KR20080062048A - Transistor and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 모스 트랜지스터의 단면도.1 is a cross-sectional view of a general MOS transistor.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 트랜지스터의 단면도.2 is a cross-sectional view of a transistor in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 구현예에 따른 트랜지스터의 형성방법을 설명하기 위한 공정단면도.3 to 7 are process cross-sectional views illustrating a method of forming a transistor according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 트랜지스터 및 그 형성 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 transistor and a method for forming the same.
현재 집적회로에는 제조공정의 안정화 및 장치의 소형화가 가능하고 전기적 특성 제어가 용이하여 스위칭 소자로서 모스 트랜지스터를 사용하고 있다. 그러나, 집적회로 장치의 집적도가 높아져 게이트 선폭이 100 나노 이하로 축소되면서, 보다 작은 선폭의 게이트 전극을 형성하는데 한계가 나타나고 있다.Currently, MOS transistors are used as the switching elements in the integrated circuits because of the stabilization of the manufacturing process, the miniaturization of devices, and the easy control of electrical characteristics. However, as the degree of integration of integrated circuit devices is increased and the gate line width is reduced to 100 nanometers or less, there is a limit in forming a gate electrode having a smaller line width.
도 1은 통상적인 모스 트랜지스터를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional MOS transistor.
도 1을 참조하면, 통상의 모스 트랜지스터는 반도체 기판(10) 상에 게이트 절연막(22)을 개재하여 게이트 전극(24)이 배치되어 있고, 게이트 전극(24)의 양측에 스페이서 패턴(30)이 형성되어 그 하부의 기판에 소오스 영역 및 드레인 영역(26)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, in a typical MOS transistor, a
모스 트랜지스터에서 게이트 전극은 게이트 도전막을 형성한 후 사진 식각 공정을 통해 패터닝되어 일정한 폭으로 형성될 수 있고, 게이트 전극(24)의 폭에 비례하여 소오스 영역 및 드레인 영역 사이의 반도체 기판에 정의되는 채널 영역의 길이가 결정된다. 따라서, 작은 선폭의 게이트 전극(24)을 패터닝하기 위해서는 그만큼의 해상도를 갖는 노광설비 및 작은 선폭의 게이트 전극이 식각되는 동안 식각 내성을 가지는 포토레지스트막이 필요하다.In the MOS transistor, the gate electrode may be patterned through a photolithography process after forming a gate conductive layer to have a predetermined width, and a channel defined in the semiconductor substrate between the source and drain regions in proportion to the width of the
그러나, 노광설비의 광학적 한계로 인해 게이트 전극의 폭을 축소하는 것이 제한되고 있으며, 선폭이 작아질 수록 두꺼운 포토레지스트막을 안정적으로 형성하는 것이 점점 어려워지고 있다.However, due to the optical limitations of the exposure equipment, it is limited to reduce the width of the gate electrode, and as the line width becomes smaller, it becomes increasingly difficult to stably form a thick photoresist film.
본 발명은 사진 식각 공정의 공정 한계에 의존하지 않고 형성된 채널 길이가 작은 트랜지스터 및 그 형성 방법을 제공하는데 있다.The present invention provides a transistor having a small channel length and a method of forming the same without depending on the process limitation of the photolithography process.
본 발명은 게이트 전극의 폭은 크면서 채널 길이는 상대적으로 작은 트랜지스터 및 그 형성 방법을 제공하는데 있다.The present invention provides a transistor having a large width and a relatively small channel length, and a method of forming the same.
상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여 본 발명은 언더컷을 갖는 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터를 제공한다. 본 발명의 트랜지스터는 반도체 기판과, 반 도체 기판 상에 형성된 게이트 절연막과, 게이트 절연막 상에 형성되며, 양측 하단부에 언더컷 영역을 가져 상부 폭보다 작은 폭의 접촉면이 게이트 절연막과 계면에 형성된 게이트 전극과, 접촉면 양측의 반도체 기판에 각각 형성된 소오스 영역 및 드레인 영역을 포함한다. 본 발명에서 게이트 전극은 하단부에 언더컷을 가짐으로써 게이트 전극의 폭보다 상대적으로 짧은 채널 길이를 가질 수 있다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a transistor including a gate electrode having an undercut. The transistor of the present invention includes a semiconductor substrate, a gate insulating film formed on a semiconductor substrate, a gate insulating film formed on the gate insulating film, and having a undercut region at both lower ends thereof, and having a contact surface having a width smaller than an upper width at an interface with the gate insulating film. And a source region and a drain region respectively formed in the semiconductor substrate on both sides of the contact surface. In the present invention, the gate electrode may have a channel length relatively shorter than the width of the gate electrode by having an undercut at the lower end.
상기 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 반도체 기판 상에 제 1 절연막 및 제 2 절연막을 형성하는 단계와, 제 2 절연막을 소정두께 식각하여 중앙부분에 제 1 절연막이 노출된 오프닝을 갖는 트렌치를 형성하는 단계와, 노출된 제 1 절연막을 식각하여 반도체 기판을 노출시키는 단계와, 노출된 반도체 기판에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 게이트 절연막 상에 트렌치를 채우는 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에서, 트렌치 바닥의 중앙부에 형성된 오프닝에 반도체 기판이 노출되도록 하여 오프닝 내에 게이트 전극의 하단부가 형성된 것이 특징이다. 따라서, 게이트 전극의 폭보다 짧은 채널 길이를 갖는 트랜지스터를 형성할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a first insulating film and a second insulating film on a semiconductor substrate, and etching the second insulating film to a predetermined thickness to expose the first insulating film at a central portion thereof. Forming a trench, etching the exposed first insulating film to expose the semiconductor substrate, forming a gate insulating film on the exposed semiconductor substrate, and forming a gate electrode filling the trench on the gate insulating film. Include. In the present invention, the bottom surface of the gate electrode is formed in the opening by exposing the semiconductor substrate to the opening formed in the central portion of the trench bottom. Thus, a transistor having a channel length shorter than the width of the gate electrode can be formed.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현예를 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(구현예)(Example)
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 트랜지스터를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a transistor according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 반도체 기판(50) 상에 게이트 절연막(62)가 형성되어 있고, 게이트 절연막(62) 상에 게이트 전극(64)이 형성되어 있다. 게이트 전극(64)은 게이트 절연막(62)와 접촉면(64s)을 가진다. 게이트 전극(64)의 접촉면은 게이트 절연막(62) 상부면의 일부에 해당하며, 접촉면(64s) 양측으로 게이트 절연막이 측방향으로 확장되어 있다.2, a
게이트 전극(64)은 접촉면(64s)으로부터 소정 높이 신장되어 횡방향으로 확장된 상단부를 가진다. 따라서, 게이트 전극(64)은 하단부에 언더컷(64s)을 가지면서 폭이 좁아져 상단부보다 작은 폭의 접촉면(64s)이 형성된 구조를 가진다.The
게이트 절연막(62)은 게이트 전극의 접촉면(64s)로부터 횡방향으로 소정 폭 확장되고, 게이트 절연막(62) 양측의 기판에는 게이트 절연막(62)와 다른 절연막이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 게이트 절연막(62)은 열산화막으로 형성될 수 있고, 양측의 절연막(52)은 CVD산화막으로 형성될 수 있다.The
게이트 전극의 접촉면(64s) 양측의 반도체 기판 내에 불순물이 주입되어 소오스 영역 및 드레인 영역(66)이 형성되어 있다. 소오스 영역 및 드레인 영역(66)은 단일 확산 구조 또는 LDD나 DDD와 같은 이중 확산 구조를 가질 수 있다.An impurity is implanted into the semiconductor substrate on both sides of the
도시된 것과 같이, 게이트 전극(64)은 하부 폭이 상부 폭보다 상대적으로 작은 구조를 가지며, 하단부의 작은 폭으로 인해 반도체 기판에 형성되는 채널 영역의 길이가 게이트 전극의 폭보다 짧은 단채널 트랜지스터를 형성할 수 있다.As shown in the drawing, the
도 3 내지 도 7은 본 발명의 구현예에 따른 트랜지스터의 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.3 to 7 are process cross-sectional views illustrating a method of forming a transistor according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 반도체 기판(50) 상에 제 1 절연막(52) 및 제 2 절연막(54)을 형성한다. 제 1 절연막(52) 및 제 2 절연막(54)은 서로 식각선택성을 가 지는 물질로 형성한다. 제 1 절연막(52) 및 제 2 절연막(54)의 두께에 따라 게이트 절연막의 두께가 결정될 수 있다. 따라서, 게이트 절연막의 두께가 선택되면 그것에 적합한 두께로 제 1 절연막을 형성한다.Referring to FIG. 3, a first
제 2 절연막(54) 상에 포토레지스트 패턴(56)을 형성한다. 포토레지스트 패턴(56)은 제 2 절연막(54)의 일부가 노출된 영역을 가진다. 통상의 트랜지스터 평면구조에서 게이트 전극은 반도체 기판에 정의된 활성영역의 상부를 가로지르는 라인 형상을 가진다. 따라서, 포토레지스트 패턴(56)은 라인형상의 제 2 절연막의 노출 영역을 정의할 수 있다.The
도 4를 참조하면, 포토레지스트 패턴(56)을 식각마스크로 사용하여 제 2 절연막(54)의 노출된 부분의 일부를 식각한다. 노출된 영역에서 제 2 절연막(54)이 완전히 제거되지 않도록 식각 시간을 제어하여, 노출된 영역에서 제 1 절연막(52) 상에 소정 두께의 제 2 절연막(54)의 잔존물을 남길 수 있다.Referring to FIG. 4, a portion of the exposed portion of the second
이 때, 제 2 절연막(54)의 식각 깊이 및 제 2 절연막의 잔존물의 두께에 따라 게이트 전극의 하단부 및 상단부 두께가 결정될 수 있기 때문에 원하는 단면에 따라 식각조건을 적절히 조절할 수 있다. 채널 길이에 영향을 주지않고 게이트 전극의 저항을 낮추기 위해서는 제 2 절연막(54)이 제거된 게이트 트렌치(54g)의 깊이가 깊은 것이 바람직하다.In this case, since the thickness of the lower end and the upper end of the gate electrode may be determined according to the etching depth of the second
계속해서, 도 4를 참조하면, 포토레지스트 패턴(56)을 제거하여 제 2 절연막(54)을 노출시키고, 제 2 절연막(54)가 노출된 기판의 전면에 콘포말한 스페이서 절연막을 형성한다. 스페이서 절연막을 이방성 식각하여 게이트 트렌치(54g)의 측 벽에 스페이서 패턴(58)을 형성한다. 스페이서 패턴(58)은 제 2 절연막(54)에 대해 식각선택성을 가지는 물질로 형성한다. 따라서, 스페이서 패턴(58)을 식각마스크로 사용하여 제 2 절연막(54)을 이방성 식각하여 제 1 절연막의 일부가 노출된 오프닝(60)을 형성한다. 스페이서 패턴(58)이 게이트 트렌치(54g)의 양측벽에 형성되기 때문에, 게이트 트렌치(54g)의 바닥 중앙에 게이트 트렌치에 평행한 오프닝(60)이 형성될 수 있다.Subsequently, referring to FIG. 4, the
도 5를 참조하면, 게이트 트렌치(54g)의 측벽에 형성된 스페이서 패턴(58)을 제거하여 게이트 트렌치(54g)의 측벽 및 바닥면을 노출시킨다. 스페이서 패턴(58)은 등방성 식각으로 제거할 수 있다. 스페이서 패턴(58)과 제 1 절연막(52)에 대해 식각특성을 가지는 에천트를 사용하는 경우, 스페이서 패턴(58)이 제거됨과 동시에 오프닝(60)에 노출된 부분부터 제 1 절연막(52)이 함께 제거될 수 있다. 제 1 절연막(52)은 오프닝(60)에 노출된 부분부터 식각되어 횡방향으로 등방성 식각되어 제 2 절연막(54) 하부에 언더컷 영역(52u)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5, the
도 6을 참조하면, 스페이서 패턴(58) 및 제 1 절연막(52)의 일부분이 제거된 기판을 열산화하여, 제 2 절연막(52)의 오프닝 하부의 제 1 절연막의 언더컷 영역(52u)에 노출된 반도체 기판에 게이트 절연막(62)을 형성한다. 게이트 절연막(62)은 성장 두께를 적절히 조절함으로써 제 2 절연막(52) 하부의 언더컷 영역에 채워질 수 있다.Referring to FIG. 6, the substrate from which the
게이트 절연막(62)이 형성된 기판의 전면에 오프닝(60) 및 게이트 트렌치(54g)을 채우는 게이트 도전막을 형성하고, 화학기계적 연마공정을 이용하여 게 이트 도전막을 연마하여 게이트 트렌치(54g) 내에 채워진 게이트 전극(64)을 형성한다.A gate conductive film filling the
도 7을 참조하면, 게이트 전극(64) 주변의 제 2 절연막(52)을 제거하여 상부폭이 크고 하단부에 언더컷 영역(64u)을 갖는 게이트 전극(64)을 노출시킨다. 제 2 절연막(52)과 제 1 절연막(52) 및 게이트 절연막(62)은 식각특성이 다른 절연막으로 형성하여, 제 2 절연막(52)에 대한 식각용액에서 제 1 절연막(52) 및 게이트 절연막(62)이 식각되지 않은 것이 바람직하다.Referring to FIG. 7, the second insulating
계속해서, 도시하지는 않았지만 이온주입 공정을 실시하여 게이트 전극(64) 양측의 기판 내에 소오스 영역 및 드레인 영역을 형성한다. 소오스 영역 및 드레인 영역(도 2의 66)은 단일 구조 또는 이중 구조로 형성될 수 있다.Subsequently, although not shown, an ion implantation process is performed to form source and drain regions in the substrates on both sides of the
단일 구조의 소오스 드레인 영역은 게이트 전극(64)을 이온주입 마스크로 사용하여 반도체 기판(50) 내에 불순물 이온을 주입함으로써 형성할 수 있다.The source drain region having a single structure can be formed by implanting impurity ions into the
이중 구조의 소오스 드레인 영역을 형성하는 경우, 게이트 전극(64)의 상단부가 이온주입 마스크로 되어 제 1 불순물 이온이 반도체 기판(50)에 주입되고, 확산을 통해 제 1 불순물 영역은 게이트 전극(64)과 게이트 절연막(62)의 접촉면 하부까지 확산될 수 있고, 동일한 방법으로 제 2 불순물 이온을 반도체 기판(50)에 주입하여 확산 거리를 짧게 제어함으로써 제 1 불순물 영역과 제 2 불순물 영역을 형성할 수 있다.When forming a source drain region having a dual structure, the upper end portion of the
본 발명은 절연막의 식각선택성을 이용하여 사진공정에 의해 패터닝된 게이트 전극의 폭보다 작은 폭의 하단부를 형성함으로써 채널 길이를 축소할 수 있다.The present invention can reduce the channel length by forming a lower end portion having a width smaller than the width of the gate electrode patterned by the photolithography process using the etching selectivity of the insulating film.
상술한 것과 같이 본 발명에 따르면, 노광 한계로 인해 패턴을 형성하기 힘든 게이트 전극을 절연막의 식각선택성을 이용하여 채널 영역을 정의하는 부분인 하단부만 폭을 줄임으로써 게이트 전극의 폭보다 상대적으로 작은 폭의 채널 길이를 갖는 트랜지스터를 제조할 수 있다.As described above, according to the present invention, the gate electrode, which is difficult to form a pattern due to the exposure limit, has a width smaller than the width of the gate electrode by reducing the width of only the lower end portion defining the channel region by using the etching selectivity of the insulating film. A transistor having a channel length of can be manufactured.
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E601 | Decision to refuse application |