KR20080071822A - Firefet and fabricating method of the same - Google Patents

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Abstract

A FIREFET(Fin and Recess channel MOSFET) and a manufacturing method thereof are provided to improve a current driving performance of the FIREFET by reducing source and drain resistances. An active region is surrounded by a field oxide film on a semiconductor substrate. Source/drain(14,16) are formed on the active region with a fin-type channel between them. A recess hole is formed under the source/drain and the fin channel. A recess channel is formed under the fin channel at one side of the recess hole. Gate oxide films(80) are formed on a surface of the recess hole including the recess channel, side surfaces of the source/drain, and the fin channel. A gate(90a) surrounds the recess channel and the fin channel on the gate oxide film and is formed between the recess hole and the source/drain.

Description

핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터 및 그 제조방법{FIREFET AND FABRICATING METHOD OF THE SAME}Field Effect Transistor with Mixed Fin and Recess Channels and Manufacturing Method Thereof {FIREFET AND FABRICATING METHOD OF THE SAME}

도 1은 종래 멀티 게이트를 갖는 FinFET의 구조를 보여주는 사시도이다.1 is a perspective view showing the structure of a FinFET having a conventional multi-gate.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 FIREFET 소자의 구조에 관한 일 실시예의 사시도 및 AA'선 단면도이다.2A and 2B are a perspective view and a cross-sectional view taken along line AA ′ of an embodiment of the structure of a FIREFET device according to the present invention.

도 3a 내지 도 3r은 본 발명에 따른 FIREFET 소자의 제조방법에 관한 일 실시예를 보여주는 공정 사시도이다.3A to 3R are process perspective views showing one embodiment of a method of manufacturing a FIREFET device according to the present invention.

도 4는 도 3h의 BB'선 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 3H.

도 5는 도 3i의 CC'선 단면도이다.5 is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. 3I.

도 6은 도 3l의 DD'선 단면도이다.FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG. 3L.

도 7은 도 3r의 EE'선 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line EE ′ of FIG. 3R.

도 8은 도 3r의 FF'선 단면도이다.8 is a sectional view taken along the line FF 'of FIG. 3R.

도 9는 도 3r의 GG'선 단면도이다.FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line GG ′ of FIG. 3R.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 반도체 기판 12 : 핀 채널10 semiconductor substrate 12 pin channel

14 : 소스 16 : 드레인14 source 16 drain

18 : 리세스 채널 20a : 제 1 더미층 마스크18: recess channel 20a: first dummy layer mask

30a : 제 2 더미층 마스크 40a : 제 1 산화막 측벽30a: second dummy layer mask 40a: first oxide film sidewall

50 : 제 2 산화막 60a : 감광막 마스크50: second oxide film 60a: photosensitive film mask

70 : 그루브 70a : 리세스 홀70 groove: 70a recessed hole

80 : 제 3 산화막(게이트 산화막) 90a : 게이트80 third oxide film (gate oxide film) 90a gate

본 발명은 전계효과트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 벌크 실리콘 기판 위에 형성된 자기 정렬형 핀과 리세스 혼합 채널 영역을 가진 전계효과트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a field effect transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly to a field effect transistor having a self-aligned fin and recessed mixed channel region formed on a bulk silicon substrate and a method of manufacturing the same.

반도체 산업이 발전함에 따라 메모리 분야 및 논리 회로 분야 모두 회로의 고집적 및 고속 동작을 요구하고 있다. 이에, 현재 반도체 회로의 가장 기본이 되는 전계효과트랜지스터(MOSFET) 소자는 그 크기에 있어서 초소형화가 진행되고 있지만, 30 nm 이하의 채널 길이를 가지는 MOSFET 소자에서는 극심한 단채널 효과로 인해 좋은 동작 특성을 얻기 힘든 문제점이 있다.As the semiconductor industry develops, both memory and logic circuits require high integration and high speed operation of circuits. Thus, although the field size transistor (MOSFET) device, which is the most basic element of a semiconductor circuit, is being miniaturized in size, the MOSFET device having a channel length of 30 nm or less obtains good operating characteristics due to the extreme short channel effect. There is a hard problem.

이러한 단채널 효과를 극복할 수 있는 방법 중 하나로 다중 게이트 MOSFET 구조로 소자를 구현하는 방법이 있다. 다중 게이트 MOSFET은 여러 개의 게이트 전극이 채널을 통제하기 때문에 통상의 소자 보다 단채널 효과가 두드러지게 줄어들 게 된다. 그 결과 소자 스케일이 작아지면서 필연적으로 동반되는 게이트 산화막 두께 감소 현상에 유연하게 대처할 수 있게 되며, 소자의 전류 구동 능력 향상도 기대할 수 있게 된다. One way to overcome this short channel effect is to implement a device with a multi-gate MOSFET structure. In multi-gate MOSFETs, the channel effect is controlled by multiple gate electrodes, which significantly reduces the short channel effect than conventional devices. As a result, as the device scale becomes smaller, the gate oxide film thickness reduction phenomenon, which is inevitably accompanied, can be flexibly handled, and the current driving capability of the device can be improved.

최근 제작되는 다중 게이트 MOSFET 소자는 그 공정상의 적합성 때문에 핀 타입의 MOSFET(FinFET) 형태가 가장 일반적으로 이용되고 있다. Recently manufactured multi-gate MOSFET devices are the most commonly used fin-type MOSFET (FinFET) type due to their process suitability.

그러나, FinFET 소자를 구현함에 있어서도 게이트 물질의 선택, 채널 도핑, 소스 및 드레인 저항과 같은 문제들이 존재한다. 특히 단채널 효과를 적절히 극복하기 위해서는 핀 폭이 게이트 길이의 2/3 이하가 되어야 하는데, 이로 인해 30 nm 이하의 영역에서 소자의 스케일링 한계를 보다 빨리 초래하는 현상을 발생시키며, 뿐만 아니라 핀 폭이 매우 얇을 경우에는 소스와 드레인의 저항이 커져 전제적으로 전류를 감소시키는 문제점이 있다.However, in implementing FinFET devices, there are also problems such as the selection of gate materials, channel doping, source and drain resistance. In particular, in order to properly overcome the short channel effect, the fin width should be less than 2/3 of the gate length, which leads to a phenomenon that results in a faster scaling limit of the device in the region below 30 nm. If the thickness is very thin, there is a problem in that the resistance of the source and the drain becomes large, thereby reducing the current.

종래 멀티 게이트를 갖는 대표적인 FinFET의 구조는, 도 1에 도시된 바와 같이, 소스(110)와 드레인(120)은 폭이 얇은 핀의 형태로 구현되며, 가운데 부분의 게이트(300)가 채널을 통제하는 형태로 위쪽 게이트의 존재 여부에 따라 더블 게이트 혹은 트리플 게이트 형태로 된다. 벌크 실리콘 기판(100)을 사용함으로써, SOI 기판을 사용한 경우보다 제조비용 및 웨이퍼의 열 방출 측면에서 개선된 점은 있으나. 다음과 같은 근본적인 문제점을 지니고 있다.A typical FinFET structure having a conventional multi-gate, as shown in Figure 1, the source 110 and the drain 120 is implemented in the form of a thin fin, the gate 300 in the middle portion controls the channel In the form of a double gate or triple gate depending on the presence of the upper gate. By using the bulk silicon substrate 100, there are improvements in manufacturing cost and heat dissipation of the wafer than in the case of the SOI substrate. It has the following fundamental problems.

첫째로, FinFET 소자는 핀의 높이에 따라 전류의 구동 능력이 달라지게 되므로 통상 핀의 높이가 높을수록 전류 구동 능력이 좋아지게 되는데, 도 1과 같은 종래 FinFET 소자의 경우는 핀의 높이를 원하는 만큼 높게 가져가기 힘들다는 문제점 이 있다. 이는 핀의 높이가 아주 높을 경우 게이트 패터닝 시 게이트 물질이 핀 높이에 따른 단차를 극복하지 못하는 경우가 발생하여 게이트가 제대로 형성되지 않을 수 있기 때문이다. First, since the driving force of the current varies according to the height of the fin, the fin driving device generally improves the driving power as the height of the fin increases. In the case of the conventional FinFET device as shown in FIG. There is a problem that it is difficult to take high. This is because when the fin height is very high, the gate material may not overcome the step height due to the fin height during gate patterning, and thus the gate may not be formed properly.

둘째로, 핀 형태의 MOSFET에서는 단채널 효과를 억제하기 위하여 핀의 폭을 게이트 길이보다 작게 형성해야 하는데, 50 nm 이하의 게이트 길이를 갖는 소자를 구현할 경우 핀의 폭은 매우 얇아져 결국 소스와 드레인의 면적이 감소함에 따른 저항의 증가로 전체적인 전류 구동 능력이 감소 되는 문제점이 있다.Second, in the case of a fin-type MOSFET, the width of the fin should be made smaller than the gate length in order to suppress the short channel effect. When a device having a gate length of 50 nm or less is implemented, the fin width becomes very thin, resulting in the source and drain There is a problem in that the overall current driving ability is reduced due to the increase in resistance as the area decreases.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 벌크 실리콘 기판상에 종래 FinFET의 핀 채널에 리세스 채널을 결합하여 전류 구동 능력을 근본적으로 향상시킨 새로운 FIREFET 소자 구조를 제공함을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a new FIREFET device structure which fundamentally improves current driving capability by coupling a recess channel to a fin channel of a conventional FinFET on a bulk silicon substrate.

아울러, 소스/드레인과 게이트가 자기정렬로 구현되고, 게이트를 형성함에 있어 리세스 홀에 게이트 물질을 채우는 방법을 사용함으로써, 종래 FinFET과 달리 핀의 높이에 관계없이 게이트를 형성할 수 있는 상기 FIREFET 소자의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the source / drain and the gate are self-aligned, and by forming a gate material into a recess hole in forming a gate, unlike the conventional FinFET, the FIREFET capable of forming a gate regardless of the height of the fin Another object is to provide a method for manufacturing the device.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET)는 소정의 반도체 기판에 필드 산화막으로 둘러싸 인 액티브 영역과; 상기 액티브 영역에 핀 형상의 채널을 사이에 두고 형성된 소스/드레인과; 상기 소스/드레인 및 상기 핀 채널 아래에 형성된 리세스 홀과; 상기 리세스 홀의 일측으로 상기 핀 채널 하부에 형성된 리세스 채널과; 상기 리세스 채널을 포함한 상기 리세스 홀 표면과 상기 리세스 홀에 연결된 상기 소스/드레인 각 측면 및 상기 핀 채널에 형성된 게이트 산화막과; 상기 게이트 산화막 상부에 상기 리세스 채널 및 상기 핀 채널을 감싸며 상기 리세스 홀 및 상기 소스/드레인 사이에 형성된 게이트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a field effect transistor (FIREFET) having a fin and recess mixed channel according to the present invention comprises an active region surrounded by a field oxide film on a predetermined semiconductor substrate; Source / drain formed between the fin-shaped channel in the active region; A recess hole formed under the source / drain and the fin channel; A recess channel formed under the fin channel to one side of the recess hole; A gate oxide layer formed on the surface of the recess hole including the recess channel and on each side of the source / drain connected to the recess hole and the fin channel; And a gate formed on the gate oxide layer to surround the recess channel and the fin channel and between the recess hole and the source / drain.

또한, 본 발명에 따른 핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET)의 제조방법은 소정의 실리콘 기판에 실리콘과 식각 선택비가 높은 제 1 더미층을 증착하는 제 1 단계와; 상기 제 1 더미층 상부에 산화막과 식각 선택비가 높은 제 2 더미층을 증착하는 제 2 단계와; 상기 제 2 더미층을 패터닝하고 상기 패턴에 따라 상기 제 2 더미층 및 상기 제 1 더미층을 순차적으로 식각하여 제 2 더미층 마스크 및 제 1 더미층 마스크로 채널 하드 마스크를 형성하는 제 3 단계와; 상기 기판 전면에 제 1 산화막을 증착하고 식각하여 상기 채널 하드 마스크 측면에 측벽을 형성하는 제 4 단계와; 상기 형성된 측벽을 마스크로 하여 상기 실리콘 기판을 식각하여 액티브 영역을 정의하는 제 5 단계와; 상기 기판 전면에 제 2 산화막을 증착하고 CMP 공정으로 평탄화하는 제 6 단계와; 상기 평탄화된 기판 상부에 그루브 형성을 위해 감광막을 도포하고 패터닝하는 제 7 단계와; 상기 패터닝된 감광막 마스크로 상기 제 1 산화막 및 제 2 산화막을 식각하여 그루브를 형성하는 제 8 단계와; 상기 그루브 형성으로 노출된 상기 실리콘 기판을 식각하여 리세 스 홀을 형성하는 제 9 단계와; 상기 감광막 마스크와 상기 리세스 홀 형성으로 드러난 상기 제 1 더미층 마스크를 제거하는 제 10 단계와; 상기 제 1 더미층 마스크 제거로 드러난 실리콘 기판 표면 및 상기 리세스 홀 표면에 제 3 산화막을 형성하는 제 11 단계와; 상기 기판 전면에 게이트 물질을 증착하고 식각하여 상기 그루브 및 리세스 홀에 게이트 물질을 채우는 제 12 단계와; 상기 제 1 산화막 및 제 2 산화막을 식각하여 소스/드레인으로 사용할 실리콘 기판을 드러내는 제 13 단계와; 상기 기판 전면에 소정의 이온을 주입하여 소스/드레인을 형성하는 제 14 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.In addition, a method of manufacturing a field effect transistor (FIREFET) having a fin and recess mixed channel according to the present invention includes a first step of depositing a first dummy layer having a high silicon and etch selectivity on a predetermined silicon substrate; Depositing a second dummy layer having a high etching selectivity with an oxide film on the first dummy layer; A third step of patterning the second dummy layer and sequentially etching the second dummy layer and the first dummy layer according to the pattern to form a channel hard mask using a second dummy layer mask and a first dummy layer mask; ; Depositing and etching a first oxide film over the entire surface of the substrate to form sidewalls on a side surface of the channel hard mask; A fifth step of etching the silicon substrate using the formed sidewalls as a mask to define an active region; A sixth step of depositing a second oxide film on the entire surface of the substrate and planarization by a CMP process; A seventh step of applying and patterning a photoresist film to form a groove on the planarized substrate; An eighth step of etching the first oxide film and the second oxide film with the patterned photoresist mask to form a groove; A ninth step of forming a recess hole by etching the silicon substrate exposed by the groove formation; A tenth step of removing the first dummy layer mask exposed by the photoresist mask and the recess hole formation; An eleventh step of forming a third oxide film on the silicon substrate surface and the recess hole surface exposed by removing the first dummy layer mask; Depositing and etching a gate material over the entire surface of the substrate to fill the groove and the recess hole with the gate material; A thirteenth step of exposing the silicon substrate to be used as a source / drain by etching the first oxide film and the second oxide film; And a fourteenth step of forming a source / drain by implanting predetermined ions into the entire surface of the substrate.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

[구조에 관한 [Structure 실시예Example ]]

본 발명에 의한 구조는 기본적으로, 도 2a 및 도 2b와 같이, 소정의 반도체 기판(10)에 필드 산화막(미도시)으로 둘러싸인 액티브 영역과; 상기 액티브 영역에 핀 형상의 채널(12)을 사이에 두고 형성된 소스/드레인(14)(16)과; 상기 소스/드레인 및 상기 핀 채널 아래에 형성된 리세스 홀(70a)과; 상기 리세스 홀의 일측으로 상기 핀 채널 하부에 형성된 리세스 채널(18)과; 상기 리세스 채널(18)을 포함한 상기 리세스 홀(70a) 표면과 상기 리세스 홀(70a)에 연결된 상기 소스/드레인(14)(16) 각 측면 및 상기 핀 채널(12)에 형성된 게이트 산화막(80)과; 상기 게 이트 산화막(80) 상부에 상기 리세스 채널(18) 및 상기 핀 채널(12)을 감싸며 상기 리세스 홀(70a) 및 상기 소스/드레인(14)(16) 사이에 형성된 게이트(90a)를 포함하여 구성된다.The structure according to the present invention basically includes an active region surrounded by a field oxide film (not shown) on a predetermined semiconductor substrate 10, as shown in Figs. 2A and 2B; Source / drain (14) (16) formed in the active region with a pin-shaped channel (12) interposed therebetween; A recess hole 70a formed below the source / drain and the fin channel; A recess channel 18 formed below the fin channel to one side of the recess hole; A gate oxide layer formed on the surface of the recess hole 70a including the recess channel 18 and on each side of the source / drain 14 and 16 connected to the recess hole 70a and on the fin channel 12. 80; A gate 90a formed on the gate oxide layer 80 and surrounding the recess channel 18 and the fin channel 12 and between the recess hole 70a and the source / drain 14 and 16. It is configured to include.

본 실시예는, 도 2b와 같이, 핀(fin) 채널(12) 하부에 리세스(recess) 채널(18)이 더 형성됨으로써, 상기 리세스(recess) 채널(18)을 통하여 추가적인 전류 경로가 더 형성되어 전류 구동 능력을 향상시키게 된다.In the present embodiment, as shown in FIG. 2B, a recess channel 18 is further formed below the fin channel 12, so that an additional current path is formed through the recess channel 18. It is further formed to improve the current driving capability.

여기서, 상기 반도체 기판(10)은 벌크 실리콘 기판을 사용하는 것이 바람직한데, 이렇게 함으로써 SOI 기판을 사용한 경우보다 제조 단가를 낮출 수 있고 기판의 열 방출 특성을 높일 수 있는 장점이 있다.Here, it is preferable to use a bulk silicon substrate as the semiconductor substrate 10. By doing so, the manufacturing cost can be lowered and the heat dissipation characteristics of the substrate can be improved than in the case of using the SOI substrate.

또한, 상기 핀 채널(12)의 폭은 상기 게이트(90a) 길이보다 2/3 이하인 것이 바람직한데, 이는 게이트 길이가 짧아짐에 따른 단채널 효과를 적절히 극복하기 위해서이다.In addition, the width of the fin channel 12 is preferably 2/3 or less than the length of the gate 90a in order to adequately overcome the short channel effect of shortening the gate length.

그리고, 상기 소스/드레인(14)(16)은 상기 핀 채널(12)을 제외한 상기 액티브 영역 전체에 형성되는 것이 바람직한데, 이렇게 함으로써 종래 FinFET의 소스/드레인 면적 감소에 따라 발생하는 저항의 증가 문제를 해결할 수 있다. 다만, 소스/드레인 면적 증가로 정션영역이 넓어져 발생하는 누설 전류 증가 문제는 리세스 홀(70a)의 깊이를 더 깊게 함으로써 해결할 수 있다.In addition, the source / drain 14 and 16 are preferably formed in the entire active region except for the fin channel 12. As a result, an increase in resistance caused by a reduction in the source / drain area of the conventional FinFET is achieved. Can be solved. However, the problem of increased leakage current caused by an increase in the junction area due to an increase in the source / drain area can be solved by making the depth of the recess hole 70a deeper.

따라서, 상기 리세스 채널(18)의 높이는 상기 핀 채널(12) 높이의 1~2 배인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 액티브 영역 즉 소스/드레인의 면적에 따라 더 높게 또는 더 낮게도 할 수 있음은 물론이다.Accordingly, the height of the recess channel 18 is preferably 1 to 2 times the height of the fin channel 12, but is not necessarily limited thereto, and may be higher or lower depending on the area of the active region, that is, the source / drain. Of course it can.

[제조방법에 관한 [Production method 실시예Example ]]

본 발명에 의한 FIREFET 소자의 제조방법에 관한 일 실시예는 하기와 같다.One embodiment of a method for manufacturing a FIREFET device according to the present invention is as follows.

먼저, 도 3a와 같이, 소정의 실리콘 기판(10)에 실리콘과 식각 선택비가 높은 제 1 더미층(20)을 증착하고(제 1 단계), 상기 제 1 더미층 상부에 산화막과 식각 선택비가 높은 제 2 더미층(30)을 증착한다(제 2 단계).First, as shown in FIG. 3A, a first dummy layer 20 having a high silicon and etch selectivity is deposited on a predetermined silicon substrate 10 (first step), and a high oxide film and a high etch selectivity are disposed on the first dummy layer. The second dummy layer 30 is deposited (second step).

여기서, 제 1 및 제 2 더미층(20)(30)은 차후 실리콘 기판 또는 필드 산화막을 식각하여 핀 채널(12) 및 리세스 채널(18)을 형성하기 위한 임시적인 채널 하드 마스크용으로 사용되는 물질층이므로, 제 1 더미층(20)은 실리콘보다, 제 2 더미층(30)은 산화막보다 식각 선택비가 높으면 된다.Here, the first and second dummy layers 20 and 30 are used for temporary channel hard masks for subsequently etching the silicon substrate or the field oxide layer to form the fin channel 12 and the recess channel 18. Since the first dummy layer 20 is a material layer, the etching selectivity of the second dummy layer 30 is higher than that of the oxide film.

따라서, 보다 바람직하게는 상기 제 1 더미층(20)으로 질화막 또는 산화막을, 상기 제 2 더미층(30)으로 비정질 실리콘층 또는 게르마늄 실리콘층을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Therefore, more preferably, a nitride film or an oxide film may be used as the first dummy layer 20, and an amorphous silicon layer or a germanium silicon layer may be used as the second dummy layer 30, but is not limited thereto.

다음, 도 3b와 같이, 상기 제 2 더미층(30)을 패터닝하고 상기 패턴에 따라 상기 제 2 더미층(30) 및 상기 제 1 더미층(20)을 순차적으로 식각하여 각 더미층 마스크(20a)(30a)로 채널 하드 마스크를 형성한다.Next, as shown in FIG. 3B, the second dummy layer 30 is patterned, and the second dummy layer 30 and the first dummy layer 20 are sequentially etched according to the pattern to form each dummy layer mask 20a. (30a) to form a channel hard mask.

이어, 도 3c와 같이, 상기 기판 전면에 TEOS 등으로 제 1 산화막을 증착하고 식각하여 상기 채널 하드 마스크 측면에 측벽(40)을 형성한다. 이렇게 형성된 측벽(40)은 차후 실리콘 기판(10)을 식각하여 액티브 영역을 정의하는데 마스크로 사용되므로, 형성하고자 하는 액티브 영역의 크기에 맞추어 상기 제 1 및 제 2 더미 층(20)(30)의 증착 두께는 물론 상기 제 1 산화막의 식각 시간을 조절할 필요가 있다.Subsequently, as shown in FIG. 3C, a sidewall 40 is formed on the side surface of the channel hard mask by etching and depositing a first oxide layer on the entire surface of the substrate using TEOS. The sidewall 40 thus formed is used as a mask to define the active region by etching the silicon substrate 10 later, so that the first and second dummy layers 20 and 30 of the first and second dummy layers 20 and 30 are formed according to the size of the active region to be formed. It is necessary to adjust the deposition thickness as well as the etching time of the first oxide film.

다음, 도 3d와 같이, 상기 형성된 측벽(40)을 마스크로 하여 상기 실리콘 기판(10)을 식각하여 액티브 영역(10a)을 정의한다.Next, as illustrated in FIG. 3D, the silicon substrate 10 is etched using the formed sidewall 40 as a mask to define the active region 10a.

이어, 상기 기판 전면에 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 필드용 제 2 산화막(50)을 증착하고 제 2 더미층 마스크(30a)가 드러날 때까지 CMP 공정으로 평탄화시키면 도 3e와 같이 된다.Subsequently, the second oxide film 50 for the field is deposited on the entire surface of the substrate using a silicon oxide film (SiO 2 ) or the like, and planarized by a CMP process until the second dummy layer mask 30a is exposed, as shown in FIG. 3E.

다음, 상기 평탄화된 기판 상부에 감광막(60)을 도포하고(도 3f) 패터닝하여(도 3g), 상기 패터닝된 감광막 마스크(60a) 및 상기 제 2 더미층 마스크(30a)를 이용하여 상기 평탄화 공정으로 드러난 제 1 산화막(40b) 및 제 2 산화막(50a)을 식각하여 그루브(70)를 형성한다(도 3h). 도 3h에서 BB'선 방향으로 절단하여 보면 도 4와 같은 단면이 된다.Next, the photoresist film 60 is coated on the planarized substrate (FIG. 3F) and patterned (FIG. 3G), and the planarization process is performed using the patterned photoresist mask 60a and the second dummy layer mask 30a. The first oxide film 40b and the second oxide film 50a exposed by etching are etched to form a groove 70 (FIG. 3H). In FIG. 3H, a cross-sectional view as shown in FIG. 4 is obtained by cutting in the direction BB ′.

이어, 상기 그루브(70) 형성으로 노출된 상기 실리콘 기판의 액티브 영역(10a)을 식각하면, 도 3i 및 도 5 와 같이, 리세스 홀(70a)을 형성하게 된다. 도 5는 도 3i의 CC'선 방향으로 절단한 단면도이다. 도 5에서 확인되는 바와 같이, 리세스 홀(70a)의 형성으로 만들어진 실리콘 핀은 차후 채널(12)와 리세스 채널(18)로 사용된다. 리세스 홀(70a) 형성시 실리콘과 식각 선택비가 비슷한 제 2 더미층 마스크(30a)는 사라지게 되고 실리콘과 식각 선택비가 다른 제 1 더미층 마스크(20a)만 남게 되어 결국 후자만 채널 하드 마스크로 사용하게 된다. 따라서, 리 세스 홀(70a)의 깊이 즉 리세스 채널(18)의 높이는 실리콘 식각 시간으로 조절할 수 있다.Subsequently, when the active region 10a of the silicon substrate exposed by the groove 70 is etched, the recess hole 70a is formed, as shown in FIGS. 3I and 5. 5 is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. 3I. As can be seen in FIG. 5, the silicon fins made in the formation of the recess holes 70a are subsequently used as the channel 12 and the recess channel 18. When the recess hole 70a is formed, the second dummy layer mask 30a having an etch selectivity similar to that of silicon disappears and only the first dummy layer mask 20a having an etch selectivity different from that of silicon remains, so that only the latter is used as a channel hard mask. Done. Therefore, the depth of the recess hole 70a, that is, the height of the recess channel 18 may be adjusted by the silicon etching time.

다음, 도 3k와 같이, 상기 감광막 마스크(60a)와 상기 리세스 홀(70a) 형성으로 드러난 상기 제 1 더미층 마스크(20a)를 제거하고, 도 3l과 같이, 상기 제 1 더미층 마스크(20a) 제거로 드러난 실리콘 기판(10a) 표면 및 상기 리세스 홀(70a) 표면에 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 제 3 산화막(80)을 형성한다. 여기서, 상기 제 1 더미층 마스크(20a) 제거로 드러난 실리콘 기판(10a) 표면 및 이와 인접한 리세스 홀(70a) 표면에 형성된 제 3 산화막(80)은 게이트 산화막의 역할을 하게 된다(도 6 참조). 따라서, 게이트 산화막의 질을 높이기 위하여 먼저 희생 산화막 형성 과정을 거친 후에 제 3 산화막(80)을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 게이트 산화막 형성 공정시 드러난 제 2 더미층(30b) 상부에도 제 3 산화막(80)이 형성된다. Next, as shown in FIG. 3K, the first dummy layer mask 20a exposed by the photoresist mask 60a and the recess hole 70a is removed, and as shown in FIG. 3L, the first dummy layer mask 20a is removed. A third oxide film 80 is formed on the surface of the silicon substrate 10a and the recess hole 70a exposed by removing the silicon oxide film SiO 2 . Here, the third oxide film 80 formed on the surface of the silicon substrate 10a and the recess hole 70a adjacent thereto exposed by removing the first dummy layer mask 20a serves as a gate oxide film (see FIG. 6). ). Therefore, in order to improve the quality of the gate oxide film, it is preferable to first form the third oxide film 80 after the sacrificial oxide film formation process. A third oxide film 80 is also formed on the second dummy layer 30b exposed during the gate oxide film forming process.

이어, 상기 기판 전면에 게이트 물질(90)을 증착하고(도 3m), 같은 두께를 식각하여(도 3n) 상기 그루브(70) 및 리세스 홀(70a)에 게이트 물질(90a)을 채운다. 여기서, 게이트 물질은 금속 또는 폴리실리콘이 바람직하고, 게이트 물질로 폴리실리콘을 사용할 경우에는 상기 게이트 물질 증착시 또는 상기 게이트 물질을 증착한 다음 게이트를 도핑하는 단계를 더 진행하는 것이 바람직하다.Subsequently, a gate material 90 is deposited on the entire surface of the substrate (FIG. 3m), and the same thickness is etched (FIG. 3n) to fill the groove 70 and the recess hole 70a with the gate material 90a. Here, the gate material is preferably metal or polysilicon, and when polysilicon is used as the gate material, it is preferable to further proceed with the step of doping the gate during the deposition of the gate material or after the deposition of the gate material.

다음, 상기 제 1 산화막(40b) 및 제 2 산화막(50a)을 식각하여 소스/드레인으로 사용할 실리콘 기판의 액티브 영역(10a)을 드러낸다. 이를 위해 도 3o 내지 도 3q와 같이 순차적으로 제 2 더미층 잔여분(30b) 및 제 1 더미층 잔여분(20b)을 드러내며 식각할 수 있으나, 제 1 더미층 잔여분(20b)까지 드러나도록 제 1 및 제 2 산화막을 식각한 다음 상기 제 2 더미층 잔여분(30b) 및 제 1 더미층 잔여분(20b)을 한꺼번에 제거할 수도 있다.Next, the first oxide film 40b and the second oxide film 50a are etched to expose the active region 10a of the silicon substrate to be used as a source / drain. To this end, the second dummy layer residue 30b and the first dummy layer residue 20b may be exposed and etched sequentially, as shown in FIGS. 3O to 3Q, but the first and the second dummy layer 20b may be exposed. After the second oxide film is etched, the second dummy layer residue 30b and the first dummy layer residue 20b may be removed at a time.

마지막으로, 도 3q와 같이, 상기 기판 전면에 특히 드러난 액티브 영역(10a)에 공지의 이온주입 공정을 통하여 소정의 이온을 주입함으로써 소스/드레인(14)(16)을 형성한다.Finally, as shown in FIG. 3q, the source / drain 14, 16 is formed by implanting predetermined ions into the active region 10a that is particularly exposed on the entire surface of the substrate through a known ion implantation process.

상기 소스/드레인(14)(16) 형성 이후 상기 이온주입 공정으로 주입된 이온을 활성화시키는 어닐링 공정을 더 추가적으로 실시할 수 있다. 다만, 이때 어닐링 공정은 주입된 이온을 활성화시키면 충분하므로 약 1000℃에서 5~10초 동안 짧게 어닐링 함이 바람직하다. 지나치게 하게 되면 주입된 이온의 확산으로 핀 채널의 길이가 짧아지게 되는 문제가 발생한다.After the formation of the source / drain 14 and 16, an annealing process of activating ions implanted into the ion implantation process may be further performed. However, in this case, the annealing process is sufficient to activate the implanted ions, so it is preferable to anneal shortly at about 1000 ° C. for 5 to 10 seconds. If too much, the diffusion of the implanted ions shortens the length of the fin channel.

도 3r은 상기 어닐링 공정까지 진행한 것이고, 도 7 내지 도 9는 도 3r의 EE'선, FF'선, GG'선 방향의 각 단면을 보여주는 단면도이다.3R is a progression to the annealing process, and FIGS. 7 to 9 are cross-sectional views illustrating cross sections of lines EE ′, FF ′, and GG ′ of FIG. 3R.

도 7을 보면, 게이트(90A) 밑에 게이트 산화막(제 3 산화막, 80)이 핀을 둘러 싸며 형성되고, 핀 상부는 핀 채널(12)로 그 하부는 리세스 채널(18)로 된다. 여기서, 핀 채널(12)은 도 8과 같이 소스/드레인(14)(16) 아래에 형성된 정션 부분까지 구획된 소스/드레인 사이의 액티브 영역을 말한다.Referring to FIG. 7, a gate oxide film (third oxide film 80) is formed below the gate 90A to surround the fin, and the upper fin is the fin channel 12 and the lower fin is the recess channel 18. Here, the fin channel 12 refers to an active region between the source / drain partitioned up to the junction portion formed under the source / drain 14 and 16 as shown in FIG. 8.

이후, 메탈 라인의 형성과 같은 백 앤드 공정은 통상의 MOSFET 공정을 따르면 되므로, 더 이상의 설명은 생략한다.Thereafter, the back-end process, such as the formation of metal lines, should follow a conventional MOSFET process, and further description thereof will be omitted.

이상으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변형 실시할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상하에서 변형 가능한 다양한 실시예의 기재는 여기서 생략한다.As described above, preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made by those skilled in the art. Accordingly, descriptions of various embodiments that can be modified under the technical spirit of the present invention will be omitted herein.

이상 설명된 본 발명에 의하면, 벌크 기판 위에 넓은 소스/ 드레인 면적과 자기 정렬형으로 구현된 핀 및 리세스 혼합 채널 MOSFET (FIREFET) 구조를 가짐으로써, 소스와 드레인의 저항을 종래보다 낮추고 리세스 채널에 의하여 전류 구동 능력을 근본적으로 향상시킨 효과가 있다.According to the present invention described above, by having a large source / drain area and a self-aligned fin and recess mixed channel MOSFET (FIREFET) structure on the bulk substrate, the resistance of the source and drain is lower than before, and the recess channel As a result, there is an effect of fundamentally improving the current driving capability.

또한, 소스/드레인과 게이트 사이를 자기 정렬형 구조로 제조 가능하여 비교적 간단한 공정 방법으로 제작할 수 있고, 벌크 실리콘 기판 위에 제작함으로써 제작 비용을 절감하는 효과도 있다. In addition, since the source / drain and the gate can be manufactured in a self-aligned structure, it can be manufactured by a relatively simple process method, and manufacturing on a bulk silicon substrate also reduces the manufacturing cost.

Claims (11)

소정의 반도체 기판에 필드 산화막으로 둘러싸인 액티브 영역과;An active region surrounded by a field oxide film on a predetermined semiconductor substrate; 상기 액티브 영역에 핀 형상의 채널을 사이에 두고 형성된 소스/드레인과;Source / drain formed between the fin-shaped channel in the active region; 상기 소스/드레인 및 상기 핀 채널 아래에 형성된 리세스 홀과;A recess hole formed under the source / drain and the fin channel; 상기 리세스 홀의 일측으로 상기 핀 채널 하부에 형성된 리세스 채널과;A recess channel formed under the fin channel to one side of the recess hole; 상기 리세스 채널을 포함한 상기 리세스 홀 표면과 상기 리세스 홀에 연결된 상기 소스/드레인 각 측면 및 상기 핀 채널에 형성된 게이트 산화막과;A gate oxide layer formed on the surface of the recess hole including the recess channel and on each side of the source / drain connected to the recess hole and the fin channel; 상기 게이트 산화막 상부에 상기 리세스 채널 및 상기 핀 채널을 감싸며 상기 리세스 홀 및 상기 소스/드레인 사이에 형성된 게이트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET).A field effect transistor (FIREFET) having a fin and recess mixed channel, comprising a gate formed on the gate oxide layer to cover the recess channel and the fin channel and between the recess hole and the source / drain. . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 기판은 벌크 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET).The semiconductor substrate is a bulk silicon substrate, characterized in that the field effect transistor (FIREFET) having a fin and recess mixed channel. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 핀 채널의 폭은 상기 게이트 길이의 2/3 이하인 것을 특징으로 하는 핀 과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET).The width of the fin channel is less than two thirds of the gate length field effect transistor (FIREFET) having a mixed pin and recess channel. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 소스/드레인은 상기 핀 채널을 제외한 상기 액티브 영역 전체에 형성된 것을 특징으로 하는 핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET).And the source / drain is formed over the entire active region excluding the fin channel. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 리세스 채널의 높이는 상기 핀 채널 높이의 1~2 배인 것을 특징으로 하는 핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET). The height of the recess channel is a field effect transistor (FIREFET) having a fin and recess mixed channel, characterized in that 1 to 2 times the height of the pin channel. 소정의 실리콘 기판에 실리콘과 식각 선택비가 높은 제 1 더미층을 증착하는 제 1 단계와;Depositing a first dummy layer having a high etching selectivity with silicon on a predetermined silicon substrate; 상기 제 1 더미층 상부에 산화막과 식각 선택비가 높은 제 2 더미층을 증착하는 제 2 단계와;Depositing a second dummy layer having a high etching selectivity with an oxide film on the first dummy layer; 상기 제 2 더미층을 패터닝하고 상기 패턴에 따라 상기 제 2 더미층 및 상기 제 1 더미층을 순차적으로 식각하여 제 2 더미층 마스크 및 제 1 더미층 마스크로 채널 하드 마스크를 형성하는 제 3 단계와;A third step of patterning the second dummy layer and sequentially etching the second dummy layer and the first dummy layer according to the pattern to form a channel hard mask using a second dummy layer mask and a first dummy layer mask; ; 상기 기판 전면에 제 1 산화막을 증착하고 식각하여 상기 채널 하드 마스크 측면에 측벽을 형성하는 제 4 단계와;Depositing and etching a first oxide film over the entire surface of the substrate to form sidewalls on a side surface of the channel hard mask; 상기 형성된 측벽을 마스크로 하여 상기 실리콘 기판을 식각하여 액티브 영역을 정의하는 제 5 단계와;A fifth step of etching the silicon substrate using the formed sidewalls as a mask to define an active region; 상기 기판 전면에 제 2 산화막을 증착하고 CMP 공정으로 평탄화하는 제 6 단계와;A sixth step of depositing a second oxide film on the entire surface of the substrate and planarization by a CMP process; 상기 평탄화된 기판 상부에 그루브 형성을 위해 감광막을 도포하고 패터닝하는 제 7 단계와;A seventh step of applying and patterning a photoresist film to form a groove on the planarized substrate; 상기 패터닝된 감광막 마스크로 상기 제 1 산화막 및 제 2 산화막을 식각하여 그루브를 형성하는 제 8 단계와;An eighth step of etching the first oxide film and the second oxide film with the patterned photoresist mask to form a groove; 상기 그루브 형성으로 노출된 상기 실리콘 기판을 식각하여 리세스 홀을 형성하는 제 9 단계와;A ninth step of etching the silicon substrate exposed by the groove formation to form a recess hole; 상기 감광막 마스크와 상기 리세스 홀 형성으로 드러난 상기 제 1 더미층 마스크를 제거하는 제 10 단계와;A tenth step of removing the first dummy layer mask exposed by the photoresist mask and the recess hole formation; 상기 제 1 더미층 마스크 제거로 드러난 실리콘 기판 표면 및 상기 리세스 홀 표면에 제 3 산화막을 형성하는 제 11 단계와;An eleventh step of forming a third oxide film on the silicon substrate surface and the recess hole surface exposed by removing the first dummy layer mask; 상기 기판 전면에 게이트 물질을 증착하고 식각하여 상기 그루브 및 리세스 홀에 게이트 물질을 채우는 제 12 단계와;Depositing and etching a gate material over the entire surface of the substrate to fill the groove and the recess hole with the gate material; 상기 제 1 산화막 및 제 2 산화막을 식각하여 소스/드레인으로 사용할 실리콘 기판을 드러내는 제 13 단계와;A thirteenth step of exposing the silicon substrate to be used as a source / drain by etching the first oxide film and the second oxide film; 상기 기판 전면에 소정의 이온을 주입하여 소스/드레인을 형성하는 제 14 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET)의 제조방법.And a fourteenth step of forming a source / drain by implanting predetermined ions into the entire surface of the substrate, wherein the field effect transistor has a fin and recess mixed channel. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 12 단계에서 상기 게이트 물질은 금속 또는 폴리실리콘이고,In the twelfth step, the gate material is metal or polysilicon, 상기 게이트 물질이 폴리실리콘일 경우 상기 게이트 물질 증착시 또는 상기 게이트 물질을 증착한 다음 게이트를 도핑하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET)의 제조방법.When the gate material is polysilicon, the method further comprises doping the gate material upon depositing the gate material or depositing the gate material, and then manufacturing a field effect transistor (FIREFET) having a fin and recess mixed channel. Way. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 14 단계 이후에 상기 이온주입공정으로 주입된 이온을 활성화시키는 어닐링 공정이 더 추가된 것을 특징으로 하는 핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET)의 제조방법.And an annealing process for activating the ions implanted into the ion implantation process after the fourteenth step is further added to the field effect transistor (FIREFET) having a fin and recess mixing channel. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 6 to 8, 상기 제 9 단계에 있어 리세스 홀의 깊이는 식각 시간으로 조절되는 것을 특 징으로 하는 핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET)의 제조방법.The method of manufacturing a field effect transistor (FIREFET) having a pin and a recess mixed channel characterized in that the depth of the recess hole in the ninth step is adjusted by the etching time. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 1 더미층은 질화막 또는 산화막이고,The first dummy layer is a nitride film or an oxide film, 상기 제 2 더미층은 비정질 실리콘층 또는 게르마늄 실리콘층인 것을 특징으로 하는 핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET)의 제조방법.The second dummy layer is an amorphous silicon layer or a germanium silicon layer, characterized in that the field effect transistor (FIREFET) having a fin and recess mixed channel. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 1 산화막은 TEOS 막이고,The first oxide film is a TEOS film, 상기 제 2 산화막은 실리콘 산화막(SiO2)이며,The second oxide film is a silicon oxide film (SiO 2 ), 상기 제 3 산화막은 게이트 산화막으로 실리콘 산화막(SiO2)인 것을 특징으로 하는 핀과 리세스 혼합 채널을 가진 전계효과트랜지스터(FIREFET)의 제조방법.And the third oxide layer is a silicon oxide layer (SiO 2 ) as a gate oxide layer. 2. A method of manufacturing a field effect transistor having a fin and recess mixed channel.
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