KR19990004590A - Method for manufacturing dual gate electrode of CMOS field effect transistor - Google Patents

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KR19990004590A KR1019970028717A KR19970028717A KR19990004590A KR 19990004590 A KR19990004590 A KR 19990004590A KR 1019970028717 A KR1019970028717 A KR 1019970028717A KR 19970028717 A KR19970028717 A KR 19970028717A KR 19990004590 A KR19990004590 A KR 19990004590A
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윤치성
문원
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김영환
현대전자산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 N형 및 P형 게이트를 공유하는 CMOS FET의 게이트전극 제조방법에 관한 것으로서, N형 및 P형 게이트 형성을 한차례의 이온주입과 한차례의 확산 공정으로 불순물을 도핑한 후, 패턴닝하여 형성하였으므로, 사진 공정수가 작아져 공정이 간단하고, 오염에 따른 불량 발생을 방지하여 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a gate electrode of a CMOS FET sharing an N-type and a P-type gate, wherein the N-type and P-type gates are patterned by doping impurities with one ion implantation and one diffusion process. Since the number of photo processes is small, the process is simple, and defects caused by contamination can be prevented, thereby improving process yield and reliability of device operation.

Description

씨모스 전계효과트랜지스터의 듀얼 게이트전극 제조방법Method for manufacturing dual gate electrode of CMOS field effect transistor

본 발명은 씨모스 전계효과 트랜지스터(Complementary Metal Oxide Semi conductor Field Effect Transistor; 이하 CMOS FET라 칭함)의 듀얼(dual) 게이트 전극 제조방법에 관한 것으로서, 특히 한차례의 이온주입과 한차례의 절연막으로 부터의 불순물 확산에 의해 듀얼 게이트전극이 되는 다결정 실리콘층을 도핑하여 공정이 간단하고 오염을 방지하여 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 CMOS FET의 듀얼 게이트 전극 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a dual gate electrode of a CMOS metal field semiconductor transistor (hereinafter referred to as a CMOS FET), in particular one ion implantation and one impurities The present invention relates to a method of manufacturing a dual gate electrode of a CMOS FET which can improve the process yield and the reliability of device operation by simplifying a process by doping a polycrystalline silicon layer which becomes a dual gate electrode by diffusion and preventing contamination.

일반적으로 반도체 회로를 구성하는 트랜지스터의 기능해서 가장 중요한 기능은 전류구동능력이며, 이를 고려하여 MOS FET의 채널폭을 조정한다. 가장 널리 쓰이는 MOS FET는 게이트전극으로 불순물이 도핑된 폴리실리콘층을 사용하고, 소오스/드레인전극은 반도체기판상에 불순물이 도핑된 확산영역이 사용된다.In general, the most important function of the transistor constituting the semiconductor circuit is the current driving capability, and the channel width of the MOS FET is adjusted in consideration of this. The most widely used MOS FET uses a polysilicon layer doped with impurities as a gate electrode, and a diffusion region doped with impurities on a semiconductor substrate is used as a source / drain electrode.

종래의 CMOS FET 구조에서 N+도핑된 다결정 실리콘 게이트전극을 사용하는 PMOS FET는 매립채널(buried channel)이 형성되는데, 이러한 상황하에서는 표면에 채널이 형성되는 NMOS FET와 PMOS FET간에 문턱전압이 차이가나게되어 소자의 설계나 제작에 여러가지 제한 요인이 작용한다.In a conventional CMOS FET structure, a PMOS FET using an N + doped polycrystalline silicon gate electrode has a buried channel. Under such circumstances, a threshold voltage is different between an NMOS FET and a PMOS FET having a channel formed on a surface thereof. Therefore, various limiting factors affect the design and manufacture of the device.

즉 종래 기술에 따른 듀얼 게이트전극을 사용하는 CMOS FET는 N형과 P형 불순물을 두차례에 걸쳐 이온주입하여 듀얼게이트전극을 형성하므로 두차례의 사진공정을 거치게 되어 공정이 복잡하고, 습식 공정에 따른 오염의 가능성이 높아 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.In other words, the CMOS FET using the dual gate electrode according to the prior art forms a dual gate electrode by ion implanting N-type and P-type impurities twice, so that the process is complicated by performing two photographic processes. There is a high possibility of contamination, there is a problem that the process yield and the reliability of device operation is inferior.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 한차례의 사진공정만으로 듀얼 게이트전극을 형성하여 공정이 간단하고 오염의 가능성을 낮추어 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 제조방법을 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to form a dual gate electrode by only one photo process to simplify the process and lower the possibility of contamination can improve the process yield and device operation reliability The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device.

도 1a 내지 도 1d은 본 발명의 일실시예에 따른 씨모스 전계효과트랜지스터의 듀얼 게이트전극 제조공정도.1A to 1D are diagrams illustrating a process of manufacturing a dual gate electrode of a CMOS field effect transistor according to an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 전계효과트랜지스터의 듀얼 게이트전극 제조 공정도.2A to 2C are diagrams illustrating a process of manufacturing a dual gate electrode of a CMOS field effect transistor according to another exemplary embodiment of the present invention.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 반도체기판 12 : 소자분리 산화막10: semiconductor substrate 12: device isolation oxide film

14 : 게이트산화막 16 : 다결정 실리콘층14 gate oxide film 16 polycrystalline silicon layer

16A : N+영역 16B : P+영역16A: N + area 16B: P + area

18 : 감광막 패턴 20 : 절연막18 photosensitive film pattern 20 insulating film

22A : N형 게이트전극 22B : P형 게이트전극22A: N-type gate electrode 22B: P-type gate electrode

24 : 확산방지막24: diffusion barrier

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자 제조방법의 특징은, 반도체기판에서 소자분리 영역으로 예정되어있는 부분상에 소자분리 산화막을 형성하는 공정과, 상기 반도체기판의 나머지 부분상에 게이트산화막을 형성하는 공정과, 상기 구조의 전표면에 다결정 실리콘층을 형성하는 공정과, 상기 다결정 실리콘층에서 제1도전형의 게이트전극으로 예정되어있는 부분에 제1도전형 불순물 주입하여 제1도전형 영역을 형성하는 공정과, 상기 구조의 전표면에 제2도전형 불순물을 포함하는 절연층을 형성하는 공정과, 상기 절연층을 열처리하여 제2도전형 불순물을 반도체기판에 확산시켜 제2도전형 영역을 형성하는 공정과, 상기 절연층을 제거하는 공정과, 상기 다결정 실리콘층을 패턴닝하여 제1 및 제2도전형 게이트전극을 형성하는 공정을 구비함에 있다.A feature of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention for achieving the above object is the step of forming a device isolation oxide film on the portion of the semiconductor substrate is intended as the device isolation region, and on the remaining portion of the semiconductor substrate Forming a gate oxide film; forming a polycrystalline silicon layer on the entire surface of the structure; and injecting a first conductive impurity into a portion of the polycrystalline silicon layer Forming a conductive region, forming an insulating layer containing a second conductive impurity on the entire surface of the structure, and heat treating the insulating layer to diffuse the second conductive impurity onto the semiconductor substrate. Forming a conductive region, removing the insulating layer, and patterning the polycrystalline silicon layer to form first and second conductive gate electrodes. It consists in a step.

이하, 본발명에 따른 반도체소자의 제조방법에 관하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체소자의 제조 공정도이다.1A to 1D are diagrams illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

먼저, 반도체기판(10)에서 소자분리 영역으로 예정되어있는 부분상에 소자분리 사화막(12)을 형성하고, 나머지 부분의 반도체기판(10)상에는 게이트산화막(14)을 형성한 후, 상기 구조의 전표면에 게이트전극이 되는 도핑되지 않은 다결정 실리콘층(16)을 형성하고, 상기 다결정 실리콘층(16)에서 P형 게이트전극이 될 부분상에 감광막 패턴(18)을 형성한다. (도 1a 참조).First, an element isolation thin film 12 is formed on a portion of the semiconductor substrate 10 that is intended as an isolation region, and a gate oxide layer 14 is formed on the remaining portion of the semiconductor substrate 10. An undoped polycrystalline silicon layer 16 serving as a gate electrode is formed on the entire surface of the film, and a photosensitive film pattern 18 is formed on a portion of the polycrystalline silicon layer 16 that will serve as a P-type gate electrode. (See FIG. 1A).

그다음 상기 노출되어있는 다결정 실리콘층(16)상에 N형 불순물을 이온주입하되, 후속 P형 불순물 확산에 따른 중화 정도를 고려하여 충분한 도핑량으로 도핑하여 N+영역(16A)을 형성한다. (도 1b 참조).Then, an N-type impurity is ion-implanted on the exposed polycrystalline silicon layer 16, and the N + region 16A is formed by doping with a sufficient doping amount in consideration of the degree of neutralization due to the subsequent P-type impurity diffusion. (See FIG. 1B).

그후, 상기 감광막 패턴(18)을 제거하고, 상기 구조의 전표면에 P형 불순물, 예를들어 B을 함유하는 절연층, 예를들어 비.에스.지(Boro Silicate Glass; 이하 BSG라 칭함)나 비.피.에스.지(Boro Phosphor Silicate Glass; 이하 BPSG라 칭함)등으로 절연막(20)을 형성하고, 상기 절연막(20)을 열처리하여 상기 절연막(20) 내의 P형 불순물을 다결정 실리콘층(16)내부로 확산시켜 P+영역(16B)을 형성한다. (도 1c 참조).Thereafter, the photoresist pattern 18 is removed and an insulating layer containing P-type impurities, such as B, on the entire surface of the structure, for example B. Si. Glass (hereinafter referred to as BSG). The insulating film 20 is formed of B. P. S. paper (hereinafter referred to as BPSG), and the P-type impurities in the insulating film 20 are heat-treated to form a polycrystalline silicon layer. (16) Diffuses to form the P + region 16B. (See FIG. 1C).

그다음 상기 절연막(20)을 제거하고, 불순물을 활성화시킨 후, 다결정 실리콘층(16)을 패턴닝하여 N형 및 P형 게이트전극(22A),(22B)을 형성한다. (도 1d 참조).Then, the insulating film 20 is removed, the impurities are activated, and the polycrystalline silicon layer 16 is patterned to form the N-type and P-type gate electrodes 22A, 22B. (See FIG. 1D).

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체소자의 제조공정도이다.2A to 2C are manufacturing process diagrams of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

먼저, 도 1b까지의 공정을 순차적으로 진행하여 반도체기판(10)상에 소자분리산화막(12)과, 게이트산화막(14), 다결정 실리콘층(16)과 감광막 패턴(18) 및 N+영역(16A)을 형성하고, 상기 구조의 전표면에 불순물 확산을 저지하기 위한 확산방지막(24)을 질화막이나 산화막등으로 형성한 후, P게이트로 예정되어있는 부분상의 감광막 패턴(18)과 확산방지막(254)을 리프트 오프등의 방법으로 제거하여 N+영역(16A)상에 확산방지막(24) 패턴을 형성한다. (도2a 참조).First, the processes up to FIG. 1B are sequentially performed, and the device isolation oxide film 12, the gate oxide film 14, the polycrystalline silicon layer 16, the photoresist pattern 18, and the N + region 16A are formed on the semiconductor substrate 10. ), And a diffusion barrier film 24 for preventing impurity diffusion on the entire surface of the structure is formed of a nitride film, an oxide film, or the like, and then the photosensitive film pattern 18 and the diffusion barrier film 254 on the portion intended as the P gate are formed. ) Is removed by a lift off method to form a diffusion barrier 24 pattern on the N + region 16A. (See Figure 2A).

그다음 상기 구조의 전표면에 P형 불순물을 함유하는 절연재질, 예를들어 BSG BPSG로된 절연막(20)을 형성하고, 상기 절연막(20)을 열처리하여 P형 불순물을 다결정 실리콘층(16)내부로 확산시켜 P+영역(16B)을 형성한다. (도 2b 참조).Then, an insulating material containing P-type impurities, for example, BSG BPSG, is formed on the entire surface of the structure, and the P-type impurities are formed inside the polycrystalline silicon layer 16 by heat-treating the insulating film 20. Diffused to form a P + region 16B. (See FIG. 2B).

그후, 상기 절연막(20)과 확산방지막(24)을 제거하고 다결정 실리콘층(16)을 패턴닝하여 N형 및 P형 게이트전극(22A),(22B)을 형성한다. (도 2c 참조).Thereafter, the insulating film 20 and the diffusion barrier film 24 are removed and the polycrystalline silicon layer 16 is patterned to form N-type and P-type gate electrodes 22A, 22B. (See FIG. 2C).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법은 N형 및 P형 게이트를 공유하는 CMOS FET에서 N형 및 P형 게이트 형성을 위한 이온주입 공정을 한차례의 이온주입과 한차례의 확산 공정으로 도핑한 후 패턴닝하여 형성하였으므로, 사진 공정수가 작아져 공정이 간단하고, 오염에 따른 불량 발생을 방지하여 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the ion implantation process for forming the N-type and P-type gates in a CMOS FET sharing the N-type and P-type gates includes one ion implantation and one diffusion process. Since it is formed by doping with a patterning process, the number of photo process steps is small, the process is simple, there is an advantage that can improve the process yield and the reliability of the device operation by preventing the occurrence of defects due to contamination.

Claims (5)

반도체기판에서 소자분리 영역으로 예정되어있는 부분상에 소자분리 산화막을 형성하는 공정과, 상기 반도체기판의 나머지 부분상에 게이트산화막을 형성하는 공정과, 상기 구조의 전표면에 다결정 실리콘층을 형성하는 공정과, 상기 다결정 실리콘층에서 제1도전형의 게이트전극으로 예정되어있는 부분에 제1도전형 불순물 주입하여 제1도전형 영역을 형성하는 공정과, 상기 구조의 전표면에 제2도전형 불순물을 포함하는 절연층을 형성하는 공정과, 상기 절연층을 열처리하여 제2도전형 불순물을 반도체기판에 확산시켜 제2도전형 영역을 형성하는 공정과, 상기 절연층을 제거하는 공정과, 상기 다결정 실리콘층을 패턴닝하여 제1 및 제2도전형 게이트전극을 형성하는 공정을 구비하는 CMOS FET의 듀얼 게이트전극 제조방법.Forming a device isolation oxide film on a portion of the semiconductor substrate, which is intended to be a device isolation region, forming a gate oxide film on the remaining portion of the semiconductor substrate, and forming a polycrystalline silicon layer on the entire surface of the structure. Forming a first conductive type region by implanting a first conductive type impurity into a portion of the polycrystalline silicon layer that is intended to be a gate electrode of a first conductive type, and forming a second conductive type impurity on the entire surface of the structure Forming an insulating layer comprising: forming a second conductive region by heat-treating the insulating layer to diffuse a second conductive impurity onto a semiconductor substrate, removing the insulating layer, and A method for manufacturing a dual gate electrode of a CMOS FET comprising the step of patterning a silicon layer to form first and second conductive gate electrodes. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 도전형이 서로 반대 도전형으로서, 각각 P 및 N형 인 것을 특징으로하는 CMOS FET의 듀얼 게이트전극 제조방법.The method of manufacturing a dual gate electrode of a CMOS FET according to claim 1, wherein said first and second conductivity types are opposite conductivity types, respectively, being P and N type. 제1항에 있어서, 상기 절연층이 BSG 또는 BPSG인 것을 특징으로 하는 CMOS FET의 듀얼 게이트전극 제조방법.The method of claim 1, wherein the insulating layer is BSG or BPSG. 제1항에 있어서, 상기 제1도전형 영역을 형성한 후에 상기 제도전형 영역상에 확산방지막 패턴을 형성하는 공정과, 그 후속 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 CMOS FET의 듀얼 게이트전극 제조방법.The method of manufacturing a dual gate electrode of a CMOS FET according to claim 1, further comprising forming a diffusion barrier pattern on the draft typical region after forming the first conductive region and subsequent steps thereof. 제4항에 있어서, 상기 확산방지막을 질화막이나 산화막으로 형성하는 것을 특징으로하는 CMOS FET의 듀얼 게이트전극 제조방법.The method of manufacturing a dual gate electrode of a CMOS FET according to claim 4, wherein the diffusion barrier is formed of a nitride film or an oxide film.
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