KR100452312B1 - Memory device using GTO and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명의 지티오(GTO)를 이용한 메모리 소자는, 제 1 도전형의 기판과; 상기 각 소자간을 분리하기 위한 소자분리영역과; 상기 소자분리영역 사이의 기판 위에 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극을 둘러싸는 게이트 절연막과; 상기 게이트 전극을 중심으로 기판 내 양측에 형성되어 상기 게이트 전극에 임의의 바이어스 전압이 인가되면 채널을 형성하기 위한 제 2 도전형의 제 1 불순물 영역과; 상기 게이트 전극을 중심으로 일측 제 1 불순물 영역 내에 형성된 제 1 도전형의 제 2 불순물 영역과; 상기 소자분리영역 하부에 형성되어 제 1 도전형의 기판, 상기 제 1불순물 영역 및 제 2 불순물 영역과 함께 GTO 사이리스터를 구성하는 제 1 도전형의 제 3 불순물 영역과; 각 소자간을 배선하기 위한 금속배선층;을 포함하여 구성되며, 메모리의 칩 면적을 기존 디램의1/2로 줄일 수 있으며, 제조공정이 용이하고 또한 저전류로 구동할 수 있는 효과가 있다. A memory device using GTO of the present invention includes a substrate of a first conductivity type; A device isolation region for separating the devices; A gate electrode formed on the substrate between the device isolation regions; A gate insulating film surrounding the gate electrode; First impurity regions of a second conductivity type formed on both sides of the substrate with respect to the gate electrode to form a channel when an arbitrary bias voltage is applied to the gate electrode; A second impurity region of a first conductivity type formed in one side of the first impurity region with respect to the gate electrode; A third impurity region of a first conductivity type formed under the isolation region to form a GTO thyristor together with a first conductivity type substrate, the first impurity region and a second impurity region; It is configured to include a metal wiring layer for wiring between the elements, it is possible to reduce the chip area of the memory to 1/2 of the existing DRAM, the manufacturing process is easy and there is an effect that can be driven at a low current.
Description
본 발명은 메모리 소자에 관한 것으로서, 특히 GTO(Gate turn off Thyrister)를 이용한 메모리 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
메모리 소자는, 1970년대 1K 디램(DRAM)이 개발된 이래 상기 디램이 메모리 시장을 주도하였으며, 상기 디램에 대한 소형화, 고집적화를 위한 다양한 노력으로 해마다 급격한 발전을 거듭하였고 이제에는 메가단위를 지나 기가단위의 디램들에 대한 연구개발이 활발하다. Since the development of 1K DRAM (DRAM) in the 1970s, the DRAM has led the memory market, and has made rapid progress every year due to various efforts for miniaturization and high integration of the DRAM. Research and development of DRAMs in China is active.
그러나 이러한 디램의 소형화, 고집적화를 위해서는 마이크론 이하 단위의 설계룰이 사용되며, 캐패시턴스를 증가시키기 위해 유전율이 높은 물질의 개발, 스토리지 전극면적을 상승시키기 위한 복잡한 구조, 다층화하는 배선에 대한 매우 고도한 장비 및 공정기술개발에 대한 부담과 함께 소형화로 인한 기생 트랜지스터나 정션 캐패시턴스등 여러가지 문제점들을 해결해야만 한다.However, for the miniaturization and high integration of these DRAMs, submicron design rules are used, and the development of materials with high dielectric constant to increase capacitance, the complicated structure to increase the storage electrode area, and the highly sophisticated equipment for multilayer wiring. In addition to the burden of process technology development, various problems such as parasitic transistor and junction capacitance due to miniaturization have to be solved.
따라서 본 발명의 목적은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 트리거 전류의 방향을 바꾸는 것만으로 턴오프시킬 수 있는 GTO 사이리스터를 이용함으로써 칩 면적을 기존 디램의1/2로 줄일 수 있으며, 제조공정이 용이하고 저전류로 구동할 수 있는 지티오(GTO)를 이용한 메모리 소자를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to reduce the chip area to 1/2 of the conventional DRAM by using a GTO thyristor that can be turned off by simply changing the direction of the trigger current, in order to solve the problems of the prior art. It is to provide a memory device using GTO that is easy to process and can be driven with low current.
본 발명의 다른 목적은 상기 지티오(GTO)를 이용한 메모리 소자를 효율적으로 제조하기 위한 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a manufacturing method for efficiently manufacturing a memory device using the GTO.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지티오(GTO)를 이용한 메모리 소자는, 제 1 도전형 불순물로 이온주입되어 형성된 기판과; 각 소자간을 분리하기 위해 상기 기판에 형성된 소자분리영역과; 상기 소자분리영역 사이의 기판 상에서 게이트 절연막에 둘러싸여 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극과 상기 소자분리영역사이의 양측 상기 기판에서 상기 소자분리영역보다 작은 깊이로 형성되고, 상기 제 1 도전형 불순물과 반대되는 제 2 도전형 불순물로 이온주입되어 형성된 제 1 불순물 영역과; 상기 게이트 전극을 중심으로 일측 제 1 불순물 영역 내에서 상기 기판의 표면으로부터 소정 깊이까지 상기 제 1 도전형 불순물로 이온주입되어 형성된 제 2 불순물 영역과; 상기 제 2 불순물 영역에 인접하는 상기 소자분리영역 하부에서 상기 제 2 도전형 불순물로 이온주입되고, 상기 제 1 불순물 영역과 서로 이격되도록 형성된 제 3 불순물 영역과; 각 소자간을 배선하기 위해 상기 제 1 불순물 영역 및 상기 제 2 불순물 영역 상에서 상기 게이트 전극 및 게이트 절연막의 양측에 각기 독립적으로 형성된 금속배선층;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. A memory device using GTO of the present invention for achieving the above object comprises: a substrate formed by ion implantation with a first conductivity type impurity; A device isolation region formed on the substrate to separate the devices; A gate electrode surrounded by a gate insulating film on the substrate between the device isolation regions; First impurity regions formed on both sides of the substrate between the gate electrode and the device isolation region to have a depth smaller than that of the device isolation region, and ion-implanted with a second conductivity type impurity opposite to the first conductivity type impurity; A second impurity region formed by ion implantation into the first conductivity type impurity from a surface of the substrate to a predetermined depth in a first impurity region around the gate electrode; A third impurity region ion-implanted into the second conductivity type impurity under the device isolation region adjacent to the second impurity region and formed to be spaced apart from the first impurity region; And a metal wiring layer formed independently on both sides of the gate electrode and the gate insulating layer on the first impurity region and the second impurity region to interconnect each element.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지티오(GTO)를 이용한 메모리 소자의 제조방법은, 제 1 도전형의 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극을 마스크로 하여 상기 기판 내에 제 2 도전형의 불순물을 이온주입하여 제 1 불순물 영역을 형성하는 단계와; 인접한 두개의 제 1 불순물 영역을 한쌍으로 하여 하나의 제 1 불순물 영역 내에 제 2 도전형의 불순물을 이온주입하여 제 2 불순물 영역을 형성하는 단계와; 상기 제 2 불순물 영역 중앙 및 상기 제 2 불순물 영역이 형성되지 않은 제 1 불순물 영역 중앙에 모두 기판 표면으로부터 기판 내 소정의 깊이까지 트랜치를 형성한 후 상기 트랜치 하부에 제 2 도전형의 불순물을 이온주입하여 제 3 불순물 영역을 형성하는 단계와; 상기 트랜치를 절연물을 매립하여 소자분리영역을 형성하는 단계와; 상기 소자분리영역 양측의 제 1 불순물 영역간과, 다른 소자분리영역 양측의 제 2 불순물 영역간을 각각 덮도록 금속배선층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a memory device using GTO, the method including: forming a gate electrode on a substrate of a first conductivity type; Forming a first impurity region by ion implanting a second conductivity type impurity into the substrate using the gate electrode as a mask; Forming a second impurity region by ion implanting a second conductivity type impurity into one first impurity region by pairing two adjacent first impurity regions; After forming a trench from the surface of the substrate to a predetermined depth in the substrate both in the center of the second impurity region and in the center of the first impurity region in which the second impurity region is not formed, ion implanted impurities are implanted into the lower portion of the trench. To form a third impurity region; Filling the trench with an insulator to form an isolation region; And forming a metal wiring layer to cover between the first impurity regions on both sides of the device isolation region and between the second impurity regions on both sides of the other device isolation region.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
지티오(GTO)는 pnpn 접합구조의 사이리스터류의 하나로서, 기본적인 사이리스터의 경우 턴오프를 위해 외부회로에 의한 역바이어스를 필요로 하는데 비해 트리거 전류의 방향을 바꾸는 것만으로 턴오프시킬 수 있는 특징이 있다.GTO is one of the thyristors of the pnpn junction structure, and the basic thyristors require reverse bias by external circuit to turn off, but they can be turned off only by changing the direction of the trigger current. have.
따라서 본 발명에서는 상기 지티오(1)를 도 1 에 도시한 바와 같이 워드라인(W/L)과 일측이 접지된 저항(2) 사이에 순방향으로 연결하고, 상기 지티오의 게이트에 드레인이 비트라인(B/L)에 연결되고 게이트가 상기 워드라인에 연결된 트랜지스터(3)의 소스를 연결하여 상기 지티오의 턴오프를 조절하도록 한다.Accordingly, in the present invention, as shown in FIG. 1, the
상기와 같이 연결된 본 발명의 지티오를 이용한 메모리소자는, 정보의 기억은 상기 저항(2) 양단의 전압레벨에 따라 이루어진다.In the memory device using the GEO of the present invention connected as described above, information is stored in accordance with the voltage level across the resistor (2).
즉, 상기 워드라인에 하이레벨 전압이 인가되면 상기 트랜지스터(3)가 온 되어 비트라인의 데이타가 상기 지티오의 게이트에 인가되는데, 이때 상기 비트라인의 데이타가 순방향이면 상기 저항(2)을 통해 전류가 접지로 흐르기 때문에 상기 저항(2)의 양단전압이 로우레벨이 되며 이 전압은 상기 지티오의 게이트에 역방향전류가 인가되기 전까지 유지되고, 상기 비트라인의 데이타가 역방향이면 상기 지티오(1)가 오프되기 때문에 상기 워드라인을 통해 지티오에 인가된 전압이 그대로 저항(2) 양단전압에 걸려서 하이레벨이 된다. That is, when a high level voltage is applied to the word line, the
도 2 는 도 1 의 지티오를 이용한 메모리 소자를 구현한 단면도로서, 제 1 p형 도전층(4)과, 상기 제 1 도전층(4) 위에 형성된 제 1 n형 도전층(5)과, 상기 제1 n형 도전층(5) 위에 형성된 게이트 전극(6)과, 상기 게이트 전극(6)을 절연시키기 위한 게이트 절연막(9)과, 상기 게이트 전극 양측의 제 1 n형 도전층(5) 내에 형성된 제 2 p형 도전층(7)과, 일측의 제 2 p형 도전층 내에 형성됨과 아울러 일측이 접지된 저항과 연결된 제 2 n형 도전층(8)으로 구성된다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a memory device using the Gthio of FIG. 1, wherein a first p-type conductive layer 4, a first n-type conductive layer 5 formed on the first conductive layer 4, and the In the gate electrode 6 formed on the first n-type conductive layer 5, the gate insulating film 9 for insulating the gate electrode 6, and the first n-type conductive layer 5 on both sides of the gate electrode. The second p-type conductive layer 7 formed thereon and the second n-type conductive layer 8 formed in the second p-type conductive layer on one side and connected to a grounded resistor on one side thereof.
즉, 상기 게이트 전극(6)과 제 2 p형 도전층(7)이 하나의 트랜지스터를 이루며, 상기 제 1 p형 도전층(4)과 상기 제 1 n형 도전층(5)과 제 2 p형 도전층(7) 및 제 2 n형 도전층(8)이 지티오를 이룬다.That is, the gate electrode 6 and the second p-type conductive layer 7 form one transistor, and the first p-type conductive layer 4, the first n-type conductive layer 5, and the second p are The type conductive layer 7 and the second n-type conductive layer 8 form a thion.
도 3 내지 도 6 은 상기 도 2 의 구조를 기본으로하여 면적을 최소화할 수 있는 지티오를 이용한 메모리 소자의 제조순서를 도시한 것으로, 먼저 도 3 에서는 n형 불순물(예컨대, 제 1 도전형 불순물)로 도핑된 기판 위에 먼저 게이트 산화막(도시하지 않음)을 성장시키고 상기 게이트 산화막 위에 도전물질로서 예를들면 폴리실리콘을 소정의 두께로 침적한 후 그 위에 포토레지스트로 사진식각마스크를 형성하고 이를 적용하여 상기 침적된 폴리실리콘을 식각함으로써 게이트 전극(12)을 형성한다.3 to 6 illustrate a fabrication procedure of a memory device using GTI capable of minimizing an area based on the structure of FIG. 2. First, in FIG. 3, n-type impurities (eg, first conductivity type impurities) are used. First, a gate oxide film (not shown) is grown on a substrate doped with a silicon oxide, and then, for example, polysilicon is deposited on the gate oxide film as a conductive material to a predetermined thickness, and then a photo-etch mask is formed on the photoresist and applied thereto. The
그리고 상기 사진식각마스크를 제거한 후 상기 게이트 전극(12)을 마스크로 하여 상기 기판 내에 p형 불순물(예컨대, 제 2 도전형)을 이온주입하여 제 1 불순물 영역(13)을 형성하고, 상기 제 1 불순물 영역(13) 내에 n형 불순물을 이온주입하여 제 2 불순물 영역(14)을 형성하되 상기 제 1 불순물 영역(13) 내에 상기 제 2 불순물 영역(14) 있는 것과 없는 것이 번갈아 위치하도록 한다.After removing the photolithography mask, a p-type impurity (eg, a second conductivity type) is ion-implanted into the substrate using the
즉, 인접한 두개의 제 1 불순물 영역(13)을 한쌍으로 하는 경우 모든 쌍은 동일한 방향의 제 1 불순물 영역 내에 반드시 제 2 불순물 영역(14)이 존재한다.That is, when the two adjacent
이어서 도 4 에서는 상기 제 2 불순물 영역(14) 중앙 및 상기 제 2 불순물 영역이 형성되지 않은 제 1 불순물 영역(13) 중앙에 모두 기판 표면으로부터 기판 내 소정의 깊이까지 식각하여 트랜치(15)를 형성한다.Subsequently, in FIG. 4, both the center of the
이어서 도 5 및 도 6 에서는, 상기 트랜치 하부에만 p형 불순물을 이온주입하여 제 3 불순물 영역(16)을 형성한 후 상기 트랜치 내부에 예를들어 실리콘 나이트 라이드나 실리콘 산화물을 매립하여 소자분리영역(17)을 형성하고, 계속하여 결과물의 전면에 절연막을 형성한 후 선택적으로 식각하여 상기 게이트 전극(12)을 둘러싸서 절연시키는 게이트 절연막(18)을 형성한 다음 상기 소자분리영역(17) 양측의 제 1 불순물 영역간(13)과, 다른 소자분리영역 양측의 제 2 불순물 영역(14)간을 각각 덮도록 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 금속배선층(19)을 형성한다.Subsequently, in FIGS. 5 and 6, p-type impurities are implanted into the lower portion of the trench to form the
여기서 상기 게이트 전극(12)과, 상기 게이트 전극(12) 양측의 제 1 불순물영역(13)이 소스/드레인 영역으로 작용하여 하나의 트랜지스터를 구성하는데, 이때 상기 소스/드레인 영역이 기존의 디램에 비래 절반 정도의 면적만을 필요로 하므로 전체 메모리소자의 면적을 절반 정도 감소시킬 수 있으며, 상기 금속배선층(19)층의 경우 기존의 디램에서 소스/ 드레인 영역 내에 접촉하도록 형성되는 것보다 폭이 매우 넓기 때문에 제조가 용이하고, 또한 상기 p형의 제 3 불순물 영역(16)과 n형 기판(11) 그리고 p형의 제 1 불순물 영역(13) 및 n형의 제 2 불순물 영역(14)으로 구성된 pnpn 구조의 지티오의 경우 전류가 실선의 ②번 경로보다는 점선의 ①번 경로로 우세하게 흐르게 되므로 적은 전류로 작동할 수 있다.Here, the
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 지티오를 이용함으로써 메모리의 칩 면적을 기존 디램의 1/2로 줄일 수 있으며, 제조공정이 용이하고 또한 저전류로 구동할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the chip area of the memory can be reduced to one half of the existing DRAM by using the thio, and the manufacturing process can be easily performed and the low current can be driven.
도 1 은 본 발명에 의한 지티오(GTO)를 이용한 메모리 소자의 등가회로도.1 is an equivalent circuit diagram of a memory device using GTO according to the present invention.
도 2 는 본 발명의 의한 지티오(GTO)를 이용한 메모리 소자의 기본적인 구조를 도시한 단면도. 1Fig. 2 is a sectional view showing the basic structure of a memory device using GTO according to the present invention. One
도 3 내지 도 6 은 본 발명에 의한 지티오(GTO)를 이용한 메모리 소자의 제조방법을 도시한 단면도들. 3 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a memory device using GTO according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11 : 반도체 기판 12 : 게이트 전극11
13 : 제 1 불순물 영역 14 : 제 2 불순물 영역13: first impurity region 14: second impurity region
15 : 트랜치 16 : 제 3 불순물 영역15 trench 16: third impurity region
17 : 소자분리영역 18 : 게이트 절연막17
19 : 금속배선층19 metal wiring layer
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