KR100248507B1 - 소이 트랜지스터 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바디 플로팅 효과를 억제하는 소이 트랜지스터 및 소이 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것으로, 반도체 기판 상에 절연막을 사이에 두고 형성된 반도체 물질층과, 상기 반도체 물질층 상에 게이트 산화막을 사이에 두고 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 양측 하부의 상기 반도체 물질층 내에 형성된 소오스 영역 및 드레인 영역과, 상기 게이트 전극 하부의 상기 반도체 물질층 내에 형성되어 있되, 상기 소오스 영역 및 드레인 영역과 접하도록(abutting) 형성된 채널 영역과, 상기 반도체 물질층과 상기 절연막 사이에 형성되어 있되, 상기 소오스 영역 및 상기 채널 영역의 일부와 접하도록 형성되어, 상기 채널 영역에 모인 홀을 유출시켜 상기 소오스 영역에서 재결합 되도록 하는 도전막과, 상기 반도체 물질층과 상기 절연막 사이에 형성되어 있되, 상기 드레인 영역 및 상기 도전막과 접하도록 형성된 소자 격리막을 포함한다. 이와 같은 반도체 장치 및 그의 제조 방법에 의해서, 소오스 영역 하부에 실리사이드막을 형성함으로써 충격 이온화에 의해 채널 영역에 쌓이는 홀들이 소오스 영역에서 효과적으로 재결합되거나 소오스 영역으로 흐르도록 할 수 있고, 따라서 바디 플로팅 효과를 억제할 수 있다. 또한, 부가적인 불순물 영역을 형성하지 않음으로써 공정을 단순화시킬 수 있고, 칩의 크기를 줄일 수 있다.
Description
본 발명은 소이(SOI; Silicon On Insulator) 트랜지스터 및 소이 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 소오스(source) 영역 하부에 실리사이드막(silicide layer)을 형성함으로써 충격 이온화(impact ionization)에 의해 발생되어 채널 영역(channel region)에 쌓이는 홀들(holes)이 효과적으로 소오스 영역에서 재결합(recombination)되거나 소오스 영역으로 흐르도록 함으로써 플로팅 바디 효과(floating body effect)를 억제하는 소이 트랜지스터 및 소이 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.
소이 기판(SOI wafer)을 사용하는 트랜지스터는 일반적으로 플로팅 바디 효과에 따라 BVDS(Breakdown Voltage between Drain Source)가 열화를 되는 문제점을 갖는다. 그리고, 드레인 전압(drain voltage)이 증가하면서 쓰레스홀드 전압(threshold voltage)이 감소하고 킹크 현상(kink effect)이 발생되는 문제점을 갖는다.
상기 소이 트랜지스터의 문제점을 해결하고자 하는 하나의 방법으로서, 소오스 구조를 변형하여 상기 플로팅 바디 효과를 억제하는 방법이 Hu et al., "SILICON-ON-INSULATOR TRANSISTORS HAVING IMPROVED CURRENT CHARACTERISTICS AND REDUCED ELECTROSTATIC DISCHARGE SUSCEPTIBILITY"(U. S. P 5,489,792, 1996)에 게재된 바 있다.
상기 방법은 소이 NMOS 트랜지스터의 소오스 하부에 p형 불순물 영역을 형성함으로써, 채널 영역에 모인 홀들을 소오스 쪽으로 당겨서 재결합시키고자 하는 시도이다.
그러나, 상기 소오스 영역에 p-n 다이오우드(diode)가 형성되므로, 전류를 양방향으로 흐르게 하기 위해서는 소오스 영역 일 측에 추가적으로 p+형 영역을 형성해야 하므로, 공정이 복잡해지고 칩(chip)의 면적이 증가되는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 소오스 영역 하부에 실리사이드막을 형성함으로써 소이 트랜지스터의 플로팅 바디 효과를 억제할 수 있고, 공정을 단순화시킬 수 있으며, 칩의 면적 증가를 방지할 수 있는 소이 트랜지스터 및 그의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소이 트랜지스터의 구조를 보여주는 단면도;
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 소이 트랜지스터의 제조 방법을 순차적으로 보여주는 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10, 20 : 반도체 물질층, 반도체 기판 12 : 필드산화막
16 : 실리사이드막 18 : 절연막
21 : 게이트 산화막 22 : 게이트 전극
24 : n- 소오스/드레인 영역 25 : 게이트 스페이서
26 : n+ 소오스/드레인 영역 27 : 채널 영역
(구성)
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 소이 트랜지스터는, 반도체 기판 상에 절연막을 사이에 두고 형성된 반도체 물질층(semiconductor material layer)과; 상기 반도체 물질층 상에 게이트 산화막을 사이에 두고 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극 양측 하부의 상기 반도체 물질층 내에 형성된 소오스 영역 및 드레인 영역과; 상기 게이트 전극 하부의 상기 반도체 물질층 내에 형성되어 있되, 상기 소오스 영역 및 드레인 영역과 접하도록(abutting) 형성된 채널 영역과; 상기 반도체 물질층과 상기 절연막 사이에 형성되어 있되, 상기 소오스 영역 및 상기 채널 영역의 일부와 접하도록 형성되어, 상기 채널 영역에 모인 홀을 유출시켜 상기 소오스 영역에서 재결합 되도록 하는 도전막과; 상기 반도체 물질층과 상기 절연막 사이에 형성되어 있되, 상기 드레인 영역 및 상기 도전막과 접하도록 형성된 소자 격리막을 포함한다.
이 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 도전막은, 실리사이드막이다.
이 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 실리사이드막은, TiSi2막이다.
이 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 소자 격리막은, 필드산화막이다.
이 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 소이 트랜지스터는, 상기 게이트 전극 양측에 형성된 게이트 스페이서를 더 포함한다.
이 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 소오스 영역 및 드레인 영역은, 상기 채널 영역과 접하도록 형성된 저농도의 소오스 영역 및 드레인 영역과; 상기 저농도의 소오스 영역 및 드레인 영역의 각각의 일 측에 형성된 고농도의 소오스 영역 및 드레인 영역을 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 소이 트랜지스터의 제조 방법은, 일 반도체 기판의 제 1 면 상에 선택적으로 소자 격리막을 형성하는 단계와; 상기 소자 격리막이 형성되지 않은 상기 일 반도체 기판의 제 1 면 상에 실리사이드막을 형성하는 단계와; 상기 실리사이드막을 포함하여 상기 소자 격리막 상에 절연막을 형성하되, 평탄한 상부 표면을 갖도록 형성하는 단계와; 상기 절연막 상에 다른 반도체 기판을 본딩시키는 단계와; 상기 일 반도체 기판의 제 2 면을 폴리싱 식각 하여 그 두께를 줄이는 단계와; 상기 일 반도체 기판의 제 2 면 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 양측의 상기 일 반도체 기판 내에 상기 실리사이드막 및 상기 소자 격리막과 각각 접하도록 소오스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 게이트 전극 하부의 상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이의 상기 일 반도체 기판은, 채널 영역으로 작용한다.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 소자 격리막은, 필드산화막이다.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 실리사이드막은, 상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이에 모인 홀(hole)을 유출시켜 상기 소오스 영역에서 재결합 되도록 한다.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 실리사이드막은, TiSi2막이다.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 폴리싱 식각 단계는, CMP 공정으로 수행된다.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 소오스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계는, 상기 게이트 전극 양측의 상기 일 반도체 기판 상에 저농도 불순물 이온을 주입하여 상기 일 반도체 기판 내에 저농도의 소오스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 양측에 게이트 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 게이트 스페이서 양측의 상기 일 반도체 기판 상에 고농도 불순물 이온을 주입하여 상기 일 반도체 기판 내에 상기 저농도의 소오스 영역 및 드레인 영역과 접하도록 고농도의 소오스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
(작용)
본 발명에 의한 소이 트랜지스터 및 그의 제조 방법은 소오스 영역 하부에 선택적으로 실리사이드막을 형성함으로써 소이 트랜지스터의 플로팅 바디 효과를 억제한다.
(실시예)
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 신규한 소이 트랜지스터는, 반도체 기판(20) 상에 절연막(18)을 사이에 두고 형성된 반도체 물질층(10)과, 상기 반도체 물질층(10) 내에 형성된 소오스 영역(24a, 26a) 및 드레인 영역(24b, 26b)과, 상기 소오스 영역(24a, 26a) 및 드레인 영역(24b, 26b) 사이에 형성된 채널 영역(27)과, 상기 소오스 영역(24a, 26a) 하부에 형성된 실리사이드막(16)과, 상기 드레인 영역(24b, 26b) 하부에 형성된 필드산화막(12)을 포함한다. 이러한 반도체 장치에 의해서, 충격 이온화에 의해 상기 채널 영역(27)에 모이는 홀(hole)들이 상기 실리사이드막(16)을 통해 유출되어 효과적으로 상기 소오스 영역(24a, 26a)에서 재결합 되도록 함으로써 플로팅 바디 효과를 억제할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소이 트랜지스터의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 소이 NMOS 트랜지스터는, 핸들 웨이퍼(handle wafer)인 반도체 기판(20)과, 반도체 물질층(10)과, 게이트 전극(22)과, 소오스 영역(24a, 26a) 및 드레인 영역(24b, 26b)과, 채널 영역(27)과, 도전막(16)과, 소자 격리막(12)을 포함하여 구성된다.
상기 반도체 물질층(10)은, 상기 반도체 기판(20) 상에 절연막(18)을 사이에 두고 형성되어 있고, 상기 게이트 전극(22)은, 상기 반도체 물질층(10) 상에 게이트 산화막(21)을 사이에 두고 형성되어 있다.
이때, 상기 반도체 기판(20)은 n형 또는 p형으로 형성되며, 상기 반도체 물질층(10)은, 상기 NMOS 트랜지스터의 경우 p형으로 형성된다. 그리고, 상기 절연막(18)은, 소이 기판의 베리드 산화막(buried oxide)으로 작용한다.
상기 소오스 영역(24a, 26a) 및 드레인 영역(24b, 26b)은, 상기 게이트 전극(22) 양측 하부의 상기 반도체 물질층(10) 내에 형성되어 있다.
이때, 상기 소오스 영역(24a, 26a) 및 드레인 영역(24b, 26b)은, 일반적으로 잘 알려진 LDD(Lightly Doped Drain) 구조로 형성될 수 있다. 즉, 상기 채널 영역(27)과 직접 접하도록 형성된 n-형 소오스 영역(24a) 및 드레인 영역(24b)과, 상기 n-형 소오스 영역(24a) 및 드레인 영역(24b)의 각각의 일 측에 형성된 n+형 소오스 영역(26a) 및 드레인 영역(26b)을 포함하도록 형성할 수 있다.
상기 LDD 구조의 소오스 영역(24a, 26a) 및 드레인 영역(24b, 26b)을 형성하는 경우, 상기 n+형 소오스 영역(26a) 및 드레인 영역(26b)을 형성하기 위해 상기 게이트 전극(22) 양측벽에 게이트 스페이서(25)를 더 형성하게 된다.
상기 채널 영역(27)은, 상기 게이트 전극(22) 하부의 상기 반도체 물질층(10) 내에 상기 소오스 영역(24a, 26a) 및 드레인 영역(24b, 26b)과 접하도록 형성되어 있다. 즉, 상기 소오스 영역(24a, 26a)과 드레인 영역(24b, 26b) 사이의 p형 반도체 물질층(10)으로 형성된다.
상기 도전막(16)은, 상기 반도체 물질층(10)과 상기 절연막(18) 사이에 형성되어 있되, 상기 소오스 영역(24a, 26a)과, 상기 채널 영역(27)의 일부와 접하도록 형성되어 있다. 그리하여, 충격 이온화에 의해 발생되어 상기 채널 영역(27)에 모인 홀들이 상기 도전막(16)을 통해 유출되어 효과적으로 상기 소오스 영역(24a, 26a)에서 재결합 되도록 한다.
이때, 상기 도전막(16)은, TiSi2등의 내열 금속 실리사이드막(16)이다.
상기 소자 격리막(12)은, 상기 반도체 물질층(10)과 상기 절연막(18) 사이에 형성되어 있되, 상기 드레인 영역(24b, 26b) 및 상기 도전막(16)과 접하도록 형성되어 있다.
상술한 바와 같은 소이 트랜지스터의 제조 방법은 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소이 NMOS 트랜지스터의 제조 방법은 먼저, 일 반도체 기판(10)의 일 면 상에 선택적으로 소자 격리막(12)인 필드산화막(12)을 형성한다.
이때, 상기 필드산화막(12)은, 이 분야에서 잘 알려진 LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon) 방법으로 형성된다.
다음, 상기 필드산화막(12)을 포함하여 상기 일 반도체 기판(10)의 일 면 상에 Ti 막(14)과 같은 내열 금속막(refractory metal layer)을 형성한다.
그리고, 도 3에 있어서, 상기 Ti 막(14)을 열처리하여 상기 필드산화막(12)이 형성되지 않은 상기 일 반도체 기판(10) 상에 선택적으로 TiSi2실리사이드막(16)이 형성되도록 하고, 상기 TiSi2실리사이드막(16)이 형성되지 않은 영역 즉, 필드산화막(12) 상의 미반응 금속막을 제거한다.
상기 TiSi2실리사이드막(16)을 포함하여 상기 필드산화막(12) 상에 절연막(18) 예를 들어, 저온 산화막을 형성한다. 이때, 상기 절연막(18)은, 소이 기판의 베리드 산화막으로서 평탄한 상부 표면을 갖도록 형성된다.
이어서, 도 4를 참조하면, 상기 절연막(18) 상에 다른 반도체 기판(20)을 본딩(bonding) 시켜 상기 일 반도체 기판(10)과 결합시킨다. 이때, 상기 본딩 후의 열처리는 상기 TiSi2실리사이드막(16)의 열화를 방지하기 위해 저온에서 수행되도록 한다.
도 5에 있어서, 상기 일 반도체 기판(10)의 다른 면을 그라인딩(grinding) 및 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 등의 폴리싱(polighing) 식각 방법으로 식각 하여 상기 일 반도체 기판(10)의 두께가 원하는 두께가 되도록 한다.
그리고, 상기 일 반도체 기판(10)의 다른 면 상에 게이트 산화막(21) 및 게이트 전극(22)을 형성한다.
상기 게이트 전극(22) 양측의 상기 일 반도체 기판(10) 상에 저농도 n형 불순물 이온을 주입하여 n-형 소오스 영역(24a) 및 드레인 영역(24b)을 형성하되, 상기 n-형 소오스 영역(24a)은 상기 TiSi2실리사이드막(16)과 접하고, 상기 n-형 드레인 영역(24b)은 상기 필드산화막(12)과 접하도록 형성한다.
이때, 상기 n-형 소오스 영역(24a) 및 드레인 영역(24b) 사이의 p형 영역은 채널 영역(27)으로 작용한다.
마지막으로, 상기 게이트 전극(22)의 양측벽에 게이트 스페이서(25)를 형성하고, 상기 게이트 스페이서(25) 양측의 상기 일 반도체 기판(10) 상에 고농도 n형 불순물 이온을 주입하여 상기 n-형 소오스 영역(24a) 및 드레인 영역(24b)의 각각의 일 측에 n+형 소오스 영역(26a) 및 드레인 영역(26b)을 형성하면 도 6에 도시된 바와 같이, 소이 NMOS 트랜지스터가 형성된다.
상술한 바와 같은 소이 NMOS 트랜지스터는, 충격 이온화에 의해 발생되어 상기 채널 영역(27)에 모이는 홀들이 효과적으로 상기 소오스 영역(24a, 26a)에서 재결합 되도록 한다.
이것은 상기 채널 영역(27)과 소오스 영역(24a, 26a)에 대한 p-n 접합의 장벽 높이(barrier height) 보다 상기 채널 영역(27)에 대한 TiSi2실리사이드막(16)의 장벽 높이가 상대적으로 낮고, 상기 TiSi2실리사이드막(16)과 상기 소오스 영역(24a, 26a)이 옴성 접촉(ohmic contact)으로 형성되어 있기 때문에 상기 채널 영역(27) 내의 홀들이 효과적으로 제거되도록 한다. 즉, 상기 소오스 영역(24a, 26a)에서 재결합됨과 아울러, 상기 TiSi2실리사이드막(16)에서 상기 n+형 소오스 영역(26a)으로 흐르도록 한다.
본 발명은 소오스 영역 하부에 실리사이드막을 형성함으로써 충격 이온화에 의해 채널 영역에 쌓이는 홀들이 효과적으로 소오스 영역에서 재결합되거나 소오스 영역으로 흐르도록 할 수 있고, 따라서 플로팅 바디 효과를 억제할 수 있다. 또한, 부가적인 불순물 영역을 형성하지 않음으로써 공정을 단순화시킬 수 있고, 칩의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.
Claims (13)
- 반도체 기판 상에 절연막을 사이에 두고 형성된 반도체 물질층(semiconductor material layer)과;상기 반도체 물질층 상에 게이트 산화막을 사이에 두고 형성된 게이트 전극과;상기 게이트 전극 양측 하부의 상기 반도체 물질층 내에 형성된 소오스 영역 및 드레인 영역과;상기 게이트 전극 하부의 상기 반도체 물질층 내에 형성되어 있되, 상기 소오스 영역 및 드레인 영역과 접하도록(abutting) 형성된 채널 영역과;상기 반도체 물질층과 상기 절연막 사이에 형성되어 있되, 상기 소오스 영역 및 상기 채널 영역의 일부와 접하도록 형성되어, 상기 채널 영역에 모인 홀을 유출시켜 상기 소오스 영역에서 재결합 되도록 하는 도전막과;상기 반도체 물질층과 상기 절연막 사이에 형성되어 있되, 상기 드레인 영역 및 상기 도전막과 접하도록 형성된 소자 격리막을 포함하는 소이 트랜지스터.
- 제 1 항에 있어서,상기 도전막은, 실리사이드막인 소이 트랜지스터.
- 제 1 항에 있어서,상기 실리사이드막은, TiSi2막인 소이 트랜지스터.
- 제 1 항에 있어서,상기 소자 격리막은, 필드산화막인 소이 트랜지스터.
- 제 1 항에 있어서,상기 소이 트랜지스터는, 상기 게이트 전극 양측에 형성된 게이트 스페이서를 더 포함하는 소이 트랜지스터.
- 제 1 항에 있어서,상기 소오스 영역 및 드레인 영역은, 상기 채널 영역과 접하도록 형성된 저농도의 소오스 영역 및 드레인 영역과;상기 저농도의 소오스 영역 및 드레인 영역의 각각의 일 측에 형성된 고농도의 소오스 영역 및 드레인 영역을 포함하는 소이 트랜지스터.
- 일 반도체 기판의 제 1 면 상에 선택적으로 소자 격리막을 형성하는 단계와;상기 소자 격리막이 형성되지 않은 상기 일 반도체 기판의 제 1 면 상에 실리사이드막을 형성하는 단계와;상기 실리사이드막을 포함하여 상기 소자 격리막 상에 절연막을 형성하되, 평탄한 상부 표면을 갖도록 형성하는 단계와;상기 절연막 상에 다른 반도체 기판을 본딩시키는 단계와;상기 일 반도체 기판의 제 2 면을 폴리싱 식각 하여 그 두께를 줄이는 단계와;상기 일 반도체 기판의 제 2 면 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계와;상기 게이트 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와;상기 게이트 전극 양측의 상기 일 반도체 기판 내에 상기 실리사이드막 및 상기 소자 격리막과 각각 접하도록 소오스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하는 소이 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 게이트 전극 하부의 상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이의 상기 일 반도체 기판은, 채널 영역으로 작용하는 소이 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 소자 격리막은, 필드산화막인 소이 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 실리사이드막은, 상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이에 모인 홀(hole)을 유출시켜 상기 소오스 영역에서 재결합 되도록 하는 소이 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 실리사이드막은, TiSi2막인 소이 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 폴리싱 식각 단계는, CMP 공정으로 수행되는 소이 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 소오스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계는, 상기 게이트 전극 양측의 상기 일 반도체 기판 상에 저농도 불순물 이온을 주입하여 상기 일 반도체 기판 내에 저농도의 소오스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계와;상기 게이트 전극 양측에 게이트 스페이서를 형성하는 단계와;상기 게이트 스페이서 양측의 상기 일 반도체 기판 상에 고농도 불순물 이온을 주입하여 상기 일 반도체 기판 내에 상기 저농도의 소오스 영역 및 드레인 영역과 접하도록 고농도의 소오스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하는 소이 트랜지스터의 제조 방법.
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