KR100787015B1 - Method for manufacturing semiconductor device capable of improving breakdown voltage characteristics - Google Patents
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Abstract
MOS 트랜지스터를 제조하기 위한 방법에서, MOS 트랜지스터 분리층 (16) 이 반도체 기판 내에 MOS 트랜지스터를 형성하기 위한 영역을 둘러싸도록 반도체 기판 (11) 내에 형성된다. 그 후, 제 1 불순물이 MOS 트랜지스터의 문턱 전압을 조절하기 위해 반도체 기판의 영역으로 주입된다. 또한, 제 2 불순물이 MOS 트랜지스터의 게이트 전극 (21) 이 형성될 MOS 트랜지스터 분리층에 인접한 전술한 영역의 주연부의 일부분으로만 주입된다.In a method for manufacturing a MOS transistor, a MOS transistor isolation layer 16 is formed in the semiconductor substrate 11 to surround an area for forming the MOS transistor in the semiconductor substrate. Thereafter, the first impurity is implanted into the region of the semiconductor substrate to adjust the threshold voltage of the MOS transistor. Further, the second impurity is injected only into a portion of the periphery of the above-mentioned region adjacent to the MOS transistor isolation layer where the gate electrode 21 of the MOS transistor is to be formed.
MOS 트랜지스터, 붕소, 게이트 전극, 분리층, STI 층 MOS transistor, boron, gate electrode, isolation layer, STI layer
Description
본 발명은 다음 도면들을 참조하여 종래 기술과 비교하면, 하기의 설명로부터 보다 명백하게 이해될 것이다. The invention will be more clearly understood from the following description when compared with the prior art with reference to the following drawings.
도 1a 는 반도체 디바이스에서 발생된 험프 (hump) 현상을 설명하기 위한 평면도.1A is a plan view for explaining a hump phenomenon generated in a semiconductor device.
도 1b 는 도 1a 의 B-B 선을 따른 단면도.FIG. 1B is a cross sectional view along line B-B in FIG. 1A; FIG.
도 1c 는 p-형 불순물 확산 영역이 가열 또는 어닐링 (annealing) 프로세스를 거친 후에 도 1b 의 p-형 불순물 확산 영역 내에서 붕소 원자의 농도를 도시하는 그래프.FIG. 1C is a graph showing the concentration of boron atoms in the p-type impurity diffusion region of FIG. 1B after the p-type impurity diffusion region undergoes a heating or annealing process. FIG.
도 2a 는 반도체 디바이스에서 발생된 역-험프 (reverse-hump) 현상을 설명하기 위한 평면도.2A is a plan view for explaining a reverse-hump phenomenon generated in a semiconductor device.
도 2b 는 도 2a 의 B-B 선을 따른 단면도.FIG. 2B is a cross sectional view along line B-B in FIG. 2A;
도 2c 는 n-형 불순물 확산 영역이 가열 또는 어닐링 프로세스를 거친 후에 도 2b 의 n-형 불순물 확산 영역 내에서 비소 (또는 인) 원자의 농도를 도시하는 그래프.FIG. 2C is a graph showing the concentration of arsenic (or phosphorus) atoms in the n-type impurity diffusion region of FIG. 2B after the n-type impurity diffusion region undergoes a heating or annealing process. FIG.
도 3a 내지 도 3j 는 반도체 디바이스를 제조하기 위한 종래 기술의 방법을 설명하기 위한 단면도.3A to 3J are cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
도 4a 는 도 3a 내지 도 3j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스트의 평면도.4A is a plan view of an n-channel MOS transistor obtained by the method shown in FIGS. 3A-3J.
도 4b 는 도 4a 의 B-B 선을 따른 단면도.4B is a cross sectional view along line B-B in FIG. 4A;
도 4c 는 p-형 불순물 확산 영역이 가열 또는 어닐링 프로세스를 거친 후에 도 4b 의 p-형 불순물 확산 영역 내에서 불순물 원자의 농도를 도시하는 그래프. FIG. 4C is a graph showing the concentration of impurity atoms in the p-type impurity diffusion region of FIG. 4B after the p-type impurity diffusion region undergoes a heating or annealing process. FIG.
도 5a 는 도 3a 내지 도 3j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스터의 서브 문턱 특성을 도시하는 그래프.FIG. 5A is a graph showing sub-threshold characteristics of an n-channel MOS transistor obtained by the method shown in FIGS. 3A to 3J.
도 5b 는 도 3a 내지 도 3j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스터의 브레이크다운 전압을 도시하는 그래프.FIG. 5B is a graph showing the breakdown voltage of the n-channel MOS transistor obtained by the method shown in FIGS. 3A to 3J.
도 6a 내지 도 6j 는 본 발명에 따른 반도체 디바이스를 제조하기 위한 방법의 제 1 실시형태를 설명하기 위한 단면도.6A to 6J are cross-sectional views for explaining a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
도 7 은 도 6f 의 포토레지스트 패턴 층의 평면도.FIG. 7 is a plan view of the photoresist pattern layer of FIG. 6F. FIG.
도 8a 는 도 6a 내지 도 6j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스트의 평면도.8A is a plan view of an n-channel MOS transistor obtained by the method shown in FIGS. 6A-6J.
도 8b 는 도 8a 의 B-B 선을 따른 단면도.FIG. 8B is a sectional view along the line B-B in FIG. 8A; FIG.
도 8c 는 p-형 불순물 확산 영역이 가열 또는 어닐링 프로세스를 거친 후에 도 8b 의 p-형 불순물 확산 영역 내에서 불순물 원자의 농도를 도시하는 그래프. FIG. 8C is a graph showing the concentration of impurity atoms in the p-type impurity diffusion region of FIG. 8B after the p-type impurity diffusion region has undergone a heating or annealing process. FIG.
도 9a 는 도 6a 내지 도 6j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스터의 서브 문턱 특성을 도시하는 그래프.9A is a graph showing the sub-threshold characteristics of an n-channel MOS transistor obtained by the method shown in FIGS. 6A-6J.
도 9b 는 도 6a 내지 도 6j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스터의 브레이크다운 전압 특성을 도시하는 그래프.9B is a graph showing breakdown voltage characteristics of an n-channel MOS transistor obtained by the method shown in FIGS. 6A to 6J.
도 10a 내지 도 10u 는 본 발명에 따른 반도체 디바이스를 제조하기 위한 방법의 제 2 실시형태를 설명하기 위한 단면도.10A to 10U are cross-sectional views illustrating a second embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
※도면의 주요 부호에 대한 설명※ Description of the major symbols in the drawings
101 실리콘 기판 102 소자 분리층101
103 p-형 불순물 확산 영역 104 이산화 실리콘 층103 p-type
105 게이트 전극 106 n+-형 불순물 확산 영역105 gate electrode 106 n + -type impurity diffusion region
12, 16 이산화 실리콘 층 13 질화 실리콘 층12, 16
14, 18a 개구 15 트렌치14, 18a opening 15 trench
17 p-형 불순물 확산 영역 18 포토레지스트 패턴 층17 p-type
본 발명은 STI (shallow trench isolation) 층 또는 LOCOS (Local Oxidation of Silicon) 층과 같은 두꺼운 소자 분리층에 의해 분할된 MOS (Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터와 같은 반도체 디바이스를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, such as a metal oxide semiconductor (MOS) transistor, partitioned by a thick device isolation layer, such as a shallow trench isolation (STI) layer or a local oxide of silicon (LOCOS) layer.
MOS 트랜지스터를 제조하는 경우, 불순물이 게이트 전극 아래의 실리콘 기판으로 주입되어 MOS 트랜지스터의 문턱 전압을 조절하게 된다. 반면, MOS 트랜지스터들을 서로 분할하기 위해, 이산화 실리콘으로 이루어진 LOCOS 층 또는 STI 층과 같은 두꺼운 소자 분리층이 도입되었다. When manufacturing a MOS transistor, impurities are injected into the silicon substrate under the gate electrode to adjust the threshold voltage of the MOS transistor. On the other hand, in order to divide the MOS transistors from each other, a thick device isolation layer such as a LOCOS layer or an STI layer made of silicon dioxide was introduced.
채널의 폭과 길이가 줄어드는 경우, 소위 좁은 채널 폭 효과가 현저해진다. 예를 들면, n-채널 MOS 트랜지스터에서, 붕소 원자는 문턱 전압을 조절하기 위해 게이트 전극 아래의 실리콘 기판으로 주입되지만, 이 경우에, 주입된 붕소 원자는 가열 또는 어닐링 프로세스에 기인한 두꺼운 소자 분리층에 의해 격리되어, 붕소 이온의 농도는 채널의 중앙에서보다 폭 방향으로 채널의 끝에서 더 낮아진다. 이것을 문턱 전압을 감소시키는 험프 (hump) 현상이라 한다. 유사하게, p-채널 MOS 트랜지스터에서, 문턱 전압을 조절하기 위해 게이트 전극 아래의 실리콘 기판내로 비소 (또는 인) 원자가 주입되지만, 이 경우에, 주입된 비소 (또는 인) 원자는 가열 또는 어닐링 프로세스에 기인한 두꺼운 소자 분리층에 의해 격리되어, 비소 (또는 인) 원자의 농도는 채널의 중앙에서보다 폭 방향으로 채널의 끝에서 더 높아진다. 이것을 문턱 전압의 절대값을 증가시키는 역-험프 (reverse-hump) 현상이라 부른다. When the width and length of the channel are reduced, the so-called narrow channel width effect becomes noticeable. For example, in an n-channel MOS transistor, boron atoms are implanted into the silicon substrate under the gate electrode to regulate the threshold voltage, but in this case, the implanted boron atoms are thicker device isolation layers due to heating or annealing processes. Isolated by, the concentration of boron ions is lower at the end of the channel in the width direction than at the center of the channel. This is called a hump phenomenon that reduces the threshold voltage. Similarly, in a p-channel MOS transistor, arsenic (or phosphorus) atoms are implanted into the silicon substrate under the gate electrode to regulate the threshold voltage, but in this case, the implanted arsenic (or phosphorus) atoms are subjected to a heating or annealing process. Isolated by the thick device isolation layer resulting in, the concentration of arsenic (or phosphorus) atoms is higher at the end of the channel in the width direction than at the center of the channel. This is called the reverse-hump phenomenon, which increases the absolute value of the threshold voltage.
반도체 디바이스를 제조하기 위한 종래 기술의 방법에서, 험프 또는 역-험프 현상을 보상하기 위하여, 붕소 원자와 같은 p-형 불순물이 소자 분리층에 인접한 활성 영역의 전체 주연부 (periphery) 내로 주입되어, 문턱 전압을 조절하기 위한 붕소 원자 또는 비소 (또는 인) 원자의 농도가 가열 또는 어닐링 프로세스가 완료된 후에, 채널의 끝과 채널의 중앙에서 실질적으로 균일해진다. 따라서, 문턱 전압은 변경되지 않는다 (일본 특허공개공보 제 2000-340791호 및 미국 특허 제 6,492,220호를 참고). 이 후, 이것을 상세하게 설명한다.In the prior art methods for manufacturing semiconductor devices, to compensate for the hump or anti-humpe phenomenon, p-type impurities such as boron atoms are implanted into the entire periphery of the active region adjacent to the device isolation layer, so that the threshold The concentration of boron atoms or arsenic (or phosphorus) atoms to regulate the voltage becomes substantially uniform at the end of the channel and at the center of the channel after the heating or annealing process is completed. Therefore, the threshold voltage is not changed (see Japanese Patent Laid-Open No. 2000-340791 and US Pat. No. 6,492,220). This will be described in detail later.
그러나, 상술한 종래 기술의 제조 방법에서 p-형 불순물이 소자 분리층에 인접한 활성 영역의 전체 주연부로 주입되기 때문에, 브레이크다운 전압 특성을 악화시킨다.However, in the above-described prior art manufacturing method, since the p-type impurity is injected into the entire periphery of the active region adjacent to the device isolation layer, the breakdown voltage characteristic is deteriorated.
본 발명에 따른 p-형 불순물은 게이트 전극의 아래에만 있는 소자 분리층에 인접한 활성 영역의 주연부의 일부분에 주입된다. 그 결과, 서브 문턱 특성의 개선이 유지되는 동시에, 브레이크다운 전압 특성이 개선될 수 있다.The p-type impurity according to the present invention is implanted in a portion of the periphery of the active region adjacent to the device isolation layer which is only below the gate electrode. As a result, while the improvement of the sub-threshold characteristic is maintained, the breakdown voltage characteristic can be improved.
바람직한 실시형태를 설명하기 전에, 반도체 디바이스를 제조하기 위한 종래 기술의 방법을 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 3a 내지 도 3j, 도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 5a 및 도 5b 를 참조하여 설명한다. Prior to describing preferred embodiments, prior art methods for manufacturing a semiconductor device are shown in FIGS. 1A, 1B, 1C, 2A, 2B, 2C, 3A-3J, 4A, 4B, and FIG. It demonstrates with reference to 4c, FIG. 5A, and FIG. 5B.
우선, 험프 현상을 도 1a, 도 1b 및 도 1c 를 참조하여 설명한다. 도 1a 는 n-채널 MOS 트랜지스터의 평면도이고, 도 1b 는 도 1a 의 B-B 선을 따른 단면도이고, 도 1c 는 p-형 불순물 영역이 가열 또는 어닐링 프로세스를 거친 후 문턱 전압 (Vthn) 을 조절하기 위한 도 1b 의 p-형 불순물 영역 내에서 붕소 원자의 농도를 도시하는 그래프이다. First, the hump phenomenon is demonstrated with reference to FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 1C. FIG. 1A is a plan view of an n-channel MOS transistor, FIG. 1B is a cross-sectional view along the BB line of FIG. 1A, and FIG. 1C is a diagram illustrating the adjustment of the threshold voltage V thn after a p-type impurity region is subjected to a heating or annealing process. Is a graph showing the concentration of boron atoms in the p-type impurity region of FIG.
도 1a 및 도 1b 에서, 도면 부호 101 은 소자 분리층 (102) 에 의해 둘러싸여진 p--형 단결정 실리콘 기판을 나타내고, 이 경우, 소자 분리층 (102) 은 필드 영역을 규정하도록 이산화 실리콘으로 이루어진 STI 층이다. 또한, p-형 불순물 확산 영역 (103) 은 문턱 전압 (Vthn) 을 조절하기 위해 활성 영역에서 실리콘 기판 (101) 내에 형성된다. 이 경우에, p-형 불순물 확산 영역 (103) 은 문턱 전압 (Vthn) 을 증가시키기 위해 작용된다. 또한, 게이트 이산화 실리콘 층 (104) 및 게이트 전극 (105) 은 활성 영역 상에 형성된다. 또한, 소스 영역과 드레인 영역으로 각각 기능하는 n+-형 불순물 확산 영역 (106S 및 106D) 은 게이트 전극 (105) 과 자기-정열 (self-alignment) 로 활성 영역에서 실리콘 기판 (101) 내에 형성된다.- in Figure 1a and Figure 1b, the
붕소 원자의 고체 용해도는 실리콘에서보다 이산화 실리콘에서 더 크다. 따라서, 도 1c 에서 보여지는 바와 같이, 붕소 원자는 상술한 가열 또는 어닐링 프로세스에 의해 실리콘 기판 (101) 으로부터 STI 층 (102) 으로 이동된다. 그 결과, 붕소 원자는 STI 층 (102) 에 의해 격리되어, 붕소 원자의 농도는 채널의 중앙에서보다 폭 방향으로 채널의 끝에서 더 낮게 된다. 이것을 특히, 짧은 채널형 MOS 트랜지스터에서, 문턱 전압 (Vthn) 을 감소시키는 험프 현상이라 칭한다. The solid solubility of boron atoms is greater in silicon dioxide than in silicon. Thus, as shown in FIG. 1C, the boron atoms are moved from the
다음으로, 역-험프 현상을 도 2a, 2b 및 2c 를 참조하여 설명한다. 도 2a 는 p-채널 MOS 트랜지스터의 평면도이고, 도 2b 는 도 2a 의 B-B 선을 따른 단면도이고, 도 2c 는 n-형 불순물 영역이 가열 또는 어닐링 프로세스를 거친 후에 문턱 전압 (Vthp) 을 조절하기 위한 도 2b 의 n-형 불순물 영역 내에서 비소 (또는 인) 원자의 농도를 도시하는 그래프이다. Next, the inverse humping phenomenon is explained with reference to FIGS. 2A, 2B and 2C. FIG. 2A is a plan view of a p-channel MOS transistor, FIG. 2B is a cross-sectional view along the BB line of FIG. 2A, and FIG. 2C is a diagram illustrating the adjustment of the threshold voltage V thp after the n-type impurity region has undergone a heating or annealing process. Is a graph showing the concentration of arsenic (or phosphorus) atoms in the n-type impurity region of FIG. 2B.
도 2a 및 도 2b 에서 도면 부호 201 은 소자 분리층 (202) 에 의해 둘러싸여진 n--형 단결정 실리콘 기판을 나타내고, 이 경우, 소자 분리층 (202) 은 필드 영역을 규정하도록 이산화 실리콘으로 이루어진 STI 층이다. 또한, n-형 불순물 확산 영역 (203) 은 문턱 전압 (Vthp) 을 조절하기 위해 활성 영역에서 실리콘 기판 (201) 내에 형성된다. 이 경우에, n-형 불순물 확산 영역 (203) 은 문턱 전압 (Vthp) 의 절대값을 증가시키기 위해 작용된다. 또한, 게이트 이산화 실리콘 층 (204) 및 게이트 전극 (205) 은 활성 영역 상에 형성된다. 또한, 소스 영역과 드레인 영역으로 각각 기능하는 p+-형 불순물 확산 영역 (206S 및 206D) 은 게이트 전극 (205) 과 자기-정열로 활성 영역에서 실리콘 기판 (201) 내에 형성된다.Figure 2a and in Figure 2b the
비소 (또는 인) 원자의 고체 용해도는 실리콘에서보다 이산화 실리콘에서 더 작다. 따라서, 도 2c 에서 되시된 바와 같이, 비소 (또는 인) 원자는 상술한 가열 또는 어닐링 프로세스에 의해 STI 기판 (202) 으로부터 실리콘 기판 (201) 으로 이동된다. 그 결과, 비소 (또는 인) 원자는 실리콘 기판 (201) 에 의해 격리되어, 비소 (또는 인) 원자의 농도는 채널의 중앙에서보다 폭 방향으로 채널의 끝에서 더 높게 된다. 이것을 특히, 짧은 채널형 MOS 트랜지스터에서, 문턱 전압 (Vthp) 의 절대값을 증가시키는 역-험프 현상이라 칭한다. The solid solubility of arsenic (or phosphorus) atoms is smaller in silicon dioxide than in silicon. Thus, as shown in FIG. 2C, arsenic (or phosphorus) atoms are moved from the
상술한 험프 현상을 보상하기 위해서, n-채널 MOS 트랜지스터와 같은 반도체 디바이스를 제조하기 위한 종래 기술의 방법을, 도 3a 내지 도 3j 를 참조하여 설명한다 (일본 특허공개공보 제 2000-340791호 및 미국 특허 제 6,492,220호를 참고).In order to compensate for the above-described hump phenomenon, a prior art method for manufacturing a semiconductor device such as an n-channel MOS transistor is described with reference to Figs. 3A to 3J (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-340791 and US Patent 6,492,220).
우선, 도 3a 를 참조하면, 이산화 실리콘 층 (302) 및 질화 실리콘 층 (303) 이 p--형 단결정 실리콘 기판 (301) 상에 증착된다. 이 경우에, 실리콘 기판 (301) 을 열산화시켜 이산화 실리콘 층 (302) 을 형성할 수 있다. 그 후, 개구 (304) 가 포토리소그래피 및 에칭 프로세스에 의한 질화 실리콘 층 (303) 및 이산화 실리콘 층 (302) 내에 관통된다. Referring first to Figure 3a, a
다음으로, 도 3b 를 참조하면, 질화 실리콘 층 (303) 및 이산화 실리콘 층 (302) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (301) 내로 붕소 이온이 주입된다. 그 결과, p-형 불순물 영역 (305) 은 개구 (304) 의 바닥과 이산화 실리콘 층 (302) 아래에서 형성된다. 즉, 붕소 이온이 실리콘 기판 (301) 에 대해 큰 확산 계수를 갖기 때문에, 붕소 이온은 수평 및 수직 방향을 따라 실리콘 기판 (301) 내로 용이하게 확산된다.Next, referring to FIG. 3B, boron ions are implanted into the
다음으로, 도 3c 를 참조하면, 질화 실리콘 층 (303) 및 이산화 실리콘 층 (302) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (301) 이 에칭된다. 그 결과, 트렌 치 (그루브 (groove); 306) 가 실리콘 기판 (301) 내에 형성된다.Next, referring to FIG. 3C, the
다음으로, 도 3d 를 참조하면, 이산화 실리콘 층 (307) 이, 열적 산화 프로세스 및 CVD (Chemical Vapor Deposition; 화학 증착법) 프로세스에 의해 실리콘 기판 (301) 의 트렌치 (306) 및 질화 실리콘 층 (303) 과 이산화 실리콘 층 (302) 의 개구 (304) 에 채워진다.Next, referring to FIG. 3D, the
다음으로, 도 3e 를 참조하면, 이산화 실리콘 층 (307), 질화 실리콘 층 (303) 및 이산화 실리콘 층 (302) 이 CMP (Chemical Mechanical Polishing; 화학 기계적 연마) 프로세스에 의해 평탄화된다. 그 결과 트렌치 (306) 내에만 이산화 실리콘 층 (307) 이 남겨진다. 따라서, 트렌치 (306) 내에 채워진 이산화 실리콘 층 (307) 이 STI 층으로서 기능하여 소자 형성 영역 (활성 에어리어) 를 서로로부터 분할한다.Next, referring to FIG. 3E, the
다음으로, 도 3f 를 참조하면, 붕소 이온은 실리콘 기판 (301) 내에 p-형불순물 확산 영역 (308) 을 형성하기 위해 실리콘 기판 (301) 으로 주입된다. p-형 불순물 확산 영역 (305) 을 포함하는 p-형 불순물 확산 영역 (308) 은 형성되어질 n-채널 MOS 트랜지스터의 문턱 전압 (Vthn) 을 조절하기 위해 사용된다.Next, referring to FIG. 3F, boron ions are implanted into the
다음으로, 도 3g 를 참조하면, 디바이스의 표면을 세정하고 린스한 후에, 실리콘 기판 (301) 을 열산화시켜 이산화 실리콘 층이 형성되고, CVD 프로세스에 의해 이산화 실리콘 층상에 다결정 실리콘 층이 증착된다. 그 후, 포토리소그래피와 에칭 프로세스에 의해 다결정 실리콘 층과 이산화 실리콘 층이 패터닝되어, 게이트 이산화 실리콘 층 (309) 과 게이트 전극 (310) 을 형성한다. Next, referring to FIG. 3G, after cleaning and rinsing the surface of the device, the
다음으로, 도 3h 를 참조하면, 게이트 전극 (310) 과 게이트 이산화 실리콘 층 (309) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (301) 내로 비소 이온이 주입된다. 그 결과, LDD (Lightly-Doped Drain) 구조를 위한 n--형 불순물 영역 (311S 및 311D) 이 실리콘 기판 (301) 내에 형성된다. Next, referring to FIG. 3H, arsenic ions are implanted into the
다음으로, 도 3i 를 참조하면, 이산화 실리콘 층이 CVD 프로세스에 의해 전체 표면상에 증착되고, 이방성 (anisotropic) 에칭 프로세스에 의해 이산화 실리콘 층이 다시 에칭된다. 그 결과, 측벽 이산화 실리콘 층 (312) 이 게이트 이산화 실리콘 층 (309) 과 게이트 전극 (310) 의 측벽상에 형성된다. Next, referring to FIG. 3I, a silicon dioxide layer is deposited on the entire surface by a CVD process, and the silicon dioxide layer is etched again by an anisotropic etching process. As a result, sidewall
최종적으로 도 3j 를 참조하면, 게이트 전극 (310), 게이트 이산화 실리콘 층 (309) 및 측벽 이산화 실리콘 층 (312) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (301) 내로 비소 이온이 다시 주입된다. 그 결과, 소스와 드레인으로 각각 기능하는 n+-형 불순물 영역 (313S 및 313D) 이 실리콘 기판 (301) 내에 형성된다. Finally, referring to FIG. 3J, arsenic ions are implanted back into the
도 4a 는 도 3a 내지 도 3j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스트의 평면도이고, 도 4b 는 도 4a 의 B-B 선을 따른 단면도이고, 도 4c 는 p-형 불순물 영역 (305 및 308) 이 가열 또는 어닐링 프로세스를 거친 후에, 문턱 전압 (Vthn) 을 조절하기 위해 도 4b 의 p-형 불순물 영역 (305) 을 포함하는 p-형 불순물 영역 (308) 내에서 붕소 원자의 농도를 도시하는 그래프이다.4A is a plan view of an n-channel MOS transistor obtained by the method shown in FIGS. 3A-3J, FIG. 4B is a cross-sectional view along the BB line of FIG. 4A, and FIG. 4C is a p-
도 4a 및 도 4b 에서 도시된 바와 같이, p-형 불순물 확산 영역 (305) 이 활성 영역의 전체 주연부상에 제공된다. 따라서, 도 4c 에 도시된 바와 같이, 붕소 원자가 전술한 가열 또는 어닐링 프로세스에 의해 실리콘 기판 (301) 으로부터 STI 층 (307) 으로 이동되는 경우, p-형 불순물 확산 영역 (305) 의 존재 때문에, 붕소 원자의 농도가 채널의 중앙과 폭 방향으로 채널의 끝에서 균일해진다. 따라서, 험프 현상이 보상될 수 있으며, 이것은 VG 가 게이트 전압이고 Id 가 드레인 전류인 도 5a 에 도시된 바와 같이 문턱 전압 (Vthn) 을 감소시키지 않는다. 도 5a 는 도 3a 내지 도 3j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스터의 서브 문턱 특성을 도시하는 그래프이다. 즉, p-형 불순물 확산 영역 (305) 이 제공되는 도 3a 내지 도 3j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스터의 서브 문턱 특성은, p-형 불순물 확산 영역 (305) 이 제공되지 않는 n-채널 MOS 트랜지스터의 서브 문턱 특성과 비교하여 개선된다. 서브 문턱 특성의 개선은 도 4a 에 점으로 해칭된 것으로 나타난 바와 같이, 게이트 전극 (310) 아래에 위치된 p-형 불순물 확산 영역 (305) 에 의해 주로 기인한다. As shown in Figs. 4A and 4B, a p-type
그러나, VD 가 소스 대 드레인 전압이고 ID 가 드레인 전류인 도 3a 내지 도 3j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스터의 브레이크다운 전압 특성을 도시하는 그래프인 도 5b 에 도시된 바와 같이, p-형 불순물 확산 영역 (305) 이 제공되는 도 3a 내지 도 3j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스터의 브레이크다운 전압 특성은, p-형 불순물 확산 영역 (305) 이 제공되지 않는 n-채널 MOS 트랜지스터의 브레이크다운 전압 특성과 비교하여 열화된다. 브레이크다운 전압 특성의 열화는, 도 4a 에서 진하게 더블-해칭된 부분에 의해 나타내진 바와 같이, 소스 영역 (311S (313S)) 과 드레인 영역 (311D (313D)) 에 위치된 p-형 불순물 확산 영역 (305) 에 주로 기인한다. 따라서, 특히, 불순물 확산 영역 (311S (313S) 및 311D (313D)) 의 크기를 감소시키도록 집적도가 향상된 경우, 브레이크다운 전압 특성이 더욱 열화된다.However, as shown in FIG. 5B, which is a graph showing breakdown voltage characteristics of an n-channel MOS transistor obtained by the method shown in FIGS. 3A-3J where V D is the source-to-drain voltage and I D is the drain current. Likewise, the breakdown voltage characteristic of the n-channel MOS transistor obtained by the method shown in FIGS. 3A to 3J in which the p-type
전술한 종래 기술의 방법은, 도 3a 내지 도 3j 의 불순물 확산 영역 (308, 311S (313S) 및 311D (313D)) 이 p-형인 p-채널 MOS 트랜지스터에 대해 유효하다. 즉, 서브 문턱 특성이 개선되도록 역-험프 현상이 p-형 불순물 확산 영역 (305) 에 의해 보상될지라도, 브레이크다운 전압 특성이 열화된다. The prior art method described above is effective for p-channel MOS transistors in which the
n-채널 MOS 트랜지스터와 같은 반도체 디바이스를 제조하기 위한 방법의 제 1 실시형태를 도 6a 내지 도 6j 를 참조하여 이후 설명한다.A first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device, such as an n-channel MOS transistor, will now be described with reference to FIGS. 6A-6J.
우선, 도 6a 를 참조하면, p--형 단결정 실리콘 기판 (11) 상에 이산화 실리콘 층 (12) 및 질화 실리콘 층 (13) 이 증착된다. 이 경우에, 실리콘 기판 (11) 을 열산화시켜 이산화 실리콘 층 (12) 이 형성될 수 있다. 그 후, 개구 (14) 가 포토리소그래피 및 에칭 프로세스에 의한 질화 실리콘 층 (13) 및 이산화 실리콘 층 (12) 내에 관통된다. First, referring to FIG. 6A, a
다음으로, 도 6b 를 참조하면, 질화 실리콘 층 (13) 및 이산화 실리콘 층 (12) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (11) 이 에칭된다. 그 결과 트렌치 (그루브 (groove); 15) 가 실리콘 기판 (11) 내에 형성된다.Next, referring to FIG. 6B, the
다음으로, 도 6c 를 참조하면, 이산화 실리콘 층 (16) 이, 열산화 프로세스 및 CVD 프로세스에 의해 실리콘 기판 (11) 의 트렌치 (15) 및 질화 실리콘 층 (13) 과 이산화 실리콘 층 (12) 의 개구 (14) 에 채워진다.Next, referring to FIG. 6C, the
다음으로, 도 6d 를 참조하면, 이산화 실리콘 층 (16), 질화 실리콘 층 (13) 및 이산화 실리콘 층 (12) 이 CMP 프로세스에 의해 평탄화된다. 그 결과, 트렌치 (15) 내에 이산화 실리콘 층 (16) 만이 남겨진다. 따라서, 트렌치 (15) 내에 채워진 이산화 실리콘 층 (16) 이 STI 층으로서 기능하여 소자 형성 영역 (활성 영역) 을 서로로부터 분할한다.Next, referring to FIG. 6D, the
다음으로, 도 6e 를 참조하면, 실리콘 기판 (11) 내에 p-형 불순물 확산 영역 (17) 을 형성하기 위해 실리콘 기판 (11) 내로 붕소 이온이 주입된다. p-형 불순물 확산 영역 (17) 이, 형성되어질 n-채널 MOS 트랜지스터의 문턱 전압 (Vthn) 을 조절하기 위해 사용된다.Next, referring to FIG. 6E, boron ions are implanted into the
다음으로, 도 6f 를 참조하면, 포토레지스트 층이 전체 표면상에 도포되고, 포토리소그래피 프로세스에 의해 포토레지스트 층이 패터닝되어, 이후에 형성될 게이트 전극 (21) 아래에만 있는 STI 층 (16) 에 인접한 활성 영역의 주연부의 일부분에 대응하는 개구 (18a) 를 갖는 포토레지스트 패턴 층 (18) 을 형성한다. 포토레지스트 패턴 층 (18) 이 도 7 에 도시된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (18) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (11) 내로 붕소 이온이 주입된다. 그 결과, 도 6f 에는 도시되지 않지만 도 7 에는 도시된 p-형 불순물 확산 영역 (19) 이 개구 (18a) 의 바닥 및 p-형 불순물 확산 영역 (17) 내에 형성된다. 즉, 붕소 이온은 실리콘 기판 (11), 즉, p-형 불순물 확산 영역 (17) 에 대한 큰 확산 계수를 갖고, 붕소 이온은 수평 및 수직 방향을 따라 p-형 불순물 확산 영역 (17) 으로 쉽게 확산된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (18) 이 에싱 (ashing) 프로세스 등에 의해 제거된다.Next, referring to FIG. 6F, a photoresist layer is applied on the entire surface, and the photoresist layer is patterned by a photolithography process, so that the
p-형 불순물 확산 영역 (17) 의 험프 현상을 보상하기 위해 도 6f 의 개구 (18a) 크기가 결정된다.The size of the
다음으로, 도 6g 를 참조하면, 디바이스의 표면을 세정하고 린스한 후에, 실리콘 기판 (11) 을 열산화시켜 이산화 실리콘 층이 형성되고, CVD 프로세스에 의해 이산화 실리콘 층상에 다결정 실리콘 층이 증착된다. 그 후, 다결정 실리콘 층과 이산화 실리콘 층이 포토리소그래피와 에칭 프로세스에 의해 패터닝되어, 게이트 이산화 실리콘 층 (20) 과 게이트 전극 (21) 을 형성한다. 6G, after cleaning and rinsing the surface of the device, the
도 6g 에서, 게이트 이산화 실리콘 층 (20) 은 그것의 형성 이후, 즉시 게이트 전극 (21) 과 자기-정열로 형성되지만, 사후단계에서 실리사이드 층 (미도시) 이 형성되기 전에, 게이트 이산화 실리콘 층 (20) 이 즉시 형성될 수 있다.In FIG. 6G, the gate
다음으로, 도 6h 를 참조하면, 게이트 전극 (21) 과 게이트 이산화 실리콘 층 (20) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (11) 으로 비소 이온이 주입된다. 그 결과, LDD 구조를 위한 n--형 불순물 영역 (22S 및 22D) 이 실리콘 기판 (11) 내에 형성된다. Next, referring to FIG. 6H, arsenic ions are implanted into the
다음으로, 도 6i 를 참조하면, CVD 프로세스에 의해 전체 표면상에 이산화 실리콘 층이 증착되고, 이방성 에칭 프로세스에 의해 이산화 실리콘 층이 다시 에칭된다. 그 결과, 측벽 이산화 실리콘 층 (23) 이 게이트 이산화 실리콘 층 (20) 과 게이트 전극 (21) 의 측벽상에 형성된다. Next, referring to FIG. 6I, a silicon dioxide layer is deposited on the entire surface by the CVD process, and the silicon dioxide layer is etched again by the anisotropic etching process. As a result, sidewall
최종적으로 도 6j 를 참조하면, 게이트 전극 (21), 게이트 이산화 실리콘 층 (20) 및 측벽 이산화 실리콘 층 (23) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (11) 내로 비소 이온이 다시 주입된다. 그 결과, 소스와 드레인으로 각각 기능하는 n+-형 불순물 영역 (24S 및 24D) 이 실리콘 기판 (11) 내에 형성된다. Finally, referring to FIG. 6J, arsenic ions are implanted back into the
도 8a 는 도 6a 내지 도 6j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스트의 평면도이고, 도 8b 는 도 8a 의 B-B 선을 따른 단면도이고, 도 8c 는 p-형 불순물 영역 (17 및 19) 이 가열 또는 어닐링 프로세스를 거친 후에 문턱 전압 (Vthn) 을 조절하기 위한 도 8b 의 p-형 불순물 영역 (19) 을 포함하는 p-형 불순물 영역 (17) 에서 붕소 원자의 농도를 도시하는 그래프이다. 8A is a plan view of an n-channel MOS transistor obtained by the method shown in FIGS. 6A-6J, FIG. 8B is a cross-sectional view along the BB line of FIG. 8A, and FIG. 8C is a p-
도 8a 및 도 8b 에서 도시된 바와 같이, p-형 불순물 확산 영역 (19) 이 활성 영역의 주연부의 일부분상에 제공된다. 따라서, 도 8c 에 도시된 바와 같이, 붕소 원자가 실리콘 기판 (11) 으로부터 STI 층 (16) 으로 전술한 가열 또는 어닐링 프로세스에 의해 이동되는 경우, p-형 불순물 확산 영역 (19) 의 존재 때문에, 붕소 원자의 농도가 채널의 중앙과 폭 방향으로 채널의 끝에서 균일해진다. 따라서, 험프 현상이 보상될 수 있으며, 이것은 VG 가 게이트 전압이고 Id 가 드레인 전류인 도 9a 에 도시된 바와 같이, 문턱 전압 (Vthn) 을 감소시키지 않는다. 도 9a 는 도 6a 내지 도 6j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스터의 서브 문턱 특성을 도시하는 그래프이다. 즉, p-형 불순물 확산 영역 (19) 이 제공되는 도 6a 내지 도 6j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스터의 서브 문턱 특성은, p-형 불순물 확산 영역 (305) 이 제공되는 n-채널 MOS 트랜지스터의 서브 문턱 특성과 같은 방식으로 개선된다. 서브 문턱 특성의 개선은 도 8a 에 점으로 해칭된 부분으로 나타난 바와 같이, 게이트 전극 (21) 아래에 위치된 p-형 불순물 영역 (19) 에 의해 주로 기인한다. As shown in Figs. 8A and 8B, a p-type
동시에, VD 가 소스 대 드레인 전압이고 ID 가 드레인 전류인 경우 도 6a 내지 도 6j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스터의 브레이크다운 전압 특성을 도시하는 그래프인 도 9b 에 도시된 바와 같이, p-형 불순물 확산 영역 (19) 이 제공되는 도 6a 내지 도 6j 에서 도시된 방법에 의해 획득된 n-채널 MOS 트랜지스터의 브레이크다운 전압 특성은, p-형 불순물 확산 영역 (17 및 19) 이 제공되지 않는 n-채널 MOS 트랜지스터의 브레이크다운 전압 특성과 비교하여 거의 열화되지 않는다. 즉, p-형 불순물 확산 영역 (19) 이 소스 영역 (22S, 24S) 과 드레인 영역 (22D, 24D) 의 주연부에 위치되지 않는다. 따라서, 특히, 불순물 확산 영역 (22S, 24S 및 22D, 24D) 의 크기를 감소시키도록 집적도가 향상된 경우, 브레이크다운 전압 특성이 거의 열화되지 않는다.At the same time, a graph showing the breakdown voltage characteristics of the n-channel MOS transistor obtained by the method shown in Figs. 6A to 6J when V D is the source-to-drain voltage and I D is the drain current is shown in Fig. 9B. As shown, the breakdown voltage characteristic of the n-channel MOS transistor obtained by the method shown in Figs. 6A to 6J, in which the p-type
전술한 제 1 실시형태는 도 6a 내지 도 6j 의 불순물 확산 영역 (17, 22S (24S) 및 22D (24D)) 이 p-형인 p-채널 MOS 트랜지스터에 대해 유효하다. 즉, 서브 문턱 특성이 개선되도록 역-험프 현상이 p-형 불순물 확산 영역 (19) 에 의해 보상되고 또한, 브레이크다운 전압 특성이 거의 열화되지 않는다. The first embodiment described above is effective for the p-channel MOS transistor in which the
전술한 제 1 실시형태에서, p-형 불순물 확산 영역 (17) 의 형성 이후 뒤이어, p-형 불순물 확산 영역 (19) 이 형성되었지만, p-형 불순물 확산 영역 (19) 의 형성 이후 뒤이어, p-형 불순물 확산 영역 (17) 이 형성될 수도 있다.In the first embodiment described above, after the formation of the p-type
2 개의 CMOS 회로와 같은 반도체 디바이스를 제조하기 위한 방법의 제 2 실시형태를 도 10a 내지 도 10j 를 참조하여 이후 설명한다. 이 경우에, 하나의 CMOS 회로는 3.3V 로 전원 공급된 하나의 n-채널 MOS 트랜지스터 (Qn1) 및 하나의 p-채널 MOS 트랜지스터 (Qp1) 에 의해 형성된 낮은 브레이크다운 전압 CMOS 회로이고, 다른 CMOS 회로는 5V 로 전원 공급된 하나의 n-채널 MOS 트랜지스터 (Qn2) 및 하나의 p-채널 MOS 트랜지스터 (Qp2) 에 의해 형성된 높은 브레이크다운 전압 CMOS 회로이다.A second embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device, such as two CMOS circuits, will now be described with reference to FIGS. 10A-10J. In this case, one CMOS circuit is a low breakdown voltage CMOS circuit formed by one n-channel MOS transistor Q n1 and one p-channel MOS transistor Q p1 powered at 3.3V, and the other The CMOS circuit is a high breakdown voltage CMOS circuit formed by one n-channel MOS transistor Q n2 and one p-channel MOS transistor Q p2 powered at 5V.
우선, 도 10a 를 참조하면, STI 층 (32) 이 도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d 의 실리콘 기판과 유사하게 p---형 단결정 실리콘 기판 (31) 내에 형성된다. 그 결과, 트랜지스터 (Qn1, Qp1, Qn2 및 Qp2) 에 대한 소자 형성 영역 (활성 영역) 이 서로로부터 분할된다.First, referring to FIG. 10A, an
다음으로, 도 10b 를 참조하면, n-채널 MOS 트랜지스터 (Qn2) 에 대응하는 개구 (33a) 를 갖는 포토레지스트 패턴 층 (33) 이 포토리소그래피 프로세스에 의해 실리콘 기판 (31) 상에 형성된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (33) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (31) 내로 비교적 높은 에너지에서 붕소 이온이 주입되어, p--형 불순물 확산 웰 (34) 을 형성한다. Next, referring to FIG. 10B, a
다음으로, 도 10c 를 참조하면, 포토레지스트 패턴 층 (33) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (31) 내로 비교적 낮은 에너지에서 붕소 이온이 주입되어, p--형 불순물 확산 웰 (34) 내에 p-형 불순물 확산 영역 (35) 을 형성한다. p-형 불순물 확산 영역 (35) 이 n-채널 MOS 트랜지스터 (Qn2) 의 문턱 전압 (Vthn2) 을 조절하기 위해 사용된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (33) 이 에싱 프로세스 등에 의해 제거된다.Next, referring to Figure 10c, the photoresist pattern by using the
다음으로, 도 10d 를 참조하면, p-채널 MOS 트랜지스터 (Qp2) 에 대응하는 개구 (36a) 를 갖는 포토레지스트 패턴 층 (36) 이 포토리소그래피 프로세스에 의해 실리콘 기판 (31) 상에 형성된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (36) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (31) 내로 비교적 높은 에너지에서 비소 (또는 인) 이온이 주입되어, n--형 불순물 확산 웰 (37) 을 형성한다. Next, referring to FIG. 10D, a
다음으로, 도 10e 를 참조하면, 포토레지스트 패턴 층 (36) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (31) 내로 비교적 낮은 에너지에서 비소 (또는 인) 이온이 주입되어, n--형 불순물 확산 웰 (34) 내에 n-형 불순물 확산 영역 (38) 을 형성한다. n-형 불순물 확산 영역 (38) 이 p-채널 MOS 트랜지스터 (Qp2) 의 문턱 전압 (Vthp2) 을 조절하기 위해 사용된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (36) 이 에싱 프로세스 등에 의해 제거된다.Next, referring to Figure 10e, the
다음으로, 도 10f 를 참조하면, n-채널 MOS 트랜지스터 (Qn1) 에 대응하는 개구 (39a), 이후에 형성될 게이트 전극 (47) 바로 아래에만 있는 STI 층 (32) 에 인접한 n-채널 MOS 트랜지스터 (Qn2) 의 활성 영역의 주연부의 일부분에 대응하는 개구 (39b) 및 이후에 형성될 게이트 전극 (47) 아래에만 있는 STI 층 (32) 에 인접한 n-채널 MOS 트랜지스터 (Qp2) 의 활성 영역의 주연부의 일부분에 대응하는 개구 (39c) 를 갖는 포토레지스트 패턴 층 (39) 이 포토리소그래피 프로세스에 의해 실리콘 기판 (31) 상에 형성된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (39) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (11) 내로 비교적 낮은 에너지에서 붕소 이온이 주입되어, 이 경우에 p-형 불순물 확산 웰로서 기능하는 p---형실리콘 기판 (31) 내에 p-형 불순물 확산 영역 (40) 을 형성한다. p-형 불순물 확산 영역 (40) 이 n-채널 MOS 트랜지스터 (Qn1) 의 문턱 전압 (Vthn1) 을 조절하기 위해 사용된다. 동시에, p-형 불순물 확산 영역 (미도시) 이 p-형 불순물 확산 영역 (35) 내의 개구 (39b) 의 바닥과 n-형 불순물 확산 영역 (38) 내의 개구 (39c) 의 바닥에서 형성되어, 그 내부에서 험프 현상과 역-험프 현상을 보상한다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (39) 이 에싱 프로세스 등에 의해 제거된다.Next, referring to FIG. 10F, the n-channel MOS adjacent to the
도 10f 의 개구 (39b 및 39c) 의 크기는 험프 현상과 역-험프 현상을 보상하기 위해 결정된다.The sizes of the
다음으로, 도 10g 를 참조하면, p-채널 MOS 트랜지스터 (Qp1) 에 대응하는 개구 (41a) 를 갖는 포토레지스트 패턴 층 (41) 이 포토리소그래피 프로세스에 의해 실리콘 기판 (31) 상에 형성된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (41) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (31) 내로 비교적 높은 에너지에서 비소 (또는 인) 이온이 주입되어, n---형 불순물 확산 웰 (42) 을 형성한다. Next, referring to FIG. 10G, a
다음으로, 도 10h 를 참조하면, 포토레지스트 패턴 층 (41) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (31) 내로 비교적 낮은 에너지에서 비소 (또는 인) 이온이 주입되어, n---형 불순물 확산 웰 (42) 내에 n-형 불순물 확산 영역 (43) 을 형성한다. n-형 불순물 확산 영역 (43) 이 p-채널 MOS 트랜지스터 (Qp1) 의 문턱 전압 (Vthp1) 을 조절하기 위해 사용된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (41) 이 에싱 프로세스 등에 의해 제거된다.Next, referring to Figure 10h, by using the
다음으로, 도 10i 를 참조하면, 비교적 두꺼운 게이트 이산화 실리콘 층 (44) 이 전체 표면상에 형성된다. 실리콘 기판 (31) 을 열산화시켜 비교적 두꺼운 게이트 이산화 실리콘 층 (44) 이 형성되는 경우, 비교적 두꺼운 게이트 이산화 실리콘 층 (44) 은 STI 층 (32) 상에 형성되지 않는다. Next, referring to FIG. 10I, a relatively thick gate
다음으로, 도 10j 를 참조하면, 포토레지스트 패턴 층 (45) 이, 트랜지스터 (Qn2 및 Qp2) 측상에만 있는 게이트 이산화 실리콘 층 (44) 상에 형성된다. 그 후, 트랜지스터 (Qn1 및 Qp1) 측상의 게이트 이산화 실리콘 층 (44) 이, 포토레지스트 패턴 층 (45) 을 에칭 마스크로서 사용하여 선택적으로 에칭된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (45) 이 에싱 프로세스 등에 의해 제거된다.Next, referring to FIG. 10J, a photoresist pattern layer 45 is formed on the gate
다음으로, 도 10k 를 참조하면, 비교적 얇은 게이트 이산화 실리콘 층 (46) 이 전체 표면상에 형성된다. 도시되지 않았지만 이 경우에는, 비교적 두꺼운 게이트 이산화 실리콘 층 (44) 도 더 두꺼워진다. 실리콘 기판 (31) 을 열산화시켜 비교적 얇은 게이트 이산화 실리콘 층 (46) 이 형성되는 경우, 비교적 얇은 게이트 이산화 실리콘 층 (46) 은 STI 층 (32) 상에 형성되지 않는다. Next, referring to FIG. 10K, a relatively thin gate
따라서, 비교적 얇은 게이트 이산화 실리콘 층 (46) 이 낮은 브레이크다운 전압 트랜지스터 (Qn1 및 Qp1) 에 대해 사용되는 데 반해, 비교적 두꺼운 게이트 이산화 실리콘 층 (44) 은 높은 브레이크다운 전압 트랜지스터 (Qn2 및 Qp2) 에 대해 사용된다. Thus, while relatively thin gate
다음으로, 도 10l 을 참조하면, CVD 프로세스에 의해 게이트 이산화 실리콘 층 (44 및 46) 상에 다결정 실리콘 층 (47) 이 증착된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (48) 이 포토리소그래피 프로세스에 의해 형성된다.Next, referring to FIG. 10L, a
다음으로, 도 10m 을 참조하면, 게이트 전극을 형성하기 위해 포토레지스트 패턴 층 (48) 을 에칭 마스크로서 사용하여 다결정 실리콘 층 (47) 이 에칭된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (48) 이 에싱 프로세스 등에 의해 제거된다.Next, referring to FIG. 10M, the
다음으로, 도 10n 을 참조하면, n-채널 MOS 트랜지스터 (Qn2) 에 대응하는 개구 (49a) 를 갖는 포토레지스트 패턴 층 (49) 이 포토리소그래피 프로세스에 의해 게이트 이산화 실리콘 층 (44) 상에 형성된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (49) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (31) 내로 비교적 낮은 에너지에서 비소 (또는 인) 이온이 주입되어, LDD 구조를 위한 n--형 불순물 확산 영역 (50) 을 형성한다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (49) 이 에싱 프로세스 등에 의해 제거된다.Next, referring to FIG. 10N, a
다음으로, 도 10o 를 참조하면, p-채널 MOS 트랜지스터 (Qp2) 에 대응하는 개구 (51a) 를 갖는 포토레지스트 패턴 층 (51) 이 포토리소그래피 프로세스에 의해 게이트 이산화 실리콘 층 (44) 상에 형성된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (51) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (31) 내로 비교적 낮은 에너지에서 붕소 이온이 주입되어, LDD 구조를 위한 p--형 불순물 확산 영역 (52) 을 형성한다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (51) 이 에싱 프로세스 등에 의해 제거된다. Next, referring to FIG. 10O, a
다음으로, 도 10p 를 참조하면, n-채널 MOS 트랜지스터 (Qn1) 에 대응하는 개구 (53a) 를 갖는 포토레지스트 패턴 층 (53) 이 포토리소그래피 프로세스에 의해 게이트 이산화 실리콘 층 (46) 상에 형성된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (53) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (31) 내로 비교적 낮은 에너지에서 비소 (또는 인) 이온이 주입되어, LDD 구조를 위한 n--형 불순물 확산 영역 (54) 을 형성한다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (53) 이 에싱 프로세스 등에 의해 제거된다. Next, referring to FIG. 10P, a
n--형 불순물 확산 영역 (54) 의 농도가 n--형 불순물 확산 영역 (50) 의 농도보다 더 커서, n-채널 MOS 트랜지스터 (Qn1) 의 브레이크다운 전압은 n-채널 MOS 트랜지스터 (Qn2) 의 브레이크다운 전압보다 더 작다.n - - type the concentration of the impurity diffusion region (54) n - - type breakdown voltage of the impurity diffused
다음으로, 도 10q 를 참조하면, p-채널 MOS 트랜지스터 (Qp1) 에 대응하는 개구 (55a) 를 갖는 포토레지스트 패턴 층 (55) 이 포토리소그래피 프로세스에 의해 게이트 이산화 실리콘 층 (46) 상에 형성된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (55) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (31) 내로 비교적 낮은 에너지에서 붕소 이온이 주입되어, LDD 구조를 위한 p--형 불순물 확산 영역 (56) 을 형성한다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (55) 이 에싱 프로세스 등에 의해 제거된다. Next, referring to FIG. 10Q, a
p--형 불순물 확산 영역 (56) 의 농도가 p--형 불순물 확산 영역 (52) 의 농도보다 더 커서, p-채널 MOS 트랜지스터 (Qp1) 의 브레이크다운 전압이 p-채널 MOS 트랜지스터 (Qp2) 의 브레이크다운 전압보다 작다는 점을 주목한다.p - - type the concentration of the impurity diffusion region (56) p - - type impurity breakdown voltage the p- channel MOS transistor (Q a
다음으로, 도 10r 을 참조하면, 이산화 실리콘 층이 CVD 프로세스에 의해 전체 표면상에 증착되고, 이산화 실리콘 층이 이방성 에칭 프로세스에 의해 다시 에칭된다. 그 결과, 측벽 이산화 실리콘 층 (57) 이 게이트 전극 (47) 의 측벽상 에 형성된다.Next, referring to FIG. 10R, a silicon dioxide layer is deposited on the entire surface by a CVD process, and the silicon dioxide layer is etched again by an anisotropic etching process. As a result, sidewall
다음으로, 도 10s 를 참조하면, n-채널 MOS 트랜지스터 (Qn2 및 Qn1) 에 대응하는 개구 (58a 및 58b) 를 갖는 포토레지스트 패턴 층 (58) 이 포토리소그래피 프로세스에 의해 게이트 이산화 실리콘 층 (44 및 46) 상에 형성된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (58) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (31) 내로 비교적 높은 에너지에서 비소 (또는 인) 이온이 주입되어, n+-형 불순물 확산 영역 (59) 을 형성한다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (58) 이 에싱 프로세스 등에 의해 제거된다.Next, referring to FIG. 10S, a
다음으로, 도 10t 를 참조하면, p-채널 MOS 트랜지스터 (Qp2 및 Qp1) 에 대응하는 개구 (60a 및 60b) 를 갖는 포토레지스트 패턴 층 (60) 이 포토리소그래피 프로세스에 의해 게이트 이산화 실리콘 층 (44 및 46) 상에 형성된다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (60) 을 마스크로서 사용하여 실리콘 기판 (31) 내로 비교적 높은 에너지에서 붕소 이온이 주입되어, p+-형 불순물 확산 영역 (61) 을 형성한다. 그 후, 포토레지스트 패턴 층 (60) 이 에싱 프로세스 등에 의해 제거된다.Next, referring to FIG. 10T, the
따라서, 두 종류의 브레이크다운 전압을 갖는 CMOS 반도체 디바이스가 도 10u 에서 도시된 바와 같이 획득된다. 실리사이드 층 (미도시) 이 사후단계에서 형성되기 전에, 불순물 확산 영역 (59 및 61) 상에 게이트 이산화 실리콘 층 (44 및 46) 이 즉시 제거된다. 그러나, 불순물 확산 영역 (50, 52, 54, 56, 59 및 61) 상의 게이트 이산화 실리콘 층 (44 및 46) 은 게이트 전극 (47) 이 형성된 후에 즉시 게이트 전극 (47) 과 자기-정열로 제거될 수 있다.Thus, a CMOS semiconductor device having two kinds of breakdown voltages is obtained as shown in Fig. 10u. Before the silicide layer (not shown) is formed in the post step, the gate silicon dioxide layers 44 and 46 are immediately removed on the
상술한 제 2 실시형태에서, 도 10f 의 개구 (39b 및 39c) 아래의 p-형 불순물 영역 (미도시) 의 형성은 도 10f 의 개구 (39a) 아래의 p-형 불순물 확산 영역 (40) 의 형성과 동시에 수행되어, 이전의 p-형 불순물 확산 영역에 대한 추가적인 프로세스가 불필요해지며, 이것은 제조 단계를 증가시키지 않는다. In the above-described second embodiment, the formation of p-type impurity regions (not shown) under the
또한, 상술한 제 2 실시형태에서, 개구 (39b 및 39c) 아래의 p-형 불순물 영역이 게이트 전극 아래에만 있는 STI 층에 인접한 활성 영역의 일부분에 있지만, 종래 기술에서와 같이 활성 영역의 전체 주연부에서 이러한 p-형 불순물 확산 영역이 형성되는 경우에도, 이에 대한 추가적인 프로세스가 불필요하고 제조 단계를 증가시키지 않는다.Further, in the above-described second embodiment, the p-type impurity region under the
상술한 실시형태에서, 두꺼운 소자 분리층이 STI 층에 의해 형성되지만, 이 두꺼운 소자 분리층이 LOCOS 층에 의해 형성될 수 있다.In the above embodiment, the thick device isolation layer is formed by the STI layer, but this thick device isolation layer may be formed by the LOCOS layer.
위에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 험프 현상 또는 역-험프 현상이 보상되는 동안에 브레이크다운 전압 특성이 개선될 수 있어서, 서브 문턱 특성이 유지된다. As described above, according to the present invention, the breakdown voltage characteristic can be improved while the hump phenomenon or the anti-hump phenomenon is compensated, so that the sub-threshold characteristic is maintained.
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