dielectric film 112 control gate

114 : 스페이서114: spacer

Claims (6)

액티브 영역에 리세스가 형성된 반도체 기판;A semiconductor substrate having a recess formed in the active region; 상기 리세스 상에 형성된 터널 절연막;A tunnel insulating film formed on the recess; 상기 터널 절연막이 형성된 상기 리세스에 형성된 플로팅 게이트;A floating gate formed in the recess in which the tunnel insulating film is formed; 상기 반도체 기판상에 노출된 상기 플로팅 게이트의 측벽에 형성된 이온 차단막;An ion blocking film formed on sidewalls of the floating gate exposed on the semiconductor substrate; 상기 플로팅 게이트 상에 형성된 유전체막;A dielectric film formed on the floating gate; 상기 유전체막 상에 형성된 콘트롤 게이트; 및A control gate formed on the dielectric film; And 상기 콘트롤 게이트, 상기 유전체막 및 상기 보호막의 측벽에 형성된 스페이서를 포함하는 비휘발성 메모리 소자.And a spacer formed on sidewalls of the control gate, the dielectric layer, and the passivation layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이온 차단막은 Al2O3로 형성되는 비휘발성 메모리 소자.The ion barrier layer is formed of Al 2 O 3 Non-volatile memory device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 리세스와 상기 플로팅 게이트는 폭이 동일한 비휘발성 메모리 소자.And the recess and the floating gate have the same width. 반도체 기판의 액티브 영역에 리세스를 형성하는 단계;Forming a recess in an active region of the semiconductor substrate; 상기 리세스 상에 터널 절연막 및 플로팅 게이트를 형성하는 단계;Forming a tunnel insulating film and a floating gate on the recess; 상기 반도체 기판 상에 노출된 상기 플로팅 게이트 측벽에 이온 차단막을 형성하는 단계;Forming an ion blocking layer on sidewalls of the floating gate exposed on the semiconductor substrate; 상기 플로팅 게이트 상에 유전체막을 형성하는 단계;Forming a dielectric film on the floating gate; 상기 유전체막 상에 콘트롤 게이트를 형성하는 단계; 및Forming a control gate on the dielectric film; And 상기 콘트롤 게이트, 상기 유전체막 및 상기 보호막의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.And forming spacers on sidewalls of the control gate, the dielectric layer, and the passivation layer. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 이온 차단막은 Al2O3로 형성하는 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.The ion barrier layer is formed of Al 2 O 3 Nonvolatile memory device manufacturing method. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 리세스와 상기 플로팅 게이트는 동일한 폭으로 형성하는 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.And forming the recesses and the floating gates in the same width.
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