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KR20090047775A - A nonvolatile memory device - Google Patents

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Publication number
KR20090047775A
KR20090047775A KR1020070113796A KR20070113796A KR20090047775A KR 20090047775 A KR20090047775 A KR 20090047775A KR 1020070113796 A KR1020070113796 A KR 1020070113796A KR 20070113796 A KR20070113796 A KR 20070113796A KR 20090047775 A KR20090047775 A KR 20090047775A
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KR
South Korea
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blocking insulating
insulating film
metal
film
insulating layer
Prior art date
Application number
KR1020070113796A
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Korean (ko)
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KR101426844B1 (en
Inventor
김주형
강창석
최정달
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Priority to US12/266,032 priority patent/US8089114B2/en
Publication of KR20090047775A publication Critical patent/KR20090047775A/en
Priority to US13/305,930 priority patent/US8643077B2/en
Priority to US14/163,228 priority patent/US20140183615A1/en
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B43/00EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
    • H10B43/30EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region

Landscapes

  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

본 발명은 비휘발성 기억 소자를 제공한다. 이 소자는 반도체 기판 상에 형성된 터널 절연막, 터널 절연막 상에 형성된 전하 저장막, 전하 저장막 상에 형성된 블로킹 절연막, 및 블로킹 절연막 상에 형성된 제어 게이트 전극을 포함하되, 블로킹 절연막은 연속적으로 적층된 제1 블로킹 절연막, 제2 블로킹 절연막, 및 제3 블로킹절연막을 포함하되, 제 2 블로킹 절연막의 에너지 밴드갭은 제1 블로킹 절연막 및 제3 블로킹 절연막의 에너지 밴드갭 보다 크다.The present invention provides a nonvolatile memory device. The device includes a tunnel insulating film formed on a semiconductor substrate, a charge storage film formed on the tunnel insulating film, a blocking insulating film formed on the charge storage film, and a control gate electrode formed on the blocking insulating film, wherein the blocking insulating film is formed by successive stacking. And a first blocking insulating film, a second blocking insulating film, and a third blocking insulating film, wherein an energy band gap of the second blocking insulating film is greater than an energy band gap of the first blocking insulating film and the third blocking insulating film.

Flash 메모리, 전하저장막, 블로킹 절연막 Flash memory, charge storage film, blocking insulating film

Description

비휘발성 기억 소자{A NONVOLATILE MEMORY DEVICE}Nonvolatile Memory Device {A NONVOLATILE MEMORY DEVICE}

본 발명은 반도체 기억 소자에 관한 것으로, 구체적으로 비휘발성 기억 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor memory devices, and more particularly to nonvolatile memory devices.

본 발명은 반도체 기억 소자에 대한 것으로, 더 구체적으로, 비휘발성 기억 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a nonvolatile memory device.

비휘발성 기억소자는 전원 공급이 중단된 상태에도 저장된 정보가 소멸하지 않고 유지되는 반도체 장치이다. 대표적인 비휘발성 기억소자인 플래시 기억소자는 제어 게이트와 반도체 기판 사이에 개재된 부유 게이트에 전하가 충전되었는지 여부에 따라 정보를 저장할 수 있다.A nonvolatile memory device is a semiconductor device in which stored information is maintained without disappearing even when power supply is interrupted. A flash memory device, which is a representative nonvolatile memory device, may store information depending on whether charge is charged in a floating gate interposed between a control gate and a semiconductor substrate.

SONOS(Doped Silicon/Oxide/Nitride/Oxide/Silicon) 구조 및 플로팅 게이트를 구비하는 비휘발성 플래시 메모리의 소거 동작의 경우에 있어서, 백 터널링 전류(back tunneling current)가 흘러, 상기 소거 동작의 속도가 감소하는 특징을 보인다. 소거 동작시, 상기 백 터널링 전류를 감소시키고, 프로그램 상태의 상기 비휘발성 기억 소자의 보유 시간(retention time)을 증가시킬 필요가 있다.In the case of an erase operation of a nonvolatile flash memory having a SONOS (Doped Silicon / Oxide / Nitride / Oxide / Silicon) structure and a floating gate, a back tunneling current flows to decrease the speed of the erase operation. Seems to be characteristic. In an erase operation, it is necessary to reduce the back tunneling current and to increase the retention time of the nonvolatile memory device in a programmed state.

본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 백 터널링 전류를 감소시킨 비휘발성 기억 소자를 제공한다.One object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device having a reduced back tunneling current.

본 발명이 이루고자 하는 다른 일 기술적 과제는 보유시간을 증가시킨 비휘발성 기억 소자를 제공한다.Another object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device having an increased retention time.

본 발명의 비휘발성 기억 소자는 반도체 기판 상에 형성된 터널 절연막;A nonvolatile memory device of the present invention includes a tunnel insulating film formed on a semiconductor substrate;

상기 터널 절연막 상에 형성된 전하 저장막, 상기 전하 저장막 상에 형성된 블로킹 절연막, 및 상기 블로킹 절연막 상에 형성된 제어 게이트 전극을 포함하되,A charge storage film formed on the tunnel insulating film, a blocking insulating film formed on the charge storage film, and a control gate electrode formed on the blocking insulating film,

상기 블로킹 절연막은 연속적으로 적층된 제1 블로킹 절연막, 제2 블로킹 절연막, 및 제3 블로킹절연막을 포함하되, 상기 제 2 블로킹 절연막의 에너지 밴드갭은 상기 제1 블로킹 절연막 및 상기 제3 블로킹 절연막의 에너지 밴드갭 보다 크다.The blocking insulating film may include a first blocking insulating film, a second blocking insulating film, and a third blocking insulating film that are sequentially stacked, and an energy band gap of the second blocking insulating film may include energy of the first blocking insulating film and the third blocking insulating film. Greater than the bandgap.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전하 저장막은 전하 트랩 자리를 보유하는 절연체 또는 도전성 플로팅 게이트일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the charge storage layer may be an insulator or a conductive floating gate holding a charge trap site.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 블로킹 절연막의 유전율이 상기 제1 블로킹 절연막 및 상기 제3 블로킹 절연막의 유전율보다 작을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the dielectric constant of the second blocking insulating film may be less than the dielectric constant of the first blocking insulating film and the third blocking insulating film.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 블로킹 절연막의 트랩밀도가 상기 제1 블로킹 절연막 및 상기 제3 블로킹 절연막의 트랩 밀도보다 작을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the trap density of the second blocking insulating film may be smaller than the trap density of the first blocking insulating film and the third blocking insulating film.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 블로킹 절연막은 상기 제3 블로킹 절연막 상에 에너지 밴드갭이 다른 물질이 교번되도록 적어도 하나의 제4 블로킹 절연막을 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the blocking insulating layer may further include at least one fourth blocking insulating layer such that materials having different energy band gaps are alternately disposed on the third blocking insulating layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 블로킹 절연막 및 상기 제3 블로킹 절연막은 금속산화막, 금속질화막, 및 금속산화질화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first blocking insulating film and the third blocking insulating film may include at least one of a metal oxide film, a metal nitride film, and a metal oxynitride film.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 블로킹 절연막은 실리콘 산화막, 금속산화막, 금속질화막,및 금속산화질화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the second blocking insulating film may include at least one of a silicon oxide film, a metal oxide film, a metal nitride film, and a metal oxynitride film.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전하 저장막은 실리콘 질화막, 금속퀀텀돗, 실리콘 퀀텀돗, 금속, 고도핑된 실리콘, 도핑된 게르마늄 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the charge storage layer may include at least one of silicon nitride film, metal quantum dot, silicon quantum dot, metal, doped silicon, doped germanium.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플로팅 게이트는 N 형 도전형의 폴리 실리콘, P형 도전형의 폴리 실리콘, 금속, 도핑된 게르마늄 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the floating gate may include at least one of N-type conductive polysilicon, P-type conductive polysilicon, metal, doped germanium.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속은 순수한 금속 및 금속혼합물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal may include at least one of a pure metal and a metal mixture.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어 게이트 전극은 차례로 적층된 베리어 금속 및 높은 일함수 금속의 구조를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the control gate electrode may have a structure of a barrier metal and a high work function metal stacked in sequence.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 높은 일함수 금속은 일함수가 4.5 eV이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high work function metal may have a work function of 4.5 eV or more.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베리어 금속은 상기 높은 일함수 금속과 상기 블로킹 절연막 사이에 반응을 저지하는 금속질화막, 실리콘질화막, 이들의 조합 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the barrier metal may include at least one of a metal nitride film, a silicon nitride film, a combination thereof to prevent a reaction between the high work function metal and the blocking insulating film.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어 게이트 전극은 상기 베리어 금속 과 상기 블로킹 절연막 사이에 개재된 고일함수 금속 및 도핑된 폴리실리콘 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the control gate electrode may further include at least one of a high work function metal and a doped polysilicon interposed between the barrier metal and the blocking insulating layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어 게이트 전극은 차례로 적층된 도핑된 실리콘 및 금속, 순수한 금속, 및 금속함유물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the control gate electrode may comprise at least one of doped silicon and metal, pure metal, and metal containing one after another.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 블로킹 절연막은 상기 제3 블로킹 절연막과 같은 물질로 에너지 밴드갭이 같을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first blocking insulating film may be made of the same material as the third blocking insulating film and may have the same energy band gap.

본 발명에 의하면, 복수의 블로킹 절연막으로 구성되고 에너지 밴드갭이 큰 영역을 블록킹 절연막 중간에 삽입하여, 비휘발성 기억소자의 보유시간을 연장시킬 수 있고, 소거 동작시, 백 터널링 전류를 감소시키어 동작 속도를 증가시킬 수 있다. According to the present invention, a region composed of a plurality of blocking insulating films and having a large energy band gap can be inserted in the middle of the blocking insulating film to extend the retention time of the nonvolatile memory device, and reduce the back tunneling current during the erase operation. You can increase the speed.

상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여 본 발명은 비휘발성 기억 소자를 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a nonvolatile memory device.

전하 포획 플래시 메모리(charge trap flash memory)는 제어 게이트와 반도체 기판 사이에 개재된 절연체인 전하 저장막을 구비한다. 상기 전하 저장막과 상기 반도체 기판 사이에는 터널 절연막을 구비하고, 상기 전하 저장막과 상기 제어 게이트 사이에는 블로킹 절연막을 구비할 수 있다. 상기 전하 저장막은 전하를 저장할 수 있는 포획 자리(trap site)을 가지고, 상기 포획 자리에 전하가 충전되었는지 여부는 전하 포획 플래시 메모리에 저장되는 정보를 결정한다.A charge trap flash memory includes a charge storage film that is an insulator interposed between a control gate and a semiconductor substrate. A tunnel insulating layer may be provided between the charge storage layer and the semiconductor substrate, and a blocking insulating layer may be provided between the charge storage layer and the control gate. The charge storage film has a trap site capable of storing charge, and whether charge is charged in the capture site determines the information stored in the charge capture flash memory.

상기 전하 포획 플래시 메모리(charge trap flash memory)는 플로팅 게이트를 갖는 플래시 메모리에 비해 기생정전 용량 및 제어 게이트의 커플링 계수 문제를 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 상기 전하 포획 플래시 메모리는 소정 시간(보유시간) 동안 상기 전하 저장막에 저장된 상태를 유지하여야 한다. The charge trap flash memory has an advantage of reducing the parasitic capacitance and the coupling coefficient of the control gate compared to the flash memory having the floating gate. In addition, the charge trapping flash memory must remain stored in the charge storage film for a predetermined time (retention time).

SONOS (Silicon/ Oxide/ Nitride/ Oxide/ Silicon) 셀 구조의 전하 포획 플래시 메모리의 소거 동작시, 상기 블로킹 절연막을 통하여 백 터널링 전류(back tunneling current)가 발생하여 소거 동작 속도가 저하될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 블로킹 절연막으로 고유전체 절연막을 사용하여 상기 고유전체 절연막에 인가되는 전계를 감소시킬 수 있다. 구체적으로, TANOS (TaN/ Al2O3/ Nitride/ Oxide/ Silicon) 셀 구조를 가지는 전하 포획 플래시 메모리가 제안되었다. 상기 고유전체 절연막을 통하여 흐르는 백 터널링 전류는 에너지 밴드를 절절히 조절함에 의하여 FN 터널링의 양을 조절할 수 있다.During an erase operation of a charge trapping flash memory having a SONOS (Silicon / Oxide / Nitride / Oxide / Silicon) cell structure, a back tunneling current may be generated through the blocking insulating layer to decrease the erase operation speed. In order to solve this problem, an electric field applied to the high-k dielectric layer may be reduced by using a high-k dielectric layer as the blocking insulating layer. Specifically, a charge trapping flash memory having a TANOS (TaN / Al 2 O 3 / Nitride / Oxide / Silicon) cell structure has been proposed. The back tunneling current flowing through the high dielectric insulating film can adjust the amount of FN tunneling by adjusting the energy band appropriately.

상기 고유전체 절연막으로 알루미늄산화막(Al2O3)을 사용함에 따라, 상기 고유전체 절연막에 인가되는 전계가 감소하여, 상기 고유전체 절연막을 통과하여 흐 르는 상기 백 터널링 전류는 감소될 수 있다. 또한 상기 제어 게이트 전극으로 4.5 eV이상의 높은 일함수(high work function)를 가진 도전성 물질(예를 들면, TaN,WN,TiN,CoSix,폴리실리콘)을 사용하여 상기 백 터널링 전류를 더욱 감소시킬 수 있다. As the aluminum oxide film (Al 2 O 3) is used as the high dielectric film, the electric field applied to the high dielectric film may be reduced, and thus the back tunneling current flowing through the high dielectric film may be reduced. In addition, the back tunneling current may be further reduced by using a conductive material (eg, TaN, WN, TiN, CoSix, polysilicon) having a high work function of 4.5 eV or more as the control gate electrode. .

한편, 상기 블로킹 절연막으로서 상기 고유전체 절연막은 벌크 트랩 밀도를 포함할 수 있어, 상기 벌크 트랩 밀도는 상기 전하 저장막의 보유 시간을 감소시킬 수 있고, 상기 전하 포획 플래시 메모리의 신뢰성을 감소시킬 수 있다. 이를 극복하기 위해, 복수의 블로킹 절연막을 사용한다. 구체적으로, 상기 복수의 블로킹 절연막의 에너지 밴드 갭을 적절하게 조절하여 백 터널링 전류를 조절할 수 있다.On the other hand, the high dielectric insulating film as the blocking insulating film may include a bulk trap density, the bulk trap density can reduce the retention time of the charge storage film, it is possible to reduce the reliability of the charge trapping flash memory. To overcome this, a plurality of blocking insulating films are used. Specifically, the back tunneling current may be adjusted by appropriately adjusting the energy band gaps of the plurality of blocking insulating layers.

플로팅 게이트 구조를 가진 플래시 메모리는 제어 게이트와 반도체 기판 사이에 개재된 도전체인 전하 저장막을 구비한다. 상기 전하 저장막과 상기 반도체 기판 사이에는 터널 절연막을 구비하고, 상기 전하 저장막과 상기 제어 게이트 사이에는 블로킹 절연막을 구비할 수 있다. 상기 전하 저장막은 플로팅 게이트를 포함할 수 있다. 상기 플로팅 게이트는 도전성 물질일 수 있다. 상기 플로팅 게이트에 전하를 저장 여부는 플래시 메모리에 저장되는 정보를 결정한다. 복수의 블로킹 절연막의 에너지 밴드 갭을 적절하게 조절하여 백 터널링 전류를 조절할 수 있다.A flash memory having a floating gate structure includes a charge storage layer, which is a conductor interposed between a control gate and a semiconductor substrate. A tunnel insulating layer may be provided between the charge storage layer and the semiconductor substrate, and a blocking insulating layer may be provided between the charge storage layer and the control gate. The charge storage layer may include a floating gate. The floating gate may be a conductive material. Whether or not charge is stored in the floating gate determines information stored in the flash memory. The back tunneling current can be adjusted by appropriately adjusting the energy band gaps of the plurality of blocking insulating films.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달 될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents may be thorough and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. In addition, where a layer is said to be "on" another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 낸드(NAND) 비휘발성 기억 소자를 나타내는 도면들이다. 도 1b는 도 1a의 I-I'선에 따른 단면도이다.1A and 1B illustrate a NAND nonvolatile memory device according to example embodiments. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1A.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 낸드(NAND) 비휘발성 기억 소자는 셀 영역을 구비하는 반도체 기판(100)을 포함한다. 소자 분리막(300)이 상기 반도체 기판(100)에 배치된다. 상기 소자 분리막(100)은 활성영역들(ACT)을 정의한다. 상기 활성영역들(ACT)은 제1 방향으로 나란히 배열한다. 스트링 선택 라인(SSL) 및 접지 선택 라인(GSL)이 상기 활성영들(ACT)을 나란히 가로지르고, 복수의 워드라인들(WL)이 상기 스트링 선택 라인(SSL) 및 접지 선택 라인(GSL) 사이의 활성영역들(ACT)을 나란히 가로지른다. 상기 스트링 선택 라인(SSL), 접지 선택 라인(GSL), 및 워드라인들(WL)은 상기 제1 방향에 직교한 제2 방향을 따라 나란히 연장된다. 상기 스트링 선택 라인(SSL), 워드라인들(WL), 및 접지 선택 라인(GSL)은 셀 스트링 군에 포함될 수 있다. 상기 셀 스트링 군은 상기 제1 방향을 따라 미러( mirror ) 대칭으로 반복적으로 배치될 수 있다. 1A and 1B, a NAND nonvolatile memory device according to embodiments of the present invention includes a semiconductor substrate 100 having a cell region. An isolation layer 300 is disposed on the semiconductor substrate 100. The device isolation layer 100 defines active regions ACT. The active regions ACT are arranged side by side in a first direction. A string select line SSL and a ground select line GSL cross the active domains ACT side by side, and a plurality of word lines WL are between the string select line SSL and the ground select line GSL. It traverses side by side the active regions of ACT. The string select line SSL, the ground select line GSL, and the word lines WL extend side by side in a second direction perpendicular to the first direction. The string select line SSL, the word lines WL, and the ground select line GSL may be included in a cell string group. The cell string group may be repeatedly arranged in mirror symmetry along the first direction.

상기 스트링 선택 라인(SSL), 상기 복수의 워드라인들(WL), 및 상기 접지 선택 라인(GSL)의 양측의 활성영역(ACT)에 소오스 및 드레인에 해당하는 불순물 영 역들(200)이 배치될 수 있다. 상기 워드라인(WL) 및 상기 워드라인(WL) 양측의 불순물 영역(200)은 셀 트렌지스터를 구성하고, 상기 접지 선택 라인(GSL) 및 상기 접지 선택 라인(GSL) 양측의 불순물 영역(200)은 접지 선택 트렌지스터를 구성한다. 상기 스트링 선택 라인(SSL) 및 상기 스트링 선택 라인(SSL) 양측의 불순물 영역(200)은 스트링 선택 트렌지스터를 구성한다. Impurity regions 200 corresponding to a source and a drain may be disposed in the string selection line SSL, the plurality of word lines WL, and the active regions ACT on both sides of the ground selection line GSL. Can be. The impurity region 200 on both sides of the word line WL and the word line WL constitutes a cell transistor, and the impurity region 200 on both sides of the ground select line GSL and the ground select line GSL Configure the ground select transistor. The string select line SSL and the impurity region 200 at both sides of the string select line SSL constitute a string select transistor.

상기 워드라인(WL)는 상기 반도체 기판(100) 상에 차례로 적층된 터널 절연막(110), 전하저장막(120), 블로킹절연막(150), 및 제어 게이트 전극(160)을 포함한다. 상기 제어 게이트 전극(160) 상에는 하드마스크 패턴(미도시)이 배치될 수 있다. 상기 접지 선택 라인(GSL) 및 상기 스트링 선택 선택 라인(SSL)는 상기 워드라인(WL)와 동일한 구조일 수 있다. 다만, 상기 스트링 선택 라인(SSL)과 상기 접지 선택 라인(GSL)의 선폭은 워드라인(WL)의 선폭과 다를 수 있다. 특히, 상기 스트링 선택 라인(SSL)과 상기 접지 선택 라인(GSL)의 선폭은 워드라인(WL)에 비하여 클 수 있다. 상기 터널 절연막(110), 전하저장막(120), 및 블로킹절연막(150)에 대응되는 상기 접지 및 스트링 선택 라인(GSL,SSL)내의 층들은 상기 접지 및 스트링 선택 트렌지스터들의 게이트 절연막으로 사용될 수 있다. The word line WL includes a tunnel insulation layer 110, a charge storage layer 120, a blocking insulation layer 150, and a control gate electrode 160 that are sequentially stacked on the semiconductor substrate 100. A hard mask pattern (not shown) may be disposed on the control gate electrode 160. The ground select line GSL and the string select select line SSL may have the same structure as the word line WL. However, the line widths of the string select line SSL and the ground select line GSL may be different from the line widths of the word line WL. In particular, the line widths of the string select line SSL and the ground select line GSL may be larger than that of the word line WL. The layers in the ground and string select lines GSL and SSL corresponding to the tunnel insulating layer 110, the charge storage layer 120, and the blocking insulating layer 150 may be used as gate insulating layers of the ground and string select transistors. .

상기 터널 절연막(110), 전하저장막(120), 및 블로킹절연막(150)은 인접한 반도체 기판 상으로 연장될 수 있다. 상기 복수의 워드라인(WL)은 상기 터널 절연막(110), 전하 저장막(120), 및 블로킹절연막(150)를 공유할 수 있다. 또한, 상기 접지 및 스트링 선택 라인들(GSL,SSL)도 상기 연장된 터널 절연막(110), 전하 저장막(120), 및 블로킹 절연막(150)을 공유할 수 있다. 셀 스페이서(미도시)는 상기 제어 게이트 전극(160)의 측벽에 배치될 수 있다. 상기 셀 스페이서(미도시)는 연장된 블로킹 절연막(150) 상에 위치할 수 있다.The tunnel insulating layer 110, the charge storage layer 120, and the blocking insulating layer 150 may extend onto an adjacent semiconductor substrate. The plurality of word lines WL may share the tunnel insulating layer 110, the charge storage layer 120, and the blocking insulating layer 150. In addition, the ground and string select lines GSL and SSL may also share the extended tunnel insulation layer 110, the charge storage layer 120, and the blocking insulation layer 150. The cell spacers (not shown) may be disposed on sidewalls of the control gate electrode 160. The cell spacer (not shown) may be positioned on the extended blocking insulating layer 150.

상기 블로킹 절연막(150)은 제1 블로킹 절연막(150a), 제2 블로킹 절연막(150b), 및 제3 블로킹 절연막(150c)을 포함할 수 있다. The blocking insulating layer 150 may include a first blocking insulating layer 150a, a second blocking insulating layer 150b, and a third blocking insulating layer 150c.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 노아(NOR) 비휘발성 기억 소자를 나타내는 도면들이다. 도 2b는 도 1a의 III-III'선에 따른 단면도이다.2A and 2B are diagrams illustrating a NOR nonvolatile memory device according to example embodiments. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line III-III ′ of FIG. 1A.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 노아(NOR) 비휘발성 기억 소자는 셀 영역을 구비하는 반도체 기판(100)을 포함한다.소자 분리막(300)이 반도체 기판(100)에 배치된다. 상기 소자 분리막(300)은 활성영역들(500,510,520)을 정의한다. 제1 활성영역들(500)은 제1 방향으로 나란히 배열한다. 상기 제1 활성영역들(500) 사이에 규칙적으로 소오스 스트래핑 활성영역들(510)이 규칙적으로 제 1 방향으로 배열된다. 상기 제1 활성영역(500)을 가로지르는 제2 활성영역들(520)이 제2 방향으로 나란히 배치된다. 상기 제2 활성영역들(520)은 소오스 라인의 역활을 수행한다. 2A and 2B, a NOR nonvolatile memory device according to example embodiments of the inventive concept includes a semiconductor substrate 100 having a cell region. The device isolation layer 300 may include a semiconductor substrate 100. ) Is placed. The device isolation layer 300 defines active regions 500, 510, and 520. The first active regions 500 are arranged side by side in the first direction. Source strapping active regions 510 are regularly arranged in the first direction between the first active regions 500. Second active regions 520 crossing the first active region 500 are arranged side by side in a second direction. The second active regions 520 serve as source lines.

상기 제1 활성영역들(500)과 상기 소스 스트래핑 활성영역들(510)의 상부를 가로지르고 제2 방향 방향으로 진행하는 한 쌍의 워드라인들(WL)이 배치된다. 한 쌍의 워드라인들의 양측에 위치한 활성영역은 트랜지스터의 드레인들이 되며, 상기 한 쌍의 워드라인들 사이의 활성영역은 트랜지스터의 소오스가 된다. 상기 트랜지스터의 드렌인은 비트라인과 비트라인 콘택 플러그(540)를 통하여 전기적으로 연결된다.A pair of word lines WL are disposed to cross the upper portions of the first active regions 500 and the source strapping active regions 510 and travel in a second direction. Active regions located on both sides of the pair of word lines become drains of the transistor, and active regions between the pair of word lines become the source of the transistor. The drain-in of the transistor is electrically connected through a bit line and a bit line contact plug 540.

또한, 트랜지스터의 상기 소오스들은 제2 방향으로 이웃한 소오스들과 상기 제2 활성영역(520)을 통하여 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 제2 활성영역(520)은 소오스 라인의 역활을 수행한다. 상기 제2 활성영역(520)과 상기 소오스 스트래핑 활성영역(510)이 교차하는 위치에서 소오스 콘택(530)이 형성된다.In addition, the sources of the transistors are electrically connected to neighboring sources in a second direction through the second active region 520. Thus, the second active region 520 serves as a source line. A source contact 530 is formed at a position where the second active region 520 and the source strapping active region 510 cross each other.

워드라인(WL)은 상기 반도체 기판(100) 상에 차례로 적층된 터널 절연막(110), 전하저장막(120), 블로킹절연막(150), 및 제어 게이트 전극(160)을 포함한다. The word line WL includes a tunnel insulation layer 110, a charge storage layer 120, a blocking insulation layer 150, and a control gate electrode 160 that are sequentially stacked on the semiconductor substrate 100.

상기 터널 절연막(110), 전하저장막(120), 및 블로킹절연막(150)은 제 2 방향으로 연장될 수 있고, 상기 워드라인(WL)은 상기 터널 절연막(110), 전하 저장막(120), 및 블로킹절연막(150)를 공유할 수 있다. 스페이서(미도시)는 연장된 블로킹 절연막(150) 상에 위치할 수 있다.The tunnel insulation layer 110, the charge storage layer 120, and the blocking insulation layer 150 may extend in a second direction, and the word line WL may be formed in the tunnel insulation layer 110 and the charge storage layer 120. , And the blocking insulating layer 150 may be shared. The spacer (not shown) may be positioned on the extended blocking insulating layer 150.

상기 블로킹 절연막(150)은 제1 블로킹 절연막(150a), 제2 블로킹 절연막(150b), 및 제3 블로킹 절연막(150c)을 포함할 수 있다. The blocking insulating layer 150 may include a first blocking insulating layer 150a, a second blocking insulating layer 150b, and a third blocking insulating layer 150c.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 포획형 비휘발성 기억 소자를 설명하기 위한 도 1a의 II-II'으로 절단한 단면도이다. 도 4 a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 기억 소자를 플랫 밴드 에너지 밴드 다이어그램(flat band energy band diagram)을 나타내는 도면들이다.FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II-II ′ of FIG. 1A for describing a charge trapping nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. 4A to 4D are diagrams illustrating a flat band energy band diagram of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.

도 3 , 도 4a 내지 도4d를 참조하면, 이 소자는 반도체 기판(100) 상에 형성된 터널 절연막(110), 상기 터널 절연막(110) 상에 형성된 전하 저장막(120), 상기 전하 저장막(120) 상에 형성된 블로킹 절연막(150), 및 상기 블로킹 절연막(150) 상 에 형성된 제어 게이트 전극(160)을 포함한다. 또한, 상기 반도체 기판(100) 상에 활성영역(ACT)을 정의하는 소자분리막(300)이 형성될 수 있다. 상기 전하 저장막(120)은 단위 셀 별로 분리되지 않을 수 있다. 상기 블로킹 절연막(150)은 차례로 적층된 제1 블로킹 절연막(150a), 제2 블로킹 절연막(150b) 및 제3 블로킹 절연막(150c)을 포함한다. 상기 제1 블로킹 절연막(150a)과 상기 제3 블로킹 절연막(150c)은 같은 물질일 수 있다. 또한, 상기 제 2 블로킹 절연막(150b)의 에너지 밴드갭(energy band gap, Eg2)은 상기 제1 블로킹 절연막(150a) 및 상기 제3 블로킹 절연막(150c)의 에너지 밴드갭(Eg1,Eg3)보다 크다. 상기 반도체 기판(100) 상에 소자 분리막(300)이 배치되어 활성영역들(ACT)을 정의한다. 이 소자는 상기 전하 저장막(120)이 단위 셀 별로 분리되지 않은 구조를 가질 수 있다.3, 4A to 4D, the device includes a tunnel insulating film 110 formed on the semiconductor substrate 100, a charge storage film 120 formed on the tunnel insulating film 110, and the charge storage film ( A blocking insulating layer 150 formed on the blocking insulating layer 150 and a control gate electrode 160 formed on the blocking insulating layer 150 are included. In addition, an isolation layer 300 defining an active region ACT may be formed on the semiconductor substrate 100. The charge storage layer 120 may not be separated for each unit cell. The blocking insulating layer 150 may include a first blocking insulating layer 150a, a second blocking insulating layer 150b, and a third blocking insulating layer 150c that are sequentially stacked. The first blocking insulating layer 150a and the third blocking insulating layer 150c may be made of the same material. In addition, an energy band gap E g2 of the second blocking insulating layer 150b is an energy band gap E g1 , E g3 of the first blocking insulating layer 150a and the third blocking insulating layer 150c. Greater than) An isolation layer 300 is disposed on the semiconductor substrate 100 to define active regions ACT. This device may have a structure in which the charge storage layer 120 is not separated for each unit cell.

상기 반도체 기판(100)은 단결정 실리콘막, SOI(silicon on insulator), 실리콘 게르마늄(SiGe)막 상의 실리콘막, 절연막 상의 실리콘 단결정막, 및 절연막 상의 폴리실리콘막을 구비하는 그룹에서 선택된 하나를 포함할 수 있다. The semiconductor substrate 100 may include one selected from the group consisting of a single crystal silicon film, a silicon on insulator (SOI), a silicon film on a silicon germanium (SiGe) film, a silicon single crystal film on an insulating film, and a polysilicon film on an insulating film. have.

상기 터널 절연막(110)은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막(SiON), 고유전체 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 고유전체 물질은 알루미늄 산화막(Al2O3), 하프늄산화막(HfO2), 하프늄알루미늄산화막(HfAlO), 하프늄실리콘산화막(HfSiO), 지르코늄산화막(ZrO2) 또는 탄탈륨 산화막(Ta2O5) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 실리콘 산화막은 열 산화막일 수 있다.The tunnel insulating layer 110 may include at least one of a silicon oxide layer, a silicon oxynitride layer (SiON), and a high dielectric material. The high dielectric material may include at least one of an aluminum oxide layer (Al 2 O 3), a hafnium oxide layer (HfO 2), a hafnium aluminum oxide layer (HfAlO), a hafnium silicon oxide layer (HfSiO), a zirconium oxide layer (ZrO 2), or a tantalum oxide layer (Ta 2 O 5). . The silicon oxide film may be a thermal oxide film.

상기 전하 저장막(120)은 전하를 저장할 수 있는 트랩들을 갖는 물질로 형성 될 수 있다. 상기 전하 저장막(120)은 유전체막을 포함할 수 있다. 상기 전하 저장막(120)은 실리콘 질화막, 금속 퀀텀 돗, 실리콘 퀀텀 돗, 금속, 도핑된 실리콘, 도핑된 게르마늄 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속은 순수한 금속 및 금속혼합물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전하 저장막(120)은 나노 결정 실리콘(nano crystalline silicon), 나노 결정 실리콘게르마늄(nano crystalline silicon germanium), 나노 결정 금속(nano crystalline metal), 게르마늄 퀀텀 돗(Ge quantum dot), 금속 퀀텀 돗(metal quantum dot), 실리콘 퀀텀 돗(silicon quantum dot)을 구비하는 그룹에서 선택된 하나 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다. 상기 전하 저장막(120)은 금속 도핑을 통하여 금속 트랩 사이트를 가질 수 있다. 또는 상기 전하 저장막(120)은 상기 전하 저장막 형성 후 습식 산화 공정을 통하여 상기 전하 저장막의 에너지 밴드 내에 깊은 트랩 위치(deep trap site)를 형성할 수 있다.The charge storage layer 120 may be formed of a material having traps capable of storing charge. The charge storage layer 120 may include a dielectric layer. The charge storage layer 120 may include at least one of a silicon nitride film, a metal quantum dot, a silicon quantum dot, a metal, doped silicon, and doped germanium. The metal may comprise at least one of pure metals and metal mixtures. The charge storage layer 120 may include nano crystalline silicon, nano crystalline silicon germanium, nano crystalline metal, german quantum dot, and metal quantum dot. It may include one or a stacked structure thereof selected from the group having a metal quantum dot, a silicon quantum dot. The charge storage layer 120 may have metal trap sites through metal doping. Alternatively, the charge storage layer 120 may form a deep trap site within an energy band of the charge storage layer through a wet oxidation process after formation of the charge storage layer.

상기 블로킹 절연막(150)은 제 1 블로킹 절연막(150a), 제2 블로킹 절연막(150b), 및 제3 블로킹 절연막을 포함한다. 상기 제1 블로킹 절연막(150a)은 상기 전하 저장막(120) 상에 배치되고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)은 상기 제1 블로킹 절연막(150a) 상에 배치되고, 상기 제3 블로킹 절연막(150c)은 상기 제2 블로킹 절연막(150b) 상에 배치된다. 상기 제1 블로킹 절연막(150a)과 제3 블로킹 절연막(150c)은 같은 물질이다. 또한, 상기 제1 블로킹 절연막(150a) 및 상기 제3 블로킹 절연막(150c)의 에너지 밴드 갭(Eg1,Eg3)은 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 에너 지 밴드갭(Eg2)보다 작다. 상기 블로킹 절연막(150)은 유전율과 전하 트랩을 가질 수 있다. 상기 블로킹 절연막(150)의 전하 트랩 밀도는 유전율에 비례하여 증가할 수 있다. The blocking insulating layer 150 includes a first blocking insulating layer 150a, a second blocking insulating layer 150b, and a third blocking insulating layer 150. The first blocking insulating layer 150a is disposed on the charge storage layer 120, the second blocking insulating layer 150b is disposed on the first blocking insulating layer 150a, and the third blocking insulating layer 150c. ) Is disposed on the second blocking insulating layer 150b. The first blocking insulating layer 150a and the third blocking insulating layer 150c are made of the same material. In addition, the energy band gaps E g1 and E g3 of the first blocking insulating layer 150a and the third blocking insulating layer 150c are smaller than the energy band gap E g2 of the second blocking insulating layer 150b. . The blocking insulating layer 150 may have a dielectric constant and a charge trap. The charge trap density of the blocking insulating layer 150 may increase in proportion to the dielectric constant.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 유전율이 상기 제1 블로킹 절연막(150a) 및 상기 제3 블로킹 절연막(150c)의 유전율보다 작을 수 있고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 전하 트랩 밀도가 상기 제1 블로킹 절연막(150a) 및 상기 제3 블로킹 절연막(150c)의 전하 트랩 밀도보다 작을 수 있다. 상기 제1 블로킹 절연막(150a),상기 제2 블로킹 절연막(150b) 및 상기 제3 블로킹 절연막(150c)의 전하 트랩 밀도는 유전율에 비례할 수 있다.  In an embodiment, the dielectric constant of the second blocking insulating layer 150b may be smaller than that of the first blocking insulating layer 150a and the third blocking insulating layer 150c and the second blocking insulating layer 150b. ) May be smaller than the charge trap density of the first blocking insulating layer 150a and the third blocking insulating layer 150c. The charge trap densities of the first blocking insulating layer 150a, the second blocking insulating layer 150b, and the third blocking insulating layer 150c may be proportional to the dielectric constant.

상기 제1 블로킹 절연막(150a) 및 상기 제3 블로킹 절연막(150c)은 금속산화막, 금속질화막, 및 금속산화질화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속산화막은 하프늄실리콘 산화막(HfSiO), 지르코늄산화막(ZrO2),하프늄알루미늄산화막(HfAlO), 하프늄산화막(HfO2), 알루미늄산화막(Al2O3) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first blocking insulating layer 150a and the third blocking insulating layer 150c may include at least one of a metal oxide film, a metal nitride film, and a metal oxynitride film. The metal oxide layer may include at least one of a hafnium silicon oxide layer (HfSiO), a zirconium oxide layer (ZrO 2), a hafnium aluminum oxide layer (HfAlO), a hafnium oxide layer (HfO 2), and an aluminum oxide layer (Al 2 O 3).

상기 제2 블로킹 절연막(150b)은 실리콘 산화막, 금속산화막, 금속질화막,및 금속산화질화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속산화막은 하프늄실리콘 산화막(HfSiO), 지르코늄산화막(ZrO2),하프늄알루미늄산화막(HfAlO), 하프늄산화막(HfO2), 알루미늄산화막(Al2O3) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.상기 블로킹 절연막(150)은 ALD, CVD, PVD 공정에 의하여 형성될 수 있다.The second blocking insulating layer 150b may include at least one of a silicon oxide film, a metal oxide film, a metal nitride film, and a metal oxynitride film. The metal oxide layer may include at least one of a hafnium silicon oxide layer (HfSiO), a zirconium oxide layer (ZrO 2), a hafnium aluminum oxide layer (HfAlO), a hafnium oxide layer (HfO 2), and an aluminum oxide layer (Al 2 O 3). May be formed by ALD, CVD, PVD processes.

상기 제1 블로킹 절연막(150a), 제2 블로킹 절연막(150b), 및 제3 블로킹 절연막(150c)의 형성한 후, O2,N2, NH3 중에서 적어도 하나를 포함하는 어닐(anneal) 공정 또는 플라즈마 처리 공정이 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 블로킹 절연막(150a), 제2 블로킹 절연막(150b) 및 제3 블로킹 절연막(150c)은 상기 공정에 의하여 전하 트랩 밀도가 감소할 수 있다.After forming the first blocking insulating film 150a, the second blocking insulating film 150b, and the third blocking insulating film 150c, an annealing process or a plasma processing process including at least one of O 2, N 2 and NH 3 is performed. This can be done. For example, the charge trap density of the first blocking insulating layer 150a, the second blocking insulating layer 150b, and the third blocking insulating layer 150c may be reduced by the above process.

상기 제어 게이트 전극(160)은 일함수가 4.5 eV 이상의 큰 값을 가지는 도전성 물질일 수 있다. 예컨대, TaN, 폴리실리콘, W, WN, TiN, CoSix 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제어 게이트 전극(160)은 다른 도전성 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어 게이트 전극(160)은 차례로 적층된 베리어 금속 및 높은 일함수 금속의 구조를 가질 수 있다. 상기 높은 일함수 금속은 일함수가 4.5 eV이상일 수 있다. 상기 베리어 금속은 상기 높은 일함수 금속과 상기 블로킹 절연막 사이에 반응을 저지하는 금속질화막, 실리콘질화막, 이들의 조합 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제어 게이트 전극(160)은 상기 베리어 금속 과 상기 블로킹 절연막(150) 사이에 개재된 고일함수 금속 및 도핑된 폴리실리콘 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 제어 게이트 전극(160)은 차례로 적층된 도핑된 실리콘 및 금속, 순수한 금속, 및 금속함유물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. The control gate electrode 160 may be a conductive material having a large work function of 4.5 eV or more. For example, it may include at least one of TaN, polysilicon, W, WN, TiN, and CoSix. The control gate electrode 160 may include another conductive material. Specifically, the control gate electrode 160 may have a structure of a barrier metal and a high work function metal that are sequentially stacked. The high work function metal may have a work function of 4.5 eV or more. The barrier metal may include at least one of a metal nitride film, a silicon nitride film, and a combination thereof that prevents a reaction between the high work function metal and the blocking insulating film. The control gate electrode 160 may further include at least one of a high work function metal and a doped polysilicon interposed between the barrier metal and the blocking insulating layer 150. The control gate electrode 160 may include at least one of a doped silicon and a metal, a pure metal, and a metal content that are sequentially stacked.

도 4a를 참조하면, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 에너지 밴드갭(Eg2)이 상기 제 1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 밴드갭(Eg1, Eg3) 보다 크고, 상기 제2 블 로킹 절연막(150b)의 전도대(conduction band)는 상기 제1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 전도대보다 높고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 가전자대는 상기 제1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 가전자대(valence band ) 보다 높을 수 있다. Referring to FIG. 4A, the energy band gap E g2 of the second blocking insulating layer 150b is larger than the band gaps E g1 and E g3 of the first and third blocking insulating layers 150a and 150c. The conduction band of the second blocking insulating layer 150b is higher than the conduction bands of the first and third blocking insulating layers 150a and 150c, and the valence band of the second blocking insulating layer 150b is the first and the second. 3 may be higher than the valence band of the blocking insulating layers 150a and 150c.

도 4b를 참조하면, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 에너지 밴드갭(Eg2)이 상기 제 1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 밴드갭(Eg1, Eg3) 보다 크고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 전도대는 상기 제1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 전도대보다 높고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 가전자대는 상기 제1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 가전자대(valence band ) 보다 낮을 수 있다. Referring to FIG. 4B, the energy band gap E g2 of the second blocking insulating layer 150b is larger than the band gaps E g1 and E g3 of the first and third blocking insulating layers 150a and 150c. The conduction band of the second blocking insulation film 150b is higher than the conduction bands of the first and third blocking insulation films 150a and 150c, and the valence band of the second blocking insulation film 150b is the first and third blocking insulation film 150a. It may be lower than the valence band of 150c.

도 4c를 참조하면, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 에너지 밴드갭(Eg2)이 상기 제 1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 밴드갭(Eg1, Eg3) 보다 크고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 전도대는 상기 제1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 전도대 보다 낮고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 가전자대는 상기 제1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 가전자대(valence band ) 보다 낮을 수 있다. Referring to FIG. 4C, the energy band gap E g2 of the second blocking insulating layer 150b is larger than the band gaps E g1 and E g3 of the first and third blocking insulating layers 150a and 150c. The conduction band of the second blocking insulation film 150b is lower than the conduction bands of the first and third blocking insulation films 150a and 150c, and the valence band of the second blocking insulation film 150b is the first and third blocking insulation film 150a. It may be lower than the valence band of 150c.

도 4d를 참조하면, 상기 블로킹 절연막(150)은 에너지 밴드 갭이 다른 두 물질이 교번되도록 제4 블로킹 절연막(150d)을 더 포함할 수 있다. 상기 제4 블로킹 절연막(150d)은 상기 제2 블로킹 절연막(150b)과 같은 물질이다. 이에 따라, 상기 제4 블로킹 절연막의 에너지 밴드갭(Eg4)은 상기 제2 블로킹 절연막의 에너지 밴드 갭(Eg2)과 같다. 또한, 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 블로킹 절연막(150)은 상기 제4 블로킹 절연막(150d) 및 상기 제5 블로킹 절연막(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 제4 블로킹 절연막(150d)은 상기 제2 블로킹 절연막(150b)과 같은 물질이고, 상기 제5 블로킹 절연막은 상기 제1 블로킹 절연막(150a)과 같은 물질 일 수 있다. Referring to FIG. 4D, the blocking insulating layer 150 may further include a fourth blocking insulating layer 150d to alternate two materials having different energy band gaps. The fourth blocking insulating layer 150d is made of the same material as the second blocking insulating layer 150b. Accordingly, the energy band gap E g4 of the fourth blocking insulating film is equal to the energy band gap E g2 of the second blocking insulating film. In addition, according to a modified embodiment of the present invention, the blocking insulating film 150 may further include the fourth blocking insulating film 150d and the fifth blocking insulating film (not shown). The fourth blocking insulating layer 150d may be formed of the same material as the second blocking insulating layer 150b, and the fifth blocking insulating layer 150d may be formed of the same material as the first blocking insulating layer 150a.

도 5은 본 발명에 따른 비휘발성 기억 소자에 음의 소거 전압(V0)이 인가된 경우 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이다. 다만, 전하 저장막(120)에 축적된 전하는 외부에서 인가된 소거 전압(V0)에 의하여 모두 제거된 상태를 설명하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating an energy band diagram when a negative erase voltage V 0 is applied to a nonvolatile memory device according to the present invention. However, the charge stored in the charge storage film 120 is a diagram illustrating a state in which all of the charges are removed by the erase voltage V 0 applied from the outside.

구체적으로, 반도체 기판(100)에 대하여 제어 게이트 전극(160)에 음의 소거 전압을 인가한 경우, 터널절연막(110), 전하 저장막(120), 블로킹 절연막(150)에 각각 전계가 발생한다. 각각의 전계는 캐페시터 전압 분배 모델에 의하여 계산될 수 있다. 상기 블로킹 절연막(150)을 통하여 흐르는 백 터널링 전류(back tunneling current)는 상기 블로킹 절연막(150)의 전계에 의존할 수 있다. 구체적으로 상기 블로킹 절연막(150)의 구조, 밴드 갭, 두께, 유전율을 조절하면 상기 백 터널링 전류를 조절할 수 있다.Specifically, when a negative erase voltage is applied to the control gate electrode 160 with respect to the semiconductor substrate 100, an electric field is generated in the tunnel insulating film 110, the charge storage film 120, and the blocking insulating film 150, respectively. . Each electric field can be calculated by the capacitor voltage distribution model. The back tunneling current flowing through the blocking insulating layer 150 may depend on the electric field of the blocking insulating layer 150. Specifically, the back tunneling current may be adjusted by adjusting the structure, band gap, thickness, and dielectric constant of the blocking insulating layer 150.

각각의 전계는 다음과 같이 주어질 수 있다.Each electric field can be given by

Figure 112007080276879-PAT00001
Figure 112007080276879-PAT00001

여기서, 첨자 i 및 j는 1 내지 5일 수 있다. 첨자 1은 터널 절연막(110)을 의미하고, 첨자 2는 전하저장막(120), 첨자 3은 제1 블로킹 절연막(150a), 첨자 4는 제2 블로킹 절연막(150b), 첨자 5는 제3 블로킹 절연막(150d)을 의미한다. t는 두께를 의미하고,

Figure 112007080276879-PAT00002
은 유전율을 의미한다. Here, the subscripts i and j may be 1 to 5. Subscript 1 refers to the tunnel insulating film 110, subscript 2 to the charge storage film 120, subscript 3 to the first blocking insulating film 150a, subscript 4 to the second blocking insulating film 150b, subscript 5 to the third blocking It means the insulating film 150d. t means thickness,
Figure 112007080276879-PAT00002
Means permittivity.

예를 들어, 유전율이 큰 제1 블로킹 절연막(150a) 및 제3 블로킹 절연막(150c)의 두께를 증가시키면, 상기 제1 블로킹 절연막(150a) 및 제3 블로킹 절연막(150c)의 각각의 전계는 감소시킬 수 있다. 그러나 상기 제1 블로킹 절연막(150a) 및 제3 블로킹 절연막(150c)은 높은 유전율에 기인한 높은 전하 트랩 밀도를 가질 수 있다. 또한, 상기 트랩에 포획된 전하들은 외부 전계에 쉽게 이동할 수 있다. 이에 따라, 유전율이 큰 상기 제1 블로킹 절연막 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 두께의 증가는 한계가 있다.For example, when the thicknesses of the first blocking insulating film 150a and the third blocking insulating film 150c having a large dielectric constant are increased, the respective electric fields of the first blocking insulating film 150a and the third blocking insulating film 150c decrease. You can. However, the first blocking insulating layer 150a and the third blocking insulating layer 150c may have a high charge trap density due to a high dielectric constant. In addition, the charges trapped in the trap can easily move to an external electric field. Accordingly, there is a limit in increasing thicknesses of the first blocking insulating film and the third blocking insulating film 150a and 150c having a large dielectric constant.

한편, 상기 제3 블로킹 절연막(150c)과 상기 제어 게이트 전극(160)의 일함수의 차이를 증가시키면, 백 터널링 현상이 발생하기 위한 문턱 에너지가 커져서 상기 백 터널링 전류를 감소시킬 수 있다. 본 발명과 다르게, 제2 블로킹 절연막(150b)의 에너지 밴드 갭이 상기 제3 블로킹 절연막(150c) 및 제 1 블로킹 절연 막(150c)의 에너지 밴드 갭 보다 작으면, 전자 또는 홀이 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 에너지 우물에 축적 수 있다. 따라서, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 에너지 밴드 갭은 상기 제3 블로킹 절연막(150c) 및 제1 블로킹 절연막(150a)의 에너지 밴드 갭 보다 큰 것이 바람직하다. On the other hand, if the difference between the work function of the third blocking insulating layer 150c and the control gate electrode 160 is increased, the threshold energy for generating the back tunneling phenomenon increases, thereby reducing the back tunneling current. Unlike the present invention, when the energy band gap of the second blocking insulating film 150b is smaller than the energy band gap of the third blocking insulating film 150c and the first blocking insulating film 150c, electrons or holes are formed in the second blocking film. It can accumulate in the energy well of the insulating film 150b. Therefore, the energy band gap of the second blocking insulating layer 150b is preferably larger than the energy band gap of the third blocking insulating layer 150c and the first blocking insulating layer 150a.

본 발명에 일 실시예에 따르면, 상기 제1 블로킹 절연막(150a) 및 제3 블로킹 절연막(150c)은 유전율 및 트랩 밀도가 상기 제2 블로킹 절연막(150b) 보다 클 수 있다. 상기 제1 블로킹 절연막(150a)에 트랩된 전하는 외부 전계에 의하여 쉽게 상기 제2 블로킹 절연막(150b)을 통과할 수 없어 신뢰성이 향상된다.According to an embodiment of the present invention, the first blocking insulating layer 150a and the third blocking insulating layer 150c may have a dielectric constant and a trap density greater than that of the second blocking insulating layer 150b. The charge trapped by the first blocking insulating film 150a cannot easily pass through the second blocking insulating film 150b by an external electric field, thereby improving reliability.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플로팅 게이트형 비휘발성 기억 소자를 설명하기 위한 도 1a의 II-II' 방향으로 절단한 단면도이다. 본 실시예에서 도 3 및 도4 에서 설명한 실시예와 중복되는 부분의 설명은 생략한다. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG. 1A for explaining a floating gate type nonvolatile memory device according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, description of portions overlapping with the embodiments described with reference to FIGS. 3 and 4 will be omitted.

도 6을 참조하면, 이 소자는 반도체 기판(100) 상에 형성된 터널 절연막(110), 상기 터널 절연막(110) 상에 형성된 전하 저장막(120), 상기 전하 저장막(120) 상에 형성된 블로킹 절연막(150), 및 상기 블로킹 절연막(150) 상에 형성된 제어 게이트 전극(160)을 포함한다. 또한, 상기 반도체 기판(100) 상에 활성영역(ACT)을 정의하는 소자분리막(300)이 형성될 수 있다. 상기 전하 저장막(120)은 각 단위 셀 별로 분리되는 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 6, the device includes a tunnel insulating film 110 formed on the semiconductor substrate 100, a charge storage film 120 formed on the tunnel insulating film 110, and a blocking formed on the charge storage film 120. An insulating film 150 and a control gate electrode 160 formed on the blocking insulating film 150 are included. In addition, an isolation layer 300 defining an active region ACT may be formed on the semiconductor substrate 100. The charge storage layer 120 may have a structure that is separated for each unit cell.

상기 전하 저장막(120)은 플로팅 게이트일 수 있고, 상기 전하 저장막(120)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 상기 플로팅 게이트는 N 형 도전형의 폴리 실리콘, P형 도전형의 폴리 실리콘, 금속, 도핑된 실리콘, 도핑된 게르마늄 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The charge storage layer 120 may be a floating gate, and the charge storage layer 120 may include a conductive material. The floating gate may include at least one of an N-type conductive polysilicon, a P-type conductive polysilicon, a metal, a doped silicon, and a doped germanium.

상기 제어게이트 전극(160)은 도전성 물질로 도핑된 폴리실리콘, 금속, 금속실리사이드, 금속화합물, 및 이들의 적층 구조 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. The control gate electrode 160 may include at least one of polysilicon, a metal, a metal silicide, a metal compound, and a stacked structure thereof doped with a conductive material.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 기억 소자를 플랫 밴드 에너지 밴드 다이어그램(flat band energy band diagram)을 나타내는 도면들이다. 다만, 도 7a 내지 도 7c는 전하 저장막(120)으로 도핑된 폴리 실리콘이 사용되고, 제어 게이트 전극(160)으로 도핑된 폴리 실리콘이 사용된 경우의 에너지 밴드 다이어그램이다.7A to 7C are diagrams illustrating a flat band energy band diagram of a nonvolatile memory device according to another exemplary embodiment of the present invention. 7A to 7C are energy band diagrams when polysilicon doped with the charge storage layer 120 is used and polysilicon doped with the control gate electrode 160 is used.

도 7a를 참조하면, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 에너지 밴드갭(Eg2)이 상기 제 1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 밴드갭(Eg1, Eg3) 보다 크고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 전도대(conduction band)는 상기 제1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 전도대보다 높고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 가전자대는 상기 제1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 가전자대(valence band ) 보다 높을 수 있다.Referring to FIG. 7A, the energy band gap E g2 of the second blocking insulating layer 150b is larger than the band gaps E g1 and E g3 of the first and third blocking insulating layers 150a and 150c. The conduction band of the second blocking insulating layer 150b is higher than the conduction bands of the first and third blocking insulating layers 150a and 150c, and the valence band of the second blocking insulating layer 150b is the first and the third. It may be higher than the valence bands of the blocking insulating layers 150a and 150c.

도 7b를 참조하면, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 에너지 밴드갭(Eg2)이 상기 제 1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 밴드갭(Eg1, Eg3) 보다 크고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 전도대는 상기 제1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 전도대보다 높고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 가전자대는 상기 제1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 가전자대(valence band ) 보다 낮을 수 있다. Referring to FIG. 7B, the energy band gap E g2 of the second blocking insulating layer 150b is larger than the band gaps E g1 and E g3 of the first and third blocking insulating layers 150a and 150c. The conduction band of the second blocking insulation film 150b is higher than the conduction bands of the first and third blocking insulation films 150a and 150c, and the valence band of the second blocking insulation film 150b is the first and third blocking insulation film 150a. It may be lower than the valence band of 150c.

도 7c를 참조하면, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 에너지 밴드갭(Eg2)이 상기 제 1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 밴드갭(Eg1, Eg3) 보다 크고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 전도대는 상기 제1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 전도대 보다 낮고, 상기 제2 블로킹 절연막(150b)의 가전자대는 상기 제1 및 제3 블로킹 절연막(150a,150c)의 가전자대(valence band ) 보다 낮을 수 있다. Referring to FIG. 7C, the energy band gap E g2 of the second blocking insulating layer 150b is larger than the band gaps E g1 and E g3 of the first and third blocking insulating layers 150a and 150c. The conduction band of the second blocking insulation film 150b is lower than the conduction bands of the first and third blocking insulation films 150a and 150c, and the valence band of the second blocking insulation film 150b is the first and third blocking insulation film 150a. It may be lower than the valence band of 150c.

다시 도 7a를 참조하여, 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 블로킹 절연막(150)은 에너지 밴드갭이 다른 물질이 교번되도록 제4 블로킹 절연막(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 제4 블로킹 절연막은 상기 제2 블로킹 절연막(150b)과 같은 물질일 수 있다. 이에 따라, 상기 제4 블로킹 절연막의 에너지 밴드갭은 상기 제2 블로킹 절연막의 에너지 밴드갭(Eg2)과 같을 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 변형된 실시예에 따르면, 상기 블로킹 절연막(150)은 상기 제4 블로킹 절연막 및 상기 제5 블로킹 절연막(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 제4 블로킹 절연막은 상기 제2 블로킹 절연막(150b)과 같은 물질이고, 상기 제5 블로킹 절연막은 상기 제1 블로킹 절연막(150a)과 같은 물질 일 수 있다. Referring back to FIG. 7A, according to a modified embodiment of the present invention, the blocking insulating layer 150 may further include a fourth blocking insulating layer (not shown) such that materials having different energy band gaps are alternated. The fourth blocking insulating layer may be made of the same material as the second blocking insulating layer 150b. Accordingly, the energy band gap of the fourth blocking insulating layer may be the same as the energy band gap E g2 of the second blocking insulating layer. In addition, according to another modified embodiment of the present invention, the blocking insulating film 150 may further include the fourth blocking insulating film and the fifth blocking insulating film (not shown). The fourth blocking insulating film may be made of the same material as the second blocking insulating film 150b, and the fifth blocking insulating film may be made of the same material as the first blocking insulating film 150a.

한편, 본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상술한 실시예들에 개시된 비휘발성 기억 소자는 전자 시스템에 포함될 수 있다. 상기 전자 시스템을 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Meanwhile, according to one embodiment of the present invention, the nonvolatile memory device disclosed in the above embodiments may be included in an electronic system. The electronic system will be described in detail with reference to the drawings.

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자를 갖는 전자 시스 템을 나타내는 블럭도이다.8 is a block diagram illustrating an electronic system having a nonvolatile memory device according to example embodiments.

도 9을 참조하면, 전자 시스템(1300)은 제어기(1310), 입출력 장치(1320) 및 기억 장치(1330)를 포함할 수 있다. 상기 제어기(1310), 입출력 장치(1320) 및 기억 장치(1330)는 버스(1350, bus)를 통하여 서로 결합 되어 있다. 상기 버스(1350)는 데이터들이 이동하는 통로에 해당한다. 상기 제어기(1310)는 적어도 하나의 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 마이크로컨트롤러, 및 이들과 유사한 기능을 수행할 수 있는 논리 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 입출력 장치(1320)는 키패드, 키보드 및 표시 장치(display device)등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 기억 장치(1330)는 데이터를 저장하는 장치이다. 상기 기억 장치(1330)는 데이터 및/또는 상기 제어기(1310)에 의해 실행되는 명령어 등을 저장할 수 있다. 상기 기억 장치(1330)는 상기 기억 장치(1330)는 상술한 실시예들에 개시된 비휘발성 기억 소자들 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전자 시스템(3100)은 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하기 위한 인터페이스(1340)를 더 포함할 수 있다. 상기 인터페이스(1340)는 유선 또는 무선 형태일 수 있다. 예컨대, 상기 인터페이스(1340)는 안테나 또는 유무선 트랜시버등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the electronic system 1300 may include a controller 1310, an input / output device 1320, and a memory device 1330. The controller 1310, the input / output device 1320, and the memory device 1330 are coupled to each other through a bus 1350. The bus 1350 corresponds to a path through which data travels. The controller 1310 may include at least one of at least one microprocessor, a digital signal processor, a microcontroller, and logic elements capable of performing functions similar thereto. The input / output device 1320 may include at least one selected from a keypad, a keyboard, a display device, and the like. The memory device 1330 is a device for storing data. The memory device 1330 may store data and / or instructions executed by the controller 1310. The memory device 1330 may include at least one selected from the nonvolatile memory devices described in the above embodiments. The electronic system 3100 may further include an interface 1340 for transmitting data to or receiving data from the communication network. The interface 1340 may be in a wired or wireless form. For example, the interface 1340 may include an antenna or a wired / wireless transceiver.

상기 전자 시스템(1300)은 모바일 시스템, 개인용 컴퓨터, 산업용 컴퓨터 또는 다양한 기능을 수행하는 시스템 등으로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 모바일 시스템은 개인 휴대용 정보 단말기(PDA; Personal Digital Assistant), 휴대용 컴퓨터, 웹 타블렛(web tablet), 모바일폰(mobile phone), 무선폰(wireless phone), 랩톱(laptop) 컴퓨터, 메모리 카드, 디지털 뮤직 시스템(digital music system) 또는 정보 전송/수신 시스템 등일 수 있다. 상기 전자 시스템(1300)이 무선 통신을 수행할 수 있는 장비인 경우에, 상기 전자 시스템(1300)은 CDMA, GSM, NADC, E-TDMA, WCDAM, CDMA2000 같은 3세대 통신 시스템 같은 통신 인터페이스 프로토콜에서 사용될 수 있다.The electronic system 1300 may be implemented as a mobile system, a personal computer, an industrial computer, or a system that performs various functions. For example, the mobile system may be a personal digital assistant (PDA), a portable computer, a web tablet, a mobile phone, a wireless phone, a laptop computer, a memory card. , A digital music system or an information transmission / reception system. If the electronic system 1300 is a device capable of performing wireless communication, the electronic system 1300 may be used in a communication interface protocol such as a third generation communication system such as CDMA, GSM, NADC, E-TDMA, WCDAM, CDMA2000, etc. Can be.

다음으로, 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 카드를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Next, a memory card according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자를 갖는 메모리 카드를 나타내는 블럭도이다.9 is a block diagram illustrating a memory card having a nonvolatile memory device according to example embodiments.

도 9를 참조하면, 메모리 카드(1400)는 비휘발성 기억 장치(1410) 및 메모리 제어기(1420)를 포함한다. 상기 비휘발성 기억 장치(1410)는 데이터를 저장하거나 저장된 데이터를 판독할 수 있다. 상기 비휘발성 기억 장치(1410)는 실시예들에 개시된 비휘발성 기억 소자들 중에서 적어도 하나를 포함한다. 상기 메모리 제어기(1420)는 호스트(host)의 판독/쓰기 요청에 응답하여 저장된 데이터를 독출하거나, 데이터를 저장하도록 상기 플래쉬 기억 장치(1410)를 제어한다.Referring to FIG. 9, the memory card 1400 includes a nonvolatile memory device 1410 and a memory controller 1420. The nonvolatile memory device 1410 may store data or read stored data. The nonvolatile memory device 1410 includes at least one of the nonvolatile memory devices disclosed in the embodiments. The memory controller 1420 reads stored data in response to a read / write request of a host, or controls the flash memory device 1410 to store data.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 낸드(NAND) 비휘발성 기억 소자를 나타내는 도면들이다. 도 1b는 도 1a의 I-I'선에 따른 단면도이다.1A and 1B are diagrams illustrating a NAND nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1A.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 노아(NOR) 비휘발성 기억 소자를 나타내는 도면들이다. 도 2b는 도 1a의 III-III'선에 따른 단면도이다.2A and 2B are diagrams illustrating a NOR nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line III-III ′ of FIG. 1A.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 기억 소자를 설명하기 위한 도 1a의 II-II'선에 따른 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG. 1A to illustrate a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.

도 4 a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 기억 소자를 플랫 밴드 에너지 밴드 다이어그램(flat band energy band diagram)을 나타내는 도면들이다.4A to 4D are diagrams illustrating a flat band energy band diagram of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.

도 5은 본 발명에 따른 비휘발성 기억 소자에 음의 소거 전압(V0)이 인가된 경우 에너지 밴드 다이어그램을 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating an energy band diagram when a negative erase voltage V 0 is applied to a nonvolatile memory device according to the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 기억 소자를 설명하기 위한 도 1a의 II-II'선에 따른 단면도이다.FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG. 1A to illustrate a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 기억 소자를 플랫 밴드 에너지 밴드 다이어그램(flat band energy band diagram)을 나타내는 도면들이다. 7A to 7C are diagrams illustrating a flat band energy band diagram of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자를 갖는 전자 시스템을 나타내는 블럭도이다.8 is a block diagram illustrating an electronic system having a nonvolatile memory device according to example embodiments.

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자를 갖는 메모리 카드를 나타내는 블럭도이다.9 is a block diagram illustrating a memory card having a nonvolatile memory device according to example embodiments.

Claims (16)

반도체 기판 상에 형성된 터널 절연막;A tunnel insulating film formed on the semiconductor substrate; 상기 터널 절연막 상에 형성된 전하 저장막;A charge storage layer formed on the tunnel insulating layer; 상기 전하 저장막 상에 형성된 블로킹 절연막; 및A blocking insulating film formed on the charge storage film; And 상기 블로킹 절연막 상에 형성된 제어 게이트 전극을 포함하되,It includes a control gate electrode formed on the blocking insulating film, 상기 블로킹 절연막은 연속적으로 적층된 제1 블로킹 절연막, 제2 블로킹 절연막, 및 제3 블로킹절연막을 포함하되,The blocking insulating film includes a first blocking insulating film, a second blocking insulating film, and a third blocking insulating film that are sequentially stacked, 상기 제 2 블로킹 절연막의 에너지 밴드갭은 상기 제1 블로킹 절연막 및 상기 제3 블로킹 절연막의 에너지 밴드갭 보다 큰 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억 소자.The energy band gap of the second blocking insulating film is greater than the energy band gap of the first blocking insulating film and the third blocking insulating film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전하 저장막은 전하 트랩 자리를 보유하는 절연체 또는 도전성 플로팅 게이트인 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자.And the charge storage layer is an insulator or a conductive floating gate that holds charge trap sites. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2 블로킹 절연막의 유전율이 상기 제1 블로킹 절연막 및 상기 제3 블로킹 절연막의 유전율보다 작은 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자.And a dielectric constant of the second blocking insulating layer is smaller than that of the first blocking insulating layer and the third blocking insulating layer. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2 블로킹 절연막의 트랩밀도가 상기 제1 블로킹 절연막 및 상기 제3 블로킹 절연막의 트랩 밀도보다 작은 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자.And a trap density of the second blocking insulating film is smaller than a trap density of the first blocking insulating film and the third blocking insulating film. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 블로킹 절연막은 The blocking insulating film 상기 제3 블로킹 절연막 상에 에너지 밴드갭이 다른 물질이 교번되도록 적어도 하나의 제4 블로킹 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자. And at least one fourth blocking insulating layer on the third blocking insulating layer such that materials having different energy band gaps are alternated. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1 블로킹 절연막 및 상기 제3 블로킹 절연막은 금속산화막, 금속질화막, 및 금속산화질화막 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자.And the first blocking insulating film and the third blocking insulating film include at least one of a metal oxide film, a metal nitride film, and a metal oxynitride film. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2 블로킹 절연막은 실리콘 산화막, 금속산화막, 금속질화막,및 금속산화질화막 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자.And the second blocking insulating film includes at least one of a silicon oxide film, a metal oxide film, a metal nitride film, and a metal oxynitride film. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전하 저장막은 실리콘 질화막, 금속퀀텀돗, 실리콘 퀀텀돗, 금속, 고도핑된 실리콘, 도핑된 게르마늄 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자. And the charge storage layer comprises at least one of a silicon nitride layer, a metal quantum dot, a silicon quantum dot, a metal, a heavily doped silicon, and a doped germanium. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 플로팅 게이트는 N 형 도전형의 폴리 실리콘, P형 도전형의 폴리 실리콘, 금속, 도핑된 게르마늄 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자The floating gate includes at least one of an N-type conductive polysilicon, a P-type conductive polysilicon, a metal, and a doped germanium. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 금속은 순수한 금속 및 금속혼합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자.And said metal comprises at least one of a pure metal and a metal mixture. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제어 게이트 전극은 The control gate electrode 차례로 적층된 베리어 금속 및 높은 일함수 금속의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자.A nonvolatile memory device comprising a barrier metal and a high work function metal stacked one after another. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 높은 일함수 금속은 일함수가 4.5 eV이상인 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자.The high work function metal has a work function of 4.5 eV or more. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 베리어 금속은 상기 높은 일함수 금속과 상기 블로킹 절연막 사이에 반응을 저지하는 금속질화막, 실리콘질화막, 이들의 조합 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자. And the barrier metal includes at least one of a metal nitride film, a silicon nitride film, and a combination thereof that prevents a reaction between the high work function metal and the blocking insulating film. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제어 게이트 전극은 상기 베리어 금속 과 상기 블로킹 절연막 사이에 개재된 고일함수 금속 및 도핑된 폴리실리콘 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억소자.And the control gate electrode further comprises at least one of a high work function metal and a doped polysilicon interposed between the barrier metal and the blocking insulating layer. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제어 게이트 전극은 차례로 적층된 도핑된 실리콘 및 금속, 순수한 금속, 및 금속함유물 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 비휘발성 기억소자.And the control gate electrode comprises at least one of doped silicon and a metal, a pure metal, and a metal containing one after another. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 블로킹 절연막은 상기 제3 블로킹 절연막과 같은 물질로 에너지 밴 드갭이 같은 것을 특징으로 하는 비휘발성 기억 장치.And the first blocking insulating layer is made of the same material as the third blocking insulating layer, and has the same energy band gap.
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