KR20010057115A - Method of forming trench transistor or integrated circuit using trench sidewall as a channel - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing trench transistor using trench side wall as channel layer is provided to obtain a semiconductor element with a high integration by forming a vertical type channel layer through using trench side walls. CONSTITUTION: A method comprises the steps of forming a thin trench onto a silicon substrate(30); depositing a nitride film at the bottom surface of the silicon substrate, and etching the resultant structure so as to form a trench spacer at the side wall of the trench; forming an element isolation film(33B) at the silicon substrate and the lower portion of the trench by using the trench spacer as a barrier film; forming a P-well by implanting P-type impurity ion to one side wall of the trench, and an N-well by implanting N-type impurity ion to the other side wall of the trench; forming a channel area by implanting impurity ion to side walls of the trench, respectively, where the P-well and N-well are formed; forming a gate oxide film(34) at the bottom surface of the silicon substrate including the trench, depositing a gate conductive film in such a manner as to cover the trench area, and partially etching the resultant structure so as to form a gate electrode(35); implanting a low concentration impurity ion to the trench side wall where the gate electrode is not formed, so as to form a low concentration source/drain area; forming a gate spacer(36) at the side surface of the gate electrode, and implanting a high concentration impurity ion to the resultant structure so as to form a high concentration source/drain area; and depositing an inter-layer insulation film onto the silicon substrate in such a manner as to cover the gate electrode, and forming a connection wire(38) contacting the gate electrode.

Description

트렌치 측벽을 채널층으로 사용하는 트렌치 트랜지스터의 제조 방법{METHOD OF FORMING TRENCH TRANSISTOR OR INTEGRATED CIRCUIT USING TRENCH SIDEWALL AS A CHANNEL}Method for manufacturing a trench transistor using a trench sidewall as a channel layer {METHOD OF FORMING TRENCH TRANSISTOR OR INTEGRATED CIRCUIT USING TRENCH SIDEWALL AS A CHANNEL}

본 발명은 반도체 집적 회로(Integrated Circuit: IC)의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 트렌치(Trench)의 측벽을 채널층으로 사용하는 트렌치 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit (IC), and more particularly to a method for manufacturing a trench transistor using sidewalls of a trench as a channel layer.

단순한 트랜지스터로부터 초고집적 회로(Very Large Scale Integration: VLSI)의 반도체 소자가 발달해감에 따라 제작 비용이나 성능 등 많은 부분에서 큰 발전을 이루어왔다. 이러한 발전이 가능했던 이유 중의 하나가 회로 소자의 크기를 감소시킬 수 있었던 이유에 있다.As semiconductor devices from simple transistors to very large scale integration (VLSI) have evolved, significant advances have been made in many areas, including manufacturing costs and performance. One of the reasons this development has been possible is to reduce the size of circuit elements.

이러한 회로 소자의 가장 기본적인 것이 MOS 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Transistor) 또는 IGFET(Insulated-Gate Field Effect Transistor) 등의 고집적 소자이다. 특히, 상기와 같은 MOS 트랜지스터의 크기를 감소시킬수록 더욱 정밀하고, 집적도가 높은 회로를 제조하는 것이 가능해진다.The most basic of such a circuit device is a highly integrated device such as a metal oxide semiconductor transistor (MOS transistor) or an insulated-gate field effect transistor (IGFET). In particular, as the size of the MOS transistor is reduced, more precise and highly integrated circuits can be manufactured.

그런데, 상기와 같이 MOS 트랜지스터의 크기를 감소시키는데 있어서 발생하는 한계는, 채널 폭의 크기를 줄이는데 있어서 나타나는 한계에 기인한다. MOS 트랜지스터에서 소오스(Source) 영역과 드레인(Drain) 영역 사이의 채널은 디지털 동작 등의 특정 동작을 수행하기 위하여 비전도성 또는 전도성을 갖도록 형성되는데, 채널 폭이 점차로 감소할수록 정밀한 제조의 어려움 또는 작은 오염 물질에 의하여채널층을 쇼트시켜서, 소자의 정상적인 동작을 저해하는 원인이 되기도 한다.However, the limitation that arises in reducing the size of the MOS transistor as described above is due to the limitation that appears in reducing the size of the channel width. In the MOS transistor, the channel between the source region and the drain region is formed to be non-conductive or conductive in order to perform a specific operation such as a digital operation. As the channel width gradually decreases, precision manufacturing difficulty or small contamination is reduced. The shorting of the channel layer by the material may cause the normal operation of the device to be inhibited.

더욱이, 트랜지스터의 채널폭은 반도체 소자의 중요한 전기적 특성을 결정짓는 요인으로 작용하는데, 그 중의 하나가 게이트 전압이 인가된 상태에서 소오스 드레인 사이의 전류 크기를 결정짓는 트랜스 컨덕턴스(Transconductance)이다. 상기 트랜스 컨덕턴스가 증가할수록 트랜지스터가 스위칭되는 속도가 증가하기 때문에, 바람직한 전기적 특성을 갖는 반도체 소자를 제조하기 위해서는 집적 회로 내에 설치된 각 트랜지스터의 채널이 제대로 조절될 수 있도록 형성되어야 한다.Moreover, the channel width of the transistor acts as a determinant of important electrical characteristics of the semiconductor device, one of which is the transconductance which determines the magnitude of the current between the source and drain while the gate voltage is applied. As the transconductance increases, the speed at which the transistor is switched increases, so that the semiconductor device having desirable electrical characteristics must be formed so that the channel of each transistor installed in the integrated circuit can be properly adjusted.

그러나, 반도체 기판 상에 수평으로 구성되는 트랜지스터는 소오스 영역과 드레인 영역을 분리하는 채널층이 반도체 기판 영역에서 큰 부분을 차지하기 때문에 반도체 소자의 크기를 줄이는 것을 어렵게 한다.However, a transistor configured horizontally on a semiconductor substrate makes it difficult to reduce the size of the semiconductor device because the channel layer separating the source region and the drain region occupies a large portion in the semiconductor substrate region.

오늘날의 집적 회로는 수 백만 개의 트랜지스터와 수 백만 개의 메모리 셀로 이루어지는데, 수평 형태로 트랜지스터를 구성하는 경우에는 하나의 집적 회로 내에 배치되는 트랜지스터의 수에 한계가 있다.Today's integrated circuits are made up of millions of transistors and millions of memory cells. When configuring transistors in a horizontal form, there is a limit to the number of transistors placed in one integrated circuit.

따라서, 트랜지스터를 수직 형태로 구성함으로써, 수평 형태의 트랜지스터보다 차지하는 면적을 감소시킬 수 있는 방법에 제안되었다. 그런데, 이러한 방법은 실제로 반도체 기판 상에 구현하기가 어렵고, 작은 면적 내의 논리 소자 또는 메모리 셀과 콘택 또는 연결 배선을 형성하기 어렵다.Therefore, a method has been proposed in which the area occupied by the transistor in the vertical form can be reduced compared to the transistor in the horizontal form. However, such a method is difficult to actually implement on a semiconductor substrate, and it is difficult to form a contact or connection wiring with a logic element or a memory cell in a small area.

따라서, 제조가 용이하고, 작은 기판 상에 설계하기가 쉬우며, 보다 고집적도로 구성할 수 있도록 새로운 형태의 트랜지스터가 요구된다.Therefore, a new type of transistor is required to be easy to manufacture, to be easy to design on a small substrate, and to be able to configure with higher integration.

도 1a 내지 도 1h는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 수직 형태로 채널을 형성하는 종래의 트렌치 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도를 도시한 것이다. 상기 도 1a 내지 도 1h는 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터가 동시에 형성되는 경우를 나타낸 것으로, 이를 참조하여 종래의 트렌치 트랜지스터의 제조 방법을 살펴보면 다음과 같다.1A to 1H illustrate cross-sectional views of respective processes for describing a method of manufacturing a conventional trench transistor in which a channel is formed in a vertical form in order to achieve the above object. 1A to 1H illustrate a case in which a PMOS transistor and an NMOS transistor are simultaneously formed. Referring to this, a method of manufacturing a conventional trench transistor is as follows.

먼저, 도 1a와 같이, P 형 실리콘 기판(10) 상에 일정 부분에 N 형 불순물 이온을 주입하여, NMOS 트랜지스터의 드레인 전극으로 작용할 N 형 확산층(11)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, N-type impurity ions are implanted into a portion of the P-type silicon substrate 10 to form an N-type diffusion layer 11 to serve as a drain electrode of the NMOS transistor.

그 후에, 도 1b와 같이, 상기 P 형 실리콘 기판(10)과 확산층(11)의 표면을 세척한 후에 실리콘 기판(10)과 N 형 확산층(11) 표면에 실리콘 에피층(12)을 성장시킨다. 이 때, 성장된 실리콘 에피층(12)은 실리콘 기판(10)과 유사하거나 동일한 성분을 갖는다.Thereafter, as shown in FIG. 1B, after the surfaces of the P-type silicon substrate 10 and the diffusion layer 11 are washed, the silicon epitaxial layer 12 is grown on the surfaces of the silicon substrate 10 and the N-type diffusion layer 11. . At this time, the grown silicon epitaxial layer 12 has a similar or identical component to the silicon substrate 10.

그런 다음, 도 1c와 같이, 실리콘 에피층(12)의 일부 표면에 P 형 불순물을 주입하여, N 형 확산층(11) 상에 PMOS 트랜지스터의 드레인 영역으로 작용할 P 형 확산층(13)을 형성한다. 이렇게 하여, NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터의 드레인 전극이 서로 접촉되도록 한다.Then, as shown in FIG. 1C, a P-type impurity is implanted into a part of the surface of the silicon epitaxial layer 12 to form a P-type diffusion layer 13 to serve as a drain region of the PMOS transistor on the N-type diffusion layer 11. In this way, the drain electrodes of the NMOS transistor and the PMOS transistor are brought into contact with each other.

그리고 나서, 도 1d와 같이, P 형 확산층(13) 및 실리콘 기판(10) 상에 두텁게 실리콘 에피층(14)을 성장시킨다. 이 경우에도, 상기 실리콘 에피층(14)은 하부의 실리콘 기판(10)과 유사한 성분을 갖도록 할 수 있다.Then, as shown in FIG. 1D, the silicon epitaxial layer 14 is grown thickly on the P-type diffusion layer 13 and the silicon substrate 10. In this case, the silicon epitaxial layer 14 may have a component similar to that of the lower silicon substrate 10.

그 후에, 도 1e와 같이 PMOS 트랜지스터가 형성될 영역에 N-형 불순물 이온을 주입하여, N 웰(15)을 형성한다. 이 때, 형성되는 N 웰(15)은 하부의 드레인 영역인 P-형 확산층(13)과 접촉되도록 한다.Thereafter, N-type impurity ions are implanted into the region where the PMOS transistor is to be formed as shown in FIG. 1E to form the N well 15. At this time, the N well 15 to be formed is brought into contact with the P-type diffusion layer 13 which is a drain region of the lower portion.

다음으로, 도 1f와 같이, N 형 확산층(11)과 P 형 확산층(13) 및 N 웰(15)에 인접하도록 트렌치(16)를 형성한다. PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터가 직렬로 연결된 CMOS 트랜지스터를 형성하는 경우에, 상기 트렌치(16)는 후에 도전막이 형성되어 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 게이트 전극에 이어지도록 형성된다.Next, as shown in FIG. 1F, the trench 16 is formed to be adjacent to the N-type diffusion layer 11, the P-type diffusion layer 13, and the N well 15. In the case of forming a CMOS transistor in which a PMOS transistor and an NMOS transistor are connected in series, the trench 16 is formed such that a conductive film is later formed to connect to the gate electrode of the PMOS transistor and the NMOS transistor.

그 후에, 도 1g와 같이, 트렌치(16)를 포함한 기판 저면에 게이트 산화막(17)을 형성하고, PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터가 형성된 트렌치(16)의 양쪽 측벽에 트렌치 스페이서(18)를 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 1G, the gate oxide film 17 is formed on the bottom surface of the substrate including the trench 16, and the trench spacers 18 are formed on both sidewalls of the trench 16 in which the PMOS transistor and the NMOS transistor are formed.

그리고 나서, 도 1h와 같이, 트렌치가 덮이도록 플러그(19)를 형성하고, N 형 불순물을 주입하여 NMOS 트랜지스터의 소오스 영역(21) 및 P 형 불순물을 주입하여 PMOS 트랜지스터의 소오스 영역(20)을 차례로 형성한다.Then, as shown in FIG. 1H, the plug 19 is formed to cover the trench, and the source region 21 of the NMOS transistor and the source region 20 of the PMOS transistor are implanted by injecting N-type impurities to inject the source region 20 of the PMOS transistor. Form in turn.

후에, 상기 트렌치 측벽의 스페이서(18)가 게이트 전극과 접촉되고, NMOS 트랜지스터의 소오스 영역(21)에 접지 전원과 콘택되는 연결 배선 및, PMOS 트랜지스터의 소오스 영역(20)에 전원 전압과 콘택되는 연결 배선이 각각 형성되면 상기 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터는 CMOS 트랜지스터로서 형성되는 것이다.Afterwards, the spacer 18 of the trench sidewall is in contact with the gate electrode, the connection wiring is brought into contact with the ground power supply in the source region 21 of the NMOS transistor, and the connection is in contact with the power supply voltage in the source region 20 of the PMOS transistor. When the wirings are formed, the PMOS transistors and the NMOS transistors are formed as CMOS transistors.

상기와 같은 구조의 트렌치 트랜지스터는 상부와 하부에 형성된 소오스 및 드레인 영역 사이에 수직으로 채널이 형성되고, PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 드레인 전극이 서로 접촉되도록 형성된다.The trench transistor having the above structure is formed such that a channel is vertically formed between the source and drain regions formed at the top and the bottom thereof, and the drain electrodes of the PMOS transistor and the NMOS transistor are in contact with each other.

따라서, 수평 형태로 트랜지스터를 형성하는 경우보다 집적도를 증가시킬 수있어서 고집적도를 갖는 메모리 소자를 제조하기 용이하다는 이점이 있다. 그러나, 소오스/드레인 영역 및 채널이 수직 형태를 이루고 있기 때문에, 각 영역에 연결되는 배선을 형성하기가 어렵고, 서로 인접한 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 드레인 영역을 정확한 형태로 한정하기 어려우며, 인접한 서로 다른 불순물 영역 사이의 접합에 의하여, 반도체 소자의 정밀한 동작을 제어하기 곤란한 점이 있다.Therefore, there is an advantage in that the integration degree can be increased than in the case of forming the transistor in the horizontal form, so that it is easy to manufacture a memory device having high integration. However, since the source / drain regions and the channel form a vertical shape, it is difficult to form wirings connected to the respective regions, and it is difficult to limit the drain regions of the PMOS transistors and the NMOS transistors adjacent to each other to the exact shape, and the adjacent impurities are different from each other. There is a point that it is difficult to control the precise operation of the semiconductor element by the junction between the regions.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 트렌치 내부에 게이트 전극용 도전막을 형성하고, 트렌치 측벽에 채널을 형성함으로써 고집적도의 반도체 소자를 제조할 수 있는 트렌치 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method of manufacturing a trench transistor that can produce a semiconductor device of high density by forming a conductive film for the gate electrode inside the trench, and forming a channel on the sidewall of the trench. have.

또한, 본 발명은 소오스/드레인 영역을 수평 방향으로 형성함으로써 연결 배선의 형성을 용이하게 하고, 게이트 전극의 오버랩(Overlap) 마진을 증가시켜서 누설 전류를 감소시킬 수 있는 트렌치 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing a trench transistor that can facilitate the formation of connection wiring by forming the source / drain regions in the horizontal direction, and reduce the leakage current by increasing the overlap margin of the gate electrode. The purpose is.

도 1a 내지 도 1h는 종래의 트렌치 트랜지스터의 제조 방법을 나타내기 위한 각 공정별 단면도,1A to 1H are cross-sectional views of respective processes for illustrating a method of manufacturing a conventional trench transistor;

도 2는 일반적인 CMOS 인버터의 회로도,2 is a circuit diagram of a general CMOS inverter;

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 트렌치 트랜지스터의 제조 방법을 나타내기 위한 각 공정별 단면도,3A to 3E are cross-sectional views of respective processes for illustrating a method of manufacturing a trench transistor according to an embodiment of the present invention;

도 4는 상기 도 3e의 트렌치 트랜지스터의 평면도.4 is a plan view of the trench transistor of FIG. 3E.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭)(Name of the code for the main part of the drawing)

30: 실리콘 기판 31: 트렌치30: silicon substrate 31: trench

32: 트렌치 스페이서 33: 소자 분리막32: trench spacer 33: device isolation film

34: 게이트 산화막 35: 게이트 전극34: gate oxide film 35: gate electrode

36: 게이트 스페이서 37: 층간 절연막36: gate spacer 37: interlayer insulating film

38: 연결 배선38: connecting wiring

PMOS: PMOS 트랜지스터 NMOS: NMOS 트랜지스터PMOS: PMOS Transistor NMOS: NMOS Transistor

41: 소자 분리막 42: 게이트 산화막41: device isolation layer 42: gate oxide film

43: 게이트 전극 44: 연결 배선43: gate electrode 44: connection wiring

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 트렌치 트랜지스터의 제조 방법은 실리콘 기판 상에 트렌치형 소자 분리막을 만들기 위하여 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치를 포함한 실리콘 기판 저면에 질화막을 증착한 뒤에 이를 식각하여 트렌치의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 트렌치 스페이서를 배리어막으로 하여 실리콘 기판과 트렌치 하부 영역에 각각 소자 분리막을 형성하는 단계와, 상기 트렌치 내부의 측벽에 불순물 이온을 주입하여 P 웰과 N 웰, 채널 영역을 각각 형성하는 단계와, 상기 트렌치를 포함한 실리콘 기판 저면에 게이트 산화막을 형성한 후에, 트렌치 영역이 덮이도록 게이트용 도전막을 증착하고, 일정 부분 식각하여 게이트 전극을 형성하는 단계와, 게이트 전극이 형성되지 않은 트렌치 측벽에 저농도 불순물 이온을 주입하여 저농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극의 측면에 게이트용 스페이서를 형성한 후에 고농도 불순물 이온을 주입하여 소오스/드레인 영역을 완성하는 단계와, 상기 게이트 전극이 덮이도록 실리콘 기판 상에 층간 절연막을 증착한 후에, 상기 게이트 전극과 접촉되도록 연결 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method of manufacturing a trench transistor of the present invention comprises the steps of forming a trench to form a trench type isolation layer on a silicon substrate, and depositing a nitride film on the bottom surface of the silicon substrate including the trench and etching the same. Forming a spacer on the sidewalls of the trench; forming a device isolation layer on the silicon substrate and the trench lower region using the trench spacer as a barrier layer; and implanting impurity ions into the sidewalls of the trench; Forming an N well and a channel region, forming a gate oxide film on a bottom surface of the silicon substrate including the trench, depositing a gate conductive film so as to cover the trench region, and etching the portion to form a gate electrode; , Low concentration impurities on the trench sidewalls without gate electrodes Implanting ions to form a low concentration source / drain region, forming a gate spacer on the side of the gate electrode, and then implanting high concentration impurity ions to complete the source / drain region, and covering the gate electrode After depositing an interlayer insulating film on the silicon substrate, forming a connection line to be in contact with the gate electrode.

상기 트렌치 내부의 측벽에 불순물을 이온 주입하는 단계는 상기 트렌치 측벽에 비스듬히 불순물을 주입하는 것을 특징으로 한다.Injecting impurities into the sidewalls of the trench may include injecting impurities at an angle to the trench sidewalls.

상기 게이트용 도전막은 실리콘 기판 상의 소자 분리막 상부에 일정 부분이 남도록 형성하는 것을 특징으로 한다.The gate conductive film is formed so that a predetermined portion remains on the device isolation layer on the silicon substrate.

상기 소오스/드레인 영역은 게이트 전극이 형성되지 않은 트렌치 영역의 측벽에 불순물 이온을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 한다.The source / drain region may be formed by implanting impurity ions into a sidewall of a trench region in which a gate electrode is not formed.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 트렌치 내부의 측벽에 수직 방향으로 채널을 형성하고, 소오스/드레인 영역은 실리콘 기판과 동일한 평면 방향으로 형성함으로써, 반도체 소자의 집적도를 향상시키고, 공정을 보다 용이하게 한다.The present invention forms a channel in the vertical direction on the sidewalls of the trench and the source / drain regions are formed in the same plane direction as the silicon substrate, thereby improving the degree of integration of the semiconductor device and making the process easier.

본 발명은 게이트 전극이 서로 연결된 구조의 반도체 소자, 예를 들어 CMOS 인버터 또는 SRAM(Static Random Access Memory) 소자에 적용 가능한데, 하기에서는 CMOS 인버터를 제조하는 경우를 예로 들어 설명하고자 한다.The present invention is applicable to a semiconductor device having a structure in which gate electrodes are connected to each other, for example, a CMOS inverter or a static random access memory (SRAM) device. Hereinafter, a case of manufacturing a CMOS inverter will be described.

도 2는 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터가 직렬로 연결된 CMOS 트랜지스터의 회로도를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, CMOS 트랜지스터는 소오스 단자가 전원 전압(Vcc)에 연결된 PMOS 트랜지스터(PMOS)와 소오스 단자가 접지 전원(Vss)에 연결된 NMOS 트랜지스터(NMOS)의 드레인이 서로 연결되어 있는데, 게이트 전극을 통하여 각각 입력 신호(Input)를 제공받는다. 그리고, 출력 신호(Output)는 서로 연결된 드레인 단자를 통해서 출력한다.2 illustrates a circuit diagram of a CMOS transistor in which a PMOS transistor and an NMOS transistor are connected in series. Referring to FIG. 2, in the CMOS transistor, a PMOS transistor (PMOS) having a source terminal connected to a power supply voltage Vcc and a drain of an NMOS transistor (NMOS) having a source terminal connected to a ground power supply Vss are connected to each other. Each input signal (Input) is provided through. The output signal Output is output through drain terminals connected to each other.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른, 상기 도 2의 CMOS 인버터 제조 방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도를 도시한 것이다.3A to 3E are cross-sectional views of respective processes for explaining the method of manufacturing the CMOS inverter of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(30) 상에 일정 폭을 갖는 트렌치(31)를 형성한다. 상기 트렌치(31)는 형성 과정에서 약간 기울어진 테이퍼(Taper) 형태로 이루어지며, 바닥 부분은 약간 굴곡지게 형성된다. 상기와 같이 테이퍼 형태로 이루어진 트렌치(31)의 측벽은 채널층으로 사용된다.First, as shown in FIG. 3A, a trench 31 having a predetermined width is formed on the silicon substrate 30. The trench 31 is formed in a taper shape that is slightly inclined during the formation process, and the bottom portion is slightly bent. As described above, the sidewalls of the trench 31 having a tapered shape are used as channel layers.

그 후에, 도 3b에 도시된 바와 같이, 질화막을 일정 두께로 증착한 뒤에 블랭킷(Blanket) 식각 공정을 통하여 트렌치(31)의 측벽 부분에 트렌치 스페이서(32)를 형성한다. 상기 트렌치 스페이서(32)는 윗 부분이 얇고, 아랫 부분이 두텁게 형성되도록 한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 3B, the trench spacer 32 is formed on the sidewall portion of the trench 31 through a blanket etching process after the nitride film is deposited to a predetermined thickness. The trench spacer 32 has a thin upper portion and a thicker lower portion.

그런 다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치 스페이서(32)를 배리어막으로 하여 트렌치 하부 및 상부에 각각 소자 분리막(33A, 33B)을 형성한다. 이 때, 상기 트렌치 스페이서(32)에 의하여 트렌치 하부의 소자 분리막(33B)은 버즈빅(Bird's beak) 현상이 줄어들고, 트렌치 상부의 소자 분리막(33A)은 충분히 두텁게 형성되어 게이트의 엔드 캡(End-cap) 마진을 확보할 수 있다.3C, device isolation layers 33A and 33B are formed on the lower and upper trenches, respectively, using the trench spacer 32 as a barrier layer. At this time, the device isolation layer 33B in the lower portion of the trench is reduced by the trench spacer 32, and a bird's beak phenomenon is reduced, and the device isolation layer 33A in the upper portion of the trench is sufficiently thick to form an end cap of the gate. cap) Margin can be secured.

후에, 트렌치 스페이서(32)를 제거하고, 트렌치 측벽에 불순물 이온을 주입하여 PMOS 트랜지스터의 N 웰과, NMOS 트랜지스터의 P 웰을 형성한다. 이 때, 인(P)이나 보론(B) 등의 불순물 이온이 트렌치 측벽에 용이하게 주입되도록 약간 기울여서 주입하도록 한다. N 웰과 P 웰을 형성한 후에, 상기와 동일한 방식으로 불순물 이온을 주입하여, PMOS 트랜지스터 및 NMOS 트랜지스터의 채널층(도면에 도시되지 않음)을 형성한다.Thereafter, the trench spacer 32 is removed, and impurity ions are implanted into the trench sidewalls to form the N well of the PMOS transistor and the P well of the NMOS transistor. At this time, the impurity ions such as phosphorus (P) and boron (B) are inclined slightly so as to be easily implanted into the trench sidewalls. After the N well and the P well are formed, impurity ions are implanted in the same manner as above to form channel layers (not shown) of the PMOS transistor and the NMOS transistor.

그리고 나서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 트렌치 전면에 게이트 산화막(34)을 형성한 후에, 게이트 전극용 도전막을 일정 두께로 증착하고, 리소그라피 공정을 통하여 게이트 전극(35)을 형성한다. 이 때, 상기 게이트 전극(35)은 엔드 캡 부분이 트렌치 상부에 형성된 소자 분리막(33A)의 위에 올라가도록 하여, 오버랩 마진을 확보함으로써 누설 전류를 감소시키도록 한다. 그런 다음, 게이트 전극(35)이 형성되지 않은 트렌치 영역에 저농도 불순물 이온을 주입하여, 저농도 소오스/드레인 영역(도면에 도시되지 않음)을 형성한다. 그리고 나서, 트렌치 상부의 게이트 전극(35)에 게이트 스페이서(36)를 형성하고, 상기 게이트 스페이서(36)를 배리어막으로 하여 고농도 불순물 이온을 주입함으로써, 고농도 소오스/드레인 영역(도면에 도시되지 않음)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 3D, after the gate oxide film 34 is formed over the trench, the gate electrode conductive film is deposited to a predetermined thickness, and the gate electrode 35 is formed through a lithography process. At this time, the gate electrode 35 allows the end cap portion to rise above the device isolation layer 33A formed in the upper portion of the trench, thereby reducing the leakage current by ensuring an overlap margin. Then, low concentration impurity ions are implanted into the trench region where the gate electrode 35 is not formed, thereby forming a low concentration source / drain region (not shown). Then, by forming a gate spacer 36 in the gate electrode 35 on the trench, and implanting high concentration impurity ions using the gate spacer 36 as a barrier film, a high concentration source / drain region (not shown) ).

상기에서, 저농도 소오스/드레인 영역 및 고농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 경우에도, 채널층을 형성하는 경우와 동일하게 트렌치 측벽에 불순물이 용이하게 주입되도록 약간 기울여서 불순물 이온을 주입한다.In the above, even in the case of forming the low concentration source / drain region and the high concentration source / drain region, impurity ions are implanted with a slight inclination so that impurities are easily injected into the trench sidewalls as in the case of forming the channel layer.

그런 다음, 도 3e에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(35)이 덮이도록 실리콘 기판(30) 상에 층간 절연막(37)을 형성하고, 상기 게이트 전극(35) 및 소오스/드레인 영역과 접촉되도록 연결 배선(38)을 형성하여 CMOS 인버터를 완성한다.3E, an interlayer insulating film 37 is formed on the silicon substrate 30 to cover the gate electrode 35, and is connected to contact the gate electrode 35 and the source / drain regions. The wiring 38 is formed to complete the CMOS inverter.

도 4는 상기와 같은 방법으로 형성된 CMOS 인버터의 평면도를 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 실리콘 기판의 전면에 형성된 소자 분리막(41)에서 일직선 형태로 트렌치가 형성되고, 트렌치는 모두 게이트 산화막(42)을 덮여진다. 상기 도 4에서는 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터가 연결되는 CMOS 인버터 구조를 나타낸 것으로, PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 게이트 단자가 서로 연결되도록 게이트 전극(43)이 형성된다. 그리고, 게이트 전극(43)이 형성되지 않은 트렌치 영역은 각각 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 소오스/드레인 영역으로 된다.4 shows a plan view of a CMOS inverter formed by the above method. Referring to FIG. 4, trenches are formed in a straight line in the device isolation layer 41 formed on the entire surface of the silicon substrate, and the trenches all cover the gate oxide layer 42. 4 illustrates a CMOS inverter structure in which a PMOS transistor and an NMOS transistor are connected, and a gate electrode 43 is formed so that gate terminals of the PMOS transistor and the NMOS transistor are connected to each other. The trench regions where the gate electrode 43 is not formed are source / drain regions of the PMOS transistor and the NMOS transistor, respectively.

그 후에, 게이트 전극(43) 및 소오스/드레인 영역과 접촉되도록 연결 배선(44)이 각각 형성되는데, CMOS 인버터의 경우에는 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 드레인 전극이 서로 연결되도록 금속 배선(Output)이 형성된다. 그리고, 게이트 전극(43)은 입력 신호를 제공받기 위하여 입력 배선(Input)이 연결되고, PMOS 트랜지스터의 소오스 단자와 NMOS 트랜지스터의 소오스 단자는 각각 전원 전압(Vcc)용 배선과 접지 전원(Vss)용 배선에 이어진다.Thereafter, connecting wirings 44 are formed to contact the gate electrode 43 and the source / drain regions, respectively. In the case of a CMOS inverter, metal wirings are formed such that the drain electrodes of the PMOS transistor and the NMOS transistor are connected to each other. do. In addition, an input line is connected to the gate electrode 43 to receive an input signal, and a source terminal of the PMOS transistor and a source terminal of the NMOS transistor are respectively used for the power supply voltage Vcc and the ground power supply Vss. Followed by wiring.

상기와 같이 트렌치 측벽을 채널층으로 형성함으로써, 채널의 폭을 줄이고 그에 따라 고집적도를 갖는 반도체 소자를 형성할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명에서는 소오스/드레인 영역을 수직 형태로 설계하지 않고, 채널층과 동일하게 트렌치 측벽에 형성하여, 연결 배선 및 제조 공정을 간단하게 진행할 수 있도록 한다.By forming the trench sidewalls as the channel layer as described above, it is possible to reduce the width of the channel, thereby forming a semiconductor device having a high integration. In addition, in the present invention, the source / drain regions are not designed in a vertical shape, but are formed on the trench sidewalls in the same manner as the channel layer, thereby simplifying the connection wiring and the manufacturing process.

상기에서는 드레인 단자가 서로 연결된 CMOS 인버터의 경우를 예로 들어 설명하였으나, 드레인 단자는 서로 연결되지 않도록 형성하는 것이 가능하다.In the above description, a case where the CMOS inverters connected with drain terminals are connected to each other has been described as an example.

따라서, 게이트 단자가 서로 연결된 반도체 소자 및 메모리 셀의 경우에는 본 발명의 제조 방법을 적용할 수 있다.Therefore, the manufacturing method of the present invention can be applied to a semiconductor device and a memory cell in which gate terminals are connected to each other.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 트렌치 트랜지스터의 제조 방법에 따르면, 트렌치 측벽을 이용하여 채널층을 수직 형태로 형성함으로써 보다 집적도가 높은 반도체 소자를 제조할 수 있다.As described above in detail, according to the method of manufacturing a trench transistor, a semiconductor device having a higher degree of integration can be manufactured by forming a channel layer in a vertical shape using trench sidewalls.

또한, 소오스/드레인 영역은 게이트 전극이 형성되지 않은 트렌치 측벽을 이용하여 형성함으로써, 수직 형태로 형성된 경우보다 연결 배선 등의 제조 공정을 용이하게 진행할 수 있는 장점이 있다.In addition, the source / drain regions may be formed using trench sidewalls in which the gate electrodes are not formed, thereby facilitating a manufacturing process such as connection wiring, rather than a vertical form.

또한, 게이트 전극의 엔드-캡 부분을 기판 상부에 충분히 올라가도록 하여, 오버랩 마진을 확보함으로써 누설 전류를 감소시키고 반도체 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the end-cap portion of the gate electrode is sufficiently raised to the upper portion of the substrate, thereby ensuring an overlap margin, thereby reducing leakage current and improving electrical characteristics of the semiconductor device.

이하, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.Hereinafter, this invention can be implemented in various changes in the range which does not deviate from the summary.

Claims (6)

실리콘 기판 상에 얕은 트렌치를 형성하는 단계;Forming a shallow trench on the silicon substrate; 상기 트렌치를 포함한 실리콘 기판 저면에 질화막을 증착한 뒤에 이를 식각하여 트렌치의 측벽에 트렌치 스페이서를 형성하는 단계;Depositing a nitride film on a bottom surface of the silicon substrate including the trench and etching the nitride film to form trench spacers on sidewalls of the trench; 상기 트렌치 스페이서를 배리어막으로 하여 실리콘 기판 및 트렌치의 하부 영역에 각각 소자 분리막을 형성하는 단계;Forming an isolation layer in the silicon substrate and the lower region of the trench by using the trench spacer as a barrier layer; 상기 트렌치 내부의 한 쪽 측벽에 P 형 불순물 이온을 주입하여 P 웰을 형성하고, 다른 쪽 측벽에 N 형 불순물 이온을 주입하여 N-웰을 형성하는 단계;Implanting P-type impurity ions into one sidewall of the trench to form a P well, and implanting N-type impurity ions into the other sidewall to form an N-well; 상기 P 웰과 N 웰이 형성된 트렌치 측벽에 각각 불순물 이온을 주입하여 채널 영역을 형성하는 단계;Implanting impurity ions into the trench sidewalls formed with the P well and the N well to form a channel region; 상기 트렌치를 포함한 실리콘 기판 저면에 게이트 산화막을 형성한 후에, 트렌치 영역이 덮이도록 게이트용 도전막을 증착하고, 일정 부분 식각하여 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming a gate oxide film on a bottom surface of the silicon substrate including the trench, depositing a gate conductive film so as to cover the trench region, and etching the portion to form a gate electrode; 게이트 전극이 형성되지 않은 트렌치 측벽에 저농도 불순물 이온을 주입하여 저농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계;Implanting low concentration impurity ions into the trench sidewalls where the gate electrode is not formed to form a low concentration source / drain region; 상기 게이트 전극의 측면에 게이트용 스페이서를 형성한 후에 고농도 불순물 이온을 주입하여 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계; 및Forming a source / drain region by implanting high concentration impurity ions after forming a gate spacer on a side of the gate electrode; And 상기 게이트 전극이 덮이도록 실리콘 기판 상에 층간 절연막을 증착한 후에, 상기 게이트 전극과 접촉되도록 연결 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 트랜지스터의 제조 방법.And depositing an interlayer insulating film on the silicon substrate so that the gate electrode is covered, and then forming a connection line to be in contact with the gate electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 트렌치 스페이서는The method of claim 1, wherein the trench spacer 트렌치 상부에서 얇게 형성되고,Thin at the top of the trench, 트렌치 하부에서 두텁게 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 트렌치 트랜지스터의 제조 방법.A method of manufacturing a trench transistor, characterized in that to form a thick under the trench. 제 1 항에 있어서, 상기 P 웰과 N 웰 및 채널층은The method of claim 1, wherein the P well and N well and the channel layer 트렌치 내부의 측벽에 불순물을 비스듬히 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 트렌치 트랜지스터의 제조 방법.A method of manufacturing a trench transistor, wherein the trench is formed by injecting impurities into the sidewall of the trench at an angle. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 전극은The method of claim 1, wherein the gate electrode 실리콘 기판 상부에 형성된 소자 분리막 상에 일정 부분이 남도록 형성하는 것을 특징으로 하는 트렌치 트랜지스터의 제조 방법.A method of manufacturing a trench transistor, characterized in that it is formed so that a predetermined portion remains on the device isolation layer formed on the silicon substrate. 제 1 항에 있어서, 상기 소오스/드레인 영역은The method of claim 1, wherein the source / drain region is 게이트 전극이 형성되지 않은 트렌치 영역의 측벽에 불순물 이온을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 트렌치 트랜지스터의 제조 방법.And forming impurity ions into the sidewall of the trench region where the gate electrode is not formed. 제 5 항에 있어서, 상기 소오스/드레인 영역은The method of claim 5, wherein the source / drain region is 트렌치 내부의 측벽에 불순물을 비스듬히 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 트렌치 트랜지스터의 제조 방법.A method of manufacturing a trench transistor, wherein the trench is formed by injecting impurities into the sidewall of the trench at an angle.
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