KR20020000293A - 시모스(cmos) 트랜지스터 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에피택셜(Epitaxial)층 성장 공정 후 에스피디(Solid Phase Diffusion : SPD) 방법에 의해 PMOS 트랜지스터의 버리드 채널(Buried channel) 영역을 형성하므로 상기 채널 영역의 숏 채널(Short channel) 조절의 한계를 극복하기 위한 시모스(Complementary Metal Oxide Semi Conductor : CMOS) 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 CMOS 트랜지스터 및 그의 제조 방법은 종래 기술보다 이온 주입 공정 또는 게이트 전극 형성 공정 등에 있어서 그 공정 횟수가 감소되며 PMOS 트랜지스터의 채널 카운터 도핑(Channel counter doping)을 비에스지(Boron Silicate Glass : BSG)층을 사용한 에스피디(Solid Phase Diffusion : SPD) 방법으로 버리드 채널 영역을 형성하기 때문에 소자의 집적화에 따른 상기 채널 영역의 미세화로 발생되는 숏 채널 효과를 방지하여 소자의 집적화, 수율 및 신뢰성을 향상시키는 특징이 있다.
Description
본 발명은 시모스(Complementary Metal Oxide Semi Conductor : CMOS) 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 에피택셜(Epitaxial)층 성장 공정 후 에스피디(Solid Phase Diffusion : SPD) 방법에 의해 PMOS 트랜지스터의 버리드 채널(Buried channel) 영역을 형성하여 소자의 집적화, 수율 및 신뢰성을 향상시키는 CMOS 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 CMOS 트랜지스터의 제조 방법은 도 1a에서와 같이, 반도체 기판(11) 표면내에 n형 불순물 이온을 주입하여 드레인 영역(12)을 형성한다.
도 1b에서와 같이, 상기 드레인 영역(12)이 형성된 반도체 기판(11)상에 제 1 피에스지(Phospho Silicate Glass : PSG)층(13), 산화막(14), 질화막(15) 및 제 2 PSG층(16)을 순차적으로 형성한다.
도 1c에서와 같이, 상기 제 2 PSG층(16)상에 감광막(17)을 도포한 후, 상기 감광막(17)을 채널 영역이 형성될 부위에만 제거되도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
그리고, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 감광막(17)을 마스크로 상기 제 2 PSG층(16), 질화막(15), 산화막(14) 및 제 1 PSG층(13)을 선택적으로 식각하여 상기 채널 영역의 반도체 기판(11)을 노출시킨다.
도 1d에서와 같이, 상기 감광막(17)을 제거한 후, 상기 노출된 채널 영역의 반도체 기판(11)과 제 2 PSG층(16)상에 에피택셜층(18)을 성장시킨 다음, 상기 제 2 PSG층(16)을 식각 종말점으로 하는 시엠피(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 방법에 의해 상기 에피택셜층(18)을 평탄화한다.
도 1e에서와 같이, 상기 제 2 PSG층(16)과 에피택셜층(18)상에 고농도의 n형 불순물이 주입된 다결정 실리콘층, 제 2 질화막(20) 및 제 2 감광막(21)을 순차적으로 형성한다.
그리고, 상기 제 2 감광막(21)을 소오스 영역이 형성될 부위에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
이어, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 2 감광막(21)을 마스크로 상기 제 2 질화막(20), 다결정 실리콘층 및 제 2 PSG층(16)을 선택적으로 식각한다.
여기서, 상기 다결정 실리콘층의 선택적 식각으로 소오스 영역(19)을 형성한다.
도 1f에서와 같이, 상기 제 2 감광막(21)을 제거한 후, 상기 제 1, 제 2 질화막(15,20)상에 제 3 질화막을 형성하고, 상기 제 3 질화막을 에치백(Etch back)하여 상기 소오스 영역(19) 양측의 산화막(14)상에 제 3 질화막 측벽(22)을 형성한다음, 상기 산화막(14)을 제거한다.
여기서, 상기 제 3 질화막의 에치백 공정 시, 상기 노출된 제 1 질화막(15)도 선택 제거된다.
도 1g에서와 같이, 전면에 열산화 공정으로 상기 노출된 에피택셜층(18) 표면상에 게이트 산화막을 성장시킨 다음, 전면에 제 2 다결정 실리콘층을 형성하고, 상기 제 2 다결정 실리콘층을 에치백하여 게이트 전극(23)을 형성한다.
그러나 종래의 CMOS 트랜지스터 및 그의 제조 방법은 게이트 전극과 채널 영역을 형성하기 위해 다수의 식각 공정을 요하는 등 공정이 복잡하며 PMOS 트랜지스터의 버리드 채널 영역을 에피택셜층 성장 공정 후 이온 주입 공정으로 채널 카운터 도핑(Channel counter doping)하여 형성하기 때문에 소자의 집적화에 따른 상기 채널 영역의 미세화로 숏 채널(Short Channel) 조절에 한계가 있어 소자의 집적화, 수율 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 에피택셜층 성장 공정 후 SPD 방법에 의해 PMOS 트랜지스터의 버리드 채널 영역을 형성하므로 상기 채널 영역의 숏 채널 조절의 한계를 극복하는 CMOS 트랜지스터 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1g는 종래 기술에 따른 CMOS 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 CMOS 트랜지스터를 나타낸 구조 단면도
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 실시 예에 따른 CMOS 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
31 : SOI 기판 32 : 실리콘 기판
33 : BOX층 34 : 제 1 에피택셜층
35 : 제 1 드레인 영역 36 : 제 2 드레인 영역
37 : 제 1 절연막 38 : 제 2 감광막
39 : 제 2 에피택셜층 40 : 제 1 채널 영역
41 : 제 1 소오스 영역 42 : 제 2 채널 영역
43 : 제 2 소오스 영역 44 : BSG층 측벽
45 : 제 5 감광막 46 : 버리드 채널 영역
47 : 게이트 산화막 48 : 제 1 게이트 전극
49 : 제 2 게이트 전극
본 발명의 CMOS 트랜지스터는 한다.
본 발명의 CMOS 트랜지스터의 제조 방법은 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 CMOS 트랜지스터 및 그의 제조 방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 CMOS 트랜지스터를 나타낸 구조 단면도이고, 도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 실시 예에 따른 CMOS 트랜지스터의 제조 방법을나타낸 공정 단면도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 CMOS 트랜지스터는 도 2에서와 같이, 실리콘 기판(32), BOX층(33) 및 제 1 에피택셜층(34)이 순차적으로 적층되어 형성되며 채널 영역이 정의된 에스오아이(Silicon On Insulator : SOI) 기판(31), 상기 제 1 에피택셜층(34)에 이웃하여 형성된 제 1, 제 2 드레인 영역(35,36), 상기 정의된 채널 영역의 각 제 1, 제 2 드레인 영역(35,36)상에 성장된 제 2 에피택셜층(39)에 각각 형성되는 제 1, 제 2 채널 영역(40,42), 상기 각 제 1, 제 2 채널 영역(40,42)상의 제 2 에피택셜층(39)에 상기 정의된 채널 영역보다 넓게 형성되며 서로 이격된 제 1, 제 2 소오스 영역(41,43), 상기 각 제 1, 제 2 소오스 영역(41,43) 하측의 각 제 1, 제 2 드레인 영역(35,36)상에 게이트 산화막(47)을 개재하며 형성되는 제 1, 제 2 게이트 전극(48,49)으로 구성된다.
여기서, 상기 제 2 채널 영역(42)이 상기 제 1 채널 영역(40)보다 그 넓이가 넓게 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 도 3a에서와 같이, NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터가 형성될 부위가 각각 정의되며 실리콘(Si) 기판(32)상에 비오엑스(Buried Oxide : BOX)층(33)과 제 1 에피택셜층(34)이 순차적으로 적층되어 형성된 SOI 기판(31)을 마련한다.
도 3b에서와 같이, 상기 SOI 기판(31)상에 제 1 감광막(도시하지 않음)을 도포한 다음, 상기 제 1 감광막을 상기 PMOS 트랜지스터가 형성될 부위에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한 후, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 1 감광막을 마스크로 고농도 n형 불순물 이온을 주입하여 상기 NMOS 트랜지스터가 형성될 부위의 제 1 에피택셜층(34)에 제 1 드레인 영역(35)을 형성하고, 상기 제 1 감광막을 제거한다.
그리고, 상기 공정을 동일하게 반복하여 상기 PMOS 트랜지스터가 형성될 부위의 제 1 에피택셜층(34)에 제 2 드레인 영역(36)을 형성한다.
이어, 상기 제 1, 제 2 드레인 영역(35,36)상에 제 1 절연막(37)을 형성한다.
도 3c에서와 같이, 상기 제 1 절연막(37)상에 제 2 감광막(38)을 도포하고, 상기 제 2 감광막(38)을 채널 콘택 부위에만 제거되도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
여기서, 상기 제 2 감광막(38)을 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터 각각의 최적화를 위해 NMOS 트랜지스터의 채널보다 PMOS 트랜지스터의 채널의 두께가 더 두껍도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
그리고, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 2 감광막(38)을 마스크로 상기 제 1 절연막(37)을 선택 식각한다.
도 3d에서와 같이, 상기 제 2 감광막(37)을 제거하고, 상기 노출된 제 1 에피택셜층(34)상의 채널 영역이 형성될 부위와 제 1 절연막(37)상에 제 2 에피택셜층(39)을 성장시킨다.
그리고, 상기 제 2 에피택셜층(39)상에 제 3 감광막(도시하지 않음)을 도포하고, 상기 제 3 감광막을 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 소오스 영역이 형성될 부위에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
이어, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 3 감광막을 마스크로 상기 제 2 에피택셜층(39)을 선택 식각한 후, 상기 제 3 감광막을 제거한다.
도 3e에서와 같이, 상기 제 2 에피택셜층(39)과 제 1 절연막(37)상에 제 4 감광막(도시하지 않음)을 도포하고, 상기 제 4 감광막을 상기 PMOS 트랜지스터가 형성될 부위에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
그리고, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 4 감광막을 마스크로 1017∼ 1019㎤의 농도의 고농도 p형 불순물 이온을 주입하여 상기 NMOS 트랜지스터가 형성될 부위의 제 1 절연막(37)이 식각된 부위에 제 1 채널 영역(40)을 형성하고, 1019∼ 1022㎤의 농도의 고농도 n형 불순물 이온을 주입하여 상기 NMOS 트랜지스터가 형성될 부위의 제 1 절연막(37)상의 제 2 에피택셜층(39)에 제 1 소오스 영역(41)을 형성한 후, 상기 제 4 감광막을 제거한다.
이어, 상기 공정을 동일하게 반복하여 상기 PMOS 트랜지스터가 형성될 부위의 제 1 절연막(37)이 식각된 부위에 n형의 제 2 채널 영역(42)을 형성하고, 상기 PMOS 트랜지스터가 형성될 부위의 제 1 절연막(37)상의 제 2 에피택셜층(39)에 p형의 제 2 소오스 영역(43)을 형성한다.
그리고, 상기 제 1 절연막(37)을 제거한 후, 상기 제 2 에피택셜층(39)을 포함한 전면에 비에스지(Boron Silicate Glass : BSG)층을 형성한 후, 에치백(Etchback)하여 상기 각 제 1, 제 2 채널 영역(40,42) 양측의 각 제 1, 제 2 드레인 영역(35,36)상에 BSG층 측벽(44)을 형성한다.
여기서, 상기 BSG층 측벽(44)의 형성을 위한 에치백 공정을 생략하고 상기 제 2 에피택셜층(39)을 포함한 전면에 BSG층을 형성할 수 있다.
도 3f에서와 같이, 상기 BSG층 측벽(44)을 포함한 전면에 제 5 감광막(45)을 도포하고, 상기 제 5 감광막(45)을 상기 PMOS 트랜지스터가 형성될 부위에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
그리고, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 5 감광막(45)을 마스크로 상기 NMOS 트랜지스터가 형성될 부위의 BSG층 측벽(44)을 제거한다.
도 3g에서와 같이, 상기 제 5 감광막(45)을 제거하고, 전면을 열처리하여 상기 BSG층 측벽(44)의 붕소 이온을 상기 제 2 채널 영역(42)으로 확산하는 SPD 방법으로 상기 제 2 채널 영역(42) 내벽에 버리드 채널 영역(46)을 형성한 후, 상기 BSG층 측벽(44)을 제거한다.
도 3h에서와 같이, 전면에 질화막(도시하지 않음)과 제 6 감광막(도시하지 않음)을 형성하고, 상기 제 6 감광막을 NMOS 트랜지스터가 형성될 부위에만 제거되도록 선택적으로 노광 및 현상한다.
그리고, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 6 감광막을 마스크로 상기 질화막을 선택 식각한 후, 상기 제 6 감광막을 제거한다.
이어, 상기 질화막을 마스크로 열산화 공정에 의해 상기 노출된 제 1, 제 2 에피택셜층(34,39) 표면상에 게이트 산화막(47)을 성장시킨다.
여기서, 상기 게이트 산화막(47)을 열산화막 대신에 고유전 물질 또는 질화막으로 형성할 수 있다.
그 후, 상기 게이트 산화막(47)을 포함한 전면에 n형 불순물이 주입된 제 2 다결정 실리콘층을 형성하고, 선택 식각하여 상기 제 1 채널 영역(40) 양측의 제 1 소오스 영역(41) 하측에 제 1 게이트 전극(48)을 형성한 후, 상기 질화막을 제거한다.
그리고, 상기 공정과 동일한 방법을 반복하여 상기 PMOS 트랜지스터가 형성될 부위의 제 1, 제 2 에피택셜층(34,39) 표면상에 게이트 산화막(47)을 성장시키고, 상기 제 2 채널 영역(42) 양측의 제 2 소오스 영역(43) 하측에 p형인 제 2 게이트 전극(49)을 형성한다.
본 발명의 CMOS 트랜지스터 및 그의 제조 방법은 종래 기술보다 이온 주입 공정 또는 게이트 전극 형성 공정 등에 있어서 그 공정 횟수가 감소되며 PMOS 트랜지스터의 채널 카운터 도핑을 BSG층을 사용한 SPD 방법으로 버리드 채널 영역을 형성하기 때문에 소자의 집적화에 따른 상기 채널 영역의 미세화로 발생되는 숏 채널 효과를 방지하여 소자의 집적화, 수율 및 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (12)
- 제 1 에피택셜층을 구비하며 채널 영역이 정의된 SOI 기판;상기 제 1 에피택셜층내에 이웃하여 형성된 형성되는 제 1, 제 2 도전형 드레인 영역;상기 정의된 채널 영역의 각 제 1, 제 2 도전형 드레인 영역상에 성장된 제 2 에피택셜층에 서로 이격되어 형성되는 제 1, 제 2 채널 영역;상기 각 제 1, 제 2 채널 영역상의 제 2 에피택셜층에 상기 정의된 채널 영역보다 그 넓이가 넓게 형성되며 서로 이격된 제 1, 제 2 도전형 소오스 영역;상기 각 제 1, 제 2 도전형 소오스 영역 하측의 각 제 1, 제 2 도전형 드레인 영역상에 게이트 절연막을 개재하며 형성되는 게이트 전극들을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 CMOS 트랜지스터.
- 제 1 항에 있어서상기 제 2 채널 영역이 상기 제 1 채널 영역보다 넓게 형성됨을 특징으로 하는 CMOS 트랜지스터.
- 제 1 도전형 트랜지스터와 제 2 도전형 트랜지스터가 형성될 부위가 각각 정의되며 실리콘 기판상에 BOX층과 제 1 에피택셜층이 순차적으로 적층되어 형성된 SOI 기판을 마련하는 단계;상기 각 제 1, 제 2 도전형 트랜지스터가 형성될 부위의 제 1 에피택셜층에 각각 제 1, 제 2 도전형 불순물 이온을 주입하여 제 1, 제 2 도전형 드레인 영역을 형성하는 단계;상기 각 제 1, 제 2 도전형 드레인 영역상에 채널 콘택홀을 갖는 제 1 절연막을 형성하는 단계;상기 제 1 절연막을 마스크로 제 2 에피택셜층을 성장시킨 후 이온 주입 공정에 의해 상기 제 1, 제 2 도전형 드레인 영역상의 각 채널 콘택홀내의 제 2 에피택셜층에 각각 제 1, 제 2 채널 영역을 형성하고 상기 각 채널 콘택홀에 인접한 제 1 절연막상의 제 2 에피택셜층에 제 1, 제 2 도전형 소오스 영역을 형성하는 단계;상기 제 1 절연막을 제거하고 상기 제 2 채널 영역 양측의 제 2 도전형 드레인 영역상에 제 2 도전형 이온이 주입된 제 2 절연막 측벽을 형성하는 단계;상기 제 2 절연막 측벽의 제 2 도전형 이온의 확산 공정으로 상기 제 2 채널 영역 내벽에 버리드 채널 영역을 형성하고 상기 제 2 절연막 측벽을 제거하는 단계;상기 각 제 1, 제 2 도전형 소오스 영역 하측의 각 제 1, 제 2 도전형 드레인 영역상에 게이트 절연막을 개재한 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 CMOS 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 각 제 1, 제 2 채널 영역을 각각 1017∼ 1019㎤의 농도의 고농도 제 2, 제 1 도전형 불순물 이온을 주입하여 형성함을 특징으로 하는 CMOS 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 각 제 1, 제 2 도전형 소오스 영역을 각각 1019∼ 1022㎤의 농도의 고농도 제 1, 제 2 도전형 불순물 이온을 주입하여 형성함을 특징으로 하는 CMOS 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 2 절연막을 BSG로 형성함을 특징으로 하는 CMOS 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 게이트 절연막을 열산화막 또는 고유전 물질 또는 질화막으로 형성함을 특징으로 하는 CMOS 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1 도전형 트랜지스터와 제 2 도전형 트랜지스터가 형성될 부위가 각각 정의되며 실리콘 기판상에 BOX층과 제 1 에피택셜층이 순차적으로 적층되어 형성된SOI 기판을 마련하는 단계;상기 각 제 1, 제 2 도전형 트랜지스터가 형성될 부위의 제 1 에피택셜층에 각각 제 1, 제 2 도전형 불순물 이온을 주입하여 제 1, 제 2 도전형 드레인 영역을 형성하는 단계;상기 각 제 1, 제 2 도전형 드레인 영역상에 채널 콘택홀을 갖는 제 1 절연막을 형성하는 단계;상기 제 1 절연막을 마스크로 제 2 에피택셜층을 성장시킨 후 이온 주입 공정에 의해 상기 제 1, 제 2 도전형 드레인 영역상의 각 채널 콘택홀내의 제 2 에피택셜층에 각각 제 1, 제 2 채널 영역을 형성하고 상기 각 채널 콘택홀에 인접한 제 1 절연막상의 제 2 에피택셜층에 제 1, 제 2 도전형 소오스 영역을 형성하는 단계;상기 제 1 절연막을 제거하고 상기 제 2 도전형 트랜지스터가 형성될 부위의 전면에 제 2 도전형 이온이 주입된 제 2 절연막을 형성하는 단계;상기 제 2 절연막의 제 2 도전형 이온의 확산 공정으로 상기 제 2 채널 영역 내벽에 버리드 채널 영역을 형성하고 상기 제 2 절연막을 제거하는 단계;상기 각 제 1, 제 2 도전형 소오스 영역 하측의 각 제 1, 제 2 도전형 드레인 영역상에 게이트 절연막을 개재한 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 CMOS 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 각 제 1, 제 2 채널 영역을 각각 1017∼ 1019㎤의 농도의 고농도 제 2, 제 1 도전형 불순물 이온을 주입하여 형성함을 특징으로 하는 CMOS 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 각 제 1, 제 2 도전형 소오스 영역을 각각 1019∼ 1022㎤의 농도의 고농도 제 1, 제 2 도전형 불순물 이온을 주입하여 형성함을 특징으로 하는 CMOS 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 2 절연막을 BSG로 형성함을 특징으로 하는 CMOS 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 게이트 절연막을 열산화막 또는 고유전 물질 또는 질화막으로 형성함을 특징으로 하는 CMOS 트랜지스터의 제조 방법.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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