KR20090084140A - Method of manufacturing high density nonvolatile memory by using low temperature high pressure annealing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비휘발성 메모리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저온 고압 열처리를 이용한 2단계의 열처리를 통한 비휘발성 메모리의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile memory, and more particularly, to a method of manufacturing a nonvolatile memory through a two-step heat treatment using a low temperature high pressure heat treatment.
비휘발성 메모리는 전원의 공급이 차단되더라도 저장된 정보를 보존할 수 있는 소자이다. 특히, 플래시 메모리는 비휘발성 메모리 중에서 대표적인 소자로서, 높은 집적도와 우수한 데이터 보존성을 가진다.Non-volatile memory is a device that can preserve stored information even when power supply is interrupted. In particular, flash memory is a representative device of nonvolatile memory, and has high integration and excellent data retention.
플래시 메모리가 가지는 동작 양상은 프로그램 동작 및 소거 동작으로 이루어진다. 프로그램 동작은 전하를 플로팅 게이트 또는 질화막의 계면에 트랩시키는 동작이다. 반면, 소거 동작은 트랩된 전하를 하부의 기판으로 전달시키는 동작이다. 이러한, 프로그램 동작 및 소거 동작에 의해 셀 트랜지스터의 문턱전압은 변경된다. 문턱전압의 변경에 의해 정보의 저장동작이 일어난다.The operation aspect of the flash memory includes a program operation and an erase operation. The program operation is an operation of trapping charge at an interface of a floating gate or a nitride film. On the other hand, the erase operation is an operation for transferring the trapped charge to the lower substrate. The threshold voltage of the cell transistor is changed by the program operation and the erase operation. The storage operation of the information occurs by changing the threshold voltage.
상술한 플래시 메모리의 동작을 달성하기 위해 게이트 구조물은 도전체의 플로팅 게이트를 사용하거나, 계면에 전하를 트랩할 수 있는 질화막을 사용한다. 질 화막을 사용하는 구조물은 ONO(Oxide/Nitride/Oxide)로 지칭된다.In order to achieve the operation of the above-described flash memory, the gate structure uses a floating gate of a conductor or a nitride film capable of trapping charges at an interface. Structures using nitrides are referred to as ONO (Oxide / Nitride / Oxide).
ONO(Oxide/Nitride/Oxide)타입 플래시 메모리 소자는 플로팅 게이트타입 플래시 메모리 소자에 비해 상대적으로 용이한 스케일링(scaling down)과 개선된 지속성(endurance)특성, 그리고 고른 문턱전압분포를 갖고 있어 차세대 NAND플래시 메모리로 활발한 연구가 진행되고 있다.ONO (Oxide / Nitride / Oxide) type flash memory devices offer next-generation NAND flash with relatively easy scaling down, improved endurance characteristics, and even threshold voltage distribution compared to floating gate type flash memory devices. Active research is underway with memory.
하지만, 고집적화를 하기위한 터널링 및 블로킹 유전막의 두께 스케일링은 기록 보전성(retention)과 지속성(endurance)에서 특성 저하를 야기한다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 블로킹 유전막으로 기존의 실리콘 절연막 대신, 고유전율 절연막 (high-k oxide)으로 대체하는 것이 제안되었다.However, the scaling of the tunneling and blocking dielectric films for high integration causes deterioration in recording retention and endurance. In order to solve this problem, it is proposed to replace the blocking dielectric layer with a high-k oxide instead of the conventional silicon insulating layer.
하지만, 이 경우도 블로킹 유전막용 고유전율 절연막 형성시에 계면 또는 내부에 결함이 발생한다. 특히, 계면 결함의 경우, 컨트롤 게이트로부터 전하를 트랩하여 과도한 프로그램 동작을 일으키는 일 요인이 된다(이를 back tunneling이라 지칭한다). 이는 소거 동작시에 소거 전압을 인가하더라도, 블로킹 유전막의 계면에 전하가 잔류하는 현상을 발생시킨다. 이를 소거포화상태(erase saturation)라 지칭하며, 이는 메모리 특성의 저하로 연결된다.However, also in this case, defects occur at the interface or inside when the high dielectric constant insulating film for the blocking dielectric film is formed. In particular, in the case of interface defects, it is a factor that causes excessive program operation by trapping charge from the control gate (referred to as back tunneling). This causes a phenomenon in which charge remains at the interface of the blocking dielectric film even when an erase voltage is applied during the erase operation. This is called erasure saturation, which leads to degradation of memory characteristics.
종래 기술은 블로킹 유전막을 최적화시키기 위해 증착 후 800℃ 이상의 고온의 RTA(rapid thermal anneal) 열처리를 하였지만, 여전히 블로킹 유전막에 대한 특성 향상과 개선에는 한계가 있다.The prior art has a high temperature thermal anneal (RTA) heat treatment of 800 ° C. or higher after deposition to optimize the blocking dielectric film, but there are still limitations in improving and improving the characteristics of the blocking dielectric film.
본 발명의 목적은 고유전율 절연막을 이용한 플래시 메모리 공정에서 저온 고압 열처리를 이용하여 고유전율 절연막의 고유적인 특성들을 확보할 수 있게 되어 프로그램, 읽기 및 소거 특성이 향상되는 비휘발성 메모리의 제조방법을 제공하는 것이다.Disclosure of Invention An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory in which the characteristics of the high dielectric constant insulating film can be secured by using a low temperature and high pressure heat treatment in a flash memory process using the high dielectric constant insulating film. It is.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 비휘발성 메모리의 제조방법은 반도체 기판 상에 열산화막으로 터널링 유전막을 형성하는 단계, 상기 터널링 유전막 상부에 질화막을 형성하는 단계, 상기 질화막 상부에 고유전율의 유전체로 블로킹 유전막을 형성하여 게이트 구조물을 형성하는 단계, 상기 게이트 구조물에 대하여 고온 열처리를 수행하는 단계 및 상기 고온 열처리 이후에, 저온 고압 열처리를 수행하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a nonvolatile memory for achieving the above object of the present invention includes the steps of forming a tunneling dielectric film with a thermal oxide film on a semiconductor substrate, forming a nitride film on the tunneling dielectric film, a dielectric having a high dielectric constant on the nitride film Forming a gate blocking dielectric layer to form a gate structure, performing a high temperature heat treatment on the gate structure, and performing a low temperature and high pressure heat treatment after the high temperature heat treatment.
본 발명에 따를 경우, 본 발명에 의해 제조된 비휘발성 메모리 소자는 블로킹 유전막 내에 있는 트랩들이 제거됨으로서 전기적인 히스테리시스(hysteresis) 현상이 줄어든다.According to the present invention, the nonvolatile memory device manufactured by the present invention reduces the electric hysteresis phenomenon by eliminating the traps in the blocking dielectric film.
또한 높은 전압의 지우기 동작조건에서 블로킹 효율이 개선되어 소거포화레벨(erase saturation level)이 더 내려간다.In addition, the blocking efficiency is improved in the erase operation condition of high voltage, thereby lowering the erase saturation level.
더불어 전하보전성을 측정한 결과 블로킹 유전막의 트랩 감소에 기인하여 전 하누설 비율이 현저히 줄어든다.In addition, as a result of measuring charge integrity, the charge leakage rate is significantly reduced due to the trap reduction of the blocking dielectric layer.
상기와 같은 특성에 따라 비휘발성 메모리의 프로그램, 읽기 및 소거 특성이 향상되는 효과를 가진다.According to the above characteristics, the program, read and erase characteristics of the nonvolatile memory are improved.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연막을 포함하는 플래시 메모리 소자 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of forming a flash memory device including an insulating film according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연막을 포함하는 플래시 메모리 소자 형성 방법 중 터널링 유전막(110) 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 2 are cross-sectional views illustrating a method of forming a tunneling
도 1은 반도체 기판(100) 상부에 터널링 유전막(110)이 열산화막(111)의 단층으로 형성된 상태의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a tunneling
도 1을 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 실리콘 열산화막(111)을 형성한다.Referring to FIG. 1, a silicon
도 2는 반도체 기판(100) 상부에 터널링 유전막(110)이 실리콘 열산화막(111)과 고유전율의 유전체로 형성된 고유전율 절연막(112)의 복층으로 형성된 상태의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a tunneling
도 2를 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 실리콘 열산화막(111)을 형성하고, 실리콘 열산화막(111)은 후속의 고유전율 절연막(112)을 감안하여 초기 형성시에 최종형성두께보다 1 내지 50% 더 얇게 형성한다. 형성된 실리콘 열산화막(111) 상부에 고유전율 절연막(112)을 형성하여 복층 터널링 유전막(110)을 형성한다. 상기 고유전율 절연막(112)은 높은 유전율을 가진 high-k 유전체를 사용함이 바람직하다. 여기에서 고유전율을 가진 유전체는 Al2O3, HfO2, ZrO2, Ta2O5, TiO2, 및 YO2 중 적어도 하나의 물질을 포함한 것이거나, Hf Silicate, Zr Silicate, Y Silicate 또는 란탄 계열(Ln) 금속 Silicate인 것을 말한다.Referring to FIG. 2, the silicon
이어서, 고유전율 절연막(112)이 형성된 반도체 기판(100)에 대한 고온 열처 리를 실시한다. 즉, 약 800°C 이상에서 적어도 1분 동안 어닐링(Annealing) 과정을 수행하여 고유전율 절연막(112)내의 결함들을 큐어링(Curing)한다. 그러나 이러한 고온 상태에서의 큐어링의 경우, 산소를 가지는 고유전율 절연막(112)의 완전한 큐어링에는 한계가 있다. 즉 산소 농도의 부족으로 인한 부정합, 산소공공(vacancy defect)은 치유되기가 힘들다.Subsequently, high temperature heat treatment is performed on the
도 3은 터널링 유전막(110)이 형성된 반도체 기판(100)에 대한 고온 열처리가 수행된 이후에 저온 고압 열처리가 수행되는 것의 예시도이다.3 illustrates an example of performing low temperature high pressure heat treatment after high temperature heat treatment is performed on the
도 3을 참조하면, 터널링 유전막(110)이 형성된 반도체 기판(100)에 대한 고온열처리가 수행된 이후에 저온 고압 열처리가 수행된다. 상기 저온 고압 열처리는 약 200°C 내지600°C의 온도에서, 고압 분위기로 수행된다. 저온 고압 열처리 시, 비활성 기체에 순수 플로린 또는 플로린을 포함한 가스를 0.01-10%의 농도로 공급하며, 바람직하게는 2-100기압에서 5-60분간 수행된다.Referring to FIG. 3, after the high temperature heat treatment is performed on the
상기 도 3에서 터널링 유전막(110)이 실리콘 열산화막(111)의 단층으로만 구성된 경우, 2단계의 열처리는 수행되지 아니할 수도 있다.In FIG. 3, when the tunneling
도 4는 반도체 기판(100) 상부에 터널링 유전막(110)과 질화막(120)이 형성된 상태의 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a tunneling
도 4를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 형성된 터널링 유전막(110) 상부에 질화막(120)을 형성한다. 상기 질화막(120)은 실리콘 질화막(Si3N4)으로 구성됨이 바람직하다.Referring to FIG. 4, the
도 5 내지 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 메모리 소자 형성 방법 중 블로킹 유전막(130) 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.5 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of forming a blocking
도 5는 반도체 기판(100) 상부에 터널링 유전막(110)과 질화막(120)이 형성된 후에 블로킹 유전막(130)이 고유전율의 유전체로 형성된 제1 블로킹 유전막(131)의 단층으로 형성된 상태의 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a blocking
도 5를 참조하면, 단층 블로킹 유전막 형성 방법으로 질화막(120) 상부에 제1 블로킹 유전막(131)을 형성한다. 상기 제1 블로킹 유전막(131)은 높은 유전율을 가진 high-k 유전체를 사용함이 바람직하다.Referring to FIG. 5, the first blocking
이어서, 제1 블로킹 유전막(131)이 형성된 반도체 기판(100)에 대한 고온열처리를 실시한다. 즉, 약 800°C 이상에서 적어도 1분 동안 어닐링(Annealing) 과정을 수행하여 제1 블로킹 유전막(131)내의 결함들을 큐어링(curing)한다. 그러나 이러한 고온 상태에서 산소를 가지는 제1 블로킹 유전막(131)의 완전한 큐어링에는 한계가 있다. 즉 산소 농도의 부족으로 인한 부정합, 산소공공(vacancy defect)은 치유되기가 힘들다. 또한 질화막(120)과 제1 블로킹 유전막(131) 사이의 계면에서 발생되는 선결함이나 면결함의 치유에도 일정한 한계가 있다.Next, a high temperature heat treatment is performed on the
도 6은 반도체 기판(100) 상부에 터널링 유전막(110), 질화막(120) 및 블로킹 유전막(130)이 단층으로 형성되고 고온 열처리가 수행된 이후에 저온 고압 열처리가 수행되는 것의 예시도이다.6 illustrates an example in which the tunneling
도 6을 참조하면, 블로킹 유전막(130)이 단층으로 형성된 후, 반도체 기판(100)에 대한 저온 고압 열처리가 수행된다. 상기 저온 고압 열처리는 약 200°C 내지600°C의 온도에서, 고압 분위기로 수행된다. 저온 고압 열처리 시, 비활성 기체에 순수 플로린 또는 플로린을 포함한 가스를 0.01-10%의 농도로 공급하며, 바람직하게는 2-100기압에서 5-60분간 수행된다.Referring to FIG. 6, after the blocking
도 7은 반도체 기판(100) 상부에 터널링 유전막(110)과 질화막(120)이 형성된 후에 블로킹 유전막(130)이 고유전율의 유전체로 형성된 제1 블로킹 유전막(131)과 유전율이 다른 고유전율의 유전체로 형성된 제2 블로킹 유전막(132)의 복층으로 형성된 상태의 단면도이다.FIG. 7 shows a dielectric constant having a high dielectric constant different from that of the first
도 7을 참조하면, 복층 블로킹 유전막(130) 형성 방법으로 질화막(120) 상부에 제1 블로킹 유전막(131)을 형성한다. 제1 블로킹 유전막(131)은 후속의 제2 블로킹 유전막(132) 형성시 증가되는 량을 감안하여 최종형성두께보다 1-50% 더 얇게 형성한다.Referring to FIG. 7, the first
이어서, 제1 블로킹 유전막(131) 상부에 제2 블로킹 유전막(132)을 형성하여 복층 블로킹 유전막(130)을 형성한다. 제2 블로킹 유전막(132)은 제1 블로킹 유전막(131)의 유전율과는 다른 유전율을 가진 high-k 유전체를 사용함이 바람직하다.Subsequently, a second
이어서, 복층 블로킹 유전막(130)이 형성된 반도체 기판(100)에 대한 고온 열처리를 실시한다. 즉, 약 800°C 이상에서 적어도 1분 동안 어닐링 과정을 수행하여 블로킹 유전막(130) 내의 결함들을 큐어링한다. 그러나 이러한 고온 상태에서 산소를 가지는 복층 블로킹 유전막(130)의 완전한 큐어링에는 한계가 있다. 즉 산소 농도의 부족으로 인한 부정합, 산소공공(vacancy defect)은 치유되기가 힘들다. 또한 질화막(120)과 제1 블로킹 유전막(131) 사이의 계면에서 발생되는 선결함이나 면결함과 제1 블로킹 유전막(131)과 제2 블로킹 유전막(132) 사이의 계면에서 발생되는 선결함이나 면결함의 치유에도 일정한 한계가 있다.Next, a high temperature heat treatment is performed on the
도 8은 반도체 기판(100) 상부에 터널링 유전막(110), 질화막(120) 및 블로킹 유전막(130)이 복층으로 형성되고 고온 열처리가 수행된 이후에 저온 고압 열처리가 수행되는 것의 예시도이다.8 illustrates an example in which a
도 8을 참조하면, 상기 저온 고압 열처리는 약 200°C 내지 600°C의 온도에서, 고압 분위기로 수행된다. 저온 고압 열처리 시, 비활성 기체에 순수 플로린 또는 플로린을 포함한 가스를 0.01-10%의 농도로 공급하며, 바람직하게는 2-100기압에서 5-60분간 수행된다.Referring to Figure 8, the low temperature high pressure heat treatment is carried out in a high pressure atmosphere, at a temperature of about 200 ° C to 600 ° C. At low temperature and high pressure heat treatment, pure florin or a gas containing florin is supplied to the inert gas at a concentration of 0.01-10%, and preferably 5 to 60 minutes at 2-100 atm.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 플래시 메모리의 히스테리시스를 측정한 그래프이다.9 is a graph measuring hysteresis of a flash memory formed according to a preferred embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, Y축은 게이트 캐패시턴스를 나타내고, X축은 반도체 기판(100)상에 형성된 실리콘 산화막(SiO2)의 터널링 유전막(110), 실리콘 질화막(Si3N4)의 질화막(120)과 알루미늄 산화막(Al2O3)의 블로킹 유전막(130)으로 구성된 절연층에 인가되는 전압을 나타낸다.Referring to FIG. 9, the Y axis represents the gate capacitance and the X axis represents the
또한 전압의 인가순서는 20V에서 -20V로 시계방향으로 인가되고 직후 -20V에서 20V로 반시계방향으로 인가된다. 시계방향으로 인가시 전자들이 기판으로부터 터널링 유전막(110)을 통과하여 주입된다.In addition, the order of voltage application is applied clockwise from 20V to -20V and immediately counterclockwise from -20V to 20V. When applied clockwise, electrons are injected from the substrate through the
따라서 캐패시턴스-전압 그래프가 주입된 전자들에 의해 오른쪽으로 이동하 게 된다. 또한 반시계방향 인가시 홀들이 기판으로부터 주입되거나 주입된 전자들이 터널링 유전막(110)으로 통과하여 기판으로 터널링 됨으로서 오른쪽으로 이동된 캐패시턴스-전압 그래프는 다시 왼쪽으로 이동하게 된다.Therefore, the capacitance-voltage graph is shifted to the right by the injected electrons. In addition, the capacitance-voltage graph moved to the right is moved to the left again when holes are injected from the substrate or the injected electrons pass through the
두 그래프의 폭을 히스테리시스 현상이라 한다. 저온 고압 열처리를 수행한 경우, 블로킹 유전막(130)의 결함이나 산소 공공들이 제거되어, 시계방향 전압 인가시 전하들이 기판으로부터 터널링 유전막(110)을 통과하여 주입될 때 블로킹 유전막(130)으로 트랩되는 것을 막아 준다.The width of the two graphs is called hysteresis. When the low temperature and high pressure heat treatment is performed, defects or oxygen vacancies in the blocking
따라서 저온 고압 열처리를 수행하지 않은 경우보다 캐패시턴스-전압 그래프의 오른쪽 이동량이 적은 것을 알 수 있다. 또한 반시계방향 전압 인가시 저온 고압 열처리를 수행한 경우, 전하들이 게이트로 부터 주입되는 것을 막아줌으로써 캐패시턴스-전압 그래프가 왼쪽으로 더 많이 이동할 수 있게 한다.Therefore, it can be seen that the amount of right shift of the capacitance-voltage graph is smaller than that of the case where the low temperature high pressure heat treatment is not performed. In addition, when the low temperature and high pressure heat treatment is performed when the counterclockwise voltage is applied, the capacitance-voltage graph can be moved more to the left by preventing charges from being injected from the gate.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래시 메모리의 소거동작 속도를 나타낸 그래프이다.10 is a graph illustrating an erase operation speed of a flash memory according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, Y축은 평탄전압(Flat Band Voltage : VFB)의 변화량을 나타내고, X축은 반도체 기판(100) 상에 형성된 실리콘 산화막(SiO2)의 터널링 유전막(110), 실리콘 질화막(Si3N4)의 질화막(120)과 알루미늄 산화막(Al2O3)의 블로킹 유전막(130)으로 구성된 절연층에 인가되는 전압을 나타낸다.Referring to FIG. 10, the Y axis represents a variation in the flat band voltage (V FB ), and the X axis represents the
평탄전압은 플래시 소자를 구성하는 요소들에 저장된 전하들에 의해 이동된 에너지 밴드를 평탄화하기 위해 인가되어야 하는 전압을 지칭한다. 이는 전하를 저 장하는 질화막(120)에 존재하는 전자들의 양과 밀접한 관계가 있다. 또한 소거 전압이 높아질수록 평탄전압의 변화량이 많아지는데, 이는 질화막(120)에 있는 전자들이 터널링 유전막(110)을 통해 소거가 되기 때문이다. 그러나 높은 음의 전압이 게이트에 인가된 경우, 질화막(120)에 있는 전자들이 터널링 유전막(110)을 통해 빠져나가기도 하지만, 게이트층에서 전자들이 블로킹 유전막(130)을 통과하여 질화막(120)으로 유입되는 전자들에 인해 소거 동작이 완전하게 수행되지 않는다.The flattening voltage refers to a voltage that must be applied to flatten the energy band shifted by the electric charges stored in the elements constituting the flash device. This is closely related to the amount of electrons present in the
저온 고압 열처리를 수행한 경우, 블로킹 유전막(130)으로 유입되는 전자의 양이 줄어들게 되어 소거 동작이 원활하게 수행될 수 있다.When the low-temperature, high-pressure heat treatment is performed, the amount of electrons flowing into the blocking
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래시 메모리의 기록보전성 특성을 분석한 결과를 도시한 그래프이다.FIG. 11 is a graph illustrating results of analyzing write integrity characteristics of a flash memory according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.
도 11을 참고하면, Y축은 초당 질화막(120)에서 빠져나가는 전자들의 양을 평탄전압을 통해 나타낸 전하손실률이다. X축은 플래시 메모리에 저장된 전자들이 특정 온도에서 얼마나 많은 양이 손실되는지 확인하기 위한 특정온도를 나타낸다.Referring to FIG. 11, the Y axis represents the charge loss rate indicating the amount of electrons leaving the
통상적으로 열이 인가되는 경우, 질화막(120)에 있는 전자들은 에너지를 얻고, 전도대로 이동한다. 이 때 전자들이 손실되는 방향은 터널링 유전막(110)과 블로킹 유전막(130)이다. 저온 고압 열처리를 수행한 경우, 블로킹 유전막(130)을 통한 전하의 손실을 막아줌으로서 각 온도에 따른 전하손실률이 줄어드는 것을 알 수 있다.Typically, when heat is applied, electrons in the
본 발명을 적용한 공정의 바람직한 실시예는 다음과 같다. 실리콘 반도체 기판(100)위에 터널링 유전막(110)으로 실리콘 산화막 필름 두께(<5nm)를 적절히 조 절한다. 터널링 유전막(110) 위에 질화막(120)으로 실리콘 질화막을 증착한다. 질화막(120) 위에 고유전율 절연막을 블로킹 유전막(130)으로 증착한다. 실리콘 반도체 기판(100) 위에 터널링 유전막(110)/질화막(120)/블로킹 유전막(130) 구조를 생성한 후, 800℃ 이상에서 고온 열처리를 1분간 실행한다. 추가적으로 10기압의 아르곤에 0.04%의 플로린이 포함된 가스를 이용하여 400℃의 고압 분위기에서 20분간 저온 고압 열처리를 실행한다.Preferred embodiments of the process to which the present invention is applied are as follows. The silicon oxide film thickness (<5 nm) is appropriately adjusted with the
도 1은 반도체 기판 상부에 터널링 유전막이 열산화막의 단층으로 형성된 상태의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a tunneling dielectric film formed on a semiconductor substrate as a single layer of a thermal oxide film.
도 2는 반도체 기판 상부에 터널링 유전막이 열산화막과 고유전율의 유전체로 형성된 절연막의 복층으로 형성된 상태의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a tunneling dielectric film formed on a semiconductor substrate in a plurality of layers of an insulating film formed of a thermal oxide film and a dielectric having a high dielectric constant.
도 3은 터널링 유전막이 형성된 반도체 기판에 대한 고온 열처리가 수행된 이후에 저온 고압 열처리가 수행되는 것의 예시도이다.3 is an exemplary diagram of low temperature and high pressure heat treatment after high temperature heat treatment is performed on a semiconductor substrate on which a tunneling dielectric film is formed.
도 4는 반도체 기판 상부에 터널링 유전막과 질화막이 형성된 상태의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a tunneling dielectric film and a nitride film formed on a semiconductor substrate.
도 5는 반도체 기판 상부에 터널링 유전막과 질화막이 형성된 후에 블로킹 유전막이 고유전율의 유전체로 형성된 절연막의 단층으로 형성된 상태의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a state in which a blocking dielectric film is formed of a single layer of an insulating film formed of a dielectric having a high dielectric constant after a tunneling dielectric film and a nitride film are formed over a semiconductor substrate.
도 6은 반도체 기판 상부에 터널링 유전막, 질화막 및 블로킹 유전막이 단층으로 형성되고 고온 열처리가 수행된 이후에 저온 고압 열처리가 수행되는 것의 예시도이다.FIG. 6 is an exemplary view illustrating a low temperature and high pressure heat treatment after a tunneling dielectric film, a nitride film, and a blocking dielectric film are formed in a single layer on a semiconductor substrate and a high temperature heat treatment is performed.
도 7은 반도체 기판 상부에 터널링 유전막과 질화막이 형성된 후에 블로킹 유전막이 고유전율의 유전체로 형성된 절연막과 유전율이 다른 고유전율의 유전체로 형성된 절연막의 복층으로 형성된 상태의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of a state in which a blocking dielectric film is formed of a multilayer of an insulating film formed of a high dielectric constant with a dielectric constant different from that of a blocking dielectric film after a tunneling dielectric film and a nitride film are formed on a semiconductor substrate.
도 8은 반도체 기판 상부에 터널링 유전막, 질화막 및 블로킹 유전막이 복층으로 형성되고 고온 열처리가 수행된 이후에 저온 고압 열처리가 수행되는 것의 예 시도이다.8 illustrates an example of a low temperature and high pressure heat treatment after a tunneling dielectric film, a nitride film, and a blocking dielectric film are formed in a plurality of layers on a semiconductor substrate and a high temperature heat treatment is performed.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 플래시 메모리의 히스테리시스를 측정한 그래프이다.9 is a graph measuring hysteresis of a flash memory formed according to a preferred embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래시 메모리의 소거동작 속도를 나타낸 그래프이다.10 is a graph illustrating an erase operation speed of a flash memory according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래시 메모리의 기록보전성 특성을 분석한 결과를 도시한 그래프이다.FIG. 11 is a graph illustrating results of analyzing write integrity characteristics of a flash memory according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.
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