KR100730990B1 - A manufacturing apparatus and method for silicon insulating film and a silicon nano-dot nonvolatile memory manufacturing method using it - Google Patents

A manufacturing apparatus and method for silicon insulating film and a silicon nano-dot nonvolatile memory manufacturing method using it Download PDF

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Abstract

An apparatus and a method for manufacturing a silicon insulating film and a method for manufacturing a silicon nano-dot nonvolatile memory using the same are provided to implement a uniform silicon nano-dot array by using a laser beam generator for irradiating a pulsed laser beam onto a silicon target. A reactive gas injection unit(100) has valves for injecting various gases. A process reactor(200) includes a silicon target(230), a target holder(240), a target height controller(250), a target/substrate distance controller(260), and a laser beam generator(270). The silicon target is to form a silicon oxide thin film on a silicon substrate. The silicon target is mounted on the target holder. The target height controller controls the height of the silicon target by controlling the height of the target holder. The target/substrate distance controller controls a distance between the silicon target and the silicon substrate. The laser beam generator irradiates a pulsed laser beam to the silicon target. The gas injected through the reactive gas injection unit is reacted with the silicon substrate mounted on a substrate holder(220) in a reactive chamber(210). A reactive gas exhaust unit(300) exhausts the gas in the process reactor through an exhaust valve(310) and controls pressure in the process reactor.

Description

실리콘 절연막 제조장치 및 그 제조 방법과 이를 이용한 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 제조방법{A MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD FOR SILICON INSULATING FILM AND A SILICON NANO-DOT NONVOLATILE MEMORY MANUFACTURING METHOD USING IT}A device for manufacturing a silicon insulating film and a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a silicon nano-point nonvolatile memory using the same TECHNICAL FIELD

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 절연막 제조장치를 나타낸 도.1 is a view showing a silicon insulating film manufacturing apparatus according to the present invention.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 실리콘 절연막 형성 과정 및 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 제작을 위한 공정을 나타낸 도.2A to 2E illustrate a process of forming a silicon insulating film and fabricating a silicon nano-point nonvolatile memory according to the present invention.

도 3은 도 2에 대한 흐름도.3 is a flow chart for FIG.

도 4는 펄스형 레이저 빔에 대한 설명도.4 is an explanatory diagram of a pulsed laser beam;

도 5는 도 2에 따라 제작한 실리콘 나노점 비휘발성 메모리의 동작 특성도.5 is an operation characteristic diagram of a silicon nano-point nonvolatile memory manufactured according to FIG. 2.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 반응 가스 흡입부 102 : 산소가스 흡입 밸브100: reaction gas suction unit 102: oxygen gas suction valve

104 : 반응가스 흡입 밸브 106 : 헬륨가스 흡입밸브104: reaction gas intake valve 106: helium gas intake valve

110 : 메인 흡입 밸브 200 : 공정 반응부110: main suction valve 200: process reaction part

210 : 반응 챔버 220 : 기판 홀더 210: reaction chamber 220: substrate holder

230 : 실리콘 타겟 240 : 타겟 홀더230: silicon target 240: target holder

250 : 타겟 높이 조절기 260 : 타겟/기판 거리 조절기250: target height adjuster 260: target / substrate distance adjuster

270 : 레이저 빔 발생기 280 : 레이저 입사창270: laser beam generator 280: laser incident window

300 : 반응가스 배기부 310 : 배기 밸브300: reaction gas exhaust portion 310: exhaust valve

320 : 진공 펌프320: vacuum pump

본 발명은 실리콘 절연막 제조장치 및 방법과 실리콘 나노점 어레이에 전자를 충전 및 방전시킴으로써 메모리 동작을 하는 실리콘 비휘발성 메모리 제조방법에 관한 것으로, 특히 펄스형 레이저 증착기법 및 열처리 공정을 이용하여 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 절연막을 제조하고, 이에 실리콘 산화물을 증착하여 게이트 절연막을 제조하는 실리콘 절연막 제조장치 및 그 제조 방법과 이를 이용한 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon insulating film manufacturing apparatus and method and a silicon non-volatile memory manufacturing method that performs a memory operation by charging and discharging electrons in the silicon nano-dot array, in particular the silicon nano-dot using a pulsed laser deposition technique and heat treatment process The present invention relates to a silicon insulating film manufacturing apparatus for manufacturing a silicon insulating film including an array, and to depositing a silicon oxide to produce a gate insulating film, and a method for manufacturing the same and a method for manufacturing a silicon nano-point nonvolatile memory using the same.

일반적으로 실리콘 플래쉬 메모리의 전자 충전 스토리지 노드에 사용하는 폴리 실리콘 박막층은 저압 화학 기상 증착법을 이용하여 형성하고 이를 일정 면적으로 에칭하여 사용하는데, 이 폴리 실리콘 박막층의 크기가 플래쉬 메모리의 기록과 소거 시간을 결정하게 된다. In general, a polysilicon thin film layer used for an electronic charging storage node of a silicon flash memory is formed by low pressure chemical vapor deposition and is etched to a certain area, and the size of the polysilicon thin film layer reduces the write and erase time of the flash memory. Will be decided.

통상의 기록과 소거 시간은 채널과 폴리 실리콘 스토리지 노드 사이의 터널 링 저항과 폴리 실리콘 스토리지 노드의 전하 축전 용량의 곱으로 표시되는데, 빠른 플래쉬 메모리의 기록과 소거 시간을 구현하기 위하여 기존의 실리콘 에칭 기법으로 폴리 실리콘 스토리지 노드의 크기를 줄여야 한다.Typical write and erase times are expressed as the product of the tunneling resistance between the channel and the polysilicon storage node and the charge capacitance of the polysilicon storage node. Conventional silicon etching techniques are used to achieve fast flash memory write and erase times. This should reduce the size of the polysilicon storage node.

그러나, 현재의 기술로 일정 크기 이하로 폴리 실리콘 스토리지 노드의 크기를 줄이는 것은 매우 어렵다. 따라서, 폴리 실리콘 스토리지 노드를 대신할 수 있는 나노미터 크기의 실리콘 나노점 어레이를 기판에 직접 성장할 수 있는 공정 기술의 개발이 요구된다.However, with current technology, it is very difficult to reduce the size of polysilicon storage nodes below a certain size. Therefore, there is a need to develop a process technology capable of growing nanometer-sized silicon nanodot arrays that can replace polysilicon storage nodes directly on a substrate.

실리콘 나노점 어레이를 제조하는 종래 기술의 제 1예로서, 플라즈마 기상 화학 증착법과 열처리 과정을 거쳐 실리콘 나노점 어레이를 함유하는 실리콘 산화물 박막을 제조하는 기법이 제안되었는데(F. Iacona, C. Bongiorno, C. Spinella, S. Boninelli, and F. Priolo, J. Appl. Phys. 95, 3723 (2004)), 이 방법은 실리콘 원자가 다량으로 과포화 되어있는 실리콘 산화물 박막을 플라즈마 기상 화학 증착법으로 제조한 후, 1000 oC 이상의 고온에서 장기간 열처리를 수행하여 실리콘 나노점들을 산화물 내부에 석출시키는 기법으로, 실리콘 발광소자 및 실리콘 재질의 1.54 μm 파장의 광통신 소자를 구현하는데 이용하고 있다.As a first example of the prior art for manufacturing a silicon nano dot array, a technique for producing a silicon oxide thin film containing a silicon nano dot array through plasma vapor chemical vapor deposition and heat treatment has been proposed (F. Iacona, C. Bongiorno, C. Spinella, S. Boninelli, and F. Priolo, J. Appl. Phys. 95, 3723 (2004)). This method produces a silicon oxide thin film supersaturated with a large amount of silicon atoms by plasma vapor chemical vapor deposition. A method of depositing silicon nano dots inside an oxide by performing a long-term heat treatment at a high temperature of 1000 ° C. or higher, is used to implement a silicon light emitting device and an optical communication device having a wavelength of 1.54 μm of silicon material.

종래기술의 제2예로서, 실리콘 기판의 산화과정과 실리콘 이온 주입 기법을 이용하는 방법이 제안되었는데(K. S. Min, K. V. Shcheglov, C. M. Yang, H. A. Atwater, M. L. Brongersma, and A. Polman, Appl. Phys. Lett. 69, 2033 (1996)), 실리콘 산화막에 주입된 실리콘 원자들이 나노점으로 뭉쳐져서 석출되도록 고온의 열처리 과정을 필수적으로 수행하여야 한다.As a second example of the prior art, a method using an oxidation process of a silicon substrate and a silicon ion implantation technique has been proposed (KS Min, KV Shcheglov, CM Yang, HA Atwater, ML Brongersma, and A. Polman, Appl. Phys. Lett 69, 2033 (1996)), it is necessary to perform a high temperature heat treatment process so that the silicon atoms injected into the silicon oxide film are agglomerated with nano dots.

종래기술의 제3예로서, 실리콘과 실리콘 산화물 타겟을 동시에 스퍼터링하는 방법이 제안되었는데 (S. Takeoka, M. Fujii, and S. Hayashi, Phys. Rev. B 62, 16820 (2000)), 후 열처리 온도와 시간에 따라 실리콘 나노점의 크기를 조절할 수 있었다. 이 공정은 후에 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 제조 기술에 이용할 만큼의 실리콘 산화물 박막의 전기적 절연 특성을 구현하는데 어려움이 있다.As a third example of the prior art, a method of sputtering silicon and silicon oxide targets at the same time has been proposed (S. Takeoka, M. Fujii, and S. Hayashi, Phys. Rev. B 62, 16820 (2000)). The size of the silicon nanodots could be adjusted according to temperature and time. This process has difficulty in realizing the electrical insulating properties of the silicon oxide thin film as it is later used in silicon nano dot nonvolatile memory fabrication technology.

종래기술의 제4예로서, 펄스형 레이져 기화법에 의한 실리콘 나노점의 제조기술이 제안되었는데(T. Orii, M. Hirasawa, and T. Seto, Appl. Phys. Lett. 83, 3395 (2003)), 고순도의 실리콘 타겟에 고에너지의 레이저 빔을 조사하여 실리콘 나노점을 생성시키고, 질량을 선별하는 과정을 거쳐 매우 균일한 실리콘 나노점을 증착하였다. 이 공정은 실리콘 재질의 광소자 구현에 응용하는데, 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 제조 기술에 응용하기 위하여는 이러한 나노점 성장을 포함하는 실리콘 산화물 박막 성장 공정이 필요하며, 박막에서 높은 전기적 절연 특성이 필요하다.As a fourth example of the prior art, a technique for producing silicon nanodots by pulsed laser vaporization has been proposed (T. Orii, M. Hirasawa, and T. Seto, Appl. Phys. Lett. 83, 3395 (2003) ), A high energy laser beam was irradiated to a high energy laser beam to generate silicon nano dots, and a mass was screened to deposit very uniform silicon nano dots. This process is applied to the realization of silicon-based optical devices, and the silicon oxide thin film growth process including the nano point growth is required for the application of silicon nano point nonvolatile memory manufacturing technology, and high electrical insulation properties are required in the thin film. Do.

종래기술의 제5예로서, 펄스형 레이저 증착 기법을 이용하여 에르븀을 포함 하는 실리콘 막을 제조하고, 이후 초고진공하의 고온에서 질소 반응과 산소 식각 반응을 이용하여 실리콘 나노점을 형성하고자 하는 시도가 있다(하정숙 외 대한민국 특허 등록번호 10-0384892). 그러나, 질소 반응과 산소 식각 반응 기법으로 제작한 실리콘 나노점 어레이는 그 크기의 균일성에 심각한 문제가 있으며, 이러한 특성은 고집적의 메모리 소자를 다량으로 제작할 경우 메모리 소자의 균일한 특성을 확보하기 어렵다.As a fifth example of the prior art, there is an attempt to fabricate a silicon film containing erbium using a pulsed laser deposition technique, and then to form silicon nanodots using nitrogen reaction and oxygen etching reaction at high temperature under ultra high vacuum. (Ha Jung-sook et al. Korean Patent Registration No. 10-0384892). However, silicon nano dot arrays fabricated by nitrogen and oxygen etching techniques have serious problems in the uniformity of their size, and such characteristics are difficult to obtain uniform characteristics of memory devices when a large amount of highly integrated memory devices are manufactured.

본 발명은 이러한 점을 감안한 것으로, 본 발명의 목적은 펄스형 레이저 증착 기법과 후 열처리 공정의 시행으로 실리콘 기판 위에 고농도의 균일한 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 절연막을 형성하는 실리콘 절연막 제조 장치 및 그의 제조 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a silicon insulating film manufacturing apparatus for forming a silicon insulating film including a high concentration of uniform silicon nano dot array on a silicon substrate by performing a pulsed laser deposition technique and a post heat treatment process. It is to provide a method for producing the same.

본 발명의 다른 목적은 실리콘 기판의 산화 공정으로 터널링 산화막을 제조하고, 고농도의 균일한 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화물 절연막을 성장하며, 실리콘 산화물을 증착하여 용이하게 게이트 절연막을 제조하는 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 제조 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to fabricate a tunneling oxide film by an oxidation process of a silicon substrate, to grow a silicon oxide insulating film including a high concentration uniform silicon nanodot array, and to easily fabricate a silicon insulating film by depositing silicon oxide to form a silicon insulating film Disclosed is a method of manufacturing a nonvolatile memory.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 절연막 제조장치는, 각종 가스 주입을 위한 밸브가 구비된 반응가스 흡입부; 실리콘 기판 상에 실리콘 산화 물 박막을 형성하기 위한 실리콘 타겟; 상기 실리콘 타겟이 탑재되는 타겟 홀더; 상기 타겟 홀더의 높이 조절을 통해 실리콘 타겟의 높이를 조절하는 타겟 높이 조절기; 상기 실리콘 타겟과 실리콘 기판의 거리 조절을 위한 타겟/기판 거리 조절기; 및 상기 실리콘 타겟에 펄스형 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 발생기;를 포함하여 상기 반응가스 흡입부를 통해 주입되는 가스가 반응 챔버 내의 기판 홀더에 장착된 상기 실리콘 기판에 반응하도록 된 공정 반응부; 및 배기 밸브를 통해 상기 공정 반응부 내의 가스를 배기함과 더불어 공정 반응부 내의 압력제어를 위한 반응가스 배기부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Silicon insulating film manufacturing apparatus according to the present invention for achieving the above object, the reaction gas suction unit provided with a valve for various gas injection; A silicon target for forming a silicon oxide thin film on a silicon substrate; A target holder on which the silicon target is mounted; A target height adjuster for adjusting the height of the silicon target by adjusting the height of the target holder; A target / substrate distance adjuster for controlling the distance between the silicon target and the silicon substrate; And a laser beam generator for irradiating the silicon target with a pulsed laser beam; a process reaction part configured to cause a gas injected through the reaction gas suction part to react with the silicon substrate mounted on the substrate holder in the reaction chamber; And a reaction gas exhaust unit for exhausting the gas in the process reaction unit through an exhaust valve and controlling the pressure in the process reaction unit.

상기 공정 반응부의 반응 챔버에는 상기 레이저 빔 발생기에서 발생된 레이저 빔이 상기 반응 챔버 내에 입사될 수 있도록 하는 레이저 입사창이 구비되고, 상기 기판 홀더에는 상기 실리콘 기판의 온도 조절을 위한 발열선이 구비된다.The reaction chamber of the process reaction unit is provided with a laser incident window for allowing the laser beam generated by the laser beam generator to be incident in the reaction chamber, and the substrate holder is provided with a heating line for controlling the temperature of the silicon substrate.

또한, 상기 각 밸브, 타겟 높이 조절기, 타겟/기판 거리 조절기, 레이저 빔 발생기 및 발열선을 제어하는 콘트롤러가 더 구비된다.In addition, the controller for controlling each of the valve, the target height adjuster, the target / substrate distance adjuster, the laser beam generator and the heating line is further provided.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 절연막 제조방법은, 실리콘 기판을 반응 챔버 내의 기판 홀더에 장착한 후, 상기 반응 챔버 내에 산소가스를 주입하여 상기 실리콘 기판 상에 산화막을 형성하는 제1단계; 상기 반응 챔버 내에 산소가스와 헬륨가스를 주입하고, 타겟 홀더에 탑재된 실리콘 타겟에 고에너지의 펄스형 레이저 빔을 조사하여 상기 산화막 위에 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막을 형성하는 제2단계; 및 열처리를 통해 상기 실리콘 나노점 어 레이를 안정화하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the silicon insulating film manufacturing method according to the present invention for achieving the above object, a first step of forming an oxide film on the silicon substrate by mounting a silicon substrate in the substrate holder in the reaction chamber, injecting oxygen gas into the reaction chamber ; Injecting oxygen gas and helium gas into the reaction chamber and irradiating a high energy pulsed laser beam to a silicon target mounted on a target holder to form a silicon oxide film including a silicon nano dot array on the oxide film; And a third step of stabilizing the silicon nano dot array through heat treatment.

상기 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막은 수 nm 크기로 형성되며, 상기 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막은 상기 실리콘 기판의 온도는 450 ~ 550℃, 반응 챔버의 압력은 수 mTorr로 산소와 헬륨 가스 조건하에서 형성한다. 또한, 상기 열처리는 실리콘 기판의 온도를 450 ~ 550℃로 유지하면서 상압의 산소 가스 분위기에서 10분 내지 30분 동안 열처리하며, 상기 레이저 빔의 파워, 실리콘 기판 온도, 실리콘 타겟과 실리콘 기판과의 거리, 산소가스와 헬륨가스의 압력비에 의해 상기 실리콘 나노점 어레이의 크기와 밀도 변화를 제어한다.The silicon oxide film including the silicon nano dot array is formed in a few nm size, the silicon oxide film including the silicon nano dot array has a temperature of the silicon substrate of 450 ~ 550 ℃, the pressure of the reaction chamber is a few mTorr oxygen and It is formed under helium gas conditions. In addition, the heat treatment is a heat treatment for 10 to 30 minutes in an oxygen gas atmosphere of atmospheric pressure while maintaining the temperature of the silicon substrate at 450 ~ 550 ℃, the power of the laser beam, the temperature of the silicon substrate, the distance between the silicon target and the silicon substrate The size ratio and density change of the silicon nano dot array are controlled by the pressure ratio of oxygen gas and helium gas.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 제조방법은, 실리콘 기판을 반응 챔버 내의 기판 홀더에 장착한 후, 상기 반응 챔버 내에 산소가스를 주입하여 상기 실리콘 기판 상에 산화막을 형성하는 제1단계; 상기 반응 챔버 내에 산소가스와 헬륨가스를 주입하고, 타겟 홀더에 탑재된 실리콘 타겟에 고에너지의 펄스형 레이저 빔을 조사하여 상기 산화막 위에 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막을 형성하는 제2단계; 열처리를 통해 상기 실리콘 나노점 어레이를 안정화하는 제3단계; 상기 반응 챔버 내에 실리콘 원자를 포함하는 반응가스를 주입하여 상기 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막 위에 실리콘 산화물 박막을 형성하는 제4단계; 및 상기 실리콘 산화물 박막 상에 게이트 전극을 형성하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, a method for manufacturing a silicon nano-point nonvolatile memory according to the present invention includes mounting a silicon substrate on a substrate holder in a reaction chamber and injecting oxygen gas into the reaction chamber to form an oxide film on the silicon substrate. The first step to do; Injecting oxygen gas and helium gas into the reaction chamber and irradiating a high energy pulsed laser beam to a silicon target mounted on a target holder to form a silicon oxide film including a silicon nano dot array on the oxide film; A third step of stabilizing the silicon nano dot array through heat treatment; A fourth step of forming a silicon oxide thin film on the silicon oxide film including the silicon nano dot array by injecting a reaction gas containing silicon atoms into the reaction chamber; And a fifth step of forming a gate electrode on the silicon oxide thin film.

상기 반응가스는 SiH4 또는 SiF4 또는 SiCl4 또는 Si2H6 또는 Si3H8 또는 SiH2Cl2이며, 상기 실리콘 산화물 박막은 화학 기상 증착법으로 형성한다. 또한, 상기 실리콘 산화물 박막은 실리콘 기판의 온도는 반응 가스의 종류에 따라 500 ~ 900℃, 반응 챔버의 압력은 10 ~ 100 Torr 조건 하에서 형성함을 특징으로 한다.The reaction gas is SiH 4 or SiF 4 or SiCl 4 or Si 2 H 6 or Si 3 H 8 or SiH 2 Cl 2 , and the silicon oxide thin film is formed by chemical vapor deposition. In addition, the silicon oxide thin film is characterized in that the temperature of the silicon substrate is formed under 500 ~ 900 ℃, the pressure of the reaction chamber 10 ~ 100 Torr depending on the type of the reaction gas.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following examples are merely to illustrate the present invention is not limited to the contents of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 절연막 제조장치를 도시한 것으로, 펄스형 레이저 증착 기법에 의한 고농도의 균일한 실리콘 나노점 어레이의 제조를 가능케 한다.Figure 1 shows a silicon insulating film manufacturing apparatus according to the present invention, it is possible to manufacture a high concentration uniform silicon nano dot array by a pulsed laser deposition technique.

도시한 바와 같이, 본 발명은 크게 반응 가스 흡입부(100), 공정 반응부(200), 반응 가스 배기부(300)로 구성되어 있다.As shown in the figure, the present invention is largely composed of a reaction gas suction unit 100, a process reaction unit 200, and a reaction gas exhaust unit 300.

상기 반응 가스 흡입부(100)는 산소가스 흡입관(101)으로부터 유입되는 산소가스를 상기 공정 반응부(200)로 주입 또는 차단하기 위한 산소가스 흡입 밸브(102), 반응가스 흡입관(103)으로부터 유입되는 실리콘 원자를 포함하는 반응가스를 상기 공정 반응부(200)로 주입 또는 차단하기 위한 반응가스 흡입 밸브(104), 헬륨가스 흡입관(105)으로부터 유입되는 헬륨가스를 상기 공정 반응부(200)로 주입 또는 차단하기 위한 헬륨가스 흡입 밸브(106), 상기 각 밸브(102),(104),(106)를 통해 유입되는 산소가스, 실리콘 원자를 포함하는 반응가스, 헬륨가스 등의 공정 반응부(200)로의 유입 또는 차단을 위한 메인 흡입 밸브(110)로 구성된다.The reaction gas intake unit 100 is introduced from the oxygen gas intake valve 102 and the reaction gas intake tube 103 to inject or block the oxygen gas introduced from the oxygen gas intake tube 101 to the process reaction unit 200. Helium gas flowing from the reaction gas suction valve 104 and the helium gas suction tube 105 for injecting or blocking the reaction gas containing the silicon atoms to the process reaction unit 200 to the process reaction unit 200. Process reaction unit such as helium gas inlet valve 106 for injection or blocking, oxygen gas introduced through each of the valves 102, 104, and 106, reaction gas containing silicon atoms, and helium gas ( It consists of a main inlet valve 110 for inlet or shut off to 200.

상기 공정 반응부(200)는 상기 각 밸브(102),(104),(106),(110)를 통해 유입되는 가스가 반응하는 반응 챔버(210), 상기 반응 챔버(210) 내에 위치하며, 실리콘 기판(1)이 탑재되는 기판 홀더(220), 상기 실리콘 기판(1)에 실리콘 산화물 박막 형성을 위한 실리콘 타겟(230), 상기 실리콘 타겟(230)이 탑재되는 타겟 홀더(240), 상기 타겟 홀더(240)의 높이 조절을 통해 실리콘 타겟(230)의 높이를 조절하는 타겟 높이 조절기(250), 상기 실리콘 타겟(230)과 실리콘 기판(1)의 거리 조절을 위한 타겟/기판 거리 조절기(260), 상기 실리콘 타겟(230)에 고에너지의 펄스형 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 발생기(270)로 구성된다. The process reaction unit 200 is located in the reaction chamber 210, the reaction chamber 210, through which the gas flowing through the valves 102, 104, 106, and 110 reacts. A substrate holder 220 on which the silicon substrate 1 is mounted, a silicon target 230 for forming a silicon oxide thin film on the silicon substrate 1, a target holder 240 on which the silicon target 230 is mounted, and the target Target height adjuster 250 for adjusting the height of the silicon target 230 by adjusting the height of the holder 240, target / substrate distance adjuster 260 for controlling the distance between the silicon target 230 and the silicon substrate (1) ), And a laser beam generator 270 that irradiates the silicon target 230 with a high energy pulsed laser beam.

또한, 상기 레이저 빔 발생기(270)에서 조사되는 레이저 빔이 상기 반응 챔버(210) 내의 실리콘 타겟(230)에 조사될 수 있도록 상기 반응 챔버(210)에는 레이저 입사창(280)이 형성되며, 상기 기판 홀더(220)에는 실리콘 기판(1)의 온도 조절을 위한 발열선(221)이 형성되어 있다.In addition, a laser incident window 280 is formed in the reaction chamber 210 so that the laser beam irradiated from the laser beam generator 270 may be irradiated to the silicon target 230 in the reaction chamber 210. The substrate holder 220 is provided with a heating line 221 for controlling the temperature of the silicon substrate 1.

상기 반응 가스 배기부(300)는 상기 공정 반응부(200) 내의 가스를 배기하기 위한 배기 밸브(310) 및 반응 챔버(210)내의 압력 제어를 위한 진공 펌프(320)로 구성된다.The reaction gas exhaust unit 300 includes an exhaust valve 310 for exhausting the gas in the process reaction unit 200 and a vacuum pump 320 for pressure control in the reaction chamber 210.

그리고 상기 타겟 높이 조절기(250) 및 타겟/기판 거리 조절기(260) 등은 통상의 나사선이 있는 축을 구동하여 조절되는 방식으로 구동된다.The target height adjuster 250 and the target / substrate distance adjuster 260 are driven in such a manner that they are driven by driving a shaft having a common thread.

또한, 본 발명은 상기 각 밸브(102,104,106),(110),(310), 타겟 높이 조절기(250), 타겟/기판 거리 조절기(260) 및 레이저 빔 발생기(270)의 동작 제어를 비롯한 본 발명의 전반적인 동작을 제어하는 콘트롤러(미도시)를 구비한다.In addition, the present invention includes the control of the operation of the valves 102, 104, 106, 110, 310, target height adjuster 250, target / substrate distance adjuster 260 and laser beam generator 270. A controller (not shown) for controlling the overall operation is provided.

도 2a 내지 도 2e는 상기와 같이 구성된 본 발명의 제조장치를 이용하여 터널링 실리콘 산화막 및 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막 그리고 조절 실리콘 산화물(Control Silicon Oxide)을 형성하는 과정을 도시하고 있으며, 도 3은 이에 대한 흐름도를 나타내고 있다.2A to 2E illustrate a process of forming a silicon oxide film including a tunneling silicon oxide film and a silicon nano dot array and a control silicon oxide by using the manufacturing apparatus of the present invention configured as described above. 3 shows a flow chart for this.

먼저, 화학 세정방법을 이용하여 실리콘 기판(1)을 세정한 후, 반응 챔버(210) 내의 기판 홀더(220)에 장착시키고(S110), 배기 밸브(310)를 열고 진공 펌프(320)를 작동하여 반응 챔버(210) 내의 진공을 0.1 mTorr 이하로 유지한다.First, the silicon substrate 1 is cleaned using a chemical cleaning method, and then mounted on the substrate holder 220 in the reaction chamber 210 (S110), the exhaust valve 310 is opened, and the vacuum pump 320 is operated. The vacuum in the reaction chamber 210 is maintained below 0.1 mTorr.

이어 콘트롤러의 제어를 통해 발열선(221)에 전류를 흘려주므로써 실리콘 기판(1)의 온도를 900 ~ 1,000℃를 유지하게 한다. 그리고 산소가스 흡입 밸브(102) 및 메인 흡입 밸브(110)를 열고 배기 밸브(310)를 조절하여 줌으로써, 반응 챔버(210)의 내부 압력을 100 Torr ~ 상압 정도를 유지하게 하여 도 2a에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(1) 위에 2 ~ 5 nm 두께의 얇은 산화막(2)을 형성시킨다(S120). Then, the current of the heating line 221 through the control of the controller to maintain the temperature of the silicon substrate 1 900 ~ 1,000 ℃. Then, the oxygen gas intake valve 102 and the main intake valve 110 are opened and the exhaust valve 310 is adjusted to maintain the internal pressure of the reaction chamber 210 at about 100 Torr to normal pressure, as shown in FIG. 2A. As described above, a thin oxide film 2 having a thickness of 2 to 5 nm is formed on the silicon substrate 1 (S120).

일정 두께의 산화막(2)을 형성시킨 후, 산소가스 흡입 밸브(102)와 메인 흡입 밸브(110)를 잠구고 배기 밸브(310)를 열어 줌으로써, 반응 챔버(210) 내의 산소 가스의 압력을 제거하고, 반응 챔버(210) 내의 진공을 0.1 mTorr 이하로 유지하므로써 산화막(2) 형성 반응을 중단시킨다.After forming the oxide film 2 having a predetermined thickness, the oxygen gas inlet valve 102 and the main inlet valve 110 are closed and the exhaust valve 310 is opened to thereby remove the pressure of the oxygen gas in the reaction chamber 210. Then, the reaction of forming the oxide film 2 is stopped by maintaining the vacuum in the reaction chamber 210 at 0.1 mTorr or less.

이어 발열선(221)의 전류를 제어하여 실리콘 기판(1)의 온도를 450 ~ 550℃를 유지하게 하며, 산소가스 흡입 밸브(102)와 헬륨가스 흡입 밸브(106) 및 메인 흡입 밸브(110)를 열고, 배기 밸브(310)를 조절하여 줌으로써, 반응 챔버(210)의 내부 압력을 1 mTorr 정도를 유지하게 한다. Subsequently, the temperature of the silicon substrate 1 is maintained at 450 to 550 ° C by controlling the current of the heating line 221, and the oxygen gas intake valve 102, the helium gas intake valve 106, and the main intake valve 110 are maintained. By opening and adjusting the exhaust valve 310, the internal pressure of the reaction chamber 210 is maintained at about 1 mTorr.

그리고 실리콘 타겟(230)의 높이를 조절하여 도 1과 같이 실리콘 타겟(230)을 위치시키고, 레이저 빔 발생기(270)에서 높은 에너지의 펄스형 레이저 빔을 실리콘 타겟(230)에 조사시키므로써, 도 2a에 도시된 산화막(2) 위에 도 2b와 같이 수 nm 크기의 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막(3)을 형성 시킨다(S130).Then, the height of the silicon target 230 is adjusted to position the silicon target 230 as shown in FIG. 1, and the laser beam generator 270 irradiates the silicon target 230 with a pulsed laser beam of high energy. On the oxide film 2 shown in 2a, a silicon oxide film 3 including a silicon nano dot array having a size of several nm is formed as shown in FIG. 2B (S130).

일정 두께의 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막(3)을 형성시킨 후, 레이저 빔을 차단하므로써, 상기 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막(3) 증착을 중단시킨다. After the silicon oxide film 3 including the silicon nano dot array having a predetermined thickness is formed, deposition of the silicon oxide film 3 including the silicon nano dot array is stopped by blocking the laser beam.

그리고 계속하여 실리콘 기판(1)의 온도를 450 ~ 550℃를 유지하면서 헬륨가스 흡입 밸브(106)를 잠구고 산소가스 흡입 밸브(104)를 더 열어 상압의 산소 분위기에서 10분 내지 30분 동안 열처리한 후, 산소가스 흡입 밸브(102), 메인 흡입 밸브(110)를 잠그고, 배기 밸브(310)를 열어 반응 챔버(210)의 압력을 0.1 mTorr 이하로 유지한다.Subsequently, while maintaining the temperature of the silicon substrate 1 at 450 to 550 ° C., the helium gas intake valve 106 is closed and the oxygen gas intake valve 104 is further opened to heat-treat for 10 to 30 minutes in an atmospheric oxygen atmosphere. After that, the oxygen gas intake valve 102 and the main intake valve 110 are locked, and the exhaust valve 310 is opened to maintain the pressure in the reaction chamber 210 at 0.1 mTorr or less.

이러한 열처리 과정을 거치면 도 2c와 같이 실리콘 나노점 어레이가 실리콘 산화물 속에서 안정화 되며(S140),(S150), (3a)는 안정화된 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막이다.After the heat treatment process, as shown in FIG. 2C, the silicon nano dot array is stabilized in the silicon oxide (S140, S150, and 3a), and the silicon oxide film includes the stabilized silicon nano dot array.

여기서, 상기 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막(3)은 산소가스 분위기에서 레이저 빔 발생기(270)로부터의 고에너지의 레이저 빔에 의해 실리콘 타겟(230)의 실리콘 원자가 상기 실리콘 기판(1)의 산화막(2) 위에 증착되며, 증착되는 동안에 산소원자와 반응하여 실리콘 산화물을 형성하는 현상을 이용하는 것이다.Here, the silicon oxide film 3 including the silicon nano dot array has a silicon atom of the silicon target 230 formed by the high energy laser beam from the laser beam generator 270 in an oxygen gas atmosphere. It is deposited on the oxide film 2 and utilizes the phenomenon of reacting with oxygen atoms to form silicon oxide during deposition.

이때, 증착된 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막(3)은 완전히 산화되지 못한 실리콘 원자 덩어리가 많이 존재하는데, 이 박막층을 후 열처리 공정을 거쳐 안정화하면 고농도의 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 산화물 절연 박막 즉, 안정화된 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막(3a)이 되는 것이다.At this time, the silicon oxide film 3 including the deposited silicon nano dot array contains a large amount of silicon atoms that are not completely oxidized. When the thin film layer is stabilized through a post-heat treatment process, oxide insulation including a high concentration of silicon nano dot array is included. A thin film, that is, a silicon oxide film 3a including a stabilized silicon nano dot array.

이 공정에서 높은 에너지의 펄스형 레이저 빔의 파워가 실리콘 나노점의 크기와 밀도 변화에 결정적인 영향을 주며, 산소가스와 헬륨가스의 압력비는 단위시간 당 흘려주는 가스양에 비례하게 되는데, 이 압력비, 실리콘 기판(1) 온도 및 실리콘 타겟(230)과 실리콘 기판(1)과의 거리 등이 실리콘 나노점의 크기와 밀도 변화에 영향을 주게 되며, 이는 콘트롤러의 제어에 따라 가능하게 된다.In this process, the power of the high energy pulsed laser beam has a decisive influence on the size and density change of the silicon nanopoint, and the pressure ratio of oxygen gas and helium gas is proportional to the amount of gas flowing per unit time. The temperature of the substrate 1 and the distance between the silicon target 230 and the silicon substrate 1 may affect the size and density change of the silicon nano-dots, which are possible under the control of the controller.

상기 펄스형 레이저 빔이란 레이저가 계속해서 나오는 것이 아닌, 시간에 따라 수십 마이크로 ~ 밀리 초 길이의 레이저가 약 1초 간격으로 반복적으로 출력하는 것을 의미한다. 즉, 시간에 따른 레이저의 출력이 도 4와 같은 특성을 갖는 것을 의미한다.The pulsed laser beam means that a laser of several tens of microseconds to milliseconds is repeatedly output at intervals of about one second, depending on time, instead of the laser continuously coming out. That is, it means that the output of the laser over time has the characteristics as shown in FIG.

이어 본 발명의 안정화된 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막(3a)을 실리콘 비휘발성 메모리 소자의 게이트 절연막에 응용하기 위하여 도 2d에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화물 박막(4 : 조절 실리콘 산화막)을 형성한다(S160). Next, in order to apply the silicon oxide film 3a including the stabilized silicon nano dot array of the present invention to the gate insulating film of the silicon nonvolatile memory device, as shown in FIG. 2D, a silicon oxide thin film 4 (controlled silicon oxide film) is used. It forms (S160).

이때 실리콘 기판(1)의 온도는 흡입되는 반응 가스의 종류에 따라 500 ~ 900 ℃로 유지하며, 산소가스 흡입 밸브(102), 반응가스 흡입 밸브(104), 메인 흡입 밸브(110)를 열어 실리콘 원자를 포함하는 반응가스(SiH4, SiF4, SiCl4, Si2H6, Si3H8, SiH2Cl2 등)와 산소 가스를 동시에 일정 비율로 반응 챔버(210)에 흘려주고 배기 밸브(310)를 조절하여 반응 챔버(310)의 압력을 10 ~ 100 Torr로 유지한다. At this time, the temperature of the silicon substrate 1 is maintained at 500 ~ 900 ℃ according to the kind of the reaction gas is sucked, the oxygen gas intake valve 102, the reaction gas intake valve 104, the main intake valve 110 by opening the silicon A reaction gas containing atoms (SiH 4, SiF 4, SiCl 4, Si 2 H 6, Si 3 H 8, SiH 2 Cl 2, etc.) and oxygen gas are simultaneously flowed into the reaction chamber 210 at a constant rate and the exhaust valve Adjust the 310 to maintain the pressure of the reaction chamber 310 to 10 ~ 100 Torr.

나노미터 두께의 실리콘 산화물 박막(4)을 형성시킨 후, 산소가스 흡입 밸브(102), 반응가스 흡입 밸브(104), 메인 흡입 밸브(110)를 잠그고 배기 밸브(310)를 열어 줌으로써, 반응 챔버(310) 내의 압력을 제거하여 반응 챔버(210) 내의 진공을 0.1 mTorr 이하로 유지하므로써 실리콘 산화물 박막(4) 형성을 중단 시킨다. After the nanometer-thick silicon oxide thin film 4 is formed, the reaction chamber is closed by closing the oxygen gas intake valve 102, the reaction gas intake valve 104, and the main intake valve 110 and opening the exhaust valve 310. The pressure in the 310 is removed to stop the formation of the silicon oxide thin film 4 by maintaining the vacuum in the reaction chamber 210 at 0.1 mTorr or less.

이와 같은 공정으로 도 2d와 같이 실리콘 기판(1) 위에 실리콘 나노점 어레이가 산화막(2 : 터널링 산화막)과 실리콘 산화물 박막(4) 사이에 존재하는 실리콘 절연층을 제작한다.In this process, as shown in FIG. 2D, a silicon nano dot array is formed on the silicon substrate 1, and a silicon insulating layer exists between the oxide film 2 (tunneling oxide film) and the silicon oxide thin film 4.

이어서 게이트 전극을 제작하기 위하여 일반적인 폴리실리콘 공정을 이용하여 게이트 전극(5)을 형성하여(S170), 도 2e에 도시된 바와 같이 실리콘 MOS 구조 를 제작하고, 본 구조를 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 소자 제작에 이용한다. Subsequently, in order to fabricate the gate electrode, the gate electrode 5 is formed using a general polysilicon process (S170), and a silicon MOS structure is fabricated as shown in FIG. 2E. We use for production.

도 2e에 도시된 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 소자의 동작에 있어서 게이트 전압에 따라 실리콘 나노점 어레이가 전자 충전의 스토리지 노드(storage node)로 작동한다. 이 스토리지 노드에 전자가 충전되는 정도에 따라 메모리 동작 영역이 결정되는데, 이 동작영역을 크게 하기 위해서 고밀도의 나노점 어레이가 필요하며, 스토리지 노드가 나노점 어레이로 이루어져 있기 때문에 고속의 기록/소거 동작이 가능하다.In operation of the silicon nano dot nonvolatile memory device shown in FIG. 2E, the silicon nano dot array operates as a storage node of electronic charging according to a gate voltage. The memory operating area is determined by the amount of electrons charged in the storage node. A large-density nano dot array is required to enlarge the operating area, and the high speed write / erase operation is performed because the storage node is composed of the nano point array. This is possible.

도 5는 도 2e의 비휘발성 메모리의 동작 특성을 축전 용량의 변화로 나타낸 것으로, 게이트 전압에 따라 절연체 내의 각 실리콘 나노점 어레이로 전자가 관통하여 충전되었을 경우, 메모리 소자의 활성 동작 전압(threshold voltage)이 바뀌게 된다. FIG. 5 illustrates the operating characteristics of the nonvolatile memory of FIG. 2E as a change in the capacitance. When the electrons penetrate through each silicon nano dot array in the insulator according to the gate voltage, an active operating voltage of the memory device is shown. ) Will change.

예를 들어, p-형 실리콘 기판을 사용하고 본 발명의 공정을 거쳐 실리콘 나노점 비휘발성 메모리를 제작한 경우, 실리콘 나노점 어레이에 전자가 비어있을 경우, 높은 주파수 영역에서 게이트 전압에 따른 축전용량의 변화는 도 5의 (a)와 같이 나타나는데, 실리콘 나노점 어레이에 전자가 차있을 경우에는 높은 주파수 영역에서 게이트 전압에 따른 축전용량의 변화가 도 5의 (b)와 같이 나타나게 되어, 활성 동작 전압이 변화하게 된다. 이러한 변화를 비휘발성 메모리 동작에 이용하는 것이다.For example, in the case of using a p-type silicon substrate and fabricating a silicon nanopoint nonvolatile memory through the process of the present invention, if the electrons are empty in the silicon nanopoint array, the capacitance according to the gate voltage in the high frequency region 5A is shown in FIG. 5A, when the electrons are filled in the silicon nano dot array, the capacitance change according to the gate voltage in the high frequency region is shown in FIG. The voltage will change. This change is used for nonvolatile memory operations.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below Or it may be modified.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 소자를 제작함에 있어, 고에너지의 펄스형 레이저 증착 기법과 후 열처리 공정을 거쳐 스토리지 노드로 이용하는 고농도의 균일한 실리콘 나노점 어레이를 제조할 수 있는 효과가 있다. As described above, in the fabrication of a silicon nano-point nonvolatile memory device, a high-concentration uniform silicon nano-point array used as a storage node through a high-energy pulsed laser deposition technique and a post-heat treatment process may be fabricated. It can be effective.

또한, 터널링 산화물 박막 형성과 고농도의 균일한 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화물 박막 증착 및 조절 실리콘 산화물 증착 공정을 순차적으로 수행하여 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 게이트 절연층을 용이하게 제작할 수 있으며, 실리콘 비휘발성 메모리의 고속 기록/소거 동작을 증대시키는 효과가 있다.In addition, the gate oxide layer including the silicon nano dot array may be easily manufactured by sequentially performing a tunneling oxide thin film formation and a silicon oxide thin film deposition and a controlled silicon oxide deposition process including a high concentration of uniform silicon nano dot array. There is an effect of increasing the high speed write / erase operation of the silicon nonvolatile memory.

Claims (13)

각종 가스 주입을 위한 밸브가 구비된 반응가스 흡입부; A reaction gas inlet having a valve for injecting various gases; 실리콘 기판 상에 실리콘 산화물 박막을 형성하기 위한 실리콘 타겟; 상기 실리콘 타겟이 탑재되는 타겟 홀더; 상기 타겟 홀더의 높이 조절을 통해 실리콘 타겟의 높이를 조절하는 타겟 높이 조절기; 상기 실리콘 타겟과 실리콘 기판의 거리 조절을 위한 타겟/기판 거리 조절기; 및 상기 실리콘 타겟에 펄스형 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 발생기;를 포함하여 상기 반응가스 흡입부를 통해 주입되는 가스가 반응 챔버 내의 기판 홀더에 장착된 상기 실리콘 기판에 반응하도록 된 공정 반응부; 및 A silicon target for forming a silicon oxide thin film on a silicon substrate; A target holder on which the silicon target is mounted; A target height adjuster for adjusting the height of the silicon target by adjusting the height of the target holder; A target / substrate distance adjuster for controlling the distance between the silicon target and the silicon substrate; And a laser beam generator for irradiating the silicon target with a pulsed laser beam; a process reaction part configured to cause a gas injected through the reaction gas suction part to react with the silicon substrate mounted on the substrate holder in the reaction chamber; And 배기 밸브를 통해 상기 공정 반응부 내의 가스를 배기함과 더불어 공정 반응부 내의 압력제어를 위한 반응가스 배기부; A reaction gas exhaust unit for exhausting gas in the process reaction unit through an exhaust valve and controlling pressure in the process reaction unit; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 절연막 제조장치.Silicon insulating film manufacturing apparatus comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 공정 반응부의 반응 챔버에는 상기 레이저 빔 발생기에서 발생된 레이저 빔이 상기 반응 챔버 내에 입사될 수 있도록 하는 레이저 입사창이 구비된 것을 특징으로 하는 실리콘 절연막 제조장치.The silicon insulating film manufacturing apparatus of claim 1, wherein the reaction chamber of the process reaction unit includes a laser incidence window that allows a laser beam generated by the laser beam generator to be incident in the reaction chamber. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 홀더에는 상기 실리콘 기판의 온도 조절을 위한 발열선이 구비된 것을 특징으로 하는 실리콘 절연막 제조장치.The apparatus of claim 1, wherein the substrate holder is provided with a heating line for controlling the temperature of the silicon substrate. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 각 밸브, 타겟 높이 조절기, 타겟/기판 거리 조절기, 레이저 빔 발생기 및 발열선을 제어하는 콘트롤러가 더 구비됨을 특징으로 하는 실리콘 절연막 제조장치.The apparatus of claim 1 or 3, further comprising a controller for controlling each of the valves, the target height adjuster, the target / substrate distance adjuster, the laser beam generator, and the heating line. 실리콘 기판을 반응 챔버 내의 기판 홀더에 장착한 후, 상기 반응 챔버 내에 산소가스를 주입하여 상기 실리콘 기판 상에 산화막을 형성하는 제1단계;Mounting a silicon substrate on a substrate holder in the reaction chamber, and injecting oxygen gas into the reaction chamber to form an oxide film on the silicon substrate; 상기 반응 챔버 내에 산소가스와 헬륨가스를 주입하고, 타겟 홀더에 탑재된 실리콘 타겟에 고에너지의 펄스형 레이저 빔을 조사하여 상기 산화막 위에 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막을 형성하는 제2단계; 및 Injecting oxygen gas and helium gas into the reaction chamber and irradiating a high energy pulsed laser beam to a silicon target mounted on a target holder to form a silicon oxide film including a silicon nano dot array on the oxide film; And 열처리를 통해 상기 실리콘 나노점 어레이를 안정화하는 제3단계;A third step of stabilizing the silicon nano dot array through heat treatment; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 절연막 제조방법.Silicon insulating film manufacturing method comprising a. 제 5 항에 있어서, 상기 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막은 2 ~ 5 nm 크기로 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 절연막 제조방법.The method of claim 5, wherein the silicon oxide film including the silicon nano dot array is formed in a size of 2 to 5 nm. 제 5 항에 있어서, 상기 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막은 The silicon oxide film of claim 5, wherein the silicon oxide film includes the silicon nano dot array. 상기 실리콘 기판의 온도는 450 ~ 550℃, 반응 챔버의 압력은 수 mTorr로 산소와 헬륨 가스 조건 하에서 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 절연막 제조방법. The temperature of the silicon substrate is 450 ~ 550 ℃, the pressure of the reaction chamber is a few mTorr silicon silicon manufacturing method, characterized in that formed under the conditions of oxygen and helium gas. 제 5 항에 있어서, 상기 열처리는 The method of claim 5, wherein the heat treatment 상기 실리콘 기판의 온도를 450 ~ 550℃로 유지하면서 상압의 산소 가스 분위기에서 10분 내지 30분 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 실리콘 절연막 제조방법.The silicon insulating film manufacturing method, characterized in that the heat treatment for 10 to 30 minutes in an oxygen gas atmosphere of atmospheric pressure while maintaining the temperature of the silicon substrate at 450 ~ 550 ℃. 제 5 항에 있어서, 상기 레이저 빔의 파워, 실리콘 기판 온도, 실리콘 타겟과 실리콘 기판과의 거리, 산소가스와 헬륨가스의 압력비에 의해 상기 실리콘 나노점 어레이의 크기와 밀도 변화를 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 절연막 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the size and density change of the silicon nano dot array is controlled by the power of the laser beam, the silicon substrate temperature, the distance between the silicon target and the silicon substrate, and the pressure ratio between oxygen gas and helium gas. Silicon insulating film manufacturing method. 실리콘 기판을 반응 챔버 내의 기판 홀더에 장착한 후, 상기 반응 챔버 내에 산소가스를 주입하여 상기 실리콘 기판 상에 산화막을 형성하는 제1단계;Mounting a silicon substrate on a substrate holder in the reaction chamber, and injecting oxygen gas into the reaction chamber to form an oxide film on the silicon substrate; 상기 반응 챔버 내에 산소가스와 헬륨가스를 주입하고, 타겟 홀더에 탑재된 실리콘 타겟에 고에너지의 펄스형 레이저 빔을 조사하여 상기 산화막 위에 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막을 형성하는 제2단계; Injecting oxygen gas and helium gas into the reaction chamber and irradiating a high energy pulsed laser beam to a silicon target mounted on a target holder to form a silicon oxide film including a silicon nano dot array on the oxide film; 열처리를 통해 상기 실리콘 나노점 어레이를 안정화하는 제3단계;A third step of stabilizing the silicon nano dot array through heat treatment; 상기 반응 챔버 내에 실리콘 원자를 포함하는 반응가스를 주입하여 상기 실리콘 나노점 어레이를 포함하는 실리콘 산화막 위에 실리콘 산화물 박막을 형성하는 제4단계; 및 A fourth step of forming a silicon oxide thin film on the silicon oxide film including the silicon nano dot array by injecting a reaction gas containing silicon atoms into the reaction chamber; And 상기 실리콘 산화물 박막 상에 게이트 전극을 형성하는 제5단계;A fifth step of forming a gate electrode on the silicon oxide thin film; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 제조방법. Silicon nano-point nonvolatile memory manufacturing method comprising a. 제 10 항에 있어서, 상기 반응가스는 The method of claim 10, wherein the reaction gas SiH4 또는 SiF4 또는 SiCl4 또는 Si2H6 또는 Si3H8 또는 SiH2Cl2인 것을 특징으로 하는 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 제조방법. SiH 4 or SiF 4 or SiCl 4 or Si 2 H 6 or Si 3 H 8 or Method for manufacturing a silicon nano-point nonvolatile memory, characterized in that SiH 2 Cl 2 . 제 10 항에 있어서, 상기 실리콘 산화물 박막은 The method of claim 10, wherein the silicon oxide thin film 화학 기상 증착법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 제조방법. Silicon nano-point nonvolatile memory manufacturing method characterized in that formed by chemical vapor deposition. 제 12 항에 있어서, 상기 실리콘 산화물 박막은 The method of claim 12, wherein the silicon oxide thin film 실리콘 기판의 온도는 반응 가스의 종류에 따라 500 ~ 900℃, 반응 챔버의 압력은 10 ~ 100 Torr 조건 하에서 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노점 비휘발성 메모리 제조방법. The temperature of the silicon substrate is 500 ~ 900 ℃ according to the type of the reaction gas, the pressure of the reaction chamber is formed under the conditions of 10 ~ 100 Torr, silicon nano dot non-volatile memory manufacturing method.
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