KR0160917B1 - Method for fabricating self-alignment type mosfet - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법에 관한것으로 채널영역에 게이트전극이 자기정렬되어 소오스/드레인영역이 대칭적으로 형성되어 소자의 특성이 개선되는 동시에 고집적화 될 수 있는 MOS 트랜지스터의 제조방법에 관한것이다.The present invention relates to a method for fabricating a self-aligned MOS transistor, wherein a gate electrode is self-aligned in a channel region to form a source / drain region symmetrically, thereby improving the characteristics of the device and at the same time making a high integration MOS transistor. It's about.

상술한 본 발명은 채널형성영역의 상부가 노출되도록 제2개구부를 형성하는 공정과, 전면에 폴리실리콘(17) 을 증착하고 이를 패터닝하여 제2개구부(14) 의 내부에만 폴리실리콘(17) 을 잔존시켜 이를 게이트전극(20) 으로 형성하여 채널영역과 게이트전극(20) 이 자기정렬되게 함으로써 게이트전극(20) 의 폭을 최소화함으로써 실현된다.According to the present invention, the process of forming a second opening so that the upper portion of the channel forming region is exposed, and depositing and patterning the polysilicon 17 on the front surface, the polysilicon 17 is formed only inside the second opening 14. This is achieved by minimizing the width of the gate electrode 20 by remaining and forming it as the gate electrode 20 so that the channel region and the gate electrode 20 are self-aligned.

Description

자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법Manufacturing method of self-aligned MOS transistor

제1a도 내지 제1e도는 종래의 기술에 따른 함몰채널을 갖는 MOS 트랜지스터의 제조공정 단면도.1A to 1E are cross-sectional views of a manufacturing process of a MOS transistor having a recessed channel according to the prior art.

제2a도 내지 제2i도는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기정렬형 함몰 채널을 갖는 MOS 트랜지스터의 제조공정 단면도.2A to 2I are cross-sectional views of a manufacturing process of a MOS transistor having a self-aligning recessed channel according to a first embodiment of the present invention.

제3a도 내지 제3h도는 본 발명의 제2실시예에 따른 자기정렬형 함몰 채널을 갖는 MOS 트랜지스터의 제조방법.3A to 3H illustrate a method of manufacturing a MOS transistor having a self-aligning recessed channel according to a second embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

11 : 반도체기판 12 : 패드 산화막11 semiconductor substrate 12 pad oxide film

13 : 질화막 14 : 제1개구부13 nitride film 14 first opening

15 : 제1산화막 16,16a : 제2개구부15: first oxide film 16,16a: second opening

17 : 게이트산화막 18 : 폴리실리콘17 gate oxide film 18 polysilicon

19 : 제2산화막 20 : 제3산화막19: second oxide film 20: third oxide film

21 : 게이트전극 22,23 : 소오스/드레인영역21: gate electrode 22, 23: source / drain region

24 : 채널영역 25 : 측벽산화막24: channel region 25: sidewall oxide film

본 발명은 자기 정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법에 관한것으로, 특히 MOS 트랜지스터의 게이트전극의 폭을 최소화하는 동시에 게이트전극을 채널영역에 자기정렬시켜 고집적화하는데 적합하도록한 자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법에 관한것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a self-aligned MOS transistor, and more particularly, to a method of manufacturing a self-aligned MOS transistor suitable for minimizing the width of the gate electrode of the MOS transistor and at the same time self-aligning the gate electrode in a channel region. It's about.

반도체소자의 제조에 있어서 0.1 ㎛ 급 또는 그 이하의 게이트 폭을 갖는 MOS 트랜지스터를 제조할때 소자의 성능저하를 막기 위해 얕은 LDD(Lightly Doped Drain) 접합을 형성해야 한다. 0.1 ㎛ 게이트 폭에 대해 LDD 접합 깊이는 대략 35 ㎚ 정도이다. 0.1㎛ 급 NMOS의 경우에는 얕은 접합 깊이의 LDD 형성을 낮은 에너지의 비소 이온주입으로 해결하거나 또는 PSG(Phosphosilicate Glass) 로부터 불순물을 규소로 확산시켜 해결하고 있으나 저항은 0.1 ㎛ 이상의 소자에 비해 상대적으로 크다.In manufacturing a semiconductor device, when manufacturing a MOS transistor having a gate width of 0.1 μm or less, a shallow lightly doped drain (LDD) junction must be formed to prevent performance degradation of the device. For a 0.1 μm gate width, the LDD junction depth is on the order of 35 nm. In case of 0.1㎛ NMOS, LDD formation of shallow junction depth is solved by low energy arsenic ion implantation or diffusion of impurities into silicon from phosphosilicate glass (PSG), but the resistance is relatively higher than 0.1μm or more devices. .

그리고, 0.1 ㎛ 또는 그 이하의 게이트 폭을 갖는 PMOS 에서 LDD 를 이온주입으로 형성하는 것은 현실적으로 상당히 어렵고 또한 소자 특성의 낮은 균일도를 초래하기 때문에 많은 방안이 검토되고 있는 실정이다.In addition, the formation of LDD by ion implantation in a PMOS having a gate width of 0.1 μm or less is practically considerably difficult, and many methods have been investigated because of the low uniformity of device characteristics.

얕은 접합을 갖는 p형 LDD 는 상대적으로 심각한 저항의 증가를 초래 하여 소자의 전류-전압 특성을 심하게 저하시킨다. 소자 성능을 개선하기 위해 LDD 영역의 접합 깊이 뿐만 아니라 n+/ p+의 도전형을 갖는 소오스 /드레인 영역의 접합을 얕게형성해야 한다. 이 경우 단순히 기존의 알루미늄 금속을 전극으로 접촉시켜 열처리할 경우 접합스파킹(junction spiking) 과 같은 문제로 인한 누설전류를 증가시키는 결과를 초래한다. 이를 해결하기 위해 WNX와 같은 장벽 금속을 사용해야 한다. 여기서 언급한 문제를 해결할 수 있는 구조중의 하나는 채널 영역만 선택적으로 함몰시키는 것이다.A p-type LDD with a shallow junction causes a relatively significant increase in resistance, which severely degrades the current-voltage characteristics of the device. In order to improve device performance, not only the junction depth of the LDD region but also the junction of the source / drain region having a conductivity type of n + / p + must be formed shallowly. In this case, heat treatment by simply contacting an existing aluminum metal with an electrode results in an increase in leakage current due to problems such as junction spiking. To solve this, a barrier metal such as WN X must be used. One of the structures that can solve the problem mentioned here is to selectively sink only the channel region.

제1도는 종래의 기술에 따른 MOS 트랜지스터의 제조공정 단면도를 도시한것으로 이를 참조하여 종래 기술의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 제1a도를 참조하면, 소자형성영역을 정의하는 필드산화막(도시되지 않음) 이 형성된 반도체기판(1) 의 전면에 산화막(2) 과 질화막(3) 을 차례로 형성한후 상기 질화막(3) 을 사진식각법으로 패터닝하여 소정의 폭을 갖는 제1개구부(4) 를 형성한다.1 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a MOS transistor according to the prior art, which will be described below with reference to this embodiment. First, referring to FIG. 1A, an oxide film 2 and a nitride film 3 are sequentially formed on an entire surface of a semiconductor substrate 1 on which a field oxide film (not shown) defining an element formation region is formed, and then the nitride film 3 ) Is patterned by photolithography to form a first opening 4 having a predetermined width.

이어서, 제1b도에 도시한 바와 같이, 상기 개구부(4) 에 의해 노출된 반도체기판(1) 을 열산화하여 산화막(2) 상에 두꺼운 산화막(5) 을 형성한다. 이때, 제1개구부(4) 를 통해 노출된 반도체기판(1) 이 산화되면서 위ㆍ아래로 볼록한 형상으로 산화되어 채널형성영역의 반도체기판(1) 이 오목한 함몰된 형상을 갖는다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, a thick oxide film 5 is formed on the oxide film 2 by thermal oxidation of the semiconductor substrate 1 exposed by the opening 4. At this time, as the semiconductor substrate 1 exposed through the first opening 4 is oxidized, the semiconductor substrate 1 in the channel forming region is concave and oxidized into a convex shape.

다음. 제1c도에 도시한 바와 같이, 상기 개구부(4) 에 의해 노출된 산화막(5) 을 개구부(4) 와 같은 폭으로 에칭하여 제2개구부(4a) 를 형성하고 노출된 반도체기판(1) 에 제1도전형의 불순물을 이온주입한다. 이어서, 상기 반도체기판(1) 의 노출된 부분을 열산화하여 게이트산화막(6) 을 형성한다.next. As shown in FIG. 1C, the oxide film 5 exposed by the opening 4 is etched to the same width as the opening 4 to form a second opening 4a, and then exposed to the exposed semiconductor substrate 1. Ions are implanted with impurities of the first conductivity type. Subsequently, the exposed portion of the semiconductor substrate 1 is thermally oxidized to form a gate oxide film 6.

이어서, 제1d도에 도시한 바와 같이, 전면에 게이트전극 형성용금속으로서 폴리실리콘(7) 을 증착한다.Subsequently, as shown in FIG. 1D, polysilicon 7 is deposited on the entire surface as a metal for forming a gate electrode.

다음, 제1e도에 도시한 바와 같이, 사진식각법으로 폴리실리콘(7) 과 질화막(3) 을 차례로 패터닝하여 상기 제2개구부(4a) 를 통해 게이트산화막(6) 과 접촉되며 제2개구부(4a) 의 폭보다 넓은 폭을 갖는 게이트전극(8) 과 질화막패턴(3a) 을 형성한다. 이어서, 상기 게이트전극(8) 을 불순물 이온주입마스크로 사용하여 전면에 제2도전형 불순물을 이온주입한후 반도체기판(1) 을 열처리하여 소오스/드레인 영역(9a,9b) 을 정의하는 동시에 채널영역(10) 을 정의한다. 이때, 게이트전극(8) 과 질화막패턴(3a) 은 동일한 식각마스크를 사용하여 패터닝되며 게이트전극과 산화막(5) 사이에 존재 하는 질화막패턴(3a) 은 게이트전극(8) 과 소오스 / 드레인간(9a,9b) 의 커패시턴스를 감소시키기 위해 형성되었다.Next, as shown in FIG. 1E, the polysilicon 7 and the nitride film 3 are sequentially patterned by a photolithography method to contact the gate oxide film 6 through the second opening 4a, and the second opening ( The gate electrode 8 and the nitride film pattern 3a having a width wider than that of 4a are formed. Subsequently, the gate electrode 8 is used as an impurity ion implantation mask to ion implant a second conductive impurity on the entire surface, and the semiconductor substrate 1 is heat-treated to define source / drain regions 9a and 9b. Define the area 10. In this case, the gate electrode 8 and the nitride film pattern 3a are patterned using the same etching mask, and the nitride film pattern 3a existing between the gate electrode and the oxide film 5 is formed between the gate electrode 8 and the source / drain ( 9a, 9b) to reduce the capacitance.

따라서, 상기와 같은 종래 기술의 MOS 형 트랜지스터는 게이트전극(8) 과 소오스/드레인 전극(9a,9b) 이 중첩되어 게이트전극과 소오스/드레인영역간에 커패시턴스가 발생하는 것을 방지하기 위해 게이트전극과 소오스/드레인전극사이에 질화막패턴(3a) 이 개재된 구조를 가지고 있어 실질적으로 게이트전극(8) 의 폭을 줄이는데 한계가 있으므로 트랜지스터의 고집적화에 부적합한 문제점이 있었다. 예컨데, 상술한 종래의 MOS 트랜지스터는 소오스/ 드레인 영역(9a,9b) 의 불순물 프로파일이 채널영역(10) 에 자기정렬되지만 게이트전극(8) 을 형성하기 위한 사진식각공정시 오정렬이 발생할 경우 자기정렬되지 않을 수 있다.Accordingly, the MOS transistor of the prior art as described above has a gate electrode and a source in order to prevent the gate electrode 8 and the source / drain electrodes 9a and 9b from overlapping to generate capacitance between the gate electrode and the source / drain regions. Since the nitride film pattern 3a is interposed between the drain and drain electrodes, there is a limit to substantially reducing the width of the gate electrode 8, thereby making the transistor unsuitable for high integration. For example, the above-described conventional MOS transistor is self-aligned when the impurity profile of the source / drain regions 9a and 9b is self-aligned in the channel region 10 but is misaligned during the photolithography process for forming the gate electrode 8. It may not be.

따라서, 상기와 같은 구조를 갖는 트랜지스터는 제조상의 문제 뿐만 아니라 집적도 면에서 게이트전극(8) 의 중첩때문에 초고집적 반도체소자에 부적합하다.Therefore, the transistor having the above structure is unsuitable for the ultra-high density semiconductor device because of the overlap of the gate electrode 8 in terms of integration degree as well as in manufacturing problems.

따라서, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 채널영역에 게이트전극을 자기정렬시키는 동시에 게이트폭을 최소화하여 반도체장치를 고집적화할 수 있는 MOS 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a MOS transistor capable of high integration of a semiconductor device by minimizing a gate width while self-aligning a gate electrode in a channel region.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1실시예는 반도체기판위에 패드 산화막과 질화막을 차례로 형성한후 상기 질화막과 패드 산화막을 사진식각법으로 패터닝하여 채널형성영역의 상부가 노출되도록 제1개구부를 형성하는 공정과, 상기 개구부에 의해 노출된 반도체기판을 열산화하여 두꺼운 제1산화막을 형성하고 이를 제거하여 제2개구부를 형성하는 공정과, 상기 제2개구부를 통해 노출된 반도체기판에 제1도전형 불순물을 주입하는 공정과, 상기 노출된 반도체기판상에 게이트산화막을 형성한후 전면에 폴리실리콘을 형성하는 공정과, 상기 폴리실리콘을 소정의 두께로 식각하여 질화막의 표면상에 소정의 두께를 잔존시킨후 이를 열산화하여 제2산화막을 형성하고 이를 제거하여 제2개구부의 내부에만 폴리실리콘을 잔존시키는 공정과, 상기 폴리실리콘의 표면을 열산화하여 제3산화막을 형성하는 공정과, 상기 제3산화막을 식각마스크로 하여 질화막을 제거하는 공정과, 상기 제3산화막과 폴리실리콘을 이온 주입마스크로 이용하여 전면에 제2도전형 불순물을 이온주입하는 공정과, 상기 제3산화막을 식각마스크로 이용하여 제3산화막의 폭 보다 측면으로 돌출된 폴리실리콘의 측면을 식각하고 제3산화막을 제거하여 게이트전극을 정의하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In accordance with another aspect of the present invention, a pad opening and a nitride are sequentially formed on a semiconductor substrate, and the first opening is formed so that the top of the channel formation region is exposed by patterning the nitride and pad oxide by photolithography. Forming a thick first oxide film by thermally oxidizing the semiconductor substrate exposed by the opening, and removing the second oxide layer to form a second opening, and a first conductive layer on the semiconductor substrate exposed through the second opening. Implanting a type impurity, forming a gate oxide film on the exposed semiconductor substrate, and then forming polysilicon on the entire surface, and etching the polysilicon to a predetermined thickness to provide a predetermined thickness on the surface of the nitride film. Thermally oxidizing the same to form a second oxide film and removing the same to remove polysilicon from only the inside of the second opening; Thermally oxidizing the surface of the polysilicon to form a third oxide film, removing the nitride film using the third oxide film as an etch mask, and using the third oxide film and polysilicon as an ion implantation mask A process of ion implanting biconductive impurities and a process of defining a gate electrode by etching the side surface of the polysilicon protruding to the side of the width of the third oxide film using the third oxide film as an etching mask and removing the third oxide film. Characterized in that it comprises a.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2실시예는 반도체기판위에 패드 산화막과 질화막을 차례로 형성한후 상기 질화막과 패드 산화막을 사진식각법으로 패터닝하여 채널형성영역의 상부가 노출되도록 제1개구부를 형성하는 공정과, 상기 제1개구부에 의해 노출된 반도체기판을 열산화하여 두꺼운 제1산화막을 형성하고 제1개구부와 동일한 폭으로 제1산화막의 일부를 제거하여 측면이 수직인 제2개구부를 형성하는 공정과, 상기 제2개구부를 통해 노출된 반도체기판에 제1도전형 불순물을 주입하는 공정과, 상기 노출된 반도체기판상에 게이트산화막을 형성한후 전면에 폴리실리콘을 형성하는 공정과, 상기 폴리실리콘을 소정의 두께로 식각하여 질화막의 표면상에 소정의 두께를 잔존시킨후 이를 열산화하여 제2산화막을 형성하고 이를 제거하여 제2개구부의 내부에만 폴리실리콘을 잔존시키는 공정과, 상기 폴리실리콘의 표면을 열산화하여 제3산화막을 형성하는 공정과, 상기 제3산화막을 식각마스크로 하여 질화막을 제거하는 공정과, 상기 제3산화막과 폴리실리콘 이온 주입마스크로 이용하여 전면에 제2도전형 불순물을 이온주입하는 공정과, 상기 제3산화막을 제거하여 게이트전극을 정의하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The second embodiment of the present invention for achieving the above object is to form a pad oxide film and a nitride film on a semiconductor substrate in turn, and then patterning the nitride film and the pad oxide film by photolithography to expose the first opening to expose the upper portion of the channel formation region. Forming a thick first oxide film by thermally oxidizing the semiconductor substrate exposed by the first opening, and removing a portion of the first oxide film in the same width as the first opening to form a second opening having a vertical side surface. And implanting a first conductive impurity into the semiconductor substrate exposed through the second opening, forming a gate oxide film on the exposed semiconductor substrate, and then forming polysilicon on the entire surface of the semiconductor substrate; The polysilicon is etched to a predetermined thickness to leave a predetermined thickness on the surface of the nitride film, and then thermally oxidized to form a second oxide film, which is then removed. A process of remaining polysilicon only in the two openings, thermal oxidation of the surface of the polysilicon to form a third oxide film, removing the nitride film using the third oxide film as an etching mask, and the third And ion implanting a second conductive impurity onto the entire surface by using the oxide film and the polysilicon ion implantation mask, and defining the gate electrode by removing the third oxide film.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 제2a도 내지 제2i도는 본 발명에 따른 자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조공정 단면도이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; 2A to 2I are cross-sectional views of a manufacturing process of a self-aligned MOS transistor according to the present invention.

제2a도를 참조하면, 반도체소자의 형성영역을 정의하기 위해 LOCOS 방법으로 필드 산화막(도시되지 않음) 이 형성되어 있는 반도체기판(11) 상에 5 ㎚ 내지 100 ㎚ 의 두께를 갖는 패드 산화막(12) 을 열산화 또는 CVD 법으로 형성하고 패드 산화막(12) 상에 50 ㎚ 내지 300 ㎚ 사이의 두께를 갖는 질화막(13) 을 형성한다. 이어서 반도체기판(11) 에 채널형성영역 및 게이트전극 형성영역을 정의하기 위해 사진식각법으로 채널형성영역의 질화막(13) 과 패드 산화막(12) 을 차례로 식각하여 제1개구부(14) 를 형성한다. 이때, 사진식각공정시 질화막(13) 은 건식으로 식각되며, 패드 산화막(12) 은 비등방 건식 식각 또는 습식식각으로 제거한다.Referring to FIG. 2A, a pad oxide film 12 having a thickness of 5 nm to 100 nm is formed on a semiconductor substrate 11 on which a field oxide film (not shown) is formed by a LOCOS method to define a formation region of a semiconductor device. ) Is formed by thermal oxidation or CVD and a nitride film 13 having a thickness of between 50 nm and 300 nm is formed on the pad oxide film 12. Subsequently, in order to define the channel forming region and the gate electrode forming region in the semiconductor substrate 11, the first opening 14 is formed by sequentially etching the nitride layer 13 and the pad oxide layer 12 of the channel forming region by photolithography. . At this time, during the photolithography process, the nitride layer 13 is etched dry, and the pad oxide layer 12 is removed by anisotropic dry etching or wet etching.

이어서, 제2b도에 도시한 바와 같이, 제1개구부(14) 에 의해 노출된 반도체기판(11) 의 표면을 습식산화하여 10 ㎚ 내지 100 ㎚ 사이의 두께를 갖는 두꺼운 제1산화막(15) 을 형성한다. 이 제1산화막(15) 은 노출된 반도체기판(11) 의 표면을 함몰되게 형성하기 위해 고온에서 수행되며 제1산화막(15) 이 반도체기판(11) 내부로 형성되어 반도체기판(11) 의 표면이 오목한 형상을 갖게된다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, the surface of the semiconductor substrate 11 exposed by the first opening 14 is wet oxidized to form a thick first oxide film 15 having a thickness between 10 nm and 100 nm. Form. The first oxide film 15 is performed at a high temperature in order to recess the exposed surface of the semiconductor substrate 11, and the first oxide film 15 is formed into the semiconductor substrate 11 to form the surface of the semiconductor substrate 11. It will have a concave shape.

다음, 제2c도에 도시한 바와 같이, 채널형성영역의 함몰을 위해 성장한 제1산화막(15) 을 70 ~ 80 % 정도 비등방 건식식각하고 나머지는 습식 식각하여 하부측이 넓은 폭을 갖는 제2개구부(16) 를 형성하고 이 제2개구부(16) 통해 노출된 반도체기판(11) 의 표면에 이온 주입시 기판의 표면이 손상되는 것을 방지하기 위하여 얇은 열 산화막(도시하지 않음) 을 성장한 후 트랜지스터의 문턱전압을 조절하기 위해 제1도전형의 불순물을 이온주입한다. 이 채널형성영역의 이온주입단계에서 채널형성영역에 불순물을 이온주입할 때 질화막(13) 의 측벽에 의한 그림자(shadow) 효과에 의한 불순물주입의 불균일을 예상할 수 있으나 본 발명에서는 제2개구부(16) 를 통해 노출된 반도체기판(11) 의 표면에 제2산화막(15) 형성시 질화막(13) 이 위로 들리면서 그 측면이 기울어지기 때문에 그와 같은 그림자효과를 제거할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2C, the first opening 15 grown for the depression of the channel formation region is anisotropically dry etched by about 70 to 80%, and the rest is wet etched to form a second opening having a lower width at the lower side thereof. A thin thermal oxide film (not shown) is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 exposed through the second opening 16 to prevent damage to the surface of the substrate. In order to control the threshold voltage, an ion is implanted with impurities of the first conductivity type. When implanting impurities into the channel formation region in the ion implantation step of the channel formation region, non-uniformity of impurity implantation due to the shadow effect caused by the sidewall of the nitride film 13 can be expected. 16, when the second oxide film 15 is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 exposed through the nitride film 13, the side of the nitride film 13 is lifted upward and the side surface thereof is inclined, thereby removing the shadow effect.

이어서, 제2d도에 도시한 바와 같이, 채널형성영역에 불순물 이온을 주입한후 얇은 열산화막을 습식식각하여 제거하고 노출된 반도체기판(11) 으 표면을 열산화하여 3 ㎚ 내지 10 ㎚ 사이의 두께를 갖는 게이트산화막(17) 을 형성하고 전면에 100 ㎚ 내지 500 ㎚ 사이의 두께를 갖는 폴리실리콘(18) 을 증착한다. 이때, 패턴되어 측면이 경사진 질화막(13) 의 가장자리는 폴리실리콘(18) 증착시 생길 수 있는 공극을 제거해 줄 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, after implanting impurity ions into the channel formation region, the thin thermal oxide film is wet-etched and removed, and the surface of the exposed semiconductor substrate 11 is thermally oxidized between 3 nm and 10 nm. A gate oxide film 17 having a thickness is formed and polysilicon 18 having a thickness of between 100 nm and 500 nm is deposited on the entire surface. At this time, the edge of the nitride film 13 which is patterned and inclined at the side may remove voids that may occur when polysilicon 18 is deposited.

다음, 제2e도에 도시한 바와 같이, 상기 폴리실리콘(18) 을 에치백공정으로 건식식각하되 질화막(13) 의 표면상에 가능한 한 얇게 남긴다. 이는 폴리실리콘의 비등방 건식식각시 생기는 사이즈(size) 효과를 없애고 일정한 두께의 폴리실리콘을 함몰된 채널형성영역과 질화막(13) 사이에 남기기 위함이다. 이어서, 질화막(13) 표면의 수평선상에 얇은 두께로 잔존하는 폴리실리콘(18) 을 800 ℃ 내지 900 ℃ 사이의 온도에서 습식 산화하여 제2산화막(19) 을 형성한후 이를 불산용액으로 습식식각하여 제거한다.Next, as shown in FIG. 2E, the polysilicon 18 is dry etched by an etch back process, leaving as thin as possible on the surface of the nitride film 13. This is to remove the size effect caused by anisotropic dry etching of polysilicon and to leave polysilicon having a constant thickness between the recessed channel formation region and the nitride film 13. Subsequently, the polysilicon 18 remaining in a thin thickness on the horizontal line of the nitride film 13 is wet oxidized at a temperature between 800 ° C. and 900 ° C. to form a second oxide film 19, and then wet etched with a hydrofluoric acid solution. To remove it.

이어서, 제2f도에 도시한 바와 같이, 채널형성영역과 자기정렬되어 형성되어 개구부(14) 내에 잔존하는 폴리실리콘(18) 의 표면을 800 ℃ 내지 900 ℃ 사이의 온도에서 건식 또는 습식법으로 산화 열산화하여 약 10 ㎚ 내지 50 ㎚ 사이의 두께를 갖는 제3산화막(20) 을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2F, the surface of the polysilicon 18 formed in self-alignment with the channel formation region and remaining in the opening 14 is oxidized by dry or wet method at a temperature between 800 ° C and 900 ° C. Oxidation forms a third oxide film 20 having a thickness between about 10 nm and 50 nm.

다음, 제2g도에 도시한 바와 같이, 제3산화막(20) 을 식각마스크로 이용하여 질화막(13) 을 습식 식각한후 제3산화막(20) 과 폴리실리콘(18) 을 불순물 이온주입 마스크로하여 전면에 제2도전형 불순물이온을 주입한다.Next, as shown in FIG. 2G, after wet etching the nitride film 13 using the third oxide film 20 as an etching mask, the third oxide film 20 and the polysilicon 18 are impurity ion implantation masks. The second conductive impurity ion is injected into the front surface.

이어서, 제2h도에 도시한 바와 같이, 제2산화막(20) 을 식각마스크로 이용하여 폴리실리콘(18) 의 하부에서 측면으로 돌출한 부분을 비등방 건식식각하여 게이트전극(21) 을 정의한다.Subsequently, as shown in FIG. 2H, the gate electrode 21 is defined by anisotropically dry etching the portion protruding from the lower side of the polysilicon 18 to the side using the second oxide film 20 as an etching mask.

다음, 제2i도에 도시한 바와 같이, 반도체기판(11) 전기로에서 열처리를 하고 RTA(Rapid Thermal Annealing) 을 하여 소오스/드레인영역(22,23) 을 형성하는 동시에 채널영역(24) 을 정의하고 반도체기판(11) 의 표면에 잔존하는 패드 산화막(12) 을 제거하고 전면에 두꺼운 산화막을 형성한후 이를 에치백공정으로 비등방성 건식식각하여 게이트전극의 측면에 측벽절연막(25) 을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2i, heat treatment is performed in the semiconductor substrate 11 electric furnace and rapid thermal annealing (RTA) to form the source / drain regions 22 and 23, and the channel region 24 is defined. The pad oxide film 12 remaining on the surface of the semiconductor substrate 11 is removed, a thick oxide film is formed on the entire surface, and then anisotropic dry etching is performed by an etch back process to form a sidewall insulating film 25 on the side of the gate electrode.

제3a도내지 제3h도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 MOS 트랜지스터의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.3A through 3H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a MOS transistor according to another exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜지스터의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing method of the transistor according to another embodiment of the present invention.

먼저, 제3a도를 참조하면, 반도체소자의 형성영역을 정의하기 위해 LOCOS 방법으로 필드 산화막(도시되지 않음) 이 형성되어 있는 반도체기판(11) 상에 5 ㎚ 내지 100 ㎚ 의 두께를 갖는 패드 산화막(12) 을 열산화 또는 CVD 법으로 형성하고 패드 산화막(12) 상에 50 ㎚ 내지 300 ㎚ 사이의 두께를 갖는 질화막(13) 을 형성한다. 이어서 반도체기판(11) 에 채널형성영역 및 게이트전극 형성영역을 정의하기 위해 사진식각법으로 채널형성영역의 질화막(13) 과 패드 산화막(12) 을 차례로 식각하여 제1개구부(14) 를 형성한다. 이때, 사진식각공정시 질화막(13) 은 건식으로 식각되며, 패드 산화막(12) 은 비등방 건식 식각 또는 습식식각으로 제거한다.First, referring to FIG. 3A, a pad oxide film having a thickness of 5 nm to 100 nm is formed on a semiconductor substrate 11 on which a field oxide film (not shown) is formed by a LOCOS method to define a formation region of a semiconductor device. (12) is formed by thermal oxidation or CVD and a nitride film 13 having a thickness of between 50 nm and 300 nm is formed on the pad oxide film 12. Subsequently, in order to define the channel forming region and the gate electrode forming region in the semiconductor substrate 11, the first opening 14 is formed by sequentially etching the nitride layer 13 and the pad oxide layer 12 of the channel forming region by photolithography. . At this time, during the photolithography process, the nitride layer 13 is etched dry, and the pad oxide layer 12 is removed by anisotropic dry etching or wet etching.

이어서, 제2b도에 도시한 바와 같이, 개구부(14) 에 의해 노출된 반도체기판(11) 의 표면을 습식 열산화하여 10 ㎚ 내지 100 ㎚ 사이의 두께를 갖는 두꺼운 제1산화막(15) 을 형성한다. 이 제1산화막(15) 은 노출된 반도체기판(11) 의 표면을 함몰되게 형성하기 위해 고온에서 수행되며 제1산화막(15) 이 반도체기판(11) 내부로 형성되어 반도체기판(11) 의 표면이 오목한 형상을 갖게된다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, the surface of the semiconductor substrate 11 exposed by the opening 14 is wet thermally oxidized to form a thick first oxide film 15 having a thickness between 10 nm and 100 nm. do. The first oxide film 15 is performed at a high temperature in order to recess the exposed surface of the semiconductor substrate 11, and the first oxide film 15 is formed into the semiconductor substrate 11 to form the surface of the semiconductor substrate 11. It will have a concave shape.

다음, 제3c도에 도시한 바와 같이, 채널형성영역의 함몰을 위해 성장한 제1산화막(15) 을 제1개구부(14) 와 동일한 폭을 갖도록 상기 제1산화막(15) 의 일부를 건식법으로 비등방성 식각하여 그 측면이 직선을 갖는 제2개구부(16a) 를 형성하고 제2개구부(16a) 를 통해 노출된 반도체기판(11) 의 표면에 이온주입시 기판의 표면이 손상되는 것을 방지하기 위하여 얇은 열 산화막(도시하지 않음) 을 성장한 후 트랜지스터의 문턱 전압을 조절하기 위해 제1도전형의 불순물을 이온주입한다. 이 채널형성영역의 이온주입단계에서 채널형성영역에 불순물을 이온주입할 때 질화막(13) 의 측벽에 의한 그림자(shadow) 효과에 의한 불순물주입의 불균일을 예상할 수 있으나 본 발명에서는 제2개구부(16a) 를 통해 노출된 반도체기판(11) 의 표면에 제1산화막(15) 형성시 질화막(13) 이 위로 들리면서 그 측면이 기울어지기 때문에 그와 같은 그림자효과를 제거할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3C, a portion of the first oxide film 15 is non-dried in a dry manner so that the first oxide film 15 grown for the depression of the channel formation region has the same width as the first opening 14. Isotropic etching to form a second opening (16a) having a straight side of the side and a thin in order to prevent damage to the surface of the substrate during ion implantation on the surface of the semiconductor substrate 11 exposed through the second opening (16a) After the thermal oxide film (not shown) is grown, impurities of the first conductivity type are implanted to control the threshold voltage of the transistor. When implanting impurities into the channel formation region in the ion implantation step of the channel formation region, non-uniformity of impurity implantation due to the shadow effect caused by the sidewall of the nitride film 13 can be expected. When the first oxide film 15 is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 exposed through 16a), the side surface is inclined while the nitride film 13 is lifted up, so that such a shadow effect can be removed.

이어서, 제3d도에 도시한 바와 같이, 얇은 열산화막을 습식식각하여 제거하고 노출된 반도체기판(11) 의 표면을 열산화하여 3 ㎚ 내지 10 ㎚ 사이의 두께를 갖는 게이트산화막(17) 을 형성하고 전면에 100 ㎚ 내지 500 ㎚ 사이의 두께를 갖는 폴리실리콘(18) 을 증착한다.Subsequently, as shown in FIG. 3D, the thin thermal oxide film is wet-etched and removed, and the surface of the exposed semiconductor substrate 11 is thermally oxidized to form a gate oxide film 17 having a thickness of between 3 nm and 10 nm. And depositing polysilicon 18 having a thickness between 100 nm and 500 nm on the front side.

그 다음, 제3e도에 도시한 바와 같이, 상기 폴리실리콘(18) 으로서 증착된 폴리실리콘을 에치백공정으로 건식식각하되 질화막(13) 의 표면상에 가능한 한 얇게 남긴다. 이는 폴리실리콘의 비등방 건식식각시 생기는 사이즈(size) 효과를 없애고 일정한 두께의 폴리실리콘(18) 을 함몰된 채널형성영역과 질화막(13) 사이에 남기기 위함이다. 이어서, 질화막(13) 표면의 수평선상에 얇은 두께로 잔존하는 폴리실리콘을 800 ℃ 내지 900 ℃ 사이의 온도에서 습식 산화하여 제2산화막(19) 을 형성한후 이를 불산용액으로 습식식각하여 제거한다.Then, as shown in FIG. 3E, the polysilicon deposited as the polysilicon 18 is dry etched by the etch back process, but remains as thin as possible on the surface of the nitride film 13. This is to eliminate the size effect caused by anisotropic dry etching of polysilicon and to leave the polysilicon 18 having a constant thickness between the recessed channel formation region and the nitride film 13. Subsequently, the polysilicon remaining in a thin thickness on the horizontal line of the surface of the nitride film 13 is wet oxidized at a temperature between 800 ° C. and 900 ° C. to form a second oxide film 19, and then wet etched with a hydrofluoric acid solution to remove it. .

이어서, 제3f도에 도시한 바와 같이, 채널형성영역과 자기정렬되어 형성되어 개구부(14) 내에 잔존하는 폴리실리콘(18) 의 표면을 800 ℃ 내지 900 ℃ 사이의 온도에서 건식 또는 습식법으로 산화 열산화하여 약 10 ㎚ 내지 50 ㎚ 사이의 두께를 갖는 제3산화막(20) 을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3f, the surface of the polysilicon 18 formed in self-alignment with the channel formation region and remaining in the opening 14 is oxidized by dry or wet method at a temperature between 800 ° C and 900 ° C. Oxidation forms a third oxide film 20 having a thickness between about 10 nm and 50 nm.

다음, 제2g도에 도시한 바와 같이, 제2산화막(20) 을 식각마스크로 이용하여 질화막(13) 을 습식 식각하여 게이트전극(21) 을 정의하고 제2산화막(20) 과 게이트전극(21) 을 불순물 이온주입 마스크로하여 전면에 제2도전형 불순물이온을 주입한다.Next, as illustrated in FIG. 2G, the nitride electrode 13 is wet-etched using the second oxide film 20 as an etching mask to define the gate electrode 21, and the second oxide film 20 and the gate electrode 21 are formed. ) As the impurity ion implantation mask, the second conductive impurity ion is implanted into the entire surface.

이어서, 제2h도에 도시한 바와 같이, 반도체기판(11) 을 전기로에서 열처리를 하고 RTA(Rapid Thermal Annealing) 을 하여 소오스/드레인영역(22,23) 을 형성하는 동시에 채널영역(24) 을 정의하고 전면에 두꺼운 산화막을 형성한후 이를 에치백공정으로 비등방성 건식식각하여 게이트전극의 측면에 측벽절연막(25) 을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2h, the semiconductor substrate 11 is heat-treated in an electric furnace, and RTA (Rapid Thermal Annealing) forms the source / drain regions 22 and 23 to define the channel region 24. After forming a thick oxide film on the entire surface, anisotropic dry etching is performed by an etch back process to form a sidewall insulating film 25 on the side of the gate electrode.

상술한 본 발명에 따르면, 종래 기술의 MOS 트랜지스터의 함몰 채널 트랜지스터가 갖는 채널영역과 게이트전극의 오정렬에 따른 문제점과 소오스 / 드레인영역의 비대칭에 따른 트랜지스터의 동작특성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 게이트전극의 폭을 미세하게 패터닝할 수 있고, 게이트전극을 자기정렬시킬 수 있어 트랜지스터의 집적도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention described above, it is possible to prevent a problem caused by misalignment of the channel region and the gate electrode of the recessed channel transistor of the prior art MOS transistor and a decrease in the operating characteristics of the transistor due to the asymmetry of the source / drain region. In addition, the width of the gate electrode can be finely patterned, and the gate electrodes can be self-aligned to improve the degree of integration of the transistor.

Claims (9)

반도체기판(11) 위에 패드 산화막(12) 과 질화막(13) 을 차례로 형성한후 상기 질화막(13) 과 패드 산화막(12) 을 사진식각법으로 패터닝하여 채널형성영역의 상부가 노출되도록 제1개구부(14) 를 형성하는 공정과, 상기 개구부(14) 에 의해 노출된 반도체기판(11) 을 열산화하여 두꺼운 제1산화막(15) 을 형성하고 이를 제거하여 제2개구부(16) 를 형성하는 공정과, 상기 제2개구부(16) 를 통해 노출된 반도체기판(11) 에 제1도전형 불순물을 주입하는 공정과, 상기 노출된 반도체기판(11) 상에 게이트산화막(17) 을 형성한후 전면에 폴리실리콘(18) 을 형성하는 공정과, 상기 폴리실리콘(18) 을 소정의 두께로 식각하여 질화막(13) 의 표면상에 소정의 두께를 잔존시킨후 이를 열산화하여 제2산화막(19) 을 형성하고 이를 제거하여 제2개구부(16) 의 내부에만 폴리실리콘(18) 을 잔존시키는 공정과, 상기 폴리실리콘(18) 의 표면을 열산화하여 제3산화막(20) 을 형성하는 공정과, 상기 제3산화막(20) 을 식각마스크로 하여 질화막(13) 을 제거하는 공정과, 상기 제3산화막(20) 과 폴리실리콘(18) 을 이온 주입마스크로 이용하여 전면에 제2도전형 불순물을 이온주입하는 공정과, 상기 제3산화막(20) 을 식각마스크로 이용하여 제3산화막의 폭보다 측면으로 돌출된 폴리실리콘(18) 의 측면을 식각하고 제3산화막(20) 을 제거하여 게이트전극(21) 을 정의하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법.After the pad oxide film 12 and the nitride film 13 are sequentially formed on the semiconductor substrate 11, the first openings are exposed to pattern the nitride film 13 and the pad oxide film 12 by photolithography to expose the upper portion of the channel formation region. A process of forming a 14 and a process of thermally oxidizing the semiconductor substrate 11 exposed by the opening 14 to form a thick first oxide film 15 and removing the second opening 16. And injecting a first conductive type impurity into the semiconductor substrate 11 exposed through the second opening 16, and forming a gate oxide film 17 on the exposed semiconductor substrate 11. Forming the polysilicon 18 on the substrate, etching the polysilicon 18 to a predetermined thickness, leaving a predetermined thickness on the surface of the nitride film 13, and then thermally oxidizing the second silicon film 19 To form and remove the polysilicon 18 only inside the second opening 16. Forming a third oxide film 20 by thermally oxidizing the surface of the polysilicon 18; removing the nitride film 13 by using the third oxide film 20 as an etching mask; Using the third oxide film 20 and the polysilicon 18 as an ion implantation mask to ion implant a second conductive impurity onto the entire surface, and using the third oxide film 20 as an etching mask Fabricating a self-aligned MOS transistor comprising etching the side surface of the polysilicon 18 protruding laterally than the width of the oxide film and removing the third oxide film 20 to define the gate electrode 21. Way. 제1항에 있어서, 상기 질화막(13) 은 건식으로 식각하고 패드 산화막(12) 은 비등방 건식 식각 또는 습식식각으로 제거하는 것을 특징으로 하는 자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법.The method of claim 1, wherein the nitride film (13) is dry etched and the pad oxide film (12) is removed by anisotropic dry etching or wet etching. 제1항에 있어서, 상기 제1산화막(15) 은 습식산화하여 10 ㎚ 내지 100 ㎚ 사이의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법.The method of claim 1, wherein the first oxide film (15) is wet oxidized to form a thickness between 10 nm and 100 nm. 제1항에 있어서, 상기 제2개구부(16) 형성을 위한 제1산화막(15) 의 식각시 전체 두께의 70 ~ 80 % 비등방 건식식각하고 나머지는 습식 식각하는 것을 특징으로 하는 자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법.2. The self-aligned MOS transistor of claim 1, wherein the etching process of the first oxide layer 15 to form the second opening 16 comprises anisotropic dry etching of 70 to 80% of the total thickness and wet etching of the rest. Manufacturing method. 제1항에 있어서, 상기 제1도전형 불순물이온 주입공정시 반도체기판(11) 의 표면이 손상되는 것을 방지하기 위하여 얇은 열 산화막을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법.The self-aligned MOS of claim 1, further comprising forming a thin thermal oxide film to prevent the surface of the semiconductor substrate 11 from being damaged during the first conductivity type impurity ion implantation process. Method for manufacturing a transistor. 제1항에 있어서, 상기 폴리실리콘(18) 의 돌출된 측면식각시 비등방 건식식각법으로 식각하는 것을 특징으로 하는 자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법.The method of manufacturing a self-aligned MOS transistor according to claim 1, wherein the polysilicon (18) is etched by anisotropic dry etching during protruding side etching. 제1항에 있어서, 상기 제1산화막(15) 은 제1개구부(14) 의 측면 질화막(13) 부분이 충분히 들어올려질 수 있는 두께로 형성됨을 특징으로 하는 자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법.The method of manufacturing a self-aligned MOS transistor according to claim 1, wherein the first oxide film (15) is formed to a thickness such that a portion of the side nitride film (13) of the first opening (14) can be sufficiently lifted. 반도체기판(11) 위에 패드 산화막(12) 과 질화막(13) 을 차례로 형성한후 상기 질화막(13) 과 패드 산화막(12) 을 사진식각법으로 패터닝하여 채널형성영역의 상부가 노출되도록 제1개구부(14) 를 형성하는 공정과, 상기 개구부(14) 에 의해 노출된 반도체기판(11) 을 열산화하여 두꺼운 제1산화막(15) 을 형성하고 제1개구부(14) 와 동일한 폭으로 일부를 제거하여 측면이 수직인 제2개구부(16a) 를 형성 하는 공정과, 상기 제2개구부(16a) 를 통해 노출된 반도체기판(11) 에 제1도전형 불순물을 주입하는 공정과, 상기 노출된 반도체기판(11) 상에 게이트산화막(17) 을 형성한후 전면에 폴리실리콘(18) 을 형성하는 공정과, 상기 폴리실리콘(18) 을 소정의 두께로 식각하여 질화막(13) 의 표면상에 소정의 두께를 잔존시킨후 이를 열산화하여 제2산화막(19) 을 형성하고 이를 제거하여 제2개구부(16a) 의 내부에만 폴리실리콘(18) 을 잔존시키는 공정과, 상기 폴리실리콘(18)의 표면을 열산화하여 제3산화막(20) 을 형성하는 공정과, 상기 제3산화막(20) 을 식각마스크로 하여 질화막(13) 을 제거하는 공정과, 상기 제3산화막(20) 과 폴리실리콘(18) 이온 주입마스크로 이용하여 전면에 제2도전형 불순물을 이온주입하는 공정과, 상기 제3산화막(20) 을 제거하여 게이트전극(21) 정의하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법.After the pad oxide film 12 and the nitride film 13 are sequentially formed on the semiconductor substrate 11, the first openings are exposed to pattern the nitride film 13 and the pad oxide film 12 by photolithography to expose the upper portion of the channel formation region. (14) forming a thick first oxide film (15) by thermal oxidation of the semiconductor substrate (11) exposed by the opening (14), and removing a portion of the same width as the first opening (14). Forming a second opening 16a having vertical sides, injecting first conductive impurities into the semiconductor substrate 11 exposed through the second opening 16a, and exposing the exposed semiconductor substrate. Forming a polysilicon 18 on the entire surface after forming the gate oxide film 17 on the front surface; and etching the polysilicon 18 to a predetermined thickness to provide a predetermined thickness on the surface of the nitride film 13 After the thickness remains, it is thermally oxidized to form a second oxide film 19 and And the process of leaving the polysilicon 18 only inside the second opening 16a, thermally oxidizing the surface of the polysilicon 18 to form a third oxide film 20, and the third oxide film ( 20) removing the nitride film 13 using the etching mask, ion implanting a second conductive impurity onto the entire surface using the third oxide film 20 and the polysilicon 18 ion implantation mask, And removing the third oxide film (20) to define a gate electrode (21). 제8항에 있어서, 상기 제1산화막(15) 은 비등방성 건식식각법에 의해 패터닝됨을 특징으로 하는 자기정렬형 MOS 트랜지스터의 제조방법.The method of claim 8, wherein the first oxide film (15) is patterned by anisotropic dry etching.
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