KR20090055809A - Manufacturing method of semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 열적 스트레스로 인해 텅스텐 막의 변형되어 소자 결함을 유발하는 현상을 개선할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device capable of improving a phenomenon in which a tungsten film is deformed due to thermal stress and causes device defects.
반도체 메모리 소자는 데이터를 저장해 두고 필요할 때 꺼내어 읽어볼 수 있는 기억장치이다. 반도체 메모리 장치는 크게 램(Random Access Memory; RAM)과 롬(Read Only Memory; ROM)으로 나눌 수 있다.A semiconductor memory device is a memory device that stores data and can be read out when needed. The semiconductor memory device may be largely divided into a random access memory (RAM) and a read only memory (ROM).
램(RAM)은 전원이 끊어지면 저장된 데이터가 소멸하는 휘발성 메모리 소자(volatile memory device)이다. 롬(ROM)은 전원이 끊어지더라도 저장된 데이터가 소멸하지 않는 비휘발성 메모리 소자(non-volatile memory device)이다.RAM is a volatile memory device that loses stored data when power is lost. A ROM is a non-volatile memory device in which stored data does not disappear even when a power supply is cut off.
비휘발성 메모리 소자는 PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable PROM), EEPROM(Electrically EPROM), 플래시 메모리 장치(flash memory device) 등을 포함 한다. 플래시 메모리 소자는 일반적으로 낸드형과 노아형으로 나누어진다. 이들 중 낸드 플래시 메모리 소자는 노아 플래시 메모리 소자에 비해 고집적화가 유리하고 제조 단가가 저렴하여 활발히 개발되고 있다.The nonvolatile memory device may include a programmable ROM (PROM), an erasable PROM (EPROM), an electrically EPROM (EPEPROM), a flash memory device, and the like. Flash memory devices are generally divided into NAND and NOA types. Among these, NAND flash memory devices are actively developed due to advantages of higher integration and lower manufacturing cost than Noah flash memory devices.
이러한 낸드 플래시 메모리 소자는 FN(Fowler Nordheim)터널링을 이용하여 전기적인 프로그램(Program) 및 소거(Erase)를 할 수 있다. 이를 위하여, 플래시 메모리 소자는 터널 절연막, 플로팅 게이트(Floating Gate), 유전체막 및 콘트롤 게이트(Control Gate)가 순차적으로 적층된 게이트 패턴을 포함한다.Such NAND flash memory devices can be electrically programmed and erased using Fowler Nordheim (FN) tunneling. To this end, the flash memory device includes a gate pattern in which a tunnel insulating film, a floating gate, a dielectric film, and a control gate are sequentially stacked.
게이트 패턴은 터널 절연막, 플로팅 게이트, 유전체막 및 콘트롤 게이트를 형성하기 위한 물질이 증착된 구조물을 식각함으로써 형성된다. 여기서, 콘트롤 게이트를 형성하기 위한 물질은 낮은 저항값을 가지는 텅스텐(W) 박막을 포함한다. 텅스텐 박막의 표면은 이상 산화되기 쉽다. 이러한 텅스텐 박막의 이상 산화를 방지하기 위해 게이트 패턴의 표면에 실링 절연막을 형성한다. 실링 절연막은 게이트 패턴이 형성된 반도체 기판을 증착 장비 내에 로딩시킨 후, 증착 장비 내에서 증착된다. 실링 절연막 증착 후, 반도체 기판은 즉시 언-로딩(Un-loading)되어 후속 공정을 위한 장비로 이송된다. 텅스텐 박막은 실링 절연막 증착시 발생하는 고온에 의해 팽창하고, 후속 공정을 위해 즉시 언-로딩되므로 급격한 온도변화에 의해 열적 스트레스를 받는다. 텅스텐 박막은 열적 스트레스에 의해 실링 절연막 형성 전보다 팽창하여 패턴 브릿지(Bridge)등의 반도체 소자 결함을 유발한다. The gate pattern is formed by etching a structure on which a material for forming a tunnel insulating film, a floating gate, a dielectric film, and a control gate is deposited. Here, the material for forming the control gate includes a tungsten (W) thin film having a low resistance value. The surface of the tungsten thin film is easily oxidized. In order to prevent abnormal oxidation of the tungsten thin film, a sealing insulating film is formed on the surface of the gate pattern. The sealing insulating layer is deposited in the deposition apparatus after loading the semiconductor substrate on which the gate pattern is formed in the deposition apparatus. After deposition of the sealing insulation film, the semiconductor substrate is immediately unloaded and transferred to the equipment for subsequent processing. The tungsten thin film expands due to the high temperature generated during the deposition of the sealing insulation film and is immediately unloaded for subsequent processing, and thus is subjected to thermal stress due to a sudden temperature change. The tungsten thin film expands than before the sealing insulating film is formed by thermal stress, causing a semiconductor device defect such as a pattern bridge.
본 발명은 실링 절연막 증착 온도 및 실링 절연막 증착 후 반도체 기판을 증착 장비로부터 언-로딩할 때 온도 중 적어도 어느 하나를 텅스텐 막이 안정화될 수 있도록 설정하여 텅스텐 막이 변형되어 소자 결함을 유발하는 현상을 개선할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공함에 있다.The present invention can improve the phenomenon that the tungsten film is deformed by causing the tungsten film to be stabilized by setting at least one of the sealing insulating film deposition temperature and the temperature when the semiconductor substrate is unloaded from the deposition equipment after the sealing insulating film is deposited. The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조 방법은 텅스텐 막을 포함하는 게이트 패턴이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계; 반도체 기판을 증착 장비에 로딩하는 단계; 600℃ 내지 900℃의 온도에서 반도체 기판 및 게이트 패턴의 표면에 실링 절연막을 증착하는 단계; 및 반도체 기판을 증착 장비에서 언-로딩하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention includes providing a semiconductor substrate having a gate pattern including a tungsten film; Loading the semiconductor substrate into the deposition equipment; Depositing a sealing insulating film on the surface of the semiconductor substrate and the gate pattern at a temperature of 600 ° C. to 900 ° C .; And unloading the semiconductor substrate in the deposition equipment.
언-로딩하는 단계에서 상기 증착 장비의 온도는 600℃보다 낮다.In the unloading step the temperature of the deposition equipment is lower than 600 ° C.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조 방법은 텅스텐 막을 포함하는 게이트 패턴이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계; 반도체 기판을 증착 장비에 로딩하는 단계; 반도체 기판 및 게이트 패턴의 표면에 실링 절연막을 증착하는 단계; 증착 장비의 온도를 600℃보다 낮게 램프-다운(Ramp-down)시키는 단계; 및 반도체 기판을 증착 장비에서 언-로딩하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention includes providing a semiconductor substrate having a gate pattern including a tungsten film; Loading the semiconductor substrate into the deposition equipment; Depositing a sealing insulating film on surfaces of the semiconductor substrate and the gate pattern; Ramping down the temperature of the deposition equipment below 600 ° C .; And unloading the semiconductor substrate in the deposition equipment.
게이트 패턴은 터널 절연막, 플로팅 게이트, 유전체막 및 텅스텐 막을 포함 하여 형성된 콘트롤 게이트를 포함한다.The gate pattern includes a control gate formed including a tunnel insulating film, a floating gate, a dielectric film, and a tungsten film.
실링 절연막은 DSC-HT0를 포함한다.The sealing insulating film contains DSC-HT0.
DSC-HT0는 0.1 torr 내지 2 torr의 압력조건에서 형성된다.DSC-HT0 is formed under pressure conditions of 0.1 torr to 2 torr.
DSC-HT0는 SiH2Cl2가스와 N2O 가스를 이용하여 형성된다.DSC-HT0 is formed using SiH 2 Cl 2 gas and N 2 O gas.
SiH2Cl2가스와 N2O 가스의 비율은 1:3 내지 1:10이다.The ratio of SiH 2 Cl 2 gas and N 2 O gas is 1: 3 to 1:10.
SiH2Cl2가스의 유량은 20sccm 내지 300sccm이고, N2O 가스의 유량은 60sccm 내지 6000sccm이다.The flow rate of SiH 2 Cl 2 gas is 20 sccm to 300 sccm, and the flow rate of N 2 O gas is 60 sccm to 6000 sccm.
실링 절연막의 두께는 50Å내지 500Å이다.The thickness of the sealing insulating film is 50 kPa to 500 kPa.
실링 절연막은 압축 스트레스를 가진다.The sealing insulating film has a compressive stress.
본 발명은 실링 절연막의 형성조건을 게이트 패턴에 포함된 텅스텐 막의 열적 스트레스를 완화시킬 수 있도록 설정한다. 이에 따라 본 발명은 열적 스트레스에 의한 텅스텐 막의 팽창을 방지할 수 있으므로 텅스텐 막의 변형에 기인한 반도체 메모리 소자의 결함을 개선할 수 있다. The present invention sets the conditions for forming the sealing insulating film to relieve thermal stress of the tungsten film included in the gate pattern. Accordingly, the present invention can prevent the expansion of the tungsten film due to thermal stress, thereby improving the defect of the semiconductor memory device due to the deformation of the tungsten film.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 패턴의 형성방법을 순차적으로 나타내는 도면이다.1A through 1C are diagrams sequentially illustrating a method of forming a gate pattern according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1a를 참조하면, 게이트 패턴의 형성을 위해 반도체 기판(100) 상에는 터널 절연막(102), 플로팅 게이트용 도전막(104), 유전체막(106), 콘트롤 게이트용 도전막(108), 캡핑막(110), 게이트 하드 마스크 막(112), 및 반사 방지막(Anti Reflective Coating : ARC)(114)의 적층 구조물이 형성될 수 있다. 반사 방지막(114) 상에는 노광 및 현상 공정을 통해 포토레지스트 패턴(116)이 형성된다. 유전체막(106)은 SiO2/Si3N4/SiO2 가 순차적으로 적층된 ONO구조로 형성할 수 있다. 콘트롤 게이트용 도전막(108)은 텅스텐을 포함한 이중층 이상으로 형성된다. 예를 들어 콘트롤 게이트용 도전막(108)은 도프트 폴리 실리콘(doped poly silicon)막(108a)/텅스텐(108b)막의 이중층으로 형성될 수 있다. 캡핑막(110)은 SiON으로 형성될 수 있다. 하드 마스크 막(112)은 이중층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하드 마스크 막(112)은 TEOS(Tetra Ethyle Ortho Silicate)(112a)/카본(carbon)(112b)의 이중층으로 형성될 수 있다. 반사 방지막(114)은 SiON으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1A, a tunnel
도 1b를 참조하면, 포토레지스트 패턴(116)을 이용하여 터널 절연막(102), 플로팅 게이트용 도전막(104), 유전체막(106), 콘트롤 게이트용 도전막(108), 캡핑막(110), 게이트 하드 마스크 막(112), 및 반사 방지막(114)을 패터닝한다. 이에 따라 반도체 기판(100) 상에 게이트 패턴(118)이 형성된다.Referring to FIG. 1B, the tunnel
도 1c를 참조하면, 포토레지스트 패턴(116) 및 반사 방지막(114)을 제거한 후, 반도체 기판(100) 및 게이트 패턴(118)의 표면에 실링 절연막(120)을 형성한다. 실링 절연막(120)은 텅스텐의 이상 산화를 방지하기 위해 형성된다. DSC-HTO(DichloroSilane(SiH2Cl2) - High Temperature Oxide)로 형성될 수 있다. 실링 절연막(120)의 형성 방법을 더욱 상세히 설명하면, 실링 절연막(120)은 상부에 게이트 패턴(118)이 형성된 반도체 기판(100)을 실링 절연막(120)을 증착하기 위한 증착 장비에 로딩시킴으로써 형성된다. 이 때 증착 장비는 퍼니스(furnace)를 이용할 수 있다. 반도체 기판(100)을 증착 장비에 로딩시킬 때, 증착 장비의 온도는 400℃ 보다 낮은 것이 바람직하다. 증착 장비의 온도가 400℃ 보다 높은 경우 증착 장비에 로딩되기 전 텅스텐 막(108b)이 공기와 반응하여 게이트 패턴(118)에 포함된 텅스텐 막(108b)이 부풀어 오르는 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라 반도체 기판(100)을 증착 장비에 로딩시킬 때, 증착 장비의 온도는 400℃ 보다 낮게 설정된다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조 방법에서는 증착 장비 내의 온도를 600℃ 내지 900℃로 높여 실링 절연막(120)을 증착한다. 이 때, 압력 조건은 0.1torr 내지 2torr인 것이 바람직하다. 또한 실링 절연막(120)의 증착 두께는 50Å내지 500Å인 것이 바람직하다. 실링 절연막(120)이 DCS-HTO인 경 우, DCS-HTO막은 0.1torr 내지 2torr의 압력 조건을 유지하는 증착 장비 내에 SiH2Cl2 가스와 N2O가스를 주입함으로써 형성할 수 있다. 이 때, SiH2Cl2 가스:N2O가스의 비는 1:3 내지 1:10인 것이 바람직하다. 그리고 SiH2Cl2 가스의 유량은 20sccm 내지 300sccm이고, N2O가스의 유량은 60sccm 내지 6000sccm인 것이 바람직하다. 이와 같은 방법으로 형성된 실링 절연막(120)은 압축 스트레스(compressive stress)를 가질 수 있다. 실링 절연막(120)의 압축 스트레스는 증착 장비로부터 반도체 기판(100)이 언-로딩될 때 텅스텐 막(218b)이 받는 스트레스를 상쇄시켜서 텅스텐 막(218b)이 변형하는 현상을 방지한다.Referring to FIG. 1C, after removing the
본 발명의 제2 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조 방법은 증착 장비 내에서 실링 절연막(120)을 증착한 후, 반도체 기판(100)을 증착 장비로부터 언-로딩 시킬 때 증착 장비내 온도를 600℃보다 낮도록 램프 다운(Ramp-down)시킨 후 실시한다. 게이트 패턴(118)에 포함된 텅스텐 막(118b)은 증착 장비의 온도가 600℃보다 낮아지는 동안 안정화된다. 이에 따라 반도체 기판(100)이 증착 장비로부터 언-로딩될 때 텅스텐 막(118b)에 가해지는 열적 스트레스는 완화된다. 결과적으로 본 발명의 제2 실시예는 텅스텐 막(118b)이 팽창하는 현상을 방지할 수 있다. 또한 본 발명의 제2 실시예에서도 본 발명의 제1 실시예에서와 같이 실링 절연막(120) 형성시 실링 절연막(120)이 압축 스트레스를 가질 수 있도록 형성하여 텅스텐 막(118b)이 팽창하는 현상을 보다 효과적으로 개선할 수 있다.In the method of manufacturing a semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, after depositing a sealing insulating
증착 장비로부터 언-로딩 된 반도체 기판(100)은 게이트 스페이서 형성 등의 후속 공정을 위한 공정 장비로 이송된다.The unloaded
도 2a는 종래 반도체 메모리 소자의 제조 방법에 따라 형성된 게이트 패턴(218)을 나타내는 도면이고, 도 2b는 본 발명의 실시 예들에 따라 형성된 게이트 패턴(118)을 나타내는 도면이다. FIG. 2A illustrates a
도 2a에 도시된 바와 같이 종래 게이트 패턴(218)에 포함된 텅스텐 막(208b)은 실링 절연막(220) 형성 후 팽창되어 반도체 메모리 소자의 결함을 유발하는 것을 알 수 있다. 반면, 도 2b에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 600℃ 내지 900℃로 실링 절연막(120)을 증착한 후, 600℃보다 낮은 온도에서 언-로딩된 텅스텐 막(108b)은 열적 스트레스가 완화되어 팽창하지 않는다. 결과적으로 본 발명은 텅스텐 막(108b)의 변형에 기인한 반도체 메모리 소자의 결함을 개선할 수 있다.As shown in FIG. 2A, the
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. Although the technical spirit of the present invention described above has been described in detail in a preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, the present invention will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 소자의 형성 방법을 단계적으로 나타낸 단면도들.1A through 1C are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 종래 반도체 메모리 소자의 게이트 패턴과 본 발명의 실시 예에 따라 형성된 반도체 메모리 소자의 게이트 패턴을 나타내는 도면.2A and 2B illustrate a gate pattern of a conventional semiconductor memory device and a gate pattern of a semiconductor memory device formed according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 반도체 기판 102 : 터널 절연막100
104 : 플로팅 게이트 106 : 유전체막104: floating gate 106: dielectric film
108 : 콘트롤 게이트 108b : 텅스텐막108:
118 : 게이트 패턴 120 : 실링 절연막118: gate pattern 120: sealing insulating film
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2007
- 2007-11-29 KR KR1020070122635A patent/KR20090055809A/en not_active Application Discontinuation
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