KR20100079195A - Structure of flash memory - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플래쉬 메모리(flash memory)에 관한 것으로, 특히 플래쉬 메모리 소자의 구조에서 드레인(drain) 상부에 플로팅 게이트(floating gate)와 인접하는 위치에 추가의 컨트롤 게이트(control gate)를 구현하여 컨트롤 게이트와 반대되는 전압을 인가시킴으로써, 플로팅 게이트내 전하를 드레인 방향으로 유도시켜 드레인의 핀치 오프 전압(pinch-off voltage)을 증가시켜 소오스(source)/드레인(draing)간 전류(current)를 높일 수 있도록 하는 플래쉬 메모리 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to flash memory, and in particular, to implement a control gate by implementing an additional control gate at a position adjacent to a floating gate above a drain in a structure of a flash memory device. By applying a voltage opposite to the above, the charge in the floating gate is induced in the drain direction to increase the pinch-off voltage of the drain to increase the source / drain current. It relates to a flash memory structure.
일반적으로, 플래쉬 메모리는 종래 이피롬(EPROM : erasable programmable read only memory)과 이이피롬(EEPROM : electrically erasable programmable read only memory)의 장점을 동시에 구현하고자 하는데서 출발한 것으로, 전기적으로 데이터(electric data)의 프로그래밍(programing)과 소거가 가능하면서도 간단한 제조공정 및 소형화된 칩 사이즈를 구현할 수 있다.In general, the flash memory is started to simultaneously realize the advantages of conventional erasable programmable read only memory (EPROM) and electrically erasable programmable read only memory (EEPROM). Programming and erasing are possible, but a simple manufacturing process and a small chip size can be realized.
또한, 플래쉬 메모리는 전원이 끊겨도 데이터가 소멸되지 않는 비휘발성 반도체 메모리이지만 정보의 프로그래밍과 소거가 시스템 내에서 전기적으로 용이하 게 이루어진다는 점에서 램(RAM : random access memory)의 성격을 가지므로, 메모리 카드나 휴대용 사무자동화 기기의 하드 디스크를 대체하는 기억 장치 등에 이용되고 있다.In addition, the flash memory is a nonvolatile semiconductor memory that does not lose data even when the power supply is interrupted. However, since the flash memory is electrically easy to program and erase information in the system, it is a random access memory (RAM). It is used for the memory device which replaces the hard disk of a memory card or a portable office automation equipment.
이러한 플래쉬 메모리에서 데이터의 프로그래밍은 핫 일렉트론(hot electron)의 주입에 의해 이루어진다. 즉, 소오스와 드레인 간에 걸리는 포텐셜 차이에 의해 채널 내에서 핫 일렉트론(hot electron)이 발생되면 그 중 게이트를 이루는 다결정 실리콘과 산화막 사이의 포텐셜 장벽(potential barrier)인 3.1 eV 이상의 에너지를 얻은 일부 일렉트론(electron)이 컨트롤 게이트에 걸리는 높은 전기장에 의해 플로팅 게이트로 이동하여 저장된다.The programming of data in such flash memory is by injection of hot electrons. That is, when hot electrons are generated in the channel due to the potential difference between the source and the drain, some electrons having energy of 3.1 eV or more, which is a potential barrier between the polycrystalline silicon that forms the gate and the oxide layer, are formed. The electrons are moved to the floating gate and stored by the high electric field across the control gate.
한편, 위와 같은 플래쉬 메모리 소자에서는 드레인 전압의 증가에 따라 핀치 오프가 발생하고, 핀치 오프의 발생으로 인해 소오스에서 드레인으로 흐르는 전류는 더 이상 증가하지 못한다. 이에 따라 핀치 오프가 발생하는 드레인 전압을 높이기 위해서는 게이트 전압을 증가시켜야 하는데, 게이트 전압을 높이는 것은 소자의 신뢰성과 관련하여 한계가 있는 문제점이 있었다.Meanwhile, in the flash memory device as described above, pinch-off occurs as the drain voltage increases, and the current flowing from the source to the drain no longer increases due to the occurrence of the pinch-off. Accordingly, in order to increase the drain voltage at which pinch-off occurs, the gate voltage must be increased. However, increasing the gate voltage has a limitation in terms of device reliability.
따라서, 본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 구조에서 드레인 상부에 플로팅 게이트와 인접하는 위치에 추가의 컨트롤 게이트를 구현하여 컨트롤 게이트와 반대되는 전압을 인가시킴으로써, 플로팅 게이트내 전하를 드레인 방향으로 유도시켜 드 레인의 핀치 오프 전압을 증가시켜 소오스/드레인간 전류를 높일 수 있도록 하는 플래쉬 메모리 구조를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention implements an additional control gate at a position adjacent to the floating gate on the drain in the structure of the flash memory device to apply a voltage opposite to the control gate, thereby inducing charge in the floating gate in the drain direction to drain A flash memory architecture is provided to increase the pin-off voltage of the circuit to increase the source / drain current.
상술한 본 발명은 반도체 기판 상 게이트 형성 영역에 형성되는 터널 산화막과, 상기 터널 산화막위에 다결정 실리콘으로 형성되는 플로팅 게이트와, 상기 플로팅 게이트 상부에 형성되는 블록킹 절연막과, 상기 블록킹 절연막 상부에 형성되는 제1 컨트롤 게이트와, 상기 플로팅 게이트의 양측 반도체 기판의 활성화 영역 내에 불순물의 이온주입을 통해 형성되는 소오스 및 드레인과, 상기 드레인 상부에 상기 플로팅 게이트와 동일한 높이로 형성되어 상기 플로팅 게이트내 전하를 상기 드레인 방향으로 유도시키는 제2 컨트롤 게이트를 포함한다.The present invention described above includes a tunnel oxide film formed in a gate formation region on a semiconductor substrate, a floating gate formed of polycrystalline silicon on the tunnel oxide film, a blocking insulating film formed on the floating gate, and a first insulating film formed on the blocking insulating film. A control gate, a source and a drain formed through ion implantation of impurities in the active regions of the semiconductor substrates on both sides of the floating gate, and formed on the drain at the same height as the floating gate to drain the charge in the floating gate. And a second control gate leading in the direction.
본 발명은 플래쉬 메모리 구조에서 드레인 상부에 플로팅 게이트와 인접하는 위치에 추가의 컨트롤 게이트를 구현하여 컨트롤 게이트와 반대되는 전압을 인가시킴으로써, 플로팅 게이트내 전하를 드레인 방향으로 유도시켜 드레인의 핀치 오프 전압을 증가시켜 게이트 전압의 증가 없이도 소오스/드레인간 전류를 높일 수 있는 이점이 있다.The present invention implements an additional control gate at a position adjacent to the floating gate above the drain in the flash memory structure to apply a voltage opposite to the control gate, thereby inducing charge in the floating gate in the drain direction to reduce the pinch-off voltage of the drain. This increases the source-drain current without increasing the gate voltage.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the operating principle of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intentions or customs of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 단면도를 도시한 것이다. 이하, 도 1을 참조하여 게이트 전압을 높이는 것 없이도 드레인의 핀치 오프 전압을 높여 드레인 전류를 늘릴 수 있는 플래쉬 메모리 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다.1 is a cross-sectional view of a flash memory according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a flash memory structure capable of increasing the drain current by increasing the pinch-off voltage of the drain without increasing the gate voltage will be described in detail with reference to FIG. 1.
먼저, 반도체 기판(100) 상에 터널 산화막(tunnel oxide)(102)을 형성시킨 후, 그 위에 다결정 실리콘(poly-silicon)을 증착하여 플로팅 게이트(floating gate)(104)를 형성시킨다. First, a
이어, 플로팅 게이트 상부에 산화막/질화막/산화막(oxide/nitride/oxide : 이하 ONO라 함)구조의 블록킹 절연막(106)을 형성한다. Next, a blocking
이때, ONO 구조의 블록킹 절연막(106)을 형성하기 위해서는, 플로팅 게이트(104)의 다결정 실리콘층을 열산화시켜 플로팅 게이트(104) 상에 하부 산화막을 형성한 후, 하부 산화막 상에 열공정으로 실리콘 질화막을 형성하고, 그 위에 다시 열공정으로 상부 산화막을 형성한 다음 어닐링(annealing)한다. In this case, in order to form the blocking insulating
이어서, 게이트 절연막(106) 상에 다결정 실리콘층을 증착하여 실질적인 전극 역할을 수행하는 제1 컨트롤 게이트(108)를 형성한 후, 반도체 기판상 활성화 영역에 이온주입(ion implantation) 공정을 통해 불순물을 주입하여 소오스(source)(110)와 드레인(drain)(112)을 형성시킨다.Subsequently, the
이어, 드레인(112) 상부에 플로팅 게이트(104)와 동일한 높이로 제2 컨트롤 게이트(114)를 형성시킨다. Subsequently, the
이때, 제2 컨트롤 게이트(114)와 드레인(112) 사이에는 300∼400Å 범위 두께로 절연막(116)을 형성시켜 제2 컨트롤 게이트(114)로 전압 인가 시 제2 컨트롤 게이트(114)로 인가되는 전압이 드레인(112)에 영향을 주지 않도록 한다. In this case, an
또한, 제2 컨트롤 게이트(114)와 플로팅 게이트(104) 간에는 100∼150Å 범위 두께로 절연막(116)을 형성시켜 제2 컨트롤 게이트(114)로 전압 인가 시 플로팅 게이트(104)내 전하를 드레인(112) 방향으로 유도시켜 드레인의 핀치 오프 전압을 증가시켜 제1 컨트롤 게이트(108)로 인가시키는 전압의 증가 없이도 소오스(110)/드레인(112)간 전류를 높일 수 있도록 한다.In addition, an
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 드레인 상부에 플로팅 게이트와 인접되게 형성되는 제2 컨트롤 게이트를 통해 플로팅 게이트내 전하가 드레인쪽으로 유도되는 전기적인 개념을 도시한 것이다.FIG. 2 illustrates an electrical concept in which charge in the floating gate is directed toward the drain through a second control gate formed adjacent to the floating gate on the drain according to an embodiment of the present invention.
도 2에서 보여지는 바와 같이, 드레인(112) 상부에 플로팅 게이트(104)와 인접하는 위치에 형성되는 제2 컨트롤 게이트(114)에 제1 컨트롤 게이트(108)와 반대 되는 "-" 전압을 인가시키는 경우 플로팅 게이트(104)내 + 이온들이 드레인(112) 쪽 방향으로 유도되는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 2, a voltage "-" opposite to the
이에 따라, 위와 같이 제2 컨트롤 게이트(114)에 의해 드레인(112) 방향으로 유도되는 플로팅 게이트(104)내 전하에 의해 드레인(114)의 핀치 오프 전압을 증가시킬 수 있어 제1 컨트롤 게이트(108)로 인가시키는 전압을 증가시키는 것 없이도 소오스(110)/드레인(112)간 전류를 높일 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the pinch-off voltage of the
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of the invention should not be limited by the described embodiments but should be defined by the appended claims.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자 구조 단면도,1 is a cross-sectional view of a structure of a flash memory device according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플로팅 게이트내 전하 이동 개념도.2 is a conceptual diagram of charge transfer in a floating gate according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the major symbols in the drawings>
100 : 반도체 기판 102 : 터널 산화막100
104 : 플로팅 게이트 106 : 게이트 절연막104: floating gate 106: gate insulating film
108 : 제1 컨트롤 게이트 110 : 소오스108: first control gate 110: source
112 : 드레인 114 : 제2 컨트롤 게이트112: drain 114: second control gate
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