KR20000017037A - 반도체 구조물 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 기판의 서로 다른 절연 영역에 한쌍의 MOSFET를 형성하는 방법에 관한 것이다. 각각의 MOSFET은 서로 다른 게이트 산화물 두께를 가진다. 제1 실리콘 이산화물층이 실리콘 기판의 표면상에 소정 두께로 성장된다. 상기 실리콘 이산화물층의 일부는 제1 절연 영역 위에 있고 다른 실리콘 이산화물층의 일부는 제2 절연 영역 위에 있다. 무기층이 실리콘 기판의 절연 영역상으로 연장하는 실리콘 이산화물층 위에 형성된다. 무기층의 제1 부분은 제1 절연 영역위에 있고 무기층의 제2 부분은 제2 절연 영역 위에 있다. 포토레지스트 층이 무기층상에 형성된다. 상기 포토레지스트 층은 무기층의 제1 부분상의 윈도우로 패턴화된다. 상기 포토레지스트층은 무기층의 제2 부분을 커버한다. 상기 무기층은 무기층의 제1 부분을 선택적으로 제거하기 위해 패턴화된 포토레지스트층과 접촉하여 에칭을 수행함으로써 무기 마스크로 패턴화되고, 그결과 무기층의 제2 부분을 잔류시키면서 실리콘 기판 표면의 하부 부분을 노출시킨다. 상기 무기 마스크는 성장된 실리콘 이산화물의 노출된 부분을 선택적으로 제거하는데 사용된다. 상기 무기 마스크가 제거된다. 제2 실리콘 이산화물층이 제1 실리콘 이산화물층의 두께와 다른 두께로 실리콘 기판의 노출된 하부 부분상에 성장된다. 상기 실리콘 이산화물층은 한쌍의 MOSFET 각각을 위한 게이트 산화물로 패턴화된다.
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 특히 서로다른 게이트 산화물 두께를 가지는 반도체 소자에 관한 것이다.
종래 기술로 공지된 바와 같은 응용은 서로 다른 게이트 산화물 두께를 가지는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 요구할 수 있다. 현재 기술들은 2개의 서로다른 산화물 게이트 영역중 하나를 개방시키기 위하여 포토레지스트 마스크를 사용한다. 그러나, 포토레지스트의 사용은 포토레지스트내의 찌꺼기와 오염물 때문에 MOSFET 소자의 품질을 감소시킨다.
본원 발명의 목적은 포토레지스트 마스크의 사용없이 서로다른 두께의 게이트 산화물층을 가지는 한쌍의 MOSFET를 형성하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
도 1a 내지 1j는 여러 제조 단계에서 서로 다른 게이트 산화물 두께를 갖는 한쌍의 MOSFET를 포함하는 반도체 구조물의 도식적 단면도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
10 : 반도체 기판 16 : 절연 영역
22, 30 : 실리콘 이산화물층 24 : 무기층
40, 42 : MOSFET
본원 발명에 따르면, 실리콘 기판의 다른 절연 영역에 한쌍의 MOSFET를 형성하기 위한 방법이 제공되는데, 각각의 MOSFET은 다른 게이트 산화물 두께를 가진다. 상기 방법은 실리콘 기판 표면의 일부에 절연 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 절연 영역은 실리콘 기판을 서로 다른 절연 영역으로 분리시킨다. 제1 실리콘 이산화물층은 실리콘 기판 표면상에 소정 두께로 성장된다. 실리콘 이산화물층의 일부는 절연 영역중 하나 위에 있고 다른 실리콘 이산화물 층은 다른 절연 영역 위에 있다. 무기 층이 실리콘 이산화물 층위로 연장된다. 무기층의 제1 부분은 제1 절연 영역에 있고 무기층의 제2 부분은 제2 절연 영역 위에 있다. 무기층의 제1 부분은 실리콘 이산화물층의 제2 부분상에 무기층의 제2 부분을 잔류시키면서 실리콘 기판 표면의 하부 제1 부분을 노출시킨다. 상기 무기 마스크는 성장된 실리콘 이산화물층의 노출된 하부 부분을 선택적으로 제거하는데 사용된다. 다음에 상기 무기 마스크가 제거된다. 실리콘 이산화물층의 제2 층이 실리콘 이산화물의 제1 층의 두께와 다른 두께로 실리콘 기판의 노출된 하부 부분위에 성장된다. 상기 제1 및 제2 실리콘 이산화물층은 한쌍의 MOSFET 각각을 위한 게이트 산화물로 패턴화된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 무기층은 실리콘 질화물, 다이아몬드형 탄소, 실리콘, 게르마늄, 또는 다른 비오염 금속이다.
상기 방법으로, 무기 마스크는 실리콘 표면으로부터 실리콘이산화물의 일부를 제거하는데 사용되는 비오염 마스크를 제공되는데, 제1 게이트 실리콘 이산화물과 다른 두께를 갖는 제2 게이트 실리콘 산화물이 형성될 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 실리콘 기판의 서로 다른 절연 영역에 한쌍의 MOSFET를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 MOSFET은 각각 서로 다른 게이트 산화물 두께를 가진다. 상기 방법은 실리콘 기판 표면에 일부에 절연 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 절연 영역은 서로 다른 절연 영역으로 실리콘 기판을 분리시킨다. 제1 실리콘 이산화물층이 실리콘 기판의 표면상에 소정 두께로 성장된다. 실리콘 이산화물층의 일부는 절연 영역중 하나위에 있고 실리콘 이산화물층의 다른 일부는 다른 절연 영역위에 있다. 무기 층이 실리콘 이산화물 층상에 형성되는데, 이런 무기 층은 실리콘 기판의 절연 영역에 걸쳐 연장한다. 상기 무기층의 제1 부분은 제1 절연 영역상에 있고 무기층의 제2 부분은 제2 절연 영역상에 있다. 포토레지스트 층이 무기층상에 형성된다. 상기 포토레지스트 층은 무기층의 제2 부분을 커버한다. 상기 무기층은 무기층의 제1 부분을 선택적으로 제거하기 위해 패턴화된 포토레지스트 층과 접촉하여 에칭됨으로써 무기 마스크로 패턴화되고, 그결과 무기층의 제2 부분을 잔류시키면서 실리콘 기판 표면의 하부 부분을 노출시킨다. 상기 포토레지스트 층이 제거된다. 상기 무기 마스크는 성장된 실리콘 이산화물의 노출된 부분을 선택적으로 제거하는데 사용된다. 상기 무기 마스크가 제거된다. 제2 실리콘 이산화물층이 제1 실리콘 이산화물의 두께와 다른 두께로 실리콘 기판의 노출된 하부 부분에 성장된다. 제1 및 제2 실리콘 이산화물층은 한쌍의 MSOFET중 대응하는 하나의 각각을 위한 게이트 산화물로 패턴화된다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 상기 무기층은 실리콘 질화물이고 핫 인산, 불화수소산과 에틸렌글리콜의 용액, 또는 불화수소산과 프로필렌카보네이트의 용액으로 제거된다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 상기 무기층은 다이아몬드형 탄소이고 산소에 기초한 건식 에칭으로 제거된다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 상기 무기층은 실리콘이고 2부의 불화수소산, 15부의 질산 및 5부의 CH3COOH, 또는 수산화 칼륨의 용액으로 제거된다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 상기 무기층은 게르마늄이고 과산화 수소로 제거된다.
본 발명의 상기한 특징들은 첨부 도면과 함께 이해할때 다음 상세한 설명으로부터 더욱 쉽게 드러날 것이다.
도 1a 내지 도 1j를 참조하면, 실리콘 기판의 서로 다른 절연 영역에 한쌍의 MOSFET를 형성하기 위한 방법이 도시되는데, MOSFET은 각각 서로다른 게이트 산화물 두께를 가진다. 도 1a를 참조하면, 반도체 기판(10), 여기에서 도핑된 실리콘은 기판 표면상에 형성된 포토레지스트 마스크(12)를 가진다. 상기 마스크(12)는 종래 포토리소그래피 공정을 사용하여 거기에 형성된 윈도우(14)를 가지도록 패턴화된다. 상기 윈도우(14)는 실리콘 기판(10)의 일부를 노출시키도록 형성되는데, 여기에 제조되어질 한쌍의 MOSFET를 절연시키는 절연 영역이 형성된다.
도 1b를 참조하면, 절연 영역(16), 여기에서 실리콘 이산화물 영역이 LOCOS 또는 STI와 같은 종래 프로세스로 형성된다. 상기 절연 영역(16)은 이미 언급된 바와 같이 상기 실리콘 기판(10)을 서로 다른 영역(18, 20)으로 분리시킨다. 상기 포토레지스트 층(12)(도 1a)은 도 1b에 도시된 바와 같이 종래 프로세스를 사용하여 제거된다.
도 1c를 참조하면, 도시된 바와 같이 실리콘 이산화물층(22)이 열적으로 성장된다. 여기에서, 예를 들어 상기 실리콘 이산화물층(22)은 10 내지 500Å의 두께를 가진다. 다음에, 도 1d를 참조하면, 무기 재료층(24)이 상기 열적으로 성장된 실리콘 이산화물층(22) 상에 형성된다. 예를 들면, 실리콘 질화물층(24)과 관련하여, 상기 실리콘 질화물이 저압 화학 기상 증착을 사용하여 약 50-2000Å 두께로 증착될 수 있다. 다이아몬드형 탄소에 대해, 상기 증착은 화학 기상 증착(CVD)을 사용하여 50-2000Å 두께로 될 수 있다. 실리콘에 대해, 상기 증착은 CVD를 사용하여 50-2000Å 두께로 될 수 있다. 게르마늄에 대해, 상기 증착은 CVD를 사용하여 50-2000Å 두께로 될 수 있다.
도 1e를 참조하면, 포토레지스트층(26)이 도 1d에 도시된 구조물상에 형성되고 종래 기술들을 사용하여 절연 재료층(26)에 의해 제공되는 2개의 절연 영역(18, 20)중 하나를 노출시키기 위해 도시된 바와 같이 패턴화된다. 그러므로, 여기에서 처음에 영역(18) 위의 포토레지스트층(26)의 일부가 제거되어지면서 패턴 포토레지스트 층(26)이 절연 영역(20)상에 잔류한다는 것에 유의하여야 한다. 상기 무기층(24)에 대한 마스크로서 패턴화된 포토레지스트층(26)를 사용하여, 상기 포토레지스트층(26)에 의해 노출되는 무기층(24)의 일부가 적당한 에칭, 예를 들어 인산의 건식 에칭 또는 습식 에칭으로 제거된다. 상기 무기층(24)의 노출부를 에칭한후, 상기 포토레지스트 층(26)이 제거된다. 얻어지는 구조물은 도 1f에 도시되어 있다. 얻어지는 패턴화된 무기층(24)은 상기 구조물상에 마스크를 형성한다. 특히, 상기 무기 마스크(예를 들면, 상기 패턴화된 무기층(24))는 패턴화된 무기층(24)이 기판(10)의 영역(20)상에 배치되어 있는 동안 기판(10)의 영역(18)상의 실리콘 이산화물층(22)의 일부를 노출시킨다.
도 1f를 참조하면, 상기 무기 마스크(24)와 실리콘 이산화물층(22)의 노출된 부분과 접촉하여 적당한 에칭이 수행된다. 상기 에칭, 여기에서 불화수소산에 기초한 습식 에칭은 노출된 실리콘 이산화물층(22)을 선택적으로 제거하여, 영역(18)내의 실리콘 기판(10) 표면의 일부를 노출시키는 반면, 도 1g에 도시된 구조물을 제조하기 위해 에칭되지않은 무기 마스크층(24)을 잔류시킨다.
다음에, 도 1h를 참조하면, 상기 구조물의 표면은 이전에 노출된 실리콘 기판(19) 표면을 에칭되지않은체 잔류시키면서 무기층(24)을 선택적으로 에칭하도록 노출된다. 이미 언급된 바와 같이, 서로 다른 재료가 상기 무기층(24)을 위해 사용될 수 있다. 실리콘 질화물과 관련하여 상기 에칭은 핫 인산, 불화수소산과 에틸렌글리콜의 용액, 또는 불화수소산과 프로필렌카보네이트의 용액과 같은 습식 에칭이 사용되고, 실리콘 질화물을 제거하는데 사용된다. 다이아몬드형 탄소와 같은 무기층과 관련하여, 산소에 기초한 건식 에칭이 다이아몬드형 탄소를 제거하는데 사용된다. 실리콘의 무기층과 관련하여, 습식 에칭이 2부의 불화수소산, 15부의 질산 및 5부의 CH3COOH, 수산화 칼륨과 같은 실리콘을 제거하는데 사용된다. 게르마늄의 무기층과 관련하여, 게르마늄을 제거하는데 사용되는 에칭은 과산화 수소와 같은 습식 에칭이다.
도 1i를 참조하면, 도 1i에 도시된 구조물은 실리콘 기판(10)의 표면의 노출된 일부에 실리콘 이산화물층(30)을 열적으로 성장하도록 산화 분위기에 배치된다. 상기 실리콘 이산화물층(30)은 실리콘 이산화물의 제1 열적으로 성장된 층(22)의 두께와 다르게, 여기에서 그보다 적은 두께로 성장된다는 것에 주의하여야 한다. 여기에서, 예를 들면 상기 층(30)의 두께는 10-500Å 범위에 있다.
다음에, 도 1j를 참조하면, 도핑된 다결정 실리콘층(32)이 도 1i에 도시된 구조물의 표면상에, 예를 들어 2개의 열적으로 성장된 이산화물 층(22, 30)상에 형성된다. 상기 실리콘 이산화물층(22, 30)과 도핑된 다결정 실리콘 층(32)은 각각 어떤 종래 프로세스를 사용하여 절연 영역(18, 20)에 형성되는 각각의 MOSFET(42, 44)을 위한 게이트 전극(40)으로 패턴화된다. 다음에 도핑된 소스와 드레인 영역(S,D)이 종래 프로세스를 사용하여 도시된 바와 같이 형성된다.
임계 전압이 각각의 MSOFET(42, 44)에 대해 다르게 될 것이므로, 서로 다른 Vt 주입이 서로다른 임계 전압을 제어하는데 요구될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 따라서, 다결정 실리콘층(32)의 증착 이전에, 상기 구조물은 Vt를 설정하는 적당한 양의 이온 주입을 겪게 된다. 그러므로, 각각의 MOSFET(42, 44)에 대한 2개의 서로 다른 주입이 필요로 될 수 있다. 상기 주입은 열적으로 성장된 실리콘 이산화물층(30)이 형성된후에, 그러나 도핑된 다결정 층(32)이 증착되기 이전에 수행된다.
포토레지스트 마스크의 사용없이 서로다른 두께의 게이트 산화물층을 가지는 한쌍의 MOSFET를 형성할 수 있기 때문에, 포토레지스트에 기인한 오염으로부터 벗어날 수 있다.
Claims (26)
- 실리콘 기판의 서로 다른 절연 영역에 서로 다른 게이트 산화물 두께를 가지는 한쌍의 MOSFET를 형성하기 위한 방법에 있어서,상기 실리콘 기판 표면의 일부에 절연 영역을 형성하는 단계를 포함하는데, 상기 절연 영역은 상기 실리콘 기판을 서로다른 영역으로 분리시키며;상기 실리콘 기판의 표면상에 소정 두께로 제1 실리콘 이산화물층을 성장시키는 단계를 포함하는데, 상기 실리콘 이산화물층의 일부는 제1 절연 영역상에 있고 실리콘 이산화물층의 다른 일부는 제2 절연 영역상에 있으며;상기 실리콘 이산화물층상에 무기층을 형성하는 단계를 포함하는데, 상기 무기층은 실리콘 기판의 절연 영역에 걸쳐 연장되고, 상기 무기층의 제1 부분은 상기 제1 절연 영역상에 있고 상기 무기층의 제2 부분은 상기 제2 절연 영역상에 있으며;상기 무기층을 무기 마스크로 패턴화하는 단계를 포함하는데, 상기 무기층의 제1 부분은 상기 실리콘 이산화물층의 제2 부분상에 상기 무기층의 제2 부분을 잔류시키면서 상기 실리콘 기판 표면의 하부 제1 부분을 노출시키며;상기 성장된 실리콘 이산화물층의 노출된 하부 부분을 선택적으로 제거하기 위해 상기 무기 마스크를 사용하는 단계;상기 무기 마스크를 제거하는 단계;상기 제1 실리콘 이산화물층의 두께와 다른 두께로 상기 실리콘 기판의 노출된 하부 부분상에 제2 실리콘 이산화물층을 성장시키는 단계; 및상기 제1 및 제2 실리콘 이산화물층을 상기 한쌍의 MSOFET 각각을 위한 게이트 산화물로 패턴화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 무기층은 실리콘 질화물인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 실리콘 이산화물 마스크는 습식 에칭으로 제거되는 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 습식 에칭은 핫 인산, 불화수소산과 에틸렌글리콜의 용액, 또는 불화수소산과 프로필렌카보네이트의 용액으로 수행되는 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 무기층은 다이아몬드형 탄소인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 다이아몬드형 탄소를 제거하는데 사용되는 에칭은 건식 에칭인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 건식 에칭은 산소에 기초한 건식 에칭인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 무기층은 실리콘인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 실리콘을 제거하는데 사용되는 에칭은 습식 에칭인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 9항에 있어서, 상기 습식 에칭은 2부의 불화수소산, 15부의 질산 및 5부의 CH3COOH, 또는 수산화 칼륨의 용액으로 수행되는 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 무기층은 게르마늄인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 에칭은 습식 에칭인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 습식 에칭은 과산화 수소로 수행되는 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 실리콘 기판의 서로 다른 절연 영역에 서로 다른 게이트 산화물 두께를 가지는 한쌍의 MOSFET를 형성하기 위한 방법에 있어서,상기 실리콘 기판 표면의 일부에 절연 영역을 형성하는 단계를 포함하는데, 상기 절연 영역은 상기 실리콘 기판을 서로다른 영역으로 분리시키며;상기 실리콘 기판의 표면상에 소정 두께로 제1 실리콘 이산화물층을 성장시키는 단계를 포함하는데, 상기 실리콘 이산화물층의 일부는 제1 절연 영역상에 있고 실리콘 이산화물층의 다른 일부는 제2 절연 영역상에 있으며;상기 실리콘 이산화물층상에 무기층을 형성하는 단계를 포함하는데, 상기 무기층은 실리콘 기판의 절연 영역에 걸쳐 연장되고, 상기 무기층의 제1 부분은 상기 제1 절연 영역상에 있고 상기 무기층의 제2 부분은 상기 제2 절연 영역상에 있으며;상기 무기층상에 포토레지스트층을 형성하는 단계;상기 포토레지스트층을 상기 무기층의 제1 부분상의 윈도우로 패턴화하는 단계를 포함하는데, 상기 포토레지스트 층은 상기 무기층의 제2 부분을 커버하며;상기 무기층을 무기 마스크로 패턴화하는 단계를 포함하는데, 상기 무기층의 제2 부분을 잔류시키면서 상기 무기층의 제1 부분을 선택적으로 제거하여 상기 실리콘 기판 표면의 하부 부분을 노출시키기 위해 상기 패턴화된 포토레지스트 층과 접촉하여 에칭이 수행되며;상기 포토레지스트 층을 제거하는 단계;상기 성장된 실리콘 이산화물의 노출된 부분을 선택적으로 제거하는데 상기 무기 마스크를 사용하는 단계;상기 무기 마스크를 제거하는 단계;상기 제1 실리콘 이산화물층의 두께와 다른 두께로 상기 실리콘 기판의 노출된 하부 부분상에 제2 실리콘 이산화물층을 성장시키는 단계; 및상기 제1 및 제2 실리콘 이산화물을 상기 한쌍의 MOSFET 각각을 위한 게이트 산화물로 패턴화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성 방법.
- 제 14항에 있어서, 상기 무기층은 실리콘 질화물인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 실리콘 이산화물 마스크는 습식 에칭으로 제거되는 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 습식 에칭은 핫 인산, 불화수소산과 에틸렌글리콜의 용액, 또는 불화수소산과 프로필렌카보네이트의 용액으로 수행되는 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 14항에 있어서, 상기 무기층은 다이아몬드형 탄소인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 18항에 있어서, 상기 다이아몬드형 탄소를 제거하는데 사용되는 에칭은 건식 에칭인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 19항에 있어서, 상기 건식 에칭은 산소에 기초한 건식 에칭인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 14항에 있어서, 상기 무기층은 실리콘인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 21항에 있어서, 상기 실리콘을 제거하는데 사용되는 에칭은 습식 에칭인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 22항에 있어서, 상기 습식 에칭은 2부의 불화수소산, 15부의 질산 및 5부의 CH3COOH, 또는 수산화 칼륨의 용액으로 수행되는 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 14항에 있어서, 상기 무기층은 게르마늄인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 24항에 있어서, 상기 에칭은 습식 에칭인 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
- 제 25항에 있어서, 상기 습식 에칭은 과산화 수소로 수행되는 것을 특징으로 하는 한쌍의 MOSFET 형성방법.
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