KR20070091470A - Method of manufacturing a memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 메모리 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도이다. 1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a memory device according to Embodiment 1 of the present invention.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 메모리 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도이다. 4 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a memory device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
100,200 : 단결정 실리콘 기판 102,202 : 게이트 산화막100,200: single crystal silicon substrate 102,202: gate oxide film
104,204 : 게이트 스페이서 106,206 : 게이트 전극104,204: gate spacer 106,206: gate electrode
110,210 : 소오스/드레인 영역 120 : 개구110,210 Source / drain region 120: Opening
122,222 : 층간 절연막 패턴 124,250 : 세정액122,222 Interlayer insulating film pattern 124,250 Cleaning liquid
130, 230 : 제1 실리콘막 패턴 240 : 포토레지스트 패턴 130 and 230: first silicon film pattern 240: photoresist pattern
242 : 제2 개구 244 : 절연막 패턴 242: second opening 244: insulating film pattern
260 : 제2 실리콘막260: second silicon film
본 발명은 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 층간 절연막 패턴의 기판을 노출하는 개구 내부에 선택적 에피택셜 성장으로 실리콘막을 형성하는 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a memory device, and more particularly, to a method of manufacturing a memory device in which a silicon film is formed by selective epitaxial growth inside an opening exposing a substrate of an interlayer insulating film pattern.
일반적으로, 결정 구조에 따라 물질은 단결정(single crystal), 다결정(poly crystal) 및 비정질(amorphous)로 분류할 수 있다. 상기 단결정으로 이루어지는 물질은 하나의 결정 구조로 이루어지고, 상기 다결정으로 이루어지는 물질은 다수개의 결정 구조로 이루어지고, 상기 비정질로 이루어지는 물질은 물질 내부가 결정이 아닌 불규칙한 원자 배열로 이루어진다.In general, depending on the crystal structure, materials can be classified into single crystal, poly crystal, and amorphous. The single crystal material has a single crystal structure, the polycrystalline material has a plurality of crystal structures, and the amorphous material has an irregular atomic arrangement instead of a crystal.
상기 다결정 물질은 다수개의 결정 구조로 이루어지기 때문에 많은 결정 입계(grain boundary)를 갖는다. 따라서, 상기 다결정 물질은 상기 결정 입계에 의해 자유 전자(free electron) 또는 정공(hole)과 같은 캐리어의 이동과 제어 등이 방해받기 때문에 우수한 전기적 특성을 기대하지 못한다. 그러나, 상기 단결정 물질은 하나의 결정 구조로 이루어지기 때문에 결정 입계를 거의 갖지 않는다. 따라서, 상기 단결정 물질은 상기 캐리어의 이동과 제어 등이 비교적 덜 방해받기 때문에 상기 다결정 물질에 비하여 우수한 전기적 특성을 기대할 수 있다.The polycrystalline material has many grain boundaries because it consists of a plurality of crystal structures. Therefore, the polycrystalline material does not expect excellent electrical properties because the movement and control of carriers such as free electrons or holes are disturbed by the grain boundaries. However, since the single crystal material is composed of one crystal structure, it has almost no grain boundaries. Therefore, the single crystal material can expect excellent electrical properties compared to the polycrystalline material because the movement and control of the carrier is relatively less disturbed.
그러므로, 기판 위로 MOS 트랜지스터와 같은 반도체 단위 소자들이 적층된 메모리 소자는 콘택 구조물로서 상기 단결정 물질로 이루어지는 구조물을 사용한다. 특히, 상기 메모리 소자에서 적층 트랜지스터의 콘택 구조물로서는 단결정 실리콘막을 형성하는 것이 가장 바람직하다. Therefore, a memory device in which semiconductor unit devices such as MOS transistors are stacked on a substrate uses a structure made of the single crystal material as a contact structure. In particular, it is most preferable to form a single crystal silicon film as a contact structure of the multilayer transistor in the memory device.
상기 단결정 실리콘막은 기판의 상기 소오스/드레인 영역 및 게이트 전극의 콘택으로 제공될 영역에 상기 단결정 실리콘 기판을 노출하는 개구를 형성한 후, 상기 개구 내부를 채우면서 선택적 에피택시얼 성장(Selective Epitaxial Growth:SEG, 이하, 'SEG'라 한다) 공정을 수행하는 다마신 방식에 의해 획득할 수 있다. 여기서, 상기 단결정 실리콘막은 단결정의 결정 구조에 가까운 에피택셜 실리콘막 패턴이다.The single crystal silicon film forms an opening exposing the single crystal silicon substrate in a region to be provided as a contact between the source / drain region and the gate electrode of the substrate, and then fills the inside of the opening to selectively epitaxial growth. SEG, hereinafter referred to as 'SEG'), may be obtained by a damascene method of performing a process. Here, the single crystal silicon film is an epitaxial silicon film pattern close to the crystal structure of the single crystal.
그러나, 상기 SEG 방법으로 상기 에피택셜 실리콘막 패턴을 형성하기 위해서는 박막 성장속도 및 두께 균일도의 패턴 의존성에 따른 더미 패턴을 설계하는 것이 필요하고, 상기 SEG로 실리콘을 성장시키기 전에 적절한 전세정 공정을 거쳐야 하며, 에피택셜 실리콘 성장온도에 따른 짧은 채널 트랜지스터의 특성 열화의 부담을 갖는 문제를 극복해야 한다. 또한, 개구의 형성 공정에서 이방성 식각에 의하여 콘택 영역인 게이트 전극 및 소오스/드레인 영역 상에 손상된 막이나 식각 잔여물이 잔류할 경우 불량 콘택을 유발한다. 상기 불량 콘택으로 형성되는 실리콘막의 결정성이 낮아지면 콘택 저항이 증가되고, 이로 인하여 트랜지스터 동작 전류가 감소되는 문제점이 유발된다. However, in order to form the epitaxial silicon film pattern by the SEG method, it is necessary to design a dummy pattern according to the pattern dependence of thin film growth rate and thickness uniformity, and have to undergo an appropriate pre-cleaning process before growing the silicon by the SEG In addition, it is necessary to overcome the problem of deterioration of the characteristics of the short channel transistor according to the epitaxial silicon growth temperature. In addition, in the opening forming process, when the damaged film or the etching residue remains on the gate electrode and the source / drain region which are the contact regions by anisotropic etching, a bad contact is caused. When the crystallinity of the silicon film formed by the bad contact is lowered, the contact resistance is increased, which causes a problem that the transistor operating current is reduced.
한편, 반도체 단위 소자들이 적층된 상기 메모리 소자의 채널층(channel layer)으로서도 단결정 실리콘막이 사용된다. 상기 단결정 실리콘막으로 이루어지는 패턴은 기판 상에 층간 절연막을 형성한 후, 단결정 실리콘에 가까운 에피택셜 실리콘으로 이루어지는 시드막 상에 비정질 실리콘막을 형성한 후, 이를 열처리하여 상기 비정질 실리콘막의 결정 구조를 단결정으로 전환시키는 고상 에피택시(Solid Phase Epitaxy:SPE, 이하, 'SPE'라 한다)방법으로 획득할 수 있다. Meanwhile, a single crystal silicon film is also used as a channel layer of the memory device in which semiconductor unit devices are stacked. In the pattern of the single crystal silicon film, an interlayer insulating film is formed on a substrate, an amorphous silicon film is formed on a seed film made of epitaxial silicon close to the single crystal silicon, and then heat-treated to form the crystal structure of the amorphous silicon film as a single crystal. It can be obtained by a solid phase epitaxy (SPE, hereinafter referred to as "SPE") method of switching.
그러나, 상술한 바와 같은 고상 에피택시 방법에서도 상기 에피택셜 실리콘 으로 이루어지는 시드막을 형성한 후 평탄화시키기 위한 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing:CMP, 이하, 'CMP'라 한다)에서 에피택셜 실리콘막 패턴 상에 식각 잔여물이 형성되어 상기 단결정 실리콘막의 결정성 특성이 열화되는 문제점이 발생한다. However, even in the above-described solid-state epitaxy method, the epitaxial silicon film pattern is formed by chemical mechanical polishing (CMP, hereinafter referred to as 'CMP') for forming and planarizing a seed film made of the epitaxial silicon. An etching residue is formed on the substrate, which causes deterioration of the crystalline characteristics of the single crystal silicon film.
따라서, 일반적으로 콘택 구조물인 에피택셜 실리콘막 패턴과 채널층으로 이용되는 단결정 실리콘막을 형성하기 이전에 완전한 오믹 콘택을 이루기 위하여 건식 세정(dry cleaning) 공정을 수행하고 있으나, 상기 건식 세정 공정에 의해 손상된 막이 형성되거나 이전의 식각 잔류물이 잔류하고 있다. 즉, 상기 건식 세정 공정을 수행한 메모리 소자의 제조에 있어서는 상기 SEG 성장에 의한 에피택셜 실리콘막 패턴과 SPE 방법에 의한 상기 단결정 실리콘막의 결정성 특성이 열화되는 문제가 여전히 남는다.Therefore, before the epitaxial silicon film pattern, which is a contact structure, and the single crystal silicon film used as the channel layer, a dry cleaning process is performed in order to form a complete ohmic contact, but it is damaged by the dry cleaning process. A film is formed or previous etching residues remain. That is, in the fabrication of the memory device subjected to the dry cleaning process, there is still a problem that the epitaxial silicon film pattern due to the SEG growth and the crystalline characteristics of the single crystal silicon film by the SPE method are deteriorated.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 불화수소산과 오존수를 포함하는 세정액을 이용하여 노출된 실리콘막의 표면을 큐어링하는 단계를 포함하는 메모리 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to provide a method of manufacturing a memory device comprising the step of curing the surface of the exposed silicon film using a cleaning solution containing hydrofluoric acid and ozone water.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 소자의 제조 방법으로 단결정 실리콘 기판 상에 소오스/드레인 영역 및 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터들을 형성한다. 상기 트랜지스터들을 매립하는 층간 절연막을 형성한다. 상기 층간 절연막을 식각하여 상기 실리콘 기판이 표면을 노출시키 는 개구를 포함하는 층간 절연막 패턴을 형성한다. 상기 개구에 의해 노출된 기판의 표면을 오존수(O3)와 불화수소산(HF)을 포함하는 세정액을 이용하여 세정함으로써 상기 기판 표면을 큐어링한다. 상기 큐어링된 기판으로부터 실리콘을 성장시켜 상기 개구가 완전히 매립된 실리콘막 패턴을 형성한다. A method of manufacturing a memory device according to an embodiment of the present invention for achieving the object of the present invention to form transistors including a source / drain region and a gate electrode on a single crystal silicon substrate. An interlayer insulating film filling the transistors is formed. The interlayer insulating layer is etched to form an interlayer insulating layer pattern including an opening through which the silicon substrate exposes a surface. The surface of the substrate exposed by the opening is cleaned by using a cleaning liquid containing ozone water (O 3 ) and hydrofluoric acid (HF) to cure the surface of the substrate. Silicon is grown from the cured substrate to form a silicon film pattern in which the opening is completely embedded.
여기서, 상기 층간 절연막은 BPSG(Boro Phospho Silicate Glass), PSG(Phospho Silicate Glass), TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 및 HDP(High Density Plasma) 산화막으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다. The interlayer insulating layer may include at least one material selected from the group consisting of BOSG (Boro Phospho Silicate Glass), PSG (Phospho Silicate Glass), TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate), and HDP (High Density Plasma) oxide film. It is preferable.
그리고, 상기 큐어링은 상기 세정액에 포함된 오존수에 의해 실리콘 기판의 표면을 산화시켜 산화막을 형성하고, 상기 세정액에 포함된 불화수소산에 의해 상기 산화막을 제거함으로써 실질적으로 균일한 표면을 갖는 기판을 형성하는 것이 바람직하다.The curing process forms an oxide film by oxidizing the surface of the silicon substrate with ozone water contained in the cleaning liquid, and forms a substrate having a substantially uniform surface by removing the oxide film with hydrofluoric acid included in the cleaning liquid. It is desirable to.
이때, 상기 세정액에 사용되는 상기 오존수는 10 내지 20 ppm의 오존 농도를 갖으며, 상기 불화수소산은 0.05 내지 0.1% 농도를 갖는 탈이온수에 희석된 불화수소산인 것이 바람직하다. At this time, the ozone water used in the cleaning liquid has an ozone concentration of 10 to 20 ppm, the hydrofluoric acid is preferably hydrofluoric acid diluted in deionized water having a concentration of 0.05 to 0.1%.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 메모리 소자의 제조 방법으로 단결정 실리콘 기판 상에 소오스/드레인 영역 및 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터들을 형성한다. 상기 트랜지스터들을 매립하는 층간 절연막을 형성한다. 상기 층간 절연막을 식각하여 상기 실리콘 기판의 표면을 노출시키 는 개구를 포함하는 층간 절연막 패턴을 형성한다. 상기 개구에 노출된 기판에 선택적 에피택셜 공정을 수행하여 상기 개구를 채우면서 상기 층간 절연막 패턴을 덮는 제1 실리콘막을 형성한다. 상기 제1 실리콘막을 상기 층간 절연막 패턴의 표면이 노출되도록 화학적 기계적 연마하여 제1 실리콘막 패턴을 형성한다. 상기 제1 실리콘막 패턴의 상면을 오존수(O3)와 불화수소산(HF)을 포함하는 세정액을 이용하여 세정한다. 상기 층간 절연막 패턴 및 상기 제1 실리콘막 패턴 상에 채널층으로 이용되는 제2 실리콘막을 형성한다.A method of manufacturing a memory device according to another embodiment of the present invention for achieving the object of the present invention to form transistors including a source / drain region and a gate electrode on a single crystal silicon substrate. An interlayer insulating film filling the transistors is formed. The interlayer insulating layer is etched to form an interlayer insulating layer pattern including an opening exposing a surface of the silicon substrate. An optional epitaxial process is performed on the substrate exposed to the opening to form a first silicon film covering the interlayer insulating layer pattern while filling the opening. The first silicon layer is chemically mechanically polished to expose the surface of the interlayer insulating layer pattern to form a first silicon layer pattern. The upper surface of the first silicon film pattern is cleaned using a cleaning solution containing ozone water (O 3 ) and hydrofluoric acid (HF). A second silicon film used as a channel layer is formed on the interlayer insulating film pattern and the first silicon film pattern.
이때, 상기 제2 실리콘막은 고상 에피택시 방법으로 형성되는 것이 바람직하다.In this case, the second silicon film is preferably formed by a solid state epitaxy method.
본 발명에 의하면, 개구에 의해 노출된 기판의 표면을 오존수(O3) 및 불화수소산(HF)을 포함하는 세정액으로 세정함으로써 상기 개구 형성시 기판 표면의 과도한 식각을 큐어링 할 수 있다. 따라서, 이후 상기 기판에서부터 SEG 성장으로 형성되는 실리콘막 패턴의 결정성이 개선될 수 있다. According to the present invention, the surface of the substrate exposed by the opening can be cleaned with a cleaning solution containing ozone water (O 3 ) and hydrofluoric acid (HF) to cure excessive etching of the surface of the substrate when the opening is formed. Accordingly, the crystallinity of the silicon film pattern formed by SEG growth from the substrate may be improved.
또한, 본 발명에 의하면, 제1 실리콘막 패턴을 CMP하고, 제2 개구에 의해 노출된 제1 실리콘막 패턴 및 층간 절연막 패턴의 표면을 오존수(O3) 및 불화수소산(HF)을 포함하는 세정액으로 세정함으로써 상기 CMP 및 상기 제2 개구 형성시 상기 제1 실리콘막 패턴 및 층간 절연막 패턴 표면의 과도한 식각을 큐어링할 수 있다. 그 결과, 상기 제2 개구 내부에 SPE 방법으로 형성된 제2 실리콘막은 (100)배향성의 결정 구조를 갖는 결정면이 증가된다. 이에 따라, 결정성이 향상된 상기 제1 실 리콘막 패턴 및 제2 실리콘막을 포함하는 메모리 소자를 제조할 경우 동작 속도의 향상을 기대할 수 있다.In addition, according to the present invention, the cleaning liquid comprises ozone water (O 3 ) and hydrofluoric acid (HF) on the surfaces of the first silicon film pattern and the interlayer insulating film pattern CMP of the first silicon film pattern exposed through the second opening. When the CMP and the second opening are formed, excessive etching of surfaces of the first silicon layer pattern and the interlayer insulating layer pattern may be cured. As a result, in the second silicon film formed by the SPE method inside the second opening, the crystal surface having the (100) alignment crystal structure is increased. Accordingly, when the memory device including the first silicon layer pattern and the second silicon layer having improved crystallinity is manufactured, an improvement in operating speed may be expected.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 따른 메모리 소자의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역, 패턴들 또는 구조물들 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 대상물의 "상에", "상부에" 또는 "하에", "하부에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 상기 대상물의 상부면 또는 하부면과 직접적으로 접하면서 형성될 수도 있고, 상기 대상물 상에 추가적으로 다른 구조물들이 형성된 상태에서 상기 대상물 상부 또는 하부에 형성될 수도 있다. Hereinafter, a method of manufacturing a memory device according to exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, the dimensions of the substrates, layers (films), regions, patterns or structures are shown in greater detail than actual for clarity of the invention. In the present invention, when referred to as being formed "on", "upper" or "under", "lower" of the object, it may be formed while directly contacting the upper or lower surface of the object, It may be formed on the upper or lower portion of the object in addition to the other structures formed on the object.
실시예 1Example 1
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 메모리 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도이다. 1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a memory device according to Embodiment 1 of the present invention.
도 1을 참조하면, 상부면이 단결정 실리콘으로 이루어지는 기판(100)을 마련한다. 상기 기판(100)은 실리콘 기판, 실리콘-온-인슐레이터 기판 등을 사용할 수 있다. 상기 기판(100) 상에 열산화법을 이용하여 게이트 산화막(102)을 형성한다. 이어서, 상기 단결정 실리콘 기판(100) 상에 게이트 스페이서(104) 및 게이트 전극(106)을 포함하는 트랜지스터들을 형성한 후, 게이트 전극(106)을 이온주입 마스크로 적용하여 콘택 영역인 소오스/드레인 영역(110)을 형성한다.Referring to FIG. 1, a
이후, 상기 게이트 전극(106) 및 상기 게이트 스페이서(104)가 형성된 상기 기판(100) 상에 상기 트랜지스터들을 매립하는 층간 절연막(도시안됨)을 형성한다. 상기 층간 절연막은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition:CVD, 이하, 'CVD'라 한다)에 의해 실리콘 산화물을 증착시킴으로서 형성할 수 있다. Thereafter, an interlayer insulating layer (not shown) filling the transistors is formed on the
구체적으로, 상기 층간 절연막은 BPSG(Boro Phospho Silicate Glass), PSG(Phospho Silicate Glass), TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), HDP(High Density Plasma) 산화막 등을 저압 화학 기상 증착법(Low Pressure CVD) 또는 플라즈마 증대 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced CVD)을 이용하여 증착시켜 형성할 수 있다. 여기서, 상기 층간 절연막은 단결정 실리콘 기판(100) 상에 형성된 게이트 전극(106)을 충분히 매몰하도록 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 층간 절연막을 형성한 후 상기 층간 절연막의 상부면을 평탄화하는 공정을 수행하는 것이 더 바람직하다. Specifically, the interlayer insulating layer may be formed of low pressure chemical vapor deposition (Low Pressure CVD) or plasma by using a BOSG (Boro Phospho Silicate Glass), PSG (Phospho Silicate Glass), TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate), HDP (High Density Plasma) oxide film, or the like. It may be formed by depositing using an enhanced chemical vapor deposition (Plasma Enhanced CVD). Here, the interlayer insulating film is preferably formed to fully bury the
이어서, 상기 단결정 실리콘 기판(100)의 표면을 노출시키기 위해 상기 층간 절연막을 패터닝하기 위한 소정 형상의 포토레지스트 패턴(도시않됨)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 층간 절연막을 식각함으로서 상기 단결정 실리콘 기판(100)의 표면을 선택적으로 노출시키는 개구(120)를 포함하는 층간 절연막 패턴(122)을 형성한다. 상기 개구(120)는 게이트 전극(106) 및 게이트 스페이서(104)를 포함하는 구조물과 양측으로 연결된 소오스/드레인 영역(110)을 노출시킨다. 이때, 상기 개구(120)를 형성하기 위한 식각 공정시 과식각 공정에 의해 단결정 실리콘 기판(100)의 표면이 손상된다. 그 결과, 상기 개구(120)에 의해 노출된 기판(100)의 표면은 손상 및 거친 표면을 갖는다.Subsequently, a photoresist pattern (not shown) having a predetermined shape for patterning the interlayer insulating film is formed to expose the surface of the single
도 2를 참조하면, 상기 개구(120)에 의해 노출된 기판(100) 표면을 오존수 (O3) 및 불화수소산(HF)을 포함하는 세정액(124)을 사용하여 세정 공정을 수행함으로써 기판(100) 표면을 큐어링(curing)한다. Referring to FIG. 2, the
상기 세정 공정은 이방성 식각에 의한 상기 개구(120)의 형성을 완료하고, 후속공정으로 도포되는 도전성 물질과 단결정 실리콘 기판(100)과의 오믹 콘택을 이루기 위하여 수행되며, 과도한 식각으로 손상되어 거친 표면을 갖게 된 상기 개구(120)에 의해 노출된 단결정 실리콘 기판(100) 표면을 큐어링시킨다. 또한, 상기 단결정 실리콘 기판(100) 상에 존재하는 오염원인 유기물, 파티클 등의 식각 잔류물 및 상기 기판(100) 상에 형성된 자연 산화막(native oxide)을 제거하는 역할도 수행한다. The cleaning process is performed to complete the formation of the
구체적으로, 상기 세정 공정은 오존수(O3)와 불화수소산(HF)을 포함하는 혼합액을 세정액(124)으로 사용하며, 상기 오존수(O3)는 10 내지 20 ppm의 오존 농도를 갖으며, 상기 불화수소산(HF)은 0.05 내지 0.1%농도를 갖는 탈이온수(deionized water)에 희석된 불화수소산인 것이 바람직하다. 이때, 상기 오존수(O3)의 오존 농도는 상기와 같이 희석된 불화수소산(HF)에 오존 가스를 주입하면서 조정할 수 있다. Specifically, the cleaning process uses a mixed solution containing ozone water (O 3 ) and hydrofluoric acid (HF) as the cleaning
상기 세정액(124) 내 상기 오존(O3)은 기재 표면상의 오염원을 제거하는 능력이 우수한 물질로서 유기물, 금속 산화물의 제거 능력이 우수하며 산화력이 우수하면서도 환경친화적인 특성을 갖는다. 반면에 불화수소산(HF)은 실리콘을 식각하 면서 산화시키고 이를 제거하는 능력이 우수하다. 따라서 이들을 조합하여 적용하면 불균일한 표면을 갖는 단결정 실리콘 기판(100)의 표면을 균일한 표면을 갖는 실리콘 기판(100)으로 형성할 수 있다.The ozone (O 3 ) in the cleaning
즉, 상기 실리콘 기판(100) 표면의 큐어링은 상기 세정액(124)에 포함된 오존(O3)에 의해 단결정 실리콘 기판(100)의 표면을 산화시켜 산화막(SiO2)을 형성함으로써 상기 개구(120)의 형성 시 이방성 식각으로 인한 손상된 부분을 차단한 이후에 또는 동시에, 상기 세정액(124)에 포함된 불화수소산(HF)에 의해 상기 산화막(SiO2)을 제거하는 것을 포함한다. 그 결과, 실질적으로 균일한 표면을 갖는 단결정 실리콘 기판(100)이 형성된다. That is, the curing of the surface of the
도 3을 참조하면, 상기 큐어링된 단결정 실리콘 기판(100)을 시드로 하는 선택적 에피택셜 성장(SEG)으로 상기 개구(120)를 완전히 채우면서 상기 층간 절연막 패턴(122) 상에 실리콘막(도시않됨)을 형성한다. Referring to FIG. 3, a silicon film (not shown) is formed on the interlayer insulating
구체적으로, 상기 SEG 공정 시의 공정 온도가 약 750℃ 미만이면 단결정 실리콘의 성장이 용이하게 이루어지지 않기 때문에 바람직하지 않고, 상기 공정 온도가 약 1,250℃를 초과하면 단결정 실리콘의 성장에 따른 공정 제어가 용이하지 않으므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 SEG 공정은 750 내지 1,250℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하고, 800 내지 900℃의 온도에서 수행하는 것이 보다 바람직하다.Specifically, if the process temperature during the SEG process is less than about 750 ° C., since the growth of single crystal silicon is not easy, it is not preferable. If the process temperature exceeds about 1,250 ° C., the process control according to the growth of the single crystal silicon is It is not preferable because it is not easy. Therefore, the SEG process is preferably performed at a temperature of 750 to 1,250 ° C, and more preferably at a temperature of 800 to 900 ° C.
상기 SEG 공정 시에 사용되는 반응 가스는 실리콘 가스를 포함하는 것이 바 람직하다. 상기 실리콘 가스의 예로서는 실리콘테트라클로라이드(SiCl4), 실란(SiH4), 디클로로실란(SiH2Cl2), 트리클로로염화실란(SiHCl3) 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하는 것이 바람직하고, 경우에 따라서 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.Preferably, the reaction gas used in the SEG process includes silicon gas. Examples of the silicon gas include silicon tetrachloride (SiCl 4 ), silane (SiH 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), trichlorochloride silane (SiHCl 3 ), and the like. It is preferable to use these individually, and you may mix and use two or more as needed.
이어서, 상기 실리콘막에 상기 층간 절연막 패턴(122)의 표면이 노출되도록 화학적 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하여 상기 개구(120)가 완전히 매립된 실리콘막 패턴(130)을 형성한다. 상기 실리콘막 패턴(130)은 단결정 실리콘 기판(100)과 후속 공정으로 형성되는 채널층과의 콘택으로 이용된다.Subsequently, a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed to expose the surface of the interlayer insulating
상기와 같이 오존수(O3) 및 불화수소산(HF)을 포함하는 세정액(124)으로 세정 공정을 수행하여 단결정 실리콘 기판(100)의 표면을 균일하게 한 후 SEG 공정으로 실리콘막 패턴(130)을 형성함으로써, 콘택으로 이용되는 실리콘막 패턴(130)의 결정성이 개선될 수 있다. 따라서, 콘택 저항이 감소된 메모리 소자가 제조될 수 있다.After the cleaning process is performed with the
실시예 2Example 2
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 스택형 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 4 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a stacked memory device in accordance with a second embodiment of the present invention.
이하에서 설명하는 메모리 소자의 제조 방법은 채널층으로 제공되기 위한 제2 실리콘막을 형성하는 공정을 제외하고는 상기 실시예 1의 방법과 동일하다. 그러 므로, 중복되는 설명은 생략한다.The method of manufacturing a memory device described below is the same as that of the first embodiment except for the step of forming a second silicon film to be provided as a channel layer. Therefore, duplicate description is omitted.
우선, 실시예 1에서 도 1 내지 도 3을 참조로 설명한 것과 동일한 공정을 수행함으로서, 도 3에 도시된 것과 같이, 단결정 실리콘 기판(200) 상에 층간 절연막 패턴(222) 및 제1 실리콘막 패턴(230)을 형성한다. 상기 제1 실리콘막 패턴(230)은 실시예 1의 실리콘막 패턴(130)이다. 이때, 도시되지는 않았지만 상기 CMP 공정이 수행된 층간 절연막 패턴(222) 및 제1 실리콘막 패턴(230)은 과연마에 의한 일부 손상된 표면을 갖는다.First, by performing the same process as described with reference to FIGS. 1 to 3 in Example 1, as shown in FIG. 3, the interlayer insulating
도 4를 참조하면, 상기 층간 절연막 패턴(222) 및 제1 실리콘막 패턴(230) 상에 절연막(도시않됨)을 형성한다. 상기 절연막은 CVD 방법에 의해 실리콘 산화물을 증착시킴으로써 형성할 수 있다. 상기 절연막은 후속 공정을 통해 제2 실리콘막을 형성하기 위한 주형 패턴으로 제공된다.Referring to FIG. 4, an insulating film (not shown) is formed on the interlayer insulating
이어서, 상기 제1 실리콘막 패턴(230) 및 상기 제1 실리콘막 패턴(230)과 인접하는 부위와 대향하는 상기 절연막을 선택적으로 노출시키는 포토레지스트 패턴(240)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(240)에 의해 노출되는 부위는 후속 공정을 통해 제2 실리콘막을 형성시켜 채널층으로 이용된다. Subsequently, a
상기 포토레지스트 패턴(240)을 사용하여, 상기 제1 실리콘막 패턴(230)이 노출되지 않도록 상기 절연막을 제1 식각함으로서 제2 예비 개구(도시안됨)를 형성한다. 보다 구체적으로, 상기 제1 식각은 CHF3 및 산소 가스를 사용하는 건식 식각 공정에 의해 달성될 수 있다. A second preliminary opening (not shown) is formed by first etching the insulating layer so that the first
다음에, 상기 제2 예비 개구 저면에 위치하는 상기 절연막, 층간 절연막 패턴(222) 및 제1 실리콘막 패턴(230)의 일부를 제2 식각하여 제2 개구(242)를 형성한다. 상기 제2 개구(242)의 깊이는 후속의 형성되는 제2 실리콘막의 두께와 동일하게 된다. 상기 제2 개구(242)가 형성됨에 따라, 상기 절연막은 절연막 패턴(244)으로 전환된다. 또한, 상기 제2 개구(242)에 의해 노출된 층간 절연막 패턴(222) 및 제1 실리콘막 패턴(230)은 상기 식각 공정 후 상기 CMP 공정에서 손상된 표면이 계속되어 손상 및 거친 표면을 갖는다. Next, a portion of the insulating layer, the interlayer insulating
도시되지는 않았지만, 상기 절연막 패턴(244)을 형성한 이후에 상기 포토레지스트 패턴(240)은 에싱에 의해 제거된다. Although not shown, the
도 5를 참조하면, 상기 제2 개구(242)를 형성한 이후에, 상기 노출된 층간 절연막 패턴(222) 및 상기 제1 실리콘막 패턴(230)의 상면을 오존수(O3) 및 불화수소산(HF)을 포함하는 세정액(250)을 사용하여 세정시키는 세정 공정을 수행한다. Referring to FIG. 5, after the
상기 세정 공정은 CMP 공정과 식각 공정을 통하여 형성된 상기 제2 개구(242)의 형성을 완료하고, 후속공정으로 도포되는 도전성 물질과 하부의 제1 실리콘막 패턴(230)과의 오믹 콘택을 이루기 위하여 수행되며, 과도한 식각으로 손상되어 거친 표면을 갖게 된 상기 제2 개구(242)에 의해 노출된 층간 절연막 패턴(222) 및 제1 실리콘막 패턴(230) 표면을 큐어링시킨다. 또한, 층간 절연막 패턴(222) 및 제1 실리콘막 패턴(230) 상에 존재하는 오염원인 유기물, 파티클 등의 식각 잔류물 및 자연 산화막을 제거한다. The cleaning process is to complete the formation of the
상기 제2 개구(242)를 세정하는 데 이용되는 세정액(250) 및 상기 세정액(250)을 사용한 세정 공정은 실시예 1의 도 2를 참조로 설명한 세정액(124) 및 공정과 동일하다. 따라서, 중복된 설명은 생략한다. The cleaning liquid 250 used to clean the
상기 층간 절연막 패턴(222) 및 제1 실리콘막 패턴(230)의 표면의 큐어링은 상술한 바와 같은 세정액(250)을 사용하여 세정함으로써 이루어진다. 즉, 상기 오존수(O3)에 의해 층간 절연막 패턴(222) 및 제1 실리콘막 패턴(230)의 표면이 산화되어 산화막(SiO2)을 형성시켜 연마 및 이방성 식각으로 인한 손상을 차단한다. 그리고 이후에 또는 동시에, 상기 세정액(250)에 포함된 상기 불화수소산(HF)에 의해 상기 산화막(SiO2)을 제거함으로써 실질적으로 균일한 표면을 갖는 층간 절연막 패턴(222) 및 제1 실리콘막 패턴(230)을 형성한다. Curing of the surfaces of the interlayer insulating
따라서, 상기 세정액(250)에 의해 세정된 제2 개구(242)의 저면은 손상이 큐어링되어 이후에 고상 에피택시(SPE) 방법으로 형성되는 제2 실리콘막의 결정성도 개선시킬 수 있다.Accordingly, the bottom surface of the
도 6을 참조하면, 상기 제2 개구(202) 저면에 노출되어 있는 상기 층간 절연막 패턴(222) 및 상기 제1 실리콘막 패턴(230)의 일부 상에 고상 에피택시(SPE) 방법에 따라 채널층으로 이용되는 제2 실리콘막(260)을 형성한다. Referring to FIG. 6, a channel layer is formed on a portion of the interlayer insulating
구체적으로, 상기 제2 개구(242)의 내부를 완전히 채우면서 상기 층간 절연막 패턴(222) 및 제1 실리콘막 패턴(230) 상에 CVD 방법으로 비정질 실리콘막(도시않됨)을 형성한다. 이어서, 상기 비정질 실리콘막에 500 내지 700℃의 온도에서 열 처리하여 상기 비정질 실리콘막을 단결정성이 증가된 결정질 실리콘막(도시않됨)으로 전환시키는 SPE 방법을 수행한다. Specifically, an amorphous silicon film (not shown) is formed on the interlayer insulating
이어서, 상기 결정질 실리콘막의 표면을 평탄화시키기 위한 공정을 더 수행한다. 상기 평탄화 공정은 CMP 공정을 포함한다. 상기 평탄화 공정은 상기 절연막 패턴(244)이 노출될 때까지 진행되며, 상기 절연막 패턴(244)의 상면의 일부가 더 제거될 수 있다. 상기 평탄화 공정이 진행됨에 따라, 상기 결정질 실리콘막은 제2 실리콘막(260)으로 전환된다. Subsequently, a process for planarizing the surface of the crystalline silicon film is further performed. The planarization process includes a CMP process. The planarization process may be performed until the insulating
상기와 같이 세정 공정을 진행하고 SPE 방법으로 형성시킨 제2 실리콘막(260)의 결정성은 전자 후방 산란 회절(Electron BackScattering Diffraction) 장치를 이용하여 확인하였다. 그 결과, 상기 제2 실리콘막(260)의 결정성은 기존의 상기 세정 공정을 진행하지 않은 경우에 비해 약 10%가 증가되었다. 이때, 상기 결정성의 비교는 대부분이 (100)배향성의 결정 구조를 갖는 단결정 실리콘 기판(200)과의 동일성을 확인하기 위해 (100)배향성을 갖는 결정면의 양으로 이루어졌다. As described above, the crystallinity of the
상기 공정에 의하면, 상기 세정 공정을 수행하여 식각 손상을 큐어링함으로써 개구 내부에 결정성이 개선된 제1 실리콘막 패턴(230)을 형성할 수 있으며, 상기 세정 공정을 수행하여 결정성이 개선된 제2 실리콘막(260)을 채널층으로 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제1 실리콘막 패턴(230) 및 제2 실리콘막(260)을 포함하는 스택형 메모리 소자는 결정성 개선으로 인한 콘택 저항이 개선되어 소자의 동작 속도가 향상될 수 있다.According to the above process, the first
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메모리 소자의 제조 방법에서는 개구에 의해 노출된 기판의 표면을 오존수(O3) 및 불화수소산(HF)을 포함하는 세정액으로 세정함으로써 상기 개구 형성시 기판 표면의 과도한 식각을 큐어링 할 수 있다. 따라서, 이후 상기 기판에서부터 SEG 성장으로 형성되는 실리콘막의 결정성이 개선될 수 있다. As described above, in the method of manufacturing the memory device according to the preferred embodiment of the present invention, the surface of the substrate exposed by the opening is cleaned with a cleaning solution containing ozone water (O 3 ) and hydrofluoric acid (HF) to form the opening. Excessive etching of the substrate surface can be cured. Therefore, the crystallinity of the silicon film formed by SEG growth from the substrate may be improved.
또한, 본 발명에 의하면, 제1 실리콘막 패턴을 CMP하고, 제2 개구에 의해 노출된 제1 실리콘막 패턴 및 층간 절연막 패턴의 표면을 오존수(O3) 및 불화수소산(HF)을 포함하는 세정액으로 세정함으로써 상기 CMP 및 상기 제2 개구 형성시 상기 제1 실리콘막 패턴 및 층간 절연막 패턴 표면의 과도한 식각을 큐어링할 수 있다. 그 결과, 상기 제2 개구 내부에 SPE 방법으로 형성된 제2 실리콘막은 (100)배향성의 결정 구조를 갖는 결정면이 증가된다. 이에 따라, 결정성이 향상된 상기 제1 실리콘막 패턴 및 제2 실리콘막을 포함하는 메모리 소자를 제조할 경우 동작 속도의 향상을 기대할 수 있다.In addition, according to the present invention, the cleaning liquid comprises ozone water (O 3 ) and hydrofluoric acid (HF) on the surfaces of the first silicon film pattern and the interlayer insulating film pattern CMP of the first silicon film pattern exposed through the second opening. When the CMP and the second opening are formed, excessive etching of surfaces of the first silicon layer pattern and the interlayer insulating layer pattern may be cured. As a result, in the second silicon film formed by the SPE method inside the second opening, the crystal surface having the (100) alignment crystal structure is increased. Accordingly, when the memory device including the first silicon layer pattern and the second silicon layer having improved crystallinity is manufactured, an improvement in operating speed may be expected.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.
Claims (7)
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KR1020060021023A KR20070091470A (en) | 2006-03-06 | 2006-03-06 | Method of manufacturing a memory device |
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WO2010059419A2 (en) * | 2008-11-21 | 2010-05-27 | Freescale Semiconductor Inc. | Method of forming a semiconductor layer |
-
2006
- 2006-03-06 KR KR1020060021023A patent/KR20070091470A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
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WO2010059419A2 (en) * | 2008-11-21 | 2010-05-27 | Freescale Semiconductor Inc. | Method of forming a semiconductor layer |
WO2010059419A3 (en) * | 2008-11-21 | 2010-07-22 | Freescale Semiconductor Inc. | Method of forming a semiconductor layer |
US7972922B2 (en) | 2008-11-21 | 2011-07-05 | Freescale Semiconductor, Inc. | Method of forming a semiconductor layer |
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