KR100673241B1 - 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법에 관한 것으로, 플래쉬 메모리 소자의 컨트롤 게이트 전극으로 사용되는 폴리실리콘막으로 인(P)이 과도하게 도핑된 폴리실리콘막을 사용하여 텅스텐(W)이 과포함된 텅스텐 실리사이드(WSi2)가 형성되도록 하고, 후속 열처리 공정시 폴리실리콘막의 실리콘과 텅스텐 실리사이드막에 과포함된 텅스텐을 반응시키어 텅스텐 실리사이드막의 두께 및 그레인 사이즈를 증가시키는 기술이다.
이와 같은 본 발명을 이용하면, 컨트롤 게이트의 시트저항(Rs)을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
플래쉬 메모리, 텅스텐 실리사이드
Description
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성공정 단면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 반도체 기판 11 : 터널 산화막
12 : 제 1 폴리실리콘막 13 : 유전체막
14 : 제 2 폴리실리콘막 15 : 텅스텐 실리사이드막
16 : 하드마스크막
본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 형성방법에 관한 것으로, 특히 텅스텐 실리사이드(WSix)를 이용한 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법에 관한 것이다.
플래쉬 메모리 소자의 게이트는 터널 산화막과 플로팅 게이트용 폴리실리콘 막과 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 유전체막과 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막 및 텅스텐 실리사이드막(WSi2)막을 차례로 적층한 후, 사진 식각 공정으로 텅스텐 실리사이드막과 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막과 ONO 유전체막과 플로팅 게이트용 폴리실리콘막을 패터닝하여 형성하고 있다.
플래쉬 메모리 소자의 게이트 선폭이 감소하면서 컨트롤 게이트로 텅스텐 실리사이드막(WSi2)을 사용할 경우 게이트 선폭 감소로 인해 컨트롤 게이트의 시트 저항(Rs)이 증가하여 저항(resistance)과 커패시턴스(capacitance)의 상호작용에 의해 출력(output)이 지체되는 RC 딜레이(delay)가 증가하여 소자의 특성이 저하되게 된다.
이에, 비저항이 낮은 텅스텐(W)을 이용하여 컨트롤 게이트를 형성하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이 방법은 이후에 실시되는 열처리 공정시 텅스텐(W)이 이상 산화되는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 컨트롤 게이트의 시트 저항(Rs)을 줄일 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 컨트롤 게이트의 이상 산화를 방지하는데 있다.
본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법은 반도체 기판상에 터널 산화막과 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘막과 유전체막을 형성하는 단계와, 상기 유전체막상에 인(P)이 과도하게 도핑된 컨트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘막을 형성하는 단계와, 상기 제 2 폴리실리콘막상에 텅스텐(W)이 과포함된 텅스텐 실리사이드막을 형성하는 단계와, 상기 텅스텐 실리사이드막과 제 2 폴리실리콘막과 유전체막과 제 1 폴리실리콘막을 패터닝하여 게이트를 형성하는 단계와, 열처리 공정을 실시하여 상기 제 2 폴리실리콘막의 실리콘과 상기 텅스텐 실리사이드막의 텅스텐을 반응시키어 상기 텅스텐 실리사이드막의 두께 및 그레인 사이즈를 증가시키는 단계를 포함한다.
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, 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 특허청구범위에 의해서 이해되어야 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성공정 단면도이다.
본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 게이트 제조를 위해서는 도 1a에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(10)상에 터널 산화막(11)과 플로팅 게이트용 제 1 폴 리실리콘막(12)과 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 구조의 유전체막(13)을 차례로 형성하고, 상기 유전℃체막(13)상에 인(P)이 과도하게 도핑된 즉, 인(P)의 도핑 농도가 4.5E20~9.0E20atoms/cc인 컨트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘막(14)을 증착한다.
상기 제 2 폴리실리콘막(14) 증착시 SiH4, PH3 가스를 사용하고, 공정 온도는 500~600℃, 압력은 0.5~2.0Torr로 설정한다.
그런 다음, 도 1b에 도시하는 바와 같이 상기 제 2 폴리실리콘막(14)상에 텅스텐(W)이 과포함된 텅스텐 실리사이드막(15)을 증착한다.
상기 텅스텐 실리사이드막(15) 증착시 SiH4와 WF6의 혼합 가스 또는 DCS(DiChloroSilane : SiH2Cl2)와 WF6의 혼합 가스 중 어느 하나를 사용하고, 온도는 400~600℃, 압력은 0.3~1.5torr로 설정한다.
상기 텅스텐 실리사이드막(15) 증착시 상기 제 2 폴리실리콘막(14)에 과도하게 도핑된 인(P)과 소오스 가스인 WF6간에 다음 화학식 1과 같은 도펀트 감소(dopant reduction) 반응이 일어나 상기 텅스텐 실리사이드막(15)은 텅스텐(W)이 과포함된 상태로 형성된다.
한편, 부산물인 PF5는 휘발성 물질로, 배기되게 된다. 따라서, 상기 텅스텐 실리사이드막(15)내의 불소(F) 농도가 감소되므로 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있 다.
이어서, 도 1c에 도시하는 바와 같이 상기 텅스텐 실리사이드막(15)상에 하드마스크막(16)을 형성하고 사진 식각 공정으로 상기 하드마스크막(16)을 패터닝한다.
그런 다음, 패터닝된 하드마스크막(16)을 마스크로 하는 식각 공정으로 상기 텅스텐 실리사이드막(15)과 제 2 폴리실리콘막(14)과 유전체막(13)과 제 1 폴리실리콘막(12)을 패터닝하여 게이트(17)를 형성한다.
이어, 도 1d에 도시하는 바와 같이 열처리 공정을 실시하여 상기 제 2 폴리실리콘막(14)의 실리콘(Si)과 텅스텐 실리사이드막(15)에 과포함된 텅스텐(W)을 반응시키어 상기 텅스텐 실리사이드막(15)의 두께를 증가시키고, 텅스텐 실리사이드막(15)의 그레인 사이즈(grain size)를 증가시킨다.
상기 열처리 공정을 900~1000℃의 질소 가스(N2) 분위기에서 실시하며, 열처리 공정의 장비로는 노(furnace) 또는 급속 열처리(Rapid Thermal Process) 장비를 사용한다.
이상으로 본 발명의 실시예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 게이트 제조를 완료한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 컨트롤 게이트용 폴리실리콘막의 인(P) 농도를 증가시키어 텅스텐(W)이 과포함된 텅스텐 실리사이드막을 형성함으로써, 이후에 텅스텐 실리사이드막에 과포함된 텅스텐과 폴리실리콘막의 실리콘을 반응시키어 텅스텐 실리사이드막의 두께를 증가시킬 수 있다. 따라서, 컨트롤 게이트의 시트 저항을 줄일 수 있다.
둘째, 텅스텐 실리사이드막 형성시 소오스 가스인 WF6의 불소(F)와 폴리실리콘막에 포함된 인과 결합하여 휘발되므로 텅스텐 실리사이드막내의 불소 농도를 줄일 수 있다. 따라서, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
셋째, 게이트에 텅스텐막을 사용하지 않으므로 텅스텐 이상 산화로 인한 소자 특성 열화를 방지할 수 있다.
Claims (8)
- 반도체 기판 상부에 터널 산화막과 플로팅 게이트용 제 1 폴리실리콘막과 유전체막을 형성하는 단계;상기 유전체막 상부에 인(P)이 과도하게 도핑된 컨트롤 게이트용 제 2 폴리실리콘막을 형성하는 단계;상기 제 2 폴리실리콘막 상부에 텅스텐(W)이 과포함된 텅스텐 실리사이드막을 형성하는 단계;상기 텅스텐 실리사이드막과 제 2 폴리실리콘막과 유전체막과 제 1 폴리실리콘막을 순차적으로 패터닝하여 게이트를 형성하는 단계; 및열처리 공정을 실시하여 상기 제 2 폴리실리콘막의 실리콘과 상기 텅스텐 실리사이드막의 텅스텐을 반응시키어 상기 텅스텐 실리사이드막의 두께 및 그레인 사이즈를 증가시키는 단계를 포함하는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 폴리실리콘막의 인(P) 도핑 농도는 4.5E20~9.0E20atoms/cc인 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 폴리실리콘막 형성시 SiH4 및 PH3 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 폴리실리콘막 형성시 온도는 500~600℃, 압력은 0.5~2.0torr로 설정하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법.
- 제 1항에 있어서,상기 텅스텐 실리사이드막 형성시 SiH4와 WF6의 혼합가스 또는 SiH2Cl2와 WF6의 혼합가스 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법.
- 제 1항에 있어서,상기 텅스텐 실리사이드막 형성시 온도를 400~600℃, 압력을 0.3~1.5torr로 설정하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법.
- 제 1항에 있어서,상기 열처리 공정을 900~1000℃의 질소 가스 분위기에서 실시하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법.
- 제 1항에 있어서,상기 열처리 공정을 노(furnace) 또는 급속 열처리 장비에서 실시하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 메모리 소자의 게이트 형성방법.
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