KR20000008693A - Transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 트랜지스터를 적층하여 고집적화에 적당하고 트랜지스터의 토포그래피(topography)를 개선할 수 있는 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transistor of a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a transistor and a method of manufacturing the same, which are suitable for high integration by stacking transistors and can improve the topography of the transistor.
도 1a 내지 도 1b는 종래의 기술에 따른 트랜지스터의 제조 방법을 도시하는 단면 공정도이다.1A to 1B are cross-sectional process diagrams showing a method of manufacturing a transistor according to the prior art.
종래에는 도 1a에 나타낸 바와 같이 도전형을 띤 반도체기판(11), 예를 들면 p형의 반도체기판(11) 상에 게이트산화막(13)을 형성하고 상기 게이트산화막(13) 상에 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : 이하, CVD라 칭함) 방법으로 불순물이 도핑된 다결정실리콘을 증착하여 다결정실리콘층을 형성한다. 그리고, 상기 다결정실리콘층 및 게이트산화막(13)을 패터닝하여 상기 반도체기판(11)의 소정 부분에 게이트(15)를 형성한다.Conventionally, as shown in FIG. 1A, a gate oxide film 13 is formed on a conductive semiconductor substrate 11, for example, a p-type semiconductor substrate 11, and a chemical vapor deposition is formed on the gate oxide film 13. Chemical Vapor Deposition (hereinafter, referred to as CVD) is a method of depositing polysilicon doped with impurities to form a polysilicon layer. The polysilicon layer and the gate oxide film 13 are patterned to form a gate 15 in a predetermined portion of the semiconductor substrate 11.
그런 다음, 도 1b에 나타낸 바와 같이 상기 반도체기판(11)에 상기 게이트(15)를 마스크로 사용하여 상기 p형의 반도체기판(11)과 도전형이 다른 아세닉(As), 또는, 인(P)과 같은 n형 불순물을 이온 주입하여 상기 게이트(15) 측 하부의 반도체기판(11)에 소오스/드레인(Source/Drain) 영역으로 사용되는 n형의 불순물영역(17)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 1B, the gate 15 is used as a mask for the semiconductor substrate 11, and an asce (As) having a conductivity different from that of the p-type semiconductor substrate 11 or phosphorus ( N-type impurities such as P) are ion-implanted to form n-type impurity regions 17 used as source / drain regions in the semiconductor substrate 11 below the gate 15.
상술한 바와 같이 종래에는 제 1 도전형의 반도체기판 상의 소정 부분에 게이트산화막을 개재시킨 게이트를 형성하고 상기 게이트 측 하부의 반도체기판에 제 2 도전형의 불순물을 도핑하여 소오스/드레인 영역으로 사용되는 불순물영역을 형성하는 방법으로 트랜지스터를 형성하였다.As described above, a gate having a gate oxide film interposed therebetween is formed in a predetermined portion on a first conductive semiconductor substrate, and a semiconductor substrate under the gate side is doped with a second conductive impurity to be used as a source / drain region. The transistor was formed by a method of forming an impurity region.
그러나, 상술한 종래의 방법에 의한 트랜지스터는 집적화에 한계가 있게 되고, 상기 반도체기판 상의 소정 부분에 형성된 게이트로 인해 상기 트랜지스터의 토포그래피가 저하되는 문제가 있다.However, the transistor according to the conventional method described above has a limitation in integration, and there is a problem in that the topography of the transistor is lowered due to a gate formed in a predetermined portion on the semiconductor substrate.
따라서, 본 발명의 목적은 고집적에 적당하고 토포그래피를 개선할 수 있는 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a transistor suitable for high integration and capable of improving topography and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트랜지스터는 도전 물질로 형성된 사각형의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인을 둘러싼 제 1 및 제 2 게이트절연막과, 상기 제 1 및 제 2 게이트절연막의 외부에 소자가 형성되는 제 1 도전형의 반도체영역과, 상기 게이트 라인 네모서리의 반도체영역에 형성된 제 2 도전형의 제 1 내지 제 4 불순물영역과, 상기 소자의 상부를 덮는 보호막을 포함하여 상기 제 1 내지 제 4 불순물영역이 상기 게이트 라인과 함께 두 개의 수직 트랜지스터와 두 개의 수평 트랜지스터를 형성하는 것이 특징이다.A transistor according to the present invention for achieving the above object is a rectangular gate line formed of a conductive material, the first and second gate insulating film surrounding the gate line, the element is formed outside the first and second gate insulating film The first to fourth impurity regions, the first to fourth impurity regions of the second conductivity type formed in the semiconductor region of the gate line corners, and a protective film covering the upper portion of the device. The impurity region forms two vertical transistors and two horizontal transistors together with the gate line.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트랜지스터의 제조 방법은 제 1 도전형의 반도체기판 상에 제 1 절연막을 형성하고 상기 제 1 절연막 상의 소정 부분에 게이트를 형성하는 공정과, 상기 게이트를 마스크로 사용하여 상기 게이트 측 하부의 반도체기판에 제 2 도전형의 제 1 및 제 2 불순물영역을 형성하는 공정과, 상기 제 1 절연막 상에 상기 게이트를 덮도록 제 2 절연막을 형성하고 상기 제 1 및 제 2 절연막을 패터닝하여 상기 게이트의 표면에 제 1 및 제 2 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 반도체기판 상에 상기 제 2 게이트절연막을 덮도록 제 1 도전형 활성층을 형성하는 공정과, 상기 활성층 상의 상기 게이트와 대응하는 소정 부분에 마스크층을 형성하고 상기 마스크층을 마스크로 사용하여 상기 게이트 측 상부의 상기 활성층에 제 2 도전형의 제 2 불순물영역을 형성하는 공정과, 상기 활성층을 덮도록 보호막을 형성하는 공정을 구비한다.A method of manufacturing a transistor according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a first insulating film on a first conductive semiconductor substrate and forming a gate in a predetermined portion on the first insulating film, and using the gate as a mask Forming first and second impurity regions of a second conductivity type in the semiconductor substrate below the gate side; forming a second insulating film to cover the gate on the first insulating film, and forming the first and second Patterning an insulating film to form first and second gate insulating films on a surface of the gate; forming a first conductive type active layer on the semiconductor substrate to cover the second gate insulating film; A mask layer is formed on a predetermined portion corresponding to the gate, and a second layer is formed on the active layer on the gate side by using the mask layer as a mask. The step of forming the impurity region of the second type, and comprises a step of forming a protective film to cover the active layer.
도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 트랜지스터의 제조 방법을 도시하는 공정도.1A to 1B are process diagrams showing a method for manufacturing a transistor according to the prior art.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 트랜지스터를 도시하는 단면도.2 is a cross-sectional view illustrating a transistor according to an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시 예에 따른 트랜지스터의 제조 방법을 도시하는 공정도.3A to 3E are flowcharts illustrating a method of manufacturing a transistor according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>
21 : 반도체기판 23 : 제 1 게이트산화막21 semiconductor substrate 23 first gate oxide film
25 : 게이트 27 : 제 2 게이트산화막25 gate 27 second gate oxide film
29, 30 : 제 1 및 제 2 불순물영역 31 : 활성층29, 30: first and second impurity regions 31: active layer
33, 34 : 제 3 및 제 4 불순물영역 35 : 보호막33, 34: third and fourth impurity regions 35: protective film
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 트랜지스터를 도시하는 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 트랜지스터는 도 2에서 보는 바와 같이 불순물이 도핑된 다결정실리콘과 같은 도전 물질로 이루어진 사각형의 게이트(25) 라인과, 상기 게이트(25) 라인의 하부 및 표면을 둘러싼 제 1 및 제 2 게이트산화막(23)(27)이 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 게이트산화막(23)(27)의 외부로는 반도체소자가 형성되는 p형의 반도체기판(21) 및 상기 반도체기판(31) 상에 p형의 불순물이 도핑된 활성층(31)으로 이루어진 반도체영역과, 상기 반도체영역에는 상기 게이트(25)의 네 모서리부분에 n형의 제 1 내지 제 4 불순물영역(29)(30)(33)(34)이 형성되어 상기 게이트(25) 라인과 함께 4개의 트랜지스터, 즉, 두 개의 수평 트랜지스터와 두 개의 수직 트랜지스터를 형성한다. 상기에서 제 1 및 제 2 불순물영역(29)(30)은 p형의 반도체기판(21)에 형성되고 상기 제 3 및 제 4 불순물영역(33)(34)은 활성층(31)에 형성되어있으며, 상기 활성층(31)의 상부에는 절연물질로 보호막(35)이 형성되어 있어 트랜지스터의 토포그래피를 향상시키는 역할을 한다.As shown in FIG. 2, the transistor of the present invention has a quadrangular line of gate 25 made of a conductive material such as polycrystalline silicon doped with impurities, and first and second gates surrounding the bottom and the surface of the gate 25 line. There are oxide films 23 and 27. In addition, a p-type semiconductor substrate 21 on which semiconductor devices are formed and an active layer doped with p-type impurities on the semiconductor substrate 31 are formed outside the first and second gate oxide films 23 and 27. N-type first to fourth impurity regions 29, 30, 33, and 34 are formed at four corners of the gate 25 in the semiconductor region of the semiconductor region. Together with the line 25 it forms four transistors, two horizontal transistors and two vertical transistors. The first and second impurity regions 29 and 30 are formed in the p-type semiconductor substrate 21, and the third and fourth impurity regions 33 and 34 are formed in the active layer 31. In addition, the passivation layer 35 is formed of an insulating material on the active layer 31 to improve the topography of the transistor.
즉, 상술한 구조의 트랜지스터는 한 개의 트랜지스터가 형성되는 면적에 두 개의 수직 트랜지스터와 두 개의 수평 트랜지스터를 적층시켜 형성하므로서 한 개의 게이트에 전압을 인가하여 네 개의 트랜지스터를 동시에 구동시킬 수 있어 고집적화에 적당하게 된다. 또한, 상기 게이트가 매립된 구조로 형성되고 소자가 형성된 활성층 상에 보호막을 형성하므로서 종래의 게이트로 인해 발생하던 트랜지스터의 토포그래피를 개선할 수 있게 된다.In other words, the transistor having the above-described structure is formed by stacking two vertical transistors and two horizontal transistors in an area where one transistor is formed, thereby driving four transistors simultaneously by applying a voltage to one gate, which is suitable for high integration. Done. In addition, by forming the protective layer on the active layer in which the gate is embedded and the device is formed, it is possible to improve the topography of the transistor caused by the conventional gate.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시 예에 따른 트랜지스터 제조 방법을 도시하는 공정도이다.3A to 3E are flowcharts illustrating a method of manufacturing a transistor according to an embodiment of the present invention.
본 방법은 도 3a에 나타낸 바와 같이 도전형을 띤 반도체기판(21), 예를 들어 p형의 반도체기판(21) 상에 열산화의 방법으로 제 1 산화막(22)을 형성하고 상기 제 1 산화막(22) 상에 불순물이 도핑된 다결정실리콘을 CVD 방법으로 증착하여 다결정실리콘층을 형성하고 상기 다결정실리콘층을 패터닝하여 상기 제 1 산화막(22) 상의 소정 부분에 게이트(25)를 형성한다.In this method, as shown in FIG. 3A, a first oxide film 22 is formed on a conductive semiconductor substrate 21, for example, a p-type semiconductor substrate 21 by thermal oxidation, and the first oxide film is formed. Polycrystalline silicon doped with impurities on 22 is deposited by a CVD method to form a polysilicon layer, and the polysilicon layer is patterned to form a gate 25 on a predetermined portion on the first oxide film 22.
그리고, 도 3b에 나타낸 바와 같이 상기 반도체기판(21)에 상기 게이트(25)를 마스크로 사용하여 상기 반도체기판(21)과 도전형이 다른 아세닉(As) 또는 인(P)과 같은 n형의 불순물을 이온 주입하여 상기 게이트(25) 측 하부의 반도체기판(21)에 n형의 불순물 도핑 영역인 제 1 및 제 2 불순물영역(29)(30)을 형성한다. 상기에서 노출된 제 1 산화막(22)은 상기 제 1 및 제 2 불순물영역(29)(30)을 형성하기 위한 이온 주입 시에 상기 반도체기판(21) 표면의 손상을 방지하는 역할을 한다.As shown in FIG. 3B, the gate 25 is used as a mask for the semiconductor substrate 21, and an n type such as an asic (As) or phosphorus (P) having a different conductivity type from the semiconductor substrate 21. Impurities are implanted to form first and second impurity regions 29 and 30, which are n-type impurity doped regions, in the semiconductor substrate 21 below the gate 25. The exposed first oxide film 22 serves to prevent damage to the surface of the semiconductor substrate 21 during ion implantation to form the first and second impurity regions 29 and 30.
그런 다음, 도 3c와 같이 상기 게이트(25)의 표면을 덮는 제 1 및 제 2 게이트산화막(23)(27)을 형성한다. 상기에서 제 1 및 제 2 게이트산화막(23)(27)은 상기 제 1 산화막(22) 상에 상기 게이트(25)를 덮는 제 2 산화막을 형성하고 상기 제 1 및 제 2 산화막을 선택적으로 패터닝하여 상기 게이트(25)의 표면을 덮고 상기 게이트(25)가 형성되지 않은 부분의 반도체기판(21)을 노출시키는 방법으로 형성하거나, 상기 게이트(25)를 열산화하여 제 2 게이트산화막(27)을 형성하고 상기 제 1 산화막(22)을 선택적으로 패터닝하여 상기 게이트(25)가 형성되지 않은 부분의 반도체기판(21)을 노출시키는 방법 등으로 형성한다. 그리고, 상기 반도체기판(21) 상에 상기 게이트(25)를 덮도록 CVD, 또는, 에피택셜 성장 방법으로 활성층(31)을 형성하고 상기 반도체기판(21)과 같은 p형으로 상기 활성층을 도핑한다.Thereafter, as shown in FIG. 3C, first and second gate oxide films 23 and 27 covering the surface of the gate 25 are formed. The first and second gate oxide films 23 and 27 form a second oxide film covering the gate 25 on the first oxide film 22 and selectively pattern the first and second oxide films. The semiconductor substrate 21 may be formed by covering the surface of the gate 25 and exposing the semiconductor substrate 21 where the gate 25 is not formed, or thermally oxidizing the gate 25 to form the second gate oxide layer 27. And the first oxide film 22 is selectively patterned to expose the semiconductor substrate 21 in a portion where the gate 25 is not formed. Then, the active layer 31 is formed on the semiconductor substrate 21 by CVD or epitaxial growth so as to cover the gate 25, and the active layer is doped in the same p-type as the semiconductor substrate 21. .
상기에서, p형 활성층(31)을 형성하기 전에 도 3c의 상기 제 1 및 제 2 게이트산화막(23)(27)을 형성하는 다른 방법으로는 p형의 반도체기판(21) 상의 소정 부분에 제 1 게이트산화막(23)을 개재시킨 게이트(25)를 형성하고 상기 반도체기판(21) 상에 상기 게이트(25)를 덮도록 산화막을 형성한 후 상기 게이트(25)와 대응하는 부분에 마스크층(도시하지 않음)을 형성하고 상기 마스크층을 마스크로 사용하여 n형의 불순물을 이온주입하여 상기 게이트(25) 측하부의 반도체기판(21)에 n형의 제 1 및 제 2 불순물영역(29)(30)을 형성한다. 그리고 상기 마스크층을 마스크로 사용하여 상기 산화막을 패터닝하여 상기 게이트(25)와 접하지 않은 반도체기판(21)은 노출시키면서 상기 게이트(25)의 표면에 제 2 게이트산화막(27)을 형성하고 상기 마스크층을 제거하는 방법도 있다. 상기의 방법에서는 상기 패터닝에 의해 제거된 산화막 부분이 상기 제 1 및 제 2 불순물영역(29)(30)을 형성하기 위한 이온 주입 시에 상기 반도체기판(21) 표면의 손상을 방지하는 역할을 한다.In the above, another method of forming the first and second gate oxide films 23 and 27 of FIG. 3C before forming the p-type active layer 31 is provided on a predetermined portion on the p-type semiconductor substrate 21. 1 form a gate 25 interposed between the gate oxide layer 23, and form an oxide layer on the semiconductor substrate 21 to cover the gate 25, and then a mask layer on the portion corresponding to the gate 25. And n-type impurities are implanted using the mask layer as a mask, and the n-type first and second impurity regions 29 are formed on the semiconductor substrate 21 under the gate 25. 30 is formed. The oxide layer is patterned using the mask layer as a mask to form a second gate oxide layer 27 on the surface of the gate 25 while exposing the semiconductor substrate 21 not in contact with the gate 25. There is also a method of removing the mask layer. In the above method, the oxide film portion removed by the patterning serves to prevent damage to the surface of the semiconductor substrate 21 during ion implantation for forming the first and second impurity regions 29 and 30. .
이어서, 도 3d와 같이 상기 활성층(31) 상에 상기 게이트(25)와 대응하는 부분을 덮는 마스크층(32)을 형성하고 상기 마스크층(32)을 마스크로 사용하여 상기 활성층에 상기 활성층(31)과 도전형이 다른 n형의 불순물을 이온 주입하여 상기 게이트(25) 측상부의 활성층(31)에 n형의 제 3 및 제 4 불순물영역(33)(34)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3D, a mask layer 32 covering the portion corresponding to the gate 25 is formed on the active layer 31, and the active layer 31 is formed on the active layer using the mask layer 32 as a mask. N-type impurities having a different conductivity type from ion) are implanted to form n-type third and fourth impurity regions 33 and 34 in the active layer 31 on the side of the gate 25.
그런 후에, 도 3e에 나타낸 바와 같이 상기 마스크층(32)을 제거하고 상기 제 3 및 제 4 불순물영역(33)(34)이 형성된 상기 활성층(31) 상에 산화막, 또는, 질화막을 이용하여 보호막(35)을 형성한다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 불순물영역(29)(33)을 활성화시키기 위해 상기 소자를 어닐링(annealing)하면 상, 하, 좌, 우로 소오스 및 드레인영역을 공유하는 4개의 적층 트랜지스터가 형성된다. 상기에서 보호막(35)은 상기 어닐링 시에 제 3 및 제 4 불순물영역(33)(34)에 도핑된 불순물의 아웃 디퓨젼(out-diffusion)되는 것을 방지하고 완성된 트랜지스터의 상부를 평탄하게하여 적층 트랜지스터의 토포그래피를 향상시키는 역할을 한다.Thereafter, as shown in FIG. 3E, the protective layer is removed using an oxide film or a nitride film on the active layer 31 on which the mask layer 32 is removed and the third and fourth impurity regions 33 and 34 are formed. (35) is formed. When the device is annealed to activate the first and second impurity regions 29 and 33, four stacked transistors sharing the top, bottom, left, right source, and drain regions are formed. In this case, the passivation layer 35 prevents out-diffusion of impurities doped in the third and fourth impurity regions 33 and 34 during the annealing, and flattens the top of the completed transistor. It serves to improve the topography of the stacked transistors.
상기와 같이 형성된 트랜지스터는 상기 제 1 및 제 2 불순물영역과 게이트가 수평의 제 1 트랜지스터를 형성하고 상기 제 2 및 제 3 불순물영역과 게이트가 수직의 제 2 트랜지스터가 되며, 제 3 및 제 4 불순물영역과 게이트가 수평의 제 3 트랜지스터가 되고 상기 제 4 및 제 1 불순물영역과 게이트가 수직의 제 4 트랜지스터가 되어 상기 게이트로 인해 상기 두 개의 수평 트랜지스터와 두 개의 수직 트랜지스터를 동시에 구동시킨다.In the transistor formed as described above, the first and second impurity regions and the gate form a horizontal first transistor, and the second and third impurity regions and the gate become vertical second transistors, and the third and fourth impurities A region and a gate become a horizontal third transistor, and the fourth and first impurity regions and a gate become a vertical fourth transistor to drive the two horizontal transistors and the two vertical transistors simultaneously.
따라서, 본 발명은 두 개의 수직 트랜지스터와 두 개의 수평 트랜지스터가 적층된 구조를 하고 있어 반도체 장치의 고집적화에 적당하고 게이트가 매립된 구조로 형성되어 트랜지스터의 토포그래피를 개선할 수 있는 이점이 있다.Accordingly, the present invention has a structure in which two vertical transistors and two horizontal transistors are stacked, which is suitable for high integration of semiconductor devices and has a gate-embedded structure to improve the topography of the transistor.
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US8576613B2 (en) | 2010-06-08 | 2013-11-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | SRAM devices and methods of manufacturing the same |
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