KR940001399B1 - High ic and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래의 일실시예에 따른 단면도.1 is a cross-sectional view according to a conventional embodiment.
제2도는 종래의 다른 실시예에 따른 부분 제조공정도.2 is a partial manufacturing process according to another conventional embodiment.
제3도는 본 발명에 따른 단면도.3 is a cross-sectional view according to the present invention.
제4도는 본 발명에 따른 제조공정도.4 is a manufacturing process diagram according to the present invention.
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 드레쉬홀드 전압 조절을 위한 불순물 도우핑 영역과 펀치스루 억제용 이온주입 영역을 동시에 구비하는 고집적 반도체 트랜지스터의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a structure and a manufacturing method of a highly integrated semiconductor transistor having an impurity doping region for adjusting the threshold voltage and an ion implantation region for suppressing punchthrough.
게이트에 인가되는 전압에 의해 소오스와 드레인간의 전류가 제어되는 반도체 소자인 모오스 트랜지스터(Metal-Oxide-Semiconductor Transistor)의 경우 드레쉬홀드 전압(Threshold Voltage)의 조절 및 펀치스루를 방지하기 위하여 이온주입 공정을 실시하고 있다.Metal-Oxide-Semiconductor Transistor, a semiconductor device whose current between the source and the drain is controlled by the voltage applied to the gate, is ion implanted to control the threshold voltage and to prevent punch-through. Is carried out.
제1도는 종래의 일실시예에 따른 단면도이다.1 is a cross-sectional view according to a conventional embodiment.
상기 제1도에 도시된 바와 같이 제1도전형의 반도체 기판(1) 전면으로부터 제1이온주입 공정을 실시하여 제1도전형의 불순물을 이온주입함에 의해 드레쉬홀드 전압조절용 이온주입 영역(12)을 형성한다.As shown in FIG. 1, the
그 다음 상기 기판(1) 상면 게이트 산화막(2)을 중간층으로 하는 게이트(4)를 형성한다. 그후 상기 게이트(4)를 마스크로 하는 제2이온주입 공정을 실시하여 제1도전형의 펀치스루 억제용 이온주입 영역(10)을 형성한다. 그 다음 상기 게이트(4)를 마스크로 하는 제3이온주입 공정과 상기 게이트(4) 및 그 측벽의 산화막 스페이서(6)를 마스크로 하는 제4이온주입 공정에 의해 ELDD(Enhancement Lightly Doped Drain)구조를 가지는 제2도전형의 소오스 및 드레인(8)을 형성한다.Next, a gate 4 having the upper
상기 도면에 도시된 바와 같이 드레쉬홀드 전압을 조절하기 위한 이온주입이 기판 전면에 실시되기 때문에 이온주입되는 불순물의 도전형과 반대 도전형을 갖는 소오스 및 드레인의 도핑 농도가 감소하게 된다.As shown in the figure, since the ion implantation for adjusting the threshold voltage is performed on the entire surface of the substrate, the doping concentrations of the source and drain having the conductivity type opposite to that of the ion implanted impurities are reduced.
특히 드레쉬홀드 전압 조절을 위한 이온주입 공정시 도우즈가 증가할 경우 드레인의 도핑 농도의 감소현상이 더욱 두드러지게 되고 그 결과 드레인 전류가 감소된다는 문제점이 있었다. 따라서 트랜지스터의 구동능력이 저하된다는 문제점이 있었다.In particular, when the dose is increased during the ion implantation process for adjusting the threshold voltage, the doping concentration of the drain becomes more prominent, and as a result, the drain current is reduced. Therefore, there is a problem that the driving capability of the transistor is lowered.
또한 펀치스루 억제용 이온주입 영역(10)이 소오스 및 드레인(8)을 완전히 감싸고 있기 때문에 소오소 또는 드레인과 기판사이의 접합 항복전압(Junction Break Down Voltage)이 낮아진다는 문제점도 있었다.In addition, since the punch-through suppression
뿐만 아니라 LDD(lightly Doped Drain) 구조의 트랜지스터의 경우에는 상기 펀치스루 억제용 이온주입 영역이 저농도 드레인의 도우핑 농도를 낮게함에 의해 드레인 전류가 감소된다는 문제점이 있었다.In addition, in the case of a lightly doped drain (LDD) transistor, the drain current is reduced by reducing the doping concentration of the low concentration drain in the punch-through suppression ion implantation region.
제2도 (a)-(b)도는 종래의 다른 실시예에 따른 부분 제조공정도로서 드레쉬홀드 전압 조절을 위한 이온주입 공정의 다른 실시예를 나타내고 있다.2 (a) to 2 (b) show a partial manufacturing process diagram according to another exemplary embodiment of the present invention, which shows another embodiment of the ion implantation process for adjusting the threshold voltage.
상기 제2(a)도는 필드산화막(20)이 형성된 제1도전형의 반도체 기판(16)상에 게이트 절연막(22), 저온질화막(Low Temperature Nitride) (24) 및 포토레지스터(2In FIG. 2A, the gate
6)를 순차적으로 적층한 다음 통상의 사진식각공정으로 상기 포토레지스터(26)의 패턴을 형성하여 소정여역의 저온질화막(24)을 상기 게이트 절연막(22)의 표면이 드러날때까지 식각한다. 그 다음 상기 포토레지스터(26)를 제거한 후 상기 공정에 의한 개구부를 통하여 제1도전형의 불순물을 이온주입하여 상기 개구부 하부에 드레쉬홀드 전압을 조절하기 위한 불순물 도핑영역(28)을 형성한다.6) are sequentially stacked, and a pattern of the
상기 제2(b)도에서 상기 개구부에 다결정 실리콘을 채운 다음 상기 질화막(24)의 높이까지 평탄화시킨다. 그 다음 상기 질화막(24)을 제거하여 게이트(30)을 형성한다. 그후 상기 게이트(30)를 마스크로 하여 제2도전형의 불순물을 이온주입함에 의해 소오스 및 드레인(31,32)을 형성한다.In FIG. 2 (b), the opening is filled with polycrystalline silicon and then planarized to the height of the
상기 도면에 도시한 바와 같이 드레쉬홀드 전압을 조절하기 위한 이온주입 영역을 채널영역으로 한정하여 형성할 경우 상기 이온주입 영역의 불순물의 확산으로 인해 인접한 드레인의 도우핑 농도가 감소하게 된다. 그 결과 드레인 전류가 감소되는 문제점이 있었다.As shown in the drawing, when the ion implantation region for controlling the threshold voltage is formed to be limited to the channel region, the doping concentration of the adjacent drain is reduced due to the diffusion of impurities in the ion implantation region. As a result, there is a problem that the drain current is reduced.
따라서 본 발명의 목적은 고집적 반도체 트랜지스터의 구조 및 제조방법에 있어서 문턱 전압 조절을 위한 이온주입 영역과 드레인, 또는 펀치스루 억제용 이온주입 영역과 드레인이 겹침에 의한 드레인 도핑 농도의 감소를 방지하기 위한 고집적 반도체 트랜지스터의 구조 및 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to prevent the reduction of the drain doping concentration by overlapping the ion implantation region and drain for threshold voltage control, or the punch-through suppression ion implantation region and drain in the structure and manufacturing method of a highly integrated semiconductor transistor. It is to provide a structure and a manufacturing method of a highly integrated semiconductor transistor.
본 발명의 다른 목적은 고집적 반도체 트랜지스터의 구조 및 제조방법에 있어서 펀치스루 억제용 이온주입 영역에 의한 접합 항복전압의 감소를 방지하기 위한 고집적 반도체 트랜지스터의 구조 및 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a structure and a manufacturing method of a highly integrated semiconductor transistor for preventing the reduction of the junction breakdown voltage by the punch-through suppression ion implantation region in the structure and manufacturing method of the highly integrated semiconductor transistor.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 모오스 트랜지스터의 채널영역내에 소오스 및 드레인영역으로부터 소정거리 이격되어 형성된 기판과 같은 도전형의 제1불순물 도우핑영역과 상기 제1불순물 도우핑영역의 아래쪽에 형성된, 기판과 같은 도전형의 제2불순물 도우핑영역을 구비함을 특징으로 한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the first impurity doping region and the lower portion of the first impurity doping region of the conductive type, such as a substrate formed in the channel region of the MOS transistor spaced a predetermined distance from the source and drain regions. And a second impurity doped region of a conductive type such as a substrate.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 제1도전형의 반도체 기판 상면에 산화막으로된 제1절연막을 형성한 후 소정영역의 상기 제1절연막을 기판의 표면이 노출될때까지 식각하여 개구부를 형성한다. 그 다음 기판 전면에 질화막으로 된 제2절연막을 형성하고 상기 개구부의 측벽에 산화막으로 된 스페이서를 형성한 후 드레쉬홀드 전압을 조절하기 위한 제1이온주입 공정과 펀치스루를 억제하기 위한 제2이온주입 공정을 각각 제1및 제2에너지와 제1및 제2도우즈로 실시하는 공정을 구비함을 특징으로 한다.In order to achieve another object of the present invention, after forming a first insulating film made of an oxide film on the upper surface of the semiconductor substrate of the first conductive type, the first insulating film of a predetermined region is etched until the surface of the substrate is exposed to form an opening. Next, a second insulating film made of a nitride film is formed on the entire surface of the substrate, and a spacer made of an oxide film is formed on the sidewall of the opening, and then the first ion implantation process for adjusting the threshold voltage and the second ion for suppressing punchthrough. And a step of carrying out the injection process with the first and second energies and the first and second doses, respectively.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제3도는 본 발명에 따른 단면도로서 제1도전형의 반도체 기판(34)과, 채널영역에 의해 서로 소정거리 이격된 LDD구조의 소오스 및 드레인(54,60),(56,62)과, 채널영역내에 상기 소오스 및 드레인의 측벽과 이격되어 형성된 드레쉬홀드 전압 조절용 제1불순물 도우핑영역(46)과, 상기 제1불순물 도우핑영역(46) 하부의 펀치스루 억제용 제2불순물 도우핑영역(48)과, 상기 채널영역 상면의 게이트 산화막(45)을 중간층으로 하는 게이트(52)와 상기 게이트(52) 측벽의 절연막 스페이서(58)로 구성된다.3 is a cross-sectional view of the first
제4(a)-(g)도는 본 발명에 따른 제조공정도로서, 상기 제3도와 같은 명칭에 해당하는 것은 같은 번호를 사용하였음에 유의해야 한다.4 (a)-(g) are manufacturing process diagrams according to the present invention, and it should be noted that the same numbers are used for the same names as in FIG.
상기 제4(a)도에서 제1도전형의 반도체 기판(34) 상면에 2000Å-2500Å정도의 두께로 제1산화막(36)을 형성한다. 그 다음 사진식각 공정으로 소정영역을 한정하여 상기 제1산화막(36)을 기판의 표면이 노출될때가지 식각하여 개구부를 형성한 후 전 표면에 100Å-150Å의 얇은 질화막(40)과 1000Å-1500Å의 제2산화막(42)을 순차적으로 형성한다.In FIG. 4 (a), the
상기 제4(b)도에서 반응성 이온식각(Reactive Ion Etching)법에 의해 상기 개구부의 측벽에 산화막 스페이서(44)를 형성한다. 여기서 상기 스페이서의 폭은 소오스 및 드레인의 측면 확산폭과 드레쉬홀드 전압 조절을 위한 불순물 도우핑영역의 측면 확산폭의 합과 같거나 커야한다. 그 다음 상기 기판(34) 상부로부터 P형 불순물을 1E12ions/㎠의 도우즈와 30KeV의 에너지로 이온주입하여 개구부 하면에 드레쉬홀드 전압을 조절하기 위한 제1불순물 도우핑영역(46)을 형성한다. 여기서 상기 제1산화막(36) 및 산화막 스페이서(44)는 이온주입 공정시 마스크 역할을 한다.In FIG. 4B, an
상기 제4(b)도의 공정에 연속하여 상기 제4(c)도에서 상기 기판(34) 상부로부터 P형 불순물을 1E13ions/㎠의 도우즈와 100KeV-150KeV의 에너지로 이온주입한다. 그리하여 상기 제1불순물 도우핑 영역(46)과 소정거리 이격된 하부에서 최고의 불순물 농도를 가지는 펀치스루 억제용 제2불순물 도우핑영역(48)을 형성한다.Subsequent to the process of FIG. 4 (b), P-type impurities are implanted with an ion of 1E13ions /
상기 도면에서 제1및 제2불순물 도우핑영역(46,48)은 서로 소정거리 이격되어 있으나 이온주입 에너지에 따라 서로 소정영역이 겹칠 수도 있다. 그리고 제1및 제2불순물 도우핑영역(46,48)은 서로 순서를 바꾸어 형성될 수도 있다.Although the first and second impurity doped
상기 제4(d)도에서 상기 질화막(40)과 산화막 스페이서(44)를 제거한 후 기판(34) 표면에 게이트 산화막으로 80Å-100Å 두께의 제3산화막(45)을 형성한다.After removing the nitride film 40 and the
그 다음 기판(34) 상면에 다결정 실리콘(50)을 상기 제1산화막(36)의 두께 이상으로 침적한다. 그후 상기 다결정 실리콘을 포클(POCl3)로 도핑시켜 저항 Rs가 50Ω/□정도 되도록 한다.Then, the
상기 제4(e)도에서 상기 다결정 실리콘을 상기 제3산화막(45)이 노출될때까지 에치백(etch back) 또는 그라이딩 한다. 그리하여 상기 개구부내에만 다결정 실리콘이 잔류되도록 한다.In FIG. 4E, the polycrystalline silicon is etched back or ground until the
상기 제4(f)도에서 상기 기판(34) 상면에 잔류하는 제3산화막(45) 및 제1산화막(36)을 제거한다.In FIG. 4F, the
그 결과 기판(34) 상면에는 제3산화막으로된 게이트 산화막(45)과 다결정 실리콘으로된 게이트(52)가 형성된다.As a result, the
그 다음 자기정렬(self-Alignment)방법으로 이온 주입 공정을 실시한다.이때 이온주입되는 불순물은 n형이며 그 도우즈와 에너지는 각각 4E13ions/㎠, 40KeV 정도이다. 그 결과 상기 게이트 하부를 제외한 기판영역에 저농도의 제1소오스 및 드레인(54,56)이 형성된다.Then, the ion implantation process is performed by a self-alignment method, in which the ion implanted impurities are n-type and their dose and energy are about 4E13ions /
이후 열처리 공정에서 상기 제1소오스 및 드레인(54,56)과 드레쉬홀드 전압 조절을 위한 불순물 도우핑 영역(46)의 확산이 일어나더라도 각 도우핑영역의 측면은 소정거리 이격된다. 왜냐하면 열처리에 의한 불순물 도우핑영역의 확산을 고려하여 상기 제4(b)도의 공정에서 산화막 스페이서(44)를 충분한 폭으로 형성하였기 때문이다.Subsequently, even when diffusion of the first source and drain 54 and 56 and the impurity doped
상기 제4(g)도에서 상기 게이트의 측벽에 1000Å-1300Å의 폭을 가지는 제2산화막 스페이서(58)를 형성한다. 그 다음 상기 기판(34) 상부로부터 n형 불순물을 5E15ions/㎠의 도우즈와 40KeV의 에너지로 이온주입한다. 그 결과 상기 게이트(52) 및 제2스페이서(58) 하부를 제외한 기판 영역에 상기 제1소오스 및 드레인(54,56)과 소정영역 겹치어 고농도의 제2소오스 및 드레인(60,62)이 형성된다.In FIG. 4 (g), a second
상술한 본 발명의 일실시예에서는 LDD구조를 갖는 모오스 트랜지스터의 드레쉬홀드 전압 조절을 위한 불순물 도우핑영역 및 펀치스루 억제용 불순물 도우핑영역을 형성하는 방법 및 그 구조에 대해 설명하였다. 그러나 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다른 구조를 갖는 반도체 트랜지스터에 대한 실시예도 가능함을 통상의 지식을 가진자는 잘 알 수 있을 것이다.In the above-described embodiment of the present invention, a method and a structure of forming an impurity doping region for adjusting the threshold voltage of a MOS transistor having an LDD structure and an impurity doping region for punchthrough suppression have been described. However, it will be apparent to those skilled in the art that embodiments of semiconductor transistors having other structures are possible without departing from the technical spirit of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명은 고집적 반도체 트랜지스터의 구조 및 그 제조방법에 있어서 기판 상면에 게이트가 형성될 영역을 한정하여 개구부를 형성한 후 상기 개구부 측벽에 소정의 폭을 가지는 스페이서를 형성하여 소정의 도우즈와 에너지로 제1및 제2이온주입 공정을 자기정렬 방법으로 실시하였다.As described above, in the structure of a highly integrated semiconductor transistor and a method of manufacturing the same, an opening is formed on the upper surface of the substrate to define a region where a gate is to be formed, and then a spacer having a predetermined width is formed on the sidewall of the opening. The first and second ion implantation processes were carried out by a self-aligning method with the energy and the energy.
그럼으로써 드레쉬홀드 전압 조절용 불순물 도우핑영역과 펀치스루 억제용 불순물 도우핑영역 각각이 소오스 및 드레인영역과 소정거리 이격되게 형성되어 드레인의 도우핑 농도가 상기 두 불순물 도우핑영역으로부터 영향을 받지 않도록 하였다. 그 결과 드레인의 도우핑 농도를 최초의 공정에 의한 농도대로 유지함으로써 희망하는 드레인전류 및 그에 따른 희망하는 구동 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.The impurity doping region for adjusting the threshold voltage and the impurity doping region for punchthrough suppression are thus formed at a predetermined distance from the source and drain regions so that the doping concentration of the drain is not affected by the two impurity doping regions. It was. As a result, by maintaining the doping concentration of the drain as the concentration by the first process, there is an effect that can obtain the desired drain current and thereby the desired driving characteristics.
또한 펀치스루 억제용 불순물 도우핑영역을 채널하여 하부에 형성시킴으로써 펀치스루를 억제함과 동시에 소오스 또는 드레인과 기판사이의 접합 항복전압의 감소 현상도 방지할 수 있는 효과도 있다. 뿐만아니라 두 불순물 도우핑영역을 자기정렬 방법으로 형성함으로써 트랜지스터의 크기를 감소시켜 소자의 소형화 및 고집적화를 용이하게 구현할 수 있는 효과도 있다.In addition, by forming a channel through the impurity doping region for punch-through suppression at the bottom, the punch-through can be suppressed and the reduction of the junction breakdown voltage between the source or drain and the substrate can be prevented. In addition, by forming the two impurity doped regions by a self-aligning method, it is possible to reduce the size of the transistor to facilitate the miniaturization and high integration of the device.
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