KR100943646B1 - Semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리 소자 등에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 커패시터 없는 디램 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor memory devices and the like. More specifically, the present invention relates to a DRAM device without a capacitor and a method of manufacturing the same.
본 발명에 따른 반도체 메모리 소자는 기판상에 형성된 제1 절연층, 제1 절연층상의 양측부에 서로 이격되어 형성된 제2 절연층, 제2 절연층 사이의 제1 절연층 상에 형성되고, 일부 영역이 제2 절연층으로부터 돌출된 돌출패턴이 형성된 부유바디셀, 돌출패턴을 둘러싸도록 형성된 게이트 구조체 및 돌출패턴의 양측부에 형성된 소오스 및 드레인을 포함한다.The semiconductor memory device according to the present invention is formed on a first insulating layer formed on a substrate, a second insulating layer formed on both sides of the first insulating layer spaced apart from each other, a first insulating layer between the second insulating layer, The region includes a floating body in which a protruding pattern protruding from the second insulating layer, a gate structure formed to surround the protruding pattern, and a source and a drain formed at both sides of the protruding pattern.
본 발명에 따른 반도체 메모리 소자는 홀의 축적을 위해 인가되는 별도의 전압 없이 커패시터 없는 디램 소자로써 구동될 수 있다. 또한, 반도체 메모리 소자의 집적도가 향상될 수 있다.The semiconductor memory device according to the present invention may be driven as a capacitorless DRAM device without a separate voltage applied for the accumulation of holes. In addition, the degree of integration of the semiconductor memory device may be improved.
커패시터 없는 디램(Capacitor-less DRAM), 에스오아이(Silicon On Insulator: SOI) 기판, 핀 전계효과트랜지스터, 완전 공핍 에이오아이 핀 전계효과 트랜지스터(FD-FinFET on SOI) Capacitor-less DRAM, Silicon On Insulator (SOI) substrates, pin field effect transistors, fully depleted AOI pin field effect transistors (FD-FinFET on SOI)
Description
본 발명은 반도체 메모리 소자 등에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 커패시터 없는 디램 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor memory devices and the like. More specifically, the present invention relates to a DRAM device without a capacitor and a method of manufacturing the same.
일반적으로 디램(DRAM) 소자의 단위 셀은 하나의 모스 전계효과 트랜지스터 및 전하를 저장하는 하나의 커패시터로 구성된다. 디램 소자는 그 구성이 단순하며, 전원공급 시 고속으로 동작하기 때문에 시스템의 메모리 소자로써 널리 이용된다. 그러나, 고집적화를 위한 메모리 소자의 스케일 다운(Scale down) 시, 단위 셀의 전체 면적에 대한 커패시터 면적의 스케일 다운이 어렵다는 문제점이 있다. 이에 따라, 디램 소자의 집적도를 높이기 위해 커패시터 없는 디램(Capacitor-less DRAM)이 제안되었다. 커패시터 없는 디램은 충돌 이온화 효과(Impact Ionization)을 이용하여 홀(Hole)을 기판에 충전하는 방식으로 구동된다. 또한, 커패시터 없는 디램의 상태는 홀의 축적 또는 축출에 따라 '1' 또는 '0'의 상태로 정의된다. In general, a unit cell of a DRAM device includes one MOS field effect transistor and one capacitor for storing charge. The DRAM device has a simple configuration and is widely used as a memory device of a system because it operates at a high speed when a power is supplied. However, when scaling down a memory device for high integration, it is difficult to scale down the capacitor area with respect to the entire area of the unit cell. Accordingly, a capacitor-less DRAM has been proposed to increase the integration of DRAM devices. The capacitorless DRAM is driven by charging the substrate with a hole using impact ionization. In addition, the state of the DRAM without the capacitor is defined as a state of '1' or '0' depending on the accumulation or egress of holes.
종래의 완전 공핍 실리콘 인 인슐레이터(Fully Depleted Silicon On Insulator: FD SOI 이하, FD SOI) 기판이 이용되는 커패시터 없는 디램의 경우, 홀 을 축적하기 위해 기판에 별도의 전압을 인가하여 전위 우물을 형성해야 하는 번거로움이 있다. 또한, 비대칭 구조의 이중 게이트가 형성된 커패시터 없는 디램의 경우, 홀의 충전을 위해 게이트 일측에 전압을 인가하여 전위 우물을 형성시킴으로써, 홀의 축적이 가능하도록 제조되어야 하는 번거로움이 있다.In the case of a capacitorless DRAM using a conventional fully depleted silicon on insulator (FD SOI) substrate, a potential well must be formed by applying a separate voltage to the substrate to accumulate holes. There is a hassle. In addition, in the case of a capacitorless DRAM having a double gate having an asymmetric structure, a potential well is formed by applying a voltage to one side of the gate to charge the hole, thereby making it necessary to manufacture the hole to be accumulated.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 홀의 축적을 위해 인가되는 전압 없이, 디램 소자로써 구동될 수 있는 커패시터 없는 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a capacitorless semiconductor memory device capable of being driven as a DRAM device without a voltage applied to accumulate holes and a method of manufacturing the same.
본 발명에 따른 반도체 메모리 소자는 기판상에 형성된 제1 절연층, 제1 절연층상의 양측부에 서로 이격되어 형성된 제2 절연층, 제2 절연층 사이의 제1 절연층 상에 형성되고, 일부 영역이 제2 절연층으로부터 돌출된 돌출패턴이 형성된 부유바디셀, 돌출패턴을 둘러싸도록 형성된 게이트 구조체 및 돌출패턴의 양측부에 형성된 소오스 및 드레인을 포함한다.The semiconductor memory device according to the present invention is formed on a first insulating layer formed on a substrate, a second insulating layer formed on both sides of the first insulating layer spaced apart from each other, a first insulating layer between the second insulating layer, The region includes a floating body in which a protruding pattern protruding from the second insulating layer, a gate structure formed to surround the protruding pattern, and a source and a drain formed at both sides of the protruding pattern.
돌출패턴 하부의 부유바디셀 영역은 반도체 메모리 소자의 구동 시 돌출패턴의 영역보다 전위가 낮게 형성되는 것이 바람직하다.The floating body region under the protrusion pattern may have a lower potential than the area of the protrusion pattern when the semiconductor memory device is driven.
기판은 에스오아이(Silicon On Insulator: SOI) 기판인 것이 바람직하다.The substrate is preferably a silicon on insulator (SOI) substrate.
제2 절연층은 고농도 플라즈마(High Density Plasma: HDP)를 이용하여 형성된 것이 바람직하다.The second insulating layer is preferably formed using a high density plasma (HDP).
부유바디셀의 단면의 폭은 제1 절연층에 근접할수록 증가되는 것이 바람직하다.It is preferable that the width of the cross section of the floating body increases as it approaches the first insulating layer.
본 발명에 따른 반도체 메모리 소자의 제조방법은 (a) 기판 내에 형성된 제1 절연층상에 부유바디셀을 형성하는 단계, (b) 부유바디셀보다 얇은 두께를 갖는 제2 절연층을 부유바디셀의 양측부에 형성하는 단계, (c) 부유바디셀의 상부를 둘러싸도록 게이트 구조체를 형성하는 단계 및 (d) 부유바디셀의 상부 양측부에 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention comprises the steps of (a) forming a floating body on a first insulating layer formed in a substrate, and (b) forming a second insulating layer having a thickness thinner than that of the floating body. Forming at both sides, (c) forming a gate structure to surround the upper portion of the floating body, and (d) forming a source and a drain at both upper portions of the floating body.
기판은 에스오아이(Silicon On Insulator: SOI)기판인 것이 바람직하다.The substrate is preferably a silicon on insulator (SOI) substrate.
부유바디셀은 제1 절연층이 노출되도록 기판의 양측부를 제거하여 형성되는 것이 바람직하다.The floating body is preferably formed by removing both sides of the substrate to expose the first insulating layer.
(b) 단계는,(b) step,
부유바디셀이 형성된 기판상에 제2 절연층을 증착하는 단계 및 부유바디셀의 상부가 노출되도록 제2 절연층의 일부를 제거하는단계를 포함하는 것이 바람직하다.And depositing a second insulating layer on the substrate on which the floating body is formed, and removing a portion of the second insulating layer to expose the upper portion of the floating body.
제2 절연층은 고농도 플라즈마(High Density Plasma: HDP)를 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.The second insulating layer is preferably formed using a high density plasma (HDP).
제2 절연층은 화학적기계연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP)공정 및 습식식각공정을 이용하여 제거되는 것이 바람직하다.The second insulating layer is preferably removed using a chemical mechanical polishing (CMP) process and a wet etching process.
(c) 단계는,(c) step,
노출된 부유바디셀의 상부 표면에 게이트 산화막을 형성하는 단계, 게이트 산화막이 형성된 부유바디셀의 상부를 둘러싸도록 게이트 구조체를 형성하는 단계 및 부유바디셀의 상부 양측부가 노출되도록 게이트 구조체를 패터닝하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Forming a gate oxide film on the exposed top surface of the floating body cell, forming a gate structure to surround the top of the floating body cell on which the gate oxide film is formed, and patterning the gate structure to expose both upper portions of the floating body cell; It is preferable to include.
본 발명에 따른 반도체 메모리 소자는 전위 우물의 형성을 위해 인가되는 별도의 전압 없이 커패시터 없는 디램 소자로써 구동될 수 있다. 또한, 반도체 메모리 소자의 집적도가 향상될 수 있다.The semiconductor memory device according to the present invention can be driven as a capacitorless DRAM device without a separate voltage applied to form the potential well. In addition, the degree of integration of the semiconductor memory device may be improved.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자에 대하여 설명한다.Hereinafter, a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자는 기판(100)상에 형성된 제1 절연층(110), 제1 절연층(110)상의 양측부에 서로 이격되어 형성된 제2 절연층(120), 제2 절연층(120) 사이의 제1 절연층(110) 상에 형성되고, 일부 영역이 제2 절연층(120)으로부터 돌출된 돌출패턴(130)이형성된 부유바디셀(135), 돌출패턴(130)을 둘러싸도록 형성된 게이트 구조체(140) 및 돌출패턴(130)의 양측부에 형성된 소오스(151) 및 드레인(152)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a semiconductor memory device according to an embodiment of the inventive concept may include a
기판(100)은 내부에 제1 절연층(110)이 형성된 에스오아이(Silicon On Insulator: SOI 이하, SOI) 기판인 것이 바람직하다. 기판(100)은 실리콘, 실리콘 게르마늄 및 인장 실리콘 또는 인장 실리콘 게르마늄 중 어느 하나를 포함하여 형성된 P형 반도체 기판이 사용될 수 있다. 제1 절연층(110)은 실리콘 산화물(SiO2)(Subindex)을 포함하여 형성될 수 있다.The
제2 절연층(120)은 제1 절연층(110)상의 양측부에 서로 이격되어 형성된다. 제2 절연층(120)은 고농도 플라즈마(High Density Plasma: HDP)를 통하여 형성될 수 있다. 서로 이격된 제2 절연층(120) 사이의 제1 절연층(110)상에는 부유바디셀(135)이 형성된다. 부유바디셀(135)의상부 영역에는 제2 절연층(120)보다 돌출된 형태의 돌출패턴(130)이 형성된다. 또한, 돌출패턴(130)의 양측부에는 소오스(151) 및 드레인(152)이 형성된다. 즉, 소오스(151) 및 드레인(152)은 돌출패턴(130)을 사이에 두고 부유바디셀(135)의 상부 양측부에 각각 형성될 수 있다. 따라서, 돌출패턴(130)은 반도체 메모리 소자의 구동 시 채널이 형성될 수 있다.The second
게이트 구조체(140)는 부유바디셀(135)의 돌출패턴(130)을 둘러싸도록 형성된다. 여기서, 게이트 구조체(140)는 제2 절연층(120)에 의해 부유바디셀(135)의 돌출패턴(130)만을 감싸도록 형성된다. 따라서, 부유바디셀(135)은 제2 절연층(120)에 의해 게이트 구조체(140)로부터 격리된 영역을 갖게 된다. 돌출패턴(130) 및 게이트 구조체(140) 사이에는 실리콘 질화막(160) 및 게이트 산화막(170)이 순차적으로 형성될 수 있다.The
본 발명의 실시 예에 따른 커패시터 없는 반도체 메모리 소자는 구동을 위해 먼저 게이트 구조체(140) 및 드레인(152)에 전원전압이 인가된다. 이에 따라, 반도체 메모리 소자는 인가된 전원전압에 의해 전계가 강한 드레인(152)에인접한 돌출패턴(130)영역에서 전자와 홀(Hole)의 쌍이 각각 생성된다. 전자는 드레인(152)으로 이동하며, 홀은 게이트 구조체(140)에 의해 둘러싸여지지 않은 제1 절연층(110)에 인접한 부유바디셀(135)의 하부영역에 축적된다. 부유바디셀(135)의 하부영역은 제2 절연층(120)에 의해 게이트 구조체(140)와 분리되어 있기 때문에 게이트 전계에 영향을 받지 않게 된다. 이에 따라, 부유바디셀(135)의 하부영역은 돌출패턴(130)의 영역보다 전위가 낮게 형성된다. 낮아진 전위에 의해 부유바디셀(135)에는 전위우물이 형성되며, 게이트 전계에 영향을 받지 않는 부유바디셀(135)의 하부영역에 홀이 축적될 수 있게 된다. 이에 따라, 반도체 메모리 소자는 부분 공핍 에스오아이(Partially Depleted Silicon On Insulator: PD SOI 이하, PD SOI)의 기능을 수행 할 수 있게 된다. 한편, 드레인(152)으로 이동하는 전자에 의해 소오스(151) 및 드레인(152)간에 형성된 돌출패턴(130)에는 3차원의 박막채널이 형성된다. 또한, 반도체 메모리 소자는 3차원 박막채널이 형성된 돌출패턴(130)보다 홀이 축적되는 부유바디셀(135)의폭을 더 두껍게 형성하여 전위 우물을 더 깊게 형성 할 수 있다. In the capacitorless semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, a power supply voltage is first applied to the
도2는 도1에서 도시된 A-A'방향에 따른 반도체 메모리 소자의 단면을 나타낸 도면이다. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor memory device along the AA ′ direction shown in FIG. 1.
도2를 참조하면, 돌출패턴(130)이 형성된 부유바디셀(135)의 단면의 폭은 제1 절연층(110)에 근접할수록 증가된다. 도2-a에서 도시된 바와 같이, 부유바디셀(135)은 돌출패턴(130)과 함께 기판(100)에 대해 수직한 구조로 형성되어, 반도 체 메모리 소자의 구동 시 부유바디셀(135)의 하부영역에 홀(180)이 축적될 수 있다. 또한, 도2-b 및 도2-c에서 도시된 바와 같이, 부유바디셀(135)은 돌출패턴(130)과 함께 사다리꼴 또는 삼각형의 형태로 형성될 수 있다. 이럴 경우, 부유바디셀(135)의 하부영역은 돌출패턴(130)의 폭 보다 두껍기 때문에 하부영역에 더 많은 홀(180)이 축적되는 효과가 있다.Referring to FIG. 2, the width of the cross section of the
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자 및 종래의 반도체 메모리 소자의 각 부유바디셀에 형성된 전위우물에 대한 시뮬레이션을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a simulation of a potential well formed in each floating body of a semiconductor memory device and a conventional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도3-a에서 도시된 종래의 부유바디셀(12)에 홀이 충전되기 위해 기판(10)에 별도의 전압을 인가해야한다. 기판(10)에 별도의 전압이 인가되지 않을 경우, 이온 충돌화 효과를 발생시키기 위한 드레인 전압으로 인해 소오스 및 기판(10) 사이의 전위 장벽이 낮아지는 현상(Barrier lowering)이 발생된다. 이에 따라, 부유바디셀(12)에는 깊은 전위 우물이 형성되지 않기 때문에 홀이 축적되기 어렵다. In order to fill the hole in the conventional floating
도3-b에서 도시된 바와 같이, 돌출패턴(130) 하부의 부유바디셀(135) 영역은 반도체 메모리 소자의 구동 시 돌출패턴(130)에 형성된 채널영역보다 전위가 낮게 형성된다. 여기서, 부유바디셀(135) 영역은 반도체 메모리 소자의 구동 시 제2 절연층(120)에 의해 게이트(140) 전계에 영향을 받지 않기 때문에, 전위가 낮게 형성될 수 있다. 이에 따라, 게이트(140) 전계에 영향을 받지 않는 부유바디셀(135)의 영역에는 더 깊은 전위우물이 형성됨으로써, 보다 많은 홀이 축적될 수 있게 된다. 홀의 축적을 위해 종래의 FD SOI(Fully Depleted Silicon On Insulator)구조를 갖 는 디램의 경우에는 기판에 별도로 전압을 인가하거나, 비대칭 이중 게이트 전계효과 트랜지스터의 경우에는 한쪽의 게이트에별도로 전압을 인가해야 한다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자는 구동 시 부유바디셀(135)의일부를 감싸도록 형성된 제2 절연층(120)에 의해 깊은 전위 우물이 형성되기 때문에 홀의 충전이 가능하다. 이에 따라, 반도체 메모리 소자에는 홀 축적을 위해 별도로 전압을 인가하는 과정을 생략 할 수 있게 된다. 따라서, 반도체 메모리 소자는 기판(100)에 양의 전압이 인가된 효과가 나타나게 되며, 이러한 효과에 의해 문턱전압이 낮아지게 된다. 이에 따라, 반도체 메모리 소자는 낮아진 문턱전압으로 인해 홀의 축적 시 소오스 전류가 증가되거나, 홀의 축출 시 소오스 전류가 감소되도록 하여 전하의 저장유무를 판별하는 메모리 소자로서 구동될 수 있다.As shown in FIG. 3-b, the floating
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 소오스 전류를 측정한 그래프를 나타낸 도면이다.4 is a graph illustrating a source current measurement of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment.
도4를 참조하면, 반도체 메모리 소자는 소오스에서 감지되는 제1 소오스 전류(200) 및 제2 소오스 전류(210)에 따라 데이터 상태('1'또는 '0'상태)가 판별될 수 있다. 제1 소오스 전류(200)는 반도체 메모리 소자의 홀 축적 시, 낮아진 문턱전압으로 인해 증가된 소오스 전류를 나타낸 것이다. 제2 소오스 전류(210)는 드레인에 음의 전압을 인가하여 축적된 홀을 축출할 때, 높아진 문턱전압으로 인해 감소된 소오스 전류를 나타낸 것이다. 일반적인 디램의 경우, 리드 상태(Read State)에서는 데이터 상태를 읽은 후, 반드시 리프레쉬(Refresh)가 필요하다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자는 홀의 상태에 따라 증가 또는 감소된 소오스 전류를 이용하면, 70msec까지 '1'또는 '0'의 상태를 판별하기 위한 데이터 유지 시간(Retention time)이 유지된다. 또한, 그 데이터 유지 시간 동안 파괴적이지 않은 리드 상태가 가능하기 때문에 별도의 리프레쉬없이 커패시터 없는 디램 동작이 가능해진다.Referring to FIG. 4, in the semiconductor memory device, a data state ('1' or '0' state) may be determined according to a first source current 200 and a second source current 210 sensed by a source. The first source current 200 represents an increased source current due to a lowered threshold voltage when holes are accumulated in the semiconductor memory device. The second source current 210 represents a reduced source current due to an increased threshold voltage when the negative electrode is discharged by applying a negative voltage to the drain. In a general DRAM, a read state requires a refresh after reading a data state. However, in the semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention, when the source current increased or decreased depending on the state of the hole, the data retention time for determining the state of '1' or '0' is determined up to 70 msec. maintain. In addition, nondestructive read states are possible during the data retention time, allowing capacitorless DRAM operation without additional refresh.
따라서, 반도체 메모리 소자는 부유바디셀이 게이트 전계로부터 받는 영향이 최소화되도록 형성됨에 따라, 더 많은 홀을 축적할 수 있다. 이에 따라, 반도체 메모리 소자는 홀의 축적을 위해 인가되는 별도의 전압 없이 커패시터 없는 디램으로써 구동될 수 있다.Therefore, the semiconductor memory device may be formed to minimize the influence of the floating body cell from the gate electric field, thereby accumulating more holes. Accordingly, the semiconductor memory device may be driven by a capacitorless DRAM without a separate voltage applied to accumulate holes.
또한, 반도체 메모리 소자는 게이트 구조체가 입체적으로 돌출패턴(채널영역)을 둘러싸고 있기 때문에, 게이트의 채널 제어 능력이 향상될 수 있다. 이에 따라, 반도체 메모리 소자의 단채널 효과를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 반도체 메모리 소자의 집적도가 향상될 수 있다.In addition, in the semiconductor memory device, since the gate structure surrounds the protruding pattern (channel region) in three dimensions, the channel control ability of the gate can be improved. Accordingly, the short channel effect of the semiconductor memory device can be effectively reduced. In addition, the degree of integration of the semiconductor memory device may be improved.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도5 내지 도11은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조방법을 나타낸 도면이다.5 through 11 are views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조방법은 기판 내에 형성된 제1 절연층상에 부유바디셀을 형성하는 단계, 부유바디셀 보다 얇은 두께를 갖는 제2 절연층을 부유바디셀의 양측부에 형성하는 단계, 부유바디셀의 상부를 둘러 싸도록 게이트 구조체를 형성하는 단계 및 부유바디셀의 상부 양측부에 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함한다.In the method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, forming a floating body on a first insulating layer formed in a substrate, the second insulating layer having a thickness thinner than the floating body on both sides of the floating body Forming a gate structure so as to surround the top of the floating body and forming a source and a drain at both sides of the upper portion of the floating body.
[[ 부유바디셀을Floating body 형성하는 단계] Forming step]
도5 및 도6은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 부유바디셀을 형성하는 단계를 나타낸 도면이다.5 and 6 illustrate a step of forming a floating body of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도5를 참조하면, 기판(100)은 실리콘, 실리콘 게르마늄 및 인장 실리콘 또는 인장 실리콘 게르마늄 중 어느 하나를 포함하여 형성된 P형 반도체 기판이 사용될 수 있다. 기판(100)은 내부에 제1 절연층(110)이 형성된 에스오아이(Silicon On Insulator: SOI 이하, SOI) 기판인 것이 바람직하다. 여기서, 부유바디셀(135)의 두께는 후속의 채널영역이 형성되는 높이만큼 형성될 수 있다. 이후, 부유바디셀(135)상에 실리콘 질화막(160)이 증착된다. Referring to FIG. 5, the
도6을 참조하면, 증착된 실리콘 질화막(160)을 하드마스크로 하여, 제1 절연층(110)이 노출되도록 기판(100)의 양측부가 제거된다. 여기서, 기판(100)의 양측부는 보다 구체적으로, 부유바디셀(135)의 양측부를 의미한다. 따라서, 양측부가 노출된 부유바디셀(135)은 제1 절연층(110)상에서 기판(100)에 대해 수직으로 형성될 수 있다. 여기서, 부유바디셀(135)은 실리콘 질화막(160)에 인접하는 상부영역로부터 제1 절연층(110)에 인접하는 하부영역로 이어지는 단면의 폭이 점차 증가되도록 형성할 수 있다. 예를 들면, 부유바디셀(135)의 단면의 폭은 삼각형 또는 사다리꼴의 형태로 형성됨으로써, 부유바디셀(135)의 상부영역보다 하부영역의 폭을 더 크게 형성 할 수 있다.Referring to FIG. 6, both sides of the
[제2 [Second 절연층을Insulation layer 형성하는 단계] Forming step]
도7 및 도8은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 제2 절연층을 형성하는 단계를 나타낸 도면이다.7 and 8 illustrate a step of forming a second insulating layer of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도7을 참조하면, 제1 절연층(110) 및 부유바디셀(135)상에 고농도 플라즈마(High Density Plasma: HDP)를 이용하여 제2 절연층(120)이 증착된다. 여기서, 제2 절연층(120)은실리콘 산화물(SiO2)(Subindex)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the second insulating
도8을 참조하면, 제2 절연층(120)은 부유바디셀(135)에 형성된 실리콘 질화막(160)이 노출되도록 화학적기계연마(Chemical Mechanical Polishing: 이하, CMP)공정을 통하여 제거된다. 이후, 제2 절연층(120)의 일부는 습식식각공정을 통하여 부유바디셀(135) 상부가 채널의 일정높이만큼 노출되도록 제2 절연층(120)의 일부가 제거된다. 이에 따라, 부유바디셀(135)보다 얇은 두께를 갖는 제2 절연층(120)이 부유바디셀(135)의 양측부에 형성된다. 제1 절연층(110)상에 제거되지 않은 제2 절연층(120)은 후술하는 게이트 구조체로부터 분리된 부유바디셀(135)의 영역을 확보하기 위해 형성되는 것이다. 이에 따라, 부유바디셀(135)은 제2 절연층(120)으로부터 상부가 돌출된 형태를 갖게 된다.Referring to FIG. 8, the second insulating
[게이트 구조체를 형성하는 단계][Step of forming gate structure]
도9 및 도10은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 게이트 구조체를 형성하는 단계를 나타낸 도면이다.9 and 10 illustrate a step of forming a gate structure of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도9를 참조하면, 제2 절연층(120)과 제2 절연층(120)으로부터 돌출된 부유바 디셀(135) 상부에 게이트 산화막(170)이 형성된다. 게이트 산화막(170)은 제2 절연층(120)으로부터 돌출된 부유바디셀(135)을 얇게 둘러싸도록 형성된다. Referring to FIG. 9, a
도10을 참조하면, 게이트 구조체(140)는 게이트 산화막(170)이 형성된 부유바디셀(135)을 둘러싸도록 형성된다. 게이트 구조체(140)는 제2 절연층(120)으로부터 돌출된 부유바디셀(135) 양측부에 후속의 소오스 및 드레인이 형성되도록 패터닝될 수 있다.Referring to FIG. 10, the
[[ 소오스Source 및 And 드레인을Drain 형성하는 단계] Forming step]
도11은 도1에서 도시된 A-A'방향에 직교하는 방향에 따른 반도체 메모리 소자를 나타낸 도면이다. 보다 구체적으로, 도11은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 소오스 및 드레인이 형성되는 단계를 나타낸 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating a semiconductor memory device in a direction orthogonal to the direction AA ′ shown in FIG. 1. More specifically, FIG. 11 is a view illustrating a step of forming a source and a drain of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도11을 참조하면, 돌출된 부유바디셀 영역(130)의 양측부에 소오스(151) 및 드레인(152)이 형성된다. 소오스(151) 및 드레인(152)은 디퓨전(Diffusion) 또는 이온주입 공정 및 후속 열처리 공정을 이용하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 11, the
이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As described above, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above description, and the meaning and scope of the claims And all changes or modifications derived from the equivalent concept should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
도1 및 도2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자를 나타낸 도면.1 and 2 illustrate a semiconductor memory device according to a preferred embodiment of the present invention.
도3은 종래의 반도체 메모리 소자 및 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 전위우물을 나타낸 도면. 3 is a view showing a potential well of a conventional semiconductor memory device and a semiconductor memory device according to a preferred embodiment of the present invention;
도4는 본 발명의 반도체 메모리 소자의 소오스 전류를 나타낸 도면.4 is a diagram showing a source current of a semiconductor memory device of the present invention.
도5 내지 도11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조방법을 나타낸 도면.5 through 11 illustrate a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
******** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **************** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ********
100: 기판100: substrate
110: 제1 절연층110: first insulating layer
120: 제2 절연층120: second insulating layer
130: 돌출패턴130: protrusion pattern
135: 부유바디셀135: floating body
140: 게이트 구조체140: gate structure
151: 소오스151: source
152: 드레인152: drain
160: 실리콘 질화막160: silicon nitride film
170: 게이트 산화막170: gate oxide film
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