KR100486115B1 - 모트 프리 모스 트랜지스터의 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 모트 프리 모스 트랜지스터(moat free MOS transistor)의 제조 방법은, 소정의 하부구조가 형성된 실리콘 기판 상에 패드 질화막을 형성하고 소정 형상으로 패터닝하는 단계와, 소정 형상으로 패터닝된 패드 질화막을 마스크로 실리콘 기판을 식각하여 STI(shallow trench isolation)용 트랜치를 형성하는 단계와, STI용 트랜치를 필드 산화막으로 충진하여 STI를 형성하는 단계와, 세정단계에 의한 실리콘 손실을 보상하기 위하여 패드 질화막을 제거한 후 STI의 모서리에 있는 모트가 채워지도록 전면에 2차 산화막을 충진하는 단계와, 2차 산화막을 패터닝하여 실리콘 기판의 채널이 형성될 영역을 노출시키는 컨택홀을 형성하는 단계와, 컨택홀이 채워지도록 전면에 폴리층을 형성하는 단계와, 2차 산화막의 상부표면이 노출되도록 상기 폴리층을 평탄화하는 단계와, 그리고 2차 산화막을 제거하되, STI의 모트에 채워진 2차 산화막은 남도록 한 후 이온 주입을 하여 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 모스(MOS) 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 모스 트랜지스터 제조시 폴리 게이트를 정의할 때 기존 공정에서 공정 순서를 변경함으로써, 모트(moat)를 제거하여 험프(hump)를 방지하며, 소오스/드레인 정션 영역의 실리콘 손실을 방지하여 얕은 정션을 형성하고, 이로 인하여 펀치 쓰로우(punch-through) 특성을 개선할 수 있는 모트-프리 모스 트랜지스터(moat free MOS transistor)의 제조 방법에 관한 것이다.
현재의 반도체 소자 제조 공정 중에서 일반적인 아이솔레이션 공정인 얕은 트렌치 아이솔레이션(shallow trench isolation; STI) 공정을 진행하여 형성된 소자를 도 1, 도 2a 및 도 2b에 도시하였다.
먼저, 도 1은 일반적인 아이솔레이션 공정인 STI 공정을 진행하여 형성된 소자를 도시한 평면도이다. 여기서, 참조번호 10, 12, 14는 플로팅 게이트, 측벽 스페이서 및 액티브 영역을 각각 나타낸다.
그리고, 도 2a 및 2b는 도 1의 선분 A-A' 및 B-B'를 따라서 절개한 도면을 각각 나타낸다.
도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 종래의 방법에 따라 STI를 형성한 후, 여러 차례의 전세정을 거치면서 필드 산화막을 식각하여 험프(hump)를 유발시키는 모트(moat)를 도면의 점선으로 표시한 원에서 형성하고 있는 것을 알 수 있다.
LDD(light doped drain) 식각 단계에서, 과도한 식각(over etch)가 필요하며, 이러한 과도한 식각으로 인하여 정션 영역의 실리콘 기판이 채널 영역부다 낮아지면 표면 아래 벌크(bulk) 영역의 정션 사이의 거리가 좁아져서 누설(leakage) 및 펀치 쓰로우(punch-through)를 유발한다.
또한, 이러한 에지모트가 발생하게 되면, 소자 특성상 험프(hump) 및 INWE(inverse narrow width effect)가 발생하여 소자의 비정상적인 동작을 유발시키는 소자의 트랜지스터의 전기적 특성을 열화시키는 문제점이 존재하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 주목적은 게이트 폴리의 증착 전에 각종 전세정에 의해 손실된 필드 부분의 산화막 위에 새로운 산화막을 덮음으로써 모트를 제거할 수 있는 모트 프리 모스 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 산화막 패터닝으로 인하여 드러난 채널 영역의 실리콘을 소오스/드레인 영역보다 더 많이 식각하여 상승된 소오스/드레인을 형성하여 극도로 얕은 정션(ultra-shallow junction)을 형성하는 것이 가능한 모트 프리 모스 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 산화막 식각시 과도한 에칭(over etching)이 발생한 부분을 SEG(selective epitaxial growth)를 사용하여 재성장 시키는 방법도 있으나 스스로 정렬된(self aligned) 산화 마스크를 사용함으로써 실리콘 식각의 수행이 훨씬 더 간단하게 되면서도 동일한 효과를 얻을 수 있는 모트 프리 모스 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 소정의 하부구조가 형성된 실리콘 기판 상에 패드 질화막을 형성하고 소정 형상으로 패터닝하는 단계와, 상기 소정 형상으로 패터닝된 패드 질화막을 마스크로 실리콘 기판을 식각하여 STI(shallow trench isolation)용 트랜치를 형성하는 단계와, 상기 STI용 트랜치를 필드 산화막으로 충진하여 STI를 형성하는 단계와, 세정단계에 의한 실리콘 손실을 보상하기 위하여 상기 패드 질화막을 제거한 후 상기 STI의 모서리에 있는 모트가 채워지도록 전면에 2차 산화막을 충진하는 단계와, 상기 2차 산화막을 패터닝하여 상기 실리콘 기판의 채널이 형성될 영역을 노출시키는 컨택홀을 형성하는 단계와, 상기 컨택홀이 채워지도록 전면에 폴리층을 형성하는 단계와, 상기 2차 산화막의 상부표면이 노출되도록 상기 폴리층을 평탄화하는 단계와, 그리고 상기 2차 산화막을 제거하되, 상기 STI의 모트에 채워진 2차 산화막은 남도록 한 후 이온 주입을 하여 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모트 프리 모스 트랜지스터의 제조 방법에 따라 형성된 모스 트랜지스터를 도 1에 도시한 선분 A-A' 및 B-B'를 따라 절개한 단면도를 도시한다.
먼저, 도 3a에 따르면, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 게이트 폴리(116) 증착 전에 각종 전세정에 의해 손실된 필드 부분의 산화막의 위에 새로운 산화막을 덮어 모트를 제거함으로써, 점선을 표시한 원 부부에서 채널 보다 정션 영역의 높이를 높임으로서 선택적 에피택셜 성장(selective epitaxial growth)을 사용하는 것과 동일한 얕은 정션의 형성이 가능한 것을 도시한다.
또한, 도 3b에 따르면, 모트를 없앰으로 험프 억제가 가능하고, 상대적으로 기존 공정보다 STI 깊이는 낮아지며, 이것은 초기 STI 식각시부터 고려하여야 한다.
이어서, 도 4a 내지 도 4o는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모트 프리 모스 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 설명의 편의성을 위하여 실리콘 기판의 전체를 도시하지 않고 액티브 영역(102) 만을 도시하였다. 또한, 각 도의 왼쪽은 도 3a에 대응되는 그리고 오른편에는 도 3b에 해당되는 제조공정에 관한 단면도를 순차적으로 도시하였다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, LOCOS(local oxidation of silicon) 방식을 이용하여 액티브 영역(102)을 갖는 소정의 하부구조가 형성된 기판 상에 패드 질화막(104)을 형성한다.
이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 패드 질화막(104)를 소정의 형상으로 패터닝하여 식각을 진행한다.
그리고 나서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 식각된 소정 형상의 패드 질화막(104)를 마스크로 이용하여 STI 식각을 실행한다.
다음 단계로, 도 4d에 도시된 바와 같이, STI 식각에 의하여 형성된 갭(gap)을 충진하기 위하여 고밀도플라즈마(HDP; High Density Plasma) 또는 HLD(High Temperature Low Pressure Deposition) 등의 산화막을 갭 영역(도 4c의 106)에 형성한다. 그리고, 화학적 기계적 연마(chemical mechanical poliching; CMP)와 같은 방법을 이용하여 갭 영역(106)에 충진된 산화막(108)을 평탄화 시킴으로써 평탄화된 패드 질화막(110) 및 평탄화된 필드 산화막(108)을 얻는다.
이어서, 도 4e에 도시된 바와 같이, 평탄화된 패드 질화막(110)을 제거한다.
다음으로, 도 4f에 도시된 바와 같이, 평탄화된 패드 질화막(110)이 제거됨으로써 개방된 액티브 영역(102)에 대하여 각종 전세정(pre-eleaning)을 수행한다. 이때, 각종 전세정으로 인하여 필드 산화막(108)이 부분적으로 손실된다. 특히, 도면에 도시된 바와 같이 (ㄱ) 방향과 (ㄴ) 방향으로 동시에 식각이 진행되기 때문에 STI 공정에서 험프(hump)를 유발시키는 모트(moat)를 발생시키게 된다.
그리고 나서, 도 4g에 도시된 바와 같이, 각종 전세정으로 인하여 손실된 필드 산화막(108) 부분에 추가로 증착한 산화막(110)인 HLD를 형성하여 채워 버린다. 이때, HLD는 Vt 이온주입 및 게이트 정의(define)용 마스크 역할을 한다.
이어서, 도 4h에 도시된 바와 같이, 추가로 증착된 산화막(110)을 기설정된 형태로 식각하여 액티브 영역(102)를 노출시킨다.
다음 단계로, 도 4i에 도시된 바와 같이, 액티브 실리콘 라이트 식각(active silicon light etch)를 실행한 후, Vt 이온 주입을 실시하고 나서 게이트 산화막(112)을 성장시킨다. 이때, 산화막보다 실리콘 식각율이 높은 조건을 사용하여 액티브 영역(102)만을 선택적으로 식각하여 필드보다 액티브 영역을 낮춘다.
그리고, 도 4j 및 4k에 도시된 바와 같이, 게이트 폴리층(114)을 증착하여 게이트 영역을 모두 채워 넣은 후, 게이트 폴리층(114)를 추가로 증착된 산화막(110)이 나타날 때까지 CMP를 이용하여 평탄화를 실행함으로써 게이트 폴리층(114)를 패터닝하여 게이트 폴리(116)을 얻는다.
이어서, 도 4l에 도시된 바와 같이, 게이트 폴리층을 패터닝하는데 마스크로 사용된 추가로 증착된 산화막(110)을 제거한다. 이때, 이미 액티브 영역이 정의된 다음이기 때문에 필드 산화막(110)이 과도하게 식각이 되어도 모트(moat)를 형성할 수 없어서 소자간 아이솔레이션만 시켜줄 수 있다면 소자 특성과는 상관이 없으므로 습식 식각을 사용할 수 있다. 또한, 이때 실리콘은 식각되지 않고 산화막만 식각이 되어 채널 영역의 높이보다 정션이 형성될 영역의 높이가 더 높아지게 되기 때문이다.
그리고, 도 4m에 도시된 바와 같이, NM 이온 주입을 실시한다. 이때, NM이 형성되는 영역(118)은 채널이 형성되는 영역보다 더 높은 영역에서 형성된다.
이어서, 도 4n에 도시된 바와 같이, 약하게 이온 주입된 드레인(lightly doped drain; LDD) 스페이서(120)를 형성한다. 이 단계에서는 습식 식각을 사용하여 액티브 영역(102) 위의 산화막을 완전히 제거하여야 하기 때문에 일부 실리콘 손실이 발생한다. 하지만, 이미 기존의 경우보다는 정션 쪽의 실리콘이 더 높기 때문에 채널 영역의 옆쪽에 정션이 형성된다.
마지막으로, N+ 정션을 형성하여 소오스(122) 및 드레인(124)을 형성하게됨으로써, 트랜지스터를 얻게된다.
전술한 방법에 의하여 형성된 정션은 종래의 방법으로 제조된 트랜지스터의 정션보다 얕은 깊이를 가져 펀치 쓰로우(punch-through) 억제 기능을 갖게 된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 모트(moat) 형성이 불가능하기 때문에 험프(hump)를 억제할 수 있다.
그리고, 채널 영역의 액티브 영역보다 필드 위치가 높아서 SCE(short channel effect) 및 INWE(inverse narrow width effect)를 억제할 수 있다.
한편, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 모트 프리 모스 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 설명의 편의성을 위하여 실리콘 기판의 전체를 도시하지 않고 액티브 영역(202) 만을 도시하였다. 또한, 각 도의 왼쪽은 도 3a에 대응되는 그리고 오른편에는 도 3b에 해당되는 제조공정에 관한 단면도를 순차적으로 도시하였다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제 1 바람직한 실시예의 도 4k에 폴리 CMP 공정을 실행한 후, 마스크로 사용한 추가로 증착된 산화막(110)에 해당되는 산화막(220)을 제거하지 않고 NM 이온 주입을 하는 것인데, 이는 채널 영역보다 정션 영역의 높이가 높아져서 단차가 발생하는 것을 이용하는 것이다.
그리고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 마스크 산화막(210)을 대략 반 정도만 제거하고 다시 LDD 스페이서용 HLD를 증착하는 방법을 사용하면, 본 발명에서 제안한 공정의 단점인 아이솔레이션 부분의 필드의 손실로 인한 정션 영역의 액티브가 필드보다 높아지는 것을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 게이트 폴리의 증착 전에 각종 전세정에 의해 손실된 필드 부분의 산화막 위에 새로운 산화막을 덮음으로써 모트를 제거할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 산화막 패터닝으로 인하여 드러난 채널 영역의 실리콘을 소오스/드레인 영역보다 더 많이 식각하여 상승된 소오스/드레인을 형성하여 극도로 얕은 정션(ultra-shallow junction)을 형성하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 산화막 식각시 과도한 에칭(over etching)이 발생한 부분을 SEG(selective epitaxial growth)를 사용하여 재성장 시키는 방법도 있으나 스스로 정렬된(self aligned) 산화 마스크를 사용함으로써 실리콘 식각의 수행이 훨씬 더 간단하게 되면서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은 채널 영역의 액티브 영역보다 필드 위치가 높아서 SCE(short channel effect) 및 INWE(inverse narrow width effect)를 억제할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 아이솔레이션 공정인 STI 공정을 진행하여 형성된 소자를 도시한 평면도이다.
도 2a 및 2b는 도 1의 선분 A-A' 및 B-B'를 따라서 절개한 도면을 각각 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모트 프리 모스 트랜지스터의 제조 방법에 따라 형성된 모스 트랜지스터를 도 1에 도시한 선분 A-A' 및 B-B'를 따라 절개한 단면도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4o는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모트 프리 모스 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
한편, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 모트 프리 모스 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
102 : 액티브 영역 104 : 패드 질화막
106 : 갭 영역 108 : 필드 산화막
110 : 2차 산화막 112 : 게이트 산화막
114 : 폴리층 116 : 패턴된 폴리층
118 : NM 영역 120 : 스페이서
122 : 소오스 124 : 드레인
Claims (6)
- 삭제
- 소정의 하부구조가 형성된 실리콘 기판 상에 패드 질화막을 형성하고 소정 형상으로 패터닝하는 단계와,상기 소정 형상으로 패터닝된 패드 질화막을 마스크로 실리콘 기판을 식각하여 STI(shallow trench isolation)용 트랜치를 형성하는 단계와,상기 STI용 트랜치를 필드 산화막으로 충진하여 STI를 형성하는 단계와,세정단계에 의한 실리콘 손실을 보상하기 위하여 상기 패드 질화막을 제거한 후 상기 STI의 모서리에 있는 모트가 채워지도록 전면에 2차 산화막을 충진하는 단계와,상기 2차 산화막을 패터닝하여 상기 실리콘 기판의 채널이 형성될 영역을 노출시키는 컨택홀을 형성하는 단계와,상기 컨택홀이 채워지도록 전면에 폴리층을 형성하는 단계와,상기 2차 산화막의 상부표면이 노출되도록 상기 폴리층을 평탄화하는 단계와,그리고 상기 2차 산화막을 제거하되, 상기 STI의 모트에 채워진 2차 산화막은 남도록 한 후 이온 주입을 하여 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모트 프리 모스 트랜지스터를 제조하는 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 2차 산화막이 HLD로 이루어진 것을 특징으로 하는 모트 프리 모스 트랜지스터를 제조하는 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 2차 산화막이 Vt 이온주입 및 게이트 정의(define)용 마스크 역할을 하는 것을 특징으로 하는 모트 프리 모스 트랜지스터 제조하는 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 2차 산화막을 기설정된 형태로 식각하는 단계에서, 산화막보다 실리콘 식각율이 높은 조건을 사용하여 액티브 영역만을 선택적으로 식각하여 필드보다 액티브 영역을 낮춘 것을 특징으로 하는 모트 프리 모스 트랜지스터를 제조하는 방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 2차 산화막을 기설정된 형태로 식각하는 단계는 습식 식각을 사용하여 진행함을 특징으로 하는 모트 프리 모스 트랜지스터를 제조하는 방법.
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