KR0142118B1 - 반도체 메모리 소자 제조방법 - Google Patents
반도체 메모리 소자 제조방법Info
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Abstract
[청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야:]
반도체 메모리 소자 제조 방법중 폴리실리콤 형성을 위한 플라즈마 식각 공정에 관한 것이다.
[발명이 해결하려고 하는 기술적 과제:]
플라즈마 식각 공정 중 산화박막에 필연적으로 발생하는 이온축적으로 인한 손상을 줄이기 위한 반도체 메모리 소자 제조방법을 제공함에 있다.
[발명의 해결 방법의 요지:]
폴리실리콘게이트를 소자내의 활성화 영역에 형성되는 제 1폴리실리콘과, 비활성화영역에 형성되는 제 2폴리실리콘을 상기 실리콘과는 또 다른 전도성 물질로 연결하는 것을 요지로 한다.
[발명의 중요한 용도:]
고 집적화 및 저 전압용 반도체 소자에 적합하다.
Description
제 1도는 종래의 금속에 칭에 대한 엔모오스트랜지스터의 단면도 및 등가회로도.
제 2도는 종래의 금속에 칭에 대한 또 다른 엔모오스트랜지스터의 단면도 및 등가회로도.
제 3도는 종래의 폴리실리콘 게이트의 제조공정.
제 4도는 종래의 폴리실리콘 게이트 제조공정에 있어서, 제 3도의 피식각제를 에칭시킨 후의 소자 단면도.
제 5도는 제 4도에 따른 피식각제 소자의 평면 구조도.
제 6도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조도면에 따른 피식각제의 소자 평면도.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 방도체 메모리 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 이온화된 가스의 플라즈마를 이용하여 반도체 메모리 소자의 폴리실리콘을 에칭시킬 때 산화박막에 필연적으로 발생하는 이온축적(charge-up)을 감소시킬수 있는 반도체 메모리 소자 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조공정 중에는 많은 식각공정이 필요하며, 이온화된 가스를 사용하는 상기 플라즈마 식각공정이 주로 이용되고 있다. 식각을 위한 상기 플라즈마 공정 중, 플라즈마에 사용되는 이온들과 피식각물질의 이온들이 결합하여 필연적으로 상기 피식각 물질에 불필요한 이온들이 축적을 하게 된다. 상기 축적된 이온들은 스트레스 전류가 되어 모오스트랜지스터의 폴리시리콘내의 산화박막에 심각한 절연 파괴를 유도한다. 부연하면, 모오스트랜지스터에 게이트전극을 형성하는 경우에 있어서, 상기 게이트전극을 형성하기 위한 플라즈마 식각공정 중에 발생하는 이온들은 상기 피식각물에 집합을 형성한다. 상기 이온들의 집합은 게이트전극과 반도체기판 사이에 존재하는 게이트 산화막을 통해 파울러-노르드하임(fowler-nordheim)전류를 흐르게 하여, 상기 게이트 산화막에는 전하가 트랩된다. 이어서, 상기 게이트산화막에 트랩된 전하가 게이트산화막의 브레이크다운 전압을 저하시켜 모오스트랜지스터 게이트산화막에 상기 절연 파괴를 유도하게 된다. 더욱이, 반도체 메모리 소자가 고 집적화, 저전압화되면서 점차 박막화되는 트랜지스터 게이트산화막은 플라즈마 에칭 공정 중에 발생하는 이온 축적에 의한 스트레스를 더 많이 받게되어 결국 상기 트랜지스터의 게이트산화막에 특성열화가 발생되어 제품의 불량을 초래하게 되는 것이다.
이하, 후술되는 내용은 본 발명에 대한 이해를 뒷받침하기 위하여 제 1도는 상기 폴리실리콘 게이트 에칭공정에서가 아닌 금속에칭 공정에서 발생하는 상기 플라즈마 에칭으로 인한 손상을 해결하기 위한 참조도면으로서, 종래의 엔모오스트랜지스터 단면도 및 등가회로도를 도시하고 있다. 상기 플라즈마 에칭공정시 웨이퍼 재료와 반응하는 물질은 대부분 양이온들이고, 상기 양이온들은 직접 혹은 간접적으로 금속이나 폴리실리콘을 통해 트랜지스터의 게이트 전극으로 접속된다. 그리하여, 상기 이온들은 트랜지스터 게이트전극에 양 (+) 방향의 전압을 유기시킨다.
상기 엔 모오스트랜지스터의 간략한 구조를 설명하자면, 피형 기판(100)양단에 엔형 불순물(11)이 형성되고, 상기 기판(100)상부에 게이트 산화막(150)을 형성하게 한 후에 폴리실리콘 게이트를 전극으로 하는 엔 모오스트랜지스터의 구조이다. 따라서, 상기 게이트 전극(130)에 인가된 양(+) 전하에 의해 필드(field)가 걸리게되어 상기 산화막(150)에 파울러-노르드하임 전류가 발생된다. 상기 전류 때문에 트랜지스터의 게이트산화막내에 음(-)전하를 증가시키고, 상기 음전하에 의해 상기 엔 모오스 트랜지스터의 경우 문턱 전압이 증가하게 되며, 상기와 같은 문턱 전압의 증가 현상은 게이트산화막에 절연파괴가 일어나게한다.
따라서, 트랜지스터 게이트에 접속되는 전하를 기판(100)내부로 방전시켜 주면 상기와 같은 문턱 전압의 변화 현상을 해결한다. 상기의 현상을 해결하기 위한 제조방법으로 사용되고 있는 것이 게이트(130)와 기판(100)사이에 다이오드(120)를 연결하여 주는 것이다. 다시 말하자면, 상기 반도체기판(100)에 다이오드(120)를 형성한 후, 게이트전극(130)과 상기 다이오드를 연결하는 금속안테나(140)를 형성하여 상기 게이트전극(130)에 집합된 이온들을 다이오드를 통해 상기 반도체기판에 방전시켜줌으로서 파울러 - 노르드하임 전류에 의한 소자의 절연파괴를 해결하고자 하였다. 하지만, 상기와 같은 엔 모오스트랜지스터 경우에는 다이오드가 반도체기판에 대해 역바이어스 관계가 되어 게이트전극(130)에 접속된 이온들을 쉽게 방전시켜 주지 못하고, 오히려 게이트 전극에 상기 이온들을 축적하는 결과를 발생하게 하여 게이트산화막(150)의 열화를 촉진하게 하는 문제점을 안고 있다.
제 2도는 상기 제 1도에서 제안된 문제점을 해결하기 위하여, 상기 기판(100)내에 다이오드 대신 바이폴라정션 트랜지스터(200)를 만들어 플라즈마 에칭공정 중에 발생하는 전하를 이용하여 게이트(130)와 기판(100)사이에 연결된 상기 바이폴라 정션트랜지스터(200)를 턴-온 시킴으로서 자동적으로 트랜지스터의 게이트(130)와 기판이 연결되어 상기 게이트에 접속된 전하가 기판내로 빠지게 하여 게이트산화막의 특성열화를 방지하는 방법이다. 그러나, 언급한 바와 같이 이러한 방법은 금속 에칭공정 중에 발생하는 플라즈마 유도전하에서 사용하는 경우이며, 플라즈마 에칭공정 중에서 발생하는 손상은 막을 수 없다는 심각한 문제점에 봉착하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 플라즈마를 이용하여 상기 폴리실리콘을 식각하는 공정 중에 발생하는 이온축적 현상에 대한 손상을 최소화하는 반도체 메모리 소자 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이온화된 가스인 플라즈마를 이용하여 상기 폴리실리콘 게이트전극을 형성할 때 발생하는 이온축적 현상을 최소화하여 상기 폴리실리콘 게이트와 기판 사이의 산화막에 미치는 스트레스를 줄이는 반도체 메모리 소자 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 게이트산화막을 열화시키는 플라즈마 에칭공정에 의한 이온축적 현상을 최소화하여 상기 게이트산화막을 보호하는 반도체 메모리 소자 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 폴리실리콘 에칭공정 중 게이트산화막을 열화시키는 플라즈마 에칭공정에 의한 이온축적 현상을 최소화하여 트랜지스터 문턱 전압의 시프트(Shift)현상을 해결하여 소자의 절연파괴를 방지할 수 있는 반도체 메모리 소자 제조 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따르면, 폴리실리콘게이트를 형성하기 위한 플라즈마 에칭을 수행하는 반도체 메모리 소자 제조방법에 있어서 산화박막에 필연적으로 발생하는 이온축적으로 인한 손상을 줄이기 위하여, 상기 폴리실리콘 게이트를 활성화 영역에 형성된 게이트 폴리실리콘은 상기 게이트 폴리실리콘과 대칭적이며, 비활성화 영역에 형성된 접속 폴리실리콘으로 분리시켜 이를 에칭하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략한다. 다음 후술된 제 3도 및 제 4도, 제 5도는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제시된 도면들이다.
제 3도는 폴리실리콘 게이트 제조공정을 간략히 도시한 도면이다. 상기 도면과 함께 공정을 간략히 설명하자면, 피형 기판(300)에 필드 산화막(320)과 산화박막(360)을 형성시킨 상부에 폴리실리콘 게이트(330)를 증착하고, 상기 폴리실리콘 상부에 텅스텐 실리사이드(340)을 증착하고 상기 텅스텐 실리사이드(340) 상부에는 포토 레지스트(350)를 입힌다.
제 4도는 폴리실리콘 게이트 제조 공 정 중에 있어서, 제 3도에 제시된 피식각재를 에칭한 후의 단면 구조이다.
상기 제 3도의 다음 공정으로서 에칭이 이루어 지는데, 상기 에칭은 수백 와트의 에너지를 가진 플라즈마(370)에 의해 식각이 이루어지게 된다. 이때, 상기 폴리실리콘 게이트(330)와 상기 텅스텐 실리사이드(340) 그리고 상기 포토레지스트(350)에 전하가 축적되며 상기 축적된 전하들이 트랜지스터의 게이트산화막(360)에 스트레스를 가하여 상기 게이트산화막(360)에 특성 열화를 일으키게 한다.
제 5도는 또한, 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위한 모오스트랜지스터의 평면도이다. 도면을 참조하여 설명하자면, 상기 모오스트랜지스터에 게이트 전극이 되는 폴리실리콘(540)과 그라운드 라인 (550)에 연결되는 소오스(530)와 다른 트랜지스터의 게이트에 연결되는 드레인(510)으로 구성되어 있다. 또한, 빗금친(570)부분은 폴리실리콘 게이트 에칭공정에서 발생하는 플라즈마 손상을 받는 부분이다. 상기 손상은 트랜지스터의 게이트산화막이 되는 부분에 스트레스를 가하여 상기 트랜지스터 게이트산화막의 특성 열화를 초래한다.
제 6도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조도면이며, 폴리 에칭공정 중에 발생하는 플라즈마 에칭손상을 받는 부위(570)에 축적되는 이온의 양을 줄이기 위한 방법을 제시한 도면이다.
상기 폴리실리콘 게이트(570)부분을 게이트 폴리실리콘(610)과 접속 폴리실리콘(620)으로 이격시켜 플라즈마 에칭공정시 손상을 받는 폴리실리콘의 면적을 작게 하여 상기 손상을 최소화 하자는 것이다.
즉, 트랜지스터의 게이트(570)를 형성하는 폴리실리콘의 면적을 작게 제조하여 게이트산화막에 작은 스트레스가 발생하도록하여, 상기 플라즈마 에칭손상을 감소시킬 수 있다. 이때에 있어서는 활성과 영역에 형성되는 상기 게이트 폴리실리콘(610)과 상기 게이트 폴리실리콘(610)과 이격되는 접속 폴리실리콘(620)의 길이비는 약 1:10 이상의 비율로 한다.
이에, 상기 두 개의 폴리실리콘(620,610)의 끊어진 부분은 금속등의 전도성 물질로 연결 시킨다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 플라즈마를 이용하여 피식각재를 에칭하는데에 있어서, 발생하는 이온축적 현상을 최소화 하여 상기 플라즈마 에칭으로 인한 손상을 최소화 할 수 있는 효과가 있으며, 게이트산화막을 특성열화로부터 보호하고, 따라서, 파울러-노르드하임 전류로 인한 트랜지스터의 문턱 전압 시프트 현상을 해결하여 결과적으로 상기 게이트산화막을 절연파괴로부터 보호할 수 있는 효과가 있다.
상기한 본 발명은 도면을 중심으로 예를 들어 한정되었지만 그 동일한 것은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 변화와 변형이 가능함이 본 분야의 숙련된 자에게 있어 명백할 것이다.
Claims (6)
- 플라즈마 에칭에 의해 반도체 메모리 소자의 폴리실리콘을 제조하는 방법에 있어서:상기 반도체 메모리 소자의 절연막상에 게이트폴리실리콘과 접속폴리실리콘을 대칭적으로 비 접촉되게 형성하는 단계와:상기 게이트폴리실리콘은 상기 소자 내의 활성화 영역에 위치되며, 상기 접속폴리실리콘은 비 활성화 영역에 위치되며 상기 게이트폴리실리콘과 상기 접속실리콘을 전도성물질로 연결시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서: 상기 플라즈마 에칭은 수백와트의 높은 에너지를 갖는 이온화된 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서: 상기 전도성물질은 게이트폴리실리콘 및 접속폴리실리콘과는 다른 전도성물질로 연결하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서: 상기 전도성물질은 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서: 상기 활성화영역에 형성되는 게이트폴리실리콘과 상기 비활성화 영역에 형성되는 접속폴리실리콘의 길이비를 각각 1:10 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자 제조 방법.
- 반도체 메모리 소자의 폴리실리콘 게이트 전극에 있어서:폴리실리콘게이트를 소자내의 활성화 영역에 형성되는 제 1폴리실리콘과, 비활성화영역에 형성되는 제 2폴리실리콘을 상기 실리콘과는 또 다른 전도성 물질로 연결하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 폴리실리콘 게이트 전극.
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