(57)【要約】【課題】導電性金属ラインのスイッチング動作だけでもデータを読み書き可能な非揮発性メモリ素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】所定の間隔で互いに平行に形成された複数個のワードライン２０、７０と、複数個のワードライン２０、７０間を通過しながら一方のワードラインへ曲がっているビットライン５０と、ビットライン５０の一側に隣接するワードラインとビットライン５０との間で絶縁されて形成され、曲がっているビットライン５０を静電気的に固定するための電荷をトラッピングするトラップサイト３０と、を備える。【選択図】図１
2008042170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で一方向に互いに平行に形成された複数個のワードラインと、
前記複数個のワードライン間を通過しながら前記複数個のワードラインに対しいずれかの一方向に曲げられて形成されたビットラインと、
前記ビットラインの一側に隣接する前記ワードラインと前記ビットラインとの間で絶縁されて形成され、一側に曲げられた前記ビットラインを静電気的に固定可能な所定の電荷をトラッピングさせるトラップサイトと、
を備えることを特徴とする非揮発性メモリ素子。
【請求項２】
前記複数個のワードラインのうちいずれかの１つが形成される基板と、
前記基板上に形成されるワードライン上で所定間隔の空隙を有し、他のいずれかのワードラインを浮揚させるために前記基板上で前記他のいずれかのワードラインの側面を支持するように形成された第１層間絶縁膜と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項３】
前記第１層間絶縁膜は、前記複数個のワードラインから露出する前記ビットラインの上部に形成され、前記複数個のワードライン及び前記第１層間絶縁膜から前記基板が露出するトレンチを有することを特徴とする請求項２に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項４】
前記第１層間絶縁膜は前記ビットラインの上部に接触されて形成され、前記複数個のワードラインの縁部両側の前記トラップサイトの側壁に隣接する前記ビットラインと所定距離だけ離隔される前記空隙を有することを特徴とする請求項３に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項５】
前記複数個のワードライン間の前記空隙と、前記第１層間絶縁膜と前記ビットラインとの間の前記空隙の内部には形成されず、前記トレンチから露出する前記基板上に形成された第２層間絶縁膜を備えることを特徴とする請求項４に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項６】
前記第１層間絶縁膜は、前記ビットラインと前記ビットラインとの間の前記基板上に形成され、前記ビットラインの上部及び前記ビットラインの側面上部を開放させるトレンチを有することを特徴とする請求項２に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項７】
前記複数個のワードライン間の前記空隙内部には形成されず、前記トレンチから露出する前記ビットラインの上部及び前記ビットラインの側面を埋立るように形成される第２層間絶縁膜を備えることを特徴とする請求項６に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項８】
前記トラップサイトは、第１シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及び第２シリコン酸化膜が積層された構造であることを特徴とする請求項１に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項９】
前記トラップサイトは、第１シリコン酸化膜、ポリシリコン膜、及び第２シリコン酸化膜が積層された構造であることを特徴とする請求項１に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項１０】
所定の平坦面を有する基板と、
前記基板上で所定の厚さを有し一方向に形成された第１ワードラインと、
前記第１ワードラインの上部で所定の空隙を有するように浮揚されて前記第１ワードラインと平行な方向に形成された第２ワードラインと、
前記第２ワードラインを浮揚させるために前記第１ワードラインの側面において前記基板上で所定の高さを有し、前記第２ワードラインの側面を支持するように形成された第１層間絶縁膜と、
前記第１層間絶縁膜と前記基板との間に形成され、前記第１ワードライン及び前記第２ワードラインが交差する部分で前記空隙の内部に挿入され、所定の条件で前記第１ワードラインまたは前記第２ワードラインに近接する垂直方向に曲げられるように形成されたビットラインと、
前記ビットライン下部の前記第１ワードライン上に積層されて形成され、前記第１ワードライン方向に曲げられている前記ビットラインを静電気的に固定可能に所定の電荷をトラッピングさせるトラップサイトと、
を備えることを特徴とする非揮発性メモリ素子。
【請求項１１】
前記基板は、所定強さ以上の可撓性を有する絶縁基板または半導体基板からなることを特徴とする請求項１０に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項１２】
前記第１ワードラインまたは前記第２ワードラインは、金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、ケイ化タングステン、チタン、窒化チタン、タンタル、ケイ化タンタルからなる導電性金属材質と、導電性不純物でドーピングされた結晶シリコン又はポリシリコン材質を含むことを特徴とする請求項１０に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項１３】
前記第１層間絶縁膜は、シリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜を含むことを特徴とする請求項１０に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項１４】
前記第１層間絶縁膜は、前記複数個のワードラインから露出する前記ビットライン上部に形成され、前記複数個のワードライン及び前記第１層間絶縁膜から前記基板が露出するトレンチを有することを特徴とする請求項１０に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項１５】
前記ビットラインは、前記第１ワードライン及び前記トラップサイトを中心に置き縁部両側が前記基板上に固定され、前記第１ワードライン及び前記トラップサイトを覆い、前記第１ワードライン及び前記トラップサイトの側面に対応する前記ビットライン上に形成される前記第１層間絶縁膜との間に所定の距離が形成される空隙を有することを特徴とする請求項１４に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項１６】
前記第１層間絶縁膜は、前記ビットラインと前記ビットラインの間の前記基板上に形成され、前記ビットラインの上部及び前記ビットラインの側面上部を開放させるトレンチを有することを特徴とする請求項１０に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項１７】
前記トレンチを埋立る第２層間絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項１８】
前記第２層間絶縁膜は、シリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜を含むことを特徴とする請求項１５に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項１９】
前記ビットラインは、チタン、窒化チタン、または炭素ナノチューブ材質を有することを特徴とする請求項１０に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項２０】
前記トラップサイトは、前記第１ワードライン上で積層された第１シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及び第２シリコン酸化膜が積層された構造であることを特徴とする請求項１０に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項２１】
前記トラップサイトは、第１シリコン酸化膜、ポリシリコン膜、及び第２シリコン酸化膜の構造であることを特徴とする請求項１０に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項２２】
前記ポリシリコン膜は、導電性不純物でドーピングされることを特徴とする請求項２１に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項２３】
前記ビットラインは、前記第１ワードライン及び前記トラップサイトの外郭の前記基板上で前記第１ワードライン及び前記トラップサイトの上部に浮揚されるアーチ形状に形成されることを特徴とする請求項１０に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項２４】
前記トラップサイトに接触する前記ビットラインの位置と、前記トラップサイトから分離されて離隔される前記ビットラインの位置とを区分して、前記第２ワードラインと前記ビットラインとの間のそれぞれの距離に対応する情報を獲得することを特徴とする請求項１０に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項２５】
前記トラップサイトに近接または接触する前記ビットラインと前記第２ワードラインとの間に誘導される電場の大きさに比例する第１電位と、前記トラップサイトから分離されて離隔されるビットラインと前記第２ワードラインとの間に誘導される電場の大きさに比例する第２電位と、に対応する情報を獲得することを特徴とする請求項２４に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項２６】
前記第１電位は、前記第２電位に比べ小さい値を有することを特徴とする請求項２５に記載の非揮発性メモリ素子
【請求項２７】
前記トラップサイトにトンネリングされた電荷と前記ビットラインから誘導される電荷との間に加わるクーロン力によって互いの接触を維持することを特徴とする請求項２４に記載の非揮発性メモリ素子。
【請求項２８】
基板上に所定線幅を有する第１ワードライン及びトラップサイトを形成する段階と、
前記第１ワードライン及び前記トラップサイトの上部に第１犠牲膜を形成する段階と、
前記第１犠牲膜上で前記第１ワードライン及び前記トラップサイトを横切るビットラインを形成する段階と、
前記ビットラインが形成された前記第１犠牲膜及び前記第１犠牲膜の上部の前記ビットライン上部に第２犠牲膜を形成する段階と、
前記第２犠牲膜の上部で前記第１ワードライン及び前記トラップサイトと平行な方向に第２ワードラインを形成する段階と、
前記第２ワードラインから露出する前記ビットラインの上部に第１層間絶縁膜を形成して前記ビットラインの両側の前記基板と前記第２犠牲膜とを選択的に露出させる段階と、
前記第１層間絶縁膜、前記ビットライン、及び前記第２ワードラインから露出する前記第２犠牲膜及び第１犠牲膜を除去して前記第１ワードラインと前記第２ワードラインとの間に空隙を形成し、前記ビットラインが前記空隙の内部を通過するように形成する段階と、
を含むことを特徴とする非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項２９】
前記第１ワードライン及び前記トラップサイトは、前記基板上で積層されて、１つのフォトレジストパターンを食刻マスクとして用いて乾式食刻方法によりパターニングすることにより、互いに同一または類似な線幅を有するように形成することを特徴とする請求項２８に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項３０】
前記第１犠牲膜は、前記基板上で前記第１ワードライン及び前記トラップサイトの上部と及び側面を覆うように形成することを特徴とする請求項２８に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項３１】
前記ビットラインは、前記基板上で前記第１ワードラインと垂直な方向に配列され、前記第１ワードラインと交差する部分において前記第１犠牲膜の上部に突出するように形成されることを特徴とする請求項２８に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項３２】
前記第２犠牲膜は、前記第１犠牲膜及び前記第１犠牲膜上の前記ビットラインの上部と側面を覆うように形成することを特徴とする請求項２８に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項３３】
前記第２ワードラインは、前記第１層間絶縁膜の形成の以後にダマシン工程を用いて形成することを特徴とする請求項２８に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項３４】
前記ダマシン工程は、
前記第２犠牲膜の上部に前記第１層間絶縁膜を形成する段階と、
前記第１ワードライン及び前記トラップサイトに対応する前記第１層間絶縁膜を露出させるフォトレジストパターンを食刻マスクとして使用する乾式食刻方法を通じて前記第２犠牲膜を選択的に露出させる段階と、
前記第２犠牲膜及び前記第１層間絶縁膜の上部に導電性金属層を形成する段階と、
前記第１層間絶縁膜が露出するように前記導電性金属層を平坦化して前記第２ワードラインを形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項３３に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項３５】
前記導電性金属層は、化学的機械的研磨方法を用いて平坦化することを特徴とする請求項３４に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項３６】
前記導電性金属層は、銅を含むことを特徴とする請求項３４に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項３７】
前記第２犠牲膜及び前記第２ワードラインは、前記トラップサイト及び前記第１ワードラインに対応する前記第１犠牲膜及び前記第１犠牲膜の上部のビットライン上で互いに同一または類似な線幅を有するように形成されていることを特徴とする請求項２８に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項３８】
前記第２犠牲膜及び前記第２ワードラインは、前記ビットラインが形成された基板上に前記第２犠牲膜及び導電性金属層が積層され、前記第１ワードライン及びトラップサイト上部の前記第２犠牲膜及び前記導電性金属層を遮蔽するフォトレジストパターンを食刻マスクとして使用する乾式食刻方法により前記第２犠牲膜及び前記導電性金属層を除去し、前記第１犠牲膜及び前記第１犠牲膜の上部のビットライン上で積層される構造として形成されることを特徴とする請求項３７に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項３９】
前記第１層間絶縁膜は、前記第２犠牲膜及び前記第２ワードラインよりも先に形成することを特徴とする請求項２８に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項４０】
前記第２犠牲膜は、前記第１層間絶縁膜の形成の以後にダマシン工程を用いて形成し、前記第２ワードラインは前記第２犠牲膜上に形成することを特徴とする請求項３９に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項４１】
前記ダマシン工程は、
前記第１犠牲膜及び前記ビットラインの上部に所定厚さを有する前記第１層間絶縁膜を形成する段階と、
前記第１ワードライン及び前記トラップサイトに対応する前記第１層間絶縁膜を露出させるフォトレジストパターンを食刻マスクとして使用する乾式食刻方法を通じて前記第１犠牲膜及び前記ビットラインを選択的に露出させる段階と、
前記第１犠牲膜、前記ビットライン、及び前記第１層間絶縁膜の上部に第１犠牲膜を形成する段階と、
前記第１層間絶縁膜が露出するように前記第１犠牲膜を平坦化する段階と、
を含むことを特徴とする請求項４０に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項４２】
前記ビットラインの両側の前記基板と前記第２犠牲膜は、前記ビットラインとの間の前記基板及び前記第２犠牲膜上部の第１層間絶縁膜が除去されるトレンチから露出することを特徴とする請求項２８に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項４３】
前記トレンチは、前記ビットライン上部及び前記第１ワードライン上部を除いた前記第１層間絶縁膜の一部が除去されて前記第２犠牲膜及び前記基板の一部表面が露出するように形成されるホールを含むことを特徴とする請求項４２に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項４４】
前記トレンチは、前記ビットラインよりも拡張された線幅を有し、前記ビットライン上部の前記第１層間絶縁膜が除去されて前記第２犠牲膜の上部または側壁を露出させるように形成することを特徴とする請求項４２に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項４５】
前記トレンチから露出する前記第２犠牲膜及び前記第１犠牲膜が除去された以後、前記トレンチを埋没させる第２層間絶縁膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項４２に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項４６】
前記第２層間絶縁膜は、物理的気相蒸着方法、化学的気相蒸着方法、分子ビーム蒸着方法、液体相蒸着方法により形成されるシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、または有機ＥＬを含むことを特徴とする請求項４５に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項４７】
前記第１犠牲膜及び前記第２犠牲膜は、等方性食刻特性を有する湿式食刻方法または乾式食刻方法を用いて除去することを特徴とする請求項２８に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項４８】
前記第１犠牲膜及び前記第２犠牲膜がポリシリコン材質からなる場合、前記湿式食刻方法に使用される食刻溶液は硝酸、フッ酸、及び酢酸からなる強酸に脱イオン水が所定の濃度で混合された混合溶液を含むことを特徴とする請求項４７に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項４９】
前記第１犠牲膜及び前記第２犠牲膜がポリシリコン材質からなる場合、前記乾式食刻方法に使用される反応ガスはＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ４Ｆ６のいずれかからなるガスまたはこれらの混合ガスを含むことを特徴とする請求項４７に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項５０】
前記ビットライン及び前記第２ワードラインが同一または類似な金属層からなる場合、前記ビットラインが形成された前記基板の全面にシリコン酸化膜からなる第３層間絶縁膜を形成し、前記第２犠牲膜が露出するように前記第３層間絶縁膜を平坦化し、前記第２ワードラインを形成する段階を含むことを特徴とする請求項２８に記載の非揮発性メモリ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非揮発性メモリ素子及びその製造方法に係るもので、詳しくは導電性金属ラインのスイッチング動作だけでもデータをライト並びにリードすることができる非揮発性メモリ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、データを貯蔵するために使用されるメモリ素子は揮発性メモリ素子と非揮発性メモリ素子とに大別される。メモリ素子においてＤＲＡＭ及びＳＲＡＭなどに代表される揮発性メモリ素子は、データの入出力動作は速いものの、電源供給の中断に従い貯蔵されたデータが消失されるという特性がある。反面、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭなどに代表される非揮発性メモリ半導体素子は、データの入出力動作は遅いものの、電源供給が中断された場合にも貯蔵されたデータがそのまま維持されるという特性がある。
【０００３】
一方、このような従来のメモリ素子はＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）技術を根幹とするＭＯＳＦＥＴを基本的に採用してなされてきた。例えば、シリコン材質の半導体基板上で積層される構造のスタックゲート型トランジスタメモリ素子と、前記半導体基板の内部に埋立される構造のトレンチゲート型トランジスタメモリ素子とが開発されている。しかし、前記ＭＯＳＦＥＴは、短チャンネル効果を防ぐためにチャンネルの幅と長さを所定以上にしなければならず、前記チャンネル上のゲート電極と前記半導体基板との間に形成されるゲート絶縁膜の厚さが極度に薄くなるという根本的な問題点のため、ナノ級超微細構造のメモリ素子の具現が難しい。
【０００４】
このため、ＭＯＳＦＥＴを代替可能な構造のメモリ素子に対する研究が活発になされている。最近では半導体技術が応用されて発展したマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro Electro-Mechanical System）技術が台頭している。この中で特許文献１には炭素ナノチューブの採用されたメモリ素子が水平に配列されたナノ組織物を有する素子及びその方法が提示されている。
【０００５】
以下、図面を参照して従来技術によるメモリ素子を説明する。
図１３は従来技術によるメモリ素子を示す断面図である。
図１３に示すように、従来のメモリ素子は、所定の間隔を置いて一方向に平行に形成された下部電極１１２及び上部電極１６８と、前記下部電極１１２及び上部電極１６８の間で離隔して通過し、前記下部電極１１２または上部電極１６８から離れるかあるいは接触して所定のデータを貯蔵するように形成されたナノチューブ片１５４と、を含んで構成される。
【０００６】
ここで、前記下部電極１１２は、半導体基板上の第１層間絶縁膜に形成された空洞を埋め立てて形成される。例えば、前記下部電極１１２は導電性金属または半導体材質からなる。
前記上部電極１６８は、前記下部電極１１２上で前記下部電極１１２より一定の空隙１７４を有するように設計される。このとき、前記上部電極１６８は、前記第１層間絶縁膜１７６上に形成された第２層間絶縁膜（図示せず）により支持されるように形成される。
【０００７】
前記ナノチューブ片１５４は、前記下部電極１１２と前記上部電極１６８との間に形成された前記空隙１７４の中心を通過し、所定の条件で前記下部電極１１２または前記上部電極１６８に接触するように形成される。例えば、前記ナノチューブ片１５４は、前記下部電極１１２の両側縁部の前記第１層間絶縁膜１７６上に形成される窒化膜の上部に据え置かれて前記下部電極１１２から所定の高さを有して浮揚されるように形成される。また、ナノチューブ片１５４は、前記ナノチューブ片１５４に印加される電荷と反対の電荷が印加される前記下部電極１１２または前記上部電極１６８の方向に曲げられて接触する。前記ナノチューブ片１５４を前記下部電極１１２に接触するようにする場合、前記下部電極１１２に対向する前記上部電極１６８には前記ナノチューブ片１５４に印加される電荷と同一の電荷が印加される。以後、前記ナノチューブ片１５４が前記下部電極１１２に継続して接触するためには前記下部電極１１２に所定の電荷が印加されなければならない。勿論、前記ナノチューブ片１５４は前記上部電極１６８に接触する場合、前記ナノチューブ片１５４に印加される電荷と反対の電荷が前記上部電極１６８に印加され、前記ナノチューブ１５４に印加される電荷と同一の電荷が前記下部電極１１２に印加される。
【０００８】
そこで、従来技術によるメモリ素子は、ナノチューブ片１５４が下部電極１１２と上部電極１６８との間に浮かんでいる状態と前記下部電極１１２または上部電極１６８に接触した状態とで、それぞれ対応される１ビットに該当するデータを貯蔵することができる。
【０００９】
【特許文献１】米国公開特許第２００４／０１８１６３０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
然るに、従来技術によるメモリ素子は以下のような問題点がある。
第一に、従来のメモリ素子は、下部電極１１２または上部電極１６８にナノチューブ片１５４が接触した状態を維持させるため、前記ナノチューブ片１５４と接触する前記下部電極１１２または前記上部電極１６８及び前記ナノチューブ片１５４に所定の電荷を連続的に供給しなければならず、待機電力の消費が増加するとともに、前記電荷の供給が中断される場合に前記ナノチューブ片１５４の接触によって所定の情報が記録された状態を維持することができないため、非揮発性メモリ素子を具現することができなかった。
【００１１】
第２に、従来のメモリ素子は、所定の情報が記録されたナノチューブ片１５４が形成された半導体基板を一方向に曲げた場合、下部電極１１２または上部電極１６８に接触するナノチューブ片１５４が水平方向に荷重を受けて離れて、前記ナノチューブ片１５４の接触によって記録された情報が損失されるおそれがあるため、シリコン材質の半導体基板のような平板を固定された基板として使用しなければならないという空間的な制約が発生する。その結果、外部からの衝撃に敏感となり、容易に損傷し、生産性が落ちるという問題点があった。
【００１２】
第３に、従来のメモリ素子は、下部電極１１２または上部電極１６８に接触するナノチューブ片１５４が分離される場合、導電性金属材質で形成された下部電極１１２または上部電極１６８とナノチューブ片１５４との間でファンデル・ワールス力が作用して互いに分離されずに情報が明確に記録されないことがあり、メモリ素子の信頼性が落ちるという問題点があった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、所定の記録された情報を維持させるための待機電力の消費量を減少し、外部から供給される電荷がなくても所定の情報が消失されず、生産性を増大または極大化することができる非揮発性メモリ素子を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、メモリ素子が構成される基板を曲げることにより空間的な制約を減らし、外部から与えられる衝撃による損傷を最小化して生産性を増大または極大化することができる非揮発性メモリ素子を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、導電性金属材質の接触に左右される情報の記録を明らかにしてメモリ素子の信頼性を増大または極大化することができる非揮発性メモリ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような目的を達成するために本発明の非揮発性メモリ素子は、所定の間隔を置いて一方向に平行に形成された複数個のワードラインと、前記複数個のワードラインの間を通過しながら前記複数個のワードラインに対しいずれの一方向に曲げられたビットラインと、前記ビットラインの一側に隣接する前記ワードラインと前記ビットラインの間で絶縁されて形成され、一側に曲げられた前記ビットラインを静電気的に固定させるように所定の電荷をトラッピングさせるトラップサイトと、を備えることを特徴とする。
【００１６】
ここで、前記複数個のワードラインのうちいずれか１つが形成される基板と、前記基板上に形成されるワードライン上で所定間隔の空隙を有し、残りの１つのワードラインを浮揚させるために前記基板上で前記残りの１つのワードラインの側面を支持するように形成された第１層間絶縁膜と、をさらに備えることを特徴とする。
また、前記トラップサイトは、第１シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及び第２シリコン酸化膜が積層された構造を有するか、または第１シリコン酸化膜、ポリシリコン膜、及び第２シリコン酸化膜が積層された構造を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の非揮発性メモリ素子は、所定の平坦面を有する基板と、前記基板上で所定の厚さを有して一方向に形成された第１ワードラインと、前記第１ワードラインの上部で所定の空隙を有するように浮揚されて前記第１ワードラインと平行な方向に形成された第２ワードラインと、前記第２ワードラインを浮揚させるために前記第１ワードラインの側面の前記基板上で所定の高さを有し前記第２ワードラインの側面を支持するように形成された第１層間絶縁膜と、前記第１層間絶縁膜と前記基板との間にそって形成され、前記第１ワードライン及び前記第２ワードラインが交差する部分で前記空隙の内部に挿入され、所定の条件で前記第１ワードラインまたは前記第２ワードラインに近接する垂直方向に屈折されるように形成されたビットラインと、前記ビットラインの下部の前記第１ワードライン上に積層されて形成され、前記第１ワードライン方向に屈折される前記ビットラインを静電気的に固定できるように所定の電荷をトラッピングさせるトラップサイトと、を備える非揮発性メモリ素子である。
【００１８】
ここで、前記基板は、所定強さ以上の可撓性を有する絶縁基板または半導体基板を含み、前記第１ワードラインまたは前記第２ワードラインは金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、ケイ化タングステン、チタン、ケイ化チタン、タンタル、ケイ化タンタルのような導電性金属材質と、導電性不純物でドーピングされた結晶シリコンまたはポリシリコン材質を含むことが好ましい。
【００１９】
また、前記第１層間絶縁膜はシリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜を含み、前記第１層間絶縁膜は前記複数個のワードラインから露出する前記ビットライン上部に形成され、前記複数個のワードライン及び前記第１層間絶縁膜により前記基板が露出するトレンチを有することが好ましい。
前記ビットラインは前記第１ワードライン及び前記トラップサイトを中心に置いて縁部の両側が前記基板上に固定され、前記第１ワードライン及び前記トラップサイトを覆い、前記第１ワードライン及び前記トラップサイトの側面に対応される前記ビットライン上に形成される第１層間絶縁膜と所定の距離を置いて空いた空間を有し、チタン、窒化チタン、または炭素ナノチューブ材質を有することが好ましい。
【００２０】
前記トラップサイトは、前記第１ワードライン上で積層された第１シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及び第２シリコン酸化膜が積層された構造を有するのが好ましい。
前記トラップサイトに接触される前記ビットラインの位置と、前記トラップサイトから分離されて離隔される前記ビットラインの位置とを区分して、前記第１ワードラインと前記ビットラインとの間のそれぞれの距離に対応される情報を獲得し、前記トラップサイトに近接または接触される前記ビットラインと前記第２ワードラインとの間に誘導される電場の大きさに比例する第１電位と、前記トラップサイトから分離されて離隔されるビットラインと前記第２ワードラインとの間に誘導される電場の大きさに比例する第２電位に対応される情報を獲得するのが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明の非揮発性半導体メモリ素子の製造方法は、基板上に所定の線幅を有する第１ワードライン及びトラップサイトを形成する段階と、前記第１ワードライン及び前記トラップサイト上部に第１犠牲膜を形成する段階と、前記第１犠牲膜上で前記第１ワードライン及び前記トラップサイトを横切るビットラインを形成する段階と、前記ビットラインが形成された前記第１犠牲膜及び前記第１犠牲膜上部の前記ビットライン上部に第２犠牲膜を形成する段階と、前記第２犠牲膜の上部で前記第１ワードライン及び前記トラップサイトと平行な方向に第２ワードラインを形成する段階と、前記第１ワードラインから露出する前記ビットラインの上部に第１層間絶縁膜を形成して前記ビットライン両側の前記基板と前記第２犠牲膜を選択的に露出させる段階と、前記第１層間絶縁膜、前記ビットライン、及び前記第２ワードラインから露出する前記第２犠牲膜と第１犠牲膜を除去して前記第１ワードラインと前記第２ワードラインの間に空間を形成させ、前記ビットラインが前記空間の内部を通過するように形成する段階と、を含むことを特徴とする。
【００２２】
ここで、前記第１犠牲膜及び第２犠牲膜は等方性食刻特性を有する湿式食刻方法または乾式食刻方法を用いて除去し、前記第１犠牲膜及び前記第２犠牲膜がポリシリコン材質でなる場合、前記湿式食刻方法に使用される食刻溶液は前記硝酸、フッ酸、及び酢酸のような強酸に脱イオン水が所定の濃度で混合された溶液を含むのが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、平行な方向にライトワードラインに印加される電荷をトンネリングさせてトラップされるようにし、トラップされた前記電荷を用いてビットラインの曲げられた状態を持続させるトラップサイトを備えている。そのため、所定の情報を貯蔵するために印加されるべき待機電力の消費を減らし、前記ライトワードラインを通じて供給される電荷なしにも所定の情報が損失されないようにする。したがって、生産性の増大または極大化が可能であるとの効果がある。
【００２４】
また、垂直方向に移動されながらビットラインと接触され、前記ビットラインを絶縁させるように形成されたトラップサイトを備えて、前記ビットラインと前記トラップサイトとが接触したかどうかに対応する情報の記録と除去を明らかにすることにより、信頼性を増大または極大化できるとの効果がある。
【００２５】
そして、上下に移動されるビットラインが基板から所定の段差を有して突出された構造を有するように形成されて、前記基板が撓まれるかまたは曲げられても前記ビットラインが断線されず、外部から加えられた衝撃による損傷を最小化することにより、生産性を増大又は極大化できるとの効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図を参照して本発明の実施例による非揮発性メモリ素子及びその製造方法を詳しく説明する。本発明は以下に開示される実施例に限定されずに互いに異なった形態に具現される。但し、本実施例は本発明の開示が完全なものになるようにし、通常の知識を有したものにとっては発明の範疇を完全に知らせるために提供される。添付図においていろんな膜と領域の厚さは明瞭性のために強調され、ある層が他の層や基板上に存在すると記述されるときに他の層或いは基板と直接接しながら存在可能であり、または、その間に第３の層が存在してもよい。
【００２７】
図１は本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子を示す斜視図であり、図２は図１のＩ−Ｉ’線にそって切断した断面図であり、図３は図１のII−II’線にそって切断した断面図である。
図１から図３に示すように、本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子は、所定の間隔を置いて一方向に互いに平行なライトワードライン（例えば、第１ワードライン）２０とリードワードライン（例えば、第２ワードライン）７０とを備えている。ここで、前記ライトワードライン２０は、基板１０上で所定の厚さを有して形成される。例えば、前記基板１０は、可撓性に優れた絶縁基板または半導体基板からなる。前記ライトワードライン２０及び前記リードワードライン７０は、導電性に優れた金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、ケイ化タングステン、チタン、窒化チタン、タンタル、ケイ化タンタルのような導電性金属材質と、導電性不純物でドーピングされた結晶シリコンまたはポリシリコン材質とからなる。また、前記リードワードライン７０は、前記ライトワードライン２０と一定距離だけ離れた空隙８４を有して浮揚して形成される。このとき、前記ライトワードライン２０及びリードワードライン７０は、それぞれ外部から印加される電荷により電場を誘導するための下部電極及び上部電極に代用することができる。前記リードワードライン７０の側面は、前記ライトワードライン２０の側面の前記基板１０及び後続のビットライン５０上に所定の段差を有して上部に形成される第１層間絶縁膜８０により支持される。前記第１層間絶縁膜８０は、シリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜からなる。
【００２８】
また、本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子は、前記ライトワードライン２０と前記リードワードライン７０との間の空隙８４の中心を通過しながら前記ライトワードライン２０方向に曲げられて形成されたビットライン５０と、前記ライトワードライン２０上で前記ビットライン５０及び前記ワードラインと絶縁されて形成され、前記ライトワードライン２０方向に曲げられる前記ビットライン５０を静電気的に固定させるように前記ライトワードライン２０または外部から印加される所定の電荷をトラッピングするトラップサイト３０と、をさらに備えている。
【００２９】
ここで、前記ビットライン５０は、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０を中心に置き両側縁部が前記基板１０上に固定され、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０を覆うように形成される。このとき、前記ビットライン５０は、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０の側壁から離隔される距離よりも、前記トラップサイト３０の上部から離隔される距離の方が小さく形成される。また、前記ビットライン５０は、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０の側面に対応する前記ビットライン５０上に形成される第１層間絶縁膜８０と所定の距離を置き空いた空間を有するように形成される。これにより、前記ビットライン５０は、ライトワードライン２０及びトラップサイト３０と、前記リードワードライン７０及び第１層間絶縁膜８０との間の空隙８４内でアーチ形状を有するように浮揚される。図示していないが、前記ビットライン５０上に形成される前記第１層間絶縁膜８０により定義されるトレンチ８２を埋め立てつつ、前記トラップサイト３０及び前記ライトワードライン２０に隣接する前記ビットライン５０の側面を覆う第２層間絶縁膜９０が形成される。前記第２層間絶縁膜９０は、前記第１層間絶縁膜８０と同様に、シリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜からなる。このとき、前記ビットライン５０は、前記トラップサイト３０と前記リードワードライン７０との間の空隙８４で垂直方向に移動可能なように所定の弾性を有する。例えば、前記ビットライン５０は、チタン、窒化チタン、または炭素ナノチューブ材質からなる。このとき、前記炭素ナノチューブは、炭素原子６個からなる六角形が互いに連結されて管形状をなし、前記管の直径が数〜数十ｎｍに過ぎない。そのため、炭素ナノチューブといわれる。また、前記炭素ナノチューブは、電気伝導度が銅と類似であり、熱伝導率は自然界で一番優れたダイアモンドと同一であり、強度は鉄鋼よりも約１００倍も優れ、炭素繊維が１％だけを変形させても切断される反面、ナノチューブは１５％を変形させても耐えられる復元力を有する。
【００３０】
前記トラップサイト３０は、前記ライトワードライン２０を通じて印加される電荷が所定薄膜の内部にトンネリングさせてトラップされるようにし、外部から供給される電荷がない場合にもトラップされた電荷を恒常的に拘束（束縛）させることができるように形成される。例えば、前記トラップサイト３０は、前記ライトワードライン２０上に形成された第１シリコン酸化膜３２、シリコン窒化膜３４、及び第２シリコン酸化膜３６が積層された「ＯＮＯ（Oxide-Nitride-Oxide）」構造を有する薄膜を含んでなる。また、前記トラップサイト３０は第１シリコン酸化膜３２、ポリシリコン膜（図示せず）、第２シリコン酸化膜３０は第１シリコン酸化膜３２、ポリシリコン膜（図示せず）、及び第２シリコン酸化膜３６が積層された構造の薄膜をさらに含んでなる。このとき、前記ポリシリコン膜は導電性不純物でドーピングされて導電性を有する。
【００３１】
前記ライトワードライン２０に所定の大きさを有する電流が印加されると、前記電流により前記第１シリコン酸化膜３２を通じてトンネリングされる電荷が前記シリコン窒化膜３４またはポリシリコン膜にトラップされる。また、前記トラップサイト３０上部の前記ビットライン５０に前記トラップ３０でトラップされた電荷と反対の極性を有する電荷が供給される場合、前記ビットライン５０は前記トラップサイト３０の方向に移動する。反面、前記トラップサイト３０上部の前記ビットライン５０に前記トラップサイト３０でトラップされた電荷と同一な極性を有する電荷が供給される場合、前記ビットライン５０は前記トラップサイト３０上部のリードワードライン７０に移動する。このとき、前記ビットライン５０の移動方向は次の数式で表現されるクーロン力（Ｆ）により表すことができる。
【００３２】
（数式）
Ｆ＝−ｋ（ｑ1×ｑ2）／ｒ2
ここで、ｋはクーロン常数であり、ｑ1はビットライン５０に印加される電荷であり、ｑ2はトラップサイト３０及びライトワードライン２０に印加される電荷である。また、ｒは前記トラップサイト３０またはライトワードライン２０とビットライン５０間の直線距離である。このようにクーロン力によると、前記ｑ1と前記ｑ2とが互いに反対の極性を有する場合、互いに引力が作用して接近する。反面、前記ｑ1と前記ｑ2とが同一な極性を有する場合、互いに斥力（repulsive force）が作用して互いに離間する。従って、前記トラップサイト３０と前記ビットライン５０とに互いに異なった極性の電荷が印加されると、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０の方向に曲げられる。このとき、前記リードワードライン７０には前記ビットライン５０に供給される電荷と同一な極性の電荷が供給されてもよい。
【００３３】
また、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０の方向に曲げられて前記トラップサイト３０に接触または近接する場合、前記トラップサイト３０と前記ビットライン５０との間の距離ｒが小さくなるので、引力として作用するクーロン力はさらに大きくなる。このとき、前記トラップサイト３０下部のライトワードライン２０に電荷が印加されなくても、前記トラップサイト３０にトラップされた電荷により前記ビットライン５０で所定の電荷が誘導されて前記ビットライン５０が屈曲されたままとなる。なぜなら、クーロン力として代表される静電気力は、一般の弾性力または復元力に比べ数万倍以上で強く作用するので、前記トラップサイト３０とビットライン５０との静電気的な結合が前記弾性力または復元力によって容易に断ち切られることはない。実際に、マイクロ以下のナノ級超微細素子の具現において、クーロンの力は距離ｒの二乗の逆数に比例する大きさを有するが、弾性力または復元力は単純距離ｒに比例する大きさを有する。従って、超微細構造の前記ビットライン５０は復元力が無視されたクーロンの力により前記トラップサイト３０の方向に移動するか、或いは前記リードワードライン７０の方向に移動するものとして表現されることができる。また、前記ライトワードライン２０及び前記ビットライン５０に供給される電荷が存在しなくても、前記トラップサイト３０にトラップされた電荷から起因される電場により前記ビットライン５０に前記トラップサイト３０の電荷と反対の電荷が誘導されて、前記トラップサイト３０と前記ビットライン５０とが近接した状態を維持することができる。さらに、前記ビットライン５０に単独で一定大きさ以下の電流が継続して供給されても、前記トラップサイト３０の電荷に起因する電場に束縛されるに従い、前記ビットライン５０がトラップサイト３０に近接した状態として持続的に維持される。
【００３４】
従って、本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子は、前記トラップサイト３０に近接または接触する前記ビットライン５０の位置と、前記トラップサイト３０から分離されて離隔された前記ビットライン５０の位置とをそれぞれ区分して、前記リードワードライン７０から１ビットに該当される情報を出力することができる。例えば、前記トラップサイト３０に近接または接触する前記ビットライン５０と前記リードワードライン７０との間に誘導される電場の大きさに比例する第１電位（第１電圧）と、前記トラップサイト３０で分離されて離隔されるビットライン５０と前記リードワードライン７０との間に誘導される電場の大きさに比例する第２電位（第２電圧）に対応する情報を出力することができる。前記第１電位は前記第２電位に比べ小さい値を有する。このとき、前記トラップサイト３０から離隔された前記ビットライン５０で所定の情報を読み取る場合、前記ビットライン５０と前記リードライト７０との間に静電気的な引力が作用して、前記ビットライン５０が前記リードワードライン７０方向に移動される。
【００３５】
従って、本発明の第１実施例によると、非揮発性メモリ素子は平行な方向にライトワードライン２０に印加される電荷をトンネリングさせてトラップされるようにし、トラップされた前記電荷を用いてビットライン５０の曲げられた状態を持続させるトラップサイト３０を備えている。これにより、所定の情報を貯蔵するために印加されるべき待機電力の消費を減らし、前記ライトワードライン２０を通じて供給される電荷がなくても所定の情報が消失しない。その結果、生産性を増大または極大化することができる。
【００３６】
一方、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０に近接する場合、前記ビットライン５０の上部が矢形状のように撓む。このとき、前記ビットライン５０は、前記トラップサイト３０の第２シリコン酸化膜３６により絶縁されているため、導電性金属成分からなるライトワードライン２０、前記トラップサイト３０の前記シリコン窒化膜３４またはポリシリコン膜に直接接触されない。従って、前記ビットライン５０と前記トラップサイト３０とは互いに絶縁されているため、従来の導電性金属の接触によるファンデルワールス力が作用せず、クーロン力のみに依存して互いに接触する。前記トラップサイト３０にトラップされた電荷と同一な極性を有する電荷が前記ビットライン５０に印加されると、互いに斥力として作用するクーロン力により前記トラップサイト３０と前記ビットライン５０とは互いに分離される。
【００３７】
従って、本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子は、垂直方向に移動しながらビットライン５０と接触し、前記ビットライン５０を絶縁するトラップサイト３０を備えている。これにより、前記ビットライン５０と前記トラップサイト３０との接触状態に対応する情報の記録と除去とを明確にすることができ、信頼性を増大または極大化することができる。
【００３８】
また、前記ビットライン５０は、前記トラップサイト３０の両側の縁部で所定の段差を有しつつ前記基板１０に接触している。そのため、前記ビットライン５０の両側縁部が遠くまたは近くなっても、前記ビットライン５０の一部が変形される可能性はあるものの、前記トラップサイト３０上部で浮揚されているため断線されない。例えば、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０に接触しているときを説明すると次のようである。まず、前記ビットライン５０の両側縁部が下部の方向に近くなるように前記基板１０が曲げられると、前記トラップサイト３０の縁部両側で上部に突出する前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０の側壁に密着する。これにより、前記ビットライン５０は切られない。このとき、前記ビットライン５０は前記トラップサイト３０の周りで弓の弦が張られるような状態に変形する。また、前記ビットライン５０の両側縁部が上部の方向に近くなるように前記基板１０が曲げられると、前記トラップサイト３０の両側で突出する前記ビットライン５０が一層高く突出するように変形し、断ち切られない。
【００３９】
そして、前記ビットライン５０が前記トラップ３０から分離されているとき、前記基板１０が曲げられた場合に以下のように説明される。前記ビットライン５０の両側縁部が上部の方向に近くなるように前記基板１０が撓むと、前記トラップサイト３０上部の前記リードワードライン７０方向に前記ビットライン５０が突出するだけであり、断ち切られない。このとき、前記ビットライン５０が前記リードワードライン７０に接触してもかまわない。また、前記ビットライン５０の両側縁部が下部の方向に近くなるように前記基板１０が曲げられると、前記トラップサイト３０に近接する。従って、ビットライン５０がトラップサイト３０から分離された状態において前記ビットライン５０の両側縁部が下部の方向に近くなるように基板１０が曲げられた場合、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０の前記第２シリコン酸化膜３６の両側角部に接触されるまで曲げられる。このとき、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０のシリコン窒化膜３４、またはポリシリコン膜にトラップされた電荷により静電気的な引力を受けるが、前記ライトワードライン２０を通じて印加される電荷がないので、トラップサイト３０に接触された状態へ変形しない。
【００４０】
従って、本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子は、上下に移動するビットライン５０が基板１０から所定の段差を有して突出する構造を有するように形成されている。そのため、前記基板１０が撓むまたは曲げられても前記ビットライン５０が断線せず、外部から与えられる衝撃による損傷を最小化できる。その結果、生産性を増大または極大化することができる。
【００４１】
以下、上述の構成の本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明する。
図４Ａ〜図６Ｊは、図１〜図３の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示す工程斜視図及び工程断面図である。ここで、図５Ａ〜図６Ｊの工程断面図は、図４Ａ〜図４Ｊの工程斜視図の切断面を順次示したものであり、工程順序の説明を明確にするために重複して示している。
【００４２】
図４Ａ、図５Ａ、及び図６Ａに示すように、本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子は、水平状態の基板１０上に導電性金属層、第１シリコン酸化膜３２、シリコン窒化膜３４、及び第２シリコン酸化膜３６をそれぞれ所定の厚さを有するように順次積層する。ここで、前記導電性金属層は後続のライトワードライン２０として形成され、前記第１シリコン酸化膜３２、前記シリコン窒化膜３４、及び前記第２シリコン酸化膜３６はトラップサイト３０として形成される。例えば、前記導電性金属層２０、第１シリコン酸化膜３２、シリコン窒化膜３４、及び第２シリコン酸化膜３６は、物理的気相蒸着方法、化学気相蒸着方法、プラズマ化学気相蒸着方法、または熱酸化方法などを通じて形成される。前記導電性金属層２０は、金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、ケイ化タングステン、チタン、窒化チタン、タンタル、ケイ化タンタルのような金属材質と、導電性不純物でドーピングされた結晶シリコンまたはポリシリコン材質とからなる。前記導電性金属層は、約１０Å〜３００Å程度の厚さを有するように形成される。また、前記第１シリコン酸化膜３２及び前記第２シリコン酸化膜３６は、それぞれ１０Å〜１００Å程度の厚さを有し、前記シリコン窒化膜３４は約３４Å〜約２００Å程度の厚さを有する。このとき、前記基板１０は、前記導電性金属層は結晶成長の方向性を有さないため、可撓度に優れた絶縁基板または半導体基板の使用が可能である。
【００４３】
図４Ｂ、図５Ｂ、及び図６Ｂに示したように、導電性金属層、第１シリコン酸化膜３２、シリコン窒化膜３４、及び第２シリコン酸化膜３６が前記基板１０で一方向に突出するようにパターニングする。ここで、一方向に突出するようにパターニングされる前記導電性金属層は、ライトワードライン２０からなり、前記第１シリコン膜３２、前記シリコン窒化膜３４、及び前記第２シリコン酸化膜３６は「ＯＮＯ」構造のトラップサイト３０からなる。例えば、前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０の形成方法は、前記第２シリコン酸化膜３６上にフォトレジストを塗布して一方向のフォトレジストパターンをパターニングし、前記フォトレジストパターンを食刻マスクとして使用して前記第２シリコン酸化膜３６、前記シリコン窒化膜３４、前記第２シリコン酸化膜３２、及び前記導電性金属層を順次食刻する。または、第１シリコン酸化膜３２、シリコン窒化膜３４、及び前記第２シリコン酸化膜３６を先にフォトレジストパターンを食刻マスクとして使用してパターニングし、パターニングされた前記第１シリコン酸化膜３２、シリコン窒化膜３４及び第２シリコン酸化膜３６を食刻マスクとして使用して前記導電性金属層２０を食刻する。
【００４４】
このとき、前記第２シリコン酸化膜３６、前記シリコン窒化膜３４、前記第１シリコン酸化膜３２、及び導電性金属層は、反応性に優れた反応ガスを用いて乾式食刻方法により非等方的に食刻される。乾式食刻方法に使用される反応ガスはＣｘＦｙ（ｘ、ｙは整数）系ガスやＣａＨｂＦｃ（ａ、ｂ、ｃは整数）系などのようなフッ化炭素系ガスを使用することができる。前記フッ化炭素系ガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ４，Ｃ２Ｈ２、Ｃ４Ｆ６などのようなガスまたはこれらの混合ガスである。また、第１シリコン酸化膜３２、シリコン窒化膜３４、及び第２シリコン酸化膜３６は乾式食刻方法によりパターンし、前記ライトワードライン２０は前記導電性金属層が湿式食刻方法により食刻される。従って、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０は所定の線幅を有するようにパターニングされて積層された構造を有する。
【００４５】
図４Ｃ、図５Ｃ、及び図６Ｃに示すように、前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０が形成された基板１０の全面に第１犠牲膜４０を形成し、前記基板１０上で露出する前記トラップサイト３０及びライトワードライン２０を覆うように第１犠牲膜４０をパターニングする。ここで、前記第１犠牲膜４０は、前記トラップサイト３０の上部で浮遊する前記ビットライン５０が下部に移動する垂直距離を定義する厚さを有するように形成される。例えば、前記犠牲膜は、化学気相蒸着方法を通じて形成されたポリシリコン材質からなり、約１０Å〜約３００Å程度の厚さを有する。また、第１犠牲膜４０は、前記基板１０の全面に形成された前記第１犠牲膜４０上で前記トラップサイト３０及びライトワードライン２０をマスキングするフォトレジストパターンを食刻マスクとして使用する乾式食刻方法によりパターニングされる。このとき、前記第１犠牲膜４０は非等方性食刻される。図示されていないが、前記第１犠牲膜４０は、前記ライトワードライン２０とトラップサイト３０縁部の両側基板１０上で所定距離以上だけ拡張されるように形成されてもかまわない。
【００４６】
図４Ｄ、図５Ｄ、図６Ｄに示すように、一方向に形成された前記第１犠牲膜４０、トラップサイト３０、及びライトワードライン２０を横切る方向にビットライン５０を形成する。ここで、前記ビットライン５０は、前記基板１０の全面にチタンまたは窒化チタンのような導電性金属または炭素ナノチューブを形成し、前記導電性金属または前記炭素ナノチューブ上で前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０を横切る方向に所定線幅のフォトレジストパターンを形成し、前記フォトレジストパターンを食膜マスクとして使用した乾式食刻方法により前記導電性金属または炭素ナノチューブを非等方性食刻して形成される。このとき、前記チタンまたは窒化チタンのような導電性金属はスパッターリングのような物理気相蒸着方法、プラズマ強化化学気相蒸着方法または高密度プラズマ化学気相蒸着方法のような化学気相蒸着方法により形成され、前記炭素ナノチューブは電気放電方法を用いて形成される。従って、前記ビットライン５０は前記基板１０上で一方向に所定の線幅を有するように形成され、前記ライトワードライン２０と前記トラップサイト３０と前記第１犠牲膜４０とが交差する部分において所定の段差を有するアーチ形状に形成される。
【００４７】
図４Ｅ、図５Ｅ、図６Ｅに示すように、前記第１犠牲膜４０上部の前記ビットライン５０上部に第２犠牲膜６０を形成する。ここで、前記第２犠牲膜６０は、前記ビットライン５０上部に後続で形成される前記リードワードライン７０と前記ビットライン５０とを離隔させるために形成される。例えば、前記第２犠牲膜６０は、前記ビットライン５０の形成された前記基板１０の全面に所定の厚さを有するように形成され、前記第１犠牲膜４０上部の前記第２犠牲膜６０をマスキングさせるフォトレジストパターンを食膜マスクとして使用する乾式食刻方法により非等方性食刻されて形成される。前記第２犠牲膜６０は、前記第１犠牲膜４０と同一または類似な厚さを有する。例えば、前記第２犠牲膜６０は、前記第１犠牲膜４０と同様に化学気相蒸着方法により形成されたポリシリコン材質でなり、約１０Å〜３００Å程度の厚さを有する。このとき、前記化学気相蒸着方法により形成される前記第２犠牲膜６０は、前記ビットライン５０が所定の厚さ以下に形成される場合、前記ビットライン５０の段差を克服するように形成される。また、前記第２犠牲膜６０は、前記第１犠牲膜４０と互いに接触するように形成することにより、後続の工程で前記第１犠牲膜４０と共に容易に除去することができる。図示していないが、前記第２犠牲膜６０は、前記第１犠牲膜４０の両側縁部近くの基板１０上で拡張されるように形成されてもかまわない。
【００４８】
図示していないが、本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法は、前記ビットライン５０と後続で生成されるリードワードライン７０とが同一または類似な金属層からなる場合、前記リードワードライン７０のパターニング工程の際に前記ビットライン５０が食刻または除去されることを防止するため、前記ビットライン５０が形成された基板１０の全面にシリコン酸化膜からなる第３層間絶縁膜を形成している。そして、前記第２犠牲膜６０が露出するように前記第３層間絶縁膜を平坦化する段階をさらに含んでもよい。
【００４９】
図４Ｆ、図５Ｆ、図６Ｆに示すように、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０の上部に対応する前記第２犠牲膜６０上に、前記ライトワードライン２０と平行な方向にリードワードライン７０を形成する。ここで、前記リードワードライン７０は、前記ビットラインの上部で前記ビットライン５０の下部に位置する前記ライトワードライン２０と平行な方向に互いに対応するように形成される。また、前記リードワードライン７０は、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０と同一または類似な線幅を有するように形成される。例えば、前記ライトワードライン２０は、前記第２犠牲膜６０の形成された前記基板１０の全面に導電性金属層が形成され、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０上部の前記導電性金属層をマスキングするフォトレジストパターンが形成され、前記フォトレジストパターンを食刻マスクとして使用する乾式食刻方法または湿式食刻方法を通じて非等方性食刻されて形成される。また、前記リードワードライン７０は、前記ライトワードライン２０と同様に、金、銀、銅、アルミニウム、ケイ化タングステン、チタン、窒化チタン、タンタル、ケイ化タンタルのような金属材質と、導電性不純物でドーピングされた結晶シリコンまたはポリシリコン材質のような導電性金属層とからなり、約１０Å〜３００Å程度の厚さを有する。
【００５０】
図４Ｇ、図５Ｇ、図６Ｇに示すように、前記リードワードライン７０が形成された基板１０の全面に第１層間絶縁膜８０を形成する。ここで、前記第１層間絶縁膜８０は、後続の工程で前記第２犠牲膜６０及び前記第１犠牲膜４０を露出させるために形成されるトレンチ８２を定義するフォトレジストパターンが平坦面で形成されるように化学的機械的研磨方法により平坦化される。また、前記第１層間絶縁膜８０は、前記ビットライン５０を浮揚させるために後続する工程で除去される前記第２犠牲膜６０上部の前記リードワードライン７０を側面で支持させるように形成される。例えば、前記第１層間絶縁膜８０は、高密度プラズマ化学気相蒸着方法を通じて形成されるシリコン酸化膜を含んでいる。従って、前記第１層間絶縁膜８０及び前記リードワードライン７０は、順序を変えて形成することができる。前記第１層間絶縁膜８０が前記リードワードライン７０に比べ先に形成される場合、前記第２犠牲膜６０の上部に形成される前記リードワードライン７０は前記第１層間絶縁膜８０の以後にダマシン方法によっても形成することができる。
【００５１】
ここで、ダマシン方法により形成する前記第１層間絶縁膜８０及び前記リードワードライン７０の形成方法を説明する。図示していないが、まず、前記第２犠牲膜６０が形成された基板１０の全面に所定厚さを有する前記第１層間絶縁膜８０を形成し、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０の上部の前記第１層間絶縁膜８０を除去して前記第２犠牲膜６０を露出させる。このとき、前記第１層間絶縁膜８０は、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０の上部が露出するフォトレジストパターンを食刻マスクとして使用する乾式食刻方法により非等方性食刻される。また、前記第２犠牲膜６０及び前記第１層間絶縁膜８０の上部に所定厚さの導電性金属層を形成し、前記第１層間絶縁膜８０が露出するように前記導電性金属層を平坦化して前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０の上部にリードワードライン７０を形成する。このとき、前記導電性金属層は、化学的機械的研磨方法を通じて平坦化される。従って、前記第１層間絶縁膜８０及び前記リードワードライン７０は、順序にかかわらずに前記第２犠牲膜６０上に形成される。非等方性食刻特性を有する乾式食刻方法を用いて前記リードワードライン７０と前記第１層間絶縁膜８０とを順次形成する場合、前記リードワードライン７０の線幅が垂直下方に向って広くなって、前記リードワードライン７０が後続する工程で第２犠牲膜６０が除去される空隙８４の内部に落下する可能性もある。反面、前記ダマシン方法により形成される前記リードワードライン７０は、垂直下方への線幅が狭くなって、前記空隙８４の内部への落下を防止できるとの有利な面がある。例えば、前記ダマシン方法が使用される前記リードワードライン７０は銅のような前記導電性金属層からなる。
【００５２】
図４Ｈ、図５Ｈ、図６Ｈに示すように、前記リードワードライン７０及び前記ビットライン５０のそれぞれの外郭上部に形成された前記第１層間絶縁膜８０を除去して前記基板１０及び前記第２犠牲膜６０が露出するトレンチ８２を形成する。例えば、前記トレンチ８２は、前記リードワードライン７０上部及び前記ビットライン５０上部の前記第１層間絶縁膜８０を選択的に遮蔽するフォトレジストパターンを食刻マスクとして使用する乾式食刻方法により非等方性食刻されて形成される。このとき、前記フォトレジストパターンは、前記ビットライン５０上部の前記第１層間絶縁膜８０を遮蔽するように前記ビットライン５０と平行な方向を有し、前記ビットライン５０間の上部に形成された前記第１層間絶縁膜８０及び前記リードワードライン７０の一部を開口するライン形態を有するように形成されてもかまわない。また、前記乾式食刻方法は前記リードワードライン７０に比べ前記第１層間絶縁膜８０の食刻選択比が優秀な食刻反応ガスを使用することができる。前記トレンチ８２は、前記第１層間絶縁膜８０内部の前記第１犠牲膜４０及び第２犠牲膜６０を除去するために形成されるものであり、前記トレンチ８２の側壁で前記第１犠牲膜４０及び第２犠牲膜６０が露出するように形成される。このとき、前記第１犠牲膜４０は、前記第２犠牲膜６０と同一または類似な材質で形成され、後続する工程で前記第２犠牲膜６０を除去する湿式食刻によって同時に除去できる。そのため、前記第２犠牲膜６０だけが前記トレンチ８２で露出してもかまわない。従って、前記第２犠牲膜６０は、前記リードワードライン７０、前記トラップサイト３０、及び前記ライトワードライン２０の外側に拡張されて形成されるほど、前記トレンチ８２から露出する確率を高くすることができる。さらに、前記トレンチ８２は、前記ビットライン５０上部及び前記ライトワードライン２０上部を除いた前記第１層間絶縁膜８０の一部を除去して、前記第２犠牲膜６０と前記基板１０の一部表面が露出するように形成されるホールを含んでいる。
【００５３】
図４Ｉ、図５Ｉ、図６Ｉに示すように、前記トレンチ８２の側壁で露出する前記第１犠牲膜４０及び第２犠牲膜６０を除去して前記トラップサイト３０と前記リードワードライン７０との間で前記ビットライン５０が浮揚する所定の空隙８４を形成する。例えば、前記第１犠牲膜４０及び前記第２犠牲膜６０は湿式食刻方法または乾式食刻方法により前記トレンチ８２の側壁に露出する面から側面へ非等方性食刻されて除去される。ポリシリコン材質でなる前記第１犠牲膜４０及び前記第２犠牲膜６０の湿式食刻方法に使用される食刻溶液は、硝酸、フッ酸、及び酢酸のような強酸に脱イオン水が所定の濃度で混合された混合溶液でなる。また、前記乾式食刻に使用される反応ガスはＣｘＦｙ（ｘ、ｙは整数）系ガスやＣａＨｂＦｃ（ａ、ｂ、ｃは整数）系などのようなフッ化炭素系ガスを使用することができる。前記フッ化炭素系ガスはＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ４Ｆ６などのようなガス、またはこれらの混合ガスを含んでなる。非等方性食刻中に前記食刻溶液または反応ガスは、前記リードワードライン７０と前記トラップサイト３０の両側面で前記第１犠牲膜４０と前記第２犠牲膜６０を除去させながら所定の空隙８４を形成することにより、前記ビットライン５０が前記リードワードライン７０と前記トラップサイト３０との間の前記空隙８４の中心を通過するようになる。
【００５４】
また、前記食刻溶液または反応ガスは前記リードワードライン７０及び前記トラップサイト３０に隣接する前記ビットライン５０の上下段両側で前記第１犠牲膜４０と前記第２犠牲膜６０を除去して、前記ビットライン５０が前記基板１０より整列されるに従い、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０の側壁と前記第１層間絶縁膜８０との間の空隙８４にそって浮揚する。ここで、前記ビットライン５０は前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０の側壁から離隔される距離が前記トラップサイト３０の上部から離隔される距離よりも大きく形成されなければならない。その理由は、前記ビットライン５０と前記トラップサイト３０との間に誘導される電場により前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０の上部のみで選択的に接触または離隔されるように形成されなければならないからである。このとき、前記電場は前記ビットライン５０と前記トラップサイト３０との間の距離の二乗に反比例して形成され、距離が近いと大きく形成されて、前記ビットライン５０が移動する。また、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０の側壁と前記ビットライン５０との間に形成された前記第１犠牲膜４０の厚さを大きくすることにより、前記食刻溶液が前記第１犠牲膜４０を容易に食刻できる。従って、前記トラップサイト３０及び前記ライトワードライン２０の側壁と前記ビットライン５０との間の距離は前記第１犠牲膜４０の厚さにより決定され、前記第１犠牲膜４０の厚さが増加すればするほど、前記第１犠牲膜４０を食刻させる食刻溶液の浸透を容易にすることができる。
【００５５】
図４Ｊ、図５Ｊ、図６Ｊに示すように、前記トレンチ８２を埋め立てるように前記基板１０上に所定の厚さを有する第２層間絶縁膜９０を形成する。ここで、前記第２層間絶縁膜９０は、前記ビットライン５０の側面と前記リードワードライン７０の側面を通じて前記空隙８４の内部に流入しないようにする。従って、前記第２層間絶縁膜９０は、前記トレンチ８２の底部から積層されながら前記トレンチ８２の側壁に成長できないようにステップカバレッジの低い工程を通じて形成される。例えば、前記第２層間絶縁膜９０は、物理的気相蒸着方法、化学的気相蒸着方法、分子ビーム蒸着方法（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）、液体相蒸着方法（Liquid Phase Epitaxy：ＬＰＥ）により形成されるシリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、または有機ＥＬを含んでなる。このとき、前記トレンチ８２の直径が大きければ大きいほど、前記第２層間絶縁膜９０を形成するための物質を含むガスまたは流体が前記トレンチ８２の側壁を通じて前記トラップサイト３０と前記リードワードライン７０間の空隙８４内部に流入し、前記第２層間絶縁膜９０が前記空隙８４の内部で多量に形成される。従って、前記トレンチ８２が小さければ小さいほど、前記トラップサイト３０とリードワードライン７０との間の前記空隙８４の内部における前記第２層間絶縁膜９０の形成を減少させることができる。また、前記トレンチ８２が前記トラップサイト３０と前記リードワードライン７０との間の前記空隙８４から遠く離れて形成することにより、前記空隙８４における前記第２層間絶縁膜９０の形成が低減される。図示していないが、前記トレンチ８２の底部まで前記第２層間絶縁膜９０が埋没せずに前記トレンチ８２の上段を塞ぎ、前記トレンチ８２の全体が大きな空洞として形成されてもかまわない。
【００５６】
次に、前記トレンチ８２を埋没させる前記第２層間絶縁膜９０を平坦化し、前記第２層間絶縁膜９０上で他のライトワードライン２０、トラップサイト３０、ビットライン５０、及びリードワードライン７０を順次形成して多層構造の非揮発性メモリ素子を製造する。
従って、本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法は、基板１０上に所定線幅を有し一方向にライトワードライン２０及びトラップサイト３０を形成し、前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０上で所定の高さに浮揚するビットライン５０を形成し、前記ビットライン５０上で所定の空隙８４を有して前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０と同一または類似な方向に配列されるリードワードライン７０を形成して、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０との接触によって情報をライトまたはリードすることにより、生産性を増大または極大化することができる。
【００５７】
図７は本発明の第２実施例による非揮発性メモリ素子を示す斜視図であり、図８は図７のIII−III’にそって切断した断面図であり、図９は図１のIV−IV’にそって切断した断面図である。ここで、本発明の第２実施例において説明される各要部の名称は第１実施例で説明される名称と同一である場合、前記第１実施例と同一な番号を有して説明される。
【００５８】
図７〜図９に示すように、本発明の第２実施例による非揮発性メモリ素子は、所定の間隔を置き一方向に互いに平行なライトワードライン２０（第１ワードライン）及びリードワードライン７０（例えば、第２ワードライン）と、前記ライトワードライン２０と前記リードワードライン７０との間の空隙８４の中心を通過しながら前記ライトワードライン２０方向に曲げられて形成されたビットライン５０と、前記ライトワードライン２０上で前記ビットライン５０及び前記ワードラインと絶縁されて形成され、前記ライトワードライン２０方向に曲げられる前記ビットライン５０を静電気的に固定するように前記ライトワードライン２０または外部から印加される所定の電荷をトラッピングするトラップサイト３０と、を含んでいる。また、前記ライトワードライン２０上で前記空隙８４を有して浮揚する前記リードワードライン７０の側面を支持するように形成された第１層間絶縁膜８０と、前記第１層間絶縁膜８０及び前記ビットライン５０上に積層され、前記ビットライン５０が前記リードワードライン７０方向に屈折される区間を定義するように形成された第２層間絶縁膜９０と、を含んで構成される。
【００５９】
ここで、前記ライトワードライン２０は可撓性に優れた基板１０上で所定の厚さを有して形成される。また、前記リードワードライン７０は、側部に形成された第１層間絶縁膜８０及び第２層間絶縁膜９０により支持されながら、前記ライトワードライン２０と所定距離で浮揚する空隙８４を形成する。例えば、前記ライトワードライン２０及び前記リードワードライン７０は、導電性に優れた金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、ケイ化タングステン、チタン、窒化チタン、タンタル、ケイ化タンタルのような導電性金属材質と、導電性不純物でドーピングされた結晶シリコン又はポリシリコン材質とでなる。このとき、前記ライトワードライン２０及びリードワードライン７０はそれぞれ外部から印加される電荷により電場を誘導するための下部電極及び上部電極に代替することもできる。
【００６０】
前記ビットライン５０は、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０の両側で前記基板１０上に固定され、前記ライトワードライン２０と交差する中心部分において所定の間隔を置き前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０を覆うように形成される。また、前記ビットライン５０は、上部に前記リードワードライン７０の両側で前記第２層間絶縁膜９０と接触して固定され、前記リードワードライン７０と交差する中心部分において所定間隔を置き前記リードワードライン７０と互いに離隔される。
【００６１】
前記ビットライン５０は、ライトワードライン２０及びトラップサイト３０と、前記リードワードライン７０と、第１層間絶縁膜８０との間の空隙８４内でアーチ形状を有するように浮揚する。このとき、前記ビットライン５０は、前記トラップサイト３０と前記リードワードライン７０との間の空隙８４で上下に移動可能に所定の弾性を有する。例えば、前記ビットライン５０は、チタン、窒化チタン、または炭素ナノチューブなどの材質でなる。このとき、前記炭素ナノチューブは、炭素原子６個でなる六角形の模様が互いに連結されて管形状をなし、前記管の直径が数〜数十ｎｍに過ぎないので炭素ナノチューブともいわれる。また、前記炭素ナノチューブは、電気伝導度が銅と類似であり、熱伝導率は自然界で一番優れたダイアモンドと同一であり、強度は１００倍も優れ、炭素繊維が１％だけ変形されても断ち切られる反面、炭素ナノチューブは１５％も変形されても耐えられる復元力を有する。
【００６２】
前記トラップサイト３０は、前記ライトワードライン２０を通じて印加される電荷が所定薄膜の内部にトンネリングさせてトラップされるようにし、外部から供給される電荷がない場合にもトラップされた電荷を恒常的に拘束（束縛）できるように形成される。例えば、前記トラップサイト３０は、前記ライトワードライン２０上に形成された第１シリコン酸化膜３２、シリコン窒化膜３４、及び第２シリコン酸化膜３６が積層されたＯＮＯ（Oxide-Nitride-Oxide）構造を有する薄膜を含んでなる。また、前記トラップサイト３０は第１シリコン酸化膜３２、ポリシリコン膜、及び第２シリコン酸化膜３６が積層された構造の薄膜をさらに含んでなる。このとき、前記ポリシリコン膜は導電性不純物がドーピングされて導電性を有する。
【００６３】
前記ライトワードライン２０に所定の大きさを有する電流が印加されると、前記電流により前記第１シリコン酸化膜３２を通じてトンネリングされる電荷が前記シリコン窒化膜３４またはポリシリコン膜にトラップされる。また、前記トラップサイト３０上部の前記ビットライン５０に前記トラップサイト３０でトラップされた電荷と反対の極性を有する電荷が供給される場合、前記ビットライン５０は前記トラップサイト３０の方向に移動する。反面、前記トラップサイト３０上部の前記ビットライン５０に前記トラップサイト３０でトラップされた電荷と同一な極性を有する電荷が供給される場合、前記ビットライン５０は前記トラップサイト３０上部のリードワードライン７０に移動する。このとき、前記ビットライン５０の移動方向は、クーロン力（Ｆ）によって示される。
【００６４】
まず、前記ビットライン５０に印加される電荷と前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０に印加される電荷とが同一の極性である場合、前記ビットライン５０は前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０と互いに斥力が作用し互いに離間する。このとき、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０に対応する前記ビットライン５０の上側に形成された前記リードワードライン７０で前記ビットライン５０に印加される電荷と反対の極性を有する電荷が印加されて、前記ビットライン５０が前記リードワードライン７０の方向に移動するようにしてもかまわない。
【００６５】
一方、前記ビットライン５０に印加される電荷と前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０に印加される電荷とが互いに反対の極性である場合、前記ビットライン５０と前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０とは互いに引力が作用して互いに接近する。従って、前記トラップサイト３０と前記ビットライン５０とに互いに異なった極性を有する電荷が印加されると、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０の方向に曲げられる。このとき、前記リードワードライン７０には前記ビットライン５０から供給される電荷と同一な極性の電荷が供給されて、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０の方向に移動するようにしてもかまわない。
【００６６】
また、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０の方向に曲げられて前記トラップサイト３０に接触または近接する場合、前記トラップサイト３０と前記ビットライン５０との間の距離が近くなるので、引力として作用するクーロンの力はさらに大きくなる。このとき、前記クーロンの力は、前記トラップサイト３０と前記ビットライン５０との間の距離の二乗に反比例して増加する。このとき、前記トラップサイト３０下部のライトワードライン２０に電荷が印加されなくても、前記トラップサイト３０にトラップされた電荷により前記ビットライン５０が曲がったままで存在する。なぜならば、クーロンの力に代表される静電気力は、一般の弾性力または復元力に比べ数万倍以上に強く作用するため、前記トラップサイト３０とビットライン５０との静電気的な結合が前記弾性力または復元力により容易に断ち切られない。実際に、ミクロ以下のナノ級超微細素子の具現においてクーロンの力は距離二乗の逆数に比例する大きさを有するが、弾性力または復元力は単純距離に比例する大きさを有する。従って、超微細構造を有する前記ビットライン５０は、復元力を無視したクーロンの力により前記トラップサイト３０の方向に移動、または前記リードワードライン７０の方向に移動されるものとして考えることができる。また、前記ライトワードライン２０及び前記ビットライン５０に供給される電荷が存在しなくても、前記トラップサイト３０にトラップされた電荷から起因される電場により前記ビットライン５０に前記トラップサイト３０の電荷と反対の電荷が誘導されて、前記トラップサイト３０と前記ビットライン５０とが近接した状態に維持される。さらに、前記ビットライン５０単独で一定大きさ以下の電流が継続して供給されても、前記トラップサイト３０の電荷より起因される電場に束縛されて、前記ビットライン５０がトラップサイト３０に近接した状態に持続的に維持される。
【００６７】
従って、本発明の第２実施例による非揮発性メモリ素子は、前記トラップサイト３０に近接または接触する前記ビットライン５０の位置と、前記トラップサイト３０から分離されて離隔される前記ビットライン５０の位置とをそれぞれ区分して前記リードワードライン７０から１ビットに該当する情報を出力する。例えば、前記トラップサイト３０に近接または接触される前記ビットライン５０と前記リードワードライン７０との間に誘導される電場の大きさに比例する第１電位（第１電圧）及び前記トラップサイト３０から分離されて離隔するビットライン５０と前記リードワードライン７０との間に誘導される電場の大きさに比例する第２電位（第２電圧）に対応される情報が出力される。前記第１電位は前記第２電位に比べ小さい値を有する。このとき、前記トラップサイト３０から離隔された前記ビットライン５０で所定の情報を読み取る場合、前記ビットライン５０と前記リードワードライン７０の間に静電気的な引力が作用して前記ビットライン５０が前記リードワードライン７０方向に移動される。
【００６８】
従って、本発明の第２実施例による非揮発性メモリ素子は、平行な方向にライトワードライン２０に印加される電荷をトンネリングさせてトラップされるようにし、トラップされた前記電荷を用いてビットライン５０の曲げられた状態を持続させるトラップサイト３０を備えている。これにより、所定の情報を貯蔵するために印加されるべき待機電力の消費を減らし、前記ライトワードライン２０を通じて供給される電荷がなくても所定の情報が損失されない。その結果、生産性を増大又は極大化することができる。
【００６９】
一方、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０に近接する場合、前記ビットライン５０の上部が弓形状に撓む。このとき、前記ビットライン５０は前記トラップサイト３０の第２シリコン酸化膜３６により絶縁されているため、導電性金属成分からなるライトワードライン２０と前記トラップサイト３０の前記シリコン窒化膜３４またはポリシリコン膜とは直接接触しない。従って、前記ビットライン５０と前記トラップサイト３０とは互いに絶縁されているため、従来の導電性金属の接触によるファンデルワールス力が作用せず、クーロンの力のみに依存して互いに接触する。前記トラップサイト３０にトラップされた電荷を除去すると、クーロン力が除去されて前記ビットライン５０の弾性力または復元力により前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０から分離される。
【００７０】
従って、本発明の第２実施例による非揮発性メモリ素子は、垂直方向に移動しながらビットライン５０と接触し、前記ビットライン５０を絶縁するように形成されたトラップサイト３０を備えている。そのため、前記ビットライン５０と前記トラップサイト３０との接触によって情報の記録と除去を明確にすることにより、信頼性を増大または極大化することができる。
【００７１】
また、前記ビットライン５０は、前記トラップサイト３０の両側縁部で所定の段差を有し前記基板１０に接触している。従って、前記ビットライン５０の両側縁部が遠く、または近くなっても前記ビットライン５０の一部が変形される可能性はあるが、前記トラップサイト３０上部で浮揚しているので断線されない。例えば、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０に接触されている時を説明する。まず、前記ビットライン５０の両側縁部が下部の方向に近くなるように前記基板１０が撓むと、前記トラップサイト３０の両側縁部で上部に突出する前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０の側壁に密着するので、前記ビットライン５０が断ち切られない。このとき、前記ビットライン５０は前記トラップサイト３０の周りで弓の弦が引っ張られた形状を有するように変形する。また、前記ビットライン５０の両側縁部が上部の方向に近くなるように前記基板１０が撓むと、前記トラップサイト３０の両側から突出した前記ビットライン５０がもっと高く突出するように変形されて断ち切られない。
【００７２】
前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０で分離されているとき、前記基板１０が撓む場合に以下のように説明される。前記ビットライン５０の両側縁部が上部の方向に近くなるように前記基板１０が撓むと、前記トラップサイト３０の上部の前記リードワードライン７０方向に前記ビットライン５０が突出するだけで断ち切られない。このとき、前記ビットライン５０が前記リードワードライン７０に接触されてもかまわない。また、前記ビットライン５０の両側縁部が下部の方向に近くなるように前記基板１０が撓むと、前記トラップサイト３０に近接する。しかし、前記トラップサイト３０両側に対向する前記ビットライン５０の外周面を前記第２層間絶縁膜９０が固定しているので、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０に近接するのを防止できる。従って、ビットライン５０がトラップサイト３０から分離された状態において前記ビットライン５０の両側縁部が下部の方向に近くなるように基板１０が撓む場合、前記ビットライン５０が第２層間絶縁膜９０により固定されて下降される。そのため、前記トラップサイト３０に接触しないようにすることができる。このとき、前記ビットライン５０は弾性に優れた材質からなっているため、前記ビットライン５０の長さ方向に張力が発生しても断ち切られない。
【００７３】
従って、本発明の第２実施例による非揮発性メモリ素子は、上下に移動するビットライン５０が基板１０から所定の段差を有して突出された構造を有するように形成されて、前記基板１０が撓むまたは曲げられても前記ビットライン５０は断線せず、外部から加えられる衝撃による損傷を最小化することにより、生産性を増大または極大化することができる。
【００７４】
このように構成された本発明の第２実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明する。
図１０Ａ〜図１３Ｉは、図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示す工程斜視図及び工程断面図である。ここで、図１１Ａ〜図１３Ｉの工程断面図は、図１０Ａ〜図１０Ｉの工程斜視図の断面を順次示すものであり、工程順序の説明を明確にするために重複して示すこともある。
【００７５】
図１０Ａ、図１１Ａ、及び図１２Ａに示すように、本発明の第２実施例による非揮発性メモリ素子は、水平状態の基板１０上に導電性金属層、第１シリコン酸化膜３２、シリコン窒化膜３４、及び第２シリコン酸化膜３６をそれぞれ所定の厚さで順次積層する。ここで、前記導電性金属層は、後続する工程でライトワードライン２０に形成され、前記第１シリコン酸化膜３２と前記シリコン窒化膜３４と前記第２シリコン酸化膜３６とはトラップサイト３０に形成される。例えば、前記導電性金属層、第１シリコン酸化膜３２、シリコン窒化膜３４、及び第２シリコン酸化膜３６は、物理的気相蒸着方法、化学気相蒸着方法、プラズマ化学気相蒸着方法、または熱酸化方法によって形成される。前記導電性金属層は、金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、ケイ化タングステン、チタン、窒化チタン、タンタル、ケイ化タンタルのような金属材質と、導電性不純物でドーピングされた結晶シリコンまたはポリシリコン材質とからなる。前記導電性金属層は、約１０Å〜約５００Åほどの厚さで形成される。また、前記第１シリコン酸化膜３２及び前記第２シリコン酸化膜３６は、それぞれ約１０Å〜１００Åほどの厚さを有するように形成され、前記シリコン窒化膜３４は約３０Å〜約２００Åほどの厚さを有するように形成される。このとき、前記基板１０の前記導電性金属層は結晶成長の方向性を持たないため、可撓性に優れた絶縁基板または半導体基板を使用することができる。
【００７６】
図１０Ｂ、図１１Ｂ、及び図１２Ｂに示すように、導電性金属層、第１シリコン酸化膜３２、シリコン窒化膜３４、及び第２シリコン酸化膜３６が前記基板１０で一方向に突出するようにパターニングする。ここで、一方向に突出するようにパターニングされる前記導電性金属層はライトワードライン２０となり、前記第１シリコン膜３２と前記シリコン窒化膜３４と前記第２シリコン酸化膜３６は‘ＯＮＯ’構造のトラップサイト３０となる。例えば、前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０の形成方法は、前記第２シリコン酸化膜３６上にフォトレジストを塗布して一方向のフォトレジストパターンをパターニングし、前記フォトレジストパターンを食刻マスクとして用いて前記第２シリコン酸化膜３６と前記シリコン窒化膜３４と前記第１シリコン酸化膜３２と前記導電性金属層とを順次食刻する。このとき、前記第２シリコン酸化膜３６、前記シリコン窒化膜３４、前記第１シリコン酸化膜３２、及び前記導電性金属層は反応性に優れた反応ガスを用いた乾式食刻方法により非等方的に食刻される。乾式食刻方法に使用される反応ガスは、ＣｘＦｙ（ｘ、ｙは整数）系ガスやＣａＨｂＦｃ（ａ、ｂ、ｃは整数）系などのようなフッ化炭素系ガスが使用される。前記フッ化炭素系ガスはＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ４Ｆ６などのようなガスまたはこれらの混合ガスである。従って、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０は、所定の線幅を有するようにパターニングされて積層された構造である。
【００７７】
図１０Ｃ、図１１Ｃ、及び図１２Ｃに示すように、前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０が形成された基板１０の全面に第１犠牲膜４０を形成し、前記基板１０上で露出する前記トラップサイト３０及びライトワードライン２０を覆うように第１犠牲膜４０をパターニングする。ここで、前記第１犠牲膜４０は前記トラップサイト３０上で浮遊する前記ビットライン５０が下部に移動する垂直距離を定義する厚さを有するように形成される。例えば、前記犠牲膜は化学気相蒸着方法を通じて形成されたポリシリコン材質からなり、約１０Å〜約３００Åほどの厚さで形成される。また、前記第１犠牲膜４０は前記基板１０の全面に形成された前記第１犠牲膜４０上で前記トラップサイト３０及びライトワードライン２０をマスキングするフォトレジストパターンを食刻マスクとして使用する乾式食刻方法によりパターニングされる。このとき、前記第１犠牲膜４０は非等方性食刻される。図示されていないが、前記第１犠牲膜４０は前記ライトワードライン２０とトラップサイト３０縁部の両側基板１０上で所定距離以上で拡張されるように形成されてもかまわない。
【００７８】
図１０Ｄ、図１１Ｄ、図１２Ｄに示すように、一方向に形成された前記第１犠牲膜４０、トラップサイト３０、及びライトワードライン２０を横切る方向にビットライン５０を形成する。ここで、前記ビットライン５０は前記基板１０の全面にチタンまたは窒化チタンのような導電性金属または炭素ナノチューブを形成し、前記導電性金属または前記炭素ナノチューブ上で前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０を横切る方向に所定線幅のフォトレジストパターンを形成し、前記フォトレジストパターンを食刻マスクとして使用した乾式食刻方法により前記導電性金属または炭素ナノチューブを非等方性食刻して形成される。このとき、前記チタンまたは窒化チタンのような導電性金属はスパッタリングのような物理気相蒸着方法、プラズマ強化化学気相蒸着方法或いは高密度プラズマ化学気相蒸着方法のような化学気相蒸着方法により形成され、前記炭素ナノチューブは電気放電方法を用いて形成される。従って、前記ビットライン５０は前記基板１０上で一方向に所定の線幅を有するように形成され、前記ライトワードライン２０と前記トラップサイト３０と前記第１犠牲膜４０とが交差する部分において所定の段差を有するアーチ形状に形成される。
【００７９】
図１０Ｅ、図１１Ｅ、図１２Ｅに示すように、前記第１犠牲膜４０上部の前記ビットライン５０上部に第２犠牲膜６０及びライトワードライン２０を形成する。ここで、前記第２犠牲膜６０は前記ビットライン５０上部に後続の工程で形成される前記リードワードライン７０及び前記ビットライン５０を互いに離隔させるように形成される。前記リードワードライン７０は第２犠牲膜６０と同一または類似な線幅を有するように前記第２犠牲膜６０上に積層されて形成される。例えば、前記第２犠牲膜６０及び前記リードワードライン７０は以下のように形成される。まず、前記基板１０の全面に所定の厚さを有する第２犠牲膜６０と導電性金属層とを積層する。このとき、前記第２犠牲膜６０は前記第１犠牲膜４０と同様に化学気相蒸着方法により形成されたポリシリコン材質からなり、約１０Å〜約３００Åほどの厚さに形成される。また、前記導電性金属層は、化学気相蒸着方法により形成された金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、ケイ化タングステン、チタン、窒化チタン、タンタル、ケイ化タンタルのような金属材質と、導電性不純物でドーピングされた結晶シリコン又はポリシリコン材質とからなり、約１０Å〜約３００Åほどの厚さに形成される。
【００８０】
次いで、前記トラップサイト３０及び前記ライトワードライン２０に対応される部分の前記導電性金属層を遮蔽するフォトレジストパターンを形成し、前記フォトレジストパターンを食刻マスクとして使用する乾式食刻方法により前記導電性金属層及び前記シリコン酸化膜を非等方的に食刻して前記第１犠牲膜４０及び前記ビットライン５０上で一方向の第２犠牲膜６０とリードワードライン７０を形成する。このとき、前記第２犠牲膜６０及び前記リードワードライン７０は、前記第１犠牲膜４０及び前記ビットライン５０の上部で前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０と互いに平行な方向に形成される。
従って、本発明の第２実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法は、第１犠牲膜４０及びビットライン５０上で１つのフォトレジストパターンを用いて第２犠牲膜６０及びリードワードライン７０を形成することにより、それぞれ別途のフォトレジストパターンが要求される第１実施例に比べ生産性を向上させることができる。
【００８１】
図１０Ｆ、図１１Ｆ、及び図１２Ｆに示すように、前記リードワードライン７０が形成された基板１０の全面に第１層間絶縁膜８０を形成する。ここで、前記第１層間絶縁膜８０は後続の工程で形成されるトレンチ８２を定義するフォトレジストパターンが平坦面に形成されるように化学的機械的研磨方法により平坦化される。また、前記第１層間絶縁膜８０は、前記ビットライン５０を浮揚させるために後続の工程で除去される前記第２犠牲膜６０上部の前記リードワードライン７０を側面で支持するように形成される。例えば、前記第１層間絶縁膜８０は、高密度プラズマ化学気相蒸着方法を通じて形成されるシリコン酸化膜を含んでいる。前記第１層間絶縁膜８０は、前記第２犠牲膜６０及び前記リードワードライン７０とその順序を代えて形成してもよい。前記第１犠牲膜４０及びビットライン５０上に前記第１層間絶縁膜８０が先に形成される場合、前記第２犠牲膜６０はダマシン方法により形成され、前記リードワードライン７０は前記第２犠牲膜６０上で積層されパターニングされて形成される。また、前記第２犠牲膜６０が先に形成された後、前記第１層間絶縁膜８０及び前記リードワードライン７０が形成される点については第１実施例で説明したので説明を省略する。
【００８２】
一方、前記ダマシン方法により形成される前記第１層間絶縁膜８０及び前記第２犠牲膜６０の形成方法は以下のようである。図示されていないが、まず、前記第１犠牲膜４０及び前記ビットライン５０が形成された基板１０の全面に所定厚さを有する前記第１層間絶縁膜８０を形成し、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０上部の前記第１層間絶縁膜８０を除去して前記第１犠牲膜４０及び前記ビットライン５０を露出させる。このとき、前記第１層間絶縁膜８０は、前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０上部が露出するフォトレジストパターンを食刻マスクとして使用する乾式食刻方法により非等方性食刻される。また、前記第１犠牲膜４０及び前記ビットライン５０の上部及び前記第１層間絶縁膜８０の第２犠牲膜６０を形成し、前記第１層間絶縁膜８０が露出するように前記第２犠牲膜６０を平坦化する。このとき、前記第２犠牲膜６０は化学的機械的研磨方法を通じて平坦化される。
【００８３】
その後、前記第２犠牲膜６０の形成された前記基板１０の全面に導電性金属層を形成し、導電性金属層をパターニングして前記第２犠牲膜６０の上部に前記リードワードライン７０を形成する。このとき、前記リードワードライン７０は、後続する工程で下部の前記第２犠牲膜６０を容易に除去させるため、前記ビットライン５０と交差する部分において前記第２犠牲膜６０の線幅と同一または類似な線幅を有するか、或いは前記第２犠牲膜６０の線幅よりも小さい線幅を有するように形成される。また、前記リードワードライン７０は、後続する工程で前記第２犠牲膜６０が除去された後、前記ビットライン５０上で浮揚して前記第１層間絶縁膜８０により支持されるように、前記ビットライン５０の間で前記第１層間絶縁膜８０の上部まで拡張されて前記第２犠牲膜６０の線幅よりも広い線幅を有するように形成される。従って、前記第１層間絶縁膜８０、前記第２犠牲膜６０及び前記リードワードライン７０は、順序にかかわらずに前記第１犠牲膜４０及び前記ビットライン５０上で形成される。
【００８４】
図１０Ｇ、図１１Ｇ、図１２Ｇに示すように、前記ビットライン５０上部の前記第１層間絶縁膜８０を除去して、前記ビットライン５０及び該ビットライン５０近くの基板１０が露出するトレンチ８２を形成する。ここで、前記トレンチ８２は、前記ビットライン５０の線幅よりも広い線幅を有するように形成され、前記トレンチ８２の側壁で前記第１犠牲膜及び第２犠牲膜６０が露出される。例えば、前記トレンチ８２は前記ビットライン５０よりも拡張された線幅を有し、前記ビットライン５０上部の第１層間絶縁膜８０を開口させるフォトレジストパターンを食刻マスクとして使用する乾式食刻方法により非等方性食刻されて形成される。このとき、前記フォトレジストパターンは、前記ビットライン５０よりも拡張された線幅を有し、前記ビットライン５０上部の前記第１層間絶縁膜８０を開口させながら前記ビットライン５０と平行な方向を有し、前記ビットライン５０間の上部に形成された前記第１層間絶縁膜８０及び前記リードワードライン７０の一部を開口するライン形態を有するように形成されてもかまわない。また、前記乾式食刻方法は、前記リードワードライン７０に比べ前記第１層間絶縁膜８０の食刻選択比が優秀な食刻反応ガスを使用することができる。上述のように、前記トレンチ８２は、前記第１層間絶縁膜８０内部に形成された前記第１犠牲膜４０及び第２犠牲膜６０を除去するために形成されたものである。従って、前記トレンチ８２は、前記ライトワードライン２０及びリードワードライン７０と前記ビットライン５０とが交差する部分に隣接して形成された前記第１層間絶縁膜８０の一部を局部的に除去して、前記第１犠牲膜４０及び前記第２犠牲膜６０が露出するように形成される複数個のホールを含んでいる。
【００８５】
図１０Ｈ、図１１Ｈ、図１２Ｈに示すように、前記トレンチ８２の側壁から露出する前記第１犠牲膜４０及び第２犠牲膜６０を除去して、前記トラップサイト３０と前記リードワードライン７０との間で前記ビットライン５０が浮揚する所定の空隙８４を形成する。即ち、前記第１犠牲膜４０及び前記第２犠牲膜６０は、湿式食刻方法または乾式食刻方法により前記トレンチ８２の側壁から露出する面から側面へ非等方性食刻されて除去される。例えば、ポリシリコン材質からなる前記第１犠牲膜４０及び前記第２犠牲膜６０の湿式食刻方法に使用される食刻溶液は硝酸、フッ酸、及び酢酸のような強酸に脱イオン水が所定の濃度で混合された混合溶液からなる。また、前記乾式食刻に使用される反応ガスはＣｘＦｙ（ｘ、ｙは整数）系ガスやＣａＨｂＦｃ（ａ、ｂ、ｃは整数）系などのようなフッ化炭素系ガスを使用することができる。前記フッ化炭素系ガスはＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ４Ｆ６などのようなガスまたはこれらの混合ガスを含んでいる。非等方性食刻中に前記食刻溶液または反応ガスは、前記リードワードライン７０及び前記トラップサイト３０の両側面で前記第１犠牲膜４０と前記第２犠牲膜６０を除去しながら所定の空隙８４を形成する。これにより、前記ビットライン５０が前記リードワードライン７０と前記トラップサイト３０との間の前記空隙８４の中心を通過する。
【００８６】
また、前記食刻溶液または反応ガスは、前記リードワードライン７０及び前記トラップサイト３０に隣接する前記ビットライン５０の下段両側で前記第１犠牲膜４０を除去しながら、前記ビットライン５０が前記基板１０から整列されて前記ライトワードライン２０及び前記トラップサイト３０の側壁と所定の空隙８４を有して浮揚するように供給される。このとき、前記リードワードライン７０及び前記トラップサイト３０に隣接する前記ビットライン５０の上段両側は、前記トレンチ８２により開放される。また、前記ビットライン５０の上段両側は、前記ビットライン５０と前記複数個のホール形状とを有するように形成されたトレンチ８２により開放されない場合、前記第１層間絶縁膜８０に接触したままに存在する。
【００８７】
従って、前記リードワードライン７０及び前記トラップサイト３０に隣接する前記ビットライン５０は、上段両側に前記第１層間絶縁膜８０または後続の工程で形成される第２層間絶縁膜９０に接触して固定される。そのため、ビットライン５０は、前記トラップサイト３０及び前記ライトワードライン２０の側壁の空隙８４から離隔される距離関係に対する制約から自由になる。例えば、前記ビットライン５０上に接触されて形成される前記第１層間絶縁膜８０または前記第２層間絶縁膜９０は、前記トラップサイト３０及び前記ライトワードライン２０に印加される電荷と反対の極性を有する電荷が前記ビットライン５０に印加されても、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０及び前記ライトワードライン２０の側壁に移動しないようにすることができる。
【００８８】
図１０Ｉ、図１１Ｉ、図１２Ｉに示すように、前記トレンチ８２を埋没させるように前記基板１０上に所定の厚さを有する第２層間絶縁膜９０を形成する。ここで、前記第２層間絶縁膜９０は前記トレンチ８２から露出する前記ビットライン５０及び前記基板１０上に形成され、前記ビットライン５０及び前記リードワードライン７０の側面を通じて前記空隙８４の内部に流入されて形成されてはいけない。従って、前記第２層間絶縁膜９０は、前記トレンチ８２の底部から積層されながらも前記トレンチ８２の側壁に成長されないようにステップカバレッジの低い工程を通じて形成される。例えば、前記第２層間絶縁膜９０は、物理的気相蒸着方法、化学気相蒸着方法、分子ビーム蒸着方法、液体相蒸着方法により形成されるシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、または有機ＥＬを含んでなる。このとき、前記トレンチ８２の直径が大きければ大きいほど、前記第２層間絶縁膜９０を形成するための物質を含むガスまたは流体が前記トレンチ８２の側壁を通じて前記トラップサイト３０と前記リードワードライン７０との間の空隙８４内部に流入し、前記第２層間絶縁膜９０が前記空隙８４の内部で大量に形成される。従って、前記トレンチ８２が小さければ小さいほど、前記トラップサイト３０とリードワードライン７０との間の前記空隙８４内部における前記２層間絶縁膜９０の形成が減少される。図示されていないが、前記トレンチ８２の底部まで前記第２層間絶縁膜９０が埋没されずに前記トレンチ８２の上段を塞いで、前記トレンチ８２全体を大きな空洞として形成してもかまわない。
【００８９】
その後、前記トレンチ８２を埋没させる前記第２層間絶縁膜９０を平坦化し、前記第２層間絶縁膜９０上でまた他のライトワードライン２０、トラップサイト３０、ビットライン５０、及びリードワードライン７０を順次形成して多層構造の非揮発メモリ素子を製造することもできる。
以上のように、本発明の第２実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法は、基板１０上に所定線幅を有して一方向にライトワードライン２０及びトラップサイト３０を形成し、前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０上で所定の高さで浮揚するビットライン５０を形成し、前記ビットライン５０上で所定の空隙８４を有し前記ライトワードライン２０及びトラップサイト３０と同一または類似な方向に配列されるリードワードライン７０を形成して、前記ビットライン５０が前記トラップサイト３０との接触の有無に対応する情報をライトまたはリードすることにより、生産性を増大または極大化することができる。
【００９０】
前記実施例の説明は本発明のより徹底した理解を提供するために図面を参照して例を挙げたものにすぎないため、本発明を限定する意味として解釈されてはいけない。そして、本発明の技術分野で通常の知識を有したものにとって本発明の基本的原理を外れない範囲内で多様な変化と変更が可能なのは勿論のことである。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子を示す斜視図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ’線における断面図である。
【図３】図２のII−II’線における断面図である。
【図４Ａ】図１〜図３の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図４Ｂ】図１〜図３の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図４Ｃ】図１〜図３の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図４Ｄ】図１〜図３の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図４Ｅ】図１〜図３の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図４Ｆ】図１〜図３の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図４Ｇ】図１〜図３の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図４Ｈ】図１〜図３の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図４Ｉ】図１〜図３の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図４Ｊ】図１〜図３の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図５Ａ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図５Ｃ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図５Ｄ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図５Ｅ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図５Ｆ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図５Ｇ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図５Ｈ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図５Ｉ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図５Ｊ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図６Ａ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図６Ｂ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図６Ｃ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図６Ｄ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図６Ｅ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図６Ｆ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図６Ｇ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図６Ｈ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図６Ｉ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図６Ｊ】本発明の第１実施例による非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程断面図である。
【図７】本発明の第２実施例による非揮発性メモリ素子を示す斜視図である。
【図８】図７のIII−III’線における断面図である。
【図９】図１のIV−IV’線における断面図である。
【図１０Ａ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１０Ｂ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１０Ｃ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１０Ｄ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１０Ｅ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１０Ｆ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１０Ｇ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１０Ｈ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１０Ｉ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１１Ａ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１１Ｂ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１１Ｃ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１１Ｄ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１１Ｅ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１１Ｆ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１１Ｇ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１１Ｈ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１１Ｉ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１２Ａ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１２Ｂ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１２Ｃ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１２Ｄ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１２Ｅ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１２Ｆ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１２Ｇ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１２Ｈ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１２Ｉ】図７〜図９の非揮発性メモリ素子の製造方法を説明するために示した工程斜視図及び工程断面図である。
【図１３】従来技術によるメモリ素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０：基板、２０：ライトワードライン、３０：トラップサイト、４０：第１犠牲膜、５０：ビットライン、６０：第２犠牲膜、７０：リードワードライン、８０：第１層間絶縁膜、９０：第２層間絶縁膜
【図１】
2008042170.tif 000003
【図２】
2008042170.tif 000004
【図３】
2008042170.tif 000005
【図４Ａ】
2008042170.tif 000006
【図４Ｂ】
2008042170.tif 000007
【図４Ｃ】
2008042170.tif 000008
【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図６Ｊ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１０Ｉ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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【図１１Ｉ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１２Ｈ】
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【図１２Ｉ】
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【図１３】
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