KR19990083380A - CMOS FET and manufacturing method thereof - Google Patents

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도고미쓰히로
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가네꼬 히사시
닛본 덴기 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 CMOS FET은 매립채널형인 nMOS영역(121)과 표면채널형인 pMOS영역(123)으로 이루어진다. 실리콘(Si)기판(100)상에 p+확산층(105), n-확산층(117), 그리고 소자분리산화막인 소자분리막(SiO2)(113)이 형성된다. p+확산층(105)와 n-확산층(117)은 pMOS FET의 소오스 및 드레인과 nMOS FET의 소오스 및 드레인이 된다. 실리콘기판(100)상에 실리콘이산화막(115)이 형성된다. 상기 실리콘이산화막(115)상에 게이트전극(141) 및 게이트전극(143)이 형성된다. 게이트전극(141)은 폴리실리콘층(119), 질화티타늄(TiN)층(109), 그리고 텅스텐(WSi2)층(131)으로 이루어진다. 폴리실리콘층(119)에 붕소등의 도펀트가 주입되어, 이 층은 P형의 극성으로 변화한다. 게이트전극(143)은 폴리실리콘층(107), 질화티타늄(TiN)층(109), 그리고 텅스텐(WSi2)층(133)으로 이루어진다. 폴리실리콘층(107)에 붕소등의 도펀트가 주입되어, 이 층은 P형의 극성으로 변화한다.The CMOS FET according to the present invention includes an buried channel type nMOS region 121 and a surface channel type pMOS region 123. A p + diffusion layer 105, an n diffusion layer 117, and an isolation layer (SiO 2 ) 113, which is an isolation layer, are formed on the silicon (Si) substrate 100. The p + diffusion layer 105 and the n diffusion layer 117 become the source and drain of the pMOS FET and the source and drain of the nMOS FET. A silicon dioxide film 115 is formed on the silicon substrate 100. The gate electrode 141 and the gate electrode 143 are formed on the silicon dioxide film 115. The gate electrode 141 includes a polysilicon layer 119, a titanium nitride (TiN) layer 109, and a tungsten (WSi 2 ) layer 131. A dopant such as boron is injected into the polysilicon layer 119, and this layer changes to a P-type polarity. The gate electrode 143 includes a polysilicon layer 107, a titanium nitride (TiN) layer 109, and a tungsten (WSi 2 ) layer 133. A dopant such as boron is injected into the polysilicon layer 107, and the layer changes to a P-type polarity.

Description

CMOS FET 및 그 제조방법{CMOS FET and manufacturing method thereof}CMOS FET and its manufacturing method {CMOS FET and manufacturing method

본 발명은 CMOS FET(Complementary Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 고속으로동작하고 저소비전력을 갖는 CMOS FET과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor (FET) and a method of manufacturing the same. More specifically, it relates to a CMOS FET that operates at high speed and has low power consumption, and a method of manufacturing the same.

반도체집적회로에 대한 수요가 점차 증대되어 왔다. 따라서, 반도체집적회로를 구성하는 반도체장치의 동작속도를 증가시키고 소비전력을 감소시키는 것이 요구되었다.The demand for semiconductor integrated circuits has gradually increased. Therefore, it has been required to increase the operation speed of the semiconductor device constituting the semiconductor integrated circuit and to reduce the power consumption.

nMOS(n-channel Metal Oxide Semiconductor)와 pMOS(p-channel Metal Oxide Semiconductor)로 이루어진 CMOS FET이 반도체장치에 널리 사용된다. 이는 소비전력을 감소시킬 수 있다.CMOS FETs composed of n-channel metal oxide semiconductors (nMOS) and p-channel metal oxide semiconductors (pMOS) are widely used in semiconductor devices. This can reduce power consumption.

여기에서, 도 1을 참조하여 CMOS FET의 구성을 설명한다. 도 1은 CMOS FET의 등가회로의 일예를 나타낸다.Here, the configuration of the CMOS FET will be described with reference to FIG. 1 shows an example of an equivalent circuit of a CMOS FET.

도 1에 도시된 바와 같이, CMOS FET은 pMOS FET(1100)과 nMOS FET(1101)으로 구성된다. 일반적으로, pMOS FET(1100)의 소오스(Sp)와 nMOS FET(1101)의 드레인(Dn)은 서로 연결된다.As shown in FIG. 1, the CMOS FET is composed of a pMOS FET 1100 and an nMOS FET 1101. In general, the source Sp of the pMOS FET 1100 and the drain Dn of the nMOS FET 1101 are connected to each other.

pMOS FET와 nMOS FET의 게이트들로 전압이 인가된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이는 입력전압(Vin)으로 기술한다. pMOS FET(1100)의 소오스(Sp)와 nMOS FET(1101)의 드레인(Dn)의 전압은 출력전압(Vout)으로 정의된다.Voltage is applied to the gates of the pMOS FET and nMOS FET. As shown in Fig. 1, this is described as an input voltage Vin. The voltage of the source Sp of the pMOS FET 1100 and the drain Dn of the nMOS FET 1101 is defined as an output voltage Vout.

또한, pMOS FET(1100)의 드레인(Dp)과 nMOS FET(1101)의 소오스(Sn)사이를 흐르는 전류는 관통전류(I)로 정의된다. 상술한 정의는 전체 명세서에서 동일하게 사용된다.Also, the current flowing between the drain Dp of the pMOS FET 1100 and the source Sn of the nMOS FET 1101 is defined as a through current I. The above definitions are used equally throughout the specification.

다음에, 도 2를 참조하여 종래의 CMOS FET을 상세히 설명한다. 도 2는 종래의 CMOS FET의 일예의 단면도를 나타낸다.Next, a conventional CMOS FET is described in detail with reference to FIG. 2 is a sectional view of an example of a conventional CMOS FET.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 CMO SFET은, 실리콘기판(200)상에 nMOS FET이 형성된 nMOS영역(221)과, pMOS FET가 형성된 pMOS영역(223)으로 구성되어 있다. nMOS영역(221)에는 n형의 극성을 갖는 불순물을 이온주입한 게이트전극(241)이 형성되고, 한편 pMOS영역(223)에는, n형의 극성을 갖는 불순물을 이온주입한 게이트전극(243)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 2, the conventional CMO SFET includes an nMOS region 221 in which an nMOS FET is formed on a silicon substrate 200, and a pMOS region 223 in which a pMOS FET is formed. A gate electrode 241 is formed in the nMOS region 221 by ion implantation of impurities having an n-type polarity, while a gate electrode 243 is ion implanted in an impurity having an n-type polarity in the pMOS region 223. Is formed.

도 2에 도시된 종래의 CMOS FET은 표면채널형 nMOS영역(221)과 매립채널형 pMOS영역(223)으로 구성되어 있다. 두개의 p+확산층(205), 두개의 n-확산층(217), 그리고 소자분리용 산화막인 소자분리막(SiO2)(213)이 모두 실리콘기판(200)상에 형성된다. P+확산층(205)과 n-확산층(217)은 각각 pMOS FET의 소오스 및 드레인영역 그리고 nMOS FET의 소오스 및 드레인영역이 된다.The conventional CMOS FET shown in FIG. 2 is composed of a surface channel type nMOS region 221 and a buried channel type pMOS region 223. Two p + diffusion layers 205, two n diffusion layers 217, and an isolation layer (SiO 2 ) 213, which is an oxide layer for device isolation, are all formed on the silicon substrate 200. The P + diffusion layer 205 and the n diffusion layer 217 become source and drain regions of the pMOS FET and source and drain regions of the nMOS FET, respectively.

실리콘기판(200)상에 게이트산화막(SiO2)이 형성되고, 그위에 게이트전극(241,243)이 형성된다.A gate oxide film (SiO 2 ) is formed on the silicon substrate 200, and gate electrodes 241 and 243 are formed thereon.

게이트전극(241)은 폴리실리콘(poly-Si)층(219), 질화티타늄(TiN)층(209), 그리고 텅스텐(WSi2)층(231)으로 이루어진다. 인(P)등의 도펀트가 폴리실리콘층(219)으로 주입되어 그 층이 n형의 극성으로 된다.The gate electrode 241 is formed of a polysilicon (poly-Si) layer 219, a titanium nitride (TiN) layer 209, and a tungsten (WSi 2 ) layer 231. Dopants, such as phosphorus (P), are injected into the polysilicon layer 219, and the layer becomes n-type polarity.

게이트전극(243)은 폴리실리콘층(207), 질화티타늄층(209), 그리고 텅스텐층(233)으로 이루어진다. 인(P)등의 도펀트가 폴리실리콘층(207)으로 주입되어 그 층이 n형의 극성으로 된다.The gate electrode 243 is made of a polysilicon layer 207, a titanium nitride layer 209, and a tungsten layer 233. Dopants, such as phosphorus (P), are injected into the polysilicon layer 207, and the layer becomes n-type polarity.

도 2에 도시된 바와 같이, nMOS영역(221)의 확산층은 n-확산층(217)이고, 반면, pMOS영역(223)의 확산층은 P+확산층(205)이다. 따라서, nMOS영역(221)의 채널은 표면채널형이고, 반면 pMOS영역(223)은 매립채널형이다.As shown in FIG. 2, the diffusion layer of nMOS region 221 is n diffusion layer 217, while the diffusion layer of pMOS region 223 is P + diffusion layer 205. Therefore, the channel of the nMOS region 221 is a surface channel type, while the pMOS region 223 is a buried channel type.

도 3을 참조하여 상술한 채널의 상태를 설명한다. 도 3은 도 2의 종래의 CMOS FET의 채널이 어떻게 발생되는 지를 나타낸다. 상술한 바와 같이, pMOS영역(223)의 확산층은 P+확산층(205)이고, 반면, nMOS영역(221)의 확산층은 n-확산층(217)이다.The state of the above-described channel will be described with reference to FIG. 3. 3 shows how the channels of the conventional CMOS FET of FIG. 2 are generated. As described above, the diffusion layer of the pMOS region 223 is P + diffusion layer 205, while the diffusion layer of the nMOS region 221 is n diffusion layer 217.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, pMOS영역(223)의 채널(p채널)(203)이 게이트실리콘이산화막(215) 표면의 약간 아래에 매립채널형으로서 생성되고, 반면, nMOS영역(221)의 채널(n채널)(201)이 게이트실리콘이산화막(215)의 바로 아래에 표면채널형으로서 생성된다.Thus, as shown in FIG. 3, the channel (p channel) 203 of the pMOS region 223 is created as a buried channel type slightly below the surface of the gate silicon dioxide film 215, while the nMOS region 221 is formed. ) Channel (n channel) 201 is created as a surface channel type directly under the gate silicon dioxide film 215.

한편, 미세화된 구조으 반도체집적회로에 대한 요구가 증가되어 왔다. 따라서, 디자인룰(최소배선폭)이 시대에 따라 1㎛, 0.35㎛, 0.25㎛, 그리고 0.18㎛로 개선되어 왔다.Meanwhile, the demand for semiconductor integrated circuits has been increased due to the miniaturized structure. Therefore, the design rule (minimum wiring width) has been improved to 1 µm, 0.35 µm, 0.25 µm, and 0.18 µm with the times.

25㎛보다 큰 디자인룰기준에 따라서 설계된 CMOS FET의 게이트전극구조는, 도 2에 설명된 방식과 같이 제조공정을 단축시킬 목적으로 게이트전극들의 극성이 공통되게 형성되더라도 문제는 없다.The gate electrode structure of the CMOS FET designed according to a design rule larger than 25 μm is not a problem even if the polarities of the gate electrodes are formed in common for the purpose of shortening the manufacturing process as described in FIG. 2.

그러나, 상술한 바와 같이, 미세화구조의 반도체집적회로가 계속적으로 개발되어 왔기 때문에 디자인룰이 0.25㎛이하가 되는 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같은 CMOS FET에서 숏채널효과가 분명하게 발생하는 문제점이 있다.However, as described above, since the semiconductor integrated circuit having a miniaturized structure has been continuously developed, when the design rule is 0.25 mu m or less, the short channel effect clearly occurs in the CMOS FET as shown in FIG. There is this.

여기에서, 이 숏채널효과는 MOS FET의 짧은 게이트(소오스와 드레인사이의 거리)로부터의 영향을 의미한다. 구체적으로는, 드레인전압(VD)을 일정하게 하고 채널길이를 짧게 하면, 드레인과 소오스로부터의 공핍층을 게이트아래의 기판영역으로 확장시켜, 채널의 전위장벽이 저하하여, 드레인전압의 약간의 증가에 의해 드레인전류(ID)가 급증하여, 이것이 진행됨에 따라, 공핍층의 연결에 의한 펀치쓰루가 발생하는 것을 의미한다.Here, this short channel effect means the influence from the short gate (distance between the source and the drain) of the MOS FET. Specifically, when the drain voltage VD is made constant and the channel length is shortened, the depletion layer from the drain and the source is extended to the substrate region under the gate, whereby the potential barrier of the channel is lowered and the drain voltage is slightly increased. As a result, the drain current ID rapidly increases, and as this progresses, it means that punchthrough occurs due to the connection of the depletion layer.

따라서, 이 숏채널효과의 발생을 막기위하여, 도 3에 도시된 종래의 CMOS FET구성이 제안되었다. 도 4는 종래구조의 CMOS FET의 제 2 예를 나타내는 단면도이다. 도 4에서, 도 2와 동일한 소자에는 동일한 참조부호로 나타내었다.Therefore, in order to prevent this short channel effect from occurring, the conventional CMOS FET configuration shown in Fig. 3 has been proposed. 4 is a cross-sectional view showing a second example of a conventional CMOS FET. In Fig. 4, the same elements as those in Fig. 2 are designated by the same reference numerals.

도 4에 도시된 바와 같이, 종래 CMOS FET의 제 2 예는 표면채널형 nMOS영역(321)과 pMOS영역(323)을 포함한다. 두개의 p+확산층(205), 두개의 n-확산층(217), 그리고 소자분리막(SiO2)(213)이 모두 실리콘기판(200)상에 형성된다. P+확산층(205)과 n-확산층(217)은 각각 pMOS FET의 소오스 및 드레인영역 그리고 nMOS FET의 소오스 및 드레인영역이 된다.As shown in FIG. 4, the second example of the conventional CMOS FET includes a surface channel type nMOS region 321 and a pMOS region 323. Two p + diffusion layers 205, two n diffusion layers 217, and an isolation layer (SiO 2 ) 213 are all formed on the silicon substrate 200. The P + diffusion layer 205 and the n diffusion layer 217 become source and drain regions of the pMOS FET and source and drain regions of the nMOS FET, respectively.

또한, 실리콘기판(200)상에는, 게이트산화막인 게이트(SiO2)(215)가 형성된다. 이 게이트(215)위에 게이트전극(341,343)이 형성된다.In addition, a gate (SiO 2 ) 215 which is a gate oxide film is formed on the silicon substrate 200. Gate electrodes 341 and 343 are formed on the gate 215.

게이트전극(341)은, 폴리실리콘(Poly-Si)층(319)과, 질화티타늄(TiN)층(209)과, 텅스텐(WSi2)(231)으로 형성된다. 폴리실리콘층(319)에는, 인(P)등의 도펀트가 주입되어, n형의 극성으로 변환된다.The gate electrode 341 is formed of a polysilicon (Poly-Si) layer 319, a titanium nitride (TiN) layer 209, and tungsten (WSi 2 ) 231. A dopant such as phosphorus (P) is implanted into the polysilicon layer 319 to be converted into an n-type polarity.

게이트전극(343)은, 폴리실리콘층(307)과, 질화티타늄층(209)과, 그리고 텅스텐층(233)으로 구성된다. 폴리실리콘층(307)에는, 에컨대, 붕소등의 도펀트가 주입되어, 이 층이 p형의 극성으로 된다.The gate electrode 343 is composed of a polysilicon layer 307, a titanium nitride layer 209, and a tungsten layer 233. For example, dopants such as boron are implanted into the polysilicon layer 307, and this layer becomes a p-type polarity.

도 4에 도시된 CMOS FET의 구조는, 일반적으로, 표면채널형의 듀얼게이트형 CMOS FET으로 불려진다. 도 7에서 분명해지는 바와 같이, 이 CMOSFET는, 게이트전극에 함유되는 불순물의 극성이 종래의 CMOS FET의 제 1 예와 다르다는 것을 제외하고는, 도 2에 도시된 종래의 CMOS FET와 거의 동일한 구성을 갖는다.The structure of the CMOS FET shown in FIG. 4 is generally called a surface channel type dual gate type CMOS FET. As apparent from Fig. 7, this CMOSFET has a configuration substantially the same as that of the conventional CMOS FET shown in Fig. 2, except that the polarity of impurities contained in the gate electrode is different from that of the first example of the conventional CMOS FET. Have

구체적으로는, 도 4의 종래의 CMOS FET에서, pMOS영역(323)의 게이트전극(343)의 폴리실리콘층(307)에는 p형 불순물(붕소)이 함유되고, 반면 nMOS영역(321)의 게이트전극(341)의 폴리실리콘층(319)에는, p형 불순물(인)이 함유되어 있다.Specifically, in the conventional CMOS FET of FIG. 4, the p-type impurity (boron) is contained in the polysilicon layer 307 of the gate electrode 343 of the pMOS region 323, whereas the gate of the nMOS region 321 is formed. The polysilicon layer 319 of the electrode 341 contains p-type impurity (phosphorus).

pMOS영역(323)의 게이트전극(343)은, 그 안에, 예컨데 붕소등의 도펀트를 주입함으로써, P 형의 극성을 갖는다.The gate electrode 343 of the pMOS region 323 has a P-type polarity by injecting a dopant such as boron into it.

따라서, 도 4의 nMOS 및 pMOS영역내에 생성되는 채널들은 모두 표면형이다. 도 5는 도 4의 CMOS FET의 채널의 형상을 나타낸다. 도 5에서, 채널들은 각각 pMOS영역(323)의 채널(p채널)(303)과 nMOS영역(321)의 채널(n채널)(301)에 대응한다.Accordingly, the channels created in the nMOS and pMOS regions of FIG. 4 are all surface type. 5 shows the shape of the channel of the CMOS FET of FIG. In FIG. 5, the channels correspond to the channel (p channel) 303 of the pMOS region 323 and the channel (n channel) 301 of the nMOS region 321, respectively.

상술한 바와 같이, 도 4에 도시된 CMOS FET은 도 2에 도시된 CMOS FET에서의 숏채널효과를 피하기 위하여 제안되었다. 구체적으로는, 도 4 및 도 5의 구성으로부터 분명한 바와 같이, nMOS영역(321)과 pMOS영역(323)에 생성되는 채널(301,302)는 모두 표면형이다.As described above, the CMOS FET shown in FIG. 4 has been proposed to avoid the short channel effect in the CMOS FET shown in FIG. Specifically, as is apparent from the configuration of FIGS. 4 and 5, the channels 301 and 302 generated in the nMOS region 321 and the pMOS region 323 are both surface type.

이는 nMOS와 pMOS영역에서의 각각의 채널들은 실리콘기판의 표면부근에 생성되고 각각의 게이트전극에 가깝게 위치한다는 것을 의미한다. 이는 게이트전극으로 쉽게 제어되고 숏채널효과를 피할 수 있게 한다. 한편, 예컨대, 도 2에 도시된 매립채널형 CMOS FET에서는, 실리콘기판의 표면으로부터 다소 깊은 위치에서 채널이 생성된다. 이는 게이트전압으로 채널을 제어하기가 어렵고, 또한, 숏채널효과의 발생을 억제하는 것을 곤란하게 한다.This means that the respective channels in the nMOS and pMOS regions are generated near the surface of the silicon substrate and located close to the respective gate electrodes. This makes it easy to control the gate electrode and avoid the short channel effect. On the other hand, for example, in the buried channel type CMOS FET shown in Fig. 2, a channel is generated at a somewhat deep position from the surface of the silicon substrate. This makes it difficult to control the channel with the gate voltage, and also makes it difficult to suppress the occurrence of the short channel effect.

따라서, 도 4의 종래 CMOS FET의 제 2 예에 따르면, 도 2에 도시된 종래의 CMOS FET의 제 1 예에서의 숏채널효과가 발생되는 것이 방지된다.Therefore, according to the second example of the conventional CMOS FET of FIG. 4, the short channel effect in the first example of the conventional CMOS FET shown in FIG. 2 is prevented from occurring.

그러나, 도 4의 종래의 CMOS FET의 제 2 예(듀얼게이트형 CMOS FET)에 있어서는, 숏채널효과의 발생을 방지하는 것이 가능하지만, 문제점을 가진다.However, in the second example (dual gate type CMOS FET) of the conventional CMOS FET of Fig. 4, it is possible to prevent the occurrence of the short channel effect, but there is a problem.

첫번째 문제점은, 미세화구조를 위해 디자인룰이 개선된다는 점이다. 상술한 바와 같이, 더욱 소규모의 미세화구조의 반도체집적회로 개발되어 왔다. 특히, 0.25㎛이하의 디자인룰기준으로 설계된 트랜지스터는 얇은 게이트산화막(6㎚이하)을 갖는다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같은 게이트전극(343)의 폴리실리콘층(307)에 붕소가 주입되는 경우, 이 도펀트는 실리콘기판(200)내의 P+확산층들사이를 관통한다.The first problem is that the design rules are improved for the microstructure. As described above, semiconductor integrated circuits of smaller and smaller structures have been developed. In particular, a transistor designed based on a design rule of 0.25 mu m or less has a thin gate oxide film (6 nm or less). Therefore, when boron is implanted into the polysilicon layer 307 of the gate electrode 343 as shown in FIG. 4, this dopant penetrates between the P + diffusion layers in the silicon substrate 200.

이 경우에, 실리콘기판(200)의 불순물농도가 변화되기 때문에, 채널을 생성을 위해 필요한 전압도 변화한다. 따라서, 도 4의 CMOS FET에서, pMOS FET의 pMOS영역(323)상의 문턱전압만이 변화한다.In this case, since the impurity concentration of the silicon substrate 200 changes, the voltage required for generating the channel also changes. Therefore, in the CMOS FET of FIG. 4, only the threshold voltage on the pMOS region 323 of the pMOS FET changes.

이 문턱전압의 변화에 따른 결과를 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한다. 도 6a 및 도 6b는 도 4의 종래의 CMOS FET의 출력전압과 드레인전류의 관계와, 입력전압, 출력전압, 그리고 관통전류의 관계를 나타내는 그래프이다.The result according to the change of the threshold voltage will be described with reference to FIGS. 6A and 6B. 6A and 6B are graphs showing a relationship between an output voltage and a drain current, an input voltage, an output voltage, and a through current of the conventional CMOS FET of FIG. 4.

먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 붕소주입이 관통되지 않는 경우에는(실선참조), 도 4의 pMOS FET의 문턱전압이 대략 VDD1과 동일하다. 한편, 붕소주입이 관통되는 경우에는(점선참조), 채널을 생성하는데 필요한 전압은 변화되어 pMOS FET의 문턱전압만이 대략 VDD2로 변화한다.First, as shown in FIG. 6A, when boron injection is not penetrated (see solid line), the threshold voltage of the pMOS FET of FIG. 4 is approximately equal to VDD1. On the other hand, when boron implantation is penetrated (see dotted line), the voltage required to create the channel is changed so that only the threshold voltage of the pMOS FET changes to approximately VDD2.

그 결과, 도 6b에 도시된 바와 같이, 붕소주입이 관통되는 경우에는(점선으로 도시), 입력전압이 VDD1을 초과하는 경우에도, 이 전압이 더 높은 일정값이상을 초과하지 않는 한 pMOS FET은 턴오프되지 않는다. 이는 대량의 관통전류 흐르고, 소비전력이 증가하는 문제점을 야기한다.As a result, as shown in Fig. 6B, in the case where boron injection is penetrated (shown by a dotted line), even when the input voltage exceeds VDD1, the pMOS FET does not exceed the predetermined value higher than the higher value. It is not turned off. This causes a problem that a large amount of through current flows and power consumption increases.

도 4의 종래의 CMOS FET에 따른 두번째 문제점은 게이트전극의 공핍으 ㅣ발생을 충분히 제어하는 것이 어렵다는 것이다. 여기에서, 게이트전극의 공핍은 게이트전극에서의 불순물농도는 높지만, 불순물이 균일하게 분포되지 않는다는 것을 의미한다.A second problem with the conventional CMOS FET of FIG. 4 is that it is difficult to sufficiently control the generation of depletion of the gate electrode. Here, the depletion of the gate electrode means that the impurity concentration in the gate electrode is high, but the impurities are not uniformly distributed.

상술한 바와 같이, 0.25㎛ 디자인룰에 따라 설계된 트랜지스터의 숏채널효과의 발생을 제어하기 위해서는, 도 4에 도시된 바와 같은 듀얼게이트(pn형 게이트)가 유용하다. 그러나, 게이트의 폴리실리콘층의 불순물들은 일반적으로 인과 붕소이기 때문에 확산계수가 서로 다르다.As described above, in order to control the occurrence of the short channel effect of the transistor designed according to the 0.25 탆 design rule, a dual gate (pn-type gate) as shown in FIG. 4 is useful. However, since the impurities of the polysilicon layer of the gate are generally phosphorus and boron, the diffusion coefficients are different.

게이트전극내에서 불순물을 균일하게 분포시키는 것은 공핍의 발생을 제어하는 수단이다. 그러나, 서로 다른 확산계수를 갖는 각각의 불순물을 동일한 양상에서 균일하게 분포시키는 것이 어렵다. 따라서, 트랜지스터의 각각의 독립적인 극성의 게이트에서 공핍의 발생을 제어하는 것이 어렵다.The uniform distribution of impurities in the gate electrode is a means of controlling the occurrence of depletion. However, it is difficult to uniformly distribute each impurity having different diffusion coefficients in the same aspect. Thus, it is difficult to control the occurrence of depletion at the gates of each independent polarity of the transistor.

세번째 문제점은 도 4의 종래의 CMOS FET의 제 2 예의 게이트전극에서 불순물의 상호확산의 발생을 제어하는 것이 어렵다는 것이다. 여기에서, 불순물의 상호확산은 각각의 불순물들이 열확산에 의해 서로 혼합되는 것을 의미한다. 서로 연결된 게이트전극은, 도 4에 도시된 바와 같이, n형 불순물을 포함하는 폴리실리콘층(319)과 n형 불순물을 포함하는 폴리실리콘층(307)로 이루어진다. 따라서, 0.25㎛이하의 디자인룰에 따라서 설계된 트랜지스터의 숏채널효과을 발생을 제어하기 위해서 듀얼게이트(pn형 게이트)가 이용될 경우에, 게이트전극에서 n형 및 p형 극성을 갖는 불순물들은 열처리를 통해 상호확산한다.A third problem is that it is difficult to control the generation of interdiffusion of impurities in the gate electrode of the second example of the conventional CMOS FET of FIG. Here, interdiffusion of impurities means that the respective impurities are mixed with each other by thermal diffusion. As illustrated in FIG. 4, the gate electrodes connected to each other include a polysilicon layer 319 including n-type impurities and a polysilicon layer 307 including n-type impurities. Therefore, when a dual gate (pn-type gate) is used to control the generation of a short channel effect of a transistor designed according to a design rule of 0.25 μm or less, impurities having n-type and p-type polarities at the gate electrode are subjected to heat treatment. Interdiffusion.

도 4의 종래 CMOS FET의 제 2 예를 제조하는 방법에 따른 네번째 문제점은 제조를 복잡하게 하는 두개의 포토레지스트사용공정이 필요하다는 것이다.A fourth problem with the method of fabricating the second example of the conventional CMOS FET of FIG. 4 is that two photoresist using processes are required to complicate the fabrication.

이는, 일반적으로, 0.25㎛이하의 디자인룰 또는 후속적으로 개발된 디자인룰에 따라 설계된 트랜지스터의 숏채널효과의 발생을 제어하기 위해서 듀얼게이트(pn형 게이트)가 이용된다는 사실로부터 비롯된다. 또한, 폴리사이드게이트가 이용되는 경우에는, 소오스 및 드레인에의 주입동작에 부가하여 각각의 게이트전극에 개별적으로 불순물들을 주입할 필요가 있다. 따라서, 두개의 별도의 포토레지스트 사용공정이 필요하다.This generally comes from the fact that dual gates (pn-type gates) are used to control the occurrence of short channel effects of transistors designed according to design rules of 0.25 μm or less or subsequently developed design rules. In addition, when a polyside gate is used, it is necessary to inject impurities into each gate electrode separately in addition to the injection operation into the source and drain. Therefore, two separate photoresist using processes are required.

다음에, 도 7a 내지 도 7f를 참조하여, 도 4의 종래의 CMOS FET의 제 2 예의 제조방법의 일예를 설명한다. 도 7a 내지 도 7b는 도 4의 종래의 CMOS FET의 제 2 예의 제조방법을 공정순으로 나타낸 것이다.Next, an example of a manufacturing method of the second example of the conventional CMOS FET of FIG. 4 will be described with reference to FIGS. 7A to 7F. 7A to 7B show a manufacturing method of a second example of the conventional CMOS FET of FIG.

먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, pMOS영역(323)상에 포토레지스트(353)이 형성된다. 다음에, 도 7b에 도시된 바와 같이, nMOS영역(321)의 폴리실리콘층(351)에 인(P)(355)등의 도펀트를 주입한다.First, as shown in FIG. 7A, a photoresist 353 is formed on the pMOS region 323. Next, as shown in FIG. 7B, a dopant such as phosphorus (P) 355 is implanted into the polysilicon layer 351 of the nMOS region 321.

다음에, 도 7c에 도시된 바와 같이, pMOS영역(323)상의 포토레지스트(353)가 제거되고, nMOS영역(321)상에 포토레지스트(357)가 형성된다. 다음에, 도 7d에 도시된 바와 같이, pMOS영역(323)의 폴리실리콘층(351)에, 예컨대 붕소등의 도펀트가 주입된다.Next, as shown in FIG. 7C, the photoresist 353 on the pMOS region 323 is removed, and a photoresist 357 is formed on the nMOS region 321. Next, as shown in FIG. 7D, a dopant such as boron is implanted into the polysilicon layer 351 of the pMOS region 323.

다음에, 도 7e에 도시된 바와 같이, nMOS영역(321)의 포토레지스트(357)가 제거되고, 다음에, 질화티타늄(TiN)층(321)과 텅스텐(WSi2)충(361)이 증착된다.Next, as shown in FIG. 7E, the photoresist 357 of the nMOS region 321 is removed, and then a titanium nitride (TiN) layer 321 and a tungsten (WSi 2 ) insect 361 are deposited. do.

마지막으로, 도 7f에 도시된 바와 같이, 증착된 층들은 패터닝되고 게이트전극(341)과 게이트전극(343)을 형성하여, CMOS FET을 제조한다.Finally, as shown in FIG. 7F, the deposited layers are patterned to form gate electrode 341 and gate electrode 343 to fabricate a CMOS FET.

상술한 바와 같이, 종래 CMOS FET의 제 2 예 제조공정에서, nMOS FET과 pMOS FET의 각각의 게이트에 주입되는 불순물은 서로 다르다. 따라서, 두개의 포토레지스트사용공정이 필요하다.As described above, in the manufacturing process of the second example of the conventional CMOS FET, the impurities injected into the respective gates of the nMOS FET and the pMOS FET are different from each other. Therefore, two photoresist using processes are required.

한편, 도 2에 도시된 바와 같은 매립채널형인 종래 CMOS FET의 제 2 예에서는 nn형 게이트를 이용한다. 이 nn형 게이트는 제조공정의 단순화에 유리하고, 상호확산의 발생과 붕소주입의 관통의 발생을 방지하는 데 우수하다. 그러나, pMOS FET이 매립채널형이라는 사실 때문에 숏채널효과의 발생을 제어하는 것이 어렵다.On the other hand, in the second example of the buried channel type conventional CMOS FET as shown in Fig. 2, an nn type gate is used. This nn type gate is advantageous in simplifying the manufacturing process and is excellent in preventing the occurrence of interdiffusion and penetration of boron injection. However, it is difficult to control the occurrence of the short channel effect because of the fact that the pMOS FET is a buried channel type.

요약하면, nMOS FET과 pMOS FET에서의 숏채널효과의 발생을 방지하는 것이 곤란하기 때문에, 0.25㎛이하의 디자인룰에 따라서 제조된 트랜지스터에서의 숏채널효과를 방지하기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같은 듀얼게이트(pn형 게이트)가 필요하다.In summary, since it is difficult to prevent the occurrence of the short channel effect in the nMOS FET and the pMOS FET, in order to prevent the short channel effect in a transistor manufactured according to a design rule of 0.25 mu m or less, as shown in FIG. Dual gate (pn type gate) is required.

따라서, 본 발명의 목적은 nMOS FET의 전류구동능력을 향상시켜 CMOS FET의 동작속도를 강화하고, 관통전류가 감소되어 소비전력을 저하시키며, CMOS FET제조공정단계를 단순화하는 CMOS FET과 그 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to improve the current driving capability of the nMOS FET to enhance the operation speed of the CMOS FET, reduce the through current to reduce the power consumption, and simplify the CMOS FET manufacturing process step. To provide.

도 1은 CMOS FET의 등가회로의 구성을 나타낸다.1 shows a configuration of an equivalent circuit of a CMOS FET.

도 2는 종래 CMOS FET의 제 1 예의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a first example of a conventional CMOS FET.

도 3은 도 2의 CMOS FET에서 발생된 채널의 기본적인 형상을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a basic shape of a channel generated in the CMOS FET of FIG. 2.

도 4는 종래의 CMOS FET의 제 2 예의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a second example of a conventional CMOS FET.

도 5는 도 4에 도시된 CMOS FET에서 발생된 채널의 기본적인 형상을 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a basic shape of a channel generated in the CMOS FET shown in FIG. 4.

도 6a 및 도 6b는 도 4의 CMOS FET의 동작특성을 나타내는 그래프이다.6A and 6B are graphs illustrating operation characteristics of the CMOS FET of FIG. 4.

도 7a 내지 7e는 종래 CMOS FET을 제조하는 공정순서의 단계를 나타내는 도면이다.7A to 7E are diagrams showing the steps of a process procedure for manufacturing a conventional CMOS FET.

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 CMOS FET의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of a CMOS FET according to a first embodiment of the present invention.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 도 8의 CMOS FET제조방법 또는 제조공정순서를 나타내는 도면이다.9A to 9C are diagrams illustrating a CMOS FET manufacturing method or a manufacturing process sequence of FIG. 8 according to the first embodiment of the present invention.

도 10a 및 도 10b는 도 8의 CMOS FET의 특성을 나타내는 그래프이다.10A and 10B are graphs illustrating characteristics of the CMOS FET of FIG. 8.

도 11은 도 8의 CMOS FET에서 발생되는 채널의 기본적인 형상을 나타내는 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating a basic shape of a channel generated in the CMOS FET of FIG. 8.

도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 CMOS FET의 구성을 나타내는 도면이다.12 is a diagram showing the configuration of a three-dimensional CMOS FET according to the second embodiment of the present invention.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of symbols for main parts of drawing

100 : 실리콘기판105 : P+확산층100: silicon substrate 105: P + diffusion layer

107,119,707,719 : 폴리실리콘층109,709 : 질화티타늄층107,119,707,719 Polysilicon layer 109,709 Titanium nitride layer

113 : 소자분리막115,715 : 실리콘이산화막113 device isolation film 115,715 silicon dioxide film

117 : n-확산층121,771 : nMOS영역117: n - diffusion layer 121,771: nMOS region

123,770 : pMOS영역131,133,731,733 : 텅스텐층123,770: pMOS region 131,133,731,733: tungsten layer

141,143,741,743 : 게이트전극500 : p형 웰141, 143, 741, 743: gate electrode 500: p-type well

501 : n형 웰501 n-type well

본 발명의 일면에 따르면, CMOS FET은 각각 적어도 p형 불순물로 주입된 폴리실리콘층을 갖는 게이트전극들을 구비한다.According to one aspect of the invention, CMOS FETs comprise gate electrodes each having a polysilicon layer implanted with at least p-type impurities.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, CMOS FET제조방법은 실리콘기판상에 소자분리막과 웰을 형성하는 소자분리막/웰형성단계와, 상기 소자분리막 및 웰상에 게이트전극들의 일부분이 되는 폴리실리콘층을 형성하는 폴리실리콘형성단계와, 그리고 상기 폴리실리콘층이 형성된 기판위에 p형 불순물을 주입하는 붕소주입단계를 구비한다. 이 방법의 실시예는 도 9a 내지 도 9c에 도시되어 있다.According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a CMOS FET includes a device isolation film / well forming step of forming a device isolation film and a well on a silicon substrate, and forming a polysilicon layer that becomes a part of gate electrodes on the device isolation film and the well. And a boron injection step of injecting a p-type impurity onto the substrate on which the polysilicon layer is formed. An embodiment of this method is shown in FIGS. 9A-9C.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 3차원 CMOS FET은 각각 폴리실리콘층에 주입된 p형 불순물을 함유하는 게이트전극을 구비하는 제 1 nMOS FET 및 제 1 pMOS FET과, 상기 제 1 nMOS FET위에 형성된 제 2 pMOS FET과, 그리고 상기 제 1 pMOS FET위에 형성된 제 2 nMOS FET을 구비하고, 상기 제 1 nMOS FET의 n-확산층은 상기 제 2 pMOS FET의 p+확산층과 상호연결되고 상기 제 1 pMOS FET의 p+확산층은 상기 제 2 nMOS FET의 n-확산층과 상호연결된다. 이 3차원 CMOS FET의 실시예는 도 12에 도시되어 있다.According to another aspect of the present invention, a three-dimensional CMOS FET is formed on the first nMOS FET and the first pMOS FET each having a gate electrode containing a p-type impurity implanted in a polysilicon layer, and formed on the first nMOS FET A second pMOS FET and a second nMOS FET formed over the first pMOS FET, wherein an n diffusion layer of the first nMOS FET is interconnected with a p + diffusion layer of the second pMOS FET and is connected to the first pMOS FET The p + diffusion layer of is interconnected with the n diffusion layer of the second nMOS FET. An embodiment of this three-dimensional CMOS FET is shown in FIG.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 3차원 CMOS FET제조방법은 각각의 게이트전극이 폴리실리콘층에 주입된 p형 불순물을 함유하는 제 1 nMOS FET 및 제 1 pMOS FET을 형성하기 위한 제 1 형성단계와, 상기 제 1 형성단계에서 형성된 전체구조위에 절연막을 증착하는 증착단계와, 상기 제 1 형성단계에서 형성된 제 1 nMOS FET위에 제 2 pMOS FET을 형성하고 상기 제 1 형성단계에서 형성된 제 1 pMOS FET위에 제 2 nMOS FET을 형성하는 제 2 형성단계와, 그리고 상기 제 1 nMOS FET의 n-확산층을 상기 제 2 pMOS FET의 p+확산층과 상호연결하고 상기 제 1 pMOS FET의 p+확산층을 상기 제 2 nMOS FET의 n-확산층과 상호연결하는 상호연결단계를 구비한다.According to another aspect of the present invention, a three-dimensional CMOS FET manufacturing method is a first forming step for forming a first nMOS FET and a first pMOS FET each gate electrode containing a p-type impurity implanted in a polysilicon layer And a deposition step of depositing an insulating film over the entire structure formed in the first forming step, and forming a second pMOS FET on the first nMOS FET formed in the first forming step and forming the first pMOS FET in the first forming step. Forming a second nMOS FET thereon, and interconnecting an n diffusion layer of the first nMOS FET with a p + diffusion layer of the second pMOS FET and connecting a p + diffusion layer of the first pMOS FET; An interconnect step of interconnecting the n diffusion layer of the 2 nMOS FET.

본 발명의 상술한 및 여타의 목적, 특징, 그리고 장점들은 첨부도면을 참조한 하기의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.

제 1 실시예First embodiment

본 발명의 제 1 실시예에 따른 CMOS FET을 첨부도면을 참조하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 CMOS FET의 단면도를 나타낸다. 도 8에 도시된 CMOS FET은 0.25이하의 디자인룰에 근거하여 제조된 것으로 가정한다.A CMOS FET according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 8 is a sectional view of a CMOS FET according to a first embodiment of the present invention. It is assumed that the CMOS FET shown in Fig. 8 is manufactured based on the design rule of 0.25 or less.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 CMOS FET은 매립채널형의 nMOS영역(121)과 표면채널형의 pMOS영역(123)으로 이루어진다. 두개의 p+확산층(105), 두개의 n-확산층(117), 그리고 소자분리산화막인 소자분리막(SiO2)(113)이 모두 실리콘(Si)기판(100)상에 형성된다. P+확산층(105)과 n-확산층(117)은 각각 pMOS FET의 소오스 및 드레인영역 그리고 nMOS FET의 소오스 및 드레인영역으로 된다.As shown in FIG. 8, the CMOS FET according to the embodiment of the present invention includes an buried channel type nMOS region 121 and a surface channel type pMOS region 123. Two p + diffusion layers 105, two n diffusion layers 117, and an isolation layer (SiO 2 ) 113, which is an isolation layer, are all formed on the silicon (Si) substrate 100. The P + diffusion layer 105 and the n diffusion layer 117 become source and drain regions of the pMOS FET and source and drain regions of the nMOS FET, respectively.

또한, 실리콘기판(100)상에 각각 게이트산화막이 되는 실리콘이산화막(115)이 형성된다. 상기 각각의 실리콘이산화막(115)상에 게이트전극(141)과 게이트전극(143)이 형성된다.In addition, silicon dioxide films 115 are formed on the silicon substrate 100 to be gate oxide films, respectively. Gate electrodes 141 and gate electrodes 143 are formed on the silicon dioxide films 115.

게이트전극(141)은 폴리실리콘층(119)과, 질화티타늄(TiN)층(109)과, 텅스텐(WSi2)층(131)으로 이루어진다. 폴리실리콘층(119)에는, 예컨대, 붕소등의 도펀트가 주입되어, 이 층(119)이 p형의 극성으로 된다.The gate electrode 141 includes a polysilicon layer 119, a titanium nitride (TiN) layer 109, and a tungsten (WSi 2 ) layer 131. A dopant such as boron is injected into the polysilicon layer 119, for example, and the layer 119 is of p-type polarity.

게이트전극(143)은, 폴리실리콘층(107)과, 질화티타늄층(109)과, 그리고 텅스텐(WSi2)층(133)으로 이루어진다. 폴리실리콘층(107)에는, 에컨대, 붕소등의 도펀트가 주입되어, 이 층(107)이 p형의 극성으로 된다.The gate electrode 143 is composed of a polysilicon layer 107, a titanium nitride layer 109, and a tungsten (WSi 2 ) layer 133. For example, a dopant such as boron is injected into the polysilicon layer 107, and the layer 107 becomes a p-type polarity.

상술한 게이트전극(141,143)에 주입되는 붕소주입의 바람직한 농도는 대략 5×1019㎝-3이상이거나 1×1021㎝-3이하이다.The preferred concentration of the boron implant to be injected into the above-described gate electrode (141 143) is approximately more than 5 × 1019㎝ -3 or 1 × 1021㎝ -3 or less.

요약하면, 도 8에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 CMOS FET은 0.25㎛이하의 디자인룰에 근거하여 형성되고, 게이트전극부분으로서 각각의 폴리실리콘층(119,107)을 포함하는 nMOS FET(121)과 pMOS FET(123)가 조합된 형태를 가지며, 이 게이트전극들의 폴리실리콘층에는 붕소주입이 주입되는 특징을 갖는다.In summary, the CMOS FET according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 8 is formed based on a design rule of 0.25 μm or less, and includes an nMOS FET including the respective polysilicon layers 119 and 107 as the gate electrode portion. 121 and the pMOS FET 123 are combined, and boron injection is injected into the polysilicon layers of the gate electrodes.

다음에, 도 9a 내지 도 9c를 참조하여 본 발명에 따른 CMOS FET 제조방법을 설명한다.Next, a method for manufacturing a CMOS FET according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9A to 9C.

도 9a 내지 도 9c는 도 8에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 CMOS FET제조를 위한 공정순서의 단계를 나타낸다.9A to 9C show the steps of the process sequence for manufacturing a CMOS FET according to the embodiment of the present invention shown in FIG.

도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 CMOS FET 제조방법에 있어서, 0.25㎛이하의 디자인룰에 근거하여 설계되고, 게이트전극의 일부분으로서 폴리실리콘층을 구비하며, 초기에 소자분리막(SiO2)(113)과 웰들(500,501)이 형성된다. 여기에서, 웰들(500,501)은 각각 p형과 n형이다. 다음에, 게이트산화막인 게이트이산화막(SiO2)(115)과 게이트전극의 일부인 폴리실리콘막(151)이 형성되고, 다음에, 기판(100)의 전면에 붕소를 주입한다.(도 9a참조)9A to 9C, in the method of manufacturing a CMOS FET according to the present invention, it is designed based on a design rule of 0.25 탆 or less, and has a polysilicon layer as part of a gate electrode, and initially an element isolation film. (SiO 2 ) 113 and wells 500 and 501 are formed. Here, the wells 500 and 501 are p-type and n-type, respectively. Next, a gate dioxide film (SiO 2 ) 115 as a gate oxide film and a polysilicon film 151 as part of the gate electrode are formed, and then boron is implanted into the entire surface of the substrate 100 (see FIG. 9A).

질화티타늄(TiN)층등의 배리어층(163)과 텅스텐(WSi2)층등의 실리사이드층(161)이 순서대로 형성된다.(도 9b참조)A barrier layer 163, such as a titanium nitride (TiN) layer, and a silicide layer 161, such as a tungsten (WSi 2 ) layer, are formed in this order (see FIG. 9B).

다음에, 이 형성된 층들이 패터닝되어 게이트전극(141,143)을 형성한다. 소오스 및 드레인영역이 n-확산층(117)과 P+확산층(105)에 형성된다. 다음에, 불순물활성화를 위해 열처리를 수행함으로써 트랜지스터가 형성된다.(도 9c참조)Next, the formed layers are patterned to form gate electrodes 141 and 143. Source and drain regions are formed in the n diffusion layer 117 and the P + diffusion layer 105. Next, a transistor is formed by performing heat treatment for impurity activation (see Fig. 9C).

상술한 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 폴리사이드게이트전극을 갖는 CMOS FET에서, 매립채널형의 nMOS FET에는 웰(500)이 형성되고, 반면, 표면채널형의 pMOS FET에는 웰(501)이 형성된다.The manufacturing method mentioned above is demonstrated in more detail. As shown in FIG. 9A, in a CMOS FET having a polyside gate electrode, a well 500 is formed in a buried channel type nMOS FET, while a well 501 is formed in a surface channel type pMOS FET.

다음에 CMOS FET은, 붕소등의 확산계수가 큰 불순물을 nMOS FET 및 pMOS FET의 게이트전극의 폴리실리콘층에 분포시켜, 게이트전극을 P형으로 하는 방식으로 제조된다. 도 9a 내지 도 9c에 도시된 제조방법에서는 게이트전극에 주입되는 불순물이 단지 하나의 종류만 이용되기 때문에, 레지스트공정이 생략될 수 있다.Next, the CMOS FET is manufactured by dispersing impurities having a large diffusion coefficient such as boron in the polysilicon layers of the gate electrodes of the nMOS FET and the pMOS FET, so that the gate electrode is made P-type. In the manufacturing method shown in FIGS. 9A to 9C, since only one type of impurities injected into the gate electrode is used, the resist process may be omitted.

다음에, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 도 8의 CMOS FET의 동작을 설명한다. 도 10a는 도 8의 CMOS FET의 출력전압과 드레인전류의 관계를 나타내고, 도 10b는 입력전압, 출력전압, 그리고 관통전류의 관계를 나타낸다. 출력전압, 입력전압, 그리고 관통전류의 정의는 도 1에서 정의된 것과 동일하다.Next, the operation of the CMOS FET of FIG. 8 will be described with reference to FIGS. 10A and 10B. FIG. 10A illustrates a relationship between an output voltage and a drain current of the CMOS FET of FIG. 8, and FIG. 10B illustrates a relationship between an input voltage, an output voltage, and a through current. The definition of output voltage, input voltage, and through current is the same as defined in FIG.

예전의 디자인룰이 이용되는 경우, 게이트산화막은 두껍고, 붕소주입의 관통은 일어나지 않는다. 따라서, nMOS FET 및 pMOS FET은 도 10a의 실선으로 도시된 바와 같이 동작한다. 관통전류는 도 10b의 실선으로 도시된다.When the previous design rule is used, the gate oxide film is thick, and boron injection does not occur. Thus, the nMOS FET and pMOS FET operate as shown by the solid line in FIG. 10A. The through current is shown by the solid line in FIG. 10B.

한편, 0.25㎛이하에 근거한 디자인룰에 따르면, 게이트산화막은 얇다.(6㎚이하) 이 경우에, 붕소주입의 관통이 일어난다. 본 발명의 nMOS FET와 pMOS FET의 게이트전극은 모두 붕소주입을 포함하기 때문에, 이 트랜지스터들에서 붕소주입의 관통이 일어난다. 이는 출력전압-드레인전류관계를 도 10a의 점선으로 도시된 바와 같이 변화시키고, 관통전류는 도 10b의 점선으로 도시된 바와 같이 변화된다.On the other hand, according to the design rule based on 0.25 mu m or less, the gate oxide film is thin (6 nm or less). In this case, boron implantation occurs. Since the gate electrodes of the nMOS FET and the pMOS FET of the present invention both contain boron implantation, boron implantation occurs in these transistors. This changes the output voltage-drain current relationship as shown by the dotted line in Fig. 10A, and the through current is changed as shown by the dotted line in Fig. 10B.

다시말하면, 도 8의 본 발명의 실시예의 CMOS FET에 따르면, 붕소주입의 관통이 발생하더라도, 관통전류의 증가가 제어될 수 있다. 이는 nMOS FET 및 pMOS FET의 양 문턱치가 동시에 변화한다는 사실에서 비롯된다.(도 10a에 도시된 각각의 pMOS FET과 nMOS FET의 온상태특성 참조)In other words, according to the CMOS FET of the embodiment of the present invention of Fig. 8, even though the boron implantation occurs, the increase in the penetration current can be controlled. This is due to the fact that both thresholds of the nMOS FET and pMOS FET change at the same time (see the on-state characteristics of each pMOS FET and nMOS FET shown in Figure 10a).

또한, 상술한 본 발명에 따른 CMOS FET 제조방법에 따르면, nMOS FET과 pMOS FET의 게이트전극에 사용하는 불순물이 단지 한 종류(붕소)이다. 따라서, 단지 붕소만이 게이트전극에 주입되는 불순물로서 필요하다. 이는 도 4의 듀얼게이트 CMOS FET에서 사용되는 공정순서에서 2단계의 레지스트 사용공정을 감소시켜, 그 제조공정을 단순하게 한다.In addition, according to the CMOS FET manufacturing method according to the present invention described above, only one type (boron) is used for the gate electrodes of the nMOS FET and the pMOS FET. Therefore, only boron is needed as an impurity injected into the gate electrode. This reduces the two-step resist use process in the process sequence used in the dual gate CMOS FET of FIG. 4, simplifying the manufacturing process.

본 발명은 상술한 실시예의 구조에 제한되지 않고, 본 발명의 사상과 요지내에서 다양한 변화와 수정이 가능하다.The present invention is not limited to the structure of the above-described embodiment, and various changes and modifications are possible within the spirit and the gist of the present invention.

특히, 본 발명에 따르면, 게이트전극은 게이트절연막상의 각각의 폴리실리콘층을 포함하고, 이 폴리실리콘층에는 p형 불순물(붕소)이 분포된다. 따라서, 폴리실리콘층에 또는 그 위에 형성된 구조는 텅스텐(WSi2)층, 티타늄실리사이드층, 질화티타늄(TiN)층, 또는 다른 관련물질로 이루어 질 수 있다.In particular, according to the present invention, the gate electrode includes respective polysilicon layers on the gate insulating film, and p-type impurities (boron) are distributed in the polysilicon layer. Thus, the structure formed on or on the polysilicon layer may be made of a tungsten (WSi 2 ) layer, a titanium silicide layer, a titanium nitride (TiN) layer, or other related materials.

제 2 실시예Second embodiment

이상에서는, 도 8, 도 9a 내지 도 9c, 도 10a 및 도 10b, 그리고 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 2차원 구조의 CMOS FET과 그 제조방법을 설명하였다. 여기에서는, 도 12를 참조하여 2차원 구조의 CMOS FET을 이용하는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 구조의 CMOS FET을 설명한다. 도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 CMOS FET의 형상을 나타내는 공정단면도이다.In the above, the two-dimensional CMOS FET and the method of manufacturing the same according to the present invention have been described with reference to FIGS. 8, 9A to 9C, 10A and 10B, and FIG. 11. Here, a three-dimensional CMOS FET according to a second embodiment of the present invention using a two-dimensional CMOS FET will be described with reference to FIG. 12 is a process cross-sectional view showing the shape of the three-dimensional CMOS FET according to the second embodiment of the present invention.

도 12에서, 도 8과 동일한 요소에는 동일한 참조부호로 표시한다.In Fig. 12, the same elements as those in Fig. 8 are denoted by the same reference numerals.

도 12에서, 실리콘기판(100)상에 nMOS영역(121)과 pMOS영역(123)을 구비하는 구조는 도 8과 동일하고, 도 12에서의 nMOS영역(121)은, 폴리실리콘층(119), 질화티타늄(TiN)층(109), 텅스텐(WSi2)층(131), 게이트이산화막(SiO2)(115)을 포함하는 게이트전극(141)과, p형 웰(500), 그리고 n-확산층(117)으로 이루어지며, pMOS영역(123)은, 폴리실리콘층(107), 질화티타늄(TiN)층(109), 텅스텐(WSi2)층(133), 게이트이산화막(SiO2)(115)을 포함하는 게이트전극(143)과, n형 웰(501), 그리고 p-확산층(105)으로 이루어진다. 폴리실리콘층(119,107)에 붕소등의 도펀트가 주입되어 p형이 된다. 이 구조는 도 9a 내지 도 9c에 도시된 공정순서에 따라서 제조된다.In FIG. 12, the structure including the nMOS region 121 and the pMOS region 123 on the silicon substrate 100 is the same as that of FIG. 8, and the nMOS region 121 in FIG. 12 is a polysilicon layer 119. , A gate electrode 141 including a titanium nitride (TiN) layer 109, a tungsten (WSi 2 ) layer 131, a gate dioxide film (SiO 2 ) 115, a p-type well 500, and n The pMOS region 123 is formed of a diffusion layer 117, and includes a polysilicon layer 107, a titanium nitride (TiN) layer 109, a tungsten (WSi 2 ) layer 133, and a gate dioxide layer (SiO 2 ) 115. And a gate electrode 143, an n-type well 501, and a p diffusion layer 105. Dopants such as boron are injected into the polysilicon layers 119 and 107 to form a p-type. This structure is manufactured according to the process sequence shown in Figs. 9A to 9C.

이 구조가 제조된 후, 전면에 PSG(phosphor-silicate glass)층(740) 또는 다른 절연체가 증착된다. 이 층상에, nMOS영역(121)과 pMOS영역(123)위로 각각 pMOS영역(770)과 nMOS영역(771)이 형성된다. pMOS영역(770)은 실리콘질화막(720) 또는 그 밖의 절연체, P+확산층(717)과 n-확산층(791), 그리고 게이트전극(741)으로 이루어진다. 여기에서, 게이트전극(741)은 폴리실리콘층(719), 질화티타늄(TiN)층(709), 텅스텐(WSi2)층(731), 게이트이산화막(SiO2)(715)으로 형성된다. 한편, nMOS영역(771)은 실리콘질화막(721) 또는 그 밖의 절연체, n-확산층(705)과 P+확산층(780), 그리고 게이트전극(743)으로 이루어진다. 여기에서, 게이트전극(743)은 폴리실리콘층(707), 질화티타늄(TiN)층(709), 텅스텐(WSi2)층(733), 게이트이산화막(SiO2)(715)으로 형성된다. 폴리실리콘층(719,707)에 붕소등의 도펀트가 주입되어 p형이 된다.After this structure is fabricated, a PSG (phosphor-silicate glass) layer 740 or other insulator is deposited on the front. On this layer, a pMOS region 770 and an nMOS region 771 are formed over the nMOS region 121 and the pMOS region 123, respectively. The pMOS region 770 is formed of a silicon nitride film 720 or other insulator, a P + diffusion layer 717 and an n diffusion layer 791, and a gate electrode 741. The gate electrode 741 is formed of a polysilicon layer 719, a titanium nitride (TiN) layer 709, a tungsten (WSi 2 ) layer 731, and a gate dioxide film (SiO 2 ) 715. The nMOS region 771 is formed of a silicon nitride film 721 or other insulator, an n diffusion layer 705 and a P + diffusion layer 780, and a gate electrode 743. Here, the gate electrode 743 is formed of a polysilicon layer 707, a titanium nitride (TiN) layer 709, a tungsten (WSi 2 ) layer 733, and a gate dioxide film (SiO 2 ) 715. Dopants such as boron are implanted into the polysilicon layers 719 and 707 to form a p-type.

도 12의 구조에서 분명한 바와 같이, 게이트전극(741,743)의 구조는 게이트전극(141,143)과 동일하다. 따라서, 게이트전극(741,743)을 제조하기 위해서는, 도 9a 내지 도 9c에 도시된 것과 동일한 공정단계가 이용될 수 있다.As is apparent from the structure of Fig. 12, the structures of the gate electrodes 741 and 743 are the same as the gate electrodes 141 and 143. Therefore, in order to manufacture the gate electrodes 741 and 743, the same process steps as those shown in FIGS. 9A to 9C may be used.

nMOS영역(121)의 드레인(n+확산층(117)중의 하나)과 pMOS영역(770)의 소오스(P+확산층(717)중의 하나)가 알루미늄배선 또는 다른 금속배선으로 서로 상호연결되고, 반면, nMOS영역(771)의 드레인(n+확산층(705)중의 하나)과 pMOS영역(123)의 소오스(P+확산층(105)중의 하나)가 알루미늄배선 또는 다른 금속배선으로 서로 상호연결된다. nMOS영역(121)의 소오스(n+확산층(117)중의 다른 하나)와, pMOS영역(770)의 드레인(P+확산층(717)중의 다른 하나)과, nMOS영역(771)의 소오스(n+확산층(705)중의 다른 하나)와, 그리고 pMOS영역(123)의 드레인(P+확산층(105)중의 하나)은 각각 동일한 기판(100)에 제조된 다른 소자들(미도시)과, 각 알루미늄배선 또는 다른 금속배선을 통해 독립적으로 상호연결된다. 상술한 방식으로, nMOS영역(121)과 pMOS영역(770)은 하나의 CMOS소자를 형성한다. pMOS영역(123)과 nMOS영역(771)은 또한 또다른 CMOS소자를 형성한다.The drain of the nMOS region 121 (one of the n + diffusion layers 117) and the source of the pMOS region 770 (one of the P + diffusion layers 717) are interconnected with each other with aluminum wiring or other metal wiring, The drain of the nMOS region 771 (one of the n + diffusion layers 705) and the source of the pMOS region 123 (one of the P + diffusion layers 105) are interconnected with each other by aluminum wiring or other metal wiring. The source of the nMOS region 121 (the other one of the n + diffusion layers 117), the drain of the pMOS region 770 (the other one of the P + diffusion layers 717), and the source (n + of the nMOS region 771). The other one of the diffusion layers 705), and the drain of the pMOS region 123 (one of the P + diffusion layers 105) are each made of other elements (not shown) manufactured on the same substrate 100, and each aluminum wiring. Or independently interconnected via other metallization. In the above-described manner, the nMOS region 121 and the pMOS region 770 form one CMOS element. The pMOS region 123 and nMOS region 771 also form another CMOS element.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 CMOS소자의 제조공정에서, 상부 트랜지스터를 제조하기 위하여 수행되는 열처리가 붕소주입이 관통하는 상술한 숏채널효과의 발생을 더욱 심하게 야기하기 때문에, 본 발명에 따른 3차원구조의 CMOS FET과 그 제조방법은 이러한 문제를 해결한다.In the manufacturing process of the three-dimensional CMOS device according to the second embodiment of the present invention, since the heat treatment performed to manufacture the upper transistor causes the occurrence of the above-described short channel effect through which boron injection penetrates more seriously, The three-dimensional CMOS FET and its manufacturing method solve this problem.

바람직한 실시예를 들어 본 발명을 설명하였지만, 본 발명에 포함되는 특징은 특정한 실시예들에 제한되지 않는다는 것은 분명하다. 반면, 본 발명은 첨부된 청구항의 사상과 범위내에서의 모든 변화와 수정, 그리고 동일한 것을 포함한다.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, it is clear that features included in the present invention are not limited to the specific embodiments. On the contrary, the invention includes all changes, modifications, and equivalents within the spirit and scope of the appended claims.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다음과 같은 유리한 효과과 제공된다는 것은 분명하다.As described above, it is clear that according to the present invention, the following advantageous effects are provided.

첫번째 효과는 소비전력이 감소된 CMOS FET과 그 제조방법이 제공된다는 것이다. 이는, CMOS FET의 nM0S FET와 pMOS FET에서 붕소주입의 관통이 발생하더라도, nMOS FET와 pMOS FET의 문턱치가 동시에 거의 동일한 방식으로 변화하기 때문이다.The first effect is that a CMOS FET with reduced power consumption and a method of manufacturing the same are provided. This is because even though boron implantation is penetrated in the nM0S FET and the pMOS FET of the CMOS FET, the thresholds of the nMOS FET and the pMOS FET simultaneously change in almost the same manner.

다시말하면, CMOS FET의 관통전류를 제어하는 것은 소비전력을 감소시킬 수 있다. 특히, 0.25㎛의 디자인룰에 따라 제조된 트랜지스터는 6㎚이하의 얇은 게이트산화막을 갖기 때문에, 붕소주입의 관통이 쉽게 발생한다. 따라서, 본 발명에 따라서 CMOS FET의 소비전력의 감소는 종래의 트랜지스터보다 월등하게 크다.In other words, controlling the through current of the CMOS FET can reduce power consumption. In particular, since the transistor manufactured according to the design rule of 0.25 mu m has a thin gate oxide film of 6 nm or less, penetration of boron injection easily occurs. Therefore, according to the present invention, the reduction in power consumption of the CMOS FET is significantly larger than that of conventional transistors.

예를들면, 도 4의 종래의 듀얼게이트형 CMOS FET(pn형 게이트)에 따르면, 붕소주입의 관통은 실리콘기판에서의 불순물농도를 변화시킨다. 이는 pMOS FET만의 문턱치를 변화시키고,(도 6a참조), 큰 관통전류가 흐르게 한다.(도 6b참조)For example, according to the conventional dual gate type CMOS FET (pn type gate) of Fig. 4, the penetration of boron injection changes the impurity concentration in the silicon substrate. This changes the threshold of the pMOS FET only (see Figure 6a) and allows a large through current to flow (see Figure 6b).

한편, 본 발명에 근거한 CMOS FET에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이, 붕소등의 p형 불순물이 nMOS FET과 pMOS FET에 주입되기 때문에, 양 트랜지스터에 붕소주입의 관통이 쉽게 일어난다. 또한, nMOS FET와 pMOS FET의 문턱치가 동일한 방식으로 변화하기 때문에(도 10a참조), CMOS FET의 관통전류가 제어될 수 있을 뿐 아니라 소비전력이 저감될 수 있다.(도 10b참조)On the other hand, according to the CMOS FET according to the present invention, as shown in Fig. 8, since the p-type impurities such as boron are injected into the nMOS FET and the pMOS FET, boron injection easily occurs in both transistors. In addition, since the thresholds of the nMOS FET and the pMOS FET change in the same manner (see FIG. 10A), the through current of the CMOS FET can be controlled as well as the power consumption can be reduced (see FIG. 10B).

두번째 효과는 또 다른 CMOS FET을 고속으로 구동시킬 수 있는 큰 구동능력을 갖는 CMOS FET과 그 제조방법이 제공된다는 것이다. 이는 붕소가 높은 확산계수를 가지기 때문에 nMOS FET의 게이트전극이 붕소주입을 균일하게 포함할 수 있고, nMOS FET의 채널이 기판에 매립되어(도 11참조), CMOS FET이 높은 캐리어 이동도를 제공한다는 사실에서 비롯된다.The second effect is that a CMOS FET having a large driving ability to drive another CMOS FET at high speed and a method of manufacturing the same are provided. This suggests that since boron has a high diffusion coefficient, the gate electrode of the nMOS FET can contain boron implantation uniformly, and the channel of the nMOS FET is embedded in the substrate (see FIG. 11), giving the CMOS FET high carrier mobility. It comes from the facts.

반대로, 0.25㎛이하의 디자인룰을 근거로 제조된 트랜지스터의 숏채널효과를 제어하는 도 4에 도시된 종래의 듀얼게이트형(pn형 게이트) CMOS FET에 따르면, 게이트전극의 폴리실리콘층의 불순물로 사용되는 인과 붕소의 확산계수가 서로 다르기 때문에, 트랜지스터의 게이트들의 공핍화의 발생을 제어하기가 어렵다.On the contrary, according to the conventional dual gate type (pn type gate) CMOS FET shown in FIG. 4 which controls the short channel effect of a transistor manufactured based on a design rule of 0.25 μm or less, impurities of the polysilicon layer of the gate electrode are used. Since the diffusion coefficients of phosphorus and boron used are different, it is difficult to control the occurrence of depletion of the gates of the transistor.

본 발명에 따르면, 붕소등의 확산계수가 높은 불순물이 nMOS FET 및 pMOS FET의 게이트전극에 사용되기 때문에(도 8참조), 게이트전극의 공핍화를 충분하게 억제하는 것이 용이이다.According to the present invention, since impurities having a high diffusion coefficient such as boron are used for the gate electrodes of the nMOS FET and the pMOS FET (see Fig. 8), it is easy to sufficiently suppress the depletion of the gate electrode.

이러한 형상으로, 붕소주입은 관통을 허용할 수 있다. 본 발명에 따르면, nMOS FET이 매립채널형이기때문에, 전류구동능력이 높다. 이는 고속으로 동작하는 CMOS FET을 제조하는 경우에 유리하다.With this shape, boron injection can allow penetration. According to the present invention, since the nMOS FET is a buried channel type, the current driving capability is high. This is advantageous when manufacturing a CMOS FET that operates at high speed.

세번째 효과는, nMOS FET과 pMOS FET의 각각의 게이트전극의 불순물극성이 동일하기 때문에 nMOS FET과 pMOS FET의 게이트전극내의 불순물의 상호확산이 발생하지 않는 CMOS FET 및 그 제조방법을 제공된다는 것이다.(도 8참조)A third effect is to provide a CMOS FET and a method of manufacturing the same, in which the impurity polarities of the gate electrodes of the nMOS FET and the pMOS FET are the same, so that interdiffusion of impurities in the gate electrodes of the nMOS FET and the pMOS FET does not occur. See Figure 8)

이는 동일한 극성의 불순물이 혼합되더라도 서로 중화되지 않고 상호확산이 발생하지 않는다는 사실에서 비롯된다.This is due to the fact that even if impurities of the same polarity are mixed, they are not neutralized with each other and no interdiffusion occurs.

네번째 효과는 간단한 제조공정을 통해서 용이하게 제조될 수 있는 CMOS FET이 제공된다는 것이다. 이는 nMOS FET과 pMOS FET의 게이트전극에 사용되는 불순물이 붕소등의 단지 1종류의 불순물이기 때문에, 적어도, 듀얼게이트형 CMOS FET제조를 위한 전체 공정에서 레지스트를 사용하는 2단계의 공정이 감소될 수가 있다는 사실에서 비롯된다.The fourth effect is that a CMOS FET is provided that can be easily manufactured through a simple manufacturing process. This is because the impurity used for the gate electrodes of the nMOS FET and the pMOS FET is only one kind of impurity such as boron, so that at least, the two-step process using the resist can be reduced in the entire process for manufacturing the dual-gate CMOS FET. It comes from the fact that there is.

일반적으로, 0.25㎛이하의 디자인룰을 근거로 제조된 트랜지스터의 숏채널효과의 발생을 제어하기 위하여 종래의 CMOS FET은 듀얼게이트(pn형 게이트)를 이용한다.(도 4참조) 폴리사이드게이트를 사용하는 것은 소오스 및 드레인에 불순물을 주입하는 단계에 부가하여 게이트전극에 불순물을 주입하는 별도의 단계를 요구한다. 그 결과, 레지스트를 사용하는 2개의 별도공정이 필요해진다.(도 7a 내지 도 7f참조) 한편, 본 발명에 따르면, pp형 게이트가 사용되고, 게이트전극 전체에 붕소주입이 행해지기 때문에, 레지스트를 사용하는 공정이 불필요하다.(도 9a 내지 도 9c참조)In general, the conventional CMOS FET uses a dual gate (pn-type gate) to control the occurrence of a short channel effect of a transistor manufactured based on a design rule of 0.25 mu m or less. (See FIG. 4) A polyside gate is used. In addition to the step of injecting impurities into the source and the drain, a separate step of injecting impurities into the gate electrode is required. As a result, two separate processes using a resist are required (see FIGS. 7A to 7F). On the other hand, according to the present invention, since a pp-type gate is used and boron injection is performed to the entire gate electrode, a resist is used. It is unnecessary to make a step. (See FIGS. 9A to 9C.)

다섯번째 효과는 숏채널효과의 제어에 관한 것이다. 본 발명에 따른 CMOS FET는 매립채널형 nMOS FET을 구비한다. 그러나, 소오스 및 드레인의 확산영역에 주입되는 불순물로서 아세닉(As) 또는 인(P)이 사용되어 프로파일의 제어를 용이하게 수행할 수 있기 때문에, 숏채널효과의 발생이 억제될 수 있다.The fifth effect relates to the control of the short channel effect. The CMOS FET according to the present invention includes a buried channel type nMOS FET. However, since acenic (As) or phosphorus (P) is used as an impurity to be injected into the diffusion regions of the source and the drain, the control of the profile can be easily performed, so that the occurrence of the short channel effect can be suppressed.

여기에서, 프로파일제어는 소오스 및 드레인에 주입된 불순물의 분포프로파일에 필요한 형상으로 형성하는 것을 나타낸다. 아세닉(As) 또는 인(P)등의 물질이 이용될 경우에, 질량이 무겁고, 확산하기가 어렵기 때문에, 이 프로파일제어가 용이하게 된다.Here, the profile control indicates that the profile control is formed in a shape necessary for the distribution profile of the impurities injected into the source and the drain. In the case where a substance such as an Asic or Phosphorus is used, the profile is easy because the mass is heavy and difficult to diffuse.

nMOS FET의 확산층에 이용되는 불순물이 아세닉 또는 인이기 때문에, 정교한 형상의 소오스 및 드레인이 형성된다.Since the impurity used in the diffusion layer of the nMOS FET is either cyclic or phosphorous, an elaborate source and drain are formed.

한편, pMOS FET의 확산층에 이용되는 불순물은 붕소이고, 그 질량이 가볍고, 열처리에 의해 수평방향과 깊이 방향으로 확산하기 때문에, 넓은 형태의 소오스 및 드레인이 형성된다.On the other hand, the impurity used in the diffusion layer of the pMOS FET is boron, and its mass is light and diffuses in the horizontal direction and the depth direction by heat treatment, thereby forming a wide source and drain.

숏채널효과의 발생을 억제하기 위해서는, 소오스와 드레인사이의 낮은 접합깊이와 소오스와 드레인사이에 충분히 긴 공간이 필수적이다. 따라서, 붕소주입을 사용하여 pMOS FET의 숏채널효과의 발생을 제어하는 것은 nMOS FET에서 동일하게 하는 것보다 더욱 어렵다.In order to suppress the occurrence of the short channel effect, a low junction depth between the source and the drain and a sufficiently long space between the source and the drain are necessary. Therefore, using boron implantation to control the occurrence of the short channel effect of the pMOS FET is more difficult than the same in the nMOS FET.

그러나, 본 발명에 따르면, pMOS FET은 표면채널형이므로, 숏채널효과의 발생을 제어하는 것이 용이하게 행해질 수 있다. 그러나, 도 4에 도시된 바와 같은, 0.25㎛이하의 디자인룰을 근거로 제조된 트랜지스터를 구비하는 종래의 CMOS FET에서는, 숏채널효과의 발생을 제어하기 위해서 pn형 게이트가 사용되고 있다. p형 불순물의 관통은 pMOS FET의 문턱전압을 변화시키고 관통전류를 증가시킨다. 이는 소비전력을 감소시키는 것을 불가능하게 한다.However, according to the present invention, since the pMOS FET is a surface channel type, it is easy to control the occurrence of the short channel effect. However, in the conventional CMOS FET having a transistor manufactured based on a design rule of 0.25 mu m or less, as shown in FIG. 4, a pn type gate is used to control the occurrence of a short channel effect. Penetration of p-type impurities changes the threshold voltage of the pMOS FET and increases the penetration current. This makes it impossible to reduce the power consumption.

본 발명에 의한 CMOS FET에 따르면, nMOS FET은 p형의 극성이고, 매립채널형이며, pMOS FET은 p형의 극성이고, 표면채널형이다.(도 8참조)According to the CMOS FET according to the present invention, the nMOS FET is of p-type polarity, buried channel type, and the pMOS FET is of p-type polarity and surface channel type (see Fig. 8).

요약하면, 본 발명에 의한 CMOS FET에 따르면, nMOS FET의 소오스 및 드레인영역에 사용되는 불순물이 질량이 크고 확산계수가 작으며 제어하기 쉬운 아세닉 또는 인이기 때문에, 매립채널의 nMOS FET을 사용할 경우에도 숏채널효과가 충분히 제어될 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 CMOS FET의 pMOS FET은 표면채널형이기 때문에, 충분히 숏채널효과의 발생이 제어된다. 또한, 양트랜지스터에서 관통이 발생하기 때문에, 각 트랜지스터의 문턱전압의 변화가 서로 유사하며, 관통전류가 충분히 제어된다. 이는 소비전력을 저감시킨다.In summary, according to the CMOS FET according to the present invention, since an impurity used in the source and drain regions of the nMOS FET is an acenic or phosphorous having a large mass, a small diffusion coefficient, and easy to control, a buried channel nMOS FET is used. Even the short channel effect can be sufficiently controlled. Moreover, since the pMOS FET of the CMOS FET according to the present invention is a surface channel type, the generation of the short channel effect is sufficiently controlled. In addition, since penetration occurs in both transistors, the change in the threshold voltage of each transistor is similar to each other, and the penetration current is sufficiently controlled. This reduces the power consumption.

Claims (19)

nMOS FET과 pMOS FET을 구비하는 CMOS FET(Complementary Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)에 있어서:In a Complementary Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor (CMOS FET) with an nMOS FET and a pMOS FET: 상기 nMOS FET 및 상기 pMOS FET의 양 게이트전극에 p형 불순물이 함유되는 CMOS FET.And a p-type impurity in both gate electrodes of the nMOS FET and the pMOS FET. 제 1 항에 있어서, 상기 각 게이트전극은 적어도 p형 불순물이 주입된 폴리실리콘층을 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS FET.2. The CMOS FET according to claim 1, wherein each gate electrode has a polysilicon layer implanted with at least p-type impurities. 제 1 항에 있어서, 상기 p형 불순물은 붕소인것을 특징으로 하는 CMOS FET.The CMOS FET according to claim 1, wherein the p-type impurity is boron. 제 1 항에 있어서, 상기 p형 불순물의 허용농도는 5×1019㎝-3이상이거나 1×1021㎝-3이하인 것을 특징으로 하는 CMOS FET.According to claim 1, CMOS FET, characterized in that allowed the concentration of the p-type impurity is either more than or less 5 × 1019㎝ -3 1 × 1021㎝ -3. 제 1 항에 있어서, 상기 CMOS FET은 0.25㎛이하의 디자인룰에 따라서 설계되는 것을 특징으로 하는 CMOS FET.The CMOS FET according to claim 1, wherein the CMOS FET is designed according to a design rule of 0.25 mu m or less. 제 1 항에 있어서, 상기 nMOS FET 및 상기 pMOS FET의 게이트전극은, 적어도, 텅스텐층, 티타늄실리사이드층, 그리고 질화티타늄충중의 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS FET.The CMOS FET according to claim 1, wherein the gate electrodes of the nMOS FET and the pMOS FET include at least one of a tungsten layer, a titanium silicide layer, and a titanium nitride filling. 제 1 항에 있어서, 상기 nMOS FET의 소오스 및 드레인영역에 무거운 질량과 낮은 확산계수를 갖는 불순물이 주입되는 것을 특징으로 하는 CMOS FET.2. The CMOS FET according to claim 1, wherein an impurity having a heavy mass and a low diffusion coefficient is implanted into the source and drain regions of the nMOS FET. 제 7 항에 있어서, 상기 불순물은 인 또는 아세닉중의 하나인 것을 특징으로 하는 CMOS FET.8. The CMOS FET of claim 7, wherein the impurity is one of phosphorus or arsenic. nMOS FET과 pMOS FET으로 이루어진 CMOS FET의 제조방법에 있어서:In a method of manufacturing a CMOS FET consisting of an nMOS FET and a pMOS FET: 실리콘기판상에 소자분리막과 웰을 형성하는 소자분리막/웰형성단계와;An isolation layer / well forming step of forming an isolation layer and a well on the silicon substrate; 상기 소자분리막 및 웰상에 게이트전극들의 일부분이 되는 폴리실리콘층을 형성하는 폴리실리콘형성단계와; 그리고Forming a polysilicon layer on the device isolation layer and the well, the polysilicon layer forming a portion of the gate electrodes; And 상기 폴리실리콘층이 형성된 기판위에 p형 불순물을 주입하는 주입단계를 구비하는 CMOS FET 제조방법.And implanting a p-type impurity onto the substrate on which the polysilicon layer is formed. 제 9 항에 있어서, 상기 p형 불순물은 붕소인 것을 특징으로 하는 CMOS FET 제조방법.10. The method of claim 9 wherein the p-type impurity is boron. 제 9 항에 있어서, 상기 p형 불순물이 주입된 기판위에 질화티타늄(TiN)의 배리어층을 형성하는 배리어층형성단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS FET 제조방법.10. The method of claim 9, further comprising a barrier layer forming step of forming a barrier layer of titanium nitride (TiN) on the substrate implanted with the p-type impurity. 제 11 항에 있어서, 상기 배리어층상에 텅스텐의 실리사이드층을 형성하는 실리사이드층형성단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS FET 제조방법.12. The method of claim 11, further comprising a silicide layer forming step of forming a silicide layer of tungsten on the barrier layer. 제 12 항에 있어서, 상기 p형 불순물이 상기 게이트전극들에 주입된 상기 실리사이드층, 상기 배리어층, 그리고 상기 폴리실리콘층을 패터닝하는 게이트전극패터닝단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS FET 제조방법.The method of claim 12, further comprising a gate electrode patterning step of patterning the silicide layer, the barrier layer, and the polysilicon layer in which the p-type impurity is implanted into the gate electrodes. Way. 제 12 항에 있어서, 무거운 질량과 낮은 확산계수를 갖는 불순물을 주입함으로써 상기 기판내에 소오스 및 드레인을 형성하는 소오스 및 드레인을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS FET 제조방법.13. The method of claim 12, further comprising a source and a drain forming a source and a drain in the substrate by implanting impurities having a heavy mass and a low diffusion coefficient. 제 14 항에 있어서, 상기 무거운 질량과 낮은 확산계수를 갖는 불순물은 인 또는 아세닉중의 하나인 것을 특징으로 하는 CMOS FET 제조방법.15. The method of claim 14 wherein the impurity having a high mass and low diffusion coefficient is one of phosphorus or arsenic. 제 14 항에 있어서, 상기 불순물을 활성화하기위한 열처리를 수행하는 열처리단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로하는 CMOS FET 제조방법.15. The method of claim 14, further comprising a heat treatment step of performing a heat treatment for activating the impurity. nMOS FET과 pMOS FET으로 이루어진 3차원 CMOS FET에 있어서:In a three-dimensional CMOS FET consisting of an nMOS FET and a pMOS FET: 각각 폴리실리콘층에 주입된 p형 불순물을 함유하는 게이트전극을 구비하는 제 1 nMOS FET 및 제 1 pMOS FET과;A first nMOS FET and a first pMOS FET each having a gate electrode containing a p-type impurity implanted in a polysilicon layer; 상기 제 1 nMOS FET위에 형성된 제 2 pMOS FET과; 그리고A second pMOS FET formed over said first nMOS FET; And 상기 제 1 pMOS FET위에 형성된 제 2 nMOS FET을 구비하고,And a second nMOS FET formed over the first pMOS FET, 상기 제 1 nMOS FET의 n-확산층은 상기 제 2 pMOS FET의 p+확산층과 상호연결되고 상기 제 1 pMOS FET의 p+확산층은 상기 제 2 nMOS FET의 n-확산층과 상호연결되는 3차원 CMOS FET.Wherein 1 n of the nMOS FET - diffusion layer and the second interconnection and a p + diffusion layer of the pMOS FET and the p + diffusion layer n of the second nMOS FET of the first 1 pMOS FET - 3, which are mutually connected to the diffusion layer D CMOS FET . nMOS FET과 pMOS FET으로 이루어진 3차원 CMOS FET 제조방법에 있어서:In the method of manufacturing a three-dimensional CMOS FET consisting of an nMOS FET and a pMOS FET: 각각의 게이트전극이 폴리실리콘층에 주입된 p형 불순물을 함유하는 제 1 nMOS FET 및 제 1 pMOS FET을 형성하기 위한 제 1 형성단계와;A first forming step for forming a first nMOS FET and a first pMOS FET each gate electrode containing a p-type impurity implanted in a polysilicon layer; 상기 제 1 형성단계에서 형성된 전체구조위에 절연막을 증착하는 증착단계와;A deposition step of depositing an insulating film on the entire structure formed in the first forming step; 상기 제 1 형성단계에서 형성된 제 1 nMOS FET위에 제 2 pMOS FET을 형성하고 상기 제 1 형성단계에서 형성된 제 1 pMOS FET위에 제 2 nMOS FET을 형성하는 제 2 형성단계와; 그리고Forming a second pMOS FET on the first nMOS FET formed in the first forming step and forming a second nMOS FET on the first pMOS FET formed in the first forming step; And 상기 제 1 nMOS FET의 n-확산층을 상기 제 2 pMOS FET의 p+확산층과 상호연결하고 상기 제 1 pMOS FET의 p+확산층을 상기 제 2 nMOS FET의 n-확산층과 상호연결하는 상호연결단계를 구비하는 3차원 CMOS FET 제조방법.A p + diffusion layers with each other in the first 2 pMOS FET diffusion connection, and n of the p + diffusion layer of the first 1 pMOS FET wherein the 2 nMOS FET - - wherein 1 n of the nMOS FET interconnection step of interconnecting diffusion layer and 3D CMOS FET manufacturing method provided. 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 nMOS FET 및 상기 제 2 pMOS FET은 각각 p형 불순물이 주입된 폴리실리콘층을 포함하는 개별적인 게이트전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 CMOS FET 제조방법.19. The method of claim 18, wherein each of the second nMOS FETs and the second pMOS FETs comprises individual gate electrodes each including a polysilicon layer implanted with p-type impurities.
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