JPH11150270A - トランジスターの特性を改善するための半導体装置製造方法 - Google Patents
トランジスターの特性を改善するための半導体装置製造方法Info
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Abstract
同時にゲート酸化膜の信頼性に対した問題を発生させな
いことにより、トランジスターの特性を改善させる半導
体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 スレショルド電圧調節のためのイオン注
入とパンチスルー防止のためのイオン注入をトランジス
ター形成する前に選択的に遂行する。これにより、本発
明はディバイスのトランジスターで発生されるショート
チャンネル効果を防止し、ディバイスの特性を改善した
り、ドーピングプロファイル形成のためのイオン注入が
トランジスターが形成する前に遂行されたりするので、
トランジスターのゲート酸化膜がイオン注入により損傷
を受けないので信頼性が向上する。
Description
に関するものであり、特に256Mbit以上の高集積
DRAMからのトランジスター特性を改善するための方
法に関するものである。
より、デザインルール(DesignRule)はさら
に減少しているが、トランジスターの大きさに対したデ
ザインルールはディバイスの特性を左右するので、慎重
に決定しなければならない。特に、セルアレイのトラン
ジスターはデバイスが高集積化されるにより、集積図が
1世代当4倍ずつ増加するので、トランジスターの大き
さ(ゲート長さ)はそれに従って小さくなり、これによ
りサブスレショルド(subthreshold)漏洩
電流とスレショルド電圧の変化等、ショートチャンネル
効果(short channel effect)が
発生されるので、これに対したマージンが必要がある。
ランジスターではショートチャンネル効果を克服しよう
と、トランジスターのスレショルド電圧を調節するため
のイオン注入を実施してトランジスターのチャンネル領
域のドーピング濃度を増加させている。しかし、チャン
ネル領域のドーピング濃度が増加すればするほど、トラ
ンジスター降伏電圧(breakdown volta
ge)マージンは減少し、ゲート長さに対したスレショ
ルド電圧変化も増加するようになる。図1はこのような
スレショルド電圧調節のためのドーピング領域100を
示している。図1を参照すると、素子分離11が行われ
た基板の活性領域はチャンネル部位にスレショルド電圧
調節のためのドーピング領域100を持っていることは
公知であるし、このようなスレショルド電圧調節のため
のドーピング領域100はゲート酸化膜12,ゲート電
極13,及びソース/ドレーン接合領域14からなるト
ランジスターを形成する前、イオン注入により形成され
る。すなわち、基板全面にイオン注入を遂行することに
より形成される。
善するために、すなわち、パンチスルー(puncht
hrough)抑制のために、ソース/ドレーン接合領
域14を囲まれるドーピング領域200を形成した状態
の従来技術を示している。図2で図1と同一な図面符号
は同一な要素として、説明が重ねないようにその説明は
省略する。
ィバイスのトランジスターで発生されるショートチャン
ネル効果を減少させるために、スレショルド電圧調節の
ためのドーピング領域及びパンチスルー抑制のためのド
ーピング領域を形成しているが、パンチスルー抑制のた
めのドーピング領域はトランジスター形成後に形成され
るので、すなわち、ゲート酸化膜形成後にイオン注入に
より形成されるので、ゲート酸化膜に対した信頼性が低
下されるという問題点がある。
トチャンネル効果を減少させることと同時にゲート酸化
膜の信頼性に対した問題を発生させないことにより、ト
ランジスターの特性を改善させる半導体装置製造方法を
提供することである。
めの本発明の半導体装置製造方法は活性領域が形成され
た半導体基板を準備する段階、パンチスルー防止のため
のドーピング領域をソース/ドレーンが形成される活性
領域内部に形成し、スレショルド調節のためのドーピン
グ領域をチャンネルが形成される活性領域内部に形成す
るために、各々選択的イオン注入を実施する段階及び活
性領域のチャンネルが形成される領域上にゲート酸化膜
及びゲート電極を形成する段階を含む。
選択的イオン注入を実施する段階は、活性領域上にソー
ス/ドレーンが形成される領域がオープンされた第1イ
オン注入マスクパターンを形成する段階、第1イオン注
入マスクパターンがオープンされた活性領域内部にパン
チスルー防止のためのドーピング領域を形成するため
に、第1イオン注入を遂行する段階、チャンネルが形成
される領域がオープンされた第2イオン注入マスクパタ
ーンを形成するために、第1イオン注入マスクパターン
がオープンされた部位に第2イオン注入マスクパターン
を形成し、第1イオン注入マスクパターンを除去する段
階及び第2イオン注入マスクパターンがオープンされた
活性領域内部にスレショルド電圧調節のためのドーピン
グ領域を形成するために第2イオン注入を遂行する段階
を含んで行われることを特徴とする。
選択的イオン注入を実施する段階は、活性領域上にバッ
ファー酸化層を形成する段階、互いにエッチング選択比
を持つ第1エッチング停止層及び第2エッチング停止層
を次第に形成する段階、第2エッチング停止層とエッチ
ング選択比を持つ第1イオン注入マスク層を形成する段
階、ゲートマスク及びエッチング工程で第1イオン注入
マスク層をパターニングして、第1イオン注入マスクパ
ターンを形成する段階、第1イオン注入マスクパターン
がオープンされた地域の活性領域内部にパンチスルー防
止のためのドーピング領域を形成するために、第1イオ
ン注入を遂行する段階、第1イオン注入マスクパターン
がオープンされた地域に第2イオン注入マスクパターン
を形成するために、全面に第2イオン注入マスク層を形
成してエッチングした後、第1イオン注入マスクパター
ンを除去する段階、第2イオン注入マスクパターンがオ
ープンされた活性領域内部にスレショルド電圧調節のた
めのドーピング領域を形成するために、第2イオン注入
を遂行する段階を含んで行われることを特徴とする。
装置製造方法は活性領域が形成された半導体基板を準備
する段階、パンチスルー防止のためのドーピング領域と
スレショルド電圧調節のためのドーピング領域をチャン
ネルが形成される活性領域内部に形成するために各々選
択的イオン注入を実施する段階及び活性領域のチャンネ
ルが形成される領域上にゲート酸化膜及びゲート電極を
形成する段階を含んで行われることを特徴とする。
選択的イオン注入を実施する段階は、チャンネル領域の
活性領域がオープンされたイオン注入マスクパターンを
形成する段階、活性領域内部のチャンネル領域にスレシ
ョルド電圧調節のためのドーピング領域を形成するため
に第1イオン注入を実施する段階及び活性領域内部のチ
ャンネル領域下部にパンチスルー防止するためのドーピ
ング領域を形成するために第2イオン注入を実施する段
階を含んで行われることを特徴とする。
選択的イオン注入を実施する段階は、活性領域上にバッ
ファー酸化層を形成する段階、互いにエッチング選択比
を持つ第1エッチング停止層及び第2エッチング停止層
を次第に形成する段階、第2エッチング停止層とエッチ
ング選択比を持つ犠牲膜を形成する段階、ゲートマスク
及びエッチング工程で犠牲膜をパターニングして犠牲膜
パターンを形成する段階、犠牲膜パターンがオープンさ
れた地域にイオン注入マスクパターンを形成するために
全面にイオン注入マスク層を形成してエッチングした
後、犠牲膜パターンを除去する段階及びイオン注入マス
クパターンがオープンされた地域の活性領域内部にパン
チスルー防止及びスレショルド電圧調節のための各々の
ドーピング領域を形成するための第1イオン注入及び第
2イオン注入を遂行する段階を含んで行われることを特
徴とする。
るn−チャンネルモストランジスターの製造工程図とし
て、これを参照して本発明の構成及び動作をもっと具体
的に説明する。
れたシリコン基板301に素子あるいはセル間の分離の
ための素子分離絶縁膜302を形成した状態として、素
子分離絶縁膜302は局部酸化(LOCOS)工程ある
いは薄いトレンチ素子分離(STI:shallow
trench isolation)工程を遂行して形
成する。
程による基板の活性領域上にバッファー酸化膜303を
成長させた後、全面に大抵100オングストローム〜3
00オングストローム厚さの第1シリコン窒化膜(Si
3N4、304)と大抵100オングストローム〜300
オングストローム厚さの第1シリコン酸化膜(Si
O2、305)を次第に形成する。ここで、第1シリコ
ン窒化膜304と第1シリコン酸化膜305は互いにエ
ッチング選択比を持つ物質として、互いにエッチング選
択比だけを持つと、この以外のその他の物質を使用して
も差し支えない。但し、以後のエッチング工程で素子分
離絶縁膜(主に、酸化膜)のリセス(recess)さ
れることを防止するために素子分離絶縁膜上に形成され
る物質は素子分離絶縁膜とエッチング選択比を持つ物質
とする。通常的に素子分離絶縁膜は酸化膜であるので、
本実施の形態で適用されている第1シリコン窒化膜30
4はこれを満足するようになる。
リコン酸化膜305上にこの第1シリコン酸化膜305
とエッチング選択比を持つ第2シリコン窒化膜306を
形成し、ゲートマスク及びエッチング工程を通じて第2
シリコン窒化膜306をパターニングすることにより、
ゲートパターンが形成される部位に第2シリコン窒化膜
306パターンを形成する。第2シリコン窒化膜306
のエッチングする時、第1シリコン酸化膜305をエッ
チング停止層(etch stop layer)とし
て使う。続いて、p型不純物BF2あるいはBをイオン
注入307してパンチスルー(punchthroug
h)抑制のためのドーピング領域308を形成する。パ
ンチスルー抑制のためのドーピング領域308が形成さ
れる基板内部の深さは以後に形成されるトランジスター
のソース/ドレーン領域を十分に囲まれるようにイオン
注入エネルギーにより調節する。ここで、第2シリコン
窒化膜306パターン形成のためのエッチングする時、
第2シリコン窒化膜306パターンの側壁プロファイル
が80゜〜90゜間の傾斜を持つようにして、ショート
チャンネルによるパンチスルーマージンを改善すること
ができる。
構造の全面を覆うために第2シリコン窒化膜306とエ
ッチング選択比を持つ第2シリコン酸化膜309を増着
した後、エッチバックあるいは化学的機械的に錬磨によ
り第2シリコン酸化膜309をエッチングして第2シリ
コン窒化膜306パターンがオープンされた部位に第2
シリコン窒化膜309が満たされるようにする。
リコン窒化膜306を燐酸溶液でウェトエッチングして
除いた後、これにより露出される第1シリコン酸化膜3
05をエッチングし、p型不純物BF2あるいはBをイ
オン注入310してスレショルド電圧調節のためのドー
ピング領域311を形成する。
リコン酸化膜309がオープンされた部位の第1シリコ
ン窒化膜304及びバッファー酸化膜303をエッチン
グしてゲート形成部位のシリコン基板301を露出させ
た後、露出された活性領域の基板上にゲート酸化膜31
2を成長させ、第2シリコン酸化膜309がオープンさ
れた部位にゲート導電膜313を満たす。この時、ゲー
ト酸化膜312を形成する前に洗浄工程を遂行するよう
になると、第2シリコン酸化膜309によりオープンさ
れた領域をより広くオープンさせるにより、トランジス
ターのソース/ドレーンとゲートのオバーラップマージ
ンが増加するようになる。
膜309,第1シリコン酸化膜305及び第1シリコン
窒化膜304を除去し、n型不純物をイオン注入314
してトランジスターのソース/ドレーン接合領域315
を形成する。
ー製造工程で、トランジスターの後続動作具現が主目的
である場合にはソース/ドレーンのポケットイオン注入
工程を省略し、すなわち、パンチスルー防止のためのド
ーピング領域は形成しないで、スレショルド電圧調節の
ためのドーピング領域だけを形成して寄生接合キャパシ
タンスを減少させることができるし、ソース/ドレーン
イオン注入は図9からではなく、図5の状態で実施する
ことができる。
レーンのポケットイオン注入工程(図5の307)を省
略した状態に工程を進行するが、ゲート形成部位が局部
的にオープンされた状態で(図7)スレショルド電圧調
節のためのイオン注入工程及びパンチスルー防止のため
のイオン注入工程を互いにイオン注入エネルギーを別に
して、連続的に実施して図10と同じようなドーピング
プロファイルを持つトランジスターを形成することがで
きる。図10で図面符号”311”はスレショルド電圧
調節のためにチャンネル領域に形成されたドーピング領
域を示し、図面符号”400”はパンチスルー防止のた
めのチャンネル領域よりもっと深いチャンネル領域下部
に形成されたドーピング領域を各々示す。その他の前で
説明された同一図面符号は同一な要素を示したことで説
明が重ねないように省略する。
ョルド電圧調節のためのイオン注入とパンチスルー防止
のためのイオン注入をトランジスター形成前にイオン注
入バリアを形成した状態で実施するので(選択的イオン
注入)、ゲート酸化膜の信頼性を阻害しないでショート
チャンネル効果を防止してトランジスターの特性を改善
するようになる。
のトランジスターで発生されるショートチャンネル効果
を防止し、ディバイスの特性を改善すると共に、スレシ
ョルド電圧調節のためのイオン注入とパンチスルー防止
のためのイオン注入がトランジスターが形成する前に遂
行され、トランジスターのゲート酸化膜がイオン注入に
より損傷を受けないようにして、ゲート酸化膜の信頼性
を向上させる効果がある。
工程断面図である。
製造工程断面図である。
モストランジスターの製造工程断面図である。
モストランジスターの製造工程断面図である。
モストランジスターの製造工程断面図である。
モストランジスターの製造工程断面図である。
モストランジスターの製造工程断面図である。
モストランジスターの製造工程断面図である。
モストランジスターの製造工程断面図である。
プロファイルを示した断面図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 活性領域が形成された半導体基板を準備
する段階、パンチスルー防止のためのドーピング領域を
ソース/ドレーンが形成される前記活性領域内部に形成
し、スレショルド調節のためのドーピング領域をチャン
ネルが形成される前記活性領域内部に形成するために、
各々選択的イオン注入を実施する段階及び前記活性領域
の前記チャンネルが形成される領域上にゲート酸化膜及
びゲート電極を形成する段階を含んで行われることを特
徴とする半導体装置製造方法。 - 【請求項2】 前記選択的イオン注入を実施する段階
は、 前記活性領域上にソース/ドレーンが形成される領域が
オープンされた第1イオン注入マスクパターンを形成す
る段階と、 前記第1イオン注入マスクパターンがオープンされた活
性領域内部にパンチスルー防止のためのドーピング領域
を形成するために、第1イオン注入を遂行する段階と、 チャンネルが形成される領域がオープンされた第2イオ
ン注入マスクパターンを形成するために、前記第1イオ
ン注入マスクパターンがオープンされた部位に第2イオ
ン注入マスクパターンを形成し、前記第1イオン注入マ
スクパターンを除去する段階と、 前記第2イオン注入マスクパターンがオープンされた活
性領域内部にスレショルド電圧調節のためのドーピング
領域を形成するために第2イオン注入を遂行する段階と
を含んで行われることを特徴とする請求項1に記載の半
導体装置製造方法。 - 【請求項3】 前記選択的イオン注入を実施する段階
は、 前記活性領域上にバッファー酸化層を形成する段階と、 互いにエッチング選択比を持つ第1エッチング停止層及
び第2エッチング停止層を次第に形成する段階と、 前記第2エッチング停止層とエッチング選択比を持つ第
1イオン注入マスク層を形成する段階と、 ゲートマスク及びエッチング工程で前記第1イオン注入
マスク層をパターニングして、第1イオン注入マスクパ
ターンを形成する段階と、 前記第1イオン注入マスクパターンがオープンされた地
域の前記活性領域内部にパンチスルー防止のためのドー
ピング領域を形成するために、第1イオン注入を遂行す
る段階、 前記第1イオン注入マスクパターンがオープンされた地
域に第2イオン注入マスクパターンを形成するために、
全面に第2イオン注入マスク層を形成してエッチングし
た後、前記第1イオン注入マスクパターンを除去する段
階、 前記第2イオン注入マスクパターンがオープンされた前
記活性領域内部にスレショルド電圧調節のためのドーピ
ング領域を形成するために、第2イオン注入を遂行する
段階を含んで行われることを特徴とする請求項1に記載
の半導体装置製造方法。 - 【請求項4】 前記活性領域上にソース/ドレーン形成
のための第3イオン注入を遂行する段階を含んで行われ
る請求項2あるいは請求項3に記載の半導体装置製造方
法。 - 【請求項5】 前記第1イオン注入を遂行する段階は活
性領域内にソース/ドレーン形成のための第3イオン注
入を遂行する段階を含むことを特徴する請求項2あるい
は請求項3に記載の半導体装置製造方法。 - 【請求項6】 前記第1イオン注入マスクパターン形成
のためのエッチングする時、パターンの側壁プロファイ
ルが80゜ないし90゜の間の傾斜を持つようにエッチ
ングを遂行することを特徴とする請求項2あるいは請求
項3に記載の半導体装置製造方法。 - 【請求項7】 前記ゲート酸化膜及びゲート電極を形成
する段階は、 前記第2イオン注入マスクパターンがオープンされた部
位の前記活性領域が露出されるように前記第1エッチン
グ停止層及び第2エッチング停止層をエッチング段階
と、 前記露出された活性領域にゲート酸化膜形成のための酸
化を実施する段階、 前記第2イオン注入マスクパターンがオープンされた部
位にゲート電極を形成するために、全面にゲート電極層
を形成し、エッチングする段階とを含んで行われること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置製造方法。 - 【請求項8】 前記第1エッチング停止層及び第2エッ
チング停止層は各々シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜
であることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置製
造方法。 - 【請求項9】 前記第1イオン注入マスク層及び第2イ
オン注入マスク層は各々シリコン窒化膜及びシリコン酸
化膜であることを特徴とする請求項8に記載の半導体装
置製造方法。 - 【請求項10】 前記ゲート酸化膜形成のための酸化前
に露出された活性領域の半導体基板を洗浄する段階を含
んで、第2イオン注入マスクパターンのオープンされた
部位の幅をより広くすることを特徴とする請求項9に記
載の半導体装置製造方法。 - 【請求項11】 活性領域が形成された半導体基板を準
備する段階、 パンチスルー防止のためのドーピング領域とスレショル
ド電圧調節のためのドーピング領域をチャンネルが形成
される前記活性領域内部に形成するために各々選択的イ
オン注入を実施する段階及び前記活性領域の前記チャン
ネルが形成される領域上にゲート酸化膜及びゲート電極
を形成する段階を含んで行われることを特徴とする半導
体装置製造方法。 - 【請求項12】 前記選択的イオン注入を実施する段階
は、チャンネル領域の前記活性領域がオープンされたイ
オン注入マスクパターンを形成する段階と、 前記活性領域内部の前記チャンネル領域にスレショルド
電圧調節のためのドーピング領域を形成するために第1
イオン注入を実施する段階と、 前記活性領域内部の前記チャンネル領域下部にパンチス
ルー防止するためのドーピング領域を形成するために第
2イオン注入を実施する段階とを含んで行われることを
特徴とする請求項11に記載の半導体装置製造方法。 - 【請求項13】 前記選択的イオン注入を実施する段階
は、 前記活性領域上にバッファー酸化層を形成する段階、 互いにエッチング選択比を持つ第1エッチング停止層及
び第2エッチング停止層を次第に形成する段階、 前記第2エッチング停止層とエッチング選択比を持つ犠
牲膜を形成する段階、 ゲートマスク及びエッチング工程で前記犠牲膜をパター
ニングして犠牲膜パターンを形成する段階、 前記犠牲膜パターンがオープンされた地域にイオン注入
マスクパターンを形成するために全面にイオン注入マス
ク層を形成してエッチングした後、前記犠牲膜パターン
を除去する段階及び前記イオン注入マスクパターンがオ
ープンされた地域の前記活性領域内部にパンチスルー防
止及びスレショルド電圧調節のための各々のドーピング
領域を形成するための第1イオン注入及び第2イオン注
入を遂行する段階を含んで行われることを特徴とする請
求項11に記載の半導体装置製造方法。 - 【請求項14】 前記活性領域上にソース/ドレーン形
成のための第3イオン注入を遂行する段階をさらに含ん
で行われる請求項12あるいは請求項13に記載の半導
体装置製造方法。 - 【請求項15】 前記犠牲膜パターンによりオープン地
域の前記活性領域内にソース/ドレーン形成のための第
3イオン注入を遂行する段階を含むことを特徴とする請
求項12あるいは請求項13に記載の半導体装置製造方
法。 - 【請求項16】 前記ゲート酸化膜及びゲート電極を形
成する段階は、 前記イオン注入マスクパターンがオープンされた部位の
前記活性領域が露出されるように前記第1エッチング停
止層及び第2エッチング停止層をエッチング段階と、 前記露出された活性領域にゲート酸化膜形成のための酸
化を実施する段階と、 前記イオン注入マスクパターンがオープンされた部位に
ゲート電極を形成するために全面にゲート電極層を形成
し、エッチングする段階とを含んで行われることを特徴
とする請求項13に記載の半導体装置製造方法。 - 【請求項17】 前記第1エッチング停止層及び第2エ
ッチング停止層は各々シリコン窒化膜及びシリコン酸化
膜であることを特徴とする請求項16に記載の半導体装
置製造方法。 - 【請求項18】 前記犠牲膜及びイオン注入マスク層は
各々シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜であることを特
徴とする請求項17に記載の半導体装置製造方法。 - 【請求項19】 前記ゲート酸化膜形成のための酸化前
に、前記露出された活性領域の半導体基板を洗浄する段
階をより含んで、前記イオン注入マスクパターンのオー
プンされた部位の幅をより広げることを特徴とする請求
項18に記載の半導体装置製造方法。
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