KR20180090656A - 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

누설전류의 증가를 방지하고 기록 보존성을 유지할 수 있도록 3차원 수직 플래시 메모리 소자에 대해 고압 수소 및 습식 열처리 공정을 실행하는 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 기판상에 전도층과 절연층을 다층으로 적층하여 적층막을 형성하는 단계, 상기 적층막에 에칭 홀을 형성하는 단계, 상기 전도층을 제거하고 블로킹 절연막을 형성하는 단계, 상기 블로킹 절연막에 습식 고압 열처리를 실행하는 단계, 상기 블로킹 절연막 상에 전하 저장막을 형성하는 단계, 상기 전하 저장막 상에 터널링 절연막을 형성하는 단계, 상기 에칭 홀에 채널을 형성하는 단계, 상기 터널링 절연막 내에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 블로킹 절연막, 전하 저장막, 터널링 절연막에 대해 고압 수소 열처리를 실행하는 구성을 마련하여, 누설전류의 증가로 인한 문제를 방지하고, 채널의 이동도(mobility)를 개선할 수 있다.

Description

3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법{Fabrication method of 3-dimensional flash memory device}
본 발명은 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 누설전류의 증가를 방지하고 기록 보존성을 유지할 수 있도록 3차원 수직 플래시 메모리 소자에 대해 고압 수소 및 습식 고압 열처리 공정을 실행하는 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 플래시 메모리(flash memory) 소자는 셀의 구성 및 동작에 따라 NAND 타입과 NOR 타입으로 구분된다.
또 단위 셀에 사용되는 전하 저장층(전하 저장막)의 물질의 종류에 따라 플로팅 게이트 계열의 메모리 소자, MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) 구조 또는 SONOS(Silicon Oxide Nitride Oxide Semiconductor) 구조의 메모리 소자로 나누어진다.
플로팅 게이트 계열의 메모리 소자는 전위우물(potential well)을 이용하여 기억 특성을 구현하는 소자이며, MONOS 또는 SONOS 계열은 유전막인 실리콘 질화막의 벌크(bulk) 내에 존재하는 트랩사이트 또는 유전막과 유전막 사이의 계면 등에 존재하는 트랩사이트를 이용하여 기억특성을 구현한다. 상기 MONOS는 컨트롤 게이트가 금속으로 이루어진 경우를 지칭하고, SONOS는 컨트롤 게이트가 폴리실리콘으로 이루어진 경우를 지칭한다.
특히, SONOS 또는 MONOS 타입은 플로팅 게이트 타입의 플래시 메모리에 비해 상대적으로 용이한 스케일링(scaling)과 개선된 지속성 특성(endurance) 및 고른 문턱전압 분포를 가지는 장점이 있다. 그러나 고집적화를 위해 터널링 절연막 및 블로킹 절연막의 두께를 얇게 하는 경우, 기록 보존성(retention)과 지속성에서 특성저하를 야기한다.
최근에 플래시 메모리 소자는 지속적인 스케일링에 의해 대용량화되어 다양한 분야에서 저장용 메모리로 이용되고 있으며, 20nm 급의 128 Gbit 제품의 양산화도 실행되며, 플로팅 게이트 기술(floating gate technology)로 10nm 이하까지 스케일링될 것으로 예측되고 있다.
또 플래시 메모리 소자의 고집적화를 위해, 2차원 구조에서 3차원 구조로 실행되며, 낸드(NAND) 플래시 메모리 소자는 메모리 셀(cell) 당 콘택(contact) 형성이 필요 없이 스트링(string) 형태로 메모리 셀을 연결할 수 있으므로, 수직 방향의 다양한 3차원 구조가 실현되고 있다.
이러한 3차원 낸드 플래시 메모리는 Si 벌크(bulk) 내에 N+ 정션(junction) 확산층을 배치하고 이를 공통 소스 라인으로 활용하는 형태이다. 이러한 구조는 장점을 가지고 있지만, 확산층에서의 저항이 커서 메모리 셀 특성 열화가 발생한다.
이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 상면과 하면을 관통하는 관통홀이 형성되어 있는 소자 형성 기판, 상기 관통홀에 갭-필되어 있는 도전체, 상기 도전체 상에 형성되며, 상기 소자 형성 기판의 상측 방향으로 길게 뻗은 형상으로 형성된 수직 채널 및 상기 도전체와 전기적으로 연결되어 있으며 전도성 물질로 형성된 공통 소스 라인;을 포함하는 3차원 플래시 메모리 소자에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 반도체 기판, 상기 반도체 기판상에 배치된 수직 채널 구조체들, 상기 수직 채널 구조체들과 직접 접촉하고 상기 반도체 기판에 형성된 P형 반도체층 및 상기 수직 채널 구조체들 사이의 상기 반도체 기판에 형성된 공통 소스 라인을 포함하되, 상기 P형 반도체층은 상기 수직 채널 구조체들 및 상기 공통 소스 라인과 공통으로 접하는 3차원 반도체 소자에 대해 개시되어 있다.
또 하기 비특허문헌 1에는 다결정질 실리콘 채널(polycrystalline silicon channel)에 잔존하는 결함(defect)에 기인하여 마카로니(Macaroni) Si 채널 기반의 플래시 메모리 소자의 경우 트랜지스터의 구동전류가 부족해지는 3차원 플래시 메모리 소자의 문제점에 대해 개시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1040154호(2011.06.02 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1489458호(2015.01.28 등록)
Statistical spectroscopy of switching traps in deeply scaled vertical poly-Si channel for 3D memories, M. Toledano-Luque, IMEC, p.562, IEDM 2013
그러나 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 마카로니(Macaroni) Si 채널 기반의 플래시 메모리 소자에서 다결정질 실리콘 채널에 잔존하는 결함(defect)을 해결하기 위하여, 고압수소 열처리를 적용하여, 구동전류를 최대 10배까지 개선할 수 있음을 확인하였다.
그러나 고압수소 열처리 과정에서 산화층/Si 계면이 개선되지만, 플래시 메모리에서 블록킹 산화층(Blocking oxide)의 조성비가 낮아져서 누설전류가 발생하여, 기록 보존성(retention) 특성이 악화되는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 누설전류의 증가로 인한 문제를 방지하고, 채널의 이동도(mobility)를 개선할 수 있는 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 블록킹 산화층(blocking oxide)을 형성하는 단계에서 결함(defect) 형성 효과를 최소화하고 수소 침투를 방지할 수 있는 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법은 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법으로서, 기판상에 전도층과 절연층을 다층으로 적층하여 적층막을 형성하는 단계, 상기 적층막에 에칭 홀을 형성하는 단계, 상기 전도층을 제거하고 블로킹 절연막을 형성하는 단계, 습식 고압 열처리를 수행하는 단계, 상기 블로킹 절연막 상에 전하 저장막을 형성하는 단계, 상기 전하 저장막 상에 터널링 절연막을 형성하는 단계, 상기 에칭 홀에 채널을 형성하는 단계, 상기 터널링 절연막 내에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 블로킹 절연막, 전하 저장막, 터널링 절연막에 대해 고압 수소 열처리를 실행하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법에서, 상기 습식 고압 열처리는 1~20기압에서 실행되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법에서, 상기 고압 수소 열처리는 350~450℃에서 실행되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법에서, 상기 블로킹 절연막으로 수소가 침투하는 것을 방지하도록 상기 전하저장막상은 나이트라이드 보호막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 고압 수소 열처리는 1 내지 20기압에서 실행되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법에 의하면, 차원 플래시 메모리 소자용 최적 수소열처리를 실행하여 누설전류의 증가로 인한 문제를 방지하고, 채널의 이동도(mobility)를 개선할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법에 의하면, 최적 계면 패시베이션(passivation)을 통한 구동전류 확보와 동시에 블록킹 산화 조성비의 유지를 통해 소자의 기록 보존(retention) 특성을 확보할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 본 발명에 적용되는 3차원 플래시 메모리 소자의 구성을 설명하기 위한 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 수직 채널, 터널링 절연막, 전하 저장막, 블로킹 절연막 및 게이트를 설명하기 위한 부분 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 4 내지 도 10은 각각 터널링 절연막, 전하 저장막 및 블로킹 절연막을 형성하는 과정을 설명하기 위한 단면도.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 3차원 플래시 메모리 소자의 구성의 일 예이다.
본 발명에 적용되는 3차원 플래시 메모리 소자(100)는 크게 소자부와 지지부로 구성되고, 소자부는 소자 형성 기판(160), 도전체(170, 172), 제1 상측 범프(150), 제2 상측 범프(155), 수직 채널(190), 하층 절연층(187), 절연층(180), 전도층(185), 상층 절연층(182) 및 비트 라인(195)을 구비한다. 지지부는 소자 지지 기판(110), 분리막(120), 도전성 박막(130), 제1 하측 범프(140) 및 제2 하측 범프(145)를 구비한다. 소자부와 지지부는 상측 범프(150, 155)와 하측 범프(140, 145)에 의해 연결된다.
상기 소자 지지 기판(110)은 예를 들어 실리콘 기판으로 제작될 수 있고, 소자 지지 기판(110) 상에는 절연물질로 이루어진 분리막(120)과 전도성 물질로 이루어진 도전성 박막(130)이 형성되어 있다. 도전성 박막(130)은 소자 형성 기판(160)에 형성되어 있는 관통홀(165, 167)의 크기와 위치에 대응되도록 패터닝되어 있다. 패터닝된 도전성 박막(130)의 상측에는 전도성 물질로 이루어진 제1 하측 범프(140) 및 제2 하측 범프(145)가 형성되어 있다. 제1 하측 범프(140)는 제1 상측 범프(150)와 전기적으로 연결되고, 제2 하측 범프(145)는 제2 상측 범프(155)와 전기적으로 연결되어, 소자부와 지지부가 연결되도록 한다.
상기 소자 형성 기판(160)은 예를 들어 실리콘 기판으로 제작될 수 있고, 소자 형성 기판(160)에는 상면과 하면을 관통하는 관통홀(165, 167)이 형성되어 있다. 도전체(170, 172)는 전도성 물질인 금속으로 이루어질 수 있으며, 소자 형성 기판(160)에 형성되어 있는 관통 홀(165, 167)에 갭-필되어 있다. 관통홀(165)에 갭-필되어 있는 도전체(170)는 수직 채널(190)의 하부에 형성되어 있는 것으로, 관통홀(165)의 크기는 수 ㎛에서 수십 ㎛의 크기 정도로 수직 채널(190)을 블록(block) 단위로 연결하게 된다. 도전체(170, 172)의 하부에는 전도성 물질로 이루어진 제1 상측 범프(150) 및 제2 상측 범프(155)가 형성되어 있다.
도전체(172)는 소자 형성 기판(160)의 상측에서 외부 입력 신호를 입력받기 위한 것으로, 도전성 박막(130)과는 제2 하측 범프(145)와 제2 상측 범프(155)에 의해 전기적으로 연결된다. 즉 도전성 박막(130), 제2 하측 범프(145), 제2 상측 범프(155) 및 도전체(172)가 공통 소스 라인을 구성하여, 공통 소스 라인으로 입력되는 외부 신호는 수직 채널(190)로 공급된다.
수직 채널(190)은 폴리 실리콘(poly-Si)으로 이루어질 수 있으며, 도전체(170) 상에 형성되며, 소자 형성 기판(160)의 상측 방향으로 길게 뻗은 형상으로 형성된다. 수직 채널(190)의 직경은 수십~수백 nm일 수 있다. 그리고 수직 채널(190)의 상부에는 전도성 물질로 이루어진 비트 라인(195)이 형성되어 있다.
또 소자 형성 기판(160) 상에는 복수의 절연층(180)과 전도층(185)이 교대로 적층되어 있는 적층막(180, 185)이 형성되어 있다. 이 절연층(180)은 산화 실리콘(SiO2)로 이루어질 수 있으며, 전도층(185)은 폴리 실리콘(poly-Si)으로 이루어질 수 있다. 절연층(180)과 전도층(185)은 수십 nm의 두께로 형성될 수 있다. 각각의 절연층(180)과 전도층(185)은 수직 채널(190) 각각을 감싸도록 형성되어 있다. 도전체(170)와 전도층(185)이 전기적으로 분리되도록 적층막(180, 185)의 하부에는 절연물질로 이루어진 하부 절연층(187)이 형성되어 있다. 그리고 전도층(185)과 비트 라인(195)이 전기적으로 분리되고, 비트 라인(195)이 보호되도록 적층막(180, 185)의 상부에는 절연물질로 이루어진 상부 절연층(182)이 형성되어 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 수직채널(190)과 상기 적층막(180, 185)의 사이에는 터널링 절연막(184)이 형성되어 있다. 터널링 절연막(184)은 산화 실리콘으로 이루어질 수 있다. 그리고 터널링 절연막(184)과 전도층(185) 사이에는 전하 저장막(183)과 블로킹 절연막(181)가 순차적으로 형성되어 있다. 전하 저장막(183)은 실리콘질화막(Si3N4)으로 이루어질 수 있으며, 블로킹 절연막(181)은 산화실리콘으로 이루어질 수 있다. 그리고 터널링 절연막(184), 전하 저장막(183) 및 블로킹 절연막(181)은 수 nm의 두께로 형성될 수 있다.
3차원 플래시 메모리 소자가 구성되면, 전도층(185)은 컨트롤 게이트로서 기능하게 된다. 그리고 비트 라인(195)과 공통 소스 라인과 전도층(185)에 전위를 인가함으로써, 전하 저장막(183) 내에 전하를 충전, 방전시킬 수 있게 된다. 따라서 터널링 절연막(184), 전하 저장막(183) 및 블로킹 절연막(181)은 메모리 셀로서 기능하게 된다. 또 전하 저장막(183)은 절연층(185)에 의해 전기적으로 분리되어 있으므로, 전하 저장막(183)에 충전되어 있는 전하는 외부에 누설되기 어렵다. 이러한 형태로 플래시 메모리가 구성되면, 하나의 수직채널(190) 당 전도층(185)의 개수만큼의 메모리 셀이 존재하게 되므로, 집적도를 크게 증가시킬 수 있다.
다음에 메모리 셀로서 기능하는 터널링 절연막(184), 전하 저장막(183) 및 블로킹 절연막(181)의 제조 방법을 도 3 내지 도 10에 따라 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4 내지 도 10은 각각 터널링 절연막(184), 전하 저장막(183) 및 블로킹 절연막(181)을 형성하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 소자 형성 기판에 마련된 도체층(170)과 하층 절연층(187) 상에 전도층(185)과 절연층(180)을 다층으로 적층하여 적층막을 형성한다(S10). 다음에, 도 5에 도시된 바와 같이, 적층막에 에칭 홀(200)을 형성하고(S20), 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전도층(185)을 제거한다.
다음에, 도 7에 도시된 바와 같이, 전도층(185)이 제거된 내부에 블로킹 절연막(181)을 형성한다(S30).
상기 블로킹 절연막(181)은 프로그램 동작시, 터널링 절연막(184)을 통과한 전자가 컨트롤 게이트로 빠져나가는 것을 방지한다.
또한, 소거 동작시에 컨트롤 게이트로부터 전자가 전하 저장막(183)으로 흘러들어가는 것을 방지한다. 이를 위해 상기 블로킹 절연막(181)은 높은 유전율은 가진 high-k 유전체를 사용함이 바람직하다. 예를 들어, Al2O3, HfO2, ZrO2, Ta2O5, TiO2, YO2 등의 고유전 물질이 포함된 물질로 형성됨이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 고온 열처리 공정시, 열적 안정성을 확보할 수 있는 Hf Silicate, Zr Silicate, Y Silicate 또는 란탄 계열(Ln) 금속 Silicate 등이 사용될 수 있다.
이후 상기 블로킹 절연막(181)에 대해 습식 고압 열처리를 수행한다.(A10)
습식 고압 열처리는 상기 블로킹 절연막(181) 내의 결함들은 점결함(point defect), 선결함(line defect) 또는 면결함(plane defect) 등으로 구분될 수 있다. 근본적으로 고온 상태에서의 큐어링은 입자의 에너지를 상승시키고, 에너지가 집중된 결함으로 고온의 입자들이 이동하여 결함을 치유하는 과정이다.
습식 고압 열처리를 수행하는 경우, 블로킹 절연층의 결함이나 산소 공공들이 제거되어, 소거 동작시에 누설 전류가 감소시킨다. 즉, 소거 동작시에는 블로킹 절연물을 통해 음의 전계가 인가되며, 음의 전계값이 상승하더라도 게이트의 누설 전류가 습식 고압 열처리를 수행하지 아니한 경우보다 현저히 낮음을 알 수있다.
습식 고압 열처리를 수행한 경우, 누설전류 요인들이 제거되고, 블로킹 절연층으로 유입되는 전자의 양이 줄어들게 되어 소거 동작이 원활하게 수행될 수 있다.
습식 고압 열처리는 저온 열처리시, 질소 또는 아르곤 등의 비활성 기체 분위기에 수증기를 공급하며, 고압의 분위기에서 열처리가 수행된다. 여기서, 습식 고압 열처리는 1 내지 20기압에서 실행된다. 그러나 바람직하게는 10기압의 질소에 2기압의 증기가 포함된 분위기에서 250℃의 온도로 10분간 수행된다. 상기 저온 열처리는 고압에서 수행되므로, 증기에 포함된 산소는 블로킹 절연막(181)으로 침투되고, 블로킹 절연막(181) 내에 잔류하는 결함은 치유된다. 또한, 저온 열처리시의 기체의 압력은 1내지 20기압에서 수행될 수 있다.이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 블로킹 절연막(181) 내에 전하 저장막(183)을 형성한다(S40). 상기 전하 저장막(183)은 채널 영역으로부터 터널링 절연막(184)을 통과한 전자를 저장하기 위해 구비된다. 또 상기 전하 저장막(183)은 실리콘 질화막으로 구성됨이 바람직하다.
전화 저장막(183)은 실리콘 질화막(나이트 라이드)로 제조됨이 바람직하다. 따라서, 전하 저장막(183)은 나이트 라이드 보호막이 되어 후술할 고압 수소 또는 중수소 열처리 시 블로킹 절연막(181)에 수소 또는 중수소가 침투됨을 방지할 수 있다.
계속해서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 전하 저장막(183) 내에 터널링 절연막(184)을 형성한다(S50).
상기 터널링 절연막(184)은 실리콘산화물로 구성됨이 바람직하다. 또한, 상기 터널링 절연막(184)의 경우, 소거 동작시에 F-N 터널링에 의해 전하가 채널 영역으로 용이하게 빠져나가고, 프로그램 동작시에 전하가 전하 저장층으로 용이하게 유입될 수 있도록 그 두께는 조절된다. 따라서, 상기 터널링 절연막(184)은 예를 들어 5nm 이하의 두께로 형성됨이 바람직하다.
이후에 에칭 홀(200)을 따라 채널을 형성한다. 채널은 amorphous silicon을 재료로 제조됨이 바람직하다.
그 후 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 터널링 절연막(184) 내에 게이트 전극을 형성한다(S60). 상기 게이트 전극140은 Ti, Ta, TaN, TiN 또는 폴리실리콘으로 구성됨이 바람직하다. 이와 같은 게이트 전극에는 워드 라인이 마련될 수 있다.
이어서, 터널링 절연막(184), 전하 저장막(183), 블로킹 절연막(181)이 형성된 기판에 대한 고압 수소 열처리를 실시한다(A20).
보다 정확하게는 터널링 절연막(184)과 채널의 계면에 고압 수소 열처리를 실시한다.
고압 수소 열처리는 수소 또는 중수소 분위기, 1 내지 20기압에서 열처리를 수행하는 공정이다. 이를 통하여 터널링 절연막(184)과 채널의 계면의 트랩전하를 패시베이션 하여 전기적 특성을 개선한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 사용하는 것에 의해 최적 계면 패시베이션(passivation)을 통한 구동전류 확보와 동시에 블록킹 산화 조성비의 유지를 통해 소자의 기록 보존(retention) 특성을 확보할 수 있다.
181 : 블로킹 절연막
183 : 전하 저장막
184 : 터널링 절연막

Claims (5)

  1. 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법으로서,
    기판상에 전도층과 절연층을 다층으로 적층하여 적층막을 형성하는 단계,
    상기 적층막에 에칭 홀을 형성하는 단계,
    상기 전도층을 제거하고 블로킹 절연막을 형성하는 단계,
    상기 블로킹 절연막에 대해 습식 고압 열처리를 수행하는 단계,
    상기 블로킹 절연막 상에 전하 저장막을 형성하는 단계,
    상기 전하 저장막 상에 터널링 절연막을 형성하는 단계,
    상기 에칭 홀을 따라 채널을 형성하는 단계,
    상기 터널링 절연막 내에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    터널링 절연막과 채널의 계면에 대해 고압 수소 열처리를 실행하는 것
    을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 습식 고압 열처리는 1~20기압에서 실행되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 고압 수소 열처리는 350~450℃에서 실행되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 블로킹 절연막으로 수소가 침투하는 것을 방지하도록 상기 전하저장막은 나이트라이드로 제조되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고압 수소 열처리는 1 내지 20기압에서 실행되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리 소자의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230091243A (ko) * 2021-12-15 2023-06-23 삼성전자주식회사 반도체 메모리 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101040154B1 (ko) 2009-11-04 2011-06-09 한양대학교 산학협력단 3차원 플래시 메모리 소자
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100875022B1 (ko) * 2007-01-29 2008-12-19 주식회사 풍산마이크로텍 플래시 메모리의 제조방법
US8658499B2 (en) * 2012-07-09 2014-02-25 Sandisk Technologies Inc. Three dimensional NAND device and method of charge trap layer separation and floating gate formation in the NAND device
KR20150142474A (ko) * 2014-06-12 2015-12-22 인하대학교 산학협력단 박막 트랜지스터, 이의 제조 방법 및 3 차원 메모리 소자

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101489458B1 (ko) 2009-02-02 2015-02-06 삼성전자주식회사 3차원 반도체 소자
KR101040154B1 (ko) 2009-11-04 2011-06-09 한양대학교 산학협력단 3차원 플래시 메모리 소자

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Statistical spectroscopy of switching traps in deeply scaled vertical poly-Si channel for 3D memories, M. Toledano-Luque, IMEC, p.562, IEDM 2013

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