KR0137816B1 - 반도체 소자의 mosfet 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 MOSFET 제조방법에 관한 것으로, 소자의 고집적화에 따라 발생한 단채널 문제와 이로 인한 펀치스루우 문제를 개선하면서, 종래에 이런 문제점을 개선하고자 제안되었던 기술에서 발생한 게이트 산화막의 차지업 문제 등으로 인하여 트랜지스터의 신뢰성이 저하되었는데, 펀치스루우현상을 개선하는 이온층의 형성후에 게이트와 그 산화막을 형성시켜 반도체 소자의 MOSFET를 제조하므로써 이런 문제점을 해결한 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 소자의 MOSFET 제조방법

제1도는 종래의 펀치스루우 개선 MOSFET 제조방법의 단계를 도시한 도면,

제2도는 본 발명의 일 실시예인 MOSFET 제조방법의 단계를 도시한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10,20:반도체 기판(p-)11,24:게이트 전극

12,23:게이트 산화막13:고농도 불순물층(p)

14,22:매립형 고농도 불순물층(p)15,26:사이드월

16,27:고농도 불순물층(n+)17,25:저농도 불순물층(n-)

21:두꺼운 산화막

본 발명은 반도체 소자의 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor) 제조방법에 있어서 특히, 졍션 캐패시턴스(junction capacitance)의 손실없이 펀치스루우(punchthrough) 특성을 개선하면서 트랜지스터의 신뢰성을 저하시키지 않도록 하는데 적당하도록 한 반도체 소자의 MOSFET 제조방법이다.

종래의 반도체 소자의 MOSFET 제조방법에서는 반도체 소자의 고집적화가 진행됨에 따라서 트랜지스터의 채널길이(channel length)가 줄어들게 되고 이로 인해 펀치스루우문제가 크게 나타나게 되었다.

그래서, 또다른 종래의 기술인 히다치에서 출원하여 1988년에 등록된 미국특허 US4784968는 게이트를 그대로 둔 상태에서 기판상에 채널에는 얇고, 소스드레인 영역에는 깊은 기판과 동일도전형의 이온주입을 실시하여 졍션 캐패시턴스의 손실없이 펀치스루우 특성을 개선시켰다.

이를 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

제1도는 종래의 기술인 US 4784968에서의 MOSFET 제조방법을 도시한 도면이다.

먼저, 제1도의 a와 같이, 반도체 기판(p-)(10)상의 활성영역에 게이트 절연막(12)을 형성시키고, 그위에 게이트 전극(11)을 형성시킨다.

다음으로, 제1도의 (나(와 같이 게이트 전극(11)이 형성된 반도체 기판(10)상에 기판과 동일 도전형(p)의 이온을 고농도로 주입시킨다. 따라서, 기판내부에 고농도 불순물층(p)(13)이 형성되는데, 이때 이 영역은 게이트 전극(11) 하부영역에서는 다른 부분보다 깊게 이온이 주입되지 않아 얕게 그 영역이 형성된다.

다음으로, 제1도의 c와 같이, 내부에 기판과 동일 도전형의 고농도 불순물층(13)을 형성시킨 반도체 기판(10)상에 기판과 반대 도전형(n)의 이온을 주입시켜 기판 내부에는 게이트 전극 하부영역이 상대적으로 얕은 띠형상의 기판과 동일한 도전형의 매립형 고농도 불순물층(p)(14)이 형성되게 된다.

다음으로, 제1도의 d와 같이, 내부에 띠모양의 매립형 고농도 불순물층(p)(14)을 형성시킨 반도체 기판(p-)(10)상에 게이트 전극 양측의 기판상에 형성시킨 소스드레인영역에 LDD(lightly doped drain) 구조를 형성시킨다.

이러한 단계를 거쳐 LDD 구조를 가지며 기판 내부에 펀치스루우 개선 매립형 고농도 불순물층을 형성시킨 반도체 소자의 MOSFET 제조하였다.

반도체 소자의 고집적화가 진행될수록 트랜지스터의 채널길이(channel length)가 줄어들게 되고 이로 인해 펀치스루우 문제가 크게 나타나게 되었는데, 종래의 미국특허 US4784968은 이를 해결하기 위해 일반적으로 사용되는 LDD MOSFET에 보론이온주입을 실시하여 소스/드레인 및 채널 아래에 보론 레이어를 형성시켜 상기 기술한 문제들을 해결하려 한 것이다.

그러나 이 주입층을 형성하기 위해서는 게이트를 형성한 후 그위에 이온주입을 실시하기 때문에 트랜지스터의 신뢰성에 문제가 생기게 되었다. 그러니까, 게이트를 형성시킨 뒤에 이를 통과하여 이온 주입 공정을 진행하기 때문에 트랜지스터의 게이트산화막에 차지업(charge-up)현상이 발생하게 되고, 실리콘기판과 게이트산화막 사이의 계면에 기대치 않은 인터페이스 스테이트(interface-state) 등을 형성시켜 트랜지스터의 신뢰성을 저하시키게 되는 문제점을 발생시켰다.

그래서 본 발명은 반도체 소자의 고집적화 현상에 따라 발생한 단채널문제와, 이로 인한 펀치스루우 문제를 해결하는 동시에 또다른 종래의 기술인 US 4784968이 가지는 게이트 산화막의 신뢰성문제와 실리콘-산화막 계면의 인터페이스 스테이트 문제를 해결하고자 안출되었다.

본 발명의 반도체 소자 제조방법은 투과성 베리어를 설치하여 그 위에 펀치스루우 이온주입을 한후에 투과성 베리어를 제거하고 난후, 게이트 전극을 형성시킨다.

좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

반도체 기판상의 게이트 전극을 형성시킬 영역에 투과성 베리어(transmitable barrior)를 형성시키고, 이 상태에서 기판과 동일 도전형이며, 기판에 비해 고농도의 이온을 주입한다. 이때, 펀치스루우 문제를 해결할 수 있도록 게이트 전극이 형성될 투과성 베리어에는 얕고, 그 이외의 영역에서는 깊게 내부 고농도 불순물층을 형성시킨다.

다음으로, 게이트 전극을 형성시킬 영역에 형성된 투과성 베리어를 제거한 후, 기판 상에 게이트 산화막을 형성시킨 다음, 게이트 전극을 형성시킨다. 이때 게이트 전극을 마스크로 하여 기판과 반대 도전형이면서 저농도의 이온을 주입하여 게이트 전극을 제외한 다른 필드 영역의 기판에 저농도 불순물 층을 형성시킨다. 이어서, 게이트 전극 측면에 사이드월을 형성시키고, 이를 마스크로 기판과 반대도전형의 고농도 이온을 주입하여 LDD 구조를 형성시킨다.

이러한 반도체 소자의 MOSFET 제조방법을 실시예를 들어 도면을 가지고 자세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명의 반도체 소자의 MOSFET 제조방법을 설명한 도면이다. 여기서는 p-기판에 소자를 형성시키는 것을 예로 든다.

먼저, 제2도의 a와 같이, 반도체 기판(p-)(20)상에 투과성 베리어로서 두꺼운 산화막(21)을 형성시킨다.

이어서, 제2도의 b와 같이, 두꺼운 산화막(21)을 그대로 둔 채 반도체 기판(p-)(20) 전면에 기판과 동일 도전형(p)인 이온을 고농도로 주입한다. 여기서는 보론(B)을 주입한다.

그 형성부위가 두꺼운 산화막 하부에는 얕고, 다른 영역에서는 깊은 매립형 고농도 불순물(p)층 (22)을 형성시킨다. 이러한 매립형 고농도 불순물층(p)을 형성시키므로서, 졍션 캐패시터의 손실없이 펀치스루우특성을 개선할 수 있는 것이다. 그런데 이러한 매립형 고농도 불순물층(p)을 형성시키기 위해서는 통상, 기판과 동일 도전형의 고농도 불순물(p)을 깊히 주입한 후, 기판과 반대 도전형(n)의 고농도 불순물을 얕게 주입하여 깊은 영역만을 제외하고는 얕은 영역에서는 고농도 불순물층을 제거하여 기판 내부의 깊은 영역에만 고농도의 불순물층이 형성되도록 한다.

다음으로, 제2도의 c와 같이 반도체 기판(20)상에 형성시켰던 두꺼운 산화막을 벗겨낸 후, 게이트 산화막(23)을 형성시킨다.

다음으로, 제2도의 d와 같이, 게이트 산화막(23)이 형성된 반도체 기판(20) 상에 게이트 전극(24)을 형성시킨다.

다음으로, 제2도의 e와 같이, 게이트 전극(24)을 마스크로 하여 반도체 기판(20) 전면에 기판과 반대 도전형의 이온을 저농도로 주입하여 소스드레인영역에 저농도 불순물층(n-)(25)을 형성시킨 후, 게이트 전극(24)의 측면에 사이드월(26)을 형성하고 게이트 전극(24)과 게이트 전극의 측면에 형성시킨 사이드월(26)을 마스크로 하여 반도체 기판의 전면에 기판과 반대 도전형의 불순물을 고농도로 주입하여 고농도 불순물층(n+)(27)을 형성시키므로서, 소스드레인 영역에 LDD 구조를 가지게 된다.

본 발명의 반도체 소자의 MOSFET 제조방법의 또다른 예는 다음과 같다.

게이트 전극을 형성시키기 전에 펀치스루우 현상의 개선을 위한 내부 고농도 불순물층을 형성시킬때, 게이트 전극이 형성될 영역 즉 채널이 형성될 영역에는 다른 영역보다 얕은 불순물층을 형성시키기 위하여 반도체 기판상에 투과성 베리어를 설치하는데, 이를 폴리 실리콘등의 물질을 증착시키고 게이트 전극을 형성시킬 영역을 남긴채 식각하여 이온 주입을 시킨 다음, 이온 주입과정을 수행한 뒤 남겨둔 폴리실리콘 등을 제거하고, 게이트 산화막을 형성시키는 다음 단계를 수행하면 본 발명의 반도체 소자의 MOSFET를 얻을 수 있다.

이미 말했듯이, 반도체의 고집적화가 진행될 수록 트랜지스터의 채널길이가 줄어들게 되고, 이로 인해 펀치스루우문제가 크게 나타나게 되었다. 따라서 이를 해결하기 위하여 펀치스루우 이온 주입(종래 미국 발명 US4784968과 본 발명에서의 매립형 고농도 불순물층을 형성시키는 이온주입)을 사용한다. 그러나 이온주입시에 채널영역에는 얕고, 소스와 드레인영역에는 깊게하기 불순물층을 형성시키기 위해서는 종래에는 게이트 전극을 그대로 둔채 이온주입을 실시하여야 하였다. 그러나 본 발명에서는 게이트위에 이온주입을 실시하는 대신 투과성 베리어를 별도로 형성한 후 그위에 이온주입을 실시하고 난 다음 투과성 베리어를 제거하고 게이트산화막과 게이트를 형성하므로 이온주입으로 인한 게이트산화막에의 차지-업 현상과 실리콘-산화막 계면에서의 기대치 않은 인터페이스-스테이트가 발생하던 문제를 해결할 수 있다. 따라서, 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 특징으로 한다.

Claims (4)

1. 반도체 기판에 MOSFET 제조방법에 있어서,

   1) 반도체 기판상 활성영역의 게이트 전극을 형성시키고자 하는 영역에 투과성 베리어를 형성시키는 단계와,

   2) 상기 반도체 기판의 전면에 상기 투과성 베리어를 그대로 둔 채, 상기 기판과 동일 도전형인 이온을 고농도로 주입하여 기판 내부에 상기 투과성 베리어 하부에는 얕게, 그 이외 영역의 하부에는 깊게 매립형 불순물층을 형성시키는 단계와,

   3) 상기 투과성 베리어를 제거한 후, 상기 반도체 기판 전면에 게이트 산화막을 형성시키는 단계와,

   4) 상기 게이트 산화막이 형성된 반도체 기판상에 게이트 전극을 형성시키는 단계와,

   5) 상기 게이트 전극의 양측에 소스드레인영역을 형성시키는 단계를 포함하여 이루어지는 반도체 소자의 MOSFET 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 1) 단계의 투과성 베리어를 두꺼운 산화막으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 MOSFET 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 1) 단계의 투과성 베리어를 폴리실리콘으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 MOSFET 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 2) 단계의 상기 매립형 불순물층의 형성 방법으로,

   1) 상기 투과성 베리어가 형성된 반도체 기판 전면에 고농도의 기판과 동일 도전형의 이온울 주입시켜 형성된 고농도 불순물층을 채널형성영역은 얕고, 소스드레인형성영역은 깊게 형성시키는 단계와,

   2) 상기 영역에 따라 깊이가 다르게 형성된 고농도 불순물층에 비해 얕게 기판과 반대 도전형의 이온을 주입하여 기판의 표면으로부터 소정 깊이까지 고농도 불순물층을 제거시키는 단계를 수행하여 기판 내부에 매립형 고농도 불순물을층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 MOSFET 제조방법.