JP2008193081A - 不揮発性メモリ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不揮発性メモリ装置の製造方法を提供する。
【解決手段】チャンネル領域を有する基板１００上にトンネル絶縁膜１０２、電荷トラッピング膜１０４、ブロッキング膜１０６、及び導電膜１０８が順次形成される。ワードライン構造物１２４は、導電膜１０８をパターニングすることによって形成され、ブロッキング膜パターン１２６及び電荷トラッピング膜パターン１２８は、酸性溶液をエッチング液に用いてブロッキング膜１０６及び電荷トラッピング膜１０４をエッチングすることによって形成される。
【選択図】図８

Description

本発明は、不揮発性メモリ装置の製造方法に係り、より詳細には、電荷トラッピング膜パターンを含む不揮発性メモリ装置の製造方法に関する。

半導体メモリ装置は、ＤＲＡＭ（ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）及びＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）のようにデータの入出力が相対的に速い反面、時間が経つことによってデータが消失する揮発性（ｖｏｌａｔｉｌｅ）メモリ装置と、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）のようにデータの入出力が相対的に遅いが、データを永久に保存可能な不揮発性（ｎｏｎ−ｖｏｌａｔｉｌｅ）メモリ装置とに区分することができる。前記不揮発性メモリ装置の場合、電気的にデータの入出力が可能なＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）またはフラッシュＥＥＰＲＯＭメモリに対する需要が増加しつつある。前記フラッシュＥＥＰＲＯＭメモリ装置は、Ｆ−Ｎトンネリング（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）またはチャンネル熱電子注入（ｃｈａｎｎｅｌ ｈｏｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）を用いて電気的にデータのプログラミング（ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ）及び消去（ｅｒａｓｉｎｇ）を行う。前記フラッシュメモリ装置は、フローティングゲートタイプの不揮発性メモリ装置とＳＯＮＯＳ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ ｎｉｔｒｉｄｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）またはＮＭＯＳ（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｎｉｔｒｉｄｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）タイプのような電荷トラップタイプの不揮発性メモリ装置に大きく区分することができる。

前記電荷トラップタイプの不揮発性メモリ装置は、半導体基板上に形成されたトンネル絶縁膜、前記チャンネルから電子をトラッピングするための電荷トラッピング膜、前記電荷トラッピング膜上に形成された誘電膜、前記誘電膜上に形成されたゲート電極、前記ゲート電極の側面上に形成されたスペーサを含むことができる。

前記電荷トラッピング膜内にトラップされた電子は、熱的ストレスが印加される場合、前記電荷トラッピング膜内で側方に移動する可能性があり、これによって前記不揮発性メモリ装置の高温ストレス特性が劣化するおそれがある。例えば、前記不揮発性メモリ装置を約２時間約２００℃の温度で加熱する場合、前記不揮発性メモリ装置のしきい電圧は大きく減少する可能性がある。また、前記不揮発性メモリ装置のプログラミング動作と消去動作を約１０００〜１２００回反復的に行い、その後、前記不揮発性メモリ装置を約２時間約２００℃の温度で加熱する場合、前記不揮発性メモリ装置のしきい電圧は更に減少するおそれがある。
大韓民国特許出願公開第２００６−３５５５１号明細書 大韓民国特許第６１３２８８号明細書 特開２００６−４０９８５号公報

前記のような問題点を解決するための本発明の目的は、電荷とラッピング膜内における側方への電荷の拡散を防止しうる不揮発性メモリ装置の製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の一側面によると、チャンネル領域を有する基板上に、トンネル絶縁膜、電荷トラッピング膜、ブロッキング膜、及び導電膜を順次に形成することができ、ゲート電極は、前記導電膜をパターニングすることで形成することができる。前記ブロッキング膜及び電荷トラッピング膜は、酸性溶液をエッチング液に用いてエッチングすることができ、これによって前記チャンネル領域の上部にブロッキング膜パターン及び電荷トラッピング膜パターンを形成することができる。前記チャンネル領域の両側の基板部位に不純物領域を形成することができる。

前記ブロッキング膜は、アルミニウム酸化物を含むことができ、前記電荷トラピング膜は、シリコン窒化物を含むことができる。

前記ブロッキング膜と前記電荷トラッピング膜は、リン酸水溶液を用いてエッチングされることができる。

前記リン酸水溶液の温度は１００〜２００℃に調節される。

前記リン酸水溶液は、５〜５０ｗｔ％の水を含むことができる。

前記ブロッキング膜及び前記電荷トラッピング膜は密閉した容器内でエッチングすることができる。例えば、前記基板が前記リン酸水溶液に浸漬されるように前記リン酸水溶液の収容された容器内に前記基板を位置させた後、前記容器を密閉する。その後、エッチング速度を増加させるために前記密閉した容器を加熱して前記リン酸水溶液の温度を上昇させることができる。

前記ブロッキング膜パターン及び電荷トラッピング膜パターンを形成した後、前記リン酸水溶液の温度は前記容器を冷却して温度を低下させることができる。また、前記密閉した容器内には不活性ガスを提供することができる。

前記ブロッキング膜及び前記電荷トラッピング膜は互いに異なる酸性溶液を用いてエッチングすることができる。例えば、前記ブロッキング膜は、リン酸水溶液を用いてエッチングすることができ、その後、前記電荷トラッピング膜は、硫酸水溶液を用いてエッチングすることができる。ここで、前記リン酸水溶液の温度は１００〜２００℃に調節することができ、前記リン酸水溶液は、５〜５０ｗｔ％の水を含むことができる。

前記ブロッキング膜は、密閉した容器内でエッチングすることができる。例えば、前記基板が前記リン酸水溶液に浸漬されるようにリン酸水溶液の収容された容器内に前記基板を位置させた後、前記容器を密閉する。その後、エッチング速度を増加させるために、前記密閉した容器を加熱して前記リン酸水溶液の温度を上昇させることができる。

前記ブロッキング膜パターンを形成した後、前記リン酸水溶液の温度は前記容器を冷却することで低下させることができる。また、前記密閉した容器内には、不活性ガスを提供することができる。

前記硫酸水溶液の温度は１００〜２００℃に調節することができる。

前記硫酸収容液は５〜５０ｗｔ％の水を含むことができる。

前記電荷トラッピング膜は、密閉した容器内でエッチングすることができる。例えば、前記基板が前記硫酸水溶液に浸漬されるように前記硫酸水溶液の収容された容器内に前記基板を位置させる後、前記容器を密閉する。その後、エッチング速度を増加させるために前記密閉した容器を加熱して前記硫酸水溶液の温度を上昇させることができる。

前記電荷トラッピング膜パターンを形成した後、前記容器を冷却して前記硫酸水溶液の温度を低下させることができる。また、前記密閉した容器内には不活性ガスを提供することができる。

前記電荷トラッピング膜パターンはシュウ酸収容液を用いて形成することができる。

前記ゲート電極の側面上にはスペーサを形成することができ、それぞれのスペースは、シリコン酸化物とシリコン窒化物を含むことができる。

前記スペーサは前記ゲート電極及び前記ブロッキング膜上にシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を順次形成し、その後、前記シリコン窒化膜及び前記シリコン酸化膜を異方性でエッチングすることで形成することができる。

本発明によれば、トンネル絶縁膜が露出するように電荷トラッピング膜をエッチングして電荷トラッピング膜パターンを形成するので、側方電荷の拡散を防止することができる。したがって、不揮発性メモリ装置の高温ストレス特性を向上させることができ、また、不揮発性メモリ装置の信頼度を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を、添付された図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図４、及び図８は、本発明の一実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するための断面図、及び電子顕微鏡写真である。

図１を参照すると、シリコンウエハのような半導体基板１００の表面部位に素子分離膜（図示せず）を形成することによってアクティブ領域を定義する。具体的に、シリコン部分酸化（Ｌｏｃａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ；ＬＯＣＯＳ）工程またはシャロウトレンチ素子分離（ｓｈａｌｌｏｗ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ＳＴＩ）工程によって半導体基板１００の表面部位に前記素子分離膜を形成する。

半導体基板１００上にトンネル絶縁膜（ｔｕｎｎｅｌｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）１０２、電荷トラッピング膜（ｃｈａｒｇｅ ｔｒａｐｐｉｎｇ ｌａｙｅｒ）１０４、ブロッキング膜（ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）１０６、及び導電膜１０８を順次に形成する。

トンネル絶縁膜１０２は、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）で形成することができ、熱酸化工程によって約２０〜８０Åの厚さに形成することができる。例えば、トンネル絶縁膜１０２は、半導体基板１００上に約３５Åの厚さに形成することができる。

電荷トラッピング膜１０４は、半導体基板１００のチャンネル領域から電子をトラップするために形成される。電荷トラッピング膜１０４は、トンネル絶縁膜１０２上に約２０〜１００Åの厚さに形成することができ、シリコン窒化物（ＳｉＮ）で形成することができる。例えば、電荷トラッピング膜１０４は、低圧化学気相蒸着を通じてトンネル絶縁膜１０２上に約７０Åの厚さに形成することができる。

本発明の他の実施形態によると、電荷トラッピング膜１０４は、シリコン窒化物より高い誘電常数を有する高誘電率物質で形成することができる。例えば、電荷トラッピング膜１０４は、金属酸化物、金酸窒化物、金属シリコン酸化物、金属シリコン酸窒化物などで形成することができる。特に、電荷トラッピング膜１０４は、たとえば、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジミウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イットリウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）などを含むことができる。

ブロッキング膜１０６は電荷トラッピング膜１０４と導電膜１０８との間に電気的な絶縁を提供する。ブロッキング膜１０６は、アルミニウム酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成することができ、化学気相蒸着または原子層蒸着によって形成することができる。例えば、ブロッキング膜１０６は、電荷トラッピング膜１０４上に約１００〜４００Åの厚さに形成することができる。特に、ブロッキング膜１０６は、例えば、電荷トラッピング膜１０４上に約２００Åの厚さに形成することができる。

導電膜１０８は、第１金属窒化膜１１０、第２金属窒化膜１１２及び金属膜１１４を含むことができる。

第１金属窒化膜１１０は、タンタル窒化物、チタン窒化物、ハフニウム窒化物などで形成することができる。例えば、第１金属窒化膜１１０は、タンタル窒化物で形成することができ、ブロッキング膜１０６上に約２００Åの厚さに形成することができる。

第２金属窒化膜１１２は接着層（ａｄｈｅｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ）として機能して、タングステン窒化物で形成することができる。例えば、第２金属窒化膜１１２は、第１金属窒化膜１１０上に約５０Åの厚さに形成することができる。

金属膜１１４は、例えば、タングステンで形成することができ、第２金属窒化膜１１２上に約３００Åの厚さに形成することができる。なお、金属膜１１４は、タングステンに限られず、金属シリサイドで形成することもできる。前記金属シリサイドとしては、例えば、タングステンシリサイド、タンタルシリサイド、コバルトシリサイド、チタンシリサイドなどを用いることができる。

図２を参照すると、導電膜１０８上にハードマスク膜（図示せず）を形成する。前記ハードマスク膜は、シリコン酸化物で形成することができ、例えば、導電膜１０８上に約５００〜１５００Åの厚さに形成することができる。

その後、前記ハードマスク膜をパターニングしてハードマスク１１６を形成する。ハードマスク１１６は、フォトレジストパターンを用いる異方性エッチングによって形成することができる。前記フォトレジストパターンは、本発明の技術分野において広く知られたフォトリソグラフィ工程を用いて前記ハードマスク膜上に形成することができ、ハードマスク１１６を形成した後、アッシング及びストリップ工程によって除去することができる。

導電膜１０８をパターニングしてブロッキング膜１０６上に第１金属窒化膜パターン１１８、第２金属窒化膜パターン１２０、及び金属膜パターン１２２を含むワードライン構造物１２４を形成する。導電膜１０８は、ハードマスク１１６をエッチングマスクとして用いる異方性エッチングによってパターニングすることができる。第１金属窒化膜パターン１１８は、実質的なゲート電極として機能することができ、金属膜パターン１２２は実質的なワードラインとして機能することができる。

図示したように、一つのワードライン構造物１２４を示しているが、Ｘ軸方向に沿って複数のワードライン構造物を配列することができ、それぞれのワードライン構造物１２４は、Ｙ軸方向に延長することができる。

図３及び図４を参照すると、ブロッキング膜１０６及び電荷トラッピング膜１０４をエッチングしてブロッキング膜パターン１２６及び電荷トラッピング膜パターン１２８を形成する。ブロッキング膜１０６及び電荷トラッピング膜１０４は、酸性溶液をエッチング液として用いる湿式エッチングによってパターニングすることができる。

前記酸性溶液としてはリン酸水溶液を用いることができ、前記リン酸水溶液は約５〜５０ｗｔ％の水を含むことができる。より好ましくは、前記リン酸水溶液は、約５〜１０ｗｔ％の水を含むことができる。例えば、前記湿式エッチングは、約８ｗｔ％の水を含むリン酸水溶液を用いて行うことができる。

前記湿式エッチングは約１００〜２００℃の温度で行うことができる。より好ましくは、前記湿式エッチングは約１５０〜１７０℃の温度、例えば、約１６０℃の温度で行うことができる。

具体的に、前記湿式エッチングは、密閉した容器内で行うことができ、前記容器内部の圧力は爆発を考慮して、例えば、約２気圧以下に調節することが望ましい。

例えば、前記リン酸水溶液に基板１００が浸漬されるように容器内部に基板１００を位置させた後、カバーを用いて前記容器を密閉させる。このとき、前記容器内部には不活性ガスを供給することができる。前記不活性ガスは、前記容器内部の空気を除去することができる。その後、前記容器を加熱して前記リン酸水溶液の温度を調節する。前記リン酸水溶液の温度上昇に応じて前記容器内部の圧力が増加し、これによって前記リン酸水溶液の気化温度を上昇することができる。

前記湿式エッチング工程は、既に設定された期間に行うことができる。前記湿式エッチング工程を行った後、前記容器は、基板１００を前記容器から取り外すために冷却することができる。これによって、前記リン酸水溶液の温度と容器の内部圧力が低下する。前記リン酸水溶液の温度が十分に低下した後、基板１００を前記容器から取り外す。

図５は、リン酸水溶液を用いるエッチング工程におけるアルミニウム酸化物のエッチング率を示すグラフであり、図６は、リン酸水溶液を用いるエッチング工程におけるシリコン窒化物のエッチング率、アルミニウム酸化物のエッチング率、及びタンタル窒化物のエッチング率を示すグラフである。

図５及び図６に示したように、前記リン酸水溶液を用いる湿式エッチングにおいて、アルミニウム酸化物のエッチング率がシリコン窒化物のエッチング率より低いため、図４に示したように電荷トラッピング膜パターン１２８はブロッキング膜パターン１２６より狭い幅を有することができ、前記ゲート電極として機能する第１金属窒化膜パターン１１８の幅に類似することができる。よって、側方電荷拡散による高温ストレス特性低下を抑制することができる。これは、電荷トラップ膜パターン１２８内にトラップされた電子の移動しうる電荷トラップ膜１０４部位が前記湿式エッチングによって十分に除去されるためである。一方、ブロッキング膜パターン１２６及び電荷トラッピング膜パターン１２８を形成する期間、第１金属窒化膜パターン１１８、すなわちタンタル窒化膜パターンの側面部位が多少除去される可能性がある。

一方、従来技術による不揮発性メモリ装置の製造方法において、ブロッキング膜パターン及び電荷トラッピング膜パターンを異方性乾式エッチングを用いて形成する場合、前記異方性乾式エッチングを行う期間、エッチングガスに含まれた塩素とタングステン及び／またはタンタル窒化物との間の反応による反応副産物が生成される可能性があり、前記反応副産物によってワードライン構造物のプロファイルが劣化する可能性がある。また、前記ワードライン構造物の間の電荷トラッピング膜部位が十分に除去されずトンネル絶縁膜上に残留する可能性があり、前記異方性乾式エッチングによって形成された電荷トラッピング膜パターンは前記ブロッキング膜パターンより広い幅を有する可能性がある。よって、前記電荷トラッピング膜内における側方電荷拡散を十分に抑制することができない。しかし、本発明の一実施形態によると、ワードライン構造物１２４と接する電荷トラッピング膜１０４部位、すなわちワードライン構造物１２４の間の電荷トラッピング膜１０４部位は湿式エッチング工程を通じて十分に除去することができ、これによって側方電荷拡散を十分に抑制することができる。

本発明の他の実施形態によると、ブロッキング膜パターン１２６及び電荷トラッピング膜パターン１２８は互いに異なる酸性溶液を用いて形成することができる。例えば、ブロッキング膜パターン１２６はリン酸水溶液を用いて形成することができ、電荷トラッピング膜パターン１２８は、硫酸水溶液を用いて形成することができる。

具体的に、前記リン酸水溶液を用いる一次湿式エッチングを通じてブロッキング膜パターン１２６を形成した後、電荷トラッピング膜パターン１２８を形成するために硫酸水溶液を用いた二次湿式エッチングを行う。

図７は、硫酸水溶液を用いた湿式エッチングにおけるシリコン窒化物のエッチング率を示すグラフである。

前記一次湿式エッチング工程についての追加的な詳細説明は、図３及び図４を参照して既に説明された湿式エッチング工程と類似であるので省略する。

前記二次湿式エッチングは、約１００〜２００℃の温度で行うことができる。例えば、前記二次湿式エッチングは、より好ましくは、約１１０〜１６０℃の温度で行うことができる。前記硫酸水溶液は約５〜５０ｗｔ％の水を含むことができる。特に、前記硫酸水溶液は、約５〜１０ｗｔ％、例えば、約８ｗｔ％の水を含むことができる。

約１２０℃の温度を有する硫酸水溶液に対するシリコン窒化物のエッチング率は、シリコン酸化物、ポリシリコン、タングステンなどに比べて相対的に高く、図７に示したように約４３Å／ｍｉｎである。

前記二次湿式エッチングは、前記一次湿式エッチングと実質的に同一の方法に行うことができる。具体的に、硫酸水溶液に基板１００が浸漬されるように前記硫酸水溶液を収容する容器内に基板１００を位置させる。その後、前記容器を密閉させた後、前記容器を加熱して前記硫酸水溶液の温度を調節する。このとき、容器の内部圧力は、約２気圧以下に維持することが望ましい。前記二次湿式エッチングは、既に設定された期間に行うことができ、前記容器から基板１００のアンローディングは前記容器を冷却して前記硫酸水溶液の温度及び容器の内部圧力を十分に低下させた後に行うことができる。

本発明の更に他の実施形態によると、電荷トラッピング膜パターン１２８は、シュウ酸水溶液を用いて形成することもできる。

図８を参照すると、電荷トラッピング膜パターン１２８、ブロッキング膜パターン１２６、及びワードライン構造物１２４は、基板１００のチャンネル領域１００ａ上に配置することができる。

電荷トラッピング膜パターン１２８及びブロッキング膜パターン１２６を形成した後、チャンネル領域１００ａの両側部位に不純物領域１３０を形成する。不純物領域１３０はソース／ドレーン領域として機能することができ、イオン注入及び熱処理を通じて形成することができる。

図示していないが、ワードライン構造物１２４の間を埋め立てる層間絶縁膜を形成することによって不揮発性メモリ装置のメモリセルを電気的に互いに絶縁させることができる。

本発明の他の実施形態によると、電荷トラッピング膜１０４が前記高誘電率物質からなる場合、電荷トラッピング膜パターン１２８はフッ酸水溶液を用いて形成することができる。

図９〜図１２、及び図１４は、本発明の他の実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するための断面図及び電子顕微鏡写真である。

図９を参照すると、シリコンウエハのような半導体基板２００上にトンネル絶縁膜２０２、電荷トラッピング膜２０４、ブロッキング膜２０６、及びワードライン構造物２１０を形成する。ワードライン構造物２１０は、第１金属窒化膜パターン２１２、第２金属窒化膜２１４パターン及び金属膜パターン２１６を含むことができる。ワードライン構造物２１０上にはハードマスク２１８が配置される。トンネル絶縁膜２０２、電荷トラッピング膜２０４、ブロッキング膜２０６、及びワードライン構造物２１０を形成する方法は、図１及び図２を参照して既に説明された方法と実質的に同一であるので、これに対する追加的な詳細な説明は省略する。

ワードライン構造物２１０を形成した後、ハードマスク２１８、ワードライン構造物２１０、及びブロッキング膜２０６上にスペーサ膜２２０を形成する。スペーサ膜２２０は、シリコン酸化物とシリコン窒化物を含むことができる。具体的に、ハードマスク２１８、ワードライン構造物２１０、及びブロッキング膜２０６上にシリコン酸化膜２２２を形成した後、シリコン酸化膜２２２上にシリコン窒化膜２２４を形成する。シリコン酸化膜２２２及びシリコン窒化膜２２４は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程を用いてそれぞれ形成することができる。本発明の他の実施形態によると、シリコン窒化膜２２４は、シリコン酸化膜２２２を形成した後、インサイチュ方式（ｉｎ−ｓｉｔｕ ｍａｎｎｅｒ）によって形成することもできる。特に、シリコン酸化膜２２２としては、例えば、中温酸化物膜（ｍｉｄｄｌｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ ｌａｙｅｒ；ＭＴＯ ｌａｙｅｒ）用いることができる。

図１０を参照すると、スペーサ膜２２０を異方性エッチングしてワードライン構造物２１０の側面上にスペーサ２３０を形成する。それぞれのスペーサ２３０は、シリコン酸化物スペーサ２３２とシリコン窒化物スペーサ２３４とを含む。

図１１及び図１２を参照すると、ブロッキング膜２０６及び電荷トラッピング膜２０４をエッチングしてブロッキング膜パターン２３６及び電荷トラッピング膜パターン２３８を形成する。

ブロッキング膜パターン２３６及び電荷トラッピング膜パターン２３８は、酸性溶液を用いる湿式エッチングによって形成することができる。前記酸性溶液としては、リン酸水溶液を用いることができ、前記リン酸水溶液は、約５〜５０ｗｔ％の水を含むことができる。より好ましくは、前記リン酸水溶液は、約５〜１０ｗｔ％の水を含むことができる。例えば、前記湿式エッチングは、約８ｗｔ％の水を含むリン酸水溶液を用いて行うことができる。

前記湿式エッチングは、約１００〜２００℃の温度で行うことができる。特に、前記湿式エッチングは、約１５０〜１７０℃の温度、例えば、約１６０℃の温度で行うことができる。

一方、前記リン酸水溶液を用いる湿式エッチングを行う期間、シリコン窒化物スペーサ２３４を除去することができ、シリコン酸化物スペーサ２３２を部分的に除去することができる。

前記リン酸水溶液を用いる湿式エッチングは、密閉した容器内で行うことができる。前記リン酸水溶液を用いる湿式エッチングは、図３及び図４を参照して既に説明されたことと実質的に同一であるのでこれについての追加的な詳細な説明は省略する。

図１３は、異方性乾式エッチングを用いて形成されたブロッキング膜パターン及び電荷トラッピング膜パターンを示す電子顕微鏡写真である。

図１３を参照すると、ブロッキング膜パターン及び電荷トラッピング膜パターンを異方性乾式エッチングを用いて形成する場合、ワードライン構造物の間の電荷トラッピング膜部位が十分に除去されず、トンネル絶縁膜上に残留する可能性があり、前記異方性乾式エッチングを通じて形成された電荷トラッピング膜パターンはブロッキング膜パターンより広い幅を有する可能性がある。よって、前記電荷トラッピング膜内における側方電荷拡散を十分に抑制することができない。

しかし、ワードライン構造物２１０の間の電荷トラッピング膜２０４部位は、湿式エッチング工程を通じて十分に除去することができ、また、図１２に示したように、電荷トラッピング膜パターン２３８はブロッキング膜パターン２３６より狭くワードライン構造物２１０と類似の幅を有することができる。よって、電荷トラッピング膜パターン２３８内で側方電荷拡散を十分に抑制することができる。

本発明の更に他の実施形態によると、ブロッキング膜パターン２３６及び電荷トラッピング膜パターン２３８は、他の酸性溶液を用いて形成することができる。例えば、ブロッキング膜パターン２３６はリン酸水溶液を用いて形成することができ、電荷トラッピング膜パターン２３８は、硫酸水溶液を用いて形成することができる。

具体的に、前記リン酸水溶液を用いる一次湿式エッチングを通じてブロッキング膜パターン２３６を形成した後、電荷トラッピング膜パターン２３８を形成するために硫酸水溶液を用いた二次湿式エッチングを行う。

前記一次湿式エッチングについての追加説明は、図３及び図４を参照して既に説明した湿式エッチングと類似であるので、省略する。

前記二次湿式エッチングは約１００〜２００℃の温度で行うことができる。例えば、前記二次湿式エッチングは約１１０〜１６０℃の温度で行うことができる。前記硫酸水溶液は約５〜５０ｗｔ％の水を含むことができる。特に、前記硫酸水溶液は約５〜１０ｗｔ％、例えば、約８ｗｔ％の水を含むことができる。前記二次湿式エッチングについての詳細な説明は、図７を参照して既に説明したことと実質的に同一であるので省略する。

本発明の更に他の実施形態によると、電荷トラッピング膜パターン２３８は、シュウ酸水溶液を用いて形成することもできる。

図１４参照すると、電荷トラッピング膜パターン２３８、ブロッキング膜パターン２３６、ワードライン構造物２１０、及びシリコン酸化物スペーサ２３２は基板２００のチャンネル領域２００ａ上に配置することができる。

電荷トラッピング膜パターン２３８及びブロッキング膜パターン２３６を形成した後、前記チャンネル領域の両側部位に不純物領域２４０を形成する。不純物領域２４０はソース／ドレーン領域として機能することができ、イオン注入及び熱処理を通じて形成することができる。

図示していないが、ワードライン構造物２１０の間を埋立てる層間絶縁膜を形成することで不揮発性メモリ装置のメモリセルを電気的に互いに絶縁させることができる。

本発明の更に他の実施形態によると、電荷トラッピング膜２０４が前記高誘電率物質で形成する場合、電荷トラッピング膜パターン２３８はフッ酸水溶液を用いて形成することができる。

前記のような本発明の実施形態によると、酸性溶液を用いてブロッキング膜パターン及び電荷トラッピング膜パターンを形成するので、前記電荷トラッピング膜パターンの幅を減少させることができ、ワードライン構造物の間の電荷トラッピング膜部位を十分に除去することができる。よって、前記電荷トラッピング膜パターン内部における側方電荷拡散を抑制することができ、これによって前記電荷トラッピング膜パターンを含む不揮発性メモリ装置の高温ストレス特性及びデータ信頼度を改善することができる。

以上、本発明の実施形態によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離脱することなく、本発明を修正または変更できる。

本発明の一実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するための断面図及び電子顕微鏡写真である。 本発明の一実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するための断面図及び電子顕微鏡写真である。 本発明の一実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するための断面図及び電子顕微鏡写真である。 本発明の一実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するための断面図及び電子顕微鏡写真である。 リン酸水溶液を用いるエッチング工程におけるアルミニウム酸化物のエッチング率を示すグラフである。 リン酸水溶液を用いるエッチング工程におけるシリコン窒化物のエッチング率、アルミニウム酸化物のエッチング率、及びタンタル窒化物のエッチング率を示すグラフである。 硫酸水溶液を用いた湿式エッチングにおけるシリコン窒化物のエッチング率を示すグラフである。 本発明の一実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するための断面図及び電子顕微鏡写真である。 本発明の他の実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するための断面図及び電子顕微鏡写真である。 本発明の他の実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するための断面図及び電子顕微鏡写真である。 本発明の他の実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するための断面図及び電子顕微鏡写真である。 本発明の他の実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するための断面図及び電子顕微鏡写真である。 異方性乾式エッチングを用いて形成されたブロッキング膜パターン及び電荷トラッピング膜パターンを示す電子顕微鏡写真である。 本発明の他の実施形態による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するための断面図及び電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１００ 基板、
１０２ トンネル絶縁膜、
１０４ 電荷トラッピング膜、
１０６ ブロッキング膜、
１０８ 導電膜、
１１０ 第１金属窒化膜、
１１２ 第２金属窒化膜、
１１４ 金属膜、
１１６ ハードマスク、
１１８ 第１金属窒化膜パターン、
１２０ 第２金属窒化膜パターン、
１２２ 金属膜パターン、
１２４ ワードライン構造物、
１２６ ブロッキング膜パターン、
１２８ 電荷トラッピング膜パターン、
１３０ 不純物領域。

Claims (24)

1. チャンネル領域を有する基板上にトンネル絶縁膜、電荷トラッピング膜、ブロッキング膜、及び導電膜を順次に形成する段階と、
   前記導電膜をパターニングしてワードライン構造物を形成する段階と、
   前記チャンネル領域の上部にブロッキング膜パターン及び電荷トラッピング膜パターンを形成するために酸性溶液をエッチング液に用いて前記ブロッキング膜及び前記電荷トラッピング膜をエッチングする段階と、
   前記チャンネル領域の両側の基板部位に不純物領域を形成する段階と、
   を含むことを特徴とする不揮発性メモリ装置の製造方法。
2. 前記ブロッキング膜は、アルミニウム酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
3. 前記電荷トラッピング膜は、シリコン窒化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
4. 前記ブロッキング膜と前記電荷トラッピング膜は、リン酸水溶液を用いてエッチングされることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
5. 前記リン酸水溶液の温度は１００〜２００℃に調節されることを特徴とする請求項４に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
6. 前記リン酸水溶液は、５〜５０ｗｔ％の水を含むことを特徴とする請求項４に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
7. 前記ブロッキング膜及び前記電荷トラッピング膜をエッチングする段階は、
   前記基板が前記リン酸水溶液に浸漬されるように前記リン酸水溶液が収容された容器内に前記基板を位置させる段階と、
   前記容器を密閉する段階と、
   前記密閉した容器を加熱して前記リン酸水溶液の温度を上昇させる段階と、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
8. 前記ブロッキング膜パターン及び前記電荷トラッピング膜パターンを形成した後、前記容器を冷却して前記リン酸水溶液の温度を低下させる段階を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
9. 前記密閉した容器内には不活性ガスが提供されることを特徴とする請求項７に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
10. 前記ブロッキング膜及び前記電荷トラッピング膜をエッチングする段階は、
    前記ブロッキング膜パターンを形成するためにリン酸水溶液を用いて前記ブロッキング膜をエッチングする段階と、
    前記電荷トラッピング膜パターンを形成するために硫酸水溶液を用いて前記電荷トラッピング膜をエッチングする段階と、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
11. 前記リン酸水溶液の温度は１００〜２００℃に調節されることを特徴とする請求項１０に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
12. 前記リン酸水溶液は、５〜５０ｗｔ％の水を含むことを特徴とする請求項１０に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
13. 前記ブロッキング膜をエッチングする段階は、
    前記基板が前記リン酸水溶液に浸漬されるように前記リン酸水溶液の収容された容器内に前記基板を位置させる段階と、
    前記容器を密閉する段階と、
    前記密閉した容器を加熱して前記リン酸水溶液の温度を上昇させる段階と、
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
14. 前記ブロッキング膜パターンを形成した後、前記容器を冷却して前記リン酸水溶液の温度を低下させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
15. 前記密閉した容器内には、不活性ガスが提供されることを特徴とする請求項１３に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
16. 前記硫酸水溶液の温度は１００〜２００℃に調節されることを特徴とする請求項１０に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
17. 前記硫酸水溶液は、５〜５０ｗｔ％の水を含むことを特徴とする請求項１０に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
18. 前記電荷トラッピング膜をエッチングする段階は、
    前記基板が前記硫酸水溶液に浸漬されるように前記硫酸水溶液の収容された容器内に前記基板を位置させる段階と、
    前記容器を密閉する段階と、
    前記密閉した容器を加熱して前記硫酸水溶液の温度を上昇させる段階と、
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
19. 前記電荷トラッピング膜パターンを形成した後、前記容器を冷却して前記硫酸水溶液の温度を低下させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
20. 前記密閉した容器内には不活性ガスが提供されることを特徴とする請求項１８に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
21. 前記電荷トラッピング膜パターンは、シュウ酸水溶液を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
22. 前記ワードライン構造物の側面上にスペーサを形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
23. それぞれの前記スペーサは、シリコン酸化物とシリコン窒化物を含むことを特徴とする請求項２２に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
24. 前記スペーサを形成する段階は、
    前記ワードライン構造物及び前記ブロッキング膜上にシリコン酸化膜を形成する段階と、
    前記シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する段階と、
    前記スペーサを形成するために前記シリコン窒化膜及び前記シリコン酸化膜を異方性でエッチングする段階と、
    を含むことを特徴とする請求項２３に記載の不揮発メモリ装置の製造方法。