KR20050015714A - 모스 트랜지스터 및 그 제조 방법 - Google Patents
모스 트랜지스터 및 그 제조 방법Info
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Abstract
모스 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 그 목적은 누설전류를 방지하고 오프전류를 조절함에 있어서 더 큰 공정마진을 확보하며, 동일한 게이트 폭에서 보다 더 안정적인 소자를 구현하는 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 반도체 기판에서 소정폭을 제외한 나머지 영역 내에 불순물을 저농도로 주입하여 저농도 불순물영역을 형성하는 단계; 저농도 불순물영역이 형성되지 않은 소정폭의 반도체 기판 상에 에피택셜층 및 게이트산화막을 순차 형성하는 단계; 게이트산화막 상에 에피택셜층보다 작은 폭을 가지는 게이트를 형성하는 단계; 게이트 외방의 에피택셜층 내에 불순물을 저농도로 주입하되, 저농도 불순물영역보다 불순물 농도가 더 낮은 극저농도 불순물영역을 형성하는 단계; 게이트 및 에피택셜층의 측벽에 사이드월을 형성하는 단계; 사이드월 외방의 반도체 기판 내에 불순물을 고농도로 주입하여 소스 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하여 모스 트랜지스터를 제조한다.
Description
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모스 트랜지스터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 종래 모스 트랜지스터는 필드 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)의 일종으로, 반도체 기판에 형성된 소스, 드레인 영역과, 이 소스, 드레인 영역이 형성된 반도체 기판 상에 게이트 산화막과 게이트가 형성된 구조를 가진다.
이러한 모스 트랜지스터의 구조에서 전극인 소스, 드레인, 게이트 상부에는 각각 전기적 신호를 인가하기 위한 금속 배선이 연결되어 소자를 작동시킨다.
도 1은 종래 모스 트랜지스터를 도시한 단면도이며, 여기에는, 실리콘웨이퍼(1)의 활성영역(active region) 표면에 소정폭의 게이트 산화막(3)과 게이트 전극으로 사용될 폴리실리콘(3)을 형성하고, 폴리실리콘(3)을 마스크로 이용하여 소자 영역의 실리콘웨이퍼(1)에 P형 또는 N형 도펀트를 저농도로 이온 주입함으로써 소자 영역의 실리콘웨이퍼(1)에 엘디디(LDD:lightly doped drain)(4)를 형성하며, 폴리실리콘(3)의 양 측벽에 사이드월(side wall)(5)을 형성한 후, 사이드월(5) 및 폴리실리콘(3)을 마스크로 이용하여 소자 영역의 실리콘웨이퍼(1)에 LDD(4)와 동일한 도전형의 도펀트를 고농도로 이온 주입함으로써 소자 영역의 실리콘웨이퍼(1)에 소스, 드레인(5)을 형성한 것이 도시되어 있다.
반도체 소자의 집적도가 향상됨에 따라 회로의 선폭도 좁아지게 되고 이에 따라 게이트의 크기 역시 작아지게 되어, 이른바 나노 게이트(nano gate)가 출현하고 있다.
그러나, 종래 모스 트랜지스터 구조에서는 게이트 형성을 위한 사진식각공정의 한계로 인해 나노 게이트와 같이 작은 크기의 게이트를 구현하는 것은 불가능한 문제점이 있었다.
또한, 게이트의 폭이 작아지면 채널의 길이도 작아지고, 아울러 불순물 이온이 주입된 소스 및 드레인 영역에서 불순물 이온이 확산되어 채널 길이를 더욱 짧게 만드는 효과가 있다.
채널 길이가 지나치게 짧아지면 누설전류가 발생하고 직류에서 오프전류(off-current)을 조절하기가 어려워지는 문제점이 있었으며, 또한 소스 드레인 접합 공핍영역(depletion region)이 만나면서 생기는 브레이크다운(breakdown) 현상이 발생하는 문제점이 있었다.
기본적으로 LDD 구조가 이러한 문제점을 해결하고자 제안된 것이지만, 현재 소자의 집적도에서는 LDD 구조로는 해결할 수 없는 한계 상황에 부딪힌 실정이다.
따라서, 소형화에 유리한 새로운 구조의 모스 트랜지스터 및 그 제조방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 누설전류를 방지하고 오프전류를 조절함에 있어서 더 큰 공정마진을 확보하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동일한 게이트 폭에서 보다 더 안정적인 소자를 구현하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 소스 및 드레인을 포함한 불순물영역을, 불순물 농도가 3단계인, 극저농도 불순물영역, 저농도 불순물영역, 고농도 불순물영역(소스 및 드레인 영역)의 3영역으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 모스 트랜지스터 제조 방법은, 반도체 기판에서 소정폭을 제외한 나머지 영역 내에 불순물을 저농도로 주입하여 저농도 불순물영역을 형성하는 단계; 저농도 불순물영역이 형성되지 않은 소정폭의 반도체 기판 상에 에피택셜층 및 게이트산화막을 순차 형성하는 단계; 게이트산화막 상에 에피택셜층보다 작은 폭을 가지는 게이트를 형성하는 단계; 게이트 외방의 에피택셜층 내에 불순물을 저농도로 주입하되, 저농도 불순물영역보다 불순물 농도가 더 낮은 극저농도 불순물영역을 형성하는 단계; 게이트 및 에피택셜층의 측벽에 사이드월을 형성하는 단계; 사이드월 외방의 반도체 기판 내에 불순물을 고농도로 주입하여 소스 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이 때, 저농도 불순물영역 형성단계는, 반도체 기판 상에 소정폭의 감광막 패턴을 형성하는 단계; 감광막 패턴을 마스크로 하여 노출된 반도체 기판 내에 불순물을 저농도로 주입하여 저농도 불순물영역을 형성하는 단계; 및 감광막 패턴을 제거하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 에피택셜층 형성단계는, 반도체 기판 상에 희생막을 증착하는 단계; 희생막을 선택적으로 식각하여 저농도 불순물영역이 형성되지 않은 소정폭의 반도체 기판을 노출시키는 단계; 및 노출된 반도체 기판 상에 에피택셜(epitaxial)층을 형성하는 단계로 이루어지고, 희생막은 극저농도 불순물영역 형성 단계 이후에 제거하는 것이 바람직하다.
희생막으로는 질화막을 100-1000Å 두께로 형성할 수 있으며, 희생막을 제거할 때에는 습식식각으로 제거하는 것이 바람직하다.
반도체 기판으로는 실리콘웨이퍼를 사용하고, 에피택셜층으로는 에피택셜 실리콘층을 100-500Å 두께로 에피택셜 성장시키는 것이 바람직하다.
극저농도 불순물영역을 형성하는 단계에서 불순물 이온을 극저농도로 주입하기 전에 게이트 상에 산화막 등으로 이루어진 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
사이드월로는 질화막을 형성할 수 있으며, 사이드월 형성 단계 전에, 게이트를 포함하여 반도체 기판의 상부 전면에 캡산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 모스 트랜지스터 및 그 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a 내지 2e는 본 발명에 따른 모스 트랜지스터 제조 방법을 도시한 단면도이며, 도 2e에는 본 발명에 따른 모스 트랜지스터가 도시되어 있다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11) 상에는 소정폭의 에피택셜층(15)이 형성되어 있고, 에피택셜층(15) 상에는 게이트산화막(16)이 형성되어 있으며, 게이트산화막(16) 상에는 에피택셜층(15)의 폭 보다 작은 폭을 가지는 게이트(17)가 형성되어 있고, 게이트(17) 및 에피택셜층(15)의 측벽에는 사이드월(21)이 형성되어 있다.
또한, 게이트(17) 외방의 에피택셜층(15) 내에는 불순물이 극저농도로 주입된 극저농도 불순물영역(19)이 형성되어 있고, 에피택셜층(15) 외방의 반도체 기판(11) 내에는 극저농도 불순물영역(19) 보다 불순물 농도가 높은 저농도 불순물 영역(13)이 형성되어 있으며, 사이드월(21) 외방의 반도체 기판(11) 내에는 저농도 불순물영역(13)보다 불순물 농도가 높은 소스 및 드레인 영역(22)이 형성되어 있다.
이 때, 반도체 기판(11)은 실리콘웨이퍼이고, 에피택셜층(15)으로는 에피택셜 실리콘층이 100-500Å 두께로 에피택셜 성장된 것이 바람직하다.
또한, 게이트(17)는 다결정실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하고, 사이드월(21)은 질화막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 게이트(17) 상에는 산화막으로 이루어진 보호막(18)이 형성될 수 있고, 보호막(18), 에피택셜층(15), 및 반도체 기판(11) 상에는 캡산화막(20)이 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모스 트랜지스터에서는 소스 및 드레인 영역(22)을 포함하여 불순물 영역이 3단계의 불순물 농도를 가지는 극저농도 불순물영역(19), 저농도 불순물영역(13), 및 고농도 불순물 영역인 소스 및 드레인 영역(22)으로 이루어져 있기 때문에, 엘디디(LDD) 효과가 더욱 커진다.
즉, 종래 모스 트랜지스터의 채널 길이가 짧아지면서 동작전압보다 낮은 전압에서 캐리어가 채널을 통해 소스에서 드레인으로 이동하는 등, 누설전류가 생기는 문제점을 방지하기 위해 불순물영역의 불순물 농도를 2단계로 하여 엘디디 구조로 만들었고, 따라서 동일한 채널 길이를 가질 때 엘디디 구조로 모스 트랜지스터를 만들면 누설전류가 방지되고 동작전압의 안정성이 향상되는데, 이를 엘디디 효과라 칭한다.
따라서, 본 발명에서는 엘디디 영역의 불순물 농도를 한단계 더 늘여, 즉 통상적인 엘디디 영역에 비해 불순물 농도가 더 낮은 극저농도 불순물 영역을 형성하였으므로 이러한 엘디디 효과가 더욱 커지는 것이다.
그러면, 상술한 바와 같은 모스 트랜지스터를 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11) 상에 감광막을 도포한 후 통상적인 사진식각공정을 진행하여 감광막을 패터닝함으로써, 반도체 기판(11)의 일부분 상에 소정폭의 감광막 패턴(12)을 형성한다.
이어서, 감광막 패턴(12)을 마스크로 하여 노출된 반도체 기판(11) 내에 불순물 이온을 저농도로 주입하여 저농도 불순물영역(13)을 형성한다. 이 때 저농도 불순물영역(13)은 통상적인 LDD 구조의 저농도 불순물영역과 동일한 수준의 불순물농도를 가지도록 형성한다.
다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(12)을 제거한 후, 반도체 기판(11)의 상부 전면에 희생막(14)을 증착하고, 감광막 패턴(12)이 형성되었던 영역의 희생막을 선택적으로 식각하여 저농도 불순물영역(13)이 형성되지 않은 소정폭의 반도체 기판(11)을 노출시킨다.
희생막(14)으로는 질화막을 100-1000Å 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 노출된 소정폭의 반도체 기판(11) 상에 에피택셜층(15)을 성장시킨다.
반도체 기판으로 실리콘웨이퍼를 사용할 경우, 에피택셜층으로는 반도체 기판과 동일한 물질인 에피택셜 실리콘층을 에피택셜 성장시키는 것이 바람직하다. 이러한 에피택셜층(15)은 100-500Å 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
이어서, 에피택셜층(15) 상에 게이트산화막(16)을 형성한 후, 게이트산화막(16) 상에 에피택셜층(15)의 폭보다 더 작은 폭을 가지는 게이트(17)를 형성한다.
상술한 게이트(17)를 형성하기 위해서는, 게이트산화막(16)을 포함하여 희생막(14)의 상부 전면에 목적하는 게이트의 높이에 해당하는 두께로 다결정실리콘층을 형성한 후, 통상적인 사진식각공정으로 다결정실리콘층을 선택적으로 식각하여 목적하는 게이트 영역에 다결정실리콘층을 남기는 것에 의해, 다결정실리콘으로 이루어진 게이트를 형성할 수 있다.
다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 게이트(17)를 마스크로 하여 게이트(17) 외방의 노출된 에피택셜층(15) 내에 불순물이온을 주입하여 극저농도 불순물영역(19)을 형성한다. 이 때 극저농도 불순물영역(19)은 저농도 불순물영역(13)에 비해 불순물 농도가 더 낮도록 조절한다.
극저농도 불순물영역(19) 형성을 위한 불순물이온의 극저농도 주입 전에, 이온주입 공정 시 받게 될 수도 있는 손상으로부터 게이트(17)를 보호할 목적으로 게이트(17) 상에 산화막 등으로 이루어진 보호막(18)을 형성할 수도 있다.
이어서, 희생막(14)을 제거한 후, 보호막(18), 게이트산화막(16)을 포함한 반도체 기판(11)의 상부 전면에 캡산화막(20)을 형성한다.
다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 게이트(17) 및 에피택셜층(15)의 측방에 사이드월(21)을 형성한다.
사이드월(21)을 형성하기 위해서는, 캡산화막(20)의 상부 전면에 질화막을 증착한 후, 게이트(17) 상면 상의 캡산화막(20)이 노출될 때까지 질화막을 전면 식각하여 게이트(17) 및 에피택셜층(15)의 측방에 질화막을 남김으로써, 질화막으로 이루어진 사이드월(21)을 형성할 수 있다.
이어서, 사이드월(21) 및 게이트(17)를 마스크로 하여 사이드월(21) 외방의 노출된 반도체 기판(11) 내에 불순물 이온을 고농도로 주입하여 소스 및 드레인 영역(22)을 형성한다.
이로써, 본 발명에 따른 모스 트랜지스터 제조를 완료한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 엘디디 영역이 극저농도 불순물영역(19)과 저농도 불순물영역으로 이루어져 있기 때문에, LDD 효과가 더욱 커져, 누설전류가 방지되고, 소자의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
따라서, 누설전류를 방지하고 오프전류를 조절함에 있어서 더 큰 공정마진을 확보하는 효과가 있다.
또한, 동일한 게이트 폭에서 보다 더 안정적인 소자를 구현하는 효과가 있다.
도 1은 종래 모스 트랜지스터를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 모스 트랜지스터 제조 방법을 도시한 단면도이다.
Claims (10)
- 반도체 기판에서 소정폭을 제외한 나머지 영역 내에 불순물을 저농도로 주입하여 저농도 불순물영역을 형성하는 단계;상기 저농도 불순물영역이 형성되지 않은 소정폭의 반도체 기판 상에 에피택셜층 및 게이트산화막을 순차 형성하는 단계;상기 게이트산화막 상에 상기 에피택셜층보다 작은 폭을 가지는 게이트를 형성하는 단계;상기 게이트 외방의 에피택셜층 내에 불순물을 극저농도로 주입하여 극저농도 불순물영역을 형성하는 단계;상기 게이트 및 에피택셜층의 측벽에 사이드월을 형성하는 단계;상기 사이드월 외방의 반도체 기판 내에 불순물을 고농도로 주입하여 소스 및 드레인 영역을 형성하는 단계;를 포함하는 모스 트랜지스터 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 저농도 불순물영역 형성단계는,상기 반도체 기판 상에 소정폭의 감광막 패턴을 형성하는 단계;상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 노출된 반도체 기판 내에 불순물을 저농도로 주입하여 저농도 불순물영역을 형성하는 단계; 및상기 감광막 패턴을 제거하는 단계로 이루어지는 모스 트랜지스터 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 에피택셜층 형성단계는,상기 반도체 기판 상에 희생막을 증착하는 단계;상기 희생막을 선택적으로 식각하여 상기 저농도 불순물영역이 형성되지 않은 소정폭의 반도체 기판을 노출시키는 단계; 및상기 노출된 반도체 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계로 이루어지고,상기 희생막은 상기 극저농도 불순물영역 형성 단계 이후에 제거하는 모스 트랜지스터 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 희생막으로는 질화막을 100-1000Å 두께로 형성하는 모스 트랜지스터 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 에피택셜층은 100-500Å 두께로 형성하는 모스 트랜지스터 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 극저농도 불순물영역을 형성하는 단계에서 상기 불순물 이온을 극저농도로 주입하기 전에 상기 게이트 상에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 모스 트랜지스터 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 사이드월 형성 단계 전에, 상기 게이트를 포함하여 상기 반도체 기판의 상부 전면에 캡산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 모스 트랜지스터 제조 방법.
- 반도체 기판 상에 형성된 소정폭의 에피택셜(epitaxial)층;상기 에피택셜층 상에 형성된 게이트산화막;상기 게이트산화막 상에 형성되고, 상기 에피택셜층의 폭 보다 작은 폭을 가지는 게이트;상기 게이트 및 에피택셜층의 측벽에 형성된 사이드월;상기 게이트 외방의 에피택셜층 내에 형성되고 불순물이 저농도로 주입된 극저농도 불순물영역상기 에피택셜층 외방의 반도체 기판 내에 형성되고 상기 극저농도 불순물영역 보다 불순물 농도가 높은 저농도 불순물 영역상기 사이드월 외방의 반도체 기판 내에 형성되고 상기 저농도 불순물영역보다 불순물 농도가 높은 소스 및 드레인 영역을 포함하는 모스 트랜지스터.
- 제 8 항에 있어서,상기 에피택셜층은 100-500Å 두께로 형성된 모스 트랜지스터.
- 제 8 항에 있어서,상기 게이트 상에 형성된 보호막; 및상기 보호막, 에피택셜층, 및 반도체 기판 상에 형성된 캡산화막을 더 포함하는 모스 트랜지스터.
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