KR20030088444A - 비트 라인 생성 방법 및 메모리 셀 어레이 생성 방법 및메모리 셀 어레이 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메모리 셀 어레이를 위한 비트 라인(4,40)을 생성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 그의 표면 내에 주입된 트랜지스터 웰(12)을 갖는 기판(10), 상기 기판(10)의 표면 상에 제공된 일련의 저장 매체 층(20), 상기 일련의 저장 매체 층 상에 제공된 게이트 영역 층(22)을 포함하는 층 구조물을 제공하는 제 1 단계를 포함한다. 이어서, 상기 저장 매체 층(20)까지 아래로 연장된 비트 라인 리세스(30)를 상기 게이트 영역 층(22) 내에 생성한다. 이어서, 상기 비트 라인 리세스(30)의 횡형 표면 상에 절연 스페이서 층(36)을 생성하며, 이후에 상기 비트 라인 리세스(30) 구역에서 상기 일련의 저장 매체 층(20)을 전적으로 또는 부분적으로 제거하고 이후에 상기 비트 라인 리세스(30) 구역 내로 소스/드레인 주입(38)을 수행한다. 이후에, 만약 상기 주입 단계 이전에 기판이 상기 비트 라인 리세스 구역에서 완전하게 노출되지 않았다면 기판을 완전하게 노출시킨다. 이후에, 금속성 비트 라인(40)을 생성하기 위해서 상기 노출된 기판 상에 금속화 영역━상기 금속화 영역은 상기 절연 스페이서 층(36)에 의해서 게이트 영역 층(22)으로부터 분리됨━을 생성한다.
Description
매립된 비트 라인 및 가상 접지 NOR 아키텍쳐를 갖는 알려진 메모리 셀의 일 실례는 Boaz Eitan 등에 의한 IEEE Electron Device Letters, Vol,21.11,November 2000m,pp.543-545의 "NROM" A Novel Localized Trapping, 2-Bit Nonvolatile Memory Cell"에 개시되어 있다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 보다 큰 셀 블록으로 매우 조밀한 메모리 셀을 실현하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1 항에 따른 메모리 셀 어레이를 위한 비트 라인 생성 방법 및 청구항 6 항에 따른 메모리 셀 어레이 생성 방법 및 청구항 15 항에 따른 메모리 셀 어레이에 의해서 성취될 수 있다.
본 발명은 메모리 셀 어레이를 위한 비트 라인을 생성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 그의 표면 내에 주입된 트랜지스터 웰을 갖는 기판, 상기 기판의 표면 상에 제공된 일련의 저장 매체 층, 상기 일련의 저장 매체 층 상에 제공된 게이트 영역 층을 포함하는 층 구조물을 제공하는 단계와, 상기 저장 매체 층까지 아래로 연장된 비트 라인 리세스를 상기 게이트 영역 층 내에 생성하는 단계와, 상기 비트 라인 리세스의 횡형 표면 상에 절연 스페이서 층을 생성하는 단계와, 상기 비트 라인 리세스 구역에서 상기 일련의 저장 매체 층을 전적으로 또는 부분적으로 제거하는 단계와, 상기 비트 라인 리세스 구역 내로 소스/드레인 주입을 수행하는 단계와, 상기 일련의 저장 매체 층이 이전에 완전하게 제거되지 않았다면 상기 비트 라인 리세스 구역에서 상기 일련의 저장 매체 층을 완전하게 제거하는 단계와, 금속성 비트 라인을 생성하기 위해서 상기 소스/드레인 주입을 받은 구역 상에 금속화 영역━상기 금속화 영역은 상기 절연 스페이서 층에 의해서 상기 게이트 영역 층으로부터 분리됨━을 생성하는 단계를 포함한다.
메모리 셀 어레이를 생성하는 방법은 상기 단계 이외에, 상기 금속성 비트 라인 생성 후에 잔여하는 상기 비트 라인 리세스를 절연 물질로 충진하는 단계와, 상기 비트 라인에 대해서 실질적으로 수직으로 연장되며 각각이 다수의 게이트 영역에 접속되어 있는 워드 라인을 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 게이트 영역은 상기 워드 라인이 생성되고 있을 때에 상기 게이트 영역 층의 잔여부를 적절하게 패터닝함으로써 생성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 금속성 비트 라인은 비트 라인 주입으로서 지칭될 수 있는 소스/드레인 주입을 이전에 받았던 노출된 기판 구역 상에서 Ti-실리사이드 또는 Co-실리사이드 프로세스를 실행함으로써 생성된다. 상기 소스/드레인 주입부 상에서 금속화 영역을 생성하기 위한 상기 실리사이드 프로세스 동안, 바람직하게는 차후의 게이트 구조물에는 바람직하게는 질화물로 구성된 하드 마스크가 제공된다. 상기 소스/드레인 주입을 받은 구역은 저장 트랜지스터의 소스/드레인 영역으로서 기능하며, 상기 구역에 실리사이드 프로세스를 행한 구역은 금속성 비트 라인으로서 기능한다. 본 발명에 따른 방법의 경우에 있어서 초기에 상기 비트 라인을 따라서 연장되는 스트립으로서 구현되는 게이트 영역 또는 게이트 구조물은 상기 워드 라인 생성 동안 상기 워드 라인에 대해서 자기 정렬 방식으로 바람직하게는 건식 에칭 프로세스에 의해서 에칭된다.
본 발명에 따른 방법을 사용함으로써, 상기 메모리 셀 어레이의 생성과 함께, 주변부 트랜지스터가 상기 메모리 셀 어레이 외부 구역 내에 추가적으로 생성될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 이른바 단일 일함수 게이트를 갖는 주변부 트랜지스터 뿐만 아니라 이른바 이중 일함수 게이트를 갖는 주변부 트랜지스터를 실현하는데 사용될 수 있으며, 상기 단일 일함수 게이트에서는 모든 다결정 게이트 영역이 동일한 도핑 타입으로 형성되며, 상기 이중 일함수 게이트에서는 다결정 게이트 영역의 도핑 타입은 채널 타입, 즉 소스/드레인 영역의 도핑 타입에 맞추어진다.
본 발명의 메모리 셀 어레이는 2 차원 어레이로 구성되며 기판 내에 형성된 전계 효과 트랜지스터에 의해서 실현되는 다수의 메모리 셀과, 상기 메모리 셀 어레이에 대해서 제 1 방향으로 구성되며 상기 메모리 셀의 게이트 영역에 전기적으로 도전성으로 접속되는 워드 라인과, 상기 제 1 방향에 대해서 실질적으로 수직인제 2 방향으로 상기 메모리 셀들 간에서 연장되는 비트 라인을 포함하며, 상기 비트 라인은 상기 메모리 셀의 소스/드레인 영역 상에서 직접적으로 생성되는 금속성 구조물에 의해서 규정되며, 절연 수단이 상기 비트 라인의 금속성 구조물과 상기 메모리 셀의 게이트 영역 간에 제공된다.
본 발명은 게이트 구조물에 대해서 자기 정렬된 금속성 비트 라인을 갖는 메모리 셀 어레이를 생성하는 방법 및 상기 비트 라인을 포함하는 메모레 셀 어레이를 제공한다. 또한, 금속성 워드 라인에 대해서 자기 정렬된 게이트 구조물이 본 발명에 따라서 생성된다. 본 발명을 따라서 유리하게는 메모리 셀 어레이와 주변부 회로 구조물이 관계된 제조 프로세스에서 함께 병행하여 생성될 수 있다.
금속성 비트 라인, 즉 금속화된 비트 라인의 생성으로 인해서 그리고 금속성 워드 라인, 즉 금속화된 워드 라인의 생성으로 인해서, 본 발명은 최소 주변부를 가지는 대형 셀 블록의 형성을 가능하게 하며 이로써 높은 셀 효율을 제공한다. 금속성 비트 라인의 사용으로 인해서, 비트 라인은 4F2의 셀 면적이 실현될 수 있을 정도로 좁아질 수 있으며, 여기서 F는 사용된 기술이 리소그래피 기술일 때 가능한 라인 폭을 표시하며, 최근의 리소그래피 기술은 140nm의 라인 폭을 성취할 수 있다. 본 발명에 따른 생성 방법 및 구조적 설계에 따라서, 비트 라인 면(bit line plane)과 워드 라인 면은 금속성 배선 면(metallic wiring plane)으로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 단일 일함수 기술 뿐만 아니라 이중 일함수 기술과도 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 종속항에서 규정된다.
본 발명의 다음의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
본 발명은 메모리 셀 어레이를 위한 금속성 비트 라인을 생성하는 방법 및 상기 금속성 비트 라인을 포함하는 메모리 셀 어레이를 생성하는 방법 및 상기 방법들에 의해서 생성되는 메모리 셀 어레이에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이른바 "독립형(stand-alone)" 애플리케이션 및 이른바 "내장형(embedded)" 애플리케이션을 위한 평면 EEPROM에서 사용되기 적합한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 SONOS 원리(SONOS : 실리콘-산화물-질화물-산화물-실리콘)에 따라서 구성된 메모리 셀을 구성하는데 적합하다. 상기 메모리 셀은 유리하게는 가령 가상 접지 NOR 아키텍쳐(a virtual-ground-NOR architecture)에서 사용될 수 있다.
메모리 셀 분야에서 가장 중요한 개선 목적 중 하나는 메모리 셀을 점점 보다 작게 실현하여 저장된 비트 당 점점 보다 작은 칩 면적을 사용하는 것이다. 지금까지, 매립된, 즉 확산된 비트 라인에 의해서 조밀한 셀을 실현하는 것이 유리하다고 고려되었다. 그러나, 확산 구역으로서 구현된 비트 라인은 그들의 구조적 크기가 감소함에 따라서 점점 높은 옴 저항(ohmic)을 가지게 되었는데, 그 이유는인접하는 비트 라인들 간의 펀치 쓰루 현상(punch through)을 방지할 만큼으로 확신 깊이의 크기가 규정되어야 하기 때문이다. 이로써 발생하는 문제는 높은 옴 저항을 갖는 비트 라인이 오직 비교적 작은 셀 블록만을 허용하게 되어 메모리 셀의 활용 정도가 감소되며 보다 작은 메모리 셀의 이점이 점점 감소하게 되며 이로써 보다 높은 프로세스 비용이 들게 된다는 것이다.
도 1은 메모리 셀 어레이의 상세한 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 방법의 초기 단계에서의 일련의 층들의 단면도,
도 3은 비트 라인 리세스 영역을 갖는 기판 부분의 평면도,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 메모리 셀 어레이 생성 방법의 제 1 실시예를 설명하는 단면도,
도 5는 상기 제 1 실시예에 따른 주변부 트랜지스터의 생성 시의 중간 단계의 단면도,
도 6a 및 도 6b는 상기 제 1 실시예에 따른 워드 라인 및 비트 라인 패턴을 설명하는 후기 생성 단계의 단면도,
도 7은 상기 제 1 실시예에 따른 주변부 트랜지스터에 대한 후기 생성 단계의 단면도,
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 메모리 셀 어레이 생성 방법의 제 2 실시예에 대한 도 6a 및 도 6b에 따른 단면도,
도 9는 상기 제 2 실시예에 대한 도 7에 따른 단면도,
도 10a 및 도 10b는 상기 제 2 실시예의 경우에 금속성 워드 라인의 생성을설명하는 단면도,
도 11은 상기 제 2 실시예에 따라 생성된 주변부 트랜지스터를 설명하는 단면도.
메모리 셀 어레이를 위한 비트 라인 생성 방법 및 메모리 셀 어레이 생성 방법의 바람직한 실시예가 도 2 내지 도 11을 참조하여 상세하게 설명되기 전에, 가상 접지 NOR 아키텍쳐의 최종적으로 생성된 비트 라인 및 워드 라인의 일반적인 구성이 도 1을 참조하여 먼저 기술될 것이다. 도 1은 워드 라인(2)이 비트 라인(4)과 함께 격자 구조를 규정하도록 비트 라인(4)에 대해 수직으로 연장된 두 개의 워드 라인(2)의 부분을 도시한다. 도 1에서, 점선은 본 발명에 따른 금속성 비트 라인(4)을 나타내며, 실선(8)은 그 상에 상기 금속성 비트 라인이 형성되는 소스/드레인 주입 영역을 나타낸다.
상기 가상 접지 아키텍쳐에서, 각각의 메모리 셀(6)은 비트 라인들(4) 간에서 워드 라인(2) 아래에서 구성된다. 워드 라인 아래에서 게이트 영역이 상기 구역 내에 제공되며 상기 비트 라인 아래에서 구성된 확산 영역 즉 소스/드레인 주입 영역은 각각의 셀의 소스 드레인 영역을 규정한다.
본 발명에 따라서, 금속성 비트 라인 및 워드 라인은 바람직하게는 실리사이드화를 사용하여 형성된다. 실리사이드화라는 명칭으로 알려진 방법은 가령 코발트, 티타늄, 이들이 합금 또는 니켈 또는 텅스텐과 같은 적절한 금속이 제 1 단계에서 실리콘으로 도포되며 이후에 열 처리가 수행되는 방법이다. 열 처리로 인해서, 도포된 금속과 실리콘 간에 화학 작용이 발생하며 이로써 실리사이드 층이 실리콘 상에 생성된다. 이렇게 실리콘 상에 금속성 실리사이드 층을 생성하는 것을 실리사이드화라고 지칭한다.
도 2 내지 도 7을 참조하여 설명될, 메모리 셀 어레이 생성 및 이와 병행되는 주변부 트랜지스터 생성에서 사용되는 본 발명의 제 1 실시예에서, 이른바 폴리사이드(polycide) 방법이 메모리 셀 어레이의 워드 라인 생성 및 주변부 트랜지스터의 게이트 구조물 생성을 위해서 추가적으로 사용된다.
폴리사이드(polycide) 방법의 명칭으로 알려진 방법은 전면적의 다결정 실리콘 층이 먼저 도포 즉 증착되며 이후에 상기 다결정 실리콘 층 상에 합금으로서 WSi 층이 전면적에 증착되는 방법이다. 이후에, 바람직하게는 질화물로 구성된 하드 마스크가 WSi 층에 통상적으로 도포된다. 이어서, 상기 하드마스크는 포토 기술을 사용하여 패터닝되고 이후에 WSi 층 및 이 층 아래의 다결정 실리콘 층이 필요한 구조물을 생성하도록 에칭된다.
이와 달리 폴리사이드 방법은 텅스텐 질화물 층을 먼저 다결정 실리콘 층에 도포하고 이후에 텅스텐 층을 도포하는 방법도 있다. 이 경우에는, 상기 텅스텐 질화물 층은 확산 장벽 역할을 하게 되고 이로써 어떤 텅스텐 실리사이드 즉 어떤 합금도 형성되지 않으며 이로써 낮은 옴 저항을 갖는 순수한 금속성 구조물이 생성된다.
도 8 내지 도 11을 참조하여 설명될, 본 발명에 따른 메모리 셀 어레이 생성방법의 제 2 실시예에서, 이른바 살리사이드 방법이 워드 라인 및 주변부 트랜지스터의 게이트 구조물을 생성하는데 사용된다. 살리사이드 방법의 이름으로 알려진 방법은 가령 산화물 영역 또는 질화물 영역과 같은 비실리콘 영역과 실리콘 영역을 포함하는 구조물의 전체 면적을 가령 코발트, 티타늄 또는 가령 코발트/티타늄 질화물 합금과 같은 이들 금속의 합금으로 증착하는 방법이다. 이후에 열 처리가 수행되며, 상기 전면적을 증착하고 있는 금속과 상기 실리콘이 접촉하는 위치에서 화학 작용이 발생하여 이로써 실리사이드 층이 거기서 생성된다. 상기 금속이 산화물 또는 질화물과 접하고 있는 다른 구역에서는 화학 작용이 발생하지 않을 것이다. 이후에, 화학 작용을 받지 않은 금속은 습식 화학 프로세스에 의해서 제거되며 이로써 모든 실리콘 영역이 실리사이드 층으로 코팅된 구조물이 생성될 것이다.
이어서, 본 발명에 따른 메모리 셀 어레이 생성 방법 및 본 발명에 따른 메모리 셀 어레이를 위한 비트 라인 생성 방법의 제 1 실시예가 기술될 것이다.
본 발명에 따른 방법은 먼저 간략하게 기술될 사전처리된 기판 구조물을 기초로 한다. 이를 위해서, 가령 특정 개수의 메모리 셀 및 이후의 특정 개수의 주변부 회로 구조물을 포함하는 분리된 영역이 먼저 실리콘 기판 내에서 규정된다. 이들 영역은 바람직하게는 이른바 STI(shallow trench isolation : 얕은 트렌치 분리) 기술을 사용하여 생성된다. 이 기술에서는, 먼저 패드 산화물이 성장하고 이후에 패드 질화물이 증착된다. 이후에, 포토 기술이 사용되어 이어서 에칭될 트렌치를 규정한다. 이어서, 에칭된 트렌치는 산화물로 충진되고 이후에 가령 CMP(화학 기계적 폴리싱)과 같은 적절한 평탄화 방법이 수행된다. 마지막으로, 잔여질화물이 에칭에 의해서 제거된다.
상기 분리된 영역이 상술한 방식으로 생성되면, 메모리 셀 어레이의 주변부 내에서 차후 CMOS 영역을 위한 p 웰 및 n 웰과 상기 메모리 셀을 위한 웰들이 먼저 마스크된 붕소 및 인(phosphor) 주입을 수행하고 이후에 어닐링을 수행하여 생성된다. 이후에, 분산되어 있는 산화물이 제거된다. 이렇게 하여 생성된 구조물 상에서 ONO 삼중 층(산화물 질화물 산화물) 성장하며 상기 삼중 층은 저장 매체로서 기능한다. 이 단계 이후에 차후 CMOS 영역에서 상기 삼중 층에 대한 마스크된 제거가 수행된다. 이 영역에서 단일 게이트 산화물이 성장하거나 아니면 복수의 게이트 산화물이 각각 단계에서 성장한다.
상술된 사전 처리 작업을 통해서 생성된 구조물은 본 발명에 따른 방법에서 기반 구조물 역할을 한다. 본 발명에 따라서, 상기 구조물 상에 게이트 영역 층 기능을 하는 폴리실리콘 층이 증착되고 상기 폴리실리콘 층 상에 이어서 질화물 층이 증착된다. 메모리 셀 영역에서의 이렇게 하여 생성된 일련의 층들의 단면도가 도 2에 도시된다. 상술한 바와 같이, 트랜지스터 웰(12)이 실리콘 기판(10) 내부에 형성된다. 트랜지스터 웰(12) 상에 하부 산화물 층(14), 질화물 층(16), 상부 산화물 층(18)을 포함하는 ONO 삼중 층(20)이 형성된다. 메모리 셀 영역의 외부 구역에서는 상기 ONO 삼중 층은 게이트 산화물에 의해서 대체된다. 상기 ONO 삼중 층(20) 상에 가령 100nm의 두께를 갖는 다결정 층(22)이 형성된다. 이 다결정 층(22) 상에는 가령 50nm의 두께를 갖는 질화물 층(24)이 하드 마스크 층으로서 형성된다.
다음 단계에서, 상기 질화물 층(24) 내에 연장형 리세스(26)를 생성하기 위해서 포토 기술이 실행되며 도 3에서 도시된 바와 같이 상기 리세스는 이후에 생성될 비트 라인을 따라서 연장된다. 이들 리세스(26)에 의해서, 스트립(28)이 차후 비트 라인을 따라서 추가적으로 규정되며 상기 스트립(28)은 차후 게이트 구조물을 규정하는데 도움이 된다. 상기 리세스(26)를 생성하기 위해서 질화물 층(24)이 에칭된 후, 포토 기술에서 사용된 레지스트가 제거되며 다결정 층(23)이 마스크로서 상기 질화물 층(24)을 사용하여 에칭된다. 상기 ONO 삼중 층(20)은 상기 프로세스에서 에칭 정치 층 기능을 한다. 비트 라인 리세스(30)가 상기 질화물 층(24) 내에 형성되고 상기 다결정 층(22) 내에 형성된 최종적인 구조물이 도 4a에 도시된다. 상기 다결정 층(22) 내에 비트 라인 리세스(30)를 생성함으로써, 차후 비트 라인을 따라서 연장되는 스트립 형상의 게이트 영역(34)이 상기 다결정 층(22) 내에 생성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 비트 라인 리세스(30) 생성 이후에, 트랜지스터 웰(12)의 도핑 타입에 대응하는 도핑 타입의 주입이 ONO 삼중 층(20)을 통해서 상기 리세스된 구역에서 수행되며 이로써 도핑된 구역(32)이 생성된다. 이러한 주입 단계는 선택 사양적이다. n 채널 저장 트랜지스터의 경우에, 상기 주입은 바람직하게는 가령 1*1014cm-3의 농도를 갖는 붕소 주입이다. 한편으로, 상기 주입 영역(32)은 이후에 생성될 소스 드레인 주입 영역 및 비트 라인 주입 영역을 갖는 PN 접합부를 생성하는 것을 돕는다. 다른 한편으로는, 상기 도핑된 영역(32)을생성함으로써 게이트 에지 밑으로 도핑 영역이 스캐터링(scattering)되어 채널 밑으로 침투하며 이로써 개선된 펀치 저항(punch resistance)이 성취될 수 있다. 이러한 주입 영역(32)은 특히 가령 Boaz Eitan에 의한 상술된 공보에서 개시된 타입의 2 비트 메모리 셀이 상기 메모리 셀에 의해서 실현될 경우에 유리하다.
알려진 방법을 사용하여, 이후 단계에서 절연 스페이서 층(36)(도 4b 참조)이 스트립 형상의 다결정 영역(34)의 횡형 표면 상에 그리고 상기 다결정 영역 상에 형성된 질화물 층(24)의 일부분 상에 생성된다. 이를 위해서, 산화물 층이 바람직하게는 가령 TEOS(테트라에틸오소실리케이트)로부터 부합적 증착에 의해서 먼저 생성된다. 이러한 종류의 증착에 의해서, 전면적을 증착하는 산화물 층이 획득되며 이상적인 환경에서는 상기 산화물 층은 구조물의 수평 및 수직 표면 상에서 동일한 두께를 갖는다. 이어서, 상기 산화물 층이 이후의 이방성 건식 에칭에 의해서 수평 표면으로부터 제거되며 이로써 도 4b에 도시된 바와 같은 횡형 산화물 스페이서 층(36)이 남게 된다.
가령 40 nm 두께를 갖는 상기 산화물 스페이서 층을 생성한 후에, 바람직하게는 반응성 이온 에칭이 사용되어 상기 스페이서 층 생성 이후에도 여전히 노출되어 있는 ONO 삼중 층 구조물의 부분을 개방시킨다. 상기 ONO 삼중 층 구조물(20) 내의 개구를 통해서, 소스/드레인 주입 영역이 형성되며, n 채널 저장 트랜지스터의 경우에는 상기 소스/드레인 주입 영역은 바람직하게는 3*1015cm-3의 도핑 농도로 비소를 주입함으로써 형성된다. 상기 소스/드레인 주입 영역(38)은차후 비트 라인을 따라서 연장되며 이로써 비트 라인 주입 영역으로서 지칭될 수 있다.
여기서 주목해야 될 점은 영역(38)을 생성하기 위해서 주입을 수행하기 이전에 전체 ONO 삼중 층 구조물(20)을 제거할 필요가 없지만 상기 주입이 가령 이후에 스캐터링된 산화물(a scattered oxide) 역할을 하는 하부 산화물 층(14)을 통해서 수행될 수 있다는 것이다. 주입 단계가 상기 하부 산화물 층(14)을 통해서 수행되면, 상기 소스/드레인 주입이 수행되었으며 금속성 비트 라인이 형성될 구역에서 기판(12)의 상부 표면을 노출시키기 위해서 상기 산화물 층(14)은 이후에 제거되어야 할 것이다.
이 후에, 자기 정렬된 실리사이드화를 위한 금속이 증착되는데, 상기 금속은 바람직하게는 Ti, Co 또는 이들의 합금이다. 이러한 증착 단계 이후에 실리사이이화를 위해서 필요한 경화 단계(tempering) 및 실리사이드화되지 않은 금속을 제거하는 단계가 수행된다. 도 4b에 도시되며 금속성 비트 라인(40)을 나타내는, 상기 소스/드레인 주입 영역(38) 상의 금속화된 영역(40)은 이러한 방식으로 생성된다. 이후에, 잔여하는 갭(gap)이 바람직하게는 산화물 증착(TEOS)에 의해서 절연 물질(42)로 충진된다. 이어서, 이렇게 생성된 구조물의 표면은 이온성 에칭 프로세스 또는 바람직하게는 CMP 기술을 사용하여 평탄화 단계를 받는데, 상기 CMP 기술에서는 매우 경도가 강한 질화물 층이 기계적 연마 정지물로서 사용될 수 있다. 이렇게 하여 생성된 구조물의 단면도가 도 4b에 도시된다.
생성된 비트 라인(40)에 대해서 수직으로 연장된 워드 라인을 생성한 후에,스트립 형상의 게이트 영역(34) 상에 여전히 위치하며 도 4b에서 참조 부호(44)로 표시된 질화물이, 바람직하게는 고온 인산(hot phosphoric acid)이 사용되는 습식 화학 프로세스에 의해서 제거된다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 제 2 다결정 층(46), 금속성 층(48), 바람직하게는 질화물인 하드 마스크(50)를 포함하는 층 구조물이 상기 최종 구조물 상에 생성된다. 상기 제 2 다결정 층(46)은 증착에 의해서 생성되며 상기 금속성 층(48)은 WSi의 증착에 의해서 생성된다. 이와 달리, 다결정 실리콘, 텅스텐 질화물 및 텅스텐을 포함하는 일련의 층이 상술된 방식으로 생성될 수 있다. 이어서, 질화물 층(50)이 제 2 다결정 층(46) 상에 증착되어 하드 마스크 구실을 한다.
상술된 방법의 여러 단계들에 의해서 주변부 영역에서 획득되는 층 구조물이 도 5에 도시되며, ONO 삼중 층 구조물(20)은 상술된 바와 같이 주변부 영역에서는 게이트 산화물 층(52)으로 대체된다.
도 4c 및 도 5에 도시된 층 구조물을 기본 구조물로 하여서, 이어서 포토 기술이 수행되어 셀 어레이 내부의 워드 라인 및 주변부 내의 게이트 영역을 상기 하드 마스크(50) 내에서 패터닝한다. 이어서, 제 1 다결정 층(22), 제 2 다결정 층(46), 금속성 층(48)을 포함하는 워드 라인 구조물이 산화물에 대한 강한 에칭 선택도로 에칭된다. 이 후에, 적합한 포토 기술을 사용하여 펀치 현상을 방지하는 주입 단계가 선택사양적으로 상기 워드 라인들 간에서 실행된다.
도 4c의 화살표 A로 규정된 최종적인 구조물의 단면도가 도 6a에 도시되며, 화살표 B로 규정된 최종적인 구조물의 단면도가 도 6b에 도시된다. 도 6a에서, 상술된 펀치 현상을 방지하는 주입 영역은 참조 부호(54)로 표시된다.
워드 라인을 패터닝하는 상술된 단계와 병행하여, 주변부 트랜지스터의 게이트 구조물이 주변부 구역에서 패터닝되며 도 7은 제 1 다결정 층(22), 제 2 다결정 층(46), 금속성 층(48), 잔여 하드 마스크 층(50)을 포함하는 트랜지스터 게이트의 게이트 스택을 도시하는 단면도이다.
상술된 바와 같이 메모리 셀 어레이 내에 워드 라인을 패터닝하고 주변부 구역 내의 게이트 구조물을 패터닝한 후에, 워드 라인을 추가적으로 절연하는 단계와 주변부 트랜지스터를 구축하는 단계가 알려진 방식으로 추가적으로 수행된다. 상기 추가 단계들은 가령 주변부 트랜지스터의 게이트 재산화 단계, 주변부 트랜지스터의 횡형 표면 상에 질화물 스페이서 층 및/또는 산화물 스페이서 층을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 스페이서 층 제공 단계 이후에 바람직하게는 패터닝된 워드 라인 구조물 간의 갭을 충진하는 단계 및 LDD(약하게 도핑된 드레인) 주입 단계 및 HDD(강하게 도핑된 드레인) 주입 단계 뿐만 아니라 질화물/BPSG 증착 단계 및 CMP 기술과 같은 평탄화 단계가 수행된다. 마지막으로, 종래 기술에서 알려진 단계들이 수행되어 컨택트 홀을 생성 및 충진하고 금속 배선 및 패시베이션을 실행한다.
상술된 실시예에서, 다결정 층(22,46)은 인 시츄 도핑된 폴리층(in-situ doped polylayers)으로서 증착되며, 바람직한 실시예의 n 채널 트랜지스터의 경우에는 n+도핑된 폴리실리콘 층이 증착된다. 이 제 1 실시예에서, 워드 라인은 상술된 폴리사이드 기술에 의해서 금속화된다. 이 실시예는 유리하게는 가령 DRAM 등을 실현하기 위해서 구현되는 단일 일함수 게이트 기술에서 사용되기에 적합하다.
이제, 고성능 CMOS 애플리케이션을 위한 이중 일함수 게이트 기술에서 사용되기에 적합한 다른 실시예가 설명될 것이다.
금속성, 즉 금속화된 비트 라인의 생성에 있어서, 제 2 실시예는 워드 라인을 생성하는 프로세스가 제 1 실시예에서 기술되었던 폴리사이드 프로세스 대신에 살리사이드 프로세스이다는 점을 제외하면 상술된 제 1 실시예와 다르지 않다. 이를 위해서, 질화물 영역(44)이 추가적으로 제거된, 도 4b에 도시된 타입의 구조물이 기본 구조물로서 사용되며 제 2 다결정 층이 도포되고, 상기 제 2 다결정 층에 산화물 하드 마스크가 직접적으로 도포된다. 주목해야 할 점은 제 2 실시예에서는 제 1 다결정 층 및 제 2 다결정 층 모두가 초기에는 도핑되지 않은 층으로서 도포된다는 것이다. 제 1 다결정 층의 도핑은 질화물 층(44)의 제거 후에 또는 상기 질화물 층이 충분하게 얇다면 상기 질화물 층을 통해서 소스/드레인 영역의 도핑과 함께 수행될 수 있다는 것이다.
제 2 다결정 층 및 산화물 하드 마스크를 상술한 바와 같이 도포한 후에, 메모리 셀 구역 내의 워드 라인 구조물 및 주변부 구역 내의 게이트 구조물이 생성된다. 이렇게 하여 생성된 메모리 셀 구역 내의 구조물은 도 6a 및 도 6b에 도시된 단면도와 유사한 단면도인 도 8a 및 도 8b로 도시되며, 여기서 동일한 참조 부호는 대응하는 특징부를 표시한다. 또한, 산화물 하드 마스크의 잔여 구역(56)이도 8a 및 도 8b에 도시된다.
도 9은 지금까지 생성된 최종 주변부 트랜지스터 구조물의 단면도이며, 이 구조물에서는 주변부 트랜지스터의 소스 및 게이트 영역을 위한 LDD 주입부(58)가 이미 생성되었다.
도 8 및 도 9에 도시된 구조물에 대해서, 이제 게이트 재산화가 바람직하게는 제 1 단계에서 가령 6nm 두께를 갖는 얇은 산화물 층(60)에 의해서 수행되며, 상기 산화물 층은 메모리 셀 구역에서는 워드 라인 구조물의 횡형 표면 상에 그리고 주변부 트랜지스터 구역에서는 게이트 스택의 횡형 표면 상에서 생성되며, 이에 대해서는 도 10a, 10b, 11에 도시된다.
도시된 실시예와는 달리, 재산화는 바람직하게는 LDD 주입 전에 수행되며 이로써 소스/드레인 영역 상에서 이러한 방식으로 생성된 산화물은 LDD 주입에 있어서 스캐터링된 산화물로서 사용될 수 있다. 재산화 프로세스 동안 수평 표면 상에 생성된 산화물은 이방성 에칭 프로세스에 의해서 제거된다. 이 후에, 질화물 스페이서 층(62)이 바람직한 실시예에 따라서 산화물 층(60) 상에 생성되며 이후에 추가적인 산화물 스페이서 층(64)이 횡형 표면에 도포되고(도 11 참조), 이후에 메모리 셀 구역 내의 워드 라인 갭을 완전하게 충진한다(65). 여기서 주목되어야 할 점은 상기 스페이서 층의 구현 사항 및 이들 층을 위해서 선택된 물질은 생성될 주변부 트랜지스터가 가져야 하는 유전 강도(dielectric strength)에 의존한다는 것이다.
또한, 외부 산화물 스페이서 층(64)은 바람직하게는 (TEOS로부터의) 부합적산화물 증착에 의해서 생성되며, 이후에 수평 표면 상에 증착된 산화물은 이방성 에칭에 의해서 제거된다. 이러한 에칭 단계에 의해서, 하드 마스크(56)의 잔여부들이 동시적으로 제거되며 이로써 제 2 다결정 층(46)의 잔여 부분이 노출된다.
이후에, HDD 영역(68)을 생성하기 위한 주입 단계가 수행되며 이와 동시에 제 2 다결정 층(46)이 도핑된다.
이후에, 살리사이드 프로세스가 수행되어 메모리 셀 구역 내의 워드 라인 뿐만 아니라 주변부 구역 내의 게이트 스택에도 금속화 층(70)을 제공한다. 이러한 금속화 층을 획득하기 위해서, Ti, Co 또는 이들의 합금이 전면적 상에 먼저 도포되고 이후에 경화 단계가 수행되어 실리사이드 층(70)을 생성한다. 이러한 실리사이드화 동안, 실리사이드 층(72)이 주변부 트랜지스터의 소스/드레인 영역 상에 추가적으로 생성된다. 이어서, 상기 경화 단계 동안 실리콘과 어떤 화학 작용도 가지지 않은 금속 층 부분이 바람직하게는 습식 에칭 프로세스에 의해서 제거된다. 여기서 주목해야 할 점은, 상기 경화 단계 동안, HDD 주입 영역(48)의 주입 단계 동안 제 2 다결정 층(46) 내에 도입된 도핑 물질이 제 1 다결정 층(22)으로 추가적으로 확산될 것이라는 점이다.
상술된 제 2 실시예와 달리, 게이트 영역, 즉 게이트 폴리실리콘은 메모리 셀 구역에서는 p+도핑될 수 있으며, 이는 메모리 셀의 동작 특성에 있어서 유리하다.
본 발명을 통해서 유리하게는 관계되는 제조 프로세스에서 메모리 셀 어레이를 위한 금속성 워드 라인과 금속성 비트 라인을 생성할 수 있으며 이로써 대형 셀 블록이 개별 셀에 대해서 최소 셀 면적으로 구축될 수 있다. 특히, 본 발명을 통해서 유리하게는 메모리 셀 구조물 및 주변부 트랜지스터 구조물이 어느 정도 병행하여서 생성될 수 있으며 이로써 프로세스가 보다 간단해지며 프로세스 비용이 경제적이 된다.
Claims (18)
- 메모리 셀 어레이를 위한 비트 라인(4,40)을 생성하는 방법에 있어서,a) 그의 표면 내에 주입된 트랜지스터 웰(12)을 갖는 기판(10), 상기 기판(10)의 표면 상에 제공된 일련의 저장 매체 층(20), 상기 일련의 저장 매체 층 상에 제공된 게이트 영역 층(22)을 포함하는 층 구조물을 제공하는 단계와,b) 상기 저장 매체 층(20)까지 아래로 연장된 비트 라인 리세스(30)를 상기 게이트 영역 층(22) 내에 생성하는 단계와,c) 상기 비트 라인 리세스(30)의 횡형 표면 상에 절연 스페이서 층(36)을 생성하는 단계와,d) 상기 비트 라인 리세스(30) 구역에서 상기 일련의 저장 매체 층(20)을 전적으로 또는 부분적으로 제거하는 단계와,e) 상기 비트 라인 리세스(30) 구역 내로 소스/드레인 주입(38)을 수행하는 단계와,f) 상기 일련의 저장 매체 층이 d) 단계에서 완전하게 제거되지 않았다면 상기 비트 라인 리세스(30) 구역에서 상기 일련의 저장 매체 층(20)을 완전하게 제거하는 단계와,g) 금속성 비트 라인(40)을 생성하기 위해서 상기 소스/드레인 주입을 받은 구역 상에 금속화 영역━상기 금속화 영역은 상기 절연 스페이서 층(36)에 의해서 게이트 영역 층(22)으로부터 분리됨━을 생성하는 단계를 포함하는비트 라인 생성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속성 비트 라인(40)은 실리사이드 프로세스에 의해서 생성되는비트 라인 생성 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,단계 c) 이전에, 상기 기판 내에서의 주입(32) 단계가 상기 비트 라인 리세스(30) 구역에서 수행되며,상기 주입의 도핑 타입은 상기 트랜지스터 웰(12)의 도핑 타입과 일치하는비트 라인 생성 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 기판(10)은 실리콘으로 구성되며, 상기 일련의 저장 매체 층(20)은 산화물 질화물 산화물의 삼중 층이며, 상기 게이트 영역 층(22)은 다결정 실리콘으로 구성되는비트 라인 생성 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,단계 b) 이전에, 하드 마스크 층(24)이 상기 게이트 영역 층(22)에 도포되는비트 라인 생성 방법.
- 메모리 셀 어레이를 생성하는 방법에 있어서,제 1 항의 단계들(a-g)을 모두 실행하는 단계와,h) 상기 금속성 비트 라인(40) 생성 후에 잔여하는 상기 비트 라인 리세스(30)를 절연 물질(42)로 충진하는 단계와,i) 상기 비트 라인(4,40)에 대해서 실질적으로 수직으로 연장되며 각각이 다수의 게이트 영역에 접속되어 있는 워드 라인(2,48)을 생성하는 단계를 더 포함하며,상기 게이트 영역은 상기 워드 라인(2,48)이 생성되고 있을 때에 상기 게이트 영역 층(22)의 잔여부를 적절하게 패터닝함으로써 생성되는메모리 셀 어레이 생성 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 단계 i)는,i1) 다결정 층(46)을 전면에 도포하는 하위 단계와,i2) 상기 다결정 층(46) 상에 실리사이드 층(48)을 생성하는 하위 단계와,i3) 상기 실리사이드 층(48), 상기 다결정 층(46), 상기 게이트 영역 층(22)을 패터닝하여 상기 게이트 영역 및 상기 워드 라인을 생성하는 하위 단계를 포함하는메모리 셀 어레이 생성 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 워드 라인을 생성하는 단계 후에, 상기 워드 라인들 간의 기판 내에 펀치 현상을 방지하는 주입부(anti-punch implantations)(54)를 생성하는 단계를 더 포함하는메모리 셀 어레이 생성 방법.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,단계 i) 이후에, 상기 워드 라인의 횡형 표면과 상기 게이트 영역의 횡형 표면에 절연 층을 횡적으로 도포하는 단계를 더 포함하는메모리 셀 어레이 생성 방법.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,단계 i) 이후에, 상기 워드 라인과 상기 게이트 영역 간의 갭을 절연 물질로 완전하게 충진하는 단계를 더 포함하는메모리 셀 어레이 생성 방법.
- 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 메모리 셀 어레이의 생성과 병행하여, 주변부 트랜지스터가 상기 메모리 셀 어레이 구역의 외부에서 생성되는메모리 셀 어레이 생성 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 단계 i)는,i1) 다결정 층(46)을 전면에 도포하는 하위 단계와,i2) 상기 워드 라인의 패턴에 따라서 상기 다결정 층(46) 및 상기 게이트 영역 층(22)의 잔여 부분을 패터닝함으로써 상기 게이트 영역을 생성하는 하위 단계와,i3) 단계 i2)에서 상기 다결정 층(46) 및 상기 게이트 영역 층(22)에 생성된리세스를 절연 물질(60,62,66)로 충진하는 하위 단계와,i4) 상기 워드 라인 패턴에 따라서 패터닝된 다결정 층(46) 상에 실리사이드 층(70)을 선택적으로 생성하기 위한 실리사이드 프로세스를 실행하여 금속성 워드 라인을 생성하는 하위 단계를 포함하는메모리 셀 어레이 생성 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 메모리 셀 어레이 영역의 외부의 주변부 트랜지스터의 게이트 영역이 단계 i2)에서 추가적으로 생성되며, 상기 게이트 영역에는 단계 i3)에서 그의 횡형 표면 상에 절연 층(60,62,64)이 제공되며, 단계 i4)에서는 실리사이드 층(70)이 주변부 트랜지스터의 소스/드레인 영역(72) 상에 그리고 상기 게이트 영역 상에 추가적으로 생성되는메모리 셀 어레이 생성 방법.
- 제 13 항에 있어서,단계 i2) 이후에, 상기 기판 내에 상기 주변부 트랜지스터의 소스/드레인 영역(56,58)을 주입하는 단계를 포함하며, 이 주입 단계에서 상기 다결정 층(46)의 잔여 부분도 동시에 도핑되는메모리 셀 어레이 생성 방법.
- 메모리 셀 어레이에 있어서,2 차원 어레이로 구성되며 기판 내에 형성된 전계 효과 트랜지스터에 의해서 실현되는 다수의 메모리 셀(6)과,상기 메모리 셀 어레이에 대해서 제 1 방향으로 구성되며 상기 메모리 셀(6)의 게이트 영역에 전기적으로 도전성으로 접속되는 워드 라인(2,48,70)과,상기 제 1 방향에 대해서 실질적으로 수직인 제 2 방향으로 상기 메모리 셀들(6) 간에서 연장되는 비트 라인(4,40)을 포함하며,상기 비트 라인(4,40)은 상기 메모리 셀(6)의 소스/드레인 영역(38) 상에서 직접적으로 생성되는 금속성 구조물에 의해서 규정되며,절연 수단이 상기 비트 라인의 금속성 구조물(4,40)과 상기 메모리 셀(6)의 게이트 영역(34,36) 간에 제공되는메모리 셀 어레이.
- 제 15 항에 있어서,상기 절연 수단은 상기 게이트 영역의 횡형 표면 상에 제공된 절연 층인메모리 셀 어레이.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,상기 비트 라인의 금속성 구조물(40)은 실리사이드 구조물인메모리 셀 어레이.
- 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 기판(10)은 실리콘으로 구성되며, 상기 게이트 영역은 폴리실리콘으로 구성되고, 상기 절연 수단은 상기 게이트 영역에 횡적으로 도포된 산화물 스페이서 층인메모리 셀 어레이.
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