KR19990046868A - Thin Film Transistor Manufacturing Method - Google Patents

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thin film
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KR1019970065021A
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최국선
이윤종
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김영환
현대전자산업 주식회사
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

반도체 소자 제조 방법.Semiconductor device manufacturing method.

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제2. Technical problem to be solved by the invention

박막 트랜지스터의 제조시, 소자의 턴오프전류를 감소시키고, 누설 전류의 특성을 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 박막 트랜지스터 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a thin film transistor having a structure capable of reducing the turn-off current of the device and improving the characteristics of the leakage current in manufacturing the thin film transistor.

3. 발명의 해결 방법의 요지3. Summary of the Solution of the Invention

반도체 기판 상부에 게이트 전도막 패턴을 형성하는 제1단계; 상기 제1단계가 완료된 결과물 상부에 제1게이트 절연막을 형성하는 제2단계; 상기 제1게이트 절연막 상부에 상기 게이트 전도막 상부와 중첩되는 부위가 개구된 제2게이트 절연막을 형성하는 제3단계; 및 상기 제3단계가 완료된 결과물 전면을 따라 채널 형성용 전도막을 형성하는 제4단계를 포함하여 이루어진다.Forming a gate conductive layer pattern on the semiconductor substrate; A second step of forming a first gate insulating layer on the resultant of which the first step is completed; A third step of forming a second gate insulating film having a portion overlapping with an upper portion of the gate conductive film on the first gate insulating film; And a fourth step of forming a conductive film for channel formation along the entire surface of the resultant product in which the third step is completed.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

반도체 소자 제조 공정 중 박막 트랜지스터 공정에 이용됨.Used in thin film transistor process in semiconductor device manufacturing process.

Description

박막 트랜지스터 제조 방법Thin Film Transistor Manufacturing Method

본 발명은 SRAM(Static Random Access Memory; 이하 에스램)과 같은 반도체 소자의 제조 방법에 관한것으로, 특히 풀업 소자로 사용되는 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)제조 방법에 관한것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, such as a static random access memory (SRAM), and more particularly, to a method of manufacturing a thin film transistor (TFT) used as a pull-up device.

일반적으로 에스램셀은 전달(Transfer) 트랜지스터 2개, 풀다운 N채널(pull down)구동(driver) 트랜지스터 2개, 풀업 부하 소자 2개로 구성되는데, 집적회로 제조시 소자가 고 집적화, 소규모화 되어 가면서 반도체 소자 제조 공정에 여러 가지 문제가 따른다. 이에 에스램에서 풀업 소자로 사용되던 풀업 벌크(bulk) 트랜지스터의 면적을 40% 감소시킬 수 있도록 하기 위하여 부하 소자를 부하 저항으로 구성하는 HLR(high load resistor)형 셀을 사용하기도 한다. 그러나 저항을 풀업 소자로 사용할 경우, 정보 저장의 어려움이 따른다.In general, an SRAM cell is composed of two transfer transistors, two pull-down N-channel (pull down) driver transistors, and two pull-up load elements. There are a number of problems with the manufacturing process. In order to reduce the area of the pull-up bulk transistor used as a pull-up device in SRAM by 40%, a high load resistor (HLR) type cell including a load resistor is used. However, when using a resistor as a pull-up device, it is difficult to store information.

이에 좀더 개선된 방안으로 정보 저장 및 면적의 감소가 가능하도록, 부하 소자를 P채널 박막 트랜지스터로 구성한 TFT형 셀이 많이 사용되고 있다. 에스램 회로에서 풀업 부하 소자로 사용되는 박막 트랜지스터는, 턴온전류가 크고 턴오프전류가 작을수록 에스램셀에서 풀업 소자로서 제 역할을 수행하는 특성을 갖는다.In order to further improve information storage and area reduction, TFT-type cells in which a load element is composed of a P-channel thin film transistor have been widely used. The thin film transistor used as a pull-up load element in an SRAM circuit has a characteristic of performing a role as a pull-up element in an SRAM cell as the turn-on current is large and the turn-off current is small.

도 1a 및 도1b는 종래 기술에 의한 에스램셀의 박막 트랜지스터 부위를 나타내는 단면도로서, 도면 부호 "11"은 채널 형성을 위한 폴리실리콘막을 도면 부호 "12"는 게이트 산화막, 도면 부호 "13"은 게이트 전극 형성을 위한 폴리실리콘막을 각각 나타낸다.1A and 1B are cross-sectional views showing a portion of a thin film transistor of an SRAM cell according to the prior art, wherein reference numeral 11 denotes a polysilicon film for channel formation, reference numeral 12 denotes a gate oxide film, and reference numeral 13 denotes a gate. The polysilicon films for electrode formation are shown, respectively.

먼저, 도 1a는 탑 게이트 형 박막 트랜지스터를 나타내는 단면도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 소정 공정이 완료된 하부층상에 채널 형성을 위한 폴리실리콘막(11) 및 모스 트랜지스터의 게이트 산화막(12)을 차례로 적층한다. 그 상부에 게이트 전극을 형성하기 위한 폴리실리콘막(13)을 형성한후 패터닝하여 게이트 전극을 형성한다. 이에 채널 영역이 게이트의 하부에 형성되도록 한다.First, FIG. 1A is a cross-sectional view of a top gate type thin film transistor, and as shown in the drawing, a polysilicon film 11 for forming a channel on a lower layer where a predetermined process is completed and a gate oxide film 12 of a MOS transistor in order Laminated. A polysilicon film 13 for forming a gate electrode is formed thereon, and then patterned to form a gate electrode. As a result, the channel region is formed under the gate.

다음으로, 도 1b는 바틈(BOTTOM)게이트 형 박막 트랜지스터를 나타내는 단면도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 게이트 전극의 형성을 위한 폴리실리콘막(13)을 적층한 후, 패터닝한 다음 그 상부에 하부의 단차를 따라 게이트 산화막(12)을 형성한다. 그 상부에 채널 형성을 위한 폴리실리콘막(11)을 형성하여 마스크 공정을 실시하여 소스 및 드레인 영역을 갖는 박막 트랜지스터를 형성한다.Next, FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating a BOTTOM gate type thin film transistor, and as shown in the drawing, a polysilicon film 13 for forming a gate electrode is stacked, patterned, and then lowered thereon. The gate oxide film 12 is formed along the step of. A polysilicon film 11 for forming a channel is formed thereon to perform a mask process to form a thin film transistor having source and drain regions.

전술한 바와 같은 종래의 박막 트랜지스터는 게이트 형성을 위한 폴리실리콘막(13)과 채널 형성을 위한 폴리실리콘막(11)이 오버랩 되는 부분의 게이트 전극의 형성을 위한 폴리실리콘막(13)의 한 면에서만(도면 참조) 채널이 존재하게 되기 때문에, 게이트 전극의 형성을 위한 폴리실리콘막(13)과 채널 형성을 위한 폴리실리콘막(11)의 오버랩 되는 길이에 비례하는 턴오프전류를 감소시키는데 한계가 있다. 따라서 박막 트랜지스터의 턴오프전류를 감소시켜서 셀의 안정성을 증가시켜야 하는 고속 저전압 에스램셀에 종래 기술을 적용할 수 없는 문제점이 따른다.As described above, the conventional thin film transistor has one surface of the polysilicon film 13 for forming a gate electrode of a portion where the polysilicon film 13 for gate formation and the polysilicon film 11 for channel formation overlap. Since only the channel is present (see drawings), there is a limit to reducing the turn-off current proportional to the overlapping length of the polysilicon film 13 for forming the gate electrode and the polysilicon film 11 for forming the channel. have. Therefore, there is a problem in that the prior art cannot be applied to a high speed low voltage SRAM cell which needs to increase the stability of the cell by reducing the turn-off current of the thin film transistor.

또한 박막 트랜지스터의 구조상 드레인 누설 전류를 제거해야 하는 문제점이 따른다. 드레인 누설 전류를 줄이고자 할 경우 박막 트랜지스터 자체의 크기 조절을 하는데 이는 공정상 능력의 한계가 따르고, 셀 자체의 크기가 커지는 문제점이 유발된다. 또다른 드레인 누설 전류의 해결책으로는 게이트 산화막 두께의 증가와 채널 영역의 두께 감소를 들 수 있으나, 이들은 모두 턴오프전류를 증가시키는 원인이 된다.In addition, there is a problem in that the drain leakage current must be removed due to the structure of the thin film transistor. In order to reduce the drain leakage current, the size of the thin film transistor itself is controlled, which causes a limitation in process capability and causes a problem in that the size of the cell itself is increased. Other drain leakage current solutions include increasing the gate oxide film thickness and decreasing the channel region thickness, but these all contribute to an increase in the turn-off current.

따라서, 전술한 바와 같이, 박막 트랜지스터의 턴오프전류의 감소 및 누설 전류의 감소를 위해서는 종래 기술에 의한 방법보다 개선된 새로운 구조의 박막 트랜지스터의 개발이 필요하게 되었다.Therefore, as described above, in order to reduce the turn-off current and the leakage current of the thin film transistor, it is necessary to develop a thin film transistor having a new structure that is improved from the conventional method.

전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 박막 트랜지스터의 제조시, 소자의 턴오프전류를 감소시키고, 누설 전류의 특성을 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 박막 트랜지스터 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention devised to solve the above-described problems provides a method of manufacturing a thin film transistor having a structure capable of reducing the turn-off current of the device and improving the characteristics of the leakage current in manufacturing the thin film transistor. The purpose.

도 1a 및 도 1b는 종래의 박막 트랜지스터 제조 공정 단면도.1A and 1B are cross-sectional views of a conventional thin film transistor fabrication process.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 박막 트랜지스터 제조 공정 단면도.2A to 2E are cross-sectional views of a manufacturing process of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

21 : 실리콘 기판을 포함하는 하부층21: bottom layer comprising a silicon substrate

22 : 게이트 전도막22: gate conductive film

23 : 제1게이트 산화막23: first gate oxide film

24 : 제2게이트 산화막24: second gate oxide film

25 : 채널 형성용 폴리실리콘막25: polysilicon film for channel formation

26, 27 : 소스 및 드레인 영역26, 27: source and drain regions

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 박막 트랜지스터 제조 방법은, 반도체 기판 상부에 게이트 전도막 패턴을 형성하는 제1단계; 상기 제1단계가 완료된 결과물 상부에 제1게이트 절연막을 형성하는 제2단계; 상기 제1게이트 절연막 상부에 상기 게이트 전도막 상부와 중첩되는 부위가 개구된 제2게이트 절연막을 형성하는 제3단계; 및 상기 제3단계가 완료된 결과물 전면을 따라 채널 형성용 전도막을 형성하는 제4단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, a thin film transistor manufacturing method of the present invention, the first step of forming a gate conductive film pattern on the semiconductor substrate; A second step of forming a first gate insulating layer on the resultant of which the first step is completed; A third step of forming a second gate insulating film having a portion overlapping with an upper portion of the gate conductive film on the first gate insulating film; And a fourth step of forming a conductive film for channel formation along the entire surface of the resultant product in which the third step is completed.

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 도2e는 본 발명의 일실시예에 따른 박막 트랜지스터 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저, 도2a에 도시된 바와 같이, 소정 공정이 완료된 실리콘 기판을 포함하는 하부층(21)상에 게이트 전극용 폴리실리콘막을 증착한 후, 게이트 전극용 노광 마스크(도시되지 않음)를 이용한 패터닝 공정으로 게이트 전도막(22)을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, a polysilicon film for a gate electrode is deposited on a lower layer 21 including a silicon substrate on which a predetermined process is completed, and then a patterning process using a gate electrode exposure mask (not shown) is performed. The gate conductive film 22 is formed.

다음으로, 도2b에 도시된 바와 같이, 전체 구조 상부에 제1게이트 산화막 (23)및 제2게이트 산화막(24)을 차례로 증착한다. 여기서 제2게이트 산화막(24)은 제1게이트 산화막(23)보다 1내지 2배정도 두껍게 형성한다.Next, as shown in FIG. 2B, the first gate oxide film 23 and the second gate oxide film 24 are sequentially deposited on the entire structure. The second gate oxide film 24 is formed to be one to two times thicker than the first gate oxide film 23.

다음으로, 도2c에 도시된 바와 같이, 전체 구조 상부에 포토레지스트를 도포한 후, 기 사용된 게이트 전극용 노광 마스크를 이용하되, 그때 사용된 반대의 포토레지스트를 사용하여 게이트 전도막(22) 상부의 제2게이트 산화막(24)을 노출시키는 포토레지스트 식각마스크(201)를 형성한다. 그리고, 기 형성된 포토레지스트 식각마스크(201)를 이용한 식각공정으로 제2게이트 산화막(24)만을 식각하여 게이트 전도막(22) 상부에 형성된 제1게이트 산화막(23)을 노출시킨다.Next, as shown in Fig. 2C, after the photoresist is applied over the entire structure, a gate conductive film 22 is used by using a previously used exposure electrode for a gate electrode, using the opposite photoresist used at that time. A photoresist etch mask 201 is formed to expose the upper second gate oxide layer 24. In addition, only the second gate oxide layer 24 is etched by using the previously formed photoresist etching mask 201 to expose the first gate oxide layer 23 formed on the gate conductive layer 22.

다음으로, 도2d에 도시된 바와 같이, 전술한 공정이 완료된 표면을 따라 채널 형성용 폴리실리콘막(25)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2D, the polysilicon film 25 for channel formation is formed along the surface where the above-described process is completed.

다음으로, 도2e에 도시된 바와 같이, 소스 및 드레인 영역을 형성하기 위하여 이온 주입을 실시하고, 이에 게이트 전도막(22)상부에 채널 영역(25)이 형성되고, 그에 연결되는 소스영역(26)과 드레인 영역(27)이 형성되고, 이러한 드레인 영역(27) 및 채널 영역(25)사이에 형성되는 드레인 오프셋 영역이 형성된다.Next, as shown in FIG. 2E, ion implantation is performed to form source and drain regions, and a channel region 25 is formed on the gate conductive layer 22, and a source region 26 connected thereto. ) And a drain region 27 are formed, and a drain offset region formed between the drain region 27 and the channel region 25 is formed.

전술한 공정으로 채널 영역(25)의 길이가 제2게이트 산화막(24)의 영향으로 길어지고, 또한 게이트 전도막(22) 및 드레인 영역(27) 사이의 게이트 산화막 두께가 두꺼워 지므로, 이에 게이트 전도막으로부터 유도되는 드레인 누설 전류((GIDL:Gate Induced Drain Leakage)가 감소된다.The length of the channel region 25 is increased by the influence of the second gate oxide film 24 and the thickness of the gate oxide film between the gate conductive film 22 and the drain region 27 is increased by the above-described process. The drain induced drain leakage (GIDL) from the film is reduced.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 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 spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 박막 트랜지스터의 제조시, 박막 트랜지스터의 게이트 산화막은 두 단계 즉, 게이트 전도막 패턴 형성후 박막 트랜지스터의 제1게이트 산화막 및 제2게이트 산화막을 증착한다. 그리고, 제2게이트 산화막을 식각 하는데, 기 형성된 게이트 전도막 패턴의 폭만큼만 식각하고, 이에 형성되는 단차를 따라 채널 형성용 폴리실리콘막을 형성한다. 또한 게이트 전도막과 드레인간의 산화막의 두께가 증가되어 게이트 전도막으로부터 유도된 드레인 누설 전류(GIDL:Gate Induced Drain Leakage)를 감소시킬 수 있다. 이에 기 형성된 단차만큼의 채널 길이가 증가되어 박막 트랜지스터의 누설 전류를 감소시킨다.According to the present invention as described above, in manufacturing the thin film transistor, the gate oxide film of the thin film transistor is deposited in two steps, that is, after forming the gate conductive film pattern, the first gate oxide film and the second gate oxide film of the thin film transistor are deposited. The second gate oxide layer is etched, and only the width of the previously formed gate conductive layer pattern is etched, and a polysilicon layer for channel formation is formed along the step formed therein. In addition, the thickness of the oxide layer between the gate conductive layer and the drain may be increased to reduce the drain leakage current (GIDL) induced from the gate conductive layer. As a result, the channel length is increased by a predetermined step, thereby reducing the leakage current of the thin film transistor.

Claims (4)

반도체 기판 상부에 게이트 전도막 패턴을 형성하는 제1단계;Forming a gate conductive layer pattern on the semiconductor substrate; 상기 제1단계가 완료된 결과물 상부에 제1게이트 절연막을 형성하는 제2단계;A second step of forming a first gate insulating layer on the resultant of which the first step is completed; 상기 제1게이트 절연막 상부에 상기 게이트 전도막 상부와 중첩되는 부위가 개구된 제2게이트 절연막을 형성하는 제3단계; 및A third step of forming a second gate insulating film having a portion overlapping with an upper portion of the gate conductive film on the first gate insulating film; And 상기 제3단계가 완료된 결과물 전면을 따라 채널 형성용 전도막을 형성하는 제4단계A fourth step of forming a conductive film for channel formation along the entire surface of the resultant product in which the third step is completed 를 포함하여 이루어지는 박막 트랜지스터 제조 방법.A thin film transistor manufacturing method comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 채널 형성용 전도막 상부에On the conductive film for channel formation 소스 및 드레인용 이온 주입 마스크를 사용한 이온 주입에 의해 소스 및 드레인을 형성하는 제5단계A fifth step of forming a source and a drain by ion implantation using an ion implantation mask for the source and drain 를 더 포함하여 이루어지는 박막 트랜지스터 제조 방법.The thin film transistor manufacturing method further comprises. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2게이트 절연막은 적어도 상기 제1게이트 절연막보다 두껍게 형성하는 박막 트랜지스터 제조 방법.And forming the second gate insulating layer at least thicker than the first gate insulating layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제3단계는The third step is 상기 제1단계에서 사용한 포토마스크를 사용하여 이루어지는 박막 트랜지스터 제조 방법.A thin film transistor manufacturing method using the photomask used in the first step.
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