KR101286704B1 - Transistor having fixed charge layer in box and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SOI 기판의 매몰산화막과 같은 매몰절연막에 양의 전하 혹은 음의 전하를 생성하는 불순물을 주입하여 고정 전하층을 형성함으로써, 이를 통해 문턱전압이 조절되도록 하는 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention provides a transistor for forming a fixed charge layer by injecting impurities which generate a positive charge or a negative charge into an embedded insulating film such as a buried oxide film of an SOI substrate, thereby controlling a threshold voltage and a method of manufacturing the same .
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 동일한 기판에서 다양한 문턱전압을 갖는 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device, and relates to a transistor having various threshold voltages in the same substrate and a method of manufacturing the same.
문턱전압은 트랜지스터의 채널 형성 여부를 결정하는, 즉 소자의 온(on)/오프(off) 상태를 결정하는 것으로, 회로 설계에 따라 다양한 문턱전압을 갖는 트랜지스터가 요구된다.The threshold voltage determines whether the transistor is to be channeled, i.e., determines the on / off state of the device, which requires transistors with various threshold voltages depending on the circuit design.
지금까지 트랜지스터의 문턱전압 조절은 벌크 기판에 트랜지스터를 형성할 경우 채널이 형성될 액티브 영역에 붕소와 같은 이온을 주입하거나, 게이트 절연막에 불순물을 주입하여 양의 전하나 음의 전하를 띠게 하는 방법(비특허문헌 1, 2 참조), 게이트 물질을 바꾸며 게이트 물질의 일함수 조절로 이를 달성하려는 시도가 있어 왔다.Up to now, the threshold voltage of a transistor can be controlled by injecting ions such as boron into the active region where a channel is to be formed when the transistor is formed on a bulk substrate, or by injecting impurities into the gate insulating film Non-Patent Documents 1 and 2), attempts have been made to achieve this by changing the gate material and controlling the work function of the gate material.
그런데, SOI(Silicon-On-Insulator) 기판에 구현되는 MOSFET, TFET를 비롯한 트랜지스터들은 매몰절연막(매몰산화막: BOX) 위의 실리콘 부분의 도핑이 매우 낮은 경우가 많아 벌크에서와 같이 붕소 이온 주입으로 문턱전압을 조절하는 것은 매우 어렵다.However, MOSFETs and TFETs implemented in SOI (Silicon-On-Insulator) substrates often have very low doping of silicon on buried insulating films (BOX) Adjusting the voltage is very difficult.
그리고, 게이트 절연막의 두께는 수 nm 정도로 점점 얇아져 이 부분에 불순물을 정확히 위치시키는 것이 갈수록 어려워지고 있다. 즉, 얇은 게이트 절연막에 불순물을 위치시키려면 낮은 에너지로 이온주입이 수행되어야 하므로 빔전류가 낮아서 공정시간이 길어질 뿐만 아니라, 주입된 이온이 게이트 절연막에만 위치되는 것이 아니어서 공정상 어려운 문제점이 있다.Further, the thickness of the gate insulating film becomes thinner to the order of several nm, and it becomes increasingly difficult to accurately place the impurity in this portion. That is, in order to place the impurity in the thin gate insulating film, ion implantation must be performed with a low energy, so that the beam current is low and not only the process time is prolonged, but the injected ions are not located only in the gate insulating film.
그렇다고, SOI 기판에서 제조되는 트랜지스터들의 문턱전압을 게이트 물질 일함수로 조절하려고 하면, 하나의 기판에 문턱전압을 얻고자 하는 가지 수 만큼 서로 다른 게이트 물질을 이용해야 하기 때문에 공정이 매우 복잡해지고, 원하는 일함수를 갖는 게이트 물질이 존재한다는 보장도 없다는 문제점이 있다.However, if the threshold voltage of the transistors manufactured on the SOI substrate is adjusted by the gate material work function, the process becomes very complicated because the gate material needs to be different in the number of the gate electrodes to obtain the threshold voltage on one substrate. There is no guarantee that there is a gate material having a work function.
상기와 같은 문제점을 고려하여, 도 1과 같이, SOI 기판에서 제조되는 트랜지스터들의 문턱전압 조절을 위하여 매몰산화막(122, 124) 밑에 있는 실리콘층(100)에 채널 영역(145, 147)보다 불순물 농도가 높은 고농도의 불순물 도핑층(162, 164)을 형성하고, 이들 불순물 도핑층(162, 164) 사이의 불순물 농도 차이로 트랜지스터 간 문턱전압을 조절하는 기술이 제안되었다(특허문헌 1 참조).1, in order to control the threshold voltage of the transistors formed on the SOI substrate, the impurity concentration of the
그러나, 특허문헌 1에 의하면, 불순물이 매몰산화막(122, 124)을 통과하여 하부 실리콘(100) 영역에 불순물 도핑층(162, 164)을 형성하는 것이어서 이온주입 에너지를 지나치게 크게 해야 하는 공정상 어려움이 있다.However, according to Patent Document 1, the impurities are passed through the buried
또한, 특허문헌 1에서 불순물 도핑층(162, 164)을 형성하는 불순물은 n형 MISFET의 경우는 B, BF2 등이고, p형 MISFET의 경우는 As, P 등으로 개시되어 있어, 이들은 모두 전자를 내는 도너(donor)나 전자를 받아들일 수 있는 즉 홀을 낼 수 있는 억셉터(acceptor)로 채널 영역(145, 147)보다 다수 캐리어인 전자나 홀의 농도를 높여 이를 문턱전압에 영향을 주고자 하는 것이므로, 구조적으로 트랜지스터 사이에는 다수 캐리어의 이동을 막을 수 있도록 격리 절연막(130)이 양측 불순물 도핑층(162, 164)을 전기적으로 분리시킬 수 있도록 깊숙이 형성되어야 하는 문제점이 있다. The impurities forming the
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, SOI 기판의 매몰산화막과 같은 매몰절연막에 양의 전하 혹은 음의 전하를 생성하는 불순물을 주입하여 고정 전하층을 형성함으로써, 이를 통해 문턱전압이 조절되도록 하는 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an SOI substrate in which an impurity which generates positive or negative charges is injected into an embedded insulating film, And to provide a transistor for controlling the threshold voltage and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 트랜지스터는 매몰절연막; 상기 매몰절연막 상의 상부 반도체층에 채널영역을 사이에 두고 서로 이격되어 형성된 소스 영역과 드레인 영역; 상기 채널영역 상에 형성된 게이트 절연막; 및 상기 게이트 절연막 상에 형성된 게이트를 포함하여 구성되되, 상기 매몰절연막에는 양의 전하 혹은 음의 전하를 생성하는 제 1 불순물이 주입된 제 1 고정 전하층을 갖고, 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역은 도전형이 서로 반대로 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a transistor according to the present invention includes an embedded insulating film; A source region and a drain region formed on the upper semiconductor layer on the islanding insulating film so as to be spaced apart from each other with a channel region therebetween; A gate insulating film formed on the channel region; And a gate formed on the gate insulating film, wherein the buried insulating film has a first fixed charge layer into which a first impurity for generating a positive charge or a negative charge is injected, and the source region and the drain region And conductive types are formed opposite to each other.
그리고, 상기 게이트 절연막에도 양의 전하 혹은 음의 전하를 생성하는 제 2 불순물이 주입된 제 2 고정 전하층을 갖는 것을 본 발명에 의한 트랜지스터의 다른 특징으로 한다.Another characteristic of the transistor according to the present invention is that the gate insulating film also has a second fixed charge layer into which a second impurity for generating a positive charge or a negative charge is injected.
한편, 본 발명에 의한 트랜지스터의 제조방법은 매몰절연막을 갖는 반도체 기판의 상부 반도체층에 소자가 형성될 하나 이상의 액티브 영역을 정의하고 소자 간 격리를 위한 격리 절연막을 형성하는 제 1 단계; 상기 격리 절연막으로 정의된 상기 액티브 영역 중 일부만 열고 나머지 부분은 가리도록 불순물주입방지마스크를 형성하고 불순물을 주입하여 열린 액티브 영역의 하부에 있는 매몰절연막에 고정 전하층을 형성하는 제 2 단계; 상기 불순물주입방지마스크를 제거 후 상기 액티브 영역을 이루는 상부 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성하는 제 3 단계; 상기 게이트 절연막 상에 게이트 물질을 증착하고 식각하여 게이트를 형성하는 제 4 단계; 및 이온주입공정으로 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 제 5 단계를 포함하여 구성되되, 상기 제 5 단계는 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역을 제 3의 불순물주입방지마스크로 교대로 가리며 서로 다른 불순물을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 한다. A method of manufacturing a transistor according to the present invention includes: a first step of defining at least one active region in which an element is to be formed in an upper semiconductor layer of a semiconductor substrate having an embedded insulating film and forming an insulating film for isolation between elements; A second step of forming an impurity implantation mask so as to open only a part of the active region defined as the isolation insulating film and to cover the remaining portion and implant a dopant to form a fixed charge layer on the buried insulating film under the open active region; A third step of forming a gate insulating film on the upper semiconductor layer constituting the active region after removing the impurity implantation preventing mask; A fourth step of depositing a gate material on the gate insulating film and etching the gate material to form a gate; And a fifth step of forming a source region and a drain region by an ion implantation process, wherein the fifth step alternately shields the source region and the drain region with a third impurity implantation mask, Is formed.
또한, 본 발명에 의한 트랜지스터의 다른 제조방법은 매몰절연막을 갖는 반도체 기판의 상부 반도체층에 소자가 형성될 액티브 영역을 정의하고 소자 간 격리를 위한 격리 절연막을 형성하는 제 1 단계; 상기 격리 절연막 사이로 드러난 상기 상부 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성하는 제 2 단계; 상기 격리 절연막으로 정의된 상기 액티브 영역 중 일부만 열고 나머지 부분은 가리도록 불순물주입방지마스크를 형성하고 에너지를 달리하며 불순물을 주입하여 열린 액티브 영역의 상부 반도체층 상하 양측에 위치한 게이트 절연막 및 매몰절연막에 각각 고정 전하층을 형성하는 제 3 단계; 상기 불순물주입방지마스크를 제거 후 상기 기판 전면에 게이트 물질을 증착하고 식각하여 게이트를 형성하는 제 4 단계; 및 이온주입공정으로 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 제 5 단계를 포함하여 구성되되, 상기 제 5 단계는 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역을 제 3의 불순물주입방지마스크로 교대로 가리며 서로 다른 불순물을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 한다.Another method of manufacturing a transistor according to the present invention comprises the steps of: defining an active region in which an element is to be formed in an upper semiconductor layer of a semiconductor substrate having an embedded insulating film and forming an insulating film for isolation between elements; A second step of forming a gate insulating layer on the upper semiconductor layer exposed between the isolation insulating films; The gate insulating film and the buried insulating film located on the upper and lower sides of the upper semiconductor layer of the open active region by injecting impurities with different energy and forming the impurity injection preventing mask so as to open only a part of the active region defined as the isolation insulating film, A third step of forming a fixed charge layer; A fourth step of removing the impurity implantation mask, depositing a gate material on the entire surface of the substrate, and etching the gate material to form a gate; And a fifth step of forming a source region and a drain region by an ion implantation process, wherein the fifth step alternately shields the source region and the drain region with a third impurity implantation mask, Is formed.
본 발명에 의한 트랜지스터는 SOI 기판의 매몰산화막과 같은 매몰절연막에 양의 전하 혹은 음의 전하를 생성하는 불순물을 주입하여 고정 전하층을 형성함으로써, 이를 통해 문턱전압을 용이하고 다양하게 조절할 수 있는 효과가 있다.The transistor according to the present invention is capable of easily and variously controlling the threshold voltage through the formation of a fixed charge layer by injecting an impurity which generates a positive charge or a negative charge into the buried insulating film such as the buried oxide film of the SOI substrate .
그리고, 본 발명에 의한 트랜지스터의 제조방법은 하나의 기판에 단순히 불순물주입방지마스크로 일부 액티브 영역만 열면서 불순물의 도즈량, 종류, 에너지, 각도 중 어느 하나 이상을 달리하며 반복적으로 불순물 주입 공정을 실시하면 다양한 문턱전압을 가진 트랜지스터를 동시에 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.In the method of manufacturing a transistor according to the present invention, only one active region is opened with a mask for preventing impurities from being injected into one substrate, and the impurity implantation process is repeatedly performed by varying at least one of the dose amount, kind, Thereby, transistors having various threshold voltages can be manufactured simultaneously at the same time.
또한, 본 발명에 의한 트랜지스터 및 그 제조방법은 SOI 기판에서 매몰절연막은 두껍고, 상부에는 실리콘층(SOI막)이 있어, 매몰절연막에 고정 전하층 형성을 위한 불순물 이온주입은 높은 에너지로 불순물 이온을 주입하는 것이 가능하여 높은 빔전류로 공정시간을 단축할 수 있으며, 이렇게 주입된 불순물 이온은 상부 실리콘층(SOI막)이 아닌 매몰절연막에 위치해 고정 전하층을 용이하게 형성할 수 있는 효과도 있다.In addition, the transistor and the manufacturing method thereof according to the present invention are characterized in that in the SOI substrate, the buried insulating film is thick and the silicon layer (SOI film) is provided on the upper portion. Impurity ion implantation for forming the fixed charge layer in the buried insulating film, It is possible to shorten the process time with a high beam current. Thus, the impurity ions thus injected are located in the buried insulating film instead of the upper silicon layer (SOI film), so that the fixed charge layer can be easily formed.
도 1은 종래 특허문헌 1에 의해서 제조되는 구조의 단면도이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예로 불순물의 도즈량을 달리하여 매몰절연막에 고정 전하층들을 형성함으로써, 동일한 기판에 서로 다른 문턱전압을 가진 트랜지스터를 제조할 수 있음을 보여주는 공정 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예로 불순물의 종류를 달리하여 매몰절연막에 고정 전하층들을 형성함으로써, 동일한 기판에 서로 다른 문턱전압을 가진 트랜지스터를 제조할 수 있음을 보여주는 공정 단면도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예로 소스 영역과 드레인 영역을 도전형이 서로 반대가 되도록 형성함으로써, 문턱전압이 다른 TFET도 하나의 기판에 동시에 제조할 수 있음을 보여주는 공정 단면도이다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예로 게이트 절연막에도 동일한 공정을 따라가며 고정 전하층을 용이하게 형성할 수 있음을 보여주는 공정 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a structure manufactured by the conventional patent document 1.
FIGS. 2 to 8 are process cross-sectional views illustrating that a transistor having different threshold voltages can be manufactured on the same substrate by forming fixed charge layers on the buried insulating film by varying the dose amount of impurities according to an embodiment of the present invention .
FIGS. 9 and 10 are process cross-sectional views illustrating that transistors having different threshold voltages can be fabricated on the same substrate by forming fixed charge layers on the buried insulating film by different kinds of impurities according to another embodiment of the present invention.
FIGS. 11 to 13 are process cross-sectional views showing that a source region and a drain region are formed so that the TFETs having different threshold voltages can be simultaneously formed on one substrate by forming the source region and the drain region such that the conductivity types are opposite to each other .
FIGS. 14 to 17 are process cross-sectional views showing that a fixed charge layer can be easily formed by following the same process for a gate insulating film according to still another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[트랜지스터 구조에 관한 제 1 [The first 실시예Example ]]
본 발명의 트랜지스터 구조에 관한 제 1 실시예는, 도 8에 도시된 바와 같이, 기본적으로 매몰절연막(20); 상기 매몰절연막 상의 상부 반도체층에 채널영역(45, 47)을 사이에 두고 서로 이격되어 형성된 소스 영역(42, 46)과 드레인 영역(44, 48); 상기 채널영역 상에 형성된 게이트 절연막(72, 74); 및 상기 게이트 절연막 상에 형성된 게이트(82, 84)를 포함하여 구성되되, 상기 매몰절연막(20)에는 양의 전하 혹은 음의 전하를 생성하는 제 1 불순물이 주입된 제 1 고정 전하층(62, 64)을 갖다.As shown in FIG. 8, the first embodiment of the transistor structure according to the present invention basically comprises an embedded
도 8에서 도면부호 10은 하부 반도체층이고, 30은 상부 반도체층에 소자가 만들어질 액티브 영역을 정의하고 소자 간 분리를 위한 격리 절연막을 나타낸다.In FIG. 8,
도 8은 본 실시예에 의한 트랜지스터 구조가 격리 절연막(30)을 사이에 두고 2개 예시되어 있어 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다. 도 8에 도시된 2개의 트랜지스터는 매몰절연막(20)에 형성된 제 1 고정 전하층(62, 64)에서 제 1 불순물의 농도만 차이가 남을 도시한 것이다.FIG. 8 illustrates two transistor structures according to the present embodiment with an
상기와 같은 구성을 함으로써, 매몰절연막(20)에 형성된 제 1 고정 전하층(62, 64)의 제 1 불순물 농도에 따라, 트랜지스터의 문턱전압을 조절할 수 있게 된다.The threshold voltage of the transistor can be adjusted according to the first impurity concentration of the first
상기 매몰절연막(20)은 소스/드레인 영역 및 채널영역을 이루는 반도체층 하부에 매립형으로 존재하면 어떤 형태도 가능하고, 구체적 예로 SOI 기판의 매몰산화막(실리콘 산화막)일 수 있다.The buried
그리고, 상기 제 1 불순물은 매몰절연막(20)에 주입되어 주변의 매몰절연막 물질과 반응하여 양의 전하 또는 음의 전하를 생성할 수 있는 원자나 이온은 모두 이에 해당 될 수 있다. The first impurity may be an element and an ion which are injected into the buried
상기 제 1 고정 전하층(62, 64)은 매몰절연막(20)에 형성된 것으로, 이는 주입된 제 1 불순물이 띠는 전하로 트랜지스터의 문턱전압에 영향을 주는 것이고, 제 1 불순물이 매몰절연막(20)에 주입되어 있으므로, 제 1 불순물에서 내어 놓은 전자나 홀은 거의 이동하지 않고 매몰절연막을 이루는 원자 주변에 머무르게 된다.The first
따라서, 종래 특허문헌 1과 같이, 격리 절연막(30)을 연장 형성시켜 불순물 도핑층, 즉 제 1 고정 전하층(62, 64)까지 연장 형성시켜, 이들을 분리시킬 필요가 없는 장점이 있다.Therefore, as in the case of the conventional patent document 1, there is an advantage that the
상기 트랜지스터의 문턱전압에 영향을 주는 제 1 고정 전하층(62, 64)의 전하량은 매몰절연막(20)의 물질과 주입되는 제 1 불순물의 농도, 종류, 주입 에너지 및 주입 방향(각도)에 따라 결정될 수 있다. 이는 주입되는 제 1 불순물이 매몰절연막(20)의 물질과 반응하여 전자를 내어 놓거나 받아, 양의 전하 혹은 음의 전하를 띠게 되기 때문이다. The charge amount of the first fixed charge layer (62, 64) affecting the threshold voltage of the transistor depends on the concentration of the first impurity implanted into the material of the buried insulating film (20), the kind, the implantation energy and the implantation direction Can be determined. This is because the first impurity implanted reacts with the material of the buried insulating
상기 제 1 고정 전하층(62, 64)은, 도 8과 같이, 소스 영역(42, 46)/드레인 영역(44, 48) 및 채널영역(45, 47)이 형성되는 상부 반도체층과 접한 매몰절연막(20)의 부위에 형성됨이 채널에의 영향을 크게 할 수 있어 바람직하나, 상술한 바와 같이, 제 1 불순물의 주입 에너지에 따라 매몰절연막(20)의 깊숙한 부위에도 형성될 수 있음은 물론이다.The first
도 10에 도시된 실시예는, 도 8에 도시된 실시예와 동일하나 제 1 고정 전하층(62, 65)을 이루는 제 1 불순물의 종류를 달리한 것만 차이점이 있다. The embodiment shown in FIG. 10 is the same as the embodiment shown in FIG. 8 except that the first
따라서, 제 1 고정 전하층(62, 65)을 이루는 제 1 불순물의 종류를 이웃 트랜지스터와 달리함으로써, 하나의 기판에 다양한 문턱전압을 가진 트랜지스터를 구현할 수 있다.Thus, by differentiating the types of the first impurities constituting the first
도 8 및 도 10에 도시된 실시예는 모두 소스 영역(42, 46) 및 드레인 영역(44, 48)을 동일한 도전형(예컨대, 소스/드레인 영역 모두 n+)을 가진 MOSFET 구조이나, 도 13과 같이, 소스 영역(42, 46) 및 드레인 영역(44a, 48a)을 서로 반대의 도전형(예컨대, 소스 영역은 n+, 드레인 영역은 p+)으로 형성하여 TFET도 구현될 수 있다. 8 and 10 are all MOSFET structures having the same conductivity type (for example, n + in both the source and drain regions) of the
즉, 터널링 전계효과 트랜지스터인 TFET도 매몰절연막(20)에 양의 전하 혹은 음의 전하를 생성하는 제 1 불순물이 주입된 제 1 고정 전하층(62, 64)을 형성함으로써, 다양한 문턱전압을 갖는 소자를 하나의 기판에 형성할 수 있다.
That is, the TFET, which is a tunneling field effect transistor, also has the first
[트랜지스터 구조에 관한 제 2 [The second 실시예Example ]]
본 발명의 트랜지스터 구조에 관한 제 2 실시예는, 도 17과 같이, 상기 트랜지스터 구조에 관한 제 1 실시예와 동일하나, 게이트 절연막(72, 74)에도 양의 전하 혹은 음의 전하를 생성하는 제 2 불순물이 주입된 제 2 고정 전하층(61, 63)을 갖는다는 점에만 차이점이 있다.The second embodiment of the transistor structure of the present invention is the same as the first embodiment of the transistor structure as shown in Fig. 17, except that the gate
상기 제 2 고정 전하층(61, 63)이 더 형성됨으로써, 보다 효과적으로 트랜지스터의 문턱전압을 조절할 수 있게 된다.The second
상기 트랜지스터의 문턱전압에 영향을 주는 제 2 고정 전하층(61, 63)의 전하량은, 제 1 고정 전하층(62, 65)에서와 같이, 게이트 절연막(72, 74)에 주입되는 제 2 불순물의 농도, 종류, 주입 에너지 및 주입 방향(각도)에 따라 결정될 수 있다. The charge amount of the second
구체적으로, 상기 매몰절연막(20) 및 상기 게이트 절연막(72, 74)은 실리콘 산화막이고, 상기 상부 반도체층은 SOI막 즉 단결정 실리콘층일 수 있다.Specifically, the buried
그리고, 상기 제 1 불순물 및 상기 제 2 불순물은 각각 매몰절연막(20) 및 게이트 절연막(72, 74)물질과 반응하여 양의 전하 혹은 음의 전하를 생성하는 것으로, 서로 다른 물질일 수 있으나, 동일한 물질로 형성함이 제조공정을 단순히 할 수 있어 바람직하다.The first impurity and the second impurity respectively react with the material of the buried
기타, 구성에 대한 설명은 상기 트랜지스터 구조에 관한 제 1 실시예에서 충분히 설명하였으므로, 반복된 설명은 생략한다.
In addition, the description of the constitution has been fully described in the first embodiment of the transistor structure, and repeated description will be omitted.
[트랜지스터의 제조방법에 관한 제 1 [The first related to a method for manufacturing a transistor 실시예Example ]]
다음은 도 2 내지 도 8을 참조하며 본 발명에 의한 트랜지스터를 제조하는 방법에 관한 제 1 실시예에 대하여 설명한다.Next, a first embodiment of a method of manufacturing a transistor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 8. FIG.
우선, 도 2와 같이, 매몰절연막(20)을 갖는 SOI 기판과 같은 반도체 기판의 상부 반도체층에 소자가 형성될 하나 이상의 액티브 영역(41, 43)을 정의하고 소자 간 격리를 위한 격리 절연막(30)을 형성한다(제 1 단계).First, as shown in FIG. 2, one or more
이때, 상기 격리 절연막(30)은 공지의 STI 공정 등으로 매몰절연막(20)까지 또는 매몰절연막(20)의 상부 일부 내측까지 형성되면 족하고, 매몰절연막(20)을 관통하여 하부 실리콘층까지 형성할 필요는 없다.At this time, the
이어, 도 3과 같이, 상기 격리 절연막(30)으로 정의된 상기 액티브 영역 중 일부(41)만 열고 나머지 부분(43)은 가리도록 불순물주입방지마스크(52)를 형성하고 불순물을 주입하여 열린 액티브 영역(41)의 하부에 있는 매몰절연막(20)에 고정 전하층(62)을 형성한다(제 2 단계).3, an impurity
여기서, 상기 불순물 주입은 불순물의 도즈량, 종류, 주입 에너지 및 주입 방향(각도) 중 어느 하나 이상을 선택 결정하여, 원하는 문턱전압을 얻을 수 있도록 한다.Here, the impurity implantation may selectively determine at least one of the dose amount, type, implantation energy, and implantation direction (angle) of the impurity to obtain a desired threshold voltage.
이후, 상기 불순물주입방지마스크(52)를 제거한 다음, 도 4와 같이, 상기 액티브 영역 중 다른 부분(43)을 열고 나머지 부분(41)은 가리도록 제 2의 불순물주입방지마스크(54)를 형성하며 제 2의 불순물을 주입하여 열린 상기 액티브 영역(43)의 하부에 있는 매몰절연막(20)에 제 2의 고정 전하층(64)을 형성하는 단계(제 2-1 단계)를 한번 이상 반복 진행할 수 있다.4, a second impurity
이때, 상기 제 2-1 단계를 반복할 때마다 주입되는 불순물은 도즈량, 종류, 주입 에너지 및 주입 방향(각도) 중 선택된 어느 하나 이상을 달리하며 주입되도록 하여, 하나의 기판에 다양한 문턱전압을 갖는 트랜지스터를 형성하도록 함이 바람직하다.At this time, impurities injected every time the step 2-1 is repeated are injected with different doses selected from the dose amount, type, implantation energy and injection direction (angle), and various threshold voltages are applied to one substrate It is preferable to form the transistor having the transistor.
도 9 및 도 10은 상기 제 2-1 단계를 반복할 때마다 주입되는 불순물의 종류를 달리하며 진행할 수 있음을 보여준다.FIG. 9 and FIG. 10 show that the impurities to be implanted can be changed with each repetition of Step 2-1.
다음, 도 5와 같이, 상기 불순물주입방지마스크(52, 54)를 제거 후 상기 액티브 영역을 이루는 상부 반도체층(41, 43) 상에 게이트 절연막(72, 74)을 형성한다(제 3 단계).5,
여기서, 상기 게이트 절연막(72, 74)의 형성은 공지의 열 산화공정 등을 이용할 수 있다.Here, the
이후, 도 6과 같이, 상기 게이트 절연막(72, 74) 상에 게이트 물질(80)을 증착하고, 도 7과 같이, 상기 게이트 물질(80)을 식각하여 게이트(82, 84)를 형성한다(제 4 단계).6, a
여기서, 상기 게이트 물질(80)은 도핑된 실리콘계 물질일 수 있다.Here, the
이어, 도 7과 같이, 이온주입공정으로 소스 영역(42, 46) 및 드레인 영역(44, 48)을 형성한다(제 5 단계).Next, as shown in FIG. 7,
이때, 상기 소스 영역(42, 46) 및 드레인 영역(44, 48)은, 도 7과 같이, 한 번의 이온주입공정으로 MOSFET 구조로 형성할 수도 있으나, 도 11 및 도 12와 같이, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역을 제 3의 불순물주입방지마스크(91, 92; 93, 94)로 교대로 가리며 서로 도전형이 다른 불순물을 주입하여 형성함으로써, 도 13과 같은 TFET 구조로도 형성할 수 있다.7, the
첨부된 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 제 2 단계 및 상기 제 2-1 단계로 반복되는 각 단계마다 상기 불순물을 주입하기 직전에 드러난 상기 상부 반도체층(41, 43) 상에 희생 절연막(미도시)을 더 형성하고, 상기 불순물을 주입한 이후에는 상기 희생 절연막을 제거하는 단계를 더 추가하여 진행할 수도 있다.Although not shown in the accompanying drawings, a sacrificial insulating film (not shown) is formed on the upper semiconductor layers 41 and 43 exposed immediately before the impurity is implanted in each of the steps of the second and the second stages, And removing the sacrificial insulating layer after the impurity is implanted.
이렇게 함으로써, 불순물 주입시 액티브 영역의 표면 손상을 방지할 수 있게 된다.
By doing so, it is possible to prevent the surface damage of the active region when the impurity is implanted.
[트랜지스터의 제조방법에 관한 제 2 [The second concerning the manufacturing method of the transistor 실시예Example ]]
다음은 도 14 내지 도 17을 참조하며 본 발명에 의한 트랜지스터를 제조하는 방법에 관한 제 2 실시예에 대하여 설명한다.Next, a second embodiment of a method of manufacturing a transistor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 14 to 17. FIG.
먼저, 도 14와 같이, 매몰절연막(20)을 갖는 SOI 기판과 같은 반도체 기판의 상부 반도체층에 소자가 형성될 액티브 영역(41, 43)을 정의하고 소자 간 격리를 위한 격리 절연막(30)을 형성한 다음(제 1 단계), 상기 격리 절연막(30) 사이로 드러난 상기 상부 반도체층(41, 43) 상에 게이트 절연막(72, 74)을 형성한다(제 2 단계).First, as shown in FIG. 14,
여기서, 상기 게이트 절연막(72, 74)은 공지의 열 산화공정 등을 통하여 형성될 수 있는데, 이를 형성하고 다음 공정에서 불순물 주입공정을 하게 되므로, 상기 제조방법에 관한 제 1 실시예와 같이 별도의 희생 절연막 형성 공정이 요구되지 않는다.Here, the
이어, 도 15와 같이, 상기 격리 절연막(30)으로 정의된 상기 액티브 영역 중 일부(41)만 열고 나머지 부분(43)은 가리도록 불순물주입방지마스크(52)를 형성하고 에너지를 달리하며 불순물을 주입하여 열린 액티브 영역(41)의 상부 반도체층 상하 양측에 위치한 게이트 절연막(72) 및 매몰절연막(20)에 각각 고정 전하층(61, 62)을 형성한다(제 3 단계).15, the impurity
여기서도 상기 불순물 주입은 불순물의 도즈량, 종류, 주입 에너지 및 주입 방향(각도) 중 어느 하나 이상을 선택 결정하여, 각각 고정 전하층(61, 62)에 적절한 불순물을 주입함으로써, 원하는 문턱전압을 얻을 수 있도록 한다.Here, the impurity implantation may be performed by selecting at least one of the dose amount, type, implantation energy, and implantation direction (angle) of the impurity and implanting appropriate impurities into the fixed charge layers 61 and 62 respectively to obtain a desired threshold voltage .
특히, 게이트 절연막(72)에도 고정 전하층(61)이 형성되도록, 불순물 주입 에너지를 조절할 필요가 있다.In particular, it is necessary to adjust the impurity implantation energy so that the fixed
이렇게 함으로써, 본 단계에서 매몰절연막(20) 뿐만 아니라 게이트 절연막(72)에도 고정 전하층(61)을 형성할 수 있어, 추가적인 공정이 요구되지 않으면서도 채널 영역(41)의 상하 양측에 의한 고정 전하층(61, 62)으로 문턱전압의 조절을 보다 용이하게 할 수 있게 된다.By doing so, the fixed
이후, 상기 불순물주입방지마스크(52)를 제거한 다음, 도 16과 같이, 상기 액티브 영역 중 다른 부분(43)을 열고 나머지 부분(41)은 가리도록 제 2의 불순물주입방지마스크(54)를 형성하며 제 2의 불순물을 주입하여 열린 상기 액티브 영역(43)의 상하 양측에 위치한 게이트 절연막(74) 및 매몰절연막(20)에 각각 고정 전하층(63, 65)을 형성하는 단계(제 3-1 단계)를 한번 이상 반복 진행할 수 있다.16, a second impurity
이때, 상기 제 3-1 단계를 반복할 때마다 주입되는 불순물은 도즈량, 종류, 주입 에너지 및 주입 방향(각도) 중 선택된 어느 하나 이상을 달리하며 주입되도록 하여, 하나의 기판에 다양한 문턱전압을 갖는 트랜지스터를 형성하도록 함이 바람직하다.At this time, impurities injected every time the step 3-1 is repeated are injected with different doses selected from the dose amount, type, implantation energy and injection direction (angle), and various threshold voltages are applied to one substrate It is preferable to form the transistor having the transistor.
이후, 도 17과 같이, 상기 불순물주입방지마스크(52, 54)를 제거 후 상기 기판 전면에 게이트 물질을 증착하고 식각하여 게이트(82, 84)를 형성하고(제 4 단계), 이온주입공정으로 소스 영역(42, 46) 및 드레인 영역(44, 48)을 형성한다(제 5 단계).17, a gate material is deposited on the entire surface of the substrate after the removal of the impurity
이때, 상기 소스 영역(42, 46) 및 드레인 영역(44, 48)은, 도 7과 같이, 한 번의 이온주입공정으로 MOSFET 구조로 형성할 수도 있으나, 도 11 및 도 12와 같이, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역을 제 3의 불순물주입방지마스크(91, 92; 93, 94)로 교대로 가리며 서로 도전형이 다른 불순물을 주입하여 형성함으로써, 도 13과 같은 TFET 구조로도 형성할 수 있다.7, the
10: 하부 반도체층
20: 매몰절연막
30: 격리 절연막
42, 46: 소스 영역
45, 47: 채널 영역
44, 44a, 48, 48a: 드레인 영역
61, 63: 제 2 고정 전하층
62, 64, 65: 제 1 고정 전하층
72, 74: 게이트 절연막
82, 84: 게이트
91, 92, 93, 94: 불순물주입방지마스크10: Lower semiconductor layer
20:
30: Isolation insulating film
42, 46: source region
45, 47: channel region
44, 44a, 48, 48a: drain region
61, 63: a second fixed charge layer
62, 64, 65: a first fixed charge layer
72, 74: gate insulating film
82, 84: Gate
91, 92, 93, 94: mask for preventing impurity injection
Claims (14)
상기 매몰절연막 상의 상부 반도체층에 채널영역을 사이에 두고 서로 이격되어 형성된 소스 영역과 드레인 영역;
상기 채널영역 상에 형성된 게이트 절연막; 및
상기 게이트 절연막 상에 형성된 게이트를 포함하여 구성되되,
상기 매몰절연막에는 양의 전하 혹은 음의 전하를 생성하는 제 1 불순물이 주입된 제 1 고정 전하층을 갖고,
상기 소스 영역과 상기 드레인 영역은 도전형이 서로 반대로 형성된 것을 특징으로 하는 트랜지스터.
Buried insulating film;
A source region and a drain region formed on the upper semiconductor layer on the islanding insulating film so as to be spaced apart from each other with a channel region therebetween;
A gate insulating film formed on the channel region; And
And a gate formed on the gate insulating film,
Wherein the embedded insulating film has a first fixed charge layer into which a first impurity for generating a positive charge or a negative charge is injected,
Wherein the source region and the drain region are formed in opposite conductivity types.
상기 제 1 고정 전하층은 상기 상부 반도체층과 접한 상기 매몰절연막의 부위에 형성된 것을 특징으로 하는 트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the first fixed charge layer is formed on a portion of the buried insulating film in contact with the upper semiconductor layer.
상기 게이트 절연막에도 양의 전하 혹은 음의 전하를 생성하는 제 2 불순물이 주입된 제 2 고정 전하층을 갖는 것을 특징으로 하는 트랜지스터.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the gate insulating film has a second fixed charge layer into which a second impurity for generating a positive charge or a negative charge is injected.
상기 매몰절연막 및 상기 게이트 절연막은 실리콘 산화막이고,
상기 상부 반도체층은 실리콘층이고,
상기 제 1 불순물 및 상기 제 2 불순물은 동일한 물질로 상기 실리콘 산화막과 반응하여 동일한 양의 전하 혹은 음의 전하를 생성하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터.
5. The method of claim 4,
The buried insulating film and the gate insulating film are silicon oxide films,
The upper semiconductor layer is a silicon layer,
Wherein the first impurity and the second impurity react with the silicon oxide film with the same material to generate the same amount of charge or negative charge.
상기 격리 절연막으로 정의된 상기 액티브 영역 중 일부만 열고 나머지 부분은 가리도록 불순물주입방지마스크를 형성하고 불순물을 주입하여 열린 액티브 영역의 하부에 있는 매몰절연막에 고정 전하층을 형성하는 제 2 단계;
상기 불순물주입방지마스크를 제거 후 상기 액티브 영역을 이루는 상부 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성하는 제 3 단계;
상기 게이트 절연막 상에 게이트 물질을 증착하고 식각하여 게이트를 형성하는 제 4 단계; 및
이온주입공정으로 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 제 5 단계를 포함하여 구성되되,
상기 제 5 단계는 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역을 제 3의 불순물주입방지마스크로 교대로 가리며 서로 다른 불순물을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터의 제조방법.
A first step of defining at least one active region in which an element is to be formed in an upper semiconductor layer of a semiconductor substrate having an embedded insulating film and forming an isolation insulating film for element isolation;
A second step of forming an impurity implantation mask so as to open only a part of the active region defined as the isolation insulating film and to cover the remaining portion and implant a dopant to form a fixed charge layer on the buried insulating film under the open active region;
A third step of forming a gate insulating film on the upper semiconductor layer constituting the active region after removing the impurity implantation preventing mask;
A fourth step of depositing a gate material on the gate insulating film and etching the gate material to form a gate; And
And a fifth step of forming a source region and a drain region by an ion implantation process,
Wherein the fifth step comprises forming the source region and the drain region in a third impurity implantation mask alternately and injecting different impurities.
상기 제 2 단계와 상기 제 3 단계 사이에는 상기 불순물주입방지마스크를 제거한 다음, 상기 액티브 영역 중 다른 부분을 열고 나머지 부분은 가리도록 제 2의 불순물주입방지마스크를 형성하며 제 2의 불순물을 주입하여 열린 상기 액티브 영역의 하부에 있는 매몰절연막에 제 2의 고정 전하층을 형성하는 제 2-1 단계를 한번 이상 반복 진행하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터의 제조방법.
The method according to claim 6,
A second impurity implantation mask is formed between the second and third steps to remove the impurity implantation mask and open another portion of the active region to cover the remaining portion, and a second impurity is implanted And a second step of forming a second fixed charge layer in an embedded insulating film below the open active region is repeatedly performed at least once.
상기 제 2 단계에서 주입되는 불순물 및 상기 제 2-1 단계로 반복할 때마다 주입되는 불순물은 도즈량, 종류, 주입에너지 및 주입방향 중 선택된 어느 하나 이상을 달리하며 주입되는 것을 특징으로 하는 트랜지스터의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The impurity implanted in the second step and the impurity implanted each time it is repeated in the second step are implanted in at least one selected from the group consisting of dose, kind, implantation energy and implantation direction. Gt;
상기 제 2 단계 및 상기 제 2-1 단계로 반복되는 각 단계마다 상기 불순물을 주입하기 직전에 드러난 상기 상부 반도체층 상에 희생 절연막을 더 형성하고, 상기 불순물을 주입한 이후에는 상기 희생 절연막을 제거하는 단계를 더 추가한 것을 특징으로 하는 트랜지스터의 제조방법.
9. The method of claim 8,
A sacrificial insulating film is formed on the upper semiconductor layer exposed immediately before the impurity is implanted in each of the steps of the second step and the second step, and after the impurity is implanted, the sacrificial insulating film is removed Wherein the step of forming the transistor further comprises the steps of:
상기 격리 절연막 사이로 드러난 상기 상부 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성하는 제 2 단계;
상기 격리 절연막으로 정의된 상기 액티브 영역 중 일부만 열고 나머지 부분은 가리도록 불순물주입방지마스크를 형성하고 에너지를 달리하며 불순물을 주입하여 열린 액티브 영역의 상부 반도체층 상하 양측에 위치한 게이트 절연막 및 매몰절연막에 각각 고정 전하층을 형성하는 제 3 단계;
상기 불순물주입방지마스크를 제거 후 상기 기판 전면에 게이트 물질을 증착하고 식각하여 게이트를 형성하는 제 4 단계; 및
이온주입공정으로 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 제 5 단계를 포함하여 구성되되,
상기 제 5 단계는 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역을 제 3의 불순물주입방지마스크로 교대로 가리며 서로 다른 불순물을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터의 제조방법.
A first step of defining an active region in which an element is to be formed in an upper semiconductor layer of a semiconductor substrate having an embedded insulating film and forming an isolation insulating film for element isolation;
A second step of forming a gate insulating layer on the upper semiconductor layer exposed between the isolation insulating films;
The gate insulating film and the buried insulating film located on the upper and lower sides of the upper semiconductor layer of the open active region by injecting impurities with different energy and forming the impurity injection preventing mask so as to open only a part of the active region defined as the isolation insulating film, A third step of forming a fixed charge layer;
A fourth step of removing the impurity implantation mask, depositing a gate material on the entire surface of the substrate, and etching the gate material to form a gate; And
And a fifth step of forming a source region and a drain region by an ion implantation process,
Wherein the fifth step comprises forming the source region and the drain region in a third impurity implantation mask alternately and injecting different impurities.
상기 제 3 단계와 상기 제 4 단계 사이에는 상기 불순물주입방지마스크를 제거한 다음, 상기 액티브 영역 중 다른 부분을 열고 나머지 부분은 가리도록 제 2의 불순물주입방지마스크를 형성하고 에너지를 달리하며 제 2의 불순물을 주입하여 열린 액티브 영역의 상부 반도체층 상하 양측에 위치한 게이트 절연막 및 매몰절연막에 각각 고정 전하층을 형성하는 제 3-1 단계를 한번 이상 반복 진행하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Removing the impurity implantation mask between the third step and the fourth step, forming a second impurity implantation mask so as to open another portion of the active region and cover the remaining portion, Wherein the impurity is implanted to form a fixed charge layer in each of the gate insulating film and the buried insulating film located above and below the upper semiconductor layer in the open active region.
상기 제 3 단계에서 주입되는 불순물 및 상기 제 3-1 단계로 반복할 때마다 주입되는 불순물은 도즈량, 종류, 주입에너지 및 주입방향 중 선택된 어느 하나 이상을 달리하며 주입되는 것을 특징으로 하는 트랜지스터의 제조방법.
13. The method of claim 12,
The impurity implanted in the third step and the impurity implanted each time it is repeated in the step 3-1 are implanted in at least one selected from the group consisting of dose, kind, implantation energy and implantation direction. Gt;
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110092954A KR101286704B1 (en) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Transistor having fixed charge layer in box and fabrication method thereof |
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KR1020110092954A KR101286704B1 (en) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Transistor having fixed charge layer in box and fabrication method thereof |
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