KR101043367B1 - Semiconductor Device and Method for Manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 기판을 구성하는 두 개의 실리콘층 사이에 절연막뿐만 아니라 SOD(Silicon On Dielectric)막을 더 형성함으로써 반도체 기판에 스트레스를 더 발생시켜 전자들의 이동도(Mobility)를 증가시키고 트랜지스터의 구동력을 향상시키기 위한 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 및 그 제조 방법은 하부 실리콘 기판상에 산화막 및 SOD(Spin On Dielectric)막을 적층하는 단계, 상기 SOD막 상에 상부 실리콘 기판을 형성하는 단계; 및 상기 상부 실리콘 기판상에 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함한다.According to the present invention, a silicon-on-dielectric (SOD) film as well as an insulating film is formed between two silicon layers constituting the semiconductor substrate to further generate stress on the semiconductor substrate, thereby increasing mobility of electrons and improving driving force of the transistor. A semiconductor device and a method of manufacturing the same are provided. According to an embodiment of the present disclosure, a semiconductor and a method of manufacturing the same may include: depositing an oxide film and a spin on dielectric (SOD) film on a lower silicon substrate, and forming an upper silicon substrate on the SOD film; And forming a transistor on the upper silicon substrate.
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 고집적 반도체 소자를 제조함에 있어 수율을 높일 수 있는 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관련된 기술이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device capable of increasing a yield in manufacturing a highly integrated semiconductor device and a technology related to the method.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 벌크 실리콘(Bulk silicon)을 몸체(Body)로 전계 효과 트랜지스터(Field effect transistor, FET)의 크기가 작아지면서, 당업자에게 잘 알려진 바와 같이 단 채널 효과(Short channel effect) 및 누설 전류의 증가(Increase of a leakage current)와 같은 문제들이 발생한다. 이러한 문제들을 극복하기 위해, SOI(Silicon on insulator) 구조의 기판에 트랜지스터를 구현하는 반도체 소자의 제조 방법이 제안되었다. 하지만, SOI 구조의 기판에 트랜지스터를 구현하는 경우 부유 몸체 효과(Floating body effect)가 발생한다. SOI 구조의 기판은 절연막이 반도체 기판과 실리콘층 사이에 존재하는 것이므로, SOI 구조의 기판 자체가 캐패시터의 구조를 가진다. 따라서, 트랜지스터의 몸체를 통해 반복적으로 전하가 이동하는 경우 바이어스와 캐리어 발생과 재결합 과정을 통해 전 술한 캐패시터에 전하가 축적되고, 결과적으로 반도체 소자의 동작에 악영향을 미친다. 이는 캐패시터에 축적된 전하로 인하여 트랜지스터의 문턱 전압이 변화하게 되고, 캐패시터가 전하를 축적하고 방출하는 과정을 반복함으로써 열에너지가 발생하기 때문이다. 이러한 전계 집중에 따른 누설 전류의 현상이 지속적으로 발생하고 있다.As semiconductor devices are highly integrated, the size of field effect transistors (BFETs) is reduced to bulk silicon, and short channel effects and leakage are well known to those skilled in the art. Problems such as increase of a leakage current occur. In order to overcome these problems, a method of fabricating a semiconductor device for implementing a transistor on a substrate having a silicon on insulator (SOI) structure has been proposed. However, when implementing a transistor on a substrate having an SOI structure, a floating body effect occurs. In the substrate of the SOI structure, since the insulating film exists between the semiconductor substrate and the silicon layer, the substrate itself of the SOI structure has the structure of a capacitor. Therefore, when charge is repeatedly moved through the body of the transistor, charge is accumulated in the capacitor described above through bias, carrier generation, and recombination, and as a result, the operation of the semiconductor device is adversely affected. This is because the threshold voltage of the transistor changes due to the charge accumulated in the capacitor, and thermal energy is generated by repeating the process of accumulating and releasing the charge. The phenomenon of leakage current due to such electric field concentration is continuously occurring.
전술한 반도체 소자의 제조 방법에서, 반도체 소자 중 MOSFET은 짧아지는 유효 채널에 의해 생기는 DIBL(Drain-Induced Barrier Lowering) 등의 누설 전류와 바디 효과(Body Effect)를 감소시키기 위해 트랜치 기술을 이용하여 리세스 게이트로 발전해 왔다. 그러나, 유효 채널이 더 짧아짐에 따라 트랜치를 이용한 리세스 기술도 한계에 다다르고 있는 실정이다. 특히, 기존의 MOSFET은 유효 채널이 짧아지는 DIBL 등의 누설 전류를 감소시키기 위해 고농도의 이온 주입을 실시해왔으나, 이러한 고농도 이온 주입은 반도체 소자 내의 바디 효과(Body Effect) 또는 스윙(Swing) 등의 변화가 발생하여 반도체 소자의 구동력 감소 등이 발생하였다. 이러한 공정 변화에 의해 구조적 변화나 결함에 민감하게 반응하여 MOSFET의 문턱 전압 등의 특성을 조절하기가 어려워지고 여러 열 공정에 의한 도핑된 이온들의 이동도를 감소시키는 문제가 있다. In the above-described method of manufacturing a semiconductor device, MOSFETs in the semiconductor device are used to reduce the leakage current and the body effect such as the drain-induced barrier lowering (DIBL) caused by the shorter effective channel. It has evolved into Seth Gate. However, as the effective channel is shorter, the recess technology using the trench is approaching its limit. In particular, conventional MOSFETs have been implanted with high concentrations of ion to reduce leakage current such as DIBL, which shortens the effective channel.However, such high concentrations of ion implantation may cause changes in body effects or swings in semiconductor devices. Was generated to reduce the driving force of the semiconductor device. Due to this process change, it is difficult to control characteristics such as the threshold voltage of the MOSFET in response to structural changes or defects, and there is a problem of reducing the mobility of doped ions by various thermal processes.
전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 반도체 기판을 구성하는 두 개의 실리콘층 사이에 절연막뿐만 아니라 SOD(Silicon On Dielectric)막을 더 형성하여 반도체 기판에 스트레스를 더 발생시킴으로써 전자들의 이동도(Mobility)를 증가시키고 트랜지스터의 구동력을 향상시키기 위한 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a silicon on dielectric (SOD) film as well as an insulating film between two silicon layers constituting the semiconductor substrate, thereby generating more stress on the semiconductor substrate, thereby increasing the mobility of electrons ( A semiconductor device and a method of manufacturing the same are provided for increasing mobility and improving driving force of a transistor.
본 발명은 하부 실리콘 기판상에 산화막 및 SOD(Spin On Dielectric)막을 적층하는 단계, 상기 SOD막 상에 상부 실리콘 기판을 형성하는 단계; 및 상기 상부 실리콘 기판상에 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, the method comprising: depositing an oxide film and a spin on dielectric (SOD) film on a lower silicon substrate, and forming an upper silicon substrate on the SOD film; And forming a transistor on the upper silicon substrate.
바람직하게는, 상기 산화막은 50Å ~ 100Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the oxide film is characterized in that it is formed to a thickness of 50 kPa ~ 100 kPa.
바람직하게는, 상기 SOD막은 50Å ~ 100Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the SOD film is characterized in that it is formed to a thickness of 50 ~ 100Å.
바람직하게는, 상기 상부 실리콘 기판은 500Å ~ 1000Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the upper silicon substrate is characterized in that formed to 500 ~ 1000Å thickness.
바람직하게는, 상기 산화막은 래디컬 산화 방식을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the oxide film is formed using a radical oxidation method.
바람직하게는, 상기 상부 실리콘 기판상에 트랜지스터를 형성하는 단계는 상기 하부 실리콘 기판상에 활성 영역을 정의하는 소자분리막을 형성하는 단계, 상기 활성 영역에 제 1 이온 주입을 실시하는 단계, 상기 활성 영역을 식각하여 리세스를 형성하는 단계, 상기 리세스 상에 게이트를 형성하는 단계 및 상기 게이트 양측의 상기 활성 영역에 제 2 이온 주입을 실시하여 소스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함한다.Preferably, forming a transistor on the upper silicon substrate includes forming an isolation layer defining an active region on the lower silicon substrate, performing a first ion implantation into the active region, and forming the active region. Etching to form a recess, forming a gate on the recess, and performing a second ion implantation into the active regions on both sides of the gate to form a source / drain region.
바람직하게는, 상기 리세스를 형성하는 단계는 상기 활성 영역을 포함한 전체 표면 상부에 감광막을 형성하는 단계, 리세스 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 활성 영역을 식각하여 리세스 영역을 형성하는 단계, 상기 리세스 영역에 산화막을 형성한 후, 도전층을 매립하는 단계 및 상기 활성 영역이 노출될 때까지 상기 산화막 및 상기 도전층을 평탄화 식각하는 단계를 포함한다.Preferably, the forming of the recess includes forming a photoresist film on the entire surface including the active region, forming a photoresist pattern by an exposure and development process using a recess mask, and using the photoresist pattern as a mask. Etching the active region to form a recess region, forming an oxide layer in the recess region, embedding a conductive layer, and planarizing etching the oxide layer and the conductive layer until the active region is exposed. Steps.
바람직하게는, 상기 게이트를 형성하는 단계는 상기 리세스를 포함한 전체 표면 상부에 도전층 및 하드마스크층을 형성하는 단계 및 상기 활성 영역이 노출될 때까지 상기 하드마스크층 및 도전층을 식각하는 단계를 포함한다.The forming of the gate may include forming a conductive layer and a hard mask layer over the entire surface including the recess, and etching the hard mask layer and the conductive layer until the active region is exposed. It includes.
바람직하게는, 상기 제 1 이온 주입은 상기 활성 영역 상에 500Å ~ 800Å 깊이에 불순물을 주입하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first ion implantation is characterized in that the impurity is implanted in the 500 ~ 800Å depth on the active region.
바람직하게는, 상기 제 2 이온 주입은 상기 활성 영역 상에 300Å ~ 400Å 깊이에 불순물을 주입하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the second ion implantation is characterized in that the impurity is implanted into the active region 300 ~ 400Å depth.
아울러, 두 개의 실리콘층 사이에 산화막 및 SOD막을 형성하는 단계를 포함 하는 반도체 기판을 제공한다.In addition, the present invention provides a semiconductor substrate comprising forming an oxide film and an SOD film between two silicon layers.
바람직하게는, 상기 산화막은 50Å ~ 100Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the oxide film is characterized in that it is formed to a thickness of 50 kPa ~ 100 kPa.
바람직하게는, 상기 SOD막은 50Å ~ 100Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the SOD film is characterized in that it is formed to a thickness of 50 ~ 100Å.
바람직하게는, 상기 산화막은 래디컬 산화 방식을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the oxide film is formed using a radical oxidation method.
아울러, 상부 및 하부 실리콘층 사이에 산화막 및 SOD막을 포함하는 반도체 기판, 상기 상부 실리콘층에 정의된 활성 영역 및 상기 활성 영역 내 형성된 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자를 제공한다.The present invention also provides a semiconductor device including a semiconductor substrate including an oxide film and an SOD film between upper and lower silicon layers, an active region defined in the upper silicon layer, and a transistor formed in the active region.
바람직하게는, 상기 트랜지스터는 리세스 게이트를 포함한다.Preferably, the transistor comprises a recess gate.
바람직하게는, 상기 산화막은 50Å ~ 100Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the oxide film is characterized in that it is formed to a thickness of 50 kPa ~ 100 kPa.
바람직하게는, 상기 SOD막은 50Å ~ 100Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the SOD film is characterized in that it is formed to a thickness of 50 ~ 100Å.
본 발명은 일반적인 SOI 반도체 기판을 구성하는 두 개의 실리콘층 사이에 절연막뿐만 아니라 SOD(Silicon On Dielectric)막을 추가 형성함으로써 반도체 기판에 스트레스를 더 발생시키고 전자들의 이동도(Mobility)를 증가시켜 트랜지스터의 구동력을 향상시키는 장점을 가진다.According to the present invention, a silicon-on-dielectric (SOD) film as well as an insulating film is formed between two silicon layers constituting a general SOI semiconductor substrate, thereby generating more stress on the semiconductor substrate and increasing mobility of electrons, thereby driving the driving force of the transistor. Has the advantage of improving.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급된 경우에 그것은 다른 층 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and where it is mentioned that the layer is on another layer or substrate, it may be formed directly on another layer or substrate, or A third layer may be interposed between them.
또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호가 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Also, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법을 도시한 단면도들이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention.
도 1a를 참조하면, 하부 실리콘층(100) 상에 산화막(110)을 형성한다. 이때, 산화막(110)은 50Å ~ 100Å 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 산화막(110)은 래디컬(Radical) 산화 방식을 이용하여 균일하게 형성한다. 산화막(110) 상에 SOD(Spin On Dielectric, 120)막을 증착한다. 이때, SOD(120)막은 50Å ~ 100Å 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 산화막(110) 상에 증착된 SOD(120)막의 물질 특성으로 인해 실리콘층(110)의 스트레스를 유발하며, 이로 인해 활성 영역 내 전자 또는 이온들의 이동도(Mobility)를 향상시킨다.Referring to FIG. 1A, an
이후, SOD(120)막 상에 상부 실리콘층(130)을 형성한다. 이때, 상부 실리콘 층(130)은 500Å ~ 1000Å 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 상부 실리콘층(130)을 형성할 때 전자 또는 이온의 움직임을 많이 증가시키는 격자 구조를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.Thereafter, an
도 1b를 참조하면, 상부 실리콘층(130)에 활성 영역(140)을 정의하는 소자분리막(150)을 형성한다. 이때, 활성 영역(140)은 500Å ~ 1000Å 깊이로 식각 되어 형성된다. 이후, 상부 실리콘층(130)에 채널의 문턱 전압 조절용 이온 주입(160)을 실시한다. 이때, 이온 주입(160)은 Rp점(이온 주입 시 불순물이 주입되는 최대 깊이)이 500Å ~ 800Å 깊이에 불순물을 주입하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1B, an
도 1c를 참조하면, 이후, 활성 영역(140)을 포함한 전체 표면 상부에 감광막을 형성한 후, 리세스 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 감광막 패턴을 마스크로 활성 영역(140)을 식각하여 리세스 영역(미도시)를 형성한다. 다음에는, 리세스 영역에 산화막(180)을 형성한 후, 도전층(190)을 매립한 후 활성 영역(140)이 노출될 때까지 산화막(180) 및 도전층(190)을 평탄화 식각하여 리세스(170)를 형성한다. Referring to FIG. 1C, after the photoresist film is formed over the entire surface including the
도 1d를 참조하면, 리세스(170) 상에 도전층 및 하드마스크층으로 구성된 게이트(200)를 형성한다. 이후, 게이트(200)를 포함한 전체 표면상에 절연막(미도시)을 형성한 후, 에치백(Etchback) 공정을 통해 게이트(200) 측벽에 게이트 스페이서(210)를 형성한다.Referring to FIG. 1D, a
도 1e를 참조하면, 게이트(200)의 양측의 하부에 노출된 활성 영역(140)에 소스/드레인(220, 230) 형성을 위한 이온 주입을 실시한다. 이때, 이온 주입은 상 기 활성 영역(140) 상에 300Å ~ 400Å 깊이에 불순물을 주입하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1E, ion implantation for forming the sources / drains 220 and 230 is performed in the
전술한 바와 같이, 본 발명은 일반적인 SOI 반도체 기판을 구성하는 두 개의 실리콘층 사이에 절연막뿐만 아니라 SOD(Silicon On Dielectric)막을 추가 형성함으로써 반도체 기판에 스트레스를 더 발생시키고 전자들의 이동도(Mobility)를 증가시켜 트랜지스터의 구동력을 향상시키는 장점을 가진다.As described above, the present invention further forms a silicon on dielectric (SOD) film as well as an insulating film between two silicon layers constituting a general SOI semiconductor substrate, thereby generating more stress on the semiconductor substrate and improving mobility of electrons. It has the advantage of increasing the driving force of the transistor by increasing.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions, and substitutions are possible, and that various modifications, additions and substitutions are possible, within the spirit and scope of the appended claims. As shown in Fig.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법을 도시한 단면도들.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention.
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KR100279263B1 (en) | 1998-12-28 | 2001-02-01 | 김영환 | SOHI semiconductor device and its manufacturing method |
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