KR100552853B1 - Method for impurity ions for adjusting the threshold voltage in n-channel MOS transistor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 n채널형 모스 트랜지스터의 문턱 전압 조절을 위한 불순물 주입 방법은, 반도체 기판의 채널 형성 영역에 저매니움을 주입시키는 단계와, 저매니움이 주입된 채널 형성 영역에 문턱 전압 조절을 위한 붕소 이온을 주입시키는 단계와, 그리고 열처리 공정을 수행하여 붕소 이온을 확산시키는 단계를 포함한다.An impurity implantation method for controlling a threshold voltage of an n-channel MOS transistor of the present invention includes the steps of injecting low manganese into a channel forming region of a semiconductor substrate, and Implanting boron ions, and performing a heat treatment process to diffuse the boron ions.

문턱 전압 조절, 붕소 침투, 저매니움Threshold Voltage Regulation, Boron Penetration, Low Mania

Description

n채널형 모스 트랜지스터의 문턱 전압 조절을 위한 불순물 주입 방법{Method for impurity ions for adjusting the threshold voltage in n-channel MOS transistor}Method for impurity injection for adjusting the threshold voltage of n-channel MOS transistor

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 n채널형 모스 트랜지스터의 문턱 전압 조절을 위한 불순물 주입 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating an impurity implantation method for controlling a threshold voltage of an n-channel MOS transistor according to the present invention.

도 4는 본 발명에 의해 주입된 불순물 이온의 농도 프로파일을 나타내 보인 그래프이다.4 is a graph showing a concentration profile of impurity ions implanted by the present invention.

본 발명은 모스 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 n채널형 모스 트랜지스터의 문턱 전압 조절을 위한 불순물 주입 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a MOS transistor, and more particularly, to an impurity implantation method for adjusting the threshold voltage of an n-channel MOS transistor.

지금까지 모스(MOS; Metal Oxide Semiconductor) 소자 기술은 급속도로 발전해 왔으며, 이와 같은 발전의 원인은 끊임없이 소형화와 이에 따른 고성능의 구현이 가능한데서 찾을 수 있다. 이와 같은 소형화와 고성능의 구현을 위해서는 게이트 산화막의 두께에 관한 기술, 소스/드레인 영역에 관한 기술 및 채널 영역에 관 한 기술이 뒷받침되어야 한다. 즉 모스 트랜지스터의 집적도가 증가함에 따라 발생되는 짧은 채널 효과(SCE; Short Channel Effect)를 억제하기 위해서는 게이트 산화막의 두께가 작을 필요가 있다. 그리고 소스/드레인 영역도 가능한 한 얕은 접합(shallow junction)으로 형성하여 전하 공유 효과(charge sharing effect)가 감소되도록 하여야 한다. 또한 레트로그레이드(retrograde) 이온 주입이나 할로(halo) 이온 주입을 통한 채널에서의 도핑 프로파일을 변경시킴으로써 짧은 채널 효과를 억제시킬 수 있다.Until now, MOS (Metal Oxide Semiconductor) device technology has been rapidly developed, and the cause of such development can be found in the continuous miniaturization and high performance. In order to achieve such miniaturization and high performance, a technology related to the thickness of the gate oxide film, a technology related to the source / drain region, and a channel region should be supported. That is, the thickness of the gate oxide layer needs to be small in order to suppress the short channel effect (SCE) generated as the integration degree of the MOS transistor increases. The source / drain regions should also be formed as shallow junctions as possible to reduce the charge sharing effect. Short channel effects can also be suppressed by altering the doping profile in the channel through retrograde or halo ion implantation.

상기 짧은 채널 효과를 억제시키기 위해서는, n채널 모스 트랜지스터의 문턱 전압 조절을 위해 주입되는 불순물 이온, 즉 붕소(B) 이온이 반도체 기판 표면에 주로 분포되는 프로파일을 갖는 것이 바람직하다. 그런데 n채널형 모스 트랜지스터의 경우 주입되는 불순물 이온인 붕소(B) 이온은 공정이 진행될수록 반도체 기판의 하부로 점점 더 확산하게 되므로, 반도체 기판 표면, 즉 채널 영역 표면에서 높은 농도를 갖지 못하게 되며, 따라서 짧은 채널 효과를 억제하는데 크게 효과적이지 못하다.In order to suppress the short channel effect, it is preferable that the impurity ions implanted for the threshold voltage of the n-channel MOS transistor, that is, boron (B) ions, have a profile mainly distributed on the surface of the semiconductor substrate. However, in the case of the n-channel MOS transistor, boron (B) ions, which are implanted impurity ions, are gradually diffused to the lower portion of the semiconductor substrate as the process proceeds, so that they do not have a high concentration on the surface of the semiconductor substrate, that is, the channel region. Therefore, it is not very effective in suppressing short channel effects.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 붕소 이온이 채널 영역의 상부에 주로 분포되도록 할 수 있는 n채널형 모스 트랜지스터의 문턱 전압 조절을 위한 불순물 주입 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an impurity implantation method for controlling the threshold voltage of an n-channel MOS transistor which can allow boron ions to be mainly distributed over the channel region.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 n채널형 모스 트랜지 스터의 문턱 전압 조절을 위한 불순물 주입 방법은, 반도체 기판의 채널 형성 영역에 저매니움을 주입시키는 단계; 상기 저매니움이 주입된 채널 형성 영역에 문턱 전압 조절을 위한 붕소 이온을 주입시키는 단계; 및 열처리 공정을 수행하여 상기 붕소 이온을 확산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the impurity implantation method for controlling the threshold voltage of the n-channel MOS transistor according to the present invention, the step of injecting a low manum in the channel formation region of the semiconductor substrate; Implanting boron ions for controlling a threshold voltage into the channel formation region implanted with the low manometer; And diffusing the boron ions by performing a heat treatment process.

상기 저매니움은 상기 붕소 이온이 주입되는 깊이보다 얕은 깊이로 주입되도록 하는 것이 바람직하다.The low manganese is preferably injected to a depth shallower than the depth to which the boron ions are implanted.

상기 저매니움은 5-50keV의 주입 에너지 및 1×1014-5×1014/㎠의 농도로 주입시키는 것이 바람직하다.The low manium is preferably injected at a concentration of 5-50 keV and an energy of 1 × 10 14 -5 × 10 14 / cm 2.

상기 붕소 이온은 10-50keV의 주입 에너지 및 1×1013-1×1014/㎠의 농도로 주입시키는 것이 바람직하다.The boron ions are preferably implanted at an implantation energy of 10-50 keV and a concentration of 1 × 10 13 -1 × 10 14 / cm 2.

상기 열처리 공정은 800-1000℃의 온도 및 N2 분위기에서 10-30초동안 수행하는 급속 열처리 공정인 것이 바람직하다.The heat treatment process is preferably a rapid heat treatment process performed for 10-30 seconds at a temperature of 800-1000 ℃ and N 2 atmosphere.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 n채널형 모스 트랜지스터의 문턱 전압 조절을 위한 불순물 주입 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating an impurity implantation method for controlling a threshold voltage of an n-channel MOS transistor according to the present invention.

먼저 도 1을 참조하면, 소자 분리막(110)을 형성하여 반도체 기판(100)의 활 성 영역을 한정한다. 소자 분리막(110)은 트랜치 소자 분리막으로 형성한다. 경우에 따라서 소자 분리막(110)은 로코스(LOCOS)막으로 형성할 수도 있다. 다음에 통상의 웰 영역 형성 공정을 수행하여 반도체 기판(100)의 활성 영역내에 p형 웰 영역(120)을 형성한다. 경우에 따라서 p형 반도체 기판(100)을 사용할 경우 p형 웰 영역(120)을 형성하는 공정은 생략될 수도 있다. 다음에 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(100)의 채널 형성 영역에 저매니움(Ge)을 주입시킨다. 상기 저매니움(Ge)은, 비교적 반도체 기판(100)의 표면에 가까운 얕은 깊이로 주입시키는데, 이를 위하여 대략 5-50keV의 주입 에너지 및 1×1014-5×1014/㎠의 농도로 주입시킨다. 반도체 기판(100)에 주입된 저매니움(Ge)에 의해 저매니움(Ge) 주입 영역의 가장자리(EOR; End Of Range) 부분에는 산소가 모인다.First, referring to FIG. 1, the isolation layer 110 is formed to define an active region of the semiconductor substrate 100. The device isolation layer 110 is formed as a trench device isolation layer. In some cases, the device isolation layer 110 may be formed of a LOCOS layer. Next, a p-type well region 120 is formed in the active region of the semiconductor substrate 100 by performing a normal well region forming process. In some cases, when the p-type semiconductor substrate 100 is used, the process of forming the p-type well region 120 may be omitted. Next, as indicated by an arrow in the figure, low manganese Ge is implanted into the channel formation region of the semiconductor substrate 100. The low manganium (Ge) is implanted at a relatively shallow depth close to the surface of the semiconductor substrate 100. For this purpose, implantation is performed at an implantation energy of approximately 5-50 keV and a concentration of 1 × 10 14 -5 × 10 14 / cm 2. Let's do it. Oxygen is collected in the end of range (EOR) portion of the low-density (Ge) implanted region by the low-density (Ge) injected into the semiconductor substrate 100.

다음에 도 2를 참조하면, 저매니움(Ge)이 주입된 채널 형성 영역에 문턱 전압(Vth; threshold voltage) 조절을 위한 붕소(B) 이온을 주입시킨다. 이 붕소(B) 이온은 상기 저매니움(Ge)보다 깊은 위치에 배치되도록 주입시키며, 이를 위하여 대략 10-50keV의 주입 에너지 및 1×1013-1×1014/㎠의 농도로 주입시킨다.Next, referring to FIG. 2, boron (B) ions for implanting a threshold voltage (V th ) are implanted into a channel formation region in which low manganese (Ge) is implanted. The boron (B) ions are implanted to be disposed at a position deeper than the low manganium (Ge). For this purpose, the boron (B) ions are implanted at a concentration of about 10-50 keV and about 1 × 10 13 -1 × 10 14 / cm 2.

다음에 도 3을 참조하면, 열처리 공정을 수행하여 붕소(B) 이온을 확산시킨다. 상기 열처리 공정은 대략 800-1000℃의 온도 및 N2 분위기에서 대략 10-30초동안 수행하는 급속 열처리 공정(RTP; Rapid Thermal Processing)을 사용하여 수행한다. 이 열처리 공정에 의해 붕소(B) 이온은 확산되는데, 특히 저매니움(Ge)에 의해 반도체 기판(100)의 표면에 모인 산소를 향해 더 많이 확산된다. 따라서 반도체 기판(100)의 표면, 즉 채널이 만들어질 부분에 붕소(B) 이온이 더 확산됨으로써 짧은 채널 효과를 억제시킬 수 있다.Next, referring to FIG. 3, boron (B) ions are diffused by performing a heat treatment process. The heat treatment process is carried out using a rapid thermal processing (RTP) that is performed for about 10-30 seconds at a temperature of approximately 800-1000 ℃ and N 2 atmosphere. By this heat treatment, boron (B) ions are diffused, in particular, more diffuse toward the oxygen collected on the surface of the semiconductor substrate 100 by low manganese (Ge). Therefore, since the boron (B) ion is further diffused on the surface of the semiconductor substrate 100, that is, the portion where the channel is to be formed, the short channel effect can be suppressed.

도 4는 본 발명에 의해 주입된 불순물 이온의 농도 프로파일을 나타내 보인 그래프이다. 도 4에서 가로축은 반도체 기판(100)의 표면으로부터의 수직 거리를 나타내고, 세로축은 각 이온의 농도를 나타낸다.4 is a graph showing a concentration profile of impurity ions implanted by the present invention. In FIG. 4, the horizontal axis represents the vertical distance from the surface of the semiconductor substrate 100, and the vertical axis represents the concentration of each ion.

도 4를 참조하면, 도면에서 참조 부호 "210"으로 나타낸 바와 같이, 저매니움(Ge)의 농도는 반도체 기판(100) 표면에서 가장 높으며, 수직 방향으로 갈수록 점점 낮아진다. 이와 같이 저매니움(Ge)이 주입된 상태에서 주입되어 확산된 붕소(B) 이온은, 참조 부호 "230"으로 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(100) 표면에 보다 높은 농도를 갖는 프로파일로 확산된다. 이에 반하여 종래의 경우에서처럼 저매니움(Ge)이 주입되지 않은 상태에서 주입되는 붕소(B) 이온은, 참조 부호 "220"으로 나타낸 바와 같이, 상대적으로 반도체 기판(100) 표면에서 낮은 농도를 갖는다. 따라서 저매니움(Ge)이 주입된 상태에서 붕소(B) 이온을 주입시키는 경우(230)에 보다 더 짧은 채널 효과가 억제될 수 있다는 것을 알 수 잇다.Referring to FIG. 4, as indicated by reference numeral 210 in the drawing, the concentration of low manganium (Ge) is the highest on the surface of the semiconductor substrate 100 and gradually decreases toward the vertical direction. The boron (B) ions implanted and diffused in the state in which the low manganium (Ge) is implanted are diffused into a profile having a higher concentration on the surface of the semiconductor substrate 100 as indicated by reference numeral 230. . In contrast, as in the conventional case, boron (B) ions implanted in a state in which low manganese (Ge) is not implanted have a relatively low concentration on the surface of the semiconductor substrate 100, as indicated by reference numeral 220. . Therefore, it can be seen that a shorter channel effect can be suppressed than in the case of injecting boron (B) ions in a state in which low manganese (Ge) is injected (230).

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 n채널형 모스 트랜지스터의 문턱 전압 조절을 위한 불순물 주입 방법에 의하면, 문턱 전압 조절을 위한 붕소 이온 주입 전에 저매니움을 얕은 깊이로 주입하여 반도체 기판 표면쪽에 산소가 모이도록 함으로써, 주입된 붕소 이온이 반도체 기판 표면쪽으로 더 잘 확산될 수 있도록 할 수 있으며, 그 결과 후속 공정에서 더 확산되더라도 짧은 채널 효과를 효과적으로 억제시킬 수 있다.As described above, according to the impurity implantation method for controlling the threshold voltage of the n-channel MOS transistor according to the present invention, before implanting boron ions for the threshold voltage control, a low manometer is injected to a shallow depth of oxygen to the surface of the semiconductor substrate. By allowing the implanted boron ions to diffuse better towards the surface of the semiconductor substrate, thereby effectively suppressing the short channel effect even if it diffuses further in a subsequent process.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.

Claims (5)

반도체 기판의 채널 형성 영역에 저매니움을 주입시키는 단계;Injecting low manganese into the channel formation region of the semiconductor substrate; 상기 저매니움이 주입된 채널 형성 영역에 문턱 전압 조절을 위한 붕소 이온을 주입시키는 단계; 및Implanting boron ions for controlling a threshold voltage into the channel formation region implanted with the low manometer; And 열처리 공정을 수행하여 상기 붕소 이온을 확산시키는 단계를 포함하고,Performing a heat treatment process to diffuse the boron ions, 상기 저매니움은 상기 붕소 이온이 주입되는 깊이보다 얕은 깊이로 주입되도록 하는 것을 특징으로 하는 n채널형 모스 트랜지스터의 문턱 전압 조절을 위한 불순물 주입 방법.The low manganese impurity implantation method for controlling the threshold voltage of the n-channel MOS transistor, characterized in that to implant a shallow depth than the depth to which the boron ions are implanted. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저매니움은 5-50keV의 주입 에너지 및 1×1014-5×1014/㎠의 농도로 주입시키는 것을 특징으로 하는 n채널형 모스 트랜지스터의 문턱 전압 조절을 위한 불순물 주입 방법.The low manganese is impurity implantation method for controlling the threshold voltage of the n-channel MOS transistor, characterized in that the implantation of the injection energy of 5-50keV and the concentration of 1 × 10 14 -5 × 10 14 / ㎠. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 붕소 이온은 10-50keV의 주입 에너지 및 1×1013-1×1014/㎠의 농도로 주입시키는 것을 특징으로 하는 n채널형 모스 트랜지스터의 문턱 전압 조절을 위한 불순물 주입 방법.And boron ions are implanted at an implantation energy of 10-50 keV and a concentration of 1 × 10 13 -1 × 10 14 / cm 2. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열처리 공정은 800-1000℃의 온도 및 N2 분위기에서 10-30초동안 수행하는 급속 열처리 공정인 것을 특징으로 하는 n채널형 모스 트랜지스터의 문턱 전압 조절을 위한 불순물 주입 방법.The heat treatment process is an impurity implantation method for controlling the threshold voltage of the n-channel MOS transistor, characterized in that the rapid heat treatment process performed for 10-30 seconds at a temperature of 800-1000 ℃ and N 2 atmosphere.
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