KR20070008024A - Cmos device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 실시에에 의한 CMOS 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a CMOS device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 CMOS 소자의 평면도이다.2 is a plan view of a CMOS device according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 의한 CMOS 소자의 제조 방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.3 to 10 are cross-sectional views showing step-by-step method of manufacturing a CMOS device according to an embodiment of the present invention.
도 11은 도 10에서 핀 펫만을 분리하여 보여주는 입체도이다.FIG. 11 is a stereoscopic view showing only the pin pet separated from FIG. 10.
도 12는 도 11에서 게이트 적층물을 제외한 결과물을 보여주는 입체도이다.FIG. 12 is a stereoscopic view showing the result of excluding the gate stack in FIG. 11.
도 13 내지 도 16은 도 3 내지 도 10에 도시한 제조 방법의 다양한 변형예를 보여주는 단면도들이다.13 to 16 are cross-sectional views illustrating various modifications of the manufacturing method illustrated in FIGS. 3 to 10.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for main parts of drawings *
30:기판 32, 34:n형 제1 및 제2 불순물 영역30:
35:채널영역 36, 70:게이트 산화막35:
38:게이트 전극 40:층간 절연층38: gate electrode 40: interlayer insulating layer
42a:핀 형태의 결정질 실리콘층42a: Finned crystalline silicon layer
48, 70:제1 부분 50, 72:제2 부분48, 70:
50:실리콘 플러그 52, 100: 비정질 실리콘층50:
62:절연막 52a, 52c:제1 및 제2 결정질 실리콘층62:
80:p형 도전성 불순물 70a, 70b, 72a, 72b:제1 내지 제4 영역80: p-type
90: 결정질 실리콘층 C1:채널영역90: crystalline silicon layer C1: channel region
GS:게이트 적층물 P1:감광막 패턴GS: Gate laminate P1: Photoresist pattern
T1:n-MOS 트랜지스터 T2:p-MOS 핀 펫(Fin FET)T1: n-MOS Transistor T2: p-MOS Pin Fet (Fin FET)
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 CMOS 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a CMOS device and a method for manufacturing the same.
인터넷과 다양한 통신 장비가 널리 보급되면서 일반 대중의 정보 이용이 한층 용이해지고 있다. 이에 따라 일반 대중이 활용할 수 있는 정보의 양도 기존에 비해 급격히 증가하고 있다. 이러한 추세에 맞춰 데이터 처리 용량이 증대되고 처리 속도가 향상된 다양한 전자 제품이 제공되고 있다. 이러한 전자 제품은 반도체 기술에 기초하고 있는 바, 전자 제품의 데이터 처리 용량과 처리 속도는 결국 반도체 기술의 발전에 달려 있다고 볼 수 있다.The widespread use of the Internet and various communication equipment has made it easier for the public to use information. As a result, the amount of information available to the general public is increasing rapidly. In line with this trend, various electronic products have been provided with increased data processing capacity and improved processing speed. Since such electronic products are based on semiconductor technology, the data processing capacity and processing speed of electronic products may ultimately depend on the development of semiconductor technology.
반도체 기술의 발전과 관련된 중요한 이슈는 반도체 장치, 특히 메모리 장치의 집적도와 처리 속도이다. 메모리 장치는 기본 소자들로써 트랜지스터와 여러 데이터저장 수단, 예컨대 커패시터, MTJ 셀, 상전이층 등을 포함한다. 따라서 메모리 장치의 집적도를 높이기 위해서는 이들 기본 소자들을 단위 면적에 최대한 많이 형 성할 필요가 있고, 메모리 장치의 처리 속도를 향상시키기 위해서는 상기 기본 소자들에 있어서의 캐리어 속도를 증가시켜야 한다.Important issues related to the development of semiconductor technology are the integration and processing speed of semiconductor devices, especially memory devices. Memory devices include transistors and various data storage means such as capacitors, MTJ cells, phase change layers, etc. as basic elements. Therefore, in order to increase the integration degree of the memory device, it is necessary to form these basic elements as much as possible in the unit area, and to increase the processing speed of the memory device, the carrier speed in the basic elements should be increased.
이러한 관점에서 메모리 장치의 집적도 및 처리 속도를 높이기 위한 다양한 방법이 소개되고 있는데, 그 중의 한 방법에서는 기존에 평면상에 형성되는 트랜지스터 대신, 핀 채널을 구비하는 트랜지스터, 곧 핀 펫(FinFET)을 이용한다.From this point of view, various methods for increasing the density and processing speed of a memory device have been introduced, and one of them uses a transistor having a fin channel, that is, a fin FET, instead of a transistor formed on a plane. .
핀 펫은 기존의 트랜지스터가 평면 구조인데 반해 입체 구조를 갖기 때문에, 기존의 트랜지스터에 비해 좁은 영역에 형성할 수 있고, 핀 채널을 통해서 보다 많은 전류를 흐르게 할 수 있다. 또한, 현재의 디자인 룰을 유지하면서 메모리 장치의 집적도 및 처리 속도를 개선하기 위한 방안으로써 소자들을 수직으로 적층하는 방안, SOI기판을 이용하는 방안, 채널 엔지니어링을 이용하는 방안이 소개되고 있다.Since the fin pet has a three-dimensional structure while the conventional transistor is a planar structure, it can be formed in a narrower area than the conventional transistor, and can flow more current through the fin channel. In addition, a method of vertically stacking devices, using an SOI substrate, and using channel engineering are introduced as a method for improving the integration density and processing speed of a memory device while maintaining current design rules.
한편, 메모리 장치의 처리 속도는 상기 기본 소자들 내에서의 캐리어 이동도(mobility)에 의존한다. 캐리어 이동도는 기본 소자가 형성되는 기판의 결정 방향과 밀접한 관계가 있다. 곧, n-MOS 트랜지스터의 경우, 실리콘 기판의 (100)면 상에 형성되고, 채널 방향이 <100> 방향일 때, 캐리어 이동도는 최적이 된다. 그리고 p-MOS 트랜지스터의 경우, 실리콘 기판의 (110)면 상에 형성되고, 채널 방향이 <110>일 때, 캐리어 이동도는 최적이 된다.On the other hand, the processing speed of the memory device depends on the carrier mobility in the basic elements. Carrier mobility is closely related to the crystal direction of the substrate on which the basic element is formed. In other words, in the case of an n-MOS transistor, it is formed on the (100) plane of the silicon substrate, and the carrier mobility is optimal when the channel direction is the <100> direction. And, in the case of the p-MOS transistor, formed on the (110) plane of the silicon substrate, when the channel direction is <110>, the carrier mobility is optimal.
이에 따라 종래 기술에 의한 CMOS 소자 제조 방법의 일 예에서는 실리콘 기판의 (100)면 상에 n-MOS 및 p-MOS 트랜지스터를 형성할 때, 각 트랜지스터의 채널 방향을 캐리어 이동도가 최적이 되는 상기한 결정 방향으로 형성하였다. 이에 따라 p-MOS 트랜지스터의 채널 방향과 n-MOS 트랜지스터의 채널 방향은 소정의 각으로 벌어지게 된다.Accordingly, in the example of the conventional CMOS device fabrication method, when the n-MOS and p-MOS transistors are formed on the (100) plane of the silicon substrate, the carrier mobility is optimized in the channel direction of each transistor. It was formed in one crystal direction. As a result, the channel direction of the p-MOS transistor and the channel direction of the n-MOS transistor are opened at a predetermined angle.
종래 기술에 의한 CMOS 소자 제조 방법의 다른 예에서는 서로 다른 결정면을 갖는 두 기판을 본딩한 후, 상부 기판에 하부 기판이 노출되는 홀을 형성하고, 상기 하부 기판의 상기 홀을 통해 노출된 부분을 상기 상부 기판의 표면과 같은 높이로 성장시킨다. 이후, 상기 상부 기판 상에 n-MOS 및 p-MOS 트랜지스터 중 어느 하나를 형성하고, 상기 하부 기판의 상기 상부 기판과 같은 높이로 성장된 부분에 나머지 트랜지스터를 형성한다.In another example of the conventional CMOS device fabrication method, after bonding two substrates having different crystal planes, holes are formed in the upper substrate to expose the lower substrate, and the portions exposed through the holes of the lower substrate are formed. Grow to the same height as the surface of the upper substrate Thereafter, one of n-MOS and p-MOS transistors is formed on the upper substrate, and the remaining transistors are formed in a portion grown at the same height as the upper substrate of the lower substrate.
이와 같은 종래 기술에 의한 CMOS 제조 방법은 기존에 없었던 새로운 CMOS 제조 방법을 제시한 것이기는 하나, 두 트랜지스터를 모두 동일 평면 상에 형성하는 바, 집적도가 낮아서 원하는 집적도를 얻기 어렵다. 또한, 서로 다른 결정면을 갖는 실리콘 기판의 본딩은 그렇게 쉽지 않다. 또한, 상기한 종래 기술에 의한 CMOS 제조 방법은 여전히 기존의 CMOS 제조 방법의 틀에서 벗어나지 못하는 바, 기존의 CMOS 제조 방법이 갖는 고유의 어려움을 갖고 있다. Such a conventional CMOS fabrication method is a new CMOS fabrication method that has not existed previously. However, since both transistors are formed on the same plane, it is difficult to obtain a desired integration density due to low integration. In addition, bonding of silicon substrates having different crystal planes is not so easy. In addition, the CMOS manufacturing method according to the prior art still does not deviate from the framework of the conventional CMOS manufacturing method, there are inherent difficulties with the conventional CMOS manufacturing method.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 기존의 CMOS 소자 제조 방법이 갖는 공정상 어려움을 개선할 수 있고, 집적도와 캐리어 이동도를 높일 수 있도록 형성된 CMOS 소자를 제공함에 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to improve the above-described problems of the prior art, it is possible to improve the process difficulties of the conventional CMOS device manufacturing method, and to improve the integration and carrier mobility CMOS device In providing.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이러한 CMOS 소자의 제조 방법 을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing such a CMOS device.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 상부면이 (100)인 실리콘 기판에 형성된 n형 트랜지스터와, 상기 n형 트랜지스터를 덮는 층간 절연층과, 상기 층간 절연층 상에 형성된 p형 트랜지스터를 포함하되, 상기 n형 트랜지스터는 채널이 <100> 방향으로 형성되어 있고, 상기 p형 트랜지스터는 채널이 <110> 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 CMOS 소자를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention includes an n-type transistor formed on a silicon substrate having an upper surface (100), an interlayer insulating layer covering the n-type transistor, and a p-type transistor formed on the interlayer insulating layer. However, the n-type transistor provides a CMOS device, characterized in that the channel is formed in the <100> direction, the p-type transistor is formed in the channel <110> direction.
상기 CMOS 소자에서 상기 실리콘 기판은 SOI 기판의 일부일 수 있다.In the CMOS device, the silicon substrate may be part of an SOI substrate.
상기 p형 트랜지스터는 p-MOS 전계 효과 트랜지스터 또는 p-MOS 핀 펫(Fin FET)일 수 있다.The p-type transistor may be a p-MOS field effect transistor or a p-MOS fin FET.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 상부면이 (100)인 실리콘 기판 상에 n형 트랜지스터를 형성하는 제1 단계, 상기 실리콘 기판 상에 상기 n형 트랜지스터를 덮는 층간 절연층을 형성하는 제2 단계, 상기 층간 절연층에 상에 p형 트랜지스터를 형성하는 제3 단계를 포함하되, 상기 n형 트랜지스터는 채널을 <100> 방향으로 형성하고, 상기 p형 트랜지스터는 채널을 <110> 방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 CMOS 소자 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a first step of forming an n-type transistor on a silicon substrate having an upper surface (100), and forming an interlayer insulating layer covering the n-type transistor on the silicon substrate. And a third step of forming a p-type transistor on the interlayer insulating layer, wherein the n-type transistor forms a channel in a <100> direction, and the p-type transistor forms a channel in a <110> direction. It provides a CMOS device manufacturing method characterized in that formed.
상기 제조 방법에서, 상기 n형 트랜지스터는 n-MOS 전계 효과 트랜지스터일 수 있다.In the manufacturing method, the n-type transistor may be an n-MOS field effect transistor.
또한, 상기 p형 트랜지스터는 p-MOS 전계 효과 트랜지스터 또는 p-MOS 핀 펫일 수 있다.In addition, the p-type transistor may be a p-MOS field effect transistor or a p-MOS pint.
상기 p형 트랜지스터가 상기 p-MOS 핀 펫일 때, 상기 제3 단계는 상기 층간 절연층 상에 결정질 실리콘층을 형성하는 제3A 단계, 상기 결정질 실리콘층을 패터닝하여 상기 층간 절연층 상에 핀 형태의 결정질 실리콘층 패턴을 형성하는 제3B 단계, 상기 결정질 실리콘층 패턴의 채널로 사용될 영역 상에 게이트 산화막 및 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 제3C 단계 및 상기 결정질 실리콘 패턴에서 상기 채널로 사용될 영역을 제외한 나머지 영역에 p형 도전성 불순물을 주입하는 제3D 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제3A 단계는 상기 층간 절연층에 상기 기판이 노출되는 콘택홀을 형성하는 단계, 상기 콘택홀을 실리콘 플러그로 채우는 단계, 상기 층간 절연층 상에 상기 실리콘 플러그를 덮는 비정질 실리콘층을 형성하는 단계, 상기 비정질 실리콘층을 제1 결정질 실리콘층으로 전환하는 단계, 상기 제1 결정질 실리콘층 상에 제2 결정질 실리콘층을 형성하는 단계 및 상기 제2 결정질 실리콘층 상에 절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.When the p-type transistor is the p-MOS fin, the third step is a third step of forming a crystalline silicon layer on the interlayer insulating layer, patterning the crystalline silicon layer to form a fin on the interlayer insulating layer Step 3B of forming a crystalline silicon layer pattern, Step 3C of sequentially forming a gate oxide film and a gate electrode on a region to be used as a channel of the crystalline silicon layer pattern, and except for a region to be used as the channel in the crystalline silicon pattern The method may further include a 3D step of implanting the p-type conductive impurity into the region. In this case, the step 3A may include forming a contact hole in which the substrate is exposed in the interlayer insulating layer, filling the contact hole with a silicon plug, and forming an amorphous silicon layer covering the silicon plug on the interlayer insulating layer. Converting the amorphous silicon layer into a first crystalline silicon layer, forming a second crystalline silicon layer on the first crystalline silicon layer, and forming an insulating film on the second crystalline silicon layer. It may further include.
상기 제3B 단계는 상기 절연막 상에 상기 핀 형태의 결정질 실리콘층 패턴을 한정하는 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 절연막, 상기 제2 결정질 실리콘층 및 상기 제1 결정질 실리콘층을 순차적으로 식각하는 단계 및 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.The 3B step may include forming a photoresist pattern defining the fin crystalline silicon layer pattern on the insulating layer, and using the photoresist pattern as an etching mask, the insulating layer, the second crystalline silicon layer, and the first crystalline layer. The method may further include sequentially etching the silicon layer and removing the photoresist pattern.
상기 제2 결정질 실리콘층은 상기 제1 결정질 실리콘층을 호모 에피텍시 방법으로 성장시켜 형성할 수 있다.The second crystalline silicon layer may be formed by growing the first crystalline silicon layer by a homo epitaxy method.
상기 실리콘 플러그는 상기 기판의 상기 콘택홀을 통해서 노출된 부분을 선택적 에피텍시 방법으로 성장시켜 형성할 수 있다.The silicon plug may be formed by growing a portion exposed through the contact hole of the substrate by a selective epitaxy method.
상기 비정질 실리콘층은 엑시머 레이저광을 조사하여 상기 제1 결정질 실리콘층으로 전환할 수 있다.The amorphous silicon layer may be converted into the first crystalline silicon layer by irradiating an excimer laser light.
상기 p형 도전성 불순물은 사입사 이온주입할 수 있다.The p-type conductive impurity may be implanted with ion implantation.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제3A 단계는 상기 층간 절연층에 상기 기판이 노출되는 콘택홀을 형성하는 단계, 상기 층간 절연층 상에 상기 콘택홀을 채우는 상기 결정질 실리콘층을 형성하는 단계 및 상기 결정질 실리콘층을 소정의 두께까지 평탄화하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the step 3A may include forming a contact hole in which the substrate is exposed in the interlayer insulating layer, and forming the crystalline silicon layer filling the contact hole on the interlayer insulating layer. And planarizing the crystalline silicon layer to a predetermined thickness.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 제3A 단계는 상기 층간 절연층에 상기 기판이 노출되는 콘택홀을 형성하는 단계, 상기 콘택홀을 실리콘 플러그로 채우는 단계, 상기 층간 절연층 상에 상기 실리콘 플러그를 덮는 비정질 실리콘층을 상기 핀 형태의 결정질 실리콘층 패턴과 같은 높이로 형성하는 단계 및 상기 비정질 실리콘층에 엑시머 레이저광을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 실리콘 플러그는 상기 기판의 상기 콘택홀을 통해 노출된 부분을 선택적 에피텍시 방법으로 성장시켜 형성할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the step 3A may include forming a contact hole in which the substrate is exposed in the interlayer insulating layer, filling the contact hole with a silicon plug, and forming the silicon on the interlayer insulating layer. The method may further include forming an amorphous silicon layer covering the plug at the same height as the pin-shaped crystalline silicon layer pattern and irradiating an excimer laser light to the amorphous silicon layer. In this case, the silicon plug may be formed by growing a portion exposed through the contact hole of the substrate by a selective epitaxy method.
상기 기판은 SOI 기판의 일부일 수 있다.The substrate may be part of an SOI substrate.
이러한 본 발명을 이용하면, n-MOS 트랜지스터와 p-MOS 핀 펫은 수직으로 적층된 구조를 갖기 때문에, 집적도를 높일 수 있다. 또한, 상기 수직 적층 구조에서 n-MOS 트랜지스터와 p-MOS 핀 펫의 채널은 캐리어 이동도가 최적이 될 수 있는 결정 방향으로 형성되어 있으므로, 최적의 동작 속도를 얻을 수 있다. 또한, n-MOS 트랜지스터와 p-MOS 핀 펫을 서로 다른 물질층에 형성하기 때문에, 기존의 CMOS 공 정처럼 도핑에 관련된 마스크의 사용이 불필요하므로 공정을 단순화할 수 있다. Using the present invention, since the n-MOS transistor and the p-MOS pint have a vertically stacked structure, the degree of integration can be increased. Also, in the vertical stacked structure, the channels of the n-MOS transistor and the p-MOS fin are formed in a crystal direction in which carrier mobility can be optimized, thereby obtaining an optimum operating speed. In addition, since the n-MOS transistor and the p-MOS fin are formed in different material layers, the use of a mask related to doping, as in the conventional CMOS process, is unnecessary, thereby simplifying the process.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 CMOS 소자 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.Hereinafter, a CMOS device and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of layers or regions illustrated in the drawings are exaggerated for clarity.
먼저, 본 발명의 실시예에 의한 CMOS 소자(이하, 본 발명의 소자)에 대해 설명한다.First, a CMOS device (hereinafter, referred to as the device of the present invention) according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 소자는 n-MOS 트랜지스터와 p-MOS 핀 펫(Fin-FET)이 순차적으로 적층되어 있고, p-MOS 핀 펫은 상기 n-MOS 트랜지스터가 형성된 기판과 다른 물질층 상에 형성된 것을 특징으로 한다.In the device of the present invention, an n-MOS transistor and a p-MOS fin (FET) are sequentially stacked, and the p-MOS fin is formed on a material layer different from the substrate on which the n-MOS transistor is formed. It is done.
구체적으로, 도 1을 참조하면, 기판(30)에 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34)이 존재한다. 기판(30)은 상부면이 (100)인 실리콘 기판이 바람직하나, SOI 기판일 수도 있다. 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34)은 이격되어 있고, 각 영역에는 n형 도전성 불순물이 도핑되어 있다. 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34)은 기판(30)의 표면으로부터 주어진 깊이까지 확장되어 있다. 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34) 중 어느 하나는 소오스 영역이고, 나머지는 드레인 영역이다. 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34)은 <100> 방향으로 형성되어 있다. 따라서 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34)을 연결하는 채널영역(35)이 형성된 방향은 <100> 방향이 된다. 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34)사이의 기판(30) 상에 게이트 산화막(36)과 게이트 전극(38)이 순차적으로 적층되어 있다. 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34)과 게이트 전극(38)은 (100)면 상에 형성되고, 채널영역(35)이 <100> 방향으로 형성된 n-MOS 트랜지스터 (T1)를 구성한다. 기판(30) 상에 n -MOS 트랜지스터(T1)를 덮는 층간 절연층(40)이 형성되어 있다. 층간 절연층(40)은, 예컨대 실리콘 산화막(SiO2)일 수 있다. 층간 절연층(40) 상에 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)이 존재한다. 이 층(42a)은 폴리 실리콘층일 수 있고, p형 도전성 불순물이 도핑된 제1 및 제2 불순물 영역과 이들 영역사이에 위치하는 핀 채널 영역으로 구분된다. 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a) 상에 절연막(44)이 형성되어 있다. 절연막(44)은 실리콘 산화막일 수 있고, n -MOS 트랜지스터(T1)의 게이트 산화막(36)과 동등한 두께를 가질 수 있다. 절연막(44)은 핀 게이트 전극(46)으로 덮여 있다. 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a), 절연막(44) 및 핀 게이트 전극(46)은 p-MOS 핀펫을 구성하는 요소들 중 일부이다. 또한, 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)은 기판(30)을 기준으로 할 때, <110> 방향으로 형성되어 있다. 상부면을 (100) 면으로 하는 기판(30)에서 <100> 방향과 <110> 방향은 소정의 각, 예컨대 45도를 이룬다. 따라서 <100> 방향으로 형성된 n-MOS 트랜지스터(T1)의 채널영역(35)과 <110> 방향으로 형성된 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)의 사이각은 45도 정도가 된다. 이러한 사실은 본 발명의 소자를 위에서 본 모습, 곧 평면 구성을 보여주는 도 2를 참조함으로써 명확히 알 수 있다. 이와 같이 채널영역(35)과 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)은 45도 정도의 각으로 벌어져 있기 때문에, 같은 단면에 채널영역(35)과 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)은 함께 도시될 수 없다. 그러나, 도 1은 본 발명의 소자의 구성에 대한 이해를 돕기 위해 편의 상, 채널영역(35)과 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)을 동일한 단면에 도시하였다. 이러한 도시는 제조 방법에도 적용하였다. 도 1에 도시한 p-MOS 핀펫의 일부 구성 을 보여주는 단면은 도 2를 2b-2b' 방향으로 절개한 것이고, n-MOS 트랜지스터(T1)의 단면은 도 2를 2a-2a' 방향으로 절개한 것이다.Specifically, referring to FIG. 1, first and
계속해서, 도 2를 참조하면 p-MOS 핀펫(T2)의 게이트 전극(46)은 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)의 일부 영역만 덮고 있는 것을 볼 수 있다. 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a) 중에서 게이트 전극(46)으로 덮인 부분이 핀 채널영역이다. 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)은 게이트 전극(46)을 중심으로 마주하는 제1 및 제2 부분(48, 50)을 포함한다. 제1 및 제2 부분(48, 50)은 각각 p형 도전성 불순물이 도핑된 제1 및 제2 불순물 영역으로써, 어느 한 부분은 소오스 영역이고, 다른 부분은 드레인 영역일 수 있다.Subsequently, referring to FIG. 2, it can be seen that the
다음에는 상술한 본 발명의 소자에 대한 제조 방법을 설명한다.Next, the manufacturing method for the above-described device of the present invention will be described.
도 3을 참조하면, 실리콘 기판(30)에 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34)을 이격되게 형성한다. 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34)은 n형 도전성 불순물을 통상의 이온 주입 공정으로 주입하여 형성할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34)은 <100> 방향으로 형성한다. 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34) 중 하나는 소오스 영역이고, 다른 하나는 드레인 영역으로 사용된다. 따라서 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34)사이의 기판(30)의 소정 영역(35)은 채널영역이 된다. 이하, 소정 영역(35)을 채널영역이라 한다. 제1 및 제2 불순물 영역(32, 34)은 <100> 방향으로 형성되기 때문에, 채널영역(35) 역시 <100> 방향으로 형성된다.Referring to FIG. 3, first and
계속해서, 기판(30)의 채널영역(35) 상에 게이트 산화막(36) 및 게이트 전극(38)을 순차적으로 형성한다. 게이트 산화막(36)은 실리콘 산화막으로 형성할 수 있다. 게이트 전극(38)은 금속, 금속 실리사이드 혹은 도전성 불순물이 도핑된 물질로 형성할 수 있다. 이렇게 게이트 전극(38)을 형성함으로써, 기판(30)에 n-MOS 트랜지스터(T1)가 형성된다.Subsequently, the
다음, 도 4를 참조하면, 기판(30) 상에 게이트 전극(38)과 게이트 산화막(36)을 덮는 층간 절연층(40)을 소정 두께로 형성하고, 그 표면을 평탄화 한다. 층간 절연층(40)은 실리콘 산화막으로 형성할 수 있으나, BPSG 등과 같은 다른 절연성 물질층으로 형성할 수 있다. 층간 절연층(40)에 기판(40)의 일부가 노출되는 콘택홀(h1)을 형성한다.Next, referring to FIG. 4, an
다음, 도 5에 도시한 바와 같이, 콘택홀(h1) (100)면을 갖는 실리콘 플러그(50)로 채운다. 실리콘 플러그(50)는 기판(30)의 콘택홀(h1)을 통해서 노출된 부분을 선택적 에피텍시 공정을 이용하여 성장시켜 형성할 수 있다. 층간 절연층(40) 상에 실리콘 플러그(50)를 덮는 비정질 실리콘층(52)을 형성한다. 이어서 비정질 실리콘층(52)에 대한 결정화 공정을 진행한다. 상기 결정화 공정의 한 방법으로 비정질 실리콘층(52)에 엑시머 레이저광(L)을 조사할 수 있다. 상기 결정화 공정의 결과, 비정질 실리콘층(52)은 도 6에 도시한 바와 같이 제1 결정질 실리콘층(52a)이 된다.Next, as shown in FIG. 5, the
다음, 도 7을 참조하면, 제1 결정질 실리콘층(52a)을 씨드층으로 사용하여 제1 결정질 실리콘층(52a) 상에 제2 결정질 실리콘층(52c)을 형성한다. 제2 결정질 실리콘층(52c)은 제1 결정질 실리콘층(52a)을 실리콘 호모 에피텍시(Si homo epitaxy) 방법으로 소정의 두께만큼 성장시켜 형성한다. 따라서 제2 결정질 실리콘 층(52c)은 제1 결정질 실리콘층(52a)과 동일하여 제1 및 제2 결정질 실리콘층(52a, 52c)사이에는 경계가 없어진다. 도 7에서 제1 및 제2 결정질 실리콘층(52a, 52c)을 구분하는 점선(60)은 편의 상 기입한 것이다. 이러한 제1 및 제2 결정질 실리콘층(52a, 52c)은 하나의 결정질 실리콘층(42)을 형성한다. 계속해서, 결정질 실리콘층(42) 상에 절연막(62)을 형성한다. 절연막(62)은 실리콘 산화막으로 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 7, the second
다음, 도 8을 참조하면, 절연막(62) 상에 핀 채널이 형성될 영역을 한정하는 감광막 패턴(P1)을 형성한다. 감광막 패턴(P1)을 식각 마스크로 사용하여 절연막(62) 및 결정질 실리콘층(42)을 순차적으로 식각한다. 상기 식각은 층간 절연층(40)이 노출될 때까지 실시한다. 상기 식각 결과, 도 9에 도시한 바와 같이, 층간 절연층(40) 상에 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)이 형성된다. 상기 식각 후, 도 9의 결과물에서 감광막 패턴(P1)을 제거한다. Next, referring to FIG. 8, a photosensitive film pattern P1 defining a region where a fin channel is to be formed is formed on the insulating
한편, 상기 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)을 형성하는 공정에서 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)은 <110> 방향으로 형성되는 것이 바람직하고, (100) 면을 갖는 실리콘 기판(30)에서 <110> 방향은 채널영역(35)의 <100> 방향과 45도 정도의 각을 이루므로, 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)을 형성하기 위한 감광막 패턴(P1)을 형성할 때, 감광막 패턴(P1)은 채널영역(35)이 형성된 방향에 대해 45도 정도로 경사진 방향으로 형성하거나 또는 동일한 경사를 갖는 다른 각도로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 형성 조건을 유지할 경우, 층간 절연층(40) 상에서 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)이 형성될 위치는 임의적이다. 곧, 핀 형태의 결정질 실리콘 층(42a)은 도 9에 도시한 바와 같이 게이트 전극(38) 바로 위에 위치하도록 형성할 수도 있고, 도 2에 도시한 바와 같이, 게이트 전극(38)으로부터 이격된 위치의 층간 절연층(40) 상에 형성할 수도 있다. Meanwhile, in the process of forming the
계속해서, 감광막 패턴(P1)을 제거한 후에는 도 10에 도시한 바와 같이, 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)과 절연막(62) 상에 게이트 산화막(70)을 형성한다. 이어서 게이트 산화막(70) 상에 게이트 전극(46)을 형성한다. 게이트 산화막(70)은 실리콘 산화막으로 형성할 수 있으나, 등가의 다른 절연막으로 형성할 수도 있다. 게이트 전극(47)은 금속, 금속 실리사이드 혹은 도전성 불순물이 도핑된 물질로 형성할 수 있다. 게이트 전극(46)을 형성한 후에는 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)에 p형 도전성 불순물(80)을 이온 주입한다. 이온 주입(80)은 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)에 소오스나 드레인 영역으로 사용될 p형 제1 및 제2 불순물 영역을 형성하기 위한 것이다. 이러한 이온 주입은 층간 절연층(40)의 상부면에 대해 90도 보다 작은 각으로 상기 p형 도전성 불순물을 사입사시켜 수행할 수 있다. 이를 위해 기판(30)을 상기 각으로 기울이거나 이온 주입 장비를 상기 각으로 기울일 수 있다. 상기 이온 주입은 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)의 일부에만 주입된다. 도 11은 이러한 사실을 보다 명확하게 보여준다. 구체적으로, 도 11은 도 10의 결과물에서 <110> 방향으로 형성된 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)과, 게이트 산화막(70)과 게이트 전극(46)을 포함하는 적층물(GS)을 포함하는 p-MOS 핀 펫에 대한 입체적 모습을 보여준다. 도 11을 참조하면, 상기한 p형 도전성 불순물(80)의 사입사 이온 주입은 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)의 수직면 전체에 대해 이루어지나, 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a) 중에서 게이트 전극(46)을 포함하는 게이트 적층물(GS)로 덮인 부분(이 부분이 채널임)에는 도전성 불순물이 주입되지 않는다. 결과적으로 상기 p형 도전성 불순물(80)은 게이트 적층물(GS)로 덮이지 않은 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)의 제1 부분(48)과 제2 부분(50)에만 주입된다. 상기 이온 주입 후, 제1 부분(48)은 상기한 p형 제1 불순물 영역이 되고, 소오스 영역으로 사용될 수 있다. 그리고 제2 부분(50)은 상기한 p형 제2 불순물 영역이 되고, 드레인 영역으로 사용될 수 있다.Subsequently, after the photosensitive film pattern P1 is removed, as shown in FIG. 10, the
도 12는 상기 이온 주입 후에 도 11에서 적층물(GS)을 제거한 결과물, 곧 p형 도전성 불순물(80)이 이온 주입된 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)에 대한 입체적 모습을 보여준다. 도 12를 참조하면, 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)의 제1 및 제2 부분(48, 50)사이에 핀 채널(C1)이 구비된 것을 알 수 있다.FIG. 12 shows a three-dimensional appearance of the pinned
상술한 본 발의 소자에 대한 제조 방법에서, 핀 형태의 결정질 실리콘층(42a)의 제1 및 제2 부분(48, 50)은 동일한 폭을 갖는 직선 형태에서 변형될 수 있다. 도 13은 그 한 예를 보여준다.In the manufacturing method for the device of the present invention described above, the first and
도 13을 참조하면, 핀 형태의 결정질 실리콘층(42b)에서 제1 및 제2 부분(70, 72)은 게이트 전극(46)을 중심으로 대칭적인 형태이되, 폭이 다른 부분들을 포함한다. 구체적으로, 제1 부분(70)은 제1 영역(70a)과 제1 영영(70a)보다 폭이 넓은 제2 영역(70b)을 포함한다. 그리고 제2 부분(72)은 제1 영역(70a)에 대응되는 제3 영역(72a)과 제2 영역(70b)에 대응되는 제4 영역(72b)을 포함한다.Referring to FIG. 13, the first and
또한, 도 7의 결정질 실리콘층(42)을 상기한 바와 다른 방법으로 형성할 수 도 있다. 그 첫번째 예로써, 도 14에 도시한 바와 같이, 층간 절연층(40) 상으로 콘택홀(h1)을 채우는 (100) 면을 갖는 결정질 실리콘층(90)을 형성한다. 결정질 실리콘층(90)은 기판(30)의 콘택홀(h1)을 통해서 노출된 부분을 선택적 에피텍시 공정으로 성장시켜 형성할 수 있다. 이때, 결정질 실리콘층(90)은 도 7의 결정질 실리콘층(42)에 대응하는 두께까지 성장시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 결정질 실리콘층(90)을 형성할 경우, 상술한 제조 방법에서 비정질 실리콘층(52)의 형성 공정과 엑시머 레이저광(L) 조사 공정과 제2 결정질 실리콘층(52c) 형성 공정 등을 생략할 수 있다. 그 두번째 예로써, 도 15에 도시한 바와 같이, 층간 절연층(40) 상에 실리콘 플러그(50)의 상부면을 덮는 소정 두께의 비정질 실리콘층(100)을 적층한다. 비정질 실리콘층(100)의 두께는 도 7의 결정질 실리콘층(42)의 두께에 대응되도록 형성한다. 이어서, 비정질 실리콘층(100)에 엑시머 레이저광(L)을 조사한다. 엑시머 레이저광(L)은 비정질 실리콘층(100)이 도 16에 도시한 바와 같이 결정질 실리콘층(100a)이 될 때까지 조사한다. 두번째 예를 이용할 경우, 상술한 제조 방법에서 제2 결정질 실리콘층(52c) 형성 공정을 생략할 수 있다.In addition, the
다른 한편으로, 본 발명의 CMOS 소자에서 p-MOS 핀 펫은 p-MOS 트랜지스터로 대체될 수도 있다.On the other hand, in the CMOS device of the present invention, the p-MOS pint may be replaced with a p-MOS transistor.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상술한 바와 같은 CMOS 소자를 이용하여 다양한 논리 소자를 구성할 수도 있을 것이다. 또한, 제조 방법의 각 단계의 조건을 변형할 수도 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. For example, one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may configure various logic devices using the CMOS devices as described above. In addition, the conditions of each step of the manufacturing method may be modified. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.
상술한 바와 같이, 본 발명의 CMOS 소자에서 n-MOS 트랜지스터와 p-MOS 핀 펫은 수직으로 적층된 구조를 갖는다. 따라서 본 발명을 이용하면 집적도를 높일 수 있다. 그리고 상기 수직 적층 구조에서 n-MOS 트랜지스터와 p-MOS 핀 펫의 채널은 캐리어 이동도가 최적이 될 수 있는 결정 방향으로 형성되어 있다. 그러므로 본 발명을 이용하면 동작 속도도 높일 수 있다. 또한, n-MOS 트랜지스터와 p-MOS 핀 펫을 서로 다른 물질층에 형성하기 때문에, 기존의 CMOS 공정처럼 도핑에 관련된 마스크의 사용이 불필요하므로 공정을 단순화 할 수 있다. 또한, 본 발명의 CMOS 소자의 경우, 본딩 공정이 필요치 않다.As described above, in the CMOS device of the present invention, the n-MOS transistor and the p-MOS pin-pet have a vertically stacked structure. Therefore, the degree of integration can be increased by using the present invention. In the vertical stacked structure, channels of the n-MOS transistor and the p-MOS fin are formed in a crystal direction in which carrier mobility may be optimal. Therefore, using the present invention can also increase the operating speed. In addition, since the n-MOS transistor and the p-MOS fin are formed in different material layers, the use of a mask related to doping is unnecessary as in the conventional CMOS process, thereby simplifying the process. In addition, in the case of the CMOS device of the present invention, a bonding step is not necessary.
Claims (17)
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