KR20120064820A - Method of manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판의 각 영역별로 층간 절연막의 평탄도가 우수하여 공정 불량이 감소되는 수직형 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a vertical semiconductor device in which the flatness of the interlayer insulating film is excellent for each region of the substrate, thereby reducing process defects.
최근에는 반도체 소자의 고집적화를 위하여 기판에 수직한 방향으로 셀들을 적층시키는 기술이 개발되고 있다. 상기 셀들이 수직 적층된 반도체 소자를 제조하기 위하여, 셀 영역에는 박막들이 다층으로 적층되며 이로인해 셀 영역에 형성되는 구조물들의 높이가 매우 높아진다. 그러나, 페리 영역에는 회로들을 이루는 박막의 높이가 상대적으로 낮다. 때문에, 상기 셀 영역 및 페리 영역에 형성되는 박막들 간의 단차가 매우 커진다. 상기 셀 영역 및 페리 영역에 형성되는 박막들의 단차로 인해, 상기 셀 영역 및 페리 영역에 형성된 박막들을 덮는 층간 절연막에도 높은 단차가 발생하게 된다. 상기 셀 영역 및 페리 영역에서 층간 절연막들 간의 단차로 인해 연마 공정을 수행하더라도 낮은 단차 부위에서 막이 완전하게 제거되지 않는 레지듀 불량이 발생할 수 있다. 또한, 낮은 단차 부위를 덮는 층간 절연막에서 디싱이 발생될 수 있다.Recently, a technique for stacking cells in a direction perpendicular to a substrate for high integration of semiconductor devices has been developed. In order to fabricate a semiconductor device in which the cells are vertically stacked, thin films are stacked in multiple layers in the cell region, thereby increasing the height of structures formed in the cell region. However, in the ferry region, the height of the thin films constituting the circuits is relatively low. Therefore, the step between the thin films formed in the cell region and the ferry region becomes very large. Due to the step difference between the thin films formed in the cell region and the ferry region, a high step also occurs in the interlayer insulating layer covering the thin films formed in the cell region and the ferry region. Even if the polishing process is performed due to the step between the interlayer insulating layers in the cell region and the ferry region, a residue defect may occur in which the film is not completely removed at the low step region. In addition, dishing may occur in the interlayer insulating film covering the low stepped portion.
본 발명의 목적은 기판의 각 영역별로 상부 층간 절연막이 우수한 평탄도를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having an excellent flatness of the upper interlayer insulating film for each region of the substrate.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법으로, 제1 및 제2 영역이 구분된 기판에서, 제1 영역의 기판 상에 적층 구조물 및 제1 저지막 패턴을 형성한다. 상기 제1 및 제2 영역의 기판에, 상기 제1 저지막 패턴을 덮고 상기 제2 영역에서의 막의 상부면이 적어도 상기 제1 저지막 패턴의 저면과 동일하거나 높게 되도록 제1 층간 절연막을 형성한다. 상기 제1 층간 절연막 상에 제2 저지막을 형성한다. 상기 제1 영역에 형성된 제2 저지막 및 제1 층간 절연막의 일부를 식각하여 제2 예비 층간 절연막을 형성한다. 상기 제2 예비 층간 절연막에서 상기 제1 및 제2 영역 경계의 돌출된 부위가 제거되도록 상기 제2 예비 층간 절연막 및 제2 저지막의 일부를 1차 연마한다. 또한, 상기 제1 저지막 패턴 및 제2 저지막이 노출되도록 상기 제2 예비 층간 절연막을 2차 연마하여 상기 제2 영역의 기판에 제2 저지막 패턴 및 제2 층간 절연막을 형성한다.In a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, in a substrate in which the first and second regions are divided, a laminate structure and a first blocking layer pattern are formed on the substrate of the first region. Form. A first interlayer insulating film is formed on the substrates of the first and second regions so that the first blocking layer pattern is covered and the upper surface of the film in the second region is at least the same as or higher than the bottom surface of the first blocking layer pattern. . A second blocking film is formed on the first interlayer insulating film. A portion of the second blocking layer and the first interlayer insulating layer formed in the first region are etched to form a second preliminary interlayer insulating layer. A portion of the second preliminary interlayer insulating layer and the second blocking layer are first polished to remove the protruding portions of the first and second region boundaries from the second preliminary interlayer insulating layer. In addition, the second preliminary interlayer insulating layer is second polished to expose the first and second blocking layers, thereby forming a second blocking layer pattern and a second interlayer insulating layer on the substrate of the second region.
본 발명의 일 실시예로, 상기 제2 영역에서의 제1 층간 절연막의 상부면은 상기 제1 저지막 패턴의 저면과 2000Å이내의 높이 차이를 가질 수 있다.In an embodiment, the upper surface of the first interlayer insulating layer in the second region may have a height difference within 2000 μs from a bottom surface of the first blocking layer pattern.
본 발명의 일 실시예로, 상기 적층 구조물의 측벽은 하부로부터 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 계단 형상을 갖도록 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the side wall of the laminated structure may be formed to have a step shape that becomes narrower from the bottom to the top.
본 발명의 일 실시예로, 상기 적층 구조물 및 제1 저지막 패턴을 형성하기 위하여, 기판 상에 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물이 반복하여 적층시켜 몰드막을 형성한다. 상기 몰드막 상에 제1 저지막을 형성한다. 상기 제1 영역의 기판에 적층 구조물 및 제1 저지막 패턴이 형성되도록 상기 제1 저지막 및 몰드막을 패터닝한다.In an embodiment of the present invention, in order to form the stack structure and the first blocking layer pattern, silicon oxide and silicon nitride are repeatedly stacked on the substrate to form a mold layer. A first blocking film is formed on the mold film. The first blocking layer and the mold layer are patterned to form a stack structure and a first blocking layer pattern on the substrate of the first region.
본 발명의 일 실시예로, 상기 제1 저지막 패턴 및 제2 저지막은 각각 실리콘 산화물과의 연마 선택비를 갖는 물질로 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the first and second blocking layers may be formed of a material having a polishing selectivity with silicon oxide.
본 발명의 일 실시예로, 상기 제1 저지막 패턴은 폴리실리콘으로 형성하고, 상기 제2 저지막은 실리콘 질화물로 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first blocking layer pattern may be formed of polysilicon, and the second blocking layer may be formed of silicon nitride.
본 발명의 일 실시예로, 상기 제1 저지막 패턴 및 제2 저지막은 서로 다른 물질로 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first blocking layer pattern and the second blocking layer may be formed of different materials.
본 발명의 일 실시예로, 상기 제1 저지막 패턴 및 제2 저지막은 동일한 물질로 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first blocking layer pattern and the second blocking layer may be formed of the same material.
본 발명의 일 실시예로, 상기 1차 연마 및 2차 연마는 동일한 연마 설비에서 수행할 수 있다. 상기 1차 연마 및 2차 연마는 서로 다른 연마 조건으로 수행할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the primary polishing and the secondary polishing may be performed in the same polishing facility. The primary polishing and the secondary polishing may be performed under different polishing conditions.
본 발명의 일 실시예로, 상기 제1 저지막 패턴 및 제2 저지막 패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the method may further include removing the first and second stopper layer patterns.
본 발명의 일 실시예로, 상기 적층 구조물은 상기 셀 영역의 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the stacked structure may be formed over the entire cell area.
본 발명의 일 실시예로, 상기 제1 저지막 패턴 및 제2 저지막은 2000Å이내의 두께 차이를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first blocking film pattern and the second blocking film may have a thickness difference of less than 2000Å.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 반도체 소자의 제조 방법으로, 제1 및 제2 영역이 구분된 기판 상에, 희생막 패턴 및 절연막 패턴이 적층된 몰드 구조물과 제1 저지막 패턴을 형성한다. 상기 제1 및 제2 영역의 기판에, 상기 제1 저지막 패턴을 덮고 상기 제2 영역에서의 막의 상부면이 적어도 상기 제1 저지막 패턴의 저면과 동일하거나 높게 되도록 제1 층간 절연막을 형성한다. 상기 제1 층간 절연막 상에 제2 저지막을 형성한다. 상기 제1 영역에 형성된 제2 저지막 및 제1 층간 절연막의 일부를 식각하여 제2 예비 층간 절연막을 형성한다. 상기 제2 예비 층간 절연막에서 상기 제1 및 제2 영역 경계의 돌출된 부위가 제거되도록 상기 제2 예비 층간 절연막 및 제2 저지막의 일부를 1차 연마한다. 상기 제1 저지막 패턴 및 제2 저지막이 노출되도록 상기 제2 예비 층간 절연막을 2차 연마하여 상기 제2 영역의 기판에 제2 저지막 패턴 및 제2 층간 절연막을 형성한다. 상기 몰드 구조물을 관통하는 채널막 패턴과, 상기 채널막 패턴 측벽에 블록킹 유전막, 전하 저장막 및 터널 절연막이 적층된 박막 구조물을 형성한다. 상기 몰드 구조물에 포함된 희생막 패턴들을 제거한다. 또한, 상기 희생막 패턴이 제거된 부위에 게이트 전극을 형성한다.A method of manufacturing a vertical semiconductor device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, and the mold structure and the insulating film pattern stacked on the substrate is divided into a first region and the second region 1 A blocking film pattern is formed. A first interlayer insulating film is formed on the substrates of the first and second regions so that the first blocking layer pattern is covered and the upper surface of the film in the second region is at least the same as or higher than the bottom surface of the first blocking layer pattern. . A second blocking film is formed on the first interlayer insulating film. A portion of the second blocking layer and the first interlayer insulating layer formed in the first region are etched to form a second preliminary interlayer insulating layer. A portion of the second preliminary interlayer insulating layer and the second blocking layer are first polished to remove the protruding portions of the first and second region boundaries from the second preliminary interlayer insulating layer. The second preliminary interlayer insulating layer is second polished to expose the first and second blocking layers, thereby forming a second blocking layer pattern and a second interlayer insulating layer on the substrate of the second region. A thin film structure in which a channel film pattern penetrating the mold structure and a blocking dielectric film, a charge storage film, and a tunnel insulating film are stacked on sidewalls of the channel film pattern. The sacrificial layer patterns included in the mold structure are removed. In addition, a gate electrode is formed on a portion where the sacrificial layer pattern is removed.
본 발명의 일 실시예로, 상기 제2 영역에서의 제1 층간 절연막의 상부면은 상기 제1 저지막 패턴의 저면과 2000Å이내의 높이 차이를 가질 수 있다.In an embodiment, the upper surface of the first interlayer insulating layer in the second region may have a height difference within 2000 μs from a bottom surface of the first blocking layer pattern.
본 발명의 일 실시예로, 상기 몰드 구조물의 측벽은 하부로부터 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 계단 형상을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the side wall of the mold structure may have a step shape that becomes narrower from the bottom to the top.
본 발명의 일 실시예로, 상기 제1 저지막 패턴 및 제2 저지막은 각각 실리콘 산화물과의 연마 선택비를 갖는 물질로 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the first and second blocking layers may be formed of a material having a polishing selectivity with silicon oxide.
본 발명의 일 실시예로, 상기 1차 연마 및 2차 연마는 동일한 연마 설비에서 수행할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the primary polishing and the secondary polishing may be performed in the same polishing facility.
본 발명의 일 실시예로, 상기 제2 저지막 패턴을 형성한 다음, 상기 제1 및 제2 저지막 패턴을 제거하는 단계를 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after forming the second blocking layer pattern, the step of removing the first and second blocking layer patterns may be performed.
본 발명의 일 실시예로, 상기 채널막 패턴 상부면과 전기적으로 접촉하는 비트 라인을 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a bit line may be formed in electrical contact with the upper surface of the channel film pattern.
설명한 것과 같이, 본 발명의 방법에 따르면 기판의 각 영역별로 몰드 구조물들의 단차가 높더라도 평탄한 상부면을 갖는 층간 절연막을 형성할 수 있다. 따라서, 층간 절연막 상부면 단차에 의해 발생되는 디싱 불량 또는 레지듀 불량 등이 감소된다.As described, according to the method of the present invention, an interlayer insulating film having a flat top surface may be formed even if the level of mold structures for each region of the substrate is high. Therefore, dishing failure or residue defect caused by the step difference of the upper surface of the interlayer insulating film is reduced.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 시의 평탄화 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 16 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 24는 또 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 25는 또 다른 실시예를 도시한 것이다.1 to 7 are cross-sectional views illustrating a planarization method in manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
8 to 15 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
16 to 22 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
Figure 23 illustrates another embodiment of the present invention.
24 shows another embodiment.
25 shows another embodiment.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.In the drawings of the present invention, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention in order to clarify the present invention.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In the present invention, the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 전극, 패턴 또는 구조물들이 대상체, 기판, 각 층(막), 영역, 전극 또는 패턴들의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 전극, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 전극, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 대상체나 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다.In the present invention, it is to be understood that each layer (film), region, electrode, pattern or structure may be formed on, over, or under the object, substrate, layer, Means that each layer (film), region, electrode, pattern or structure is directly formed or positioned below a substrate, each layer (film), region, or pattern, , Other regions, other electrodes, other patterns, or other structures may additionally be formed on the object or substrate.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, But should not be construed as limited to the embodiments set forth in the claims.
즉, 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.
That is, the present invention may be modified in various ways and may have various forms. Specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 시의 평탄화 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 7 are cross-sectional views illustrating a planarization method in manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 제1 영역 및 제2 영역이 구분된 반도체 기판(10)을 마련한다. 일 예로, 제1 영역은 메모리 셀들이 형성되는 셀 영역이고, 제2 영역은 주변 회로들이 형성되는 페리 영역일 수 있다. 상기 반도체 기판(10)은 단결정 실리콘 기판일 수 있다.Referring to FIG. 1, a
상기 기판(10) 상에 적층 구조물(12)을 이루는 박막들을 형성한다. 상기 박막들은 서로 다른 종류의 물질막들을 적층시켜 형성할 수 있다. 또는 2가지 이상의 박막을 교번하여 적층시켜 형성할 수 있다. 상기 박막들 상에 상부 절연막 및 제1 저지막을 형성한다. 이 후, 상기 박막들, 상부 절연막 및 제1 저지막을 패터닝하여, 상기 제2 영역의 기판에 형성된 막들을 제거함으로써, 상기 제1 영역의 기판(10)에 적층 구조물(12), 상부 절연막 패턴(14) 및 제1 저지막 패턴(16)을 형성한다.Thin films forming the stacked
상기 상부 절연막 패턴(14)은 실리콘 산화물로 형성될 수 있다. 상기 제1 저지막 패턴(16)은 후속 공정에서 하부의 적층 구조물(12)이 연마되어 제거되는 것을 억제하기 위한 연마 저지막의 기능을 한다. 그러므로, 상기 제1 저지막 패턴(16)은 실리콘 산화물과의 연마 선택비를 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 상기 제1 저지막 패턴(16)은 폴리실리콘으로 형성한다. 이와는 다른 실시예로, 상기 제1 저지막 패턴(16)은 실리콘 질화물로 형성할 수도 있다.The upper insulating
상기 기판(10) 상에 상기 제1 저지막 패턴(16)을 덮는 제1 층간 절연막(18)을 형성한다. 상기 제1 층간 절연막(18)은 실리콘 산화물로 형성할 수 있다. 이 때, 상기 제1 영역의 기판(10) 상에는 적층 구조물(12)이 구비되어 있으므로, 상기 제1 영역의 기판(10) 상에 형성된 제1 층간 절연막(18)의 상부면(B)이 상기 제2 영역의 기판(10) 상에 형성된 제1 층간 절연막(18)의 상부면(A)보다 높게 위치하게 된다.A first
상기 제2 영역에 형성된 제1 층간 절연막(18)은 그 상부면(A)이 상기 제1 저지막 패턴(16) 저면과 동일하거나 높게 형성된다. 상기 제1 층간 절연막의 상부면이 상기 제1 저지막 패턴의 저면보다 낮으면, 상기 제2 영역의 제1 층간 절연막의 상부면 높이가 상기 상부 절연막보다 낮아져 디싱이 발생된다.In the first
상기 제2 영역에 형성된 제1 층간 절연막(18)과 상기 제1 저지막 패턴의 저면과의 높이 차이는 2000Å 이내인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 제2 영역에 형성된 제1 층간 절연막(18)의 상부면(A)이 상기 제1 저지막 패턴(16) 저면과 동일한 평면에 위치한다.It is preferable that the height difference between the first
상기 제2 영역에 형성된 제1 층간 절연막(18) 상에는 후속 공정을 통해 제2 저지막 패턴(도시안함)이 형성된다. 상기 제2 저지막 패턴은 상기 제1 층간 절연막(18)을 평탄화시킬 때 제2 영역에 형성된 제1 층간 절연막(18)의 연마를 저지하기 위한 막이다. 때문에, 상기 제2 저지막 패턴은 상기 제1 저지막 패턴(16)과 실질적으로 동일한 평면에 그 상부면이 위치하도록 하여 상기 제1 및 제2 저지막 패턴에 의해 각 영역에서의 제1 층간 절연막(18)의 연마가 저지되도록 할 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1 층간 절연막(18)의 상부면 위치가 제1 저지막 패턴(16) 저면과의 높이와 동일한 것이 바람직하다. 반면에, 상기 제1 층간 절연막(18)의 상부면이 상기 제1 저지막 패턴(16) 저면과 2000Å 이상의 높이 차이가 나는 경우, 연마 공정을 수행하더라도 제1 및 제2 영역에서의 제1 층간 절연막(18)의 상부면이 평탄해지기가 어려우며, 디싱 불량이 발생될 수 있다.A second blocking layer pattern (not shown) is formed on the first
도 2를 참조하면, 상기 제1 층간 절연막(18) 상에 제2 저지막(20)을 형성한다. 상기 제2 저지막(20)은 상기 제1 층간 절연막(18)과의 식각 선택비가 높은 물질로 형성할 수 있다. 상기 제2 저지막(20)은 상기 제1 저지막 패턴(16)과 다른 물질로 형성할 수도 있고, 동일한 물질로 형성할 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 제1 저지막 패턴(16) 및 제2 저지막(20)에 대해 각각 공정 콘트롤을 할 수 있도록 상기 제2 저지막(20)은 상기 제1 저지막 패턴(16)과 다른 물질로 형성한다. 구체적으로, 상기 제1 저지막 패턴(16)은 폴리실리콘으로 형성하고, 상기 제2 저지막(20)은 실리콘 질화물로 형성한다.Referring to FIG. 2, a
상기 제2 저지막(20)은 상기 제1 저지막 패턴(16)과의 두께 차이가 2000Å이하이며, 바람직하게는 상기 제2 저지막(20)은 제1 저지막 패턴(16)과 동일한 두께로 형성한다.The
도 3을 참조하면, 상기 제1 층간 절연막(18) 상에 포토레지스트막을 형성하고 이를 노광 및 현상하여 상기 제1 영역의 제1 층간 절연막(18)을 노출하는 포토레지스트 패턴(도시안함)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 셀 영역에 위치하는 제2 저지막(20)을 식각하고, 계속하여 상기 제1 층간 절연막(18)을 부분적으로 식각한다. 이로써, 제2 예비 저지막 패턴(20a) 및 제2 예비 층간 절연막(18a)을 각각 형성한다.Referring to FIG. 3, a photoresist film is formed on the first
상기 식각 공정에서, 상기 제1 저지막 패턴(16)의 상부면이 노출되지 않을 정도로 상기 제1 층간 절연막(18)을 식각한다. 상기 식각 공정을 통해 형성된 제2 예비 층간 절연막(18a)은 제1 및 제2 영역의 상부면 단차가 상기 제1 층간 절연막(18)보다 낮다. 또한, 도시된 것과 같이, 상기 제2 예비 층간 절연막(18a)은 상기 제1 및 제2 영역의 경계 부위에서 돌출되는 형상(C)을 갖는다.In the etching process, the first
도 4를 참조하면, 상기 제2 예비 층간 절연막(18a) 및 제2 예비 저지막 패턴(20a) 상에 버퍼 산화막(22)을 형성한다. 상기 버퍼 산화막(22)은 실리콘 산화물로 형성할 수 있다. 상기 버퍼 산화막(22)을 형성하는 공정은 공정의 단순화를 위해 생략될 수도 있다.Referring to FIG. 4, a
도 5를 참조하면, 상기 제2 예비 층간 절연막(18a)에서 상기 제1 및 제2 영역 경계의 돌출되는 부위(도 3, C)를 제거하기 위하여, 상기 버퍼 산화막(22), 제2 예비 저지막 패턴(20a), 제2 예비 층간 절연막(18a)의 상부면에 대해 제1 연마 공정을 수행한다. 상기 제1 연마 공정은 박막의 돌출된 부위가 빠르게 제거되는 공정으로 수행하는 것이 바람직하다. 상기 제1 연마 공정에 의해, 상기 버퍼 산화막(22), 제2 예비 저지막 패턴(20a), 제2 예비 층간 절연막(18a)의 일부가 제거된다. 또한, 상기 제1 및 제2 영역에 형성된 막의 상부면 단차가 완화된다.Referring to FIG. 5, the
도 6을 참조하면, 제1 연마 공정이 수행된 버퍼 산화막(22), 제2 예비 저지막 패턴(20a), 제2 예비 층간 절연막(18a)에 대해 제2 연마 공정을 수행하여, 상부면이 평탄해지도록 한다. 즉, 상기 제1 영역의 상부면에는 제1 저지막 패턴(16)이 노출되고, 상기 제2 영역의 상부면에는 상기 제2 저지막 패턴(20b)이 노출되도록 한다.Referring to FIG. 6, a second polishing process is performed on the
상기 제2 연마 공정은 상기 제1 연마 공정과 동일한 설비의 연마 장치에서 수행할 수 있다. 그러나, 상기 제1 연마 및 제2 연마는 서로 다른 연마 조건으로 연마가 수행된다. 일 예로, 상기 제2 연마 공정은 제1 연마 공정과 다른 슬러리를 사용하여 수행할 수 있다. 상기 제2 연마 공정은 상기 제1 및 제2 저지막 패턴(16, 20b)에서 연마가 정지되거나 연마 속도가 느려지는 슬러리를 사용하여 공정을 수행한다. 상기 제2 연마 공정을 수행하면, 상기 제1 영역에 형성된 제2 예비 층간 절연막(18a)은 제거되고, 상기 제2 영역에 형성된 제2 예비 층간 절연막(18a)은 남아있게 된다. 그러므로, 상기 제2 영역에 제2 층간 절연막(18b)이 형성된다. 또한, 상기 제2 층간 절연막(18b)의 상부면은 상기 상부 절연막 패턴(14)의 상부면과 거의 동일한 평면에 위치하게 된다.The second polishing process may be performed in a polishing apparatus having the same equipment as the first polishing process. However, the first polishing and the second polishing are polished under different polishing conditions. For example, the second polishing process may be performed using a slurry different from the first polishing process. The second polishing process is performed using a slurry in which polishing is stopped or the polishing rate is slowed in the first and second
상기 제2 저지막 패턴(20b)이 구비되어 연마를 저지함으로써, 제2 연마 공정을 수행할 때 상기 제2 영역에 위치하는 제2 층간 절연막(18b)이 연마되어 디싱이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 저지막 패턴(16)이 구비되어 연마를 저지함으로써, 제2 연마 공정 시에 제1 영역에 위치하는 적층 구조물이 제거되는 불량을 방지할 수 있다.Since the second
도 7을 참조하면, 상기 제1 및 제2 저지막 패턴(16, 20b)을 식각 공정을 통해 제거한다. 상기 상부 절연막 패턴(14) 및 제2 층간 절연막(18b)의 손상을 억제하기 위하여, 상기 식각 공정은 습식 식각 공정인 것이 바람직하다. 상기 공정을 수행하면, 제1 영역에는 상부 절연막 패턴(14)이 노출되고, 제2 영역에는 제2 층간 절연막(18b)이 노출된다. 또한, 상기 상부 절연막 패턴(14) 및 제2 층간 절연막(18b)은 평탄한 상부면을 갖게된다.Referring to FIG. 7, the first and second
상기에서 설명한 것과 같이, 본 실시예 의하면 하부에 적층 구조물들이 형성된 제1 영역과 적층 구조물이 형성되지 않은 제2 영역을 덮는 층간 절연막이 평탄한 형상을 갖는다. 이와같이, 각 영역에 형성되는 층간 절연막의 상부면 단차가 거의 발생되지 않기 때문에 디싱 불량이 감소되고, 단차 부위에서 막이 국부적으로 연마되지 않고 남아있는 레지듀 불량이 감소된다.
As described above, according to the present exemplary embodiment, the interlayer insulating layer covering the first region in which the stacked structures are formed and the second region in which the stacked structures are not formed have a flat shape. As described above, since the level difference of the upper surface of the interlayer insulating film formed in each region is hardly generated, dishing defects are reduced, and the residual defects remaining without the film being locally polished at the stepped portions are reduced.
도 8 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.8 to 15 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 제1 및 제2 영역이 구분된 기판(100)을 마련한다. 상기 기판(100)의 제1 영역에는 수직 방향으로 적층되는 메모리 셀들이 형성된다. 상기 기판(100)은 단결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 8, a
상기 기판(100) 상에 패드 산화막(도시안함)을 형성한다. 상기 패드 산화막 상에 희생막(102a~102g) 및 절연막(104a~104f)들을 순차적으로 반복 형성한다. 일 예로, 상기 기판(100) 상에는 제1 내지 제7 희생막(102a~102g)과 제1 내지 제6 절연막(104a~104f)이 서로 교번하면서 적층될 수 있다. 상기 절연막들(104a~104f)은 실리콘 산화물로 형성되고, 상기 희생막들(102a~102g)은 실리콘 질화물로 형성될 수 있다.A pad oxide film (not shown) is formed on the
상기 제7 희생막(102g) 상에 상부 절연막(106) 및 제1 저지막(108)을 형성한다. 상기 상부 절연막(106)은 하부에 위치하는 절연막들(104~104f)에 비해 두꺼운 형상을 갖는다. 상기 제1 저지막(108)은 실리콘 산화물과의 연마 선택비를 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 상기 제1 저지막(108)은 폴리실리콘으로 형성된다. 이와는 다른 실시예로, 상기 제1 저지막(108)은 실리콘 질화물로 형성될 수도 있다.An upper insulating
도 9를 참조하면, 사진 및 식각 공정을 통해 제1 저지막(108)을 패터닝하여 제1 저지막 패턴(108a)을 형성한다. 계속하여, 상기 상부 절연막(106)을 식각하여 상부 절연막 패턴(106a)을 형성한다. 또한, 상기 희생막들(102a~102g) 및 절연막들(104a~104f)의 일부를 순차적으로 식각함으로써, 상기 제1 영역의 기판(100) 상에 희생막 패턴(110a~110g) 및 절연막 패턴들(112a~112g)이 적층된 몰드 구조물(114)을 형성한다.Referring to FIG. 9, the
상기 몰드 구조물(114)은 제1 영역의 기판(100) 상에만 형성된다. 상기 몰드 구조물(114)에 포함된 상기 희생막 패턴들(110a~110g) 및 절연막 패턴들(112a~112f)은 측방의 가장자리 부위가 계단 형상을 갖는다. 즉, 하부에 위치하는 희생막 패턴들(110a~110g) 및 절연막 패턴들(112a~112g)은 상부에 위치하는 희생막 패턴들(110a~110g) 및 절연막 패턴들(112a~112g)에 비해 더 넓은 형상을 갖는다. 또한, 상기 희생막 패턴(110a~110g) 및 절연막 패턴들(112a~112g)이 하부에서 상부로 갈수록 측방 길이가 짧아진다.The
도 10을 참조하면, 상기 기판(100) 상에 상기 제1 저지막 패턴(108a)을 덮는 제1 층간 절연막(116)을 형성한다. 상기 제1 층간 절연막(116)은 실리콘 산화물로 형성할 수 있다. 이 때, 상기 제1 영역의 기판(100) 상에는 몰드 구조물(114)이 적층되어 있으므로, 상기 제1 영역의 기판(100) 상에 형성된 제1 층간 절연막(116)의 상부면이 상기 제2 영역의 기판(100) 상에 형성된 제1 층간 절연막(116)의 상부면보다 높게 위치하게 된다.Referring to FIG. 10, a first
상기 제2 영역에 형성된 제1 층간 절연막(116)은 그 상부면이 상기 제1 저지막 패턴(108a) 저면과 동일하거나 높게 형성된다. 상기 제2 영역에 형성된 제1 층간 절연막(116)의 상부면과 상기 제1 저지막 패턴(108a) 저면은 높이 차이가 2000Å 이내일 수 있다. 상기 제2 저지막 패턴(118a)은 상기 제1 저지막 패턴(108a)과 실질적으로 동일한 평면에 그 상부면이 위치하여야 하므로, 상기 제1 층간 절연막(116)의 상부면 위치가 제1 저지막 패턴(108a) 저면과의 높이와 동일한 것이 바람직하다.An upper surface of the first
도 11을 참조하면, 상기 제1 층간 절연막(116) 상에 포토레지스트막을 형성하고 이를 노광 및 현상하여 상기 제1 영역의 제1 층간 절연막(116)을 노출하는 포토레지스트 패턴(도시안함)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 셀 영역에 위치하는 제2 저지막(118)을 식각하고, 계속하여 상기 제1 층간 절연막(116)을 부분적으로 식각한다. 상기 식각 공정에 의해, 제2 예비 저지막 패턴(118a) 및 제2 예비 층간 절연막(116a)을 각각 형성한다.Referring to FIG. 11, a photoresist film is formed on the first
상기 식각 공정에 의해, 상기 제2 예비 층간 절연막(116a)에서 제1 및 제2 영역의 상부면 단차가 낮아지게 된다. 또한, 도시된 것과 같이, 상기 제2 예비 층간 절연막(116a)은 상기 제1 및 제2 영역의 경계 부위에서 돌출되는 형상을 갖게된다.As a result of the etching process, an upper surface level difference between the first and second regions of the second preliminary
상기 제2 예비 층간 절연막(116a) 및 제2 예비 저지막 패턴(118a) 상에 버퍼 산화막(119)을 형성한다.A
도 12를 참조하면, 상기 제2 예비 층간 절연막(116a)에서 상기 제1 및 제2 영역 경계의 돌출되는 부위를 제거하기 위하여, 상기 버퍼 산화막(119), 제2 예비 저지막 패턴(118a), 제2 예비 층간 절연막(116a)의 상부면에 대해 제1 연마 공정을 수행한다. 상기 제1 연마 공정은 박막의 돌출된 부위가 빠르게 제거되는 공정으로 수행하는 것이 바람직하다. 상기 제1 연마 공정에 의해, 상기 제1 및 제2 영역에 형성된 막의 상부면 단차가 완화된다.Referring to FIG. 12, the
제1 연마 공정이 수행된 버퍼 산화막(119), 제2 예비 저지막 패턴(118a), 제2 예비 층간 절연막(116a)에 대해 제2 연마 공정을 수행하여, 상부면이 평탄해지도록 한다. 즉, 상기 제1 영역의 상부면에는 제1 저지막 패턴(108a)이 노출되고, 상기 제2 영역의 상부면에는 상기 제2 저지막 패턴(118b)이 노출되도록 한다. 상기 연마 공정에 의해 상부면이 평탄한 형상의 제2 층간 절연막(116b)이 형성된다.A second polishing process is performed on the
상기 제2 연마 공정은 상기 제1 연마 공정과 동일한 설비의 연마 장치에서 수행할 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 연마 공정은 연마 조건이 서로 다르다. 일 예로, 상기 제2 연마 공정은 상기 제1 연마 공정과 다른 슬러리를 사용하여 수행할 수 있다. 상기 제2 연마 공정은 상기 제1 및 제2 저지막 패턴(108a, 118a)에서 연마가 정지되거나 연마 속도가 느려지는 슬러리를 사용하여 공정을 수행한다.The second polishing process may be performed in a polishing apparatus having the same equipment as the first polishing process. However, the polishing conditions of the first and second polishing processes are different from each other. For example, the second polishing process may be performed using a slurry different from the first polishing process. The second polishing process is performed using a slurry in which polishing is stopped or the polishing rate is slowed in the first and second
상기 제2 연마 공정을 수행하여 형성된 제2 층간 절연막(116b)의 상부면은 상기 상부 절연막 패턴(106a)의 상부면과 거의 동일한 평면에 위치하게 된다. 상기 제2 저지막 패턴(118b)이 구비됨으로써, 제2 연마 공정을 수행할 때 상기 제2 영역에 위치하는 제2 층간 절연막(116b)이 연마되어 디싱이 발생되는 것을 억제할 수 있다.An upper surface of the second
도 13을 참조하면, 상기 제1 및 제2 저지막 패턴(108a, 118b)을 식각 공정을 통해 제거한다. 상기 상부 절연막 패턴(106a) 및 제2 층간 절연막(116b)의 손상을 억제하기 위하여, 상기 식각 공정은 습식 식각 공정인 것이 바람직하다.Referring to FIG. 13, the first and second
상기 상부 절연막 패턴(106a) 및 제2 층간 절연막(116b) 상에 채널홀을 형성하기 위한 식각 마스크 패턴(도시안함)을 형성한다. 상기 채널홀들은 셀 영역에 형성된다. 상기 식각 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여, 하부의 절연막들 및 희생막들을 순차적으로 식각하여 복수의 채널홀을 형성한다. 상기 채널홀들의 저면에는 기판(100) 표면이 노출된다. 상기 채널홀들은 일렬로 배열된다.An etch mask pattern (not shown) is formed on the upper insulating
상기 채널홀들의 측벽 표면에 블록킹 유전막, 전하 저장막 및 터널 절연막이 적층된 박막 구조물(120)을 형성한다. 상기 블록킹 유전막, 전하 저장막 및 터널 절연막은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물이 적층되는 ONO구조로 형성할 수 있다. 이와는 다른 예로, 상기 블록킹 유전막은 고유전율을 갖는 금속 산화물로 형성하고, 상기 전하 저장막 및 터널 절연막은 각각 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물로 형성할 수도 있다.A
측벽에 블록킹 유전막, 전하 저장막 및 터널 절연막이 형성된 채널홀의 내부를 완전하게 채우도록 반도체 물질막을 형성한다. 상기 반도체 물질막은 폴리실리콘막을 포함할 수 있다. 상기 폴리실리콘막은 상기 채널홀 저면의 기판 표면과 접촉한다. 이 후, 상기 상부 절연막 패턴(106a)의 상부면이 노출되도록 상기 폴리실리콘막을 연마하여 상기 채널홀 내부에 채널막 패턴(122)을 형성한다.The semiconductor material film is formed to completely fill the inside of the channel hole in which the blocking dielectric film, the charge storage film, and the tunnel insulating film are formed on the sidewalls. The semiconductor material film may include a polysilicon film. The polysilicon film is in contact with the substrate surface of the bottom of the channel hole. Thereafter, the polysilicon film is polished to expose the top surface of the upper insulating
이 때, 상기 제1 및 제2 영역에서 상부 절연막 및 제2 층간 절연막의 평탄도가 매우 높고 디싱이 거의 발생되지 않는다. 그러므로, 상기 폴리실리콘막을 연마하는 공정에서 상기 상부 절연막 및 제2 층간 절연막 상부면에 상기 폴리실리콘막이 남게되는 레지듀 불량이 발생되지 않는다.At this time, the flatness of the upper insulating film and the second interlayer insulating film in the first and second regions is very high and dishing is hardly generated. Therefore, in the process of polishing the polysilicon film, a residue defect in which the polysilicon film remains on the upper surface of the upper insulating film and the second interlayer insulating film does not occur.
도 14를 참조하면, 일렬로 배열된 상기 채널막 패턴(122)들 사이의 상부 절연막 패턴(106a) 및 몰드 구조물(114)을 식각하여 개구부(124)를 형성한다. 상기 개구부(124)는 일 방향으로 연장되는 트렌치 형상을 갖는다. 또한, 상기 개구부(124)는 기판(100) 표면이 노출되도록 상기 몰드 구조물(114)을 식각하여 형성된다.Referring to FIG. 14, the
도 15를 참조하면, 상기 개구부(124)를 형성한 다음, 상기 개구부(124)의 측벽에 노출되어 있는 상기 희생막 패턴들(110~110g)을 제거하여 그루부들을 형성한다.Referring to FIG. 15, after the
상기 그루부 및 개구부(124) 내부에 도전막(도시안함)을 형성한다. 상기 도전막은 스텝 커버러지 특성이 양호한 도전물질을 사용하여 증착함으로써 보이드의 발생을 억제할 수 있다. 상기 도전 물질은 금속을 포함할 수 있다. 상기 도전 물질의 예로는, 텅스텐, 텅스텐 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 백금 등의 전기 저항이 낮은 물질을 들 수 있다. 구체적인 예로, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물등으로 이루어지는 베리어 금속막을 먼저 형성한 다음, 텅스텐으로 이루어지는 금속막을 형성할 수 있다.A conductive film (not shown) is formed in the groove portion and the
이 후, 상기 개구부(124) 내부에 형성된 도전막을 식각한다. 즉, 상기 그루부 내부의 도전막만을 남기도록 함으로써 콘트롤 게이트 전극들(130a~130g)을 형성한다. 상기 제거 공정은 습식 식각 공정을 통해 수행될 수 있다. 상기 콘트롤 게이트 전극들(130a~130g)은 측방 가장자리가 계단 형상을 가지게 된다. 따라서, 상기 측방 가장자리 부위는 워드 라인을 연결하기 위한 패드로 사용될 수 있다.Thereafter, the conductive film formed inside the
상기 도전막을 식각하여 형성된 개구부 저면의 기판에 N형의 불순물을 도핑함으로써, 소오스 라인(S/L)으로 사용되는 불순물 영역(도시안함)을 형성한다. 구체적으로, 기판에 N형 불순물을 도핑함으로써 불순물 영역을 형성할 수 있다. 또한, 상기 소오스 라인(S/L)의 저항을 감소시키도록 상기 불순물 영역 상에 금속 실리사이드 패턴을 형성할 수도 있다.An N-type impurity is doped into the substrate on the bottom surface of the opening formed by etching the conductive film to form an impurity region (not shown) used as the source line S / L. Specifically, the impurity region can be formed by doping the substrate with N-type impurities. In addition, a metal silicide pattern may be formed on the impurity region to reduce the resistance of the source line S / L.
상기 개구부를 채우는 절연막을 형성하고, 연마 공정에 의해 평탄화함으로써 절연막 패턴(126)을 형성한다.An insulating film filling the opening is formed, and the insulating
상기 채널막 패턴(126) 및 콘트롤 게이트 전극(130a~130g)을 포함하는 구조물들을 덮는 제3 층간 절연막(128)을 형성한다. 상기 제3 층간 절연막(128)을 관통하여 상기 채널막 패턴(122) 상부면과 접촉하는 비트 라인 콘택(132)을 형성한다. 또한, 상기 비트 라인 콘택(132) 상부면과 접촉하는 비트 라인들(134)을 형성한다. 상기 비트 라인들(134)은 상기 제2 방향으로 연장되는 라인 형상을 가지고, 상기 채널막 패턴들(122)과 전기적으로 연결될 수 있다.A third
또한, 상기 각 층의 콘트롤 게이트 전극들(130a~130g)과 각각 연결되는 콘택 플러그(도시안함) 및 연결 라인들(도시안함)을 형성한다.In addition, contact plugs (not shown) and connection lines (not shown) are respectively connected to the
본 실시예에 의해 제조된 수직형 비휘발성 메모리 소자는 하부에 적층 구조물들이 형성된 부분 및 적층 구조물이 형성되지 않은 부분에서의 층간 절연막이 평탄한 형상을 갖는다. 이와같이, 각 영역에 형성되는 층간 절연막의 상부면 단차가 거의 발생되지 않기 때문에 디싱 불량이 감소된다. 또한, 제거되어야 하는 막이 국부적으로 연마되지 않고 남아있는 레지듀 불량이 감소된다. 따라서, 고성능을 갖는 수직형 비휘발성 메모리 소자를 제조할 수 있다.
The vertical nonvolatile memory device manufactured according to the present embodiment has a flat shape in which an interlayer insulating film is formed at a portion where a stack structure is formed and a portion where a stack structure is not formed. As described above, since the level difference of the upper surface of the interlayer insulating film formed in each region is hardly generated, dishing defects are reduced. In addition, residual defects that remain without the film to be removed being locally polished are reduced. Therefore, a vertical nonvolatile memory device having high performance can be manufactured.
도 16 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.16 to 22 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 메모리 셀들이 형성되는 셀 영역 및 주변 회로들이 형성되는 페리 영역이 구분된 반도체 기판(200)을 마련한다. 상기 반도체 기판(200)은 단결정 실리콘 기판일 수 있다.Referring to FIG. 16, a
상기 페리 영역의 기판(200) 상에 주변 회로들을 이루는 단위 소자들을 형성한다. 상기 단위 소자들은 트랜지스터(202) 및 콘택 플러그들(도시안함)을 포함할 수 있다.Unit devices forming peripheral circuits are formed on the
상기 기판(200) 상에 상기 단위 소자들을 덮는 제1 층간 절연막(204)을 형성한다. 상기 제1 층간 절연막(204)은 실리콘 산화물을 증착시켜 형성할 수 있다. 상기 제1 층간 절연막(204)의 상부면을 평탄화시킬 수 있다. 상기 평탄화는 화학기계적 연마 또는 에치백 공정을 통해 수행할 수 있다.A first
상기 제1 층간 절연막(204) 상에 제1 저지막(206)을 형성한다. 상기 제1 저지막(206)은 실리콘 질화물로 형성할 수 있다.A
상기 제1 저지막(206) 상에 상기 페리 영역만을 덮는 식각 마스크 패턴(도시안함)을 형성한다. 일 예로, 상기 식각 마스크 패턴은 포토레지스트 패턴으로 형성할 수 있다.An etch mask pattern (not shown) covering only the ferry region is formed on the
상기 식각 마스크 패턴을 이용하여, 제1 저지막(206) 및 제1 층간 절연막(204)을 순차적으로 식각하여 상기 셀 영역의 기판(200) 표면을 노출하는 개구(207)를 형성한다. 상기 식각 공정에 의해, 상기 셀 영역의 기판(200) 전면이 노출된다.The
도 17을 참조하면, 상기 기판(200) 상에 패드 산화막(도시안함)을 형성한다. 상기 패드 산화막 상에 희생막 및 절연막들을 순차적으로 반복 형성한다. 상기 희생막 및 절연막은 상기 셀 영역에 형성된 개구(207) 내부를 채우도록 형성된다. 이 때, 최상부에 위치하는 희생막의 셀 영역에서의 높이는 상기 제1 식각 저지막(206)의 높이와 동일하게 되는 것이 바람직하다. 상기 희생막은 실리콘 질화물로 형성하고, 상기 절연막은 실리콘 산화물로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 17, a pad oxide film (not shown) is formed on the
상기 희생막들 및 절연막들의 일부를 순차적으로 패터닝함으로써, 상기 셀 영역의 기판(200) 상에 희생막 패턴(208a~208d) 및 절연막 패턴들(210a~210c)이 적층된 제1 예비 몰드 구조물(214)을 형성한다.By sequentially patterning the sacrificial layers and the insulating layers, a first preliminary mold structure in which the
상기 제1 예비 몰드 구조물(214)에 포함된 상기 희생막 패턴들(208a~208d) 및 절연막 패턴들(210a~210c)은 측방의 가장자리 부위가 계단 형상을 갖는다.Side edge portions of the
상기 제1 예비 몰드 구조물(214)을 덮으면서 상기 제1 예비 몰드 구조물 측방의 개구를 채우도록 절연 물질막(212)을 형성한다. 또한, 상기 절연 물질막(212)을 연마하여 상기 제1 저지막(206) 및 최상부에 형성된 제4 희생막 패턴(208d)의 상부면이 노출되도록 한다. 상기 연마 공정 시에, 상기 제1 저지막(206)에서 연마가 정지되거나 연마 속도가 느려진다. 그러므로, 상기 연마 공정에 의해 페리 영역에 형성된 회로 패턴이 손상되는 등의 문제가 발생되지 않는다.An insulating
도 18을 참조하면, 상기 제1 저지막(206) 및 제4 희생막 패턴(208d)을 식각 공정을 통해 제거한다.Referring to FIG. 18, the
다음에, 상기 제3 절연막, 절연 물질막 및 제1 층간 절연막 상에 다시 희생막 및 절연막을 반복하여 적층하여 제2 예비 몰드 구조물을 형성한다. 일 예로, 상기 제2 예비 몰드 구조물은 제5 내지 제8 희생막과 제4 내지 제7 절연막이 서로 교번하여 적층된 형상을 갖는다. 상기 제8 희생막 상에 상부 절연막 및 제2 저지막을 형성한다. 상기 제2 저지막은 실리콘 산화물과의 연마 선택비를 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 상기 제2 저지막은 폴리실리콘으로 형성한다. 이와는 다른 실시예로, 상기 제2 저지막은 실리콘 질화물로 형성할 수 있다.Next, the sacrificial film and the insulating film are repeatedly stacked on the third insulating film, the insulating material film, and the first interlayer insulating film to form a second preliminary mold structure. For example, the second preliminary mold structure may have a shape in which fifth to eighth sacrificial layers and fourth to seventh insulating layers are alternately stacked. An upper insulating layer and a second blocking layer are formed on the eighth sacrificial layer. Preferably, the second blocking film is formed of a material having a polishing selectivity with silicon oxide. In this embodiment, the second blocking film is made of polysilicon. In another embodiment, the second blocking layer may be formed of silicon nitride.
상기 제2 저지막 및 상부 절연막을 패터닝함으로써 제2 저지막 패턴(224) 및 상부 절연막 패턴(222)을 형성한다. 계속하여, 상기 제2 예비 몰드 구조물을 패터닝함으로써 상기 제1 몰드 구조물(214) 상에 제2 몰드 구조물(219)을 형성한다. 상기 제2 몰드 구조물(219)에 포함된 상기 희생막 패턴들(220a~220d) 및 절연막 패턴들(218a~218d)은 측방의 가장자리 부위가 계단 형상을 갖는다. 즉, 하부에 위치하는 희생막 패턴들은 상부에 위치하는 희생막 패턴들에 비해 더 넓은 형상을 갖는다.The second blocking layer pattern and the upper insulating layer are patterned to form a second
또한, 도시된 것과 같이, 상기 제1 및 제2 몰드 구조물(214, 219)의 측방의 가장자리 부위는 계단 형상을 갖는다.In addition, as shown, the side edge portions of the first and
도 19를 참조하면, 상기 제2 몰드 구조물(219), 제1 층간 절연막(204) 및 절연 물질막(212)을 덮는 제2 층간 절연막(226)을 형성한다. 상기 상기 제1 층간 절연막(204) 상에 위치하는 제2 층간 절연막(226)의 상부면은 상기 제2 저지막 패턴의 저면과 동일한 평면에 위치하거나 또는 더 높게 위치하여야 한다. 상기 제1 층간 절연막(204) 상에 위치하는 제2 층간 절연막(226)의 상부면과 상기 제2 저지막 패턴(224)의 상부면의 높이 차이는 2000Å이내 인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 제1 층간 절연막(204) 상에 위치하는 제2 층간 절연막(226)의 상부면은 상기 제2 저지막 패턴(224)의 상부면과 동일한 평면에 위치한다.Referring to FIG. 19, a second
상기 제2 층간 절연막(226) 상에 제3 저지막(228)을 형성한다. 상기 제3 저지막(228)은 상기 제2 층간 절연막(226)과의 식각 선택비가 높은 물질로 형성할 수 있다. 상기 제3 저지막(228)은 상기 제2 저지막 패턴(224)과 다른 물질로 형성할 수도 있고, 동일한 물질로 형성할 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 제3 저지막(228)은 상기 제2 저지막 패턴(224)과 다른 물질로 형성한다. 구체적으로, 상기 제2 저지막 패턴(224)은 폴리실리콘으로 형성하고, 상기 제3 저지막(228)은 실리콘 질화물로 형성한다.A
상기 제3 저지막(228)은 상기 제2 저지막 패턴(224)과의 두께 차이가 2000Å이하이다. 바람직하게는, 상기 제3 저지막(228)은 제2 저지막 패턴(224)과 동일한 두께를 갖도록 형성된다.The thickness of the
도 20을 참조하면, 상기 제2 층간 절연막(226) 상에 상기 셀 영역의 제2 층간 절연막(226)을 노출하는 포토레지스트 패턴(도시안함)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 셀 영역에 위치하는 제3 저지막(228)을 식각하고, 계속하여 상기 제2 층간 절연막(226)을 부분적으로 식각한다. 이로써, 제3 예비 저지막 패턴(228a) 및 제3 예비 층간 절연막(226a)을 각각 형성한다. 상기 제2 층간 절연막(226)의 일부가 식각되어 형성된 제3 예비 층간 절연막(226a)은 상기 셀 및 페리 영역의 경계 부위가 돌출되는 형상을 갖는다. 상기 식각 공정에서, 상기 제2 저지막 패턴(224)의 상부면이 노출되지 않도록 하여야 한다.Referring to FIG. 20, a photoresist pattern (not shown) exposing the second
상기 제3 층간 절연막(226) 상에 버퍼 산화막(230)을 형성한다. 상기 버퍼 산화막(230)은 실리콘 산화물로 형성될 수 있다.A
도 21을 참조하면, 상기 제3 층간 절연막(226)에서 상기 제1 및 제2 영역 경계의 돌출되는 부위를 제거하기 위하여, 상기 버퍼 산화막(230), 제3 예비 저지막 패턴(228a), 제3 층간 절연막(226)의 상부면에 대해 제1 연마 공정을 수행한다. 상기 제1 연마 공정은 박막의 돌출된 부위가 빠르게 제거되는 공정으로 수행하는 것이 바람직하다. 상기 제1 연마 공정에 의해, 상기 제1 및 제2 영역에 형성된 막의 상부면 단차가 완화된다.Referring to FIG. 21, the
제1 연마 공정이 수행된 버퍼 산화막(230), 제3 예비 저지막 패턴(228a), 제3 층간 절연막(226)에 대해 제2 연마 공정을 수행하여, 상부면이 평탄해지도록 한다. 상기 연마 공정에 의해, 페리 영역의 상부면에 제3 저지막 패턴(228b)이 형성된다. 또한, 상기 셀 영역의 상부면에는 제2 저지막 패턴(224)이 노출되고, 상기 페리 영역의 상부면에는 상기 제3 저지막 패턴(228b)이 노출되도록 한다.A second polishing process is performed on the
상기 제2 연마 공정은 상기 제1 연마 공정과 동일한 설비의 연마 장치에서 수행할 수 있다. 그러나, 상기 제1 및 제2 연마 공정은 서로 연마 공정 조건이 서로 다르다. 일 예로, 상기 제2 연마 공정은 상기 제2 및 제3 저지막 패턴(224, 228b)에서 연마가 정지되거나 연마 속도가 느려지는 슬러리를 사용하여 공정을 수행한다.The second polishing process may be performed in a polishing apparatus having the same equipment as the first polishing process. However, the first and second polishing processes are different from each other in the polishing process conditions. For example, the second polishing process may be performed by using a slurry in which polishing is stopped or the polishing rate is slowed in the second and third
상기 제2 연마 공정을 수행하면, 상기 페리 영역에 형성된 제3 층간 절연막(226)의 상부면은 상기 상부 절연막(222)의 상부면과 거의 동일한 평면에 위치하게 된다. 상기 제3 저지막 패턴(228b)이 구비됨으로써, 제2 연마 공정을 수행할 때 상기 페리 영역에 위치하는 제3 층간 절연막(226)이 연마되어 디싱이 발생되는 것을 억제할 수 있다.When the second polishing process is performed, the upper surface of the third
도 22를 참조하면, 상기 제2 및 제3 저지막 패턴(224, 228b)을 식각 공정을 통해 제거한다. 하부의 절연막들 및 희생막들을 순차적으로 식각하여, 기판 표면이 노출되는 복수의 채널홀을 형성한다. 상기 채널홀들의 측벽 표면에 블록킹 유전막, 전하 저장막 및 터널 절연막이 적층된 박막 구조물(230)을 형성한다.Referring to FIG. 22, the second and third
상기 박막 구조물(230)이 형성된 채널홀의 내부를 완전하게 채우도록 반도체 물질막을 형성한 후 연마하여 채널막 패턴(232)을 형성한다. 그런데, 상기 제1 및 제2 영역에서 상부 절연막(222) 및 제3 층간 절연막(226)의 평탄도가 매우 높고 디싱이 거의 발생되지 않는다. 그러므로, 상기 반도체 물질막을 연마하는 공정에서 상기 상부 절연막(222) 및 제3 층간 절연막(226) 상부면에 상기 반도체 물질막이 남게되는 레지듀 불량이 발생되지 않는다.A channel material pattern 232 is formed by forming and polishing a semiconductor material film to completely fill the inside of the channel hole in which the
일렬로 배열된 상기 채널막 패턴(232)들 사이의 몰드 구조물을 식각하여 기판 표면을 노출하는 개구부를 형성한다. 상기 개구부의 측벽에 노출되어 있는 상기 희생막 패턴들(208a~208c, 220a~220d)을 제거하여 그루부들을 형성한다. 상기 그루부 내부에 콘트롤 게이트 전극들(209a~209c, 221a~221d)을 형성한다. 상기 개구부를 채우는 절연막을 형성하고, 연마 공정에 의해 평탄화함으로써 절연막 패턴(234)을 형성한다.The mold structure between the channel layer patterns 232 arranged in a line is etched to form an opening exposing the substrate surface. The
상기 채널막 패턴(232), 상부 절연막(222) 및 제3 층간 절연막(226) 상에 제4 층간 절연막(240)을 형성한다. 상기 제4 층간 절연막(240)을 관통하여 상기 채널막 패턴(232) 상부면과 전기적으로 연결되는 비트 라인 콘택(242) 및 비트 라인들(244)을 형성한다. 또한, 상기 각 층의 콘트롤 게이트 전극들(209a~209c, 221a~221d)과 각각 연결되는 콘택 플러그(도시안함) 및 연결 라인(도시안함)들을 형성한다.A fourth
본 실시예에 의하면, 수직형 반도체 소자를 제조하는 공정에서 페리 회로를 손상시키지 않을 수 있다. 또한, 페리 영역 및 셀 영역에서의 층간 절연막의 단차가 거의 발생되지 않도록 할 수 있다. 이와같이, 셀 및 페리 영역에 형성되는 층간 절연막의 상부면 단차가 거의 발생되지 않기 때문에 디싱 불량이 감소된다. 또한, 제거되어야 하는 막이 국부적으로 연마되지 않고 남아있는 레지듀 불량이 감소된다. 따라서, 고성능을 갖는 수직형 비휘발성 메모리 소자를 제조할 수 있다.
According to the present exemplary embodiment, the ferry circuit may not be damaged in the process of manufacturing the vertical semiconductor device. In addition, it is possible to hardly generate a step difference between the interlayer insulating films in the ferry region and the cell region. In this way, dishing defects are reduced because hardly any step difference in the upper surface of the interlayer insulating film formed in the cell and ferry regions occurs. In addition, residual defects that remain without the film to be removed being locally polished are reduced. Therefore, a vertical nonvolatile memory device having high performance can be manufactured.
이하에서는, 본 발명에 따른 다른 실시예들을 나타낸다.In the following, other embodiments according to the invention are shown.
도 23은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다.Figure 23 illustrates another embodiment of the present invention.
도시된 것과 같이, 본 실시예는 메모리 콘트롤러(520)와 연결된 메모리(510)를 포함한다. 상기 메모리(510)는 상기 본 발명의 각 실시예들에 따른 구조를 갖는 수직형 비휘발성 메모리 소자를 포함한다. 상기 메모리 콘트롤러(520)는 상기 메모리의 동작을 콘트롤하기 위한 입력 신호를 제공한다.As shown, the present embodiment includes a
도 24는 또 다른 실시예를 도시한 것이다.24 shows another embodiment.
본 실시예는 호스트 시스템(700)에 연결된 메모리(510)를 포함한다. 상기 메모리(510)는 본 발명의 각 실시예들에 따른 구조를 갖는 수직형 비휘발성 메모리 소자를 포함한다.This embodiment includes a
상기 호스트 시스템(700)은 퍼스널 컴퓨터, 카메라, 모바일 기기, 게임기, 통신기기 등과 같은 전자제품을 포함한다. 상기 호스트 시스템(700)은 메모리(510)를 조절하고 작동시키기 위한 입력 신호를 인가하고, 상기 메모리(510)는 데이터 저장 매체로 사용된다.The
도 25는 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예는 휴대용 장치(600)를 나타낸다. 휴대용 장치(600)는 MP3 플레이어, 비디오 플레이어, 비디오와 오디오 플레이어의 복합기 등일 수 있다. 도시된 것과 같이, 휴대용 장치(600)는 메모리(510) 및 메모리 콘트롤러(520)를 포함한다. 상기 메모리(510)는 본 발명의 각 실시예들에 따른 구조를 갖는 수직형 비휘발성 메모리 소자를 포함한다. 상기 휴대용 장치(600)는 또한 인코더/디코더(610), 표시 부재(620) 및 인터페이스(670)를 포함할 수 있다. 데이터(오디오, 비디오 등)는 인코더/디코더(610)에 의해 상기 메모리 콘트롤러(520)를 경유하여 상기 메모리(510)로부터 입 출력된다.25 shows another embodiment. This embodiment shows a
상기 설명한 것과 같이, 본 발명에 의하면 우수한 성능을 가지면서 불량 발생이 감소되는 수직형 비휘발성 메모리 소자를 제공할 수 있다. 상기 수직형 비휘발성 메모리 소자는 고집적화된 반도체 소자의 제조에 적극적으로 응용할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a vertical nonvolatile memory device having excellent performance and reduced defects. The vertical nonvolatile memory device can be actively applied to fabrication of highly integrated semiconductor devices.
10, 100, 200 : 반도체 기판 12 : 적층 구조물
14, 106a : 상부 절연막 패턴 16 : 제1 저지막 패턴
18, 116 : 제1 층간 절연막 18a, 116a: 제2 예비 층간 절연막
18b, 116b : 제2 층간 절연막 20, 118 : 제2 저지막
20a : 제2 예비 저지막 패턴 20b, 118a : 제2 저지막 패턴
22 : 버퍼 산화막
102a~102g : 희생막 104a~104f : 절연막
106 : 상부 절연막 108 : 제1 저지막
108a : 제1 저지막 패턴 114 : 몰드 구조물
110a~110g : 희생막 패턴 112a~112g : 절연막 패턴
119 : 버퍼 산화막 120 : 박막 구조물
122 : 채널막 패턴 124 : 개구부
126 : 절연막 패턴 128 : 제3 층간 절연막
130a~130g : 콘트롤 게이트 전극
132 : 비트 라인 콘택 134 : 비트 라인10, 100, 200: semiconductor substrate 12: laminated structure
14 and 106a: upper insulating film pattern 16: first blocking film pattern
18, 116: 1st
18b and 116b: Second
20a: second preliminary
22: buffer oxide film
102a to 102g:
106: upper insulating film 108: first blocking film
108a: first stopper film pattern 114: mold structure
110a to 110g:
119: buffer oxide film 120: thin film structure
122: channel film pattern 124: opening
126: insulating film pattern 128: third interlayer insulating film
130a ~ 130g: control gate electrode
132: bit line contact 134: bit line
Claims (10)
상기 제1 및 제2 영역의 기판에, 상기 제1 저지막 패턴을 덮고 상기 제2 영역에서의 막의 상부면이 적어도 상기 제1 저지막 패턴의 저면과 동일하거나 높게 되도록 제1 층간 절연막을 형성하는 단계;
상기 제1 층간 절연막 상에 제2 저지막을 형성하는 단계;
상기 제1 영역에 형성된 제2 저지막 및 제1 층간 절연막의 일부를 식각하여 제2 예비 층간 절연막을 형성하는 단계;
상기 제2 예비 층간 절연막에서 상기 제1 및 제2 영역 경계의 돌출된 부위가 제거되도록 상기 제2 예비 층간 절연막 및 제2 저지막의 일부를 1차 연마하는 단계; 및
상기 제1 저지막 패턴 및 제2 저지막이 노출되도록 상기 제2 예비 층간 절연막을 2차 연마하여 상기 제2 영역의 기판에 제2 저지막 패턴 및 제2 층간 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Forming a laminate structure and a first blocking layer pattern on the substrate in the first region, in the substrate in which the first and second regions are divided;
Forming a first interlayer insulating film on the substrate of the first and second regions so as to cover the first blocking layer pattern and to have an upper surface of the film in the second region at least equal to or higher than a bottom of the first blocking layer pattern; step;
Forming a second blocking film on the first interlayer insulating film;
Etching a portion of the second blocking layer and the first interlayer insulating layer formed in the first region to form a second preliminary interlayer insulating layer;
First polishing a portion of the second preliminary interlayer insulating layer and the second blocking layer to remove protruding portions of the first and second region boundaries from the second preliminary interlayer insulating layer; And
And secondly polishing the second preliminary interlayer insulating layer to expose the first and second blocking layers, thereby forming a second blocking layer pattern and a second interlayer insulating layer on the substrate of the second region. The manufacturing method of the semiconductor element made into.
기판 상에 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물이 반복하여 적층시켜 몰드막을 형성하는 단계;
상기 몰드막 상에 제1 저지막을 형성하는 단계; 및
상기 제1 영역의 기판에 적층 구조물 및 제1 저지막 패턴이 형성되도록 상기 제1 저지막 및 몰드막을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.The method of claim 1, wherein the forming of the stacked structure and the first blocking layer pattern comprises:
Repeatedly depositing silicon oxide and silicon nitride on a substrate to form a mold film;
Forming a first blocking film on the mold film; And
And patterning the first blocking layer and the mold layer to form a laminate structure and a first blocking layer pattern on the substrate of the first region.
상기 제1 및 제2 영역의 기판에, 상기 제1 저지막 패턴을 덮고 상기 제2 영역에서의 막의 상부면이 적어도 상기 제1 저지막 패턴의 저면과 동일하거나 높게 되도록 제1 층간 절연막을 형성하는 단계;
상기 제1 층간 절연막 상에 제2 저지막을 형성하는 단계;
상기 제1 영역에 형성된 제2 저지막 및 제1 층간 절연막의 일부를 식각하여 제2 예비 층간 절연막을 형성하는 단계;
상기 제2 예비 층간 절연막에서 상기 제1 및 제2 영역 경계의 돌출된 부위가 제거되도록 상기 제2 예비 층간 절연막 및 제2 저지막의 일부를 1차 연마하는 단계;
상기 제1 저지막 패턴 및 제2 저지막이 노출되도록 상기 제2 예비 층간 절연막을 2차 연마하여 상기 제2 영역의 기판에 제2 저지막 패턴 및 제2 층간 절연막을 형성하는 단계;
상기 몰드 구조물을 관통하는 채널막 패턴과, 상기 채널막 패턴 측벽에 블록킹 유전막, 전하 저장막 및 터널 절연막이 적층된 박막 구조물을 형성하는 단계;
상기 몰드 구조물에 포함된 희생막 패턴들을 제거하는 단계; 및
상기 희생막 패턴이 제거된 부위에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 반도체 소자 제조 방법.Forming a mold structure on which a sacrificial layer pattern and an insulating layer pattern are stacked and a first blocking layer pattern on a substrate in which the first and second regions are separated;
Forming a first interlayer insulating film on the substrate of the first and second regions so as to cover the first blocking layer pattern and to have an upper surface of the film in the second region at least equal to or higher than a bottom of the first blocking layer pattern; step;
Forming a second blocking film on the first interlayer insulating film;
Etching a portion of the second blocking layer and the first interlayer insulating layer formed in the first region to form a second preliminary interlayer insulating layer;
First polishing a portion of the second preliminary interlayer insulating layer and the second blocking layer to remove protruding portions of the first and second region boundaries from the second preliminary interlayer insulating layer;
Second polishing the second preliminary interlayer insulating layer to expose the first blocking layer pattern and the second blocking layer to form a second blocking layer pattern and a second interlayer insulating layer on the substrate of the second region;
Forming a thin film structure in which a channel film pattern penetrating through the mold structure and a blocking dielectric film, a charge storage film, and a tunnel insulating film are stacked on sidewalls of the channel film pattern;
Removing the sacrificial layer patterns included in the mold structure; And
And forming a gate electrode on a portion from which the sacrificial layer pattern is removed.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2018075284A1 (en) * | 2016-10-19 | 2018-04-26 | Lam Research Corporation | Silicon oxide silicon nitride stack ion-assisted etch |
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2010
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