KR20060027749A - Nonvolatile semiconductor memory devices and methods of fabricating the same - Google Patents
Nonvolatile semiconductor memory devices and methods of fabricating the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060027749A KR20060027749A KR1020040076673A KR20040076673A KR20060027749A KR 20060027749 A KR20060027749 A KR 20060027749A KR 1020040076673 A KR1020040076673 A KR 1020040076673A KR 20040076673 A KR20040076673 A KR 20040076673A KR 20060027749 A KR20060027749 A KR 20060027749A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- horizontal
- vertical
- charge storage
- substrate
- control gate
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/69—IGFETs having charge trapping gate insulators, e.g. MNOS transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/01—Manufacture or treatment
- H10D30/021—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
- H10D30/0413—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of FETs having charge-trapping gate insulators, e.g. MNOS transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/01—Manufacture or treatment
- H10D84/0123—Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs
- H10D84/0126—Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs the components including insulated gates, e.g. IGFETs
- H10D84/0144—Manufacturing their gate insulating layers
Landscapes
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
복수개의 3차원적인 단위 셀들을 구비하는 비휘발성 반도체 기억장치들을 제공한다. 상기 단위 셀은 반도체기판 및 상기 반도체기판에 형성되고 서로 이격된 소오스 영역 및 드레인 영역을 포함한다. 상기 소오스/드레인 영역들 사이의 수평형 채널 영역 상부를 가로 지르는 상부 컨트롤 게이트 라인이 배치된다. 상기 상부 컨트롤 게이트 라인 및 상기 수평형 채널 영역 사이에 수평형 전하 저장층 패턴이 위치한다. 상기 소오스/드레인 영역들 사이의 복수의 수직형 채널 영역들의 외측부를 각각 가로지르되, 상기 상부 컨트롤 게이트 라인의 양 측부의 각각에 나란하게 배치되는 복수의 측부 컨트롤 게이트 라인들이 제공된다. 상기 복수의 측부 컨트롤 게이트 라인들과 상기 수직형 채널 영역들 사이에 각각 수직하게 배치되는 복수의 수직형 전하 저장층 패턴들을 포함한다. 상기 비휘발성 반도체 기억장치들을 형성하는 방법들 또한 제공된다.Provided are nonvolatile semiconductor memory devices having a plurality of three-dimensional unit cells. The unit cell includes a semiconductor substrate and a source region and a drain region formed on the semiconductor substrate and spaced apart from each other. An upper control gate line is disposed across the horizontal channel region between the source / drain regions. A horizontal charge storage layer pattern is positioned between the upper control gate line and the horizontal channel region. A plurality of side control gate lines are provided that traverse the outer portions of the plurality of vertical channel regions, respectively, between the source / drain regions, and are arranged side by side on each side of the upper control gate line. And a plurality of vertical charge storage layer patterns vertically disposed between the plurality of side control gate lines and the vertical channel regions. Methods of forming the nonvolatile semiconductor memories are also provided.
비휘발성 반도체 기억장치, 터널링 절연막, 컨트롤 게이트 라인Nonvolatile Semiconductor Memory, Tunneling Insulation, Control Gate Line
Description
도 1은 종래의 비휘발성 반도체 기억장치를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional nonvolatile semiconductor memory device.
도 2 내지 도 4는 도 11의 라인 Ⅰ-Ⅰ을 따라 취해진 단면도들로서, 본 발명의 수평형 셀트랜지스터들 및 그 제조방법들을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views taken along the line I-I of FIG. 11, which are cross-sectional views illustrating horizontal cell transistors and a method of manufacturing the same.
도 5 내지 도 10은 도 11의 라인 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취해진 단면도들로서, 본 발명의 수직형 셀트랜지스터들 및 그 제조방법들을 설명하기 위한 단면도들이다.5 through 10 are cross-sectional views taken along the line II-II of FIG. 11, and are cross-sectional views illustrating vertical cell transistors and a method of manufacturing the present invention.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기억장치의 개략적인 사시도이다.11 is a schematic perspective view of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 12a는 본 발명의 일 적용예에 따른 반도체 기억장치들의 개략적인 레이아웃도이다.12A is a schematic layout diagram of semiconductor memory devices according to an application example of the present invention.
도 12b는 도 12a에서 나타낸 반도체 기억장치들에 대한 등가회로도이다.12B is an equivalent circuit diagram of the semiconductor memory devices shown in FIG. 12A.
도 13은 본 발명의 다른 적용예에 따른 반도체 기억장치들의 개략적인 레이아웃도이다.13 is a schematic layout diagram of semiconductor memory devices according to another application example of the present invention.
도 14는 본 발명의 또 다른 적용예에 따른 반도체 기억장치들의 개략적인 레이아웃도이다.14 is a schematic layout diagram of semiconductor memory devices according to still another application example of the present invention.
본 발명은 반도체 기억장치들 및 그 제조방법들에 관한 것으로서, 특히 수직 채널을 형성하는 복수의 셀트랜지스터들 사이에 수평 채널을 형성하는 셀트랜지스터를 구비한 3차원적인 비휘발성 반도체 기억장치들 및 그 제조방법들에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor memory devices and methods of manufacturing the same, and more particularly, to three-dimensional non-volatile semiconductor memory devices having a cell transistor forming a horizontal channel between a plurality of cell transistors forming a vertical channel. It relates to manufacturing methods.
플래쉬 메모리(flash memory) 장치는 비휘발성 메모리(non-volatile memory) 장치로서 전하를 저장하는데 널리 이용되고 있다. 이러한 플래쉬 메모리 장치는 디램(DRAM) 메모리 장치와는 달리 스케일링 다운 특성이 용이하지 아니하기 때문에 새로운 방법이나 소자 구조를 필요로 하고 있다. Flash memory devices are widely used to store charge as non-volatile memory devices. Such a flash memory device requires a new method or device structure because the scaling down characteristic is not easy unlike a DRAM memory device.
도 1은 종래의 비휘발성 메모리 기억장치를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional nonvolatile memory storage device.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(10)의 소정 영역에 소오스/드레인 영역(12)들이 서로 이격되어 형성된다. 서로 이격되어 있는 상기 소오스/드레인 영역(12)들 사이에는 채널영역이 형성된다. 상기 채널영역 상에 터널링 산화막(14)이 형성되고, 상기 터널링 산화막(14) 상에 플로팅 전극(16), 게이트 산화막(18), 및 컨트롤 전극(20)이 차례로 적층된다.Referring to FIG. 1, source /
이와 같이 구성되는 상기 비휘발성 반도체 기억장치는 상기 플로팅 전극(16) 하부에 터널링 산화막(14)이 배치된다. 비휘발성 반도체 기억장치, 특히 플래쉬 메모리 장치가 스케일 다운됨에 따라 채널길이는 물론 게이트 높이나 접합의 깊이가 감소하게 되고, 이에 따라 상기 터널링 산화막(14)의 두께 역시 감소하여야 한다. 그러나, 상기 터널링 산화막(14)의 두께를 얇게 하는데는 그 한계가 있다. 그 이유는 채널에 있는 전하가 플로팅 전극(16)으로 이동하기 위해 터널링하는 터널링 산화막(14)의 두께를 7nm 또는 8nm 이하로 줄일 수 없기 때문이다. 만일 터널링 산화막(14)의 두께를 얇게하면 플로팅 전극(16)에 저장되어 있는 전하가 다시 채널로 빠져나가 메모리 유지 특성이 나빠진다.In the nonvolatile semiconductor memory device configured as described above, a
또한, 이와 같은 플래쉬 메모리 장치들은 동일 평면 상에 배치되어 있는데, 집적도를 높이기 위해서 상기와 같이 스케일링 다운 특성을 활용하거나 배치되는 소자들의 수를 감소시키는 방법을 이용하고 있다. 그러나, 집적도를 높이기 위하여 동일 평면 상에 배치되는 소자들의 수를 감소시키면 그 만큼 메모리 저장 능력을 감소시키는 결과를 초래한다. In addition, such flash memory devices are disposed on the same plane. In order to increase the degree of integration, the flash memory devices utilize a scaling down characteristic as described above or a method of reducing the number of devices. However, reducing the number of devices disposed on the same plane to increase the degree of integration results in a decrease in memory storage capacity by that amount.
이와 같이 플래쉬 메모리 장치의 스케일 다운 특성을 개선하기 위하여 Fin형 채널을 형성한 소자가 연구되고 있다. 상기 Fin형 채널영역을 형성하는 플래쉬 메모리장치는 미국특허 제6,768,158호에서 소개되고 있다. 그러나, 이러한 Fin형 채널을 갖는 소자 역시 동일 평면 상에 배치되기 때문에, 소자의 배치 공간을 감소시켜 집적도를 높이는데는 그 한계가 있다.In order to improve the scale-down characteristics of the flash memory device, a device having a fin channel has been studied. A flash memory device forming the fin channel region is introduced in US Pat. No. 6,768,158. However, since the device having such a fin-like channel is also disposed on the same plane, there is a limit to increase the degree of integration by reducing the arrangement space of the device.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 단위 기억 셀 당 다중 비트(multi-bit)의 저장능력을 가진 3차원적인 비휘발성 반도체 기억장치들을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a three-dimensional nonvolatile semiconductor memory device having a multi-bit storage capacity per unit memory cell.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고집적화를 실현시키는데 적합한 가진 3차원적인 비휘발성 반도체 기억장치들의 제조방법들을 제공하는데 있다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to provide methods for manufacturing a three-dimensional nonvolatile semiconductor memory device suitable for realizing high integration.
본 발명의 일 양태에 따르면, 하나의 단위 셀 내에 적어도 6 비트의 데이터를 저장하기에 적합한 3차원적인 고집적 비휘발성 반도체 기억장치들을 제공한다. 상기 단위 셀은 반도체기판 및 상기 반도체기판에 형성되고 서로 이격된 소오스 영역 및 드레인 영역을 포함한다. 상기 소오스/드레인 영역들 사이의 수평형 채널 영역 상부를 가로 지르는 상부 컨트롤 게이트 라인이 배치된다. 상기 상부 컨트롤 게이트 라인 및 상기 수평형 채널 영역 사이에 수평형 전하 저장층 패턴이 위치한다. 상기 소오스/드레인 영역들 사이의 복수의 수직형 채널 영역들의 외측부를 각각 가로지르되, 상기 상부 컨트롤 게이트 라인의 양 측부의 각각에 나란하게 배치되는 복수의 측부 컨트롤 게이트 라인들이 제공된다. 상기 복수의 측부 컨트롤 게이트 라인들과 상기 수직형 채널 영역들 사이에 각각 수직하게 배치되는 복수의 수직형 전하 저장층 패턴들을 포함한다.According to one aspect of the present invention, there are provided three-dimensional highly integrated nonvolatile semiconductor memories suitable for storing at least six bits of data in one unit cell. The unit cell includes a semiconductor substrate and a source region and a drain region formed on the semiconductor substrate and spaced apart from each other. An upper control gate line is disposed across the horizontal channel region between the source / drain regions. A horizontal charge storage layer pattern is positioned between the upper control gate line and the horizontal channel region. A plurality of side control gate lines are provided that traverse the outer portions of the plurality of vertical channel regions, respectively, between the source / drain regions, and are arranged side by side on each side of the upper control gate line. And a plurality of vertical charge storage layer patterns vertically disposed between the plurality of side control gate lines and the vertical channel regions.
상기 양태에 따른 본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 본 발명의 단위 셀은 상기 상부 컨트롤 게이트 라인 및 상기 측부 컨트롤 게이트 라인들 사이에 각각 개재되는 층간 절연막 패턴들을 더 포함한다.In some embodiments of the present invention, the unit cell of the present invention further includes interlayer insulating layer patterns interposed between the upper control gate line and the side control gate lines.
다른 실시예들에 있어서, 수직 채널을 형성하는 복수의 셀트랜지스터들 사이에 수평 채널을 형성하는 셀트랜지스터를 구비한 플래쉬 메모리 장치들을 포함한 다. 상기 플래쉬 메모리 장치들의 단위셀은 상기 복수의 수직 채널형 셀트랜지스터들과 상기 수평 채널형 셀트랜지스터들을 포함한다. 3차원적인 제1 및 제2 불순물 영역은 상기 수직 채널형 셀트랜지스터들과 상기 수평 채널형 셀트랜지스터들에 의해 공유된다.In other embodiments, flash memory devices including a cell transistor forming a horizontal channel between a plurality of cell transistors forming a vertical channel are included. The unit cell of the flash memory devices may include the plurality of vertical channel type cell transistors and the horizontal channel type cell transistors. Three-dimensional first and second impurity regions are shared by the vertical channel type cell transistors and the horizontal channel type cell transistors.
또 다른 실시예들에 있어서, 서로 이격되어 있는 3차원적인 제1 및 제2 불순물 영역들 사이에 형성되는 수평형 채널영역 상부에 상기 수평 채널형 셀트랜지스터가 배치되고, 상기 제1 및 제2 불순물 영역들 사이에 형성되는 복수의 수직형 채널영역들 측부에 상기 수직 채널형 트랜지스터들이 각각 배치될 수 있다.In still other embodiments, the horizontal channel cell transistor is disposed on the horizontal channel region formed between the three-dimensional first and second impurity regions spaced apart from each other, and the first and second impurities are disposed. The vertical channel transistors may be disposed at sides of a plurality of vertical channel regions formed between regions.
본 발명의 또 다른 실시예들에 있어서, 반도체 기판 및 상기 반도체 기판의 소정 영역에 채널 영역을 사이에 두고 서로 이격되게 형성된 3차원적인 제1 및 제2 불순물 영역들이 구비될 수 있다. 수평 채널을 형성하는 채널영역 상에 수평 채널형 셀트랜지스터가 배치될 수 있다. 수직 채널을 형성하는 복수의 채널영역들의 측부들에 복수의 수직 채널형 셀트랜지스터들이 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 불순물 영역들은 상기 수평 채널형 셀트랜지스터 및 상기 수직 채널형 셀트랜지스터들에 의해 공유된다.In still other embodiments of the present invention, the semiconductor substrate and the three-dimensional first and second impurity regions formed to be spaced apart from each other with a channel region interposed therebetween may be provided. A horizontal channel type cell transistor may be disposed on the channel region forming the horizontal channel. A plurality of vertical channel type cell transistors may be disposed on sides of the plurality of channel regions forming the vertical channel, respectively. The first and second impurity regions are shared by the horizontal channel type cell transistor and the vertical channel type cell transistors.
본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 불순물 영역들 사이에 형성되는 채널영역 상에 상기 수평 채널형 셀트랜지스터가 배치되고, 상기 수평 채널형 셀트랜지스터의 양측 각각에 상기 복수의 수직 채널형 셀트랜지스터들이 배치될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the horizontal channel type cell transistor is disposed on a channel region formed between the first and second impurity regions, and the plurality of horizontal channel type cell transistors are disposed on both sides of the horizontal channel type cell transistor. Vertical channel type cell transistors may be disposed.
본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 상기 수평 채널형 셀트랜지스터는 서로 이격되어 있는 상기 제1 및 제2 불순물 영역들 사이의 수평 채널영역 상에 나란하게 형성될 수 있다. 상기 수평 채널영역 상에 수평 채널길이 방향에 나란하도록 수평형 터널링 절연막 패턴이 형성될 수 있다. 상기 수평형 터널링 절연막 패턴상에 수평형 전하 저장층(charge storing layer) 패턴, 수평형 게이트 절연막 패턴, 및 수평형 도전막 패턴이 차례로 적층될 수 있다. 상기 수평형 도전막 패턴 상에는 수평형 층간 절연막 패턴이 형성될 수 있다. 상기 수평형 터널링 절연막 패턴, 상기 수평형 전하 저장층 패턴, 상기 수평형 게이트 절연막 패턴의 양 측벽들, 및 상기 수평형 도전막 패턴의 양 측벽들을 각각 덮는 복수의 제1 층간 절연막 패턴들이 형성될 수 있다. 상기 수평형 도전막 패턴은 상기 수평 채널형 셀트랜지스터의 상부 컨트롤 게이트 라인 역할을 할 수 있다.In other embodiments of the present invention, the horizontal channel type cell transistors may be formed side by side on the horizontal channel region between the first and second impurity regions spaced apart from each other. A horizontal tunneling insulating layer pattern may be formed on the horizontal channel region to be parallel to the horizontal channel length direction. A horizontal charge storing layer pattern, a horizontal gate insulating layer pattern, and a horizontal conductive layer pattern may be sequentially stacked on the horizontal tunneling insulating layer pattern. A horizontal interlayer insulating layer pattern may be formed on the horizontal conductive layer pattern. A plurality of first interlayer insulating layer patterns may be formed to respectively cover the sidewalls of the horizontal tunneling insulating layer pattern, the horizontal charge storage layer pattern, the horizontal gate insulating layer pattern, and both sidewalls of the horizontal conductive layer pattern. have. The horizontal conductive layer pattern may serve as an upper control gate line of the horizontal channel type cell transistor.
본 발명의 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 수평형 도전막 패턴은 상기 복수의 제1 층간 절연막 패턴들의 측벽들과 상부를 덮으며 형성될 수 있다.In example embodiments, the horizontal conductive layer pattern may be formed to cover sidewalls and an upper portion of the plurality of first interlayer insulating layer patterns.
본 발명의 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 복수의 수직 채널형 셀트랜지스터들은 서로 이격되어 있는 상기 제1 및 제2 불순물 영역들 사이의 수직 채널영역들의 측부들에 각각 나란하게 배치될 수 있다. 상기 수직 채널영역들의 측부들에 수직형 터널링 절연막 패턴들이 각각 형성될 수 있다. 상기 수직형 터널링 절연막 패턴들 측부들에 수직형 전하 저장층 패턴들이 각각 나란하게 형성될 수 있다. 상기 수직형 전하 저장층 패턴들의 측부들에 수직형 게이트 절연막 패턴들이 각각 나란하게 형성될 수 있다. 상기 수직형 게이트 절연막 패턴들의 측부들에 수직형 도전막 패턴들이 각각 나란하게 형성될 수 있다. 상기 수직형 도전막 패턴들은 상기 수직 채널형 셀트랜지스터들의 측부 컨트롤 게이트 라인들 역할을 할 수 있다.In still other embodiments of the present invention, the plurality of vertical channel type cell transistors may be disposed in parallel with sides of the vertical channel regions between the first and second impurity regions spaced apart from each other. Vertical tunneling insulating layer patterns may be formed on sides of the vertical channel regions, respectively. Vertical charge storage layer patterns may be formed in parallel with sidewalls of the vertical tunneling insulating layer patterns. Vertical gate insulating layer patterns may be formed in parallel to sides of the vertical charge storage layer patterns. Vertical conductive layer patterns may be formed in parallel on sides of the vertical gate insulating layer patterns. The vertical conductive layer patterns may serve as side control gate lines of the vertical channel transistors.
본 발명의 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 수평형 또는 수직형 전하 저장층 패턴들은 ONO(silicon oxide-silicon nitride-silicon oxide) 적층막, 실리콘 나노크리스탈들(silicon nanocrystals), 또는 이들의 조합막이거나, 도전막으로 구성된 부유게이트로 형성될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the horizontal or vertical charge storage layer patterns may be a silicon oxide-silicon nitride-silicon oxide (ONO) laminated film, silicon nanocrystals, or a combination thereof. Or a floating gate composed of a conductive film.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 복수의 수직 채널들을 각각 형성하는 복수의 셀트랜지스터들 사이에 수평 채널을 형성하는 셀트랜지스터를 구비한 3차원적인 비휘발성 반도체 기억장치들의 제조방법들을 제공한다. 이 방법들은 수평 채널형 셀트랜지스터를 형성한 후, 상기 수평 채널형 셀트랜지스터의 양 측벽에 복수의 수직 채널형 셀트랜지스터들을 각각 형성하는 것을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing three-dimensional non-volatile semiconductor memory device having a cell transistor to form a horizontal channel between a plurality of cell transistors, each forming a plurality of vertical channels. These methods include forming a horizontal channel type cell transistor and then forming a plurality of vertical channel type cell transistors on both sidewalls of the horizontal channel type cell transistor, respectively.
상기 양태에 따른 본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 본 발명의 제조방법은 소정 농도의 불순물이 함유된 반도체 기판을 제공하는 것을 포함한다. 상기 반도체 기판 상에 수평형 터널링 절연막을 형성한다. 상기 수평형 터널링 절연막 상에 수평형 전하 저장층, 수평형 게이트 절연막 및 하부 수평형 도전막을 차례로 형성한다. 상기 하부 수평형 도전막, 상기 수평형 게이트 절연막, 상기 수평형 전하 저장층 및 상기 수평형 터널링 절연막으로 구성되는 적층막을 연속적으로 패터닝하여 상기 적층막 패턴의 양측을 통해 상기 반도체 기판을 노출시킨다. 상기 기판에 불순물 이온을 주입하여 제1 및 제2 불순물 영역들을 형성한다. 상기 기판 상에 상기 적층막 패턴의 양측벽들을 덮는 제1 층간 절연막들을 형성한다. 상기 기판의 전면에 도전막을 추가로 적층하여 상기 하부 수평형 도전막 및 상기 제1 층간 절연막들 을 덮는 상부 수평형 도전막을 형성한다. 상기 상부 수평형 도전막 상에 수평형 층간 절연막을 형성한다. 상기 수평형 층간 절연막, 상기 수평형 도전막, 및 제1 층간 절연막을 연속적으로 패터닝한다. 상기 제1 및 제2 불순물 영역들 사이에 형성되는 수직형 채널 영역들 측부들 각각에 수직 채널형 셀트랜지스터들을 배치한다.In some embodiments of the present invention according to the above aspect, the manufacturing method of the present invention includes providing a semiconductor substrate containing a predetermined concentration of impurities. A horizontal tunneling insulating film is formed on the semiconductor substrate. A horizontal charge storage layer, a horizontal gate insulating film, and a lower horizontal conductive film are sequentially formed on the horizontal tunneling insulating film. The semiconductor film is exposed through both sides of the laminated film pattern by successively patterning a stacked film including the lower horizontal conductive film, the horizontal gate insulating film, the horizontal charge storage layer, and the horizontal tunneling insulating film. Impurity ions are implanted into the substrate to form first and second impurity regions. First interlayer insulating layers may be formed on the substrate to cover both sidewalls of the stacked layer pattern. A conductive film is further stacked on the entire surface of the substrate to form an upper horizontal conductive film covering the lower horizontal conductive film and the first interlayer insulating films. A horizontal interlayer insulating film is formed on the upper horizontal conductive film. The horizontal interlayer insulating film, the horizontal conductive film, and the first interlayer insulating film are successively patterned. Vertical channel type cell transistors are disposed on sides of the vertical channel areas formed between the first and second impurity regions.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 수직형 채널 영역들 측부들 각각에 상기 수직 채널형 셀트랜지스터들을 배치하는 것은, 상기 수평형 터널링 절연막 패턴, 상기 수평형 전하 저장층 패턴, 상기 수평형 게이트 절연막 패턴, 상기 하부 및 상부 수평형 도전막 패턴, 및 상기 수평형 층간 절연막 패턴이 차례로 형성된 수평형 적층막 패턴을 연속적으로 식각하여 상기 수평형 적층막 패턴의 양측의 상기 기판을 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 수평형 적층막 패턴의 측벽들을 각각 덮는 제2 층간 절연막들을 상기 기판에 형성할 수 있다. 상기 제2 층간 절연막들의 양측에 형성된 상기 기판을 소정 깊이까지 에치백한다. 상기 수직 채널영역들의 일 측부들을 덮는 수직형 터널링 절연막들을 상기 기판에 각각 형성할 수 있다. 상기 수직형 터널링 절연막들의 일 측부들을 덮는 수직형 전하 저장층들을 상기 기판에 각각 형성할 수 있다. 상기 수직형 전하 저장층들의 일 측부들을 덮는 수직형 게이트 절연막들을 상기 기판에 각각 형성할 수 있다. 상기 수직형 게이트 절연막의 일 측부를 덮는 수직형 도전막들을 상기 기판에 형성할 수 있다. 상기 제2 층간 절연막들, 상기 수직형 터널링 절연막들, 상기 수직형 전하 저장층들, 상기 수직형 게이트 절연막들, 및 상기 수직형 도전막들을 연속적으로 패터닝하여 수직형 적층막 패턴을 형성한다. 상기 수직형 도전막 패턴들은 측부 컨트롤 게이트 라인들 역할을 할 수 있다.In another embodiment, disposing the vertical channel type cell transistors on each side of the vertical channel areas may include the horizontal tunneling insulating film pattern, the horizontal charge storage layer pattern, the horizontal gate insulating film pattern, And sequentially etching the lower and upper horizontal conductive film patterns and the horizontal stacked film pattern in which the horizontal interlayer insulating film pattern is sequentially formed to expose the substrates on both sides of the horizontal stacked film pattern. Second interlayer insulating layers respectively covering sidewalls of the horizontal stacked layer pattern may be formed on the substrate. The substrate formed on both sides of the second interlayer insulating layers is etched back to a predetermined depth. Vertical tunneling insulating layers covering one side of the vertical channel regions may be formed on the substrate, respectively. Vertical charge storage layers covering one side portions of the vertical tunneling insulating layers may be formed on the substrate, respectively. Vertical gate insulating layers covering sides of the vertical charge storage layers may be formed on the substrate, respectively. Vertical conductive layers covering one side of the vertical gate insulating layer may be formed on the substrate. The second interlayer insulating layers, the vertical tunneling insulating layers, the vertical charge storage layers, the vertical gate insulating layers, and the vertical conductive layers are successively patterned to form a vertical stacked layer pattern. The vertical conductive layer patterns may serve as side control gate lines.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 수평형 적층막 패턴을 연속적으로 식각하여 상기 수평형 적층막 패턴의 양측의 상기 기판을 노출시키는 것은, 상기 수평형 적층막 패턴의 폭이 상기 제1 또는 제2 불순물 영역의 폭 보다 같거나 작도록 상기 수평형 적층막 패턴을 식각하여 상기 기판을 노출시킬 수 있다.In another embodiment of the present invention, the horizontal stacked film pattern is continuously etched to expose the substrates on both sides of the horizontal stacked film pattern, wherein the width of the horizontal stacked film pattern is equal to the first or second width. The substrate may be exposed by etching the horizontal stacked layer pattern to be equal to or smaller than a width of two impurity regions.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 제2 층간 절연막 패턴들의 양측에 형성된 상기 기판을 소정 깊이까지 에치백하는 것은, 상기 제1 및 제2 불순물 영역들 사이에 수직형 채널영역들이 형성되는 깊이까지 상기 반도체 기판을 에치백할 수 있다.In another embodiment of the present invention, etching back the substrate formed on both sides of the second interlayer insulating layer patterns to a predetermined depth may include a depth at which vertical channel regions are formed between the first and second impurity regions. Until the semiconductor substrate can be etched back.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 수직형 게이트 절연막들을 패터닝하여 상기 제1 및 제2 불순물 영역들이 형성된 상기 반도체 기판을 노출시킨 후, 제1 및 제 2 불순물 영역에 불순물을 추가로 주입할 수 있다.In another embodiment of the present invention, after patterning the vertical gate insulating layers to expose the semiconductor substrate on which the first and second impurity regions are formed, impurities may be further injected into the first and second impurity regions. have.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하에서 설명되어지는 실시예들에 한정하지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 설명의 편의를 위해 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 라인 또는 층이 다른 라인, 또는 다른 층 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 라인 또는 다른 층에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments introduced below are provided to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the embodiments described below. In the drawings, lengths, thicknesses, and the like of layers and regions may be exaggerated for convenience of description. In addition, where a line or layer is said to be on another line, or on another layer, it may be formed directly on the other line or another layer, or a third layer may be interposed therebetween.
도 2 내지 도 4는 도 11의 라인 Ⅰ-Ⅰ을 따라 취해진 단면도들로서, 본 발명의 수평형 셀트랜지스터들 및 그 제조방법들을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views taken along the line I-I of FIG. 11, which are cross-sectional views illustrating horizontal cell transistors and a method of manufacturing the same.
도 5 내지 도 10은 도 11의 라인 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취해진 단면도들로서, 본 발명의 수직형 셀트랜지스터들 및 그 제조방법들을 설명하기 위한 단면도들이다.5 through 10 are cross-sectional views taken along the line II-II of FIG. 11, and are cross-sectional views illustrating vertical cell transistors and a method of manufacturing the present invention.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기억장치의 개략적인 사시도이다. 도 12a는 본 발명의 일 적용예에 따른 반도체 기억장치의 개략적인 레이아웃도이다. 도 12b는 도 12a에서 나타낸 반도체 기억장치에 대한 등가회로도이다. 도 13은 본 발명의 다른 적용예에 따른 반도체 기억장치의 개략적인 레이아웃도이다. 도 14는 본 발명의 또 다른 적용예에 따른 반도체 기억장치의 개략적인 레이아웃도이다.11 is a schematic perspective view of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 12A is a schematic layout diagram of a semiconductor memory device according to an application example of the present invention. FIG. 12B is an equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device shown in FIG. 12A. 13 is a schematic layout diagram of a semiconductor memory device according to another application example of the present invention. 14 is a schematic layout diagram of a semiconductor memory device according to still another application example of the present invention.
도 2 및 도 11을 참조하면, 소정 농도의 불순물이 주입된 반도체 기판(100) 상에 수평형 터널링 절연막(110)을 형성한다. 상기 수평형 터널링 절연막(110)은 실리콘 산화막, 고유전막 또는 이들의 조합막으로 형성될 수 있다. 상기 수평형 터널링 절연막(110)이 형성된 상기 기판(100) 상에 수평형 전하 저장층(120)을 형성한다. 상기 수평형 전하 저장층은 ONO(silicon oxide-silicon nitride-silicon oxide) 적층막, 실리콘 나노크리스탈들, 또는 이들의 조합막이거나, 도전막으로 형성된 부유게이트로 형성될 수 있다. 상기 수평형 전하 저장층(120)이 형성된 상기 기판(100) 상에 수평형 게이트 절연막(130)을 형성한다. 상기 수평형 게이트 절연막(130)은 실리콘 산화막, 고유전막 또는 이들의 조합막으로 형성될 수 있다. 상기 수평형 게이트 절연막(130)이 형성된 상기 기판(100) 상에 하부 수평형 도전막 (140)을 형성한다.2 and 11, a horizontal
도 3 및 도 11을 참조하면, 상기 하부 수평형 도전막(140), 상기 수평형 게이트 절연막(130), 상기 수평형 전하 저장층(120) 및 상기 수평형 터널링 절연막(110)으로 구성되는 수평형 적층막(160)을 연속적으로 패터닝하여 상기 수평형 적층막 패턴의 양측을 통해 상기 반도체 기판을 노출시킨다. 그 결과, 상기 기판(100)에 제1 및 제2 불순물 영역들(150s,150d)을 한정된다. 상기 제1 및 제2 불순물 영역들(150s,150d)이 한정된 상기 기판(100)에 불순물을 주입하여 소오스/드레인 영역들(150s,150d)을 형성한다. 상기 소오스/드레인 영역들(150s,150d)은 상기 기판(100)에 3차원적으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 소오스/드레인 영역들(150s,150d) 사이에 형성되는 수평형 채널영역(155) 상에 상기 하부 수평형 도전막 패턴(140a), 상기 수평형 게이트 절연막 패턴(130a), 상기 수평형 전하 저장층 패턴(120a) 및 상기 수평형 터널링 절연막 패턴(110a)으로 구성되는 수평형 적층막 패턴(160a)이 배치된다. 상기 불순물 주입 공정을 진행하기 전에, 상기 하부 수평형 도전막(140) 상에 절연막으로 형성된 캐핑막 패턴을 배치할 수도 있다. 이 경우에, 상기 불순물 주입 공정 시, 상기 캐핑막 패턴을 이온주입 마스크로 이용한 후, 상기 캐핑막 패턴을 제거할 수 있다.3 and 11, the lower horizontal
계속해서, 도 4 및 도 11을 참조하면, 상기 하부 수평형 도전막 패턴(140a), 상기 수평형 게이트 절연막 패턴(130a), 상기 수평형 전하 저장층 패턴(120a) 및 상기 수평형 터널링 절연막 패턴(110a)으로 구성되는 적층막 패턴(160a)의 양 측벽들을 덮는 제1 층간 절연막(170)을 상기 기판 상에 형성한다. 상기 적층막 패턴 (160a)과 상기 제1 층간 절연막(170)이 형성된 기판에 상부 수평형 도전막 및 수평형 층간 절연막을 차례로 형성한다. 상기 수평형 층간 절연막 및 상부 수평형 도전막을 연속하여 패터닝한다. 그 결과, 상기 상부 수평형 도전막 패턴(141a)이 상기 하부 수평형 도전막 패턴(140a)의 상부 및 상기 제1 층간 절연막(170)의 상부를 덮는다. 상기 상부 수평형 도전막 패턴(141a)은 상기 하부 수평형 도전막 패턴(140a)과 동일한 물질막으로 형성될 수 있다. 상기 하부 및 상부 수평형 도전막 패턴들(140a,141a)은 폴리실리콘막이나 금속막으로 형성될 수 있다. 상기 공정의 결과, 소오스/드레인 영역들(150s,150d)과 상기 상부 수평형 도전막 패턴(140a) 또는 하부 수평형 도전막 패턴(141a)은 상기 제1 층간 절연막(170)에 의해 서로 격리된다. 상기 상부 수평형 도전막 패턴(141a) 상에는 수평형 층간 절연막 패턴(180a)이 형성된다.4 and 11, the lower horizontal
상기 실시예들에서는 상기 하부 수평형 도전막(140), 상기 수평형 게이트 절연막(130), 상기 수평형 전하 저장층(120) 및 상기 수평형 터널링 절연막(110)으로 구성되는 적층막(160)을 형성한 후, 상부 수평형 도전막(141)을 형성한다. 그러나, 상기 하부 수평형 도전막(140)을 형성하는 것을 생략하고, 상기 제1 층간 절연막(170)을 형성한 후, 상기 하부 및 상부 수평형 도전막들(140,141)로 구성된 수평형 도전막을 형성할 수도 있을 것이다.In the above embodiments, the
이상의 공정에 의해 수평형 채널영역 상에 예비 수평형 셀트랜지스터가 배치된다.The preliminary horizontal cell transistor is arranged on the horizontal channel region by the above process.
계속해서, 본 발명의 수직형 셀트랜지스터들 및 그 제조방법들을 설명하기로 한다.Subsequently, the vertical cell transistors of the present invention and methods of manufacturing the same will be described.
도 5에 나타난 바와 같이 상기 기판(100) 상에 상기 예비 수평형 셀트랜지스터가 배치된 후, 상기 예비 수평형 셀트랜지스터의 양 측에 상기 수직형 셀트랜지스터들을 각각 배치할 수 있다. As shown in FIG. 5, after the preliminary horizontal cell transistor is disposed on the
도 5, 도 6 및 도 11을 참조하면, 상기 기판(100) 상에 형성된 상기 수평형 층간 절연막 패턴(180a), 상기 상부 수평형 도전막 패턴(141a), 상기 하부 수평형 도전막 패턴(140a), 상기 수평형 게이트 절연막 패턴(130a), 상기 수평형 전하 저장층 패턴(120a) 및 상기 수평형 터널링 절연막 패턴(110a)으로 구성되는 수평형 적층막 패턴(161a)의 양측부를 연속적으로 식각한다. 그 결과, 상기 수평형 적층막 패턴(161a)은 식각된 폭 만큼 그 폭이 감소되어 도 6에 나타나 있는 수평형 적층막 패턴(161b)을 형성하게 된다. 즉, 상기 수평형 적층막 패턴(161b)은 차례로 적층된 수평형 터널링 절연막 패턴(110b ), 수평형 전하 저장층 패턴(120b), 수평형 게이트 절연막 패턴(130b), 하부 수평형 도전막 패턴(140b), 상부 수평형 도전막 패턴(141b ) 및 수평형 층간 절연막 패턴(180b)으로 구성된다. 이에 따라 수평형 셀트랜지스터의 제조공정이 종료된다. 상기 수평형 적층막 패턴(161b)의 양측의 기판(100)은 상기 식각공정에 의해 노출된다. 이 때, 상기 수평형 적층막 패턴(161b)의 폭이 상기 제1 및 제2 불순물 영역들의 폭 보다 같거나 작도록 상기 수평형 적층막 패턴(161a)의 양측부를 식각하는 것이 바람직할 것이다. 상기 수평형 적층막 패턴(161b)의 구성요소 중 하부 및 상부 수평형 도전막 패턴들(140b,141b)이 상부 컨트롤 게이트 라인(142)의 역할을 한다.5, 6, and 11, the horizontal interlayer insulating
도 7 및 도 11을 참조하면, 상기 수평형 적층막 패턴(161b)의 양 측벽들을 덮는 제2 층간 절연막들(190, 190')을 상기 기판(100) 상에 각각 형성한다.7 and 11, second
도 8 및 도 11을 참조하면, 상기 수평형 층간 절연막 패턴(180b) 및 상기 제2 층간 절연막들(190, 190')을 식각 마스크로 이용하여 소정의 깊이까지 상기 기판(100)의 양측을 각각 에치백한다. 이 때, 상기 제1 및 제2 불순물 영역들 사이에 수직형 채널영역들이 형성되는 깊이까지 상기 기판(100)이 에치백된다.8 and 11, both sides of the
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 기판(100)의 양 측벽들과 상기 제2 층간 절연막들(190, 190')의 외측벽들을 덮는 수직형 터널링 절연막들(200, 200')을 상기 기판(100) 상에 각각 수직하게 형성한다. 상기 수직형 터널링 절연막들(200, 200')을 에치백하여 상기 기판(100)을 노출시킨다. 그 결과, 상기 제1 및 제2 불순물 영역들 사이에 형성되는 수직형 채널 영역들(157, 157')의 측부들에 상기 수직형 터널링 절연막들(200, 200')이 각각 형성된다. 상기 수직형 터널링 절연막들(200, 200')은 상기 수평형 터널링 절연막 패턴(110a)과 동일한 물질막으로 형성될 수 있다. 상기 수직형 터널링 절연막들(200, 200')의 각 외측벽들을 덮는 수직형 전하 저장층들(210, 210')을 상기 기판(100) 상에 각각 수직하게 형성한다. 상기 수직형 전하 저장층들(210, 210')을 각각 에치백하여 상기 기판(100)을 노출시킨다. 상기 수직형 전하 저장층들(210, 210')은 상기 수평형 전하 저장층 패턴(120a)과 동일한 물질막으로 형성될 수 있다. 상기 수직형 전하 저장층들(210, 210')의 각 외측벽들을 덮는 수직형 게이트 절연막들(220, 220')을 상기 기판(100) 상에 수직하게 형성한다. 상기 수직형 게이트 절연막들(220, 220')을 각각 에치백하여 상 기 기판(100)을 노출시킨다. 상기 수직형 게이트 절연막들(220, 220')은 상기 수평형 게이트 절연막 패턴(130a)과 동일한 물질막으로 형성될 수 있다. 다음에, 상기 수직형 게이트 절연막들(220, 220')의 양측에 노출된 기판에 불순물 이온을 추가로 주입할 수 있다.10 and 11, vertical tunneling insulating
계속해서, 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 수직형 게이트 절연막들(220, 220')의 각 외측벽들과 상기 기판(100)을 덮는 수직형 도전막들(230, 230')을 상기 기판(100) 상에 각각 수직하게 형성한다. 상기 수직형 도전막들(230, 230')은 상기 하부 및 상부 수평형 도전막들(140, 141)과 동일한 물질막으로 형성될 수 있다.10 and 11, each of the outer sidewalls of the vertical
이에 따라 상기 수직형 터널링 절연막들(200, 200'), 상기 수직형 전하 저장층들(210, 210'), 상기 수직형 게이트 절연막들(220, 220'), 및 수직형 도전막들(230, 230')이 수직하게 차례로 적층된 복수의 수직형 적층막들이 상기 수평형 적층막 패턴(161b)의 양 측부 각각에 배치된다. 상기 복수의 수직형 적층막들을 패터닝하여 상기 수평형 적층막 패턴(161b)의 양 측부 각각에 복수의 제1 및 제2 수직형 적층막 패턴들(240a, 240a')을 형성한다. 상기 제1 및 제2 수직형 적층막 패턴들(240a, 240a')은 각각 제1 및 제2 수직형 터널링 절연막 패턴들(200a, 200a'), 제1 및 제2 수직형 전하 저장층 패턴들(210a, 210a'), 제1 및 제2 상기 수직형 게이트 절연막 패턴들(220a, 220a'), 및 제1 및 제2 수직형 도전막 패턴들(230a, 230a')로 구성된다. 그 결과, 수직형 채널영역들(157, 157') 측부에 상기 제1 및 제2 수직형 적층막 패턴들(240a, 240a')이 각각 배치된다. 상기 제1 및 제2 수직형 도전막 패턴들(230a, 230a')이 각각 제1 및 제2 측부 컨트롤 게이트 라인들의 역할 을 한다. 이상으로 본 발명의 플래쉬 메모리 장치들의 단위 셀에 대한 제조공정이 종료된다.Accordingly, the vertical
이제, 도 11, 도 12a 및 도 12b를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 반도체 기억장치들을 설명하기로 한다. 도 12a 및 도 12b에 있어서, 참조부호 "C"로 표시된 부분은 단위 셀 영역을 나타내고, 도 11은 상기 단위 셀 영역(C)의 개략적인 사시도에 해당한다.Now, nonvolatile semiconductor memory devices according to embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 11, 12A, and 12B. In FIGS. 12A and 12B, portions denoted by reference numeral “C” denote unit cell regions, and FIG. 11 corresponds to a schematic perspective view of the unit cell region C. In FIG.
도 11, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 반도체기판(100) 내에 서로 평행한 복수개의 불순물 영역들이 제공된다. 상기 불순물 영역들은 y축에 평행하도록 배치되며 서로 번갈아가면서 반복적으로 배열된 소오스 영역들(150s) 및 드레인 영역들(150d)을 포함한다. 상기 소오스/드레인 영역들(150s, 1150d)은 비트라인들 또는 접지선과 같은 기준전압 라인들의 역할을 한다. 서로 인접한 상기 소오스 영역(150s) 및 드레인 영역(150d) 사이의 수직형 채널영역의 수직형 채널길이 방향을 따라 복수개의 평행한 제1 및 제2 측부 컨트롤 게이트 라인들(230a, 230a')이 수직하게 배치된다. 즉, 상기 제1 및 제2 측부 컨트롤 게이트 라인들(230a, 230a')은 x축에 평행하도록 배치된다. 서로 인접한 상기 제1 및 제2 측부 컨트롤 게이트 라인들(230a, 230a') 사이에 상기 측부 컨트롤 게이트 라인들(230a, 230a')과 평행한 상부 컨트롤 게이트 라인(142)이 제공된다. 상기 소오스/드레인 영역들(150s, 150d) 사이에 수평형 전하 저장층 패턴(120b)이 수평하게 위치한다. 상기 수평형 전하 저장층 패턴(120b)의 상부에는 상부 컨트롤 게이트 라인(142)이 배치된다. 상기 수평형 전하 저장층 패턴(120b)은 서로 인접한 상기 제1 및 제2 측부 컨트롤 게 이트 라인들(230a, 230a') 사이에 위치한다. 상기 수평형 전하 저장층 패턴(120b)과 상기 제1 및 제2 측부 컨트롤 게이트 라인들(230a, 230a') 사이에 각각 제1 및 제2 수직형 전하 저장층 패턴들(210a, 210a')이 수직하게 배치된다. 상기 수평형 전하 저장층 패턴(120b)과 상기 제1 및 제2 수직형 전하 저장층 패턴들(210a, 210a') 사이에는 각각 제2 층간 절연막 패턴들(190a, 190a')이 배치된다. 그 결과, 상기 수평형 전하 저장층 패턴(120b)과 상기 제1 및 제2 수직형 전하 저장층 패턴들(210a, 210a')은 상기 제2 층간 절연막 패턴들(190a, 190a')에 의해 서로 전기적으로 격리된다. 이에 더하여, 상기 상부 컨트롤 게이트 라인(142) 및 상기 제1 및 제2 측부 컨트롤 게이트 라인들(230a, 230a') 사이에 상기 제2 층간 절연막(230a, 230a')이 각각 연장되어 개재된다. 그 결과, 상기 상부 컨트롤 게이트 라인(142) 및 상기 제1 및 제2 측부 컨트롤 게이트 라인들(230a, 230a')은 상기 제2 층간 절연막 패턴들(190a, 190a')에 의해 서로 전기적으로 격리된다.11, 12A and 12B, a plurality of impurity regions parallel to each other are provided in the
이와 같이 본 발명의 비휘발성 반도체 기억장치의 단위셀은, 소오스/드레인 영역들(150s, 150d) 사이에 형성되는 수평형 전하 저장층 패턴(120b)과, 상기 수평형 전하 저장층 패턴(120b)의 상부에 배치되는 상부 컨트롤 게이트 라인(142)을 포함하는 수평형 셀트랜지스터(TR1); 상기 소오스/드레인 영역들(150s, 150d) 사이에 위치하고 상기 수평형 전하 저장층 패턴(120b)의 일측부에 위치하는 제1 수직형 전하 저장층 패턴(210a)과 상기 수직형 전하 저장층 패턴(210a)의 일측부에 배치되는 제1 수직형 컨트롤 게이트 라인(230a)을 포함하는 제1 수직형 셀트랜지스터(TR2); 및 상기 소오스/드레인 영역들(150s, 150d) 사이에 위치하고 상기 수평형 전하 저 장층 패턴(120b)의 타측부에 위치하는 제2 수직형 전하 저장층 패턴(210a')과 상기 수직형 전하 저장층 패턴(210a')의 일측부에 배치되는 제2 수직형 컨트롤 게이트 라인(230a')을 포함하는 제2 수직형 셀트랜지스터(TR3)로 구성된다.As described above, the unit cell of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention includes a horizontal charge
상기와 같이 구성되는 본 발명의 반도체 장치의 단위셀은 도 12a 및 도 12b에 나타나 있는 셀 어레이와 같이 적용될 수 있다. The unit cell of the semiconductor device of the present invention configured as described above may be applied as the cell array shown in FIGS. 12A and 12B.
이에 더하여, 본 발명의 반도체 장치의 단위셀은 도 13 및 도 14에 나타나 있는 셀 어레이와 같이 적용될 수도 있다. 도 14에 나타나 있는 바와 같이 수직형 측부 커트롤 게이트 및 드레인 영역을 공유하는 셀 어레이에 본 발명을 적용할 수도 있다.In addition, the unit cell of the semiconductor device of the present invention may be applied as the cell array shown in FIGS. 13 and 14. The present invention can also be applied to a cell array that shares a vertical side control gate and drain region as shown in FIG.
상기 적용예 이외에도 본 발명의 반도체 기억장치의 단위셀은 다양한 방법에 의해 어레이 될 수 있을 것이다.In addition to the above application examples, the unit cells of the semiconductor memory device of the present invention may be arrayed by various methods.
이하에서는, 상술한 반도체 기억장치의 셀을 구동시키는 방법들을 설명하기로 한다.Hereinafter, methods for driving the cells of the semiconductor memory device described above will be described.
상기 수평형 또는 수직형 전하 저장층이 실리콘 산화막-실리콘 질화막-실리콘 산화막(ONO)으로 형성되어 있다고 가정한다.It is assumed that the horizontal or vertical charge storage layer is formed of a silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film ONO.
상기 반도체 기억장치의 수평형 셀트랜지스터, 즉 제1 셀트랜지스터(TR1)를 선택한다. 기억셀에 데이터를 저장하는 방식은 두 가지 형태, 즉 FN 터널링(Fowler-Nordheim tunneling) 방식 및 핫 캐리어 주입(hot carrier injection)방식이 있으나, 설명의 편의상 핫 캐리어 주입방식을 적용한다.The horizontal cell transistor of the semiconductor memory device, that is, the first cell transistor TR1 is selected. There are two methods of storing data in the memory cell, namely, FN tunneling and hot carrier injection, but for convenience of description, hot carrier injection is used.
상기 제1 셀트랜지스터(TR1)의 프로그램 방법은 상기 상부 컨트롤 게이트 라 인(142)에 프로그램 전압을 인가한다. 상기 소오스 영역(150s)에는 기준전압(예를 들면, 접지전압)을 인가하고, 드레인 영역(150d)에 드레인 전압을 인가한다. 상기 전압들이 인가되면, 상기 드레인 영역(150d)과 인접한 채널영역에 핫 캐리어들이 발생하여 전자들이 상기 드레인 영역(150d)에 가까운 수평형 전하 저장층 내에 트랩되어 저장된다. 이와 반대로, 상기 상부 컨트롤 게이트 라인(142)에 프로그램 전압을 인가한다. 상기 드레인 영역(150d)에는 기준전압(예를 들면, 접지전압)을 인가하고, 상기 소오스 영역(150s)에 소오스 전압을 인가한다. 상기 전압들이 인가되면, 상기 소오스 영역(150s)과 인접한 채널영역에 핫 캐리어들이 발생하여 전자들이 상기 소오스 영역(150s)에 가까운 수평형 전하 저장층 내에 트랩되어 저장된다.The program method of the first cell transistor TR1 applies a program voltage to the upper
상기 수평형 셀트랜지스터의 기억셀의 소거방법은 상기 소오스 영역(150s)에 기준전압(예를 들면, 접지전압)을 인가한다. 상기 상부 컨트롤 게이트 라인(142)에 소거전압을 인가하고, 상기 드레인 영역(150d)에 드레인 전압을 인가한다. 상기 소거전압 및 드레인 전압에 의해 상기 수평형 전하 저장층에 트랩된 전자들이 터널링하여 상기 드레인 영역(150d)으로 방출되거나, 상기 드레인 영역으로부터 정공들이 터널링하여 상기 트랩된 전자들과 결합한다. 이에 따라, 상기 기억셀은 소거된다. 이와 반대로, 상기 드레인 영역(150d)에 기준전압(예를 들면, 접지전압)을 인가한다. 상기 상부 컨트롤 게이트 라인(142)에 소거전압을 인가하고, 상기 소오스 영역(150s)에 소오스 전압을 인가한다. 상기 소거전압 및 소오스 전압에 의해 상기 수평형 전하 저장층에 트랩된 전자들이 터널링하여 상기 소오스 영역(150s)으로 방출되거나, 상기 소오스 영역(150s)으로부터 정공들이 터널링하여 상기 트랩된 전자들 과 결합한다.In the memory cell erasing method of the horizontal cell transistor, a reference voltage (for example, a ground voltage) is applied to the
상기 수평형 셀트랜지스터의 기억셀의 읽기 동작 시에는, 상기 상부 컨트롤 게이트 라인(142)에 판독전압을 인가한다. 이에 따라, 상기 수평형 전하 저장층 내에 전자들이 트랩되어 있을 경우에, 상기 소오스/드레인 영역들(150s, 150d) 사이에 전류가 흐르지 않는다. 이와 반대로, 상기 수평형 전하 저장층 내에 전자들이 트랩되어 있지 않거나, 정공들이 트랩되어 있을 경우, 상기 소오스/드레인 영역들(150s, 150d) 사이에 전류가 흐른다. 결과적으로, 상기 수평형 셀트랜지스터의 기억셀의 데이터 저장유무를 확인할 수 있다.During the read operation of the memory cell of the horizontal cell transistor, a read voltage is applied to the upper
이와 같이 본 발명의 상기 수평형 셀트랜지스터는 두 비트의 기억셀을 가지게 된다.As described above, the horizontal cell transistor of the present invention has two bits of memory cells.
상기 제1 및 제2 수직형 셀트랜지스터들 역시 상기 작동방법과 동일하게 작동된다. 따라서, 본 발명의 제1 및 제2 수직형 셀트랜지스터들도 두 비트씩의 기억셀을 가지게 된다. 그 결과 본 발명의 반도체 기억장치들의 단위셀은 총 6비트의 기억셀로 작동될 수 있다.The first and second vertical cell transistors are also operated in the same manner as the operation method. Therefore, the first and second vertical cell transistors of the present invention also have memory cells of two bits. As a result, the unit cells of the semiconductor memory devices of the present invention can be operated with a total of 6 bit memory cells.
상술한 바와 같이 구성되고 제조되는 본 발명은, 비휘발성 반도체 기억장치의 단위 셀 영역내에 단일의 트랜지스터를 수평으로 배치하고, 상기 수평형 트랜지스터의 양측에 복수의 트랜지스터들을 각각 배치하므로써 기억셀의 고집적화 뿐만 아니라 스케일링 다운 특성을 현저하게 개선시킬 수 있다. 이에 더하여, 본 발명은 단위 셀 당 적어도 6비트의 메모리 저장능력을 가질 수 있기 때문에 메모리 성능을 향상시킬 수 있다. According to the present invention constructed and manufactured as described above, a single transistor is horizontally disposed in a unit cell region of a nonvolatile semiconductor memory device, and a plurality of transistors are disposed on both sides of the horizontal transistor, respectively, to achieve high integration of the memory cell. In addition, the scaling down characteristic can be significantly improved. In addition, the present invention can improve memory performance because it can have a memory storage capacity of at least 6 bits per unit cell.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040076673A KR100629376B1 (en) | 2004-09-23 | 2004-09-23 | Nonvolatile Semiconductor Memory Devices and Manufacturing Methods Thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040076673A KR100629376B1 (en) | 2004-09-23 | 2004-09-23 | Nonvolatile Semiconductor Memory Devices and Manufacturing Methods Thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20060027749A true KR20060027749A (en) | 2006-03-28 |
KR100629376B1 KR100629376B1 (en) | 2006-09-29 |
Family
ID=37138705
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040076673A Expired - Fee Related KR100629376B1 (en) | 2004-09-23 | 2004-09-23 | Nonvolatile Semiconductor Memory Devices and Manufacturing Methods Thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100629376B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100735534B1 (en) * | 2006-04-04 | 2007-07-04 | 삼성전자주식회사 | Nano Crystal Nonvolatile Semiconductor Integrated Circuit Device and Manufacturing Method Thereof |
US7535051B2 (en) | 2006-10-20 | 2009-05-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Memory device and method of manufacturing the same |
US8148763B2 (en) | 2008-11-25 | 2012-04-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Three-dimensional semiconductor devices |
-
2004
- 2004-09-23 KR KR1020040076673A patent/KR100629376B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100735534B1 (en) * | 2006-04-04 | 2007-07-04 | 삼성전자주식회사 | Nano Crystal Nonvolatile Semiconductor Integrated Circuit Device and Manufacturing Method Thereof |
US7535051B2 (en) | 2006-10-20 | 2009-05-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Memory device and method of manufacturing the same |
US7799629B2 (en) | 2006-10-20 | 2010-09-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Memory device and method of manufacturing the same |
US8148763B2 (en) | 2008-11-25 | 2012-04-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Three-dimensional semiconductor devices |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR100629376B1 (en) | 2006-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4109460B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof | |
KR100903580B1 (en) | Cylindrical channel charge trapping devices with effectively high coupling ratios | |
US7282762B2 (en) | 4F2 EEPROM NROM memory arrays with vertical devices | |
US8426294B2 (en) | 3D memory array arranged for FN tunneling program and erase | |
US9401370B2 (en) | Non-volatile memory device and method for fabricating the same | |
KR20180035656A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the semiconductor device | |
KR20080001066A (en) | Nonvolatile Memory Device and Manufacturing Method Thereof | |
US9230971B2 (en) | NAND string containing self-aligned control gate sidewall cladding | |
JP2010192895A (en) | Nonvolatile memory cell and method of manufacturing same | |
JP2009510721A (en) | Double-gate nonvolatile memory device and manufacturing method thereof | |
US7692233B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR100766233B1 (en) | Flash memory device and manufacturing method thereof | |
TW201826500A (en) | Semiconductor device | |
JP2006511089A (en) | Fin field effect transistor memory cell, fin field effect transistor memory cell array, and method for manufacturing fin field effect transistor memory cell | |
US7687345B2 (en) | Flash memory device and method of manufacturing the same | |
US20070066014A1 (en) | Nonvolatile memory device and method of fabricating the same | |
US20100155817A1 (en) | Hto offset for long leffective, better device performance | |
JP2009054942A (en) | Nonvolatile semiconductor memory device | |
US7618864B2 (en) | Nonvolatile memory device and methods of forming the same | |
US20080191262A1 (en) | Non-volatile memory and fabricating method thereof | |
JP2002368140A (en) | Non-volatile semiconductor memory device | |
KR100629376B1 (en) | Nonvolatile Semiconductor Memory Devices and Manufacturing Methods Thereof | |
KR100557531B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US7408220B2 (en) | Non-volatile memory and fabricating method thereof | |
KR100683389B1 (en) | Cell transistor of flash memory and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20040923 |
|
A201 | Request for examination | ||
PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20050203 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20040923 Comment text: Patent Application |
|
PG1501 | Laying open of application | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20060727 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20060921 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20060922 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20090914 Year of fee payment: 4 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20090914 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
PC1903 | Unpaid annual fee |