KR20080088907A - Semiconductor device and method for forming the same - Google Patents

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Abstract

A semiconductor device is provided to improve gate current driving capability while increasing the threshold voltage of a gate by implanting p-type impurity ions into a gate polysilicon layer and by forming an epitaxial growth layer on an active region before a source/drain region is formed. A semiconductor substrate(100) includes an isolation layer(130) for defining an active region(120). A predetermined depth of the active region overlapping a gate formation region is etched to form a recess gate region(140). The isolation layer overlapping the gate formation region is more etched than the depth of the recess gate region by a predetermined depth to form a trench(145) for a fin cell. A gate(160) is formed in the recess gate region and the gate formation region on the trench for the fin cell, including a polysilicon layer into which p-type impurities are implanted, a gate metal layer(154) and a gate hard mask layer(156). An epitaxial growth layer(180) is formed in the active region between the gates. A source/drain region is formed in the epitaxial growth layer and the active region under the epitaxial growth layer. N-type impurity ions can be implanted into the source/drain region.

Description

반도체 소자 및 그의 형성 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR FORMING THE SAME}Semiconductor device and method of forming the same {SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR FORMING THE SAME}

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자를 도시한 평면도.1 is a plan view showing a semiconductor device according to the prior art.

도 2는 종래 기술에 따른 반도체 소자 및 그의 형성 방법을 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view showing a semiconductor device and a method of forming the same according to the prior art.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자를 도시한 평면도.3 is a plan view showing a semiconductor device according to the present invention.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도들. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with the present invention.

본 발명은 반도체 소자 및 그의 형성 방법에 관한 것으로, 반도체 소자가 고집적화되면서 게이트 문턱전압이 감소하고, 핀 셀 형성을 위한 공정 마진이 감소되어 게이트의 전기적 특성이 저하되는 문제를 해결하기 위하여, 게이트 폴리실리콘층에 P형 불순물 이온을 주입하고, 리세스 게이트 영역 및 핀 셀 형성을 위한 트렌치 형성 공정 마진을 증가시키기 위하여 소스/드레인 영역을 형성하기 이전에 활성영역 상부에 에피택셜 성장층을 더 형성함으로써, 게이트 채널 길이를 용이하게 확장시킬 수 있고, 이에 따른 게이트 문턱전압의 증가 효과를 유지하면서, 게이트 채 널 면적을 동시에 증가시켜 게이트의 전기적 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of forming the same. In order to solve the problem that the gate threshold voltage is reduced while the semiconductor device is highly integrated and the process margin for forming the fin cell is reduced, the electrical characteristics of the gate are degraded. By implanting P-type impurity ions into the silicon layer, and further forming an epitaxial growth layer over the active region prior to forming the source / drain regions to increase the trench formation process margins for the recess gate region and fin cell formation. In addition, the present invention relates to an embodiment in which the gate channel length can be easily extended, and the gate channel area can be simultaneously increased while improving the electrical characteristics of the gate while maintaining the effect of increasing the gate threshold voltage.

반도체 소자가 고집적화됨에 따라 활성영역 및 소자분리막을 형성하는 공정마진이 감소하게 되었다. 또한, 게이트의 선폭이 좁아지면서 채널 길이의 감소로 반도체 소자의 전기적 특성이 저하되는 문제인 단채널효과(Short Channel Effect)가 발생하였다. 단채널효과는 게이트 문턱전압이 감소시키고 게이트 전류 구동 능력을 감소시킨다. 따라서 전류 구동 능력을 향상시키기 위한 방법으로 핀(Fin) 형 활성영역을 형성하여 게이트 채널 면적을 증가시키는 방법이 사용되고 있다.As semiconductor devices are highly integrated, process margins for forming active regions and device isolation layers are reduced. In addition, as the line width of the gate narrows, a short channel effect, which is a problem in which electrical characteristics of a semiconductor device is degraded due to a decrease in channel length, has occurred. The short channel effect reduces the gate threshold voltage and reduces the gate current driving capability. Therefore, a method of increasing the gate channel area by forming a fin type active region is used as a method for improving the current driving capability.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자를 도시한 평면도이다.1 is a plan view showing a semiconductor device according to the prior art.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(10)에 활성영역(20) 및 소자분리막(30)이 구비된다. Referring to FIG. 1, an active region 20 and an isolation layer 30 are provided in a semiconductor substrate 10.

다음에는, 게이트 예정 영역과 중첩되는 활성영역(20)이 식각되어 구비되는 리세스 게이트 영역(미도시) 및 게이트 예정 영역과 중첩되는 소자분리막(30)이 식각되어 구비되는 핀 셀 형성을 위한 트렌치(미도시)가 구비된다.Next, a trench for forming a fin cell in which a recess gate region (not shown) in which the active region 20 overlapping with the gate predetermined region is etched and the device isolation layer 30 overlapping with the gate predetermined region are etched are provided. (Not shown) is provided.

도 2는 종래 기술에 따른 반도체 소자 및 그의 형성 방법을 도시한 단면도로, 도 2의 (i)은 상기 도 1의 XX'방향에 따른 단면을 도시한 것이고, 도 2의 (ii)는 YY'방향에 따른 단면을 도시한 것이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device and a method of forming the same according to the prior art. FIG. 2 (i) illustrates a cross section taken along the direction XX ′ of FIG. 1, and FIG. 2 (ii) shows YY '. The cross section along the direction is shown.

도 2를 참조하면, 반도체 기판(10)에 소자분리막(30) 및 활성영역(20)을 형성한 다음 게이트 예정 영역을 노출시키는 마스크를 이용한 부분식각 공정으로 활성영역(20) 부분 식각하여 리세스 게이트 영역(40)을 형성하고, 게이트 예정 영역 과 중첩되는 소자분리막(30)을 식각하여 핀 셀(Fin Cell) 형성을 위한 트렌치(45)를 형성한다.Referring to FIG. 2, the device isolation layer 30 and the active region 20 are formed on the semiconductor substrate 10, and the active region 20 is partially etched and recessed by a partial etching process using a mask exposing the gate predetermined region. The gate region 40 is formed, and the isolation layer 30 overlapping the gate predetermined region is etched to form a trench 45 for forming a fin cell.

다음에는, 리세스 게이트 영역(40) 및 핀 셀 형성용 트렌치(45)를 매립하는 게이트 산화막(50), 게이트 폴리실리콘층(52), 게이트 금속층(54) 및 게이트 하드마스크층 패턴(56)으로 구비되는 게이트(60)를 형성한다. Next, the gate oxide film 50, the gate polysilicon layer 52, the gate metal layer 54 and the gate hard mask layer pattern 56 filling the recess gate region 40 and the fin cell forming trench 45 are next. To form a gate (60) provided with.

그 다음에는, 게이트(60) 사이의 활성영역(20)에 소스/드레인 영역(70)을 형성한다.Next, source / drain regions 70 are formed in the active region 20 between the gates 60.

여기서, 도 2의 (i)을 참조하면 리세스 게이트 영역에 의해서 게이트 채널 길이를 확장시키고 이에 따른 게이트 문턱전압의 상승 효과를 기대할 수 있으나, 리세스 게이트 영역을 형성하는 공정 마진이 점점 감소하고 있어 이에는 한계가 있는 실정이다. 또한, 도 2의 (ii)를 참조할 때 핀 셀(25)에 의해서 게이트 채널 면적이 증가하므로 게이트의 전류 구동 능력 증가 및 리프레쉬(Refresh) 특성 향상의 효과를 기대할 수 있으나, 소스/드레인 영역(70)의 불순물 이온 주입 농도가 증가할 경우 핀 셀에 의한 효과가 감소되는 문제가 있다.Here, referring to (i) of FIG. 2, the gate channel length may be extended by the recess gate region, and the increase of the gate threshold voltage may be expected, but the process margin for forming the recess gate region is gradually decreasing. This situation is limited. In addition, when the gate channel area is increased by the fin cell 25 when referring to (ii) of FIG. 2, the effect of increasing the current driving capability of the gate and improving the refresh characteristic can be expected. When the impurity ion implantation concentration of 70) increases, there is a problem that the effect by the pin cell is reduced.

상술한 바와 같이, 게이트의 전기적 특성을 향상시키기 위하여 리세스 게이트 영역 및 핀 셀을 형성하고 이들을 포함하는 게이트를 형성하는 방법을 사용하고 있다. 그러나 핀 셀 형성을 위한 트렌치의 깊이를 깊게 형성할 경우 증가되는 전류 구동 능력에 맞추어 소스/드레인 영역의 불순물 이온 농도를 증가시켜야 하므로 트렌치를 무한정 증가시킬 수 없는 문제가 있다. 따라서 리세스 게이트 영역 및 핀 셀을 형성하기 위한 공정 마진이 감소되고 반도체 소자를 형성하는 수율 및 신뢰성 이 감소하는 문제가 있다. As described above, in order to improve the electrical characteristics of the gate, a method of forming a recess gate region and a fin cell and forming a gate including the same is used. However, when the depth of the trench for forming the fin cell is deeply formed, the concentration of impurity ions in the source / drain regions needs to be increased in accordance with the increased current driving capability, thereby increasing the trench indefinitely. Therefore, the process margin for forming the recess gate region and the fin cell is reduced, and the yield and reliability for forming the semiconductor device are reduced.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 게이트 폴리실리콘층에 P형 불순물 이온을 주입하고, 리세스 게이트 영역 및 핀 셀 형성을 위한 트렌치 형성 공정 마진을 증가시키기 위하여 소스/드레인 영역을 형성하기 이전에 활성영역 상부에 에피택셜 성장층을 더 형성함으로써, 게이트 채널 길이를 용이하게 확장시킬 수 있고, 이에 따른 게이트 문턱전압의 증가 효과를 유지하면서, 게이트 채널 면적을 동시에 증가시켜 게이트의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 및 그의 형성 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention prior to implanting P-type impurity ions into the gate polysilicon layer and forming source / drain regions to increase trench formation process margins for recess gate region and fin cell formation. By further forming an epitaxial growth layer on the active region, the gate channel length can be easily extended, and the gate channel area can be increased simultaneously to improve the electrical characteristics of the gate while maintaining the effect of increasing the gate threshold voltage. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for forming the same.

상기 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 반도체 소자는In order to achieve the above object, the semiconductor device according to the present invention

활성영역을 정의하는 소자분리막을 포함하는 반도체 기판과,A semiconductor substrate including an isolation layer defining an active region;

게이트 예정 영역과 중첩되는 상기 활성영역을 소정 깊이 식각하여 형성하는 리세스 게이트 영역과,A recess gate region formed by etching the active region overlapping the gate predetermined region by a predetermined depth;

게이트 예정 영역과 중첩되는 상기 소자분리막을 상기 리세스 게이트 영역의 깊이보다 소정 깊이 더 깊게 식각하여 형성하는 핀 셀(Fin Cell) 형성용 트렌치와,A trench for forming a fin cell, which is formed by etching the device isolation layer overlapping a gate predetermined region deeper than a depth of the recess gate region;

상기 리세스 게이트 영역 및 상기 핀 셀 형성용 트렌치 상부의 게이트 예정 영역에 형성하며 P형 불순물이 주입된 폴리실리콘층, 게이트 금속층 및 게이트 하드마스크층 구조를 포함하는 게이트와,A gate including a polysilicon layer, a gate metal layer, and a gate hard mask layer structure formed in the recess gate region and the gate predetermined region above the fin cell forming trench and implanted with P-type impurities;

상기 게이트 사이의 활성영역에 형성하는 에피택셜 성장층 및An epitaxial growth layer formed in an active region between the gates;

상기 에피택셜 성장층 및 상기 에피택셜 성장층 하부의 활성영역에 형성하는 소스/드레인 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.And an epitaxial growth layer and a source / drain region formed in an active region under the epitaxial growth layer.

여기서, 상기 리세스 게이트 영역의 식각 깊이는 500 ~ 2000Å인 것을 특징으로 하고, 상기 트렌치는 상기 리세스 게이트 영역의 깊이보다 300 ~ 1000Å 더 깊게 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 에피택셜 성장층의 두께는 100 ~ 1500Å인 것을 특징으로 하고, 상기 소스/드레인 영역의 두께는 100 ~ 2000Å인 것을 특징으로 하고, 상기 소스/드레인 영역에는 N형 불순물 이온이 주입된 것을 특징으로 한다.Here, the etching depth of the recess gate region is 500 ~ 2000Å, wherein the trench is formed to be 300 ~ 1000Å deeper than the depth of the recess gate region, the thickness of the epitaxial growth layer It is characterized in that the 100 ~ 1500Å, the thickness of the source / drain region is characterized in that 100 ~ 2000Å, the source / drain region is characterized in that the implanted N-type impurity ions.

아울러, 상기 반도체 소자를 형성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법은In addition, the method of forming a semiconductor device according to the present invention for forming the semiconductor device

반도체 기판에 활성영역을 정의하는 소자분리막을 형성하는 단계와,Forming an isolation layer defining an active region on the semiconductor substrate;

게이트 예정 영역과 중첩되는 상기 활성영역을 소정 깊이 식각하여 리세스 게이트 영역을 형성하는 단계와,Etching the active region overlapping the gate predetermined region to a predetermined depth to form a recess gate region;

게이트 예정 영역과 중첩되는 상기 소자분리막을 상기 리세스 게이트 영역의 깊이보다 소정 깊이 더 깊게 식각하여 핀 셀(Fin Cell) 형성용 트렌치를 형성하는 단계와,Forming a trench for forming a fin cell by etching the device isolation layer overlapping the gate predetermined region deeper than the depth of the recess gate region by a predetermined depth;

상기 리세스 게이트 영역 및 상기 핀 셀 형성용 트렌치를 포함하는 게이트 예정 영역에 게이트 산화막, P형 불순물이 주입된 폴리실리콘층, 게이트 금속층 및 게이트 하드마스크층 구조의 게이트를 형성하는 단계와,Forming a gate having a gate oxide layer, a polysilicon layer into which a P-type impurity is implanted, a gate metal layer, and a gate hard mask layer structure in a gate predetermined region including the recess gate region and the fin cell forming trench;

상기 게이트 사이에 노출된 활성영역에 선택적 에피택셜 성장(Selective Epitaxial Growth) 공정을 수행하여 에피택셜 성장층을 형성하는 단계 및Forming an epitaxial growth layer by performing a selective epitaxial growth process on the active regions exposed between the gates; and

상기 에피택셜 성장층 및 상기 에피택셜 성장층 하부의 활성영역에 불순물 이온을 주입하여 소스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And implanting impurity ions into an active region under the epitaxial growth layer and the epitaxial growth layer to form a source / drain region.

여기서, 상기 리세스 게이트 영역의 식각 깊이는 500 ~ 2000Å인 것을 특징으로 하고, 상기 트렌치는 상기 리세스 게이트 영역의 깊이보다 300 ~ 1000Å 더 깊게 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 에피택셜 성장층의 두께는 100 ~ 1500Å인 것을 특징으로 하고, 상기 소스/드레인 영역의 두께는 100 ~ 2000Å인 것을 특징으로 하고, 상기 소스/드레인 영역에는 N형 불순물 이온이 주입된 것을 특징으로 한다.Here, the etching depth of the recess gate region is 500 ~ 2000Å, wherein the trench is formed to be 300 ~ 1000Å deeper than the depth of the recess gate region, the thickness of the epitaxial growth layer It is characterized in that the 100 ~ 1500Å, the thickness of the source / drain region is characterized in that 100 ~ 2000Å, the source / drain region is characterized in that the implanted N-type impurity ions.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자 및 그의 형성 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a semiconductor device and a method for forming the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자를 도시한 평면도이다.3 is a plan view showing a semiconductor device according to the present invention.

도 3을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 바(Bar) 형 활성영역(120)을 정의하는 소자분리막(130)이 구비되며, 바 형 활성영역(120)과 수직하게 형성되며 활성영역(120)을 삼등분하는 게이트(160)가 구비된다.Referring to FIG. 3, an isolation layer 130 defining a bar type active region 120 is provided on a semiconductor substrate 100. The device isolation layer 130 is formed perpendicular to the bar type active region 120. A gate 160 is provided which divides 120 into three portions.

여기서, 게이트(160)와 중첩되는 활성영역(120) 부분에는 리세스 게이트 영역(140)이 형성되어 있으며, 게이트(160)와 중첩되는 소자분리막(130) 부분에는 핀 셀 형성용 트렌치(145)가 구비된다.The recess gate region 140 is formed in the active region 120 overlapping the gate 160, and the fin cell formation trench 145 is formed in the device isolation layer 130 overlapping the gate 160. Is provided.

그리고, 게이트(160)에 의해서 노출되는 활성영역(120)의 상부에는 에피택셜 성장층(180)이 구비된다. 다음에는, 에피택셜 성장층(180) 및 에피택셜 성장층(180) 하부의 활성영역(120)에 소스/드레인 영역(미도시)이 형성된다.An epitaxial growth layer 180 is provided on the active region 120 exposed by the gate 160. Next, a source / drain region (not shown) is formed in the epitaxial growth layer 180 and the active region 120 under the epitaxial growth layer 180.

여기서, 소스/드레인 영역에는 N형 불순물 이온이 주입되어 있을 경우 게이트(160)에 포함된 폴리실리콘층 패턴에는 P형 불순물 이온이 주입된다. 이는 서로 반대되는 성질을 갖는 P형 불순물 및 N형 불순물에 의한 일 함수(Work Function)의 차이로 인하여 문턱전압(Vt)을 증가시키는 효과를 얻기 위해 사용하는 방법인데, 이 경우 핀 셀의 효과가 감소되어 전류 구동 능력이 저하될 수 있으므로 에피택셜 성장층(180)을 더 형성함으로써, 리세스 게이트 영역 및 핀 셀 형성용 트렌치를 형성하는 공정 마진을 증가시킬 수 있고, 소스/드레인 영역에 주입되는 불순물 농도를 조절하여 게이트의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. Here, when N-type impurity ions are implanted in the source / drain region, P-type impurity ions are implanted in the polysilicon layer pattern included in the gate 160. This method is used to obtain the effect of increasing the threshold voltage (Vt) due to the difference in work function due to the P-type impurities and N-type impurities having opposite properties, in which case the effect of the pin cell is By further forming the epitaxial growth layer 180 since the current driving capability can be reduced, the process margin for forming the recess gate region and the fin cell forming trench can be increased and injected into the source / drain region. Impurity concentration can be adjusted to improve the electrical characteristics of the gate.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도들이다. 여기서, 도 4a 및 도 4b의 (i)은 상기 도 3의 XX' 방향을 따른 단면을 도시한 것이며, 도 4a 및 도 4b의 (ii)는 상기 도 3의 YY' 방향을 따른 단면을 도시한 것이다.4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with the present invention. 4A and 4B show cross sections along the XX 'direction of FIG. 3, and FIGS. 4A and 4B show cross sections along the YY' direction of FIG. will be.

도 4a를 참조하면, 반도체 기판(100)에 활성영역(120)을 정의하는 소자분리막(130)을 형성한다. 이때, 소자분리막(130)은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 이용하여 형성하고, HDP(High Density Plasma) 산화막을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 4A, the device isolation layer 130 defining the active region 120 is formed on the semiconductor substrate 100. In this case, the device isolation layer 130 may be formed using a shallow trench isolation (STI) process, and may be formed using a high density plasma (HDP) oxide film.

다음에는, 후속의 공정에서 반도체 기판(100) 상부에 게이트가 형성되는 영역인 게이트 예정 영역(도 3의 게이트(160)부분 참조)과 중첩되는 활성영역(120) 부분을 소정 깊이 식각하여 리세스 게이트 영역(140)을 형성한다. 이때, 게이트 예정 영역을 노출시키는 마스크를 이용한 식각 공정으로 활성영역(120)을 구성하는 실리콘만 선택적으로 식각하는 부분 식각 공정을 이용하며, 리세스 게이트 영역(140)의 식각 깊이는 500 ~ 2000Å인 것이 바람직하다. 여기서 리세스 게이트 영역(140)은 상기 도 3에서 설명한 바와 같이 후속 공정에서 형성되는 에피택셜 성장층에 의해서 리세스 게이트 영역(140)이 확장되는 효과를 얻을 수 있으므로 그 깊이를 종래의 리세스 게이트 영역 깊이보다 더 낮게 형성할 수 있다. 따라서, 리세스 게이트 영역(140) 형성을 위한 식각 공정의 마진을 증가시킬 수 있다.Next, in a subsequent process, a portion of the active region 120 overlapping the gate predetermined region (see gate 160 in FIG. 3), which is a region where the gate is formed on the semiconductor substrate 100, is etched to a predetermined depth to recess the recess. The gate region 140 is formed. In this case, the etching process using a mask exposing the gate predetermined region is a partial etching process to selectively etch only the silicon constituting the active region 120, the etching depth of the recess gate region 140 is 500 ~ 2000Å It is preferable. In this case, the recess gate region 140 may have an effect of expanding the recess gate region 140 by an epitaxial growth layer formed in a subsequent process as described above with reference to FIG. 3. It can be formed lower than the depth of the region. Therefore, the margin of the etching process for forming the recess gate region 140 may be increased.

그 다음에는, 게이트 예정 영역을 노출시키는 마스크를 이용한 식각 공정을 수행하되, 소자분리막(130)을 구성하는 산화막만 석택적으로 식각하는 부분 식각 공정을 수행하여 핀 형 활성영역 형성용 트렌치(145)를 형성한다. 이때, 트렌치(145)는 리세스 게이트 영역(140)의 깊이보다 300 ~ 1000Å 더 깊게 형성하는 것이 바람직하고, 리세스 게이트 영역(140) 하부의 에지부분이 일부 식각되어 활성영역(120)의 라운딩된 핀 셀(125)이 된다.(도 4a의 (ii) 참조)Thereafter, an etching process using a mask that exposes the gate planar region is performed, but a partial etching process of selectively etching only an oxide layer constituting the device isolation layer 130 is performed to form a fin type active region trench 145. To form. In this case, the trench 145 may be formed to be 300 to 1000 Å deeper than the depth of the recess gate region 140, and the edge portion of the recess gate region 140 is partially etched to round the active region 120. The pin cell 125 (see (ii) of FIG. 4A).

그 다음에는, 리세스 게이트 영역(140)을 포함하는 게이트 예정 영역에 게이트 산화막(150), 게이트 폴리실리콘층(152), 게이트 금속층(154) 및 게이트 하드마스크층(156) 패턴의 적층 구조로 구비되고 측벽에 스페이서(158)를 구비하는 게이트(160)를 형성한다. 이때, 게이트 폴리실리콘층(152)은 P형 불순물 이온이 주입된 폴리실리콘을 사용한다. 이는 후속 공정에서 N형 불순물에 의해 형성되는 소스/드레인 영역에 대한 일 함수(Work Function)의 차이를 증가시켜 문턱전압(Vt)을 증가 시키기 위한 것이다.Subsequently, the gate oxide layer 150, the gate polysilicon layer 152, the gate metal layer 154, and the gate hard mask layer 156 may be stacked in a gate predetermined region including the recess gate region 140. And a gate 160 having spacers 158 on the sidewalls. In this case, the gate polysilicon layer 152 uses polysilicon implanted with P-type impurity ions. This is to increase the threshold voltage (Vt) by increasing the difference in the work function (work function) for the source / drain region formed by the N-type impurities in the subsequent process.

도 4b를 참조하면, 게이트(160)에 의해서 노출되는 활성영역(120)에 선택적 에피택셜 성장(Selective Epitaxial Growth) 공정을 수행하여 에피택셜 성장층(180)을 형성한다. 이때, 에피택셜 성장층(180)의 두께는 100 ~ 1500Å로 형성하는 것이 바람직하다. 에피택셜 성장층(180)은 활성영역(120)을 확장시키고 리세스 게이트 영역(140)의 깊이를 증가시키는 역할을 한다. 또한 핀 셀(125) 형성용 트렌치(145)의 깊이도 깊어지므로 리세스 게이트 영역(140) 및 트렌치(145) 형성을 위한 식각 공정 마진을 증가시킬 수 있다.Referring to FIG. 4B, an epitaxial growth layer 180 is formed by performing a selective epitaxial growth process on the active region 120 exposed by the gate 160. At this time, the thickness of the epitaxial growth layer 180 is preferably formed to 100 ~ 1500Å. The epitaxial growth layer 180 extends the active region 120 and increases the depth of the recess gate region 140. In addition, since the depth of the trench 145 for forming the fin cell 125 is also deepened, an etching process margin for forming the recess gate region 140 and the trench 145 may be increased.

다음에는, 에피택셜 성장층(180) 및 에피택셜 성장층(180) 하부의 활성영역에 불순물 이온을 주입하여 소스/드레인 영역(170)을 형성한다. 이때, 불순물은 인(Phosphorous)와 같은 N형 불순물을 사용하는 것이 바람직하며, 에피택셜 성장층(180)의 표면으로부터 100 ~ 2000Å 깊이에 해당하는 영역에 형성되도록 이온 주입 공정을 조절하는 것이 바람직하다.Next, the source / drain region 170 is formed by implanting impurity ions into the epitaxial growth layer 180 and the active region under the epitaxial growth layer 180. At this time, it is preferable to use N-type impurities such as phosphorous (Phosphorous), it is preferable to control the ion implantation process to be formed in the region corresponding to the depth of 100 ~ 2000Å from the surface of the epitaxial growth layer 180. .

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자 및 그의 형성 방법은 게이트 문턱전압(Vt)을 증가시키기 위하여 게이트 폴리실리콘층에 P형 불순물 이온을 주입한다. 또한, 리세스 게이트 영역 및 핀 셀 형성을 위한 트렌치 형성 공정 마진을 증가시키기 위하여 소스/드레인 영역을 형성하기 이전에 활성영역 상부에 에피택셜 성장층을 더 형성한다. 이와 같이 상승된 소스 드레인(Elevated Source Drain: EDS) 구조를 형성함에 따라서 게이트 채널 길이를 용이하게 확장시킬 수 있고, 이에 따른 게이트 문턱전압의 증가 효과를 유지하면서, 게이트 채널 면적을 동시에 증가시킬 수 있으므로 게이트 누설 전류를 감소시키고, 게이트 전류 구동 능력을 용이하게 증가시킬 수 있으며 리프레쉬(Refresh) 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, the semiconductor device and the method of forming the same according to the present invention inject P-type impurity ions into the gate polysilicon layer in order to increase the gate threshold voltage Vt. In addition, an epitaxial growth layer is further formed on the active region prior to forming the source / drain regions in order to increase the trench forming process margin for forming the recess gate region and the fin cell. As the elevated source drain (EDS) structure is formed, the gate channel length can be easily extended, and the gate channel area can be simultaneously increased while maintaining the effect of increasing the gate threshold voltage. The gate leakage current can be reduced, the gate current driving ability can be easily increased, and the refresh characteristics can be improved.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자 및 그의 형성 방법은 게이트 문턱전압(Vt)을 증가시키기 위하여 게이트 폴리실리콘층에 P형 불순물 이온을 주입하고, 리세스 게이트 영역 및 핀 셀 형성을 위한 트렌치 형성 공정 마진을 증가시키기 위하여 소스/드레인 영역을 형성하기 이전에 활성영역 상부에 에피택셜 성장층을 더 형성한다. 따라서 게이트 문턱전압의 증가시키면서 동시에 게이트 전류 구동 능력을 향상시키고, 리프레쉬 특성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.As described above, the semiconductor device and the method of forming the same according to the present invention inject P-type impurity ions into the gate polysilicon layer to increase the gate threshold voltage Vt, and form a recess gate region and a fin cell. An epitaxial growth layer is further formed over the active region prior to forming the source / drain regions to increase the trench formation process margin. Accordingly, while increasing the gate threshold voltage, the gate current driving capability is improved and the refresh characteristics are improved.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.

Claims (12)

활성영역을 정의하는 소자분리막을 포함하는 반도체 기판;A semiconductor substrate including an isolation layer defining an active region; 게이트 예정 영역과 중첩되는 상기 활성영역을 소정 깊이 식각하여 형성하는 리세스 게이트 영역;A recess gate region formed by etching the active region overlapping the gate predetermined region by a predetermined depth; 게이트 예정 영역과 중첩되는 상기 소자분리막을 상기 리세스 게이트 영역의 깊이보다 소정 깊이 더 깊게 식각하여 형성하는 핀 셀(Fin Cell) 형성용 트렌치;A trench for forming a fin cell, which is formed by etching the device isolation layer overlapping a gate predetermined region deeper than a depth of the recess gate region; 상기 리세스 게이트 영역 및 상기 핀 셀 형성용 트렌치 상부의 게이트 예정 영역에 형성하며 P형 불순물이 주입된 폴리실리콘층, 게이트 금속층 및 게이트 하드마스크층 구조를 포함하는 게이트;A gate including a polysilicon layer, a gate metal layer, and a gate hard mask layer structure formed in the recess gate region and a gate predetermined region above the fin cell forming trench and implanted with P-type impurities; 상기 게이트 사이의 활성영역에 형성하는 에피택셜 성장층; 및An epitaxial growth layer formed in the active region between the gates; And 상기 에피택셜 성장층 및 상기 에피택셜 성장층 하부의 활성영역에 형성하는 소스/드레인 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.And a source / drain region formed in the active region below the epitaxial growth layer and the epitaxial growth layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 리세스 게이트 영역의 식각 깊이는 500 ~ 2000Å인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The etching depth of the recess gate region is a semiconductor device, characterized in that 500 ~ 2000Å. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치는 상기 리세스 게이트 영역의 깊이보다 300 ~ 1000Å 더 깊게 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The trench is a semiconductor device, characterized in that to form a depth of 300 ~ 1000Å more than the depth of the recess gate region. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 에피택셜 성장층의 두께는 100 ~ 1500Å인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The thickness of the epitaxial growth layer is a semiconductor device, characterized in that 100 ~ 1500Å. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스/드레인 영역의 두께는 100 ~ 2000Å인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The thickness of the source / drain region is 100 ~ 2000Å semiconductor device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스/드레인 영역에는 N형 불순물 이온이 주입된 것을 특징으로 하는 반도체 소자.And n-type impurity ions are implanted into the source / drain regions. 반도체 기판에 활성영역을 정의하는 소자분리막을 형성하는 단계;Forming an isolation layer defining an active region on the semiconductor substrate; 게이트 예정 영역과 중첩되는 상기 활성영역을 소정 깊이 식각하여 리세스 게이트 영역을 형성하는 단계;Etching the active region overlapping the gate predetermined region by a predetermined depth to form a recess gate region; 게이트 예정 영역과 중첩되는 상기 소자분리막을 상기 리세스 게이트 영역의 깊이보다 소정 깊이 더 깊게 식각하여 핀 셀(Fin Cell) 형성용 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench for forming a fin cell by etching the device isolation layer overlapping a gate predetermined region deeper than a depth of the recess gate region by a predetermined depth; 상기 리세스 게이트 영역 및 상기 핀 셀 형성용 트렌치를 포함하는 게이트 예정 영역에 게이트 산화막, P형 불순물이 주입된 폴리실리콘층, 게이트 금속층 및 게이트 하드마스크층 구조의 게이트를 형성하는 단계;Forming a gate having a gate oxide layer, a polysilicon layer implanted with P-type impurities, a gate metal layer, and a gate hard mask layer in a gate predetermined region including the recess gate region and the fin cell forming trench; 상기 게이트 사이에 노출된 활성영역에 선택적 에피택셜 성장(Selective Epitaxial Growth) 공정을 수행하여 에피택셜 성장층을 형성하는 단계; 및Forming an epitaxial growth layer by performing a selective epitaxial growth process on the active regions exposed between the gates; And 상기 에피택셜 성장층 및 상기 에피택셜 성장층 하부의 활성영역에 불순물 이온을 주입하여 소스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And forming a source / drain region by implanting impurity ions into the epitaxial growth layer and an active region under the epitaxial growth layer. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 리세스 게이트 영역의 식각 깊이는 500 ~ 2000Å인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The etching depth of the recess gate region is 500 ~ 2000Å, the method of forming a semiconductor device. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 트렌치는 상기 리세스 게이트 영역의 깊이보다 300 ~ 1000Å 더 깊게 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The trench is a method of forming a semiconductor device, characterized in that to form a depth of 300 ~ 1000Å more than the depth of the recess gate region. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 에피택셜 성장층의 두께는 100 ~ 1500Å인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The epitaxial growth layer has a thickness of 100 to 1500 kPa. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 소스/드레인 영역의 두께는 100 ~ 2000Å인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And the thickness of the source / drain regions is 100 to 2000 microns. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 소스/드레인 영역에는 N형 불순물 이온이 주입된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.N-type impurity ions are implanted into the source / drain region.
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