KR20130115777A - Methods of manufacturing vertical memory devices - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수직형 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a vertical memory device. More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a vertical nonvolatile memory device.
최근에, 기판 상에 수평 방향으로 메모리 셀들이 적층되는 수직형 메모리 소자가 개발되고 있다. 또한, 상기 수직형 메모리 소자는 기판 상에 수직 방향으로 적층되는 메모리 셀들의 수가 계속하여 증가되고 있으며, 상기 메모리 셀들이 수평 방향으로 이격되는 간격도 매우 좁아지고 있다. 따라서, 상기 고집적화된 수직형 메모리 소자를 제조하기 위한 각 단위 공정들이 어려워지고 있다. Recently, vertical memory devices in which memory cells are stacked in a horizontal direction on a substrate have been developed. In addition, the number of memory cells stacked in a vertical direction on the substrate is continuously increasing in the vertical memory device, and the intervals in which the memory cells are spaced in the horizontal direction are also very narrow. Therefore, each unit process for manufacturing the highly integrated vertical memory device has become difficult.
본 발명의 일 목적은 고집적화된 수직형 메모리 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method of manufacturing a highly integrated vertical memory device.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 수직형 메모리 소자의 제조 방법에서, 복수의 희생막 및 층간 절연막들을 반복 적층된 반도체 기판 상에 서로 다른 물질로 이루어지는 제1 예비 하드 마스크 패턴 및 제2 하드 마스크 패턴을 형성한다. 상기 제2 하드 마스크 패턴 및 제1 예비 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 희생막들 및 상기 층간 절연막들을 식각하여, 내부에 제1 예비 하드 마스크 패턴 측벽 부위가 상대적으로 돌출되고, 저면에 기판 표면이 노출되는 예비 개구부를 형성한다. 상기 예비 개구부에 노출된 상기 제1 예비 하드 마스크 패턴 측벽 일부를 선택적으로 등방성 식각하여 입구 부위가 확장된 개구부를 형성한다. 상기 개구부의 측벽에 전하 트랩핑 패턴 및 터널 절연막 패턴을 형성한다. 상기 개구부 내부에 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되는 채널막을 형성한다. 또한, 상기 채널막의 측면에 메모리 셀들 및 선택 트랜지스터의 게이트 전극들을 형성한다. In order to achieve the above object of the present invention, in the method of manufacturing a vertical memory device according to the embodiments of the present invention, a plurality of sacrificial and interlayer insulating films are made of different materials on a semiconductor substrate repeatedly stacked. One preliminary hard mask pattern and a second hard mask pattern are formed. The sacrificial layers and the interlayer insulating layers are etched using the second hard mask pattern and the first preliminary hard mask pattern as an etch mask to relatively protrude a sidewall portion of the first preliminary hard mask pattern and to form a substrate. It forms a preliminary opening through which the surface is exposed. A portion of the sidewall of the first preliminary hard mask pattern exposed to the preliminary opening is selectively isotropically etched to form an opening having an extended inlet. A charge trapping pattern and a tunnel insulation pattern are formed on sidewalls of the opening. A channel film electrically connected to the semiconductor substrate is formed in the opening. In addition, gate electrodes of memory cells and a selection transistor are formed on side surfaces of the channel layer.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 예비 하드 마스크 패턴은 폴리실리콘을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first preliminary hard mask pattern may include polysilicon.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 예비 하드 마스크 패턴 측벽 일부를 선택적으로 등방성 식각하는 공정은 300 내지 500도의 온도에서 할로겐 원소를 포함하는 식각 가스를 유입하여 수행할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step of selectively isotropically etching part of the sidewalls of the first preliminary hard mask pattern may be performed by introducing an etching gas containing a halogen element at a temperature of 300 to 500 degrees.
상기 식각 가스는 Cl2 가스 또는 NF3 가스를 포함할 수 있다. The etching gas may include a Cl 2 gas or an NF 3 gas.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 개구구 부위에서 제1 하드 마스크 패턴의 단면은 사다리꼴의 형상을 갖고, 상기 제1 하드 마스크 패턴의 하부폭은 상기 최상부 층간 절연막의 폭과 동일하거나 더 좁게 형성되도록, 상기 제1 예비 하드 마스크 패턴 측벽 일부를 선택적으로 등방성 식각할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the cross section of the first hard mask pattern at the opening portion has a trapezoidal shape, and the lower width of the first hard mask pattern is formed to be equal to or narrower than the width of the uppermost interlayer insulating film. A portion of the sidewalls of the first preliminary hard mask pattern may be selectively isotropically etched.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 예비 하드 마스크 패턴 측벽 일부를 선택적으로 등방성 식각한 이 후에, 상기 제2 하드 마스크 패턴의 측벽 일부를 선택적으로 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, after selectively isotropically etching a portion of the first preliminary hard mask pattern sidewall, a portion of the sidewall of the second hard mask pattern may be selectively selected.
상기 제2 하드 마스크 패턴 측벽 일부를 선택적으로 식각하는 공정은 50 내지 300도의 온도에서 HF 또는 NH3를 포함하는 식각 가스를 유입하여 수행할 수 있다. The process of selectively etching a portion of the sidewalls of the second hard mask pattern may be performed by introducing an etching gas including HF or NH 3 at a temperature of 50 to 300 degrees.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 개구부를 형성한 이 후에 상기 개구부 하부를 채우는 반도체 패턴을 형성할 수 있다. In an embodiment of the present disclosure, after the opening is formed, a semiconductor pattern may be formed to fill the lower portion of the opening.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 채널막은 상기 개구부의 측벽 및 반도체 패턴의 상부면과 직접 접촉하도록 형성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the channel film may be formed in direct contact with the sidewall of the opening and the top surface of the semiconductor pattern.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전하 트랩핑 패턴 및 터널 절연막 패턴은, 상기 개구부의 측벽 및 저면 프로파일을 따라 전하 트랩핑막 및 터널 절연막을 형성한다. 다음에, 상기 개구부 저면에 형성된 전하 트랩핑막 및 터널 절연막을 식각한다. In one embodiment, the charge trapping pattern and the tunnel insulation pattern form a charge trapping layer and the tunnel insulation layer along sidewalls and bottom surfaces of the openings. Next, the charge trapping film and the tunnel insulating film formed on the bottom surface of the opening are etched.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 개구부의 입구 부위에서 하드 마스크 패턴에 의해 돌출되지 않으므로 상기 개구부의 입구가 확장될 수 있다. 그러므로, 후속 공정에서 반도체 패턴 형성, 전하 트래핑막 패턴, 터널 절연막 패턴 및 제1 채널막 패턴 형성 등의 공정을 용이하게 수행할 수 있다. According to the embodiments of the present invention, the opening of the opening may be expanded because the opening of the opening does not protrude by the hard mask pattern. Therefore, in the subsequent steps, processes such as semiconductor pattern formation, charge trapping film pattern, tunnel insulating film pattern, and first channel film pattern formation can be easily performed.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시예 1에 따른 수직형 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예 2에 따른 수직형 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 실시예 3에 따른 수직형 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical memory device according to Embodiment 1 of the present invention.
10 and 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical memory device according to Embodiment 2 of the present invention.
12 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical memory device according to a third embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 수직형 메모리 소자의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역, 패턴들 또는 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 전극, 구조물들 또는 패턴들 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 구조물 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 전극, 다른 패턴들 또는 다른 구조물이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 물질, 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들이 "제1", "제2" 및/또는 "예비"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 물질, 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들을 구분하기 위한 것이다. 따라서 "제1", "제2" 및/또는 "예비"는 각 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.
Hereinafter, a method of manufacturing a vertical type memory device according to preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments, It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention. In the accompanying drawings, dimensions of a substrate, a layer (film), an area, patterns or structures are enlarged in actuality for clarity of the present invention. In the present invention, each layer (film), region, electrode, pattern or structure is referred to as being "on", "on", or " Means that each layer (film), region, electrode, pattern, or structure is directly formed or positioned below a substrate, each layer (film), region, structure, or pattern, A layer (film), another region, another electrode, other patterns or other structure may be additionally formed on the substrate. It will also be understood that when a material, layer, area, electrode, pattern or structure is referred to as a "first", "second" and / or " Regions, electrodes, patterns, or structures. ≪ RTI ID = 0.0 > Thus, "first "," second "and / or" reserve "may be used, respectively, selectively or interchangeably for each layer (membrane), region, electrode, patterns or structures.
실시예 1Example 1
도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시예 1에 따른 수직형 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical memory device according to Embodiment 1 of the present invention.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 복수의 층간 절연막(102) 및 희생막(104)을 교대로 반복적으로 적층한다. 상기 최 상부에 형성된 층간 절연막(102) 상에 제1 하드 마스크막(106) 및 제2 하드 마스크막(108)을 차례로 형성한다. 도 1에서는 7층의 층간 절연막(102) 및 6층의 희생막(104)으로 형성되어 있으나, 적층되는 층수는 증,감될 수 있다. Referring to FIG. 1, a plurality of interlayer
상기 기판(100)은 단결정 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 기판은 후속 공정에서 선택적 에피택셜 공정을 통해 단결정 반도체 물질을 성장시키기 위한 시드(seed)로 사용된다. 그러므로, 상기 기판(100)은 적어도 상부 표면에 단결정 실리콘을 포함하는 기판일 수 있다. The
복수의 층간 절연막(102)은 수직 적층되는 각 메모리 셀들 및 선택트랜지스터들을 층 별로 절연시키는 기능을 한다. 상기 층간 절연막(102)은 절연성을 갖는 산화물을 사용하여 형성할 수 있다. 일 예로, 상기 층간 절연막(102)은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 산탄화물(SiOC) 또는 실리콘 산불화물(SiOF)로 형성할 수 있다. The plurality of
상기 희생막(104)은 상기 층간 절연막들(102)과 식각 선택비를 갖는 물질을 증착하여 형성한다. 또한, 상기 희생막(104)은 상기 기판과도 식각 선택비를 갖는 물질로 형성되어야 한다. 일 예로, 상기 희생막(104)은 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 붕질화물(SiBN) 등과 같은 질화물을 사용하여 형성될 수 있다.The
상기 희생막(104)은 후속 공정에서 각 메모리 셀들 및 선택 트랜지스터들을을 구성하는 게이트들을 형성하기 위한 막으로로 제공된다. 그러므로, 각 층에 형성되는 희생막(104)의 두께는 각 층에 형성되는 게이트 전극들의 목표 두께와 동일하게 형성될 수 있다. The
선택 트랜지스터의 게이트 전극은 셀 트랜지스터의 게이트 전극보다 게이트 길이가 더 길게 형성될 수 있다. 그러므로, 도시하지는 않았지만, 상기 선택 트랜지스터의 게이트로 제공되는 희생막(104)은 다른 층의 희생막보다 더 두껍게 형성될 수 있다. The gate electrode of the selection transistor may have a gate length longer than that of the cell transistor. Therefore, although not shown, the
상기 층간 절연막(102) 및 희생막(104)이 적층된 구조에 대해 후속 공정들이 진행되어야 한다. 후속 공정들에 의해 상기 층간 절연막 및 희생막의 손상이 감소되도록 하기 위하여 최상부에 형성되는 층간 절연막은 하부에 형성되어 있는 다른 층간 절연막들보다 두껍게 형성할 수 있다.Subsequent processes must be performed on the structure in which the
상기 제1 하드 마스크막(106)은 층간 절연막들(102) 및 희생막들(104)의 적층 구조의 일부를 식각하여 채널홀을 형성하기 위한 주 식각 마스크(main-etching mask)로 제공된다. 그러므로, 상기 층간 절연막과 희생막에 대해 각각 식각 선택비를 갖는 물질을 증착하여 형성한다. 일 예로, 상기 제1 하드 마스크막(106)은 폴리실리콘을 증착하여 형성한다. The first
상기 제2 하드 마스크막(108)은 식각 공정 중에 상기 제1 하드 마스크막(106)의 손상되거나 마모되는 것을 억제하기 위한 보조 식각 마스크(sub-etching mask)로 제공된다. 상기 제2 하드 마스크막(108)은 상기 제1 하드 마스크막(108)과 접착 특성이 우수하고 계면에서의 스트레스가 거의 없는 물질로 형성할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 하드 마스크막(108)은 실리콘 산화물을 증착하여 형성할 수 있다. The second
도 2를 참조하면, 상기 제2 하드 마스크막(108) 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 이를 식각 마스크로 패터닝하여 제2 하드 마스크 패턴(108a)을 형성한다. 계속하여, 상기 제1 하드 마스크막(106)을 식각하여 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a)을 형성한다. Referring to FIG. 2, a photoresist pattern is formed on the second
상기 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a) 및 제2 하드 마스크 패턴(108a)을 식각 마스크로 사용하여, 층간 절연막(102) 및 희생막(104)들을 식각함으로써 저면에 기판 표면이 노출되는 예비 개구부(110)를 형성한다.By using the first preliminary hard mask pattern 106a and the second
상기 예비 개구부(110)는 건식 식각 공정을 통해 형성할 수 있다. 상기 예비 개구부(110)는 기판(100)에 대해 수직 경사를 가질 수도 있고, 기판(100) 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가질 수 있다. The
상기 식각 공정은 산화물로 이루어지는 층간 절연막(102)이 식각되는 조건으로 공정이 진행된다. 때문에, 상기 식각 공정에서 실리콘 산화물로 형성되는 제2 하드 마스크 패턴(108a)도 일부 제거될 수 있다. 또한, 상기 식각 공정을 수행하면, 실리콘 산화물로 형성되는 제2 하드 마스크 패턴(108a)은 폴리실리콘으로 형성되는 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a)보다 빠르게 식각될 수 있다. 그러므로, 상기 식각 공정을 완료하여 예비 개구부(110)를 형성하면, 상기 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a)은 상기 예비 개구부(110)의 측벽으로부터 상기 제2 하드 마스크 패턴(108a)보다 돌출된 형상을 갖는다. The etching process is performed under the condition that the
상기 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a)의 하부 측벽으로 갈수록 더 돌출되어 예비 개구부(110)의 내부 폭이 더 좁아질 수 있다. 즉, 상기 예비 개구구(110) 부위에서 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a)의 단면은 하부가 넓은 사다리꼴의 형상을 갖고, 상기 예비 제1 하드 마스크 패턴(106a)의 하부폭은 상기 최상부 층간 절연막의 폭보다 더 넓게 형성될 수 있다. 이와같이, 상기 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a)의 돌출 부위로 인해 상기 예비 개구부(110)의 입구 부위의 내부 폭이 좁아진다.The inner side of the
또한, 상기 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a)들 사이의 예비 개구부(110) 내부 폭(W1)은 상기 제2 하드 마스크 패턴(108a) 사이의 예비 개구부(110) 내부 폭(W2) 보다 좁다. In addition, the inner width W1 of the
도 3을 참조하면, 상기 예비 개구부(110) 측벽에 노출된 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a) 측벽만을 선택적으로 식각하는 등방성 식각 공정을 수행하여 제1 하드 마스크 패턴(106b)을 형성한다. 상기 등방성 식각 공정은 상기 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a)의 돌출 부위가 제거되도록 수행할 수 있다. 상기 등방성 식각 공정을 수행하면, 입구 부위의 내부 폭이 확장된 제1 개구부(110a)가 형성된다. Referring to FIG. 3, an isotropic etching process of selectively etching only sidewalls of the first preliminary hard mask pattern 106a exposed to the sidewalls of the
상기 제1 개구구(110a) 부위에서 제1 하드 마스크 패턴(106b)의 단면은 사다리꼴의 형상을 갖는다. 등방성 식각에 의해, 상기 제1 하드 마스크 패턴(106b)의 하부 폭(W3)은 상기 최상부 층간 절연막(102)의 폭(W4)과 동일하거나 더 좁게 형성된다. 때문에, 도시된 것과 같이, 상기 제1 개구부(110a)의 내부 측벽은 상기 제1 하드 마스크 패턴(106b) 부위에서 돌출되지 않는다.The cross section of the first
상기 등방성 식각 공정에서 하부의 층간 절연막(102)과 희생막(104)은 거의 제거되지 않아야 한다. 즉, 상기 등방성 식각 공정은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물은 거의 식각되지 않으면서, 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a)으로 제공되는 폴리실리콘만 식각되도록 하여야 한다. 또한, 상기 등방성 식각 공정을 수행할 때, 상기 예비 개구부(110) 저면에 노출되어 있는 기판(100) 표면이 거의 손상되지 않아야 한다. In the isotropic etching process, the lower
이를 위하여, 상기 등방성 식각 공정은 할로겐 원소를 포함하는 식각 가스를 사용한다. 예를들어, 상기 식각 가스는 Cl2 가스, NF3 가스 등을 들 수 있으며, 이는 단독으로 사용되거나 혼합하여 사용될 수 있다. To this end, the isotropic etching process uses an etching gas containing a halogen element. For example, the etching gas may be Cl 2 gas, NF 3 gas, etc., which may be used alone or in combination.
상기 등방성 식각 공정에서는 플라즈마를 사용하지 않는다. 상기 식각 공정에서 플라즈마를 사용하면 노출되어 있는 기판 표면에 플라즈마 손상이 발생되므로 바람직하지 않다. 또한, 상기 플라즈마를 사용하는 경우 상기 식각 가스가 직진성을 갖기 때문에, 상기 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a)의 측벽 부위가 식각되기 어렵다. The plasma is not used in the isotropic etching process. Using plasma in the etching process is not preferable because plasma damage occurs on the exposed substrate surface. In addition, when the plasma is used, since the etching gas has a straightness, sidewall portions of the first preliminary hard mask pattern 106a are hard to be etched.
상기 등방성 식각 공정 시의 공정 온도가 300℃ 이하이면, 상기 제1 예비 하드 마스크 패턴(106a)의 측벽이 거의 식각되지 않을 수 있다. 상기 식각 공정 시의 공정 온도가 500℃ 이상이면, 상기 노출되어 있는 기판(100) 표면도 일부 식각되어 기판(100) 표면이 손상될 수 있다. 그러므로, 상기 식각 공정 온도는 300 내지 500℃ 하에서 수행될 수 있다. When the process temperature in the isotropic etching process is 300 ° C. or less, the sidewall of the first preliminary hard mask pattern 106a may be hardly etched. When the process temperature during the etching process is 500 ° C. or more, the exposed surface of the
도 4를 참조하면, 상기 제1 및 제2 하드 마스크 패턴(106b, 108a)의 측벽에 스페이서(112)를 형성한다. 상기 스페이서(112)는 상기 제1 개구부(110a)의 상부 측벽 부위에 선택적으로 산화물을 증착시켜 형성할 수 있다. 예를들어, 상기 스페이서(112)는 중온 산화물(MTO), 고온 산화물(HTO) 혹은 ALD 산화물로 형성할 수 있다. Referring to FIG. 4,
상기 제1 개구부(110a)의 하부를 채우는 반도체 패턴(114)을 형성한다. 상기 반도체 패턴(114)은 단결정 실리콘일 수 있다. The
일 예로, 상기 제1 개구부(110a)에 의해서 노출된 기판(100)의 부분을 시드(seed)로 사용하는 선택적 에피택셜 공정(selective epitaxial growth: SEG) 수행하여 제1 개구부(110a)를 부분적으로 채우는 반도체 패턴(114)을 형성할 수 있다. 반도체 패턴(114)의 상부면은 이후 공정에서 그라운드 선택 라인과 워드 라인들 사이에 위치하는 층간 절연막(102) 측벽에 위치하도록 할 수 있다. For example, the
상기 제1 하드 마스크 패턴(106b)이 폴리실리콘으로 형성되어 있지만, 상기 스페이서(112)에 의해 덮혀 있으므로 상기 제1 하드 마스크 패턴(106b)의 표면이 노출되지 않는다. 그러므로, 상기 선택적 에피택셜 공정이 수행되더라도 상기 제1 하드 마스크 패턴(106b)의 측벽에는 반도체막이 성장되지 않는다. Although the first
도 5를 참조하면, 상기 제1 개구부(110a)의 측벽과 반도체 패턴(114) 상에 전하 트랩핑막(116), 터널 절연막(118) 및 제1 채널막(120)을 순차적으로 형성한다. 상기 전하 트랩핑막(116), 터널 절연막(118) 및 제1 채널막(120)은 컨포멀하게 형성한다. Referring to FIG. 5, the
상기 전하 트랩핑막(116)은 실리콘 질화물과 같은 질화물 혹은 금속 산화물을 사용하여 형성될 수 있다.The
상기 터널 절연막(118)은 실리콘 산화물을 사용하여 형성할 수 있다.The
상기 제1 채널막(120)은 불순물이 도핑된 폴리실리콘, 단결정 실리콘 혹은 비정질 실리콘을 사용하여 형성할 수 있다. The
상기 전하 트랩핑막(116), 터널 절연막(118) 및 제1 채널막(120)이 형성됨으로써, 상기 제1 개구부(110a)의 내부 폭이 매우 감소된다. 그러나, 상기 제1 개구부(110a) 내부에서 상기 제1 하드 마스크 패턴(106b)이 돌출되지 않기 때문에, 상기 제1 개구부(110a)의 입구 부위가 충분히 넓은 폭을 갖는다. By forming the
도 6을 참조하면, 상기 제1 개구부(110a) 저면에 형성된 상기 전하 트랩핑막(116), 터널 절연막(118) 및 제1 채널막(120)을 이방성 식각 공정을 통해 식각하여, 전하 트랩핑막 패턴(116a), 터널 절연막 패턴(118a) 및 제1 채널막 패턴(120a)을 형성한다. 상기 식각 공정을 수행하면, 상기 제1 개구부(110a) 저면에 반도체 패턴(114)의 상부면이 노출된다.Referring to FIG. 6, the
상기 제1 개구부(110a)의 깊이가 매우 깊기 때문에, 상기 식각 공정 시에 식각 가스가 제1 개구부(110a) 저면부까지 유입되기가 어려울 수 있다. 그러므로, 상기 전하 트랩핑막(116), 터널 절연막(118) 및 제1 채널막(120)이 정상적으로 식각되지 않아서, 상기 반도체 패턴(114)의 상부면이 노출되지 않을 수 있다.Since the depth of the
그러나, 본 실시예에 의하면, 상기 제1 하드 마스크 패턴(106b)의 측벽 부위가 돌출되지 않고 상기 제1 개구부(110a)의 입구가 확장되어 넓은 폭을 갖기 때문에, 상기 식각 공정 시에 식각 가스가 제1 개구부(110a) 저면부까지 용이하게 유입될 수 있다. 그러므로, 상기 식각 공정에서 상기 반도체 패턴(114)의 상부면이 노출되지 않는 불량을 억제할 수 있다.However, according to the present exemplary embodiment, since the sidewall portion of the first
도 7을 참조하면, 상기 제1 채널막 패턴(120a) 및 상기 반도체 패턴(114)의 상부면을 따라 예비 제2 채널막을 형성할 수 있다. 상기 예비 제2 채널막은 불순물이 도핑된 폴리실리콘, 단결정 실리콘 혹은 비정질 실리콘을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 제1 채널막 패턴(120a) 및 예비 제2 채널막(122)을 비정질 실리콘을 사용하여 형성하는 경우, 이를 결정화 시키는 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. Referring to FIG. 7, a preliminary second channel layer may be formed along the upper surfaces of the first
상기 예비 제2 채널막 상에 상기 제1 개구부(110a) 내부를 매립하는 예비 매립 절연막을 형성할 수 있다. 상기 예비 매립 절연막은 실리콘 산화물로 형성할 수 있다. A pre-filling insulating layer may be formed on the preliminary second channel layer to fill the inside of the
평탄화 공정을 수행하여, 상기 예비 매립 절연막 및 예비 제2 채널막의 상부면을 제거한다. 따라서, 상기 제1 채널막 패턴(120a) 및 상기 반도체 패턴(114)의 상부면을 따라 제2 채널막(120a)을 형성한다. 또한, 상기 제2 채널막(120a) 상에 상기 제1 개구부(110a) 내부를 채우는 매립 절연막을 형성한다. The planarization process is performed to remove upper surfaces of the prefilled insulating layer and the preliminary second channel layer. Therefore, the
도시된 것과 같이, 상기 평탄화 공정에서, 제1 및 제2 하드 마스크 패턴(106b, 108a)도 함께 제거될 수 있다. As shown, in the planarization process, the first and second
설명한 것과 같이, 상기 제1 개구부(110a)의 저면부에 상기 반도체 패턴(114)이 노출되어 있으므로, 상기 제2 채널막(122)은 상기 반도체 패턴114)의 상부면과 직접 접촉하게 된다. 그러므로, 상기 제2 채널막(122)이 상기 반도체 패턴(114)과 접촉되지 않거나 상기 제2 채널막(122)과 반도체 패턴(114) 간의 저항이 높아지는 불량을 감소시킬 수 있다. As described above, since the
도 8을 참조하면, 상기 매립 절연막(124)의 상부를 일부 제거하여 매립 절연막 패턴(124a)을 형성한다. 이 후, 상기 매립 절연막(124)이 제거된 부위에 도전 물질을 매립하여 패드 패턴(126)을 형성한다. Referring to FIG. 8, a portion of an upper portion of the buried insulating
계속하여, 상기 층간 절연막들(102) 및 희생막들(104)의 일부 영역을 건식 식각하여 제2 개구부(도시안됨)를 형성한다. 상기 제2 개구부는 일 방향으로 연장되는 트렌치 형상을 가질 수 있다. Subsequently, some regions of the
상기 제2 개구부의 측벽에 노출되어 있는 희생막들(104)을 제거하여 각 층의 층간 절연막들(102) 사이에 요부(127)를 형성한다. 상기 각 요부(127)에는 상기 전하 트랩핑막 패턴(116a)이 노출되어 있다. 상기 제거 공정은 습식 식각 공정을 통해 수행될 수 있다. The
도 9를 참조하면, 상기 요부(127)의 측벽에 노출된 전하 트랩핑막 패턴(116a)상에 블록킹 유전막(128)을 형성한다. 상기 블록킹 유전막(128)은 상기 층간 절연막(102), 기판(100) 및 전하 트랩핑막 패턴(116a) 표면을 따라 컨포멀하게 형성될 수 있다. 상기 블로킹 유전막(128)은 실리콘 산화물 혹은 금속 산화물을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 금속 산화물은, 예를 들어, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물, 란탄 산화물, 란탄 알루미늄 산화물, 란탄 하프늄 산화물, 하프늄 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 탄탈륨 산화물, 지르코늄 산화물 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 블로킹 유전막(128)은 실리콘 산화막 및 금속 산화막이 적층된 다층막으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 9, a blocking
상기 요부의 내부를 채우도록 게이트 전극막을 형성한다. 또한, 상기 게이트 전극막이 각 층별로 분리되도록 상기 게이트 전극막의 일부를 식각하여 제3 개구부(도시안됨)를 형성한다. 상기 식각 공정을 통해 각 층별로 적층된 게이트 전극들(130)을 형성한다. 상기 게이트 전극(130)은 각각 그라운드 선택 라인(GSL), 워드 라인 및 스트링 선택 라인(SSL)으로 제공될 수 있다. A gate electrode film is formed to fill the inside of the recess. In addition, a portion of the gate electrode film is etched to form a third opening (not shown) so that the gate electrode film is separated for each layer. Through the etching process, the
한편, 상기 제3 개구부의 저면에 노출된 기판에 불순물을 주입하여 불순물 영역을 형성한다. 상기 불순물 영역은 공통 소스 라인(CSL)으로 제공될 수 있다. 계속하여, 상기 제3 개구부 내부를 채우는 절연막 패턴(도시안됨)을 형성한다. An impurity region is formed by implanting impurities into the substrate exposed on the bottom of the third opening. The impurity region may be provided to the common source line CSL. Subsequently, an insulating film pattern (not shown) filling the inside of the third opening is formed.
이 후, 상기 패드 패턴(126)을 덮는 상부 층간 절연막(132)을 형성한다. 상기 상부 층간 절연막(132)을 관통하여 상기 패드 패턴(126)과 연결되는 비트 라인 콘택(134) 및 비트 라인(136)을 형성한다. 상기 비트 라인(136)은 상기 각 층의 게이트 전극들이 연장되는 방향과 수직하게 연장될 수 있다. Thereafter, an upper
본 실시예에 의하면, 상기 제1 하드 마스크 패턴(106b)이 상기 제1 개구부 내부로 돌출되지 않으므로 상기 제1 개구부(110a)의 입구 부위의 내부폭을 확장시킬 수 있다. 이로인해, 상기 제1 개구부(110a) 하부까지 식각 가스들이 용이하게 유입될 수 있다. 따라서, 상기 제1 개구부(110a) 내부에 형성되는 제2 채널막(122)과 하부의 반도체 패턴(114)이 연결되지 않거나, 상기 제2 채널막(122)과 반도체 패턴(114)간의 저항이 높아지는 등의 문제를 억제할 수 있다.
According to the present exemplary embodiment, since the first
실시예 2Example 2
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예 2에 따른 수직형 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.10 and 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical memory device according to Embodiment 2 of the present invention.
본 실시예의 수직형 메모리 소자의 제조 방법은 식각 공정이 추가적으로 진행되는 것을 제외하고는 실시예 1의 수직형 메모리 소자의 제조 방법과 동일하다. The method of manufacturing the vertical memory device of the present embodiment is the same as the method of manufacturing the vertical memory device of Embodiment 1, except that the etching process is further performed.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조로 설명한 공정을 수행하여 제1 하드 마스크 패턴(106b)이 돌출되지 않은 형태의 제1 개구부(110a)를 형성한다.First, the
도 10을 참조하면, 상기 제2 하드 마스크 패턴(108a)의 상부면 및 측벽 부위를 추가적으로 식각하여, 이웃하는 제1 개구부들(110a) 사이의 폭이 감소된 제3 하드 마스크 패턴(108b)을 형성한다. 상기 식각 공정을 수행하면, 상기 제1 개구부(110a) 입구 부위의 내부폭이 더욱 확장된다. Referring to FIG. 10, the third
일 예로, 상기 이웃하는 제1 개구부들(110a) 사이에 구비되는 제3 하드 마스크 패턴(108b)의 폭(W6)은 상기 제1 하드 마스크 패턴(106a)의 폭(W5)과 동일하거나 더 좁게 되도록 할 수 있다. For example, the width W6 of the third
상기 제2 하드 마스크 패턴(108a)의 일부를 식각하는 공정에서, 하부의 층간 절연막들(102)이 제거되지 않도록 공정 조건들이 조절되어야 한다. 또한, 상기 식각 공정을 수행할 때, 상기 예비 개구부(110) 저면에 노출되어 있는 기판(100) 표면이 거의 손상되지 않아야 한다. In the process of etching a part of the second
상기 식각 공정에서 사용되는 식각 가스는 HF 또는 NH3를 포함할 수 있다. 이는 단독으로 사용되거나 혼합하여 사용될 수 있다. The etching gas used in the etching process may include HF or NH 3. It may be used alone or in combination.
상기 식각 공정에서 공정 온도가 50℃보다 낮으면 상기 제2 하드 마스크 패턴이 식각되지 않을 수 있다. 상기 식각 공정 온도가 300℃보다 높으면, 하부에 있는 층간 절연막들도 제거될 수 있다. 그러므로, 상기 제2 하드 마스크 패턴(108a)만이 일부 식각되도록 하기 위해서는 50 내지 300℃의 온도에서 식각 공정이 수행되어야 한다. When the process temperature is lower than 50 ° C. in the etching process, the second hard mask pattern may not be etched. When the etching process temperature is higher than 300 ° C., the interlayer insulating layers below may be removed. Therefore, in order to partially etch only the second
상기 식각 공정에서는 플라즈마를 사용하지 않는다. 상기 식각 공정에서 플라즈마를 사용하면 노출되어 있는 기판(100) 표면에 플라즈마 손상이 발생되므로 바람직하지 않다.The etching process does not use plasma. Using plasma in the etching process is not preferable because plasma damage occurs on the exposed surface of the
이 후, 도 4 내지 도 6을 참조로 설명한 공정을 수행한다. 상기 공정들을 수행하면, 도 11에 도시된 것과 같은 구조가 형성된다. Thereafter, the process described with reference to FIGS. 4 to 6 is performed. By performing the above processes, a structure as shown in FIG. 11 is formed.
도 11에 도시된 것과 같이, 본 실시예의 수직형 메모리 소자는 상기 제1 개구부들(110a) 사이에 위치하는 상기 제1 및 제3 하드 마스크 패턴(106b, 108b)이 좁은 폭을 갖고, 상기 제1 개구부(110a)의 입구 부위의 내부 폭이 확장된다. 이로인해, 상기 제1 개구부(110a) 하부까지 식각 가스들이 용이하게 유입될 수 있다. 때문에, 상기 전하 트랩핑막(116), 터널 절연막(118) 및 제1 채널막(120)을 용이하게 식각할 수 있다. 그러므로, 상기 전하 트랩핑막(116), 터널 절연막(118) 및 제1 채널막(120)이 정상적으로 식각되지 않아서 발생되는 불량을 억제할 수 있다. As shown in FIG. 11, in the vertical memory device of the present exemplary embodiment, the first and third
계속하여, 도 7 내지 9를 참조로 설명한 것과 동일한 공정을 수행한다. 상기 공정들을 수행하면, 도 9에 도시된 것과 같은 동일한 형상의 수직형 메모리 소자가 제조된다.
Subsequently, the same process as described with reference to FIGS. 7 to 9 is performed. By performing the above processes, a vertical memory device having the same shape as shown in FIG. 9 is manufactured.
실시예 3Example 3
도 12 내지 도 14는 본 발명의 실시예 3에 따른 수직형 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.12 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical memory device according to a third embodiment of the present invention.
본 실시예의 수직형 메모리 소자의 제조 방법은 제1 개구부 내부에 반도체 패턴을 형성하는 공정이 생략되는 것을 제외하고는 실시예 1의 수직형 메모리 소자의 제조 방법과 동일하다. The method of manufacturing the vertical memory device of the present embodiment is the same as the method of manufacturing the vertical memory device of Embodiment 1, except that the step of forming the semiconductor pattern inside the first opening is omitted.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조로 설명한 공정을 수행하여 제1 하드 마스크 패턴이 돌출되지 않은 형태의 제1 개구부(110a)를 형성한다.First, the
도 12를 참조하면, 상기 제1 개구부(110a)의 측벽과 반도체 기판(100) 표면을 따라 전하 트랩핑막(140), 터널 절연막(142) 및 제1 채널막(144)을 순차적으로 형성한다. 상기 전하 트랩핑막(140), 터널 절연막(142) 및 제1 채널막(144)은 컨포멀하게 형성한다. Referring to FIG. 12, the
도 13을 참조하면, 상기 제1 개구부(110a) 저면에 형성된 상기 전하 트랩핑막(140), 터널 절연막(142) 및 제1 채널막(144)을 이방성 식각 공정을 통해 식각하여, 전하 트랩핑막 패턴(140a), 터널 절연막 패턴(142a) 및 제1 채널막 패턴(144a)을 형성한다. 상기 식각 공정을 수행하면, 상기 제1 개구부(110a) 저면에는 반도체 기판(100)의 상부면이 노출된다.Referring to FIG. 13, the
계속하여, 도 7 내지 도 9를 참조로 설명한 것과 동일한 공정을 수행한다. 상기 공정들을 수행하면, 도 14에 도시된 것과 같은 수직형 메모리 소자가 제조된다. Subsequently, the same process as described with reference to FIGS. 7 to 9 is performed. By performing the above processes, a vertical memory device as shown in Fig. 14 is manufactured.
상기 공정에 의하면, 제1 개구부(110a)의 입구 부위의 내부폭을 확장시킬 수 있다. 따라서, 제2 채널막(146)과 하부의 반도체 기판(100)이 연결되지 않거나 상기 제2 채널막(146)과 반도체 기판(100)간의 저항이 높아지는 등의 문제를 억제할 수 있다.According to the said process, the internal width of the inlet part of the
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the present invention can be changed.
본 발명의 실시예들에 따르면, 입구 부위에 넓은 폭을 갖는 개구부들을 형성할 수 있다. 상기 설명한 공정들은 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 뿐 아니라, 개구부를 포함하는 다양한 반도체 공정에 적용될 수 있다.According to embodiments of the present invention, openings having a wide width may be formed in the inlet portion. The above-described processes may be applied to various semiconductor processes including openings as well as fabricating vertical nonvolatile memory devices.
100: 기판 102: 층간 절연막
104: 희생막 106b: 제1 하드 마스크
108a: 제2 하드 마스크 110a : 제1 개구부
114: 반도체 패턴 116a : 전하 트랩핑막 패턴
118a : 터널 절연막 패턴 20a : 제1 채널막 패턴
122 : 제2 채널막 124a : 매립 절연막 패턴100
104:
108a: second
114:
118a: tunnel insulating film pattern 20a: first channel film pattern
122:
Claims (10)
상기 제2 하드 마스크 패턴 및 제1 예비 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 희생막들 및 상기 층간 절연막들을 식각하여, 내부에 제1 예비 하드 마스크 패턴 측벽 부위가 상대적으로 돌출되고, 저면에 기판 표면이 노출되는 예비 개구부를 형성하는 단계;
상기 예비 개구부에 노출된 상기 제1 예비 하드 마스크 패턴 측벽 일부를 선택적으로 등방성 식각하여 입구 부위가 확장된 개구부를 형성하는 단계;
상기 개구부의 측벽에 전하 트랩핑 패턴 및 터널 절연막 패턴을 형성하는 단계;
상기 개구부 내부에 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되는 채널막을 형성하는 단계; 및
상기 채널막의 측면에 메모리 셀들 및 선택 트랜지스터의 게이트 전극들을 형성하는 단계를 포함하는 수직형 메모리 소자의 제조 방법.Forming a first preliminary hard mask pattern and a second hard mask pattern made of different materials on a semiconductor substrate on which a plurality of sacrificial films and interlayer insulating films are repeatedly stacked;
The sacrificial layers and the interlayer insulating layers are etched using the second hard mask pattern and the first preliminary hard mask pattern as an etch mask to relatively protrude a sidewall portion of the first preliminary hard mask pattern and to form a substrate. Forming a preliminary opening to which the surface is exposed;
Selectively isotropically etching a portion of the first preliminary hard mask pattern sidewall exposed to the preliminary opening to form an opening having an extended inlet portion;
Forming a charge trapping pattern and a tunnel insulation pattern on sidewalls of the opening;
Forming a channel film in the opening to be electrically connected to the semiconductor substrate; And
And forming gate electrodes of memory cells and a selection transistor on side surfaces of the channel film.
상기 개구부의 측벽 및 저면 프로파일을 따라 전하 트랩핑막 및 터널 절연막을 형성하는 단계; 및
상기 개구부 저면에 형성된 전하 트랩핑막 및 터널 절연막을 식각하는 단계를 포함하는 수직형 메모리 소자의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the charge trapping pattern and the tunnel insulating film pattern,
Forming a charge trapping film and a tunnel insulating film along sidewalls and bottom surfaces of the openings; And
And etching the charge trapping film and the tunnel insulating film formed on the bottom of the opening.
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KR1020120038403A KR20130115777A (en) | 2012-04-13 | 2012-04-13 | Methods of manufacturing vertical memory devices |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20150057226A (en) * | 2013-11-19 | 2015-05-28 | 삼성전자주식회사 | Vertical memory devices and methods of manufacturing the same |
-
2012
- 2012-04-13 KR KR1020120038403A patent/KR20130115777A/en not_active Application Discontinuation
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