KR100263063B1 - Method of fabricating cmos transistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 트랜지스터들에 대한 소망하는 문턱전압 값들을 각기 얻을 수 있는 씨모오스 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a CMOS transistor, each of which can obtain desired threshold voltage values for the transistors.
반도체 메모리 장치를 구동시키기 위한 주변회로는 일반적으로 트랜지스터(transistor)로 구성되는 스위칭소자 및 캐패시터 그리고 저항 등으로 구성되어 있다. 상기 주변회로내에 위치하는 스위치 소자로서는 엔형 모오스 트랜지스터와 피형 모오스 트랜지스터를 동일 기판상에 함께 구성한 씨모오스(CMOS) 트랜지스터가 단일의 엔형 모오스 트랜지스터나 피형 모오스 트랜지스터에 비해 보다 많이 사용 되어진다. 그러한 이유는 출력 논리 레벨, 파워 소모(power dissipation), 천이타임(transition time), 또는 프리아아지 특성 등이 상대적으로 우수하기 때문이다. 그러한 장점을 지닌 씨모오스 트랜지스터는 통상적으로, 피형 벌크(p type bulk)위에 고농도 엔형 소오스/드래인(n+ source/drain)영역과 채널상의 게이트 절연막을 통해 형성된 게이트 전극을 가지는 엔형 모오스 트랜지스터와, 엔형 벌크위에 고농도 피형 소오스/드레인(source/drain)영역과 채널상의 게이트 절연막을 통해 형성된 게이트 전극을 가지는 피형 모오스 트랜지스터로 형성된다.A peripheral circuit for driving a semiconductor memory device is generally composed of a switching element composed of a transistor, a capacitor, and a resistor. As the switch element located in the peripheral circuit, a CMOS transistor having a N-type transistor and an MOS transistor together on the same substrate is used more than a single N-type transistor or a MOS transistor. This is because the output logic level, power dissipation, transition time, or preage characteristics are relatively good. A CMOS transistor having such an advantage is typically an N-type transistor having an N-type source / drain region of high concentration on a p-type bulk and a gate electrode formed through a gate insulating film on a channel, and an N-type transistor. A bulk MOS transistor having a high concentration source / drain region on the bulk and a gate electrode formed through a gate insulating film on the channel is formed.
전기적으로 프로그램 및 소거가 가능한 노아형 플래쉬 메모리 등의 불휘발성 메모리 장치의 주변회로내의 씨모오스(CMOS) 트랜지스터는 프로그램이나 소거동작시의 고전압(약 10볼트)에 충분히 견딜 수 있는 동작특성을 가져야 한다. 따라서, 최근의 서브 미크론 디자인 룰(sub micron design rule)을 사용하여 씨모오스 트랜지스터를 제조하는 경우에, 신뢰성을 개선하기 위해 LDD(Lightly Doped Drain)접합(junction) 구조를 채용하고 있다. 상기한 LDD 접합구조에서 고농도의 N+/P+영역에 비해 저농도의 N-/P-영역을 보다 넓게 함으로서 동작 전압의 마아진을 향상시킬 수 있는데, 이를 위하여 게이트로부터 상기 N+/P+영역까지의 이격 거리는 게이트의 측벽에 형성된 스레이서에 의해 조절할 수 있다.CMOS transistors in peripheral circuits of nonvolatile memory devices, such as electrically programmable and erasable NOR flash memories, must have sufficient operating characteristics to withstand high voltages (about 10 volts) during program or erase operations. . Therefore, in the case of manufacturing CMOS transistors using the recent sub micron design rule, a lightly doped drain (LDD) junction structure is employed to improve reliability. In the LDD junction structure, the margin of the operating voltage can be improved by making the N- / P- region of the low concentration wider than the N + / P + region of the high concentration, and for this purpose, the distance from the gate to the N + / P + region is increased. It can be adjusted by a spacer formed on the side wall of the.
종래의 공정기술로 형성된 상기 스페이서는 엔형 모오스 트랜지스터와 피형 모오스 트랜지스터에 모두 동일한 폭을 가지고 있으므로, 엔형 모오스 트랜지스터의 특성은 개선되나, 피형 모오스 트랜지스터의 경우에 활성영역 내에 존재하는 고농도의 P+영역이 그의 게이트와 오버랩(중첩)되지 못하는 문제가 발생된다. 따라서, LDD 접합(junction) 구조를 채용하면서도 피모오스 트랜지스터의 접합 오버랩 영역을 충분히 보장하여, 각 트랜지스터들에 대한 소망하는 문턱전압 값들을 각기 얻을 수 있는 기술이 강력히 요구된다.Since the spacer formed by the conventional process technology has the same width in both the N-type and the MOS transistors, the characteristics of the N-type transistor are improved, but in the case of the MOS transistor, the high concentration P + region present in the active region is The problem of not overlapping with the gate occurs. Therefore, there is a strong demand for a technique that can sufficiently secure the junction overlap region of the PMOS transistor while adopting the LDD junction structure, so as to obtain desired threshold voltage values for each transistor.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해소할 수 있는 씨모오스 트랜지스터의 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a CMOS transistor that can solve the above-mentioned conventional problems.
본 발명의 다른 목적은 제조공정을 간단히 할 수 있는 씨모오스 트랜지스터 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a CMOS transistor that can simplify the manufacturing process.
본 발명의 또 다른 목적은 LDD 접합 구조를 채용하면서도 피모오스 트랜지스터의 접합 오버랩 영역을 충분히 보장하여, 각 트랜지스터들에 대한 소망하는 문턱 전압 값들을 각기 얻을 수 있는 방법 및 개선된 씨모오스 트랜지스터의 구조를 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide an improved method for achieving a junction overlap region of a PMOS transistor, while employing an LDD junction structure to obtain desired threshold voltage values for each transistor, respectively, and to improve the structure of the CMOS transistor. In providing.
본 발명의 또 다른 목적도 노아형 플래쉬 메모리 등의 불휘발성 메모리 장치의 주변회로내에 적합하게 사용될 수 있는 씨모오스 트랜지스터의 구조를 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a structure of a CMOS transistor that can be suitably used in a peripheral circuit of a nonvolatile memory device such as a noah type flash memory.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 씨모오스 트랜지스터의 구조는, 제2도전형 MOS 트랜지스터의 게이트의 측벽에 형성되고 제1, 제2절연막으로 이루어진 복합스페이서와; 제1도전형 MOS 트랜지스터의 게이트의 측벽에 형성되고 상기 제1절연막으로 이루어진 스페이서와; 상기 게이트들의 하부에서 상기 게이트들과 각기 중첩되는 접합 오보랩 영역의 사이즈가 서로 다르게 형성된 드레인 영역들을 LDD구조로서 가짐을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the structure of the CMOS transistor according to the present invention includes: a composite spacer formed on sidewalls of a gate of a second conductive MOS transistor and formed of first and second insulating films; A spacer formed on the sidewall of the gate of the first conductive MOS transistor and formed of the first insulating film; The lower regions of the gates may have drain regions having different sizes of junction overlap regions overlapping the gates as LDD structures.
또한, 제1도전형 반도체 기판위에 제1도전형 MOS 트랜지스터와 제2도전형 MOS 트랜지스터를 제조하는 방법은, 상기 기판상에 상기 제2도전형 MOS 트랜지스터의 게이트를 형성하고 상기 기판내의 제2도전형 웰내에 상기 제1도전형 MOS 트랜지스터의 게이트를 형성 한 후, 상기 트랜지스터들의 드레인 및 소오스 영역들이 형성될 영역들에 LDD형성을 위해 제2도전형 불순물을 저농도로 이온주입하는 단계와; 상기 게이트들의 상부 및 상기 이온 주입된 영역들의 상부에 전체적으로 제1 및 제2절연막을 도포하는 단계와; 상기 제1도전형 MOS 트랜지스터의 영역을 커버하고 상기 제2도전형 MOS 트랜지스터의 영역을 에치백하여 상기 제2도전형 MOS 트랜지스터의 게이트 측벽에 상기 제1,2절연막으로 이루어진 복합스페이서를 형성한 후, 상기 제2도전형 MOS 트랜지스터의 LDD형성구조를 만들기 위해 제2도전형 불순물을 고농도로 이온주입하는 단계와; 상기 제2도전형 MOS 트랜지스터의 영역을 커버하고, 상기 제1도전형 MOS 트랜지스터의 영역내의 상기 제1절연막만을 에치백하여 상기 제1도전형 MOS 트랜지스터의 게이트 측벽에 상기 제1절연막으로 이루어진 스페이서를 형성한 후, 상기 제1도전형 MOS 트랜지스터의 LDD형성구조를 만들기 위해 제1도전형 불순물을 고농도로 이온주입하는 단계와; 상기 제2도전형 MOS 트랜지스터의 영역을 오픈하고, 열처리를 행하여 상기 게이트들의 하부에 각기 중첩되는 접합 오버랩 영역의 사이즈가 상기 스페이서들의 폭에 따라 서로 다르게 형성된 상기 트랜지스터를 얻는 단계를 가짐을 특징으로 한다.In addition, a method of manufacturing a first conductive MOS transistor and a second conductive MOS transistor on a first conductive semiconductor substrate includes forming a gate of the second conductive MOS transistor on the substrate and forming a second conductive layer in the substrate. After forming a gate of the first conductive MOS transistor in a type well, implanting a second conductive impurity at low concentration to form an LDD in regions where drain and source regions of the transistors are to be formed; Applying first and second insulating layers on the gates and on the ion implanted regions as a whole; Covering the region of the first conductive MOS transistor and etching back the region of the second conductive MOS transistor to form a composite spacer including the first and second insulating layers on the sidewalls of the gate of the second conductive MOS transistor. Ion-implanting a second conductive impurity at a high concentration to form an LDD formation structure of the second conductive MOS transistor; Covering the region of the second conductive MOS transistor and etching back only the first insulating layer in the region of the first conductive MOS transistor, a spacer including the first insulating layer is formed on the sidewall of the gate of the first conductive MOS transistor. Forming a first conductive impurity at a high concentration to form an LDD formation structure of the first conductive MOS transistor after the formation; And opening the region of the second conductive MOS transistor and performing heat treatment to obtain the transistor having different sizes of junction overlap regions overlapping the lower portions of the gates according to the widths of the spacers. .
제1도 내지 제6도는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 트랜지스터를 제조하는 순서를 보인 공정 단면도들.1 through 6 are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a CMOS transistor according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명되어질 것이다. 첨부된 도면들내에서 서로 동일한 층은 다른 도면내에 있더라도 이해의 편의를 위해서 동일 내지 유사한 참조부호 또는 명칭으로 라벨링된다. 다음의 설명에서는 본 발명의 보다 철저한 이해를 제공하기 위해 특정한 상세들이 예를 들어 한정되고 자세하게 설명된다. 그러나, 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들에게 있어서는 본 발명이 이러한 상세한 항목들이 없이도 상기한 설명에 의해서만 실시될 수 있을 것이다. 또한, 본 분야에 너무나 잘 알려진 모오스 트랜지스터의 기본적 제조공정 및 특성은 본 발명의 요지를 흐리지 않게 하기 위해 상세히 설명되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, the same layers as each other are labeled with the same or similar reference numerals or names for convenience of understanding even if they are in different drawings. In the following description, specific details are set forth in detail, for example, in order to provide a more thorough understanding of the present invention. However, for those skilled in the art, the present invention may be practiced only by the above description without these details. In addition, the basic fabrication process and characteristics of MOS transistors so well known in the art are not described in detail in order to not obscure the subject matter of the present invention.
본 발명의 일실시예에 의한 CMOS 제조공정의 순서가 제1도 내지 제6도네 도시된다. 제1도를 참조하면 p-sub실리콘 기판 10상에 PMOS를 만들기 위해 n-웰 20을 형성한다. NMOS는 p-웰 또는 상기 기판 10상에 직접 형성될 수 있다. 상기 기판 10상에 N웰 20 및 P웰을 만드는 것은 하기의 공정으로 이루어질 수 있다. 먼저, 기판 10상에 산화막과 질화막을 각기 300Å/1500Å 형성한 후, PMOS 트랜지스터가 형성될 영역을 한정하고 그 부분의 질화막을 제거한 다음 n-형 불순물인 인(phosphorous)을 약 1.7E13 ions/㎠, 100KeV로써 주입한다. 이렇게 함으로써 엔형의 불순물이 기판 10의 일부 표면에 주입되어 엔형 웰 20의 형성작업이 일부 완료 된다. 이후에, 상기 질호막이 제거된 부분에 3000Å의 산화막을 형성하고, 나머지 부분의 질화막을 제거하여 엔모오스가 만들어질 피웰을 형성하는 작업에 들어간다. 즉, p-type 불순물인 보론(boron)을 2.0E13 ions/㎠, 100KeV로 주입하여 나머지의 질화막이 제거된 부분 하부에 있는 기판 10의 표면근방에 피형의 불순물이 주입되게 한다. 이후 1100℃에서 8hr정도로 확산공정(drive-in)을 실시하면 깊이 약 5um 내외의 n-well 20과 p-well이 완전히 형성된다.A flowchart of a CMOS manufacturing process according to an embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1 to 6. Referring to FIG. 1, an n-
웰 또는 웰들을 형성한 후, 액티브와 소자분리 영역을 구분하기 위해 LOCOS등의 일반적인 국부산화공정을 통하여 필드 절연막을 형성한다. 상기 필드 절연막은 제1도에 도시되지 않았다. 이에 따라, 웰 20 및 기판 10의 상부에는 액티브 영역이 각기 정하여진다. 상기 액티브 영역들의 각 상부에는 게이트 절연막으로서의 산화막 40.41이 약 100Å정도의 두께로 형성된다. 그리고 그 상부에 게이트 전극으로서 언도프드 폴리실리콘(undoped polysilicon)을 약 4000Å정도로 침적시킨 후 게이트 패터닝을 행하여 엔모오스 트랜지스터의 게이트 50와 피모오스 트랜지스터의 게이트 51을 동시에 얻어낸다. 여기서, 상기 게이트 50, 51을 폴리사이드 게이트 전극으로서 형성하는 경우에는 약 1500Å의 언도프드 폴리실리콘과 약 1500Å의 금속실리사이드가 적층될 수 있다. 제1도의 게이트 들을 완성한 후, NMOS의 LDD형성을 위해 n-불순물로서 인(phosphorus) 또는 비소(arsenic)를 2.0E13 ions/㎠, 40KeV로서 웨이퍼 전면에 주입한다. 결과로서, 상기 트랜지스터들의 드레인 및 소오스 영역들이 형성될 영역들 30, 31, 32, 33에는 제2도전형 예컨대 N형 불순물이 저농도로 이온주입된다.After the wells or wells are formed, a field insulating film is formed through a general local oxidation process such as LOCOS to separate active and device isolation regions. The field insulating film is not shown in FIG. As a result, active regions are defined on the
그리고 나서, 후술되는 스페이서(spacer)들을 형성하기 위해, 상기 게이트들 50,51의 상부 및 상기 이온 주입된 영역들 30~33의 상부에 전체적으로 제1 및 제2 절연막 60, 65를 제2도와 같이 도포한다. 여기서, 상기 제1절연막 60은 산화막, 제2절연막 65는 질화막, 폴리실리콘 막, 또는 이들의 복합막으로 형성될 수 있다. 상기 산화막 60이 상기 제1절연막으로서 채용되는 경우에 통상의 CVD법으로 약 1500Å의 두께로 침적될 수 있다.Then, in order to form spacers to be described later, the first and second
제3도를 참조하면, PMOS영역을 한정하여 포토레지스트막 70등으로 마스킹 하고 나서, 상기 NMOS 트랜지스터의 영역에 있는 상기 절연막들 65,60을 에치백하여 상기 게이트 50의 측벽에 상기 제1,2절연막으로 이루어진 복합스페이서 64를 형성하는 것이 보여진다. 그 후, 상기 NMOS 트랜지스터의 LDD형성구조를 만들기 위해 제2도전형 불순물 예컨대 n+불순물인 아세닉(arsenic)을 5.0E15 ions/㎠, 50KeV로서 고농도 주입한다.Referring to FIG. 3, the PMOS region is limited to the
제4도 및 제5도를 참조하면, 상기 NMOS 트랜지스터의 영역을 포토레지스트 등의 마스크 71로서 커버하고, 상기 PMOS 트랜지스터의 영역내의 상기 제2절연막 65를 습식식각으로 제거하고 남은 상기 제1절연막 60만을 에치백하여 상기 PMOS 트랜지스터의 게이트 51의 측벽에 상기 제1절연막 60으로 이루어진 스페이서 62를 형성한 후, 상기 PMOS 트랜지스터를 만들기 위해 제1도전형 불순물 예컨대 p+불순물인 BF2를 5.0E15 ions/㎠, 50KeV로 고농도 이온주입하는 것이 보여진다. 따라서, 상기 스페이서 62의 폭은 상기 복합 스페이서 64의 폭에 비해 작은 사이즈를 가진다.4 and 5, the region of the NMOS transistor is covered with a
제6도에는 상기 막 71을 제거하여 상기 NMOS 트랜지스터의 영역을 마저 오픈하고, 열처리를 행하여 상기 게이트들의 하부에 각기 중첩되는 접합 오버랩 영역의 사이즈가 상기 스페이서들의 폭에 따라 서로 다르게 형성된 상기 트랜지스터를 얻은 결과가 나타나 있다. 제6도에서, 상기 NMOS 트랜지스터의 P+접합 오버랩 영역OL1은 NMOS의 그것에 비해 상대적으로 크다.In FIG. 6, the
상기한 실시예에서, 2회의 에치백을 1회로 줄이기 위해서는 씨모오스 영역 전체에 대해 마스크 없이 에치백을 한 후, PMOS 트랜지스터의 소오스 및 드레인에 이온을 주입하기 전에 복합 스페이서를 단일의 스페이서로 만드는 단계를 가질 수 있다.In the above embodiment, in order to reduce two etchbacks in one cycle, the etchback is performed without mask for the entire CMOS region, and then the composite spacer is made into a single spacer before implanting ions into the source and drain of the PMOS transistor. It can have
또한, 트랜지스터의 드레쉬홀드 전압 조절을 위한 불순물의 채널 주입공정이나 PMOS LDD 공정이 추가될 수 있음을 알 수 있고, NMOS LDD공정이 제거될 수 있는 변형된 공정 등이 가능하다. 또한, n+,p+ 주입공정순서가 바뀌는 것도 무관하다. 만약, PMOS에, LDD를 적용하기 위해서는 스페이서를 형성하기 전에 마스크를 추가하고 p-불순물로서 보론을 4.0E13 ions/㎠, 30KeV로 주입시키는 공정을 수행하면 된다. 또 다른 변형공정으로서 PMOS만을 LDD로 하고 NMOS는 전형적인 접합으로 형성시킬 경우에 n-이온주입 공정을 없애면 된다. 주입되는 불순물의 주입길이를 보다 길게 하기 위해서는 인이나 보론 보다 비소나 BF2를 주입하는 것이 좋다.In addition, it can be seen that an impurity channel implantation process or a PMOS LDD process can be added to control the threshold voltage of the transistor, and a modified process in which the NMOS LDD process can be removed is possible. In addition, the order of n + and p + injection processes is irrelevant. In order to apply LDD to a PMOS, a mask may be added before forming a spacer, and boron may be injected as p-impurity at 4.0E13 ions /
본 발명에 따른 예시적 제조공정을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다Exemplary manufacturing processes according to the present invention have been shown in accordance with the above descriptions and drawings, but this is merely for example and various changes and modifications are possible.
상기한 본 발명에 따르면, 공정이 간단하므로 제조원가가 저렴하면서도 우수한 특성을 가진 CMOS 트랜지스터를 제공하는 이점과, LDD 접합 구조를 채용하면서도 피모오스 트랜지스터의 접합 오버랩 영역을 충분히 보장하여, 각 트랜지스터들에 대한 소망하는 문턱전압 값들을 각기 얻을 수 있는 효과가 있다.According to the present invention described above, the advantages of providing a CMOS transistor having a low cost and excellent characteristics due to the simple process and excellent characteristics, and sufficiently ensuring the junction overlap region of the PMOS transistor while adopting the LDD junction structure, There is an effect that each of the desired threshold voltage values can be obtained.
Claims (4)
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