KR890004981B1 - 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1(a) 도는 DDD(Double Diffused Drain)구조의 종래예의 횡단면도.
제 1(b) 도는 제 1(a) 도의 등가회로도.
제 2 도는 LDD(Lightly Doped Drain)구조의 종래예의 횡단면도.
제 3 도는 다른 종래예의 횡단면도.
제 4 도는 남은 다른 종래예의 횡단면도.
제 5(a) 도는 본 발명에 따른 n채널 MIS FET의 예의 횡단면도.
제 5(b) 도는 제 5(a) 도의 등가회로도.
제 6(a) 도-제 6(d) 도와 제 7(a) 도-제 7(d) 도는 본 발명에 따른 두가지 제조공정을 설명하는 횡단면도이다.
본 발명은 반도체장치에 관한 것이다. 특히 불순물 도핑(doping)단계의 세가지 다른 형태로 형성된 세개 영역을 가지는 소오스, 드레인 영역이 다른 방법으로 장치 성능의 저하를 야기시키는 열전자의 발생을 방지하도록 형성된다.
반도체장치의 소형화로 MIS FET의 게이트 전극의 길이가 짧아졌다. 공급전압은 일반적으로 5V로 유지되고, 더 낮아지는 경향이 없다.
따라서 특히 n채널 MIS트랜지스터에 있어서, 드레인 전계는 종래 장치보다 더크고, 증가된 전계에 의하여 가속된 전자중 일부가 게이트절연막에 주입된다. 이는 채널 열전자현상으로 잘 알려져 있다. 더우기 충돌 이온화에 의하여 발생된 전자의 일부가 게이트절연막에 주입되고, MIS 트랜지스터의 특성을 변화시키며, 이는 애벌런치(avalanche)열전자 현상으로 잘 알려졌다.
열전자현상의 문제를 해결하기 위하여, 전계가 DDD구조에 집중되지 않으므로 이중확산 드레인(DDD)구조와 저농도 확산 드레인(LDD)구조가 제안되고, 따라서 열전자 현상이 감소되었다.
그러나 DDD구조에 있어서, 유효채널길이가 감소되고 따라서 펀치 드루(punch through)현상이 발생된다. 더우기 항복 전압 또는 상호 콘덕턴스(gm)의 저하의 문제가 야기된다.
반대로 비록 LDD구조는 채널 열전자 현상에 영향을 미치고, 전자가 게이트절연막을 통하여 게이트전극으로 이동하도록 고전계강도에 의하여 기판의 더 깊은 부분에서 발생된 전자가 가속되는 것은 애벌런치 열전자 현상에 조금도 영향을 주지 아니한다. 추가로, LDD구조에 있어서, 상호콘덕턴스의 저하도 발생한다. 따라서 본 발명의 목적은 반도체장치, 특히 MIS FET를 제공하는 것이고, 여기서 채널열전자와 애벌런치 열전자와 같은 현상이 감소된다.
본 발명의 다른 목적은 반도체 장치를 제공하는 것이고, 여기서 상호콘덕턴스(gm)는 그것에 관하여 개선된다.
본 발명에 따르면 반도체 기판에 형성된 반도체장치를 제공하고, 상기 반도체 기판상에 형성된 게이트전극과 상기 반도체 기판에 형성된 소오스와 드레인영역을 가지며, 여기서 소오스와 드레인영역이 게이트전극의 엣지에 인접된 부분에 형성된 반도체기판의 도전형태와 반대 도전형태의 불순물로 도핑된 첫번째 불순물영역, 첫번째 불순물영역하의 부분에 형성된 반도체 기판과 반대 도전형태의 불순물로 도핑된 두번째 불순영역이고 첫번째 불순물영역의 불순물의 확산계수보다 더 큰 확산계수를 가지는 두번째 불순물영역의 불순물 게이트전극의 엣지로부터 떨어져 있는 부분에서 형성된 반도체 기판과 반대의 도전형태의 불순물로 도핑된 세번째 불순물영역이고, 두번째 불순물영역의 확산계수보다 더 적은 확산계수를 가지는 두번째 불순물영역의 불순물을 포함한다.
발명의 다른 목적, 특징 및 장점이 첨부도면과 관련하여 다음의 상세한 설명으로 이해하게 될 것이다.
본 발명의 제안된 실시예를 설명하기전에 관련된 기술을 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명하겠다.
제 1(a) 도는 DDD구조의 종래 실시의 횡단면도이다.
제 1(a) 도에 있어서, 절연막 2와 게이트전극 3이 P형 반도체 기판 1상에 제공된다. 기판 1에 있어서, n영역 4와 n영역 5는 도핑 예를들면 아세닉이온(As)와 인이온(P)에 의하여 형성되고 어닐닐이 뒤따른다. 인의 확산계수가 아세닉보다 특히 더 크므로, 이중 확산 드레인(DDD)영역, 즉 n영역(As)과 n영역(P)가 형성된다. DDD 구조가 형성되기전에 형성된 구조는 단지 n영역4만 가지고, 계단 접합이 형성되도록 여기에서 As가 확산된다. 따라서 종래 구조에 있어서, 전계는 계단 접합이 형성된 n영역4의 부분 6에 집중되었고, 이는 상기 언급된 바와같은 열전자 현상의 발생문제로 나타났다.
그러므로 n영역(P)5가 n영역4를 덮는 그러한 방법의 DDD구조의 상기 언급된 n영역(P)5를 형성함으로써 P전계의 확산에 의하여 형성된 경사접합이 n영역의 부분 7로 이동한다. 결과적으로 부분7의 전계 농도가 부분6과 비교하여 상당히 감소된다.
그러나 DDD구조는 제 1(a) 도에서 보여준 바와같이 n영역을 가지지 않는 종래 구조의 유효채널(DI)보다 더 짧은 유효채널길이를 갖는다. 결과적으로 DDD구조에 있어서, 펀치 드루 현상이 소오스와 드레인영역사이에 가끔 발생한다. 더우기 DDD구조에 있어서, FET의 특성이 n형 영역5의 P의 농도에 의하여 결정된다. P의 농도가 낮을때 제 1(a) 도에 참조숫자 8로 나타난 바와같이 기생 직렬저항이 발생된다.
반대로 P의 농도가 높아지면 항복전압이 더 낮아진다. 제 2 도를 참고하면, 저농도 확산 드레인(LDD)구조가 게이트절연막 2, 게이트전극 3, 측벽 10이 P형 반도체 기판 1상에 형성되어 나타나 있다. 기판 1에 As를 도핑시키고 다음 어닐링에 의하여 형성된 n영역 5와 n영역 4가 제공된다. n와 n영역의 형성공정에 있어서, 저 농도를 가지는 As가 n영역 5를 형성하도록 기판 1에 도핑되고, 고농도를 가지는 As가 n영역 4를 형성하도록 거기에 도핑된다. 도핑 불순물의 확산깊이 (xj)가 농도(C)의 제곱근에 의하여 정하여진다. 즉 Cαxj이고, 제 2 도에서 보여준 바와같은 LDD구조가 얻어진다. LDD구조는 제 2 도의 부분 11에서 채널 열전자의 발생을 방지할 수 있다. 그러나 LDD구조는 고전계 강도 때문에 기판 1의 더 깊은 부분 12에서 발생되고 게이트절연막 2를 통하여 게이트전극 3으로 이동하도록 가속된 애벌런치 열전자의 발생을 막을 수 없다. 더우기 상호 콘덕턴스(gm)의 저하는 DDD구조에서와 같이 발생한다.
제 3 도는 심사되지 않은 일본 특허공보(고까이)60-136376에 설명된 바와같은 반도체 장치를 나타낸다. 이 장치(히다찌 구조)는 소오스와 드레인 영역에 n영역 4, n1 영역 5a, n2 영역 5b를 갖는다. 각 영역은 여기에서 P가 마스크로서 게이트절연막 2상에 형성된 게이트전극 3의 다결정막을 사용하여 도우즈(dose)양 1×1012cm-2으로 도핑되고, SiO2의 측벽은 게이트전극의 3이 그 사이에 삽입되도록 형성되며, P가 마스트로서 측벽 10과 게이트전극 3을 사용하여 도우즈 양 1×1014cm-2으로 도핑되고, P도핑영역은 n1 영역 5a(1×1012cm-2의 양으로 도핑된 P)와 n2 영역 5b(1×1014cm-2의 향으로 도핑된 P)가 형성되도록 도핑된 P가 확산되는 동안 어닐링되며, As가 마스크로서 측벽 10과 게이트전극을 3을 사용하여 도우즈 양 5×1015cm-2으로 도핑되고, n영역4가 As도핑된 영역을 어닐링함으로써 형성되는 공정에 의하여 만들어진다.
n1 영역 5a가 P를 도핑함으로써 형성되고, 기판에 큰 확산계수를 가지므로 n1 영역 5a의 엣지들 사이의 거리 C3 즉 채널길이가 짧아지고, 상기 언급된 펀치 드루 현상이 발생한다. 더우기 DDD구조에 대하여 설명된 바와 같이 히다찌구조는 상호 콘덕턴스(gm)이 더 낮아지도록 확산된 n1 영역 5a에 의한 저항으로 나타난다. 히다찌 구조의 결점은 장치가 더 작아질때 더 커진다.
제 4 도는 1985. 3. 14. -16.에 VLSI 기술 심포지움에서 설명된 반도체장치를 나타낸다. 이 장치(도시바 구조)도 세개영역, 즉 n1 , n2 와 ns영역을 갖는다.
각 영역은 P와 As가 마스크로서 게이트전극 3을 사용 도핑되고, P와 As도핑된 영역은 각각 n2 영역 5b와 n1 영역 5a를 형성하도록 어닐링되며, 측벽 10이 형성되고, As가 마스크로서 게이트전극 3과 측벽 10을 사용하여 도핑되며, 두번째 As도핑된 부분이 n영역 4를 형성하도록 어닐링되는 공정으로 만들어진다. n2 영역이 P도핑된 부분을 어닐링함으로써 형성되므로 히다찌 구조에 대하여 설명된 바와같이 도시바 구조도펀치 드루 현상의 결점을 가지며 상호 콘덕턴스(gm)이 작아진다. 본 발명의 제안된 실시예를 지금 설명하겠다.
제 5(a) 도는 본 발명에 따른 n채널 MIS FET의 예를 설명하는 횡단면도를 나타낸다.
제 5(a) 도에서 보여준 바와같이 P형 반도체 기판 또는 형벽 11의 소오스(S)와 드레인(D)영역이 n1 영역 15a n2 영역 15b, n영역 14로 구성된다. 예를들어 SiO2의 절연막 2, 다결정실리콘의 게이트전극 3, 절연물질의 측벽 10이 반도체 기판 22상에 제공된다. n영역 15a는 게이트전극 3의 엣지 A의 외곽으로부터 저 농도를 가지는 불순물을 도핑함으로써 형성된다.
반대로 n2 영역 15b와 n영역 14가 측벽 10의 엣지 B의 외곽으로부터 각각 낮고 높은 농도를 가지는 불순물을 도핑함으로써 형성된다. n2 영역에 도핑된 불순물의 확산계수는 n1 와 n영역에 도핑된 불순물보다 더 크다. 비록 전계가 n1 영역 15a와 n2 영역 15b에 의하여 겹쳐진 부분 13에 집중되더라도 전계강도는 n2 영역의 경사 접합에 의하여 감소된다. 이는 열전자 현상을 피할 수 없었던 앞에 예와 비교하여 2배의 특성저하의 개선으로 나타난다. 더우기 n2 영역의 경사접합을 가지므로 디플리션(depletion)막이 확장되고, 따라서 소오스와 드레인 영역의 스트레이(stray)캐퍼시턴스가 감소되며, 장치의 스위칭속도가 증가될 수 있다.
구조의 저항이 제 5(b) 도에 나타나 있다. 즉, 예를들면 n1 와 n2 영역에 의하여 발생된 소오스영역이 저항이 서로 병렬로 연결된 n1 와 n2 영역의 전체 저항이며 감소되고, 따라서 상호 콘덕턴스(gm)의 증가를 허용한다.
본 발명에 따른 실시예를 이루기 위한 공정을 각각 제 6(a)도-제 6(d) 도와 제 7(a) 도-제 7(d) 도를 참고하여 설명하겠다.
제 6(a) 도에 나타난 바와같이 P형 채널 커트(cut)영역 16, SiO2의 전계절연막 12, SiO2의 게이트절연막 2가 1015-1016cm-3의 불순물농도를 가지는 P형 반도체 기판상에 형성되고, 그 다음에 2000-5000Å의 두께를 가지는 게이트전극 3이 형성된다. 게이트전극은 3은 다결정 실리콘, 고용융점 금속 또는 고용융점 메탈실리사이드(metalsilicide) 등으로 만들어진다. 그 다음에 As는 첫번째 저농도 도핑된 n영역, 즉 n1 영역 15a가 형성되도록 가속에너지 60-120KeV도우즈(dose)량 1×1013-1×1015cm-2으로 도핑된다.
다음에 제 6(b) 도에서 보여준 바와같이 500-5000Å의 두께를 가지는 절연막 17이 얻어진 구조상에 형성된다. 절연막이 화학기상증착(CVD)공정등에 의하여 얻어진 SiO2또는 Si3N4를 만들어진다.
다음에 DVD-SiO2의 절연막 17은 측벽 10a가 게이트전극 3을 삽입하는 방법으로 형성되도록 0.1-0.2토르의 압력하에 CHF3와 CF4의 혼합된 가스 혹은 CHF3가스를 사용하는 반응성 이온 에칭(RIE)공정에 의하여 전체적으로 제거된다.
다음에 제 6(c) 도에서 보여준 바와같이 As보다 더 큰 확산계수를 가지는 P가 두번째 저농도 도핑된 n영역, 즉 n2 영역 15를 형성하도록 가속에너지 60-80KeV도우즈양 1×1013-1×1015cm-2으로 도핑되고 As는 강하고 도핑된 혹은 고농도 n영역 14를 형성하기 위하여 가속에너지 60-120KeV도우즈양 3×1015-5×1015cm-2으로 도핑된다. 다음에 얻어진 구조가 비활성 가스대기에서 900℃-1100℃의 열로 어닐링 된다.
n2 영역은 n2 영역과 기판 11사이에 형성된 경사 접합을 갖는다. n2 영역 15b와 기판 11사이에형성된 경사 접합면이 n1 영역 15a와 기판 11사이에 형성된 접합면과 실제로 접선방향으로 면을 형성한다.
다음에 제 6(d) 도에서 보여준 바와같이 인-실리케이트(silicate)유리(PSG), 붕소-실리케이트 유리(BSG)등의 절연막 20이 형성되고 알루미늄 소오스전극 21a알루미늄 게이트전극 21b, 알루미늄 드레인전극 21c가 일반공정에 의하여 형성된다. 따라서 본 발명의 첫번째 실시예가 제조된다.
본 발명이 두번째 실시예를 제작하기 위한 공정을 설명하겠다.
제 7(a) 도에서 보여준 바와같이 P형 채널 커트영역 16, 전계절연 12, 게이트절연막 2가 P형 반도체 기판 11상에 형성된다. 다음에 2000-5000Å의 두께가 상기 언급된 첫번째 실시예의 폭보다 긴 폭을 갖는 게이트 전극이 500-2000Å의 두께를 가지는 CVD SiO2의 마스크 22를 사용하여 형성된다.
케이트전극의 물질은 첫번째 실시예에서 사용된 것과 같다. 다음에 P가 저 농도 도핑된 n2 영역 15b를 형성하도록 가속에너지 60-80KeV도우즈양 1×1013-1×1015cm-2으로 도핑된다.
다음에 제 7(b) 도에서 보여준 바와같이 게이트전극 3의 양측 엣지는 1000-4000Å의 폭이 각 측면으로부터 제거되도록 다결정 실리콘 게이트에 CF4와 O2(5%)의혼합된 가스를 사용하여 측면 플라즈가 에칭공정에 의하여 제거된다.
다음에 제 7(c) 도에서 보여준 바와같이 CVD SiO2의 마스크 22가 제거되고 저농도 n1 , 영역 15a를 형성하기 위하여 가속에너지 60-120KeV도우즈양 1×1013-1×1015cm-2으로 As가 도핑된다. 그 다음에 어닐링공정이 불활성가스 대기에서 900℃-1100℃의 온도로 시행된다.
다음에 제 7(d) 도에 나타난 바와같이 절연막 20과 알루미늄 21a, 21b, 21c가 첫번째 실시예에서 언급된 바와 같이 형성된다.
따라서 본 발명에 두번째 실시예가 만들어진다.
Claims (9)
- 반도체 기판에 형성되고, 상기 반도체 기판상에 형성된 게이트전극(21b)과 상기 반도체 기판에 형성된 소오스와 드레인 영역을 가지는 반도체 장치에 있어서, 소오스와 드레인 영역이, 상기 게이트전극이 엣지에 인접하는 부분에 형성된 상기 반도체 기판의 도전형태에 반대 도전형태의 불순물로 도핑된 첫번째 불순물영역, 15a(ni), 상기 첫번째 불순물영역15a(n)아래의 부분에 형성된 상기 반도체 기판에 반대 도전형태의 불순물로 도핑된 두번째 불순물영역14(n)과, 상기 첫번째 불순물영역15a(ni)의 상기 불순물의 확산계수보다 더 큰 확산계수를 가지는 상기 두번째 불순물영역14(n)의 상기 불순물, 상기 게이트전극을 엣지로부터 떨어져 간격을 둔 부분에 형성된 상기 반도체 기판에 반대 도전 형태의 불순물로 도핑된 세번째 불순물영역 15b(n2 )과, 상기 두번째 불순물영역14(n)의 확산계수보다 더 작은 확산계수를 가지는 상기 세번째 불순물영역15b(n2 )의 상기 불순물과 상기 첫번째와 상기 두번째 불순물영역15a(ni)와 14(n)의 농도보다 더 높은 농도를 가지는 상기 세번째 불순물영역 15b(n2 )을 가지는 것을 특징으로하는 반도체 장치.
- 청구범위 제 1 항에 있어서, 상기 첫번째 불순물이 아세닉(arsenic)인 반도체장치.
- 청구범위 제 2 항에 있어서, 아세닉 이온이 가속에너지 60-120KeV도우즈양 1×1013-1×1015cm-2으로 상기 반도체 기판에 주입되는 반도체 장치.
- 청구범위 제 1 항에 있어서, 상기 두번째 불순물이 인(P)인 반도체 장치.
- 청구범위 제 4 항에 있어서, 상기 인 이온이 가속에너지 60-80KeV도우즈양 1×1013-1×1015cm-2으로 반도체 기판에 도핑되는 반도체 기판.
- 청구범위 제 1 항에 있어서, 상기 세번째 불순물이 아세닉인 반도체 장치.
- 청구범위 제 6 항에 있어서, 상기 아세닉 이온이 가속에너지 60-120KeV도우즈양 3×1013-5×1015cm-2으로 상기 반도체 기판11에 도핑되는 반도체 장치.
- 청구범위 제 1 항에 있어서, 상기 게이트전극의 상기 엣지로부터의 상기 일정 거리가 상기 게이트전극을 샌드위치하는 측벽의 폭인 반도체 장치.
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