KR20100078986A - Method for fabricating charge trap type nonvolatile memory device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a charge trap type nonvolatile memory device is provided to use vapor etching during a charge trap film etching process, thereby preventing a tail from being formed on both side walls of a charge trap film. CONSTITUTION: A turner insulating film(12), a charge trap film(13A), a dielectric film(14A), and a gate conductive film are successively formed on a substrate(11). A gate conductive film is etched by a hard mask film(16) to form a gate electrode(15A). A capping film(17) is formed on both side walls of the hard mask film and both side walls of the gate electrode. The dielectric film is etched by the hard mask film and the capping film. Vapor etching is performed using the hard mask film and the capping film to etch the charge trap film.

Description

전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법{METHOD FOR FABRICATING CHARGE TRAP TYPE NONVOLATILE MEMORY DEVICE}METHODS FOR FABRICATING CHARGE TRAP TYPE NONVOLATILE MEMORY DEVICE}

본 발명은 반도체 장치의 제조 기술에 관한 것으로, 특히 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치(Charge Trap type nonvolatile memory Device, CTD)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 manufacturing method of a charge trap type nonvolatile memory device (CTD).

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.

도 1은 종래기술에 따른 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치를 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a charge trap type nonvolatile memory device according to the prior art.

도 1을 참조하여 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치의 제조방법을 살펴보면, 실리콘기판(100) 상에 산화막으로 이루어진 터널절연막(101), 질화막으로 이루어진 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 trapping nonvolatile memory device includes a tunnel insulating film 101 made of an oxide film, a charge trap film 102 made of a nitride film, a dielectric film 103, and the like on a silicon substrate 100. After the gate conductive film and the hard mask film 105 are sequentially formed, the gate conductive film is etched using the hard mask film 105 as an etch barrier to form the gate electrode 104.

다음으로, 하드마스크막(105) 및 게이트전극(104) 양측벽에 캡핑막(106)을 형성한 후, 하드마스크막(105) 및 캡핑막(106)을 식각장벽으로 스탑 온 산화막(Stop On Oxide) 스킴을 사용하여 유전체막(103) 및 전하트랩막(102)을 식각한다. Next, after the capping film 106 is formed on both sidewalls of the hard mask film 105 and the gate electrode 104, the stop layer oxide is stopped on the hard mask film 105 and the capping film 106 as an etch barrier. The dielectric film 103 and the charge trap film 102 are etched using an oxide scheme.

하지만, 종래기술은 하드마스크막(105) 및 캡핑막(106)을 식각장벽으로 유전체막(103) 및 전하트랩막(102)을 식각하는 과정에서 플라즈마 식각법(plasma etch)을 사용한다. 이때, 플라즈마에 의하여 터널절연막(101) 표면에 마이크로트렌치(micro trench, 도 1의 도면부호 'C'참조)가 발생하거나, 또는 플라즈마 내 전하(charge)가 터널절연막(101)을 손상(damage)시켜 메모리 장치의 특성을 열화시키는 문제점이 있다. However, the related art uses plasma etching in the process of etching the dielectric film 103 and the charge trap film 102 using the hard mask film 105 and the capping film 106 as an etch barrier. At this time, a micro trench (refer to 'C' in FIG. 1) is generated on the surface of the tunnel insulation film 101 by plasma, or a charge in the plasma damages the tunnel insulation film 101. There is a problem that deteriorates the characteristics of the memory device.

또한, 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).In addition, the prior art has a problem that the tunnel insulating film 101 exposed by the charge trap film 102 is damaged due to the lack of etching selectivity with the tunnel insulating film 101 during the charge trap film 102 etching process ( See reference numeral 'B' in FIG. 1).

이를 해결하기 위해, 전하트랩막(102) 식각공정시 터널절연막(101)에 대한 식각선택비가 큰 식각조건을 사용할 경우에는 전하트랩막(102) 측벽이 버티 컬(vertical)하게 식각되지 않고 전하트랩막(102) 양측벽에 테일(Tail, T)이 형성되는 문제점이 발생한다(도 1의 도면부호 'A' 참조). 이처럼, 전하트랩막(102) 양측벽에 테일(T)이 형성되는 경우에는 테일(T)에 의하여 인접한 전하트랩막(102)이 상호 연결되는 문제점이 발생한다. 인접한 전하트랩막(102)이 서로 연결될 경우, 전하트랩막에 저장된 전하의 수평이동으로 인해 메모리 장치의 특성이 열화되는 문제점이 발생하게 된다. In order to solve this problem, when an etching condition with a large etching selectivity with respect to the tunnel insulating film 101 is used during the etching process of the charge trap film 102, the sidewalls of the charge trap film 102 are not vertically etched and the charge trap is not etched. A problem arises in which tails (T) are formed on both side walls of the film (see reference numeral 'A' in FIG. 1). As such, when the tails T are formed on both sidewalls of the charge trap layer 102, a problem occurs in that adjacent charge trap layers 102 are interconnected by the tail T. When adjacent charge trap layers 102 are connected to each other, a problem of deterioration of characteristics of the memory device may occur due to horizontal movement of charges stored in the charge trap layers.

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).Therefore, when overetching is additionally performed to prevent the tail T from being formed, a problem arises in that the tunnel insulating film 101 is damaged due to the overetching (see reference numeral 'B' in FIG. 1). ).

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 터널절연막이 플라즈마에 의해 손상되는 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 the tunnel insulating film from being damaged by plasma.

또한, 본 발명의 다른 목적은 전하트랩막 양측벽에 테일이 형성되는 것을 방지할 수 있는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a charge trapping nonvolatile memory device capable of preventing tails from being formed on both side walls of the charge trapping film.

또한, 본 발명의 다른 목적은 전하트랩막 식각공정시 노출되는 터널절연막이 손상(또는 손실)되는 것을 방지할 수 있는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치제조방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a charge trapping type 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 터널절연막, 전하트랩막, 유전체막 및 게이트도전막을 순차적으로 형성하는 단계; 하드마스크막을 식각장벽으로 상기 게이트도전막을 식각하여 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막 양측벽 및 상기 게이트전극 양측벽에 캡핑막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막 및 상기 캡핑막을 식각장벽으로 상기 유전체막을 식각하는 단계 및 상기 하드마스크막 및 상기 캡핑막을 식각장벽으로 중성자 식각 및 증기 식각을 순차적으로 실시하여 전하트랩막을 식각하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a charge trapping nonvolatile memory device, including sequentially forming a tunnel insulating film, a charge trapping film, a dielectric film, and a gate conductive film on a substrate; Forming a gate electrode by etching the gate conductive layer using an hard barrier layer as an etch barrier; Forming a capping layer on both sidewalls of the hard mask layer and both sidewalls of the gate electrode; Etching the dielectric layer using the hard mask layer and the capping layer as an etch barrier, and etching the charge trap layer by sequentially performing neutron etching and vapor etching with the hard mask layer and the capping layer as etch barriers.

상술한 과제 해결 수단을 바탕으로 하는 본 발명은 중성자 식각 및 증기 식각을 순차적으로 실시하여 전하트랩막을 식각함으로써, 공정간 터널절연막이 손상되는 것을 방지함과 동시에 전하트랩막 양측벽에 테일이 형성되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 전하트랩막 식각공정간 플라즈마 및 플라즈마 내 전하에 의하여 터널절연막이 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. The present invention, based on the above-described problem solving means, by sequentially performing neutron etching and steam etching to etch the charge trap film, to prevent damage to the tunnel insulating film between the process and at the same time the tail is formed on both sides of the charge trap film There is an effect that can be prevented. In addition, there is an effect that the tunnel insulating film can be prevented from being damaged by the plasma in the charge trap film etching process and the charge in the plasma.

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.

후술한 본 발명은 공정간 전하트랩막 양측벽에 테일이 형성되는 것을 방지함과 동시에 노출된 터널절연막이 손실(또는 손상)되는 것을 방지할 수 있는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치(Charge Trap type nonvolatile memory Device)의 제조방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명은 전하트랩막 식각공정시 중성자 식각(Neutral Etch) 및 증기 식각(Vapor Etch)을 연속적으로 진행하는 것을 기술적 원리로 한다.According to the present invention described below, a charge trapping type nonvolatile memory device capable of preventing a tail from being formed on both sidewalls of a charge trapping film between processes and preventing the exposed tunnel insulating film from being lost (or damaged). memory device) is provided. To this end, according to the present invention, the neutron etching and the vapor etching are continuously performed during the charge trap film etching process.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법을 도시한 공정단면도이다. 2A through 2D 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 2a에 도시된 바와 같이, 기판(11) 예컨대, 실리콘기판 상에 터널절연 막(12)을 형성한다. 터널절연막(12)은 산화막 예컨대, 실리콘산화막(SiO2)으로 형성할 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. 2A, a tunnel insulating film 12 is formed on a substrate 11, for example, a silicon substrate. The tunnel insulation film 12 may be formed of an oxide film, for example, silicon oxide film (SiO 2 ), and the silicon oxide film for the tunnel insulation film 12 may be formed using a thermal oxidation method. In this case, the tunnel insulating layer 12 may be formed to have a thickness of 30 μs or more, for example, 30 μs to 40 μs in order to improve data retention characteristics of the memory device.

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 charge trap film 13 is formed on the tunnel insulating film 12. The charge trap film 13 is a space in which charge is stored, that is, a space in which data is stored, and is preferably formed of a material having a deep level trap site in the film. For example, the charge trap film 13 may be formed of a nitride film. In this case, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) may be used as the nitride film.

전하트랩막(13)은 50Å ~ 60Å 범위의 두께를 갖도록 형성할 수 있다. The charge trap film 13 may be formed to have a thickness in the range of 50 kV to 60 kV.

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 dielectric film 14 is formed on the charge trap film 13. The dielectric film 14 is preferably formed of a material having a high dielectric constant (High-K). Here, a material having a high dielectric constant greater than that of a silicon oxide film. Therefore, it means a material having a dielectric constant of 3.9 or more.

구체적으로, 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. Specifically, the dielectric film 14 may be formed of a metal oxide film having a high dielectric constant. As the metal oxide film, any one selected from the group consisting of aluminum oxide film (Al 2 O 3 ), hafnium oxide film (HfO 2 ), zirconium oxide film (ZrO 2 ), yttrium oxide film (Y 2 O 3 ), and lanthanum oxide film (La 2 O 3 ) One or these can be formed into a laminated film in which they are laminated.

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 conductive film 15 is formed on the dielectric film 14. The gate conductive film 15 may be formed of a silicon film, a metallic film, or a laminated film in which a silicon film and a metallic film are stacked. As the silicon film, a polysilicon film (poly Si), a silicon germanium film (SiGe), or the like can be used. Tungsten film (W), titanium film (Ti), tantalum film (Ta), tungsten nitride film (WN), tantalum nitride film (TaN), titanium nitride film (TiN), tungsten silicide (WSi) and the like can be used as the metallic film. .

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 conductive film 15 in contact with the dielectric film 14 is preferably formed of a material having a larger work function than silicon, such as a tantalum nitride film or a titanium nitride film. This reduces the electron injection from the gate electrode to the charge trap film 13 during the erase operation when a material having a work function larger than that of silicon is formed on the dielectric film 14 and used as the gate electrode. This is because the erase speed can be improved.

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 conductive film 15 may be a tantalum nitride film, a polysilicon film, a tungsten nitride film, or a laminated film (TaN / poly-Si / WN / W) in which a tungsten film is sequentially stacked, or a titanium nitride film, a polysilicon film, or a tungsten nitride film. , A tungsten film may be formed as a stacked film (TiN / poly-Si / WN / W) sequentially stacked.

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 hard mask film 16 is formed on the gate conductive film 15. The hard mask film 16 may be formed of any one selected from the group consisting of an oxide film, a nitride film, and an oxynitride, or a laminated film in which these layers are stacked. For example, the hard mask layer 17 may be formed as a laminated layer in which a silicon oxynitride layer (SiON) and a tetraethoxy orthosilicate (TEOS) are stacked.

도 2b에 도시된 바와 같이, 하드마스크막(16)을 식각장벽(etch barrier)으로 게이트도전막(15)을 식각하여 게이트전극(15A)을 형성한다. 게이트전극(15A)을 형성하기 위한 식각공정은 건식식각법(dry etch)을 사용하여 실시할 수 있으며, 건식식각법으로는 플라즈마 식각법(plasma etch)을 사용할 수 있다.As shown in FIG. 2B, the gate conductive layer 15 is etched using the hard mask layer 16 as an etch barrier to form the gate electrode 15A. An etching process for forming the gate electrode 15A may be performed using a dry etch method, and a plasma etch method may be used as the dry etching method.

다음으로, 하드마스크막(16) 양측벽 및 게이트전극(15A) 양측벽에 캡핑막(17)을 형성한다. 캡핑막(17)은 후속 공정간 하드마스크막(16) 및 게이트전극(15A) 측벽이 손상(또는 손실)되는 것을 방지하는 역할을 수행하는 것으로, 질화막으로 형성할 수 있다. 질화막으로는 실리콘질화막을 사용할 수 있다. Next, the capping film 17 is formed on both side walls of the hard mask film 16 and both side walls of the gate electrode 15A. The capping layer 17 serves to prevent damage (or loss) of the sidewalls of the hard mask layer 16 and the gate electrode 15A during the subsequent processes, and may be formed of a nitride layer. As the nitride film, a silicon nitride film can be used.

여기서, 본 발명은 통상적으로 형성되는 캡핑막(17)의 두께보다 더 두껍게 형성하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 본 발명의 캡핑막(17)은 전하트랩막(13) 식각공정이 완료된 시점에서 잔류하는 캡핑막(17)의 두께보다 적어도 2배 이상 두껍게 형성하는 것이 바람직하다(도 2d 참조). 이는 후속 공정간 특히, 전하트랩막(13) 식각공정시 플라즈마(plasma) 및 플라즈마 내 전하(charge)에 의하여 터널절연막(12)이 손상되는 것을 방지하기 위하여 중성자 식각 및 증기 식각을 진행함에 따른 하드마스크막(16) 및 게이트전극(15A) 손실를 방지하기 위함이다. 특히, 증기 식각시 전하트랩막(13)보다 터널절연막(12)에 대한 식각선택비가 큰 조건 즉, 산화막은 잘 식각하지 않고 질화막은 잘 식각하는 식각가스를 사용하여 진행하기 때문에 질화막으로 이루어진 캡핑막(17)의 손실이 많이 발생하기 때문에 최초 캡핑막(17)의 증착두께를 통상적인 경우보다 더 두껍게 형성하는 것이 바람직하다. Here, the present invention is characterized in that it is formed thicker than the thickness of the capping film 17 is formed conventionally. Specifically, the capping film 17 of the present invention is preferably formed at least twice as thick as the thickness of the capping film 17 remaining at the time when the charge trap film 13 etching process is completed (see FIG. 2D). This is hard to prevent damage to the tunnel insulation layer 12 due to plasma and charge in the plasma during subsequent processes, in particular, during the etching of the charge trap layer 13. This is to prevent the loss of the mask film 16 and the gate electrode 15A. In particular, a capping film made of a nitride film because the etching selectivity of the tunnel insulating film 12 is greater than that of the charge trap film 13 during vapor etching, that is, the oxide film does not etch well and the nitride film proceeds using an etching gas that etches well. Since much loss of (17) occurs, it is preferable to form the deposition thickness of the first capping film 17 thicker than usual.

예를 들어, 40nm급 디자인 룰이 적용된 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치에서 통상적으로 캡핑막(17)을 40Å ~ 70Å 범위의 두께를 갖도록 형성한다고 가정할 경우, 본 발명의 실시예에서는 80Å ~ 140Å 범위의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. For example, assuming that the capping layer 17 is formed to have a thickness in the range of 40 μs to 70 μs in a charge trap type nonvolatile memory device to which a 40 nm-class design rule is applied, in the embodiment of the present invention, 80 μs to 140 μs It is preferable to form to have a thickness of.

다음으로, 하드마스크막(16) 및 캡핑막(17)을 식각장벽으로 유전체막(14)을 식각한다. 유전체막(14) 식각공정은 건식식각법을 사용하여 실시할 수 있으며, 건식식각법으로는 플라즈마 식각법을 사용하여 실시할 수 있다. 이하, 식각된 유전체막(14)의 도면부호를 '14A'로 변경하여 표기한다. Next, the dielectric film 14 is etched using the hard mask film 16 and the capping film 17 as etch barriers. The etching process of the dielectric film 14 may be performed using a dry etching method, and the dry etching method may be performed using a plasma etching method. Hereinafter, the reference numeral of the etched dielectric film 14 is changed to '14A'.

여기서, 본 발명은 후속 전하트랩막(13) 식각공정시 중성자 식각 및 증기 식각을 순차적으로 진행하기 때문에 전하트랩막(13) 식각공정이 완료된 시점에서 유전체막(14A)의 측벽이 전하트랩막(13) 측벽 또는 캡핑막(17) 측벽의 외측방향으로 돌출되는 것을 방지하기 위하여 유전체막(14A) 식각공정시 유전체막(14A) 측벽이 캡핑막(17) 내측방향으로 리세스된 구조를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 이는 증기 식각공정시 전하트랩막(13)보다 터널절연막(12)에 대한 식각선택비가 큰 조건 즉, 산화막은 잘 식각하지 않고 질화막은 잘 식각하는 식각가스를 사용하여 진행하기 때문이다. In the present invention, since the neutron etching and the vapor etching are sequentially performed in the subsequent charge trap film 13 etching process, the sidewalls of the dielectric film 14A are formed at the time when the charge trap film 13 etching process is completed. 13) The sidewall of the dielectric film 14A is formed to have a recessed structure toward the inside of the capping film 17 during the etching process of the dielectric film 14A in order to prevent the sidewall or the capping film 17 from protruding outward from the sidewall. It is desirable to. This is because the etching selectivity of the tunnel insulating film 12 is greater than that of the charge trap film 13 during the vapor etching process, that is, the oxide film is not etched well but the nitride film is etched well.

이를 위해, 유전체막(14A) 식각공정시 기판(11) 수직방향으로의 식각속도보다 기판(11) 수평방향으로의 식각속도가 더 빠르도록 조절하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 식각챔버에 척(chunk) 온도를 조절하여 기판(11) 온도를 120℃ ~ 250℃ 범위로 조절하고, 낮은 바이어스 파워(bias power) 예컨대, 10W ~ 50W 범위의 바이 어스 파워를 사용하여 식각공정을 진행하면 노출된 전하트랩막(13)이 손실되는 것을 최소화하면서 유전체막(14A)의 측벽이 캡핑막(17) 내측방향으로 리세스된 구조를 갖도록 형성할 수 있다.To this end, during the etching process of the dielectric film 14A, the etching rate in the horizontal direction of the substrate 11 may be faster than the etching rate in the vertical direction of the substrate 11. For example, by adjusting the chuck temperature in the etching chamber to adjust the substrate 11 temperature in the range of 120 ℃ to 250 ℃, using a bias power (bias power in the range of 10W ~ 50W, for example) When the etching process is performed, the sidewalls of the dielectric film 14A may be formed to have a recessed structure toward the capping layer 17 while minimizing the loss of the exposed charge trap film 13.

도 2c에 도시된 바와 같이, 하드마스크막(16) 및 캡핑막(17)을 식각장벽으로 중성자 식각을 실시하여 전하트랩막(13)을 식각한다. 이때, 중성자 식각을 이용한 전하트랩막(13) 식각공정을 메인식각(main etch)이라 할 수도 있다. 이하, 식각된 전하트랩막(13)의 도면부호를 '13A'로 변경하여 표기한다. As illustrated in FIG. 2C, the charge trap layer 13 is etched by performing neutron etching on the hard mask layer 16 and the capping layer 17 as an etch barrier. In this case, the etching process of the charge trap layer 13 using neutron etching may be referred to as a main etching. Hereinafter, the reference numeral of the etched charge trap film 13 is changed to '13A' and described.

중성자 식각은 플라즈마에 의해 생성된 이온들의 전하를 제거한 중성입자를 이용한 식각공정이다. 따라서, 본 발명은 중성자 식각을 이용하여 전하트랩막(13A)을 식각함으로써, 플라즈마 및 플라즈마 내 전하에 의한 터널절연막(12)의 손상(또는 손실)되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 중성자 식각은 비등방성 식각특성을 갖기 때문에 캡핑막(17)의 측벽과 전하트랩막(13A)의 측벽이 동일 선상이 위치할 수 있다. Neutron etching is an etching process using neutral particles from which charges of ions generated by plasma are removed. Accordingly, the present invention can prevent damage (or loss) of the tunnel insulating film 12 by plasma and charge in the plasma by etching the charge trap film 13A using neutron etching. In this case, since the neutron etching has an anisotropic etching characteristic, the sidewalls of the capping layer 17 and the sidewalls of the charge trap layer 13A may be co-linear.

또한, 중성자 식각은 중성입자를 이용하여 식각하기 때문에 박막들간 선택비가 열악하다. 따라서, 본 발명의 중성자 식각을 이용한 전하트랩막(13A) 식각공정은 터널절연막(12) 표면이 노출될때까지만 진행하는 것이 바람직하다. 이는 중성입자에 의하여 터널절연막(12)이 손상(또는 손실)되는 것을 방지하기 위함이다. In addition, since the neutron etching is etched using the neutral particles, the selectivity between the thin films is poor. Therefore, the etching process of the charge trap film 13A using neutron etching of the present invention is preferably performed only until the surface of the tunnel insulating film 12 is exposed. This is to prevent the tunnel insulation film 12 from being damaged (or lost) by the neutral particles.

한편, 중성입자에 의해 터널절연막(12)이 손상되는 것을 방지하기 위하여 터널절연막(12)의 표면이 노출되는 조건으로 중성자 식각을 진행하기 때문에 전하트랩막(13A) 양측벽에 테일이 형성될 수 있다. 전하트랩막(13A) 양측벽에 잔류하는 테일에 의하여 인접한 전하트랩막(13A)이 상호 연결될 경우, 전하트랩막(13A)에 저장된 전하의 수평이동으로 인해 메모리 장치의 특성이 열화되는 문제점이 발생하게 된다. On the other hand, since the neutron etching is performed under the condition that the surface of the tunnel insulating film 12 is exposed in order to prevent the tunnel insulating film 12 from being damaged by the neutral particles, tails may be formed on both side walls of the charge trap film 13A. have. When adjacent charge trap layers 13A are interconnected by the tails remaining on both side walls of the charge trap layers 13A, the characteristics of the memory device may be degraded due to the horizontal movement of the charges stored in the charge trap layers 13A. Done.

도 2d에 도시된 바와 같이, 전하트랩막(13A) 양측벽에 잔류하는 테일을 제거하기 위하여 증기 식각을 실시한다. 이때, 증기 식각은 중성자 식각과 동일 챔버에서 인시튜(in-situ)로 진행할 수 있으며, 증기 식각을 이용한 전하트랩막(13A) 식각을 과도식각(over etch)이라 할 수도 있다. 이하, 증기 식각된 캡핑막(17)의 도면부호를 '17A'로, 전하트랩막(13A)의 도면부호를 '13B'로 변경하여 표기한다.As shown in FIG. 2D, steam etching is performed to remove tails remaining on both side walls of the charge trap film 13A. In this case, the steam etching may proceed in-situ in the same chamber as the neutron etching, and the etching of the charge trap layer 13A using the steam etching may be referred to as overetching. Hereinafter, the reference numeral of the vapor-etched capping film 17 is changed to '17A' and the reference numeral of the charge trap film 13A is changed to '13B'.

여기서, 증기 식각공정간 터널절연막(12)이 손상(또는 손실)되는 것을 최대한 방지하기 위하여 전하트랩막(13B)과 터널절연막(12) 사이의 식각선택비가 큰 식각조건 예컨대, 산화막은 잘 식각하지 않고 질화막은 잘 식각하는 식각가스를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. 이때, 증기 식각은 등방성 식각특성을 갖기 때문에 식각공정시 질화막으로 이루어진 캡핑막(17A)도 일부 식각되지만, 최초 캡핑막(17A)의 증착두께를 통상적인 경우보다 더 두껍게 형성하기 때문에 캡핑막(17A) 손실에 따른 문제점을 원천적으로 방지할 수 있다. Here, in order to prevent damage (or loss) of the tunnel insulating film 12 during the vapor etching process, etching conditions having a large etching selectivity between the charge trap film 13B and the tunnel insulating film 12, for example, the oxide film may not be etched well. The nitride film is preferably carried out using an etching gas which is well etched. At this time, since the vapor etching has an isotropic etching characteristic, the capping film 17A made of a nitride film is also partially etched during the etching process, but since the deposition thickness of the first capping film 17A is formed thicker than usual, the capping film 17A is formed. ) It is possible to prevent the problems caused by loss.

또한, 증기 식각시 캡핑막(17A) 측벽, 유전체막(14A) 측벽 및 전하트랩막(13B)의 측벽에 동일 선상에 위치하도록 즉, 캡핑막(17A), 유전체막(14A) 및 전하트랩막(13B)이 적층된 패턴의 측벽이 수직 프로파일을 갖도록 식각시간을 조절하는 것이 바람직하다. Further, during vapor etching, the capping film 17A, the dielectric film 14A, and the charge trap film are positioned on the same line as the capping film 17A sidewall, the dielectric film 14A sidewall, and the sidewall of the charge trap film 13B. It is preferable to adjust the etching time so that the sidewall of the pattern on which 13B is laminated has a vertical profile.

이와 같이, 본 발명은 전하트랩막 식각공정시 중성자 식각을 사용함으로써, 플라즈마 및 플라즈마 내 전하에 의하여 터널절연막(12)이 손상(또는 손실)되는 것을 방지할 수 있다. As described above, the present invention can prevent the tunnel insulation film 12 from being damaged (or lost) by neutron etching during the charge trap film etching process.

또한, 본 발명은 전하트랩막 식각공정시 증기 식각을 사용함으로써, 전하트랩막(13B) 양측벽에 테일이 형성되는 것을 방지할 수 있다. In addition, the present invention can prevent the formation of the tail on both side walls of the charge trap film 13B by using steam etching during the charge trap film etching process.

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 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치를 도시한 단면도. 1 is a cross-sectional view showing a charge trap type nonvolatile memory device according to the prior art.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법을 도시한 공정단면도. 2A to 2D 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.

*도면 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *

11 : 기판 12 : 터널절연막11 substrate 12 tunnel insulating film

13, 13A, 13B : 전하트랩막 14, 14A : 유전체막13, 13A, 13B: charge trap film 14, 14A: dielectric film

15 : 게이트도전막 15A : 게이트전극15: gate conductive film 15A: gate electrode

16 : 하드마스크막 17, 17A : 캡핑막16: hard mask film 17, 17A: capping film

Claims (9)

기판상에 터널절연막, 전하트랩막, 유전체막 및 게이트도전막을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a tunnel insulating film, a charge trap film, a dielectric film, and a gate conductive film on the substrate; 하드마스크막을 식각장벽으로 상기 게이트도전막을 식각하여 게이트전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode by etching the gate conductive layer using an hard barrier layer as an etch barrier; 상기 하드마스크막 양측벽 및 상기 게이트전극 양측벽에 캡핑막을 형성하는 단계;Forming a capping layer on both sidewalls of the hard mask layer and both sidewalls of the gate electrode; 상기 하드마스크막 및 상기 캡핑막을 식각장벽으로 상기 유전체막을 식각하는 단계; 및Etching the dielectric layer using the hard mask layer and the capping layer as an etch barrier; And 상기 하드마스크막 및 상기 캡핑막을 식각장벽으로 중성자 식각 및 증기 식각을 순차적으로 실시하여 전하트랩막을 식각하는 단계Etching the charge trap layer by sequentially performing neutron and vapor etching on the hard mask layer and the capping layer as an etch barrier; 를 포함하는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법. Charge trap type non-volatile memory device manufacturing method comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 중성자 식각은, The neutron etching is, 상기 터널절연막의 표면이 노출되는 시점까지만 실시하는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법. The charge trapping type nonvolatile memory device of claim 1, wherein the method is performed until the surface of the tunnel insulating layer is exposed. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 유전체막을 식각하는 단계는, Etching the dielectric film, 상기 유전체막의 측벽이 상기 캡핑막 내측방향으로 리세스되도록 식각하는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법. And etching sidewalls of the dielectric layer to be recessed inwardly of the capping layer. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 유전체막을 식각하는 단계는, Etching the dielectric film, 상기 기판 수직방향으로의 식각속도보다 상기 기판 수평방향으로의 식각속도가 더 빠른 조건으로 실시하는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법. And a etch rate in the substrate horizontal direction is higher than the etch rate in the vertical direction of the substrate. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 유전체막을 식각하는 단계는, Etching the dielectric film, 상기 기판 온도가 120℃ ~ 250℃ 범위를 갖고, 10W ~ 50W 범위의 바이어스 파워를 사용하여 실시하는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법. And the substrate temperature is in the range of 120 ° C to 250 ° C and is performed using a bias power in the range of 10W to 50W. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 중성자 식각시,During the neutron etching, 상기 유전체막 측벽은 상기 캡핑막 측벽 및 전하트랩막 측벽보다 내측방향으로 리세스된 구조를 갖고, 상기 캡핑막 측벽 및 전하트랩막 측벽은 동일 선상에 위치하도록 식각하는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법. The sidewall of the dielectric layer has a structure recessed inwardly than the sidewall of the capping layer and the sidewall of the charge trapping layer, and the sidewall of the capping layer and the sidewall of the chargetrapping layer are etched to be located on the same line. Way. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 증기 식각시, During the steam etching, 상기 캡핑막 측벽, 상기 유전체막 측벽 및 상기 전하트랩막 측벽이 동일 선상이 위치하도록 식각하는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법. And capping the sidewalls of the capping layer, the sidewalls of the dielectric layer, and the sidewalls of the charge trapping layer so that they are colinear with each other. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 캡핑막을 형성하는 단계는, Forming the capping film, 상기 전하트랩막 식각공정이 완료된 시점에서 잔류하는 상기 캡핑막의 두께보다 적어도 2배 이상의 더 두꺼운 두께를 갖도록 형성하는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법. And forming a thickness of at least two times thicker than the thickness of the capping layer remaining at the time when the charge trap layer etching process is completed. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 터널절연막은 산화막을 포함하고, 상기 전하트랩막은 질화막을 포함하는 전하트랩형 비휘발성 메모리 장치 제조방법. And the tunnel insulating film comprises an oxide film and the charge trap film comprises a nitride film.
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