JPH08306922A - 半導体メモリ素子のポリシリコンゲートとその製造方法 - Google Patents

半導体メモリ素子のポリシリコンゲートとその製造方法

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JPH08306922A JP8107271A JP10727196A JPH08306922A JP H08306922 A JPH08306922 A JP H08306922A JP 8107271 A JP8107271 A JP 8107271A JP 10727196 A JP10727196 A JP 10727196A JP H08306922 A JPH08306922 A JP H08306922A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ蝕刻工程におけるポリシリコンゲー
トへの電荷蓄積を抑制してゲート絶縁膜への影響を抑
え、MOSトランジスタのしきい値電圧変化や絶縁破壊
を防止する。 【解決手段】 ポリシリコンゲートを、活性領域500
に形成されるゲートポリシリコン層610と活性領域外
に形成されるコンタクトポリシリコン層620とに分け
て形成した後に、配線工程等において導電性物質600
で連結する。プラズマ蝕刻工程で電荷蓄積が起こってゲ
ート絶縁膜へ影響を及ぼすポリシリコン層610は従来
に比べ小さくなるので、その蓄積電荷量が減ることにな
り、ゲート絶縁膜への影響も小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体メモリ素子の
製造方法に関し、特に、イオン化されたガスを用いてポ
リシリコン層に対し実施されるプラズマ蝕刻工程に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体メモリ素子の製造工程で
は蝕刻工程が多用され、その蝕刻工程としては、イオン
化ガスを使用するプラズマ蝕刻工程が主に利用されてい
る。このプラズマ蝕刻工程中に、プラズマ蝕刻に使用さ
れるイオンと被蝕刻物質との反応で被蝕刻物質に不要な
電荷が蓄積(charge-up) される現象が、問題点としてク
ローズアップされてきている。
【0003】即ち、工程中に生じた蓄積電荷がストレス
電流になって、MOSトランジスタのゲート絶縁膜に絶
縁破壊を誘発してしまうのである。例えば、ポリシリコ
ンのゲート電極を形成する際のプラズマ蝕刻工程中の反
応により被蝕刻物質のゲート電極に電荷が蓄積されてい
くと、この蓄積電荷は、ゲート電極と半導体基板との間
にあるゲート絶縁膜を介して流れるFowler-Nordheim 電
流を誘発することになり、これによってゲート絶縁膜に
電荷がトラップされる。そして、ゲート絶縁膜にトラッ
プされた電荷がブレークダウン電圧の低下を招き、絶縁
破壊の要因となる。半導体メモリ素子では更なる高集
積、低電圧化が進められ、より薄膜化されていく傾向に
あるので、ゲート絶縁膜等はプラズマ蝕刻工程中に発生
する電荷蓄積によるストレスをいっそう受けやすくなっ
ており、ゲート絶縁膜の特性劣化等の不良が多発する原
因となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような蓄積電荷に
よる不具合を解決する手法として、図1に示すような回
路構造が提案されている。図1AはNMOSトランジス
タの場合におけるその回路構造の断面図、図1Bは等価
回路図である。
【0005】NMOSトランジスタは、P形基板100
に形成したN形不純物領域110,110をソース及び
ドレインとし、チャネル領域上のゲート絶縁膜150を
介してポリシリコンゲート130が形成されている。そ
して、ポリシリコンゲート130は、金属配線140を
介して、別途のN形不純物領域110とP形基板100
とで形成されるダイオード120へ接続されている。
【0006】配線用金属やゲート用ポリシリコンのプラ
ズマ蝕刻工程で被蝕刻物質に蓄積される電荷は正(+)
電荷であり、配線金属を介して間接的に或いは直接的に
ポリシリコンゲートに正電圧を誘起する。この蓄積電荷
によりポリシリコンゲート130に発生する正電圧が電
界を形成する結果、ゲート絶縁膜150を介するF−N
電流が流れ、ゲート絶縁膜150内に負(−)電荷を増
加させる。すると、その負電荷の影響でNMOSトラン
ジスタのしきい値電圧が上がり、最終的にはゲート絶縁
膜150の絶縁破壊が発生するようになる。
【0007】そこで、ポリシリコンゲート130に影響
する配線部分の蓄積電荷を基板100へ放電させるべ
く、配線140と基板100との間にダイオード120
を設けてある。しかし、当然のことながらダイオード1
20は、通常は電流を流さないように逆バイアスの関係
で接続されるので、蓄積電荷が一定レベル以上に達しな
いと放電が行われない。従って、あまり良好な効果を得
るには至っていない。またこの構造は、配線形成時の蓄
積電荷を放電させるものであり、ポリシリコンゲート1
30形成時の蓄積電荷については効果がない。
【0008】この図1の回路構造での問題点を解決する
ために、図2のような回路構造も提案されている。即
ち、ダイオード120に代えて基板100内にバイポー
ラトランジスタ200を形成し、プラズマ蝕刻工程でバ
イポーラトランジスタ200のベースへつながる配線部
分に正電荷がある程度蓄積されるとバイポーラトランジ
スタ200が導通することにより、ポリシリコンゲート
130に影響する電荷を基板100へ流すようにしてい
る。しかしながらこれも配線形成時の蓄積電荷に対する
ものであり、ポリシリコンゲートのプラズマ蝕刻工程で
蓄積される電荷に対する効果を得るには至らない。
【0009】従って、本発明では、ゲートポリシリコン
層の蓄積電荷を極力抑えられ、ゲート絶縁膜に対するス
トレスを抑制してしきい値電圧のシフト現象を抑え、絶
縁破壊から保護できるような半導体メモリ素子の製造方
法を提供する。
【0010】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、プラズマ蝕刻工程を使用した半導体
メモリ素子のポリシリコンゲート製造方法において、活
性領域のゲートポリシリコン層と、活性領域外のコンタ
クトポリシリコン層と、に分割して形成した後、これら
ポリシリコン層を導電性物質で連結することを特徴とす
る。このようにゲート電極を活性領域と活性領域外に分
けて形成するようにすれば、結果的にゲート絶縁膜へ影
響を与えるゲート電極は小さくして、プラズマ蝕刻工程
で蓄積する電荷量を抑えることができる。これらポリシ
リコン層を連結する導電性物質としては、ポリシリコン
ゲート形成後の配線工程等で同時に形成できるように金
属物質としておくとよい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき添
付図面を参照して説明する。
【0012】まず図3及び図4に、現在一般的なポリシ
リコンゲート製造工程の概略を示し説明する。図3に示
すように、P形基板300にフィールド酸化膜320及
びゲート絶縁膜360を形成し、その上にポリシリコン
層330を形成する。そして、ポリシリコン層330上
に導電性向上のためのタングステンシリサイド層340
を形成した後に、フォトレジスト350を塗布する。次
いで図4に示すように、フォトレジスト350のパター
ニングを行ってから、数百Wのエネルギーを有するイオ
ン化ガスを使用したプラズマ蝕刻370を実施する。
【0013】このプラズマ蝕刻工程においてポリシリコ
ン層330、タングステンシリサイド層340に電荷が
蓄積され、この蓄積電荷がゲート絶縁膜360にストレ
スを加えることになる。
【0014】図5は、このようにして形成される従来の
NMOSトランジスタ(PMOSでも同様)の平面図で
あって比較用に示したものである。そのソース領域53
0はグランドライン550へ接続され、またドレイン領
域510は、例えば他のトランジスタのドレイン領域へ
接続される。ドレイン領域510とソース領域530と
の間のチャネル領域520上に形成されたポリシリコン
ゲート540は、配線560まで延設されている。
【0015】この場合、プラズマ蝕刻工程において、斜
線を引いたポリシリコンゲート540全体に電荷が蓄積
してそのすべてがゲート絶縁膜へ影響を与えることにな
る。従って、前述のようにしきい値電圧のシフトや絶縁
破壊の悪影響が生じ得る。
【0016】そこで図6に示すように、ドレイン領域5
10、ソース領域530、チャネル領域520からなる
活性領域500のゲートポリシリコン層610と、その
活性領域500外のコンタクトポリシリコン層620
と、に分割してポリシリコンゲートを形成するようにす
る。即ち、このポリシリコンゲートは、ゲートポリシリ
コン層610とコンタクトポリシリコン層とに分割さ
れ、これらを導電性物質600で連結した構造としてあ
る。これによれば、ポリシリコンゲート形成のプラズマ
蝕刻工程において、各ポリシリコン層610,620の
それぞれで別途に蓄積電荷が発生することになり、ゲー
トポリシリコン層610の大きさは従来に比べ小さくな
っているのでその蓄積電荷量は少なく、ゲート絶縁膜へ
影響する電荷量は大幅に抑えられる。
【0017】このとき、活性領域500に形成されるゲ
ートポリシリコン層610はできるだけ小さくすること
が好ましく、例えばその長さ或いは面積がコンタクトポ
リシリコン層620の1/10以下になるような比率に
しておくと、非常に効果的である。
【0018】このようにしてゲートポリシリコン層61
0及びコンタクトポリシリコン層620からポリシリコ
ンゲートを形成した後は、例えば配線工程等のときにそ
の配線用の金属物質等の導電性物質で連結する。また、
ポリシリコンゲートへ接続する配線については、前述の
ようにトランジスタ200等を設けておくと好ましいの
は勿論である。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、ゲート絶縁膜へ影響す
るポリシリコンゲートのプラズマ蝕刻による電荷蓄積を
極力抑制することができるため、F−N電流によるMO
Sトランジスタのしきい値電圧シフトや絶縁破壊の防止
に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラズマ蝕刻工程による蓄積電荷を放電するた
めの回路構造を示す断面図とその等価回路図。
【図2】プラズマ蝕刻工程による蓄積電荷を放電するた
めの別の回路構造を示す断面図とその等価回路図。
【図3】ポリシリコンゲートの製造工程図。
【図4】図3に続くポリシリコンゲートの製造工程図。
【図5】従来のポリシリコンゲートの構造を示す要部平
面図。
【図6】本発明によるポリシリコンゲートの構造を示す
要部平面図。
【符号の説明】
500 活性領域 600 導電性物質 610 ゲートポリシリコン層 620 コンタクトポリシリコン層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 李 炯坤 大韓民国京畿道水原市八達区仁溪洞319番 地6号

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマ蝕刻工程を使用した半導体メモ
    リ素子のポリシリコンゲート製造方法において、 活性領域のゲートポリシリコン層と、活性領域外のコン
    タクトポリシリコン層と、に分割して形成した後、これ
    らポリシリコン層を導電性物質で連結するようにしたこ
    とを特徴とするポリシリコンゲート製造方法。
  2. 【請求項2】 ゲートポリシリコン層とコンタクトポリ
    シリコン層とを連結する導電性物質に、ポリシリコン以
    外の導電性物質を用いる請求項1記載のポリシリコンゲ
    ート製造方法。
  3. 【請求項3】 ゲートポリシリコン層とコンタクトポリ
    シリコン層とを連結する導電性物質として金属物質を用
    いる請求項2記載のポリシリコンゲート製造方法。
  4. 【請求項4】 ゲートポリシリコン層を、コンタクトポ
    リシリコン層よりも小さく形成する請求項1〜3のいず
    れか1項にに記載のポリシリコンゲート製造方法。
  5. 【請求項5】 活性領域のゲートポリシリコン層と、活
    性領域外のコンタクトポリシリコン層と、に分割されて
    おり、これらポリシリコン層をポリシリコン以外の導電
    性物質で互いに連結してなることを特徴とする半導体メ
    モリ素子のポリシリコンゲート。
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