KR20080090800A - Method for fabricating of semiconductor device - Google Patents

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KR20080090800A KR1020070034114A KR20070034114A KR20080090800A KR 20080090800 A KR20080090800 A KR 20080090800A KR 1020070034114 A KR1020070034114 A KR 1020070034114A KR 20070034114 A KR20070034114 A KR 20070034114A KR 20080090800 A KR20080090800 A KR 20080090800A
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한지혜
이창구
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Abstract

A method for manufacturing a semiconductor device is provided to suppress gate leaning by removing residues, occurring in forming a gate stack, through a pretreatment procedure using cleaning and oxygen plasma. A method for manufacturing a semiconductor device comprises the following steps of: forming a gate stack on a semiconductor substrate; cleaning the gate stack by using cleaning solution containing ozone; pre-treating the cleaned gate stack by using oxygen plasma; and annealing the pre-treated gate stack. A tunneling layer, a charge trap layer, a blocking layer and a gate electrode are stacked on the semiconductor substrate. The step of cleaning the gate stack comprises the following processes of: firstly cleaning the gate stack by using ozone solution; secondly cleaning the firstly cleaned gate stack by using BOE(Buffered Oxide Etchant) solution; and thirdly cleaning the gate stack by using cleaning solution containing ammonia.

Description

반도체 소자의 제조방법{Method for fabricating of semiconductor device}Method for fabricating a semiconductor device

도 1 내지 도 3은 종래의 MANOS 소자를 형성하는 과정에서 발생하는 문제점을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.1 to 3 are diagrams for explaining a problem occurring in the process of forming a conventional MANOS device.

도 4 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.4 to 10 are views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 게이트 계면에 발생한 이물을 제거하여 소자의 전기적 특성의 효율성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device that can improve the efficiency of the electrical characteristics of the device by removing foreign substances generated at the gate interface.

낸드형 불휘발성 메모리(NAND type flash memory) 소자는 전기적으로 프로그램(program) 및 소거(erase)가 가능한 비휘발성 메모리 소자로서, 전원이 차단되었을 때도 정보 유지가 요구되는 전자부품에서 폭 넓게 이용되고 있다. 낸드형 불휘발성 메모리소자는 폴리실리콘막을 아이피오(IPO; Inter-Poly Oxide)로 캡핑(capping)하고 있는 플로팅게이트(floating gate) 구조를 갖는 것이 대부분이다. 플로팅게이트형 불휘발성 메모리소자는 확장성(extendibility)이 우수하여 최근에는 멀티레벨 칩(multi-level chip)까지 개발이 진행되고 있다. 그러나 최근 플로팅게이트를 적용한 불휘발성 메모리소자의 고집적화가 급격히 이루어짐에 따라 소거(erase) 특성을 보완하기 위해 새로운 셀 구조에 대한 시도가 이루어지고 있다. NAND type flash memory devices are nonvolatile memory devices that can be electrically programmed and erased, and are widely used in electronic components that require information retention even when power is cut off. . Most NAND type nonvolatile memory devices have a floating gate structure in which a polysilicon film is capped with an inter-poly oxide (IPO). Floating gate type nonvolatile memory devices are excellent in extensibility and thus, the development of multi-level chips has recently been performed. However, with the recent rapid integration of nonvolatile memory devices using floating gates, attempts have been made on new cell structures to compensate for erase characteristics.

이러한 요구에 맞추어 제안되고 있는 새로운 셀 구조의 종류로서, 플로팅게이트형 불휘발성 메모리소자에서 SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) 구조 또는 MANOS(Metal-Aluminium Nitride-Oxide-Semiconductor) 구조가 시도되고 있다. 여기서 SONOS 소자는 전하트랩층(charge trapping layer)을 갖는 불휘발성 메모리소자이며, MANOS 소자는 종래 게이트 공정에서 이용되어 왔던 실리콘을 대체하여 금속막(metal)을 이용하는 불휘발성 메모리소자이다.As a kind of new cell structure proposed to meet these demands, a silicon-oxide-nitride-oxide-silicon (SONOS) structure or a metal-aluminum nitride-oxide-semiconductor (MANOS) structure is attempted in a floating gate type nonvolatile memory device. It is becoming. Here, the SONOS device is a nonvolatile memory device having a charge trapping layer, and the MANOS device is a nonvolatile memory device using a metal film in place of silicon that has been used in the conventional gate process.

한편, MANOS 소자는 기존과 달리 게이트 공정에서 금속막을 이용함에 따라 공정과정을 진행하는데 많은 어려움을 가지고 있다. 이를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.On the other hand, MANOS devices have a lot of difficulties in proceeding the process as the metal film is used in the gate process unlike the conventional. This will be described with reference to the drawings.

도 1 내지 도 3은 종래의 MANOS 소자를 형성하는 과정에서 발생하는 문제점을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다. 1 to 3 are diagrams for explaining a problem occurring in the process of forming a conventional MANOS device.

먼저 도 1을 참조하면, MANOS 소자는 기판(100) 위에 터널링층(102), 전하트랩층(104), 차폐층(106) 및 컨트롤게이트전극(110)이 적층된 구조를 포함한다. 이러한 구조를 갖는 MANOS 소자를 형성하는 과정에서 진행되는 세정 공정(cleaning process)에서 기존의 세정공정조건, 즉, 웨트 스테이션(wet station)을 적용하였을 경우, 게이트 프로파일(gate profile)은 적층막의 손실 및 오염 등에 의한 원인에 의해 적용하기 어렵다. 이에 따라 세정공정조건을 완화하여 적용하게 되면, 게이트 식각시 질화막에 의해 게이트 계면에 티타늄나이트라이드(TiNx) 또는 텅스텐나이트라이드(WNx)와 같은 잔여 이물(residue)(B, 도 3참조)이 형성된다. 이러한 잔여 이물은 도 1에 도시된 바와 같이, 게이트 스택을 형성한 다음에는 발견되지 않으며, 이후 게이트 스페이서를 형성한 이후에 관찰되어 제거하기 어려운 점이 있다. 이때, 도면에서 미설명된 부분은 장벽층(106), 저저항층(112) 및 하드마스크막(114)이다.Referring first to FIG. 1, a MANOS device includes a structure in which a tunneling layer 102, a charge trap layer 104, a shielding layer 106, and a control gate electrode 110 are stacked on a substrate 100. In the cleaning process performed in the process of forming a MANOS device having such a structure, when a conventional cleaning process condition, that is, a wet station, is applied, the gate profile is determined by the loss of the laminated film and It is difficult to apply due to the cause of contamination. Accordingly, when the cleaning process conditions are relaxed and applied, residual residues (B, FIG. 3) such as titanium nitride (TiNx) or tungsten nitride (WNx) are formed at the gate interface by the nitride layer during gate etching. do. Such residual foreign matter is not found after forming the gate stack, as shown in FIG. 1, and thereafter, it is difficult to be observed and removed after forming the gate spacer. In this case, portions not described in the drawings are the barrier layer 106, the low resistance layer 112, and the hard mask layer 114.

도 2 및 도 3을 참조하면, 게이트 계면에 형성된 잔여 이물은 후속 진행하는 어닐링(annealing)시 이용하는 질소(N2) 가스에 의해 더욱 많이 형성되어 기존의 세정공정조건으로는 이러한 이물이 제거되기 힘들어질 수 있다. 이와 같이 게이트 계면에 형성된 이물은 MANOS 소자를 형성하는 과정을 진행함에 따라 게이트 기울어짐(gate leaning)(A, 도 2참조)과 같은 문제가 발생할 수 있다. 이러한 게이트 기울어짐 현상은 낸드형 불휘발성 메모리 소자의 중요한 전기적 특성인 소거(erase) 특성을 저하시켜 전체적인 소자의 특성을 열화시키게 된다. 이에 따라 게이트를 형성한 다음 게이트 계면에 발생한 이물을 제거함으로써 소자의 전기적 특성의 효율성을 향상시킬 수 있는 방법이 요구된다.2 and 3, the remaining foreign matter formed at the gate interface is formed more by the nitrogen (N 2 ) gas used during the subsequent annealing (annealing), so it is difficult to remove such foreign matter under the existing cleaning process conditions Can lose. As described above, the foreign material formed at the gate interface may cause problems such as gate leaning (A, FIG. 2) as the process of forming the MANOS device is performed. The gate tilt phenomenon lowers the erase characteristic, which is an important electrical characteristic of the NAND type nonvolatile memory device, thereby degrading the overall device characteristics. Accordingly, there is a need for a method capable of improving the efficiency of the electrical characteristics of the device by removing foreign substances generated at the gate interface after forming the gate.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 게이트 식각시 진행하는 세정공정조건을 개선하여 게이트 계면에 발생된 이물을 제거함으로써 소자의 전기적 특성의 효율성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of improving efficiency of electrical characteristics of a device by removing foreign substances generated at a gate interface by improving cleaning process conditions performed during gate etching.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판 위에 게이트 스택을 형성하는 단계; 상기 게이트 스택을 오존을 포함하는 세정 용액을 이용하여 세정을 수행하는 단계; 상기 세정이 수행된 게이트 스택 상에 산소 플라즈마를 이용한 전처리를 수행하는 단계; 및 상기 전처리가 수행된 게이트 스택 상에 어닐 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, forming a gate stack on a semiconductor substrate; Performing cleaning of the gate stack using a cleaning solution containing ozone; Performing a pretreatment using an oxygen plasma on the gate stack on which the cleaning is performed; And performing an annealing process on the gate stack on which the pretreatment has been performed.

본 발명에 있어서, 상기 게이트 스택은, 반도체 기판 위에 터널링층, 전하트랩층, 차폐층, 게이트전극이 적층되어 형성하는 것이 바람직하다. In the present invention, the gate stack is preferably formed by stacking a tunneling layer, a charge trap layer, a shielding layer, and a gate electrode on a semiconductor substrate.

상기 세정을 수행하는 단계는, 상기 게이트 스택 상에 오존 용액을 이용하여 1차 세정을 수행하는 단계; 상기 1차 세정이 수행된 게이트 스택 상에 BOE 용액을 이용하여 2차 세정을 수행하는 단계; 및 상기 2차 세정이 수행된 게이트 스택 상에 암모니아를 포함하는 세정 용액을 이용하여 3차 세정을 수행하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The performing of the cleaning may include performing a first cleaning on the gate stack using an ozone solution; Performing a secondary cleaning using a BOE solution on the gate stack on which the primary cleaning is performed; And performing a third cleaning using a cleaning solution including ammonia on the gate stack on which the second cleaning is performed.

상기 1차 세정은, 25℃의 온도에서 오존 용액을 100-500GPM의 양으로 공급하여 30초 내지 5분 동안 수행하는 것이 바람직하다.The primary washing is preferably performed for 30 seconds to 5 minutes by supplying an ozone solution in an amount of 100-500GPM at a temperature of 25 ℃.

상기 2차 세정은, 플루오르화나트륨:불산이 100:1 내지 300:1의 농도로 혼합된 BOE 용액을 이용할 수 있다. The secondary washing may use a BOE solution in which sodium fluoride: hydrofluoric acid is mixed at a concentration of 100: 1 to 300: 1.

상기 암모니아를 포함하는 세정 용액은 NH4OH, H2O2 및 H2O가 혼합된 용액이며, 상기 NH4OH, H2O2 및 H2O는 1:2:40 또는 1:4:20의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.The cleaning solution containing ammonia is a mixture of NH 4 OH, H 2 O 2, and H 2 O, and the NH 4 OH, H 2 O 2, and H 2 O may be 1: 2: 40 or 1: 4: It is preferable to mix in 20 ratios.

상기 3차 세정은 30-60℃의 온도에서 30초 내지 5분 동안 수행하는 것이 바람직하다.The third wash is preferably performed for 30 seconds to 5 minutes at a temperature of 30-60 ℃.

상기 세정은 싱글 타입의 장치에서 수행하는 것이 바람직하다.The cleaning is preferably carried out in a single type of device.

상기 산소 플라즈마를 이용한 전처리는, 산소 가스 및 질소 가스를 공급하면서 바이어스를 인가하여 플라즈마를 형성하면서, 수소 가스를 공급하는 것이 바람직하다.In the pretreatment using the oxygen plasma, it is preferable to supply hydrogen gas while forming a plasma by applying a bias while supplying oxygen gas and nitrogen gas.

상기 산소 가스는 질소 가스의 공급양보다 7-10배가량 많은 양으로 공급하는 것이 바람직하며, 상기 수소 가스는 10-50sccm의 양으로 공급할 수 있다.The oxygen gas is preferably supplied in an amount of about 7-10 times greater than the supply amount of nitrogen gas, and the hydrogen gas may be supplied in an amount of 10-50 sccm.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.

도 4 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 불휘발성 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.4 to 10 are views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 반도체 기판(200) 상에 소정 두께의 산화막을 증착 또는 성장시켜 터널링층(202)을 형성한다. 계속해서 터널링층(202) 상에 실리콘 질화막을 증착하여 전하트랩층(204)을 형성한다. Referring to FIG. 4, the tunneling layer 202 is formed by depositing or growing an oxide film having a predetermined thickness on the semiconductor substrate 200. Subsequently, a silicon nitride film is deposited on the tunneling layer 202 to form a charge trap layer 204.

터널링층(202)은 일정한 바이어스 하에서 전자 또는 홀(hole)과 같은 전하 캐리어들이 전하트랩층(204) 내로 터널링하여 주입될 수 있도록 하는 역할을 한다. 이때, 터널링층(202)은 실리콘산화막(SiO2)과 같은 절연막으로 이루어진다. 전하트랩층(204)은 터널링층(202)을 관통해 주입된 전자 또는 홀들을 트랩하는 층으로, 에너지레벨이 균일하고 트랩 사이트가 많을수록 전하의 트랩이 잘 이루어져 소자의 프로그램 및 소거 속도가 증가한다. 전하트랩층(204)은 실리콘질화막으로 형성할 수 있다.The tunneling layer 202 serves to allow charge carriers such as electrons or holes to be tunneled and injected into the charge trap layer 204 under a certain bias. In this case, the tunneling layer 202 is formed of an insulating film such as silicon oxide film SiO 2 . The charge trap layer 204 is a layer for trapping electrons or holes injected through the tunneling layer 202. The more uniform the energy level and the more trap sites, the better the trap of the charge, thereby increasing the program and erase speed of the device. . The charge trap layer 204 may be formed of a silicon nitride film.

도 5를 참조하면, 전하트랩층(204) 위에 고유전율을 갖는 물질을 증착하여 차폐층(206)을 형성한다. 차폐층(206)은 전하트랩층(204)으로부터 후속 형성될 컨트롤게이트전극 쪽으로 전하가 이동하는 것을 차단하는 역할을 하며, 셀의 동작 속도를 향상시키기 위하여 고유전물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 차폐층(206)은 화학기상증착(CVD; Chemical vapor deposition)방법을 이용하여 산화막으로 형성할 수 있다. 또는, 소자의 특성을 향상시키기 위하여 고유전율을 갖는 물질, 예를 들어 알루미늄산화막(Al2O3)을 포함하여 형성할 수도 있다. Referring to FIG. 5, a shielding layer 206 is formed by depositing a material having a high dielectric constant on the charge trap layer 204. The shielding layer 206 serves to block charge from moving from the charge trap layer 204 toward the control gate electrode to be subsequently formed, and is preferably formed of a high dielectric material to improve the operation speed of the cell. The shielding layer 206 may be formed of an oxide film using a chemical vapor deposition (CVD) method. Alternatively, in order to improve the characteristics of the device, a material having a high dielectric constant, for example, an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) may be included.

다음에, 차폐층(206) 위에 게이트 전극(208)을 증착한다. 게이트 전극(208)은 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 장벽층, 저저항층 및 하드마스크막을 포함하 여 형성할 수 있다. 게이트 전극(208)은 반도체 기판(200)의 채널영역으로부터 전자들이나 홀들이 전하트랩층(204) 내의 트랩 사이트로 트랩되도록 일정한 크기의 바이어스를 인가하는 역할을 한다. 게이트 전극(208)은 금속막, 예를 들어 텅스텐(W)막으로 형성할 수 있다. 장벽층은 소거(erase) 동작시 게이트전극으로부터 반도체 기판(200)으로 전자들이 넘어오는 것을 방지하여 소거 동작을 용이하게 하기 위하여 일함수(work function)가 높은 금속으로 형성한다. 일함수가 높은 금속으로 티타늄나이트라이드(TiN)를 이용할 수 있다. 저저항층은 게이트 전극(208)의 저항을 감소시키기 위한 것으로, 텅스텐실리사이드막(WSix) 또는 텅스텐나이트라이드(WN)를 포함하여 형성할 수 있다. Next, a gate electrode 208 is deposited over the shielding layer 206. Although not shown in the drawings, the gate electrode 208 may be formed including a barrier layer, a low resistance layer, and a hard mask film. The gate electrode 208 serves to apply a bias of a predetermined size so that electrons or holes are trapped from the channel region of the semiconductor substrate 200 to the trap site in the charge trap layer 204. The gate electrode 208 may be formed of a metal film, for example, a tungsten (W) film. The barrier layer is formed of a metal having a high work function to prevent electrons from flowing from the gate electrode to the semiconductor substrate 200 in an erase operation to facilitate the erase operation. Titanium nitride (TiN) may be used as a metal having a high work function. The low resistance layer is to reduce the resistance of the gate electrode 208 and may be formed including a tungsten silicide layer WSix or tungsten nitride WN.

도 6을 참조하면, 게이트 전극(208) 위에 게이트 스택용 식각 마스크(도시하지 않음)를 형성하고, 상기 식각 마스크로 하부막들을 순차적으로 식각하여 게이트 스택(218)을 형성한다. 여기서 게이트 스택(218)은 터널링층 패턴(216), 전하트랩층 패턴(214), 차폐층 패턴(212), 게이트 전극패턴(210)을 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 6, an gate mask etch mask (not shown) is formed on the gate electrode 208, and lower layers are sequentially etched using the etching mask to form the gate stack 218. The gate stack 218 includes the tunneling layer pattern 216, the charge trap layer pattern 214, the shielding layer pattern 212, and the gate electrode pattern 210.

한편, 이러한 게이트 스택(218)을 형성하기 위해 식각공정을 진행하는 과정에서 전하트랩층 패턴(214)을 형성하는 물질, 예를 들어 질화막에 의해 티타늄나이트라이드(TiNx) 또는 텅스텐나이트라이드(WNx)의 잔여물(residue)이 발생할 수 있다. 이에 발생된 잔여물을 제거하기 위해 세정공정을 진행하고 있다. Meanwhile, a material forming the charge trap layer pattern 214 during the etching process to form the gate stack 218, for example, titanium nitride (TiNx) or tungsten nitride (WNx) by a nitride film. Residues of may occur. In order to remove the residues generated in this process, the cleaning process is in progress.

세정 공정은 종래의 경우, 웨트 스테이션(wet station) 장치에서 SPM(Sulfuric acid peroxide mixture) 용액, BOE(Buffered oxide etchant) 용액 및 SC-1(Standard clean-1) 용액을 이용하여 잔여물을 제거하였다. 그러나 SPM 용액 및 SC-1 용액은 금속막의 손상이 크고 오염될 수 있는 문제가 있다. 이에 따라 세정이 진행될 때마다 세정 용액을 바꿔주어야 되어 세정 용액의 소비가 대량으로 필요로 하는 문제가 있다. 또한, BOE 용액은 세정 공정을 웨트 스테이션에서 진행시, 로봇 이동 시간(robot moving time)에 의해 식각되는 양(etch amount)이 커 하드마스크막의 손실이 크다. In the conventional cleaning process, the residue was removed using a sulfuric acid peroxide mixture (SPM) solution, a buffered oxide etchant (BOE) solution, and a standard clean-1 (SC-1) solution in a wet station apparatus. . However, the SPM solution and the SC-1 solution have a problem that the damage of the metal film is large and can be contaminated. Accordingly, the cleaning solution has to be changed every time the cleaning proceeds, which requires a large amount of consumption of the cleaning solution. In addition, the BOE solution has a large etch amount due to the robot moving time when the cleaning process is performed in the wet station, so that the loss of the hard mask film is large.

이에 따라 상술한 세정 공정 조건을 약하게 진행하는 방법도 제안되었으나, 잔여 이물이 잘 제거되지 않는 어려움이 있다. 또한, 이렇게 게이트 스택(230) 계면에 남아 있는 잔여 이물은 후속 어닐 공정시 질소(N2) 가스를 사용하는 과정에서 더욱 많이 형성되어 기존의 세정 조건으로는 제거가 되지 않는다. 또한, 세정후 어닐시 급속열처리(RTP; Rapid thermal plasma)대신 산소(O2) 플라즈마를 이용하는 RTO(Rapid thermal Oxide plasma)를 수행 할 경우, 게이트 스택 계면의 이물은 제거할 수 있다. 그러나 산소 플라즈마에 의해 장벽층, 예컨대 티타늄나이트라이드막이 산화되면서 도 9에 도시한 바와 같이, 게이트 프로파일(C)이 변형될 수 있고, 이에 따라 트랜지스터의 특성도 변경될 수 있다. 이에 본 발명의 실시예에서는 게이트 스택 계면에 발생한 잔여물을 제거하면서 세정 공정을 진행하는 과정에서 발생되는 문제점을 제거할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.Accordingly, a method of weakly proceeding the above-described cleaning process conditions has been proposed, but there is a difficulty in that residual foreign matters are not easily removed. In addition, the remaining foreign matter remaining at the interface of the gate stack 230 is formed more in the process of using nitrogen (N 2 ) gas in the subsequent annealing process, so that it is not removed by the existing cleaning conditions. In addition, when performing rapid thermal oxide plasma (RTO) using oxygen (O 2 ) plasma instead of rapid thermal plasma (RTP) after cleaning, foreign matters at the gate stack interface may be removed. However, as the barrier layer, for example, the titanium nitride film is oxidized by the oxygen plasma, as shown in FIG. 9, the gate profile C may be modified, and thus the characteristics of the transistor may be changed. Accordingly, an embodiment of the present invention is to propose a method that can eliminate the problems generated during the cleaning process while removing the residues generated at the gate stack interface.

도 7을 참조하면, 게이트 스택(218)을 세정 장비 내에 로딩시킨다음, 상기 세정 장비 내에 오존(O3)을 포함하는 세정 용액, BOE 용액 및 암모니아를 포함하는 세정 용액을 이용하여 세정한다.Referring to FIG. 7, the gate stack 218 is loaded into the cleaning equipment and then cleaned using the cleaning solution including ozone (O 3 ), the BOE solution, and the cleaning solution including ammonia in the cleaning equipment.

구체적으로, 게이트 스택(218)을 싱글(single) 타입의 세정 장비 내에 로딩시킨다. 다음에 싱글 타입의 세정 장비 내에 오존(O3) 용액을 공급하여 30초 내지 5분 동안 1차 세정을 수행한다. 여기서 오존(O3) 용액은 25℃의 온도에서 100-500GPM(gallon per meter)의 양으로 공급할 수 있다. 다음에 플루오르화나트륨(NH4F) 및 불산(HF)이 혼합된 BOE 용액을 공급하는 2차 세정을 30-60℃의 온도에서 수행한다. 여기서 플루오르화나트륨(NH4F) 및 불산(HF)은 100:1 내지 300:1로 혼합하는 것이 바람직하다. 계속해서 암모니아(NH4OH)를 포함하는 세정 용액을 공급하여 30초 내지 5분 동안 3차 세정을 수행한다. 이때, 암모니아(NH4OH)를 포함하는 세정 용액은 SC-1 용액으로 이용할 수 있으며, SC-1 용액은 NH4OH:H2O2:H2O를 1:2:40 또는 1:4:20의 비율로 혼합하여 이용하는 것이 바람직하다. Specifically, the gate stack 218 is loaded into a single type of cleaning equipment. Next, the first cleaning is performed for 30 seconds to 5 minutes by supplying an ozone (O 3 ) solution into a single type of cleaning equipment. The ozone (O 3 ) solution may be supplied in an amount of 100-500 gallon per meter (GPM) at a temperature of 25 ° C. Next, a secondary rinse is performed at a temperature of 30-60 ° C. to supply a BOE solution mixed with sodium fluoride (NH 4 F) and hydrofluoric acid (HF). Here, sodium fluoride (NH 4 F) and hydrofluoric acid (HF) are preferably mixed at 100: 1 to 300: 1. Subsequently, a third cleaning is performed for 30 seconds to 5 minutes by supplying a cleaning solution containing ammonia (NH 4 OH). At this time, the cleaning solution containing ammonia (NH 4 OH) can be used as SC-1 solution, SC-1 solution is NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O 1: 2: 40 or 1: 4 It is preferable to mix and use in a ratio of 20.

이러한 1차 내지 3차 세정 공정에 의해 게이트 스택(218) 계면의 잔여 이물이 제거된다. 이와 같이 잔여 이물이 제거되면서 오존을 포함하는 세정 용액을 이용함으로써 금속막의 식각 속도를 감소시킬 수 있고, 세정 장비를 종래의 웨트 스테이션 타입 장비에서 싱글 타입 장비로 변경함으로써 BOE 세정 용액을 적용하는 시간을 정확하게(just) 조절할 수 있다. 또한, SC-1 세정 용액을 재이용하지 않고, 전부 배출하여 금속에 의한 오염을 방지할 수 있다. 아울러 싱글 타입 장비를 이용함으로써 SC-1 세정 용액을 재이용하지 않고 전부 배출하여도 세정 용액의 소비를 감소시킬 수 있다. By this first to third cleaning process, the remaining foreign matter at the interface of the gate stack 218 is removed. As the remaining foreign matter is removed, the etching rate of the metal film can be reduced by using the cleaning solution containing ozone, and the time required to apply the BOE cleaning solution by changing the cleaning equipment from the conventional wet station type equipment to the single type equipment. It can be adjusted exactly. In addition, it is possible to prevent contamination by metal by discharging all of the SC-1 cleaning solution without reuse. In addition, the use of a single type equipment can reduce the consumption of the cleaning solution even if the entire SC-1 cleaning solution is discharged without reuse.

1차 내지 3차 세정으로 셀 영역 및 주변회로영역의 게이트 스택 계면에 발생된 잔여 이물이 감소하지만, 후속 진행될 어닐 공정에 의해 저저항층 패턴 계면의 잔여 이물은 남아 있을 수 있다. 이에 따라 어닐 공정 전에 산소(O2) 플라즈마를 이용하는 전처리(pretreatment)를 수행한다.Residual foreign matters generated at the gate stack interface of the cell region and the peripheral circuit region are reduced by the first to third cleaning, but residual foreign material of the low resistance layer pattern interface may remain by a subsequent annealing process. Accordingly, pretreatment using oxygen (O 2 ) plasma is performed before the annealing process.

도 8을 참조하면, 세정이 진행된 게이트 스택(218)에 산소(O2) 플라즈마를 이용한 전처리를 수행하여 세정 후 남아 있는 잔여 이물을 제거한다.Referring to FIG. 8, a preliminary treatment using an oxygen (O 2 ) plasma is performed on the gate stack 218 where the cleaning is performed to remove residual foreign matter remaining after the cleaning.

구체적으로, 세정이 진행된 게이트 스택(218) 상에 산소(O2) 가스 및 질소(N2) 가스를 공급한다. 다음에 적절한 바이어스를 인가하여 챔버 내에 산소(O2) 플라즈마를 형성한다. 이와 함께 게이트 스택(218) 상에 수소(H) 가스를 공급한다. 여기서 산소 가스는 질소 가스의 공급양보다 7-10배가량 많은 양으로 공급하는 것이 바람직하다. 플라즈마를 인가하기 위한 바이어스는 150-250W로 인가하며, 바람직하게는 200W로 인가한다. 이러한 산소(O2) 플라즈마는 30-40Å로 두껍게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 산소 플라즈마를 형성하는 동안 챔버는 400-1300mtorr의 압력을 유지한다. 아울러 수소(H) 가스는 10-50sccm의 양으로 공급하여 산소/질소 가스에 대해 절대양을 적게 첨가해줌으로써 잔여 불순물들을 수소화시킨다. 이렇게 잔여물들이 수소와 결합됨으로써 더욱 잘 제거할 수 있다. Specifically, oxygen (O 2 ) gas and nitrogen (N 2 ) gas are supplied to the gate stack 218 where the cleaning is performed. An appropriate bias is then applied to form an oxygen (O 2 ) plasma in the chamber. In addition, hydrogen (H) gas is supplied onto the gate stack 218. The oxygen gas is preferably supplied in an amount of about 7-10 times greater than the supply amount of nitrogen gas. The bias for applying the plasma is applied at 150-250W, preferably 200W. The oxygen (O 2 ) plasma is preferably formed thick to 30-40 kPa. In addition, the chamber maintains a pressure of 400-1300 mtorr while forming the oxygen plasma. In addition, hydrogen (H) gas is supplied in an amount of 10-50 sccm to hydrogenate residual impurities by adding an absolute amount to the oxygen / nitrogen gas. The residues can then be combined with hydrogen to remove them better.

다음에 산소 플라즈마를 이용한 전처리가 진행된 게이트 스택(218) 상에 어닐 공정을 수행한다. Next, an annealing process is performed on the gate stack 218 subjected to the pretreatment using oxygen plasma.

상술한 오존(O3)을 포함하는 세정 용액, BOE 용액 및 암모니아를 포함하는 세정 용액을 이용한 세정 및 전처리 공정에 의해 도 10에 도시한 바와 같이, 게이트 스택(218) 계면에 잔여 이물이 제거된 게이트 프로파일을 형성할 수 있다. 이에 따라 잔여 이물에 의해 게이트 기울어짐(gate leaning) 현상을 억제할 수 있고, 소거(erase) 특성 및 프로그램(program) 특성을 개선하여, 반도체 작동의 전기적 특성의 효율성을 높일 수 있다. 따라서 제조 수율을 향상시킬 수 있음은 물론 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. As shown in FIG. 10, residual foreign matters are removed at the interface of the gate stack 218 by a cleaning and pretreatment process using the cleaning solution including ozone (O 3 ), the BOE solution, and the cleaning solution including ammonia. The gate profile can be formed. Accordingly, the gate leaning phenomenon can be suppressed due to the foreign matter, and the erase characteristic and the program characteristic can be improved, thereby improving the efficiency of the electrical characteristics of the semiconductor operation. Therefore, the manufacturing yield can be improved as well as the reliability of the device can be improved.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법에 의하면, 게이트 스택을 형성하는 과정에서 발생된 잔여 이물을 오존 세정용액을 포함하는 세정 및 산소 플라즈마를 이용한 전처리 과정을 이용하여 제거함으로써 게이트 기울어짐 현상을 억제할 수 있어 소자의 소거 특성 및 프로그램 특성을 개선할 수 있다. 이에 불활성 메모리 소자의 전기적 특성의 효율성을 높일 수 있다.As described so far, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the remaining foreign substances generated in the process of forming the gate stack are removed using a cleaning process including an ozone cleaning solution and a pretreatment process using an oxygen plasma. The tilting phenomenon can be suppressed, so that the erase characteristic and the program characteristic of the device can be improved. This can increase the efficiency of the electrical characteristics of the inert memory device.

또한, 세정공정 조건을 개선하여 금속 식각 속도를 감소시키고, 세정 시간을 정확하게 조절할 수 있으며, 금속 오염을 방지할 수 있다.In addition, the cleaning process conditions can be improved to reduce the metal etching rate, to precisely control the cleaning time, and to prevent metal contamination.

Claims (12)

반도체 기판 위에 게이트 스택을 형성하는 단계;Forming a gate stack over the semiconductor substrate; 상기 게이트 스택을 오존을 포함하는 세정 용액을 이용하여 세정을 수행하는 단계;Performing cleaning of the gate stack using a cleaning solution containing ozone; 상기 세정이 수행된 게이트 스택 상에 산소 플라즈마를 이용한 전처리를 수행하는 단계; 및Performing a pretreatment using an oxygen plasma on the gate stack on which the cleaning is performed; And 상기 전처리가 수행된 게이트 스택 상에 어닐 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.And performing an annealing process on the gate stack on which the pretreatment has been performed. 제1항에 있어서, 상기 게이트 스택은,The method of claim 1, wherein the gate stack, 반도체 기판 위에 터널링층, 전하트랩층, 차폐층, 게이트전극이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the tunneling layer, the charge trap layer, the shielding layer, the gate electrode is stacked on the semiconductor substrate. 제1항에 있어서, 상기 세정을 수행하는 단계는,The method of claim 1, wherein performing the cleaning comprises: 상기 게이트 스택 상에 오존 용액을 이용하여 1차 세정을 수행하는 단계;Performing a first wash on the gate stack using an ozone solution; 상기 1차 세정이 수행된 게이트 스택 상에 BOE 용액을 이용하여 2차 세정을 수행하는 단계; 및Performing a secondary cleaning using a BOE solution on the gate stack on which the primary cleaning is performed; And 상기 2차 세정이 수행된 게이트 스택 상에 암모니아를 포함하는 세정 용액을 이용하여 3차 세정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.And performing a third cleaning using a cleaning solution containing ammonia on the gate stack on which the second cleaning has been performed. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 1차 세정은, 25℃의 온도에서 오존 용액을 100-500GPM의 양으로 공급하여 30초 내지 5분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The primary cleaning is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that performed for 30 seconds to 5 minutes by supplying an ozone solution in an amount of 100-500GPM at a temperature of 25 ℃. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 2차 세정은, BOE 용액에서 플루오르화나트륨:불산이 100:1 내지 300:1의 농도로 혼합된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The secondary cleaning is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the sodium fluoride: hydrofluoric acid is mixed in a concentration of 100: 1 to 300: 1 in a BOE solution. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 암모니아를 포함하는 세정 용액은 NH4OH, H2O2 및 H2O가 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The cleaning solution containing ammonia is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the solution is a mixture of NH 4 OH, H 2 O 2 and H 2 O. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 NH4OH, H2O2 및 H2O는 1:2:40 또는 1:4:20의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The NH 4 OH, H 2 O 2 and H 2 O is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that mixing in the ratio of 1: 2: 40 or 1: 4: 20. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 3차 세정은 30-60℃의 온도에서 30초 내지 5분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The third cleaning is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that performed for 30 seconds to 5 minutes at a temperature of 30-60 ℃. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 세정은 싱글 타입의 장치에서 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.And the cleaning is performed in a single type of device. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 산소 플라즈마를 이용한 전처리는, Pre-treatment using the oxygen plasma, 산소 가스 및 질소 가스를 공급하면서 바이어스를 인가하여 플라즈마를 형성하면서, 수소 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that hydrogen gas is supplied while a plasma is formed by applying a bias while supplying oxygen gas and nitrogen gas. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 산소 가스는 질소 가스의 공급양보다 7-10배가량 많은 양으로 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The oxygen gas is a semiconductor device manufacturing method, characterized in that for supplying in an amount of about 7-10 times more than the supply amount of nitrogen gas. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 수소 가스는 10-50sccm의 양으로 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The hydrogen gas is a manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that for supplying in an amount of 10-50sccm.
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