KR20010038179A - method for fabricating SOI device - Google Patents
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Abstract
채널 영역 하부에서 플로우팅 바디 효과(floating body effect)가 유발되는 것을 방지하여 SOI 제품의 특성 최적화를 이룰 수 있도록 한 SOI 소자 제조방법이 개시된다. 이를 구현하기 위하여 본 발명에서는, 제 1 실리콘층 상부에는 BOX층이 형성되고, 상기 BOX층 상에는 제 2 실리콘층이 형성되어 있는 구조의 SOI 기판을 준비하는 단계와, 채널 형성부를 한정하는 절연 재질의 마스크를 이용하여 상기 제 1 실리콘층의 표면이 소정 부분 노출되도록, 상기 제 2 실리콘층과 상기 BOX층을 순차 식각하여 상기 SOI 기판 내에 홈을 형성하는 단계와, 상기 홈 내에 평탄화된 에피층을 형성하는 단계와, 소자분리영역을 한정하는 절연 재질의 마스크를 이용하여 상기 BOX층의 표면이 소정 부분 노출되도록 상기 제 2 실리콘층을 식각하는 단계와, 상기 제 2 실리콘층의 식각 부위에 소자격리막을 형성하는 단계와, 상기 에피층을 포함한 상기 제 2 실리콘층 상의 소정 부분에 게이트 산화막을 개제하여 게이트 전극을 형성하는 단계 및, 상기 게이트 전극 양 에지측의 상기 제 2 실리콘층 내에 LDD 구조의 소스/드레인 영역을 형성하는 단계로 이루어진 SOI 소자 제조방법이 제공된다.Disclosed is a method of fabricating an SOI device in which a floating body effect is prevented from occurring below a channel region to achieve optimization of characteristics of an SOI product. In order to achieve this, in the present invention, a step of preparing an SOI substrate having a structure in which a BOX layer is formed on the first silicon layer and a second silicon layer is formed on the BOX layer, and an insulating material defining a channel forming part Sequentially etching the second silicon layer and the BOX layer to expose a predetermined portion of the surface of the first silicon layer using a mask to form a groove in the SOI substrate, and to form a planarized epi layer in the groove. Etching the second silicon layer to expose a portion of the surface of the BOX layer using a mask made of an insulating material defining an isolation region, and forming a device isolation layer on the etched portion of the second silicon layer. Forming a gate electrode by forming a gate oxide film on a predetermined portion of the second silicon layer including the epitaxial layer, and The SOI device manufacturing method comprising forming source / drain regions of the LDD structure in the second silicon layer of the gate electrode both side edges is provided.
Description
본 발명은 반도체 소자 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 채널 영역 하부에서 플로우팅 바디 효과(floating body effect)가 유발되는 것을 방지하여 SOI 제품의 특성 최적화를 이룰 수 있도록 한 SOI 소자 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for fabricating a semiconductor device, and more particularly, to a method for fabricating an SOI device in which a floating body effect is prevented from occurring below a channel region, thereby optimizing characteristics of an SOI product. will be.
최근, 절연층(insulator layer) 위에 단결정 실리콘층(single crystal silicon layer)을 형성하고, 상기 실리콘층 상에 단위 소자를 집적하는 SOI(silicon on insulator) 기술이 주목받고 있다. 이는 상기 기술을 적용하여 제조된 반도체 소자(예컨대, SOI)의 경우, 실리콘 기판과 상층부의 단위 소자가 산화층(일명, BOX(buried oxide)층이라 한다)에 의해 완전히 분리되는 구조를 가지므로, 소자 구동시 정션 커패시턴스(junction capacitance)를 줄일 수 있게 되어 일반 벌크 소자(bulk device)에 비해 스피드(speed) 향상을 이룰 수 있기 때문이다.In recent years, a silicon on insulator (SOI) technology that forms a single crystal silicon layer on an insulator layer and integrates a unit device on the silicon layer has attracted attention. This is because in the case of a semiconductor device (eg, SOI) manufactured by applying the above technology, the silicon substrate and the unit device in the upper layer have a structure in which the oxide layer (aka, a buried oxide (BOX) layer) is completely separated. This is because it is possible to reduce the junction capacitance during driving, thereby achieving speed improvement compared to a general bulk device.
도 1에는 종래 일반적으로 사용되어 오던 SOI 소자 구조를 도시한 단면도가 제시되어 있다.1 is a cross-sectional view showing the structure of the SOI device that has been commonly used in the prior art.
도 1의 단면도에 의하면, 종래의 SOI 소자는 제 1 실리콘층(10) 상부에 형성된 BOX층(12)과 상기 BOX층(12) 상부에 형성된 제 2 실리콘층(14)으로 이루어진 SOI 기판의, 제 2 실리콘층(14) 내의 소정 부분(소자분리영역)에는 저면이 BOX층(12)과 접하도록 소자격리막(16)이 형성되고, 상기 소자격리막(16) 사이의 제 2 실리콘층(14) 상에는 게이트 산화막(18)을 개제하여 게이트 전극(20)이 형성되며, 상기 게이트 전극(20)의 양 측벽에는 스페이서(24)가 형성되고, 상기 게이트 전극(20) 양 에지측의 제 2 실리콘층(14) 내에는 저면이 BOX층(12)과 접하는 LDD(lightly doped drain) 구조의 소스/드레인 영역(22a),(22b)이 형성되도록 이루어져, BOX층(12)과 소자격리막(16)에 의해 밀폐된 액티브영역이 트랜지스터의 채널 영역으로 사용되도록 소자 설계가 이루어져 있음을 알 수 있다.According to the cross-sectional view of FIG. 1, a conventional SOI device includes a BOX layer 12 formed on the first silicon layer 10 and a second silicon layer 14 formed on the BOX layer 12. A device isolation film 16 is formed in a predetermined portion (device isolation region) in the second silicon layer 14 so that the bottom surface is in contact with the BOX layer 12, and the second silicon layer 14 between the device isolation films 16 is formed. A gate electrode 20 is formed by interposing a gate oxide film 18 thereon, spacers 24 are formed on both sidewalls of the gate electrode 20, and a second silicon layer on both edges of the gate electrode 20 is formed. In the 14, source / drain regions 22a and 22b having a lightly doped drain (LDD) structure having a bottom surface in contact with the BOX layer 12 are formed, so that the BOX layer 12 and the device isolation film 16 are formed. It can be seen that the device design is made such that the sealed active region is used as the channel region of the transistor.
그러나, 상기 구조를 가지도록 SOI 소자를 제조할 경우에는 트랜지스터 구동시 다음과 같은 문제가 발생된다. 여기서는 일 예로서, SOI 기판을 이루는 제 1 및 제 2 실리콘층(10),(14)은 P형으로 구성되고, 소스/드레인 영역(22a),(22b)은 고농도 N형으로 구성된 NMOS 트랜지스터에 대하여 살펴본다.However, when the SOI device is manufactured to have the above structure, the following problem occurs when driving the transistor. Here, as an example, the first and second silicon layers 10 and 14 constituting the SOI substrate are formed of a P type, and the source / drain regions 22a and 22b are formed in an NMOS transistor formed of a high concentration N type. Examine.
트랜지스터를 구동하기 위해서는 게이트 전극와 드레인 영역에 각각 VG와 VD를 인가해 주어야 하는데, NMOS 트랜지스터의 경우 VD가 증가되면 채널을 지나는 전자(electron)이 증가하게 되어 전류의 흐름이 커지게 된다. VD증가로 인해 전류의 흐름이 커지면 이 전자들이 드레인 영역 내에서 실리콘과 충돌되어져 실리콘 전자와 홀(hole)을 생성하게 되고, 그 결과 상기 홀들은 포텐셜(potential) 차이에 의해 바디(body)(소자격리막과 BOX층에 의해 밀폐된 액티브영역을 나타냄)쪽으로 모이게 된다.In order to drive the transistor, V G and V D must be applied to the gate electrode and the drain region, respectively. In the case of an NMOS transistor, when V D increases, electrons passing through the channel increase, thereby increasing current flow. As the current flow increases due to the increase in V D, these electrons collide with silicon in the drain region to generate holes and silicon electrons. As a result, the holes are formed by the difference in potential (body). To an active region enclosed by the device isolation film and the BOX layer.
바디쪽으로 홀들이 모일 경우, 벌크 소자의 경우에 있어서는 이들이 그라운드 접지된 기판을 통해 모두 빠져 나가므로 문제가 발생되지 않으나, SOI 소자의 경우에 있어서는 바디 밑에 BOX층이 매립되어져 있어 상기 홀들이 제 1 실리콘층쪽으로 빠져나가지 못하고 바디 내에 지속적으로 쌓이게 되므로, 바디의 포텐셜 즉, 전압이 변화되는 현상이 발생하게 된다. 이와 같이 바디의 전압이 일정하게 정해져 있지 않고 변화되는 상태를 바디가 플로우팅된 상태 즉, 플로우팅 바디 효과가 발생되었다고 한다.In the case of bulk elements, the holes do not have a problem because they exit through the ground-grounded substrate in the case of the bulk element, but in the case of the SOI element, the BOX layer is buried under the body so that the holes are formed in the first silicon. Since it does not escape to the layer and continuously accumulates in the body, the potential of the body, that is, the voltage is changed. As described above, a state in which the body is floated, that is, a floating body effect is generated, is changed.
플로우팅 바디 효과가 발생될 경우, 트랜지스터의 문턱전압(Vth)이 낮아지거나 SRAM의 다이나믹(dynamic) 특성이 불안정해져 데이터 에러(data error)가 발생되는 등의 소자 특성 저하가 야기되므로, 이에 대한 개선책이 시급하게 요구되고 있다.When the floating body effect occurs, device characteristics such as lowering the threshold voltage (Vth) of the transistor or unstable dynamic characteristics of the SRAM may cause data error, resulting in deterioration of device characteristics. This is urgently required.
이에 본 발명의 목적은, SOI 소자 제조시 공정 변경을 통하여 BOX층 상단부에 형성되는 단위 소자(트랜지스터)의 채널 영역과 그 직하 부분에 놓여진 BOX층 하단의 실리콘층을 직접 연결시켜 주므로써, 채널 영역 하부에서의 플로우팅 바디 효과 발생을 막을 수 있도록 하여 SOI 제품의 특성 최적화를 이룰 수 있도록 한 SOI 소자 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to directly connect a channel region of a unit element (transistor) formed at an upper end of a BOX layer and a silicon layer at a lower end of a BOX layer placed directly under the BOX layer through a process change during fabrication of an SOI device. The present invention provides a method of manufacturing an SOI device capable of optimizing characteristics of an SOI product by preventing floating body effects from occurring at the bottom.
도 1은 종래의 SOI 소자 구조를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing a conventional SOI device structure,
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 SOI 소자 제조방법을 도시한 공정수순도,2A to 2F are process flowcharts illustrating a method for fabricating an SOI device according to a first embodiment of the present invention;
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 SOI 소자 제조방법을 도시한 공정수순도이다.3A to 3F are process flowcharts illustrating a method for fabricating an SOI device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 제 1 실리콘층 상부에는 BOX층이 형성되고, 상기 BOX층 상에는 제 2 실리콘층이 형성되어 있는 구조의 SOI 기판을 준비하는 단계와, 채널 형성부를 한정하는 절연 재질의 마스크를 이용하여 상기 제 1 실리콘층의 표면이 소정 부분 노출되도록, 상기 제 2 실리콘층과 상기 BOX층을 순차 식각하여 상기 SOI 기판 내에 홈을 형성하는 단계와, 상기 홈 내에 평탄화된 에피층을 형성하는 단계와, 소자분리영역을 한정하는 절연 재질의 마스크를 이용하여 상기 BOX층의 표면이 소정 부분 노출되도록 상기 제 2 실리콘층을 식각하는 단계와, 상기 제 2 실리콘층의 식각 부위에 소자격리막을 형성하는 단계와, 상기 에피층을 포함한 상기 제 2 실리콘층 상의 소정 부분에 게이트 산화막을 개제하여 게이트 전극을 형성하는 단계 및, 상기 게이트 전극 양 에지측의 상기 제 2 실리콘층 내에 LDD 구조의 소스/드레인 영역을 형성하는 단계로 이루어진 SOI 소자 제조방법이 제공된다.In order to achieve the above object, in the present invention, a step of preparing an SOI substrate having a structure in which a BOX layer is formed on the first silicon layer, and a second silicon layer is formed on the BOX layer, and insulation defining a channel forming portion. Forming a groove in the SOI substrate by sequentially etching the second silicon layer and the BOX layer so that the surface of the first silicon layer is partially exposed by using a mask made of a material; Etching the second silicon layer to expose a portion of the surface of the BOX layer using a mask made of an insulating material defining an isolation region, and forming an element on the etched portion of the second silicon layer. Forming a separator and forming a gate electrode by interposing a gate oxide film on a predetermined portion of the second silicon layer including the epitaxial layer; And forming a source / drain region of an LDD structure in the second silicon layer on both edges of the gate electrode.
이때, 상기 홈은 제 2 실리콘층과 BOX층을 동일 면적 식각하여 "기둥" 형상을 가지도록 형성할 수도 있고, 제 2 실리콘층을 BOX층보다 더 와이드하게 식각하여 "T"자 형상을 가지도록 형성할 수도 있다. 상기 홈 내의 평탄화된 에피층은 CMP 공정이나 PR 에치백 공정에 의해 형성된다.In this case, the groove may be formed to have a "pillar" shape by etching the same area of the second silicon layer and the BOX layer, and to have a "T" shape by etching the second silicon layer more wider than the BOX layer. It may be formed. The planarized epi layer in the groove is formed by a CMP process or a PR etch back process.
상기와 같이 공정을 진행할 경우, BOX층 상단에 형성된 트랜지스터의 채널 영역 즉, 바디가 그 직하 부분의 BOX층을 관통하여 제 1 실리콘층과 직접 연결되는 구조를 가지도록 소자 제조가 이루어지므로, 소자 구동시 VD증가로 인해 전류의 흐름이 커지게 되어 홀들이 바디쪽으로 모이는 현상이 야기되더라도 이들이 모두 그라운드 접지된 기판 즉, 제 1 실리콘층쪽으로 빠져나가게 되므로, 채널 영역 하부에서의 플로우팅 바디 효과는 나타나지 않게 된다.In the process as described above, since the device fabrication is made so that the channel region of the transistor formed on the top of the BOX layer, that is, the body is directly connected to the first silicon layer through the BOX layer directly below, the device is driven Although the increase in current V D causes a large flow of currents, which causes holes to collect toward the body, they all exit to the ground-grounded substrate, that is, the first silicon layer. Will not.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제 1 실시예에서 제안된 SOI 소자 제조방법을 도시한 공정수순도를 나타낸다. 이를 참조하여 그 제조방법을 제 6 단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다.2A to 2F show a process flowchart showing the method for manufacturing the SOI device proposed in the first embodiment of the present invention. Referring to this, looking at the manufacturing method divided into six steps as follows.
제 1 단계로서, 도 2a에 도시된 바와 같이 제 1 실리콘층(100) 상에는 BOX층(102)이 형성되고, 상기 BOX층(102) 상에는 제 2 실리콘층(104)이 형성되어 있는 구조의 SOI 기판을 준비한다.As a first step, as illustrated in FIG. 2A, a SOI having a structure in which a BOX layer 102 is formed on the first silicon layer 100, and a second silicon layer 104 is formed on the BOX layer 102. Prepare the substrate.
제 2 단계로서, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 SOI 기판 상에 산화막 재질의 제 1 마스크층(106)과 질화막 재질의 제 2 마스크층(108)을 순차적으로 형성한 다음, 그 위에 트랜지스터의 채널 형성부를 한정하는 포토레지스트 패턴(미 도시)을 형성한다. 상기 레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 제 1 및 제 2 마스크층(106),(108)을 식각한 후 레지스트 패턴을 제거하고, 식각처리된 제 1 및 제 2 마스크층(106),(108)에 의해 보호되지 못한 부분의 제 2 실리콘층(104)과 BOX층(102)을 식각 공정을 통해 제거한다. 그 결과, SOI 기판 내에 상·하단부에서의 선폭 변화가 없는 "기둥" 형상의 홈(groove)(g)이 만들어지게 된다. 이어, 상기 홈(g)을 포함한 결과물 상에 에피텍셜 Si이나 에피텍셜 Si-Ge 재질의 에피층(110)을 성장시킨다. 이때, 상기 에피층(110)은 절연 재질의 마스크층(108) 상에서는 거의 성장이 이루어지지 않으므로 여기서는 편의상, 홈 내부를 포함한 그 인접부를 따라서만 에피층의 성장이 이루어졌다고 보고 이후의 공정 진행을 설명한다. 이 경우, 상기 에피층(110)은 제 2 마스크층(108)의 표면으로부터의 두께 t가 300nm 이하의 값을 가지도록 성장시키는 것이 바람직하다.As a second step, as shown in FIG. 2B, a first mask layer 106 made of an oxide film and a second mask layer 108 made of a nitride film are sequentially formed on the SOI substrate, and then a channel of the transistor is formed thereon. A photoresist pattern (not shown) defining the formation portion is formed. The first and second mask layers 106 and 108 are etched using the resist pattern as a mask, and then the resist patterns are removed, and the first and second mask layers 106 and 108 are etched. The second silicon layer 104 and the BOX layer 102 in portions not protected by the etching process are removed through an etching process. As a result, grooves g of a “pillar” shape having no line width change in the upper and lower ends are formed in the SOI substrate. Subsequently, the epitaxial layer 110 made of epitaxial Si or epitaxial Si-Ge is grown on the resultant including the groove g. In this case, since the epi layer 110 hardly grows on the mask layer 108 made of an insulating material, here, for convenience, the epi layer is grown only along the adjacent part including the inside of the groove. do. In this case, the epi layer 110 is preferably grown such that the thickness t from the surface of the second mask layer 108 has a value of 300 nm or less.
제 3 단계로서, 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 에피층(110)을 CMP법을 적용하여 평탄화한다. 이 과정에서 제 2 마스크층(108)도 일부 함께 제거된다. 본 실시예에서는 일 예로서, 에피층(110)이 SOI 기판을 이루는 제 2 실리콘층(104)과 동일 단차를 가지도록 평탄화된 경우에 한하여 도시되어 있으나 상기 에피층은 이 보다 다소 높은 단차를 가지도록 평탄화해 주어도 무방하다.As a third step, as shown in FIG. 2C, the epi layer 110 is planarized by applying the CMP method. In this process, the second mask layer 108 is also partially removed. In the present embodiment, for example, the epi layer 110 is shown to be flattened to have the same step as the second silicon layer 104 forming the SOI substrate, but the epi layer has a somewhat higher step than this. It may be flattened so as to be flat.
제 4 단계로서, 도 2d에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 마스크층(106),(108)을 제거하고, 상기 결과물 전면에 산화막 재질의 제 3 마스크층(112)과 질화막 재질의 제 4 마스크층(114)을 순차적으로 형성한 다음, 그 위에 소자분리영역을 한정하는 포토레지스트 패턴(미 도시)을 형성한다. 상기 레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 제 3 및 제 4 마스크층(112),(114)을 식각한 후 레지스트 패턴을 제거하고, 식각처리된 제 3 및 제 4 마스크층(112),(114)에 의해 보호되지 못한 부분(즉, 소자분리영역으로 사용되어질 부분)의 제 2 실리콘층(104)을 식각 공정에 의해 제거한다. 그 결과, BOX층(102)의 표면이 소정 부분 노출되게 된다.As a fourth step, as illustrated in FIG. 2D, the first and second mask layers 106 and 108 are removed, and the third mask layer 112 made of an oxide film and the fourth material made of a nitride film are formed on the entire surface of the resultant product. After the mask layer 114 is formed sequentially, a photoresist pattern (not shown) defining an isolation region is formed thereon. After the third and fourth mask layers 112 and 114 are etched using the resist pattern as a mask, the resist patterns are removed, and the etched third and fourth mask layers 112 and 114 are etched. The second silicon layer 104 of the portion that is not protected by (ie, the portion to be used as the isolation region) is removed by an etching process. As a result, the surface of the BOX layer 102 is exposed to a predetermined portion.
제 5 단계로서, 도 2e에 도시된 바와 같이 상기 결과물 전면에 막질 증착법으로 소정 두께의 산화층을 형성하고, CMP법으로 제 2 실리콘층(104)의 표면이 노출될 때까지 이를 평탄화하여 상기 기판 내에 소자격리막(116)을 형성한다.As a fifth step, as shown in FIG. 2E, an oxide layer having a predetermined thickness is formed on the entire surface of the resultant by a film deposition method, and planarizes it until the surface of the second silicon layer 104 is exposed by CMP. An element isolation film 116 is formed.
제 6 단계로서, 도 2f에 도시된 바와 같이 상기 에피층(110)을 포함한 제 2 실리콘층(104) 상의 소정 부분에 게이트 산화막(118)을 개제하여 게이트 전극(120)을 형성한다. 이어, 상기 게이트 전극(120)을 마스크로 이용하여 상기 기판 상으로 저농도 불순물을 이온주입하고, 게이트 전극(120)의 양 측벽에 절연 재질의 스페이서(124)를 형성한 다음, 상기 결과물 상으로 고농도 불순물을 이온주입하여 게이트 전극(120) 양 에지측의 제 2 실리콘층(104) 내부에 저면이 BOX층(102)과 접하는 LDD 구조의 소스/드레인 영역(122a),(122b)을 형성해 주므로써, 본 공정 진행을 완료한다.As a sixth step, as shown in FIG. 2F, the gate electrode 120 is formed by interposing a gate oxide film 118 in a predetermined portion on the second silicon layer 104 including the epi layer 110. Subsequently, a low concentration of impurities are ion-implanted onto the substrate using the gate electrode 120 as a mask, and spacers 124 of an insulating material are formed on both sidewalls of the gate electrode 120, and then high concentrations are formed on the resultant. By implanting impurities, the source / drain regions 122a and 122b of the LDD structure whose bottom surface is in contact with the BOX layer 102 are formed in the second silicon layer 104 on both edges of the gate electrode 120. The process is completed.
본 실시예의 경우, 상기 에피층(110)은 폴리 다결정 Si이나 폴리 다결정 Si-Ge으로 대체 가능하며, 홈(g) 내에 평탄화된 에피층을 형성하는 공정은 CMP법 대신에 포토레지스트(이하, P/R이라고 한다) 에치백 기술을 적용하여 실시할 수도 있다. 단, PR 에치백 기술을 적용하여 에피층(110)을 평탄화하고자 할 경우에는 에피층(110)의 성장이 완료된 상기 결과물 전면에 소정 두께의 포토레지스트막을 형성한 후 마스크층의 일부가 잔존되도록 상기 레지스트막과 에피층(110)을 에치백하고, 잔존 마스크층은 세정 작업을 통해 제거해 주는 방식으로 공정을 진행해 주면 된다.In the present exemplary embodiment, the epi layer 110 may be replaced with poly polycrystalline Si or poly polycrystalline Si-Ge, and the process of forming the planarized epi layer in the groove g may be performed using a photoresist (hereinafter, P) instead of the CMP method. / R) can be implemented by applying the etch back technique. However, when the epi layer 110 is planarized by applying a PR etch back technique, a photoresist film having a predetermined thickness is formed on the entire surface of the resultant layer after the growth of the epi layer 110 is completed, so that a part of the mask layer remains. The process may be performed by etching back the resist film and the epi layer 110 and removing the remaining mask layer through a cleaning operation.
한편, 본 발명의 제 2 실시예로서 상기 소자는 기본 공정 자체는 제 1 실시예와 동일하게 가져가되, SOI 기판 내에 형성되는 홀(g)의 형상을 제 1 실시예와는 조금 다르게 형성해 주는 방식으로 제조할 수도 있는데, 도 3a 내지 도 3f에는 이와 관련된 SOI 소자 제조방법을 도시한 공정수순도가 제시되어 있다. 본 실시예에서는 편의상, 제 1 실시예와 동일하게 진행되는 공정에 대해서는 간략하게만 언급하고, 이와 차별화되는 공정 중심으로 살펴본다.Meanwhile, as the second embodiment of the present invention, the element has the same basic process as the first embodiment, but forms a shape of the hole g formed in the SOI substrate slightly differently from the first embodiment. It is also possible to manufacture in a manner, Figures 3a to 3f is a process flow diagram illustrating a method for manufacturing a SOI device associated with it. In the present embodiment, for convenience, the process proceeding in the same manner as in the first embodiment will be briefly mentioned, and the process centered on this process will be described.
제 1 단계로서, 도 3a에 도시된 바와 같이 제 1 실리콘층(100) 상에는 BOX층(102)이 형성되고, 상기 BOX층(102) 상에는 제 2 실리콘층(104)이 형성되어 있는 구조의 SOI 기판을 준비한다.As a first step, as illustrated in FIG. 3A, a SOI having a structure in which a BOX layer 102 is formed on the first silicon layer 100 and a second silicon layer 104 is formed on the BOX layer 102. Prepare the substrate.
제 2 단계로서, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 기판 상에 산화막 재질의 제 1 마스크층(106)과 질화막 재질의 제 2 마스크층(108)을 순차적으로 형성한 다음, 그 위에 트랜지스터의 채널 형성부를 한정하는 포토레지스트 패턴(미 도시)을 형성한다. 상기 레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 제 1 및 제 2 마스크층(106),(108)을 식각한 후 레지스트 패턴을 제거하고, 연이어 식각처리된 제 1 및 제 2 마스크층(106),(108)에 의해 보호되지 못한 부분의 제 2 실리콘층(104)과 BOX층(102)을 순차 식각한다. 그후, 상기 BOX층(102)의 식각 부위보다 제 2 실리콘층(104)의 식각 부위를 더 넓게 확보하기 위하여, 채널 형성부 주변의 제 1 및 제 2 마스크층(106),(108)을 래터럴(lateral) 방향으로 소정 부분 확장식각한 다음, 이를 마스크로 이용하여 채널 형성부의 주변을 따라 BOX층(102) 표면이 소정 부분 노출되도록 제 2 실리콘층(104)을 식각한다. 그 결과, SOI 기판 내에 "T"자 형상의 홈(g)이 만들어지게 된다. 이와 같이, 상기 홈(g)을 "T"자 형상으로 가져간 것은 후속 공정 진행시 동일 선폭의 "기둥" 형상으로 가져간 경우에 비하여 더 양호한 막질 특성을 갖는 에피층을 성장시킬 수 있기 때문이다.As a second step, as shown in FIG. 3B, a first mask layer 106 of an oxide film material and a second mask layer 108 of a nitride film material are sequentially formed on the substrate, and then a channel of a transistor is formed thereon. A photoresist pattern (not shown) defining portions is formed. After the first and second mask layers 106 and 108 are etched using the resist pattern as a mask, the resist patterns are removed, and the first and second mask layers 106 and 108 which are subsequently etched are subsequently removed. The second silicon layer 104 and the BOX layer 102 in portions not protected by the etch are sequentially etched. Thereafter, the first and second mask layers 106 and 108 around the channel forming portion are lateral in order to secure the etching region of the second silicon layer 104 more widely than the etching region of the BOX layer 102. After the predetermined partial expansion etching in the lateral direction, the second silicon layer 104 is etched using the mask as a mask so that the surface of the BOX layer 102 is partially exposed along the periphery of the channel forming portion. As a result, a "T" shaped groove g is made in the SOI substrate. As such, the groove g is formed in a “T” shape because an epitaxial layer having better film quality characteristics can be grown as compared with the case where the groove g is formed in a “column” shape having the same line width in a subsequent process.
제 3 단계로서, 도 3c에 도시된 바와 같이 CMP 공정이나 PR 에치백 공정을 적용하여 제 1 및 제 2 마스크층(106),(108)이 일부 잔존하도록 에피층(110)을 평탄화한다.As a third step, as illustrated in FIG. 3C, the epitaxial layer 110 may be planarized by applying a CMP process or a PR etch back process to partially retain the first and second mask layers 106 and 108.
제 4 단계로서, 도 3d에 도시된 바와 같이 잔존 마스크층(106),(108)을 제거하고, 상기 결과물 상에 소자분리영역이 오픈되도록 산화막 재질의 제 3 마스크층(112)과 질화막 재질의 제 4 마스크층(114)을 순차적으로 형성한 다음, 상기 마스크층(112),(114)에 의해 보호되지 못한 부분(즉, 소자분리영역으로 사용되어질 부분)의 제 2 실리콘층(104)을 식각 공정을 통해 제거한다.As a fourth step, as illustrated in FIG. 3D, the remaining mask layers 106 and 108 are removed, and the third mask layer 112 made of an oxide film and the nitride film material are formed to open the device isolation region on the resultant. After the fourth mask layer 114 is sequentially formed, the second silicon layer 104 of the portion (that is, the portion to be used as the device isolation region) that is not protected by the mask layers 112 and 114 is formed. Removed by etching process.
제 5 단계로서, 도 3e에 도시된 바와 같이 제 2 실리콘층(104)이 식각되어진 부분에 소자격리막(116)을 형성한다.As a fifth step, as shown in FIG. 3E, the device isolation layer 116 is formed on the portion where the second silicon layer 104 is etched.
제 6 단계로서, 도 3f에 도시된 바와 같이 상기 에피층(110)을 포함한 제 2 실리콘층(104) 상의 소정 부분에 게이트 산화막(118)을 개제하여 게이트 전극(120)을 형성하고, 통상의 공정을 거쳐 스페이서(124)와 LDD 구조의 소스/드레인 영역(122a),(122b)을 형성해 주므로써, 본 공정 진행을 완료한다As a sixth step, as shown in FIG. 3F, a gate oxide film 118 is formed on a predetermined portion of the second silicon layer 104 including the epi layer 110 to form the gate electrode 120. This process is completed by forming the spacers 124 and the source / drain regions 122a and 122b of the LDD structure through the process.
이와 같이 공정을 진행할 경우, BOX층 상단에 형성된 트랜지스터의 채널 영역 즉, 바디(소자격리막과 BOX층에 의해 둘러싸여진 액티브영역을 나타냄)가 그 직하 부분의 BOX층(102)을 관통하여 제 1 실리콘층(100)과 직접 연결되는 구조를 가지도록 소자 구성이 이루어지게 된다.When the process is performed in this way, the channel region of the transistor formed on the top of the BOX layer, that is, the body (representing an active region surrounded by the device isolation layer and the BOX layer) penetrates the BOX layer 102 directly below the first silicon. The device configuration is made to have a structure that is directly connected to the layer 100.
따라서, 소자 구동시 드레인 영역에 인가되는 VD전압의 증가로 인해 채널을 통해 흐르는 전류의 흐름이 커지게 되어 홀들이 포텐셜 차이로 인해 바디쪽으로 모이는 현상이 야기되더라도 이들이 모두 그라운드 접지된 기판 즉, 제 1 실리콘층(100)쪽으로 빠져나가게 되므로, 채널 영역 하단에서는 플로우팅 바디 효과가 나타나지 않게 된다.Therefore, even though the current flowing through the channel is increased due to the increase in the V D voltage applied to the drain region when driving the device, even though holes are collected toward the body due to the potential difference, they are all ground-grounded substrates. Since it is exited toward the first silicon layer 100, the floating body effect does not appear at the bottom of the channel region.
그 결과, 트랜지스터의 문턱전압(Vth) 저하나 SRAM의 다이나믹 특성 불안정 등과 같은 형태의 특성 저하가 유발되는 것을 막을 수 있게 되므로, SOI 제품의 특성 최적화를 이룰 수 있게 된다.As a result, it is possible to prevent the deterioration of the characteristics of the transistor such as lowering the threshold voltage (Vth) of the transistor, dynamic characteristics instability of the SRAM, etc., thereby enabling the optimization of the characteristics of the SOI product.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, BOX층 상단에 형성된 단위 소자(트랜지스터)의 채널 영역(즉, 바디)과 그 직하 부분의 제 1 실리콘층이 BOX층을 관통하여 성장된 에피층을 통해 직접 연결되는 구조를 가지도록 소자 제조가 이루어지므로, 채널 영역 하부에서 플로우팅 바디 효과가 유발되는 것을 막을 수 있게 되어 SOI 제품의 특성을 최대화할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the channel region (ie, the body) of the unit element (transistor) formed on the top of the BOX layer and the first silicon layer directly below the BOX layer are directly grown through the epitaxial layer grown through the BOX layer. Since device fabrication is made to have a connected structure, the floating body effect can be prevented from occurring below the channel region, thereby maximizing the characteristics of the SOI product.
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