KR20100079195A - Structure of flash memory - Google Patents

Structure of flash memory Download PDF

Info

Publication number
KR20100079195A
KR20100079195A KR1020080137611A KR20080137611A KR20100079195A KR 20100079195 A KR20100079195 A KR 20100079195A KR 1020080137611 A KR1020080137611 A KR 1020080137611A KR 20080137611 A KR20080137611 A KR 20080137611A KR 20100079195 A KR20100079195 A KR 20100079195A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
drain
gate
floating gate
control gate
flash memory
Prior art date
Application number
KR1020080137611A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김수홍
Original Assignee
주식회사 동부하이텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 동부하이텍 filed Critical 주식회사 동부하이텍
Priority to KR1020080137611A priority Critical patent/KR20100079195A/en
Publication of KR20100079195A publication Critical patent/KR20100079195A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66825Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a floating gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/788Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate

Abstract

PURPOSE: A structure of a flash memory is provided to increase a source/drain current without increasing a gate voltage by implementing an additional control gate on the drain. CONSTITUTION: A tunnel oxide layer(102) is formed in on a gate region of a semiconductor substrate. A floating gate(104) is formed on the tunnel oxide film with poly-crystal silicon. A blocking insulation layer(106) is formed on the floating gate. A first control gate(108) is formed on the blocking insulation layer. The first control gate is formed within the active region of the semiconductor substrate of the floating gate. A second control gate(114) having the same height of the floating gate is formed on the drain to induce the charge inside the floating gate to a drain direction.

Description

플래쉬 메모리 구조{STRUCTURE OF FLASH MEMORY}Flash memory structure {STRUCTURE OF FLASH MEMORY}

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 tunnel oxide layer 102 is formed on the semiconductor substrate 100, and then poly-silicon is deposited thereon to form a floating gate 104.

이어, 플로팅 게이트 상부에 산화막/질화막/산화막(oxide/nitride/oxide : 이하 ONO라 함)구조의 블록킹 절연막(106)을 형성한다. Next, a blocking insulating film 106 having an oxide film / nitride film / oxide (hereinafter referred to as ONO) structure is formed on the floating gate.

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 film 106 having the ONO structure, a polycrystalline silicon layer of the floating gate 104 is thermally oxidized to form a lower oxide film on the floating gate 104, and then silicon is thermally formed on the lower oxide film. The nitride film is formed, and the upper oxide film is formed on the thermal process again, and then annealed.

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 first control gate 108 is formed by depositing a polycrystalline silicon layer on the gate insulating layer 106 to serve as a substantial electrode, and then impurities are implanted into the active region on the semiconductor substrate through an ion implantation process. Injecting to form a source (110) and drain (112).

이어, 드레인(112) 상부에 플로팅 게이트(104)와 동일한 높이로 제2 컨트롤 게이트(114)를 형성시킨다. Subsequently, the second control gate 114 is formed on the drain 112 at the same height as the floating gate 104.

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 insulating film 116 is formed between the second control gate 114 and the drain 112 in the range of 300 to 400 kV to be applied to the second control gate 114 when a voltage is applied to the second control gate 114. The voltage does not affect the drain 112.

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 insulating film 116 is formed between the second control gate 114 and the floating gate 104 to a thickness in the range of 100 to 150 kV to drain the charge in the floating gate 104 when a voltage is applied to the second control gate 114. The direction of 112 increases the pinch-off voltage of the drain to increase the current between the source 110 and the drain 112 without increasing the voltage applied to the first control gate 108.

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 first control gate 108 is applied to the second control gate 114 formed at a position adjacent to the floating gate 104 on the drain 112. In this case, it can be seen that + ions in the floating gate 104 are directed toward the drain 112.

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 drain 114 may be increased by the charge in the floating gate 104 induced by the second control gate 114 in the drain 112 direction as described above, and thus the first control gate 108 may be increased. It is possible to increase the current between the source 110 / drain 112 without increasing the voltage to be applied to).

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 semiconductor substrate 102 tunnel oxide film

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

Claims (4)

반도체 기판 상 게이트 형성 영역에 형성되는 터널 산화막과,A tunnel oxide film formed in a gate formation region on a semiconductor substrate, 상기 터널 산화막위에 다결정 실리콘으로 형성되는 플로팅 게이트와,A floating gate formed of polycrystalline silicon on the tunnel oxide film; 상기 플로팅 게이트 상부에 형성되는 블록킹 절연막과,A blocking insulating layer formed on the floating gate; 상기 블록킹 절연막 상부에 형성되는 제1 컨트롤 게이트와,A first control gate formed on the blocking insulating layer; 상기 플로팅 게이트의 양측 반도체 기판의 활성화 영역 내에 불순물의 이온주입을 통해 형성되는 소오스 및 드레인과,A source and a drain formed through ion implantation of impurities into the active regions of both semiconductor substrates of the floating gate; 상기 드레인 상부에 상기 플로팅 게이트와 동일한 높이로 형성되어 상기 플로팅 게이트내 전하를 상기 드레인 방향으로 유도시키는 제2 컨트롤 게이트A second control gate formed on the drain at the same height as the floating gate to induce charge in the floating gate in the drain direction; 를 포함하는 플래쉬 메모리 구조.Flash memory structure comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 컨트롤 게이트는,The second control gate, 상기 제1 컨트롤 게이트와 반대되는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 구조.And a voltage opposite to the first control gate is applied. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 컨트롤 게이트는,The second control gate, 상기 드레인과 300∼400Å 두께의 절연막을 사이에 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 구조.And a drain and an insulating film having a thickness of 300 to 400 Å interposed therebetween. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 컨트롤 게이트는,The second control gate, 상기 플로팅 게이트와 100∼150Å 두께의 절연막을 사이에 두고 형성되는 것을 플래쉬 메모리 구조.And a floating gate and an insulating film having a thickness of 100 to 150 Å interposed therebetween.
KR1020080137611A 2008-12-30 2008-12-30 Structure of flash memory KR20100079195A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080137611A KR20100079195A (en) 2008-12-30 2008-12-30 Structure of flash memory

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080137611A KR20100079195A (en) 2008-12-30 2008-12-30 Structure of flash memory

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100079195A true KR20100079195A (en) 2010-07-08

Family

ID=42640318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080137611A KR20100079195A (en) 2008-12-30 2008-12-30 Structure of flash memory

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20100079195A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7602009B2 (en) Erasable non-volatile memory device using hole trapping in high-K dielectrics
KR101004213B1 (en) Semiconductor device
US7315057B2 (en) Split gate non-volatile memory devices and methods of forming same
US20070109860A1 (en) Single-poly non-volatile memory device and its operation method
US8470669B2 (en) System and method for EEPROM architecture
JP2006253685A (en) Split gate nonvolatile memory device and method of forming the same
US7148537B2 (en) Semiconductor memory device
KR100606928B1 (en) Non-volatile memory device and fabricating method for the same
US20070231986A1 (en) Method of manufacturing flash memory device
US9064902B2 (en) Semiconductor memory device and method for manufacturing same
US20070194378A1 (en) Eeprom memory cell for high temperatures
US7271437B2 (en) Non-volatile memory with hole trapping barrier
KR20100079195A (en) Structure of flash memory
TWI406397B (en) Non-volatile memory
US7307024B2 (en) Flash memory and fabrication method thereof
US20090179252A1 (en) Flash memory device including multilayer tunnel insulator and method of fabricating the same
JP2004266203A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US20070077707A1 (en) Non volatile memory device and method of manufacturing the same
JP2010062359A (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2011216134A (en) Nonvolatile semiconductor memory and writing method to the same
US20150008507A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2006261668A (en) Split gate type nonvolatile memory device and method for manufacturing the same
KR100356467B1 (en) Flash memory cell
KR19990055792A (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR100830339B1 (en) Flash memory device

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid