KR100636664B1 - Transistor and Method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 주어진 피쳐 사이즈(Feature Size) 내에서 유효 채널 길이를 증가시키면서 게이트 미스얼라인(mis-align) 문제점을 해결하는 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a transistor and a method of manufacturing the same to solve the gate mis-alignment problem while increasing the effective channel length within a given feature size (Feature Size) will be.
상기와 같은 본 발명의 트랜지스터는 소자분리막이 형성된 반도체 채널 기판과, 상기 반도체 채널 기판 상에 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상에 증착된 하드마스크와, 상기 게이트 전극 측벽에 형성된 제2 게이트 산화막과, 상기 제2 게이트 산화막 및 하드마스크 측벽에 형성된 절연막과, 이웃하는 상기 게이트 전극 사이의 활성영역 상에 형성된 실리콘층과, 상기 실리콘층과 인접된 부분을 제외한 절연막의 측벽에 형성된 게이트 스페이서와, 상기 실리콘층에 형성된 소스/드레인 영역을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The transistor of the present invention as described above comprises a semiconductor channel substrate on which a device isolation film is formed, a gate electrode formed on the semiconductor channel substrate, a hard mask deposited on the gate electrode, a second gate oxide film formed on sidewalls of the gate electrode, An insulating film formed on the sidewalls of the second gate oxide film and the hard mask, a silicon layer formed on an active region between the neighboring gate electrodes, a gate spacer formed on a sidewall of the insulating film except a portion adjacent to the silicon layer, And a source / drain region formed in the silicon layer.
게이트 산화막, 실리콘층, 채널, 트랜지스터Gate oxide, silicon layer, channel, transistor
Description
도 1내지 도 3은 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 트랜지스터 및 그 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도들.1 to 3 are process cross-sectional views illustrating a transistor and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention.
- 도면의 주요부분에 대한 설명 -Description of the main parts of the drawings
1, 10 : 반도체 채널 기판 2 : 리세스 게이트1, 10: semiconductor channel substrate 2: recess gate
3 : 게이트 4: 셀 스페이서3: gate 4: cell spacer
5: 피쳐 사이즈 7: 미스얼라인(mis-align)5: feature size 7: mis-aligned
15 : 소자분리막 20 : 제1 게이트 산화막15
30 : 폴리실리콘층 40 : 텅스텐 실리사이드층30
50 : 하드마스크 70 : 제2 게이트 산화막50: hard mask 70: second gate oxide film
80 : 절연막 90 : 실리콘층80: insulating film 90: silicon layer
95 : 산화막 스페이서 100 : 질화막 스페이서95: oxide film spacer 100: nitride film spacer
110 : 소스/드레인 영역110: source / drain area
본 발명은 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 주어진 피쳐 사이즈(Feature Size) 내에서 유효 채널 길이를 증가시키면서 게이트 미스얼라인(mis-align) 문제점을 해결하는 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a transistor and a method of manufacturing the same to solve the gate mis-alignment problem while increasing the effective channel length within a given feature size (Feature Size) will be.
일반적으로, 반도체 메모리 소자 내 수억 개의 셀 트랜지스터(Cell-Transistor) 모두가 리프레쉬(Refresh)에 영향을 주지 않기 위해서는 대개 문턱전압을 1V 근처로 유지해야만 한다.In general, hundreds of millions of cell-transistors in a semiconductor memory device generally have to maintain a threshold voltage around 1V in order not to affect refresh.
그러나, 근래에는 셀 트랜지스터의 게이트 감소에 따른 쇼트 채널(Short-Cannel) 효과에 의하여 셀 트랜지스터의 문턱 전압이 낮아지게 된다. However, in recent years, the threshold voltage of the cell transistor is lowered due to the short channel effect due to the gate reduction of the cell transistor.
따라서, 셀 트랜지스터의 문턱전압을 조절하는 채널 이온주입 도즈(does)의 증가가 필수적이다. Therefore, it is necessary to increase the channel ion implantation doses that control the threshold voltage of the cell transistor.
그러나, 채널 농도(does)가 증가할수록, 소스/드레인 접합의 공핍영역의 전계가 증가하게 된다.However, as the channel does increase, the electric field of the depletion region of the source / drain junction increases.
이와 같은 전계의 증가는 셀 트랜지스터 소스/드레인 특히, 스토리지 노드의 접합 누설전류를 증가시키게 되어 데이타를 잃어버리는 시간이 짧아지게 된다. This increase in electric field increases the cell leakage source / drain, especially the junction leakage current of the storage node, resulting in shorter data loss time.
즉, 리텐션 타임(Retention Time)이 감소하게 되는 것이다.That is, the retention time is reduced.
이를 해결하기 위해서, 채널 영역을 식각(etch)하여 유효채널의 길이(effective channel length)를 증가시킴으로써 채널 도핑(does)을 감소시켜 누설전류를 감소시키는 방법이 제안되고 있다. In order to solve this problem, a method of reducing leakage current by reducing channel does by etching the channel region and increasing the effective channel length has been proposed.
이는 도 1에서 보는 바와 같이, 반도체 채널 기판(1)을 식각하여 트렌치를 형성한 후 이 트렌치 내에 리세스 게이트(2)를 형성하고, 상기 반도체 채널 기판(1) 상에 다시 게이트(3)를 형성함으로써 유효채널 길이를 증가시키고 있다.As shown in FIG. 1, the
그러나, 이와 같은 종래 기술은 게이트 미스얼라인(mis-align; 7)으로 인해 실제 미니멈 피쳐 사이즈(Minimum Feature Size; 5)가 증가하는 문제점이 있다.However, such a prior art has a problem that the actual minimum feature size 5 increases due to the
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 주어진 피쳐 사이즈(Feature Size) 내에서 유효 채널 길이를 증가시키면서 게이트 미스얼라인(mis-align) 문제점을 해결하는 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a transistor and a method of manufacturing the same, which solves a gate mis-alignment problem while increasing the effective channel length within a given feature size.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 소자분리막이 형성된 반도체 채널 기판과, 상기 반도체 채널 기판 상에 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상에 증착된 하드마스크와, 상기 게이트 전극 측벽에 형성된 제2 게이트 산화막과, 상기 제2 게이트 산화막 및 하드마스크 측벽에 형성된 절연막과, 이웃하는 상기 게이트 전극 사이의 활성영역 상에 형성된 실리콘층과, 상기 실리콘층과 인접 된 부분을 제외한 절연막의 측벽에 형성된 게이트 스페이서와, 상기 실리콘층에 형성된 소스/드레인 영역을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 트랜지스터를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a semiconductor channel substrate having a device isolation film, a gate electrode formed on the semiconductor channel substrate, a hard mask deposited on the gate electrode, and a second formed on the sidewall of the gate electrode. A gate oxide film, an insulating film formed on the sidewalls of the second gate oxide film and the hard mask, a silicon layer formed on an active region between the adjacent gate electrodes, and a gate spacer formed on the sidewalls of the insulating film except a portion adjacent to the silicon layer. And a source / drain region formed in the silicon layer.
본 발명의 반도체 소자에서, 상기 게이트 전극은 게이트 산화막과 폴리실리콘층 및 텅스텐 실리사이드 층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In the semiconductor device of the present invention, the gate electrode is formed of a gate oxide film, a polysilicon layer, and a tungsten silicide layer.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 (1) 소자분리막에 의해 정의된 활성영역의 반도체 채널 기판상에 웰 영역을 형성하는 단계와, (2) 상기 단계(1)의 결과물 상에 제1 게이트 산화막과 폴리실리콘층 및 텅스텐 실리사이드층을 순차적으로 적층하는 단계와, (3) 상기 결과물 상에 하드마스크를 증착한 후 식각하여 게이트를 형성하는 단계와, (4) 상기 제1 게이트 산화막과 폴리실리콘층 및 텅스텐 실리사이드층 측벽에 제2 게이트 산화막을 형성한 후 상기 제2 게이트 산화막 및 하드마스크 측벽에 절연막을 형성하는 단계와, (5) 이웃하는 상기 게이트 구조물 사이의 활성영역 상에 실리콘층을 성장시키는 단계를 포함하여 이루어지는 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention for achieving the above technical problem (1) forming a well region on the semiconductor channel substrate of the active region defined by the device isolation film, and (2) on the resultant of the step (1) Sequentially depositing a gate oxide film, a polysilicon layer, and a tungsten silicide layer, (3) depositing a hard mask on the resultant and then etching to form a gate; and (4) the first gate oxide film; Forming a second gate oxide film on the sidewalls of the polysilicon layer and the tungsten silicide layer, and then forming an insulating film on the sidewalls of the second gate oxide and the hard mask; and (5) a silicon layer on an active region between the adjacent gate structures. It provides a method for manufacturing a transistor comprising the step of growing a.
상기와 같은 본 발명은 상기 단계(5)의 결과물 상에 게이트 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 게이트 스페이서를 마스크로 하여 이온주입 공정을 실시하여 상기 실리콘층에 소스/드레인 영역을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.As described above, the present invention further includes forming a gate spacer on the resultant of the step (5), and performing a ion implantation process using the gate spacer as a mask to form a source / drain region in the silicon layer. It provides a method for producing a transistor comprising.
본 발명에 따른 트랜지스터의 제조 방법에 있어서, 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 단계(4)는 상기 게이트가 형성된 결과물 전면을 산화하여 제 2게이트 산화막을 형성하는 단계와, 절연막을 형성한 후, 식각공정을 통해 이웃하는 상기 게이트 사이의 활성영역 상에 존재하는 제 1,2게이트 산화막 및 절연막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a transistor according to the present invention, the method according to
본 발명의 트랜지스터 및 그 제조 방법에 있어서, 상기 제 2게이트 산화막은 질화막, SiON, Al2O3, TaON 으로 대체될 수 있는 것을 특징으로 한다.In the transistor of the present invention and a method of manufacturing the same, the second gate oxide film may be replaced with a nitride film, SiON, Al 2 O 3, TaON.
본 발명의 트랜지스터 및 그 제조 방법에 있어서, 상기 실리콘층은 상기 반도체 채널 기판과 동일한 타입의 것으로 형성하는 것이 바람직하다.In the transistor of the present invention and a method of manufacturing the same, the silicon layer is preferably formed of the same type as the semiconductor channel substrate.
본 발명의 트랜지스터 및 그 제조 방법에 있어서, 상기 실리콘층은 에피택시(Epitaxy) 성장법으로 성장되는 것을 특징으로 한다.In the transistor of the present invention and a method of manufacturing the same, the silicon layer is characterized in that it is grown by the epitaxy growth method.
본 발명의 트랜지스터 및 그 제조 방법에 있어서, 상기 실리콘층은 상기 폴리실리콘층 또는 상기 텅스텐 실리사이드층 부위까지 성장시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.In the transistor of the present invention and a method of manufacturing the same, the silicon layer can be grown to the polysilicon layer or the tungsten silicide layer.
이하, 실시예를 통하여 본 발명의 트랜지스터 및 그 제조방법을 보다 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the transistor of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention, and the scope of protection of the present invention is not limited by these examples.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.2A through 2C are cross-sectional views illustrating a transistor and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 2c을 통해 본 발명이 제공하는 트랜지스터의 구조를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.First, the structure of the transistor provided by the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 2C.
본 발명에 의한 트랜지스터는 소자분리막이 형성된 반도체 채널 기판(10)과, 상기 반도체 채널 기판(10) 상에 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상에 증착된 하드마스크(50)와, 상기 게이트 전극 측벽에 형성된 제2 게이트 산화막(70)과, 상기 제2 게이트 산화막(70) 및 하드마스크(50) 측벽에 형성된 절연막(80)과, 이웃하는 상기 게이트 전극 사이의 활성영역 상에 형성된 실리콘층(90)과, 상기 실리콘층(90)과 인접된 부분을 제외한 절연막(80)의 측벽에 형성된 게이트 스페이서(95, 100)와, 상기 실리콘층(90)에 형성된 소스/드레인 영역(110)으로 이루어져 있다.The transistor according to the present invention includes a
이와 같이, 상기 게이트 전극의 측벽에도 제2 게이트 산화막(70)을 형성하고 게이트 사이의 활성영역 상에 실리콘층(90)을 성장시켜 소스/드레인 영역(110)을 형성함으로써 채널(120) 길이의 증가를 불러올 수 있게 된다.As such, the second
이 때, 상기 게이트 전극은 게이트 산화막(20)과 폴리실리콘층(30) 및 텅스텐 실리사이드층(40)으로 이루어진다.In this case, the gate electrode includes a
다음으로 도 2a 내지 도 2c를 통해 본 발명이 제공하는 트랜지스터의 제조 방법을 보다 더 상세히 설명하겠다.Next, a method of manufacturing a transistor provided by the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2A to 2C.
우선, 도 2a에서 보는 바와 같이 소자분리막(15)이 형성된 반도체 채널 기판(10) 상에 제1 게이트 산화막(20)과 폴리실리콘층(30) 및 텅스텐 실리사이드층(40)을 순차적으로 적층한다.First, as shown in FIG. 2A, the first
이후, 질화물로 이루어진 하드마스크(50)를 증착한 후, 이 하드마스크(50)를 마스크로 하여 식각함으로써 상기 소자분리막(15)이 형성된 반도체 채널 기판(10) 상에 복수개의 게이트 구조를 형성한다.Thereafter, after depositing the
이어서, 옥시데이션 공정을 통해 상기 제1 게이트 산화막(20)과 폴리실리콘층(30) 및 텅스텐실리사이드층(40)으로 이루어진 게이트 전극의 측벽 및 활성영역 상에 제2 게이트 산화막(70)을 성장시키고, 상기 제2 게이트 산화막(70)이 형성된 결과물 전면에 절연막(80)을 성장시킨다.Subsequently, the second
이 때, 상기 제2 게이트 산화막(70)은 질화막, SiON, Al2O3, TaON 등으로 대체될 수 있다. In this case, the second
그리고, 이웃하는 상기 게이트 전극 사이의 활성영역 상에 존재하는 제 1 게이트 산화막(20)과 제2 게이트 산화막(70) 및 절연막(80)을 건식식각을 통해 제거한다.In addition, the first
다음으로, 도 2b에서 보는 바와 같이 이웃하는 상기 게이트 전극 사이의 활성영역 상에 실리콘층(90)을 형성시킨다.Next, as shown in FIG. 2B, a
이 때, 상기 실리콘층(90)은 에피택시(epitaxy) 성장법으로 상기 반도체 채널 기판(10)과 동일한 타입의 것으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 폴리실리콘층(30) 또는 상기 텅스텐 실리사이드층(40) 부위까지 성장시킬 수 있다.In this case, the
마지막으로, 도 2c에서와 같이, 상기의 실리콘층(90)이 형성된 결과물 전면에 산화막 및 질화막을 증착하여 식각함으로써 산화막 스페이서(95) 및 질화막 스페이서(100)의 2중 게이트 스페이서를 형성하고, 상기 2중 게이트 스페이서를 마스크로 하여 이온주입 공정을 실시함으로써 소스/드레인 영역(110)을 형성한다.Lastly, as shown in FIG. 2C, the oxide and nitride layers are deposited and etched on the entire surface of the
요약하자면, 상기와 같은 본 발명은 게이트 전극 형성 후 이 게이트 전극의 측벽에도 게이트 산화막을 다시 형성한 다음, 반도체 채널 기판(10)과 동일한 타입의 실리콘층(90)을, 상기 게이트 전극 사이의 활성영역 상에 에피택시(epixaxy) 방법으로 성장시켜 채널(120)로 이용함으로써 유효채널 길이의 증가를 가져오는 반면에, 종래기술은 반도체 채널 기판 내에 리세스 게이트를 형성한 후, 반도체 채널 기판 상에 게이트를 형성함으로써 유효채널 길이의 증가를 가져오도록 하였으나, 이는 게이트 미스 얼라인이 발생하는 문제점이 있었다.In summary, according to the present invention, after the gate electrode is formed, the gate oxide film is also formed on the sidewall of the gate electrode, and then the
즉, 본 발명은 종래 기술의 게이트 미스얼라인 문제점을 해결하면서 유효채널 길이의 증가를 가져왔고, 이에 따라, 트랜지스터의 마진(MARGIN) 및 정션 리키지(JUNCTION-LEAKAGE)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 채널 이온주입의 감소로 인해 전계가 완화되고, 리텐션 타임(retention-time)이 증가하는 이점이 발생하게 된 것이다. That is, the present invention has resulted in an increase in the effective channel length while solving the gate misalignment problem of the prior art, and accordingly, it is possible to reduce the margin of the transistor (MARGIN) and junction package (JUNCTION-LEAKAGE). The reduced channel ion implantation has the advantage that the electric field is relaxed and the retention time is increased.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 유요 채널 길이의 증가로 인해, 트랜지스터의 마진(margin) 및 정션 리키지(Junction Leakage)를 줄일 수 있는 이점이 있다.As described above, according to the present invention, due to the increase in the effective channel length, there is an advantage of reducing the margin and junction leakage of the transistor.
또한, 채널 이온주입의 감소로 인해 전계(Electric-Field)가 완화되고, 리텐션 타임(Retention Time)이 증가할 수 있는 효과가 있다. In addition, due to the reduction of channel ion implantation, the electric field may be relaxed and the retention time may be increased.
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