KR0161432B1 - 소자분리 영역의 면적을 감소시키기 위한 트랜지스터 제조방법 - Google Patents
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Abstract
소자분리 영역의 면적을 감소시키기 위한 트랜지스터 제조방법이 개시되어 있다. 본 발명은 제1 도전형의 반도체기판의 소정영역을 식각하여 얕은 트렌치 영역을 형성한 후 상기 얕은 트렌치 영역을 채우는 제1 절연층 패턴을 형성하고, 상기 제1 절연층 패턴 양 옆의 반도체기판을 일정 깊이만큼 식각한 후 상기 반도체기판의 식각된 표면에 얇은 열산화층을 형성하고, 상기 얇은 열산화층 표면에 트랜지스터의 소오스/드레인 영역을 도우핑된 폴리실리콘으로 형성함으로써, 서로 이웃한 두 트랜지스터의 소오스/드레인 영역 사이의 유효거리를 크게 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 좁고 얕은 트렌치 영역과 함께 초고집적 반도체장치에 적합한 소자분리 영역을 형성할 수 있다.
Description
제1도 내지 제6도는 본 발명에 의한 소자분리 영역의 면적을 감소시킬 수 있는 트랜지스터 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 발명은 반도체장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 소자분리 영역의 면적을 감소시킬 수 있는 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체장치의 집적도가 크게 증가함에 따라 트랜지스터의 크기가 매우 작아지고 있다. 이와 아울러서 트랜지스터들을 서로 격리시키기 위한 소자분리 영역의 면적을 감소시키는 기술 또한 매우 중요해져 여러가지의 소자분리 기술이 발표되고 있다.
초기의 반도체장치의 소자분리 영역은 주로 실리콘기판의 부분산화법(local oxidation of silicon; 이하 LOCOS라 한다)을 이용하여 형성하였다. 이는, 소자가 형성될 활성영역들 사이에 열산화공정에 의해 두꺼운 필드산화층을 국부적으로 성장시키는 방법이다. 그러나, 이러한 LOCOS 방법에 의한 소자분리 영역은 그 가장자리에 버즈비크(bird's beak)가 형성되어 서로 이웃한 소자분리 영역 사이에 좁은 활성영역, 예컨대 0.5㎛ 이하의 폭을 갖는 활성영역을 한정할 경우에는 적합하지 않은 문제점이 있다. 또한 상기 LOCOS 방법에 의하면, 소자분리 영역의 폭이 넓은 부분과 좁은 부분에 각각 서로 다른 두께를 갖는 필드산화층이 형성되어 필드산화층의 두께 설정시 매우 어려운 문제점이 있다. 따라서, 최근에는 상기 LOCOS 방법의 문제점을 개선하기 위하여 실리콘기판의 소정부분을 식각한 후, 상기 식각된 부분에 절연층을 매립하여 소자분리 영역을 형성하는 트렌치 소자분리 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 트렌치 소자분리 방법은 초고집적 반도체장치, 예컨대 1 기가(Giga) DRAM 이상의 메모리장치를 제조하는 데 적합하지 않다. 이는, 반도체장치의 집적도를 증가시키기 위해서는 트렌치 영역을 좁게 형성하여 트렌치 영역이 평면상으로 차지하는 면적을 감소시켜야 하며, 이와 아울러서 충분한 소자분리 특성을 확보하기 위해서는 트렌치 영역을 깊게 형성하여 서로 이웃한 활성영역 사이의 유효거리(effective distance)를 증가시켜야 한다. 그러나, 이와 같이 좁고 깊은 트렌치 영역, 예컨대 0.1㎛이하의 폭과 0.5㎛이상의 깊이를 갖는 트렌치 영역에 소자분리 영역의 역할을 할 절연층을 보이드(void) 없이 완전히 채우는 것은 매우 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 얕은 트렌치 영역과 함께 초고집적 반도체장치에 적합한 소자분리 영역을 형성할 수 있는 트랜지스터 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1 도전형의 반도체기판의 소정영역에 제1 절연층 패턴으로 채워진 복수의 얕은 트렌치 영역을 형성하는 단계; 상기 트렌치 영역이 형성된 반도체기판 전면에 게이트 절연층을 형성하는 단계; 상기 트렌치 영역들 사이의 게이트 절연층 상에 게이트 전극 및 게이트 전극 보호층이 차례로 적층된 게이트 패턴을 형성하는 단계; 상기 게이트 패턴 양 옆의 반도체기판 표면에 제2 도전형의 불순물을 제1 도우즈로 이온주입하여 저농도 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 게이트 패턴의 양 측벽에 산화 스페이서를 형성하는 단계; 상기 산화 스페이서가 형성된 반도체기판의 표면에 노출된 게이트 절연층을 식각하는 단계; 상기 산화 스페이서를 마스크로 상기 반도체기판을 식각하여 상기 산화스페이서 아래에 저농도 불순물 영역을 남기는 단계; 상기 산화 스페이서 측벽 및 상기 저농도 불순물 영역의 측벽에 질화실리콘 스페이서를 형성하는 단계; 상기 질화실리콘 스페이서가 형성된 반도체기판을 열산화시키어 반도체기판 표면에 상기 제1 절연층 패턴과 접촉하는 얇은 열산화층을 형성하는 단계; 상기 질화실리콘 스페이서를 제거하는 단계; 상기 질화실리콘 스페이서가 제거된 반도체기판 전면에 폴리실리콘층을 형성하는 단계; 상기 폴리실리콘층이 형성된 반도체기판 전면에 평탄화된 물질층을 형성하는 단계; 상기 평탄화된 물질층을 에치 백(etch back)하여 상기 게이트 패턴 상부와 상기 트렌치 영역 상부의 폴리실리콘층을 노출시키는 단계; 상기 노출된 폴리실리콘층을 식각하여 상기 제1 절연층 패턴과 접촉하는 상기 열산화층 상부에 상기 저농도 불순물 영역의 측벽과 접촉하는 소오스/드레인용 폴리실리콘층을 형성하는 단계; 상기 소오스/드레인용 폴리실리콘층 상부의 평탄화된 물질층을 제거하는 단계; 및 상기 소오스/드레인용 폴리실리콘층에 제2 도전형의 불순물을 상기 제1 도우즈보다 많은 제2 도우즈로 이온주입하여 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 구비하여, 상기 소오스/드레인 영역의 아래에 형성된 얇은 열산화층과 이와 접촉하는 상기 제1 절연층 패턴이 소자분리 영역을 구성하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 얕은 트렌치 영역을 채우는 제1 절연층 패턴의 양 옆에 이와 접촉하는 얇은 열산화층을 형성한 후 그 위에 트랜지스터의 소오스/드레인 영역을 도우핑된 폴리실리콘으로 형성함으로써, 상기 얕은 트렌치 영역의 폭이 매우 좁을지라도 서로 이웃한 두 트랜지스터의 소오스/드레인 영역들 사이의 유효거리를 크게 증가시킬 수 있다.
따라서, 초고집적 반도체장치에 적합한 소자분리 영역을 형성할 수 있는 트랜지스터를 구현할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
제1도 내지 제6도는 본 발명의 실시예에 의한 소자분리 영역의 면적을 감소시킬 수 있는 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
제1도는 제1 도전형의 반도체기판(1)에 복수의 트렌치 영역 및 상기 복수의 트렌치 영역을 채우는 제1 절연층 패턴(3a, 3b)을 형성하는 단계를 도시한 것이다. 먼저, 제1 도전형, 예컨대 P형의 반도체기판(1)의 소정영역을 통상의 방법으로 식각하여 소자분리 영역을 한정하기 위한 복수의 얕은 트렌치 영역을 형성한다. 이때, 상기 제1 도전형의 반도체기판(1)은 P형의 불순물로 도우핑된 우물 영역일 수도 있다.
다음에, 상기 트렌치 영역이 형성된 반도체기판(1) 전면에 상기 트렌치 영역을 채우는 제1 절연층, 예컨대 CVD 산화층을 형성한 후, 이를 평탄화하여 상기 트렌치 영역을 채우는 제1 절연층 패턴(3a, 3b)을 형성함과 동시에 상기 트렌치 영역 사이의 반도체기판(1)을 노출시킨다.
제2도는 게이트 절연층(5), 게이트 패턴, 및 저농도 불순물 영역(11)을 형성하는 단계를 도시한 것이다. 구체적으로, 상기 제1 절연층 패턴(3a, 3b)이 형성된 반도체기판 상에 게이트 절연층(5), 예컨대 열산화층을 형성한 다음, 상기 게이트 절연층(5) 상에 도전층 및 제2 절연층을 차례로 형성시킨다. 여기서, 상기 도전층은 도우핑된 폴리실리콘 또는 도우핑된 폴리실리콘과 텅스텐 실리사이드가 적층된 텅스텐 폴리사이드로 형성하는 것이 바람직하고, 상기 제2 절연층은 질화실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다. 이어서, 상기 제2 절연층 및 상기 도전층을 연속적으로 패터닝하여 상기 제1 절연층 패턴(3a)와 상기 제1 절연층 패턴(3b) 사이의 게이트 절연층(5) 상에 상기 도전층으로 이루어진 게이트 전극(7)과 상기 제2 절연층으로 이루어진 게이트 전극 보호층(9)이 차례로 적층된 게이트 패턴을 형성한다. 여기서, 상기 게이트 전극(7) 상에 상기 게이트 전극 보호층(9)을 형성하는 목적은 후속 열산화 공정시 상기 게이트 전극(7)이 산화되는 것을 방지하기 위함이다. 다음에, 상기 게이트 패턴이 형성된 반도체기판 전면에 상기 게이트 패턴 및 상기 제1 절연층 패턴(3a, 3b)을 마스크로 하여 제2 도전형, 예컨대 N형의 불순물을 제1 도우즈로 이온주입함으로써, 상기 게이트 패턴 양 옆의 반도체기판 표면에 제2 도전형의 저농도 불순물 영역(11)을 형성한다.
제3도는 산호 스페이서(13) 및 그 아래에 저농도 불순물 영역(11a)을 형성하는 단계를 도시한 것이다. 좀 더 상세히, 상기 저농도 불순물 영역(11)이 형성된 반도체기판 전면에 CVD 산화층을 증착한 후, 이를 이방성 식각하여 상기 게이트 패턴 측벽에 산화 스페이서(13)를 형성함과 동시에 상기 게이트 전극 보호층(9) 및 상기 게이트 절연층(5)을 노출시킨다. 다음에, 상기 노출된 게이트 절연층(5)을 식각하여 상기 게이트 전극(7) 및 상기 산화 스페이서(13) 아래에 게이트 절연층 패턴(5a)을 형성함과 동시에 상기 저농도 불순물 영역(11)을 노출시킨다. 이어서, 상기 산화 스페이서(13)를 마스크로 하여 상기 노출된 저농도 불순물 영역(11)을 이방성 식각함으로써 그 아래의 제1 도전형의 반도체기판(1)을 노출시키고 상기 산화 스페이서(13) 아래에 저농도 불순물 영역(11a)을 남긴다. 이때, 상기 트렌치 영역을 채우는 제1 절연층 패턴(3a, 3b)의 측벽 일부가 노출된다.
제4도는 본 발명의 특징요소로서 상기 제1 절연층 패턴(3a, 3b)과 접촉하면서 그 양 옆에 형성되어 소자분리 영역의 일부를 구성하는 얇은 열산화층(17)을 형성하는 단계를 도시한 것이다. 더욱 상세하게, 상기 저농도 불순물 영역(11a)이 형성된 반도체기판 전면에 질화실리콘층을 증착한다. 다음에, 상기 질화실리콘층을 이방성 식각하여 상기 산화 스페이서(13), 상기 게이트 절연층 패턴(5a), 및 상기 저농도 불순물 영역(11a)의 측벽에 질화실리콘 스페이서(15a)를 형성함과 동시에 상기 노출된 제1 절연층 패턴(3a, 3b)의 측벽에 질화실리콘 스페이서(15b)를 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극 보호층(9)이 질화실리콘으로 형성된 경우 게이트 전극 보호층(9)이 함께 제거되지 않도록 상기 질화실리콘층을 과도하게 식각하지 않는다. 이와 같이 상기 질화실리콘 스페이서(15a, 15b)를 형성함으로써, 상기 제1 절연층 패턴(3a, 3b)의 양 옆에 제1 도전형의 반도체기판 표면을 노출시킨다. 이어서, 상기 질화실리콘 스페이서(15a, 15b)가 형성된 반도체기판을 열산화시키어 상기 노출된 제1 도전형의 반도체기판 표면에 상기 제1 절연층 패턴(3a, 3b)과 접하면서 300Å 정도의 두께를 갖는 얇은 열산화층(17)을 형성한다. 이와 같이 형성된 열산화층(17)은 도시된 바와 같이 상기 제1 절연층 패턴(3a, 3b)과 접하도록 형성되어 소자분리 영역의 일부를 구성한다.
제5도는 폴리실리콘층(19) 및 에치 백(etch back)시킨 평탄화된 물질층(21)을 형성하는 단계를 도시한 것이다. 먼저, 상기 질화실리콘 스페이서(15a, 15b)를 인산(H3PO4)용액으로 제거한다. 이때, 상기 게이트 전극 보호층(9)이 질화실리콘으로 형성된 경우 게이트 전극 보호층(9)의 상부가 식각되어 그 두께가 얇아질 수 있다. 따라서, 제2도의 게이트 전극 보호층(9) 형성시 그 두께를 충분히 두껍게 형성하여 상기 질화실리콘 스페이서(15a, 15b) 제거시 상기 게이트 전극(7) 상에 형성된 게이트 전극 보호층(9)이 완전히 제거되지 않도록 한다. 다음에, 상기 질화실리콘 스페이서(15a, 15b)가 제거된 반도체기판 전면에 폴리실리콘층(19)을 증착한 후, 그 위에 평탄화된 물질층, 예컨대 포토레지스트, SOG(spin on glass), 및 고온에서 플로우된 BPSG(borophosphosilicate glass)로 이루어진 일 군에서 선택된 어느 하나를 형성한다. 이어서, 상기 게이트 전극 보호층(9) 상부의 폴리실리콘층(19) 및 상기 제1 절연층 패턴(3a, 3b) 상부의 폴리실리콘층(19)이 노출되도록 상기 평탄화된 물질층을 에치 백(etch back)함으로써, 상기 산화층(17) 상부의 폴리실리콘층(19)을 덮는 평탄화된 물질층(21)을 형성한다. 여기서, 상기 평탄화된 물질층(21)은 도시된 바와 같이 상기 폴리실리콘층(19)의 표면이 가장 낮은 부분에 형성된다.
제6도는 본 발명에 의한 실시예를 완성하는 단계를 도시한 것이다.
구체적으로, 상기 평탄화된 물질층(21)을 식각마스크로 하여 상기 노출된 폴리실리콘층(19)을 식각함으로써, 상기 평탄화된 물질층(21) 아래에 상기 저농도 불순물 영역(11a)의 측벽과 접촉하는 소오스/드레인용 폴리실리콘층(19a)을 형성한다. 이어서, 상기 평탄화된 물질층(21)을 제거한 후, 상기 소오스/드레인용 폴리실리콘층(19a)에 제2 도전형의 불순물을 상기 제1 도우즈보다 높은 제2 도우즈로 이온주입하여 고농도의 불순물로 도우핑된 소오스/드레인 영역을 형성한다. 도시된 바와 같이, 상기 소오스/드레인 영역과 이와 이웃한 트랜지스터의 소오스/드레인 영역(도시하지 않음)은 상기 얕은 트렌치 영역을 채우는 제1 절연층 패턴(3a, 3b) 및 이와 접촉되어 형성된 얇은 산화층(17)에 의해 서로 격리된 상태를 보인다.
상술한 본 발명의 실시예에 의하면, 얕은 트렌치 영역을 채우면서 소자분리 영역의 역할을 하는 제1 절연층 패턴 양 옆에 이와 접촉하는 얇은 산화층을 형성하고 상기 얇은 산화층 상에 트랜지스터의 소오스/드레인 영역을 형성함으로써, 서로 이웃한 두 트랜지스터들의 소오스/드레인 영역 사이의 유효거리(effective distance)를 크게 증가시킬 수 있다. 따라서, 소자분리를 위한 트렌치 영역의 폭 및 깊이를 매우 작게 형성할지라도 상기 얇은 산화층에 의해 소자분리 특성을 크게 개선시킬 수 있다. 다시 말해서, 트렌치 영역의 폭을 작게 형성함으로써 반도체장치의 집적도를 증가시킴은 물론, 트렌치 영역의 깊이를 얕게 형성하여 상기 트렌치 영역에 소자분리를 위한 절연층을 보이드(void) 없이 완전히 채울 수 있다.
본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 가능함은 명백하다.
Claims (4)
- 제1 도전형의 반도체기판의 소정영역에 제1 절연층 패턴으로 채워진 복수의 얕은 트렌치 영역을 형성하는 단계; 상기 트렌치 영역이 형성된 반도체기판 전면에 게이트 절연층을 형성하는 단계; 상기 트렌치 영역들 사이의 게이트 절연층 상에 게이트 전극 및 게이트 전극 보호층이 차례로 적층된 게이트 패턴을 형성하는 단계; 상기 게이트 패턴 양 옆의 반도체기판 표면에 제2 도전형의 불순물을 제1 도우즈로 이온주입하여 저농도 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 게이트 패턴의 양 측벽에 산화 스페이서를 형성하는 단계; 상기 산화 스페이서가 형성된 반도체기판의 표면에 노출된 게이트 절연층을 식각하는 단계; 상기 산화 스페이서를 마스크로 상기 반도체기판을 식각하여 상기 산화 스페이서 아래에 저농도 불순물 영역을 남기는 단계; 상기 산화 스페이서 측벽 및 상기 저농도 불순물 영역의 측벽에 질화실리콘 스페이서를 형성하는 단계; 상기 질화실리콘 스페이서가 형성된 반도체기판을 열산화시키어 반도체기판 표면에 상기 트렌치 영역과 접촉하는 얇은 열산화층을 형성하는 단계; 상기 질화실리콘 스페이서를 제거하는 단계; 상기 질화실리콘 스페이서가 제거된 반도체기판 전면에 폴리실리콘층을 형성하는 단계; 상기 폴리실리콘층이 형성된 반도체기판 전면에 평탄화된 물질층을 형성하는 단계; 상기 평탄화된 물질층을 에치 백(etch back)하여 상기 게이트 패턴 상부와 상기 트렌치 영역 상부의 폴리실리콘층을 노출시키는 단계; 상기 노출된 폴리실리콘층을 식각하여 상기 제1 절연층 패턴과 접촉하는 상기 열산화층 상부에 상기 저농도 불순물 영역의 측벽과 접촉하는 소오스/드레인용 폴리실리콘층을 형성하는 단계; 상기 소오스/드레인용 폴리실리콘층 상부의 평탄화된 물질층을 제거하는 단계; 및 상기 소오스/드레인용 폴리실리콘층에 제2 도전형의 불순물을 상기 제1 도우즈보다 많은 제2 도우즈로 이온주입하여 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 구비하여, 상기 소오스/드레인 영역의 아래에 형성된 얇은 열산화층과 이와 접촉하는 상기 트렌치 영역이 소자분리 영역을 구성하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 절연층 패턴은 CVD 산화층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 게이트 전극 보호층은 질화실리콘으로 형성하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 평탄화된 물질층은 포토레지스트, SOG(spin on glass), 및 BPSG로 이루어진 일군중 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 제조방법.
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