KR100898752B1 - High density semiconductor memory device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 메모리 소자의 고집적화에 따른 누설전류(leakage current)의 발생을 억제하여 정확한 데이터 판독이 가능한 고집적 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명의 고집적 반도체 메모리 소자는 기판에 형성되고, 채널영역과 쇼트키접합(schottky junction)을 형성하는 소스 및 드레인 전극 및 상기 채널영역의 기판 상부에 형성되고, 복수개의 실리콘나노점으로 구성된 플로팅게이트를 포함하고 있으며, 이를 통하여 반도체 메모리 소자의 고집적화에 따른 누설전류의 발생을 억제시켜 정확한 데이터 판독이 가능한 고집적 반도체 메모리 소자를 제공하는 효과가 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a highly integrated semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, which are capable of accurately reading data by suppressing generation of leakage current due to high integration of the semiconductor memory device. And a source and drain electrode formed on the channel region and the schottky junction, and a floating gate formed on the substrate of the channel region and composed of a plurality of silicon nano-points. The present invention has an effect of providing a highly integrated semiconductor memory device capable of accurately reading data by suppressing generation of leakage current due to high integration.

플래시메모리, 쇼트기 접합, 금속 실리사이드 Flash memory, short circuit junction, metal silicide

Description

고집적 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법{HIGH DENSITY SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}High density semiconductor memory device and manufacturing method thereof {HIGH DENSITY SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 메모리 소자의 고집적화에 따른 누설전류의 발생을 억제하여 정확한 데이터 판독이 가능한 고집적 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a highly integrated semiconductor memory device capable of accurately reading data by suppressing generation of leakage current due to high integration of a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same.

반도체 메모리 소자 중에서 플래시메모리(flash memory)는 휴대폰, 카메라 그리고 MP3와 같은 휴대기기의 출현으로 지난 몇 년간 폭발적인 성장을 하고 있으며, IT(Imformation technolgy)기술과 가전기술의 발달로 인하여 플래시메모리는 이들 분야의 저장매체로서 지속적인 관심을 받고 있다. Among semiconductor memory devices, flash memory has exploded in the last few years due to the advent of mobile devices such as mobile phones, cameras and MP3s. Continues to attract attention as a storage medium.

도 1은 종래기술에 따른 플래시메모리를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a flash memory according to the prior art.

도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 플래시메모리는 채널영역(160)과 채널영역(160) 양측에 서로 접하도록 형성된 소스 및 드레인 영역(110)이 구비된 기판(100), 채널영역(160)의 기판(100)상에 형성된 터널링절연막(tunneling dielectric layer, 120), 터널링절연막(120) 상에 폴리실리콘(poly-Si)으로 형성된 플로팅게이트(floating gate, 130), 플로팅게이트(130) 상에 형성된 게이트절연막(gate dielectric layer, 140) 및 게이트절연막(140) 상에 형성된 제어게이트(control gate, 150)를 포함한다. 이러한 구성을 갖는 플래시메모리는 플로팅게이트(130)에 전하를 주입 또는 제거하는 것에 의해 트랜지스터의 문턱전압(threshold voltage)이 변화하는 현상을 메모리 동작원리로 적용하고 있다.Referring to FIG. 1, a flash memory according to the related art includes a substrate 100 and a channel region 160 having a source and a drain region 110 formed on both sides of the channel region 160 and the channel region 160. A tunneling dielectric layer 120 formed on the substrate 100 of the substrate 100, a floating gate 130 formed of poly-Si on the tunneling insulating layer 120, and a floating gate 130 on the floating gate 130 A gate dielectric layer 140 and a control gate 150 formed on the gate insulating layer 140 are included. The flash memory having such a configuration applies the phenomenon of changing the threshold voltage of the transistor by injecting or removing charges into the floating gate 130 as a memory operation principle.

하지만, 최근 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 감소함에 따라 플래시메모리 소자의 소스 및 드레인 영역(110) 사이의 간격이 좁아지고, 채널영역(160), 소스 및 드레인 영역(110)의 도핑농도가 증가함에 따라 단채널효과(Short Channel Effect, SCE)가 발생한다. 특히, 단채널효과로 인한 누설전류로 인하여 트랜지스터의 문턱전압이 변화하여 정확한 데이터 판독이 어려워지는 문제점이 있다.However, as the design rule of the semiconductor device decreases recently, the gap between the source and drain regions 110 of the flash memory device is narrowed, and the doping concentration of the channel region 160 and the source and drain regions 110 is reduced. As is increased, the short channel effect (SCE) occurs. In particular, the threshold voltage of the transistor is changed due to the leakage current due to the short channel effect, making it difficult to accurately read data.

또한, 종래기술에 따른 플래시메모리 소자는 전하를 저장하기 위하여 플로팅게이트(130) 내부에 형성된 트랩사이트(trap site)를 이용하는데 정보를 저장하기 위한 충분한 공간 즉, 많은 트랩사이트를 확보하기 위하여 플로팅게이트(130)를 두껍게 형성해야 하기 때문에 플래시메모리 소자의 고집적화를 어렵게 만드는 문제점이 있다. 또한, 트랩사이트에 의한 전하포획(charge trap)은 그 포획력이 약하기 때문에 정보를 저장하는 시간 즉, 리텐션타임(retention time)이 짧다는 문제점이 있다. In addition, the flash memory device according to the related art uses a trap site formed inside the floating gate 130 to store electric charges, so that there is sufficient space for storing information, that is, a floating gate to secure a large number of trap sites. Since the 130 must be formed thick, there is a problem that makes it difficult to integrate the flash memory device. In addition, the charge trap by the trap site has a problem in that the time for storing information, that is, the retention time is short, because the trap is weak.

또한, 종래기술에 따른 플래시메모리 소자는 플로팅게이트(130)에 전하를 주입 또는 제거하기 위하여 열전자주입(hot electron injection) 또는 F-N터널 링(Fowler-Nordheim tunneling)을 사용하는데 열전자주입 또는 F-N터널링은 고전압 예컨대, 14V ~ 20V 범위의 전압을 요구하는 프로세스이기 때문에 소비전력이 크며, 플로팅게이트(130)에 전하를 주입 또는 제거하는 과정에서 터널링절연막(120)에 가해지는 응력(stress)으로 인하여 터널링절연막(120)의 열화 및 플로팅게이트(130)에 저장된 데이터 즉, 전하가 누설되는 문제점이 있다.In addition, the flash memory device according to the related art uses hot electron injection or FN tunneling in order to inject or remove charges into the floating gate 130. The hot electron injection or FN tunneling is a high voltage. For example, since the process requires a voltage in the range of 14V to 20V, power consumption is large, and the tunneling insulating film (Stress) is applied to the tunneling insulating film 120 during the process of injecting or removing the charge into the floating gate 130. Deterioration of the 120 and data stored in the floating gate 130, that is, the leakage of charge is a problem.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 메모리 용량이 증가함에 따라 즉, 반도체 메모리 소자가 고집적화됨에 따라 발생하는 누설전류를 억제함으로써, 정확한 데이터 판독이 가능한 고집적 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems. The purpose is to provide.

또한, 본 발명은 고집적 반도체 메모리 소자의 제조공정을 단순화시킬 수 있는 고집적 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법을 다른 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a highly integrated semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, which can simplify the manufacturing process of the highly integrated semiconductor memory device.

상기 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명의 고집적 반도체 메모리 소자는 기판에 형성되고, 채널영역과 쇼트키접합(schottky junction)을 형성하는 소스 및 드레인 전극 및 상기 채널영역의 기판 상부에 형성되고, 복수개의 실리콘나노점(Si-nanodot)으로 구성된 플로팅게이트를 포함한다. 또한, 상기 플로팅게이 트 상부에 형성된 게이트절연막을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 채널영역의 기판과 플로팅게이트 사이에 형성된 터널링절연막 및 상기 플로팅게이트 상부에 형성된 제어게이트를 더 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, a highly integrated semiconductor memory device is formed on a substrate, a source and drain electrode forming a channel region and a schottky junction, and is formed on the substrate of the channel region. And a floating gate composed of a plurality of Si-nanodots. The gate insulating layer may further include a gate insulating layer formed on the floating gate. The display device may further include a tunneling insulating layer formed between the substrate of the channel region and the floating gate, and a control gate formed on the floating gate.

상기 채널영역은 실리콘으로 형성할 수 있고, 상기 소스 및 드레인 전극은 금속실리사이드로 형성할 수 있다. 이때, 전자(electron)를 다수캐리어(majority carrier)로 사용하는 경우, 상기 소스 및 드레인 전극은 어븀(Er), 이터븀(Yb), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb) 및 세륨(Ce)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있으며, 정공(hole)을 다수캐리어로 사용하는 경우, 상기 소스 및 드레인 전극은 백금(Pt), 납(Pb) 및 이리듐(Ir)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. The channel region may be formed of silicon, and the source and drain electrodes may be formed of metal silicide. In this case, when the electron is used as a majority carrier, the source and drain electrodes are erbium (Er), ytterbium (Yb), samarium (Sm), yttrium (Y), and gadolium (Gd). It may include any one selected from the group consisting of terbium (Tb) and cerium (Ce), when the hole (hole) using a plurality of carriers, the source and drain electrodes are platinum (Pt), lead (Pb) And iridium (Ir) may include any one selected from the group consisting of.

상기 실리콘나노점은 실리콘화합물을 기저체(basal body)로 형성할 수 있으며, 상기 실리콘화합물 기저체는 실리콘산화물, 실리콘질화물 및 실리콘카본으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The silicon nano dot may form a silicon compound as a basal body, and the silicon compound base may include any one selected from the group consisting of silicon oxide, silicon nitride, and silicon carbon.

상기 기판은 벌크(bulk) 실리콘기판 또는 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 사용할 수 있다.The substrate may be a bulk silicon substrate or a silicon on insulator (SOI) substrate.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 일 측면에 따른 본 발명의 고집적 반도체 메모리 소자의 제조방법은 기판에 채널영역 및 상기 채널영역과 쇼트키접합을 형성하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 기판상에 터널링절연막을 형성하는 단계; 상기 터널링절연막상에 복수개의 실리콘나노점으로 구성된 플로팅게이트를 형성하는 단계; 상기 플로팅게이트 상부에 제어게이트를 형성하는 단계 및 상기 소스 및 드레인 전극이 노출되도록 상기 제어게이트, 플로팅게이트 및 터널링절연막을 선택적으로 식각하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 플로팅게이트 상부에 게이트절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a highly integrated semiconductor memory device, the method including: forming a channel region and a source and drain electrode forming a schottky junction with the channel region on a substrate; Forming a tunneling insulating film on the substrate; Forming a floating gate including a plurality of silicon nano dots on the tunneling insulating layer; Forming a control gate on the floating gate and selectively etching the control gate, the floating gate, and the tunneling insulating layer to expose the source and drain electrodes. The method may further include forming a gate insulating layer on the floating gate.

상기 채널영역은 실리콘으로 형성할 수 있으며, 상기 소스 및 드레인 전극은 금속실리사이드로 형성할 수 있다. 이때, 전자를 다수캐리어로 사용하는 경우, 상기 소스 및 드레인 전극은 어븀(Er), 이터븀(Yb), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb) 및 세륨(Ce)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 사용하여 형성할 수 있으며, 정공을 다수캐리어로 사용하는 경우, 상기 소스 및 드레인 전극은 백금(Pt), 납(Pb) 및 이리듐(Ir)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 사용하여 형성할 수 있다. The channel region may be formed of silicon, and the source and drain electrodes may be formed of metal silicide. In this case, when the electron is used as a multi-carrier, the source and drain electrodes are erbium (Er), ytterbium (Yb), samarium (Sm), yttrium (Y), gadolium (Gd), terbium (Tb), and cerium. It can be formed using any one selected from the group consisting of (Ce), when the hole is used as a multi-carrier, the source and drain electrodes are a group consisting of platinum (Pt), lead (Pb) and iridium (Ir) It can be formed using any one selected from.

상기 실리콘나노점은 실리콘화합물을 기저체로 형성할 수 있으며, 상기 실리콘화합물 기저체는 실리콘산화물, 실리콘질화물 및 실리콘카본으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다. The silicon nano point may form a silicon compound as a base, and the silicon compound base may be formed as any one selected from the group consisting of silicon oxide, silicon nitride, and silicon carbon.

본 발명은 소스 및 드레인 전극을 금속실리사이드로 형성함으로써, 반도체 메모리 소자가 고집적화됨에 따른 소스 및 드레인 전극 사이 및 플로팅게이트와 소스 및 드레인 전극 사이의 누설전류 발생을 억제하여 반도체 메모리 소자의 문턱전압이 변화하는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통하여 정확한 데이터 판독을 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since the source and drain electrodes are formed of metal silicide, leakage current is generated between the source and drain electrodes and between the floating gate and the source and drain electrodes as the semiconductor memory device is highly integrated, thereby changing the threshold voltage of the semiconductor memory device. Can be prevented, and through this, it is possible to enable accurate data reading.

또한, 본 발명은 플로팅게이트를 복수개의 실리콘나노점으로 형성함으로써, 터널링절연막의 열화에 따른 플로팅게이트의 누설전류를 억제할 수 있으며, 플로팅게이트의 크기를 획기적으로 감소시켜 집적도를 향상시킬 수 있다. 또한, 실리콘나노점의 큰 전하포획력으로 인하여 리텐션타임을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by forming the floating gate with a plurality of silicon nano-points, the present invention can suppress the leakage current of the floating gate due to deterioration of the tunneling insulating film, and can significantly reduce the size of the floating gate and improve the degree of integration. In addition, due to the large charge trapping force of the silicon nano-point, there is an effect of increasing retention time.

또한, 본 발명은 플로팅게이트를 형성하기 위한 실리콘화합물 기저체가 게이트절연막으로 작용함으로써, 공정스탭(process step)을 단축시킬 수 있으며, 이를 통하여 반도체 메모리 소자의 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, a silicon compound base for forming a floating gate acts as a gate insulating layer, thereby shortening a process step, thereby reducing the production cost of a semiconductor memory device.

또한, 본 발명은 반도체 메모리 소자의 고집적화에 따른 누설전류의 발생을 억제함으로써, 터널링절연막 두께를 감소시킬 수 있으며, 이를 통하여 플로팅게이트에 전하를 주입 또는 제거할 때 전하를 직접터널링(dirsct tunnelimg)시킬 수 있는 효과가 있다. 여기서, 플로팅게이트에 전하를 주입 또는 제거할 때 직접터널링을 사용할 경우, 터널링절연막의 내구성을 향상, 반도체 메모리 소자의 동작속도를 향상 및 동작전압을 낮출 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention can reduce the thickness of the tunneling insulating film by suppressing the occurrence of leakage current due to the high integration of the semiconductor memory device, thereby directing the charge (dirsct tunnelimg) when the charge is injected or removed in the floating gate It can be effective. In this case, when direct tunneling is used to inject or remove charges into the floating gate, the tunneling insulating layer may be improved in durability, an operation speed of the semiconductor memory device may be improved, and an operation voltage may be lowered.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다. 또한 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판상 에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면번호로 표시된 부분은 동일한 요소를 나타낸다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. Also in the figures, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and if it is said that a layer is on another layer or substrate "it" can be formed directly on another layer or substrate, Alternatively, a third layer may be interposed therebetween. In addition, parts denoted by the same reference numerals throughout the specification represent the same element.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고집적 반도체 메모리 소자를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a highly integrated semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고집적 반도체 메모리 소자는 기판에 형성되고, 채널영역(220B)과 쇼트키접합(schottky junction)을 형성하는 소스 및 드레인 전극(220A) 및 채널영역(220B)의 기판 상부에 형성되고, 복수개의 실리콘나노점으로 구성된 플로팅게이트(260A)를 포함한다. 또한, 채널영역(220B)의 기판과 플로팅게이트(260A) 사이에 형성된 터널링절연막(250) 및 플로팅게이트(260A) 상부에 형성된 제어게이트(280)를 더 포함할 수 있다. 또한, 플로팅게이트(260A) 상부에 형성된 게이트절연막(270)을 더 포함할 수 있다. As shown in FIG. 2, the highly integrated semiconductor memory device of the present invention is formed on a substrate, and source and drain electrodes 220A and channel regions 220B forming a schottky junction with the channel region 220B. And a floating gate 260A formed on the substrate of the substrate and configured of a plurality of silicon nano-points. In addition, the semiconductor device may further include a tunneling insulating film 250 formed between the substrate of the channel region 220B and the floating gate 260A and a control gate 280 formed on the floating gate 260A. The gate insulating layer 270 may be further included on the floating gate 260A.

이때, 채널영역(220B)은 실리콘으로 형성할 수 있으며, 소스 및 드레인 전극(220A)을 금속실리사이드로 형성할 수 있다. 이를 통하여 실리콘으로 형성된 채널영역(220B)과 소스 및 드레인 전극(220A) 사이에 쇼트키접합을 형성할 수 있다. 이와 같이, 채널영역(220B)과 소스 및 드레인 전극(220A) 사이에 쇼트키접합을 형성함으로써, 채널영역(220B)과 소스 및 드레인 전극(220A) 사이에 쇼트키장벽(schottky barrier)을 형성할 수 있으며, 이를 통하여 소스 및 드레인 전극(220A) 사이의 누설전류가 발생하는 것을 억제할 수 있다.In this case, the channel region 220B may be formed of silicon, and the source and drain electrodes 220A may be formed of metal silicide. As a result, a Schottky junction may be formed between the channel region 220B formed of silicon and the source and drain electrodes 220A. As such, by forming a schottky junction between the channel region 220B and the source and drain electrodes 220A, a schottky barrier can be formed between the channel region 220B and the source and drain electrodes 220A. Through this, leakage of current between the source and drain electrodes 220A may be suppressed.

여기서, 전자를 다수캐리어로 사용하는 경우, 소스 및 드레인 전극(220A)은 전자에 대한 쇼트키장벽이 낮은 물질 예컨대, 어븀(Er), 이터븀(Yb), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb) 및 세륨(Ce)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 정공을 다수캐리어로 사용하는 경우, 소스 및 드레인 전극은 정공에 대한 쇼트키장벽이 낮은 물질 예컨대, 백금(Pt), 납(Pb) 및 이리듐(Ir)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 사용하여 형성할 수 있다. Here, when electrons are used as the majority carrier, the source and drain electrodes 220A are materials having a low Schottky barrier for electrons, such as erbium (Er), ytterbium (Yb), samarium (Sm), and yttrium (Y). It can be formed using any one selected from the group consisting of, gadolium (Gd), terbium (Tb) and cerium (Ce). In addition, when holes are used as multiple carriers, the source and drain electrodes use any one selected from the group consisting of a material having a low Schottky barrier for holes, such as platinum (Pt), lead (Pb), and iridium (Ir). Can be formed.

복수개의 실리콘나노점으로 형성된 플로팅게이트(260A)는 실리콘화합물을 기저체(260)로 형성할 수 있다. 이때, 실리콘화합물 기저체(260)는 실리콘산화물, 실리콘질화물 및 실리콘카본으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성할 수 있으며, 실리콘나노점에 전하가 주입 또는 제거되면서 데이터를 저장한다. The floating gate 260A formed of a plurality of silicon nano-points may form a silicon compound as a base body 260. In this case, the silicon compound base 260 may be formed of any one selected from the group consisting of silicon oxide, silicon nitride, and silicon carbon, and stores data while charge or injection is injected into the silicon nano point.

여기서, 실리콘화합물 기저체(260) 예컨대, 실리콘산화물, 실리콘질화물 또는 실리콘카본은 절연물질이기 때문에 게이트절연막으로 작용할 수 있다. Here, since the silicon compound base 260, for example, silicon oxide, silicon nitride, or silicon carbon, is an insulating material, it may function as a gate insulating film.

한편, 실리콘화합물 기저체(260)가 제공하는 절연특성만으로 제어게이트(280)와 제어게이트(280) 하부구조물 사이의 절연특성이 부족할 경우 도면에 도시된 바와 같이, 제어게이트(280)와 실리콘화합물 기저체(260) 사이에 게이트절연막(270)을 더 형성할 수도 있다. On the other hand, if the insulating properties between the control gate 280 and the control gate 280 lower structure only by the insulating properties provided by the silicon compound base 260, as shown in the drawing, the control gate 280 and the silicon compound A gate insulating film 270 may be further formed between the base bodies 260.

제어게이트(280)는 폴리실리콘, 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti)과 같은 금속물질, 티타늄질화물과 같은 도전성 금속질화물 및 텅스텐실리사이드 또는 티타늄실리사이드와 같은 금속실리사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. The control gate 280 is any one selected from the group consisting of a metal material such as polysilicon, tungsten (W) or titanium (Ti), a conductive metal nitride such as titanium nitride, and a metal silicide such as tungsten silicide or titanium silicide It can be formed into a laminated film.

기판은 벌크실리콘기판을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 고집적 반도체 메 모리 소자의 누설전류를 감소시키고, 구동전류(driving current)를 증가시키기 위하여 SOI 기판을 사용하는 것이 좋다. 이때, SOI 기판은 기계적인 지지를 위한 지지기판(200), 지지기판(200) 상부에 형성된 매립산화층(Buried Oxide Layer, 210), 매립산화층(210) 상부에 형성된 실리콘기판 - 채널영역(220B)과 소스 및 드레인 전극(220A)이 형성된 영역 - 을 포함할 수 있다.The substrate may be a bulk silicon substrate, and preferably, an SOI substrate is used to reduce leakage current and increase driving current of the highly integrated semiconductor memory device. At this time, the SOI substrate is a support substrate 200 for mechanical support, a buried oxide layer 210 formed on the support substrate 200, a silicon substrate-channel region 220B formed on the buried oxide layer 210. And a region in which the source and drain electrodes 220A are formed.

여기서, 실리콘기판의 두께는 제어게이트(280)가 제어하는 전계가 채널영역(220B)을 완전히 제어할 수 있는 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 제어게이트(280)가 제어하는 채널영역(220B)의 두께가 감소하여 반전층(inversion layer)의 형성을 매우 용이하게 조절할 수 있으며, 이는 결과적으로 반도체 메모리 소자의 소스 및 드레인 전극(220A) 간의 누설전류를 감소시키는 효과가 있다. Here, the thickness of the silicon substrate is preferably formed so that the electric field controlled by the control gate 280 can fully control the channel region 220B. As a result, the thickness of the channel region 220B controlled by the control gate 280 is reduced, and thus the formation of an inversion layer can be very easily controlled, which results in the source and drain electrodes 220A of the semiconductor memory device. There is an effect of reducing the leakage current in the liver.

이와 같이, 본 발명은 소스 및 드레인 전극(220A)을 금속실리사이드로 형성함으로써, 반도체 메모리 소자가 고집적화됨에 따른 소스 및 드레인 전극(220A) 사이의 누설전류의 발생을 억제하여 반도체 메모리 소자의 문턱전압이 변화하는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통하여 정확한 데이터 판독을 가능하게 할 수 있다. 또한, 복수개의 실리콘나노점으로 구성된 플로팅게이트(260A)와 소스 및 드레인 전극(220A) 사이에도 쇼트키장벽이 형성되기 때문에 플로팅게이트(260A)와 소스 및 드레인 전극(220A) 사이에 발생하는 누설전류를 억제할 수 있다.As described above, according to the present invention, the source and drain electrodes 220A are formed of metal silicide, thereby suppressing the occurrence of leakage current between the source and drain electrodes 220A as the semiconductor memory devices are highly integrated, thereby increasing the threshold voltage of the semiconductor memory devices. It can be prevented from changing, thereby enabling accurate data reading. In addition, since a Schottky barrier is formed between the floating gate 260A and the source and drain electrodes 220A formed of the plurality of silicon nano-points, the leakage current generated between the floating gate 260A and the source and drain electrodes 220A. Can be suppressed.

또한, 본 발명은 플로팅게이트(260A)를 복수개의 실리콘나노점으로 형성함으로써, 종래의 플로팅게이트에 비하여 작은 부피로 플로팅게이트(260A)를 형성하더라도 충분한 전하저장공간을 확보할 수 있으며, 이에 따라 플로팅게이트(260A)의 크기를 획기적으로 감소시켜 반도체 메모리 소자의 집적도를 향상시킬 수 있다. In addition, the present invention forms the floating gate 260A with a plurality of silicon nano-points, thereby ensuring sufficient charge storage space even when the floating gate 260A is formed in a smaller volume than the conventional floating gate. By greatly reducing the size of the gate 260A, the degree of integration of the semiconductor memory device may be improved.

또한, 본 발명은 터널링절연막(250)의 열화로 인하여 플로팅게이트(260A)와 소스 및 드레인 전극(220A)간에 단락이 발생하여도 단락된 소수의 실리콘나노점만 영향을 받고, 나머지 다수의 실리콘나노점은 영향을 받지 않으므로 안정적인 소자 동작특성을 확보할 수 있다. 즉, 균일한 문턱전압의 분포를 유지할 수 있다. In addition, in the present invention, even if a short circuit occurs between the floating gate 260A and the source and drain electrodes 220A due to deterioration of the tunneling insulating film 250, only a few silicon nano-points short-circuited are affected. Since the point is not affected, stable device operating characteristics can be obtained. That is, it is possible to maintain a uniform distribution of threshold voltages.

또한, 본 발명은 전하를 높은 전위장벽(potential barrier)을 갖는 실리콘나노점의 전위우물(potential well) 안에 포획하기 때문에 누설전류의 발생을 방지하고, 리텐션타임을 증가시킬 수 있다.In addition, the present invention traps the charge in the potential well of the silicon nano-point having a high potential barrier, thereby preventing the occurrence of leakage current and increasing the retention time.

또한, 본 발명의 고집적 반도체 메모리 소자는 소소 및 드레인 전극(220A)을 금속실리사이드로 형성하고, 플로팅게이트(260A)를 복수개의 실리콘나노점으로 형성하여 누설전류의 발생을 억제함으로써, 터널링절연막(250)의 두께를 종래보다 얇게 예컨대, 6nm 이하로 형성할 수 있으며, 이를 통하여 플로팅게이트(260A)에 전하를 주입 또는 제거할 때, 직접터널링 방식을 사용할 수 있다.[S. Lai, "Tunnel oxide and ETOXtm flash scaling limitation", in Tech. Dig. of Int`I Nonvolatile Memory Technology Conference(1998), pp. 6-7] 직접터널링 방식을 사용할 경우, 터널링절연막(250)의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 반도체 메모리 소자의 동작속도 향상 및 동작전압을 낮출 수 있다. 이는 직접터널링이 종래의 열전자주입 또는 F-N터널링에 비하여 낮은 전압 예컨대, 3V ~ 5V 범위의 전압을 요구하는 프로세스이기 때문이다. In addition, in the highly integrated semiconductor memory device of the present invention, the source and drain electrodes 220A are formed of metal silicide, and the floating gate 260A is formed of a plurality of silicon nano-points, thereby suppressing the occurrence of leakage current. ) Can be formed thinner than the conventional one, for example, 6 nm or less, and when directing or removing electric charges through the floating gate 260A, a direct tunneling method can be used. Lai, "Tunnel oxide and ETOX tm flash scaling limitation", in Tech. Dig. of Int`I Nonvolatile Memory Technology Conference (1998), pp. 6-7] When the direct tunneling method is used, the durability of the tunneling insulating layer 250 can be improved, and the operating speed and the operating voltage of the semiconductor memory device can be reduced. This is because direct tunneling is a process requiring a lower voltage, for example, in the range of 3V to 5V, compared to conventional hot electron injection or FN tunneling.

이하, 본 발명에 따른 고집적 반도체 메모리 소자의 제조방법에 대한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 공정설명에서 반도체 소자의 제조방법이나 이에 관련된 성막방법에 관련된 기술내용 중 알려진 기술에 대해서는 설명하지 아니하였고, 이는 이러한 알려진 기술들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 제한되지 않음을 의미한다.Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a highly integrated semiconductor memory device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the process, a known technology is not described in the description of the semiconductor device manufacturing method or the related film formation method, which means that the technical scope of the present invention is not limited by these known technologies.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조방법을 도시한 공정단면도이다.3A through 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3a에 도시된 바와 같이, 기계적인 지지를 위한 지지기판(200), 지지기판(200) 상에 형성된 매립산화층(210) 및 매립산화층(210) 상에 형성된 실리콘기판(220)을 포함하는 SOI 기판을 제공한다. 이때, SOI 기판 대신에 벌크실리콘기판을 사용할 수도 있다. As shown in FIG. 3A, an SOI including a support substrate 200 for mechanical support, a buried oxide layer 210 formed on the support substrate 200, and a silicon substrate 220 formed on the buried oxide layer 210. Provide a substrate. In this case, a bulk silicon substrate may be used instead of the SOI substrate.

여기서, 실리콘기판(220)의 두께는 후속 공정을 통하여 형성될 제어게이트가 제어하는 전계가 채널영역을 완전히 조절할 수 있는 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 제어게이트가 제어하는 채널영역의 두께가 감소하여 반전층의 형성을 매우 용이하게 조절할 수 있으며, 이를 통하여 고집적 반도체 메모리 소자의 소스 및 드레인 전극간의 누설전류를 감소시킬 수 있다. Here, the thickness of the silicon substrate 220 is preferably formed so that the electric field controlled by the control gate to be formed through a subsequent process can fully control the channel region. As a result, the thickness of the channel region controlled by the control gate can be reduced, so that the formation of the inversion layer can be controlled very easily, thereby reducing the leakage current between the source and drain electrodes of the highly integrated semiconductor memory device.

다음으로, 실리콘기판(220) 상에 희생막을 형성한 후, 희생막을 선택적으로 식각하여 소스 및 드레인 전극이 형성될 영역을 오픈(open)하는 희생막패턴(230)을 형성한다. 이때, 희생막패턴(230)이 덮고 있는 실리콘기판(220)이 후속 공정을 통하여 채널영역으로 작용한다.(도 3b 참조)Next, after the sacrificial layer is formed on the silicon substrate 220, the sacrificial layer is selectively etched to form a sacrificial layer pattern 230 that opens an area where the source and drain electrodes are to be formed. In this case, the silicon substrate 220 covered by the sacrificial layer pattern 230 serves as a channel region through a subsequent process (see FIG. 3B).

다음으로, 희생막패턴(230)을 포함하는 실리콘기판(220) 전면에 금속막(240)을 형성한다. 이때, 금속막(240)은 소스 및 드레인 전극을 금속실리사이드로 형성하기 위한 것으로, 본 발명의 고집적 메모리 소자가 전자를 다수캐리어로 사용하는 경우, 금속막(240)은 전자에 대한 쇼트키장벽이 낮은 물질 예컨대, 어븀(Er), 이터븀(Yb), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb) 및 세륨(Ce)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 사용하여 형성할 수 있으며, 정공을 다수캐리어로 사용하는 경우, 정공에 대한 쇼트키장벽이 낮은 물질 예컨대, 백금(Pt), 납(Pb) 및 이리듐(Ir)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 사용하여 형성할 수 있다.Next, the metal film 240 is formed on the entire surface of the silicon substrate 220 including the sacrificial film pattern 230. In this case, the metal film 240 is used to form the source and drain electrodes as metal silicide. When the highly integrated memory device of the present invention uses electrons as a multicarrier, the metal film 240 may have a schottky barrier for electrons. Lower materials such as erbium (Er), ytterbium (Yb), samarium (Sm), yttrium (Y), gadolium (Gd), terbium (Tb) and cerium (Ce) In the case where the hole is used as a multiple carrier, it is formed using a material having a low Schottky barrier for the hole, for example, selected from the group consisting of platinum (Pt), lead (Pb), and iridium (Ir). can do.

도 3b에 도시된 바와 같이, 소스 및 드레인 전극(220A)을 금속실리사이드로 형성하기 위하여 열처리를 실시한다. 이때, 열처리는 실리콘기판(220)과 금속막(240)을 서로 반응시켜 금속실리사이드로 변환시키기 위한 것으로, 급속열처리방법(Rapid Thermai Annealing, RTA), 퍼니스열처리방법(furnace annealing) 및 레이져열처리방법(laser annealing)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 방법을 사용하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 금속막(240)을 어븀(Er)으로 형성한 후, 급속열처리방법을 사용하여 500℃ ~ 600℃ 범위의 온도에서 열처리하면 소스 및 드레인 전극(220A)을 어븀실리사이드로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3B, heat treatment is performed to form the source and drain electrodes 220A with metal silicide. At this time, the heat treatment is to convert the silicon substrate 220 and the metal film 240 to the metal silicide by reacting with each other, rapid thermal treatment method (Rapid Thermai Annealing, RTA), furnace annealing method and laser heat treatment method ( laser annealing) can be carried out using any method selected from the group consisting of: For example, after the metal film 240 is formed of erbium (Er), and then heat-treated at a temperature ranging from 500 ° C. to 600 ° C. using a rapid heat treatment method, the source and drain electrodes 220A may be formed of erbium silicide. have.

여기서, 금속실리사이드로 형성되는 소스 및 드레인 전극(220A)의 저부(바닥)가 SOI 기판의 매립산화층(210)의 상부와 접할 수 있도록 충분한 시간동안 반응시키는 것이 바람직하다.Here, the bottom (bottom) of the source and drain electrodes 220A formed of the metal silicide may be reacted for a sufficient time so as to be in contact with the top of the buried oxide layer 210 of the SOI substrate.

다음으로, 열처리 과정에서 반응하지 않은 미반응 금속막을 제거한다. 이때, 미반응 금속막은 습식식각법 또는 건식식각법으로 제거할 수 있다. 여기서, 습식식각법을 사용할 경우, 염산(HCl)과 질산(HNO3)이 혼합된 왕수(aqua regia) 또는 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)가 혼합된 SPM(sulfuric peroxide mixture) 용액을 사용하여 제거할 수 있으며, 건식식각법을 사용할 경우, 아르곤 가스 스퍼터링방법을 사용하여 제거할 수 있다.Next, the unreacted metal film that is not reacted in the heat treatment process is removed. In this case, the unreacted metal film may be removed by a wet etching method or a dry etching method. Here, when using a wet etching method, a hydrochloric acid (HCl) and nitric acid (HNO 3) is mixed aqua regia (aqua regia) or sulfuric acid (H 2 SO 4) and hydrogen peroxide (H 2 O 2) are mixed SPM (sulfuric peroxide mixture) can be removed using a solution, and if dry etching is used, it can be removed using an argon gas sputtering method.

다음으로, 희생막패턴(230)을 제거한다.Next, the sacrificial layer pattern 230 is removed.

상술한 공정과정을 통하여 실리콘기판(220)에 채널영역(220B) 및 채널영역(220B)과 쇼트키접합을 형성하는 소스 및 드레인 전극(220A)을 형성할 수 있다. Through the above-described process, the source and drain electrodes 220A forming the schottky junction with the channel region 220B and the channel region 220B may be formed in the silicon substrate 220.

도 3c에 도시된 바와 같이, 채널영역(220B) 및 소스 및 드레인 전극(220A)이 구비된 실리콘기판 상에 터널링절연막(250)을 형성한다. 이때, 터널링절연막(250)은 공지된 다양한 성막 기술을 사용하여 형성할 수 있으며, 우수한 품질의 절연막을 형성하기 위하여 열산화법(thermal oxidation)을 사용하여 실리콘산화막으로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3C, the tunneling insulating layer 250 is formed on the silicon substrate having the channel region 220B and the source and drain electrodes 220A. In this case, the tunneling insulating film 250 may be formed using various known film forming techniques, and may be formed of a silicon oxide film using thermal oxidation to form an insulating film having excellent quality.

여기서, 본 발명은 소스 및 드레인 전극(220A)을 금속실리사이드로 형성하고, 후속 공정을 통하여 형성될 플로팅게이트를 복수개의 실리콘나노점으로 형성함으로써, 누설전류의 발생을 억제할 수 있으며, 이를 통하여 터널링절연막(250)의 두께를 감소시킬 수 있다. Here, the present invention can form the source and drain electrodes 220A by the metal silicide, and by forming a floating gate to be formed through a subsequent process to a plurality of silicon nano-points, thereby suppressing the occurrence of leakage current, thereby tunneling The thickness of the insulating layer 250 may be reduced.

다음으로, 터널링절연막(250) 상에 복수개의 실리콘나노점으로 구성된 플로 팅게이트(260A)를 형성한다. 이때, 플로팅게이트(260A)는 실리콘화합물을 기저체(260)로 하여 형성할 수 있으며, 실리콘화합물 기저체(260)는 실리콘산화물, 실리콘질화물 및 실리콘카본으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다. Next, a floating gate 260A including a plurality of silicon nano-points is formed on the tunneling insulating film 250. In this case, the floating gate 260A may be formed by using the silicon compound as the base body 260, and the silicon compound base body 260 may be formed by any one selected from the group consisting of silicon oxide, silicon nitride, and silicon carbon. .

이하, 실리콘화합물을 기저체(260)로 복수개의 실리콘나노점으로 구성된 플로팅게이트(260A)를 형성하는 방법에 대하여 보다 자세히 설명한다. 여기서, 실리콘화합물 기저체(260)로 실리콘질화물을 사용한다. Hereinafter, a method of forming the floating gate 260A including the silicon compound as the base 260 and the plurality of silicon nano-points will be described in more detail. Here, silicon nitride is used as the silicon compound base 260.

플라즈마화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)법을 사용하여 아르곤가스, 실리콘소스가스 예컨대, 실란(silane)가스 및 질소를 포함하는 가스 예컨대, N2가스 또는 NH3가스가 혼합된 혼합가스를 사용하여 실리콘질화물을 기저체(260)로 실리콘질화물 내부에 분산되어 있는 복수개의 실리콘나노점를 성장시킬 수 있다.(도 4 참조) 이때, 실리콘질화물 내부에 우수한 나노 결정구조를 갖는 실리콘나노점을 형성하기 위해서는 천천히 예컨대, 1.3nm/min ~ 1.8nm/min 범위의 성장속도로 제어하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 실리콘소스가스를 아르곤가스에 1% ~ 50% 범위의 비율로 희석한 혼합가스를 질소를 포함하는 가스에 비하여 낮은 유량 예컨대, 1sccm ~ 50sccm 범위의 유량으로 반응챔버에 주입하고, 질소를 포함하는 가스를 500sccm 이상 반응챔버에 주입하면서, 플라즈마 파워를 5W이하로 제어하여 플라즈마에 의해 생성되는 반응기(radical)의 농도를 줄임으로써, 실리콘질화물을 천천히 성장시킬 수 있다. Mixture gas containing argon gas, silicon source gas such as silane gas and nitrogen, such as N 2 gas or NH 3 gas, using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) By using the silicon nitride as a base body 260 can be grown a plurality of silicon nano-dots dispersed in the silicon nitride (see Fig. 4), the silicon nano-point having a good nano crystal structure inside the silicon nitride. In order to form, it is preferable to control slowly at the growth rate of 1.3 nm / min-1.8 nm / min, for example. To this end, a mixed gas obtained by diluting silicon source gas with argon gas in a range of 1% to 50% is injected into the reaction chamber at a lower flow rate than the gas containing nitrogen, for example, 1 sccm to 50 sccm, and containing nitrogen. The silicon nitride can be grown slowly by controlling the plasma power to 5 W or less while reducing the concentration of the radicals generated by the plasma while injecting a gas into the reaction chamber of 500 sccm or more.

상술한 방법으로 형성된 실리콘나노점은 종래의 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 사용하여 형성된 실리콘나노점에 비하여 실리콘 나노 결정구조가 우수하기 때문에 열처리공정과 같은 후처리(post treatment)과정을 실시하지 않아도 된다.(도 4 참조) The silicon nano point formed by the above-described method has a better post-treatment process such as heat treatment because the silicon nano crystal structure is superior to the silicon nano point formed by using conventional chemical vapor deposition (CVD). It is not necessary to carry out. (See FIG. 4).

도 3d에 도시된 바와 같이, 플로팅게이트(260A) 상부에 게이트절연막(270)을 형성한다. 이때, 게이트절연막(270) 저압화학기상증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD)을 사용하여 실리콘산화막으로 형성할 수 있다. As shown in FIG. 3D, a gate insulating layer 270 is formed on the floating gate 260A. In this case, the gate insulating layer 270 may be formed of a silicon oxide layer using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).

한편, 실리콘화합물 기저체(260) 예컨대, 실리콘산화물, 실리콘질화물 또는 실리콘카본은 절연물질이기 때문에 게이트절연막으로 작용할 수 있으며, 실리콘화합물 기저체(260) 만으로 후속 공정을 통하여 형성될 제어게이트(280)와 제어게이트(280) 하부구조물 사이의 절연특성을 확보할 수 있다면, 게이트절연막(270)을 형성하는 공정을 생략할 수 있다.Meanwhile, since the silicon compound base body 260, for example, silicon oxide, silicon nitride, or silicon carbon, is an insulating material, the silicon compound base body 260 may serve as a gate insulating film, and the control gate 280 to be formed through a subsequent process using only the silicon compound base body 260 is provided. If the insulating property between the control gate 280 and the lower structure can be secured, the process of forming the gate insulating film 270 can be omitted.

다음으로, 게이트절연막(270) 상에 제어게이트(280)를 형성한다. 이때, 제어게이트(280)는 폴리실리콘, 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti)과 같은 금속물질, 티타늄질화물과 같은 도전성 금속질화물 및 텅스텐실리사이드 또는 티타늄실리사이드와 같은 금속실리사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다.Next, the control gate 280 is formed on the gate insulating film 270. In this case, the control gate 280 is formed of any one selected from the group consisting of a metal material such as polysilicon, tungsten (W) or titanium (Ti), a conductive metal nitride such as titanium nitride, and a metal silicide such as tungsten silicide or titanium silicide. can do.

다음으로, 제어게이트(280) 상에 하드마스크패턴을 형성한 후, 하드마스크패턴을 식각장벽(etch barrier)으로 제어게이트(280), 게이트절연막(270), 실리콘화합물 기저체(260) 및 터널링절연막(250)을 식각하여 소스 및 드레인 전극(220A)이 형성된 영역의 실리콘기판을 노출시킨다.Next, after the hard mask pattern is formed on the control gate 280, the control mask 280, the gate insulating layer 270, the silicon compound base 260, and the tunneling are formed using the hard mask pattern as an etch barrier. The insulating layer 250 is etched to expose the silicon substrate in the region where the source and drain electrodes 220A are formed.

상술한 공정과정을 통하여 금속실리사이드로 형성된 소스 및 드레인 전극(220A) 및 복수개의 실리콘나노점으로 구성된 플로팅게이트(260A)를 포함하는 고집적 반도체 메모리 소자를 형성할 수 있다.Through the above-described process, a highly integrated semiconductor memory device including a source and drain electrode 220A formed of metal silicide and a floating gate 260A formed of a plurality of silicon nano-points may be formed.

이와 같이, 본 발명은 복수개의 실리콘나노점으로 구성된 플로팅게이트(260A)를 형성하기 위한 실리콘화합물 기저체(260)가 게이트절연막으로 작용함으로써, 공정스탭을 단축시킬 수 있으며, 이를 통하여 반도체 메모리 소자의 생산비용을 절감할 수 있다. As described above, according to the present invention, the silicon compound base 260 for forming the floating gate 260A composed of a plurality of silicon nano-points acts as a gate insulating film, thereby shortening the process steps, thereby providing a semiconductor memory device. The production cost can be reduced.

또한, 본 발명은 소스 및 드레인 전극(220A)을 금속실리사이드로 형성함으로써, 반도체 메모리 소자가 고집적화됨에 따른 소스 및 드레인 전극(220A) 사이 및 소스 및 드레인 전극(220A)과 플로팅게이트(260A) 사이의 누설전류 발생을 억제하여 반도체 메모리 소자의 문턱전압이 변화하는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통하여 정확한 데이터 판독을 가능하게 할 수 있다.In addition, according to the present invention, the source and drain electrodes 220A are formed of metal silicide, and thus, between the source and drain electrodes 220A and the source and drain electrodes 220A and the floating gate 260A as the semiconductor memory device is highly integrated. By suppressing leakage current, it is possible to prevent the threshold voltage of the semiconductor memory device from changing, thereby enabling accurate data reading.

또한, 본 발명은 플로팅게이트(260A)를 복수개의 실리콘나노점으로 형성함으로써, 터널링절연막(250)의 열화에 따른 플로팅게이트(260A)의 누설전류를 억제할 수 있으며, 플로팅게이트(260A)의 크기를 획기적으로 감소시켜 집적도를 향상시킬 수 있다. 또한, 실리콘나노점의 큰 전하포획력으로 인하여 리텐션타임을 증가시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, by forming the floating gate 260A with a plurality of silicon nano-points, the leakage current of the floating gate 260A due to the deterioration of the tunneling insulating film 250 can be suppressed, and the size of the floating gate 260A is reduced. It is possible to improve the density by drastically reducing the. In addition, the retention time may be increased due to the large charge trapping force of the silicon nano-point.

또한, 본 발명은 반도체 메모리 소자의 고집적화에 따른 누설전류의 발생을 억제함으로써, 터널링절연막(250) 두께를 감소시킬 수 있으며, 이를 통하여 플로팅게이트(260A)에 전하는 주입 또는 제거할 때 전하를 직접터널링시킬 수 있는 효과 가 있다. 여기서, 플로팅게이트(260A)에 전하를 주입 또는 제거할 때 직접터널링을 사용할 경우, 터널링절연막(250)의 내구성을 향상, 반도체 메모리 소자의 동작속도를 향상 및 동작전압을 낮출 수 있다. In addition, the present invention can reduce the thickness of the tunneling insulating film 250 by suppressing the occurrence of leakage current due to the high integration of the semiconductor memory device, through which the direct tunneling of the charge when the injection or removal of the charge to the floating gate 260A There is an effect that can be done. Here, when direct tunneling is used to inject or remove charges into the floating gate 260A, the durability of the tunneling insulating layer 250 may be improved, the operating speed of the semiconductor memory device may be improved, and the operating voltage may be lowered.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 실리콘나노점과 실리콘질화물 기저체를 나타낸 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 이미지이다.FIG. 4 is a scanning electron microscopy (SEM) image showing a silicon nano dot and a silicon nitride substrate formed according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 실리콘질화물 기저체(260) 내부에 플로팅게이트(260A)로 작용하는 복수개의 실리콘나노점이 형성된 것을 확인할 수 있다. 실리콘나노점의 크기는 평균적으로 4.6nm 이며, 밀도(density)는 6.0 × 1011 / cm2 이다. Referring to FIG. 4, it can be seen that a plurality of silicon nano-points acting as floating gates 260A are formed in the silicon nitride base body 260. The size of the silicon nano-point is 4.6 nm on average, and the density (density) is 6.0 × 10 11 / cm 2 .

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will appreciate that various embodiments within the scope of the technical idea of the present invention are possible.

도 1은 종래기술에 따른 플래시메모리를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a flash memory according to the prior art.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고집적 반도체 메모리 소자를 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view illustrating a highly integrated semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 고집적 반도체 메모리 소자의 제조방법을 도시한 공정단면도.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a highly integrated semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 실리콘나노점과 실리콘질화물 기저체를 나타낸 주사 전자 현미경 이미지.Figure 4 is a scanning electron microscope image showing the silicon nano-dots and silicon nitride substrate formed in accordance with an embodiment of the present invention.

***도면 주요 부분에 대한 부호 설명***   *** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

200 : 지지기판 210 : 매립산화층200: support substrate 210: buried oxide layer

220 : 실리콘기판 220A : 소스 및 드레인 전극220: silicon substrate 220A: source and drain electrodes

220B : 채널영역 230 : 희생막패턴220B: channel region 230: sacrificial layer pattern

240 : 금속막 250 : 터널링절연막240: metal film 250: tunneling insulating film

260 : 실리콘화합물 기저체260: silicon compound base material

260A : 복수개의 실리콘나노점으로 구성된 플로팅게이트260A: Floating gate composed of a plurality of silicon nano points

270 : 게이트절연막 280 : 제어게이트270 gate insulating film 280 control gate

Claims (17)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 기판에 채널영역 및 상기 채널영역과 쇼트키접합(schottky junction)을 형성하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계;Forming source and drain electrodes on the substrate, the source and drain electrodes forming a schottky junction with the channel region; 상기 기판상에 터널링절연막을 형성하는 단계;Forming a tunneling insulating film on the substrate; 상기 터널링절연막 상에 복수개의 실리콘나노점으로 구성된 플로팅게이트를 포함하는 실리콘화합물 기저체(basal body)를 형성하는 단계;Forming a silicon compound basal body including a floating gate including a plurality of silicon nano-points on the tunneling insulating film; 상기 실리콘화합물 기저체 상부에 제어게이트를 형성하는 단계; 및Forming a control gate on the silicon compound base; And 상기 소스 및 드레인 전극이 노출되도록 상기 제어게이트, 플로팅게이트 및 터널링절연막을 선택적으로 식각하는 단계를 포함하고,Selectively etching the control gate, the floating gate, and the tunneling insulating layer to expose the source and drain electrodes; 상기 실리콘나노점은 상기 실리콘화합물 기저체를 이용하여 형성된, 고집적 반도체 메모리 소자의 제조방법.And the silicon nano point is formed using the silicon compound base. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 실리콘화합물 기저체 상부에 게이트절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 고집적 반도체 메모리 소자의 제조방법.And forming a gate insulating film on the silicon compound base. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 실리콘나노점은 상기 실리콘화합물 기저체 내부에서 성장되는 고집적 반도체 메모리 소자의 제조방법.The silicon nano point is a method of manufacturing a highly integrated semiconductor memory device is grown inside the silicon compound base. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 실리콘화합물 기저체는 실리콘산화물, 실리콘질화물 및 실리콘카본으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성하는 고집적 반도체 메모리 소자의 제조방법. The silicon compound base is formed of any one selected from the group consisting of silicon oxide, silicon nitride and silicon carbon. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 채널영역은 실리콘으로 형성하고, 상기 소스 및 드레인 전극을 금속실리사이드로 형성하는 고집적 반도체 메모리 소자의 제조방법.And the channel region is formed of silicon, and the source and drain electrodes are formed of metal silicide. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 전자를 다수캐리어로 사용하는 경우, 상기 소스 및 드레인 전극은 어븀(Er), 이터븀(Yb), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb) 및 세륨(Ce)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 사용하여 형성하는 고집적 반도체 메모리 소자의 제조방법. In the case of using electrons in the majority carrier, the source and drain electrodes are erbium (Er), ytterbium (Yb), samarium (Sm), yttrium (Y), gadolium (Gd), terbium (Tb), and cerium (Ce). A method for manufacturing a highly integrated semiconductor memory device formed using any one selected from the group consisting of 제10항에 있어서,The method of claim 10, 정공을 다수캐리어로 사용하는 경우, 상기 소스 및 드레인 전극은 백금(Pt), 납(Pb) 및 이리듐(Ir)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 사용하여 형성하는 고집적 반도체 메모리 소자의 제조방법. In the case where holes are used as multiple carriers, the source and drain electrodes are formed using any one selected from the group consisting of platinum (Pt), lead (Pb), and iridium (Ir). 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 기판은 벌크(bulk)실리콘기판 또는 SOI(Silicon On Insulator) 기판으로 형성하는 고집적 반도체 메모리 소자의 제조방법.The substrate may be a bulk silicon substrate or a silicon on insulator (SOI) substrate.
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