KR100289342B1 - ROM device based on NAND structure and amorphous silicon and manufacturing method thereof - Google Patents
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- H10B20/38—Doping programmed, e.g. mask ROM
Abstract
본 발명은 NAND-구조 및 비결정-실리콘에 의거한 ROM장치를 제공한다. 이 ROM 장치는, 누설전류를 방지하기 위하여 기판과 소오스/드레인영역을 분리하도록 SOI 구조에 의거하여 구성되는 MOSFET 메모리셀의 어레이를 포함하는 타입이다. 또한, SOI 구조는, 소오스/드레인 영역 및 기판간의 다이오드 접합부에 항복전압이 발생하지 않도록 함으로써 동작전압을 증가시킨다. ROM 장치에 있어서, MOSFET 메모리셀에 대한 소오스/드레인 영역은, ROM 장치의 제조공정이 매우 단순화되도록 고-도핑된 폴리실리콘 대신에 진성 비결정-실리콘으로 형성된다.The present invention provides a ROM device based on NAND-structure and amorphous-silicon. This ROM device is of a type including an array of MOSFET memory cells configured based on the SOI structure to separate the substrate and the source / drain regions to prevent leakage current. In addition, the SOI structure increases the operating voltage by preventing a breakdown voltage from occurring at the diode junction between the source / drain region and the substrate. In ROM devices, the source / drain regions for MOSFET memory cells are formed of intrinsic amorphous-silicon instead of high-doped polysilicon to greatly simplify the fabrication process of the ROM device.
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로써, 특히 소오스/드레인 영역이 비결정 실리콘으로 형성되고, 실리콘-온-절연기(SOI)구조에 의거 제조되는 금속산화 반도체 전계효과 트랜지스터(이하, MOSFET라 함)의 어레이에 포함되는 타입의 낸드 구조의 비결정 실리콘에 의거한 반도체 리드 온리 메모리(ROM; 이하, ROM이라 함) 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
ROM은 예를들어, BIOS(Basic Input/output System, 개인용 컴퓨터의 동작시스템에 널리 사용됨)와 같이, 반복적으로 사용되는 프로그램 및 데이터를 포함하는 정보를 영구적으로 저장하기 위하여 컴퓨터 및 마이크로 프로세서 시스템에 널리 이용되는 비휘발성 반도체 메모리이다. ROM은 매우 복잡하고 시간적 손실이 많은 제조공정이 요구되며, 장비의 제조원가가 비싸다. 따라서, ROM에 영구적으로 저장되는 이진코드는 항상 소비자에 의해 최초로 정의되고, ROM에 프로그램되도록 팩토리 에 제공된다ROM is widely used in computers and microprocessor systems to permanently store information, including programs and data that are used repeatedly, such as, for example, the BIOS (Basic Input / Output System). It is a nonvolatile semiconductor memory used. ROM requires a very complicated and time-consuming manufacturing process, and expensive manufacturing equipment. Thus, binary code stored permanently in ROM is always first defined by the consumer and provided to the factory to be programmed into the ROM.
대부분의 ROM은 그에 저장되는 이진코드가 다를 뿐, 그 이외의 구조는 반도체 구조와 동일하다 따라서, ROM장치는 데이터 프로그래밍을 할 수 있는 단계까지만 제조될 수 있으며, 반-제조된 제품이 소비자가 주문한 대기목록에 리스트된다. 따라서, 소비자는 일명 마스크-프로그래밍 공정이라 불리우는 공정을 이용하여 반-제조된 ROM에 저장되어야 할 데이터를 팩토리에 공급한다. 이와같은 절차는 현재 ROM을 제조하는 반도체 산업에서 표준 방법으로 이용되고 있다.Most ROMs differ only in the binary code stored therein, and the rest of the structure is the same as the semiconductor structure. Therefore, ROM devices can only be manufactured to the point where data programming is possible, and semi-manufactured products can be ordered by consumers. Listed in the waiting list. Thus, the consumer supplies the factory with data to be stored in a semi-manufactured ROM using a process called a mask-programming process. Such a procedure is currently used as a standard method in the semiconductor industry for manufacturing ROMs.
대부분의 통상적인 ROM에서, MOSFET는 이진데이터를 영구적으로 저장하기 위한 메모리 셀로서 사용된다. 마스크-프로그래밍 공정 스테이지에서, 서로 다른 값의 이진 코드 데이터가 저장되었음을 의미하는 서로 다른 스레솔드 전압 레벨을 갖는 메모리 셀이 제공되도록, 선택된 채널 영역에 불순물이 도핑된다. 하나의 MOSFET 메모리 셀에 0 혹은 1의 이진 비트중 어느 비트가 저장되도록 설정되는 지의 여부는, 그에 연관된 채널 영역이 불순물로 도핑되는지의 여부에 달려있다. 만일 하나의 채널 영역이 불순물로 채워져 있으면, 제1 이진 디지트 즉, 0가 저장 되었음을 의미하는 온-상태가 MOSFET 메모리 셀에 영구적으로 설정되도록 그에 관련된 MOSFET 메모리 셀은 저 스레솔드 전압으로 세트된다. 혹은 제2 이진 디지트 즉, 1이 저장되었음을 의미하는 오프-상태가 MOSFET 메모리 셀에 영구적으로 설정 되도록 그에 관련된 MOSFET 메모리 셀은 고 스레솔드 전압으로 세트된다.In most conventional ROMs, MOSFETs are used as memory cells to permanently store binary data. In the mask-programming process stage, impurities are doped in the selected channel region to provide memory cells with different threshold voltage levels, meaning that different values of binary code data have been stored. Whether a bit of zero or one binary bits is set to be stored in one MOSFET memory cell depends on whether the channel region associated with it is doped with impurities. If one channel region is filled with impurities, the associated MOSFET memory cell is set to a low threshold voltage so that the on-state, meaning that the first binary digit, i.e., 0, is stored, is permanently set in the MOSFET memory cell. Or a MOSFET memory cell associated therewith is set to a high threshold voltage such that a second binary digit, i.e., an off-state meaning that 1 is stored, is permanently set in the MOSFET memory cell.
제1(a)도 내지 제1(c)도 는 통상적인 ROM 장치를 도시한 것으로써, 제1(a)도 는 ROM장치의 평면도, 제1(b)도 는 제1(a)도 의 ROM 장치의 A-A' 라인을 따라 절취한 단면도, 제1(c)도 는 제1(a)도 의 ROM 장치의 B-B' 라인을 따라 절취한 단면도이다.1 (a) to 1 (c) show a typical ROM device, a plan view of the first (a) or ROM device, and a first (b) to the first (a) Sectional drawing cut along the AA 'line of a ROM device, FIG. 1 (c) is sectional drawing cut along the BB' line of ROM device of FIG. 1 (a).
제1(a)도 내지 제1(c)도 에 도시한 바와같이, 통상적인 ROM장치는 예를들어 평행-이격된 복수개의 비트 라인(11) 및, 이 비트 라인(11)을 가로지르면서 평행-이격된 복수개의 워드 라인(13)이 형성된 p-형 실리콘 기판 따위의 반도체 기판을 포함하고 있다. 워드 라인(13)은 산화막(12)에 의해 비트 라인으로 부터 절연되어 있다. 이 ROM 장치는 서로 근접하는 한 쌍의 비트 라인(11)사이에 하나의 절연된 워드 라인(13)이 연관된 MOSFET 메모리 셀(14)의 어레이를 포함하고 있다.As shown in Figs. 1 (a) to 1 (c), a conventional ROM device, for example, crosses a plurality of
제1(c)도 에 도시한 바와같이, 통상적인 ROM장치를 제조하는 방법에 있어서, 제1 단계는 비트 라인(11)으로서 제공되도록 평행-이격된 복수개의 확산 영역을 형성하기 위하여, 예를들어 비소(As)와 같은 n-형 불순물을 기판(10)의 선택된 영역에 도핑하는 이온-주입 공정이다. 각각 근접하는 한 쌍의 비트 라인(11)사이의 틈새 영역은 채널 영역(16)으로서 제공된다. 이어서, 웨이퍼의 상부 영역 전체에 걸쳐서 산화막(12)이 형성되도록 웨이퍼상에서 열적 산화 공정이 진행된다. 다음에, 예를들어 고-도핑된 폴리실리콘층과 같은 도전층이 웨이퍼상에 형성된 후, 사진 및 식각공정에 의해 선택적으로 제거된다. 상기 도전층의 나머지 부위는 워드 라인(13)으로서 제공된다. 이와 같은 상태가 ROM 장치의 반-제조된 제품의 제조가 완료된 상태이다.As shown in Fig. 1 (c), in the method of manufacturing a conventional ROM device, the first step is to form a plurality of parallel-spaced diffusion regions to be provided as
마스크-프로그래밍 공정에 있어서, 마스크막(15)이 웨이퍼상에 최초로 형성된다. 이 마스크막(15)은 ROM 장치에 영구적으로 프로그램되는 이진 코드화된 데이터의 비트 패턴에 따라 복수의 접촉창이 형성되도록 사전규정된다. 이들 접촉창은 영구적으로 온-상태로 설정되는 ROM 장치의 MOSFET 메모리 셀의 선택된 그룹에 관련된 채널 영역들을 노출시킨다. 커버된 MOSFET 메모리 셀은 영구적으로 오프-상태로 설정되기 위한 것이다. 이어서, 마스크막(15)의 접촉창을 통하여 노출된 채널 영역들에 대하여, 예를들어 붕소(B)와 같은 p-형 불순물이 도핑되도록 웨이퍼상에서 이온 주입공정이 수행된다. 이와 같은 상태가 되면 일명 이온 주입공정이 완료된 것이다.In the mask-programming process, a
완성된 ROM 장치에 있어서, 도핑된 채널 영역들은, 제1 이진 디지트 즉, 0가 저장되었음을 의미하는 온-상태가 MOSFET 메모리 셀에 영구적으로 설정되도록 그에 관련된 MOSFET 메모리 셀은 저 스레솔드 전압으로 세트된다 혹은 제2 이진 디지트 즉, 1이 저장되었음을 의미하는 오프-상태가 MOSFET 메모리 셀에 영구적으로 설정되도록 그에 관련된 MOSFET 메모리 셀은 고 스레솔드 전압으로 세트된다.In a completed ROM device, the doped channel regions are set to a low threshold voltage so that the associated MOSFET memory cell is permanently set in the MOSFET memory cell, meaning that the first binary digit, i.e., 0, is stored. Or the MOSFET memory cell associated therewith is set to a high threshold voltage such that a second binary digit, i.e., an off-state meaning that 1 is stored, is permanently set in the MOSFET memory cell.
상술한 ROM 장치에 있어서, 이온 주입에 의해 소오스/드레인 영역이 기판에 형성되므로 소오스/드레인 영역 및 기판간의 절연상태가 좋지 않다. 더구나, 다이오드 접합이 소오스/드레인 영역을 기판으로 부터 절연시키는데 이용되므로 공급 전압이 증가하는 만큼 누설전류가 증가하게 된다. 또한, 이 누설전류의 크기가 소오스/드레인 영역 및 기판간의 접촉면적에 비례하므로 전류가 심하게 누설되는 것을 방지하기 위하여는 동작전압을 작게 제한할 수 밖에 없다.In the above ROM device, since the source / drain regions are formed in the substrate by ion implantation, the insulating state between the source / drain regions and the substrate is not good. Moreover, since diode junctions are used to insulate the source / drain regions from the substrate, the leakage current increases as the supply voltage increases. In addition, since the magnitude of the leakage current is proportional to the contact area between the source / drain region and the substrate, the operating voltage is limited to a small amount in order to prevent leakage of the current.
따라서, 본 발명의 목적은 누설전류의 발생을 방지하기 위하여 소오스/드레인 영역 및 기판이 절연되도록 SOI 구조의 ROM 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a ROM device having an SOI structure such that a source / drain region and a substrate are insulated to prevent generation of leakage current.
본 발명의 다른 목적은, 소오스/드레인 영역 및 기판간의 다이오드 접합부에서의 항복전압의 발생을 방지하여 동작전압을 증가시킬 수 있는 SOI 구조로 제조된 ROM 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a ROM device made of an SOI structure which can increase the operating voltage by preventing the occurrence of breakdown voltage at the diode junction between the source / drain region and the substrate.
본 발명의 또 다른 목적은, 이와같은 ROM 장치를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing such a ROM device.
본 발명의 다른 잇점들은 본 발명의 구체적인 실시예로 부터 자명해 질 것이다.Other advantages of the present invention will become apparent from the specific embodiments of the present invention.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 ROM 장치 및 그 제조방법이 제공된다. 이 ROM 장치는 NAND-구조 및 비결정 실리콘에 의거한 MOSFET 메모리셀의 어레이를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a ROM device and a method of manufacturing the same. This ROM device includes an array of MOSFET memory cells based on NAND-structure and amorphous silicon.
본 발명의 ROM 장치의 제조방법은, 반도체기판을 준비하고, 이 기판상에 제1 절연층을 형성하는 제 1 단계, 제 1 절연층상에 진성 비결정 실리콘층을 형성하는 제 2 단계; 제 1 방향으로 향하는 비트라인으로서 제공되는 실질적으로 평행 이격된 복수개의 확산영역을 형성하도록 상기 진성 비결정 실리콘층의 선택된 부위를 제거하는 제 3 단계; 제 1 반도체 타입의 불순물을 확산영역에 도핑하여 확산영역의 스레솔드 전압이 예정된 레벨로 조정되도록 이 확산영역상에 이온 주입공정을 수행하는 제 4 단계; 상기 확산영역의 측벽마다 하나의 제 1 측벽 스페이서를 형성하는 제 5단계; 제 1절연층, 확산영역, 제 1측벽 스페이서의 노출된 표면상에서 제 2 절연층을 형성하는 제 6 단계; 제 2 절연층상에 도전층을 형성하는 제 7 단계; 비트라인에 중첩하면서 제 2 방향으로 향하고, 워드라인으로서 제공되는 실질적으로 평행 이격된 복수개의 게이트 영역을 형성하도록, 메모리셀의 어레이를 형성하기 위한 위치들을 규정하는 게이트 영역 및, 이 게이트 영역 하부에 위치된 복수개의 채널영역 및 이들 채널영역들간에 위치된 복수개의 소오스/드레인 영역으로 분할되는 확산영역의 중첩된 부위인 도전층의 선택된 부위를 제거하는 제 8 단계, 게이트 영역의 각 측벽마다 하나의 제 2 측벽 스페이서를 형성하는 제 9단계; 제 2 절연층, 게이트 영역 및 제 2 측벽 스페이서의 노출된 부위상에 마스크층을 침적시키고, 영구적으로 오프 상태로 설정되기 위하여 선택된 제 1 메모리 셀 그룹을 형성하도록 게이트 영역상에 제 1 위치를 노출시키고, 영구적으로 온 상태로 설정되기 위하여 선택된 제 2 메모리셀 그룹을 형성하도록 게이트 영역상에 제 2 위치가 노출되는 것을 방지하면서 상기 마스크층부위를 선택적으로 제거하는 제 10 단계; 도핑된 채널영역은 영구적으로 오프상태로 설정되도록 하고, 도핑되지 않은 채널영역은 영구적으로 온 상태로 설정되도록 하기 위하여, 상기 노출된 채널영역에 제 2 반도체 타입의 불순물을 도핑하는 이온 주입공정을 수행하는 제 11 단계, 제 2 절연층, 게이트 영역, 제 2 측벽 스페이서의 노출부위를 커버하도록 제 3 절연층을 형성하는 제 12 단계; 제 3 절연층 및 제 2 절연층을 통하여 연장되도록, 모든 소오스/드레인 영역이 노출된 복수개의 소오스/드레인 접촉창 및, 은-상태의 메모리셀에 관련된 게이트 영역상 선택된 수에서 노출된 게이트 접촉창을 형성하는 제 13 단계, 게이트 접촉창내의 복수개의 게이트 전극 및 소오스/드레인 접촉창내의 복수개의 소오스/드레인 전극을 각각 형성하도록 소오스/드레인 접촉창 및 게이트 접촉창을 도전물질로 채우는 제 14 단계로 구성된 것을 특징으로 한다 .The method for manufacturing a ROM device of the present invention includes a first step of preparing a semiconductor substrate and forming a first insulating layer on the substrate, and a second step of forming an intrinsic amorphous silicon layer on the first insulating layer; Removing a selected portion of the intrinsic amorphous silicon layer to form a plurality of substantially parallel spaced apart diffusion regions provided as bit lines facing in a first direction; A fourth step of performing an ion implantation process on the diffusion region by doping the semiconductor region with impurities of the first semiconductor type to adjust the threshold voltage of the diffusion region to a predetermined level; A fifth step of forming one first sidewall spacer for each sidewall of the diffusion region; A sixth step of forming a second insulating layer on the exposed surface of the first insulating layer, the diffusion region, and the first sidewall spacer; A seventh step of forming a conductive layer on the second insulating layer; A gate region defining locations for forming an array of memory cells, so as to form a plurality of substantially parallel spaced gate regions, which are directed in a second direction and overlapping the bit lines, serve as word lines; An eighth step of removing a selected portion of the conductive layer, which is an overlapped portion of the diffusion region divided into a plurality of channel regions located and a plurality of source / drain regions located between the channel regions, one for each sidewall of the gate region A ninth step of forming a second sidewall spacer; Depositing a mask layer on exposed portions of the second insulating layer, the gate region and the second sidewall spacer, exposing the first location on the gate region to form a first group of memory cells selected to be permanently turned off; And selectively removing the mask layer portion while preventing the second position from being exposed on the gate region to form a second group of memory cells selected to be permanently turned on; In order to allow the doped channel region to be permanently turned off and the undoped channel region to be permanently turned on, an ion implantation process of doping an impurity of a second semiconductor type into the exposed channel region is performed. An eleventh step, a twelfth step of forming a third insulating layer to cover exposed portions of the second insulating layer, the gate region, and the second sidewall spacer; A plurality of source / drain contact windows in which all source / drain regions are exposed so as to extend through the third and second insulating layers, and a gate contact window exposed at a selected number on the gate regions associated with the silver-state memory cells; A thirteenth step of forming a plurality of gate electrodes; and a fourteenth step of filling the source / drain contact window and the gate contact window with a conductive material to form a plurality of gate electrodes in the gate contact window and a plurality of source / drain electrodes in the source / drain contact window, respectively. Characterized in that the configuration.
또한, 본 발명의 ROM장치는, 반도체 기판; 상기 기판상에 형성된 제 1절연층; 비트라인으로서 제공되도록 제 1 방향으로 향하여 상기 제 1 절연충상에 실질적으로 평행 이격되게 형성된 복수개의 확산영역; 상기 확산영역의 측벽마다 하나씩 형성된 제 1 측벽 스페이서; 상기 제 1 절연층, 확산영역 및 제 1 측벽 스페이서를 커버하는 제 2 절연층; 제 2 방향으로 향하고, 상기 비트라인에 중첩되는 부위, 즉 워드라인으로서 제공되면서 메모리셀의 어레이를 규정하도록 게이트 영역 및, 이 게이트 영역 하부에 위치된 복수개의 채널영역 및 상기 채널영역들 사이에 위치한 복수개의 소오스/드레인 영역으로 분할하기 위하여 상기 제 2 절연층상에 실질적으로 평행 이격되게 형성된 복수개의 게이트 영역, 이때, 상기 제 1 선택된 채널영역그룹은 영구적으로 오프 상태가 되도록 제 1 메모리셀 그룹을 형성하기 위하여 불순물이 도핑되고, 상기 제 2 선택된 채널영역그룹은 영구적으로 온 상태가 되도록 제 2 메모리셀 그룹을 형성하기 위하여 불순물이 도핑되고; 상기 게이트 영역의 측벽마다 하나씩 형성된 제 2 측벽 스페이서, 상기 제 2 절연층 및 게이트 영역상에 형성되고, 상기 확산영역상의 모든 소오스/드레인영역을 노출시키기 위한 복수개의 소오스/드레인 접촉창 및, 상기 온 상태의 메모리셀에 관련된 게이트 영역상에서 선택된 수의 위치들을 노출시키기 위한 복수개의 게이트 접촉창을 갖는 제 3 절연층; 상기 제 3 절연층내의 소오스/드레인 접촉창에 형성된 복수개의 소오스/드레인 전극; 및 상기 제 3 절연층내의 게이트 접촉창에 형성된 복수개의 게이트 전극으로 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the ROM device of the present invention includes a semiconductor substrate; A first insulating layer formed on the substrate; A plurality of diffusion regions formed to be substantially spaced apart in parallel to the first insulating pack in a first direction to serve as a bit line; First sidewall spacers formed on each sidewall of the diffusion region; A second insulating layer covering the first insulating layer, the diffusion region, and the first sidewall spacer; A gate region located in a second direction and overlapping the bit line, i.e., provided as a word line and defining an array of memory cells, a plurality of channel regions located below the gate region and between the channel regions; A plurality of gate regions formed on the second insulating layer to be substantially spaced apart in parallel so as to be divided into a plurality of source / drain regions, wherein the first selected channel region group forms a first memory cell group to be permanently turned off An impurity is doped to form a second memory cell group such that the second selected channel region group is permanently turned on; A second sidewall spacer formed on each sidewall of the gate region, a plurality of source / drain contact windows formed on the second insulating layer and the gate region to expose all the source / drain regions on the diffusion region, and the on A third insulating layer having a plurality of gate contact windows for exposing a selected number of positions on a gate region associated with a memory cell in a state; A plurality of source / drain electrodes formed in the source / drain contact window in the third insulating layer; And a plurality of gate electrodes formed on the gate contact window in the third insulating layer.
제1(a)도 는 종래의 ROM 장치의 평면도.1 (a) is a plan view of a conventional ROM device.
제1(b)도는 제1(a)도 의 ROM 장치의 IB-IB 라인을 따라 절취한 단면도.Fig. 1 (b) is a cross-sectional view taken along the IB-IB line of the ROM device of Fig. 1 (a).
제1(c)도는 제1(a)도 의 ROM 장치의 IC-IC 라인을 따라 절취한 단면도.Fig. 1 (c) is a cross-sectional view taken along the IC-IC line of the ROM device of Fig. 1 (a).
제2(a)도 내지 제2(e)도 는 본 발명의 낸드 구조 및 비결정 실리콘에 의거한 롬 장치를 제조하는 방법에 수반되는 단계를 도시한 단면사시도.2 (a) to 2 (e) are cross-sectional perspective views showing steps involved in a method of manufacturing a ROM device based on the NAND structure and amorphous silicon of the present invention.
제2(f)도 내지 제2(h)도 는 제2(e)도 의 I-I 및 II-II 라인을 따라 절취한 단면도이다.2 (f) to 2 (h) are cross-sectional views taken along the lines I-I and II-II of FIG. 2 (e).
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
30 : 반도체 기판 32 : 제 1 절연층30
34 : 진성 비결정 실리콘층 40 : 제 1 측벽 스페이서34 Intrinsic
42 : 제 2 절연층 44 : 도전층42: second insulating layer 44: conductive layer
46 : 폴리실리콘 게이트 영역 49 : 제 2 측벽 스페이서46 polysilicon
50 : 소오스/드레인 영역 52 : 감광막50 source / drain
제2(a)도 내지 제2(h)도는 낸드 구조 및 비결정 실리콘에 의거한 ROM 장치를 제조하기 위하여 본 발명의 방법에 수반되는 단계를 도시한 단면도이다. 특히, ROM장치는 이진 데이터를 영구적으로 저장하기 위하여 MOSFET 메모리 셀의 어레이를 포함하는 타입이다.2 (a) to 2 (h) are cross-sectional views showing the steps involved in the method of the present invention for manufacturing ROM devices based on NAND structures and amorphous silicon. In particular, ROM devices are of a type that include an array of MOSFET memory cells to permanently store binary data.
제2(a)도 에 도시한 바와같이, 제 1 단계에서는 예를들어 P-형 실리콘 기판과 같은 제 1 반도체 타입의 반도체 기판(30)이 준비된다. 이어서, 상기 기판(30)상에 예를 들어 실리콘 산화막 혹은 실리콘 질화막과 같은 제 1 절연층(32)이 형성된다. 이어서, 진성 비결정-실리콘 층(34)이 제 1 절연층(32)상에 형성되도록 350도의 온도에서 SiH4로 웨이퍼상에 플라스마 향상 화학 증착(plasma enhanced chemical-vapor deposition;PECVD) 공정이 수행된다.As shown in FIG. 2 (a), in the first step, a
제2(b)도 에 도시한 바와같이, 제 2 단계에서는 제 1 방향으로 향하면서 실질적으로 평행하고 동일하게 이격된 복수개의 비결정-실리콘층(36)이 형성되도록, 진성 비결정-실리콘층(34)이 사진 및 식각공정에 의해 선택적으로 제거된다. 다음에, 스레솔드 전압을 예정된 전압으로 조정하기 위하여 예를들어 붕소(B)와 같은 제 1반도체 타입의 불순물을 비결정-실리콘층(36)의 비결정 실리콘에 도핑하는 이온-주입공정이 웨이퍼상에서 수행된다. 상기 불순물로 도핑된 비결정- 실리콘층(36)은 이후 동일한 부호를 사용하되, 확산영역으로 명칭을 표기한다.As shown in FIG. 2 (b), the intrinsic amorphous-
제2(c)도 에 도시한 바와같이, 제 3 단계에서는 복수개의 제 1 측벽 스페이서(40)가 확산영역(36)의 하나의 측벽마다 하나씩 형성된다. 이들 제 1 측벽 스페이서(40)는 예를들어, 우선적으로 실리콘 산화막 혹은 실리콘 질화막 따위의 측벽 절연층을 웨이퍼의 전체 상부면에 대하여 예정된 두께로 침적시키고, 하부에 있는 절연층(32)의 상부표면이 노출될 때까지 측벽 절연층상에 이방성 건식 에칭 공정을 수행함으로써 형성될 수 있다. 이때, 측벽 절연층의 나머지 부위들은 상술한 제 1 측벽 스페이서(40)로서 제공된다. 이후, 게이트 산화막으로서 제공되는 실리콘 산화막 혹은 실리콘 질화막 따위의 제 2 절연층(42)이, 웨이퍼의 전체 상부면에 대한 화학 증착(CVD) 및 제 1 절연층(32), 확산영역(36) 및 제 1 측벽 스페이서(40)의 모든 노출된 표면들을 커버함으로써 형성된다. 이어서, 폴리실리콘막 따위의 도전충(44)이 웨이퍼의 상부면 전체에 걸쳐서 예정된 두께로 침적된다. 확산영역(36)간의 빈 공간들 때문에 폴리실리콘 도전층(44)은 확산영역(36)간의 리세스된 부위들을 포함하는 비-평탄화된 층이다.As shown in FIG. 2 (c), in the third step, a plurality of
제2(d)도 에 도시한 바와같이, 제 4 단계에서는 평행-이격된 복수개의 폴리실리콘 게이트 영역(46)이 실제 확산영역(36)과 직각으로 교차하는 제 2 방향을 향하여 형성되도록, 폴리실리콘 도전층(44)이 사진 및 식각공정에 의해 선택적으로 제거된다. 이후, 폴리실리콘 게이트 영역(46)에 제 2 반도체 타입의 불순물이 도핑되도록 이온주입공정이 웨이퍼상에서 행해진다. 폴리실리콘 게이트 영역(46)은 증가된 도전성을 갖는 고-도핑된 폴리실리콘층으로 변형된다. 게이트 영역(46)이 제 2 절연층(42)(산화막)상에 형성되므로 확산영역(36)이 게이트 영역하부에 형성되고, 불순물 이온은 확산영역(36)으로 주입되지 않고 게이트 영역(46)으로만 주입된다. 따라서, 이 공정은 자체 정렬된다.As shown in FIG. 2 (d), in the fourth step, a plurality of
제2(e)도에 도시한 바와같이, 게이트 영역(46)의 하나의 측벽마다 하나의 제 2 측벽 스페이서(49)가 형성된다. 이 제 2 측벽 스페이서(49)는, 예를들어 실리콘 산화막 혹은 실리콘 질화막 따위의 측벽 절연층의 침적 및 하부의 제 1 절연층(32)의 상부표면이 노출될 때까지 측벽 절연층상에서 이방성 건식-에칭을 수행함으로써 웨이퍼의 상부 전체면에 걸쳐서 예정된 두께로 형성될 수 있다. 측벽 절연층의 나머지 부위들은 상술한 제 2 측벽 스페이서(49)로서 제공된다.As shown in FIG. 2 (e), one
제2(f)도 는 I-I' 선 및 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절취한 제2(e)도 의 웨이퍼 구조의 단면도이다. 제2(f)도 의 좌측에 도시한 바와같이, 확산영역(36)은 게이트 영역(46)의 하부에 직접 위치하는 부위들을 복수개의 채널영역(48)으로서 제공하기 위하여 복수개의 부위들로 분할될 수 있다. 게이트 영역(46)간의 인터벌 영역하부에 위치하는 부위들은 복수개의 소오스/드레인 영역(50)으로서 제공된다. 따라서, 게이트 영역(46) 및 확산영역(36)사이에 교차된 부위들은 ROM 장치의 메모리 셀이 형성되는 위치들의 어레이를 구성한다. 예를들어, 제2(f)도 의 좌측에 도시된 기준번호 51로 표기된 부분은, 하나의 채널영역(48), 제 2 절연층(42)의 하나의 부위, 상부에 위치한 게이트 영역(46)의 하나의 부위, 양측의 채널영역(48)상에 있는 두 개의 소오스/드레인 영역(50)을 포함하는 ROM 장치의 하나의 메모리셀을 가리킨다.FIG. 2 (f) is a cross-sectional view of the wafer structure of FIG. 2 (e) taken along lines I-I 'and II-II'. As shown on the left side of FIG. 2 (f), the
상술한 공정스텝들은 ROM 장치의 반-제품화의 상태를 만족하는 것이다. 일단, 사용자가 규정한 이진코드가 수신되면, ROM장치에 영구적으로 이진코드를 라이트 하도록 마스크 프로그래밍 공정이 수행된다. 이후, ROM장치의 제조를 완료하도록 금속을 상호 연결시키는 등의 통상적인 공정이 진행된다. 이들 공정들은 제2(g)도, 제2(h)도 및 제3도를 참조하여 설명한다.The above-described process steps satisfy the state of semi-production of the ROM device. Once the user defined binary code is received, a mask programming process is performed to permanently write the binary code to the ROM device. Thereafter, conventional processes such as interconnecting metals to complete the manufacture of the ROM device proceed. These processes are described with reference to FIGS. 2 (g), 2 (h) and 3.
제2(g)도 에 도시한 마스크 프로그래밍 공정에 있어서, 제 1 단계는 웨이퍼의 상부면 전체에 걸쳐서 감광막(52)을 코팅하기 위한 것이다. 이 감광막(52)은 영구적으로 오프-상태로 형성되도록 선택된 제 1 메모리셀그룹이 형성되는 게이트영역(46)상의 선택된 수의 위치들을 노출시키는 복수의 개구부들을 형성하기 위하여 선택적으로 제거된다. 감광막(52)을 마스크로 사용함으로써 웨이퍼상에서 P-형 불순물을 주입하는 이온-주입공정이 진행된다. 이 공정에 있어서, 불순물 이온은 감광막(52)의 개구부들을 통과하며, 게이트영역(46) 및 제 2 절연층(42)의 노출된 부위들을 통하여 관련된 채널영역(48)으로 침투한다. 불순물이 도핑된 채널영역(48)은 관련된 메모리셀들이 영구적으로 오프-상태로 설정되도록 한다. 역으로 도핑되지 않은 채널영역(48)은 관련된 메모리셀들이 영구적으로 온-상태로 설정되도록 한다. 이 공정 후, 감광막(52)이 제거된다.In the mask programming process shown in FIG. 2 (g), the first step is to coat the
제2(g)도 에 있어서, 개구부들은 메모리셀(100)이 마스크 프로그래밍 공정을 통하여 영구적으로 오프 상태로 설정되도록 이 메모리셀(100)상에 형성된다. 대조적으로, 메모리셀(102)은 그 상부에 개구부가 형성되지 않으므로 영구적으로 온 상태로 설정된다.In FIG. 2 (g), openings are formed on the
제2(h)도 에 도시한 바와같이, 마스크 프로그래밍 공정 이후, BPSG 의 평탄화층 따위의 제 3 절연층(54)이 웨이퍼의 상부면 전체에 걸쳐서 형성된다. 이들 제 3절연층(54)과 제 2 절연층(42)은 소오스/드레인 영역(50)의 상부면 모두를 노출시키는 복수개의 소오스/드레인 접촉창(56) 및, 선택된 위치에 있는 게이트 영역(46)의 상부면 모두를 노출시키는 복수개의 게이트 접촉창(57)을 형성하도록 선택적으로 제거된다. 이후, 복수개의 소오스/드레인 전극(58) 및 복수개의 게이트 전극(59)이 각각 형성되도록 알루미늄 따위의 금속이 모든 소오스/드레인 접촉창(56) 및 모든 게이트 접촉창(57)에 충진된다.As shown in FIG. 2 (h), after the mask programming process, a third insulating
소오스/드레인 전극(58) 및 게이트 전극(59)이 형성된 후, ROM장치의 생산을 완료하도록 후속하는 모든 공정들은 본 설명에서 제외된 통상적인 기법에 따른다.After the source /
제3도는 ROM 장치의 평면도이고, 제4도는 ROM 장치의 제조가 완료된 상태에 상응하는 회로도이다. 이 회로도는 확산영역(36) 및 게이트 영역(46)간의 교차부에 형성된 메모리셀의 어레이를 도시한 것이다. 예를들어, 부호 100으로 표기된 부분에 내재된 교차부는 오프 상태의 메모리셀이 형성된 위치이고, 부호 102로 표기된 부분에 내재된 교차부는 온 상태의 메모리셀이 형성된 위치이다. 게이트 영역(46)은 복수개의 워드 라인으로서 제공되고, 확산영역(36)은 이들 메모리셀에 저장된 이진 데이터를 엑세스하기 위한 복수개의 비트라인으로서 제공된다. 이들 워드라인 및 비트라인을 통한 엑세싱은 본 명세서에서 설명되지 않은 통상적인 기법을 이용한다.3 is a plan view of the ROM device, and FIG. 4 is a circuit diagram corresponding to a state in which the manufacture of the ROM device is completed. This circuit diagram shows an array of memory cells formed at the intersection between the
상술한 바와같이, 본 발명에 따라 제조된 ROM 장치는 종래기술에 비해 상당한 잇점을 제공한다. 첫째, SOI 구조가 소오스/드레인 영역과 기판을 절연하도록 절연층, 즉 제 1 절연층(32)을 제공하므로, 소오스/드레인 영역 및 기판간의 접합부에서 누설전류가 발생하지 않는다. 둘째, SOI 구조는 소오스/드레인 영역 및 기판간의 접합부에서 항복전압이 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명의 ROM 장치는 그 동작전압이 증가될 수 있다As mentioned above, ROM devices made in accordance with the present invention provide significant advantages over the prior art. First, since the SOI structure provides an insulating layer, that is, the first insulating
상술한 바와같이, 제 1 반도체 타입은 P-형이고, 제 2 반도체 타입은 n-형이다. 그러나, 여러 가지 다른 실시예에 있어서, 제 1 반도체 타입을 n-타입으로, 제 2 반도체 타입을 p-타입으로 할 수 있다.As mentioned above, the first semiconductor type is P-type and the second semiconductor type is n-type. However, in various other embodiments, the first semiconductor type may be n-type and the second semiconductor type may be p-type.
본 발명은 바람직한 실시예를 토대로 설명한 것이다. 그러나, 이와같은 실시예에 의해서 본 발명의 보호범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention has been described based on preferred embodiments. However, the protection scope of the present invention is not limited by these examples.
Claims (30)
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KR1019970044674A KR100289342B1 (en) | 1997-08-30 | 1997-08-30 | ROM device based on NAND structure and amorphous silicon and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1019970044674A KR100289342B1 (en) | 1997-08-30 | 1997-08-30 | ROM device based on NAND structure and amorphous silicon and manufacturing method thereof |
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Family Applications (1)
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Citations (2)
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- 1997-08-30 KR KR1019970044674A patent/KR100289342B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
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