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KR100223676B1 - Method for manufacturing interlayer insulating film of memory cell used in nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Method for manufacturing interlayer insulating film of memory cell used in nonvolatile semiconductor memory device Download PDF

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KR100223676B1
KR100223676B1 KR1019970013850A KR19970013850A KR100223676B1 KR 100223676 B1 KR100223676 B1 KR 100223676B1 KR 1019970013850 A KR1019970013850 A KR 1019970013850A KR 19970013850 A KR19970013850 A KR 19970013850A KR 100223676 B1 KR100223676 B1 KR 100223676B1
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interlayer insulating
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김종한
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윤종용
삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 전기적으로 소거 및 프로그램 가능한 불휘발성 반도체 메모리 장치에 사용되는 메모리 셀의 층간절연막의 제조방법에 관한 것으로, 이러한 제조방법은 네이티브 옥사이드막의 성장을 방지하기 위해, 800∼900℃에서

Figure kpo00001
와 희석 가스를 함유하는 분위기로 나이트라이데이션시키는 단계와; 상기
Figure kpo00002
가스를 배출한후 연속적으로 순수
Figure kpo00003
가스를 유입시키면서 950∼1050℃에서 소정 두께로 하부 산화막을 형성시키는 단계와; 연속적으로 순수
Figure kpo00004
가스 분위기에서 상기 하부 산화막에 질소를 침투시키는 단계와; 상기 반응한 가스를 배출시킨후 750∼950℃에서
Figure kpo00005
Figure kpo00006
의 반응으로 질화막을 침적시키는 단계와; 연속적으로 상기 반응한 가스를 배출시킨후 750∼950℃에서
Figure kpo00007
Figure kpo00008
의 반응으로 상부 산화막을 침적시키는 단계와; 연속적으로 950∼1050℃의 온도범위에서
Figure kpo00009
가스 분위기에서 상기 상부 산화막에 질소를 침투시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method of manufacturing an interlayer insulating film of a memory cell used in an electrically erasable and programmable nonvolatile semiconductor memory device, which method is performed at 800 to 900 ° C to prevent the growth of a native oxide film.
Figure kpo00001
And nitridating to an atmosphere containing the diluent gas; remind
Figure kpo00002
Pure water continuously after releasing gas
Figure kpo00003
Forming a lower oxide film at a predetermined thickness at 950 to 1050 ° C. while introducing gas; Continuously pure
Figure kpo00004
Infiltrating nitrogen into the lower oxide film in a gas atmosphere; After discharging the reacted gas at 750 ~ 950 ℃
Figure kpo00005
Wow
Figure kpo00006
Depositing a nitride film in response to; At 750-950 ° C. after continuously discharging the reacted gas
Figure kpo00007
Wow
Figure kpo00008
Depositing an upper oxide film by reaction of; Continuously in the temperature range of 950 ~ 1050 ℃
Figure kpo00009
And infiltrating nitrogen into the upper oxide film in a gas atmosphere.

Description

불휘발성 반도체 메모리 장치에 사용되는 메모리 셀의 층간절연막의 제조방법Method for manufacturing interlayer insulating film of memory cell used in nonvolatile semiconductor memory device

본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 전기적으로 소거 및 프로그램 가능한 불휘발성 반도체 메모리 장치에 사용되는 메모리 셀의 층간절연막의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor memory devices, and more particularly, to a method of manufacturing an interlayer insulating film of a memory cell used in an electrically erasable and programmable nonvolatile semiconductor memory device.

차세대 메모리시장의 유망한 디바이스중의 하나인 플래쉬 EEPROM의 경우 서브마이크론 디바이스 이하로 고집적화 하는데 있어서 중요한 제한요소 중의 하나가 프로그램-소거 사이클에 의한 스트레스에 따른 터널 옥사이드와 층간 절연막의 열화로 인한 문턱전압(threshold voltage)의 협소화(narrowing)와 데이타 보유(data retention) 특성의 감쇠(degradation)이다. 특히 불휘발성 메모리에서의 데이타 보유 성질은 결함이 상대적으로 많이 존재하는 층간 절연막의 두께나 성질에 의존하므로 스케일링(scaling)시의 제약이 크며, 커플링 비(coupling ratio)에서도 ONO구조의 두께를 설정하는데 있어서 단점으로 작용한다. 이러한 ONO구조를 사용하는 메모리 셀에 대한 개략적인 공정을 도 1에서 나타내었다.The flash EEPROM, one of the promising devices in the next-generation memory market, is one of the important limitations in the integration of sub-micron devices under thresholds due to deterioration of tunnel oxide and interlayer dielectrics due to stress caused by program-erase cycles. It is the narrowing of the voltage and the degradation of the data retention characteristics. In particular, the data retention property of nonvolatile memory depends on the thickness or property of interlayer insulating film where defects are relatively large, so that the scaling constraint is large, and the thickness of ONO structure is set even in coupling ratio. It is a disadvantage in doing this. A schematic process for a memory cell using such an ONO structure is shown in FIG.

도 1a∼도 1c는 통상적으로 불휘발성 반도체 메모리 장치의 메모리 셀을 제조하기 위한 순차적인 수직 단면도들이고, 도 2는 도 1c에 점선으로 표시된 영역 200의 구체적인 수직 단면도이다.1A to 1C are sequential vertical cross-sectional views for manufacturing a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory device, and FIG. 2 is a specific vertical cross-sectional view of a region 200 indicated by a dotted line in FIG. 1C.

도 1a는 씨모오스(CMOS)공정에 의해 엔형 또는 피형 불순물층을 형성하고, 이어서 필드 산화막(102A, 102B)을 형성한 후 제1전극층(104)을 적충하기까지의 공정을 나타낸 단면도로서, 먼저, 피형 실리콘기판(100)상에 사진과 이온주입기술, 그리고 고온 열처리 기술을 사용하여 피형 불순물층을 형성한 다음, 소자간 전기적 절연층을 만들기 위해 사진 공정으로 피형 기판과 피형 웰영역을 한정하여 고농도의 보론을 이온주입(101A, 101B)하고, 잘 알려진 부분산화법(LOCOS)등을 이용하여 피형 소자 분리층과 필드산화막(102A, 102B)을 형성한 다음 불필요한 막들을 제거하고 실리콘 표면층 또는 필드산화막(102A, 102B)상에 70100Å의 터널 옥사이드막(103)을 형성하고, 다음으로 불순물을 침적하여 도전층으로 만든 제1전극층(104)을 적층시키는 공정이 도시되어 있다.FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a process of forming an en-type or a dopant impurity layer by a CMOS process, and then forming the field oxide films 102A and 102B and then filling the first electrode layer 104. After forming the impurity layer using photo, ion implantation technology, and high temperature heat treatment technology on the silicon substrate 100, and then defining the substrate and the well region by a photo process to make an electrical insulating layer between the elements High concentrations of boron are ion implanted (101A, 101B), well-known partial oxidation method (LOCOS) and the like to form the device isolation layer and field oxide film (102A, 102B) and then remove unnecessary films and silicon surface layer or field oxide film A process of forming a 70100 터널 tunnel oxide film 103 on 102A and 102B, and then depositing impurities to stack the first electrode layer 104 made of a conductive layer is shown.

도 1b는 제1전극층(104)으로부터 층간절연막(105)의 적층까지의 공정을 도시하였다.FIG. 1B shows a process from the first electrode layer 104 to the lamination of the interlayer insulating film 105.

도 1b를 참조하면, 사진, 식각 공정을 이용하여 주변회로부를 감광제로 모두 도포한후, 메모리 셀 내의 제1전극층(104)의 패턴을 형성한다. 다음으로, 상기 감광제를 모두 제거한 다음 세정공정후 도 2에서와 같이 층간절연막(105)을 적층한다. 이때, 약 25℃/sec 이상으로 온도를 램프업(ramp-up) 시킬 수 있는 RTP 시스템을 이용한다. 먼저, 750℃1000℃사이의 온도범위에서 순수 암모니야 (

Figure kpo00011
) 또는
Figure kpo00012
나 Ar등과 같은 희석된 혼합가스 분위기에서 나이트라이데이션을 시켜 폴리 실리콘의 네이티브 옥사이드(Native Oxide)층의 성장을 방지한후 반응로에서 반응한 가스를 700℃ 이하로 온도를 하강시켜 배출시키고 연속적으로 9501100℃, 순수
Figure kpo00013
가스 분위기에서 소정량의 하부 옥사이드층(201)을 형성한 후 순수한
Figure kpo00014
또는
Figure kpo00015
가스를 사용 옥시나이트라이데이션시킨다. 그후 750950℃ 범위에서 500 torr 이하로
Figure kpo00016
Figure kpo00017
의 반응으로 질화막(202)을 침적시키고, 연속적으로
Figure kpo00018
Figure kpo00019
가스 반응으로 이루어지는 LPCVD에 의한 상부 옥사이드층(203)을 침적시킨다. 이 침적된 상하부 옥사이드(201, 203)층의 밀도를 높이고 층간 절연막 강도와 누설전류를 낮추기 위해 순수한
Figure kpo00020
또는
Figure kpo00021
가스를 사용하여, 다시 9501100℃ 온도범위에서 옥시나이트라이데이션시켜 ONO 층간절연막을 형성한다.Referring to FIG. 1B, after the peripheral circuit part is coated with a photosensitive agent by using a photo and etching process, a pattern of the first electrode layer 104 in the memory cell is formed. Next, after removing all the photosensitizer, the interlayer insulating film 105 is laminated as shown in FIG. 2 after the cleaning process. In this case, an RTP system capable of ramping up the temperature to about 25 ° C./sec or more is used. First, pure ammonia in the temperature range between 750 ℃ and 1000 ℃
Figure kpo00011
) or
Figure kpo00012
After nitration in a dilute mixed gas atmosphere such as Ar or the like to prevent growth of the native oxide layer of polysilicon, the reacted gas is discharged by lowering the temperature below 700 ° C and continuously discharged. 9501 100 ℃, pure water
Figure kpo00013
After forming a predetermined amount of the lower oxide layer 201 in a gas atmosphere
Figure kpo00014
or
Figure kpo00015
The gas is used oxynitride. Then below 500 torr in the range of 750950 ° C.
Figure kpo00016
Wow
Figure kpo00017
The nitride film 202 is deposited by the reaction of
Figure kpo00018
Wow
Figure kpo00019
The upper oxide layer 203 is deposited by LPCVD, which is a gas reaction. In order to increase the density of the deposited upper and lower oxide layers 201 and 203 and lower the interlayer dielectric strength and leakage current,
Figure kpo00020
or
Figure kpo00021
The gas was used to further oxynitride at a temperature range of 9501 100 ° C. to form an ONO interlayer insulating film.

도 1c를 참조하면, 주변회로부의 게이트 산화막(107)을 소정의 두께(약 120300Å)로 성장시키고, 메모리 셀의 제2전극층(107)으로 폴리실리콘을 10001500Å정도 적층한 다음, 인(phosphorous)을 다량 포함한

Figure kpo00022
를 침적시키거나, 이온주입기술을 통해 불순물을 이온주입하여 도전층으로 만들고, 그 위에 도전율을 높이기 위해 금속과 실리콘의 화합물인 폴리사이드를 10001500Å정도 도포한다. 그리고 메모리 셀의 스택형 게이트가 형성되는 영역만을 한정하여 동일 마스크에 의해 여러 막질을 차례로 식각하는 자기정합(self align) 식각법을 이용하여 적층된 제2전극층(107)과 층간절연층막(105) 그리고 제1전극층(104)을 차례로 식각하고 감광제를 모두 제거한 다음 제2전극층(107)으로 이루어진 주변회로부의 일반적인 모오스 트랜지스터의 게이트 형성을 위해 사진, 식각 기술을 이용하여 메모리 셀 영역은 감광제로 모두 가리고 주변회로부 영역만 한정하여 트랜지스터의 게이트를 형성한다. 이와는 반대로 상기 공정과 동일하게 사진 식각 공정으로 주변회로부의 트랜지스터의 게이트를 먼저 형성한 후 또 하나의 사진, 식각공정으로 셀 스택형 게이트를 상기와 같은 자기정합 식각법으로 형성한다. 이후 메모리 셀 트랜지스터와 주변회로부 트랜지스터를 완성한다.Referring to FIG. 1C, the gate oxide film 107 of the peripheral circuit portion is grown to a predetermined thickness (about 120300 GPa), and polysilicon is stacked on the second electrode layer 107 of the memory cell by about 10001500 GPa, and then phosphorus is formed. Massive
Figure kpo00022
Or by impregnating impurities through ion implantation technology to form a conductive layer, and to increase the conductivity thereon, 10001500 kPa of polyside, a compound of metal and silicon, is applied. The second electrode layer 107 and the interlayer dielectric layer film 105 which are stacked by using a self align etching method in which only the regions in which the stacked gates of the memory cells are formed are sequentially etched by the same mask. Then, the first electrode layer 104 is sequentially etched and all of the photosensitive agent is removed, and then the memory cell region is covered with the photosensitive agent by using photolithography and etching techniques to form a gate of a general MOS transistor of the peripheral circuit part formed of the second electrode layer 107. Only the peripheral circuit portion region is limited to form the gate of the transistor. On the contrary, the gate of the transistor of the peripheral circuit part is first formed by the photolithography process in the same manner as the above process, and then the cell stack gate is formed by the self-aligned etching method as described above. After that, the memory cell transistor and the peripheral circuit part transistor are completed.

상기 ONO구조의 특성은 ONO층의 두께비, 각 층의 물리적 성질, 상하부 옥사이드층의 절대두께에 대한 누설특성과 신뢰도에 민감하므로 차세대 고밀도, 저 파워 소자 개발의 응용시 각 층의 질적 향상이 시급하다. 또한, 전술한 바와 같이, 종래의 ONO구조를 가지는 층간절연막 기술은 저항로에서 800900℃, 순수

Figure kpo00023
분위기로 폴리실리콘을 소정량 산화 시킨후 상온 CVD 기술로
Figure kpo00024
등의 실리콘 소오스와
Figure kpo00025
를 반응시켜 질화막을 침적시키고 9001000℃에서 장시간 상기 질화막을 산화시켜 40-60Å 정도의 상부 옥사이드층을 형성시켜 제조된다. 이러한 구조에서, 디바이스 스케일링 다운시의 가장 큰 제약으로는 현재 사용중인 적층형(stacked) ONO층의 상부 산화막 형성시의 고온에 의한 버젯(high thermal budget)으로 인해 플로팅 게이트를 구성하는 폴리실리콘(polysilicon)에 도핑(doping)된 인의 침투에 의한 게이트 옥사이드의 열화 현상이다. 상기 상부 옥사이드층의 열적 버젯을 줄이기 위해서는 낮은 온도에서 형성되는 CVD 옥사이드층이나 상기 상부 옥사이드층의 대용으로 사용될 수 있는 고품질의 옥사이드층을 형성하기 위한 공정이 필요한 실정이다.The characteristics of the ONO structure are sensitive to the leakage ratio and reliability of the thickness ratio of the ONO layer, the physical properties of each layer, and the absolute thickness of the upper and lower oxide layers, so that the quality improvement of each layer is urgent in the application of the development of next generation high density and low power devices. . In addition, as described above, the conventional interlayer insulating film technology having the ONO structure is 800900 DEG C in pure water resistance.
Figure kpo00023
After oxidizing a predetermined amount of polysilicon in the atmosphere,
Figure kpo00024
With silicon sources such as
Figure kpo00025
The reaction was carried out to deposit a nitride film and to oxidize the nitride film at 9001000 ° C. for a long time to form an upper oxide layer of about 40-60 Pa. In this structure, the biggest limitation in scaling down the device is the polysilicon constituting the floating gate due to the high thermal budget at the time of forming the top oxide of the stacked ONO layer in use. Degradation of the gate oxide due to the penetration of phosphorus doped (doped). In order to reduce the thermal budget of the upper oxide layer, a process for forming a CVD oxide layer formed at a low temperature or a high quality oxide layer that can be used as a substitute for the upper oxide layer is required.

그러나, 상기 CVD 옥사이드층 자체는 얇게 두께를 조절하거나, 고품질의 집적화된 옥사이드 구조를 형성하기 어렵다. 또한, 다른 열적 ONO층의 문제점으로는 스케일링 다운시 호울 베리어 역할을 하는 상하부 옥사이드층의 두께는 스케일링 폭이 크지 않다. 그러므로, 중간층인 질화막의 두께감소가 효과적인데, 상부 옥사이드층의 형성시 고온에 의한 버젯을 사용하면 질화막의 두께가 얇아질수록 이 질화막 전체가 산화되는 위험이 늘어난다. 또한, 메모리 셀 내의 심한 단차부위에서 질화막 특성의 단일화(uniformity)가 유지되지 않으면 스케일링 다운시 큰 제약을 받게 된다. 두번째로는 폴리실리콘상에 형성되는 하부 옥사이드층의 품질인데 네이티브(Native) 옥사이드층의 존재로 접점(interface)의 품질이 감소하며, 효과적인 두께의 감소에 결정적인 요인인 네이티브 옥사이드층의 존재로 결함을 보완하기 위해 두꺼운 하부 옥사이드층을 형성해야 하므로 수직 스케일링 다운의 제약이 되며, 누설전류 증가의 중요한 원인이 되고 있다.However, the CVD oxide layer itself is difficult to control the thickness or form a high quality integrated oxide structure. In addition, another problem of the thermal ONO layer is that the thickness of the upper and lower oxide layers serving as the hole barrier during scaling down is not large. Therefore, the thickness reduction of the nitride film, which is an intermediate layer, is effective, and the use of a budget due to high temperature in the formation of the upper oxide layer increases the risk of oxidizing the entire nitride film as the thickness of the nitride film becomes thinner. In addition, if the uniformity of the nitride film characteristics is not maintained at a severe stepped portion in the memory cell, it is greatly limited when scaling down. The second is the quality of the lower oxide layer formed on polysilicon. The presence of the native oxide layer reduces the quality of the interface, and defects are caused by the presence of the native oxide layer which is the deciding factor in the effective thickness reduction. The thick bottom oxide layer has to be formed to compensate, which is a limitation of vertical scaling down and is an important cause of increase of leakage current.

부가적으로, 종래의 퍼니스와 상온 CVD 튜브를 사용해야하는 지금까지의 기술로는 이러한 네이티브 옥사이드층의 성장을 막지 못하며, 공정상의 복잡성으로 오염의 확률이 높아져 품질 저하의 한 요인이 되어 왔다.In addition, conventional techniques that require the use of conventional furnaces and room temperature CVD tubes do not prevent the growth of such native oxide layers, and the complexity of the process increases the probability of contamination and has been one of the factors of quality deterioration.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 네이티브 옥사이드층에 의한 접점의 품질 저하를 방지할 수 있는 메모리 셀의 층간절연막의 제조방법을 제공함에 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for manufacturing an interlayer insulating film of a memory cell that can prevent the degradation of the quality of the contact by the native oxide layer.

본 발명의 다른 목적은 얇은 양질의 층간절연막을 형성할 수 있는 메모리 셀의 층간절연막의 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an interlayer insulating film of a memory cell capable of forming a thin high quality interlayer insulating film.

본 발명의 또 다른 목적은 옥시나이트라이데이션을 이용하여 품질을 향상시킨 상하부 옥사이드층을 가지는 메모리 셀의 층간절연막의 제조방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing an interlayer insulating film of a memory cell having upper and lower oxide layers having improved quality using oxynitride.

도 1a∼도 1c는 통상적인 불휘발성 메모리 셀을 제조하기 위한 제조공정을 순차적으로 나타낸 수직 단면도들이고,1A to 1C are vertical cross-sectional views sequentially showing a manufacturing process for manufacturing a conventional nonvolatile memory cell,

도 2는 종래기술에 따라 구현된 불휘발성 메모리 셀의 층간절연막을 나타낸 수직 단면도이고,2 is a vertical cross-sectional view showing an interlayer insulating film of a nonvolatile memory cell implemented according to the prior art,

도 3은 본 발명에 따라 구현된 불휘발성 메모리 셀의 층간절연막을 나타낸 수직 단면도이고,3 is a vertical cross-sectional view showing an interlayer insulating film of a nonvolatile memory cell implemented according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따라 층간절연막을 제조하기 위해 요구되는 온도범위를 나타낸 파형도.4 is a waveform diagram showing a temperature range required for producing an interlayer insulating film according to the present invention.

도 5는

Figure kpo00010
의 프로그램과 소거 사이클을 수행한 후에 200℃에서 종래기술과 본 발명의 차아지 손실율을 비교한 파형도.5 is
Figure kpo00010
Waveform diagram comparing the charge loss rate of the prior art and the present invention at 200 ° C. after performing the program and erase cycles.

도 6은 상반되는 두 바이어스 극성에 따른 층간절연막의 브레이크다운 전계를 비교한 파형도.6 is a waveform diagram comparing breakdown electric fields of an interlayer dielectric film according to two opposing bias polarities;

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명할 것이다. 또한, 도면들중 동일한 구성요소 및 부분들은 가능한한 어느곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, it should be noted that like elements and parts in the drawings represent the same numerals wherever possible.

본 발명은 불휘발성 메모리 소자의 구현시 종래기술에서 언급되었던 제약들을 극복하고 신뢰성 있는 층간절연막을 플로팅 게이트상에 형성하기 위해, 도 3과 도 4에 나타낸 바와 같이, 먼저, RTP(Rapid Thermal Processing) 시스템에서 네이티브 옥사이드 성장을 막기 위해 800∼900℃(T1), 100torr의 조건과 소량의

Figure kpo00026
분위기에서 나이트라이데이션(301, nitridation)을 실시한다. 다음으로 상기
Figure kpo00027
가스를 700℃에서 배출한후 950∼1050℃(T2)에서 폴리 실리콘으로 이루어진 플로팅 게이트를 소정량 산화(302)시킨후
Figure kpo00028
또는
Figure kpo00029
분위기에서 옥시나이트라이데이션(303, Oxynitridation)에 의한 하부 옥사이드층(301, 302, 303)을 형성한다. 다음으로, 연속적인 공정(in-situ process)에 의해 750∼950℃(T3)의 조건에서
Figure kpo00030
Figure kpo00031
의 반응으로 질화막(304)을 도포한 후 반응가스를 700℃이하로 램프다운(Ramp down)시킬 때 배출된다. 다음으로 750℃∼950℃(T4)의 조건에서
Figure kpo00032
Figure kpo00033
의 반응에 의한 상부 옥사이드층(305)을 낮은 압력에서 형성하여 침적시키고, 다시 950℃∼1050℃(T5)의 조건과 두께조절이 용이한
Figure kpo00034
또는
Figure kpo00035
분위기에서 고밀도화와 나이트라이데이션시키는 RTP에 의한 연속된 다중공정에 의해 적층형의 ONO막(105)을 형성하기 위한 방법이다.In order to overcome the limitations mentioned in the prior art in the implementation of a nonvolatile memory device and to form a reliable interlayer insulating film on the floating gate, as shown in FIGS. 3 and 4, first, Rapid Thermal Processing (RTP) 800 to 900 ° C (T1), 100torr and a small amount to prevent native oxide growth in the system
Figure kpo00026
Nitridation (301) is performed in an atmosphere. Next to the above
Figure kpo00027
After the gas was discharged at 700 ° C, the floating gate made of polysilicon was oxidized 302 at 950-1050 ° C (T2).
Figure kpo00028
or
Figure kpo00029
In the atmosphere, lower oxide layers 301, 302, and 303 are formed by oxynitridation 303. Next, in a condition of 750-950 ° C. (T3) by a continuous in-situ process.
Figure kpo00030
and
Figure kpo00031
After the coating of the nitride film 304 by the reaction of the reaction gas is discharged when ramped down to 700 ° C or less. Next, under the conditions of 750 ° C to 950 ° C (T4)
Figure kpo00032
Wow
Figure kpo00033
The upper oxide layer 305 formed by the reaction at low pressure was deposited and deposited again, and the conditions of 950 ° C. to 1050 ° C. (T5) were easily adjusted.
Figure kpo00034
or
Figure kpo00035
It is a method for forming a laminated ONO film 105 by successive multiple processes by RTP which densify and nitrate in an atmosphere.

도 3은 폴리실리콘층(104)상에 RTP 멀티프로세싱에 의해 형성된 ONO막(105)의 적층구조를 나타낸 도면으로, 우선 소량의 질화막(301)을 형성으로 네이티브 옥사이드 성장을 방지하고, 폴리실리콘층상에 기존의 순수

Figure kpo00036
분위기에서 얇은 산화막(302)을 성장시킨후 옥시나이트라이데이션시켜 하부 옥사이드층(301,302,303)의 품질을 높이고, 연속된 공정으로
Figure kpo00037
또는
Figure kpo00038
등의 실리콘 소오스와
Figure kpo00039
를 750950℃범위에서 화학반응시켜 도포된 질화막(304)을 형성한 후 열적 버젯(thermal budget)을 감소시키는 CVD 옥사이드층(305)을 침적(deposition)한 후 마지막으로 기공이 있는(porous)한 질화막(304) 구조의 결함(defect)을 감소시키고 상부 CVD 옥사이드층(305)의 밀도를 높이고 특성을 향상시키기 위해, 9501100℃ 온도범위에서 옥시나이트라이데이션을 하여 상기 질화막(304)상에 얇은 옥사이드층(305)을 형성하는 적층구조를 갖는 유전층을 형성한다.3 is a diagram illustrating a lamination structure of an ONO film 105 formed by RTP multiprocessing on a polysilicon layer 104. First, a small amount of nitride film 301 is formed to prevent native oxide growth and to form a polysilicon layer. Pure in conventional
Figure kpo00036
After growing the thin oxide film 302 in the atmosphere to oxynitride to improve the quality of the lower oxide layer (301, 302, 303), in a continuous process
Figure kpo00037
or
Figure kpo00038
With silicon sources such as
Figure kpo00039
Chemical reaction in the range of 750950 ° C. to form a coated nitride film 304, and then deposited a CVD oxide layer 305 which reduces the thermal budget, and finally a porous nitride film. A thin oxide layer on the nitride film 304 is subjected to oxynitride at a temperature range of 9501 to 100 ° C. to reduce defects in the structure, increase the density of the upper CVD oxide layer 305, and improve characteristics. A dielectric layer having a laminated structure forming 305 is formed.

도 5는 종래의 퍼니스와 CVD 튜브(Tube)를 이용해 850℃조건에서 65Å를 가지는 하부 옥사이드층과 680℃조건과 CVD에 의해 100Å을가지는 질화막와 950℃조건에서 습식산화에 의해 40Å의 두께로 형성된 상부 옥사이드층으로 이루허진 ONO막과 본 발명에 이용한 ONO막을 가지는 메모리 셀에서의 사이클링(프로그램과 소거의 반복동작)후 200℃에서 수행되는 베이크(Bake) 리텐션 테스트를 통해 비교된 차아지 손실율이다. 동일하게 층간절연막(105)의 두께 약 180Å로 제조하였을때, 본 발명에서 이용된 층간절연막(105)을 적용한 실시예가 35%의 차아지 손실이 감소하였다.FIG. 5 shows a lower oxide layer having 65 ° C. at 850 ° C. and a nitride film having 100 ° C. at 680 ° C. and CVD and wet oxidation at 950 ° C. using a conventional furnace and a CVD tube. The charge loss ratio was compared through a bake retention test performed at 200 ° C. after cycling (repetitive operation of program and erase) in a memory cell having an ONO film made of an oxide layer and an ONO film used in the present invention. Similarly, when the interlayer insulating film 105 was made to have a thickness of about 180 mm, the embodiment in which the interlayer insulating film 105 used in the present invention was applied reduced the charge loss by 35%.

도 6은 본 발명과 종래기술의 브레이크 다운(breakdown) 전계를 비교한 데이타로써, 특히 P1(-) 즉 플로팅 게이트에 (-)바이어스를 인가하는 조건에서 본 발명은 종래의 ONO 막보다 향상된 성질을 얻었다. 그리고 P2(-)는 컨트롤 게이트에 (-)바이어스를 인가하였을때를 나타낸다.FIG. 6 is a data comparing the breakdown electric field of the present invention and the prior art. In particular, the present invention provides improved properties over the conventional ONO film under the condition of applying a negative bias to P1 (-), that is, a floating gate. Got it. P2 (-) indicates when a negative bias is applied to the control gate.

전술한 바와 같이, 본 발명은 RTP 시스템을 이용한 연속적인 양질의 ONO구조의 층간절연막의 제조방법으로, 한 시스템내에서 차세대급 플래쉬 메모리에 적용할 수 있는 얇은 양질의 층간절연막을 형성할 수 있는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 스케일링의 용이성과 오염 소오스의 제거 및 네이티브 옥사이드층의 제거라는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 옥시나이트라이데이션을 이용한 상하부 옥사이드층의 품질향상을 꾀할 수 있는 이점을 가진다.As described above, the present invention is a method of manufacturing a continuous high quality interlayer insulating film using an RTP system, the advantage of forming a thin high quality interlayer insulating film that can be applied to the next generation flash memory in a system Has In addition, the present invention has the advantages of ease of scaling and removal of contaminating sources and removal of native oxide layers. In addition, the present invention has the advantage of improving the quality of the upper and lower oxide layer using the oxynitride.

Claims (3)

불휘발성 반도체 메모리 장치의 메모리 셀에 사용되는 층간절연막의 제조방법에 있어서:In the method of manufacturing an interlayer dielectric film used for a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory device: 네이티브 옥사이드막의 성장을 방지하기 위해, 800∼900℃에서
Figure kpo00040
와 희석 가스를 함유하는 분위기로 나이트라이데이션시키는 단계와;
In order to prevent the growth of the native oxide film, at 800 to 900 ° C
Figure kpo00040
And nitridating to an atmosphere containing the diluent gas;
상기
Figure kpo00041
가스를 배출한후 연속적으로 순수
Figure kpo00042
가스를 유입시키면서 950∼1050℃에서 소정 두께로 하부 산화막을 형성시키는 단계와;
remind
Figure kpo00041
Pure water continuously after releasing gas
Figure kpo00042
Forming a lower oxide film at a predetermined thickness at 950 to 1050 ° C. while introducing gas;
연속적으로 순수
Figure kpo00043
가스 분위기에서 상기 하부 산화막에 질소를 침투시키는 단계와;
Continuously pure
Figure kpo00043
Infiltrating nitrogen into the lower oxide film in a gas atmosphere;
상기 반응한 가스를 배출시킨후 750∼950℃에서
Figure kpo00044
Figure kpo00045
의 반응으로 질화막을 침적시키는 단계와;
After discharging the reacted gas at 750 ~ 950 ℃
Figure kpo00044
Wow
Figure kpo00045
Depositing a nitride film in response to;
연속적으로 상기 반응한 가스를 배출시킨후 750∼950℃에서
Figure kpo00046
Figure kpo00047
의 반응으로 상부 산화막을 침적시키는 단계와;
At 750-950 ° C. after continuously discharging the reacted gas
Figure kpo00046
Wow
Figure kpo00047
Depositing an upper oxide film by reaction of;
연속적으로 950∼1050℃의 온도범위에서
Figure kpo00048
가스 분위기에서 상기 상부 산화막에 질소를 침투시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
Continuously in the temperature range of 950 ~ 1050 ℃
Figure kpo00048
Infiltrating nitrogen into the upper oxide film in a gas atmosphere.
제1항에 있어서, 상기 희석 가스는 Ar임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 wherein the diluent gas is Ar. 반도체 기판상의 일부에 형성되는 게이트 옥사이드와, 상기 게이트 옥사이드상에 형성되는 폴리실리콘층과, 상기 폴리실리콘층상에 형성되는 층간절연막과, 상기 층간절연막상에 형성되는 컨트롤 게이트 전극을 구비하는 불휘발성 반도체 메모리 장치에서, 상기 층간절연막의 제조방법에 있어서:A nonvolatile semiconductor comprising a gate oxide formed on a portion of a semiconductor substrate, a polysilicon layer formed on the gate oxide, an interlayer insulating film formed on the polysilicon layer, and a control gate electrode formed on the interlayer insulating film. In the memory device, the method of manufacturing the interlayer insulating film: 네이티브 옥사이드막의 성장을 방지하기 위해, 800∼900℃에서
Figure kpo00049
와 Ar을 함유하는 분위기로 나이트라이데이션시키는 단계와;
In order to prevent the growth of the native oxide film, at 800 to 900 ° C
Figure kpo00049
Nitridating to an atmosphere containing and Ar;
상기
Figure kpo00050
가스를 배출한후 연속적으로 순수
Figure kpo00051
가스를 유입시키면서 950∼1050℃에서 소정 두께로 하부 산화막을 형성시키는 단계와;
remind
Figure kpo00050
Pure water continuously after releasing gas
Figure kpo00051
Forming a lower oxide film at a predetermined thickness at 950 to 1050 ° C. while introducing gas;
연속적으로 순수 NO 가스 분위기에서 상기 하부 산화막에 질소를 침투시키는 단계와;Continuously infiltrating nitrogen into the lower oxide film in a pure NO gas atmosphere; 상기 반응한 가스를 배출시킨후 750∼950℃에서
Figure kpo00052
Figure kpo00053
의 반응으로 질화막을 침적시키는 단계와;
After discharging the reacted gas at 750 ~ 950 ℃
Figure kpo00052
Wow
Figure kpo00053
Depositing a nitride film in response to;
연속적으로 상기 반응한 가스를 배출시킨후 750∼950℃에서
Figure kpo00054
Figure kpo00055
의 반응으로 상부 산화막을 침적시키는 단계와;
At 750-950 ° C. after continuously discharging the reacted gas
Figure kpo00054
Wow
Figure kpo00055
Depositing an upper oxide film by reaction of;
연속적으로 950∼1050℃의 온도범위에서 NO 가스 분위기에서 상기 상부 산화막에 질소를 침투시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Continuously permeating nitrogen to the upper oxide film in a NO gas atmosphere at a temperature in the range of 950 to 1050 ° C.
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