KR0172820B1 - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 256M DRAM급 이상의 반도체소자에서 효과적으로 적용할 수 있는 LDD구조의 MOSFET에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same. The present invention relates to an MOSFET having an LDD structure that can be effectively applied to a semiconductor device of 256 M DRAM or higher.
본 발명은 반도체기판과; 상기 반도체기판의 소정영역 상부에 소정간격 이격되어 각각 형성된 기판과 반대도전형의 저농도 실리콘 단결정층; 상기 저농도 실리콘 단결정층 사이의 기판 상부영역 및 상기 저농도 실리콘 단결정층 전면에 형성된 게이트 절연막; 상기 저농도 실리콘 단결정층 사이의 기판 상부영역 및 상기 저농도 실리콘 단결정층 상부 소정영역에 걸쳐 형성되는 게이트전극; 상기 게이트전극 양단의 상기 저농도 실리콘 단결정층 표면부위에 상기 게이트전극과 소정간격 이격되어 각각 형성된 고농도 소오스 및 드레인을 포함하여 이루어진 반도체소자를 제공함으로써 단채널 효과 및 핫캐리어 특성을 개선하고, 트랜지스터 특성조절을 용이하도록 하며, 트랜지스터 채널길이를 연장시켜 소자의 고집적화를 용이하게 한다.The present invention is a semiconductor substrate; A low-concentration silicon single crystal layer of opposite conductivity type to the substrate formed on the semiconductor substrate at predetermined intervals above the predetermined region; A gate insulating film formed over an upper region of the substrate between the low concentration silicon single crystal layer and the entire surface of the low concentration silicon single crystal layer; A gate electrode formed over an upper region of the substrate between the low concentration silicon single crystal layers and a predetermined region over the low concentration silicon single crystal layer; Improving short channel effect and hot carrier characteristics by providing a semiconductor device including a high concentration source and a drain formed on the surface of the low concentration silicon single crystal layer across the gate electrode and spaced apart from the gate electrode at predetermined intervals, respectively, and controlling transistor characteristics. And the transistor channel length is extended to facilitate the high integration of the device.
Description
제1도는 종래의 LDD구조의 MOSFET 제조방법을 도시한 공정순서도.1 is a process flowchart showing a method for manufacturing a MOSFET of a conventional LDD structure.
제2도는 본 발명에 의한 LDD구조의 MOSFET 단면구조도.2 is a MOSFET cross-sectional structure diagram of the LDD structure according to the present invention.
제3도는 본 발명의 일실시예에 의한 LDD구조의 MOSFET 제조방법을 도시한 공정순서도.3 is a process flowchart showing a method for manufacturing a MOSFET of an LDD structure according to an embodiment of the present invention.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 LDD구조의 MOSFET 제조방법을 도시한 공정순서도.4 is a process flowchart showing a method for manufacturing a MOSFET of an LDD structure according to another embodiment of the present invention.
제5도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LDD구조의 MOSFET 제조방법을 도시한 공정순서도.5 is a process flowchart showing a method for manufacturing a MOSFET of an LDD structure according to still another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
20 : 반도체기판 21 : n-실리콘 단결정층20: semiconductor substrate 21: n - silicon single crystal layer
22 : 포토레지스트패턴 23 : 게이트산화막22 photoresist pattern 23 gate oxide film
24 : 게이트전극 25 : 게이트전극 상부절연막24: gate electrode 25: gate electrode upper insulating film
26 : 측벽스페이서 27 : n+소오스 및 드레인26: sidewall spacer 27: n + source and drain
28 : 절연막 29 : 소오스 및 드레인전극28 Insulation layer 29 Source and drain electrode
본 발명은 반도체소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 고집적도를 요하는 서브마이크론(sub-micron)급 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transist-or)구조 및 이의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a sub-micron-type MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transist-or) structure requiring a high degree of integration and a method of manufacturing the same.
일반적으로 반도체장치의 집적회로는 그 제조에 있어서 고품위의 동작성능(high circuit performance)과 높은 집적도(high density)를 요구한다. 따라서 MOSFET의 경우에는 소자크기를 줄이기 위한 노력의 결과로 반도체 집적회로의 제조기술이 마이크론 단위 이하로 스케일다운(scale down)되었다.In general, integrated circuits of semiconductor devices require high quality of circuit performance and high density in their manufacture. Therefore, in the case of MOSFETs, as a result of efforts to reduce the device size, the manufacturing technology of semiconductor integrated circuits has been scaled down to the micron level.
반도체소자의 축소는 수평 영역(demension)의 축소와 아울러 그에 비례한 수직 영역의 축소가 이루어져야 여러 소자의 특성들과 균형을 이룰수 있다. 즉, 소자의 크기가 줄어 들어 소오스와 드레인 사이의 간격이 가까와지면 원치 않는 소자의 특성변화가 있게 되며, 그 대표적인 것이 단채널효과(short channel effect)이다. 이러한 단채널효과를 해결하려면 수평 스케일다운, 즉 게이트 길이의 축소와 아울러 수직적 스케일다운, 즉 게이트절연막의 두께 그리고 접합의 깊이(junction depth)등을 줄여야 하며, 또한 그에 따라 인가전원(applied voltage)을 낮추고, 반도체기판의 도핑농도를 높여 주고 특히, 채널영역의 불순물 이온들의 주입깊이에 대한 프로파일(dop-ing profile)을 제어하여야 한다. 그러나 반도체소자의 동작전원은 그 소자를 사용하는 전자제품에서 요구하는 전원값을 만족해야 하므로 반도체소자의 디멘젼은 스케일다운되고 있지만, 아직 회로에서 요구하는 동작전원에 대한 전기적 디멘젼은 줄어들지 않고 있다.The reduction of the semiconductor device must be balanced with the characteristics of the various devices only when the horizontal area is reduced and the vertical area is reduced in proportion to the horizontal area. In other words, when the size of the device decreases and the gap between the source and the drain approaches, there is a change in the characteristics of the unwanted device, and the representative short channel effect is a short channel effect. In order to solve this short channel effect, it is necessary to reduce the horizontal scale down, that is, reduce the gate length, and reduce the vertical scale down, that is, the thickness of the gate insulating layer and the junction depth, and accordingly, apply the applied voltage. Lower the doping concentration of the semiconductor substrate, and in particular, control the dop-ing profile of the implantation depth of the impurity ions in the channel region. However, since the operating power of the semiconductor device must satisfy the power value required by the electronic product using the device, the dimension of the semiconductor device is being scaled down, but the electrical dimension of the operating power required by the circuit has not been reduced yet.
반도체장치의 MOS소자, 특히 MOS트랜지스터의 경우는 채널의 길이가 짧아짐에 따라 소오스 및 드레인 사이의 간격이 줄어들게 된다. 따라서 소오스에서 인가된 전자가 드레인접합의 채널방향의 가장자리(pinchoff)근처의 높은 전기장(high electric field)에 의하여 급속히 가속되어 발생하는 핫캐리어(hot carrier)에 취약한 구조를 가지게 되었다(참조: Chenming Huet al., hot-electron-induced MOSFET degradat-ion motal, monitor and improvement, IEEE transactions on electron devices, Vol. ED-32, No.2 (February 1985), pp. 375-385)In the case of MOS devices of semiconductor devices, in particular MOS transistors, the gap between the source and the drain decreases as the channel length becomes shorter. As a result, the electrons applied from the source are vulnerable to a hot carrier which is rapidly accelerated by a high electric field near the pinchoff in the channel direction of the drain junction (see Chenming Huet). al., hot-electron-induced MOSFET degradat-ion motal, monitor and improvement, IEEE transactions on electron devices, Vol.ED-32, No.2 (February 1985), pp. 375-385)
상기 인용한 논문에 의하면 핫캐리어의 불안정성은 짧은 채널의 길이와 높은 인가전압에 기인한 드레인접합 근처에서의 매우 높은 전기장이 원인이다. 이렇게 발생한 핫캐리어(전자)는 게이트절연막을 주입되어 다시 기판전류를 흐르게 된다. 따라서 줄어든 채널길이를 가지며 핫캐리어에 취약한 기존의 NMOS소자구조를 개선한 LDD(L-ightly Doped Drain)구조가 1978년에 제안되었다.According to the paper cited above, the instability of the hot carrier is caused by a very high electric field near the drain junction due to the short channel length and the high applied voltage. The hot carriers (electrons) generated in this way are injected with a gate insulating film to flow the substrate current again. Therefore, in 1978, a L-ightly doped drain (LDD) structure was proposed, which improved the existing NMOS device structure, which has a reduced channel length and is vulnerable to hot carriers.
LDD구조의 특징은 측면 길이가 좁고, 자기정렬된 저농도로 도핑된 n형 영역(n-영역)이 채널과 고농도로 도핑된 n형의 소오스 및 드레인영역(n+영역)사이에 위치한다. 이러한 n-영역이 드레인 접합 근처에서 높은 전기장을 퍼지게(spread-out)하여 높은 인가접압에서도 소오스로부터 인가된 캐리어인 전자가 급격히 가속되지 않게 하는 것으로서, 핫캐리어에 의한 전류의 불안정성을 해결하는 것이다.The characteristic of the LDD structure is that the lateral length is narrow, and the self-aligned lightly doped n-type region (n − region) is located between the channel and the heavily doped n-type source and drain region (n + region). This n − region spreads out a high electric field near the drain junction so that electrons, which are carriers applied from the source, are not accelerated rapidly even at high applied voltages, thereby solving the instability of the current caused by the hot carrier.
1M DRAM급 이상의 집적도를 갖는 반도체소자 제조기술이 연구되면서 LDD구조를 갖는 MOSEFT를 제조하는 다양한 기술들이 제안되었다. 그 중 게이트의 측면에 절연체로 측벽스페이스를 형성하는 방법을 이용한 LDD제조방법이 가장 전형적인 것이며 이 기술이 현재까지 대부분의 양산 기술로 사용되고 있다.As a technology of manufacturing semiconductor devices having an integrated density of 1M DRAM or higher has been studied, various technologies for manufacturing a MOSEFT having an LDD structure have been proposed. Among them, the LDD manufacturing method using the method of forming the sidewall space with the insulator on the side of the gate is the most typical, and this technique has been used for most mass production technology.
제1도는 종래기술에 의한 LDD구조를 갖는 MOSFET의 제조방법을 공정 순서에 따라 도시한 것이다.FIG. 1 shows a method of manufacturing a MOSFET having an LDD structure according to the prior art in the order of a process.
먼저, 제1도(a)와 같이 통상적인 방법으로 실리콘기판(10)위에 활성영역(10a)과 격리영역(10b)을 형성한 후, 전면에 게이트절연막(12)을 형성하고, 그위에 폴리실리콘층(13')과 캡게이트산화막(14')을 차례로 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, the active region 10a and the isolation region 10b are formed on the silicon substrate 10 by a conventional method, and then the gate insulating film 12 is formed on the front surface. The silicon layer 13 'and the capgate oxide film 14' are sequentially formed.
이러서 제1도(b)와 같이 사진식각공정으로 상기 캡게이트산화막과 폴리 실리콘을 패터닝하여 캡게이트산화막(14)과 게이트(13)를 형성한다.Thus, as shown in FIG. 1 (b), the capgate oxide film and the polysilicon are patterned by a photolithography process to form the capgate oxide film 14 and the gate 13.
다음에 제1도(c)와 같이 n-영역(101)을 형성하기 위하여 낮은 도우즈로 낮은 주입에너지에 의해 인(phosphorus)을 이온주입한다.Next, as shown in Fig. 1 (c), phosphorus is implanted at a low dose with low implantation energy to form the n − region 101.
이어서 제1도(d)와 같이 측벽스페이스를 형성하기 위하여 화학기상 증착법(Chcmic-al Vapor Deposition;CVD)으로 실리콘산화막(15)을 기판 전면에 증작한다.Subsequently, in order to form sidewall spaces as illustrated in FIG. 1D, the silicon oxide film 15 is deposited on the entire surface of the substrate by chemical vapor deposition (CVD).
다음에 제1도(e)과 같이 반응성 이온식간(reactive ion etch)기술로 전면을 에치백하여 실리콘산화막(15) 일부를 게이트(13) 및 켑게이트산화막(14) 측면을 잔류시킨다. 이때 게이트로 보호되지 않는 게이트절연막(12)도 식각되어 실리콘기판의 표면이 노출된다. 따라서 실리콘산화막(15) 일부와 게이트절연막(12) 일부로 이루어진 측벽스페이스(15')가 게이트(13) 및 캡게이트산화막(14) 측면에 형성된다.Next, as shown in FIG. 1 (e), the entire surface of the silicon oxide film 15 is etched back by using a reactive ion etch technique, and the side surfaces of the gate 13 and the gate oxide film 14 are left. At this time, the gate insulating film 12 which is not protected by the gate is also etched to expose the surface of the silicon substrate. Therefore, a sidewall space 15 ′ formed of a part of the silicon oxide film 15 and a part of the gate insulating film 12 is formed on the side surface of the gate 13 and the cap gate oxide film 14.
이어서 제1도(f)와 같이 접합의 깊이가 깊고 고농도로 도핑된(n+) 소오스 및 드레인을 형성하기 위하여 높은 도우즈로 n형 불순물을 이온주입하여 소오스 및 드레인(102)을 형성한다. 이때, 게이트 측벽스페이스(15')가 n+소오스 및 드레인을 형성하기 위한 고농도 이온주입시 장벽(barrier)역할을 하게 되므로 게이트 채널(C)과 n+소오스 및 드레인(102)사이에 이러한 고농도 도핑에 의한 영향을 받지 않는 n-접합(101')을 형성할 수 있다. 그러나 상기와 같은 게이트 측벽스페이서를 이용한 LDD소자 제조방법에는 몇가지 문제가 있어 특히 고집적 고품위를 요하는 차세대 반도체소자 제조의 실용화기술로는 부적합하다.Subsequently, the source and drain 102 are formed by ion implanting n-type impurities with a high dose to form a deeply doped junction and a heavily doped (n + ) source and drain as shown in FIG. At this time, the gate side wall space (15 '), so that the high-concentration ion injection when the barrier (barrier) serves to form the n + source and drain of these high-concentration doped in the gate channel (C) and the n + source and drain (102) It is possible to form an n − junction 101 ′ that is not affected by. However, there are some problems in the manufacturing method of the LDD device using the gate sidewall spacer as described above, which is not suitable as a practical technology for manufacturing next-generation semiconductor devices that require high integration and high quality.
즉, 게이트 측벽스페이서 형성을 위한 CVD방법에 의한 산화막 증착 및 에치백공정등의 제조공정이 추가되며, 측벽스페이서 형성을 위한 산화막의 식각시 활성영역의 실리콘기판 표면이 노출되어 오염될 수 있고, 또한 노출된 활성영격이 과도식각, 즉 실리콘기판이 손상되며 이 과도식각된 깊이가 실리콘기판의 위치 및 패턴의 집적도에 따라 서로 다른 양상의 심한 불균일성을 보이므로 반도체소자의 전기적 특성이 위치에 따라 불균일해지게 된다.That is, manufacturing processes such as an oxide film deposition and an etch back process by a CVD method for forming the gate sidewall spacers are added, and the surface of the silicon substrate of the active region may be exposed and contaminated during etching of the oxide film for forming the sidewall spacers. The exposed active impact damages the overetched, ie, the silicon substrate, and the overetched depth shows different unevenness depending on the position of the silicon substrate and the degree of integration of the pattern. You lose.
또한 기판의 식각으로 인하여 실제적인 소오스 및 드레인의 접합깊이가 깊게 되어 채널길이가 0.5μm이하의 MOSFET소자에서는 핫캐리어 특성을 만족시킬 수 없다.In addition, due to the etching of the substrate, the junction depth between the source and the drain is deepened, and thus the MOSFET cannot be satisfied with the hot carrier characteristics in the MOSFET device having a channel length of 0.5 μm or less.
한편, 기존의 플래너형(planar type)의 소오스/드레인접합의 트랜지스터에서, 소오스/드레인접합이 채널쪽으로 확산됨으로 인하여 구조상 마스트상의 게이트 채널길이는 실제적으로 MOSFET상에서 줄어들 수 밖에 없어 근본적으로 256M DRAM급 이상의 MOSFET구조로는 부적합하다.On the other hand, in the conventional planar type source / drain junction transistor, since the source / drain junction is diffused toward the channel, the gate channel length of the mast is actually reduced in the MOSFET, so it is essentially 256M DRAM or more. The MOSFET structure is not suitable.
즉, 소오스/드레인접합을 형성하기 위한 확산공정시 게이트의 하부쪽까지 확산됨으로 인하여 실제로 마스트상에서의 정의한 채널길이에 비해 소오스/드레인접합이 형성된 후의 채널길이는 더 작아지게 된다.That is, since the diffusion to the lower side of the gate during the diffusion process for forming the source / drain junction, the channel length after the source / drain junction is actually formed smaller than the channel length defined on the mast.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 256M DRAM급 이상에서 효과적으로 적용할 수 있는 MOSFET 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a MOSFET and a method of manufacturing the same, which can be effectively applied to 256M DRAM or higher.
상기 목적을 달성하기 위한 보너 발명의 반도체소자는 반도체기판과, 상기 반도체기판의 소정영역 상부에 소장간격 이격되어 각각 형성된 기판과 반대도전형의 저농도 실리콘 단결정층, 상기 저농도 실리콘 단결정층 사이의 기판 상부영역 및 상기 저농도 실리콘 단결정층 전면에 형성된 게이트 절연막, 상기 저농도 실리콘 단결정층 사이의 기판 상부영역 및 상기 저농도실리콘 단결정층 상부 소정영역에 걸쳐 형성되는 게이트전극, 상기 게이트 전극 양단의 상기 저농도 실리콘 단결정층 표면부위에 상기 게이트전극과 소정간격 이격되어 각각 형성된 고농도 소오스 및 드레인을 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, a Bonner invention semiconductor device includes a semiconductor substrate and a substrate formed between a low concentration silicon single crystal layer and a low concentration silicon single crystal layer of opposite conductivity to a substrate formed at a small interval apart from a predetermined region of the semiconductor substrate. A gate insulating film formed over an entire region of the region and the low-concentration silicon single crystal layer, a gate electrode formed over an upper region of the substrate between the low-concentration silicon single crystal layer and a predetermined region over the low-concentration silicon single crystal layer, and a surface of the low-concentration silicon single crystal layer across the gate electrode It includes a high concentration source and a drain formed in the portion spaced apart from the gate electrode at a predetermined interval.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자 제조방법은 반도체기판상에 기판과 반대도전형의 저농도 실리콘 단결정층을 에피택셜 성장시키는 단계와, 상기 저농도 실리콘 단결정층을 선택적으로 식각하여 트랜지스터 채널영역의 기판부위를 노출시키는 단계, 상기 저농도 실리콘 단결정층 및 노출된 기판 상부에 게이트절연막을 형성하는 단계, 상기 트랜지스터 채널영역을 포함한 상기 저농도 실리콘 단결정층 상부의 소정영역에 게이트전극을 형성하는 단계, 상기 게이트전극 측면에 측벽스페이서를 형성하는 단계, 기판과 반대도전형의 불순물을 고농도로 이온주입하여 상기 저농도 실리콘 단결정층 표면부위에 고농도의 소오스 및 드레인접합을 형성하는 단계, 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계, 및 어닐링공정을 실시하는 단계를 포함하여 이루어진다.The semiconductor device manufacturing method of the present invention for achieving the above object is epitaxially grown on the semiconductor substrate and a low concentration silicon single crystal layer of the opposite conductivity type to the substrate, and selectively etching the low concentration silicon single crystal layer of the transistor channel region Exposing a substrate portion, forming a gate insulating film over the low concentration silicon single crystal layer and the exposed substrate, forming a gate electrode on a predetermined region over the low concentration silicon single crystal layer including the transistor channel region, the gate Forming a sidewall spacer on the side of the electrode, implanting impurities of opposite conductivity to the substrate at a high concentration to form a high concentration source and drain junction on the surface of the low concentration silicon single crystal layer, and forming an insulating film on the entire surface of the substrate And performing an annealing process. Than it has done.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
제2도에 본 발명에 의해 MOSFET 단면구조를 도시하였다.2 shows a MOSFET cross-sectional structure according to the present invention.
본 발명의 MOSFET는 p형 반도체기판(20)상의 소정영역에 LDD영역이 되는 n-실리콘 단결정층(21)이 소정간격 이격되어 각각 형성되고, 상기 n-실리콘 단결정층(21) 사이의 기판 상부영역 및 n-저농도 실리콘 단결정층 전면에 게이트 절연막을 형성되고, 상기 n-실리콘 단결정층(21) 사이의 기판 상부영역 및 n-실리콘 단결정층(21) 상부 소정영역에 걸쳐 상기 게이트절연막상에 게이트전극(24)이 형성되며, 상기 게이트전극 양단의 상기 n-실리콘 단결정층(21) 표면부위에 상기 게이트전극과 소정간격 이격되어 각각 형성된 n+소오스 및 들인(27)이 형성된 구조로 되어 있다.In the MOSFET of the present invention, n − silicon single crystal layers 21 serving as LDD regions are formed in predetermined regions on the p-type semiconductor substrate 20, respectively, spaced a predetermined distance apart, and the upper portions of the substrates between the n − silicon single crystal layers 21 are formed. region and the n - is formed a gate insulating film on the low-concentration silicon single crystal layer over the n-gate in the silicon single crystal layer 21 insulating an upper portion of the gate over a predetermined area film-silicon single crystal layer 21, a substrate region and a n between An electrode 24 is formed, and n + source and indents 27 are formed on the surface of the n − silicon single crystal layer 21 on both ends of the gate electrode and are formed at predetermined intervals from the gate electrode.
제3도를 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 MOSFET 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 3 describes a MOSFET manufacturing method according to an embodiment of the present invention as follows.
먼저, 제3도(a)에 도시된 바와 같이 p형 반도체기판(20)에 n-LDD영역 형성을 인하여 인(phosphorus)이 도핑된 n-실리콘 단결정층(21) 에피택셜(epitaxial) 성장시킨다. 이때, 인(P)의 농도는 ∼1018ions/cm2, n-실리콘 단결정층(21)의 두께는 ∼1000Å으로 한다. 이어서 상기 n-실리콘 단결정층(21)상에 게이트 채널영역을 한정하는 포토레지스트패턴(22)을 형성한다. 이어서 제3도(b)에 도시된 바와 같이 상기 포토레지스트패턴(22)을 마스크로 하여 상기 n-실리콘 단결정층(21)을 식각하여 채널영역의 기판을 노출시킨 후, 제3도(c)에 도시된 바와 같이 상기 포토레지스트패턴을 H2SO4/H2O2을 이용하여 제거한 다음, 850℃에서 H2/O2분위기에서 산화공정을 행하여 기판 전면에 100Å정도의 게이트산화막(23)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, epitaxial growth of the n − silicon single crystal layer 21 doped with phosphorus is performed on the p-type semiconductor substrate 20 by forming n − LDD regions. . At this time, the concentration of phosphorus (P) is -10 18 ions / cm 2 , and the thickness of the n - silicon single crystal layer 21 is -1000 Pa. Subsequently, a photoresist pattern 22 defining a gate channel region is formed on the n − silicon single crystal layer 21. Subsequently, as shown in FIG. 3B, the n - silicon single crystal layer 21 is etched using the photoresist pattern 22 as a mask to expose the substrate of the channel region. As shown in FIG. 5, the photoresist pattern is removed using H 2 SO 4 / H 2 O 2, and then subjected to an oxidation process in an H 2 / O 2 atmosphere at 850 ° C., so that a gate oxide film 23 having a thickness of about 100 μs is formed on the entire surface of the substrate. To form.
다음에 제3도(d)에 도시된 바와 같이 기판 전면에 인(P)이 도핑된 n+폴리실리콘을 증착하고 그위에 절연막으로 CVD 산화막(25)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3 (d), n + polysilicon doped with phosphorus (P) is deposited on the entire surface of the substrate, and a CVD oxide film 25 is formed thereon as an insulating film.
이어서 제3도(e)에 도시된 바와 같이 상기 CVD산화막(25)과 n+폴리실리콘층을 사진식각공정을 통해 게이트전극 패턴으로 패터닝하여 게이트전극(24)과 게이트전극 상부절연막(25)을 형성한다. 이때, 게이트전극(24)은 채널영역 양단의 상기 n-실리콘 단결정층(21)와 일정길이만큼 오버랩되어 형성되도록 한다.Subsequently, as shown in FIG. 3E, the CVD oxide layer 25 and the n + polysilicon layer are patterned into a gate electrode pattern through a photolithography process to form the gate electrode 24 and the gate electrode upper insulating layer 25. Form. In this case, the gate electrode 24 overlaps the n − silicon single crystal layer 21 across the channel region by a predetermined length.
다음에 제3도(f)에 도시된 바와 같이 기판 전면에 측벽스페이스 형성을 위해 절연막으로서, 예컨대 CVD산화막을 증착한 후, 이를 반응성 이온식각등의 방법으로 에치백하여 게이트전극(24) 및 게이트전극 상부산화막(25)의 측면을 측벽스페이서(26)를 형성한다. 이어서 n+소오스 및 드레인접합(27)을 형성하기 위하여 As를 5.0X1015ions/cm2, 30KeV의 조건으로 이온주입한다.Next, as shown in FIG. 3 (f), a CVD oxide film is deposited as an insulating film, for example, to form sidewall spaces on the entire surface of the substrate, and then etched back by a method such as reactive ion etching to form a gate electrode 24 and a gate. The sidewall spacer 26 is formed on the side surface of the electrode upper oxide film 25. Subsequently, As is ion implanted under the conditions of 5.0 × 10 15 ions / cm 2 and 30 KeV to form n + source and drain junction 27.
이어서 제3도(g)에 도시된 바와 같이 기판 전면에 절연막(28)으로서, 예컨대 CVD산화막을 형성하고, 870℃정도의 온도에서 어닐링(annealing)공정을 실시한다. 이때, 상기 n-실리콘 단결정층(21)의 불순물이 기판쪽으로 약간(slightly) 자동도핑(auto doping)되어 소오스 및 드레인의 접합이 형성되게 된다.Subsequently, as shown in FIG. 3G, for example, a CVD oxide film is formed as the insulating film 28 on the entire surface of the substrate, and an annealing process is performed at a temperature of about 870 占 폚. At this time, impurities of the n − silicon single crystal layer 21 are lightly auto-doped toward the substrate to form a junction of a source and a drain.
다음에 제3도(h)에 도시된 바와 같이 상기 절연막(28)으로서 CVD산화막을 선택적으로 제거하여 상기 형성된 n+소오스 및 드레인(27)을 노출시키는 콘택홀을 형성한 다음, 그위에 도전층을 형성하고 이를 소정패턴으로 패터닝하여 상기 콘택홀을 통해 n+소오스 및 드레인(27)과 각각 접속되는 소오스 및 드레인전극(29)을 형성함으로써 본 발명에 의한 LDD구조의 MOSFET제조를 완료한다.Next, as shown in FIG. 3 (h), a CVD oxide film is selectively removed as the insulating film 28 to form a contact hole exposing the formed n + source and drain 27, and then a conductive layer thereon. Is formed and patterned in a predetermined pattern to form the source and drain electrodes 29 respectively connected to n + source and drain 27 through the contact hole, thereby completing the manufacture of the MOSFET of the LDD structure according to the present invention.
다음에 제4도를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 MOSFET 제조 방법을 설명한다.Next, a MOSFET manufacturing method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
먼저, 제4도(a)에 도시된 바와 같이 p형 반도체기판(20)상에 보론이 도핑된 p-실리콘 단결정층(30)을 에피택셜 성장시키고 이어서 이위에 인(P)이 도핑된 n-실리콘 단결정층(21)을 성장시킨다.First, as shown in FIG. 4 (a), epitaxially grow a boron-doped p - silicon single crystal layer 30 on the p - type semiconductor substrate 20, and then n doped with phosphorus (P) thereon. -The silicon single crystal layer 21 is grown.
이어서 제4도(b)에 도시된 바와 같이 제2도의 실시예와 동일한 공정을 진행하여 LDD구조의 MOSFET를 제조한다.Subsequently, as shown in FIG. 4 (b), the same process as in the embodiment of FIG. 2 is performed to manufacture a MOSFET having an LDD structure.
상기 제3도의 실시예와 다른 점은 p-실리콘 단결정층(30)을 p형 반도체기판(20)과 n-실리콘 단결정층(21) 사이에 형성하여 트랜지스터 채널이 p-실리콘 단결정층에 의해 연장되도록 한 것이다.The difference from the embodiment of FIG. 3 is that the p - silicon single crystal layer 30 is formed between the p-type semiconductor substrate 20 and the n - silicon single crystal layer 21 so that the transistor channel is extended by the p - silicon single crystal layer. It was made possible.
다음에 제5도를 참조하여 본 발명의 또다른 실시예에 의한 MOSFET 제조방법을 설명한다.Next, referring to FIG. 5, a MOSFET manufacturing method according to still another embodiment of the present invention will be described.
먼버, 제5도(a)에 도시된 바와 같이 p형 반도체기판(20)에 인(phosphorus)이 도핑된 n-실리콘 단결정층(21)을 에피택셜 성장시킨 후, 제5도 (b)에 도시된 바와 같이 채널영역의 상기 n-실리콘 단결정층(21)을 선택적으로 식각하고 이에 따라 노출되는 기판부위를 소정깊이로 식각한 다음, 상기 실시예의 공정과 동일한 공정을 진행하여 게이트산화막(23) 및 게이트전극(24)등을 형성하여 MOSFET를 제조한다. 이와 같이 기판을 일부 식각하여 게이트전극을 기판 표면아래로 리세스(recess)되도록 함으로써 트랜지스터의 채널길이를 연장시킨다.As shown in Fig. 5 (a), after n - silicon single crystal layer 21 doped with phosphorus is epitaxially grown on the p-type semiconductor substrate 20, it is shown in Fig. 5 (b). As shown in the drawing, the n − silicon single crystal layer 21 in the channel region is selectively etched, and thus the exposed substrate portion is etched to a predetermined depth, and then the gate oxide film 23 is subjected to the same process as in the above embodiment. And a gate electrode 24 and the like are fabricated to form a MOSFET. As such, the substrate is partially etched so that the gate electrode is recessed below the substrate surface, thereby extending the channel length of the transistor.
이상 상술한 바와 같이 본 발명은 마스트상의 게이트 패턴이 100% 트랜지스터의 채널로 이용되므로 단채널효과 및 핫캐리어 특성이 현저히 개선된다.As described above, in the present invention, since the gate pattern of the mast is used as the channel of the 100% transistor, the short channel effect and the hot carrier characteristics are remarkably improved.
또한 n-LDD영역이 게이트전극에 충분히 오버랩되어 형성되므로 일정전압 이상에서 발생하는 급격한 핫캐리어 저하(degradation)현상이 개선되며, 도핑농도의 균일성(uniformity) 및 제어특성이 좋은 실리콘 단결정층을 소오스 및 드레인접합으로 이용하므로 트랜지스터의 특성조절이 용이하다.In addition, since the n - LDD region is formed to overlap the gate electrode sufficiently, the sudden hot carrier degradation occurring at a certain voltage or more is improved, and the silicon single crystal layer having good uniformity and control characteristics of doping concentration is improved. And since it is used as a drain junction it is easy to control the characteristics of the transistor.
그리고 소오스 및 드레인과 기판사이의 접합이 플래너 접합을 형성하므로 기존의 굴곡부가 있는 접합에 비하여 접합의 브레이크다운 전압이 크게 향상된다.In addition, since the junction between the source and the drain and the substrate forms a planar junction, the breakdown voltage of the junction is significantly improved as compared with a junction having a bent portion.
또한, n-실리콘 단결정층과 기판상에 p-실리콘 단결정층을 추가함으로써 트랜지스터의 채널길이를 연장시킬 수 있어 소자의 고집적화가 용이하며, 기판을 과도식각하여 게이트전극을 리세스되도록 형성함으로써 역시 채널 길이를 연장시켜 고집적화가 유리한 소자구조를 얻을 수 있다.In addition, by adding an n - silicon single crystal layer and a p - silicon single crystal layer on the substrate, the channel length of the transistor can be extended to facilitate the high integration of the device, and the gate electrode can be recessed by overetching the substrate. By extending the length, it is possible to obtain an element structure in which high integration is advantageous.
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KR1019940031014A KR0172820B1 (en) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | Method of manufacturing semiconductor device |
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1994
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