KR20040003922A - Method of manufacturing gate electrode in non-volatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 게이트 전극 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불휘발성메모리 장치의 게이트 전극의 크기를 감소시킬 수 있는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a gate electrode, and more particularly, to a method of manufacturing a nonvolatile memory device capable of reducing the size of the gate electrode of the nonvolatile memory device.
반도체 메모리 장치는 DRAM(dynamic random access memory) 및 SRAM(static random access memory)과 같이 시간이 지남에 따라 데이터를 잃어버리는 휘발성(volatile)이면서 데이터의 입·출력이 빠른 RAM 제품과, 한번 데이터를 입력하면 그 상태를 유지할 수 있지만 데이터의 입·출력이 느린 ROM(read only memory) 제품으로 크게 구분할 수 있다.Semiconductor memory devices, such as dynamic random access memory (DRAM) and static random access memory (SRAM), are volatile and fast data input / output that loses data over time, and data is input once. If you do this, you can maintain the status, but it can be divided into ROM (read only memory) products with slow data input and output.
불휘발성 메모리 장치는 거의 무기한의 축적용량을 갖는데, EEPROM (electrically erasable and programmable ROM)과 같이 전기적으로 데이터의 입·출력이 가능한 플래쉬 메모리에 대한 수요가 늘고 있다. 이들 장치의 메모리 셀은 일반적으로 실리콘 기판 상에 형성된 플로팅 게이트를 구비하는 수직 적층형 게이트 구조를 갖는다. 다층 게이트 구조는 전형적으로 하나 이상의 터널 산화막 또는 유전막과, 상기 플로팅 게이트의 위 또는 주변에 형성된 컨트롤 게이트를 포함한다.Nonvolatile memory devices have an almost indefinite storage capacity, and there is an increasing demand for flash memory capable of electrically inputting and outputting data such as electrically erasable and programmable ROM (EEPROM). Memory cells in these devices generally have a vertically stacked gate structure with floating gates formed on a silicon substrate. The multilayer gate structure typically includes one or more tunnel oxide or dielectric films and a control gate formed on or around the floating gate.
이 구조를 갖는 플래쉬 메모리 셀에서 데이터의 저장은 컨트롤 게이트와 기판에 적절한 전압을 인가하여 플로팅 게이트에 전자를 집어넣거나 빼냄으로써 이루어진다. 이때, 유전막은 플로팅 게이트 상에 전위를 유지시키는 기능을 한다.In flash memory cells having this structure, data is stored by applying an appropriate voltage to the control gate and the substrate to insert or draw electrons into the floating gate. At this time, the dielectric film functions to maintain a potential on the floating gate.
상기와 같은 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법이 미국 특허 제6,291,297호(issued to Chen Chiou-Feng.et al)및 일본 공개특허 평6-085278호(issued to OJI YUZURU. et al)에 기재되어 있다.A method of manufacturing such a nonvolatile memory device is described in US Pat. No. 6,291,297 (issued to Chen Chiou-Feng. Et al) and Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-085278 (issued to OJI YUZURU. Et al).
도 1a 내지 도 1c는 종래 방법에 의한 불휘발성 메모리 장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device by a conventional method.
도 1a를 참조하면, 엑티브 영역과 필드 영역으로 구분되어진 반도체 기판(10) 상에 터널 산화막(12)을 형성한다. 상기 터널 산화막(12) 상에 플로팅 게이트용 제1실리콘층(14)을 증착한 후 고농도의 N형으로 도핑시킨다. 이어서, 상기 제1실리콘층 상에 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트를 절연시키기 위한 층간유전막(22)으로서, 제1산화막(16), 질화막(18) 및 제2산화막(20)을 순차적으로 형성한다. 상기 층간유전막(22) 상에 컨트롤 게이트용 제2실리콘층(24) 및 금속-실리사이드층(26)을 증착한다. 상기 금속-실리사이드층(26) 상에 게이트 패터닝을 위한 마스크 패턴(28)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a tunnel oxide layer 12 is formed on a semiconductor substrate 10 divided into an active region and a field region. The first silicon layer 14 for floating gate is deposited on the tunnel oxide layer 12 and then doped with a high concentration of N-type. Subsequently, the first oxide layer 16, the nitride layer 18, and the second oxide layer 20 are sequentially formed as the interlayer dielectric layer 22 for insulating the floating gate and the control gate on the first silicon layer. The second silicon layer 24 and the metal-silicide layer 26 for the control gate are deposited on the interlayer dielectric layer 22. A mask pattern 28 for gate patterning is formed on the metal silicide layer 26.
도 1b를 참조하면, 상기 마스크 패턴(28)을 식각 마스크로 이용하여 상기 금속 실리사이드층(26), 제2실리콘층(24), 층간유전막(22) 및 제1실리콘층(14)을 연속적으로 이방성 식각한다. 그러면, 제1실리콘층 패턴(14a)으로 이루어진 플로팅 게이트와, 제2실리콘층 패턴(24a) 및 금속-실리사이드층 패턴(26a)로 이루어진 컨트롤 게이트(24a,26a)를 구비하는 메모리 셀의 스택형 게이트들이 형성된다.Referring to FIG. 1B, the metal silicide layer 26, the second silicon layer 24, the interlayer dielectric layer 22, and the first silicon layer 14 are continuously formed using the mask pattern 28 as an etching mask. Anisotropic Etch. Then, a stack type of memory cell having a floating gate made of the first silicon layer pattern 14a and a control gate 24a, 26a made of the second silicon layer pattern 24a and the metal-silicide layer pattern 26a. Gates are formed.
여기서, 상기 층간유전막(22)은 제1산화막 패턴(16a), 질화막 패턴(18a) 및 제2산화막 패턴(20a)을 각각 나타낸다.Here, the interlayer dielectric film 22 represents a first oxide film pattern 16a, a nitride film pattern 18a, and a second oxide film pattern 20a, respectively.
도 1c를 참조하면, 상술한 바와 같이 게이트 패터닝을 실시한 후 게이트 산화공정을 실시한다. 그러면, 플로팅 게이트(14a) 및 컨트롤 게이트(24a,26a)의 측벽이 산화되어 산화막(30)이 형성된다.Referring to FIG. 1C, as described above, the gate patterning process is performed after the gate patterning process. Then, sidewalls of the floating gate 14a and the control gates 24a and 26a are oxidized to form an oxide film 30.
그런데, 상기 게이트 산화 공정시 컨트롤 게이트(24a,26a)의 하부에서 제2산화막 패턴(20a)의 측면으로 산화제(oxidant)가 침투하여 도 1c에 도시한 바와 같이 버즈-비크가 형성된다. 마찬가지로, 플로팅 게이트(14a)의 상부에서 제1산화막 패턴(16a)의 측면으로 산화제가 침투하여 상기 버즈-비크를 형성하게 된다. 따라서, 상기 버즈-비크에 의해 층간유전막(22)의 두께가 증가됨으로써 셀의 특성 산포가 커지는 문제가 발생하게 된다.However, in the gate oxidation process, an oxidant penetrates into the side surface of the second oxide layer pattern 20a under the control gates 24a and 26a to form a buzz-beak as illustrated in FIG. 1C. Similarly, an oxidant penetrates into the side surface of the first oxide film pattern 16a on the floating gate 14a to form the buzz-beak. Therefore, the thickness of the interlayer dielectric film 22 is increased by the buzz-beak, thereby causing a problem in that the characteristic distribution of the cell is increased.
즉, 셀의 특성 산포를 감소시키기 위해서는 게이트 패터닝을 위한 사진식각 공정시 게이트 사이즈의 감소가 선행되어야 하는데, 상기 게이트의 선폭이 감소함에 따라 게이트 패터닝 후 실시하는 게이트 산화 공정시 버즈-비크에 의한 층간유전막 두께의 증가현상이 증가된다. 이러한 층간유전막 두께의 증가현상은 산화막(30)의 두께가 두꺼울수록 심해지기 때문에 상기 산화막(30)의 두께를 감소시키면 셀의 특성 산포가 커지는 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 상기 산화막(30)의 두께를 감소시키면 데이터 내구성(retention) 특성이 열화되기 때문에, 상기 산화막(30)의 두께를 감소시키는데 한계가 있다.That is, in order to reduce the characteristic scatter of the cell, the gate size must be reduced in the photolithography process for gate patterning, and as the line width of the gate decreases, the interlayer due to the buzz-beak in the gate oxidation process performed after the gate patterning is performed. The increase in dielectric film thickness is increased. Since the increase in the thickness of the interlayer dielectric film is increased as the thickness of the oxide film 30 becomes thicker, reducing the thickness of the oxide film 30 may solve a problem in that characteristic scattering of the cell becomes larger. However, since reducing the thickness of the oxide film 30 deteriorates data retention characteristics, there is a limit to reducing the thickness of the oxide film 30.
따라서, 본 발명의 목적은 게이트 산화공정시 발생하는 층간유전막의 두께 증가 현상을 감소시켜 셀의 산포를 개선할 수 있는 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory device capable of improving the spread of cells by reducing the thickness increase phenomenon of the interlayer dielectric film generated during the gate oxidation process.
도 1a 및 도 1c는 종래 방법에 의한 불휘발성 메모리 장치의 게이트 전극 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1A and 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a gate electrode of a nonvolatile memory device according to a conventional method.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 불휘발성 메모리 장치의 게이트 전극 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a gate electrode of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 반도체 기판102 : 터널 산화막100 semiconductor substrate 102 tunnel oxide film
104 : 제1도전층106 : 제1산화막104: first conductive layer 106: first oxide film
108 : 질화막110 : 제2산화막108: nitride film 110: second oxide film
112 : 층간유전막114 : 제2도전층112: interlayer dielectric film 114: second conductive layer
116 : 금속-실리사이드막118 : 마스크층116 metal-silicide film 118 mask layer
122a, 122b : 산화막122a, 122b: oxide film
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,
터널 산화막이 형성된 반도체 기판 상에 제1도전층 패턴, 층간유전막 패턴, 제2 도전층 패턴을 포함하는 게이트 전극 구조물을 형성하는 단계;Forming a gate electrode structure including a first conductive layer pattern, an interlayer dielectric layer pattern, and a second conductive layer pattern on the semiconductor substrate on which the tunnel oxide layer is formed;
상기 결과물을 600℃ 이하의 온도로 1차 산화 공정을 수행함으로서, 상기 제1 및 제2도전층 패턴과 접촉되는 산화막 패턴 및 층간유전막 패턴의 계면에 버드-비크 현상으로 인한 두께의 증가를 억제하기 위해 상기 반도체 기판 및 상기 게이트 전극 구조물의 외부면에 산화막을 형성하는 단계; 및By performing the primary oxidation process at a temperature of less than 600 ℃ to the result, to suppress the increase of the thickness due to the bud-beak at the interface between the oxide film pattern and the interlayer dielectric film pattern in contact with the first and second conductive layer pattern Forming an oxide film on an outer surface of the semiconductor substrate and the gate electrode structure; And
상기 결과물에 산소 및 질소를 포함하는 가스를 제공하면서, 상기 1차 산화보다 높은 온도로 2차 산화 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 장치의 게이트 전극 제조 방법을 제공하는데 있다.The present invention provides a method of manufacturing a gate electrode of a nonvolatile memory device, wherein the secondary oxidation process is performed at a temperature higher than the primary oxidation while providing a gas containing oxygen and nitrogen to the resultant.
본 발명에 의하면, 게이트 구조물이 형성된 반도체 기판 상에 저온의 열산화막 형성 공정이나 산화막 증착 공정을 수행하여 이후 열처리 공정에서 상기 게이트 구조물에 포함되어 있는 층간유전막 패턴 및 터널산화막의 버즈-비크 현상을 감소시킬 수 있다.According to the present invention, a low-temperature thermal oxide film formation process or an oxide film deposition process is performed on a semiconductor substrate on which a gate structure is formed, thereby reducing the buzz-beak phenomenon of the interlayer dielectric layer pattern and the tunnel oxide film included in the gate structure in a subsequent heat treatment process. You can.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 불휘발성 메모리 장치의 게이트 전극 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a gate electrode of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 셸로우 트렌치 소자분리(shallow trench isolation; STI)와 같은 소자분리 공정을 통해 반도체 기판(100)을 엑티브 영역과 필드 영역으로 구분한다.Referring to FIG. 2A, the semiconductor substrate 100 is divided into an active region and a field region through a device isolation process such as shallow trench isolation (STI).
구체적으로, 반도체 기판(100)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성한 후, 상기 트렌치를 채우도록 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 방법에 의해 산화막을 증착한다. 다음에, 상기 CVD-산화막을 에치백(etch back) 또는 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 방법으로 식각하여 상기 트렌치의 내부에만 필드 산화막을 형성한다.Specifically, after forming the trench by etching the semiconductor substrate 100 to a predetermined depth, an oxide film is deposited by chemical vapor deposition (CVD) to fill the trench. Next, the CVD-oxide film is etched by an etch back or chemical mechanical polishing (CMP) method to form a field oxide film only inside the trench.
또한, 상기 필드 영역은 통상의 실리콘 부분 산화(Local oxidation of silicon; LOCOS) 공정으로 형성할 수도 있고, 플로팅 게이트와 엑티브 영역을 동시에 형성하는 자기 정렬된 셸로우 트렌치 소자분리(self-aligned shallow trench isolation; SA-STI) 공정으로 형성할 수도 있다.In addition, the field region may be formed by a conventional local oxidation of silicon (LOCOS) process, and self-aligned shallow trench isolation that simultaneously forms a floating gate and an active region. And SA-STI) process.
상기 반도체 기판(100) 상에 열산화 공정을 수행하여 약 50 내지 80Å의 두께를 갖는 터널 산화막(102)을 형성한다.A thermal oxidation process is performed on the semiconductor substrate 100 to form a tunnel oxide film 102 having a thickness of about 50 to about 80 microns.
이어서, 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된 터널 산화막(102) 상에 플로팅 게이트용 제1도전층(104)을 약 800 내지 1400Å의 두께로 증착한다. 예컨대 상기 제1도전층(104)은 폴리-실리콘 또는 비정질실리콘을 이용하고 있다.Subsequently, the first conductive layer 104 for the floating gate is deposited on the tunnel oxide film 102 formed on the semiconductor substrate 100 to a thickness of about 800 to 1400 Å. For example, the first conductive layer 104 uses poly-silicon or amorphous silicon.
그리고, 상기 제1도전층(104)은 통상적인 도핑 방법인 POCl3확산, 이온주입, 또는 인-시튜 도핑에 의해 고농도의 N형 불순물이 주입된 후 사진식각 공정으로 필드 영역 상의 제1도전층(104)을 선택적으로 제거한다.In addition, the first conductive layer 104 is implanted with a high concentration of N-type impurities by POCl 3 diffusion, ion implantation, or in-situ doping, which is a common doping method, and then the first conductive layer on the field region by photolithography. Optionally remove 104.
이어서, 제1도전층(104) 및 기판(100) 상에 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트를 절연시키기 위하여 ONO구조로 이루어진 층간유전막(112)을 형성한다. 상기 층간유전막(112)은 통상의 열산화 공정 또는 화학 기상 증착 공정을 수행함으로서 형성된다.Subsequently, an interlayer dielectric film 112 having an ONO structure is formed on the first conductive layer 104 and the substrate 100 to insulate the floating gate and the control gate. The interlayer dielectric film 112 is formed by performing a conventional thermal oxidation process or a chemical vapor deposition process.
상기 화학 기상 증착 공정에 의해 형성된 층간유전막(112)은 제1산화막(106)/질화막(108)/제2산화막(110)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어져 있고, 구체적으로, 상기 제1도전층(104)상에 제1산화막(106)을 약 700 내지 750℃의 온도에서 화학 기상 증착, 바람직하게는 저압 화학 기상 증착(low pressure chemical vapor deposition; LPCVD) 방법에 의해 40 내지 70Å의 두께로 증착한다.The interlayer dielectric film 112 formed by the chemical vapor deposition process has a structure in which the first oxide film 106, the nitride film 108, and the second oxide film 110 are sequentially stacked, and specifically, the first conductive layer The first oxide film 106 is deposited on the 104 to a thickness of 40 to 70 kPa by chemical vapor deposition, preferably low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), at a temperature of about 700 to 750 ° C. do.
이어서, NO 또는 N2O 분위기에서 제1어닐링을 실시하여 상기 제1산화막(106)을 치밀화한다. 상기 제1산화막(106) 상에 LPCVD 방법으로 약 30 내지 80Å 두께의 질화막(108)을 증착한 후, 상기 질화막 상에 약 700 내지 750℃의 온도에서 제2산화막(110)을 화학 기상 증착, 더욱 바람직하게는 LPCVD 방법에 의해 약 40 내지 60Å의 두께로 증착한다.Subsequently, first annealing is performed in an NO or N 2 O atmosphere to densify the first oxide film 106. After depositing a nitride film 108 having a thickness of about 30 to 80 kPa on the first oxide film 106 by LPCVD, chemical vapor deposition of the second oxide film 110 on the nitride film at a temperature of about 700 to 750 ° C. More preferably, it is deposited to a thickness of about 40 to 60 kPa by the LPCVD method.
이어서, NO 또는 N2O 분위기에서 제2어닐링을 실시하여 상기 제2산화막(110)을 치밀화한다. 그러면, LPCVD-ONO으로 이루어진 층간유전막(112)이 형성된다. 상기 층간유전막(112) 상에 N+형으로 도핑된 폴리-실리콘층을 700 내지 1200 Å의 두게를 갖도록 도포하여 컨트롤 게이트용 제2도전층(114)형성한다.Subsequently, a second annealing is performed in an NO or N 2 O atmosphere to densify the second oxide film 110. Then, an interlayer dielectric film 112 made of LPCVD-ONO is formed. The second conductive layer 114 for the control gate is formed by applying a polysilicon layer doped with an N + type on the interlayer dielectric film 112 to have a thickness of 700 to 1200 GPa.
그리고, 상기 제2도전층(114) 상에 저 저항 물질인 텅스텐 실리사이드(WSix), 티타늄 실리사이드(TiSix), 탄탈륨 실리사이드(TaSix)와 같은 금속 실리사이드막(116)을 100 내지 1200Å의 두께를 갖도록 형성한다.In addition, a metal silicide layer 116 such as tungsten silicide (WSix), titanium silicide (TiSix), and tantalum silicide (TaSix), which are low resistance materials, may be formed on the second conductive layer 114 to have a thickness of 100 to 1200 Å. do.
상기 금속-실리사이드막(116) 상에 게이트 패터닝을 위한 마스크층(118)을 형성한다. 상기 마스크층(118)은 산화막 또는 질화막의 단일막으로 형성되거나, 산화막과 질화막의 복합막으로 형성된다.A mask layer 118 for gate patterning is formed on the metal-silicide layer 116. The mask layer 118 is formed of a single film of an oxide film or a nitride film or a composite film of an oxide film and a nitride film.
도 2b를 참조하면, 사진식각 공정으로 상기 마스크층을 식각하여 게이트 영역을 정의하는 하드 마스크층 패턴(118a)을 형성한다.Referring to FIG. 2B, the mask layer is etched by a photolithography process to form a hard mask layer pattern 118a defining a gate region.
상기 마스크층 패턴(118a)을 식각 마스크로 이용하여 상기 금속-실리사이드막(116), 제2도전층(114), 층간유전막(112) 및 제1도전층(104)을 순차적으로 패터닝하여, 마스크층 패턴(118a), 금속-실리사이드막 패턴(116a), 제2도전막 패턴(114a), 층간유전막 패턴(112a), 제1도전막 패턴(104a) 및 터널산화막(102)을 포함하는 게이트 전극 구조물을 형성한다. 여기서, 참조부호 106a, 108a 및 110a는 상기 층간유전막(112)을 구성하는 제1산화막 패턴, 질화막 패턴 및 제2산화막 패턴을 각각 나타낸다.The metal-silicide layer 116, the second conductive layer 114, the interlayer dielectric layer 112, and the first conductive layer 104 are sequentially patterned using the mask layer pattern 118a as an etching mask. A gate electrode including a layer pattern 118a, a metal-silicide layer pattern 116a, a second conductive layer pattern 114a, an interlayer dielectric layer pattern 112a, a first conductive layer pattern 104a, and a tunnel oxide layer 102 Form the structure. Reference numerals 106a, 108a, and 110a denote first oxide film patterns, nitride film patterns, and second oxide film patterns constituting the interlayer dielectric film 112, respectively.
도 2c 내지 도2d를 참조하면, 상기 결과물인 게이트 전극 구조물 및 노출된 반도체 기판(100) 전면에 플로팅 게이트(104a) 및 컨트롤 게이트(114a,116a)의 도전물질이 결정화되지 않는 약 600℃ 미만의 온도에서 오존, 플라즈마 및 라티칼 등의 활성 산소를 이용하여 저온의 제1산화 공정을 실시한다. 그러면, 상기 게이트 구조물 및 노출된 반도체 기판(100)의 외측부에 열 산화막(122a)이 형성된다.2C to 2D, the resulting gate electrode structure and the conductive material of the floating gate 104a and the control gates 114a and 116a on the entire surface of the exposed semiconductor substrate 100 may be less than about 600 ° C. The low temperature first oxidation process is carried out using active oxygen such as ozone, plasma, and radicals at the temperature. Then, the thermal oxide layer 122a is formed on the outer side of the gate structure and the exposed semiconductor substrate 100.
만약 600℃를 초과하는 고온에서 제1산화 공정을 수행하면, 상기 게이트 구조물에 포함되어 있는 제1도전층 패턴(104a) 및 제2도전층 패턴(114a)과 접촉되는 상기 터널산화막(102), 제1산화막 패턴(106a) 및 제2산화막 패턴(110a)의 계면에따라 산화제(Oxidant)의 확산이 빠르게 진행하여 상기 층간유전막 패턴(112a) 및 터널산화막(102)이 보다 두껍게 형성되는 현상과 과도한 버드-비크(brid's beak) 현상이 발생된다.If the first oxidation process is performed at a high temperature exceeding 600 ° C., the tunnel oxide film 102 in contact with the first conductive layer pattern 104a and the second conductive layer pattern 114a included in the gate structure, The diffusion of the oxidant (Oxidant) proceeds rapidly along the interface between the first oxide layer pattern 106a and the second oxide layer pattern 110a, and the interlayer dielectric layer pattern 112a and the tunnel oxide layer 102 are formed thicker and excessive. Bird's beak phenomenon occurs.
이어서, 상기 게이트 구조물 전면에 형성된 저온의 열 산화막(122a)은 고온에서 형성된 산화막 보다 특성이 저하되기 때문에 후속으로 질소나 산소 가스의 분위기 하에서 600℃ 이상 고온의 제2산화 공정을 수행한다. 그럼으로 상기 게이트 전극 구조물에 포함되어 있는 제1도전층 패턴(104a) 및 제2도전층 패턴(114a)의 도전물질은 결정화되고, 상기 층간유전막 및 터널산화막의 두께의 증가를 억제하면서, 상기 저온의 열 산화막(122a)의 두께를 향상시켜 게이트 전극의 특성을 향상 시킬수 있다.Subsequently, since the low-temperature thermal oxide film 122a formed on the entire surface of the gate structure has lower characteristics than the oxide film formed at high temperature, a second oxidation process of 600 ° C. or higher is subsequently performed under an atmosphere of nitrogen or oxygen gas. Thus, the conductive materials of the first conductive layer pattern 104a and the second conductive layer pattern 114a included in the gate electrode structure are crystallized and suppress the increase in the thickness of the interlayer dielectric layer and the tunnel oxide layer. The thickness of the thermal oxide film 122a may be improved to improve characteristics of the gate electrode.
그러나, 산화 공정에 의해 발생되는 산화 증진 현상은 이온 주입된 도판트의 농도 및 산화 온도, 그리고 산화 종류에 따라 달라지기 때문에, 이온 주입된 영역에서의 산화막의 두께와 이온 주입되지 않은 영역에서의 산화막의 두께 비를 관리하기 위해서는 도판트의 종류와 농도, 그리고 산화 온도 및 종류를 적절히 조절하여야 한다.However, since the oxidation enhancement phenomenon caused by the oxidation process depends on the concentration, oxidation temperature, and type of oxidation of the implanted dopant, the thickness of the oxide film in the ion implanted region and the oxide film in the non-ion implanted region In order to control the thickness ratio of, dopant type and concentration, and oxidation temperature and type should be properly adjusted.
다른 실시예로서, 상기 결과물인 게이트 구조물 및 노출된 반도체 기판(100) 전면에 화학 기상 증착 방법 또는 원자층 증착 방법을 수행하여 50Å이하의 두께를 갖는 증착 산화막(122b)을 형성한다. 그리고, 질소나 산소 가스의 분위기 하에서 600℃를 초과하는 고온의 열처리 공정을 수행하여 상기 증착 산화막(122b)의 두께를 향상시킨다. 따라서, 상기 게이트 구조물에 포함되어 있는 제1 및 제2도전층의도전물질은 결정화되고, 상기 층간유전막 및 터널산화막의 두께의 증가 없이 상기 저온의 열 산화막(122a)의 두께를 향상시켜 게이트 전극의 특성은 향상된다.In another embodiment, a chemical vapor deposition method or an atomic layer deposition method may be performed on the resultant gate structure and the exposed semiconductor substrate 100 to form a deposition oxide film 122b having a thickness of 50 mV or less. In addition, by performing a high temperature heat treatment process exceeding 600 ° C. under an atmosphere of nitrogen or oxygen gas, the thickness of the deposition oxide film 122b is improved. Accordingly, the conductive material of the first and second conductive layers included in the gate structure is crystallized, and the thickness of the low-temperature thermal oxide film 122a is improved without increasing the thickness of the interlayer dielectric film and the tunnel oxide film. Characteristics are improved.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 저온의 산화막 형성 공정으로 상기 게이트 전극 외부에 형성된 산화막은 이후 제조 공정시 사용되는 열에 의해 상기 게이트 구조물에 포함되어 있는 제1 및 제2도전층 패턴과 터널산화막, 제1 및 제2산화막 패턴이 접촉되는 계면을 따라 발생되는 산화물질의 확산을 방지하고, 상기 산화막이 보다 두껍게 형성되는 현상과 과도한 버드-비크(brid's beak) 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 그럼으로 상기 층간유전막(112)의 두께 증가 현상을 방지하여 셀 특성 산포를 개선할 수 있다.As described above, according to the present invention, the oxide film formed outside the gate electrode in a low temperature oxide film forming process may include the first and second conductive layer patterns and the tunnel oxide film included in the gate structure by heat used in a subsequent manufacturing process. It is possible to prevent the oxide material from being diffused along the interface between the first and second oxide film patterns, and to prevent the oxide film from being formed thicker and from excessive bud's beak. Therefore, the increase in the thickness of the interlayer dielectric film 112 may be prevented, thereby improving cell characteristic distribution.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.
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