KR20080006897A - Method of manufacturing a nand flash memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 주변 캐패시턴스에 의해 플로팅 게이트가 영향을 받는 정도를 나타내는 간섭 커플링 비(coupling ratio)를 나타낸 사시도이다. 1 is a perspective view showing an interference coupling ratio indicating the extent to which a floating gate is affected by peripheral capacitance.
도 2는 일반적인 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a NAND flash memory device according to a general embodiment.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a NAND flash memory device according to a first embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a NAND flash memory device according to a second embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.5A through 5D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a NAND flash memory device according to a third embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100, 200, 300 : 반도체 기판 102, 202, 302 : 터널 산화막100, 200, 300:
104, 204, 304 : 플로팅 게이트 106, 206, 306 : 유전체막104, 204, 304:
108, 208, 308 : 컨트롤 게이트 110, 210, 310 : 하드 마스크막108, 208, 308:
112, 212, 312 : 게이트 114, 214, 314 : 스페이서용 절연막112, 212, 312:
116, 216, 316 : 버퍼 산화막 118, 218, 318 : SAC 질화막116, 216, 316:
120, 220, 320 : 층간 절연막 120, 220, 320: interlayer insulating film
본 발명은 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 간섭(interference) 캐패시턴스(capacitance)를 감소시켜 프로그램 속도를 향상시키기 위한 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a NAND flash memory device, and more particularly, to a method of manufacturing a NAND flash memory device for improving program speed by reducing interference capacitance.
다중 게이트 구조를 가지는 낸드 플래시 메모리에서 셀 게이트는 16개, 32개, 64개 등의 단위로 직렬 연결되어 있으며 이 셀의 데이터를 제어하기 위해 셀의 양단에 소스 선택 라인(Source Select Line; SSL)과 드레인 선택 라인(Drain Select Line; DSL)이 연결되어 있다. 소스 선택 라인(SSL) 사이에 형성된 소스 콘택 플러그(SC)와 드레인 선택 라인(DSL) 사이에 형성된 드레인 콘택 플러그를 통해 전류가 들어가거나 빠져나오게 된다. In NAND flash memory having a multi-gate structure, cell gates are serially connected in units of 16, 32, 64, etc., and source select lines (SSL) are connected at both ends of the cell to control data of the cell. And a drain select line (DSL) are connected. Current flows in or out through the drain contact plug formed between the source contact plug SC and the drain select line DSL formed between the source select line SSL.
낸드 플래시 메모리는 셀 사이에 콘택이 없기 때문에 셀 게이트 라인 사이의 스페이스(space)가 좁을 뿐만 아니라 셀 게이트 라인이 직렬 연결 구조로 되어 있으므로 주변 셀의 상태가 바뀌면 플로팅 게이트의 캐패시턴스로 인해 해당 셀의 문 턱 전압(Vt) 변화가 발생한다. NAND flash memory has a small space between cell gate lines because there is no contact between cells, and the cell gate lines have a series connection structure. Therefore, when the state of peripheral cells changes, the capacitance of the floating gate causes A change in the jaw voltage Vt occurs.
도 1은 주변 캐패시턴스에 의해 플로팅 게이트가 영향을 받는 정도를 나타내는 간섭 커플링 비(coupling ratio)를 나타낸 사시도로서, 도 1의 형성방법에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다. FIG. 1 is a perspective view illustrating an interference coupling ratio indicating a degree to which a floating gate is affected by peripheral capacitance, and briefly described with reference to FIG. 1.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(1) 상부에 터널 산화막(2)과 제1 폴리실리콘막(3)을 형성한 후 제1 폴리실리콘막(3), 터널 산화막(2) 및 반도체 기판(1)의 일부를 식각하여 트렌치를 형성한다. 트렌치가 매립되도록 전체 구조 상부에 절연막, 예컨데 HDP(High Density Plasma) 산화막을 형성한 후 제1 폴리실리콘막(3) 상부가 노출되도록 절연막을 평탄화하여 예컨데, CMP(Chemical Mechanical Polishing)하여 트렌치 내에 소자분리막(4)을 형성한다. 전체 구조 상부에 제2 폴리실리콘막(5)을 형성한 후 소정의 마스크를 이용하여 제2 폴리실리콘막(5)을 식각하여 제1 폴리실리콘막(3)과 제2 폴리실리콘막(5)으로 구성된 플로팅 게이트(6)를 형성한다. 전체 구조 상부에 유전체막(7) 및 컨트롤 게이트용 도전막(8)을 형성한다. Referring to FIG. 1, after the tunnel oxide film 2 and the
여기서, 간섭 커플링 비는 플로팅 게이트에 영향을 주는 모든 캐패시턴스 성분의 문턱 전압(Vt)을 제어하기 위해 사용하는 Ctox 와 Cono 성분을 제외한 나머지 항목인 CFG 값이 차지하는 비율을 나타낸 것이다. 간섭 커플링 비가 증가할수록 프로그램 모드(mode)에서 서로 이웃하는 셀에 인가되는 패스 바이어스(pass bias)에 의해 플로팅 게이트의 전기 전하량이 증가하여 프로그램 문턱 전압(Vt)이 증가하는 현상이 나타난다. 프로그램 문턱 전압(Vt)이 증가하면 플래시 메모리의 동작 원리 로 인하여 프로그램 속도가 느리거나 프로그램이 잘 이루어지지 않는 문제점을 가지게 된다. Here, the interference coupling ratio represents the ratio occupied by the value of the C FG value other than the Ctox and Cono components used to control the threshold voltage (Vt) of all capacitance components affecting the floating gate. As the interference coupling ratio increases, the electric charge amount of the floating gate increases due to a pass bias applied to neighboring cells in the program mode, thereby increasing the program threshold voltage Vt. If the program threshold voltage Vt is increased, the program speed may be slow or the program may not be well performed due to the operation principle of the flash memory.
따라서, 간섭 커플링 비에 영향을 주는 3가지 성분 중 CFGY와 CFGCG 두 가지 항목은 셀 게이트 측면 또는 게이트 라인 간 절연막 성분에 의한 것으로, 게이트 측면에 형성된 스페이서의 유전율이 낮을수록 CFGY와 CFGCG의 전기용량이 낮아지면서 CFG 값이 낮아지고, 간섭 커플링 비 값도 낮출 수 있다.Therefore, interference coupling the three components of C FGY and C FGCG two items that affect the ratio is, the lower the dielectric constant of the spacer formed on a gate side to be due to the insulating component between the cell gate side or the gate line C FGY and C As the capacitance of the FGCG is lowered, the C FG value is lowered, and the interference coupling ratio value can be lowered.
게이트 측면에 형성된 스페이서의 저유전 특성을 이용하여 간섭 효과를 낮추는 방법으로는 두 가지 방법이 있는데, 첫 번째는 스페이서의 유전상수가 4인 실리콘 산화막보다 낮은 저유전막을 이용하는 방법이 있고, 두 번째는 유전상수가 1인 빈공간이 차지하는 비율을 높이는 방법이 있다. 그러나 이러한 방법을 사용하면 몇 가지 문제점이 발생하는데 이에 대해 도 2에서 나타내고 있다.There are two ways to reduce the interference effect by using the low dielectric properties of the spacer formed on the side of the gate. The first method uses a low dielectric film lower than the silicon oxide film having a dielectric constant of 4, and the second method There is a way to increase the proportion of empty space with a dielectric constant of 1. However, there are some problems with this method, which is illustrated in FIG.
도 2를 참조하면, 두 번째 방법인 빈공간을 이용하여 유전율을 감소시키는 방법으로는 스텝 커버리지(step coverage)가 나쁜 PE-CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 절연막을 이용하여 스페이서(18)를 형성하는 것인데, 이때 스페이서(18) 형성 공정시 콘택이 형성되지 않는 셀 게이트 라인(14) 사이에는 빈공간(a)을 형성할 수 있지만, 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(16)의 게이트(12) 측면에는 오버행(overhang; b)이 형성된다. 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(16)에서 이웃하는 게이트(12) 측면에 형성된 스페이서(18)의 기울기가 90도를 넘을 경우, SAC 질화막(20)을 형성한 후 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 HDP(High Density Plasma)인 층간 절연막(22) 형성시 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(16)이 완전히 매립되지 못하고 빈공간(c)이 형성된다. 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(16)에 빈공간(c)이 존재할 경우 콘택 간에 브리지(bridge)가 발생하여 소자 불량을 유발시킨다. Referring to FIG. 2, as a method of reducing dielectric constant using empty space, a
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 저유전 특성을 갖는 스페이서용 절연막 형성시 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역을 빈공간 없이 매립함으로써 드레인 콘택 간 브리지를 방지하여 수율을 향상시키기 위한 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention devised to solve the above problems is to bury the area where the drain contact plug is formed in the insulating film for spacers having low dielectric properties without filling any space to prevent the bridge between drain contacts to improve the yield NAND There is provided a method of manufacturing a flash memory device.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법은, 반도체 기판 상부에 다수의 막이 적층된 게이트를 형성하되, 셀 게이트의 폭보다 드레인 선택 라인의 폭이 더 넓게, 상기 드레인 선택 라인 사이의 간격을 상기 셀 게이트 사이의 간격보다 넓게 형성하는 단계와, 전체 구조 상부에 스페이서용 절연막을 형성하되, 상기 드레인 선택 라인 측면에는 완만하게 형성하는 단계와, 전체 구조 상부에 버퍼 산화막 및 SAC 질화막을 형성한 후 상기 드레인 선택 라인 사이가 완전히 매립되도록 전체 구조 상부에 층간 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법을 제공한다. In the method of manufacturing a NAND flash memory device according to the first embodiment of the present invention, a gate in which a plurality of films are stacked is formed on a semiconductor substrate, and the drain selection line is wider than the width of the cell gate. Forming a gap between the cell gates wider than a gap between the cell gates, forming an insulating film for spacers over the entire structure, but gently forming the spacer insulating layer on the side of the drain select line, and a buffer oxide film and a SAC nitride film over the entire structure. And forming an interlayer insulating film over the entire structure to completely fill the gaps between the drain select lines after forming the NAND flash memory device.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법은, 반도체 기판 상부에 다수의 막이 적층된 게이트를 형성하되, 셀 게이트의 폭보다 드레인 선택 라인의 폭이 더 넓게, 상기 드레인 선택 라인 사이의 간격을 상기 셀 게이트 사이의 간격보다 넓게 형성하는 단계와, 상기 드레인 선택 라인 측면이 기울기를 갖도록 식각 공정을 실시하는 단계와, 전체 구조 상부에 스페이서용 절연막을 형성하되, 상기 셀 게이트 사이에 빈공간이 형성되도록 기울기를 갖고, 상기 드레인 선택 라인 측면에 상기 게이트와 같이 기울기를 갖도록 하는 단계와, 전체 구조 상부에 버퍼 산화막 및 SAC 질화막을 형성한 후 상기 드레인 선택 라인 사이가 완전히 매립되도록 전체 구조 상부에 층간 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법을 제공한다.In the method of manufacturing a NAND flash memory device according to the second embodiment of the present invention, a gate in which a plurality of films are stacked is formed on a semiconductor substrate, and the drain selection line is wider than the width of the cell gate. Forming a gap between the cell gates wider than the gap between the cell gates, etching the sidewalls of the drain select line, and forming an insulating layer for spacers over the entire structure, Having a slope to form an empty space, having a slope like the gate on the side of the drain select line, and forming a buffer oxide film and a SAC nitride film over the entire structure, and then totally filling the drain select line between the drain select line. Forming a NAND flash memory device including forming an interlayer insulating film thereon; There is provided a method.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법은, 반도체 기판 상부에 다수의 막이 적층된 게이트를 형성하되, 셀 게이트의 폭보다 드레인 선택 라인의 폭이 더 넓게, 상기 드레인 선택 라인 사이의 간격을 상기 셀 게이트 사이의 간격보다 넓게 형성하는 단계와, 전체 구조 상부에 스페이서용 절연막을 형성하는 단계와, 전면 식각 공정을 실시하여 상기 드레인 선택 라인 측면에 증착된 상기 스페이서용 절연막이 기울기를 갖도록 하는 단계와, 전체 구조 상부에 버퍼 산화막 및 SAC 질화막을 형성한 후 상기 드레인 선택 라인 사이가 완전히 매립되도록 전체 구조 상부에 층간 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법을 제공한다.In the method of manufacturing a NAND flash memory device according to the third embodiment of the present invention, a gate in which a plurality of films are stacked is formed on a semiconductor substrate, and the drain selection line is wider than the width of the cell gate. Forming a gap between the cell gates wider than the gap between the cell gates, forming an insulating film for spacers over the entire structure, and performing an entire surface etching process to incline the spacer insulating film deposited on the side of the drain selection line. And forming a buffer oxide film and a SAC nitride film over the entire structure, and then forming an interlayer insulating film over the entire structure such that the drain select line is completely filled. do.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a NAND flash memory device according to a first embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 터널 산화막(102), 플로팅 게이트(104), 유전체막(106), 컨트롤 게이트(108) 및 하드 마스크막(110)이 적층된 게이트(112)를 형성한다. 이때, 게이트(112) 형성 공정시 셀 게이트의 폭(A) 대 드레인 선택 라인(DSL)의 폭(B)을 1 : 1.5배 내지 1 : 9배로 하고, 드레인 선택 라인(DSL) 사이의 간격(C)을 셀 게이트 사이의 간격(D)보다 2배 이상 넓게 한다. 게이트(112)는 소노스(SONOS) 구조인 실리콘-산화막-질화막-산화막-반도체로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3A, a
그런 다음, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 게이트(112) 형성 공정시 손상된 터널 산화막(102)을 보상하기 위해 반도체 기판(100) 표면에 터널 산화막(102)보다 높거나 낮게 열산화막(미도시)을 형성한 후 열처리 공정을 실시한다. 전체 구조 상부에 게이트(112) 및 반도체 기판(100)과의 완충 역할을 하는 라이너 산화막(미도시)을 형성한다. 이때, 라이너 산화막(미도시)은 RTP(Rapid Thermal Process) 또는 퍼니스(furnace)에서 600℃ 내지 1000℃의 온도와 2nm 내지 20nm의 두께로 실리콘 산화막을 이용하여 형성한다. 전체 구조 상부에 라이너 질화막(미도시)을 형성한다. 이때, 라이너 질화막(미도시)은 스텝 커버리지가 우수한 ALD(Atomic Layer Deposition) 또는 LP-CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방식으로 실리 콘 질화막을 이용하여 3nm 내지 30nm의 두께로 형성한다. 여기서, 라이너 질화막 대신 유전율이 낮은 카바이드(carbide) 또는 보론-질화막(BN)을 사용하기도 한다. 라이너 질화막(미도시)은 도핑된 이온들이 빠져나가는 것을 방지하거나, 게이트의 이상 산화를 방지한다. Then, although not shown in the figure, a thermal oxide film (not shown) is placed on the surface of the
도 3b를 참조하면, 전체 구조 상부에 저유전 특성을 갖는 스페이서용 절연막(114)을 형성한다. 이때, 스페이서용 절연막(114)은 SiMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)상으로 10atom% 내지 35atom%d의 카본(C)과 15atom% 내지 60atom%의 하이드로젠(H)이 함유된 50nm 내지 150nm 두께의 실리콘 산화막으로 형성한다. 스페이서용 절연막(114)을 SiHx(CH3)y[X+Y=4]와 H2O2를 반응 소스로 사용하여 LP-CVD 방식으로 형성시 온도가 낮을 경우, 유동성 산화막이 형성되어 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(C)에 산화막이 과도하게 증착되는 것을 방지하기 위해 서셉터(susceptor)의 온도를 40℃ 내지 200℃ 사이로 유지한다. Referring to FIG. 3B, an insulating
또한, 스페이서용 절연막(114)을 PE-CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방식을 이용하여 SiOC:H 구조로 형성할 경우, 첫 번째로는 Sin(CH3)xCyHz(1≤n≤5, 1≤x≤10, 0≤y≤20, 1≤z≤20)를 반응 소스로 사용하거나, [Si]a[0]b[CH3]c[CxHy]d(1≤a,b≤5, 1≤c,d≤10, 0≤x≤20, 0≤y≤20)를 반응 소스로 사용하여 서셉터의 온도를 0℃ 내지 200℃ 사이로 유지하여 저온 공정을 실시하거나, 두 번째로는 Si가 함유된 반응 소스와 CO2, CxHy[1≤x≤20, 1≤y≤20] 또는 O2 가스를 한 개 또는 모두 동시에 주입하는 것이다. 여기서, PE-CVD 방식을 이용하여 형성된 스페이서용 절연막(114)은 13.56MHz의 RF(Radio Frequency)로 100W 내지 2000W의 파워를 사용하여 형성한다. In addition, in the case of forming the
셀 게이트의 폭(A)보다 드레인 선택 라인(DSL)의 폭(B)을 크게 하고, 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(C)을 넓게 함으로써 셀 게이트 사이에는 스텝 커버리지가 나쁜 스페이서용 절연막(114)이 형성되지만, 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(C)에 이웃하는 드레인 선택 라인(DSL) 측면에는 스텝 커버리지가 양호한 스페이서용 절연막(114)이 완만하게 형성된다. The insulating
도 3c를 참조하면, 전체 구조 상부에 버퍼 산화막(116) 및 SAC 질화막(118)을 형성한 후 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(C)이 완전히 매립되도록 전체 구조 상부에 층간 절연막(120)을 형성한다.Referring to FIG. 3C, after forming the
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a NAND flash memory device according to a second embodiment of the present invention.
도 4a를 참조하면, 반도체 기판(200) 상부에 터널 산화막(202), 플로팅 게이트(204), 유전체막(206), 컨트롤 게이트(208) 및 하드 마스크막(210)이 적층된 게이트(212)를 형성한다. 이때, 게이트(212) 형성 공정시 셀 게이트의 폭(A) 대 드레인 선택 라인(DSL)의 폭(B)을 1 : 1.5배 내지 1 : 9배로 하고, 드레인 선택 라인(DSL) 간의 간격(C)을 셀 게이트 사이의 간격(D)보다 2배 이상으로 한다. 게이트(212) 형성 공정시 로딩 효과(loading effect)를 이용하여 게이트 사이의 간격(D)이 좁은 셀 영역에서는 셀 게이트의 기울기(E)가 수직인 반면, 드레인 콘택 플러그가 형성되는 넓은 지역(C)에서는 드레인 선택 라인(DSL) 측면이 기울기(F)를 갖도록 식각 공정을 실시한다. 이때, 드레인 선택 라인(DSL) 측면의 기울기(F)를 65도 내지 88도로 한다. 게이트(212)는 소노스(SONOS) 구조인 실리콘-산화막-질화막-산화막-반도체로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 4A, a
그런 다음, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 게이트(212) 형성 공정시 손상된 터널 산화막(202)을 보상하기 위해 반도체 기판(200) 표면에 터널 산화막(202)보다 높거나 낮게 열산화막(미도시)을 형성한 후 열처리 공정을 실시한다. 전체 구조 상부에 게이트(212) 및 반도체 기판(200)과의 완충 역할을 하는 라이너 산화막(미도시)을 형성한다. 이때, 라이너 산화막(미도시)은 RTP 또는 퍼니스에서 600℃ 내지 1000℃의 온도와 2nm 내지 20nm의 두께로 실리콘 산화막을 이용하여 형성한다. 전체 구조 상부에 라이너 질화막(미도시)을 형성한다. 이때, 라이너 질화막(미도시)은 스텝 커버리지가 우수한 ALD 또는 LP-CVD 방식으로 실리콘 질화막을 이용하여 3nm 내지 30nm의 두께로 형성한다. 여기서, 라이너 질화막 대신 유전율이 낮은 카바이드(carbide) 또는 보론-질화막(BN)을 사용하기도 한다. 라이너 질화막(미도시)은 도핑된 이온들이 빠져나가는 것을 방지하거나, 게이트의 이상 산화를 방지한다. Then, although not shown in the figure, a thermal oxide film (not shown) is placed on the surface of the
도 4b를 참조하면, 전체 구조 상부에 저유전 특성을 갖는 스페이서용 절연막(214)을 형성한다. 이때, 스페이서용 절연막(214)은 SiMS상으로 10atom% 내지 35atom%d의 카본(C)과 15atom% 내지 60atom%의 하이드로젠(H)이 함유된 50nm 내지 150nm 두께의 실리콘 산화막으로 형성한다. 스페이서용 절연막(214)을 SiHx(CH3)y[X+Y=4]와 H2O2를 반응 소스로 사용하여 LP-CVD 방식으로 형성시 온도가 낮을 경우, 유동성 산화막이 형성되어 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(C)에 산화막이 과도하게 증착되는 것을 방지하기 위해 서셉터의 온도를 40℃ 내지 200℃ 사이로 유지한다. Referring to FIG. 4B, an insulating
또한, 스페이서용 절연막(214)을 PE-CVD 방식을 이용하여 SiOC:H 구조로 형성할 경우, 첫 번째로는 Sin(CH3)xCyHz(1≤n≤5, 1≤x≤10, 0≤y≤20, 1≤z≤20)를 반응 소스로 사용하거나, [Si]a[0]b[CH3]c[CxHy]d(1≤a,b≤5, 1≤c,d≤10, 0≤x≤20, 0≤y≤20)를 반응 소스로 사용하여 서셉터의 온도를 0℃ 내지 200℃ 사이로 유지하여 저온 공정을 실시하거나, 두 번째로는 Si가 함유된 반응 소스와 CO2, CxHy[1≤x≤20, 1≤y≤20] 또는 O2 가스를 한 개 또는 모두 동시에 주입하는 것이다. 여기서, PE-CVD 방식을 이용한 스페이서용 절연막(214)은 13.56MHz의 RF로 100W 내지 2000W의 파워를 사용하여 형성한다. 스페이서용 절연막(214) 형성시 셀 게이트 사이에 빈공간을 형성하기 위해 빈공간 내의 스페이서용 절연막(214)의 기울기(G)를 91도 내지 150도로 하고, 드레인 선택 라인(DSL) 측면에 형성된 스페이서용 절연막(214)의 기울기(H)를 65도 내지 89도로 한다. In addition, in the case of forming the
도 4c를 참조하면, 전체 구조 상부에 버퍼 산화막(216) 및 SAC 질화막(218)을 형성한 후 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(C)이 완전히 매립되도록 전체 구조 상부에 층간 절연막(220)을 형성한다.Referring to FIG. 4C, after forming the
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.5A through 5D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a NAND flash memory device according to a third embodiment of the present invention.
도 5a를 참조하면, 반도체 기판(300) 상부에 터널 산화막(302), 플로팅 게이트(304), 유전체막(306), 컨트롤 게이트(308) 및 하드 마스크막(310)이 적층된 게이트(312)를 형성한다. 이때, 게이트(312) 형성 공정시 셀 게이트의 폭(A) 대 드레인 선택 라인(DSL)의 폭을 1 : 1.5배 내지 1 : 9배로 하고, 드레인 선택 라인(DSL) 간의 간격(C)을 셀 게이트 사이의 간격(D)보다 2배 이상으로 한다. 게이트(312)는 소노스(SONOS) 구조인 실리콘-산화막-질화막-산화막-반도체로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 5A, a
그런 다음, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 게이트(312) 형성 공정시 손상된 터널 산화막(302)을 보상하기 위해 반도체 기판(300) 표면에 터널 산화막(302)보다 높거나 낮게 열산화막(미도시)을 형성한 후 열처리 공정을 실시한다. 전체 구조 상부에 게이트(312) 및 반도체 기판(300)과의 완충 역할을 하는 라이너 산화막(미도시)을 형성한다. 이때, 라이너 산화막(미도시)은 RTP 또는 퍼니스에서 600℃ 내지 1000℃의 온도와 2nm 내지 20nm의 두께로 실리콘 산화막을 이용하여 형성한다. 전체 구조 상부에 라이너 질화막(미도시)을 형성한다. 이때, 라이너 질화막(미도시)은 스텝 커버리지가 우수한 ALD 또는 LP-CVD 방식으로 실리콘 질화막을 이용하여 3nm 내지 30nm의 두께로 형성한다. 여기서, 라이너 질화막 대신 유전율이 낮은 카바이드(carbide) 또는 보론-질화막(BN)을 사용하기도 한다. 라이너 질화막(미도시)은 도핑된 이온들이 빠져나가는 것을 방지하거나, 게이트의 이상 산화를 방지한다. Then, although not shown in the figure, a thermal oxide film (not shown) is higher or lower than the
도 5b를 참조하면, 전체 구조 상부에 저유전 특성을 갖는 스페이서용 절연막(314)을 형성한다. 이때, 스페이서용 절연막(314)은 SiMS상으로 10atom% 내지 35atom%d의 카본(C)과 15atom% 내지 60atom%의 하이드로젠(H)이 함유된 50nm 내지 150nm 두께의 실리콘 산화막으로 형성한다. 스페이서용 절연막(314)을 SiHx(CH3)y[X+Y=4]와 H2O2를 반응 소스로 사용하여 LP-CVD 방식으로 형성시 온도가 낮을 경우, 유동성 산화막이 형성되어 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(C)에 산화막이 과도하게 증착되는 것을 방지하기 위해 서셉터의 온도를 40℃ 내지 200℃ 사이로 유지한다. Referring to FIG. 5B, an insulating
또한, 스페이서용 절연막(314)을 PE-CVD 방식을 이용하여 SiOC:H 구조로 형성할 경우, 첫 번째로는 Sin(CH3)xCyHz(1≤n≤5, 1≤x≤10, 0≤y≤20, 1≤z≤20)를 반응 소스로 사용하거나, [Si]a[0]b[CH3]c[CxHy]d(1≤a,b≤5, 1≤c,d≤10, 0≤x≤20, 0≤y≤20)를 반응 소스로 사용하여 서셉터의 온도를 0℃ 내지 200℃ 사이로 유지하여 저온 공정을 실시하거나, 두 번째로는 Si가 함유된 반응 소스와 CO2, CxHy[1≤x≤20, 1≤y≤20] 또는 O2 가스를 한 개 또는 모두 동시에 주입하는 것이다. 여기서, PE-CVD 방식을 이용한 스페이서용 절연막(314)은 13.56MHz의 RF로 100W 내지 2000W의 파워를 사용하여 형성한다.In addition, in the case where the
도 5c를 참조하면, 전면 식각 공정을 실시하여 셀 게이트 사이에 형성된 빈공간이 노출되지 않도록 하고, 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(C)에 이웃하는 드레인 선택 라인(DSL) 측면에 증착된 스페이서용 절연막(314)이 기울기(I)를 갖도록 한다. 이때, 전면 식각 공정시 셀 게이트 사이에 형성된 빈공간이 노출되지 않도록 하기 위해 게이트(312) 상부에 스페이서용 절연막(314)이 10nm 내지 150nm의 두께 정도 잔류하도록 하고, 드레인 선택 라인(DSL) 측면에 증착된 스페이서용 절연막(314)의 기울기(I)를 60도 내지 88도로 한다. 여기서, 스페이서용 절연막(314)은 CxFyHz(0≤x, y, z≤9) 또는 NF3, NF2H를 반응 소스로 하여 식각한다. Referring to FIG. 5C, the spacers deposited on the side of the drain select line DSL adjacent to the region C where the drain contact plug is formed are not exposed by performing an entire surface etching process to prevent the empty space formed between the cell gates. The insulating
도 5d를 참조하면, 전체 구조 상부에 버퍼 산화막(316) 및 SAC 질화막(318)을 형성한다. 이때, 버퍼 산화막(316)은 LP-CVD 방식 또는 ALD 방식으로 5nm 내지 50nm의 두께로 형성하고, SAC 질화막(318)은 LP-CVD 방식 또는 ALD 방식으로 10nm 내지 100nm의 두께로 형성한다. SAC 질화막(318) 대신 후속 공정인 드레인 콘택 플러그 식각 공정시 식각 선택비가 높으면서 유전율이 낮은 카바이드(carbide) 또는 보론-질화막(BN)을 사용하기도 한다. 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역(C)이 완전히 매립되도록 전체 구조 상부에 층간 절연막(320)을 형성한다.Referring to FIG. 5D, a
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 효과는 다음과 같다.As described above, the effects of the present invention are as follows.
첫째, 셀 게이트 사이에 저유전 특성을 갖는 스페이서용 절연막을 형성함으로써 커플링 비가 감소하여 프로그램 속도를 증가시킬 수 있다.First, by forming an insulating film for spacers having low dielectric properties between cell gates, the coupling ratio can be reduced to increase the program speed.
둘째, 셀 게이트 사이에 형성되는 빈공간을 증가시켜 간섭 효과의 감소에 따른 소자 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Second, by increasing the empty space formed between the cell gates it is possible to improve the device reliability due to the reduction of the interference effect.
셋째, 드레인 콘택 플러그가 형성되는 지역을 빈공간 없이 매립함으로써 드레인 콘택 간 브리지를 방지하여 수율을 향상시킬 수 있다.Third, by filling the area where the drain contact plug is formed without empty space, the bridge between the drain contacts can be prevented and the yield can be improved.
넷째, SAC 질화막을 형성함으로써 소스 선택 라인 및 드레인 선택 라인 사이의 콘택 간 누설전류를 억제할 수 있다. Fourth, by forming the SAC nitride film, the inter-contact leakage current between the source select line and the drain select line can be suppressed.
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