KR101465711B1 - Method for forming semiconductor structure - Google Patents
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Abstract
이온 주입이 진행되는 반도체 기판 상에 돌출된 게이트 전극을 가지고, 상기 반도체 기판 상에 다결정 실리콘층이 형성되어 있는 것을 포함하는 반도체 구조의 형성방법과, 상기 다결정 실리콘층에 대해 이온을 주입하는 단계; 주입된 이온이 상기 다결정 실리콘층과 반도체 기판의 분계면에 있는 다결정층에 집중되도록 프리어닐링 공정을 진행하는 단계; 상기 분계면에 집중된 이온이 상기 반도체 기판에 확산되도록 어닐링 공정을 진행하는 단계를 포함하는 이온 주입 방법으로서, 상기 프리어닐링 공정의 온도는 상기 어닐링 공정의 온도보다 낮다. 상기 프리어닐링은 주입된 이온이 다결정 실리콘 및 반도체 기판의 분계면에 확산되게 하여, 주입된 이온을 동일한 평면 상에 위치시킨 다음, 높은 온도의 어닐링을 더 진행하여, 주입된 이온을 반도체 기판에 확산시키고, 또한 이온 확산의 균일성을 보장하여, 경계가 정렬된 도핑 영역을 형성한다.1. A method for forming a semiconductor structure, comprising: forming a gate electrode on a semiconductor substrate on which ion implantation is performed; and forming a polycrystalline silicon layer on the semiconductor substrate; implanting ions into the polycrystalline silicon layer; Conducting a pre-annealing process so that the implanted ions are concentrated on the polycrystalline layer at the interface between the polycrystalline silicon layer and the semiconductor substrate; Wherein the temperature of the pre-annealing step is lower than the temperature of the annealing step. The ion implantation method according to claim 1, wherein the annealing step comprises: The pre-annealing causes the implanted ions to diffuse to the interface of the polycrystalline silicon and the semiconductor substrate so that the implanted ions are positioned on the same plane, and further annealing at a high temperature is performed to diffuse the implanted ions into the semiconductor substrate And ensures the uniformity of ion diffusion to form a doped region with boundaries aligned.
Description
본 발명은 반도체 제조 분야에 관한 것으로, 특히 반도체 구조의 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of semiconductor fabrication, and more particularly to a method of forming a semiconductor structure.
스태틱 랜덤 액세스 메모리(Static Random Access Memory, SRAM)는 PC, 개인 통신, 가전제품(예: 디지털 카메라) 등 분야에서 광범위하게 응용된다. Static Random Access Memory (SRAM) is widely applied in the fields of PC, personal communication, consumer electronics (eg digital camera), and the like.
도 1과 도 2는 종래기술의 6T 구조의 SRAM 메모리 중의 메모리 유닛의 회로도와 평면도이다. 도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 메모리 유닛은 구체적으로 제1 PMOS 트랜지스터(P1), 제2 PMOS 트랜지스터(P2), 제1 NMOS 트랜지스터(N1), 제2 NMOS 트랜지스터(N2), 제3 NMOS 트랜지스터(N3) 및 제4 NMOS 트랜지스터(N4)를 포함한다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터(P1), 제2 PMOS 트랜지스터(P2), 제1 NMOS 트랜지스터(N1), 제2 NMOS 트랜지스터(N2)는 쌍안정 회로를 형성하고, 상기 쌍안정 회로는 데이터 정보를 유지하는 래치(latch)를 형성한다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터(P1)와 제2 PMOS 트랜지스터(P2)는 풀업 트랜지스터이다. 상기 제1 NMOS 트랜지스터(N1)와 제2 NMOS 트랜지스터(P2)는 풀다운 트랜지스터이다. 상기 제3 NMOS 트랜지스터(N3)와 제4 NMOS 트랜지스터(N4)는 전송 트랜지스터이다. 1 and 2 are a circuit diagram and a plan view of a memory unit in a SRAM memory having a 6T structure according to the prior art. Referring to FIGS. 1 and 2, the memory unit includes a first PMOS transistor P1, a second PMOS transistor P2, a first NMOS transistor N1, a second NMOS transistor N2, A transistor N3 and a fourth NMOS transistor N4. The first PMOS transistor P1, the second PMOS transistor P2, the first NMOS transistor N1, and the second NMOS transistor N2 form a bistable circuit, and the bistable circuit maintains data information Thereby forming a latch. The first PMOS transistor P1 and the second PMOS transistor P2 are pull-up transistors. The first NMOS transistor N1 and the second NMOS transistor P2 are pull-down transistors. The third NMOS transistor N3 and the fourth NMOS transistor N4 are transfer transistors.
제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극, 제1 NMOS 트랜지스터(N1)의 게이트 전극, 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 드레인 전극, 제2 NMOS 트랜지스터(N2)의 드레인전극, 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 소스 전극은 전기적으로 연결되어 제1 스토리지 노드(11, storage node)를 형성한다. 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 게이트 전극, 제2 NMOS 트랜지스터(N2)의 게이트 전극, 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 드레인 전극, 제1 NMOS 트랜지스터(N1)의 드레인 전극, 제3 NMOS 트랜지스터(N3)의 소스 전극은 전기적으로 연결되어 제2 스토리지 노드(12)를 형성한다. 제3 NMOS 트랜지스터(N3)와 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 게이트 전극은 워드라인(word line, WL)과 전기적으로 연결된다. 제3 NMOS 트랜지스터(N3)의 드레인 전극은 제1 비트 라인(bit line, BL)과 전기적으로 연결되고, 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 드레인 전극은 제2 비트라인(상보 비트라인, BLB)과 전기적으로 연결된다. 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 소스 전극과 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 소스 전극은 전원선(Vdd)과 전기적으로 연결된다. 제1 NMOS 트랜지스터(N1)의 소스 전극과 제2 NMOS 트랜지스터(N2)의 소스 전극은 접지선(Vss)과 전기적으로 연결된다.The gate electrode of the first PMOS transistor P1, the gate electrode of the first NMOS transistor N1, the drain electrode of the second PMOS transistor P2, the drain electrode of the second NMOS transistor N2, Are electrically connected to each other to form a
상기 SRAM 메모리에 대해 판독 동작을 수행할 때, 하이 레벨의 제1 비트라인(BL), 제2 비트라인(BLB)으로부터 로우 레벨의 제1 스토리지 노드(11) 또는 제2 스토리지 노드(12)로 전류가 흐른다. 상기 SRAM 메모리에 대해 기록 동작을 수행할 때, 하이 레벨의 제1 스토리지 노드(11) 또는 제2 스토리지 노드(12)로부터 로우 레벨의 제1 비트라인(BL) 또는 제2 비트라인(BLB)으로 전류가 흐른다.The first bit line BL and the second bit line BLB are connected to the
종래기술에서 트랜지스터의 게이트 전극, 소스 전극 또는 드레인 전극의 연결을 실현하기 위하여, 일반적으로 게이트 전극, 소스 전극 또는 드레인 전극의 상측에 게이트 전극, 소스 전극 또는 드레인 전극을 인출함으로써 다른 소자와 연결시키는 연결 플러그를 설치한다. 공개번호 US2007/0241411A1인 미국 특허는 SRAM 메모리를 공개하였으며, 도 3은 종래기술의 SRAM 메모리 중의 트랜지스터를 나타낸 단면도이다. 도 3을 참고하면, 상기 트랜지스터는, 반도체 기판(10); 상기 반도체 기판(10) 상에 형성된 게이트 전극을 포함하고, 상기 게이트 전극은 상기 반도체 기판(10) 상에 순차적으로 위치하는 게이트 유전체층(116B), 게이트 전극층(118B), 접촉층(119B)을 포함하고, 상기 게이트 전극은 상기 게이트 유전체층(116B), 게이트 전극층(118B), 접촉층(119B) 양측에 위치하는 사이드윌(122B)을 더 포함한다. 상기 트랜지스터는 상기 게이트 전극층(118B)의 상측에 위치하는 연결 플러그(G)를 더 포함하고, 상기 연결 플러그(G)는 층간 유전체층(104)에 형성되어, 상기 트랜지스터의 게이트 전극층(118B)을 인출한다. 그러나, 상기 연결 플러그(G)가 존재하므로 트랜지스터 사이의 공간을 비교적 많이 차지하여, SRAM 메모리의 사이즈가 비교적 크게 된다. In order to realize the connection of the gate electrode, the source electrode or the drain electrode of the transistor in the related art, a gate electrode, a source electrode, or a connection connecting the drain electrode to the other element by drawing out the gate electrode, Install the plug. The U. S. Patent No. US2007 / 0241411A1 discloses an SRAM memory, and Figure 3 is a cross-sectional view of a transistor in a prior art SRAM memory. Referring to FIG. 3, the transistor includes a semiconductor substrate 10; And a gate electrode formed on the semiconductor substrate 10. The gate electrode includes a gate dielectric layer 116B, a
이러한 문제를 해결하기 위하여, 출원인이 제공하는 해결방안(특허출원이며, 아직 공개되지 않음)은, 서로 인접한 게이트 전극 또는 서로 인접한 게이트 전극과 드레인 전극의 표면에 한 층의 도전층을 형성하여 연결 플러그(G)를 대체함으로써 트랜지스터와 트랜지스터 사이의 전기적 연결을 구현한다.In order to solve such a problem, a solution (a patent application, not yet disclosed) provided by the applicant is to form a single conductive layer on the surfaces of gate electrodes adjacent to each other or adjacent gate electrodes and drain electrodes, (G), thereby realizing an electrical connection between the transistor and the transistor.
도 4, 도 5와 도 6을 결합하여 참고하면, 도 4, 도 5, 도 6은 각각 이러한 해결 방법을 이용한 SRAM 메모리 유닛의 일실시예를 나타낸 평면도, AA'선에 따른 단면도 및 BB'선에 따른 단면도이다. 4, 5 and 6 are a plan view, an AA 'sectional view, and a BB' line of FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6, respectively, Fig.
제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극, 제1 NMOS 트랜지스터(N1)의 게이트 전극, 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 드레인 전극, 제2 NMOS 트랜지스터(N2)의 드레인 전극, 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 소스 전극 간의 전기적 연결을 실현하여, 제1 스토리지 노드를 형성하기 위해, 구체적으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 도전층(208)을 설치하여, 상기 제1 도전층(28)을 통해 관련 전극 간의 전기적 연결을 실현한다.The gate electrode of the first PMOS transistor P1, the gate electrode of the first NMOS transistor N1, the drain electrode of the second PMOS transistor P2, the drain electrode of the second NMOS transistor N2, 4, a first
제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극, 제1 NMOS 트랜지스터(N1)의 게이트 전극은 마주하여 서로 접촉됨으로써, 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극, 제1 NMOS 트랜지스터(N1)의 게이트 전극 간의 전기적 연결을 실현한다.The gate electrode of the first PMOS transistor P1 and the gate electrode of the first NMOS transistor N1 are in contact with each other so that the gate electrode of the first PMOS transistor P1 and the gate electrode of the first NMOS transistor N1 Electrical connection is realized.
상기 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극의 상기 제1 NMOS 트랜지스터(N1)의 게이트 전극과 접촉되지 않은 일단은 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 드레인 전극과 교차하는 위치까지 연장된다. One end of the gate electrode of the first PMOS transistor P1, which is not in contact with the gate electrode of the first NMOS transistor N1, extends to a position intersecting the drain electrode of the second PMOS transistor P2.
도 5는 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극과 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 드레인 전극을 나타낸 단면 개략도이다. 도 5를 참고하면, 상기 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극은 반도체 기판(100) 상에 위치하는 게이트 유전체층(201), 게이트 전극층(202), 절연층(203), 및 상기 게이트 유전체층(201), 게이트 전극층(202), 절연층(203)을 둘러싸는 사이드윌(204)을 포함한다. 그 중, 상기 게이트 유전체층(201), 절연층(203), 사이드윌(204)은 모두 절연재료로 형성된다. 예를 들면, 상기 게이트 유전체층(201)의 재료는 산화규소일 수 있으며, 상기 절연층(203), 사이드윌(204)의 재료는 질화규소일 수 있다. 상기 게이트 전극층(202)은 도전재료이다. 예를 들면 상기 게이트 전극층(202)의 재료는 다결정 실리콘이다. 상기 게이트 전극층(202)은 제1 PMOS 트랜지스터(P1) 게이트 전극의 전기적 연결을 실현한다.5 is a schematic cross-sectional view showing a gate electrode of the first PMOS transistor P1 and a drain electrode of the second PMOS transistor P2. 5, the gate electrode of the first PMOS transistor P1 includes a gate
상기 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 드레인 전극은 상기 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 사이드윌(204) 일측에 위치한다. 구체적으로, 상기 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 드레인 전극은 반도체 기판(100) 내에 형성된 P형 도핑 영역(205)이다.The drain electrode of the second PMOS transistor P2 is located at one side of the
상기 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극 중에서, 절연층(203)은 상기 게이트 전극층(202)의 P형 도핑 영역(205)과 멀리 떨어져 있는 일부만을 피복하고, 게이트 전극층(202)의 상기 P형 도핑 영역(205)에 근접한 일부를 노출시킨다. 이렇게 하면, 상기 절연층(203), 상기 절연층(203)이 노출시킨 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극층(202), 상기 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 P형 도핑 영역(205), 상기 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 게이트 전극(미도시)이 둘러싸여 개구(210)를 이룬다. Among the gate electrodes of the first PMOS transistor P1, the
상기 개구(210)의 바닥부와 측벽 상에 제1 도전층(208)이 피복되어 있고, 상기 제1 도전층(208)은 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 드레인 전극[P형 도핑 영역(205)]과 제1 PMOS 트랜지스터(P1) 게이트 전극[게이트 전극층(202)] 간의 전기적 연결을 실현한다. 구체적으로, 상기 제1 도전층의 재료(208)는 다결정 실리콘, 산화인듐주석 등의 재료 중에서 한가지 또는 여러 가지일 수 있다. 이와 같이 상기 제1 도전층(208)에 의해 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극과 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 드레인 전극의 전기적 연결을 실현한다.A first
설명해야 할 점은, 상기 실시예에 대한 설명에서, 상기 제1 도전층(208)은 P형 도핑 영역(205)의 일부만을 피복하나, 본 발명은 이에 대해 제한하지 않으므로, 상기 제1 도전층(208)은 상기 P형 도핑 영역(205)을 완전히 피복할 수도 있다. 추가로 설명해야 할 점은, 본 실시예에서 상기 제1 도전층(208)은 상기 개구(210)의 바닥부와 측벽을 피복할 뿐만 아니라, 상기 절연층(203)의 상부도 피복하나, 본 발명은 이에 대해 제한하지 않으므로, 상기 제1 도전층(208)은 절연층(203)의 측벽만 피복할 수도 있다. It should be noted that in the above description of the embodiment, the first
도 4를 참고하면, 상기 제1 도전층(208)은 또 제2 NMOS 트랜지스터(N2)의 드레인 전극과 제4 트랜지스터(N4)의 소스 전극 사이까지 연장된다. 도 6은 제2 NMOS 트랜지스터(N2)와 제4 트랜지스터(N4)를 나타낸 단면도이다. Referring to FIG. 4, the first
상기 제2 NMOS 트랜지스터(N2)와 제4 트랜지스터(N4)는 반도체 기판(100) 상에 형성된 서로 인접한 트랜지스터이다. 제2 NMOS 트랜지스터(N2)와 제4 트랜지스터(N4)는 모두 게이트 전극과, 게이트 전극의 양측에 형성된 소스 전극/드레인 전극을 포함한다.The second NMOS transistor N2 and the fourth transistor N4 are adjacent to each other on the
구체적으로, 제2 PMOS 트랜지스터(N2)와 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 게이트 전극은 모두 반도체 기판(100) 상에 순서대로 위치하는 게이트 유전체층(401), 게이트 전극층(402), 절연층(403), 및 상기 게이트 유전체층(401), 게이트 전극층(402), 절연층(403)을 둘러싸는 사이드윌(404)을 포함한다.Specifically, the gate electrode of the second PMOS transistor N2 and the gate electrode of the fourth NMOS transistor N4 all have a gate
제2 NMOS 트랜지스터(N2)와 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 소스 전극/드레인 전극은 N형 도핑 영역이다. 구체적으로, 제2 NMOS 트랜지스터(N2)의 드레인 전극(407)과 상기 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 소스 전극(408)은 두 게이트 전극 사이에 위치한다. 기타 실시예에서, 제2 NMOS 트랜지스터(N2)의 드레인 전극(407)을 구성하는 N형 도핑 영역, 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 소스 전극(408)을 구성하는 N형 도핑 영역은 하나의 N형 도핑 영역을 공유할 수도 있다. The source electrode / drain electrode of the second NMOS transistor N2 and the fourth NMOS transistor N4 are N-type doped regions. Specifically, the
상기 제2 NMOS 트랜지스터(N2)와 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 게이트 전극, 상기 제2 NMOS 트랜지스터(N2)와 제4 NMOS 트랜지스터(N4) 사이에 위치하는 반도체 기판(100)이 둘러싸여 제2 개구(410)를 이룬다. 상기 제1 도전층(208)은 또 상기 제2 개구(410)의 바닥부와 측벽을 피복함으로써 제2 NMOS 트랜지스터(N2)의 드레인 전극(407), 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 소스 전극(408)의 전기적 연결을 실현한다.A gate electrode of the second NMOS transistor N2 and a fourth NMOS transistor N4 and a
이렇게 하여, 본 실시예의 SRAM 메모리 유닛 중 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극과 제1 NMOS 트랜지스터(N1)의 게이트 전극은 직접적인 접촉에 의해 전기적 연결을 실현하고, 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극과 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 드레인 전극, 제2 NMOS 트랜지스터(N2)의 드레인 전극, 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 소스 전극 사이는 상기 제1 도전층(208)을 통해 전기적 연결을 실현한다.In this way, the gate electrode of the first PMOS transistor P1 and the gate electrode of the first NMOS transistor N1 of the SRAM memory unit of this embodiment realize electrical connection by direct contact, and the gate electrode of the first PMOS transistor P1 An electric connection is made between the gate electrode and the drain electrode of the second PMOS transistor P2, the drain electrode of the second NMOS transistor N2, and the source electrode of the fourth NMOS transistor N4 through the first
계속하여 도 4를 참고하면, 본 실시예에서 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 게이트 전극, 제2 NMOS 트랜지스터(N2)의 게이트 전극, 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 드레인 전극, 제1 NMOS 트랜지스터(N1)의 드레인 전극, 제3 NMOS 트랜지스터(N3)의 소스 전극 간의 전기적 연결을 실현하여, 제2 스토리지 노드를 형성하기 위해, 본 실시예에서 제2 도전층(211)을 설치한다.4, in this embodiment, the gate electrode of the second PMOS transistor P2, the gate electrode of the second NMOS transistor N2, the drain electrode of the first PMOS transistor P1, N1 and the source electrode of the third NMOS transistor N3 to realize the second storage node, the second
구체적으로, 상기 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 게이트 전극과 제2 NMOS 트랜지스터(N2)의 게이트 전극은 마주하여 서로 접촉함으로써, 전기적 연결을 실현한다.Specifically, the gate electrode of the second PMOS transistor P2 and the gate electrode of the second NMOS transistor N2 are opposed to each other to realize an electrical connection.
제1 도전층(208)이 전기적 연결을 실현하는 방식과 유사하게, 상기 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 절연층은 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 드레인 전극에 근접한 일부 게이트 전극층을 노출시키고, 상기 절연층, 상기 노출된 일부 게이트 전극층, 상기 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 드레인 전극, 상기 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트 전극이 둘러싸여 제3 개구(미도시)를 이루며, 제2 도전층(211)은 상기 제3 개구의 바닥부와 측벽을 피복함으로써, 제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 게이트 전극과 제1 PMOS 트랜지스터(P1)의 드레인 전극의 전기적 연결을 실현한다.The insulating layer of the second PMOS transistor P2 exposes a portion of the gate electrode layer adjacent to the drain electrode of the first PMOS transistor P1, (Not shown) surrounded by the insulating layer, the exposed part of the gate electrode layer, the drain electrode of the first PMOS transistor P1, and the gate electrode of the first PMOS transistor P1, 211 electrically connects the gate electrode of the second PMOS transistor P2 and the drain electrode of the first PMOS transistor P1 by covering the bottom portion and the side wall of the third opening.
상기 제1 NMOS 트랜지스터(N1)와 제3 NMOS 트랜지스터(N3)의 게이트 전극, 상기 제1 NMOS 트랜지스터(N1)와 제3 NMOS 트랜지스터(N3)의 게이트 전극 사이에 위치하는 제1 NMOS 트랜지스터(N1)의 드레인 전극과, 상기 제3 NMOS 트랜지스터(N3)의 소스 전극이 둘러싸여 제4 개구(미도시)를 이루고, 상기 제2 도전층(211)은 상기 제4 개구의 바닥부와 측벽을 더 피복함으로써, 상기 제1 NMOS 트랜지스터(N1)의 드레인 전극과 상기 제3 NMOS 트랜지스터(N3)의 소스 전극의 전기적 연결을 실현한다.A first NMOS transistor N1 is disposed between the gate electrodes of the first NMOS transistor N1 and the third NMOS transistor N3 and between the gate electrodes of the first NMOS transistor N1 and the third NMOS transistor N3, The source electrode of the third NMOS transistor N3 is surrounded by a fourth opening (not shown), and the second
이렇게, 제1 도전층(208), 제2 도전층(211)에 의해 상응한 전극의 전기적 연결을 실현함으로써, 제1 스토리지 노드, 제2 스토리지 노드를 형성하여, SRAM 메모리 유닛의 정상 작동을 보장한다. 본 실시예는 연결 플러그를 이용할 필요가 없으므로 서로 다른 트랜지스터 사이의 간격을 줄일 수 있다. 본 실시예에서, 서로 인접한 트랜지스터의 게이트 전극 간의 간격을 1500Å ~ 2500Å의 범위 내로 줄일 수 있다.By thus realizing the electrical connection of the corresponding electrode by the first
여기에서 SRAM 메모리 유닛을 예로 하여 설명하였으나, 반도체 분야의 기타 응용에서, 하나의 트랜지스터의 게이트 전극과 다른 하나의 트랜지스터의 도핑 영역 간의 전기적 연결을 실현할 필요가 있는 반도체 구조가 존재하거나 또는 2개의 트랜지스터 도핑 영역 간의 전기적 연결을 실현하는 반도체 구조가 존재할 경우, 당업자는 각각 도 5, 도 6에 도시한 반도체 구조에 따라 상응하게 수정, 변형 및 대체할 수 있다.Although the SRAM memory unit has been described herein as an example, in other applications in the semiconductor field, there is a semiconductor structure that needs to realize the electrical connection between the gate electrode of one transistor and the doping region of the other transistor, When there is a semiconductor structure for realizing the electrical connection between the regions, those skilled in the art can respectively modify, modify and replace correspondingly to the semiconductor structure shown in Figs. 5 and 6, respectively.
상응하게, 상기 방법을 이용하여, 복수의 상기 SRAM 메모리 유닛을 포함하는 SRAM 메모리를 제공할 수 있다. 상기 SRAM 메모리는 비교적 작은 면적을 가진다.Correspondingly, using this method, an SRAM memory comprising a plurality of said SRAM memory units can be provided. The SRAM memory has a relatively small area.
상기 SRAM 메모리 유닛의 실시예의 형성공정은 상기 도전층(208)을 형성한 후, 2개의 서로 인접한 게이트 전극 및 게이트 전극 사이의 반도체 기판에 둘러싸인 개구[예:제1 개구(210) 또는 제2 개구(410)]의 바닥부의 반도체 기판(100)에 이온을 주입하여 드레인 전극[P형 도핑 영역(205)]을 형성하는 단계를 포함한다. After forming the
그러나 개구[예:제1 개구(210) 또는 제2 개구(410)]의 바닥부와 측벽을 피복하는 도전층[제1 도전층(208) 또는 제2 도전층(211)]은 반도체 기판으로부터 떨어져 있는 높이가 서로 다르므로[제2 PMOS 트랜지스터(P2)의 드레인 전극과 제1 PMOS 트랜지스터(P1) 게이트 전극 측벽에 위치하는 제1 도전층의 높이는 서로 다름], 이온 주입 깊이가 서로 달라져서, 반도체 기판(100)에 형성된 도핑 영역의 균일성이 좋지 않고, 경계가 정렬되어 있지 않고, 또한 상기 게이트 전극에 인접한 이온은 반도체 기판까지 확산되지 못할 수 있으므로, 형성된 소스/드레인 영역의 형상이 적합하지 못하여, 형성된 소자의 기능에 영향을 준다. 또한 상기 도전층의 두께가 너무 두꺼우면, 이온 주입을 통해 도핑 영역을 형성하기 어려운 문제를 초래하기 쉽고, 상기 도전층의 두께가 너무 얇으면, 전기적 연결의 신뢰도를 저하시키기 쉽다.However, the conductive layer (the first
본 발명은 종래의 연결 플러그(G)를 대체하는 도전층을 이용하여 트랜지스터와 트랜지스터 간의 전기적 연결을 구현하는 방법에서 발생하는 문제, 즉 도전층의 두께가 너무 두껍고 또한 각 부위의 두께가 서로 다르기 때문에, 상기 도전층을 통과하여 진행되는 이온 주입에 의해 형성된 도핑 영역의 균일성이 좋지 않은 문제를 해결하기 위한 것이다. The present invention has a problem in a method of realizing an electrical connection between a transistor and a transistor by using a conductive layer replacing the conventional connection plug G, that is, the thickness of the conductive layer is too thick and the thicknesses of the respective portions are different And a problem that the uniformity of the doped region formed by the ion implantation proceeding through the conductive layer is poor.
상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은,In order to solve the above problems,
아래에서 위로 향해 순서대로 위치하는 게이트 유전체층, 게이트 전극층, 절연층, 및 상기 게이트 유전체층, 게이트 전극층, 절연층을 둘러싸는 사이드윌을 포함하는 적어도 2개의 서로 인접한 게이트 전극을, 서로 인접한 게이트 전극의 사이드윌과 상기 반도체 기판이 둘러싸여 개구를 이루도록 반도체 기판상에 형성하는 단계;At least two adjacent gate electrodes including a gate dielectric layer, a gate electrode layer, an insulating layer, and a gate dielectric layer, a gate electrode layer, and a sidewall surrounding the insulating layer in order from bottom to top in this order, Forming a semiconductor substrate on the semiconductor substrate such that the semiconductor substrate and the semiconductor substrate are surrounded by the semiconductor substrate;
상기 서로 인접한 게이트 전극 및 게이트 전극에 의해 피복되지 않은 반도체 기판 상에 다결정 실리콘을 증착시켜 다결정 실리콘층을 형성하는 단계;Depositing a polycrystalline silicon on a semiconductor substrate not covered by the gate electrode and the gate electrode adjacent to each other to form a polycrystalline silicon layer;
일부 다결정 실리콘층을 제거하여, 잔여 다결정 실리콘층이 상기 개구의 바닥부와 측벽을 피복하게 하는 단계;Removing some of the polycrystalline silicon layer to cause the remaining polycrystalline silicon layer to cover the bottom and sidewalls of the opening;
상기 개구의 하측에 위치하는 반도체 기판에 이온을 주입하는 단계;Implanting ions into a semiconductor substrate located under the opening;
주입된 이온이 상기 다결정 실리콘층과 반도체 기판의 분계면 상의 다결정 실리콘층에 집중되도록 프리어닐링(pre-annealing) 공정을 진행하는 단계;Conducting a pre-annealing process so that the implanted ions are concentrated on the polycrystalline silicon layer on the partial surface of the semiconductor substrate;
분계면에 집중된 상기 다결정 실리콘 중의 이온이 상기 반도체 기판에 확산되어, 도핑 영역을 형성하도록 어닐링 공정을 진행하는 단계를 포함하고, And diffusing ions in the polycrystalline silicon concentrated on the minute interface into the semiconductor substrate to perform an annealing process so as to form a doped region,
상기 프리어닐링 공정의 온도는 상기 어닐링 공정의 온도보다 낮은 반도체 구조의 형성방법을 제공한다.The temperature of the pre-annealing process is lower than the temperature of the annealing process.
상기 프리어닐링 공정의 온도는 690℃ ~ 750℃인 것이 바람직하다. The temperature of the pre-annealing step is preferably 690 ° C to 750 ° C.
상기 프리어닐링 공정은 질소가스 분위기하에서 진행되며, 주위 압력을 상압(常壓)으로 설정하는 것이 바람직하다.The pre-annealing process is performed under a nitrogen gas atmosphere, and the ambient pressure is preferably set at atmospheric pressure.
상기 다결정 실리콘층의 높이는 500Å ~ 2000Å의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.The height of the polycrystalline silicon layer is preferably in the range of 500 ANGSTROM to 2000 ANGSTROM.
상기 프리어닐링 공정은 질소가스 분위기하에서 진행되며, 주위 온도를 690℃ ~ 750℃로 하고,압력을 상압으로 설정하고, 10min ~ 20min 동안 진행되는 것이 바람직하다.Preferably, the pre-annealing process is performed in an atmosphere of nitrogen gas, the ambient temperature is set to 690 ° C to 750 ° C, the pressure is set to atmospheric pressure, and the process is performed for 10min to 20min.
본 발명은 다른 반도체 구조의 형성방법을 더 제공하며, 이 반도체 구조의 형성방법은,The present invention further provides a method of forming another semiconductor structure,
아래에서 위로 향해 순서대로 위치하는 게이트 유전체층, 게이트 전극층, 절연층, 및 상기 게이트 유전체층, 게이트 전극층과 절연층을 둘러싸는 사이드윌을 포함하는 제1 게이트 전극과, 제2 게이트 전극을 반도체 기판 상에 형성하는 단계;A first gate electrode including a gate dielectric layer, a gate electrode layer, an insulating layer, and a gate dielectric layer, a gate electrode layer and side wirings surrounding the insulating layer, and a second gate electrode on the semiconductor substrate ;
제1 게이트 전극 중의 제2 게이트 전극에 근접하는 일부 절연층을 제거하여, 잔여 절연층이 제2 게이트 전극에 근접한 일부 게이트 전극층을 노출시키도록 하고, 상기 잔여 절연층, 절연층이 노출시킨 일부 게이트 전극층, 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극 사이의 반도체 기판, 및 제2 게이트 전극이 둘러싸여 개구를 이루게 하는 단계;A portion of the gate electrode layer adjacent to the second gate electrode is removed so that the remaining insulating layer exposes a portion of the gate electrode layer adjacent to the second gate electrode and the remaining insulating layer, Forming an electrode layer, a semiconductor substrate between the first gate electrode and the second gate electrode, and a second gate electrode surrounding the opening;
제1 게이트 전극, 제2 게이트 전극 및 상기 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극에 의해 피복되지 않은 반도체 기판 상에 다결정 실리콘을 증착시켜, 다결정 실리콘층을 형성하는 단계;Depositing polycrystalline silicon on a semiconductor substrate not covered by the first gate electrode, the second gate electrode, and the first gate electrode and the second gate electrode to form a polycrystalline silicon layer;
일부 다결정 실리콘층을 제거하여, 잔여 다결정 실리콘층이 상기 개구의 바닥부와 측벽을 피복하게 하는 단계;Removing some of the polycrystalline silicon layer to cause the remaining polycrystalline silicon layer to cover the bottom and sidewalls of the opening;
제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극 사이의 반도체 기판에 이온을 주입하는 단계;Implanting ions into a semiconductor substrate between a first gate electrode and a second gate electrode;
주입된 이온이 상기 다결정 실리콘층과 반도체 기판의 분계면에 있는 다결정 실리콘층에 집중되도록 프리어닐링 공정을 진행하는 단계;Conducting a pre-annealing process so that the implanted ions are concentrated on the polycrystalline silicon layer at the interface between the polycrystalline silicon layer and the semiconductor substrate;
상기 분계면에 집중된 상기 다결정 실리콘층 중의 이온이 상기 반도체 기판에 확산되어, 도핑 영역을 형성하도록 어닐링 공정을 진행하는 단계를 포함하고,And an annealing process is performed so that ions in the polycrystalline silicon layer concentrated on the minute interface are diffused into the semiconductor substrate to form a doped region,
상기 프리어닐링 공정의 온도는 상기 어닐링 공정의 온도보다 낮다. The temperature of the pre-annealing process is lower than the temperature of the annealing process.
상기 프리어닐링 공정의 온도는 690℃ ~ 750℃인 것이 바람직하다.The temperature of the pre-annealing step is preferably 690 ° C to 750 ° C.
상기 프리어닐링 공정은 질소가스 분위기하에서 진행되며, 주위 압력을 상압으로 설정하는 것이 바람직하다.Preferably, the pre-annealing process is performed under a nitrogen gas atmosphere, and the ambient pressure is set to atmospheric pressure.
상기 다결정 실리콘층의 높이는 500Å ~ 2000Å의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.The height of the polycrystalline silicon layer is preferably in the range of 500 ANGSTROM to 2000 ANGSTROM.
상기 프리어닐링 공정은 질소가스 분위기하에서 진행되며, 주위 온도를 690℃ ~ 750℃로 하고,압력을 상압으로 설정하고, 10min ~ 20min 동안 진행되는 것이 바람직하다.Preferably, the pre-annealing process is performed in an atmosphere of nitrogen gas, the ambient temperature is set to 690 ° C to 750 ° C, the pressure is set to atmospheric pressure, and the process is performed for 10min to 20min.
종래기술과 비교하면, 본 발명은 다음과 같은 장점이 있다.Compared with the prior art, the present invention has the following advantages.
본 발명에서는 연결 플러그(G)를 대체하여 다결정 실리콘층을 트랜지스터와 트랜지스터의 전기적 연결을 실현하는 도전층으로 하고, 그 다음 도전층을 통과하는 이온 주입을 진행한 후 온도가 일반 어닐링 온도보다 낮은 1차 프리어닐링을 진행함으로써, 주입된 이온이 다결정 실리콘과 반도체 기판(일반적으로 실리콘이다)의 분계면에 확산되어, 모두 동일한 평면에 위치하게 한다. 그 다음 비교적 높은 온도의 어닐링을 다시 진행함으로써, 주입된 이온이 반도체 기판에 확산되도록 하여, 도전층의 두께가 너무 두꺼워 이온이 반도체 기판에 주입되지 못하는 일이 없도록 보장하고, 게이트 전극 측벽의 도전층과 반도체 기판의 평탄한 곳에 있는 도전층의 두께 차이로 인해 반도체 기판에 확산되는 주입된 이온의 깊이가 불균일한 문제를 방지하여, 주입된 이온이 반도체 기판에 확산되는 균일성을 보장하여, 분계면이 정렬된 도핑 영역을 형성한다.In the present invention, the polycrystalline silicon layer is replaced by a conductive layer for realizing the electrical connection between the transistor and the transistor by replacing the connection plug G. Then, after ion implantation through the conductive layer is performed, By conducting the pre-annealing, the implanted ions diffuse to the interface of the polycrystalline silicon and the semiconductor substrate (generally silicon), and are all located on the same plane. Then, annealing at a relatively high temperature is then performed again to ensure that the implanted ions are diffused into the semiconductor substrate, so that the thickness of the conductive layer is too thick to prevent ions from being injected into the semiconductor substrate, The problem that the depth of the implanted ions diffused in the semiconductor substrate is uneven due to the difference in the thickness of the conductive layer on the flat surface of the semiconductor substrate can be prevented and uniformity of the implanted ions diffused into the semiconductor substrate can be ensured, Thereby forming an aligned doped region.
도 1은 종래기술인 6T 구조의 SRAM 메모리 중 메모리 유닛의 회로도이다.
도 2는 종래기술인 6T 구조의 SRAM 메모리 중 메모리 유닛의 평면도이다.
도 3은 종래기술인 SRAM 메모리 중 트랜지스터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 도전층으로 접촉홀을 대체하는 방법에 따른 SRAM 메모리 유닛의 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 AA'선에 따른 단면도이다.
도 6은 도 4의 BB'선에 따른 단면도이다.
도 7 ~ 도 10은 본 발명의 반도체 구조 형성방법의 제1 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 11은 종래기술에서 도전층을 통해 반도체 기판에 이온 주입 시 발생하는 문제를 나타낸 개략도이다.
도 12 ~ 도 14는 본 발명의 반도체 구조 형성방법의 제2 실시예를 나타낸 개략도이다.FIG. 1 is a circuit diagram of a memory unit among SRAM memories of a conventional 6T structure.
2 is a plan view of a memory unit of a conventional 6T SRAM memory.
3 is a cross-sectional view of a transistor in a prior art SRAM memory.
4 is a plan view showing an embodiment of an SRAM memory unit according to a method of replacing a contact hole with a conductive layer of the present invention.
5 is a cross-sectional view taken along line AA 'of FIG.
6 is a cross-sectional view taken along line BB 'of FIG.
FIGS. 7 to 10 are schematic views showing a first embodiment of the semiconductor structure forming method of the present invention.
FIG. 11 is a schematic view showing a problem occurring in ion implantation into a semiconductor substrate through a conductive layer in the prior art. FIG.
FIGS. 12 to 14 are schematic views showing a second embodiment of the semiconductor structure forming method of the present invention.
종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 출원인은 연구를 통해, 반도체 구조 및 그 형성방법, SRAM 메모리 유닛, SRAM 메모리를 발명하였고, 반도체 구조, SRAM 메모리 유닛, SRAM 메모리 중의 트랜지스터들은 도전층을 통해 상응한 전극 간의 전기적 연결을 실현함으로써 연결 플러그를 생략할 수 있게 되어, 원래 연결 플러그를 위해 트랜지스터 사이에 남겨뒀던 공간을 절약함으로써, SRAM 메모리 유닛의 면적을 감소시켰다. 그러나 이러한 방안에서 상기 도전층은 두께가 너무 두껍고, 게이트 전극 측벽에서의 높이와 반도체 기판 상에서의 높이가 달라, 도전층을 통과하여 반도체 기판에 대해 이온을 주입할 때 어려움이 발생하게 된다.In order to solve the problems of the prior art, Applicants have researched a semiconductor structure and a method for forming the same, an SRAM memory unit, and an SRAM memory through researches. The transistors in the semiconductor structure, the SRAM memory unit, and the SRAM memory, By realizing the electrical connection between one electrode, the connection plug can be omitted, which saves the space left between the transistors for the original connection plug, thereby reducing the area of the SRAM memory unit. However, in such a case, the conductive layer is too thick, the height at the sidewall of the gate electrode is different from the height at the semiconductor substrate, and it is difficult to inject ions into the semiconductor substrate through the conductive layer.
상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 반도체 구조의 형성방법 및, 도전층은 다결정 실리콘을 사용하고, 이온을 주입한 후, 온도가 일반 어닐링 온도보다 낮은 1차 프리어닐링을 진행함으로써, 주입된 이온이 다결정 실리콘과 반도체 기판(일반적으로 실리콘)의 분계점까지 확산되어, 모두 동일한 평면 상에 위치하도록 하는 단계, 비교적 높은 온도의 어닐링을 또 진행함으로써, 주입된 이온이 반도체 기판에 확산되도록 하여, 이온의 반도체 기판에 확산되는 균일성을 보장하여, 경계가 정렬된 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함하는 이온 주입 방법을 안출하였다. In order to solve the above problems, the present invention provides a method of forming a semiconductor structure, wherein the conductive layer is made of polycrystalline silicon, and after the ion implantation, the preliminary annealing is performed at a temperature lower than the general annealing temperature, Is diffused up to the point of intersection of the polycrystalline silicon and the semiconductor substrate (generally silicon) so that they all lie on the same plane, and the annealing is performed at a relatively high temperature to diffuse the implanted ions into the semiconductor substrate, And forming a doped region with boundaries by ensuring uniformity of diffusion into the semiconductor substrate.
이러한 방법은, 도전층이 너무 두꺼워 반도체 기판에 이온을 주입하기 어려운 문제를 해결할 뿐만 아니라 반도체 기판 상의 서로 다른 위치에 있는 도전층의 높이가 서로 다르므로 인해 반도체 기판에 이온 주입 후 확산 균일성이 좋지 않은 문제를 해결할 수 있다.This method not only solves the problem that the conductive layer is too thick to inject ions into the semiconductor substrate but also differs in the height of the conductive layers at different positions on the semiconductor substrate, You can solve the problem that is not.
본 발명의 상기 목적, 특징 및 장점을 더욱 쉽게 이해할 수 있도록, 이하 도면을 결합하여 본 발명의 구체적 실시예에 대해 상세히 설명한다.In order that the objects, features and advantages of the present invention can be more easily understood, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 7 ~ 도 10은 본 발명의 반도체 구조 형성방법의 제1 실시예를 나타낸 개략도이며, 도 11은 종래 공정의 이온 주입에 의하여 형성된 도핑 영역의 균일성이 좋지 않음을 나타낸 개략도이다. 본 실시예는 도 5와 같은 반도체 구조를 형성하기 위한 것이다.FIGS. 7 to 10 are schematic views showing a first embodiment of the method for forming a semiconductor structure of the present invention, and FIG. 11 is a schematic diagram showing that the uniformity of a doped region formed by ion implantation in the conventional process is poor. This embodiment is for forming the semiconductor structure as shown in FIG.
도 7에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(100)을 제공한다. 상기 반도체 기판(100)은 실리콘, 게르마늄 또는 기타 III-V족의 반도체 재료일 수 있다. 상기 반도체 기판(100)은 실리콘 온 인슐레이터(SOI,Silicon On Insulator)일 수도 있다.As shown in Fig. 7, a
반도체 기판(100) 상에 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극(미도시)을 형성하여 제1 트랜지스터(P1), 제2 트랜지스터(P2)를 각각 형성한다.A first gate electrode and a second gate electrode (not shown) are formed on the
상기 제1 게이트 전극은 상기 반도체 기판(100) 상에 순서대로 위치하는 게이트 유전체층(201), 게이트 전극층(202), 절연층(203), 및 상기 게이트 유전체층(201), 게이트 전극층(202), 절연층(203)을 둘러싸는 사이드윌(204)을 포함한다. 구체적으로, 상기 게이트 유전체층(201)의 재료는 산화규소일 수 있으며, 상기 절연층(203), 사이드윌(204)의 재료는 질화규소일 수 있으며, 상기 게이트 전극층(202)의 재료는 다결정 실리콘일 수 있다. 여기서 게이트 전극을 형성하는 방법은 종래기술과 동일하므로, 상세하게 설명하지 않는다.The first gate electrode includes a
상기 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극 사이에 노출된 반도체 기판(100)은 후속 공정에서 제2 트랜지스터(P2)의 도핑 영역(205)을 형성하는데 이용된다.The
도 8에 도시한 바와 같이, 제1 게이트 전극 중의 제2 게이트 전극에 근접하는 일부 절연층(203)을 제거하여, 잔여 절연층(203)이 제2 게이트 전극에 근접하는 일부 전극층(202)을 노출시키도록 하고, 잔여 절연층(203), 절연층(203)이 노출시킨 일부 게이트 전극층(202), 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극 사이의 반도체 기판(100) 및 제2 게이트 전극이 둘러싸여 제1 개구(210)를 이룬다. 포토리소그래피와 식각법을 통해 일부 절연층(203)을 제거할 수 있으며, 구체적으로, 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극 상에 포토레지스터 패턴(206)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴은 제1 게이트 전극 중의 절연층(203)의 제2 게이트 전극에 근접한 부분을 노출시키고, 그 다음 플라즈마 식각 방법을 통해 상기 포토레지스트 패턴(206)이 노출시킨 일부 절연층(203)을 제거한다. 설명해야 할 점은, 본 실시예에서, 사이드윌(204)의 재료는 절연층(203)의 재료와 동일하며, 일부 절연층(203)을 제거함과 동시에, 제2 게이트 전극에 근접한 사이드윌(204)이 부분적으로 제거된다.8, a part of the insulating
도 9에 도시한 바와 같이, 제1 게이트 전극, 제2 게이트 전극, 및 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극이 노출시킨 반도체 기판(100) 상에 도전재료를 증착시켜 도전층(207)을 형성한다. 구체적으로, 본 실시예에서, 상기 도전재료는 다결정 실리콘이며, 화학 기상 증착 방식을 통해 형성될 수 있다. As shown in Fig. 9, a conductive material is deposited on the
설명해야 할 것은, 후속 공정에서 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극 사이에 제2 트랜지스터(P2)의 도핑 영역(205)을 형성해야 한다. 만약 상기 도전층(207)의 두께가 너무 두꺼워지면, 이온 주입을 통해 도핑 영역을 형성하기 어려운 문제가 쉽게 발생하고, 만약 도전층(207)의 두께가 너무 얇으면, 전기적 연결의 신뢰도를 저하시키기 쉬우므로, 상기 도전층(207)의 두께는 500Å ~ 800Å의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.It should be noted that the
도 10에 도시한 바와 같이, 일부 도전층(207)을 제거하여, 잔여 도전층(207)으로 하여금 상기 제1 개구(210)의 바닥부와 측벽을 피복하게 하고, 잔여 도전층(207)은 제1 트랜지스터(P1) 게이트 전극과 제2 트랜지스터(P2) 도핑 영역(이때 이 도핑 영역은 아직 형성되지 않음) 간의 전기적 연결을 실현하는 제1 도전층(208)을 구성한다. 구체적으로, 포토리소그래피와 식각법을 통해 일부 도전층(207)을 제거할 수 있다.10, the
제1 도전층(208)을 형성한 후, 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극 사이의 반도체 기판(100)에 이온을 주입하여 도핑 영역(205)을 형성한다. 이온 주입 시, 도핑 이온은 상기 제1 도전층(208)을 통과하여 반도체 기판(100)에 도달함으로써 도핑 영역(205)을 형성할 수 있다.After the first
도 10에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(100)의 평탄한 위치에 있는 제1 도전층(208)의 표면과 상기 반도체 기판(100)의 거리(H1)와 게이트 전극 측벽이 위치하는 제1 도전층(208)의 표면과 상기 반도체 기판(100)의 거리(H2)의 차이가 매우 커서, 제1 도전층(208)을 통과하여 형성되는 이온 주입 영역의 형태에 영향을 줄 수 있다. 본 실시예에서, 상기 다결정 실리콘층의 증착 두께는 500Å ~ 800Å이다. 게이트 전극 측벽에 위치한 다결정 실리콘층에서, 상기 H1와 H2의 차이는 최대 하나의 게이트 전극의 높이에 도달하고, 게이트 전극의 높이는 일반적으로 1500Å이므로, 상기 다결정 실리콘층의 높이의 범위는 500Å ~ 2000Å이다. 상기 다결정 실리콘층을 통과하여 이온을 주입하면 게이트 전극 측벽에 근접하는 이온은 아직 반도체 기판에 확산하지 못하였는데, 반도체 기판의 평탄한 곳의 이온이 이미 확산되어 있는 문제가 발생할 수 있으며, 도면에서 점선으로 표시된 도핑 영역(205')과 유사하다.10, the distance between the surface of the first
상기 문제를 해결하기 위하여, 본 실시예에서 이용한 상기 제1 도전층(208)은 다결정 실리콘이며, 다결정 실리콘과 반도체 기판(단결정 실리콘 기판)의 재료가 서로 동일하나, 격자구조가 서로 다르므로, 양자 사이에 분계면이 존재하게 되며, 상기 분계면은 확산에 대해 일정한 차단 작용을 하나 뚜렷하진 않다. 양자의 재료가 서로 동일하므로, 이온은 비교적 높은 온도에서의 열확산 작용에 의해 다결정 실리콘층을 통과하여 반도체 기판에 주입되나, 격자구조가 서로 달라, 주입되는 이온은 충분한 열량이 있어야만 충분한 동적 에너지를 가지게 되어 다결정 실리콘에서 반도체 기판에 주입될 수 있다. 만약 고온 어닐링을 직접 이용하면, 주입되는 이온이 확산될 때 분계면은 차단 작용을 일으키지 못하므로, 이온이 확산될 때 상기와 같이 출발 위치가 다르기 때문에(다결정 실리콘 두께가 서로 다르므로) 실리콘 기판에 도달하는 위치 또한 달라져, 도핑 균일성이 좋지 않은 문제가 발생한다. 그러나, 조금 낮은 온도에서 먼저 프리어닐링을 진행하면, 온도가 낮아서 동적 에너지가 비교적 낮은 이온의 확산을 효과적으로 차단하여 주입된 이온이 모두 이 분계면에 머물게 할 수 있다. 다시 고온에서 어닐링을 하면, 주입된 이온은 모두 분계면으로부터 확산되기 시작하므로, 모든 주입된 이온이 반도체 기판 중의 통일된 깊이게 도달하게 되어, 이온 주입의 균일성을 최적화한다.In order to solve the above problem, the first
본 단계에서의 이온 주입은 다음을 포함한다.The ion implantation in this step includes the following.
상기 제1 도전층(208)에 대해 이온을 주입한다. 다만 본 단계에서, 이온 주입 에너지를 제어하여 제1 도전층(208)을 관통하지 못하게 한다. 그렇지 않으면 상기 이온이 제1 도전층(208)을 관통하여 반도체 기판에 직접 주입되어, 제1 도전층(208) 각 위치의 두께가 서로 다르므로 인해 이온 주입의 균일성을 보장하지 못하게 된다.Ions are implanted into the first
프리어닐링 공정을 진행하여, 상기 주입된 이온이 상기 다결정 실리콘층[제1 도전층(208)]과 반도체 기판의 분계면 상의 다결정 실리콘층에 집중되도록 한다. 상기 다결정 실리콘이 산화되는 것을 방지하기 위하여, 상기 프리어닐링 공정은 질소가스 분위기 하에서 진행되며, 주위 온도를 690℃ ~ 750℃로 하고, 압력은 상압(760Tor, 표준 대기압)으로 설정하며, 진행시간은 10min ~ 20min이다. 상기 주위 온도는 이온의 활성에 영향을 주고, 온도가 너무 낮으면, 주입된 이온은 분계면에 확산되는 충분한 에너지를 갖지 못하며, 온도가 너무 높으면, 주입된 이온은 반도체 기판에 직접 확산된다. 상기 프리어닐링을 진행하는 시간은 다결정 실리콘의 두께에 의해 결정되며, 두께의 증가에 따라, 상기 프리어닐링의 시간은 증가한다.The pre-annealing process is performed so that the implanted ions are concentrated on the polycrystalline silicon layer (the first conductive layer 208) and the polycrystalline silicon layer on the partial surface of the semiconductor substrate. In order to prevent the polycrystalline silicon from being oxidized, the pre-annealing process is performed under a nitrogen gas atmosphere, the ambient temperature is set to 690 ° C. to 750 ° C., the pressure is set to atmospheric pressure (760 Torr, standard atmospheric pressure) 10min to 20min. The ambient temperature affects the activity of the ions, and if the temperature is too low, the implanted ions do not have sufficient energy to diffuse to the interface, and if the temperature is too high, the implanted ions spread directly to the semiconductor substrate. The time for conducting the pre-annealing is determined by the thickness of the polycrystalline silicon, and as the thickness is increased, the time of the pre-annealing increases.
프리어닐링을 종료한 후 어닐링 공정을 진행함으로써, 상기 다결정 실리콘과 반도체 기판의 분계면 상에 집중된 이온이 상기 반도체 기판(100)에 확산되도록 한다. 일반적으로, 상기 어닐링 온도는 상기 분계면 상의 이온이 모두 반도체 기판(100)에 충분히 확산될 수 있도록 매우 높다. 그리하여 균일성이 좋은 도핑 영역(205)을 형성한다. 본 실시예에서, 상기 어닐링 온도는 1000℃보다 높다.After the pre-annealing is completed, an annealing process is performed so that ions concentrated on the interface between the polycrystalline silicon and the semiconductor substrate are diffused into the
본 실시예에 의해 제공되는 반도체 구조에서 제1 트랜지스터(P1)의 게이트 전극과 제2 트랜지스터(P2)의 도핑 영역 간의 전기적 연결은 제1 도전층(208)에 의해 실현되므로, 연결 플러그를 더 설치할 필요가 없어 제1 트랜지스터(P1)와 제2 트랜지스터(P2) 간의 간격을 줄일 수 있다.In the semiconductor structure provided by this embodiment, since the electrical connection between the gate electrode of the first transistor P1 and the doped region of the second transistor P2 is realized by the first
도 12 ~ 도 14는 본 발명의 반도체 구조의 형성방법의 제2 실시예를 나타낸 개략도이다. 본 실시예는 도 6에 도시한 반도체 구조를 형성하기 위한 것이다. 12 to 14 are schematic views showing a second embodiment of a method for forming a semiconductor structure of the present invention. This embodiment is for forming the semiconductor structure shown in Fig.
도 12에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(100)을 제공한다. 상기 반도체 기판(100)은 실리콘, 게르마늄 또는 기타 III-V족의 반도체 재료일 수 있다. 상기 반도체 기판(100)은 실리콘 온 인슐레이터(SOI, Silicon On Insulator)일 수도 있다.As shown in Fig. 12, a
상기 반도체 기판(100) 상에 2개의 서로 인접한 게이트 전극을 형성하고, 상기 2개의 게이트 전극은 2개의 서로 연결된 제2 NMOS 트랜지스터(N2), 제4 NMOS 트랜지스터(N4)를 구성하기 위한 것이다. 구체적으로, 상기 게이트 전극은 상기 반도체 기판(100) 상에 순서대로 위치하는 게이트 유전체층(401), 게이트 전극층(402), 절연층(403), 및 게이트 유전체층(401), 게이트 전극층(402), 절연층(403)을 둘러싸는 사이드윌(404)을 포함하고, 상기 서로 인접한 게이트 전극의 사이드윌(404)과 반도체 기판이 둘러싸여 제2 개구(401)를 이룬다. Two adjacent gate electrodes are formed on the
도 13에 도시한 바와 같이, 상기 2개의 게이트 전극, 게이트 전극이 노출시킨 반도체 기판 상에 도전 재료를 증착시켜, 도전층(405)을 형성한다. 본 실시예에서, 상기 도전 재료는 다결정 실리콘이며, 화학 기상 증착 방식을 통해 형성될 수 있다. As shown in Fig. 13, a conductive material is deposited on the semiconductor substrate on which the two gate electrodes and the gate electrode are exposed to form the
설명해야 할 것은, 후속 공정에서 게이트 전극 사이에 도핑 영역을 형성해야 한다. 만약 상기 도전층(405)의 두께가 너무 두꺼우면, 이온 주입을 통해 도핑 영역을 형성하기가 어려운 문제가 발생하기 쉽고, 만약 상기 도전층(405)의 두께가 너무 얇으면, 전기적 연결의 신뢰도를 저하시키기 쉽다. 따라서, 상기 도전층(405)의 두께는 500Å ~ 800Å의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.It should be noted that a doping region must be formed between the gate electrodes in a subsequent process. If the thickness of the
도 14에 도시한 바와 같이, 일부 도전층(405)을 제거하여, 잔여 도전층(405)이 상기 제2 개구(410, 도12에 도시한 바와 같음)의 바닥부와 측벽을 피복하게 한다.14, a part of the
이온 주입을 통해, 잔여 도전층(405)의 하측에 위치하는 반도체 기판(100)을 도핑하여, 제2 NMOS 트랜지스터(N2), 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 도핑 영역을 각각 형성한다[미도시, 그밖에 상기 제2 NMOS 트랜지스터(N2), 제4 NMOS 트랜지스터(N4)는 하나의 도핑 영역을 공유할 수도 있다]. 상기 잔여 도전층(405)은 제2 NMOS 트랜지스터(N2), 제4 트랜지스터(N4)의 도핑 영역의 전기적 연결을 실현한다.The
상기 내용과 유사하게, 본 단계에서의 이온 주입은 다음을 포함한다:Similar to the above, ion implantation in this step includes:
상기 제1 도전층(405)에 이온을 주입한다. 본 단계에서, 이온 주입 에너지를 제어하여 제1 도전층(208)을 관통하지 못하게 한다. 그렇지 않으면 상기 이온이 제1 도전층(208)을 관통하여 반도체 기판에 직접 주입되어, 제1 도전층(208) 각 위치의 두께가 서로 다르므로 인해 이온 주입의 균일성을 보장하지 못하게 된다.Ions are implanted into the first
프리어닐링 공정을 진행하여, 상기 주입된 이온이 상기 다결정 실리콘층[제1 도전층(208)]과 반도체 기판의 분계면 상의 다결정 실리콘층에 집중되도록 한다. 상기 프리어닐링 공정은 질소가스 분위기 하에서 진행되며, 주위 온도를 690℃ ~ 750℃로, 압력은 상압으로 설정하며, 진행시간은 10min ~ 20min이다. 상기 주위 온도는 이온의 활성에 영향을 주고, 온도가 너무 낮으면, 주입된 이온은 분계면상에 확산되는 충분한 에너지를 갖지 못하며, 온도가 너무 높으면, 주입된 이온은 반도체 기판에 직접 확산된다. 상기 프리어닐링을 진행하는 시간은 다결정 실리콘의 두께에 의해 결정되며, 두께의 증가에 따라, 상기 프리어닐링의 시간은 증가한다.The pre-annealing process is performed so that the implanted ions are concentrated on the polycrystalline silicon layer (the first conductive layer 208) and the polycrystalline silicon layer on the partial surface of the semiconductor substrate. The pre-annealing process is performed under a nitrogen gas atmosphere, the ambient temperature is set to 690 ° C to 750 ° C, the pressure is set to normal pressure, and the process time is 10min to 20min. The ambient temperature affects the activity of the ions, and if the temperature is too low, the implanted ions do not have sufficient energy to diffuse over the surface, and if the temperature is too high, the implanted ions diffuse directly into the semiconductor substrate. The time for conducting the pre-annealing is determined by the thickness of the polycrystalline silicon, and as the thickness is increased, the time of the pre-annealing increases.
프리어닐링을 종료 한 후 어닐링 공정을 진행함으로써, 상기 다결정 실리콘과 반도체 기판의 분계면 상에 집중된 이온이 상기 반도체 기판에 확산되도록 한다. 본 실시예에서, 상기 어닐링의 온도는 1000℃보다 높다.After the pre-annealing is completed, the annealing process is performed so that the ions concentrated on the interface between the polycrystalline silicon and the semiconductor substrate are diffused into the semiconductor substrate. In this embodiment, the annealing temperature is higher than 1000 deg.
본 실시예에서 제공하는 반도체 구조 중에서 제2 NMOS 트랜지스터(N2), 제4 NMOS 트랜지스터(N4)의 도핑 영역 간의 전기적 연결은 잔여 도전층(405)에 의해 실현되므로, 연결 플러그를 더 설치할 필요 없어, 제2 NMOS 트랜지스터(N2), 제4 NMOS 트랜지스터(N4) 사이의 간격을 줄일 수 있다.Since the electrical connection between the doped regions of the second NMOS transistor N2 and the fourth NMOS transistor N4 in the semiconductor structure provided in this embodiment is realized by the remaining
본 발명은 바람직한 실시예를 통해 상기와 같이 공개되었으나, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 당업자라면 누구든지 본 발명의 정신을 위배하지 않는 범위 내에서, 상기 공개된 방법 및 기술 내용을 이용하여 본 발명을 변경 및 수정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 내용을 벗어나지 않고 본 발명의 기술본질에 따라 상기 실시예에 대해 행한 간단한 수정, 균등한 변화 및 수식은 모두 본 발명의 보호범위에 속한다.Although the present invention has been disclosed by way of preferred embodiments, it is not intended to limit the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.
100: 반도체 기판
201, 202: 게이트 유전체층
203: 절연층
204: 사이드윌
205: 도핑 영역
207: 도전층100: semiconductor substrate
201, 202: gate dielectric layer
203: insulating layer
204: Side Will
205: doped region
207: conductive layer
Claims (10)
상기 서로 인접한 게이트 전극과 게이트 전극에 의해 피복되지 않은 반도체 기판 상에 다결정 실리콘을 증착시켜 다결정 실리콘층을 형성하는 단계;
일부 다결정 실리콘층을 제거하여, 잔여 다결정 실리콘층이 상기 개구의 바닥부와 측벽을 피복하게 하는 단계;
상기 개구의 하측에 위치하는 반도체 기판에 이온을 주입하는 단계;
주입된 이온이 상기 다결정 실리콘층과 상기 반도체 기판의 분계면 중 상기 다결정 실리콘층 측의 분계면 상에 집중되도록 프리어닐링(pre-annealing) 공정을 진행하는 단계; 및
상기 분계면에 집중된 상기 다결정 실리콘 중의 이온이 상기 반도체 기판에 확산되어, 도핑 영역을 형성하도록 어닐링 공정을 진행하는 단계;
를 포함하고,
상기 프리어닐링 공정의 온도는 상기 어닐링 공정의 온도보다 낮은,
반도체 구조의 형성방법. At least two adjacent gate electrodes including a gate dielectric layer, a gate electrode layer, an insulating layer, and a gate dielectric layer, a gate electrode layer, and a sidewall surrounding the insulating layer in order from bottom to top in this order, Forming a shallow semiconductor substrate on the semiconductor substrate so as to surround the semiconductor substrate;
Depositing a polycrystalline silicon on a semiconductor substrate not covered by the gate electrode and the gate electrode adjacent to each other to form a polycrystalline silicon layer;
Removing some of the polycrystalline silicon layer to cause the remaining polycrystalline silicon layer to cover the bottom and sidewalls of the opening;
Implanting ions into a semiconductor substrate located under the opening;
Conducting a pre-annealing process such that the implanted ions are concentrated on a surface of the polycrystalline silicon layer and a partial interface of the semiconductor substrate on the side of the polycrystalline silicon layer; And
Conducting an annealing process so that ions in the polycrystalline silicon concentrated on the minute interface are diffused into the semiconductor substrate to form a doped region;
Lt; / RTI >
Wherein the temperature of the pre-annealing process is lower than the temperature of the annealing process,
A method of forming a semiconductor structure.
상기 프리어닐링 공정의 온도는 690℃ ~ 750℃인, 반도체 구조의 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the temperature of the pre-annealing step is 690 ° C to 750 ° C.
상기 프리어닐링 공정은 질소가스 분위기하에서 진행되며, 주위 압력을 상압(常壓)으로 설정하는, 반도체 구조의 형성방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the pre-annealing process is performed under a nitrogen gas atmosphere, and the ambient pressure is set at atmospheric pressure.
상기 다결정 실리콘층의 높이는 500Å ~ 2000Å의 범위 내에 있는, 반도체 구조의 형성방법.The method according to claim 1,
Wherein the height of the polycrystalline silicon layer is in the range of 500 ANGSTROM to 2000 ANGSTROM.
상기 프리어닐링 공정은 질소가스 분위기하에서 진행되며, 주위 온도를 690℃ ~ 750℃로 하고,주위 압력을 상압으로 설정하고, 10min ~ 20min 동안 진행되는, 반도체 구조의 형성방법.5. The method of claim 4,
Wherein the pre-annealing process is performed in a nitrogen gas atmosphere, the ambient temperature is set to 690 to 750 占 폚, the ambient pressure is set to atmospheric pressure, and the process is performed for 10 to 20 minutes.
상기 제1 게이트 전극 중의 제2 게이트 전극에 근접하는 일부 절연층을 제거하여, 잔여 절연층이 제2 게이트 전극에 근접한 일부 게이트 전극층을 노출시키도록 하고, 상기 잔여 절연층, 절연층이 노출시킨 일부 게이트 전극층, 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극 사이의 반도체 기판, 및 제2 게이트 전극이 둘러싸여 개구를 이루게 하는 단계;
제1 게이트 전극, 제2 게이트 전극, 및 상기 제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극에 의해 피복되지 않은 반도체 기판 상에 다결정 실리콘을 증착시켜, 다결정 실리콘층을 형성하는 단계;
일부 다결정 실리콘층을 제거하여, 잔여 다결정 실리콘층이 상기 개구의 바닥부와 측벽을 피복하게 하는 단계;
제1 게이트 전극과 제2 게이트 전극 사이의 반도체 기판에 이온을 주입하는 단계;
주입된 이온이 상기 다결정 실리콘층과 상기 반도체 기판의 분계면 중 상기 다결정 실리콘층 측의 분계면 상에 집중되도록 프리어닐링 공정을 진행하는 단계; 및
상기 분계면에 집중된 상기 다결정 실리콘층 중의 이온이 상기 반도체 기판에 확산되어, 도핑 영역을 형성하도록 어닐링 공정을 진행하는 단계;
를 포함하고,
상기 프리어닐링 공정의 온도는 상기 어닐링 공정의 온도보다 낮은,
반도체 구조의 형성방법.A first gate electrode comprising a gate dielectric layer, a gate electrode layer, an insulating layer, and a gate dielectric layer, a gate electrode layer, and a sidewall surrounding the insulating layer; and a second gate electrode on the semiconductor substrate ;
Removing a portion of the insulating layer adjacent to the second gate electrode of the first gate electrode so that the remaining insulating layer exposes a portion of the gate electrode layer adjacent to the second gate electrode; Forming a gate electrode layer, a semiconductor substrate between the first gate electrode and the second gate electrode, and a second gate electrode surrounded;
Depositing polycrystalline silicon on a semiconductor substrate not covered by the first gate electrode, the second gate electrode, and the first gate electrode and the second gate electrode to form a polycrystalline silicon layer;
Removing some of the polycrystalline silicon layer to cause the remaining polycrystalline silicon layer to cover the bottom and sidewalls of the opening;
Implanting ions into a semiconductor substrate between a first gate electrode and a second gate electrode;
Conducting a pre-annealing process so that the implanted ions are concentrated on the surface of the polycrystalline silicon layer and the surface of the semiconductor substrate on the side of the polycrystalline silicon layer, And
Conducting an annealing process so that ions in the polycrystalline silicon layer concentrated on the minute interface are diffused into the semiconductor substrate to form a doped region;
Lt; / RTI >
Wherein the temperature of the pre-annealing process is lower than the temperature of the annealing process,
A method of forming a semiconductor structure.
상기 프리어닐링 공정의 온도는 690℃ ~ 750℃인, 반도체 구조의 형성방법.The method according to claim 6,
Wherein the temperature of the pre-annealing step is 690 ° C to 750 ° C.
상기 프리어닐링 공정은 질소가스 분위기하에서 진행되고, 주위 압력을 상압으로 설정하는, 반도체 구조의 형성방법.8. The method according to claim 6 or 7,
Wherein the pre-annealing process is performed under a nitrogen gas atmosphere, and the ambient pressure is set to an atmospheric pressure.
상기 다결정 실리콘층의 높이는 500Å ~ 2000Å의 범위 내에 있는, 반도체 구조의 형성방법.8. The method of claim 7,
Wherein the height of the polycrystalline silicon layer is in the range of 500 ANGSTROM to 2000 ANGSTROM.
상기 프리어닐링 공정은 질소가스 분위기하에서 진행되고, 주위 온도를 690℃ ~ 750℃로 하고,주위 압력을 상압으로 설정하며, 10min ~ 20min 동안 진행되는, 반도체 구조의 형성방법.10. The method of claim 9,
Wherein the pre-annealing process is performed under a nitrogen gas atmosphere, the ambient temperature is set to 690 to 750 占 폚, the ambient pressure is set to atmospheric pressure, and the process is performed for 10 to 20 minutes.
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