KR20070055289A - Semiconductor device with improved refresh properties and method of forming the same - Google Patents

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KR20070055289A KR1020050113817A KR20050113817A KR20070055289A KR 20070055289 A KR20070055289 A KR 20070055289A KR 1020050113817 A KR1020050113817 A KR 1020050113817A KR 20050113817 A KR20050113817 A KR 20050113817A KR 20070055289 A KR20070055289 A KR 20070055289A
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Abstract

리프레시 특성이 향상된 반도체 장치 및 그 제조 방법이 제공된다. 반도체 장치는 소자 분리 영역에 의해 활성 영역이 정의된 반도체 기판, 반도체 기판의 활성 영역에 형성된 게이트 전극, 게이트 전극의 일측과 인접하며 반도체 기판 내에 형성된 제1 불순물 영역, 제1 불순물 영역의 하부에 위치하며 반도체 기판 내에 형성된 배리어(barrier)층 및 게이트 전극의 타측과 인접하며 반도체 기판 내에 형성된 제2 불순물 영역을 포함한다.Provided are a semiconductor device having improved refresh characteristics and a method of manufacturing the same. The semiconductor device includes a semiconductor substrate having an active region defined by an isolation region, a gate electrode formed in an active region of the semiconductor substrate, a first impurity region formed in the semiconductor substrate and adjacent to one side of the gate electrode, and positioned below the first impurity region And a barrier layer formed in the semiconductor substrate and a second impurity region adjacent to the other side of the gate electrode and formed in the semiconductor substrate.

리프레시, 배리어층, 리세스 Refresh, Barrier Layer, Recess

Description

리프레시 특성이 향상된 반도체 장치 및 그 제조 방법{Semiconductor device with improved refresh properties and method of forming the same}Semiconductor device with improved refresh properties and method of forming the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치를 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 6은 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도 들이다.4A through 6 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명) (Explanation of symbols for the main parts of the drawing)

120 : 소자 분리막 121 : 활성 영역120 device isolation layer 121 active region

160 : 배리어층 130 : 제1 불순물 영역160: barrier layer 130: first impurity region

140, 141 : 제2 불순물 영역140, 141: second impurity region

211 : 리세스된 반도체 기판상의 게이트 산화막211: gate oxide film on recessed semiconductor substrate

325 : 측벽 스페이서 330 : 에피택셜층325 sidewall spacer 330 epitaxial layer

340 : 리세스된 반도체 기판의 구조340 structure of the recessed semiconductor substrate

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리프레시 특성이 개선된 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor device having improved refresh characteristics and a manufacturing method thereof.

최근 반도체 장치의 집적도가 높아짐에 따라 동작 과정 중에 장치의 구동력이 저하되고, 전력 손실이 많아지는 등의 문제점들이 발생하게 되었으며 따라서 정적 리프레시(static refresh) 특성이 우수한 반도체 장치에 대한 필요성이 높아지고 있다. Recently, as the degree of integration of semiconductor devices increases, problems such as driving force of the device decreases and power losses increase during the operation process, thus increasing the need for semiconductor devices having excellent static refresh characteristics.

리프레시 동작이 필요하게 되는 주된 원인은 반도체 기판 내에 정의되면서 스토리지 노드 콘택(storage node contact)과 연결되는 불순물 영역과 반도체 기판 사이의 접합 누설 전류(junction leakage current)이며, 이와 같은 접합 프로파일에 있어서의 누설 경로가 반도체 장치의 리프레시 특성을 저하키는 원인이 되고 있다.The main reason for the necessity of the refresh operation is the junction leakage current between the semiconductor substrate and the impurity region defined in the semiconductor substrate and connected to the storage node contact, and the leakage in such a junction profile. The path causes a decrease in the refresh characteristics of the semiconductor device.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 누설 전류의 주된 발생 경로를 차단하거나 누설 전류의 발생 정도를 감소시킴으로써 보다 향상된 리프레시 특성을 얻을 수 있는 반도체 장치를 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a semiconductor device capable of obtaining more improved refresh characteristics by blocking a main generation path of leakage current or reducing the generation degree of leakage current.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 이러한 반도체 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing such a semiconductor device.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 활성 영역에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 일측과 인접하며 상기 반도체 기판 내에 형성된 제1 불순물 영역, 상기 제1 불순물 영역의 하부에 위치하며 상기 반도체 기판 내에 형성된 배리어(barrier)층 및 상기 게이트 전극의 타측과 인접하며 상기 반도체 기판 내에 형성된 제2 불순물 영역을 포함한다.In accordance with an aspect of the present invention, a semiconductor device includes a semiconductor substrate, a gate electrode formed in an active region of the semiconductor substrate, a first impurity region adjacent to one side of the gate electrode, and formed in the semiconductor substrate; The semiconductor device may include a barrier layer formed under the first impurity region and adjacent to the other side of the gate electrode, and a second impurity region formed in the semiconductor substrate.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 제조하는 방법은 소자 분리 영역에 의해 활성 영역이 정의된 반도체 기판을 제공하고, 상기 반도체 기판의 활성 영역 내에 트랜치를 형성하며, 상기 트랜치의 저면에 배리어층을 형성하고, 상기 트랜치를 매립하는 에피택셜층을 형성하며, 상기 반도체 기판 상에 상기 에피택셜층의 일측에 인접하는 게이트 전극을 형성하고, 상기 반도체 기판 내에 불순물을 주입하여, 상기 게이트 전극의 일측에 인접하는 상기 에피택셜층에 제1 불순물 영역 및 상기 제1 불순물 영역과 대향하며 상기 게이트 전극의 타측에 인접하는 반도체 기판 내에 제2 불순물 영역을 형성하는 것을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, which provides a semiconductor substrate in which an active region is defined by an isolation region, and forms a trench in the active region of the semiconductor substrate. Forming a barrier layer on a bottom surface of the trench, forming an epitaxial layer filling the trench, forming a gate electrode adjacent to one side of the epitaxial layer on the semiconductor substrate, and forming impurities in the semiconductor substrate. Implanting a second impurity region into the epitaxial layer adjacent to one side of the gate electrode to form a second impurity region in the semiconductor substrate facing the first impurity region and the first impurity region and adjacent to the other side of the gate electrode. .

본 발명에 관한 기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments related to the present invention are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발 명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings in order to describe the present invention in more detail.

도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 장치(1)는 반도체 기판(110), 게이트 전극(220), 제1 불순물 영역(130), 배리어층(barrier)(160) 및 제2 불순물 영역(140)을 포함한다. A semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. 1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 1, the semiconductor device 1 may include a semiconductor substrate 110, a gate electrode 220, a first impurity region 130, a barrier layer 160, and a second impurity region 140. Include.

반도체 기판(110)은 활성 영역(121)이 정의되고 소자 분리 영역(120)(STI, shallow trench isolation)에 의해 전기적으로 분리되는 p형 또는 n형 타입일 수 있다. The semiconductor substrate 110 may be a p-type or n-type type in which an active region 121 is defined and electrically separated by a device isolation region 120 (STI).

반도체 기판(110) 상부에는 게이트 산화막(210), 게이트 전극(220) 및 하드 마스크막(230)이 적층된 구조가 형성되고, 이러한 적층 구조 측면에 스페이서(240)가 형성된다. 게이트 전극(220)은 폴리 실리콘, 불순물이 주입된 실리콘, 금속성 도전막을 사용할 수 있다. 여기서 금속성 도전막으로는 예를 들면, W, WN, TaN, RuO, NiTa, Co, Pt, Cr, Mo2N 및 이들의 조합으로 이루어진 물질을 사용할 수 있다. 하드 마스크막(230) 및 스페이서(240)는 예를 들면, 실리콘 질화물(SiN)을 사용할 수 있다.A structure in which the gate oxide layer 210, the gate electrode 220, and the hard mask layer 230 are stacked is formed on the semiconductor substrate 110, and the spacer 240 is formed on the side of the stacked structure. The gate electrode 220 may use polysilicon, silicon implanted with impurities, or a metallic conductive film. Here, as the metallic conductive film, for example, a material made of W, WN, TaN, RuO, NiTa, Co, Pt, Cr, Mo 2 N, and a combination thereof may be used. For example, silicon nitride (SiN) may be used for the hard mask layer 230 and the spacer 240.

게이트 전극(220)의 일측에 제1 불순물 영역(130)이 정의되고 그 하부에 배리어층(160)이 위치한다. 이러한 배리어층(160)은 반도체 장치(1)의 동작시 스토리지 노드 콘택(미도시)과 연결되는 제1 불순물 영역(130)에서 반도체 기판의 활성 영역(121)으로 누설 전류가 발생하는 경로를 차단하여 리프레시 특성을 우수하게 한다. 한편 제1 불순물 영역과 대향하며 상기 게이트 전극의 타측에 인접하는 반도체 기판 내에 제2 불순물 영역(140)이 위치한다.The first impurity region 130 is defined at one side of the gate electrode 220, and the barrier layer 160 is positioned under the first impurity region 130. The barrier layer 160 blocks a path in which leakage current occurs from the first impurity region 130 connected to the storage node contact (not shown) during the operation of the semiconductor device 1 to the active region 121 of the semiconductor substrate. To improve the refresh characteristics. Meanwhile, the second impurity region 140 is disposed in the semiconductor substrate facing the first impurity region and adjacent to the other side of the gate electrode.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치(2)는 리세스(recess)된 반도체 기판 표면 위에 형성된 게이트 산화막(211), 게이트 전극(220) 및 하드마스크막(230)을 포함한다. 이러한 리세스 구조는 채널의 저항을 증가시키므로 스토리지 노드 콘택과 연결되는 제1 불순물 영역(130)에서 채널 방향으로의 누설 전류의 발생 정도를 감소시킬 수 있다. 한편 여기서 설명하지 아니한 나머지 반도체 장치의 구성요소들은 도 1에서 설명한 바와 같다.Referring to FIG. 2, a semiconductor device 2 according to another embodiment of the present invention may include a gate oxide film 211, a gate electrode 220, and a hard mask film 230 formed on a recessed surface of a semiconductor substrate. Include. Since the recess structure increases the resistance of the channel, the degree of leakage current in the channel direction may be reduced in the first impurity region 130 connected to the storage node contact. Meanwhile, components of the remaining semiconductor devices, which are not described herein, are as described with reference to FIG. 1.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치(3)는 도 1 및 도 2의 제2 불순물 영역(140)보다 불순물 주입이 강화된 제2 불순물 영역(141)을 포함한다. 제1 불순물 영역(130)에 비해 불순물의 농도와 분포 영역이 비대칭적인 이러한 불순물 영역(141)이 형성되면 채널 영역의 두께 증가를 가져와 반도체 장치의 동작시 채널의 저항을 감소시키므로 반도체 장치의 구동력 등 리프레시 특성이 우수해진다. 한편 여기서 언급하지 아니한 나머지 반도체 장치의 구성요소들은 도 1을 참조하여 설명한 반도체 장치와 실질적으로 동일하다.Referring to FIG. 3, the semiconductor device 3 according to another exemplary embodiment of the present inventive concept includes a second impurity region 141 having an impurity implantation stronger than the second impurity region 140 of FIGS. 1 and 2. . When the impurity region 141 is formed in an asymmetrical concentration and distribution region of the impurity region as compared to the first impurity region 130, the thickness of the channel region is increased to reduce the resistance of the channel during operation of the semiconductor device. The refresh characteristic is excellent. Meanwhile, components of the remaining semiconductor device, which are not mentioned herein, are substantially the same as the semiconductor device described with reference to FIG. 1.

앞서 언급한 본 발명의 반도체 장치는 일 실시예에 불과하고, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 본 발명의 반도체 장치가 적용되는 분야에 따라 다양하게 변형될 수 있다.The above-described semiconductor device of the present invention is only an embodiment, and the present invention is not limited thereto and may be variously modified according to the field to which the semiconductor device of the present invention is applied.

이하 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 도 1의 구조를 구비하는 반도체 장치의 제조 방법을 설명한다. 이하 제조 방법 설명시 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 공정 단계들에 따라 형성될 수 있는 공정에 대해서는 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 개략적으로 설명한다. 또한 여기서 앞의 구조에서 설명한 각 구성요소들에 대해서는 설명의 중복을 피하기 위하여 그 설명을 생략하거나 간단하게 하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device having the structure of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 4A to 4E. In the following description of the manufacturing method, a process that can be formed according to process steps well known to those skilled in the art will be briefly described in order to avoid obscuring the present invention. In addition, each component described in the above structure will be omitted or simplified in order to avoid duplication of description.

도 4a 내지 도 4e는 도 1의 구조를 구비하는 반도체 장치의 제조 과정을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다. 4A through 4E are cross-sectional views sequentially illustrating a process of manufacturing a semiconductor device having the structure of FIG. 1.

도 4a를 참조하면, 소자 분리 영역인 STI(shallow trench isolation)(120)에 의해 활성 영역(121)이 정의된 반도체 기판을 제공한다. 반도체 기판(110)은 STI(120) 형성 공정을 수행함으로써, 활성 영역(121)이 정의될 수 있다. 이러한 반도체 기판(110)은 p 타입 또는 n 타입의 실리콘 기판으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4A, a semiconductor substrate in which an active region 121 is defined by a shallow trench isolation (STI) 120, which is an isolation region, is provided. The active region 121 may be defined by performing the process of forming the STI 120 on the semiconductor substrate 110. The semiconductor substrate 110 may be formed of a p-type or n-type silicon substrate.

이 후 반도체 기판(110) 위에 제1 산화막(310) 및 제2 산화막(315)을 형성한다. 제1 산화막(310)은 예를 들어 중간 온도 산화물(MTO)로서, 열산화 공정을 수행 함으로써 형성될 수 있다. 제2 산화막(315)은 실리콘 산질화물(SiON), 실리콘 질화물(SiN) 등으로 형성될 수 있으며, CVD(chemical vapor deposition), LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 공정 등을 수행하여 약 30 내지 100Å 두께로 형성될 수 있다. 그런 다음, STI 영역(120)과 인접하는 활성 영역(121)의 상부 산화막(310, 315)을 선택적으로 에칭하기 위해 포토레지스트의 패터닝(미도시) 및 건식 에칭할 수 있다. 건식 에칭은 예를 들어, 반응 이온 에칭(RIE, reactive ion etching) 공정을 통해 비등방적으로 에칭할 수 있다. Thereafter, the first oxide film 310 and the second oxide film 315 are formed on the semiconductor substrate 110. The first oxide film 310 may be formed by performing a thermal oxidation process, for example, as an intermediate temperature oxide (MTO). The second oxide film 315 may be formed of silicon oxynitride (SiON), silicon nitride (SiN), or the like, and may be about 30 to 100 kV by performing chemical vapor deposition (CVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), or the like. It may be formed in a thickness. Then, patterning (not shown) and dry etching of the photoresist may be performed to selectively etch the upper oxide films 310 and 315 of the active region 121 adjacent to the STI region 120. Dry etching may be anisotropically etched through, for example, reactive ion etching (RIE) processes.

다음으로 반도체 기판(110)의 활성 영역(121) 내에 트랜치(320)를 형성한다. 이러한 트랜치(320)는 상기 에칭후 남아 있는 산화막(310, 315)을 에치 마스크로 이용하여 노출된 반도체 기판의 표면을 건식 에칭(예를 들어, 반응 이온 에칭(RIE, reactive ion etching))함으로써 형성할 수 있다. 이러한 트랜치(320)는 약 100 내지 300Å 두께로 형성될 수 있다. 트랜치가 깊게 형성될수록 트랜치 측면으로부터 채널 방향으로의 누설 전류 경로가 넓게 형성된다. 또한 도 4d에서 수행되는 에피택셜 갭필(gap-fill) 공정의 효율이 저하된다. 따라서 이러한 트랜치(320)의 깊이는 얕게 형성하는 것이 바람직하다. Next, a trench 320 is formed in the active region 121 of the semiconductor substrate 110. The trench 320 is formed by dry etching (eg, reactive ion etching (RIE)) of the exposed surface of the semiconductor substrate using the oxide layers 310 and 315 remaining after the etching as an etch mask. can do. The trench 320 may be formed to a thickness of about 100 to 300Å. The deeper the trench, the wider the leakage current path from the trench side to the channel direction. In addition, the efficiency of the epitaxial gap-fill process performed in FIG. 4D is reduced. Therefore, the depth of the trench 320 is preferably formed to be shallow.

도 4b 및 4c를 참조하면, 트랜치(320)의 저면에 배리어층(160)을 형성한다.4B and 4C, the barrier layer 160 is formed on the bottom of the trench 320.

우선 도 4b를 참조하여, 상기 반도체 기판(110)의 노출된 전면에 산화막(미도시)을 형성할 수 있다. 이러한 산화막은 열산화, CVD, LPCVD 등의 공정으로 형성될 수 있으며 약 10 내지 40Å 두께로 제공될 수 있다. 상기 산화막은 도 4c에 따른 에칭 과정에서 모두 제거될 수 있도록 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 이 후에 상기 산화막을 습식 에칭하여 트랜치(320)의 양 측면에 측벽 스페이서(325)를 형성할 수 있다. 측벽 스페이서(325)는 도 4c에 따른 배리어층의 형성 과정에서 트랜치의 측면에 더 이상 산화막이 자라지 않도록 하기 위한 것이다.First, referring to FIG. 4B, an oxide film (not shown) may be formed on an exposed entire surface of the semiconductor substrate 110. Such an oxide film may be formed by a process such as thermal oxidation, CVD, LPCVD, and the like and may be provided with a thickness of about 10 to about 40 kPa. The oxide film is preferably formed thin so that it can be removed in the etching process according to Figure 4c. Thereafter, the oxide layer may be wet etched to form sidewall spacers 325 on both sides of the trench 320. The sidewall spacers 325 are intended to prevent the oxide film from growing on the side of the trench during the formation of the barrier layer according to FIG. 4C.

상기 측벽 스패이서(325) 형성 이후 배리어막(미도시)을 형성한다. 배리어막은 열산화, CVD, LPCVD 등의 공정으로 형성될 수 있다. 반도체 기판의 최상부 또는 트랜치(320)의 측면에는 이미 산화막이 형성되어 있으므로, 트랜치(320)의 저면에 상대적으로 두껍게 배리어막이 형성된다. 이 후 상기 반도체 기판(110)의 노출된 전면을 습식 및/또는 건식 에칭(예를 들어, 반응 이온 에칭(RIE, reactive ion etching))하여 트랜치(320)의 저면에 배리어층(160)이 형성되도록 한다. 배리어층(160)은 약 60 내지 100Å 두께로 형성될 수 있다. 이러한 배리어층(160)은 스토리지 노드 콘택(미도시)에 인가되는 전압에 의해 물리적으로 파괴되지 않을 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 배리어층(160)이 얇을수록 해당 층의 형성을 위한 CVD 등의 증착 공정이 효율적일 수 있다.A barrier layer (not shown) is formed after the sidewall spacer 325 is formed. The barrier film may be formed by a process such as thermal oxidation, CVD, LPCVD, or the like. Since an oxide film is already formed on the top of the semiconductor substrate or on the side surface of the trench 320, the barrier film is formed relatively thick on the bottom surface of the trench 320. Thereafter, the exposed front surface of the semiconductor substrate 110 is wet and / or dry etched (eg, reactive ion etching (RIE)) to form a barrier layer 160 on the bottom of the trench 320. Be sure to The barrier layer 160 may be formed to a thickness of about 60 to about 100 microns. The barrier layer 160 is preferably formed to a thickness such that it is not physically destroyed by a voltage applied to a storage node contact (not shown). In addition, as the barrier layer 160 is thinner, a deposition process such as CVD for forming the layer may be more efficient.

도 4d를 참조하면, 상기 트랜치(320)를 매립하는 에피택셜층을 형성한다. 이러한 에피택셜층(330)은 선택적 에피택셜 성장(selective epitaxial growth) 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(110)이 p 타입인 경우, 산화막(315) 및 배리어층(160)보다 트랜치 측면(335)에 대해 선택도가 높은 SiCl4(silicon tetrachloride), SiH2Cl2(dichlorosilane) 등의 물질을 기체 상태로 만들어 약 1100 내지 1300℃의 온도에서 배리어층(160)의 표면 위에 증착 할 수 있다. SiCl4, SiH2Cl2 등의 물질은 산화막(315) 및 배리어층(160) 표면에 대해서는 상대적으로 선택도가 낮으므로 대부분 트렌치 측면(335)에서만 핵(nucleation) 생성 및 성장이 일어난다. 또한 에피택셜층(330)은 산화막(315)의 표면과 연장되는 높이에 이르게 될 때까지 성장되도록 한다. 다음으로 이러한 에피택셜층(330)만을 선택적으로 습식 또는 건식 에치백(etch-back)하여, 산화막(310)이 반도체 표면과 접촉하는 깊이까지 상기 에피택셜층(330)의 상부를 제거할 수 있다. 그 후 산화막(310, 315)을 제거하고 이에 따라 노출된 전표면을 CMP(chemical mechanical polishing) 공정을 통해 평탄화시킬 수 있다.Referring to FIG. 4D, an epitaxial layer filling the trench 320 is formed. The epitaxial layer 330 may be formed by a selective epitaxial growth process. For example, when the semiconductor substrate 110 is of p type, silicon tetrachloride (SiCl 4 ) and SiH 2 Cl 2 (dichlorosilane) having higher selectivity to the trench side surface 335 than the oxide film 315 and the barrier layer 160 are provided. ) And the like may be made into a gaseous state and deposited on the surface of the barrier layer 160 at a temperature of about 1100 to 1300 ° C. Since materials such as SiCl 4 and SiH 2 Cl 2 have relatively low selectivity with respect to the surfaces of the oxide layer 315 and the barrier layer 160, nucleation is generated and grown only in the trench side 335. In addition, the epitaxial layer 330 is allowed to grow until it reaches a height extending from the surface of the oxide film 315. Next, the epitaxial layer 330 may be selectively wet or dry etched back to remove the upper portion of the epitaxial layer 330 to a depth where the oxide layer 310 contacts the semiconductor surface. . Thereafter, the oxide layers 310 and 315 may be removed and the entire exposed surface may be planarized through a chemical mechanical polishing (CMP) process.

도 4e는 이러한 CMP 공정을 거쳐 얻어진 반도체 기판의 구조를 나타낸다. 반도체 기판(110) 내에 배리어층(160)이 형성되어진 것을 볼 수 있다. 이러한 배리어층(160)을 반도체 기판 내에 형성시킴으로써 반도체 기판(110) 내로 흐르는 누설 전류를 차단할 수 있다. 4E shows the structure of a semiconductor substrate obtained through such a CMP process. It can be seen that the barrier layer 160 is formed in the semiconductor substrate 110. By forming the barrier layer 160 in the semiconductor substrate, leakage current flowing into the semiconductor substrate 110 may be blocked.

한편 도 4e에서 얻어진 구조에 대한 후속 공정으로 도 1에 나타난 반도체 기판(110)의 상부 구조(210, 220, 230, 240)를 형성하기 위하여, 산화막(미도시), 도전막(미도시) 및 마스크막(미도시)을 형성하고 순차적으로 패터닝하여 게이트 산화막(210), 게이트 전극(220) 및 하드 마스크막(230)을 차례대로 형성하고 스페이서(240)를 형성한다. 이때 형성하고자 하는 장치의 특성에 따라 스페이서(240) 형성 전 및/또는 후에 불순물 주입을 실시하여 제1 및 제2 불순물 영역(130, 140)을 형성할 수 있다. 이와 같이 하여 도 1에 나타난 반도체 장치를 제조할 수 있다.On the other hand, in order to form the upper structure (210, 220, 230, 240) of the semiconductor substrate 110 shown in Figure 1 as a subsequent process to the structure obtained in Figure 4e, an oxide film (not shown), conductive film (not shown) and A mask layer (not shown) is formed and sequentially patterned to form the gate oxide layer 210, the gate electrode 220, and the hard mask layer 230 in order, and form a spacer 240. In this case, the first and second impurity regions 130 and 140 may be formed by performing impurity implantation before and / or after forming the spacer 240 according to characteristics of the device to be formed. In this manner, the semiconductor device shown in FIG. 1 can be manufactured.

이하에서는 도 2의 구조를 구비하는 반도체 장치의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device having the structure of FIG. 2 will be described.

우선 전술한 도 4a 내지 4e의 공정을 동일하게 수행한다. 이러한 공정들은 앞서 설명한 바와 같으므로 여기서는 언급하지 않기로 한다. First, the processes of FIGS. 4A to 4E described above are performed in the same manner. These processes are as described above and will not be described here.

다음으로 도 5를 참조하면, 도 4e의 구조를 얻은 이후에 패터닝 및 에칭 공정을 통하여 리세스된 반도체 기판의 구조(340)를 형성할 수 있다. 여기서 리세스의 깊이는 반도체 장치의 특성에 따라 다양하게 형성할 수 있다. 이러한 리세스된 구조(340)는 채널의 저항을 증가시키므로 스토리지 노드 콘택(미도시)과 연결되는 제1 불순물 영역(130)에서 채널 방향으로의 누설 전류의 발생 정도를 감소시킬 수 있다. Next, referring to FIG. 5, after obtaining the structure of FIG. 4E, the structure 340 of the recessed semiconductor substrate may be formed through a patterning and etching process. The depth of the recess may be variously formed according to the characteristics of the semiconductor device. Since the recessed structure 340 increases the resistance of the channel, the degree of leakage current in the channel direction may be reduced in the first impurity region 130 connected to the storage node contact (not shown).

한편 도 5에서 얻어진 구조에 대한 후속 공정으로 도 2에 나타난 반도체 기판(110)의 상부 구조(211, 220, 230, 240)를 형성하기 위하여, 도 1의 구조를 얻기 위해 설명한 바와 같은 게이트 전극을 형성하는 공정과 제1 및 제2 불순물을 주입하는 공정을 동일하게 수행한다. 이와 같이 하여 도 2에 나타난 반도체 장치를 제조할 수 있다. Meanwhile, in order to form the upper structures 211, 220, 230, and 240 of the semiconductor substrate 110 shown in FIG. 2 as a subsequent process with respect to the structure obtained in FIG. 5, the gate electrode as described for obtaining the structure of FIG. The process of forming and the process of injecting 1st and 2nd impurity are performed similarly. In this manner, the semiconductor device shown in FIG. 2 can be manufactured.

이하에서는 도 3의 구조를 구비하는 반도체 장치의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device having the structure of FIG. 3 will be described.

우선 앞서 설명한 바와 같이 도 4a 내지 4e 공정을 수행하고 이후 게이트 전극을 형성하는 공정과 제1 및 제2 불순물을 주입하는 공정을 동일하게 수행한다. 이러한 공정들은 앞서 도 1에 도시된 반도체 장치의 제조 방법에서 설명한 바와 같으므로 여기서는 언급하지 않기로 한다.First, as described above, the processes of FIGS. 4A to 4E are performed, and then the process of forming the gate electrode and the process of injecting the first and second impurities are performed in the same manner. These processes are the same as described above in the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. 1 and will not be described herein.

다음으로 도 6을 참조하면, 반도체 기판(110)의 전면에 ILD(inter layer dielectric)층(345)을 형성하고 포토레지스트(PR)(350)의 패터닝 및 에칭 공정을 순차적으로 수행하여 제2 불순물 영역(140)의 상부만을 선택적으로 오픈할 수 있다. 이 후 제2 불순물 영역(140)에 불순물을 추가로 주입하는 공정을 수행하여 새로운 제2 불순물 영역(141)을 형성한다. 이와 같이 하여 도 3에 나타난 반도체 장치(3)를 제조할 수 있다. 도 3에 나타난 이러한 비대칭적인 불순물 영역(141)이 형성되면 채널 영역의 두께 증가를 가져와 반도체 장치의 동작시 채널의 저항을 감소시키므로 반도체 장치의 구동력 등 리프레시 특성이 우수해진다. Next, referring to FIG. 6, the second impurity is formed by forming an inter layer dielectric (ILD) layer 345 on the entire surface of the semiconductor substrate 110 and sequentially performing a patterning and etching process of the photoresist (PR) 350. Only the upper portion of the region 140 may be selectively opened. Thereafter, an impurity is further injected into the second impurity region 140 to form a new second impurity region 141. In this manner, the semiconductor device 3 shown in FIG. 3 can be manufactured. When the asymmetrical impurity region 141 shown in FIG. 3 is formed, the thickness of the channel region is increased to reduce the resistance of the channel during the operation of the semiconductor device, thereby improving refresh characteristics such as driving force of the semiconductor device.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 장치 및 그 제조 방법에 따르면 반도체 기판의 불순물 영역 하부에 배리어층을 형성시켜 누설 전류의 주된 발생 경로를 차단함으로써 현저히 리프레시 특성을 개선시킬 수 있다. 또한 이와 병행하여 반도체 기판에 리세스된 구조를 형성시키거나 불순물 영역에 추가적으로 불순물 주입을 시킴으로써 반도체 장치의 리프레시 특성을 개선시킬 수 있다.As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to significantly improve the refresh characteristics by forming a barrier layer under the impurity region of the semiconductor substrate to block the main generation path of the leakage current. In addition, the refresh characteristics of the semiconductor device can be improved by forming a recessed structure in the semiconductor substrate or by additionally injecting impurities into the impurity region.

Claims (6)

소자 분리 영역에 의해 활성 영역이 정의된 반도체 기판;A semiconductor substrate in which an active region is defined by an element isolation region; 상기 반도체 기판의 활성 영역에 형성된 게이트 전극;A gate electrode formed in an active region of the semiconductor substrate; 상기 게이트 전극의 일측과 인접하며 상기 반도체 기판 내에 형성된 제1 불순물 영역;A first impurity region adjacent to one side of the gate electrode and formed in the semiconductor substrate; 상기 제1 불순물 영역의 하부에 위치하며 상기 반도체 기판 내에 형성된 배리어(barrier)층; 및A barrier layer formed under the first impurity region and formed in the semiconductor substrate; And 상기 게이트 전극의 타측과 인접하며 상기 반도체 기판 내에 형성된 제2 불순물 영역을 포함하는 반도체 장치.And a second impurity region adjacent to the other side of the gate electrode and formed in the semiconductor substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 전극의 하부에 위치하는 채널 영역이 상기 반도체 기판 내로 리세스(recess)된 반도체 장치.And a channel region disposed below the gate electrode is recessed into the semiconductor substrate. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제2 불순물 영역이 상기 제1 불순물 영역보다 고농도의 불순물을 포함하는 반도체 장치.And the second impurity region contains a higher concentration of impurities than the first impurity region. 소자 분리 영역에 의해 활성 영역이 정의된 반도체 기판을 제공하고,Providing a semiconductor substrate having an active region defined by an element isolation region, 상기 반도체 기판의 활성 영역 내에 트랜치를 형성하며,Forming a trench in an active region of the semiconductor substrate, 상기 트랜치의 저면에 배리어층을 형성하고,Forming a barrier layer on the bottom of the trench, 상기 트랜치를 매립하는 에피택셜층을 형성하며,Forming an epitaxial layer filling the trench, 상기 반도체 기판 상에 상기 에피택셜층의 일측에 인접하는 게이트 전극을 형성하고,Forming a gate electrode adjacent to one side of the epitaxial layer on the semiconductor substrate, 상기 반도체 기판 내에 불순물을 주입하여, 상기 게이트 전극의 일측에 인접하는 상기 에피택셜층에 제1 불순물 영역 및 상기 제1 불순물 영역과 대향하며 상기 게이트 전극의 타측에 인접하는 반도체 기판 내에 제2 불순물 영역을 형성하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.Impurities are implanted into the semiconductor substrate, and a second impurity region is formed in the semiconductor substrate facing the first impurity region and the first impurity region adjacent to the one side of the gate electrode and adjacent to the other side of the gate electrode. Manufacturing method of a semiconductor device comprising forming a. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 트랜치를 매립하는 에피택셜층을 형성하는 것 이후에,After forming the epitaxial layer filling the trench, 상기 게이트 전극 하부의 채널 영역인 상기 반도체 기판을 리세스 시키는 것을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.And recessing the semiconductor substrate, which is a channel region under the gate electrode. 제4항 또는 제5항에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 상기 반도체 기판 내에 불순물을 주입하는 것 이후에After implanting impurities into the semiconductor substrate 상기 제2 불순물 영역에 대해 추가로 불순물을 주입하는 것을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.And injecting additional impurities into the second impurity region.
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