KR19990004935A - Method for manufacturing field effect transistor of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
반도체 장치 제조방법.Semiconductor device manufacturing method.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
기판 효과를 보상함과 동시에 높은 구동 전류를 갖는 확산층 영역을 형성하기 위한 전계효과트랜지스터 제조방법을 제공하고자 함.To provide a field effect transistor manufacturing method for compensating substrate effects and forming a diffusion layer region having a high driving current.
3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention
제1 전도형 반도체 기판 상부에 게이트 전극 패턴을 형성한 후, 제2 전도형의 확산층을 형성하고, 그 하부에 제1전도형으로 고도핑된 포켓 이온 주입영역을 형성하여 단채널 효과나 핫캐리어 효과 등의 문제를 극복하고자 함.After the gate electrode pattern is formed on the first conductive semiconductor substrate, a diffusion layer of the second conductivity type is formed, and a pocket ion implanted region which is highly doped with the first conductivity type is formed under the first conductive semiconductor substrate to form a short channel effect or a hot carrier. To overcome problems such as effects.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
반도체 소자 제조 공정 중 전계효과트랜지스터 제조 공정에 이용됨.Used in the field effect transistor manufacturing process of semiconductor device manufacturing process.
Description
본 발명은 반도체 장치의 전계효과 트랜지스터(FET; Feild Effect Transistor) 제조방법에 관한 것으로, PN접합으로 게이트를 구성시킨 접합형 전계효과트랜지스터(Junction FET)와 산화막/반도체의 순으로 겹쳐 쌓은 모스(MOS)구조로 이루어진 모스 전계효과 트랜지스터 중에서, 특히 싱글(Single) 소오스/드레인 구조를 갖는 모스 전계효과 트랜지스터 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a field effect transistor (FET) in a semiconductor device. The present invention relates to a method of manufacturing a field effect transistor (FET) in which a gate is formed of a PN junction, and a MOS stacked in the order of an oxide film / semiconductor. The present invention relates to a MOS field effect transistor having a single structure, particularly a MOS field effect transistor having a single source / drain structure.
1960년 경에 미국의 벨 연구소에서 개발한 모스 트랜지스터의 특성 및 구조를 보면, 실리콘 기판(SILICON)상에 게이트 산화막(oxide)과 금속(metal)층을 적층하고 패터닝하여 게이트 전극을 형성하고, 이 게이트 전극을 확산 방지막으로하여 소스 및 드레인의 확산층을 형성하여 모스 구조를 갖는 트랜지스터를 제조 하였다.In the 1960's, the characteristics and structure of the MOS transistor developed by Bell Labs in the United States shows that a gate oxide and a metal layer are stacked and patterned on a silicon substrate to form a gate electrode. A transistor having a MOS structure was manufactured by forming a diffusion layer of a source and a drain using the gate electrode as a diffusion barrier.
이러한 모스 트랜지스터는 이론상이 아니라 실제적인 물리적 특성상 여러 가지 문제점을 가지고 있다. 그 중 단채널 효과와 핫 캐리어 효과는 소자의 특성을 열화시키는데 큰 영향을 준다. 캐리어중에는 전장내의 상호활동에 의하여 주위 온도에 의해 얻을 수 있는 것보다 더 많은 열을 얻을수 있는데 이러한 캐리어를 핫캐리어라 부른다. 주로 핫 캐리어는 드레인 에지의 고전장 영역을 지나는 자유캐리어가 실리콘과 산화막의 전위장벽(3.1eV)을 충분히 넘을수 있을 정도의 열을 얻어 생기는데, 이러한 핫캐리어는 게이트 산화막에 포획되어 소자의 특성에 영향을 준다. 이러한 핫캐리어로 인한 핫 캐리어 효과는, 단 채널 소자의 경우 더욱 심각한 문제를 일으킨다. 이에 일반적으로, 반도체 소자가 점차 고집적화 되어감에 따라 모스 전계효과 트랜지스터의 단채널(short channel) 효과를 억제함과 동시에 얕은 소오스/드레인 접합 및 게이트 전극의 면저항(sheet resistance) 감소가 요구되고 있다.Such MOS transistors have various problems due to their physical characteristics, not theories. Among them, the short channel effect and the hot carrier effect have a great influence on the deterioration of device characteristics. Carriers can get more heat than they can get by ambient temperature due to interactions in the field. These carriers are called hot carriers. Primarily, hot carriers are obtained by obtaining enough heat that the free carrier across the high edge region of the drain edge can exceed the potential barrier (3.1 eV) of silicon and oxide, which is trapped in the gate oxide to affect device characteristics. give. The hot carrier effect due to such hot carriers causes more serious problems for short channel devices. In general, as semiconductor devices become increasingly integrated, short channel effects of MOS field effect transistors are suppressed, and shallow source / drain junctions and sheet resistance of gate electrodes are required to be reduced.
도 1A 내지 도1C는 좀더 개선된 종래기술에 따른 반도체 장치의 모스 전계효과트랜지스의 단면도로, 소오스/드레인 영역 형성 방법에 따른 실용적인 3가지 구조의 모스 전계효과트랜지스터를 도시한 것이다.1A to 1C are cross-sectional views of a MOS field effect transistor of a semiconductor device according to the prior art, which is further improved, showing three practical MOS field effect transistors according to a method of forming a source / drain region.
전체적으로, 도면 부호 11은 실리콘기판, 12는 게이트 산화막, 13은 게이트 전극, 14는 산화막 스페이서, 15는 저농도 이온주입 영역, 16은 고농도 이온주입 영역 및 17은 포켓 이온주입 영역을 각각 나타낸다.In general, reference numeral 11 denotes a silicon substrate, 12 a gate oxide film, 13 a gate electrode, 14 an oxide spacer, 15 a low concentration ion implantation region, 16 a high concentration ion implantation region, and 17 a pocket ion implantation region, respectively.
먼저, 도1A는 일반적인 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 갖는 전계효과트랜지스터를 도시한 것으로, 핫 캐리어 효과(Hot Carrier Effect)에는 매우 효과적이나, 단채널 효과(Short Channel Effect)에는 매우 취약하다. 특히, 소오스/드레인간의 직렬저항이 너무 커서 전류 구동성(Current Drivability)이 매우 취약하다.First, FIG. 1A illustrates a field effect transistor having a general lightly doped drain (LDD) structure, which is very effective for a hot carrier effect, but very weak for a short channel effect. In particular, the series resistance between the source and the drain is so large that the current driveability is very weak.
이어서, 도1B는 GO(Gate Overlap) LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 갖는 전계효과 트랜지스터를 도시한 것으로, 단채널 효과에 매우 취약한 특성을 나타낸다.Subsequently, FIG. 1B illustrates a field effect transistor having a GO (Gate Overlap) Lightly Doped Drain (LDD) structure, and exhibits very weak characteristics for short channel effects.
다음으로, 도1C는 포켓 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 갖는 전계효과트랜지스터를 도시한 것으로, 기생적인 접합 캐패시턴스가 많은 문제점을 안고 있다.Next, FIG. 1C illustrates a field effect transistor having a pocket lightly doped drain (LDD) structure, which has many problems with parasitic junction capacitance.
따라서, 전술한 바와 같은 종래의 트랜지스터는 매우 짧은 채널(Channel) 길이를 갖음으로써 단채널 효과에 매우 취약한 특성을 갖는 소자의 경우 드레인에 높은 바이어스(Bias)가 인가되었을 때 기판 효과(Body Effect)에 의해 드레인 에지(Drain Edge) 부근에서 핀치오프(Pinch-off)가 일어나게 되는 등의 문제점이 있어, 이를 개선할수 있는 새로운 모스 전계효과 트랜지스터의 개발이 필요하게 되었다.Therefore, the conventional transistor as described above has a very short channel length, and thus, in the case of a device having a characteristic that is very vulnerable to a short channel effect, a high bias is applied to the substrate effect when a high bias is applied to the drain. As a result, a pinch-off occurs near the drain edge, and thus, it is necessary to develop a new MOS field effect transistor that can solve the problem.
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 본 발명은, 반도체 장치 제조 공정시, 기판 효과를 보상함과 동시에 높은 구동 전류를 갖는 확산층을 형성하기 위한 반도체 장치의 전계효과트랜지스터의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention devised to solve the above-mentioned problems provides a method of manufacturing a field effect transistor of a semiconductor device for forming a diffusion layer having a high driving current while compensating for substrate effects in a semiconductor device manufacturing process. The purpose is.
도1A 내지 도1C는 종래기술에 따른 반도체 장치의 전계효과 트랜지스터 단면도,1A to 1C are cross-sectional views of a field effect transistor of a semiconductor device according to the prior art;
도2A 내지 도2D는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 전계효과 트랜지스터 제조 공정 단면도.2A to 2D are cross-sectional views of a field effect transistor fabrication process of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
21 : 실리콘기판21: silicon substrate
22 : 게이트 산화막22: gate oxide film
23 : 게이트 전극23: gate electrode
24, 24a : 제1 및 제2포토레지스트 패턴24, 24a: first and second photoresist pattern
25 : 소스/드레인 확산층25 source / drain diffusion layer
26 : 제1 포켓 이온 주입영역26: first pocket ion implantation region
27 : 제2 포켓 이온 주입영역27: second pocket ion implantation region
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 제1전도형 반도체 기판 상부에 게이트 절연막, 전도막을 차례로 형성한 후 게이트 전극용 마스크를 사용한 식각공정에 의해 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 확산 장벽으로하여 불순물을 이온주입하되, 게이트 전극의 양쪽방향에 제2전도형으로 고도핑된 확산층을 형성하는 단계; 및 상기 제2전도형으로 고도핑된 확산층 하부에 제1 전도형의 불순물을 이온주입하되, 게이트 전극의 양쪽방향의 제1방향의 확산층 및 제2방향의 확산층으로 주입되는 불순물을 다르게 하여 제1 및 제2포켓 이온주입 영역을 각각 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device includes: forming a gate insulating film and a conductive film on an upper surface of a first conductive semiconductor substrate, and then forming the gate electrode by an etching process using a mask for a gate electrode; Implanting impurities with the gate electrode as a diffusion barrier to form a diffusion layer doped with a second conductivity type in both directions of the gate electrode; And implanting impurities of a first conductivity type into a lower portion of the diffusion layer doped with the second conductivity type, and varying impurities injected into the diffusion layer in the first direction and the diffusion layer in the second direction in both directions of the gate electrode. And forming second pocket ion implantation regions, respectively.
본 발명은 게이트 전극 하부의 채널 영역의 포켓 이온주입에 있어서 소스/드레인간의 불순물 농도에 있어서 기울기를 주는 방법으로, 소스 에지(Edge)로부터 드레인 에지(Edge)로의 카운터 및 포켓 이온주입의 블순물 농도를 줄임으로써 기판 효과를 보상하기 위한 것이다.The present invention provides a gradient in the impurity concentration between the source and the drain in the pocket ion implantation of the channel region under the gate electrode, and the impurities of the counter and the pocket ion implantation from the source edge to the drain edge, the concentration of impurities By compensating for the substrate effect.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도2A 내지 도2D는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 전계효과트랜지스터 제조 공정 단면도로, N채널을 갖는 전계효과트랜지스터 제조 공정을 도시한 것이다.2A to 2D are cross-sectional views of a field effect transistor manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, which illustrates a field effect transistor manufacturing process having N channels.
먼저, 도2A에 도시된 바와 같이, P형으로 도핑되어 형성된 실리콘 기판(21)상에 게이트 산화막(22) 및 전도막으로 폴리실리콘막(23)을 차례로 형성한다. 그리고, 게이트 전극 형성용 마스크를 사용한 식각공정으로 폴리 실리콘막(23)과 게이트 산화막(22)를 차례로 식각하여 게이트 전극(23)을 형성한다. 그리고, 게이트 전극(23)을 불순물 확산 장벽으로 하여 불순물 이온 주입을 실시하되, N형 불순물로 예를 들면, 인(Phosphorous)을 전면에 고농도로 이온주입하여, n+확산층(25)을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, a polysilicon film 23 is sequentially formed of a gate oxide film 22 and a conductive film on the silicon substrate 21 doped with a P-type. The gate electrode 23 is formed by sequentially etching the polysilicon film 23 and the gate oxide film 22 in an etching process using a gate electrode forming mask. Impurity ions are implanted using the gate electrode 23 as an impurity diffusion barrier, and, for example, phosphorus (Phosphorous) is ion-implanted with high concentration on the entire surface of the N-type impurity to form the n + diffusion layer 25.
다음으로, 도2B에 도시된 바와 같이, 위의 게이트 전극(23)의 양쪽으로 형성된 확산층(25)중 제1쪽의 확산층을 덮도록 형성된 제1포토레지스트(24)막을 불순물 확산 장벽으로하여 붕소를 이온 주입하되, 상기 n+확산층(24) 형성을 위한 이온주입 에너지보다 더 높은 이온주입 에너지로 이온주입하여 상기 제2쪽의 확산층(25) 하부에 기판가 같은 반도체형으로 도핑된 제2 포켓 이온주입 영역(27)을 형성한다.Next, as shown in Fig. 2B, the first photoresist film 24 formed to cover the diffusion layer on the first side of the diffusion layers 25 formed on both sides of the gate electrode 23 is used as an impurity diffusion barrier. Is implanted with ion implantation energy higher than the ion implantation energy for forming the n + diffusion layer 24, and thus the second pocket ion implantation in which the substrate is doped in the same semiconductor form as the diffusion layer 25 on the second side The area 27 is formed.
다음으로, 도2C에 도시된 바와 같이, 위의 게이트 전극(23)의 양쪽으로 형성된 확산층(25)중 제2쪽의 확산층을 덮도록 형성된 제2포토레지스트(24a)막을 불순물 확산 장벽으로하여 BF2를 이온 주입하되, 상기 n+확산층(24) 형성을 위한 이온주입 에너지보다 더 높은 이온주입 에너지로 이온주입하여 상기 제1쪽의 확산층(25) 하부에 기판과 같은 반도체 형으로 도핑된 제1 포켓 이온주입 영역(26)을 형성한다.Next, as shown in Fig. 2C, the second photoresist 24a film formed so as to cover the diffusion layer on the second side of the diffusion layers 25 formed on both sides of the gate electrode 23 is used as an impurity diffusion barrier. 2, the ion implantation, but the n + diffusion layer 24, ion implantation energy higher implanted ion implantation with energy by the first doped semiconductor type, such as a substrate to the lower diffusion layer 25 of the first side of the first pocket than for the formation An ion implantation region 26 is formed.
마지막으로, 도2D에 도시된 바와 같이, 위의 제2포토레지스트(24a)를 제거하고 열공정을실시한다. 여기서, 제2 포켓 이온주입 영역(27)의 이온 주입물질로 사용한 붕소가 제1 포켓 이온주입 영역(26)의 이온 주입물질로 사용한 BF2보다 확산비가 크기 때문에, 표면으로부터 더 깊은 포켓 이온 주입 영역을 형성할수 있다.Finally, as shown in Fig. 2D, the second photoresist 24a is removed and a thermal process is performed. Here, since boron used as the ion implantation material of the second pocket ion implantation region 27 has a larger diffusion ratio than BF 2 used as the ion implantation material of the first pocket ion implantation region 26, the pocket ion implantation region deeper from the surface. Can form
상기와 같은 일련의 공정은 P형 전계효과트랜지스터에도 적용할 수 있다.The above series of processes can also be applied to P-type field effect transistors.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 불순물로 고도핑되는 소오스/드레인 영역하부에 기판과 같은형의 불순물로 고도핑되는 포켓 이온 주입영역을 형성함으로 하여, 기판쪽으로의 공핍 영역이 커지는 것을 방지하게 되고, 드레인 영역에서의 전장이 펀치 쓰로우 전압의 감소를 줄인다.The present invention made as described above forms a pocket ion implantation region doped with impurities of the same type as the substrate under the source / drain regions doped with impurities, thereby preventing the depletion region toward the substrate from increasing and draining the drain. The electric field in the area reduces the decrease in the punch through voltage.
또한 소스/드레인 간의 직렬저항을 최소화할 수 있어 전류 구동성을 크게 향상시킬 수 있으며, 낮은 소스/드레인 접합 캐패시턴스를 구현할 수 있고, 단채널 효과 및 핫 캐리어 효과를 효과적으로 제어할 수 있다.In addition, the series resistance between the source and the drain can be minimized, which greatly improves the current driveability, realizes low source / drain junction capacitance, and can effectively control the short channel effect and the hot carrier effect.
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