KR20100076568A - Method for fabricating charge trap type nonvolatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 기술에 관한 것으로, 특히 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치(charge trap type nonvolatile memory device)의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a charge trap type nonvolatile memory device.
최근, 40nm 이하의 고집적화된 비휘발성 메모리 장치를 구현하기 위해 전하트랩형(charge trap type) 비휘발성 메모리 장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치는 기판 상에 터널절연막, 전하트랩막, 유전체막 및 게이트전극이 순차적으로 적층된 구조를 가지며, 전하트랩막 내 깊은 준위(deep level)을 갖는 트랩 사이트(trap site)에 전하를 트랩(또는 포획)하여 데이터를 저장한다. Recently, in order to implement highly integrated nonvolatile memory devices of 40 nm or less, research on charge trap type nonvolatile memory devices has been actively conducted. The charge trap type nonvolatile memory device has a structure in which a tunnel insulating film, a charge trap film, a dielectric film, and a gate electrode are sequentially stacked on a substrate, and have trap sites having a deep level in the charge trap film. Data is stored by trapping (or capturing) the charge on it.
전하트랩형 비휘발성 메모리 장치로는 SONOS(Si/Oxide/Nitride/Oxide/Si) 구 조, SANOS(Si/Al2O3/Nitride/Oxide/Si) 및 MANOS(Metal/Al2O3/Nitride/Oxide/Si)구조를 적용하는데, 이중에서도 MANOS 구조 특히, 게이트전극으로 탄탈질화막(TaN) 또는 티타늄질화막(TiN)이 적용된 TANOS 구조의 메모리 장치 특성이 우수한 것으로 알려져 있다.Charge-trap nonvolatile memory devices include SONOS (Si / Oxide / Nitride / Oxide / Si) structures, SANOS (Si / Al 2 O 3 / Nitride / Oxide / Si), and MANOS (Metal / Al 2 O 3 / Nitride) / Oxide / Si) structure, which is known to have excellent memory device characteristics of the MANOS structure, in particular, the TANOS structure in which a tantalum nitride film (TaN) or a titanium nitride film (TiN) is applied as a gate electrode.
도 1은 종래기술에 따른 TANOS 구조의 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 종래기술에 따른 문제점을 나타낸 이미지이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a charge trapping nonvolatile memory device having a TANOS structure according to the prior art, and FIG. 2 is an image illustrating a problem according to the prior art.
도 1을 참조하여 TANOS 구조의 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치의 제조방법을 살펴보면, 실리콘기판(100) 상에 산화막으로 이루어진 터널절연막(101), 전하트랩막(102), 유전체막(103), 게이트도전막, 하드마스크막(105)을 순차적으로 형성한 후, 하드마스크막(105)을 식각장벽(etch barrier)으로 게이트도전막을 식각하여 게이트전극(104)를 형성한다. Referring to FIG. 1, a method of manufacturing a charge trap type nonvolatile memory device having a TANOS structure includes a
다음으로, 하드마스크막(105) 및 게이트전극(104) 양측벽에 스페이서막(106)을 형성한 후, 하드마스크막(105) 및 스페이서막(106)을 식각장벽으로 스탑 온 산화막(Stop On Oxide) 스킴을 사용하여 유전체막(103) 및 전하트랩막(102)을 식각한다. Next, after the
하지만, 종래기술은 전하트랩막(102) 식각공정시 터널절연막(101)과의 식각선택비 부족으로 인해 전하트랩막(102) 식각에 의해 노출되는 터널절연막(101)이 손상되는 문제점이 있다(도 1의 도면부호 'B'참조).However, the related art has a problem in that the
이를 해결하기 위해, 전하트랩막(102) 식각공정시 터널절연막(101)에 대한 식각선택비가 큰 식각조건 예컨대, 식각가스로 산화막에 대한 식각선택비가 큰 CH2F2가스, CHF3가스 및 O2가스가 혼합된 혼합가스(CH2F2/CHF3/O2)를 사용하여 전하트랩막(102)을 식각한다. 이 경우, 전하트랩막(102) 측벽이 버티컬(vertical)하게 식각되지 않고 전하트랩막(102) 양측벽에 테일(Tail, T)이 형성되는 문제점이 발생한다(도 1 및 도 2의 도면부호 'A' 참조). 이처럼, 전하트랩막(102) 양측벽에 테일(T)이 형성되는 경우에는 테일(T)에 의하여 인접한 전하트랩막(102)이 상호 연결될 수 있으며, 이는 메모리 장치의 특성 저하를 초래하게 된다. To solve this problem, the
따라서, 테일(T)이 형성되는 것을 방지하기 위해 추가적으로 과도식각(overetch)을 실시하는 경우, 과도식각으로 인해 터널절연막(101)이 손상되는 문제점이 발생한다(도 1의 도면부호 'B'참조). 특히, 상술한 혼합가스에서 CHF3가스는 상태적으로 산화막에 대한 식각선택비가 낮기 때문에 CHF3가스에 의해 터널절연막(101)의 손상이 심화되는 문제점이 있다. Therefore, when overetching is additionally performed to prevent the tail T from being formed, a problem arises in that the tunnel
또한, 유전체막(103)으로 알루미늄산화막을 사용하는데, 알루미늄산화막을 식각하는 과정에서 부산물(by product) 예컨대, 폴리머(polymer)가 발생하는 문제점이 있다. 유전체막(103) 식각시 생성된 폴리머로 인해 전하트랩막(102) 양측벽의 테일(T) 형성이 심화되는 문제점이 있다. 또한, 폴리머는 챔버 내부(또는 내벽)에 잔류하여 파티클소스로 작용하거나, 장비를 오염시키는 문제점을 유발한다.In addition, an aluminum oxide film is used as the
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전하트랩막 양측벽에 테일이 형성되는 것을 방지할 수 있는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a charge trap type nonvolatile memory device capable of preventing a tail from being formed on both side walls of the charge trap layer.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전하트랩막 식각공정시 노출되는 터널절연막이 손상(또는 손실)되는 것을 방지할 수 있는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a charge trapping nonvolatile memory device capable of preventing damage (or loss) of a tunnel insulating layer exposed during a charge trapping film etching process.
상기 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명의 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법은, 기판상에 산화막으로 이루어진 터널절연막을 형성하는 단계; 상기 터널절연막 상에 질화막으로 이루어진 전하트랩막을 형성하는 단계; 상기 전하트랩막 상에 유전체막, 게이트도전막 및 하드마스크막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 상기 게이트도전막을 식각하여 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 상기 유전체막을 식각하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 상기 전하트랩막을 식각하는 1차 식각단계 및 상기 1차 식각시 형성된 상기 전하트랩막 양측벽의 테일(tail)을 제거하는 2차 식각단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a charge trap type nonvolatile memory device, the method including: forming a tunnel insulating film formed of an oxide film on a substrate; Forming a charge trap film made of a nitride film on the tunnel insulating film; Sequentially forming a dielectric film, a gate conductive film, and a hard mask film on the charge trap film; Etching the gate conductive layer using the hard mask layer as an etch barrier to form a gate electrode; Etching the dielectric layer using the hard mask layer as an etch barrier; And a second etching step of etching the charge trap layer using the hard mask layer as an etching barrier, and a second etching step of removing tails of both side walls of the charge trap layer formed during the first etching.
또한, 본 발명은 상기 1차 식각단계 이전에, 상기 유전체막을 식각하는 과정 에서 발생된 폴리머를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리머를 제거하는 단계는, 챔버에 Ar가스를 주입 및 퍼지하여 챔버 내부에 잔류하는 폴리머를 제거하는 단계 및 상기 챔버에 산소가스를 주입하여 상기 기판 표면에 잔류하는 폴리머를 제거하는 산소 플러쉬공정을 실시하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the present invention may further include a step of removing the polymer generated during the etching of the dielectric film before the first etching step. Specifically, the removing of the polymer includes injecting and purging Ar gas into the chamber to remove the polymer remaining in the chamber and injecting oxygen gas into the chamber to remove the polymer remaining on the substrate surface. It may include the step of performing a flush process.
상기 산소 플러쉬공정시, 상기 챔버에 불화탄소가스를 더 주입하여 실시할 수 있다. 이때, 상기 불화탄소가스보다 더 많은 유량의 상기 산소가스를 사용하여 산소 플러쉬공정을 실시하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 산소가스는 150sccm ~ 250sccm 범위의 유량을 사용하고, 상기 불화탄소가스는 4sccm ~ 8sccm 범위의 유량을 사용할 수 있다. During the oxygen flushing process, carbon fluoride gas may be further injected into the chamber. At this time, it is preferable to perform the oxygen flush process using the oxygen gas of a higher flow rate than the fluorocarbon gas. For example, the oxygen gas may use a flow rate in the range of 150 sccm to 250 sccm, and the fluorocarbon gas may use a flow rate in the range of 4 sccm to 8 sccm.
상기 제1식각 및 상기 제2식각은 동일 챔버에서 인시튜로 실시할 수 있다.The first etching and the second etching may be performed in situ in the same chamber.
상기 1차 식각단계는, CH2F2가스와 O2가스가 1.5 : 1 ~ 2 : 1(CH2F2 : O2) 비율로 혼합된 혼합가스를 사용하여 실시할 수 있고, 상기 혼합가스에 Ar가스를 더 첨가하여 실시할 수 있다. The first etching step, the CH 2 F 2 gas and O 2 gas can be carried out using a mixed gas mixed in a ratio of 1.5: 1 ~ 2: 1 (CH 2 F 2 : O 2 ), the mixed gas It can be carried out by further adding Ar gas to the.
상기 2차 식각단계는, HBr가스와 O2가스가 혼합된 혼합가스를 사용하여 실시할 수 있다. 이때, 상기 O2가스보다 더 많은 유량의 상기 HBr가스를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. 예컨대, HBr가스는 150sccm ~ 250sccm 범위의 유량을 사용하고, 상기 O2가스는 4sccm ~ 8sccm 범위의 유량을 사용할 수 있다. 또한, 상기 2차 식각단계는, 150V ~ 250V 범위의 바이어스파워를 사용하여 실시할 수 있다. The secondary etching step may be performed using a mixed gas in which HBr gas and O 2 gas are mixed. At this time, it is preferable to carry out using the HBr gas of a higher flow rate than the O 2 gas. For example, the HBr gas may use a flow rate in the range of 150 sccm to 250 sccm, and the O 2 gas may use a flow rate in the range of 4 sccm to 8 sccm. In addition, the secondary etching step may be performed using a bias power in the range of 150V to 250V.
상기 유전체막은, 알루미늄산화막(Al2O3), 하프늄산화막(HfO2), 지르코늄산화막(ZrO2), 이트륨산화막(Y2O3) 및 란탄산화막(La2O3)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. The dielectric film is any one selected from the group consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), and lanthanum oxide (La 2 O 3 ). One or these can be formed into a laminated film in which they are laminated.
상기 유전체막을 식각하는 단계는, BCl3가스, Cl2가스 및 Ar가스가 혼합된 혼합가스를 사용하여 실시할 수 있다. The etching of the dielectric film may be performed using a mixed gas in which BCl 3 gas, Cl 2 gas, and Ar gas are mixed.
상기 게이트전극을 형성하는 단계, 상기 유전체막을 식각하는 단계, 상기 1차 및 2차 식각단계는, 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 식각장비를 사용하여 실시할 수 있다. The forming of the gate electrode, the etching of the dielectric film, and the first and second etching may be performed by using an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus.
상기 게이트전극은, 탄탈질화막(TaN) 또는 티타늄질화막(TiN)을 포함할 수 있다. The gate electrode may include a tantalum nitride film (TaN) or a titanium nitride film (TiN).
또한, 본 발명은 상기 게이트전극을 형성한 이후, 상기 하드마스크막 양측벽 및 상기 게이트전극 양측벽에 스페이서막을 형성하는 단계는 더 포함할 수 있다. 상기 스페이서막은, 산화막 또는 질화막으로 이루어진 단일막, 산화막과 질화막이 적층된 적층막(산화막/질화막) 및 산화막, 질화막 및 산화막이 순차적으로 적층된 적층막(산화막/질화막/산화막)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다. In addition, after forming the gate electrode, the method may further include forming a spacer layer on both sidewalls of the hard mask layer and on both sidewalls of the gate electrode. The spacer film is selected from the group consisting of a single film made of an oxide film or a nitride film, a laminated film (oxide film / nitride film) in which an oxide film and a nitride film are laminated, and a laminated film (oxide film / nitride film / oxide film) in which an oxide film, a nitride film and an oxide film are sequentially stacked. It can be formed by either.
상술한 과제 해결 수단을 바탕으로 하는 본 발명은, 1차 식각시 CHF3가스를 사용하지 않음으로써, 노출된 터널절연막이 손상(또는 손실)되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. The present invention based on the above-described problem solving means has the effect of preventing damage (or loss) of the exposed tunnel insulating film by not using the CHF 3 gas during the primary etching.
또한, 본 발명은 HBr가스와 O2가스 혼합된 혼합가스를 사용하여 2차 식각을 진행함으로써, 전하트랩막 양측벽의 테일을 제거함과 동시에 노출된 터널절연막이 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention by the secondary etching using the mixed gas mixed with HBr gas and O 2 gas, while removing the tail of both side walls of the charge trap film and at the same time has the effect of preventing damage to the exposed tunnel insulating film have.
또한, 본 발명은 유전체막 식각공정시 발생된 폴리머를 제거함으로써, 폴리머에 의하여 전하트랩막 양측벽의 테일 형성이 심화되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 폴리머에 의하여 챔버 및 기판이 오염되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. In addition, by removing the polymer generated during the dielectric film etching process, the present invention has an effect of preventing the deep formation of tails on both side walls of the charge trap film by the polymer. In addition, there is an effect that can prevent the chamber and the substrate is contaminated by the polymer.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일실시예에 따른 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법을 도시한 공정단면도이다. 3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a charge trap type nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(11) 예컨대, 실리콘기판 상에 터널절연막(12)을 형성한다. 터널절연막(12)은 산화막 예컨대, 실리콘산화막(SiO2)으로 형성 할 수 있으며, 터널절연막(12)을 위한 실리콘산화막은 열산화법(thermal oxidation)을 사용하여 형성할 수 있다. 이때, 터널절연막(12)은 메모리 장치의 데이터 유지(data retention)특성을 향상시키기 위하여 30Å 이상 예컨대, 30Å ~ 40Å 범위의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 3A, a
다음으로, 터널절연막(12) 상에 전하트랩막(13)을 형성한다. 전하트랩막(13)은 전하가 저장되는 공간 즉, 데이터가 저장되는 공간으로서, 막내 깊은 준위 트랩 사이트(deep level trap site)를 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 전하트랩막(13)은 질화막으로 형성할 수 있다. 이때, 질화막으로는 실리콘질화막(Si3N4)을 사용할 수 있다.Next, the
전하트랩막(13)은 50Å ~ 60Å 범위의 두께를 갖도록 형성할 수 있다. The
다음으로, 전하트랩막(13) 상에 유전체막(14)을 형성한다. 유전체막(14)은 고유전율(High-K)을 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 고유전율을 실리콘산화막보다 유전상수가 큰 물질을 의미한다. 따라서, 유전상수가 3.9 이상인 물질을 의미한다. Next, the
유전체막(14)은 고유전율을 갖는 금속산화막으로 형성할 수 있다. 금속산화막으로는 알루미늄산화막(Al2O3), 하프늄산화막(HfO2), 지르코늄산화막(ZrO2), 이트륨산화막(Y2O3) 및 란탄산화막(La2O3)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예에서는 유전체막(14)을 알루미늄산화막으로 형성한 경우를 예시하여 설명한다.The
다음으로, 유전체막(14) 상에 게이트도전막(15)을 형성한다. 게이트도전막(15)은 실리콘막, 금속성막 또는 실리콘막과 금속성막이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. 실리콘막으로는 폴리실리콘막(poly Si), 실리콘게르마늄막(SiGe) 등을 사용할 수 있다. 금속성막으로는 텅스텐막(W), 티타늄막(Ti), 탄탈막(Ta), 텅스텐질화막(WN), 탄탈질화막(TaN), 티타늄질화막(TiN), 텅스텐실리사이드(WSi) 등을 사용할 수 있다. Next, the gate
여기서, 유전체막(14)과 접하는 게이트도전막(15)은 실리콘보다 일함수(work function)값이 큰 물질 예컨대, 탄탈질화막 또는 티타늄질화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이는 실리콘보다 큰 일함수를 갖는 물질을 유전체막(14) 상에 형성하여 게이트전극으로 사용할 경우, 소거동작(Erase)시 게이트전극으로부터 전하트랩막(13)으로의 전자주입(Electron injection)을 감소시켜 소거속도를 향상시킬 수 있기 때문이다. Here, the gate
예를 들어, 게이트도전막(15)은 탄탈질화막, 폴리실리콘막, 텅스텐질화막, 텅스텐막이 순차적으로 적층된 적층막(TaN/poly-Si/WN/W) 또는 티타늄질화막, 폴리실리콘막, 텅스텐질화막, 텅스텐막이 순차적으로 적층된 적층막(TiN/poly-Si/WN/W)으로 형성할 수 있다. For example, the gate
다음으로, 게이트도전막(15) 상에 하드마스크막(16)을 형성한다. 하드마스크막(16)은 산화막, 질화막 및 산화질화막(oxynitride)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. 예컨대, 하드마스크막(17)은 실리콘산화질화막(SiON)과 테오스막(Tetra Ethyl Ortho Silicate, TEOS)이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다.Next, a
도 3b에 도시된 바와 같이, 하드마스크막(16)을 식각장벽(etch barrier)으로 게이트도전막(15)을 식각하여 게이트전극(16)을 형성한다. 게이트전극(16)을 형성하기 위한 식각공정은 건식식각법(dry etch)을 사용하여 실시할 수 있으며, 건식식각법으로는 플라즈마 식각법(plasma etch)을 사용할 수 있다. 이때, 식각공정은 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 식각장비를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 3B, the gate
다음으로, 하드마스크막(16) 양측벽 및 게이트전극(15A) 양측벽에 스페이서막(17)을 형성한다. 스페이서막(17)은 후속 공정간 하드마스크막(16) 및 게이트전극(15A) 측벽이 손상(또는 손실)되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 이때, 스페이서막(17)은 후속 공정간 하드마스크막(16) 및 게이트전극(15A) 측벽이 손상되는 것을 효과적으로 방지하기 위하여 40Å ~ 70Å 범위의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. Next, a
스페이서막(17)은 산화막 또는 질화막으로 이루어진 단일막으로 형성하거나, 또는 산화막과 질화막이 적층된 적층막(산화막/질화막 또는 산화막/질화막/산화막)으로 형성할 수 있다.The
다음으로, 하드마스크막(16) 및 스페이서막(17)을 식각장벽으로 유전체막(14)을 식각한다. 이하, 식각된 유전체막(14)의 도면부호를 '14A'로 변경하여 표기한다. Next, the
유전체막(14A) 식각공정은 건식식각법을 사용하여 실시할 수 있으며, 건식식 각법으로는 플라즈마 식각법을 사용할 수 있다. 이때, 식각공정은 유도 결합 플라즈마(ICP) 식각장비를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. The etching process of the
또한, 유전체막(14A) 식각공정은 염소(Cl)를 포함하는 가스와 비활성가스가 혼합된 혼합가스를 사용하여 실시할 수 있다. 여기서, 염소를 포함하는 가스는 유전체막(14A)을 식각하는 주(main)식각가스로 작용하고, 비활성가스는 플라즈마를 생성하는 역할을 수행한다. 이때, 염소를 포함하는 가스로는 BCl3가스, Cl2가스 등을 사용할 수 있고, 비활성가스로는 Ar가스를 사용할 수 있다. 예컨대, 유전체막(14A) 식각공정은 BCl3가스, Cl2가스 및 Ar가스가 혼합된 혼합가스(BCl3/Cl2/Ar)를 사용하여 실시할 수 있다.In addition, the etching process of the
또한, 유전체막(14) 식각공정은 100℃ ~ 130℃ 범위의 온도에서 실시할 수 있다. In addition, the etching process of the
한편, 유전체막(14A) 식각공정시 폴리머(Polymer, P)가 발생할 수 있으며, 발생된 폴리머(P)가 챔버 내부 및 기판(11) 표면에 잔류할 수 있다. 챔버 내부(또는 내벽)에 잔류하는 폴리머(P)는 공정간 파티클소스(particle source)로 작용하거나, 또는 다른 기판(또는 웨이퍼)를 오염(contamination)시킬 우려가 있다. 그리고, 기판(11) 표면에 잔류하는 폴리머(P)로 인해 후속 전하트랩막(13) 식각공정시 전하트랩막(13)의 양측벽에 테일(tail)이 발생할 우려가 있다. 따라서, 유전체막(14A) 식각공정시 발생된 폴리머(P)를 제거한 이후에 후속 공정을 진행하는 것이 바람직하다. Meanwhile, a polymer (P) may be generated during the etching process of the
도 3c에 도시된 바와 같이, 유전체막(14A) 식각공정시 발생된 폴리머(P)를 제거하기 위한 세정공정을 실시한다. 이때, 챔버 내부(또는 내벽)에 잔류하는 폴리머(P)는 챔버에 비활성가스를 주입 및 퍼지(puge)하여 제거할 수 있으며, 기판(11) 표면에 잔류하는 폴리머(P)는 산소 플러쉬(flush)공정을 통해 제거할 수 있다. 이하, 세정공정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. As shown in FIG. 3C, a cleaning process for removing the polymer P generated during the etching process of the
먼저, 챔버에 비활성가스 예컨대, 아르곤가스(Ar)를 주입 및 퍼지하여 챔버 내부(또는 내벽)에 잔류하는 폴리머(P)를 제거한 다음, 산소 플러쉬공정을 실시하여 기판(11) 표면에 잔류하는 폴리머(P)를 제거한다. 이때, 산소 플러쉬공정은 일종의 산소 플라즈마 처리(O2 plasma treatment)공정과 유사한 공정으로 플라즈마에 의해 활성화된 산소를 폴리머(P)와 반응시켜 폴리머(P)를 제거하는 공정이다. 이때, 산소 플러쉬공정시 폴리머(P) 제거효율을 향상시키기 위한 목적으로 챔버에 산소가스(O2)와 더불어서 불화탄소가스(CxFy, x,y는 0을 제외한 자연수)를 더 주입할 수 있다. 불화탄소가스로는 CF4가스를 사용할 수 있다.First, an inert gas such as argon gas (Ar) is injected into and purged into the chamber to remove polymer P remaining in the chamber (or inner wall), and then an oxygen flush process is performed to polymer remaining on the surface of the
여기서, 산소 플러쉬공정은 불화탄소가스보다 더 많은 유량의 산소가스를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. 예컨대, 산소가스는 150sccm ~ 250sccm 범위의 유량을 사용할 수 있고, 불화탄소가스는 4sccm ~ 8sccm 범위의 유량을 사용할 수 있다. Here, the oxygen flushing step is preferably performed using oxygen gas at a higher flow rate than carbon fluoride gas. For example, the oxygen gas may use a flow rate in the range of 150 sccm to 250 sccm, and the fluorocarbon gas may use a flow rate in the range of 4 sccm to 8 sccm.
한편, 산소 플러쉬공정시 챔버 내부(또는 내벽)에 잔류하는 폴리머(P)도 함께 제거될 수 있다. Meanwhile, the polymer P remaining in the chamber (or the inner wall) during the oxygen flush process may also be removed.
도 3d에 도시된 바와 같이, 하드마스크막(16) 및 스페이서막(17)을 식각장벽으로 스탑 온 산화막(Stop On Oxide) 스킴(scheme)을 사용하여 전하트랩막(13)을 식각하는 1차 식각공정을 실시한다. 이하, 식각된 전하트랩막(13)의 도면부호를 '13A'로 변경하여 표기한다. As shown in FIG. 3D, the
여기서, 1차 식각공정은 메인식각공정(main etch)이라 할 수 있으며, 건식식각법을 사용하여 실시할 수 있다. 건식식각법으로는 플라즈마 식각법을 사용할 수 있다. 이때, 1차 식각공정은 유도 결합 플라즈마(ICP) 식각장비를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. Here, the primary etching process may be referred to as a main etching process, and may be performed using a dry etching method. Plasma etching may be used as the dry etching method. In this case, the first etching process is preferably performed using an inductively coupled plasma (ICP) etching equipment.
구체적으로, 본 발명은 1차 식각공정시 CH2F2가스와 O2가스가 1.5 : 1 ~ 2 : 1(CH2F2 : O2) 비율로 혼합된 혼합가스(CH2F2/O2)를 사용하는 것을 특징으로 한다. 또한, 측벽이 수직 프로파일을 갖는 전하트랩막(13A)을 형성하기 위한 목적으로 상술한 혼합가스에 비활성가스 예컨대, Ar가스를 더 첨가할 수 있다(CH2F2/O2/Ar).Specifically, the present invention is a mixed gas (CH 2 F 2 / O CH 2 F 2 gas and O 2 gas in a ratio of 1.5: 1 ~ 2: 1 (CH 2 F 2 : O 2 ) during the first etching process It is characterized by using 2 ). In addition, an inert gas such as Ar gas may be further added to the above-described mixed gas for the purpose of forming the
여기서, 종래는 전하트랩막(13A) 식각공정시 CH2F2가스, CHF3가스 및 O2가스가 혼합된 혼합가스(CH2F2/CHF3/O2)를 사용하였다. 이때, 상대적으로 산화막에 대한 선택비가 낮은 CHF3가스로 인하여 터널절연막(12)이 손상되는 문제점이 발생하였다(도 1의 도면부호 'B' 참조). 하지만, 본 발명은 전하트랩막(13A) 식각공정 즉, 1차 식각공정시 CHF3가스를 사용하지 않기 때문에 공정간 노출된 터널절연막(12)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. Here, conventionally, a mixed gas (CH 2 F 2 / CHF 3 / O 2 ) in which the CH 2 F 2 gas, the CHF 3 gas, and the O 2 gas were mixed during the
한편, 공정간 노출된 터널절연막(12)이 손상되는 방지하기 위하여 터널절연막(12)에 대하여 큰 식각선택비를 갖는 조건(예컨대, 식각가스로 CH2F2/O2 가스를 사용)으로 1차 식각을 진행하기 때문에 전하트랩막(13A) 양측벽에 테일(Tail, T)이 형성될 수 있다. 이러한, 테일(T)로 인해 인접한 전하트랩막(13A)이 상호 연결될 수 있으며, 이는 메모리 장치의 특성 저하를 초래하게 된다. On the other hand, in order to prevent damage to the
도 3e에 도시된 바와 같이, 1차 식각공정시 전하트랩막(13A) 양측벽에 형성된 테일(T)을 제거하기 위한 2차 식각공정을 실시한다. 이때, 2차 식각공정은 과도식각공정(overetch)이라 할 수 있으며, 1차 식각공정과 동일 챔버에서 인시튜(in-situ)로 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 2차 식각공정은 1차 식각공정과 동일한 식각방법 및 식각장비를 사용하여 실시할 수 있다. 따라서, 2차 식각공정은 건식식각법 예컨대, 플라즈마 식각법을 사용하여 실시할 수 있으며, 유도 결합 플라즈마(ICP) 식각장비를 사용하여 실시할 수 있다. 이하, 2차 식각된 전하트랩막(13A)의 도면부호를 '13B'로 변경하여 표기한다. As shown in FIG. 3E, a secondary etching process is performed to remove the tails T formed on both side walls of the
또한, 2차 식각공정은 터널절연막(12) 즉, 산화막에 대한 식각선택비가 큰 식각가스를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. 예컨대, 2차 식각공정은 HBr가스와 O2가스가 혼합된 혼합가스(HBr/O2)를 사용하여 실시할 수 있다. In addition, the secondary etching process is preferably performed using the
여기서, 2차 식각공정은 O2가스보다 많은 유량의 HBr가스를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. 예컨대, HBr가스는 150sccm ~ 250sccm 범위의 유량을 사용할 수 있고, O2가스는 4sccm ~ 8sccm 범위의 유량을 사용할 수 있다. Here, it is preferable to perform the secondary etching process using HBr gas having a flow rate higher than that of O 2 gas. For example, the HBr gas may use a flow rate in the range of 150 sccm to 250 sccm, and the O 2 gas may use a flow rate in the range of 4 sccm to 8 sccm.
또한, 2차 식각공정은 전하트랩막(13B) 측벽이 수직 프로파일을 갖도록 형성하기 위해 즉, 식각가스의 직진성을 증대시키기 위해 150V ~ 250V 범위의 바이어스 파워를 사용하여 실시할 수 있다.In addition, the secondary etching process may be performed using a bias power in the range of 150V to 250V to form the sidewall of the
참고로, 종래에는 메인식각가스인 CH2F2/CHF3/O2 혼합가스를 사용하여 과도식각을 진행하였다. 이로 인해, 과도식각공정시 노출된 터널절연막(12)이 손상되는 문제점이 발생하였다. 하지만, 본 발명은 과도식각 즉, 2차 식각공정시 HBr가스와 O2가스가 혼합된 혼합가스를 사용하여 실시함으로써, 노출된 터널절연막(12)이 손상되는 것을 방지함과 동시에 전하트랩막(13B) 양측벽에 형성된 테일(T)을 제거할 수 있다. For reference, conventionally, the main etching gas was subjected to the transient etching using the CH 2 F 2 / CHF 3 / O 2 mixed gas. As a result, a problem arises in that the exposed
다음으로, 도면에 도시하지는 않았지만, 게이트전극(15A) 양측 기판(11)에 불순물을 이온주입하여 접합영역을 형성한다. 이때, 본 발명은 스탑 온 산화막 스킴을 사용하기 때문에 터널절연막(12)만이 스크린장벽(screen barrier)으로 작용하여 전체 기판(11)에서 균일한 특성을 갖는 접합영역을 형성할 수 있다. Next, although not shown in the figure, impurities are implanted into the
참고로, 스탑 온 질화막(Stop On Nitride) 스킴을 사용하여 유전체막(14A)까지 식각한 후, 이온주입공정을 실시하여 접합영역을 형성할 수도 있다. 하지만, 이경우에는 전하트랩막(13A) 및 터널절연막(12)이 스크린장벽으로 작용하기 때문에 스크린장벽의 두께가 너무 두꺼워서 전체 기판(11)에서 균일한 특성을 갖는 접합영역을 형성하기 어렵다는 문제점이 있다. For reference, the junction region may be formed by etching the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치를 나타 낸 단면이미지이다. 4 is a cross-sectional image illustrating a charge trapping nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 1차 및 2차 식각공정을 통해 전하트랩막(13A) 양측벽에 테일이 형성되어 있지 않은 것을 확인할 수 있다(도 3e 및 도 4의 도면부호 'A' 참조). As shown in FIG. 4, the present invention may confirm that tails are not formed on both sidewalls of the
이와 같이, 본 발명은 1차 식각시 CHF3가스를 사용하지 않음으로써, 노출된 터널절연막(12)이 손상(또는 손실)되는 것을 방지할 수 있다. As described above, the present invention does not use the CHF 3 gas during the primary etching, thereby preventing the exposed
또한, 본 발명은 HBr가스와 O2가스 혼합된 혼합가스를 사용하여 2차 식각을 진행함으로써, 전하트랩막(13B) 양측벽의 테일(T)을 제거함과 동시에 터널절연막(12)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. In addition, according to the present invention, the secondary etching is performed by using the mixed gas mixed with the HBr gas and the O 2 gas, thereby removing the tail T of both side walls of the
또한, 본 발명은 세정공정을 통해 유전체막(14A) 식각공정시 발생된 폴리머(P)를 제거함으로써, 폴리머(P)에 의하여 전하트랩막(13B) 양측벽의 테일(T) 형성이 심화되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 폴리머(P)에 의하여 챔버 및 기판(11)이 오염되는 것을 방지할 수 있다. In addition, the present invention removes the polymer (P) generated during the etching process of the dielectric film (14A) through the cleaning process, thereby deepening the formation of the tail (T) of the side walls of the charge trap film (13B) by the polymer (P). Can be prevented. In addition, the contamination of the chamber and the
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will appreciate that various embodiments within the scope of the technical idea of the present invention are possible.
도 1은 종래기술에 따른 TANOS 구조의 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a charge trap type nonvolatile memory device having a TANOS structure according to the prior art.
도 2는 종래기술에 따른 문제점을 나타낸 이미지. Figure 2 is an image showing a problem according to the prior art.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일실시예에 따른 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법을 도시한 공정단면도. 3A through 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a charge trap type nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전하트랩형 메모리 장치를 나타낸 이미지. 4 is an image showing a charge trap type memory device according to an embodiment of the present invention.
*도면 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *
11 : 기판 12 : 터널절연막11
13, 13A, 13B : 전하트랩막 14, 14A : 유전체막13, 13A, 13B:
15 : 게이트도전막 15A : 게이트전극15: gate
16 : 하드마스크막 17 : 스페이서막 16: hard mask film 17: spacer film
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KR1020080134667A KR20100076568A (en) | 2008-12-26 | 2008-12-26 | Method for fabricating charge trap type nonvolatile memory device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102376537A (en) * | 2010-08-10 | 2012-03-14 | 海力士半导体有限公司 | Method of manufacturing semiconductor devices |
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2008
- 2008-12-26 KR KR1020080134667A patent/KR20100076568A/en not_active Application Discontinuation
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