KR20010045999A - Poly gate inversion transistor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A poly gate inversion transistor is provided to make an initial gate voltage applied to a gate oxide layer by preventing the gate voltage from being decreased by poly depletion, and to improve operating reliability by increasing current driving capacity. CONSTITUTION: A field oxide layer(22) is formed in an isolating region of a p-type semiconductor substrate(21). A gate oxide layer(25) is formed in an active region defined by the field oxide layer. The second region of a gate electrode is formed by doping low-density n-type impurities to the gate oxide layer. A depletion layer is formed in the lower portion and a side of the second region when a gate voltage is applied. An inversion region(27) is formed between the depletion region(23,28,31) and the gate oxide layer. High-density p-type ions are implanted into the gate oxide layer to form the first region(26) of the gate electrode wherein the first region is adjacent to the second region(29). The gate voltage is directly applied to the third region(30) of the gate electrode, which is formed on the first and second regions of the gate electrode.

Description

폴리 게이트 인버젼 트랜지스터{Poly gate inversion transistor}Poly gate inversion transistor

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 소자의 on 상태를 폴리 인버젼 모드에서 동작시킬 수 있도록 하여 게이트 공핍에 의한 게이트 전압의 감쇄를 억제한 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a poly gate inversion transistor in which the on state of the device can be operated in the poly inversion mode, thereby suppressing attenuation of the gate voltage due to gate depletion.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 트랜지스터에 관하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a transistor of the related art will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래 기술의 반도체 소자의 구조 단면도이다.1 is a structural cross-sectional view of a semiconductor device of the prior art.

도 1은 폴리 게이트 공핍(poly gate depletion)에 의한 유효 게이트 전압의 감소를 설명하기 위한 n 폴리 게이트 구조의 트랜지스터를 나타낸 것이다.1 illustrates a transistor having an n poly gate structure for explaining a reduction of an effective gate voltage due to poly gate depletion.

반도체 기판(1)상에 게이트 산화막(4)이 형성되고 게이트 산화막(4)상에 게이트 전극(6)이 형성된다.A gate oxide film 4 is formed on the semiconductor substrate 1 and a gate electrode 6 is formed on the gate oxide film 4.

그리고 상기 게이트 전극(6)의 양측에 소오스 및 드레인이 구성된다.Sources and drains are formed on both sides of the gate electrode 6.

도 1에서는 소오스(3) 영역쪽만을 도시한 것이고 (2)(5)번 영역은 게이트에 전압을 인가하는 경우 디플리션되는 영역이다.In FIG. 1, only the source 3 region is shown, and (2) and (5) regions are depleted when a voltage is applied to the gate.

상기 게이트 전극(6)에 (+) 전압이 인가되는 nMOS 트랜지스터는 폴리 디플리션에 의한 게이트 전압의 손해가 크게 나타날 수 있다.In the nMOS transistor to which a positive voltage is applied to the gate electrode 6, a damage of the gate voltage due to poly depletion may be large.

게이트 산화막(4)의 두께가 5nm 이고, 게이트 전극(6)을 구성하는 n-poly의 농도가 1×1020/cm3이면 게이트 인가 전압 2.5V에서 폴리 디플리션(도 1의 (5)영역)에 의해 일어나는 포텐셜(potential) 감쇄가 0.08V가 된다.When the thickness of the gate oxide film 4 is 5 nm and the concentration of n-poly constituting the gate electrode 6 is 1 × 10 20 / cm 3 , poly depletion is performed at a gate applied voltage of 2.5V (FIG. 1 (5)). Potential attenuation caused by the region) becomes 0.08V.

만약, 게이트 산화막(4)의 두께가 4nm이면, 게이트 전극(6)에 2.0V가 인가되는 경우 폴리 디플리션에 의해 0.08V가 감쇄된다.If the thickness of the gate oxide film 4 is 4 nm, when 2.0 V is applied to the gate electrode 6, 0.08 V is attenuated by poly depletion.

전류의 크기는 게이트 오버드라이브(=VGeff -VT)에 의해 결정되므로 이와 같은 포텐셜의 감쇄는 약 5%의 전류 감쇄에 해당된다.Since the magnitude of the current is determined by the gate overdrive (= VGeff -VT), this potential attenuation corresponds to approximately 5% current attenuation.

이와 같은 종래 기술의 트랜지스터는 다음과 같은 문제가 있다.Such a transistor of the prior art has the following problems.

최근의 초미세 소자에서는 게이트 산화막의 유효 두께(Equivalent tox)를 실제 산화막 두께(Physical tox)보다 크게 하기 때문에 게이트 폴리 디플리션 현상이 일어난다.In recent ultra-fine devices, the gate poly deflection phenomenon occurs because the effective thickness of the gate oxide film is larger than the actual physical thickness.

종래 기술의 트랜지스터는 이와 같은 폴리 디플리션에 의한 게이트 전압의 감쇄를 막지 못한다.Prior art transistors do not prevent attenuation of the gate voltage by such poly depletion.

이는 전류 구동 능력(Current Drivability)시켜 소자의 동작 특성을 열화시킨다.This results in current driveability, which degrades the device's operating characteristics.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 트랜지스터의 문제를 해결하기 위한 것으로, 소자의 on 상태를 폴리 인버젼 모드에서 동작시킬 수 있도록 하여 게이트 공핍에 의한 게이트 전압의 감쇄를 억제한 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem of transistors of the prior art, and provides a poly gate inversion transistor in which the on state of the device can be operated in a poly inversion mode, thereby suppressing attenuation of the gate voltage due to gate depletion. Its purpose is to.

도 1은 종래 기술의 반도체 소자의 구조 단면도1 is a structural cross-sectional view of a semiconductor device of the prior art

도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 구조 단면도2 is a structural cross-sectional view of a semiconductor device according to the present invention.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

21. 반도체 기판 22. 필드 산화막21. Semiconductor substrate 22. Field oxide film

23. 28.31. 공핍 영역 24. 소오스 영역23. 28.31. Depletion Zone 24. Source Zone

25. 게이트 산화막 26. 게이트 전극 제 1 영역25. Gate oxide film 26. Gate electrode first region

27. 인버젼 영역 29. 게이트 전극 제 2 영역27. Inversion region 29. Gate electrode second region

30. 게이트 전극 제 3 영역30. Gate electrode third region

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터는 p형 반도체 기판;상기 p형 반도체 기판의 소자 격리 영역에 형성되는 필드 산화막에 의해 정의된 활성 영역상에 형성되는 게이트 산화막;상기 게이트 산화막상에 저농도 n형 불순물이 도핑되어 형성되고 게이트 전압인가시에 하부 및 일측에 공핍층이 생기고 하부의 공핍층과 게이트 산화막 사이에 인버젼 영역이 생기는 게이트 전극 제 2 영역;상기 게이트 전극 제 2 영역과 접하여 게이트 산화막상에 고농도 p형 이온이 주입되어 형성되고 게이트 전압이 인가될때 인버젼되는 영역과 게이트 전압 인가 부분을 연결시켜주는 게이트 전극 제 1 영역;상기 게이트 전극 제 1,2 영역상에 형성되어 게이트 전압이 직접 인가되는 게이트 전극 제 3 영역을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a poly gate inversion transistor, including: a p-type semiconductor substrate; a gate oxide film formed on an active region defined by a field oxide film formed in an element isolation region of the p-type semiconductor substrate; A gate electrode second region formed by doping a low-concentration n-type impurity on the gate oxide layer, and having a depletion layer on one side and one side when a gate voltage is applied, and an inversion region between a lower depletion layer and the gate oxide layer; A gate electrode first region formed by implanting high-concentration p-type ions on the gate oxide layer in contact with two regions and connecting an inversion region and a gate voltage application portion when a gate voltage is applied; And a third region formed on the gate electrode to which the gate voltage is directly applied. And a gong.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a poly gate inversion transistor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 구조 단면도이다.2 is a structural cross-sectional view of a semiconductor device according to the present invention.

본 발명에 따른 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터는 폴리 디플리션이 과도하여 발생하는 폴리 인버젼 상태를 이용하여 의도적으로 폴리 인버젼 모드로 소자를 동작시키는 것이다.The poly gate inversion transistor according to the present invention intentionally operates the device in a poly inversion mode by using a poly inversion state in which poly depletion occurs excessively.

그 구성은 p형의 반도체 기판(21)의 소자 격리 영역에 형성되는 필드 산화막(22)과, 상기 게이트 산화막(22)상에 형성되는 게이트 전극 제 1 영역(26) 및 게이트 전극 제 2 영역(29)과, 상기 게이트 전극 제 1,2 영역(26)(29)상에 형성되는 게이트 전극 제 3 영역(30)과, 상기 게이트 전극 제 1,2,3 영역(26)(29)(30)으로 이루어진 게이트 전극의 양측 반도체 기판(21)의 표면내에 구성되는 소오스/드레인 영역으로 구성된다.The structure includes a field oxide film 22 formed in the element isolation region of the p-type semiconductor substrate 21, a gate electrode first region 26 and a gate electrode second region (formed on the gate oxide film 22). 29, the gate electrode third region 30 formed on the gate electrode first, second and second regions 26 and 29, and the gate electrode first, second and third regions 26, 29 and 30. And a source / drain region formed in the surface of the semiconductor substrate 21 on both sides of the gate electrode.

도 2에서는 소오스 영역(24)만 도시하였다.In FIG. 2, only the source region 24 is shown.

상기 게이트 전극 제 1 영역(26)은 전체 게이트 전극에서 p+ 이온이 주입된 영역으로 게이트 전압이 인가될때 인버젼되는 영역과 게이트 전압 인가 부분을 연결시켜주는 역할을 한다.The gate electrode first region 26 connects an inversion region and a gate voltage application part when a gate voltage is applied to a region where p + ions are implanted in all the gate electrodes.

그리고 게이트 전극 제 2 영역(29)은 상기 게이트 전극 제 1 영역(26)과 양분되어 게이트 전극을 구성하는 부분으로 1×1018/cm3정도의 낮은 불순물 농도를 갖는 n-poly로 이루어진 부분이다.In addition, the gate electrode second region 29 is divided into the gate electrode first region 26 and constitutes the gate electrode. The gate electrode second region 29 is made of n-poly having a low impurity concentration of about 1 × 10 18 / cm 3 . .

그리고 게이트 전극 제 3 영역(31)은 상기 게이트 전극 제 1,2 영역(26)(29)상에 구성되어 직접 게이트 전압이 인가되는 부분으로 텅스텐으로 구성된다.The gate electrode third region 31 is formed on the gate electrodes first and second regions 26 and 29, and is directly made of tungsten.

상기 n-poly 부분은 게이트 전압 인가시에 p-poly로 이루어진 게이트 전극 제 1 영역(26)과의 계면및 n-poly 부분의 하부에 공핍 영역(28)(31)이 생긴다.When the n-poly portion is applied with the gate voltage, depletion regions 28 and 31 are formed at the interface with the gate electrode first region 26 made of p-poly and below the n-poly portion.

그리고 n-poly 부분의 하부에 생기는 공핍 영역(28)과 게이트 산화막(25)과의 계면에는 인버젼 영역(27)이 발생한다.The inversion region 27 is generated at the interface between the depletion region 28 and the gate oxide film 25 formed below the n-poly portion.

상기 인버젼 영역(27)은 게이트 전극 제 1 영역(26)에 의해 텅스텐으로 이루어진 게이트 전극 제 3 영역(30)과 연결된다.The inversion region 27 is connected to the gate electrode third region 30 made of tungsten by the gate electrode first region 26.

그리고 상기 게이트 전극 제 1 영역(26)은 필드 산화막(22)상에 위치된다.The gate electrode first region 26 is located on the field oxide layer 22.

그리고 게이트 전압 인가시에 소오스 영역(24) 하측의 반도체 기판(21)내에는 공핍 영역(23)이 생긴다.When the gate voltage is applied, the depletion region 23 is formed in the semiconductor substrate 21 under the source region 24.

이와 같은 구성을 갖는 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터는 다음과 같은 공정으로 형성된다.The poly gate inversion transistor having such a configuration is formed by the following process.

먼저, 반도체 기판(21)의 소자 격리 영역에 필드 산화막(22)을 형성하고, 상기 필드 산화막(22)에 의해 정의된 활성 영역에 게이트 산화막(25)을 형성한다.First, the field oxide film 22 is formed in the element isolation region of the semiconductor substrate 21, and the gate oxide film 25 is formed in the active region defined by the field oxide film 22.

그리고 게이트 폴리층으로 1×1018/cm3의 낮은 농도로 불순물이 도핑된 n-poly를 증착한다.The n-poly doped with impurities is deposited to a gate poly layer at a low concentration of 1 × 10 18 / cm 3 .

이어, 액티브 마스크의 역상으로 포토리소그래피 공정을 진행하여 상기 게이트 폴리층의 일부 영역(액티브 마스크의 역상이므로 필드 산화막(22)상에만)에 고농도의 p형 불순물을 주입한다.Next, a photolithography process is performed in the reverse phase of the active mask to inject a high concentration of p-type impurities into a portion of the gate poly layer (only on the field oxide film 22 because the reverse of the active mask is reversed).

그리고 상기 게이트 폴리층상에 텅스텐층을 증착하고 게이트 패터닝 공정을 진행하여 게이트 전극 제 1,2,3 영역(26)(29)(30)으로 이루어진 게이트 전극을 형성한다.In addition, a tungsten layer is deposited on the gate poly layer and a gate patterning process is performed to form a gate electrode including the first, second, third, second, third, second, third, second, third, and third regions 26, 29, 30.

그리고 게이트 전극 양측의 반도체 기판(21) 표면내에 불순물 이온을 주입하여 소오스/드레인 영역을 형성한다.Impurity ions are implanted into the surface of the semiconductor substrate 21 on both sides of the gate electrode to form a source / drain region.

이와 같은 공정으로 n MOS 트랜지스터를 형성하는 경우 p MOS 트랜지스터의 게이트 전극에도 낮은 도핑농도를 갖는 n poly로 구성되지만, n MOS 트랜지스터에서 일어나는 디플리션 문제는 p MOS 트랜지스터에서는 일어나지 않는다.When the n MOS transistor is formed by the above process, the gate electrode of the p MOS transistor is composed of n poly having a low doping concentration, but the depletion problem occurring in the n MOS transistor does not occur in the p MOS transistor.

본 발명에 따른 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터는 게이트 전압인가시에 발생하는 디플리션을 이용하여 최초 인가 전압이 감쇄없이 그대로 채널 영역으로 인가되도록한 것이다.In the poly gate inversion transistor according to the present invention, the initial applied voltage is applied to the channel region without attenuation by using depletion occurring when the gate voltage is applied.

이는 게이트 전압이 직접 인가되는 게이트 전극 제 3 영역(30)과 디플리션을 이용한 인버젼 영역(27)이 p-poly로 이루어진 게이트 전극 제 1 영역(26)에 의해 연결되기 때문이다.This is because the gate electrode third region 30 to which the gate voltage is directly applied and the inversion region 27 using depletion are connected by the gate electrode first region 26 made of p-poly.

즉, 본 발명에 따른 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터는 폴리 디플리션을 의도적으로 과도하게 일으켜 게이트 폴리 계면에 인버젼층이 형성되도록 하고, 이 인버젼층에 온전한 게이트 전압이 걸릴 수 있도록한 것이다.In other words, the poly gate inversion transistor according to the present invention intentionally causes excessive poly depletion so that an inversion layer is formed at the gate poly interface, and the inversion layer is allowed to apply an intact gate voltage.

폴리 디플리션을 의도적으로 과도하게 일으키기 위하여 게이트 도핑 농도를 낮게 한다.The gate doping concentration is lowered in order to intentionally cause excessive poly-dplication.

이와 같은 본 발명에 따른 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터는 다음과 같은 효과가 있다.Such a poly gate inversion transistor according to the present invention has the following effects.

폴리 디플리션에 의한 게이트 전압의 감쇄를 막을 수 있으므로 최초 게이트 전압이 그대로 게이트 산화막에 인가된다.Since the attenuation of the gate voltage by poly depletion can be prevented, the initial gate voltage is applied to the gate oxide film as it is.

이는 전류 구동 능력을 향상시켜 소자의 동작 신뢰성을 높이는 효과가 있다.This improves the current driving capability, thereby increasing the operation reliability of the device.

Claims (4)

p형 반도체 기판;p-type semiconductor substrates; 상기 p형 반도체 기판의 소자 격리 영역에 형성되는 필드 산화막에 의해 정의된 활성 영역상에 형성되는 게이트 산화막;A gate oxide film formed on an active region defined by a field oxide film formed in the device isolation region of the p-type semiconductor substrate; 상기 게이트 산화막상에 저농도 n형 불순물이 도핑되어 형성되고 게이트 전압인가시에 하부 및 일측에 공핍층이 생기고 하부의 공핍층과 게이트 산화막 사이에 인버젼 영역이 생기는 게이트 전극 제 2 영역;A gate electrode second region formed by doping with a low concentration n-type impurity on the gate oxide layer, and having a depletion layer at a lower side and a side thereof when an gate voltage is applied, and an inversion region between a lower depletion layer and a gate oxide layer; 상기 게이트 전극 제 2 영역과 접하여 게이트 산화막상에 고농도 p형 이온이 주입되어 형성되고 게이트 전압이 인가될때 인버젼되는 영역과 게이트 전압 인가 부분을 연결시켜주는 게이트 전극 제 1 영역;A gate electrode first region formed by contacting the gate electrode second region with a high concentration of p-type ions implanted on a gate oxide layer and connecting an inversion region when the gate voltage is applied to a gate voltage application portion; 상기 게이트 전극 제 1,2 영역상에 형성되어 게이트 전압이 직접 인가되는 게이트 전극 제 3 영역을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터.And a gate electrode third region formed on the first and second regions of the gate electrodes, to which a gate voltage is directly applied. 제 1 항에 있어서, 게이트 전극 제 3 영역에 게이트 전압이 인가되면 게이트 전극 제 1 영역과 인버젼 영역이 연결되어 게이트 전압의 감쇄없이 최초 인가되는 게이트 전압이 게이트 산화막으로 인가되는 것을 특징으로 하는 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터.The polyolefin of claim 1, wherein when a gate voltage is applied to the gate electrode third region, the gate electrode first region and the inversion region are connected to each other, and a gate voltage that is initially applied without attenuation of the gate voltage is applied to the gate oxide layer. Gate inversion transistor. 제 1 항에 있어서, 게이트 전극 제 2 영역은 상기 게이트 전극 제 1 영역과 양분되어 게이트 전극을 구성하는 부분으로 1×1018/cm3정도의 불순물 농도를 갖는 n-poly로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터.2. The gate electrode second region of claim 1, wherein the gate electrode second region is divided into the gate electrode first region to form a gate electrode, and is formed of n-poly having an impurity concentration of about 1 × 10 18 / cm 3 . Poly gate inversion transistor. 제 1 항에 있어서, 게이트 전극 제 1 영역은 필드 산화막상에 위치되는 것을 특징으로 하는 폴리 게이트 인버젼 트랜지스터.The poly gate inversion transistor according to claim 1, wherein the gate electrode first region is located on the field oxide film.
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