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반도체 기판, 상기 기판 상에 형성된 소스 및 드레인 영역과 상기 소스 및 드레인 영역과 접촉하여 상기 반도체 기판 상에 형성된 게이트 구조체를 포함하는 반도체 메모리 소자에 있어서, 상기 게이트 구조체는 실리콘 질화막(Si3N4)을 사용하는 제 1 터널링 절연막,상기 제 1 터널링 절연막 상에 제 2 터널링 절연막을 적층시켜 상기 제 1 터널링 절연막과 상기 제 2 터널링 절연막은 스태거 터널 배리어(staggered tunnel barrier) 절연막이 되고,상기 스태거 터널 배리어 절연막 상에 형성된 전하 축적층,상기 전하 축적층 상에 형성되는 블로킹 절연막을 포함하되 상기 게이트 구조체는 질소와 산소의 혼합가스 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 가스 분위기(N2/O2 or N2)에서 500 ℃ 내지 1100 ℃ 사이에서 일차 열처리되고 질소와 수소 혼합가스와 질소 중 적어도 하나를 포함하는 가스 분위기(N2/H2 or N2)에서 200 ℃ 내지 500 ℃ 사이의 온도에서 이차 열처리되고, 및상기 블로킹 절연막 상에 형성되면서 금속 재료를 이용한 게이트 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 스태거 터널 배리어를 가지는 비휘발성 메모리 소자
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제1항에 있어서, 상기 전하 축적층은 폴리실리콘을 이용한 부유 게이트, 금속, 반도체 또는 산화물 나노결정을 가지는 나노 부유 게이트, 또는HfO2, ZrO2 및 Si3N4 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전하 트랩층 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스태거 터널 배리어를 가지는 비휘발성 메모리 소자
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제1항에 있어서, 상기 제 2 터널링 절연막은 하프늄 알루미나(HfAlO), 하프늄 산화막(HfO2), 지르코늄산화막(ZrO2), 하프늄실리케이트, 지르코늄실리케이트, 및 란타늄산화막(La2O3) 중 어느 하나의 물질을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스태거 터널 배리어를 가지는 비휘발성 메모리 소자
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제1항에 있어서, 상기 제 1 터널링 절연막은 4nm 이하의 두께이고 제 2 터널링 절연막은 5nm이하의 두께인 것을 특징으로 하는 스태거 터널 배리어를 가지는 비휘발성 메모리 소자
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반도체 기판 상에 소스와 드레인을 형성하는 단계;상기 기판 상에 소스와 드레인에 접촉하면서 실리콘 질화막(Si3N4)으로 이루어진 제 1 터널링 절연막을 형성하는 단계;상기 제 1 터널링 절연막 상에 제 2 터널링 절연막을 적층시켜 상기 제 1 터널링 절연막과 제 2 터널링 절연막을 포함하는 스태거 터널 배리어 절연막을 형성하는 단계;상기 스태거 터널 배리어 절연막 상에 전하 축적층을 형성하는 단계;상기 전하 축적층 상에 블로킹 절연막을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판을 질소와 산소의 혼합가스 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 가스 분위기(N2/O2 or N2)에서 500 ℃ 내지 1100 ℃ 사이에서 일차 열처리하고 질소와 수소의 혼합가스와 질소 중 적어도 하나를 포함하는 가스 분위기(N2/H2 or N2)에서 200 ℃ 내지 500 ℃ 사이의 온도에서 이차 열처리하는 단계; 및상기 블로킹 절연막 상에 금속 재료로 게이트 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스태거 터널 배리어를 가지는 비휘발성 메모리 소자 제조방법
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제5항에 있어서, 상기 전하 축적층은 폴리실리콘을 이용한 부유 게이트, 금속, 반도체 또는 산화물 나노결정을 가지는 나노 부유 게이트, 또는HfO2, ZrO2 및 Si3N4 중 적어도 하나를 포함하는 전하 트랩층 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성하는 것을 특징으로 하는 스태거 터널 배리어를 가지는 비휘발성 메모리 소자 제조방법
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제5항에 있어서, 상기 제 2 터널링 절연막은 하프늄 알루미나(HfAlO), 하프늄 산화막(HfO2), 지르코늄산화막(ZrO2), 하프늄실리케이트, 지르코늄실리케이트, 및 란타늄산화막(La2O3) 중 어느 하나의 물질을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스태거 터널 배리어를 가지는 비휘발성 메모리 소자 제조방법
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제5항에 있어서, 상기 일차 열처리는 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 스태거 터널 배리어를 가지는 비휘발성 메모리 소자 제조방법
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제5항에 있어서, 상기 이차 열처리는 혼합가스를 이용한 후속열처리(Forming Gas Annealing)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 스태거 터널 배리어를 가지는 비휘발성 메모리 소자 제조방법
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제5항에 있어서, 상기 일차 열처리는 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing)에 의해 이루어지고 상기 이차 열처리는 혼합가스를 이용한 후속열처리(Forming Gas Annealing)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 스태거 터널 배리어를 가지는 비휘발성 메모리 소자 제조방법
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제5항에 있어서, 상기 제 1 터널링 절연막은 4nm 이하의 두께이고 제 2 터널링 절연막은 5nm이하의 두께인 것을 특징으로 하는 스태거 터널 배리어를 가지는 비휘발성 메모리 소자 제조방법
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