KR100612558B1 - 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 금속층(또는, 실리사이드층) 및 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층의 측벽에 산화 방지막을 형성한 상태에서 식각 손상을 완화시키거나 전기적 특성을 향상시키기 위한 후속 산화 공정을 실시함으로써, 금속층의 산화보다 터널 산화막의 보호라는 관점에서 공정 조건을 조절할 수 있기 때문에 금속층의 측벽이 산화되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 터널 산화막의 막질 저하도 방지하여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
플래시 메모리 셀, 금속층, 이상산화, 열산화 공정

Description

난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법{Method of manufacturing a nand flash memory device}
도 1은 본 발명의 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 레이 아웃도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 반도체 기판 102 : 소자 분리막
103 : 터널 산화막 104 : 제1 폴리실리콘층
105 : 제2 폴리실리콘층 106 : 플로팅 게이트
107 : 유전체막 108 : 제3 폴리실리콘층
109 : 금속층 110 : 콘트롤 게이트
111 : 하드 마스크
본 발명은 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 산화 공정 시 터널 산화막의 막질이 저하되거나 유전체막의 가장자리에서 스마일링 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
플래시 메모리 소자의 제조 공정에서는 터널 산화막, 플로팅 게이트용 폴리실리콘층을 형성하고 액티브 방향으로 1차 패터닝을 실시한 후, 유전체막, 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층 및 금속층(예를 들면, 텅스텐 또는 텅스텐 실리사이드층)을 형성하고 워드라인 방향으로 2차 패터닝을 실시하여 플래시 메모리 셀을 제조한다.
이렇게 메모리 셀을 제조한 후 식각 손상을 완화시키거나 전기적 특성을 향상시키기 위하여 후속 공정으로 O2/N2 분위기의 건식 산화 방식이나 H2O/O 2 분위기의 습식 산화 방식으로 재산화 공정을 진행하는데, 이 경우 금속층에 이상 산화가 발생된다.
이러한 이상 산화를 방지하기 위해서는 후속 산화 공정을 선택적 산화 공정으로 진행해야 한다. 선택적 산화 공정이란 H2/H2O 가스의 혼합 비율과 온도를 조절하여 폴리실리콘은 산화되고 텅스텐과 같은 금속층은 산화되지 않는 산소 분압 영역에서 공정을 진행하는 것을 말한다.
그러나, 이 경우에도 H2 가스에 의해 터널 산화막의 막질이 저하되거나, 유전체막의 노출된 가장자리 부분에서 플로팅 게이트용 폴리실리콘층과 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층의 재산화가 발생되어 스마일링 현상이 발생된다.
이로 인하여, 커플링 비가 감소하고 소자의 전기적 특성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
이에 대하여, 본 발명이 제시하는 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법은 금속층(또는, 실리사이드층) 및 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층의 측벽에 산화 방지막을 형성한 상태에서 식각 손상을 완화시키거나 전기적 특성을 향상시키기 위한 후속 산화 공정을 실시함으로써, 금속층의 산화보다 터널 산화막의 보호라는 관점에서 공정 조건을 조절할 수 있기 때문에 금속층의 측벽이 산화되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 터널 산화막의 막질 저하도 방지하여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법은 터널 산화막, 플로팅 게이트용 폴리실리콘층, 유전체막, 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층 및 금속층이 적층된 구조의 메모리 셀을 형성한 후 산화 공정을 실시함에 있어서, 산 화 공정은 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층 및 금속층의 측벽에 산화 방지막을 형성한 상태에서 실시한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법은 반도체 기판의 소자 분리 영역에는 소자 분리막을 형성하고, 활성 영역에는 터널 산화막 및 플로팅 게이트용 폴리실리콘층을 형성하는 단계와, 플로팅 게이트용 폴리실리콘층을 포함한 전체 구조 상에 유전체막, 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층 및 금속층을 순차적으로 형성하는 단계와, 금속층 및 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층을 워드라인 패턴으로 식각하는 단계와, 금속층 및 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층의 측벽에 산화 방지막을 형성하는 단계와, 유전체막 및 플로팅 게이트용 폴리실리콘층을 패터닝하는 단계, 및 식각 손상을 보상하기 위하여 산화 공정을 실시하는 단계를 포함한다.
상기에서, 금속층은 텅스텐으로 형성하는 것이 바람직하다.
산화 방지막은 산화물 또는 질화물로 형성할 수 있으며, 금속층이 산화되지 않는 온도에서 형성하는 것이 바람직하다.
산화 공정은 O2 분위기의 건식 산화 방식 또는 O2/H2O 분위기의 습식 산화 방식으로 진행할 수 있으며, 750℃ 내지 900℃의 온도에서 실시할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다 른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 레이 아웃도이다. 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도들이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 반도체 기판(101)의 소자 분리 영역에는 트렌치형 소자 분리막(102)을 형성하고, 활성 영역 상에는 제1 및 제2 폴리실리콘층(104 및 105)으로 이루어진 플로팅 게이트(106)를 형성한다. 이때, 제2 폴리실리콘층(105)은 가장자리가 소자 분리막(102)과 일부 중첩되도록 형성한다. 이는 플로팅 게이트(106)의 커플링 비를 증가시키기 위한 것으로, 이러한 구조로 형성하는 것은 널리 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이어서, 제2 폴리실리콘층(105)을 포함한 전체 구조 상에 유전체막(107), 콘트롤 게이트용 제3 폴리실리콘층(108) 및 금속층(109)을 순차적으로 형성한다. 그리고, 금속층(109) 상에는 워드 라인 패턴이 정의된 하드 마스크(111)를 형성한다.
여기서, 금속층(109)은 텅스텐이나 실리사이드층으로 형성할 수 있으며, 텅스텐으로 형성하는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 하드 마스크(111)를 식각 마스크로 사용하는 식 각 공정으로 금속층(109) 및 제3 폴리실리콘층(108)을 순차적으로 식각한다. 이로써, 금속층(109) 및 제3 폴리실리콘층(108)은 워드라인의 형태로 패터닝되며, 하부의 유전체막(107)이 노출된다.
이어서, 전체 구조 상에 산화 방지막(112)을 형성한다. 산화 방지막(112)은 산화물이나 질화물로 형성할 수 있다. 좀 더 구체적으로 예를 들어 설명하면, 산화 방지막(112)은 10Å 내지 100Å의 두께로 형성하며, 산화물로 산화 방지막(112)을 형성하는 경우 금속층(109)이 산화되지 않을 정도의 낮은 온도(예를 들면, 400℃ 이하)에서 형성하는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2c를 참조하면, 산화 방지막(112)이 금속층(109) 및 제3 폴리실리콘층(108)의 측벽에만 잔류되도록 산화 방지막(112)을 저면 식각 공정으로 제거한다. 이어서, 유전체막(107)의 노출된 부분을 제거한다.
도 1 및 도 2d를 참조하면, 자기 정렬 식각 방식으로 제2 폴리실리콘층(104) 및 제1 폴리실리콘층(103)을 식각한다.
이후, 식각 손상을 보상하고 전기적 특성을 향상시키기 위하여 재산화 공정을 실시한다. 이때, 종래에는 금속층(109)이 산화되는 것을 방지하기 위하여 재산화 공정을 선택적 산화 공정으로 실시하기 때문에, 선택전 산화 공정을 위해 공급되는 수소 성분에 의해 터널 산화막(102)이 손상되었다.
하지만, 본 발명에서는 금속층(109)의 측벽이 산화 방지막(112)에 의해 산화가 방지된 상태에서 재산화 공정을 실시하기 때문에, 일반적은 산화 조건으로 재산 화 공정을 실시할 수 있다. 즉, 재산화 공정을 O2 가스 분위기의 건식 산화 방식이나 O2/H2O 분위기의 습식 산화 방식으로 진행하면서 금속층(109)이 산화되는 것을 방지하고 터널 산화막(102)의 막질이나 전기적 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 재산화 공정은 750℃ 내지 900℃의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다.
뿐만 아니라, 콘트롤 게이트를 형성하기 위한 제3 폴리실리콘층(108)의 측벽도 산화 방지막(112)에 의해 가려진 상태에서 재산화 공정이 진행되기 때문에, 제3 폴리실리콘층(108)의 가장 자리가 산화되어 스마일링 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 금속층(또는, 실리사이드층) 및 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층의 측벽에 산화 방지막을 형성한 상태에서 식각 손상을 완화시키거나 전기적 특성을 향상시키기 위한 후속 산화 공정을 실시함으로써, 금속층의 산화보다 터널 산화막의 보호라는 관점에서 공정 조건을 조절할 수 있기 때문에 금속층의 측벽이 산화되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 터널 산화막의 막질 저하도 방지하여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 터널 산화막, 플로팅 게이트용 폴리실리콘층, 유전체막, 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층 및 금속층이 적층된 구조의 메모리 셀을 형성한 후 산화 공정을 실시함에 있어서,
    상기 산화 공정은 상기 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층 및 상기 금속층의 측벽에 산화 방지막을 형성한 상태에서 실시하여 상기 금속층의 이상 산화를 방지할 수 있는 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
  2. 반도체 기판의 소자 분리 영역에는 소자 분리막을 형성하고, 활성 영역에는 터널 산화막 및 플로팅 게이트용 폴리실리콘층을 형성하는 단계;
    상기 플로팅 게이트용 폴리실리콘층을 포함한 전체 구조 상에 유전체막, 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층 및 금속층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 금속층 및 상기 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층을 워드라인 패턴으로 식각하는 단계;
    상기 금속층 및 상기 콘트롤 게이트용 폴리실리콘층의 측벽에 산화 방지막을 형성하는 단계;
    상기 유전체막 및 상기 플로팅 게이트용 폴리실리콘층을 패터닝하는 단계; 및
    식각 손상을 보상하기 위하여 산화 공정을 실시하는 단계를 포함하는 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속층이 텅스텐으로 이루어진 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산화 방지막이 산화물 또는 질화물로 이루어진 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산화 방지막이 상기 금속층이 산화되지 않는 온도에서 형성되는 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산화 공정이 O2 분위기의 건식 산화 방식 또는 O2/H2O 분위기의 습식 산화 방식으로 진행되는 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산화 공정이 750℃ 내지 900℃의 온도에서 실시되는 난드 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
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