KR20110001592A - Method for fabricating vertical channel type non-volatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비휘발성 메모리 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 수직채널형 비휘발성 메모리 소자 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a nonvolatile memory device, and more particularly, to a method of manufacturing a vertical channel type nonvolatile memory device.
메모리 소자는 전원공급 차단시 데이터의 유지 여부에 따라 휘발성 메모리 소자와 비휘발성 메모리 소자로 나누어진다. 휘발성 메모리 소자는 전원공급 차단시 데이터가 소멸되는 메모리 소자로서, 디램 및 에스램이 이에 속한다. 비휘발성 메모리 소자는 전원공급이 차단되더라도 저장된 데이터가 그대로 유지되는 메모리 소자로서, 플래시 메모리 소자가 이에 속한다.The memory device is divided into a volatile memory device and a nonvolatile memory device according to whether data is maintained when the power supply is cut off. Volatile memory devices are memory devices in which data is lost when a power supply is cut off, and DRAM and SRAM are examples thereof. A nonvolatile memory device is a memory device in which stored data is maintained even when a power supply is cut off, and a flash memory device belongs to the nonvolatile memory device.
특히, 전하트랩형 비휘발성 메모리 소자는 기판 상에 형성된 터널절연막, 전하트랩막, 전하차단막 및 콘트롤 게이트 전극으로 이루어지며, 상기 전하트랩막 내의 깊은 준위 트랩 사이트(deep level trap site)에 전하를 트랩하여 데이터를 저장하게 된다.In particular, the charge trap type nonvolatile memory device includes a tunnel insulating film, a charge trap film, a charge blocking film, and a control gate electrode formed on a substrate, and traps charge at a deep level trap site in the charge trap film. To save the data.
그러나, 종래 기술에 따른 평판형 비휘발성 메모리 소자의 경우, 메모리 소자의 집적도 향상에 한계가 있다. 따라서, 최근에는 기판으로부터 수직으로 스트링을 배열하는 수직채널형 비휘발성 메모리 소자가 제안되고 있다. 여기서, 수직채널형 비휘발성 메모리 소자는 기판상에 하부 선택 트랜지스터, 복수의 메모리 셀 및 상부 선택 트랜지스터가 차례로 적층된 구조로, 기판으로부터 수직으로 배열되는 스트링을 통해 메모리 소자의 집적도를 향상시킬 수 있다.However, in the case of the planar nonvolatile memory device according to the prior art, there is a limit in improving the degree of integration of the memory device. Therefore, recently, a vertical channel type nonvolatile memory device in which strings are arranged vertically from a substrate has been proposed. Here, the vertical channel type nonvolatile memory device has a structure in which a lower selection transistor, a plurality of memory cells, and an upper selection transistor are sequentially stacked on a substrate, and thus the integration degree of the memory device may be improved through a string arranged vertically from the substrate. .
이하, 도면을 참조하여 종래기술에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 살펴보도록 한다.Hereinafter, a vertical channel type nonvolatile memory device manufacturing method according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical channel type nonvolatile memory device according to the prior art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 층간절연막(11) 및 게이트 전극용 도전막(12)을 번갈아 반복하여 적층한다. 이때,층간절연막(11) 및 게이트 전극용 도전막(12)은 두 개가 하나의 스택(Stack)을 이루며, 후속 식각공정을 통해 게이트 전극용 도전막(12)은 각 층간절연막(11)에 의해 절연되는 메모리 셀을 형성한다. 또한, 반도체 소자의 고집적화를 위해 층간절연막(11) 및 게이트 전극용 도전막(12)의 적층으로 구성된 스택(Stack)이 여러층(1st, 2nd, 3rd,...Nth Stack)으로 반복하여 적층된다. 이때, 하나의 스택은 수백A의 두께를 갖고, 수 내지 수십번 반복하여 적층하는 것이 통상적이다.As shown in FIG. 1A, the
이어서, 층간절연막(11) 및 게이트 전극용 도전막(12)이 번갈아 반복하여 적층된 스택 상에 하드마스크층(13) 및 반사방지막(14)을 형성한다. 하드마스크 층(13) 및 반사방지막(14)은 층간절연막(11) 및 게이트 전극용 도전막(12)을 식각하기 위한 것으로, 통상적으로 층간절연막(11) 및 게이트 전극용 도전막(12)과 식각선택비를 갖는 물질로 형성하며, 적층된 스택의 수가 많을 수록 식각마진 확보를 위해 더 두껍게 형성된다.Subsequently, the
이어서, 반사방지막(14) 상에 감광막 패턴(15)을 형성한다. 감광막 패턴(15)은 반사방지막(14) 상에 감광막을 코팅하고, 노광 및 현상으로 채널 예정영역이 오픈되도록 패터닝하여 형성할 수 있다.Subsequently, the
도 1b에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(15)을 식각정벽으로 반사방지막(14A) 및 하드마스크층(13A)을 식각한다.As shown in FIG. 1B, the
도 1c에 도시된 바와 같이, 하드마스크층(13A)을 식각장벽으로 게이트 전극용 도전막(12, 도 1b 참조) 및 층간절연막(11, 도 1b 참조)을 식각하여, 층간절연막(11A)에 의해 절연되는 메모리 셀(12A)을 형성하고, 동시에 기판(10)을 오픈시키는 채널용 콘택 홀(16)이 형성된다.As shown in FIG. 1C, the gate electrode conductive film 12 (see FIG. 1B) and the interlayer insulating film 11 (see FIG. 1B) are etched using the
위와 같이, 종래 기술은 수직 채널형 비휘발성 메모리 소자를 형성하기 위해, 기판(10) 상에 층간절연막(11) 및 게이트 전극용 도전막(12)을 번갈아 반복하여 적층한 후, 하드마스크층을 식각장벽으로 이용하여 식각을 진행하였다. As described above, in order to form a vertical channel type nonvolatile memory device, the prior art alternately stacks an
그러나, 종래 기술은 반도체 소자의 집적화가 진행될 수록 적층되는 스택의 수가 더 높아 짐에 따라 더욱 높은 하드마스크층의 두께를 필요로 하며, 하드마스크층의 두께를 높일 수록 콘택 홀 식각이 어려워지는 문제점이 있다. However, the conventional technology requires a higher thickness of the hard mask layer as the number of stacked stacks increases as the integration of semiconductor devices progresses, and as the thickness of the hard mask layer increases, contact hole etching becomes more difficult. have.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자 제조 방법의 문제점을 설명하기 위한 단면도 및 SEM사진이다.2A and 2B are cross-sectional views and SEM photographs for explaining problems of the method for manufacturing a vertical channel type nonvolatile memory device according to the related art.
도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(20) 상에 층간절연막(21) 및 게이트 전극용 도전막(22)을 적층한 후, 통상적으로 사용되는 비정질카본 하드마스크 패턴(23)과 실리콘산화질화막(24)을 식각장벽으로 사용하여 채널용 콘택 홀(26)을 형성한다. As shown in FIG. 2A, after the
그러나, 통상적으로 사용되는 비정질카본의 경우, 스트레스(Stress)에 의해 10000A 이상의 두께로 증착하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 상대적으로 소프트(Soft)한 비정질카본의 물성에 의해 식각공정 진행시 비정질카본에 보잉('B', Bowing)이 발생되면서, 콘택 홀(26)의 탑 어택(Top Attack) 또는 탑 부분이 넓어지는 와이드닝(Widening) 현상을 유발하는 문제점이 있다.However, in the case of amorphous carbon that is commonly used, there is a problem that it is difficult to deposit a thickness of 10000A or more due to stress. In addition, due to the properties of relatively soft amorphous carbon, bowing ('B') occurs in the amorphous carbon during the etching process, so that the top attack or the top portion of the
도 2b를 참조하면, 비정질카본 하드마스크 패턴을 이용하여 식각을 진행한 SEM사진에서 과도하게 커진 개구부의 선폭(Critical Dimension)과 측벽의 거친형상 및 콘택 홀 바닥부의 선폭(CD)이 매우 작은 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 2B, in the SEM photograph of the etching using the amorphous carbon hard mask pattern, the critical dimension of the excessively large opening, the rough shape of the sidewall, and the line width (CD) of the bottom of the contact hole are very small. can do.
상기와 같은 문제점은, 소자의 고집적화를 위해 적층되는 스택의 수가 증가될수록 더욱 가중되어 공정을 더욱 어렵게 한다. The above problems are more aggravated as the number of stacks stacked for higher integration of the device increases, making the process more difficult.
또한, 비정질 카본이 아닌, 층간절연막 및 게이트 전극용 도전막과 다른 물질로 하드마스크를 적용하는 경우, 예컨대 층간절연막이 산화막이고, 게이트 전극용 도전막이 폴리실리콘이라고 가정할 때, 하드마스크를 질화막 또는 금속박막으로 사용할 수 있다. In addition, when a hard mask is applied with a material different from the interlayer insulating film and the gate electrode conductive film other than amorphous carbon, for example, when the interlayer insulating film is an oxide film and the conductive film for the gate electrode is polysilicon, the hard mask is a nitride film or It can be used as a metal thin film.
그러나, 질화막 또는 금속박막 역시 필름 스트레스(Film Stress) 및 증착 시간 과다 등의 문제로 인해 두께를 증가시키기 어려우며, 두께를 증가시킨다고 하여 도 생산성이 저하되거나, 공정상 불량이 유발되어, 공정을 더욱 어렵게 한다. 더욱이, 콘택 홀 식각 후 제거가 어려운 단점이 있다. 즉, 비정질 카본의 경우 감광막 스트립 공정으로 쉽게 제거가 가능하나, 질화막 또는 금속박막의 경우 식각 또는 평탄화 등의 별도의 제거 공정을 추가로 진행해야 한다. 또한, 질화막 하드마스크의 경우 콘택 홀 식각시 폴리머 발생이 유발되어 콘택 홀의 오픈불량(예컨대, 낫오픈)을 유발하는 문제점이 있다.However, it is difficult to increase the thickness of the nitride film or the metal thin film due to problems such as film stress and excessive deposition time, and even if the thickness is increased, productivity decreases or process defects are caused, making the process more difficult. do. Moreover, there is a disadvantage that it is difficult to remove after contact hole etching. That is, in the case of amorphous carbon can be easily removed by a photosensitive film strip process, in the case of a nitride film or a metal thin film, a separate removal process such as etching or planarization should be additionally performed. In addition, in the case of the nitride film hard mask, a polymer is generated when the contact hole is etched, thereby causing an open defect (eg, open) of the contact hole.
따라서, 상기의 문제점을 해결하면서 손쉽게 제거가 가능한 하드마스크 적용기술이 필요하다.Therefore, there is a need for a hard mask application technique that can be easily removed while solving the above problems.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 증착 및 제거가 쉽고, 콘택 홀의 탑 어택 및 바닥부의 선폭을 확보할 수 있는 하드마스크를 포함하는 수직채널형 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, a method of manufacturing a vertical channel type nonvolatile memory device including a hard mask that is easy to deposit and remove, and secures the line width of the top attack and the bottom of the contact hole. The purpose is to provide.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수직채널형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법은 기판 상에 층간절연막 및 도전막이 적층된 스택을 반복하여 적층하는 단계; 상기 스택 상에 상기 층간절연막과 유사 계열의 물질로 하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 하드마스크 패턴을 식각마스크로 상기 도전막 및 층간절연막을 식각하여 채널용 콘택 홀을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 스택의 최상층은 도전막인 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a vertical channel type nonvolatile memory device, the method comprising: repeatedly stacking a stack in which an interlayer insulating film and a conductive film are stacked on a substrate; Forming a hard mask pattern on the stack using a material similar to that of the interlayer insulating film; Forming a contact hole for a channel by etching the conductive layer and the interlayer insulating layer using the hard mask pattern as an etch mask, wherein the uppermost layer of the stack is a conductive layer.
특히, 상기 층간절연막은 산화막이고, 상기 도전막은 폴리실리콘이며, 상기 하드마스크층은 산화막 계열로 형성하되, 상기 하드마스크층은 상기 층간절연막보다 식각내성이 좋은 물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.Particularly, the interlayer insulating film is an oxide film, the conductive film is polysilicon, and the hard mask layer is formed of an oxide film, and the hard mask layer is formed of a material having better etching resistance than the interlayer insulating film.
또한, 상기 하드마스크 패턴을 형성하기 전에 상기 스택 상부에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 보호막은 상기 층간절연막 및 도전막과 선택비가 다른 물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.The method may further include forming a passivation layer on the stack before forming the hard mask pattern, wherein the passivation layer is formed of a material having a selectivity different from that of the interlayer insulating layer and the conductive layer.
또한, 상기 채널용 콘택 홀이 형성되는 단계에서, 상기 층간절연막 및 도전막이 식각되는 것과 동시에 상기 하드마스크 패턴이 점차적으로 식각되면서 제거되는 것을 특징으로 한다.In the step of forming the channel contact hole, the hard mask pattern is gradually etched and simultaneously removed while the interlayer insulating layer and the conductive layer are etched.
또한, 상기 스택은 2번 내지 128번 반복하여 적층되며, 상기 층간절연막 및 도전막이 적층된 하나의 상기 스택은 200Å∼800Å의 두께인 것을 특징으로 한다.In addition, the stack is repeatedly stacked 2 to 128 times, and the stack in which the interlayer insulating film and the conductive film are stacked is 200 mW to 800 mW.
또한, 상기 하드마스크 패턴의 두께는 적어도 상기 적층된 층간절연막의 총 두께보다 두껍게 형성하는 것을 특징으로 한다.The hard mask pattern may have a thickness greater than at least the total thickness of the laminated interlayer insulating film.
또 다른 실시예로는 기판 상에 층간절연막 및 도전막이 적층된 스택을 반복하여 적층하는 단계; 상기 스택 상에 상기 도전막과 유사 계열의 물질로 하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 하드마스크 패턴을 식각마스크로 상기 도전막 및 층간절연막을 식각하여 채널용 콘택 홀을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 스택의 최상층은 층간절연막인 것을 특징으로 한다.Another embodiment includes repeating stacking a stack of interlayer insulating films and conductive films stacked on a substrate; Forming a hard mask pattern on the stack using a material similar to that of the conductive film; Forming a contact hole for a channel by etching the conductive layer and the interlayer insulating layer using the hard mask pattern as an etch mask, wherein the uppermost layer of the stack is an interlayer insulating layer.
특히, 상기 층간절연막은 산화막이고, 상기 도전막은 폴리실리콘이며, 상기 하드마스크층은 폴리실리콘 계열로 형성하되, 상기 하드마스크층은 상기 도전막보다 식각내성이 좋은 물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.Particularly, the interlayer insulating film is an oxide film, the conductive film is polysilicon, and the hard mask layer is formed of polysilicon, and the hard mask layer is formed of a material having better etching resistance than the conductive film.
상술한 수직채널형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법은 식각 공정과 동시에 점차적으로 식각되는 하드마스크 패턴을 적용함으로써, 쉽게 제거가 가능하고, 식각 마진 및 공정 마진이 확보되며, 콘택 홀 바닥부의 선폭이 좁아지는 것을 방지하 는 효과가 있다.The above-described manufacturing method of the vertical channel type nonvolatile memory device can be easily removed by applying a hard mask pattern which is gradually etched at the same time as the etching process, ensuring an etching margin and a process margin, and narrowing the line width at the bottom of the contact hole. It is effective to prevent losing.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS 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. .
((실시예 1))(Example 1)
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical channel type nonvolatile memory device according to a first embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 소스 라인, 하부 선택트랜지스터 등 요구되는 하부구조물이 형성된 기판(30) 상에 층간절연막(31) 및 게이트 전극용 도전막(32)을 번갈아 적층한다. 층간절연막(31)은 후속 메모리 셀 간의 층간절연을 위한 것으로, 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 게이트 전극용 도전막(32)은 후속 식각공정을 통해 메모리 셀을 형성하기 위한 것으로, 도전물질로 형성하며, 폴리실리콘(Poly Silicon)으로 형성하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 3A, an
층간절연막(31) 및 게이트 전극용 도전막(32)은 두 층이 하나의 스택(Stack)을 이루고, 스택이 적층되어 스트링(String)을 구성한다. 이때, 층간절연막(31) 및 게이트 전극용 도전막(32)의 적층으로 구성된 하나의 스택은 200Å∼800Å의 두께를 갖는다.In the
반도체 소자의 고집적화가 진행되면서 하나의 스트링에 더 많은 메모리 셀을 포함하기 위해서는, 적층되는 스택의 개수를 증가시켜야 한다. 이를 위해, 층간절연막(31) 및 게이트 전극용 도전막(32)의 적층으로 구성된 스택(Stack)이 여러층(1st, 2nd, 3rd,,, N-1th, Nth Stack)으로 반복하여 적층되는데, 이때 적층횟수는 2 내지 128번 반복하여 적층하는 것이 바람직하다. As the integration of semiconductor devices increases, the number of stacked stacks must be increased in order to include more memory cells in one string. To this end, a stack consisting of a stack of the
도 3b에 도시된 바와 같이, 층간절연막(31) 및 게이트 전극용 도전막(32)이 번갈아 반복하여 적층된 스택 상에 하드마스크층(33)을 형성한다. 하드마스크층(33)은 층간절연막(31) 및 게이트 전극용 도전막(32)을 식각하기 위한 것으로, 층간절연막(31) 또는 게이트 전극용 도전막(32)과 동일 계열 또는 유사 계열의 물질로 형성하되, 식각내성이 더 높은 재료로 형성하며, 스택의 최상층과 반대되는 물질로 형성하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3B, the
즉, 스택의 최상층에 층간절연막(31)을 형성하는 경우, 하드마스크층(33)은 게이트 전극용 도전막(32)과 동일 계열 또는 유사 계열로 형성하며, 스택의 최상층에 게이트 전극용 도전막(32)을형성하는 경우, 하드마스크층(33)은 층간절연막(31)과 동일 계열 또는 유사 계열로 형성한다.That is, when the
또한, 하드마스크층(33)은 층간절연막(31) 또는 게이트 전극용 도전막(32)의 총 두께의 일정두께 이상으로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 스택의 최상층에 층간절연막(31)을 형성하는 경우, 하드마스크층(33)의 두께는, 적어도 기판(30) 상에 형성된 게이트 전극용 도전막(32) 들의 총 두께 이상으로 형성한다. 이는, 하드마스크층(33)이 층간절연막(31) 또는 게이트 전극용 도전막(32)과 동일 계열 또는 유사 계열로 형성되어, 후속 식각공정에서 식각이 진행됨에 따라 하드마스크층(33) 역시 계속적으로 식각되기 때문이다. 하드마스크층(33)을 총 두께 이상으로 형성하지 않으면 하드마스크층(33)이 식각공정 중에 모두 제거되어 콘택 홀에 오픈불량이 발생하거나, 콘택 홀 탑 부분이 손실될 수 있으므로, 반드시 대상이 되는 물질의 총 두께 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the
본 발명의 제1실시예에서는 스택의 최상층에 층간절연막(31)이 형성되는 경우를 가정하여 설명하기로 한다. 따라서, 하드마스크층(33)은 게이트 전극용 도전막(32)과 동일 계열 또는 유사 계열로 형성하는 것이 바람직하다. In the first embodiment of the present invention, a description will be given on the assumption that the
게이트 전극용 도전막(32)이 폴리실리콘인 경우, 하드마스크층(33) 역시 폴리실리콘 계열로 형성하며, 이때, 게이트 전극용 도전막(32)이 도프드 폴리실리콘(Doped Poly Silicon)이라면, 하드마스크층(33)은 이보다 식각내성이 높은 언도프드 폴리실리콘(Undoped Poly Silicon)으로 형성하는 것이 바람직하다. When the gate electrode
위와 같이, 피식각층(예컨대, 게이트 전극용 도전막(32))보다 식각내성이 높은 물질로 하드마스크층(33)을 형성하면, 식각시 효과적인 마스크 역할이 가능하므로, 하드마스크층(33)의 높이를 과도하게 높게 형성하지 않아도 되는 장점이 있다.As described above, when the
이어서, 하드마스크층(33) 상에 감광막 패턴(34)을 형성한다. 감광막 패턴(34)은 하드마스크층(33) 상에 감광막을 코팅하고, 노광 및 현상으로 채널 예정지역이 오픈되도록 패터닝하여 형성한다. 감광막 패턴(34) 형성시 반사방지를 위해 감광막 패턴(34)을 형성하기 전에 반사방지막을 추가로 형성할 수 있다.Subsequently, a
도 3c에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(34, 도 3b 참조)을 식각장벽으로 하드마스크층(33, 도 3b 참조)을 식각하여 하드마스크 패턴(33A)을 형성한다.As shown in FIG. 3C, the hard mask layer 33 (see FIG. 3B) is etched using the photoresist pattern 34 (see FIG. 3B) as an etch barrier to form the
이어서, 감광막 패턴(34, 도 3b 참조)을 제거한다. 감광막 패턴(34)은 건식식각으로 제거할 수 있으며, 건식식각은 산소 스트립 공정으로 진행할 수 있다. Next, the photosensitive film pattern 34 (refer FIG. 3B) is removed. The
감광막 패턴(34, 도 3b 참조)을 제거함으로써, 스택 상부에는 채널 예정영역이 오픈된 하드마스크 패턴(33A) 만 잔류한다. 이는 후속 식각공정에서 하드마스크 패턴(33A)의 자동 제거(Auto Removal)를 위한 것이다. 즉, 후속 식각공정에서 하드마스크 패턴(33A)은 식각이 진행됨에 따라 점차적으로 식각됨으로써, 콘택 홀이 완성되는 시점에서는 하드마스크 패턴(33A)이 거의 제거되어 별도의 제거 공정을 실시하지 않아도 되는 장점이 있다. 이에 대하여는 후속 공정에서 상세히 설명하기로 한다.By removing the photoresist pattern 34 (refer to FIG. 3B), only the
도 3d 내지 도 3f에 도시된 바와 같이, 하드마스크 패턴(33A)을 식각장벽으로 층간절연막(31, 도 3c 참조) 및 게이트 전극용 도전막(32, 도 3c 참조)을 식각하여 채널용 콘택 홀(35) 및 각 층간절연막 패턴(31A)에 의해 절연되는 메모리 셀(32A)을 형성한다. As shown in FIGS. 3D to 3F, the interlayer insulating film 31 (see FIG. 3C) and the gate electrode conductive film 32 (see FIG. 3C) are etched using the
하드마스크 패턴(33A)은 도 3d 및 도 3e에 도시된 바와 같이, 식각 공정이 진행됨에 따라 하드마스크 패턴(33A) 역시 점차적으로 식각되면서 그 높이가 낮아지며, 콘택 홀(35)이 완성되는 시점에서는 하드마스크 패턴(33A)이 모두 제거되어 별도의 제거 공정을 진행하지 않게 된다. 하드마스크 패턴(33A)의 제거 공정을 별도로 실시하지 않는 만큼 공정 마진이 확보되며, 생산성이 향상되는 장점이 있다.As shown in FIGS. 3D and 3E, as the etching process proceeds, the
또한, 하드마스크 패턴(33A)의 높이가 낮아지면서 식각 깊이 즉, 식각 가스가 피 식각층을 식각하기 위해 도달해야 할 깊이가 종래 기술(도 1c 참조)에 비하 여 낮아지므로, 그만큼 식각 마진을 확보할 수 있으며, 따라서 콘택 홀(35) 바닥부의 선폭(Critical Dimension)이 좁아지는 것을 방지하여 일정 선폭의 확보가 가능하다.In addition, as the height of the
((실시예 2))(Example 2)
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제2실시예에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.4A to 4F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical channel type nonvolatile memory device according to a second embodiment of the present invention.
도 4a에 도시된 바와 같이, 소스 라인, 하부 선택트랜지스터 등 요구되는 하부구조물이 형성된 기판(40) 상에 층간절연막(41) 및 게이트 전극용 도전막(42)을 번갈아 적층한다. 층간절연막(41)은 후속 메모리 셀 간의 층간절연을 위한 것으로, 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 게이트 전극용 도전막(42)은 후속 식각공정을 통해 메모리 셀을 형성하기 위한 것으로, 도전물질로 형성하며, 폴리실리콘(Poly Silicon)으로 형성하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 4A, an
층간절연막(41) 및 게이트 전극용 도전막(42)은 두 층이 하나의 스택(Stack)을 이루고, 스택이 적층되어 스트링(String)을 구성한다. 이때, 층간절연막(41) 및 게이트 전극용 도전막(42)의 적층으로 구성된 하나의 스택은 200Å∼800Å의 두께를 갖는다.In the
반도체 소자의 고집적화가 진행되면서 하나의 스트링에 더 많은 메모리 셀을 포함하기 위해서는, 적층되는 스택의 개수를 증가시켜야 한다. 이를 위해, 층간절연막(41) 및 게이트 전극용 도전막(42)의 적층으로 구성된 스택(Stack)이 여러층(1st, 2nd, 3rd,,, N-1th, Nth Stack)으로 반복하여 적층되는데, 이때 적층횟수 는 2번 내지 128번 반복하여 적층하는 것이 바람직하다. As the integration of semiconductor devices increases, the number of stacked stacks must be increased in order to include more memory cells in one string. To this end, a stack consisting of a stack of the
이어서, 층간절연막(41) 및 게이트 전극용 도전막(42)이 번갈아 반복하여 적층된 스택 상에 보호막(43)을 형성한다. 보호막(43)은 후속 콘택 홀 형성시, 콘택 홀의 탑 부분의 손상을 보호하기 위한 것으로, 하부 스택과 선택비를 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다.Subsequently, the
도 4b에 도시된 바와 같이, 보호막(43) 상에 하드마스크층(44)을 형성한다. 하드마스크층(44)은 층간절연막(41) 및 게이트 전극용 도전막(42)을 식각하기 위한 것으로, 층간절연막(41) 또는 게이트 전극용 도전막(42)과 동일 계열 또는 유사 계열의 물질로 형성하되, 식각내성이 더 높은 재료로 형성하며, 스택의 최상층과 반대되는 물질로 형성하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 4B, the
즉, 스택의 최상층에 층간절연막(41)을 형성하는 경우, 하드마스크층(44)은 게이트 전극용 도전막(42)과 동일 계열 또는 유사 계열로 형성하며, 스택의 최상층에 게이트 전극용 도전막(42)을형성하는 경우, 하드마스크층(44)은 층간절연막(41)과 동일 계열 또는 유사 계열로 형성한다.That is, when the
또한, 하드마스크층(44)은 층간절연막(41) 또는 게이트 전극용 도전막(42)의 총 두께의 일정두께 이상으로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 스택의 최상층에 층간절연막(41)을 형성하는 경우, 하드마스크층(44)의 두께는, 적어도 기판(40) 상에 형성된 게이트 전극용 도전막(42) 들의 총 두께 이상으로 형성한다. 이는, 하드마스크층(43)이 층간절연막(41) 또는 게이트 전극용 도전막(42)과 동일 계열 또는 유사 계열로 형성되어, 후속 식각공정에서 식각이 진행됨에 따라 하드마스크층(44) 역시 계속적으로 식각되기 때문이다. 하드마스크층(44)을 총 두께 이상으로 형성하지 않으면 하드마스크층44)이 식각공정 중에 모두 제거되어 콘택 홀에 오픈불량이 발생하거나, 콘택 홀 탑 부분이 손실될 수 있으므로, 반드시 대상이 되는 물질의 총 두께 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the
본 발명의 제2실시예에서는 스택의 최상층에 층간절연막(41)이 형성되는 경우를 가정하여 설명하기로 한다. 따라서, 하드마스크층(44)은 게이트 전극용 도전막(42)과 동일 계열 또는 유사 계열로 형성하는 것이 바람직하다. In the second embodiment of the present invention, it is assumed that the
게이트 전극용 도전막(42)이 폴리실리콘인 경우, 하드마스크층(44) 역시 폴리실리콘 계열로 형성하며, 이때, 게이트 전극용 도전막(42)이 도프드 폴리실리콘(Doped Poly Silicon)이라면, 하드마스크층(44)은 이보다 식각내성이 높은 언도프드 폴리실리콘(Undoped Poly Silicon)으로 형성하는 것이 바람직하다. When the gate electrode
위와 같이, 피식각층(예컨대, 게이트 전극용 도전막(42))보다 식각내성이 높은 물질로 하드마스크층(44)을 형성하면, 식각시 효과적인 마스크 역할이 가능하므로, 하드마스크층(44)의 높이를 과도하게 높게 형성하지 않아도 되는 장점이 있다.As described above, when the
이어서, 하드마스크층(44) 상에 감광막 패턴(45)을 형성한다. 감광막 패턴(45)은 하드마스크층(44) 상에 감광막을 코팅하고, 노광 및 현상으로 채널 예정지역이 오픈되도록 패터닝하여 형성한다. 감광막 패턴(45) 형성시 반사방지를 위해 감광막 패턴(45)을 형성하기 전에 반사방지막을 추가로 형성할 수 있다.Subsequently, the
도 4c에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(45, 도 4b 참조)을 식각장벽으로 하드마스크층(45, 도 4b 참조) 및 보호막(43, 도 4b 참조)을 식각하여 하드마스크 패 턴(44A) 및 보호막 패턴(43A)을 형성한다.As shown in FIG. 4C, the
이어서, 감광막 패턴(45, 도 4b 참조)을 제거한다. 감광막 패턴(45)은 건식식각으로 제거할 수 있으며, 건식식각은 산소 스트립 공정으로 진행할 수 있다. Next, the photosensitive film pattern 45 (refer FIG. 4B) is removed. The
감광막 패턴(45, 도 4b 참조)을 제거함으로써, 스택 상부에는 채널 예정영역이 오픈된 하드마스크 패턴(44A) 및 보호막 패턴(43A) 만 잔류한다. 이는 후속 식각공정에서 하드마스크 패턴(44A)의 자동 제거(Auto Removal)를 위한 것이다. 즉, 후속 식각공정에서 하드마스크 패턴(44A)은 식각이 진행됨에 따라 점차적으로 식각됨으로써, 콘택 홀이 완성되는 시점에서는 하드마스크 패턴(44A)이 거의 제거되어 별도의 제거 공정을 실시하지 않아도 되는 장점이 있다. 이에 대하여는 후속 공정에서 상세히 설명하기로 한다.By removing the photoresist pattern 45 (refer to FIG. 4B), only the
도 4d 내지 도 4f에 도시된 바와 같이, 하드마스크 패턴(44A)을 식각장벽으로 층간절연막(41, 도 4c 참조) 및 게이트 전극용 도전막(42, 도 4c 참조)을 식각하여 채널용 콘택 홀(46) 및 각 층간절연막 패턴(31A)에 의해 절연되는 메모리 셀(42A)을 형성한다. As shown in FIGS. 4D to 4F, the interlayer insulating film 41 (see FIG. 4C) and the gate electrode conductive film 42 (see FIG. 4C) are etched using the
하드마스크 패턴(44A)은 도 4d 및 도 4e에 도시된 바와 같이, 식각 공정이 진행됨에 따라 하드마스크 패턴(44A) 역시 점차적으로 식각되면서 그 높이가 낮아지며, 콘택 홀(46)이 완성되는 시점에서는 하드마스크 패턴(44A)이 모두 제거되어 별도의 제거 공정을 진행하지 않게 된다. 하드마스크 패턴(44A)의 제거 공정을 별도로 실시하지 않는 만큼 공정 마진이 확보되며, 생산성이 향상되는 장점이 있다.As shown in FIGS. 4D and 4E, as the etching process proceeds, the
또한, 하드마스크 패턴(44A)의 높이가 낮아지면서 식각 깊이 즉, 식각 가스 가 피 식각층을 식각하기 위해 도달해야 할 깊이가 종래 기술(도 1c 참조)에 비하여 낮아지므로, 그만큼 식각 마진을 확보할 수 있으며, 따라서 콘택 홀(46) 바닥부의 선폭(Critical Dimension)이 좁아지는 것을 방지하여 일정 선폭의 확보가 가능하다.In addition, as the height of the
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도,1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical channel type nonvolatile memory device according to the prior art;
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자 제조방법의 문제점을 설명하기 위한 단면도 및 SEM사진,2A and 2B are cross-sectional views and SEM photographs for explaining a problem of a method of manufacturing a vertical channel type nonvolatile memory device according to the prior art;
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도,3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical channel type nonvolatile memory device according to a first embodiment of the present invention;
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제2실시예에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.4A through 4F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical channel type nonvolatile memory device according to a second embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
30 : 기판 31 : 층간절연막30
32 : 게이트 전극용 도전막 33 : 하드마스크층32: conductive film for gate electrode 33: hard mask layer
34 : 감광막 패턴 35 : 콘택 홀34: photosensitive film pattern 35: contact hole
Claims (22)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090059173A KR20110001592A (en) | 2009-06-30 | 2009-06-30 | Method for fabricating vertical channel type non-volatile memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020090059173A KR20110001592A (en) | 2009-06-30 | 2009-06-30 | Method for fabricating vertical channel type non-volatile memory device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110001592A true KR20110001592A (en) | 2011-01-06 |
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ID=43610136
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020090059173A KR20110001592A (en) | 2009-06-30 | 2009-06-30 | Method for fabricating vertical channel type non-volatile memory device |
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Country | Link |
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KR (1) | KR20110001592A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9276133B2 (en) | 2013-05-13 | 2016-03-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Vertical memory devices and method of manufacturing the same |
KR20160058031A (en) * | 2014-11-14 | 2016-05-24 | 램 리써치 코포레이션 | Plated metal hard mask for vertical nand hole etch |
-
2009
- 2009-06-30 KR KR1020090059173A patent/KR20110001592A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9276133B2 (en) | 2013-05-13 | 2016-03-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Vertical memory devices and method of manufacturing the same |
KR20160058031A (en) * | 2014-11-14 | 2016-05-24 | 램 리써치 코포레이션 | Plated metal hard mask for vertical nand hole etch |
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