KR100372820B1 - 이중 실리콘 모스펫 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상부 실리콘층의 두께에 따른 부동몸체효과의 발생을 방지할 수 있는 이중 실리콘 모스펫 및 그 제조방법을 개시하며, 상부기판의 제 1 게이트 절연막과 하부기판의 제 1 폴리실리콘막이 접하도록, 상부기판과 하부기판을 본딩시키는 단계; 노출된 상부기판의 저면을 소정 두께만큼 식각하는 단계; 상기 식각된 상부기판의 저면 상에 제 2 게이트 절연막 및 질화막을 차례로 형성하는 단계; 상기 질화막, 제 2 게이트 절연막, 상부기판, 제 1 게이트 절연막 및 제 1 폴리실리콘막을 식각하여 상기 제 1 폴리실리콘막의 하부 게이트를 형성하는 단계; 상기 결과물 상에 산화막을 증착하고, 질화막이 노출될 때까지 상기 산화막을 전면식각하여 상기 하부 게이트의 양 측에 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 질화막을 제거하는 단계; 상기 제 2 게이트 절연막, 상부기판 및 제 1 게이트 절연막을 패터닝하여 상기 하부 게이트의 일부를 노출시키는 단계; 상기 제 2 게이트 절연막의 중심부상에 상부 게이트를 형성하는 단계; 상기 상부 게이트 양측의 상부기판 부분에 소오스 및 드레인을 형성한후 절연막을 형성한다음 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 절연막 상에 상기 콘택홀들을 매립시키면서 상기 상부 게이트와 하부 게이트간을 연결시키는 배선을 형성함과 동시에, 상기 소오스 및 드레인과 각각 콘택하는 소오스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 이중 게이트 구조를 갖는 이중 실리콘 모스펫 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 휴대용 무선전자 시스템등의 전자제품의 수요가 급증함에 따라, 이에 부합하는 반도체 소자의 고집적화, 고속화 및 저전력화를 얻기 위해서, 이중 웨이퍼(double wafer)를 이용하는 집적 기술이 제안되었다. 이러한 이중 웨이퍼를 이용하여 반도체 소자를 제조하게 되면, 단일 웨이퍼를 이용하는 경우보다 작은 접합용량(junction capacitance)에 의해 고속화 및 저전압화가 용이할 뿐만 아니라, 완전한 소자격리에 의해 래치업(lacth up) 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
한편, 저전압화를 위하여 문턱전압을 낮추게 되면 누설전류가 증가되므로, 문턱전압을 일정치 이하로 낮추는데는 한계가 있다. 이에 따라, 문턱전압을 낮추면서 동시에 누설전류를 최소화할 수 있는 소자로서, 이중 실리콘(double silicon) 모스펫(MOSFET : Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistior)이 제안되었다.
그러나, 상기한 이중 실리콘 모스펫은 상부 실리콘층을 100nm 정도로 얇게 형성해야 하는데, 상부 실리콘 두께가 얇아지게 되면, 채널이 형성되는 부분이 필드 산화막과 매몰 산화막에 의해 완전히 분리되어 킹크효과(kink effect) 및 바이폴라 트랜지스터와 같은 부동몸체효과가 발생되기 때문에, 회로의 오동작이 유발되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이중 실리콘 모스펫에서의 상부 실리콘층의 두께에 따른 부동몸체효과의 발생을 방지할 수 있는 이중 실리콘 모스펫 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다..
도 1a 내지 도 1j는 본 발명의 실시예에 따른 이중 실리콘 모스펫의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10 : 제 1 기판 11 : 제 1 게이트 절연막
20 : 제 2 기판 21 : 매몰산화막
22 : 제 1 폴리실리콘막 22A : 하부 게이트
31 : 제 2 게이트 절연막 32 : 질화막
33 : 포토레지스트 패턴 34A, 34B : 소자분리막
35 : 상부게이트 36A, 36B : 소오스 및 드레인
37 : 절연막 38A : 배선
38B, 38C : 소오스 및 드레인 전극
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이중 실리콘 모스펫은, 상부에 매몰산화막이 형성된 하부기판; 상기 매몰산화막 상에 형성되어 소자영역을 한정하는 소자분리막; 상기 소자분리막에 의해 한정된 소자영역의 상기 매몰산화막 부분 상에 형성된 하부 게이트; 상기 하부 게이트 상에 그의 일부를 노출시키도록 형성되며, 채널영역을 제공하는 상부기판; 상기 상부기판 상에 형성된 상부 게이트; 상기 하부 게이트와 상부기판 사이에 개재된 제 1 게이트 절연막; 상기 상부기판과 상부 게이트 사이에 개재된 제 2 게이트 절연막; 상기 상부 게이트 양 측의 상부기판에 부분에 형성된 소오스 및 드레인; 상기 기판 전면에 형성되며, 상기 하부 및 상부 게이트와, 상기 소오스 및 드레인의 일부를 각각 노출시키는 콘택홀들을 구비한 절연막; 및 상기 콘택홀을 통하여 상기 상부 게이트와 하부 게이트를 연결시키는 배선과, 상기 소오스 및 드레인과 각각 콘택하는 소오스 및 드레인 전극을 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 이중 실리콘 모스펫의 제조방법은, 상부에 제 1 게이트 절연막이 형성된 상부기판과, 상부에 매몰산화막 및 제 1 폴리실리콘막이 순차적으로 적층된 하부기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 게이트 절연막과 제 1 폴리실리콘막이 접하도록, 상부기판과 하부기판을 본딩시키는 단계; 노출된 상부기판의 저면을 소정 두께만큼 식각하는 단계; 상기 식각된 상부기판의 저면 상에 제 2 게이트 절연막 및 질화막을 차례로 형성하는 단계; 상기 질화막, 제 2 게이트 절연막, 상부기판, 제 1 게이트 절연막 및 제 1 폴리실리콘막을 식각하여 상기 제 1 폴리실리콘막의 하부 게이트를 형성하는 단계; 상기 결과물 상에 산화막을 증착하고, 질화막이 노출될 때까지 상기 산화막을 전면식각하여 상기 하부 게이트의 양 측에 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 질화막을 제거하는 단계; 상기 제 2 게이트 절연막, 상부기판 및 제 1 게이트 절연막을 패터닝하여 상기 하부 게이트의 일부를 노출시키는 단계; 상기 제 2 게이트 절연막의 중심부 상에 상부 게이트를 형성하는 단계; 상기 상부 게이트 양 측의 상부기판 부분에 소오스 및 드레인을 형성하는 단계; 상기 결과물 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 하부 및 상부 게이트와, 상기 소오스 및 드레인의 일부를 각각 노출시키는 콘택홀들이 형성되도록, 상기 절연막을 식각하는 단계; 및 상기 절연막 상에 상기 콘택홀들이 매립되도록 금속막을 증착하고, 이를 패터닝하여 상기 상부 게이트와 하부 게이트간을 연결시키는 배선을 형성함과 동시에, 상기 소오스 및 드레인과 각각 콘택하는 소오스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1a 내지 도 1j는 본 발명의 실시예에 따른 이중 실리콘 모스펫의 제조방법을 설명하기 위한 단면도로서, 여기서, 도 1g 및 도 1h는 상부 게이트 형성에 따른 X축 및 Y축에 대한 각각의 단면을 나타내고, 도 1h 및 도 1j는 완성된 이중 실리콘 모스펫의 X축 및 Y축에 대한 각각의 단면을 나타낸다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상부에 제 1 게이트 절연막(11)이 형성된 상부 기판으로서의 제 1 기판(10)과, 상부에 매몰산화막(21) 및 P 이온이 주입된 제 1 폴리실리콘막(22)이 순차적으로 적층되어진 하부 기판으로서의 제 2 기판(20)을 준비한다. 여기서, 상기 제 2 기판(10)은 소자가 형성되는 기판이고, 제 2 기판(20)은 지지기판으로서 작용한다.
도 1c를 참조하면, 제1기판(10)의 제 1 게이트 절연막(11)과 제 2 기판(20)의 제 1 폴리실리콘막(22)이 접하도록 상기 제 2 기판(20)상에 제 1 기판(10)을 본딩시킨다.도 1d를 참조하면, 노출된 제 1 기판(10)의 표면, 즉, 저부면의 소정 두께만큼을 화학기계연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)로 식각한다.
도 1e를 참조하면, 식각된 제 1 기판(10)상에 제 2 게이트 절연막(31) 및 질화막(32)을 차례로 형성한다. 그런다음, 상기 질화막(32) 상에 게이트 마스크를 이용하여 포토레지스트 패턴(33)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴(33)을 이용하여 상기 질화막(32), 제 2 게이트 절연막(31), 제 1 기판(10), 제 1 게이트 절연막(11) 및 제 1 폴리실리콘막(22)을 식각하고, 이 결과로, 폴리실리콘막으로 이루어진 하부 게이트(22A)를 형성한다.
도 1f를 참조하면, 공지된 방법으로 포토레지스트 패턴(33)을 제거하고, 기판 전면에 산화막을 증착한 상태에서, 질화막(32)을 식각 배리어로하여 상기 질화막(32)의 표면이 노출될 때까지 산화막을 전면식각함으로써, 하부 게이트(22A)의 양 측에 소자분리막 (34A, 34B)를 형성한다. 이때, 전면식각은 CMP로 진행한다.
도 1g 및 도 1h를 참조하면, 질화막(32)을 제거한 상태에서, 이후에 형성될 상부 게이트와 하부 게이트(22A)간을 연결하기 위해서 제 2 게이트 절연막(31), 제 1 기판(10) 및 제 1 게이트 절연막(11)을 하부 게이트(22A)의 일부가 노출되도록 패터닝한다. 그리고 나서, 결과물 상에 제 2 폴리실리콘막을 증착한 후, 이를 패터닝하여 제 2 게이트 절연막(31) 상에 상부 게이트(35)를 형성한다.
도 1i 및 도 1j에 도시된 바와같이, 상부 게이트(35) 양 측의 제 1 기판(10) 부분에 불순물 이온을 주입하여 소오스 및 드레인(36A, 36B)을 형성하고, 기판 전면에 절연막(37)을 형성한다. 그다음, 절연막(37) 및 제 2 게이트 절연막(31)을 식각하여 하부 및 상부 게이트(22A, 35)와, 소오스 및 드레인(36A, 36B)을 각각 노출시키는 콘택흘들을 형성하고, 상기 결과물 상에 콘택홀이 완전 매립되도록 금속막을 증착한 상태에서, 이를 패터닝하여, 도 1i에 도시된 바와 같이, 상기 상부 게이트(35)와 하부 게이트(22A)간을 연결시키는 배선(38A)을 형성함과 동시에, 도 1j에 도시된 바와 같이, 소오스 및 드레인 전극(38B, 38C)를 형성한다.
상기한 본 발명에 의하면, 채널영역으로서 작용하는 상부기판인 제 1 기판이 상부 게이트 및 하부 게이트에 의해 둘러싸여 있기 때문에 채널영역에 중성영역이 존재하지 않게 되고, 그 결과 부동몸체효과의 발생이 방지되므로 회로의 오동작이 방지된다.
한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
Claims (5)
- 삭제
- (정정) 상부에 제 1 게이트 절연막이 형성된 상부기판과, 상부에 매몰산화막 및 제 1 폴리실리콘막이 순차적으로 적층된 하부기판을 제공하는 단계;상기 제 1 게이트 절연막과 제 1 폴리실리콘막이 접하도록, 상부기판과 하부기판을 본딩시키는 단계;노출된 상부기판의 저면을 소정 두께만큼 식각하는 단계;상기 식각된 상부기판의 저면 상에 제 2 게이트 절연막 및 질화막을 차례로 형성하는 단계;상기 질화막, 제 2 게이트 절연막, 상부기판, 제 1 게이트 절연막 및 제 1 폴리실리콘막을 식각하여 상기 제 1 폴리실리콘막의 하부 게이트를 형성하는 단계;상기 결과물 상에 산화막을 증착하고, 질화막이 노출될 때까지 상기 산화막을 전면식각하여 상기 하부 게이트의 양측에 소자분리막을 형성한후 상기 질화막을 제거하는 단계;상기 제 2 게이트 절연막, 상부기판 및 제 1 게이트 절연막을 패터닝하여 상기 하부게이트의 일부를 노출시키는 단계;상기 제 2 게이트 절연막의 중심부상에 상부 게이트를 형성하는 단계;상기 상부 게이트 양측의 상부기판 부분에 소오스 및 드레인을 형성한후 상기 결과물 상에 절연막을 형성하는 단계;상기 하부 및 상부 게이트와, 상기 소오스 및 드레인의 일부를 각각 노출시키는 콘택홀들이 형성되도록 상기 절연막을 식각하는 단계; 및상기 절연막상에 상기 콘택홀들이 매립되도록 금속막을 증착하고, 이를 패터닝하여 상기 상부 게이트와 하부 게이트간을 연결시키는 배선을 형성함과 동시에, 상기 소오스 및 드레인과 각각 콘택하는 소오스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 실리콘 모스펫의 제조방법.
- (정정) 제 2 항에 있어서, 상기 상부기판은 채널영역을 제공하는 것을 특징으로 하는 이중 실리콘 모스펫의 제조방법.
- (정정) 제 2 항에 있어서, 상기 상부기판의 저면에 대한 식각은 화학기계연마로 행하는 것을 특징으로 하는 이중 실리콘 모스펫의 제조방법.
- (정정) 제 2 항에 있어서, 상기 소자분리막을 형성하기 위한 산화막의 전면식각은 화학기계연마로 행하는 것을 특징으로 하는 이중 실리콘 모스펫의 제조방법.
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