KR100420870B1 - Eeprom-반도체구조물의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저항기, 박막 트랜지스터, 커패시터 및 트랜지스터를 가진 EEPROM-반도체 구조물 제조 방법에 관한 것이다. 본 제조 방법은 상이한 구조물을 형성하기 위한 개별 주입 단계를 이용하기 때문에 매우 간단히 수행될 수 있다.

Description

EEPROM-반도체 구조물의 제조 방법{METHOD OF PRODUCING AN EEPROM SEMICONDUCTOR STRUCTURE}
이러한 반도체 구조물에서는 CMOS 회로의 사용시 음의 전압이 p-기판을 가진 칩에서 스위칭되어야 한다는 문제가 종종 생기며 이 경우 기판은 제로(zero) 전위로 유지되어야 한다. 역으로, n-기판에서 스위칭되어야 하는 양의 전압에서도 동일한 문제가 발생한다.
많은 응용예에서 이러한 문제는 기판 바이어스 전압을 도입함으로써 해결될 수 있다. p-기판의 사용시에 기판 전위가 음의 방향으로 변화됨으로써, CMOS-인버터의 NMOS 드레인 다이오드는 기판에 대해 양으로만 바이어스되기 때문에, 차단 방향으로 작동된다. 이 경우에는, 부가의 음의 기판 바이어스 전압에 의해 게이트 산화물의 부하가 더 커진다는 단점이 있다. NMOS 온상태 전압 및 그와 더불어 드레인 전류 및 작동과 같은 동작성능은 기판 전압에 의존한다. 또한, 칩에서는 음의 전압이 발생되어야 한다.
기판의 음의 극성이 허용되지 않으면, 음의 전압을 스위칭시키는 NMOS-트랜지스터가 절연된 p-웰(well) 내에 삽입될 수 있다. 절연은 p-웰을 완전히 둘러싸며 동일한 음의 웰 바이어스 전압에서 기판에 대해 차단되는, p-웰보다 더 깊은 n-웰에 의해서 이루어진다. n-기판의 사용시에는, 반대의 도전성 타입이 사용되어야 한다. 그러나, 이러한 부가적인 절연 웰의 제조는 고 에너지-이온주입을 필요로하는 복잡한 전체 공정을 야기시킨다.
전술한 문제가 발생하는 많은 공정에 있어서, 트랜지스터 폴리평면(polyplane)과 더불어 일반적으로 부가적인 폴리평면(polyplane) 및 층간 폴리 유전체(interpolydielectric)가 처리된다. 예컨대 아날로그 및 메모리 공정이 언급될 수 있다.
본 발명은 저항기, 박막 트랜지스터, 커패시터 및 트랜지스터를 가진 EEPROM 반도체 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1 내지 도 5는 EEPROM-셀의 제조 단계를 나타낸 개략도이다.
본 발명의 목적은, 매우 간단하고 적은 공정 단계로 수행될 수 있는, p-기판에서는 음의 전압을 n-기판에서는 양의 전압을 스위칭할 수 있는 EEPROM-반도체 구조물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구범위 제 1항의 특징에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속항에 제시된다.
본 발명의 기본 사상에 따라 반도체 기판상에서 제 1 부분 영역에 필드산화물층이 그리고 제 2 부분 영역에 게이트 산화물이 형성된다. 제 1 폴리실리콘층의 증착 및 후속하는 패턴화에 의해, 실리콘 영역은 저항기, 박막 트랜지스터, EEPROM-셀의 메모리 또는 부동 게이트 및 커패시터를 위한 실리콘 영역이 형성된다. 동시에, 메모리 트랜지스터의 제조를 위해서 실리콘 구조물이 게이트 산화물상에 형성된다. 저항기 및 박막 트랜지스터용 실리콘 영역이 마스크 기술로 커버되고, 커패시터 및 트랜지스터용 실리콘 구조물이 하나의 도전형의 원자 또는 이온으로 도핑된다. 다음, 마스크를 제거하고 박막 트랜지스터, 커패시터 및 트랜지스터의 실리콘 구조물의 영역에서 층간 폴리 유전체가 처리된 다음, 제 2 폴리실리콘층이 증착된다. 동시에, 트랜지스터용 제 2 실리콘 구조물이 형성된다. 다음, 박막 트랜지스터 및 커패시터가 마스크 기술로 커버되고, 트랜지스터의 영역에서 제 2 주입에 의해 LDD-주입이 수행되는 동시에 저항기가 도핑된다. 사용된 마스크가 제거되고 저항기의 중간 영역에서 새로운 마스크가 형성되며, 이 마스크를 사용함으로써 동일한 도전형의 도펀트 원자 또는 이온으로 소오스/드레인 주입을 위한 제 3 주입이 수행된다. 동시에, 저항 및 박막 트랜지스터의 영역내의 실리콘 구조물의 외부 영역을 도핑한다. 이렇게 함으로써, EEPROM 셀를 제조하는 본 발명과 관련된 전체 공정에 의해서, 아날로그 저항기, 박막 트랜지스터, 커패시터 및 트랜지스터가 얻어진다.
n-기판의 사용시에는 p-도전형 도펀트 원자 또는 이온이 주입된다. 한편, p-기판의 경우에는 주입시 n-도전형 이온 또는 원자가 사용되어야 하고, 반대 도전형의 트랜지스터 및 웰이 얻어진다.
또다른 장점은, 박막 트랜지스터가 부가의 마스크 비용 없이 종래의 아날로그-CMOS- 공정에 통합될 수 있다는 것이다. 이것은 층간 폴리 유전체 및 제 1 폴리실리콘층의 두께와 LDD-주입의 도우즈를 동일하게 하으로써 가능해진다.
본 발명에 따른 전체 공정에서 형성된 박막 트랜지스터는 두꺼운 산화물에의해 기판으로부터 절연되며, 트랜지스터와 함께 변형된 CMOS-인버터로서 작용한다. 본 발명에 따라 형성된 이러한 인버터에 의해서, 음의 전압이 p-기판을 가진 칩에서 스위칭될 수 있다. 역으로, n-기판의 사용시에는, 양의 전압이 스위칭될 수 있다. 이렇게 함으로써, 예를 들어 상기 설명된 것처럼, 반대로 도핑된 웰의 형성에 의한 것만큼 큰 비용을 들이지 않고 제조될 수 있는(트리플-웰-공정) 음의 레벨용 회로가 간단히 만들어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 또한 대칭 TFT-인버터가 제조될 수 있다. 즉, 이 경우에는 본 명세서에서 설명된 종래의 트랜지스터가 부가적인 박막 트랜지스터의 형태로 제조될 것이다.
본 발명에 따른 방법을 첨부한 도면을 참고로 설명하면 하기와 같다.
n-도전형의 실리콘 기판(1)상에서 한 부분 영역에 두꺼운 산화물, 이 경우에는 필드 산화물(2)이 성장되거나 또는 산화되고, 상기 영역에 인접한 부분 영역에 게이트 산화물(3)이 형성된다. 이러한 구조는 LOCOS 공정으로 수행된다. 제 1 폴리실리콘층이 증착되어 구조화됨으로써, 필드 산화물(2)상에 폴리실리콘 구조물(4, 5 및 6)이 형성되고, 이것으로 부터 아날로그 저항기, 박막 트랜지스터 및 커패시터가 형성된다. 게이트 산화물(3)상에 트랜지스터의 형성에 사용되는 구조물(7)이 형성된다. 규정된 열처리(furnace) 단계에 의해 폴리실리콘 평면은 양호한 결정구조물로 전환된다. 구조물(4, 5, 6 및 7)은 모두 동일한 폴리실리콘층으로 형성된다.
제조 공정의 다음 단계가 도 2를 참고로 설명된다. 실리콘 구조물(4 및 5) 위에 레지스트 마스크(8)가 형성되며 이는 이후 주입 단계시 마스크로서 사용된다. 화살표(9)는 n+주입을 표시한다. 상기 주입에 의해 실리콘 구조물(6 및 7)이 n 도핑된 구조물(6a 및 7a)로 바뀐다. 하부 커패시터 플레이트로서 사용되는 도핑된 실리콘 구조물(6a)을 형성하기 위한 상기 포토 기술은 집적 TFT(박막 트랜지스터)를 가진 완전한 EEPROM-셀을 얻기 위해 표준 공정에 보충되어야 하는 유일한 단계이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이후 레지스트 마스크(8)를 제거하고, 적어도 실리콘 구조물(5, 6a 및 7a)의 영역에서 산화물로 이루어진 층간 폴리 유전체(14, 15 및 16)을 형성한다. 상기 공정에서는 구조물(4)의 영역에서 처리될 수 있는 산화물이 전체 공정을 방해하지 않는다. 그 다음에, 제 2 폴리실리콘층이 증착 및 구조화된다. 상기 제 2 폴리실리콘층은 고유의 트랜지스터 폴리평면을 형성하며, 박막 트랜지스터의 영역에 즉, 폴리실리콘 구조물(5)상의 중간 영역에 증착됨으로써, 구조물(5)의 에지로부터 양측면으로 이격된 폴리실리콘 구조물(10)이 형성된다. 커패시터의 영역에서 제 2 폴리실리콘층이 적어도 한쪽 측면에서 하부 구조물(6a)의 일부분을 노출시키는 구조물(11)로 변화됨으로써, 접속면이 형성된다. 구조물(11)의 상부 영역은 커패시터의 제 2 접속면을 형성하고, 상기 커패시터의양 표면은 층간 폴리 유전체(15)에 의해 분리된다. 트랜지스터 영역에서 제 2 폴리실리콘층으로부터 구조물(12 및 13)이 형성된다. 구조물(12)은 크기면에서 그 아래에 놓인 n+도핑 구조물(7a)과 일치한다.
다음 단계는 도 4에 도시된다. 박막 트랜지스터 및 커패시터의 영역, 즉 제 2 폴리실리콘 평면의 구조물(10 및 11) 위에, n 도전형의 이온 또는 원자에 의한 LDD 주입으로부터 상기 영역을 보호하는 레지스트 마스크(17)가 형성된다. 주입은 화살표(18 및 19)로 표시된다. 동시에 저항기의 실리콘 구조물(4)은 네거티브 도핑되고, 트랜지스터의 구조물 사이(7a와 13사이)에서 상기 구조물 아래에 놓인, 비교적 약하게 네거티브 도핑된 평탄한 LDD 영역(20, 21 및 22)을 형성한다.
후속 단계는 도 5에 도시된다. 도 4에 도시된 레지스트 마스크(17)가 먼저 제거되고, 저항기의 실리콘 구조물(4)의 중간 영역에 새로운 레지스트 마스크(23)가 형성된다.
레지스트 마스크(17) 및 소오스/드레인 주입에 사용된 레지스트 마스크가 표준에 따라 CMOS 공정에 사용된다. 또한, n 웰 내부에서의 p+주입을 위해 고유의 포토 기술이 제공된다. p+-I2-포토 기술은 명확성을 위해 도시하지 않는다. 이 경우에는 도면에 도시된 소자들이 포토레지스트로 커버될 것이다.
그리고 나서, 전하 캐리어 또는 n-도전형 원자로 소오스/드레인 주입이 수행되고, 이 과정은 화살표(27)로 도시된다. 동시에 저항기내에 n+도핑 영역(4a 및4b)을 형성함으로써, 결국 외측에 놓인 2개의 n+도핑된 영역(4a 및 4b) 및 그 사이에 놓인 n-도핑된 영역(4c)을 가진 저항기가 형성된다. 동일한 주입에 의해 박막 트랜지스터내에 외측에 놓인 n+도핑된 영역(5a 및 5c)이 형성된다. 상기 영역(5a 및 5c)은 박막 트랜지스터의 제 2 폴리실리콘층의 구조물(10) 아래에 놓인 도핑되지 않은 영역(5b)을 둘러싼다. 또한, 소오스/드레인 주입시 트랜지스터의 영역내에 n+도핑된 웰(24, 25 및 26)이 형성된다. 상기 웰은 일반적으로 이전에 LDD 주입시 형성된 확산 영역(20, 21 및 22) 보다 더 깊게 형성된다. 여기서 박막 트랜지스터 및 종래 트랜지스터의 소오스/드레인 콘택의 동시적 자기 정렬 주입도 가능하다. 동일한 주입에 의해 저항기의 단자, 박막 트랜지스터의 드레인 및 NMOS-트랜지스터의 n+드레인이 주입된다. 이 방법에 사용되는 3번의 주입을 위해서는 각각 한가지 포토 기술이 요구된다.

Claims (4)

  1. 저항기, 박막 트랜지스터, 커패시터, 메모리 트랜지스터 및 트랜지스터를 가진 EEPROM-반도체 구조물 제조 방법으로서,
    - 제 1 도전형의 반도체 기판(1)상에서 제 1 부분 영역에 필드 산화물층(2)을 그리고 제 2 부분 영역에 게이트 산화물(3)을 형성하는 단계,
    - 제 1 폴리실리콘층의 증착 및 후속하는 구조화에 의해 상기 필드 산화물(2)상에는 저항기, 박막 트랜지스터 및 커패시터를 위한 실리콘 구조물(4, 5 및 6)을 형성하고 게이트 산화물(3)상에는 메모리 트랜지스터를 위한 실리콘 구조물(7)을 형성하는 단계,
    - 상기 저항기 및 박막 트랜지스터를 위한 실리콘 구조물(4, 5)은 마스크 기술로 커버하고, 상기 커패시터 및 메모리 트랜지스터를 위한 실리콘 구조물(6, 7)은 제 2 도전형의 도펀트로 도핑하는 단계,
    - 상기 마스크를 제거하고 박막 트랜지스터, 커패시터 및 메모리 트랜지스터의 실리콘 구조물(5, 6a 및 7a)의 영역에 층간 폴리 유전체(14, 15 및 16)를 형성한 다음 폴리실리콘을 증착하고 구조화하여, 트랜지스터용 제 2 실리콘 구조물(13)을 형성하는 단계,
    - 상기 박막 트랜지스터 및 커패시터의 영역을 또다른 마스크층에 의해 커버하고 제 2 주입(18, 19)에 의해 메모리 트랜지스터 및 트랜지스터의 영역에 LDD 주입을 수행하는 동시에 상기 저항기 영역에 실리콘 구조물(4)을 도핑하는 단계,
    - 미리 형성된 마스크를 제거하고, 저항기의 중간 영역(4c)에 새로운 마스크를 형성하며, 제 2 도전형의 도펀트로 소오스/드레인-주입을 위한 제 3 주입(27)을 수행하는 동시에 상기 저항기 및 박막 트랜지스터의 영역에서 실리콘 구조물(4, 5)의 외부 영역(4a, 4b, 5a, 5c)을 도핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EEPROM-반도체 구조물 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 기판은 n형 반도체 기판이며, 주입은 p 도전형의 이온 또는 원자로 수행되는 것을 특징으로 하는 EEPROM-반도체 구조물 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 층간 폴리 유전체 및 제 1 폴리실리콘층의 두께는 상기 LDD-주입 도우즈와 일치하는 것을 특징으로 하는 EEPROM-반도체 구조물 제조 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 트랜지스터를 박막 트랜지스터의 형태로 제조하는 것을 특징으로 하는 EEPROM-반도체 구조물 제조 방법.
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