KR101044774B1 - 모스 트랜지스터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모스 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 과정에서, 채널의 길이 측에서 채널의 중심측으로 트렌치 아이솔레이션이 인입되어 채널의 길이를 증가시킬 수 있는 구조의 모스 트랜지스터를 트렌치 아이솔레이션이 위치하는 트렌치 형성의 식각마스크 패턴의 형상을 변경하여 제조하도록 구성된다. 이와 같은 구성에 의하여 본 발명은 모스 트랜지스터의 채널영역에 다수의 절연층을 매립시켜, 액티브 가장자리(게이트가 덮이는 부분)의 채널의 길이를 실질적으로 연장하여 숏 채널 효과의 발생을 방지함과 아울러 누설전류의 발생을 줄여 모스 트랜지스터의 신뢰성을 향상시키고, 보다 집적도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

모스 트랜지스터 및 그 제조방법{MOS-FET and manufacturing method thereof}

도 1은 본 발명에 따르는 모스 트랜지스터의 평면도.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따르는 모스 트랜지스터의 제조공정 수순 사시도.

도 3은 상기 도 2c에 있어서, A-A'방향의 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1:기판 2:패드 산화막

3:질화막 4:트렌치 아이솔레이션

5:액티브 영역 6:게이트전극

7:소스 8:드레인

본 발명은 모스 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 트렌치 아이솔레이션의 구조를 변경하여 숏 채널 이펙트의 발생을 방지하도록 한 모스 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조공정에서는 각 소자간의 전기적인 절연을 위하여, 그 소자가 형성되는 기판 영역인 액티브 영역을 제외한 영역에는 로코스(LOCOS) 공정을 이용한 필드 산화막(field oxide)을 형성한다.

그러나 이와 같은 필드 산화막의 제조는 그 필드 산화막과 액티브 영역 사이의 새부리영역에 의해 소자의 집적도를 저하시키며, 최근에는 기판에 트렌치를 형성하고, 그 트렌치 내에 산화막 등의 절연층을 형성하는 STI(Shallow Trench Isolation)을 사용하고 있다.

그러나 상기 STI는 절연층이 습식 식각공정 등에 의해 액티브 영역과의 경계부분이 손실되어 그 액티브 영역이 경사지게 된다.

이와 같이 경사진 액티브 영역에 형성된 모스 트랜지스터는 다른 영역에 위치하는 모스 트랜지스터에 비하여 문턱전압이 낮아지게 되며, 이는 채널의 형성시간에 영향을 주어 오동작할 수 있는 문제점이 있었다.

또한, 상기 STI와 액티브 영역 사이의 손실에 따라 그 부분에서 액티브 영역에 도핑한 이온의 도핑 농도가 낮아지게 되어, 누설전류가 발생하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 동일 면적상에 제조되는 모스 트랜지스터의 채널 길이를 확장시켜, 숏 채널 효과가 발생하지 않는 모스 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 누설 전류의 패스(path) 길이를 더 길게 하여 누설전류를 줄임으로써, 오동작을 방지할 수 있는 모스 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 채널의 길이 방향으로 다수의 절연층이 매립되어 모스 트랜지스터의 채널 길이를 증가시키도록 구성함에 그 특징이 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따르는 모스 트랜지스터의 평면도로서, 이에 도시한 바와 같이 게이트(G)의 하부에 위치하는 액티브 영역인 채널영역(C)은 그 길이 방향으로, 트렌치 아이솔레이션(SI)와의 경계부분이 다수의 요철형 구조를 가지고 있다.

즉, 소스(S)와 드레인(D)을 연결하는 채널영역(C)의 길이방향은 트렌치 아이솔레이션(SI)과의 경계 부분이 다수의 요철 구조를 가지도록 구성되어 있어, 채널의 길이를 실질적으로 늘려 숏 채널 효과의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 소스(S)에서 드레인(D)으로 또는 드레인(D)에서 소스(S)로 누설되는 누설전류의 패스를 보다 길게하여 누설전류를 줄일 수 있다.

이하, 상기와 같은 구조의 본 발명에 따르는 모스 트랜지스터 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따르는 모스 트랜지스터의 제조공정 수순 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(1)의 상부 전면에 패드 산화막(2)과 질화막(3)을 순차적으로 증착하고, 그 질화막(3)과 패드 산화막(2)을 현상하여 일측 방향으로 긴 형태를 나타내며, 그 길이 방향의 중앙부에 다수의 홈을 가지는 패턴을 형성하는 단계(도 2a)와; 상기 질화막(3) 패턴을 식각마스크로 사용하는 건식식각공정으로 노출된 기판(1)에 얕은 트렌치를 형성한 후, 그 전면에 산화막을 증착하고, 평탄화하여 트렌치 아이솔레이션(4)을 형성한 후, 상기 질화막(3)과 패드 산화막(2)을 제거하여, 그 채널 길이방향의 상기 트렌치 아이솔레이션(4)과 경계부분이 요철형을 가지는 액티브 영역(5)을 노출시키는 단계(도 2b)와; 상기 구조의 상부전면에 게이트 산화막과 게이트 전극을 증착하고, 패터닝하여 게이트(6)를 형성하고, 그 게이트(6)의 양측면 액티브 영역(5)에 이온을 주입하여 소스(7)와 드레인(8)을 형성하는 단계(도 2c)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따르는 모스 트랜지스터 제조방법을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이 기판(1)의 상부전면에 패드 산화막(2)과 질화막(3)을 순차적으로 증착한다.

그 다음, 상기 질화막(3)의 상부전면에 포토레지스트를 도포하고, 노광 및 현상 과정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성한다.

그 다음, 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 상기 질화막(3)과 패드 산화막(2)을 식각하여 액티브영역(5)의 상부에 위치하는 식각 마스크 패턴을 형성한다.

이때, 상기 질화막(3)과 패드 산화막(2)이 적층된 식각 마스크 패턴의 형상은 일측 방향으로 긴 육면체 형이며, 그 육면체의 길이 방향 중앙부에는 다수의 요철을 가지는 형상을 나타낸다.

그 다음, 도 2b에 도시한 바와 같이 상기 질화막(3)을 식각마스크로 사용하는 건식식각공정으로 상기 노출된 기판(1)의 소정의 깊이로 식각하여, 트렌치를 형성한다.

그 다음, 상기 트렌치가 형성된 기판(1)의 상부전면에 산화막 등의 절연막을 증착하여, 상기 트렌치가 절연막으로 모두 체워지도록 한다.

그 다음, 상기 절연막을 화학적 기계적 연마 등의 방법으로 평탄화하고, 상기 질화막(3)과 패드 산화막(2)을 제거하여, 상기 트렌치 내에 트렌치 아이솔레이션(4)을 형성하고, 그 트렌치 아이솔레이션(4)에 의해 정의되는 기판(1) 영역인 액티브 영역(5)을 노출시킨다.

이때, 상기 액티브 영역(5)의 형상은 상기 질화막(3) 패턴의 형상과 동일하 며, 길이 방향의 측면 중앙부에서 상기 트렌치 아이솔레이션(4)과 접하는 부분은 다수의 요철형 구조를 가진다.

그 다음, 상기 액티브 영역(5)에 이온을 도핑하여 채널영역을 형성한다.

그 다음, 도 2c에 도시한 바와 같이 상기 액티브 영역(5)과 트렌치 아이솔레이션(4)의 상부전면에 게이트 산화막과 다결정 실리콘을 순차적으로 증착하고, 사진식각공정으로 패터닝하여 상기 액티브 영역(5)의 중앙부 상에서 수직으로 교차하는 게이트전극(6)을 형성한다.

상기 게이트전극(6)과 액티브 영역(5)이 접하는 영역이 채널 영역이 되며, 그 채널 영역의 폭은 액티브 영역(5)의 폭과 동일하며, 그 채널 영역의 길이는 상기 액티브 영역(5)의 요철부분의 가장자리 길이로 나타난다.

이는 상기 액티브 영역(5)의 길이 방향 중앙과 트렌치 아이솔레이션(4)과 접하는 부분, 즉 채널의 길이 영역이 요철되어 있어, 실질적으로 채널의 길이를 보다 연장 할 수 있다.

상기의 구조는 모스 트랜지스터의 집적도가 향상될수록 모스 트랜지스터의 구동에 필요한 채널의 길이를 확보하기가 용이하며, 이와 같이 채널의 길이를 길게 하여 숏 채널 효과의 발생을 방지하고, 누설전류의 경로를 보다 길게 하여 누설전류의 발생을 줄일 수 있게 된다.

그 다음, 상기 게이트전극(6)의 측면 액티브 영역(5)에 이온을 주입하여, 소스(7)와 드레인(8)을 형성한다.

이후의 공정에서는 절연막의 증착, 홀의 형성, 배선 형성 등의 과정을 거치 나 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 상기 도 2c에서 A-A'방향의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 소스(7)와 드레인(8)의 외측에 트렌치 아이솔레이션(4)이 위치하여, 모스 트랜지스터를 다른 주변의 소자와 격리하게 된다.

또한, 상기 트렌치 아이솔레이션(4)은 게이트 전극(4)의 하부 기판 영역인 채널 영역에도 다수로 매립되어 있다.

이와 같이 채널영역에 매립된 다수의 트렌치 아이솔레이션(4)은 채널영역을 전기적으로 차단하지 않으면서, 채널의 길이를 증가시키게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예들을 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않으며 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르는 모스 트랜지스터 및 그 제조방법은 모스 트랜지스터의 채널영역에 다수의 절연층을 매립시켜, 채널의 길이를 실질적으로 연장하여 숏 채널 효과의 발생을 방지함과 아울러 누설전류의 발생을 줄여 모스 트랜지스터의 신뢰성을 향상시키고, 보다 집적도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 트렌치 아이솔레이션에 의해 정의되는 기판 영역인 액티브 영역과, 상기 액티브 영역의 중앙 상부에서, 그 액티브 영역과는 수직으로 교차하는 게이트전극과, 상기 게이트전극의 양측면에 각각 노출되는 액티브 영역에 형성된 소스 및 드레인을 포함하는 모스 트랜지스터에 있어서,

   상기 소스와 드레인 사이의 채널영역은 상기 채널영역의 에지부에 길이 방향을 따라 형성된 되어 트렌치 아이솔레이션과 접하는 다수의 요철을 포함하는 모스 트랜지스터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 소스와 드레인 사이의 채널영역에는 그 채널영역의 길이 방향의 모서리를 따라 매립된 다수의 매립 절연층을 포함하는 모스 트랜지스터.
3. 기판의 일부에 트렌치 아이솔레이션을 형성하여, 액티브 영역을 정의하는 단계와, 상기 액티브 영역의 상부에 게이트전극을 형성하고, 그 게이트전극의 양측에 노출된 액티브 영역에 이온을 주입하여 소스와 드레인을 형성하는 모스 트랜지스터 제조방법에 있어서,

   상기 액티브 영역을 정의하는 단계는 기판의 상부에 패드 산화막과 질화막을 순차적으로 증착하는 단계와,

   그 패드 산화막과 질화막을 패터닝하여 일방향으로 긴 형상을 가지며, 그 길이 방향의 측면 중앙부에 다수의 인입홈을 가지는 육면체 형상의 패턴을 형성하는 단계와,

   상기 패터닝된 질화막을 식각마스크로 하여 노출된 기판을 건식식각하여 트렌치를 형성하고, 그 트렌치에 트렌치 아이솔레이션을 형성한 후, 상기 질화막과 패드 산화막 패턴을 제거하여, 그 트렌치 아이솔레이션이 채널의 길이방향에서 채널의 중앙측으로 소정거리 인입된 액티브 영역을 노출시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터 제조방법.

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