KR100483564B1 - MOSFET and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조방법에 관한 것으로, SOI((Silicon-On-Insulator)기판을 이용하여, 게이트의 형상을 'T'자형을 갖는 소자를 제조함으로써, 넓은 디자인 창의 게이트 길이(L1)를 제공하고, 채널영역에서 바라보는 게이트 길이(L2)는 상대적으로 짧아, 극소 채널 형성이 용이하고, 게이트의 지연 및 저항을 줄여 소자의 동작을 빠르게 할 수 있는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor and a method for manufacturing the same, and by using a silicon-on-insulator (SOI) substrate, a device having a T-shaped gate shape is manufactured, thereby providing a gate length L 1 ), and the gate length L 2 viewed from the channel region is relatively short, so that a small channel can be easily formed, and the delay and resistance of the gate can be reduced to speed up the operation of the device.
더불어, 소스와 드레인 영역(3a,3b)의 실리콘층 두께(T0)는 채널의 두께(T2)보다 두껍게 하여, 저 저항으로 소스/드레인을 동작시킬 수 있는 효과가 발생한다.In addition, the silicon layer thickness T 0 of the source and drain regions 3a and 3b is thicker than the thickness T 2 of the channel, so that the source / drain can be operated with low resistance.
Description
본 발명은 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에스오아이(Silicon-On-Insulator, 이하 'SOI'라 칭함.)기판을 이용하여, 게이트의 형상을 'T'자형으로 형성함으로써, 극소 채널 형성이 용이하고, 게이트의 신호전달 지연 및 저항을 줄여 소자의 동작을 빠르게 할 수 있는 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a field effect transistor and a method for manufacturing the same. More specifically, the gate shape is formed in a 'T' shape using a silicon-on-insulator (hereinafter, referred to as SOI) substrate. Accordingly, the present invention relates to a field effect transistor and a method of manufacturing the same, which are capable of forming a small channel easily and reducing the signal propagation delay and resistance of the gate to speed up the operation of the device.
일반적으로 금속-산화막-반도체 전계 효과 트랜지스터( Metal-Oxide- Semiconductor Field Effect Transistor, 이하 'MOSFET'라 칭함.)는 고성능화 및 고집적화의 일환으로 소자 크기의 축소화가 진행되어 왔다.In general, metal-oxide-semiconductor field effect transistors (hereinafter referred to as 'MOSFETs') have been reduced in device size as part of high performance and high integration.
향후, 사용될 극소 채널 길이를 가지는 트랜지스터를 구현하기 위해서는 필수적으로 드레인 전압에 의해 채널 영역의 전위가 영향을 받는 단채널 효과(Short Channel Effect)를 효율적으로 억제해야 한다.In the future, in order to implement a transistor having a minimum channel length to be used, it is essential to effectively suppress a short channel effect in which the potential of the channel region is affected by the drain voltage.
최근, 몇 년 동안, 고성능의 전계 효과 트랜지스터 소자를 구현하기 위해 게이트 길이를 수십 ㎚ 정도까지 축소화하기 위한, 많은 연구들이 진행되었다.In recent years, many studies have been conducted to reduce the gate length to several tens of nm in order to realize high performance field effect transistor devices.
그러나, 연구 결과로 발표된 반도체 소자는 제조 공정의 복잡성 및 높은 생산비용에 따른 문제들을 내재하고 있었다.However, semiconductor devices published as a result of research have problems inherent in manufacturing process complexity and high production cost.
그러므로, 단채널 효과가 억제되며, 전계 효과 특성이 우수한 고성능 전계 효과 트랜지스터를 구현하기 위하여, 소자 구조를 개선하는 것이 필요하게 되었다.Therefore, in order to realize a high performance field effect transistor with short channel effect suppressed and excellent field effect characteristics, it is necessary to improve the device structure.
따라서, 기존의 벌크(Bulk) 실리콘에서 평면 구조(Planar structure)의 소자를 그대로 축소화(Scaling-down)해서 사용하는 경우, 안정된 소자 동작을 기대하기가 어려워, 벌크 실리콘의 대안으로 SOI기판 상에서 전계 효과 트랜지스터를 만드는 방법이 수년 전부터 연구되었다.Therefore, in the case of using a scale-down device of a planar structure as it is in conventional bulk silicon, it is difficult to expect stable device operation. Thus, an electric field effect on an SOI substrate is an alternative to bulk silicon. How to make transistors has been studied for years.
SOI 기판 상에서 제조되어지는 전계 효과 트랜지스터(이하 'MOSFET'라 칭함.)의 경우, 완전 공핍형(Fully Depleted Type)과 부분 공핍형(Partially Depleted Type)의 동작 모드에 따라 소자의 구조가 달라질 수 있다.In the case of a field effect transistor (hereinafter, referred to as a MOSFET) fabricated on an SOI substrate, the structure of the device may vary depending on the fully depleted type and partially depleted type operating modes. .
먼저, 완전 공핍형 동작 모드를 갖는 소자는 채널이 완전 공핍됨에 따라 기판이 플로팅(Floating)됨으로 인한 킨크(Kink) 효과같은 플로팅 바디 특성이 발생되지 않고, 서브쓰레숄드(Subthreshold)특성 및 단채널 특성이 우수하다. First, a device having a fully depleted mode of operation does not generate floating body characteristics such as a kink effect due to the substrate floating as a channel is completely depleted, and a subthreshold characteristic and a short channel characteristic are not generated. This is excellent.
더불어, 수직 방향 전계가 낮아짐으로 인한 채널 이동도(Mobility)의 증가로 인하여 드레인 포화 전류가 증가되는 장점이 있다.In addition, the drain saturation current is increased due to an increase in channel mobility due to a lower vertical electric field.
그러나, 이 완전 공핍형 동작 모드를 갖는 소자는 완전 공핍 동작을 위해 사용하는 얇은 SOI기판에서 소스/드레인 저항이 매우 커서 드레인 전류가 작아지게 되고, MOSFET 소자 제조 공정에서 소스/드레인 영역의 실리사이드 공정이 얇은 SOI기판으로 인해 적용되기가 어려우며, 오히려 접합파괴가 일어날 수 있는 단점이 있다.However, the device having this fully depleted mode of operation has a very small source / drain resistance in the thin SOI substrate used for the fully depleted operation, resulting in a small drain current. It is difficult to apply due to the thin SOI substrate, but rather has the disadvantage that the junction breakage can occur.
이와는 대조적으로 부분 공핍 동작모드를 갖는 소자는 전술된 완전 공핍형 동작 모드를 갖는 소자의 장점과 단점에 반대인 특성을 갖는다. 그리고, 부분 공핍형 동작 모드를 갖는 소자는 바디(Body)가 플로팅되어 기판 전압이 불안정하고, 이에 의해서 MOSFET에 회로설계에 악영향을 미친다.In contrast, a device having a partially depleted mode of operation has the opposite characteristics of the advantages and disadvantages of the device having a fully depleted mode of operation described above. In addition, in a device having a partially depleted mode of operation, the body is floated and the substrate voltage becomes unstable, thereby adversely affecting the circuit design of the MOSFET.
결국, SOI기판에서 MOSFET를 제조하는 방법은 완전공핍 동작을 수행하면서, 기존의 벌크 실리콘에서의 소자 제조 기술을 기반으로 연구가 진행되어야 한다.As a result, a method for fabricating a MOSFET in an SOI substrate must be studied based on the device fabrication technology in bulk silicon while performing a fully depletion operation.
한편, MOSFET의 게이트를 형성하는 방법은 수년 전부터 광학적인 방법을 통해서 게이트를 형성하는 것 외에, 채널 방향으로 만들어지는 측벽을 이용하여 원래 설계된 게이트 길이보다 축소된 게이트 구조를 형성하는 연구가 제시되었으나, 제조방법 및 소자 구조의 측면에서 실제 소자 제작으로 활용하기 위한 개선의 여지가 있었다.On the other hand, the method of forming the gate of the MOSFET has been proposed for several years ago, in addition to forming the gate through the optical method, using a side wall made in the channel direction to form a gate structure shorter than the originally designed gate length, In terms of manufacturing method and device structure, there was room for improvement to be utilized in actual device fabrication.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 게이트를 채널 방향으로 만들어지는 측벽을 통해 형성함으로써, 미세 게이트 구현 및 게이트 저항 및 지연 문제를 해결하면서, 이와 동시에 소스/드레인의 저항을 낮추고, 접합 파괴 문제를 가지지 않으며, 자기 정렬(Self alignment)되는 전계 효과 트랜지스터의 구조 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by forming the gate through the side wall made in the channel direction, while solving the fine gate implementation and gate resistance and delay problems, while at the same time the resistance of the source / drain The purpose of the present invention is to provide a structure of a field effect transistor that is self-aligned, does not have a junction breakdown problem, and is self-aligned.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, SOI(Silicon on Insulator)기판(10)의 실리콘 층 내부 양측면에 형성되고, 상호 이격되게 형성된 소스영역(3a) 및 드레인영역(3b)과;A preferred aspect for achieving the above object of the present invention is a source region 3a and a drain region formed on both sides of a silicon layer of a silicon on insulator (SOI) substrate 10 and spaced apart from each other. 3b);
상기 소스와 드레인영역(3a,3b)의 사이에 이격되고, 채널영역인 실리콘층의 상부에 형성된 한 쌍의 절연성 제 1 측벽(14a,14b)과;A pair of insulating first sidewalls (14a, 14b) spaced between said source and drain regions (3a, 3b) and formed on top of a silicon layer as a channel region;
상기 한 쌍의 제 1 측벽(14a,14b)과 실리콘층의 상부에 형성된 게이트(16")와; A gate (16 ") formed over said pair of first sidewalls (14a, 14b) and a silicon layer;
상기 게이트(16")와 한 쌍의 제 1 측벽(14a,14b) 및 실리콘층의 사이에 개재되어 있는 게이트절연막(15)과;A gate insulating film (15) interposed between said gate (16 "), a pair of first sidewalls (14a, 14b), and a silicon layer;
상기 게이트(16"), 한 쌍의 제 1 측벽(14a,14b), 게이트절연막(15)의 측면을 감싸며, 상기 소스와 드레인영역(3a,3b)의 상부 각각에 형성된 제 2 측벽(17a,17b)과;A second sidewall 17a formed around the gate 16 ", a pair of first sidewalls 14a and 14b, and a side surface of the gate insulating layer 15, and formed on upper portions of the source and drain regions 3a and 3b, respectively. 17b);
상기 소스와 드레인영역(3a,3b)과 게이트(16")의 상부에 각각 형성된 실리사이드층(18,19,20)으로 구성된 전계 효과 트랜지스터가 제공된다.A field effect transistor is provided, which is composed of silicide layers 18, 19, and 20 formed on the source and drain regions 3a, 3b and the gate 16 ", respectively.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 제 1 실리콘층(1), 실리콘 산화막(2) 및 제 2 실리콘층(3)으로 이루어진 SOI기판(10)의 상부에 산화막(11)과 질화막(12)을 순차적으로 증착하는 제 1 단계와; Another preferred embodiment for achieving the object of the present invention described above is on top of the SOI substrate 10 composed of the first silicon layer 1, the silicon oxide film 2 and the second silicon layer 3. A first step of sequentially depositing the oxide film 11 and the nitride film 12;
상기 질화막(12)과 산화막(11)을 순차적으로 제거하여 제 2 실리콘층(3)의 일부를 노출시키고, 게이트가 형성될 영역(13)을 형성하는 제 2 단계와;A second step of sequentially removing the nitride film (12) and the oxide film (11) to expose a portion of the second silicon layer (3) and to form a region (13) in which a gate is to be formed;
상기 질화막(12)을 마스크로 하여 상기 게이트가 형성될 영역(13)에 노출된 제 2 실리콘층(3)을 부분적으로 식각하여 일정 두께만큼 제거하는 제 3 단계와; A third step of partially etching the second silicon layer (3) exposed to the region (13) where the gate is to be formed by using the nitride film (12) as a mask to remove the film by a predetermined thickness;
상기 게이트가 형성될 영역(13)의 내부에 상호 이격된 한 쌍의 제 1 측벽(14a,14b)을 노출된 제 2 실리콘층(3)의 양측면에서 상기 질화막(12)의 일부면까지 감싸도록 형성하여 노출된 실리콘층을 축소시키는 는 제 4 단계와;The pair of first sidewalls 14a and 14b spaced apart from each other in the region 13 in which the gate is to be formed is covered from both sides of the exposed second silicon layer 3 to a part of the nitride film 12. Forming and reducing the exposed silicon layer by a fourth step;
상기 제 1 측벽(14a,14b)과 축소된 크기의 제 2 실리콘 노출부(3a)를 감싸며, 게이트 절연막(15)을 형성하는 제 5 단계와;A fifth step of covering the first sidewalls (14a, 14b) and the second silicon exposed portion (3a) of a reduced size to form a gate insulating film (15);
상기 질화막(12)과 게이트 절연막(15)의 상부에 다결정 실리콘층(16)을 형성하고, 상기 질화막(12) 상부면이 노출되도록 상기 다결정 실리콘층(16)을 제거하고 평탄화시키는 제 6 단계와;Forming a polycrystalline silicon layer 16 on the nitride film 12 and the gate insulating film 15, and removing and planarizing the polycrystalline silicon layer 16 to expose the upper surface of the nitride film 12; ;
상기 질화막(12)과 산화막(11)을 식각공정으로 제거하고, 이온 주입을 통해 도펀트를 도핑시켜, 제 2 실리콘층(3)에 소스와 드레인 영역(3a,3b)을 형성하고, 다결정 실리콘층(16')을 게이트(16")로 형성하는 제 7 단계와;The nitride film 12 and the oxide film 11 are removed by an etching process, and the dopant is doped by ion implantation to form source and drain regions 3a and 3b in the second silicon layer 3, and the polycrystalline silicon layer A seventh step of forming 16 'as a gate 16 ";
상기 소스와 드레인영역(3a,3b)과 게이트(16")의 상부에 각각 실리사이드층(18,19,20)을 형성하는 제 8 단계로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법이 제공된다. And an eighth step of forming silicide layers 18, 19, and 20 on the source and drain regions 3a, 3b and the gate 16 ", respectively. Is provided.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터의 단면도로써, SOI기판(10)의 실리콘 층 내부 양측면에 형성되고, 상호 이격된 소스와 드레인영역(3a,3b)과; 상기 소스와 드레인영역(3a,3b)의 사이에 이격되고, 채널영역인 실리콘층의 상부에 형성된 절연성 한 쌍의 제 1 측벽(14a,14b)과; 상기 한 쌍의 제 1 측벽(14a,14b)과 실리콘층의 상부에 형성된 게이트(16")와; 상기 게이트(16")와 한 쌍의 제 1 측벽(14a,14b) 및 실리콘층의 사이에 개재되어 있는 게이트절연막(15)과;상기 게이트(16"), 한 쌍의 제 1 측벽(14a,14b), 게이트절연막(15)의 측면을 감싸며, 상기 소스와 드레인영역(3a,3b)의 상부 각각에 형성된 제 2 측벽(17a,17b)과;상기 소스와 드레인영역(3a,3b)과 게이트(16")의 상부에 각각 형성된 실리사이드층(18,19,20)으로 구성된다.1 is a cross-sectional view of a field effect transistor according to the present invention, formed on both sides of a silicon layer of an SOI substrate 10, and having source and drain regions 3a and 3b spaced apart from each other; A pair of insulating first sidewalls (14a, 14b) spaced between said source and drain regions (3a, 3b) and formed on top of a silicon layer as a channel region; A gate 16 "formed over said pair of first sidewalls 14a and 14b and a silicon layer; between said gate 16" and a pair of first sidewalls 14a and 14b and a silicon layer A gate insulating film 15 interposed therebetween; surrounding the side surfaces of the gate 16 ", the pair of first sidewalls 14a and 14b, and the gate insulating film 15, and forming the source and drain regions 3a and 3b. Second sidewalls 17a and 17b formed at upper portions thereof, and silicide layers 18, 19 and 20 formed at upper portions of the source and drain regions 3a and 3b and the gate 16 ", respectively.
여기서, 상기 게이트(16")는 채널 영역에서 바라보는 게이트의 길이가 짧은 'T'자 형상으로 형성됨으로, 넓은 디자인 창의 게이트 길이(L1)를 제공하고, 채널영역에서 바라보는 게이트 길이(L2)는 상대적으로 짧아, 극소 채널 형성이 용이한 장점이 있으므로, 게이트의 지연 및 저항을 줄일 수 있는 장점이 있다.Here, the gate 16 ″ is formed in a 'T' shape having a short gate length viewed from the channel region, thereby providing a gate length L 1 of a wide design window, and a gate length L viewed from the channel region. 2 ) is relatively short, so the channel formation is easy, so the delay and resistance of the gate can be reduced.
도 2a 내지 2k는 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터의 제조공정도로써, 먼저, SOI기판(10)의 상부에 산화막(11)과 질화막(12)을 순차적으로 증착한다.(도 2a)2A to 2K are manufacturing process diagrams of the field effect transistor according to the present invention. First, the oxide film 11 and the nitride film 12 are sequentially deposited on the SOI substrate 10 (FIG. 2A).
이 때, SOI기판(10)은 제 1 실리콘층(1), 실리콘 산화막(2)과 제 2 실리콘층(3)이 순차적으로 형성된 구조이며, SOI기판(10)은 30 ~ 80㎚두께를 갖는 기판으로 사용하는 것이 바람직하다.At this time, the SOI substrate 10 has a structure in which the first silicon layer 1, the silicon oxide film 2 and the second silicon layer 3 are sequentially formed, and the SOI substrate 10 has a thickness of 30 to 80 nm. It is preferable to use as a substrate.
이 후, 사진 식각 공정을 수행하여 상기 질화막(12)과 산화막(11)을 순차적으로 제거하여 제 2 실리콘층(3)의 일부를 노출시키고, 게이트가 형성될 영역(13)을 형성한다.(도 2b)Thereafter, a photolithography process is performed to sequentially remove the nitride layer 12 and the oxide layer 11 to expose a portion of the second silicon layer 3 to form a region 13 on which a gate is to be formed. 2b)
여기서, 게이트가 형성될 영역(13)의 폭(L1)은 차후 공정에서 형성될 측벽과 게이트 길이를 고려하여 0.04 ~ 1.0㎛이어야 바람직하다.Here, the width L 1 of the region 13 in which the gate is to be formed is preferably 0.04 to 1.0 μm in consideration of the sidewall and gate length to be formed in a subsequent process.
연이어서, 상기 질화막(12)을 마스크로 하여 상기 게이트가 형성될 영역(13)에 노출된 SOI기판(10)의 제 2 실리콘층(3)을 부분적으로 식각하여 두께 'T1' 만큼 제거한다.(도 2c)Subsequently, using the nitride film 12 as a mask, the second silicon layer 3 of the SOI substrate 10 exposed to the region 13 on which the gate is to be formed is partially etched and removed by a thickness 'T 1 '. (FIG. 2C)
이 때, 부분적인 식각공정 이후, 남게 되는 채널 영역의 제 2 실리콘층(3) 두께(T2)는 완전 공핍형의 동작을 위해 5 ~ 50㎚의 범위가 바람직하다.At this time, after the partial etching process, the thickness T 2 of the second silicon layer 3 remaining in the channel region is preferably in the range of 5 to 50 nm for the fully depleted operation.
도 2d에서는 상기 게이트가 형성될 영역(13)의 내부에 상호 이격된 한 쌍의 제 1 측벽(14a,14b)을 노출된 제 2 실리콘층(3)의 양측면에서 상기 질화막(12)의 일부면까지 감싸도록 형성하여 노출된 실리콘층을 축소시킨다.In FIG. 2D, a portion of the nitride film 12 is disposed on both sides of the second silicon layer 3 exposing the pair of first sidewalls 14a and 14b spaced apart from each other in the region 13 in which the gate is to be formed. It is formed to wrap up to reduce the exposed silicon layer.
이 제 1 측벽(14a,14b)은 화학기상증착(CVD, Chemical Vapor Deposition)공정을 수행하여 절연막을 증착하고, 이 증착된 절연막의 중앙부분을 에치백(Etch-back)공정으로 제 2 실리콘층(3)의 상부가 노출되도록(노출된 상부면이 3' 이다.) 제거함으로써 형성된다.The first sidewalls 14a and 14b are subjected to a chemical vapor deposition (CVD) process to deposit an insulating film, and a second silicon layer is formed on the central portion of the deposited insulating film by an etch-back process. It is formed by removing so that the top of (3) is exposed (the exposed top surface is 3 ').
여기서, 제 1 측벽의 폭(L3)은 이 후 공정에서 형성되는 게이트의 길이(L2)를 결정짓는 데 중요한 영향을 미친다.Here, the width L 3 of the first sidewall has an important influence on determining the length L 2 of the gate formed in a subsequent process.
그 다음, 상기 제 1 측벽(14a,14b)이 형성된 후, 상기 제 1 측벽(14a,14b)과 축소된 크기의 제 2 실리콘 노출부(3')의 일부를 감싸며, 게이트 절연막(15)을 형성한다.(도 2e)Next, after the first sidewalls 14a and 14b are formed, the gate sidewalls 15 may be wrapped around the first sidewalls 14a and 14b and a part of the second silicon exposed portion 3 ′ having a reduced size. (Fig. 2e).
이 게이트 절연막(15)은 열산화 공정을 통해 형성됨으로, 질화막(12)의 상부에는 형성되지 않는다.The gate insulating film 15 is formed through a thermal oxidation process, and thus is not formed on the nitride film 12.
연이어, 상기 질화막(12)과 게이트 절연막(15)의 상부에 게이트 전극으로 활용하기 위한 다결정 실리콘층(16)을 형성한다.(도 2f)Subsequently, a polycrystalline silicon layer 16 for forming a gate electrode is formed on the nitride film 12 and the gate insulating film 15 (FIG. 2F).
그 후, 상기 질화막(12) 상부면이 노출되도록 상기 다결정 실리콘층(16)을 제거하여, 평탄화시킨다.(도 2g)Thereafter, the polycrystalline silicon layer 16 is removed and planarized so that the upper surface of the nitride film 12 is exposed (FIG. 2G).
여기서, 상기 다결정 실리콘층(16)의 제거 및 평탄화 공정은 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 또는 에치백(Etch-back)공정을 수행하는 것이 바람직하다.Here, the removal and planarization of the polycrystalline silicon layer 16 may be performed by a chemical mechanical polishing (CMP) or etch-back process.
이렇게 다결정 실리콘층(16)이 제거되면, 'T'자 모양으로 형성된다. 이런 'T'자 모양의 게이트 구조는 게이트 길이(L2)로 인해 극소 채널 형성이 쉽다는 장점과 동시에 게이트 길이(L1)로 넓은 디자인 창을 제공함으로써, 게이트의 지연 및 저항을 줄일 수 있는 장점을 제공한다.When the polycrystalline silicon layer 16 is removed in this way, it is formed in a 'T' shape. This 'T' shaped gate structure provides the advantage of easy channel formation due to the gate length (L 2 ), and provides a wide design window with the gate length (L 1 ), thereby reducing the delay and resistance of the gate. Provide advantages.
그러므로, 본 발명의 MOSFET는 채널 영역에서 바라보는 게이트 전극의 길이(L2)가 짧아지므로, 채널영역의 길이 또한 짧아지게 된다.Therefore, in the MOSFET of the present invention, since the length L 2 of the gate electrode viewed from the channel region is shortened, the length of the channel region is also shortened.
따라서, 짧은 채널영역으로 인하여, 소자의 동작 속도를 빨라지고, 고성능의 MOSFET를 구현할 수 있게 되는 장점이 발생하게 된다.Therefore, the short channel region has the advantage that the operation speed of the device can be increased, and a high-performance MOSFET can be realized.
더불어, 게이트가 형성될 영역(13)의 폭(L1)을 0.15㎛으로 형성하고, 제 1 측벽(14a,14b)의 길이(L3)를 0.03㎛으로 형성하였다면, 0.15-(0.03 x 2)=0.09㎛의 채널 영역에서 바라보는 게이트의 길이(L2)를 갖는 MOSFET를 제조할 수 있는 것이다.In addition, if the width L 1 of the region 13 in which the gate is to be formed is formed at 0.15 μm, and the length L 3 of the first side walls 14a and 14b is formed at 0.03 μm, 0.15- (0.03 x 2 It is possible to manufacture a MOSFET having a gate length L 2 viewed in a channel region of) = 0.09 mu m.
도 2h에서는 게이트 형성을 위해, 사용되었던 질화막(12)과 산화막(11)을 식각공정으로 제거하고, 이 식각공정은 건식 식각공정보다는 습식 식각공정을 수행하는 것이 선택비(Selectivity) 측면에서 유리함으로, 160℃ 온도로 H3PO4용액을 이용하여 질화막(12)을 제거하고, 상온에서 완충(Buffered) HF용액으로 산화막(11)을 제거한다.In FIG. 2H, the nitride film 12 and the oxide film 11 used for the gate formation are removed by an etching process, and the etching process is advantageous in terms of selectivity in that the wet etching process is performed rather than the dry etching process. The nitride film 12 is removed using a H 3 PO 4 solution at a temperature of 160 ° C., and the oxide film 11 is removed with a buffered HF solution at room temperature.
그 다음, SOI기판에서 노출된 실리콘층과 게이트로 사용되는 다결정 실리콘층(16')에 이온 주입(Ion implantation)을 통해 n-타입 또는 p-타입 도펀트를 도핑시켜, SOI기판의 제 2 실리콘층(3)에 소스와 드레인 영역(3a,3b)을 형성하고, 다결정 실리콘층(16')을 게이트(16")로 형성한다.(도 2i)Next, the silicon layer exposed on the SOI substrate and the polycrystalline silicon layer 16 ′ used as the gate are doped with an n-type or p-type dopant by ion implantation to form a second silicon layer of the SOI substrate. Source and drain regions 3a and 3b are formed in (3), and polycrystalline silicon layer 16 'is formed as gate 16 "(FIG. 2I).
여기서, 소스와 드레인 영역(3a,3b)의 실리콘층 두께(T0)는 채널의 두께(T2)보다 두꺼우므로, 본 발명의 MOSFET는 저 저항의 소스/드레인을 제조할 수 있는 잇점을 제공한다.Here, since the silicon layer thickness T 0 of the source and drain regions 3a and 3b is thicker than the channel thickness T 2 , the MOSFET of the present invention provides the advantage of making a low resistance source / drain. do.
연이어서, 상기 소스와 드레인 영역(3a,3b)의 상부에 절연막을 증착하고, 상기 절연막을 에치백(Etch-back)하여 상기 한 쌍의 제 1 측벽(14a,14b)과 게이트(16")의 외측에 각각 한 쌍의 제 2 측벽(17a,17b)을 형성한다.(도 2j)Subsequently, an insulating film is deposited on top of the source and drain regions 3a and 3b, and the insulating film is etched back to the pair of first sidewalls 14a and 14b and the gate 16 ". A pair of second sidewalls 17a and 17b are formed on the outside of each other (Fig. 2J).
여기서, 이 공정은 본 발명에서 선택적으로 수행하여도 되는 공정이며, 상기 제 2 측벽(17a,17b)으로 이 후에 수행되는 실리사이드 공정에서 소스와 드레인(3a,3b) 및 게이트(16")의 절연성을 더욱 안전하게 유지할 수 있게 된다.Here, this process may be selectively performed in the present invention, and the insulating property of the source and drain 3a, 3b and the gate 16 "in the silicide process which is subsequently performed to the second sidewalls 17a and 17b. To keep it more secure.
마지막으로, 실리사이드 공정과 어닐링(Annealing)공정을 수행하여, 상기 소스(3a)의 상부에는 소스용 실리사이드층(19)을 형성하고, 상기 드레인(3b)의 상부에는 드레인용 실리사이드층(20)을 형성하고, 상기 게이트(16")의 상부에는 게이트용 실리사이드층(18)을 형성함으로써, 본 발명의 MOSFET의 제조는 완성된다.(도 2k)Finally, a silicide process and an annealing process are performed to form a source silicide layer 19 on the source 3a, and a drain silicide layer 20 on the drain 3b. The MOSFET of the present invention is completed by forming the gate silicide layer 18 on the gate 16 ". (FIG. 2K)
따라서, 본 발명의 MOSFET는 자기 정렬형태의 바람직한 구조로 실리사이드 공정과 어닐링 공정으로 소스(3a)/드레인(3b)과 게이트(16")의 상부에만 실리사이드층이 형성된다.Therefore, in the MOSFET of the present invention, the silicide layer is formed only on the top of the source 3a / drain 3b and the gate 16 " in the silicide process and the annealing process.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 게이트의 형상을 'T'자형으로 형성하여, 넓은 디자인 창의 게이트 길이(L1)를 제공하고, 채널영역에서 바라보는 게이트 길이(L2)는 상대적으로 짧아, 극소 채널 형성이 용이하고, 게이트의 지연 및 저항을 줄여 소자의 동작을 빠르게 할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention forms a gate shape in a 'T' shape to provide a gate length L 1 of a wide design window, and the gate length L 2 viewed from the channel region is relatively short, It is easy to form a very small channel and reduce the delay and resistance of the gate to speed up the operation of the device.
더불어, 소스와 드레인 영역(3a,3b)의 실리콘층 두께(T0)는 채널의 두께(T2)보다 두껍게 하여, 저 저항으로 소스/드레인을 동작시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the silicon layer thickness T 0 of the source and drain regions 3a and 3b is thicker than the thickness T 2 of the channel, so that the source / drain can be operated with low resistance.
그리고, 본 발명의 제조 기술로 고속 고성능 극미세 반도체 소자 제조 및 이와 상응하는 반도체 소자 구조 설계와 제조를 포함하여, SOC(System-On-a-Chip)을 위한 차세대 반도체 기술에 응용할 수 있는 효과가 발생한다. In addition, the manufacturing technology of the present invention has an effect that can be applied to the next-generation semiconductor technology for SOC (System-On-a-Chip), including high-speed, high-performance ultra-fine semiconductor device fabrication and design and fabrication of the corresponding semiconductor device structure Occurs.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
도 1은 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a field effect transistor according to the present invention.
도 2a 내지 2k는 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터의 제조공정도이다.2A to 2K are manufacturing process diagrams of the field effect transistor according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1,3 : 제 1,2 실리콘층 2 : 실리콘 산화막1,3 first and second silicon layers 2: silicon oxide film
3a,3b : 소스와 드레인영역 10 : SOI기판3a, 3b: source and drain regions 10: SOI substrate
11 : 산화막 12 : 질화막11 oxide film 12 nitride film
13 : 게이트가 형성될 영역 14a,14b : 제 1 측벽13 regions 14a and 14b in which gates are to be formed, first sidewalls
15 : 게이트절연막 16 : 다결정 실리콘층15 gate insulating film 16 polycrystalline silicon layer
16" : 게이트 17a,17b : 제 2 측벽16 ": gates 17a, 17b: second sidewall
18,19,20 : 실리사이드층 18,19,20: silicide layer
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