KR20110071198A - Finfet type flash memory of having blocking dielectric films of various different thickness - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플래시 메모리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원의 핀펫 구조를 가지는 플래시 메모리에 관한 것이다.The present invention relates to a flash memory, and more particularly to a flash memory having a three-dimensional pinpet structure.
메모리 소자는 반도체 제조공정 기술의 발전과 함께 소형화 및 고집적화되고 있다. 특히, 비휘발성 메모리 소자를 대표하는 플래시 메모리는 다결정실리콘 등을 부유 게이트로 이용하여 전하를 저장하거나 소거 하는 동작을 취한다. 다만, 소형화 또는 집적화가 진행된다 하더라도 셀 트랜지스터는 정상동작을 하여야하는바, 게이트의 길이가 축소됨에 따라 소스와 드레인 사이의 거리가 짧아지고, 이로 인한 단채널 효과(short channel effect)로 인해 정상동작을 보장하기 힘들어진다. 이외에도 펀치-스루(punch-through)가 빌생되는 전압이 감소하여 소자의 누설전류가 증가한다. 누설전류의 증가는 저전력 소자의 구현에 장애요인이 된다.Memory devices have been miniaturized and highly integrated with the development of semiconductor manufacturing process technology. In particular, a flash memory representing a nonvolatile memory device uses polycrystalline silicon or the like as a floating gate to store or erase charges. However, even if miniaturization or integration is in progress, the cell transistor should operate normally. As the length of the gate is reduced, the distance between the source and the drain is shortened, and the normal operation is caused by the short channel effect. It becomes difficult to guarantee. In addition, the voltage through which punch-through occurs is reduced, thereby increasing the leakage current of the device. Increasing leakage current is an obstacle to the implementation of low power devices.
상술한 메모리 소자의 비례-축소 공정이 심화되는 경우, 드레인 전압의 증가에도 불구하고 트랜지스터가 포화영역에서 동작하지 않고, 선형영역에서 지속적으 로 동작하는 문제를 발생한다. 이는 소자의 동작 특성을 저하시킨다.When the proportional-reduction process of the above-described memory device is intensified, the transistor does not operate in the saturation region but continuously operates in the linear region despite the increase in the drain voltage. This lowers the operating characteristics of the device.
이를 극복하기 위해 메모리의 용량과 셀당 저장효율을 상승시키는 것을 목표로 기존의 소자는 트랩된 전자의 양을 구별하고 각각의 기억상태를 정의하는 다중준위 소자로의 연구가 진행되어 왔다. 그러나, 다중준위 소자의 경우, 전자의 양을 정확하게 센싱하는데 한계가 있으므로 다중준위 방법으로 소자의 제작은 읽기 동작에서의 오류를 유발한다.In order to overcome this problem, the conventional devices have been studied as a multilevel device that distinguishes the amount of trapped electrons and defines each memory state with the aim of increasing memory capacity and storage efficiency per cell. However, in the case of a multilevel device, there is a limit in accurately sensing the amount of electrons, so fabrication of the device in the multilevel method causes an error in a read operation.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 멀티 비트를 구현할 수 있는 핀펫 타입의 플래시 메모리의 구조를 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a structure of a pin-pet type flash memory that can implement a multi-bit.
기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판으로부터 돌출된 핀 채널; 상기 핀 채널을 가로질러 형성되고, 제1 두께의 측면 블로킹 유전막을 가지는 제1 게이트 구조물; 및 상기 핀 채널을 가로질러 형성되고, 상기 제1 게이트 구조물에 인접하며, 상기 제1 두께보다 더 큰 제2 두께를 가지는 측면 블로킹 유전막을 가지는 제2 게이트 구조물을 포함하는 플래시 메모리를 제공한다.The present invention for achieving the above object, the pin channel protruding from the substrate; A first gate structure formed across the fin channel and having a side blocking dielectric layer of a first thickness; And a second gate structure formed across the fin channel and adjacent to the first gate structure and having a side blocking dielectric layer having a second thickness greater than the first thickness.
상술한 본 발명에 따르면, 플래시 메모리를 구성하는 하나의 단위 셀은 4가지 상태를 구현할 수 있다. 따라서, 단위 셀당 적어도 2비트의 데이터의 저장과 읽기 동작이 가능해진다. 또한, 제조과정에서 터널링 유전막의 두께를 변경하지 않고, 전하포획층과 제어게이트 사이에 배치되는 블로킹 유전막의 두께를 변경하므로, 인접한 게이트 구조물 사이의 단차에 의해 발생되는 공정의 부담을 경감시킬 수 있다.According to the present invention described above, one unit cell constituting the flash memory may implement four states. Therefore, at least two bits of data storage and reading operations can be performed per unit cell. In addition, since the thickness of the blocking dielectric layer disposed between the charge trapping layer and the control gate is changed without changing the thickness of the tunneling dielectric layer in the manufacturing process, the burden of the process caused by the step between the adjacent gate structures can be reduced. .
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
실시예Example
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래시 메모리를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a flash memory according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 형성된 핀 채널(20)의 상부 및 측면 상에는 2개의 게이트 구조물(100, 200)이 형성된다. 즉, 핀 채널(20)을 따라서, 제1 게이트 구조물(100)과 제2 게이트 구조물(200)이 형성된다. 상기 2개의 게이트 구조물(100, 200)은 필드 산화막(30) 상에 형성되고, 핀 채널(20)을 감싸는 형상으로 구비된다. Referring to FIG. 1, two
제1 게이트 구조물(100)은 핀 채널(20)을 중심으로 제1 측면 게이트(110)와 제2 측면 게이트(120)로 구성된다. 상기 제1 측면 게이트(110)와 제2 측면 게이트(120)는 제1 분리 절연막(130) 상부에 배치되는 제1 연결 게이트(140)를 통해 전기적으로 연결된다. The
상기 제1 측면 게이트(110)는 제1 측면 터널링 유전막(111), 제1 측면 전하포획층(113), 제1 측면 블로킹 유전막(115) 및 제1 측면 제어게이트(117)로 구성된다. 이에 대응되는 제2 측면 게이트(120)는 핀 채널(20)을 중심으로 제1 측면 게이트(110)와 대향되게 형성되며, 제2 측면 터널링 유전막(121), 제2 측면 전하포획층(123), 제2 측면 블로킹 유전막(125) 및 제2 측면 제어게이트(127)로 구성된다. 상술한 제1 측면 터널링 유전막(111)은 제2 측면 터널링 유전막(121)과 동일 재질과 동일한 두께를 가진다. 이는 다른 막질에도 동일하게 적용된다. 즉, 서로 대향하는 제1 측면 게이트(110)와 제2 측면 게이트(120)의 구성요소의 재질과 두께는 상호 대응되는 막질과 동일하다.The
특히, 제1 게이트 구조물(100)의 측면 게이트들(110, 120)을 구성하는 막질들은 측면 제어게이트들(117, 127)을 제외하고는 제1 분리 절연막(130)에 의해 분리된다.In particular, the film constituting the
핀 채널(20)을 따라 제1 게이트 구조물(100)과 인접하여 형성된 제2 게이트 구조물(200)은 핀 채널(20)을 중심으로 제3 측면 게이트(210)와 제4 측면 게이트(220)를 가진다. 상기 제3 측면 게이트(210)와 제4 측면 게이트(220)는 제2 분리 절연막(230) 상부의 제2 연결 게이트(240)를 통해 전기적으로 연결된다. The
제3 측면 게이트(210)는 제3 측면 터널링 유전막(211), 제3 측면 전하포획층(213), 제3 측면 블로킹 유전막(215) 및 제3 측면 제어게이트(217)를 가진다. 상기 제3 측면 게이트(210)에 대응되는 제4 측면 게이트(220)는 핀 채널(20)을 중심으로 제3 측면 게이트(210)와 대향하며, 제4 측면 터널링 유전막(221), 제4 측면 전하포획층(223), 제4 측면 블로킹 유전막(225) 및 제4 측면 제어게이트(227)를 가진다. 상기 제3 측면 터널링 유전막(211)은 제4 측면 터널링 유전막(221)에 대응되며, 제3 측면 전하포획층(213)은 제4 측면 전하포획층(223)과 대응되며, 제3 측면 블로킹 유전막(215)은 제4 측면 블로킹 유전막(225)과 대응되고, 제3 측면 제어게이트(217)는 제4 측면 제어게이트(227)와 대응된다. 또한, 각각의 막질은 대응되는 막질과 동일한 두께와 재질을 가진다.The
특히, 제3 측면 게이트 유전막(215) 및 제4 측면 게이트 유전막(225)은 상술한 제1 측면 게이트 유전막(115)과 제2 측면 게이트 유전막(125)과 다른 두께를 가진다.In particular, the third side gate
도 2는 상기 도 1에 도시된 플래시 메모리의 제1 게이트 구조물을 X-X' 방향으로 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the first gate structure of the flash memory illustrated in FIG. 1 taken along the line X-X '.
도 2를 참조하면, 기판(10) 상에 핀 채널(20)이 돌출된 형상으로 구비된다. 또한, 기판(10)의 상부 표면 및 핀 채널(20)의 측면으로 필드 산화막(30)이 구비된다. 핀 채널(20)의 양측면에는 제1 측면 게이트(110)와 제2 측면 게이트(120)가 구비된다.Referring to FIG. 2, the
제1 측면 게이트(110)는 제1 측면 터널링 유전막(111), 제1 측면 전하포획층(113), 제1 측면 블로킹 유전막(115) 및 제1 측면 제어게이트(117)를 가지고, 제2 측면 게이트(120)는 제2 측면 터널링 유전막(121), 제2 측면 전하포획층(123), 제2 측면 블로킹 유전막(125) 및 제2 측면 제어게이트(127)를 가진다. 다만, 핀 채널(20)의 상부에는 제1 분리 절연막(130)이 형성되며, 제1 분리 절연막(130) 상부에는 제1 연결 게이트(140)가 구비되어 양 측면에 배치된 측면 제어게이트들(117, 127)을 전기적으로 연결한다.The
상술한 제1 측면 블로킹 유전막(115) 및 제2 측면 블로킹 유전막(125)은 제1 두께를 가진다. 즉, 제1 두께를 가지는 2개의 측면 블로킹 유전막들(115, 125)은 제2 게이트 구조물(200)에 구비된 측면 블로킹 유전막(215, 225)과 그 두께를 달리한다.The first side blocking
도 3은 상기 도 1에 도시된 플래시 메모리의 제2 게이트 구조물을 X-X' 방향으로 절단한 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view of the second gate structure of the flash memory illustrated in FIG. 1 taken along the line X-X '.
도 3을 참조하면, 상기 도 2에 도시된 구조와 유사한 구조가 구비된다. 다만, 2개의 측면 블로킹 유전막들(215, 225)의 두께는 상기 도 2에 도시된 측면 블로킹 유전막들(115, 125)과 상이하다.Referring to FIG. 3, a structure similar to the structure shown in FIG. 2 is provided. However, the thicknesses of the two side blocking
상기 도 3에서 제2 게이트 구조물(200)은 핀 채널(20)을 따라 제1 게이트 구조물(100)과 인접하여 형성되고, 제3 측면 게이트(210) 및 제4 측면 게이트(220)를 가진다. 제3 측면 게이트(210)는 핀 채널(20)을 중심으로 제4 측면 게이트(220)와 대향한다.In FIG. 3, the
제3 측면 게이트(210)는 제3 측면 터널링 유전막(211), 제3 측면 전하포획층(213), 제3 측면 블로킹 유전막(215) 및 제3 측면 제어게이트(217)를 가진다. 제4 측면 게이트(220)는 제4 측면 터널링 유전막(221), 제4 측면 전하포획층(223), 제4 측면 블로킹 유전막(225) 및 제4 측면 제어게이트(227)를 가진다. 핀 채널(20)의 상부에는 제2 분리 절연막(230)이 형성되고, 제2 분리 절연막(230) 상부에는 제2 연결 게이트(240)가 구비되어 제3 측면 제어게이트(217)와 제4 측면 제어게이트(227)를 전기적으로 연결한다.The
상술한 제3 측면 블로킹 유전막(215) 및 제4 측면 블로킹 유전막(225)은 제2 두께를 가진다. 즉, 제1 게이트 구조물(100)의 측면 블로킹 유전막(115, 125)은 제2 게이트 구조물(200)의 측면 블로킹 유전막(215, 225)과 그 두께를 달리한다. 상기 제2 두께는 제1 두께보다 큰 값을 가질 수 있다.The third side blocking
도 4는 상기 도 1에 도시된 플래시 메모리의 상면 투시도이다.4 is a top perspective view of the flash memory illustrated in FIG. 1.
도 4를 참조하면, 제1 게이트 구조물(100)의 측면 블로킹 유전막들(115, 125)의 두께는 제2 게이트 구조물(200)의 측면 블로킹 유전막들(215, 225)의 두께보다 작은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the thicknesses of the side blocking
또한, 각각의 게이트 구조물(100, 200)에서 핀 채널(20)의 상부에는 분리 절연막이 구비되고, 분리 절연막의 상부에는 측면 제어게이트들을 서로 전기적으로 연결하는 연결 게이트들이 구비된다. 이외에 제1 게이트 구조물(100)과 제2 게이트 구조물(200)의 측면 터널링 유전막(111, 121, 211, 221), 측면 전하포획층(113, 123, 213, 223)은 각각 동일한 두께와 재질을 가짐이 바람직하다. 또한, 핀 채 널(20) 영역에서 2개의 게이트 구조물(100, 200)의 외곽은 소스와 드레인으로 정의된다.In addition, in each
도 5 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 1에 도시된 플래시 메모리의 제조방법을 설명하기 위한 사시도들이다.5 to 8 are perspective views illustrating a method of manufacturing the flash memory shown in FIG. 1 according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 기판(10)의 표면을 부분식각하여 핀 채널(20) 영역을 형성한다. 이는 평활한 반도체 기판(10)의 표면에 포토레지스트를 도포하고, 패터닝하여 핀 채널(20)의 좌우측 부위를 오픈하는 통상의 리소프래피 공정에 의해 수행된다. 핀 채널(20)의 좌우측 부위가 오픈된 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여, 식각을 수행하면, 핀 채널(20)이 돌출된 형상으로 잔류하게 된다.Referring to FIG. 5, the surface of the
이어서, 핀 채널(20)의 좌우측 부위에 필드 산화막(30)을 형성한다. 상기 필드 산화막(30)의 형성은 통상의 증착공정과 핀 채널(20) 상부 및 측면의 산화막의 제거에 의해 달성된다.Subsequently,
도 6을 참조하면, 필드 산화막(30)이 형성된 기판(10)의 전면에 대해 터널링 유전막(11), 전하 포획층(13) 및 제1 블로킹 유전막(14)을 순차적으로 형성한다. 특히, 제1 블로킹 유전막(14)은 제2 게이트 구조물이 형성되는 제2 영역(22)에만 형성됨이 바람직하다. 제2 영역(22)에만 형성되는 제1 블로킹 유전막(14)은 통상의 포토리소그래피 공정에 의해 제1 게이트 구조물이 형성되는 제1 영역(21)의 오픈과 제1 영역(21)에 형성된 블로킹 유전막을 제거하고, 제1 블로킹 유전막(14)을 잔류시키는 동작에 의해 달성된다.Referring to FIG. 6, the
도 7을 참조하면, 상기 도 6에 도시된 구조물의 전면에 제2 블로킹 유전 막(16)을 형성한다. 따라서, 제1 영역(21)의 블로킹 유전막의 두께는 제2 영역(22)의 블로킹 유전막의 두께보다 작은 값을 가지게 된다.Referring to FIG. 7, a second
상기 도 6 및 도 7에 도시된 방법 이외에도 제1 영역의 블로킹 유전막의 두께와 제2 영역의 블로킹 유전막의 두께를 달리하는 방법은 다양하다. 예컨대, 기 형성된 전하 포획층 상부에 블로킹 유전막을 도포하고, 제2 영역의 블로킹 유전막을 일부 식각하여, 제2 영역의 블로킹 유전막이 잔류하되, 제1 영역의 경우보다 그 두께를 달리하게 할 수 있다.In addition to the method illustrated in FIGS. 6 and 7, there are various methods of varying the thickness of the blocking dielectric layer in the first region and the thickness of the blocking dielectric layer in the second region. For example, a blocking dielectric layer may be applied over the previously formed charge trapping layer, and the blocking dielectric layer of the second region may be partially etched so that the blocking dielectric layer of the second region remains, but has a different thickness than that of the first region. .
도 8을 참조하면, 상기 도 7에 도시된 구조물 상에 분리 절연막(40)이 형성된다.Referring to FIG. 8, a
먼저, 상기 도 7에 도시된 구조물의 전면에 블로킹 유전막(15A, 15B)과 다른 재질의 버퍼층(미도시)을 도포한 다음, 화학적 기계적 연마를 통해 핀 채널(20) 상부를 오픈한다. 오픈된 핀 채널(20)의 상부에 분리 절연막(40)을 형성한 후, 핀 채널(20) 측면의 막질들을 식각하여 핀 채널(20) 측면의 블로킹 유전막(15A, 15B)을 노출시킨다. 따라서, 분리 절연막(40)은 핀 채널(20)의 상부를 덮는 형상이 된다. 상기 분리 절연막(40)의 재질은 비전도성을 가진 재질이라면 어느 것이나 사용될 수 있다. First, the blocking
이외에도, 상기 도 7에 도시된 구조물 상에 분리 절연막을 전면 도포하고, 통상의 포토리소그래피 공정을 이용하여, 핀 채널 상부의 분리 절연막만을 잔류시킬 수 있다. 상기 과정을 수행할 경우, 핀 채널 상부의 터널링 유전막, 전하 포획층 및 블로킹 유전막은 잔류할 수 있다.In addition, the isolation insulating film may be entirely coated on the structure illustrated in FIG. 7, and only the isolation insulating film on the upper fin channel may be left using a conventional photolithography process. When the above process is performed, the tunneling dielectric layer, the charge trapping layer, and the blocking dielectric layer on the fin channel may remain.
계속해서 노출된 블로킹 유전막(15A, 15B) 및 분리 절연막(40) 상에 제어 게이트층(50)을 형성한다. 상기 제어 게이트층(50)은 분리 절연막(40)의 상부 및 핀 채널(20)의 좌우측에 형성된 블로킹 유전막(15A, 15B)의 상부에 형성된다. 상기 제어 게이트층(50)은 다결정 실리콘, 금속, 도전성 금속질화물 또는 도전성 산화물로 구성될 수 있다.Subsequently, the
이어서, 제어 게이트층(50)에 대한 식각을 수행하여 제1 영역의 제1 게이트 구조물(100)과 제2 영역의 제2 게이트 구조물(200)을 형성함을 통해 각각의 게이트 구조물을 분리한다. 상술한 과정을 통해 도 1의 플래시 메모리가 형성된다.Subsequently, each gate structure is separated by etching the
즉, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 핀 채널(20)의 측면에 형성된 제1 게이트 구조물(100)에는 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 구조가 형성되고, 제2 게이트 구조물(200)에도 ONO 구조가 형성된다.That is, as shown in FIG. 1, an oxide-nitride-oxide (ONO) structure is formed in the
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로그램 동작 수행시의 트랩되는 전하량을 도시한 그래프이다.9 is a graph showing the amount of charge trapped when performing a program operation according to a preferred embodiment of the present invention.
프로그램 동작은 채널 영역의 전하를 전하 포획층의 계면에 트랩시키는 동작이다.The program operation is an operation for trapping charge in the channel region at the interface of the charge trapping layer.
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 단위 셀에 구비된 2개의 게이트 구조물들에 대해 독립적인 프로그램 전압 Vpgm을 인가하여 프로그램 동작을 수행할 수 있다.As illustrated in FIG. 1, a program operation may be performed by applying an independent program voltage Vpgm to two gate structures provided in one unit cell.
상기 도 9의 데이터는 측면 터널링 산화막을 실리콘 산화물로 구성하고, 그 두께를 2개의 게이트 구조물들에서 동일하게 2nm로 하였다. 또한, 전하포획층은 4nm 두께의 실리콘 질화물로 구성하였다. 제1 게이트 구조물의 제1 및 제2 측면 블로킹 유전막은 실리콘 산화물로서 6nm의 두께를 가지도록 설정하였으며, 제2 게이트 구조물의 제3 및 제4 측면 블로킹 유전막은 실리콘 산화물로서 7nm로 설정하였다. 이외에 측면 제어게이트들은 도전성 금속인 알루미늄으로 설정하였다. 전하를 트랩시키는 프로그램 전압 Vpgm으로 12V가 제어게이트들에 공급되었다.The data of FIG. 9 shows that the lateral tunneling oxide film is made of silicon oxide, and its thickness is equal to 2 nm in the two gate structures. In addition, the charge trapping layer was composed of 4 nm thick silicon nitride. The first and second side blocking dielectric films of the first gate structure were set to have a thickness of 6 nm as silicon oxide, and the third and fourth side blocking dielectric films of the second gate structure were set to 7 nm as silicon oxide. In addition, the side control gates were set to aluminum, which is a conductive metal. 12V was supplied to the control gates at the program voltage Vpgm which traps the charge.
상태 ‘11’은 소거 상태를 지칭한다. 이는 측면 전하포획층의 계면에 전하가 실질적으로 트랩되지 않은 상태를 지칭한다. 따라서, 그래프 상에서도 트랩된 전하량은 0으로 나타난다.State '11' refers to the erased state. This refers to a state in which no charge is substantially trapped at the interface of the side charge trapping layer. Therefore, the trapped amount of charge also appears as zero on the graph.
상태 ‘10’은 제2 게이트 구조물에만 프로그램 전압 Vpgm이 인가된 상황이다. 따라서, 측면 전하포획층에 포획되는 전자의 전하량은 약 2*10-16C/um으로 나타난다.State '10' is a state in which the program voltage Vpgm is applied only to the second gate structure. Therefore, the charge amount of the electrons trapped in the side charge trapping layer is about 2 * 10 -16 C / um.
또한, 상태 ‘01’은 제1 게이트 구조물에만 프로그램 전압 Vpgm이 인가된 경우이다. 제1 게이트 구조물에만 인가된 프로그램 전압 Vpgm에 의해 측면 전하포획층에 포획되는 전자의 전하량은 약 2.5*10-16C/um로 나타난다.In addition, the state '01' is a case where the program voltage Vpgm is applied only to the first gate structure. The amount of electrons trapped in the lateral charge trap layer by the program voltage Vpgm applied only to the first gate structure is about 2.5 * 10 -16 C / um.
이어서, 상태 ‘00’은 2개의 게이트 구조물에 프로그램 전압 Vpgm을 인가한 경우이다. 2개의 게이트 주조물 내의 측면 전하포획층들은 전자를 포획하고, 포획된 전하량은 약 1.2*10-15C/um로 나타난다.Then, the state '00' is a case where the program voltage Vpgm is applied to the two gate structures. The side charge trapping layers in the two gate castings trap electrons, and the amount of trapped charge is about 1.2 * 10 -15 C / um.
따라서, 단위 셀은 4가지 상태의 전하 트랩 동작을 가짐을 알 수 있다. 이는 단위 셀에 대한 프로그램 동작에 의해 4가지 상태의 문턱전압이 구현되며, 단위 셀 은 2비트의 데이터를 저장할 수 있음을 의미한다.Thus, it can be seen that the unit cell has four states of charge trapping operations. This means that the threshold voltage of four states is implemented by the program operation for the unit cell, and the unit cell can store 2 bits of data.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 도 9에 개시된 각각의 상태에 대한 드레인 전류를 도시한 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing drain current for each state disclosed in FIG. 9 according to a preferred embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 도 9에 도시된 각각의 상태를 구현하여, 소정의 데이터를 프로그램한 후, 측면 제어게이트들에 읽기 전압을 인가한다. 읽기 전압의 증가에 따라 드레인 전류는 상태에 따라 대략 증가하는 양상을 가진다. 다만, 드레인 전류는 0으로부터 갑자기 증가곡선을 그리는 변곡점을 각각의 상태에 대한 문턱전압으로 볼 수 있다. 상기 도 10에서는 읽기 전압을 4V 내지 6V로 설정할 경우, 각각의 상태에 따라 드레인 전류의 차이가 나타나며, 전류의 차이를 이용하여 단위 셀에 프로그램된 데이터를 읽을 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, each state illustrated in FIG. 9 is implemented to program predetermined data and then apply a read voltage to side control gates. As the read voltage increases, the drain current increases approximately with the state. However, the drain current can be regarded as the threshold voltage for each state as the inflection point that suddenly increases from zero. In FIG. 10, when the read voltage is set to 4V to 6V, a difference in drain current appears according to each state, and the data programmed in the unit cell can be read using the difference in current.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 플래시 메모리의 단위 셀은 2개의 게이트 구조물들을 가지며, 서로 다른 두께의 측면 블로킹 유전막을 가진고, 이를 통해 4가지 상태를 저장할 수 있으며, 이를 통해 2 비트의 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 2개의 게이트 구조물 양측면의 핀 채널을 흐르는 전류를 2개의 게이트 구조물을 통해 제어하므로 반도체 소자의 비례 축소시에 문제되는 단체널 효과 등을 해결할 수 있다. 이는 플래터 타입에서 흐르는 전류를 핀 채널의 양측면으로 분배한 현상에 기인한다.As described above, the unit cell of the flash memory according to the present invention has two gate structures, and has side blocking dielectric layers having different thicknesses, thereby storing four states, thereby storing two bits of data. Can be. In addition, since the current flowing through the fin channels on both sides of the two gate structures is controlled through the two gate structures, it is possible to solve a grouping effect, which is a problem when the semiconductor element is proportionally reduced. This is due to the distribution of current flowing in the platter type to both sides of the fin channel.
이외에도 상기 도 9에서 알 수 있듯이, 트랜된 전자의 그래프를 볼 때, 포획되는 전자의 양은 약 1*10-5 초에 포화되는 것을 알 수 있다. 이는 전자의 포획에 따른 문턱전압의 변경이 매우 빠른 시간에 수행됨을 의미한다. 즉, 본 발명에 따를 경우, 빠른 프로그램 시간을 확보할 수 있다.In addition, as can be seen in FIG. 9, when viewing the graph of the transferred electrons, it can be seen that the amount of electrons captured is saturated in about 1 * 10 −5 seconds. This means that the change of the threshold voltage according to the trapping of electrons is performed at a very fast time. That is, according to the present invention, it is possible to ensure fast program time.
제조공정 상에서도, 본 발명은 블로킹 유전막의 두께의 변화를 달성하므로, 터널링 유전막의 두께의 변화를 유도하는 제조공정에 비해 많은 잇점을 가진다. 예컨대, 게이트 구조물마다 터널링 유전막의 두께를 달리하는 경우, 터널링 유전막의 특성의 확보고 어려워진다. 또한, 이후의 전하포획층, 블로킹 유전막 및 제어게이트의 형성 공정에서 인접한 게이트 구조물들의 막질이 모두 단차를 가지게되므로 제조공정 상의 어려움이 있다. 그러나, 본 발명에서는 제조공정상 터널링 유전막, 전하포획층까지는 단차가 발생하지 않으므로 단위 셀의 특성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Even in the manufacturing process, the present invention achieves a change in the thickness of the blocking dielectric film, and thus has many advantages over the manufacturing process inducing a change in the thickness of the tunneling dielectric film. For example, when the thickness of the tunneling dielectric layer varies for each gate structure, it is difficult to secure the characteristics of the tunneling dielectric layer. In addition, in the process of forming the charge trapping layer, the blocking dielectric layer, and the control gate, there is a difficulty in the manufacturing process because the film quality of the adjacent gate structures all have steps. However, in the present invention, since no step occurs between the tunneling dielectric layer and the charge trapping layer in the manufacturing process, reliability of the characteristics of the unit cell can be improved.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래시 메모리를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a flash memory according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 상기 도 1에 도시된 플래시 메모리의 제1 게이트 구조물을 X-X' 방향으로 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the first gate structure of the flash memory illustrated in FIG. 1 taken along the line X-X '.
도 3은 상기 도 1에 도시된 플래시 메모리의 제2 게이트 구조물을 X-X' 방향으로 절단한 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view of the second gate structure of the flash memory illustrated in FIG. 1 taken along the line X-X '.
도 4는 상기 도 1에 도시된 플래시 메모리의 상면 투시도이다.4 is a top perspective view of the flash memory illustrated in FIG. 1.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 1에 도시된 플래시 메모리의 제조방법을 설명하기 위한 사시도들이다.5 to 8 are perspective views illustrating a method of manufacturing the flash memory shown in FIG. 1 according to a preferred embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로그램 동작 수행시의 트랩되는 전하량을 도시한 그래프이다.9 is a graph showing the amount of charge trapped when performing a program operation according to a preferred embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 도 9에 개시된 각각의 상태에 대한 드레인 전류를 도시한 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing drain current for each state disclosed in FIG. 9 according to a preferred embodiment of the present invention.
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