KR920009374B1 - Method of fabricating a semiconductor device having multi-gate type transistors - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 MUGROM의 셀어레이구조를 도시한 평면도.1 is a plan view showing a cell array structure of a MUGROM.
제2도는 제1도의 MUGROM의 셀어레이의 트랜지스터 등가 회로도.2 is a transistor equivalent circuit diagram of a cell array of MUGROM shown in FIG.
제3도는 MUGROM의 셀어레이구조를 나타내기 위한 제1도의 A-A선 단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 1 for showing the cell array structure of the MUGROM.
제4도는 종래의 MUGROM의 셀이온주입공정을 도시한 공정순서도.4 is a process flow chart showing a cell ion implantation process of a conventional MUGROM.
제5도는 본 발명에 따른 MUGROM의 셀이온주입공정을 도시한 일실시예의 공정순서도.Figure 5 is a process flow diagram of an embodiment showing a cell ion implantation process of MUGROM according to the present invention.
제6도는 본 발명에 따른 MUGROM의 셀이온주입공정을 도시한 다른 실시예의 공정순서도.6 is a process flowchart of another embodiment showing a cell ion implantation process of a MUGROM according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 드레인영역 2 : 소오스영역1: drain region 2: source region
3 : 금속콘택트홀 B1, B2 : 비트라인3: Metal contact hole B1, B2: Bit line
W1~WM : 워드라인(게이트전극층) C1~C3 : 셀이온주입영역W1 ~ WM: Word line (gate electrode layer) C1 ~ C3: Cell ion implantation area
M1, M3, M6 : 채널공핍형 MOS : 트랜지스터M1, M3, M6: Channel Depletion MOS: Transistor
M2, M4, M5 : 채널증가형 MOS 트랜지스터M2, M4, M5: Channel Increasing MOS Transistor
CS : 공통소오스라인 10 : 서브스트레이트CS: common source line 10: substrate
11 : 제1셀이온주입마스크 12 : 제1게이트산화막11: first cell ion implantation mask 12: first gate oxide film
13 : 제1게이트전극층 14 : 제2셀이온주입마스크13: first gate electrode layer 14: second cell ion implantation mask
15 : 제2게이트산화막 16 : 제2게이트전극층15: second gate oxide layer 16: second gate electrode layer
17 : 제1중간절연막 18 : 제2중간절연막17: first intermediate insulating film 18: second intermediate insulating film
19 : 셀이온주입마스크 20 : 공핍형 채널영역19: cell ion implantation mask 20: depletion channel region
21 : 증가형 채널영역21: increased channel area
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 멀티 게이트 마스크 ROM(Multi-Gate mask ROM : MUGROM)의 제조공정상의 미스얼라인먼트 문제점을 해결하기 위한 새로운 셀프얼라인 이온주입 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a novel self-aligned ion implantation method for solving a misalignment problem in a manufacturing process of a multi-gate mask ROM (MUGROM).
최근에 반도체 제조기술의 발달과 메모리소자의 응용분야가 확장되어 감에 따라 대용량의 메모리소자의 개발이 진전되고 있다. 특히 회로구성이 간단하고 메모리 셀구조가 특별한 제조공정을 필요로 하지 않은 마스크 ROM의 대용량화가 가장 빠르게 진척되고 있다.Recently, as the development of semiconductor manufacturing technology and the application field of memory devices have been expanded, the development of large-capacity memory devices has been advanced. In particular, the capacity of a mask ROM, which has a simple circuit configuration and a memory cell structure that does not require a special manufacturing process, is rapidly progressing.
마스크 ROM은 집적도의 향상을 위한 메모리 셀구조에 따라 여러가지 방식, 예컨대 콘택트 마스크 방식, 확산층 마스크 방식, 낸드(NAND)형 이온주입방식 및 멀티 게이트 방식등이 제안되어 실용화되고 있다.Mask ROM is proposed and put into practice in various ways, such as a contact mask method, a diffusion layer mask method, a NAND type ion implantation method, and a multi-gate method, according to a memory cell structure for improving the degree of integration.
멀티 게이트 방식의 ROM(이하 MUGROM이라 칭함)은 전하결합소자(Charge Coupled Device : CCD)의 구조와 유사한 멀티 게이트 MOS 트랜지스터의 구주로 메모리셀 어레이를 구성한다("4메가비트 풀웨이퍼(full wafer) ROM"1980년 IEEE 국제고체회로회의, PP150-151참조).Multi-gate ROM (hereinafter referred to as MUGROM) consists of a multi-gate MOS transistor similar to the structure of a charge coupled device (CCD), which constitutes a memory cell array (4 megabit full wafer). ROM IEEE 1980 International Solid State Conference, pp 150-151).
제1도에는 MUGROM의 셀어레이의 구조를 도시한 정면도, 제2도에는 제1도의 MUGROM의 셀어레이의 트랜지스터 등가회로도를 나타낸다. MUGROM의 셀어레이하는 드레인영역(1)과 소오스영역(2)사이에 있는 채널영역상에 더블 다결정실리콘 게이트공정으로 형성되는 복수의 게이트전극을 가한다. 상기 드레인영역(1)에는 금속콘택트홀(3)를 통해서 비트라인(B)이 연결되고, 상기 소오스영역(2)은 공통소오스 라인(CS)으로 제공된다. 상기 게이트전극들은 워드라인(W)으로 제공된다. 제3도는 제1도의 A-A선 단면도이다. 제1도의 빗금친 부분(C)은 게이트전극의 아래에 있는 채널영역에 서브스트레이트와 반대형의 불순물, 예컨대 P형 서브스트레이트이면 N형 불순물을 주입시킨 부분이다. 따라서 이온주입이 된 부분은 채널 공핍형(depletion type) 트랜지스터(제2도의 M1,M3,M6)로 되고, 그렇지 않은 부분은 채널증가형( enhancem ent type) 트랜지스터(제2도의 M2,M4,M5)로 유지된다.FIG. 1 is a front view showing the structure of the cell array of MUGROM, and FIG. 2 is a transistor equivalent circuit diagram of the cell array of MUGROM of FIG. A plurality of gate electrodes formed by a double polysilicon gate process are applied on the channel region between the drain region 1 and the source region 2 in the cell array of the MUGROM. A bit line B is connected to the drain region 1 through a metal contact hole 3, and the source region 2 is provided as a common source line CS. The gate electrodes are provided to the word line (W). 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. The hatched portion C in FIG. 1 is a portion in which an impurity opposite to the substrate, for example, an N-type impurity is implanted into the channel region under the gate electrode. Therefore, the ion-implanted portion is a channel depletion type transistor (M1, M3, M6 in FIG. 2), and the portion not in the channel is an enhancement type transistor (M2, M4, M5 in FIG. 2). Is maintained.
상기 채널공핍형 트랜지스터와 채널증가형 트랜지스터는 드레시 홀드전압의 차이로 각각 정보 "1"과 "0"에 대응하게 되는 것이다. 이와 같은 MUGROM의 제조공정을 제4도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.The channel depletion transistor and the channel increasing transistor correspond to information '1' and '0' respectively by the difference of the threshold hold voltage. Looking at the manufacturing process of such MUGROM with reference to Figure 4 as follows.
제4a도에서는 필드산화층을 성장시켜 액티브 영역이 정의되고 이 액티브영역에 문턱전압조절을 위한 P형 불순물을 주입시킨 공정이 끝난 P형(100)방향 실리콘 서브스트레이트(10)상에 제1셀이온주입마스크(11)를 작용하여 비소(As)와 같은 N형 불순물을 미리 정해진 제1채널영역부위(20a)에 주입하는 공정을 나타낸다.In FIG. 4A, a first cell ion is formed on a P-type (100) -oriented silicon substrate (10) in which a field oxide layer is grown to define an active region, and a P-type impurity is injected into the active region for controlling a threshold voltage. A process of injecting an N-type impurity such as arsenic (As) into the predetermined first channel region 20a by acting on the injection mask 11 is shown.
제4b도에서는 상기 제1셀이온주입공정이 끝난 후에 제1게이트산화막(12)을 성장시키고 제1다결정실리콘층을 침적하고, 제1게이트마스크를 적용하여 식각공정을 통해 제1게이트전극층(13)을 형성한 이후에 제2셀이온주입마스크(14)를 적용하여 N형 불순물을 미리 정해진 제2채널 영역부위(20b)에 이온주입하는 공정을 나타낸다.In FIG. 4B, after the first cell ion implantation process is finished, the first gate oxide layer 12 is grown, the first polysilicon layer is deposited, and the first gate mask is applied to the first gate electrode layer 13 through an etching process. ) Is formed, and then a second cell ion implantation mask 14 is applied to ion implant the N-type impurities into the predetermined second channel region 20b.
제4c도에서는 상기 제2셀이온주입공정이 끝난 후에 제2셀이온주입마스크(14)인 포토레지스터를 제거하고 그 위에 제2게이트산화막(15)을 성장시키고 제2다결정실리콘층을 침적하고 제2게이트마스크를 적용하여서 식각공정을 통해 제2게이트전극층( 16)을 형성한 공정을 나타낸다.In FIG. 4C, after the second cell ion implantation process is finished, the photoresist, which is the second cell ion implantation mask 14, is removed, the second gate oxide film 15 is grown thereon, and the second polycrystalline silicon layer is deposited. A process of forming the second gate electrode layer 16 through an etching process by applying a two-gate mask is shown.
제4d도에서는 상기 제2게이트전극층(16)의 위에 제1 및 제2중간절연막(17)( 18)을 차례로 덮고 금속배선공정을 완료한 상태를 나타낸다.In FIG. 4D, the first and second intermediate insulating layers 17 and 18 are sequentially covered on the second gate electrode layer 16 and the metal wiring process is completed.
상술한 종래의 MUGROM 제조방법에서는 제1셀이온주입공정이후에 제1다결정실리콘 게이트전극층(13)을 형성하기 때문에 제1셀이온주입영역(20a)에 제1다결정실리콘 게이트전극층(13c)이 미스얼라인되는 경우가 발생하게 된다. 따라서 이와 같은 미스얼라인먼트가 생기는 것을 고려해서 셀이온주입마스크가 실제 셀 채널영역보다 크게 만들어 주어야 하므로 셀의 채널길이를 줄이는데 한계가 있었다. 아울러 심한 미스얼라인먼트가 발생된 경우에는 셀어레이 구성에서 비트라인 전체가 동작하지 못하는 단점이 있었다. 이는 생산수율을 떨어뜨리는 요인으로 작용한다. 셀의 집적도를 높여감에 따라 셀면적이 줄어 들고 이에 비례하여 미스얼라인먼트의 허용도가 셀면적에 대해 상대적으로 증가된다.In the above-described conventional MUGROM manufacturing method, since the first polycrystalline silicon gate electrode layer 13 is formed after the first cell ion implantation process, the first polycrystalline silicon gate electrode layer 13c is missed in the first cell ion implantation region 20a. It will be aligned. Therefore, in consideration of such misalignment, the cell ion implantation mask has to be made larger than the actual cell channel region, thereby limiting the channel length of the cell. In addition, in case of severe misalignment, the entire bit line does not operate in the cell array configuration. This lowers the yield. As cell density increases, the cell area decreases and the tolerance of misalignment increases relative to the cell area.
그러므로 셀면적을 필요이상으로 크게 하지 않으면 안되므로 메모리 셀의 고집적도를 떨어뜨리고 ROM의 대용량화를 방해하는 요인이 되고 있다.Therefore, since the cell area must be made larger than necessary, the high density of the memory cell is reduced, and it is a factor that hinders the large capacity of the ROM.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 멀티 게이트형 MOS 트랜지스터 구조를 가진 반도체소자에 있어서 셀이온주입영역과 게이트전극층 간의 미스얼라인먼트를 제거할 수 있는 셀프얼라인 이온주입방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is a self-aligned ion implantation method capable of eliminating misalignment between a cell ion implantation region and a gate electrode layer in a semiconductor device having a multi-gate MOS transistor structure in order to solve the problems of the prior art as described above. To provide.
본 발명의 다른 목적은 MUGROM의 집적도를 향상시키고 생산수율을 증가시킬 수 있는 셀프얼라인 이온주입방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a self-aligned ion implantation method capable of improving the density of MUGROM and increasing the production yield.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 제1게이트전극층과 제2게이트전극층이 반도체 서브스트레이트의 드레인영역과 소오스영역 사이에 있는 채널영역 상에 전기적으로 절연되어 교대로 복수개 배열된 멀티 게이트형 MOS 트랜지스터 구조를 구비한 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 먼저 제1게이트전극층을 형성하고, 이 제1게이트전극층 사이의 미리 정해진 채널영역에 인접하는 제1게이트전극층과 셀프얼라인되게 불순물 이온을 주입한다. 이후에 상기 제1게이트전극층 사이에 제2게이트전극층을 형성하되 제2게이트전극층의 가장자리부가 인접하는 제1게이트전극층의 가장자리부를 덮도록 형성한다. 그리고 제1게이트전극층의 아래에 있는 미리 정해진 채널영역에 인접하는 제2게이트전극층과 셀프얼라인되게 불순물 이온을 주입한다. 여기서 게이트전극층들 아래에 있는 미리 정해진 채널영역은 공핍형 채널영역이 되고 그외의 채널영역은 증가형 채널영역으로 유지된다.In order to achieve the above object, the method of the present invention provides a multi-gate type in which a plurality of first gate electrode layers and second gate electrode layers are electrically insulated and alternately arranged on a channel region between a drain region and a source region of a semiconductor substrate. In a method of manufacturing a semiconductor device having a MOS transistor structure, first, a first gate electrode layer is formed, and impurity ions are implanted to self-align with a first gate electrode layer adjacent to a predetermined channel region between the first gate electrode layers. do. Thereafter, a second gate electrode layer is formed between the first gate electrode layers, and the edges of the second gate electrode layer cover the edges of the adjacent first gate electrode layers. Impurity ions are implanted to self-align with the second gate electrode layer adjacent to the predetermined channel region under the first gate electrode layer. The predetermined channel region under the gate electrode layers becomes a depletion channel region and the other channel region is maintained as an incremental channel region.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제5a도 내지 d도는 본 발명에 의한 일실시예의 MUGROM의 셀이온주입공정 순서를 나타내는 도면이다.5a to d are views showing the procedure of cell ion implantation of MUGROM according to an embodiment of the present invention.
제5a도 에서는 P형 (<100>방향) 실리콘 서브서트레이트(10)의 셀 분리영역에 필드 문턱전압조절을 위한 불순물을 주입시킨 연후에, 필드산화층을 열성장하여서 액티브영역을 정의한다. 이후에 제1게이트산화막(12)을 성장시키고 이 제1게이트산화막 (12)의 성장전 또는 후에 액티브 영역의 문턱전압을 0.7V로 조절하기 위해서 P형 불순물을 주입시키는 공정을 나타낸다.In FIG. 5A, the field oxide layer is thermally grown to define an active region after the impurity for controlling the field threshold voltage is implanted into the cell isolation region of the P-type (<100> direction) silicon subsurface 10. Thereafter, a process of implanting P-type impurities in order to grow the first gate oxide film 12 and to adjust the threshold voltage of the active region to 0.7V before or after the growth of the first gate oxide film 12 is shown.
제5b도에서는 상기 공정이 끝난 이후에 결과물 전면에 제1다결정실리콘층을 형성하고, 제1게이트 마스크를 적용하여 제1다결정실리콘층을 식각하므로 제1게이트전극층(13)을 형성한다. 이후에 미리 정해진 제1채널영역(20b)(공핍형 채널영역을 형성하기 위한 영역)을 제외한 채널영역을 덮는 형태의 제1셀이온주입마스크(11)를 형성하고, 이 제1셀이온주입마스크(11)를 이용하여 상기 미리 정해진 제1채널영역(20b)에 N형 불순물을 이온주입하여 상기 제1게이트전극층(13)과 셀프얼라인(자기정합)되는 모양의 제1채널영역(20b) (미리 정해진 제1채널영역과 동일 영역이므로 참조부호를 동일하게 하였다)을 형성한다.In FIG. 5B, after the process is completed, the first polycrystalline silicon layer is formed on the entire surface of the resultant, and the first polycrystalline silicon layer is etched by applying the first gate mask to form the first gate electrode layer 13. Subsequently, a first cell ion implantation mask 11 is formed to cover the channel region except for the first channel region 20b (the region for forming the depletion channel region). The first cell ion implantation mask is formed. The first channel region 20b having the shape of self-aligning with the first gate electrode layer 13 by ion-implanting an N-type impurity into the predetermined first channel region 20b using (11). (The same reference numerals are used as the same region as the predetermined first channel region).
이때, 상기 제1채널영역(20b)이 제1게이트전극층과 셀프얼라인되는 이유는, 상기 N형 불순물은 제1게이트산화막(12)만을 뚫을 수 있을 정도의 주입에너지로 주입되기 때문에, 제1셀이온주입마스크(11) 및 제1게이트전극층(13)으로 주입되는 불순물은 실리콘 서브스트레이트(10)까지 도달하지 못하고, 결국, 표면으로 노출된 상기 제1게이트산화막(12)으로 주입되는 불순물 만이 실리콘 서브스트레이트에 도달하기 때문이다. 이때, 게이트전극층을 구성하는 물질로 다결정실리콘을 사용하는 것은, 상기 다결정실리콘은 고온의 열처리 공정에서도 용융되지 않고 그 모양을 유지하는 고융점 금속이기 때문이다.In this case, the first channel region 20b is self-aligned with the first gate electrode layer because the N-type impurity is implanted at an injection energy enough to penetrate only the first gate oxide layer 12. Impurities that are injected into the cell ion implantation mask 11 and the first gate electrode layer 13 do not reach the silicon substrate 10, and as a result, only impurities that are injected into the surface of the first gate oxide film 12 that are exposed to the surface may be removed. This is because the silicon substrate is reached. In this case, the polycrystalline silicon is used as the material constituting the gate electrode layer because the polycrystalline silicon is a high melting point metal which does not melt even in a high temperature heat treatment process and maintains its shape.
통상, 불순물 주입을 위해서는 소정의 주입에너지로 상기 불순물을 주입하여야 하는데, 이에 따른 열에너지에 의해 이온주입마스크로 이용되는 게이트전극층이 용융되는 현상이 발생하여 이온주입공정을 신뢰성있게 행하는 것을 방해한다. 상기 다결정실리콘은 이온주입시 공급되는 열에너지에도 그 모양을 유지할 수 있을 만큼 고융점 금속이기 때문에, 게이트전극층을 구성하는 물질로 다결정실리콘을 사용할 경우 상기 게이트전극층을 이온주입마스크로 한 셀프얼라인 이온주입을 효과적으로 이행할 수 있다.In general, the impurity must be implanted with a predetermined implantation energy for impurity implantation, and a phenomenon in which the gate electrode layer used as the ion implantation mask is melted by the thermal energy prevents the ion implantation process from being reliably performed. Since the polysilicon is a high melting point metal that can maintain its shape even in thermal energy supplied during ion implantation, when polycrystalline silicon is used as a material of the gate electrode layer, self-aligned ion implantation using the gate electrode layer as an ion implantation mask Can be effectively implemented.
또한, 제1셀이온주입마스크(11)는 미리 정해진 제1채널영역(20b) 이외의 채널영역에 N형 불순물이 주입되지 않도록 하는 역할만 하면 되기때문에, 상기 제1셀이온주입마스크 제조를 위해서는 정교환(미세한) 사진식각공정이 필요하지 않아 공정마아진을 증가시킬 수(제1셀이온주입마스크의 가장자리가 제1게이트전극층의 한 쪽 가장자리 (제1채널영역이 형성될 방향)와 일치하도록 크게 형성하거나 다른 쪽 가장자리(제1채널영역이 형성될 방향과 반대 방향)와 일치하도록 자게 형설할 수 있기 때문에 제1게이트전극층의 폭 만큼 상기 제1셀이온주입마스크의 크기를 가변하는 것이 자유롭다)있기 때문에, 종래 방법에서 문제시 된 미스얼라인에 의한 반도체 소자의 신뢰성 저하문제를 줄일 수 있다.In addition, since the first cell ion implantation mask 11 only needs to prevent the N-type impurities from being injected into the channel region other than the first channel region 20b, the first cell ion implantation mask 11 The process margin can be increased because no fine photo-etching process is required (the edge of the first cell ion implantation mask is largely aligned with one edge of the first gate electrode layer (the direction in which the first channel region is to be formed). It is free to vary the size of the first cell ion implantation mask by the width of the first gate electrode layer because it can be formed or shaped to coincide with the other edge (the direction opposite to the direction in which the first channel region is to be formed). Therefore, the problem of deterioration in reliability of the semiconductor device due to misalignment, which is a problem in the conventional method, can be reduced.
제5c도에서는 상기 제1셀이온주입마스크(11)를 제거하고 제2게이트산화막( 15)을 성장시킨 이후에 제2다결정실리콘층을 침적한다. 그리고 제2게이트마스크를 적용하여 제2다결정실리콘을 식각하여서 제2게이트전극층(16)을 남긴다. 여기서 제2게이트전극층(16)은 제1게이트전극층(13) 사이에 형성되고, 제2게이트전극층(16)의 가장자리부가 인접하는 제1게이트전극층(13)의 가장자리부를 덮게 된다. 이때, 상기 제2게이트전극층(16a)은 그 하부에 형성되어 있는 제1채널영역(20b)과 동일 수직선 상에 형성됨을 상기 제5c도를 통해 알 수 있다. 이 후에, 미리 정해진 제2채널영역(20a)(공핍형 채널영역을 형성하기 위한 영역)을 제외한 채널영역을 덮는 형태의 제2셀이온주입마스크(14)를 형성하고, 이 제2셀이온주입마스크를 적용하여 제1게이트전극층(13c)의 아래에 있는 밀 정해진 제2채널영역(20a)에 상기 제1게이트전극층(13c)을 통해서 N형 불순물을 이온주입하여 제2채널영역(20a)(미리 정해진 제2채널영역과 동일 영역이므로 참조부호를 동일하게 하였다)을 형성한다. 이때, 상기 N형 불순물은 제1게이트전극층(13c)에 인접하는 제2게이트전극층(16b)(16c)과 셀프얼라인되게 형성되는데, 이는 제5b도에서 설명한 것과 같은 원리에 의해서이다. 즉, 제2채널영역(20a)을 형성하기 위해 주입되는 N형 불순물은 상기 제1게이트전극층(13c)만을 뚫을 수 있을 정도의 주입에너지로 주입되기 때문에, 상기 제2셀이온주입마스크, 및 제1게이트전극층의 가장자리부와 제2게이트전극층의 가장자리부가 겹쳐진 부분은 뚫지 못한다.In FIG. 5C, the second polycrystalline silicon layer is deposited after removing the first cell ion implantation mask 11 and growing the second gate oxide layer 15. The second polycrystalline silicon is etched by applying the second gate mask to leave the second gate electrode layer 16. The second gate electrode layer 16 is formed between the first gate electrode layer 13 and covers the edge of the first gate electrode layer 13 adjacent to the edge of the second gate electrode layer 16. At this time, it can be seen from FIG. 5C that the second gate electrode layer 16a is formed on the same vertical line as the first channel region 20b formed below. Thereafter, a second cell ion implantation mask 14 is formed to cover the channel region except for the predetermined second channel region 20a (the region for forming the depletion channel region), and the second cell ion implantation mask 14 is formed. The N-type impurity is ion-implanted through the first gate electrode layer 13c into the second second channel region 20a under the first gate electrode layer 13c by applying a mask to the second channel region 20a ( The same reference numerals as the same region as the second predetermined channel region) are formed. In this case, the N-type impurity is formed to be self-aligned with the second gate electrode layers 16b and 16c adjacent to the first gate electrode layer 13c, by the same principle as described with reference to FIG. 5b. That is, since the N-type impurity implanted to form the second channel region 20a is implanted with an implantation energy sufficient to penetrate only the first gate electrode layer 13c, the second cell ion implantation mask, and the The overlapping portion of the edge portion of the first gate electrode layer and the edge portion of the second gate electrode layer is not perforated.
제5d도에서는 상기와 같은 셀프얼라인 이온주입이 완료된 이후에 제1층간절연막(17) 및 제2층간절연막(18)을 덮고 금속배선공정을 끝낸 상태를 나타낸다.FIG. 5D illustrates a state in which the metallization process is completed after covering the first interlayer insulating film 17 and the second interlayer insulating film 18 after the self-aligned ion implantation is completed.
본 발명의 의한 일실시예에 의하면, 제1채널영역 및 제2채널영역 각각을 제1게이트전극층 및 제2게이트전극층과 셀프얼라인되도록 형성하므로 미스얼라인에 의해 발생하는 문제점들을 해결할 수 있고, 제1게이트전극층 형성전에 반도체기판 전면에 상기 반도체기판과 동일형의 불순물을 도우프하여 문턱전압을 조절하므로 균일한 문턱전압이 요구되는 증가형 트랜지스터의 요구를 만족시킬 수 있어 반도체소자의 신뢰성 및 전기적 특성을 향상시켰다.According to an embodiment of the present invention, since each of the first channel region and the second channel region is formed to be self-aligned with the first gate electrode layer and the second gate electrode layer, problems caused by misalignment can be solved. Since the threshold voltage is controlled by doping impurities of the same type as the semiconductor substrate on the entire surface of the semiconductor substrate before the first gate electrode layer is formed, it is possible to satisfy the requirements of the incremental transistor requiring a uniform threshold voltage, thereby providing reliability and electrical reliability of the semiconductor device. Improved properties.
제6a도 내지 d도는 본 발명에 의한 다른 실시예의 MUGROM의 셀이온주입공정 순서를 나타내는 도면이다.6a to d are views showing the procedure of cell ion implantation of MUGROM according to another embodiment of the present invention.
제6a도에서는 P형(<100>방향) 실리콘 서브스트레이트(10)의 셀 분리 영역에 필드 문턱전압 조절을 위한 불순물을 주입시킨 연후에 필드산화층을 열성장하여서 액티브영역을 정의한 공정을 끝난 상태에서 채널영역(20)에 전체적으로 N형 불순물을 이온주입하여 공핍형 채널영역(드레시홀드 전압이 마이너스)이 되도록 한 상태를 나타낸다.In FIG. 6A, the field oxide layer is thermally grown after the impurity for controlling the field threshold voltage is injected into the cell isolation region of the P-type (<100> direction) silicon substrate 10, and the active region is defined. The state in which the N-type impurity is ion-implanted into the channel region 20 so as to be a depletion channel region (the threshold voltage is negative) is shown.
제6b도에서는 상기 공정이 끝난 이후에 제1게이트산화막(12)을 기르고 제1다결정실리콘층을 침적한 전후에, 제1게이트마스크를 적용하여 다결정실리콘층을 선택적으로 식각하여서 제1게이트전극층(13)을 형성한 공정을 나타낸다.In FIG. 6B, after the process is finished, the first gate oxide layer 12 is grown and the first polycrystalline silicon layer is deposited before and after the first polycrystalline silicon layer is selectively etched by applying the first gate mask. 13) is shown.
제6c도에서는 상기 공정이 끝난 이 후에 제2게이트산화막(15)을 기르고 제2다결정실리콘층을 침적한다. 그리고 제2게이트마스크를 적용하여 다결정실리콘층을 선택적으로 식각하여서 제2게이트전극층(16)을 형성한다. 이 후에 셀이온주입마스크(19)를 적용해서 그 하부가 최종적으로 공핍형 채널영역이 될 게이트전극층(13c)(16a)을 제외한 게이트전극층(13a)(13b)(16b)(16c)의 아래에 있는 미리 정해진 채널영역에 상기 게이트전극층(13a)(13b)(16b)(16c)을 통해서 P형 불순물을 이온주입한다. 따라서 P형 불순물이 주입된 채널영역(21)은 공핍형 채널영역에서 증가형 채널영역으로 바뀌게 되고, 게이트전극층(13c)(16a)의 아래에 있는 미리 정해진 채널영역(20)만이 공핍형 채널영역을 그대로 유지하게 된다. 이때, 채널영역(20)은 게이트전극층(13c )(16a)과 셀프얼라인되게 형성되고,그 형성원리도 제5b도 및 c도에서 설명한 바와 같다.In FIG. 6C, after the process is completed, the second gate oxide film 15 is grown and the second polysilicon layer is deposited. A second gate electrode layer 16 is formed by selectively etching the polysilicon layer by applying a second gate mask. Subsequently, a cell ion implantation mask 19 is applied to the bottom of the gate electrode layers 13a, 13b, 16b, 16c except for the gate electrode layers 13c, 16a, which will eventually become a depletion channel region. P-type impurities are implanted into the predetermined channel region through the gate electrode layers 13a, 13b, 16b, and 16c. Therefore, the channel region 21 into which the P-type impurity is implanted is changed from the depletion channel region to the incremental channel region, and only the predetermined channel region 20 under the gate electrode layers 13c and 16a is depleted. Will remain the same. In this case, the channel region 20 is formed to be self-aligned with the gate electrode layers 13c and 16a, and the formation principle thereof is the same as described with reference to FIGS. 5b and c.
제6d도에서는 상기와 같은 셀프얼라인 이온주입이 완료된 이후에 제1중간절연막(17) 및 제2중간절연막(18)을 덮고 금속배선공정을 마친 상태를 나타낸다.In FIG. 6D, after the self-aligned ion implantation is completed, the first intermediate insulating film 17 and the second intermediate insulating film 18 are covered and the metal wiring process is completed.
이상과 같이 본 발명에서는 게이트전극층을 셀이온주입시 셀프얼라인 마스크로 사용함으로써 게이트전극층과 이온주입영역이 미스얼라인되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다. 따라서 셀영역을 필요이상을 크게 설게하지 않아도 되므로 메모리 셀의 집적도를 높일 수 있다.As described above, in the present invention, the gate electrode layer is used as a self-alignment mask during the cell ion implantation, thereby preventing misalignment between the gate electrode layer and the ion implantation region. Therefore, since the cell area does not have to be made larger than necessary, the density of memory cells can be increased.
본 발명의 실시예에서 게이트전극층을 다결정실리콘을 사용하였으나, 다결정실리콘과 동일 이상의 전도도를 가진 물질, 예컨대 고융점 금속의 실리사이드(silicide)나 고융점 금속단체등을 사용할 수 있다. 또한 본 발명은 MUGROM의 제조방법에만 한정되는 것이 아니라 멀티 게이트형 MOS 트랜지스터 구조를 가지며, 그의 게이트 문턱전압을 선택적으로 조절하는 반도체소자의 제조방법에도 모두 적용할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the gate electrode layer uses polycrystalline silicon, but a material having the same conductivity or higher as that of the polycrystalline silicon, such as silicide of a high melting point metal or a high melting point metal body, may be used. In addition, the present invention is not limited to the manufacturing method of MUGROM, but has a multi-gate MOS transistor structure, and can be applied to all manufacturing methods of semiconductor devices for selectively adjusting the gate threshold voltage thereof.
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