KR20040004001A - 셀프얼라인 로칼 이온주입을 이용한 모스 트랜지스터의제조방법 - Google Patents

셀프얼라인 로칼 이온주입을 이용한 모스 트랜지스터의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 셀프얼라인 로칼이온주입공정을 이용한 모스 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 모스 트랜지스터의 제조방법은 게이트가 형성될 부분의 기판을 노출시키는 개구부를 구비한 마스크물질을 기판상에 형성하는 단계와; 상기 개구부의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 노출된 기판으로 문턱전압조절 및 펀치스루방지용 불순물을 이온주입하여 문턱전압조절용 이온주입영역과 펀치스루방지용 이온주입영역을 기판에 형성하는 단계와; 상기 스페이서를 제거하는 단계와; 상기 개구부내에 게이트 절연막을 구비한 게이트를 형성하는 단계와; 상기 마스크물질을 제거하는 단계와; 게이트양측의 기판에 저농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계와; 상기 게이트의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 저농도 소오스/드레인 영역과 접하는 고농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 문턱전압조절 및 펀치스루방지용 이온주입공정을 셀프얼라인방식으로 수행함으로써, 후속공정에서의 LDD 영역과의 오버랩발생을 방지하고, 접합용량을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

셀프얼라인 로칼 이온주입을 이용한 모스 트랜지스터의 제조방법{Method for fabricating MOSFET using self-aligned local ion implantation}
본 발명은 모스 트랜지스터에 관한 것으로서, 문턱전압조절 및 펀치스루 방지를 위한 불순물을 셀프얼라인방식으로 이온주입하여 소자의 특성을 개선할 수 있는 모스 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.
반도체소자의 고집적화에 따라 모스 트랜지스터의 크기가 축소되고, 이에 따라 동작전압에 대한 게이트길이의 축소가 급속하게 이루어지고 있다. 이러한 게이트 길이의 축소로 인하여 숏채널효과(short effect)가 발생하게 되고, 이를 해결하기 위하여 채널영역에 트랜지스터의 문턱전압을 조절하기 위한 이온주입을 실시하였다. 그러나, 문턱전압을 조절하기 위한 이온주입에 의해 채널영역의 농도가 증가하여 트랜지스터의 브레이크다운 전압(breakdown voltage) 마진이 감소하고 접합용량이 증가하는 문제점이 있었다.
게이트 길이의 축소에 따른 모스 트랜지스터의 브레이크다운 전압의 마진감소를 방지하기 위하여 할로이온주입(halo ion implantation)이나 로칼채널이온주입(local channel ion implantation) 등이 실시되었다.
그러나, 할로이온주입은 서로 이웃하는 게이트간 간격(gate-to-gate sapce)이 작아짐에 따라 할로이온주입을 진행하기 위한 틸트마진이 작아져서 딥서브미크론공정에 적용하기 힘든 문제점이 있었다.
또한, 로칼채널이온주입은 게이트와 채널영역에 이온주입된 영역과의 미스얼라인이 발생하기 때문에 서브 미크론 소자에서 LDD 구조를 형성하기 위한 저농도 소오스/드레인 영역과 오버랩되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 셀프얼라인방식으로 문턱전압조절 및 펀치스루방지용 불순물을 국부적으로 채널영역에 이온주입하여 줌으로써, LDD영역과의 오버랩을 방지하고 접합용량을 감소시킬 수 있는 모스 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따른 모스 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도,
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 반도체 기판105 : p웰
110 : 소자분리막120 : 패드 산화막
125 : 마스크물질135, 175 : 스페이서
140 : 문턱전압조절용 이온주입영역
145 : 펀치스루방지용 이온주입영역
150 : 게이트산화막155 : 게이트
160, 165: 저농도 및 고농도 소오스/드레인 영역
180 : 실리사이드층
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 게이트가 형성될 부분의기판을 노출시키는 개구부를 구비한 마스크물질을 기판상에 형성하는 단계와; 상기 개구부의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 노출된 기판으로 문턱전압조절 및 펀치스루방지용 불순물을 이온주입하여 문턱전압조절용 이온주입영역과 펀치스루방지용 이온주입영역을 기판에 형성하는 단계와; 상기 스페이서를 제거하는 단계와; 상기 개구부내에 게이트 절연막을 구비한 게이트를 형성하는 단계와; 상기 마스크물질을 제거하는 단계와; 게이트양측의 기판에 저농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계와; 상기 게이트의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 저농도 소오스/드레인 영역과 접하는 고농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하는 모스 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 문턱전압조절 및 펀치스루방지용 이온주입영역은 상기 스페이서와 마스크물질을 이용하여 셀프얼라인방식으로 형성되며, 상기 게이트는 상기 개구부가 채워지도록 폴리실리콘막을 증착한 다음 CMP 하여 다마신 게이트로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 실시예를 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따른 셀프얼라인방식을 이용하여 문턱전압조절 및 펀치스루방지용 불순물을 이온주입하여 모스 트랜지스터를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도1a를 참조하면, 통상적인 STI(shallow trench isolation) 공정을 이용하여 반도체 기판(100)에 STI 소자분리막(110)을 형성하고, 통상적인 웰형성공정으로 p웰(105)을 형성한다.
이이서, 기판(100)상에 패드산화막(120)과 질화막과 같은 마스크물질(125)을 증착하고, 게이트가 형성될 부위의 마스크물질(125)과 패드산화막(120)을 식각하여 개구부(130)를 형성한다.
도 1b를 참조하면, 기판전면에 산화막을 증착한 다음 이방성식각하여 상기 개구부(130)의 측벽에 산화막으로 된 스페이서(135)를 형성한다. 이어서, 상기 스페이서(135)와 마스크물질(125)을 마스크로 하여 셀프얼라인방식으로 문턱전압을 조절하기 위한 이온주입공정과 펀치스루(punchthrough)를 방지하기 위한 이온주입공정을 실시하여 p웰(105)에 문턱전압조절용 이온주입영역(140)과 펀치스루방지용 이온주입영역(145)을 형성한다.
도 1c를 참조하면, 상기 개구부(130)내의 스페이서(135)를 제거한 다음 다마신 게이트(155)를 형성한다. 즉, 게이트산화막(150)을 상기 개구부(130)내의 실리콘 기판(100)상에 성장시키고, 상기 개구부(130)가 채워지도록 폴리실리콘막을 증착한 다음, 상기 폴리실리콘막을 화학 기계적 연마(CMP)하여 평탄화시킨다. 이로써, 다마신 게이트(155)가 형성된다.
본 발명의 실시예에서는, 게이트가 형성될 부분에 개구부(130)를 형성하여 셀프얼라인 방식으로 문턱전압조절용 이온주입영역(140)과 펀치스루방지용 이온주입영역(145)을 형성하여 준 다음 상기 개구부(130)에 다마신 게이트(155)를 형성하여 줌으로써, 게이트(155)와 이온주입영역(140), (145)간의 미스얼라인 문제는 발생하지 않게 된다. 그러므로, 본 발명의 모스 트랜지스터를 디램소자의 셀트랜지스터에 적용하게 되면 다이나믹 리프레쉬특성의 저하없이 스태틱 리프래쉬특성을 개선할 수 있는 이점이 있다.
도 1d를 참조하면, 상기 마스크물질(125)을 제거한 다음, 상기 게이트(155)를 마스크로 이용하여 n-형 불순물을 이온주입하여 게이트(155) 양측의 p웰(105)에 저농도 소오스/드레인 영역(160)을 형성한다.
도 1e를 참조하면, 기판전면에 산화막 또는 질화막과 같은 절연막(170)을 기판전면에 증착한 다음 상기 절연막(170)과 패드산화막(120)을 이방성식각하여 게이트(155)의 양측에 게이트 스페이서(175)를 형성한다.
이어서, 상기 게이트(155)과 게이트 스페이서(175)를 이용하여 n+형 불순물을 이온주입하여 상기 저농도 소오스/드레인 영역(160)과 접하도록 고농도 소오스/드레인 영역(165)을 p웰(105)에 형성한다. 이때, 상기 고농도 소오스/드레인 영역(165)을 형성하기 위한 불순물주입공정시 게이트(155)로 n+형 불순물이 주입되므로, 상기 게이트(155)는 n+형 폴리실리콘막으로 형성되어진다.
도 1f를 참조하면, 기판전면에 실리사이드가 가능한 금속막, 예를 들면 Co, Ni, Ti 등과 같은 금속막을 증착한 다음 실리사이드공정을 수행하면, 상기게이트(155)상에 실리사이드층(180)이 형성되고, 상기 고농도 소오스/드레인 영역(165)의 표면에 실리사이드층(180)이 형성된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 모스 트랜지스터가 얻어진다.
본 발명의 실시예에서는, n형 모스트랜지스터를 제조하는 방법에 관하여 설명하였으나, p형 모스트랜지스터를 제조하는 방법에도 적용가능하다. p형 모스 트랜지스터를 제조하는 경우에는, n형웰을 형성하고, LDD 구조의 소오스/드레인 영역을 형성하기 위하여 p-형 및 p+형 불순물을 이온주입하게 된다.
상기한 바와같은 본 발명의 모스 트랜지스터의 제조방법에 따르면, 문턱전압조절 및 펀치스루방지용 이온주입공정을 셀프얼라인방식으로 수행하여 줌으로써, 미스얼라인에 의한 저농도 소오스/드레인 영역과 이온주입영역간의 오버랩 발생을 방지하고, 접합용량을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 게이트가 형성될 부분의 기판을 노출시키는 개구부를 구비한 마스크물질을 기판상에 형성하는 단계와;
    상기 개구부의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계와;
    상기 노출된 기판으로 문턱전압조절 및 펀치스루방지용 불순물을 이온주입하여 문턱전압조절용 이온주입영역과 펀치스루방지용 이온주입영역을 기판에 형성하는 단계와;
    상기 스페이서를 제거하는 단계와;
    상기 개구부내에 게이트 절연막을 구비한 게이트를 형성하는 단계와;
    상기 마스크물질을 제거하는 단계와;
    게이트양측의 기판에 저농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계와;
    상기 게이트의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계와;
    상기 저농도 소오스/드레인 영역과 접하는 고농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 문턱전압조절 및 펀치스루방지용 이온주입영역은 상기 스페이서와 마스크물질을 이용하여 셀프얼라인방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 게이트는 상기 개구부가 채워지도록 폴리실리콘막을 증착한 다음 CMP 하여 다마신 게이트로 형성하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계후에 상기 게이트와 고농도 소오스/드레인 영역에 실리사이드층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100967485B1 (ko) * 2008-03-13 2010-07-07 주식회사 동부하이텍 반도체 소자 및 반도체 소자의 제조 방법

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