KR0179755B1 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 게이트 전극의 하부에 복수개의 트렌치를 형성함으로써 각 트랜치의 굴곡만큼 게이트 전극의 길이와 폭을 넓힐 수 있으며, 상기 트랜치의 수에 따라 게이트 전극의 크기를 감소가 가능하므로 고집적화에 매우 유리하며, 드레인 측에서의 핫 캐리어 주입시에도 게이트 전극의 높이차에 의해 Y방향의 전계가 적게걸려 상기 핫캐리어에 의한 특성저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same. By forming a plurality of trenches in the lower portion of the gate electrode, the length and width of the gate electrode can be widened by the bending of each trench, and the size of the gate electrode according to the number of the trenches. Since it can be reduced, it is very advantageous for high integration, and even when the hot carrier is injected from the drain side, the electric field in the Y direction is lessened by the height difference of the gate electrode, thereby preventing the characteristic degradation caused by the hot carrier.
Description
제1도는 종래의 기술에 의한 반도체소자의 개략적인 레이아웃도.1 is a schematic layout diagram of a semiconductor device according to the prior art.
제2도는 종래의 기술에 의한 반도체소자의 단면도.2 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the prior art.
제3도는 종래의 기술에 의한 다른 반도체소자의 단면도.3 is a cross-sectional view of another semiconductor device according to the prior art.
제4도는 본 발명에 의한 반도체소자의 레이아웃도.4 is a layout diagram of a semiconductor device according to the present invention.
제5도는 본 발명에 의한 반도체소자 실시예 1의 제조공정 단면도.5 is a cross-sectional view of the manufacturing process of Example 1 of the semiconductor device according to the present invention;
제6도는 본 발명에 의한 반도체소자의 실시예 2의 단면도.6 is a sectional view of Embodiment 2 of a semiconductor device according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
11,14 : 제1, 제2산화막 12 : 질화막11,14: 1st, 2nd oxide film 12: nitride film
13 : 사진식각마스크 16 : 게이트 전극13 photo etching mask 16 gate electrode
17 : 소스/드레인 영역 18 : 스페이서17: source / drain region 18: spacer
본 발명은 반도체소자 제조방법에 관한 것으로, 특히 트랜지스터의 특성저하 없이 게이트의 크기를 축소하기 위한 반도체소자 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device for reducing the size of a gate without degrading the characteristics of the transistor.
일반적으로 트랜지스터는 엔모스(NMOS) 트랜지스터의 경우, 제2도에 도시한 바와 같이 반도체기판(100)상에 게이트 산화막(2)과, 도전물질로서 예를들면 불순물이 도핑된 다결정실리콘을 소정의 두께로 도포한 후 제1도에 도시한 바와 같은 레이아웃을 갖도록 이를 사진식각하여 형성된 게이트 전극(3)과, 상기 게이트 전극(3) 양측에 형성된 스페이서(4)와, 상기 게이트 전극(3) 및 스페이서(4)를 마스크로 적용하여 상기 반도체기판(100)내에 N+형 불순물을 주입하여 형성된 소스/드레인 영역(1) 및 상기 게이트 전극(3) 하부의 반도체기판에 형성된 채널 형성용 불순물(5)로 구성되었다.In general, in the case of an NMOS transistor, as shown in FIG. 2, a transistor includes a gate oxide film 2 on a semiconductor substrate 100 and polycrystalline silicon doped with impurities, for example, as a conductive material. A gate electrode 3 formed by photolithography to have a layout as shown in FIG. 1 after coating to a thickness, a spacer 4 formed on both sides of the gate electrode 3, the gate electrode 3, and Source / drain regions 1 formed by injecting N + -type impurities into the semiconductor substrate 100 by applying the spacer 4 as a mask and channel forming impurities 5 formed in the semiconductor substrate under the gate electrode 3. ).
그러나 상기와 같은 게이트 전극(3)을 사용하는 경우, 저항률이 낮은 것이 바람직하나 반도체소자가 미세화, 고속집적화 되어감에 따라 종래의 게이트 전극을 그대로 사용함으로써 배선저항 및 용량이 증대되는 문제점이 발생하는데, 종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 게이트 전극을 형성하는 물질을 변경하거나 게이트 전극의 구조를 변경하는 방법을 시도하였다.However, in the case of using the gate electrode 3 as described above, the resistivity is preferably low, but as the semiconductor device becomes finer and faster, the conventional gate electrode is used as it is, so that the wiring resistance and capacity increase. In order to solve this problem, a method of changing the material forming the gate electrode or changing the structure of the gate electrode has been attempted.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 전자의 경우 일반적으로 사용되는 다결정실리콘보다 저항값이 낮은 고융점 금속실리사이드를 사용하는 방법이 개발되었으나, 이 방법은 내약품성과 내산화성이 다결정실리콘에 비해 떨어지므로 새로운 프로세스를 개발해야하는 문제점이 있으며, 후자의 경우 제3도에 도시한 바와 같이 사진식각마스크를 사용하여 게이트 전극(3) 하단의 반도체기판에 V자형 홈을 형성하는 방법이 개발되어 게이트 전극의 길이와 폭을 넓히는 효과를 가져올 수 있으나 하나의 홈만을 형성하므로 그 효과가 제한적인 문제점이 있었다.More specifically, in the former case, a method of using a high melting point metal silicide having a lower resistance value than a polysilicon generally used has been developed, but this method has a low chemical resistance and oxidation resistance compared to polysilicon. In the latter case, a method of forming a V-shaped groove in a semiconductor substrate under the gate electrode 3 using a photolithography mask is developed, as shown in FIG. The effect can be widened, but only one groove was formed, so the effect was limited.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 게이트 전극의 하부에 복수개의 트렌치를 형성함으로써 각 트렌치의 굴곡만큼 게이트 전극의 길이와 폭을 넓힐 수 있는 반도체소자를 효과적으로 제조하기 위한 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to manufacture a semiconductor device that can effectively extend the length and width of the gate electrode by the bending of each trench by forming a plurality of trenches in the lower portion of the gate electrode in order to solve the above problems. To provide.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자의 제조방법은 반도체기판상에 제1산화막 및 질화막을 순차적으로 형성하는 공정과, 상기 질화막 상부에 포토레지스트를 도포, 노광 및 현상하여 사진식각마스크를 형성하는 공정과, 상기 사진식각마스크를 적용하여 상기 질화막, 제1산화막 및 반도체기판을 식각하여 상기 반도체기판상에 복수개의 트렌치를 형성하는 공정과, 상기 사진식각마스크, 질화막 및 제1산화막을 제거하는 공정과, 상기 제1산화막 제거후 결과물 전면에 제2산화막을 형성하는 공정과, 상기 제2산화막을 통해 식각된 반도체기판상에 소정깊이로 불순물을 주입하는 공정과, 상기 불순물 주입후 결과물 전면에 도전성물질을 도포한 후 사진 식각하여 게이트 전극을 형성하는 공정과, 상기 게이트 전극을 마스크로 적용하여 상기 반도체기판상에 불순물을 주입함으로써 소스/드레인 영역을 형성하는 공정을 포함하여 제조하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving the above object is a step of sequentially forming a first oxide film and a nitride film on a semiconductor substrate, and by applying, exposing and developing a photoresist on the nitride film to form a photo etching mask Forming a plurality of trenches on the semiconductor substrate by etching the nitride film, the first oxide film, and the semiconductor substrate by applying the photolithography mask; and removing the photoetch mask, nitride film, and first oxide film. Forming a second oxide film on the entire surface of the resultant after removing the first oxide film, and implanting impurities on the semiconductor substrate etched through the second oxide film to a predetermined depth; Forming a gate electrode by applying a conductive material and then etching the photo; applying the gate electrode as a mask By implanting impurities on the conductive substrate characterized in that the manufacture, including a step of forming a source / drain region.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
먼저 본 발명의 반도체소자의 구조는 제4도와 같은 레이아웃상에서 채널길이를 수배로 늘릴수 있도록 채널 길이(L) 방향으로 복수개의 트렌치를 형성하거나 또는 폭(W) 방향으로 트렌치를 형성하여 전류의 흐름을 증가시킬 수 있고, 제5도의 (c)도와 제6도에 도시한 바와 같이 게이트 전극 하부의 트렌치가 소스/드레인 영역의 하측으로 위치하거나 반대로 소스/드레인 영역의 상측으로 위치하며, 그 제조방법은 다음과 같다.First, in the structure of the semiconductor device of the present invention, a plurality of trenches are formed in the channel length L direction or trenches are formed in the width W direction so that the channel length can be increased several times on the layout as shown in FIG. As shown in (c) and 6 of FIG. 5, the trenches in the lower portion of the gate electrode are located below the source / drain regions, or vice versa, above the source / drain regions. Is as follows.
먼저, 실시예 1로서 상기 게이트 전극 하부의 트렌치가 소스/드레인 영역이 형성되어 있는 반도체기판의 하측에 위치하는 경우에는, 제5도의 (a)도에 도시한 바와 같이, 반도체기판(100) 위에 소정의 두께로 제1산화막(11)과 질화막(12)을 순차적층시킨 후 상기 질화막(12) 상부에 포토레지스트를 도포, 노광 및 현상하여 트렌치를 형성하기 위한 사진식각마스크(13)를 형성한다.First, in the first embodiment, when the trench under the gate electrode is located below the semiconductor substrate where the source / drain regions are formed, as shown in FIG. 5A, the semiconductor substrate 100 is formed. After forming the first oxide film 11 and the nitride film 12 in a predetermined thickness, a photoresist mask 13 for forming a trench is formed by applying, exposing and developing a photoresist on the nitride film 12. .
이때 상기 게이트 전극이 형성되지 않는 부분은 상기 사진식각마스크(13)에 의해 식각으로부터 보호된다.In this case, the portion where the gate electrode is not formed is protected from etching by the photolithography mask 13.
(b)도에서는 상기 사진식각마스크(13)를 적용하여 상기 질화막(12)과 제1산화막(11) 및 반도체기판(100)을 소정의 깊이로 식각하여 일정간격으로 복수개의 트랜치를 형성하며, 이후 상기 질화막(12)과 제1산화막(11)을 제거한 다음 다시 상기 질화막(12)과 제1산화막(11)이 제거된 결과물 전면에 제2산화막(14)을 형성한 후 상기 게이트 전극이 형성될 부분의 반도체기판 내부에 불순물이온을 주입하여 불순물영역(15)을 형성한다.In FIG. 2B, the photolithography mask 13 is applied to etch the nitride film 12, the first oxide film 11, and the semiconductor substrate 100 to a predetermined depth to form a plurality of trenches at predetermined intervals. Thereafter, after the nitride layer 12 and the first oxide layer 11 are removed, the second oxide layer 14 is formed on the entire surface of the resultant product from which the nitride layer 12 and the first oxide layer 11 are removed, and then the gate electrode is formed. Impurity ions are implanted into the semiconductor substrate of the portion to be formed to form the impurity region 15.
(c)도에서는 상기 결과물 전면에 도전물질로서 예를들면 불순물이 도핑된 다결정실리콘을 소정의 두께로 증착시킨 후 패터닝하여 그 하부에 복수개의 트렌치가 상기 소스/드레인 영역(17)보다 하측으로 위치하는 게이트 전극(16)을 형성하고, 상기 게이트 전극(16) 양측에 스페이서(18)를 형성한 후 상기 게이트 전극(16)과 스페이서(18)를 마스크로 적용하여 상기 반도체기판(100) 내부에 불순물을 주입함으로써 소스/드레인 영역(17)을 형성한다.In (c), a polysilicon doped with, for example, an impurity doped as a conductive material is deposited on the entire surface of the resultant, and then patterned, whereby a plurality of trenches are positioned below the source / drain region 17. The gate electrode 16 is formed, the spacer 18 is formed on both sides of the gate electrode 16, and the gate electrode 16 and the spacer 18 are applied as a mask to the inside of the semiconductor substrate 100. The source / drain regions 17 are formed by implanting impurities.
반면 실시예 2에서는, 제6도에 도시한 바와 같이 상기 게이트 전극이 형성될 부분에만 포토레지스터로 사진식각마스크를 형성하고 이를 적용함으로써 복수개의 트렌치를 형성하고, 실시예 1과 다르게 게이트 전극이 형성되지 않을 부분을 식각함으로써 결과적으로 후속공정에 의한 소스/드레인 영역 형성시 상기 트렌치의 위치가 상기 소스/드레인 영역보다 위에 있도록 한다.On the other hand, in Example 2, as shown in FIG. 6, a plurality of trenches are formed by forming a photolithography mask with a photoresist only at a portion where the gate electrode is to be formed and applying the same, and differently from Example 1, a gate electrode is formed. Etching the part that will not be done will result in the location of the trench above the source / drain area when forming the source / drain area by a subsequent process.
이어서 상기 복수개의 트렌치 형성 후 결과물 전면에 제2산화막(14) 및 다결정실리콘을 도포한 후 상기 다결정실리콘을 패터닝하여 상기한 바와 같이 후속공정에 의한 소스/드레인영역(17)보다 상측에 복수개의 트렌치가 위치하는 게이트 전극(16)을 형성한다.Subsequently, after the formation of the plurality of trenches, the second oxide layer 14 and the polysilicon are coated on the entire surface of the resultant, and then the polycrystalline silicon is patterned to form a plurality of trenches above the source / drain region 17 by a subsequent process as described above. A gate electrode 16 is formed.
그리고 이후의 공정은 실시예 1과 동일하므로 제5도의 (c)도를 참조한다.The subsequent steps are the same as those in Example 1, so refer to FIG. 5C.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면 상기 복수개의 트렌치의 수에 따라 게이트 전극의 크기를 감소시키는 것이 가능하므로 고집적화에 매우 유리하며, 드레인 측에서의 핫 캐리어(hot carrier)주입시에도 게이트 전극의 높이차에 의해 Y방향의 전계가 적게 걸려 상기 핫캐리어에 의한 특성저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the size of the gate electrode according to the number of the plurality of trenches, which is very advantageous for high integration, and the difference in height of the gate electrode even when the hot carrier is injected at the drain side. The electric field in the Y direction is less likely to have a deterioration in characteristics caused by the hot carrier.
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