KR100260688B1 - Mosfet with raised sti isolation self-aligned to the gate stack - Google Patents
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Abstract
본 발명은 융기된 분리 구조체(raised isolation structures)(즉, STI)에 의해 경계지정된 제 1 및 제 2 에지(edges)를 갖는 게이트 도전체를 구비하는 트랜지스터를 포함하는 반도체 구조체에 관한 것이다. 소스 확산부는 게이트 전극의 제 3 에지에 대해 자기 정렬되고, 드레인 확산부는 게이트 전극의 제 4 에지에 대해 자기 정렬된다.The present invention relates to a semiconductor structure comprising a transistor having gate conductors having first and second edges bounded by raised isolation structures (ie, STIs). The source diffusion is self aligned with respect to the third edge of the gate electrode and the drain diffusion is self aligned with respect to the fourth edge of the gate electrode.
Description
본 발명은 전반적으로 반도체 분리 기술에 관한 것이다. 상세하게는, 반도체의 표면 위에 융기된 절연 재료 내의 얕은 트렌치 분리(shallow trench isolation ; STI) 구조체에 관한 것이다. 특히, DRAM 셀(cell) 내에서 누설을 감소시키는 트랜지스터용 분리 구조체에 관한 것이다.The present invention relates generally to semiconductor isolation techniques. Specifically, it relates to shallow trench isolation (STI) structures in insulating material raised above the surface of a semiconductor. In particular, it relates to isolation structures for transistors that reduce leakage in DRAM cells.
현대의 CMOS 기술에서는 트렌치들에 의해 서로 인접하거나 경계가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 채용한다. 트렌치들은 얕은 트렌치 분리(STI)용으로 사용되거나 또는 트렌치 캐퍼시터에 대한 위치를 제공한다.Modern CMOS technology employs field effect transistors that are adjacent or bordered by trenches. The trenches are used for shallow trench isolation (STI) or provide a location for the trench capacitor.
기생 누설 경로(parasitic leakage paths)는 트렌치의 타입 중 하나인 에지 혹은 코너(corner)쪽으로 반도체 소자를 근접시키는 것에 의해 생성된다. 티. 프루카와(T. Furukawa) 및 제이. 에이. 만델만(J. A. Mandelman)에 의한 논문 "Process and Device Simulation of Trench Isolation Corner Parasitic Device", Proceedings of the Electrochemical Society Meeting, October 9-14, 1988에 개시된 하나의 누설 메카니즘에서는, 트렌치 코너 근방의 게이트 전계의 증대로 인해 기생 누설 경로가 발생한다. 코너의 곡률 반경이 작고 게이트 도체가 근접하면 전계가 증대된다. 프로세싱시에 코너가 뾰족하게 되고 코너 근방의 게이트 유전체층이 박막화하면 문제가 악화될 수 있다. 또한, 코너 전계 증대에 대한 가장 나쁜 시나리오는, 게이트 도체층이 트렌치 코너를 랩어라운드 하는 것이다. 이러한 것은 분리 트렌치를 형성함에 따라 산화물을 에칭하는 동안 분리 트렌치 내에 산화물 충진물(fill)이 실리콘 표면 아래에서 오목하게 될 때 발생한다.Parasitic leakage paths are created by bringing the semiconductor device closer to an edge or corner, which is one of the types of trenches. tea. T. Furukawa and Jay. a. In one leakage mechanism disclosed by JA Mandelman in "Process and Device Simulation of Trench Isolation Corner Parasitic Device", Proceedings of the Electrochemical Society Meeting, October 9-14, 1988, the gate electric field near the trench corner The increase results in a parasitic leakage path. If the corner radius of curvature is small and the gate conductor is close, the electric field increases. The problem may be exacerbated by sharpening of corners during processing and thinning of the gate dielectric layer near the corners. Also, the worst case scenario for corner field increase is that the gate conductor layer wraps around the trench corners. This occurs when the oxide fill in the isolation trench becomes concave below the silicon surface during etching of the oxide as it forms the isolation trench.
전계가 증대된 결과, 코너는 반도체 소자의 평탄한 부분보다 낮은 임계 전압(Vt)을 갖는다. 따라서, 전류 전도(current conduction)에 대한 병렬 경로가 형성된다. 그러나, 현대 기술에 사용되는 반도체 소자 폭에 있어서, 반도체 소자의 상부의 평탄한 부분이 대부분의 온-전류(on-current)를 전송한다. 트렌치 코너 전도는 통상적으로 부임계(subthreshold) 누설 전류에 대해서만 기여하는 기생(parasitic) 전류이다. 코너를 따라 흐르는 이러한 기생 누설 전류는 협폭(narrow) MOSFET의 부임계 전류 곡선에서의 언덕부분으로서 가장 쉽게 알 수 있다.As a result of the increased electric field, the corner has a threshold voltage Vt lower than that of the flat portion of the semiconductor device. Thus, parallel paths to current conduction are formed. However, in the semiconductor device width used in modern technology, the flat portion of the upper portion of the semiconductor device transmits most of the on-current. Trench corner conduction is a parasitic current that typically only contributes to subthreshold leakage currents. This parasitic leakage current flowing along the corner is most easily known as the hill in the subcritical current curve of the narrow MOSFET.
앙드레 브리앙(Andres Bryant), 더블유. 하엔쉬(W. Haensch), 에스. 게이슬러(S. Geissler), 잭 만델만(Jack Mandelman), 디. 포인덱스터(D. Poindexter), 엠. 스테거(M. Steger)에 의해 1993년 8월에 개시된 논문 "The Current-Carrying Corner Inherent to Trench Isolation", IEEE Electron Device Letters, Vol. 14, No. 8에서와 같이, 고 밀도를 달성하기 위해 협채널 폭을 필요로 하는 DRAM과 같은 응용에 있어서, 코너 소자가 온-전류를 좌우하는 경우도 있다. 이러한 병렬 전류 전송 코너 소자는, 낮은 대기 전력(standby power)의 논리 회로 응용에서 대기 전류(standby current)와 DRAM 셀에서의 누설 전류에 대한 주된 MOSFET 기여자가 된다. 더욱이, 코너에서의 전계 집중(field crowding)으로 인해 전계가 증대되면 유전체층 보전에 영향을 줄 우려가 있다.Andre Bryant, W. W. Haensch, S. S. Geissler, Jack Mandelman, D. D. Poindexter, M. "The Current-Carrying Corner Inherent to Trench Isolation", published in August 1993 by M. Steger, IEEE Electron Device Letters, Vol. 14, No. As in 8, in applications such as DRAMs that require narrow channel widths to achieve high density, corner devices often dominate on-current. This parallel current transfer corner element is a major MOSFET contributor to standby current and leakage current in DRAM cells in low standby power logic circuit applications. Moreover, increased field due to field crowding at corners may affect dielectric layer integrity.
디. 포티(D. Foty), 제이. 만델만(J. Mandelman), 티. 푸루카와(T. Furukawa)에 의해 1989년 10월에 발표된 "Behavior of an NMOS Trench-Isolated Corner Parasitic Device at Low Temperature", Proceedings of the Electrochemical Society Meeting 논문에서, 코너 기생 소자는 온도가 감소함에 따라 평탄한 부임계 곡선만큼 그 성능이 개선되지는 않음을 제시하였다. 따라서, 코너 기생 소자는 낮은 온도에서 평탄한 소자에 비해 많은 문제점이 발생할 수 있다.D. D. Foty, J. J. Mandelman, T. In the paper "Behavior of an NMOS Trench-Isolated Corner Parasitic Device at Low Temperature", published in October 1989 by T. Furukawa, in the Proceedings of the Electrochemical Society Meeting, It is suggested that the performance is not improved by the flat subcritical curve. Therefore, the corner parasitic elements may have many problems compared to the flat elements at low temperatures.
이러한 코너 누설 전류의 문제점은 통상적으로 임계 맞춤(tailor) 주입 도우즈(dose)를 증가시킴으로써 제어되지만, 이것은 소자 성능을 저하시킬 수 있다. 따라서, 코너 누설 전류를 제어하기 위한 다른 방안이 필요하다.This problem of corner leakage current is typically controlled by increasing the critical injection dose, but this can degrade device performance. Therefore, another method for controlling corner leakage current is needed.
티. 이시지마 등(T. Ishijima et al.)에 의한 논문 "A Deep-Submicron Isolation Technology with T-shaped Oxide(TSO) Structure", Proceedings of the IEDM, 1990, p. 257에는, 트렌치 측벽 변환의 문제점이 개시되어 있다. 이 논문은 분리 트렌치의 코너에 인접한 T 형 산화물을 형성하기 위한 정렬된 포토마스크의 쌍 및 트렌치의 측벽을 따라 채널 정지 붕소 주입(a channel stop boron implant)의 사용에 대해 개시하고 있다. 개시된 분리 구조체는 트렌치 측벽으로부터 소자를 제거하고 그 측벽을 따라서 Vt를 상승시키기 위해 붕소를 공급한다. 그러나, 이러한 투-마스크-앤드-임플랜트(two-mask-and-implant) 체계 내에 포토마스크 정렬의 공차(tolerances)가 포함될 때는 분리부가 확장되어 이러한 해결 방법이 바람직하지 않게 된다. 엠. 엠. 알마코스트 등(M. M. Armacost et al.)에 의해 현재 계류중인 특허출원 "A Corner Protected Shallow Trench Isolation Device"에는 분리부를 확장시키지 않으면서 코너를 보호하는 방안이 제공되지만, 근본적인 문제점인 코너가 뾰족하게 되는 문제와 산화물이 박막화하는 문제가 여전히 존재한다. 따라서, 코너 기생 전류를 제어하기 위한 개선된 수단이 필요하며, 이는 다음의 발명에 의해 제공된다.tea. "A Deep-Submicron Isolation Technology with T-shaped Oxide (TSO) Structure" by T. Ishijima et al., Proceedings of the IEDM, 1990, p. 257 discloses the problem of trench sidewall conversion. This paper describes the use of a channel stop boron implant along the sidewalls of trenches and aligned pairs of photomasks to form T-type oxides adjacent to the corners of the isolation trenches. The disclosed isolation structure supplies boron to remove the device from the trench sidewalls and raise Vt along the sidewalls. However, when these two-mask-and-implant schemes include tolerances of photomask alignment, the separation extends, making this solution undesirable. M. M. The patent pending "A Corner Protected Shallow Trench Isolation Device", currently pending by MM Armacost et al., Provides a way to protect the corners without expanding the separation, but the corner problem is a sharp point. The problem and the problem of thinning oxide still exist. Thus, there is a need for improved means for controlling corner parasitic currents, which is provided by the following invention.
본 발명의 목적은 소자의 성능을 저하시키지 않으면서 반도체 소자 코너의 누설 전류를 방지하는 것이다.An object of the present invention is to prevent leakage current at the corners of a semiconductor element without degrading the performance of the element.
본 발명의 다른 목적은 게이트 도체층이 트렌치 코너를 랩 어라운드 하는 것을 방지하는 것이다.Another object of the present invention is to prevent the gate conductor layer from wrapping around the trench corners.
본 발명의 다른 목적은 코너에 인접한 게이트 유전체층이 박막화하는 것을 방지하는 것이다.Another object of the present invention is to prevent the gate dielectric layer adjacent to the corner from thinning.
본 발명의 다른 목적은 코너가 뾰족하게 되는 것을 방지하는 것이다.Another object of the present invention is to prevent corners from being sharpened.
본 발명의 또 다른 목적은 분리된 배선 레벨 상에 형성된 게이트 도체층의 개별적인 세그먼트와 스페이서 레일(a spacer rail) 형태의 게이트 커넥터를 구비하는 트랜지스터를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a transistor having individual segments of the gate conductor layer formed on separate wiring levels and a gate connector in the form of a spacer rail.
본 발명의 또 다른 목적은 게이트 도체층이 능동 소자 영역에 한정되고 분리부가 게이트 도체층에 대해 자기 정렬되도록 하는 것이다.Yet another object of the present invention is to allow the gate conductor layer to be confined to the active device region and the separator self-aligned with respect to the gate conductor layer.
본 발명의 또 다른 목적은 트랜지스터 어레이의 개별적인 게이트 세그먼트를 상호접속하는, 미소 크기(subminimum dimension)의 도전성 스페이서 레일인 배선 레벨을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a wiring level that is a subminimum dimension conductive spacer rail that interconnects the individual gate segments of the transistor array.
본 발명의 이러한 목적은 박막 유전체 상에 개별적인 게이트 도체층의 세그먼트를 포함하는 게이트를 구비한 트랜지스터를 포함하는 반도체 구조체에 의해 달성된다. 게이트 도전체는 박막 유전체와 실질적으로 동시에 확장된다. 게이트 도전체는 서로 마주보는 제 1 및 제 2 에지와, 서로 마주보는 제 3 및 제 4 에지를 갖는 상부 표면을 구비한다. 융기된 분리부는 게이트 도전체의 제 1 및 제 2 에지를 경계지정한다. 소스는 제 3 에지에 대해 자기 정렬되고 드레인은 제 4 에지에 대해 자기 정렬된다. 도전성 배선 레벨은 상부 표면과 접촉하고 있다.This object of the invention is achieved by a semiconductor structure comprising a transistor having a gate comprising segments of individual gate conductor layers on a thin film dielectric. The gate conductor extends substantially simultaneously with the thin film dielectric. The gate conductor has a top surface having first and second edges facing each other and third and fourth edges facing each other. The raised separator bounds the first and second edges of the gate conductor. The source is self aligned with respect to the third edge and the drain is self aligned with respect to the fourth edge. The conductive wiring level is in contact with the top surface.
본 발명의 또 다른 양상은, 상부 표면을 가지며, 게이트 유전체층과 게이트 도전체층을 포함하는 게이트 스택을 구비하는 기판을 제공하는 단계와, 상기 게이트 스택의 제 1 부분을 제거하고 상기 기판에 트렌치를 에칭하여 융기된 분리부를 노출시키는 단계와, 상기 게이트 스택의 상부 표면에 절연체를 침착시키고 이를 평탄화하는 단계와, 소스/드레인 영역을 위해 상기 게이트 스택의 제 2 부분을 제거하고 상기 소스/드레인 영역에 인접하여 상기 게이트 스택의 측벽을 노출시키는 단계와, 상기 게이트 스택의 노출된 측벽에 인접하여 스페이서를 형성시키는 단계와, 상기 소스/드레인 영역의 노출된 부분에 소스/드레인 확산부를 형성시키는 단계를 포함하는 FET 형성 방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the invention provides a substrate having a top surface, the substrate having a gate stack comprising a gate dielectric layer and a gate conductor layer, removing a first portion of the gate stack and etching a trench in the substrate. Exposing a raised separator, depositing and planarizing an insulator on the top surface of the gate stack, removing a second portion of the gate stack for a source / drain region and adjoining the source / drain region. Exposing sidewalls of the gate stack, forming spacers adjacent the exposed sidewalls of the gate stack, and forming source / drain diffusions in the exposed portions of the source / drain regions. It is to provide a method of forming a FET.
본 발명의 이러한 목적과, 특징과, 이점은 도면과 설명으로부터 분명해질 것이다.These objects, features and advantages of the invention will be apparent from the drawings and description.
본 발명의 전술한 목적과, 특징과, 이점은 첨부된 도면에 도시된 바로서, 이하 본 발명의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.The foregoing objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the invention, as illustrated in the accompanying drawings.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 제 1 양상의 반도체 구조체를 제조하기 위한 프로세스에 있어서 몇몇 단계에서의 구조체를 도시하는 단면도.1 through 8 are cross-sectional views showing the structure at some stages in the process for manufacturing the semiconductor structure of the first aspect of the present invention.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 제 2 양상의 반도체 구조체를 제조하기 위한 프로세스에 있어서 몇몇 단계에서의 구조체를 도시하는 단면도.9-13 are cross-sectional views showing the structure at some stages in the process for manufacturing the semiconductor structure of the second aspect of the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 기판 14 : 게이트 유전체층10
16 : 게이트 도전체 18 : 게이트 캡 유전체16: gate conductor 18: gate cap dielectric
20 : 융기된 깊은 트렌치 30 : 융기된 STI20: Raised Deep Trench 30: Raised STI
36 : 스페이서 44 : 그루브36: spacer 44: groove
본 발명은 게이트 도전체의 개별적인 세그먼트로부터 형성된 게이트를 구비하는 트랜지스터를 제공한다. 이 게이트 도전체는 박막 게이트 유전체층을 구비한 능동 소자 영역으로 한정된다. STI는 게이트 도전체에 대하여 자기 정렬된다. 게이트 유전체층과 게이트 도전체는 분리 트렌치가 에칭되기 이전에 웨이퍼 상에 블랭킷층(blanket layers)으로서 형성되므로, 코너가 뾰족하게 되고 게이트 유전체층이 박막화하는 것을 피할 수 있다. 도전성 배선 레벨은 이러한 세그먼트 게이트와 접촉하고, 그 배선 레벨은 측벽을 따라 도전체의 방향성 에칭에 의해 형성되는 결과로서 미소 크기로 될 수 있다.The present invention provides a transistor having a gate formed from an individual segment of a gate conductor. This gate conductor is limited to an active device region having a thin film gate dielectric layer. STI is self aligned with respect to the gate conductor. The gate dielectric layer and gate conductor are formed as blanket layers on the wafer before the isolation trenches are etched, so that corners are sharpened and the gate dielectric layer is avoided from thinning. The conductive wiring level is in contact with this segment gate, and the wiring level can be microscopically sized as a result of directional etching of the conductor along the sidewalls.
STI 및 이를 형성하기 위한 프로세스는 본 명세서에서 참조로서 인용된 대쉬 등(Dash et al.)에 의한 미국 특허 제 5,173,439 호에 개시되어 있다.STIs and processes for forming them are disclosed in US Pat. No. 5,173,439 by Dash et al., Which is incorporated herein by reference.
본 명세서에서 사용되는 "수평(horizontal)"이란 용어는 반도체 칩이 실제로 갖는 방향과는 상관없이 반도체 칩 혹은 웨이퍼의 통상적인 평탄면에 대하여 평행한 평면으로서 정의한다. "수직(vertical)"이란 용어는 위에서 정의한 수평면과 수직인 방향을 가리킨다. "위(on)", "측(side)"("측벽(sidewall)"에서 사용됨), "높은(higher)", "낮은(lower)", "위(over)", "아래(under)"와 같은 전치사는 반도체 칩이 실제로 갖는 방향과는 상관없이 반도체 칩 혹은 웨이퍼의 상부면 상에 형성되는 통상적인 평탄한 표면에 관해서 정의된다.As used herein, the term "horizontal" is defined as a plane parallel to the conventional planar surface of the semiconductor chip or wafer, regardless of the direction the semiconductor chip actually has. The term "vertical" refers to a direction perpendicular to the horizontal plane defined above. "On", "side" (used in "sidewall"), "higher", "lower", "over", "under" Prepositions, such as ", are defined with respect to a conventional flat surface formed on the top surface of the semiconductor chip or wafer, regardless of the direction the semiconductor chip actually has.
도 1-13에 예시된 프로세스 단계에서 사용된 단결정 반도체 웨이퍼는 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소화물(gallium arsenide) 같은 재료로부터 형성된다. 실리콘이 가장 널리 사용되고 그 에칭 특성의 대부분이 알려져 있기 때문에, 이하의 실시예에서 실리콘이 사용될 것이다. 웨이퍼는 이하 설명되는 프로세스 시퀀스에 투입되기 이전에 주입(implants), 확산(diffusion), 산화(oxidation) 및 다른 프로세스 단계를 이미 거쳤을 수도 있다.The single crystal semiconductor wafer used in the process steps illustrated in FIGS. 1-13 is formed from materials such as silicon, germanium, gallium arsenide. Since silicon is the most widely used and most of its etching properties are known, silicon will be used in the following examples. The wafer may already have undergone implants, diffusion, oxidation, and other process steps before being introduced into the process sequences described below.
도 1-8은 본 발명의 일 양상에 따른 트랜지스터 혹은 DRAM 셀을 제조하는 프로세스의 단계들을 도시한다. 이제, 도 1을 참조하면, 기판(10) 상에서 칩의 확장된 부분 혹은 실질적으로 전체 칩을 포함할 수 있는 영역 내에서 "블랭킷(blanket)" Vt 채널 주입이 수행된다. 예를 들어 소자들의 어레이가 형성되면, 블랭킷 주입 영역이 실질적으로 어레이의 전체 영역을 포함하게 된다. 이어서, 동일 영역 내에 게이트 유전체층(14), 게이트 도전체(16), 게이트 캡(cap) 유전체(18)를 포함하는 일련의 층으로부터 게이트 스택(12)이 형성된다. 먼저, 블랭킷 게이트 유전체(14)가 열성장되거나 혹은 침착된다. 다음에, 게이트 도전체(16)가 블랭킷 침착된다. 게이트 도전체(16)는 폴리실리콘으로 형성된다. 게이트 도전체(16)는 적절한 게이트 도핑을 제공하도록 침착 프로세스 동안에 인 시튜(in-situ) 도핑될 수 있거나 혹은 침착 프로세스 이후에 주입될 수 있다. 마지막으로, 블랭킷 Si3N4의 캡 유전체(18)를 평탄화 에칭 정지층(etch stop layer)으로서 사용하기에 적당한 두께로 게이트 도전체(16)의 상부에 침착한다.1-8 illustrate steps of a process for fabricating a transistor or DRAM cell in accordance with an aspect of the present invention. Referring now to FIG. 1, a "blanket" Vt channel implantation is performed in a region on the
다음 단계에서, 포토레지스트를 도포하고, 노출하며, 현상하여 트렌치가 형성될 영역을 규정한다. 트렌치들은 STI 혹은 저장 캐퍼시터일 수 있다. 먼저 이러한 패턴을 게이트 캡 유전체(18) 내에 에칭한다. 다음에, 레지스트를 제거하며, 질화물(nitride) 게이트 캡 유전체(18) 내의 패턴을 사용하여 게이트 도전체(16) 안과 노출된 게이트 유전체층(14)에서 에칭을 계속한다. 마지막으로, 실리콘 기판(10)에까지 에칭을 확장하여, 도 2에 도시된 바와 같이 캐퍼시터용의 융기된 깊은(deep) 트렌치를 형성하거나 도 4에 도시된 바와 같이 STI용의 융기된 얕은 트렌치(30)를 형성한다. "융기된 트렌치(raised trench)"라는 용어는 트렌치가 기판(10)의 표면을 넘어서 게이트 스택의 상부로 확장되는 것을 지칭한다. 이러한 프로세스에 있어서, 단일 마스킹(masking) 단계는 트렌치와 게이트 스택 사이의 에지를 정의하고 이들 사이의 완전한 정렬을 제공한다. 따라서, 게이트는 두 개의 마주보는 측면들 상의 융기된 트렌치에 의해 경계지정된다. 그러나, 게이트 유전체와 게이트 도전체는 트렌치가 에칭되기 이전에 블랭킷층으로서 형성되었기 때문에, 코너가 뾰족하지 않고, 게이트 유전체가 박막화되지 않으며, 게이트를 랩 어라운드하는 일도 발생하지 않는다.In the next step, the photoresist is applied, exposed and developed to define the area where the trench is to be formed. The trenches may be STIs or storage capacitors. This pattern is first etched into the
도 3에 도시된 바와 같이, 저장 노드 절연체(22)와 저장 전극(24)은, 본 명에서에서 참조로서 인용된 디. 엠. 케니(D. M. Kenney)에 의한 "Diffused Buried Plate Trench Dram Cell Array"라는 명칭의 미국 특허 제 5,264,716 호("'716 특허"라 함)에 개시된 바와 같이, 융기된 깊은 트렌치(20) 내에 형성된다. 요약하면, 저장 노드 절연체(22)는 열 산화물 성장과, 실리콘 질화물 침착과, 그 질화물의 표면층을 산화시키는 단계에 의해 형성된다. 이후에, 융기된 깊은 트렌치(20)는 도핑된 폴리실리콘으로 충진하여 캐퍼시터의 저장 전극(24)으로 사용한다. 이 폴리실리콘에 홈을 형성하여 절연 칼라(insulating collar)(26)를 형성할 수도 있다. 도 3은 반도체 제조 프로세스에서 이 단계에서의 셀을 예시한다.As shown in FIG. 3, the
융기된 깊은 트렌치에 대하여 위에서 기술한 프로세스와 동일한 프로세스로, 융기된 얕은 트렌치 분리부(융기된 STI)(30)가 형성된다. 도 4를 참조하면, 앞서 기술한 포토마스킹(photomasking) 단계와 게이트 스택 에칭 단계 이후에, 실리콘 에칭 단계를 실리콘 기판(10)에 사용하여 융기된 STI(30)용의 얕은 트렌치를 형성한다. 이어서, 이렇게 해서 노출된 실리콘의 표면을 따라 패시베이션 산화물을 열 성장시킨다. 이어서, TEOS를 침착하여 얕은 트렌치들(깊은 트렌치(20)의 상부)을 충진한다. 다음에, 게이트 스택의 질화물 캡 상에서 정지하는 평탄화 단계를 수행한다. 따라서, 융기된 STI는 게이트 스택의 측벽에 근접하여 마련된다. 물론, 융기된 STI(30)는 '716 특허에서 표준 STI에 대해 개시된 바와 마찬가지의 방식으로 깊은 트렌치(20)와 교차할 수 있다.In the same process as that described above for raised deep trenches, raised shallow trench isolations (raised STIs) 30 are formed. Referring to FIG. 4, after the photomasking and gate stack etching steps described above, a silicon etch step is used on the
다음에, 융기된 깊은 트렌치(20)와 융기된 STI(30)에 대하여 앞에서 기술한 공정을 사용하여 능동 영역의 소스/드레인 영역을 정의한다. 도 4의 단면에 대해 직각인 도 5를 참조하면, 전술한 바와 같은 포토마스킹 단계와 게이트 스택 에칭 단계를 사용하여 원하는 패턴의 게이트 세그먼트(32)를 형성한다. 이 에칭 단계에 의해 게이트 유전체(14) 아래에 있는 채널 영역(34) 위의 폴리실리콘만이 남게 되며, 제조 공정에 있어서의 트랜지스터의 채널 길이가 규정된다. 이와 같이 하여 노출된 게이트 스택의 두 개의 측면들 상의 실리콘 위에 소스/드레인을 위해 확산시킨다. 게이트 스택의 다른 두 개의 측면은 융기된 저장 트렌치(20) 혹은 융기된 STI(30)에 의해 경계지정된다.Next, the source / drain regions of the active region are defined using the process described above for the raised
다음 단계에서, 도 6에 예시된 유전체 측벽 스페이서(36)들을 게이트 스택(32)의 두 개의 노출된 에지 상에 성장 혹은 침착시킨다. 스페이서(36)들은 통상적으로 게이트 도전체(16)의 측벽들을 따라 열성장된 산화물로 형성되고 수평 표면을 따라 형성된 질화물을 제거하기 위해 측벽을 따라 형성된 질화물 스페이서들을 남기고 침착된 실리콘 질화물이 방향성으로 에칭된다. 스페이서(36)가 형성된 후에, 확산 혹은 이온 주입에 의해 트랜지스터(39)의 소스/드레인 영역(38)을 형성한다. 확산부 혹은 주입부는 게이트 스택(32)의 에지를 따라 형성된 스페이서들(36)에 대해 자기 정렬되고 융기된 STI(30) 혹은 융기된 저장 트렌치(20)에 의해 경계지정된다. 소스/드레인 영역(38)을 위한 확산은 도핑된 글래스층 혹은 도핑된 폴리실리콘층을 침착시킴으로써 마련될 수 있다. 이후, 도핑된 층을 평탄화하고, NMOS와 PMOS 영역을 정의하기 위해 마스킹하고 에칭할 수 있다. 그러면, 웨이퍼들이 활성화되고, 열처리 단계로 접어든다. 확산된 영역 혹은 도핑된 폴리실리콘을 실리사이드화(silicided)하여 낮은 저항값을 갖도록 할 수 있다. 소스/드레인 영역(38)에 대한 도핑 소스로서 도핑된 폴리실리콘을 사용하게 되면 소스/드레인 영역(38)에 대해 큰 체적의 재료를 제공하면서도 얕은 접합을 형성할 수 있게 되는 이점이 있다. 얕은 접합들은 쇼트 채널 효과(short channel effects)를 감소시킨다. 재료의 크기가 커지므로 접합 누설 전류가 커질 위험이 없이도 실리사이드화가 가능하게 된다.In the next step, the
다음 단계들은 노드 스트랩(strap)과, 워드선(wordline) 커넥터와, 비트선(bitline) 접촉을 제공하는데, 이들 단계들은 본 명세서에서 참조로서 인용된 특허 출원중인 웬델 노블(Wendell Noble)에 의한 "A Five Square Folded-Bitline DRAM Cell"("노블 특허 출원"이라 함)에 개시되어 있다. 이를 요약하면, 진성 폴리실리콘 주축(mandrel)이 침착되고 그 내부에 접촉 개구부가 형성된다는 것이다. 이후, 강하게 도핑된 폴리실리콘을 침착하여 노드 폴리실리콘과 노드 확산부 사이에 스트랩을 형성한다. 다음에, 선택적 에칭을 사용하여 진성 폴리실리콘을 제거하고, 강하게 도핑된 스트랩을 남긴다.The following steps provide node straps, wordline connectors and bitline contacts, which are described by patent-pending Wendell Noble, which is incorporated herein by reference. A Five Square Folded-Bitline DRAM Cell "(" Noble Patent Application "). In summary, the intrinsic polysilicon mandrel is deposited and a contact opening is formed therein. Strongly doped polysilicon is then deposited to form a strap between the node polysilicon and the node diffusions. Selective etching is then used to remove the intrinsic polysilicon and leave the strongly doped straps.
도 7과 도 8에 예시된 바와 같이, 미소 크기의 워드선 상호접속 배선(40)이 제 2 진성 폴리실리콘 주축(46)내 측벽(42)의 그루브(groove)(44)를 따라 스페이서로서 형성된다. 절연층(48)을 침착하고 캡층(18)까지 평탄화한 다음에, 진성 폴리실리콘 주축(46)을 침착한다(도 7). 주축(46) 내의 그루브(44)는 포토리소그래피적으로 정렬된 채로 형성하여, 측벽(42)이 게이트 도전체(16)의 일부 위로 확장하도록 한다. 그루브(44)를 형성하기 위한 에칭은 주축(46)을 통과하여 아래로 확장되어 게이트 세그먼트 위의 질화물 캡층(18)을 노출시킨다. 방향성 에칭에 의해 그루브(44) 내에서 노출된 질화물 캡층(18)의 부분을 게이트 도전체층(16)으로부터 제거한다. 다음에, 텅스텐, 알루미늄, 혹은 도핑된 폴리실리콘과 같은 도체를 침착하고 방향성 에칭하여, 측벽(42)을 따라 게이트 도전체(16)와 접촉하는 미소 크기의 도전성 측벽 스페이서 레일(40)을 남긴다(도 8).As illustrated in FIGS. 7 and 8, the microscopic word
도 9-13은, 본 발명의 다른 양상을 나타내는 도면으로서, 도전성 배선 레벨(140)이 융기된 STI(30)에 의해 분리된 트랜지스터(139)의 게이트 세그먼트를 상호접속하는 단계들을 도시한다. 트랜지스터(139)는 논리 회로, SRAM, 혹은 다른 반도체 회로의 일부분이 될 수 있다. 본 발명의 이러한 양상에 있어서, 도전성 배선 레벨(140)은 도 5에 예시된 단계 이전에 형성된다. 융기된 STI(30)의 유전체를 평탄화한 후에(도 4), 평탄화를 계속하며, 도 9에 도시된 바와 같이 게이트 도전체(16)의 표면 상에서 평탄화를 멈춘다. 다음에, 도 10에 도시된 바와 같이, 도핑된 폴리실리콘 혹은 텅스텐과 같은 도전성 배선 레벨(140)로 사용되는 제 2 도전체를 침착한다. 도전성 배선 레벨(140)은 금속 혹은 금속 실리사이드(metal silicide)와 같이 낮은 저항성 재료로 형성된다. 이러한 도전성 배선 레벨(140)은 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 알루미늄과 같은 금속들이 적합하다. 낮은 저항성 재료는 기상 반응법(chemical vapor deposition)과 같이 당업자에게 널리 알려진 방법에 의해 침착될 수 있다. 또한, 강하게 도핑된 폴리실리콘으로부터 형성할 수도 있다. 다음에, 절연층(150)을 또한 침착할 수 있다. 이어서, 전술한 바와 같이 마스크를 정의하는 소스/드레인을 사용하고(도 5) 두 개의 도전체(게이트 도전체(116)와 도전성 배선 레벨(140))를 에칭하여 도 11에 도시된 바와 같이, 게이트 도전체(116)를 실질적으로 각 트랜지스터의 능동 영역에 한정하며 도전성 배선 레벨(140)이 STI(30) 상으로 확장되어 트랜지스터 혹은 셀을 상호접속하도록 한다. 다음 단계(도 12)에서 형성된 유전체 스페이서(152)가 게이트 세그먼트들과 도전성 배선 레벨 상호접속들을 모두 코팅한다. 본 발명의 이러한 양상에 있어서의 상호접속 배선이 미소 크기는 아니지만, 이러한 양상은 보다 간단한 제조 공정을 제공하면서도 이하 설명되는 본 발명의 다른 이점들을 여전히 제공한다.9-13 illustrate another aspect of the present invention, illustrating the steps of interconnecting the gate segments of
도 9-13에 예시된 본 발명의 양상에 있어서, 스페이서(152)를 형성하기 이전에(도 11) 먼저 비소 혹은 붕소와 같은 도펀트의 중간 정도의 도우즈(1×1014㎝-2미만)를 주입함으로써 소스/드레인(138)을 위한 소스/드레인 확장부를 형성한다. 이어서, 스페이서(152)가 형성된 이후에(도 12), 도 13에 도시된 바와 같이 융기된 소스/드레인(154)을 위해 진성 폴리실리콘(혹은 진성 비결정질 실리콘)을 침착한다. 융기된 소스/드레인용의 도펀트는 하부의 단결정 실리콘에 손상을 주는 것을 방지하기 위해 낮은 에너지로 주입된다. 이어서, 폴리실리콘으로부터 도펀트를 확산시켜 손상이 없이 매우 얕은 접합(156)을 형성한다. 이어서, 티타늄과 같은 내화성(耐火性) 금속을 침착하고 어닐링하여 융기된 소스/드레인(154)의 폴리실리콘 내에 실리사이드(158)를 형성한다. 이와 같이 하여, 실리사이드와 연관된 낮은 저항 및 매우 낮은 누설 전류를 모두 구비하는 매우 얕은 접합(156)이 형성된다. 이렇게 형성된 접합은 약 500Å 정도의 낮은 깊이를 가질 수 있다. 물론, 인 시튜 도핑 등의 융기된 소스/드레인(154)의 폴리실리콘을 도핑하는 다른 방법이 사용될 수 있다.In the aspects of the invention illustrated in FIGS. 9-13, a medium dose of dopant such as arsenic or boron (less than 1 × 10 14 cm −2 ) prior to forming the spacer 152 (FIG. 11) Injecting to form a source / drain extension for the source /
전술한 본 발명의 소자 및 분리 구조체는 몇몇 핵심적인 이점들을 제공한다. 첫 번째로, STI 및 저장 트렌치 코너 누설 문제점들은 (1) 소자 에지가 정의되기 이전에 게이트 유전체층이 평탄한 표면 상에 형성되기 때문에, 코너가 뾰족해지고 유전체가 박막화하는 문제가 사라지고, (2) 게이트가 코너를 랩 어라운드하지 않는 융기된 분리부에 의해 경계지정되기 때문에, 이 게이트에 의한 채널의 측벽 혹은 이의 코너의 게이팅이 제거되므로, 문제점들이 감소된다.The device and isolation structure of the present invention described above provides several key advantages. First, the STI and storage trench corner leakage problems are: (1) because gate dielectric layers are formed on a flat surface before the device edges are defined, the problem of sharpened corners and thinning of the dielectric is eliminated, and (2) gates Problems are reduced because the gating of the sidewalls of the channel or its corners by this gate is eliminated because bounded by raised separators that do not wrap around the corners.
두 번째로, 폴리실리콘 게이트(116)가 STI(30) 아래 영역 밖으로 확장하지 않기 때문에, STI(30) 아래 도핑 영역과 STI 두께 조건이 유동적일 수 있다.Second, because the
세 번째로, 노블의 출원서에 개시된 바와 같이, 게이트 세그먼트를 상호접속하는 워드선 도전체가 미소 크기 스페이서 레일일 때, 개별적인 소자 게이트들 사이의 레이라웃(layout) 거리가 실제로 감소될 수 있다. 노블의 출원서에 개시된 DRAM 셀에 있어서, 예를 들면, 37.5% 정도까지 DRAM 셀 영역을 절약할 수 있게 된다.Third, as disclosed in the Noble's application, when the word line conductors interconnecting the gate segments are micro-sized spacer rails, the layout distance between individual device gates can actually be reduced. In the DRAM cell disclosed in Noble's application, it is possible to save DRAM cell area by, for example, about 37.5%.
본 발명은 몇몇 실시예와 변형예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고 예시하였지만, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 여러 가지 다른 변형이 가능함을 알 수 있다. 예를 들면, 여러 가지 재료들이 주축(46), 레일(40) 혹은 도전성 배선 레벨(140)로 사용될 수 있다. 본 발명은 폴리실리콘 스트랩과 노드 폴리실리콘의 도핑에서 대응하는 변화를 갖는 n- 혹은 P-채널 트랜지스터를 구현할 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구항에 의해서만 제한되도록 의도된다. 주어진 실시예들은 배타적이기보다는 예시적으로만 의도된다.While the invention has been described and illustrated in detail with reference to the accompanying drawings and some embodiments, it can be seen that various other modifications are possible without departing from the scope of the invention. For example, various materials may be used for the
본 발명은 융기된 분리 구조체(raised isolation structures)(즉, STI)에 의해 경계지정된 제 1 및 제 2 에지(edges)를 갖는 게이트 도전체를 구비하는 트랜지스터를 포함하는 반도체 구조체에 관한 것이다. 소스 확산부는 게이트 전극의 제 3 에지에 대해 자기 정렬되고, 드레인 확산부는 게이트 전극의 제 4 에지에 대해 자기 정렬된다.The present invention relates to a semiconductor structure comprising a transistor having gate conductors having first and second edges bounded by raised isolation structures (ie, STIs). The source diffusion is self aligned with respect to the third edge of the gate electrode and the drain diffusion is self aligned with respect to the fourth edge of the gate electrode.
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