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KR20030090412A - Semiconductor device realizing shallow junction by using gate sidewall oxide as gate oxide and fabricating method thereof - Google Patents

Semiconductor device realizing shallow junction by using gate sidewall oxide as gate oxide and fabricating method thereof Download PDF

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KR20030090412A
KR20030090412A KR1020020028704A KR20020028704A KR20030090412A KR 20030090412 A KR20030090412 A KR 20030090412A KR 1020020028704 A KR1020020028704 A KR 1020020028704A KR 20020028704 A KR20020028704 A KR 20020028704A KR 20030090412 A KR20030090412 A KR 20030090412A
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KR
South Korea
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gate
gate oxide
drain
source
semiconductor device
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Application number
KR1020020028704A
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Korean (ko)
Inventor
김지영
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Publication date
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    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
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    • HELECTRICITY
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    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
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    • H10D62/357Substrate regions of field-effect devices of FETs
    • H10D62/364Substrate regions of field-effect devices of FETs of IGFETs
    • H10D62/371Inactive supplementary semiconductor regions, e.g. for preventing punch-through, improving capacity effect or leakage current

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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE: A semiconductor device of a shallow junction using a gate sidewall oxide layer as a gate oxide and a fabricating method therefor are provided to repeatedly form a source/drain of a shallow junction and improve an electrical characteristic of the semiconductor device by using the gate oxide and silicon epitaxy without an additional junction ion implantation. CONSTITUTION: An insulation layer pattern(110), a doped polysilicon pattern(120) and a capping layer(130) are sequentially stacked on the active region of a silicon substrate(105) to form a gate. The sidewall of the doped polysilicon pattern is thermally oxidized to form a vertical gate oxide. High density impurity-doped silicon epitaxially grows on the active region outside the gate and the gate oxide to form a source/drain(150,155). A gate spacer(160) surrounds the sidewall of the doped polysilicon pattern and the capping layer outside the gate oxide. A vertical overlap(157) is formed between the source/drain and the gate.

Description

게이트 측벽 산화막을 게이트 옥사이드로 사용하여 얕은 접합을 구현하는 반도체 소자 및 그 제조방법{Semiconductor device realizing shallow junction by using gate sidewall oxide as gate oxide and fabricating method thereof}Semiconductor device realizing shallow junction by using gate sidewall oxide as gate oxide and manufacturing method thereof

본 발명은 MOSFET과 같은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 얕은 접합(shallow junction) 깊이의 소스/드레인을 갖는 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device such as a MOSFET and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a source / drain having a shallow junction depth and a method of manufacturing the same.

도 1은 실리콘 기판(5) 상에 형성된 종래의 MOSFET을 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 소스(10)/드레인(20)의 역할은 게이트(30)에 의해서 형성된 반전된 채널(inversion channel)을 외부 단자와 연결하여 전류를 흐르게 하는 것이다. 그 역할을 수행하기 위해서는 참조부호 40과 같이 소스(10)/드레인(20)과 게이트(30)간에 일정한 길이의 오버랩(overlap)이 필요하다. 만약 소스/드레인과 게이트가 오버랩되지 않을 경우에는 회로 오픈(circuit open)으로 전류가 흐르지 않게 된다.깊은 접합(deep junction)을 사용하는 이와 같은 소자는 그 크기가 점차 작아지면서 소스(10)와 드레인(20)간에 펀치쓰루(punchthrough, 50)가 발생하게 되었다. 펀치쓰루를 방지하기 위하여 얕은 접합이 제안되었는데, 이온주입법(ion implantation)을 이용하여 형성하게 된다.1 shows a conventional MOSFET formed on a silicon substrate 5. Referring to FIG. 1, the role of the source 10 / drain 20 is to connect an inversion channel formed by the gate 30 with an external terminal to flow a current. In order to perform the role, an overlap of a certain length is required between the source 10 / the drain 20 and the gate 30 as shown by reference numeral 40. If the source / drain and the gate do not overlap, no current flows through the circuit open. Such a device using a deep junction becomes smaller in size and drains the source 10 and drain. Punchthrough (50) occurred between (20). A shallow junction has been proposed to prevent punchthrough, which is formed using ion implantation.

그런데 얕은 접합에서는, 후속 열처리 공정시 이온주입에 의해 형성된 결함 등이 이온 원자의 확산을 촉진시켜 소스/드레인 접합 영역을 확장시킨다. 이에 따라, 인접한 접합과의 이격거리가 좁아져 누설전류의 발생을 초래하게 된다. 그리고, 낮은 에너지 이온주입법을 사용할 경우 접합의 깊이는 얕아지나, 표면에서 확산이 증가되어 접촉저항이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 소스와 드레인의 기생 저항의 증가로 인해 소자 전류가 급격히 떨어지는 문제가 있다. 이 때문에, 충분히 얕은 접합을 적극적으로 구현하는 데에 어려움이 있다.In shallow junctions, however, defects formed by ion implantation in subsequent heat treatment processes promote diffusion of ion atoms to expand the source / drain junction region. As a result, the separation distance from the adjacent junction becomes narrow, resulting in generation of a leakage current. In addition, when the low energy ion implantation method is used, the depth of the junction becomes shallow, but there is a problem in that the contact resistance increases due to an increase in diffusion at the surface. In addition, due to an increase in the parasitic resistance of the source and drain, there is a problem that the device current drops sharply. Because of this, there is a difficulty in actively implementing sufficiently shallow junctions.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기생 저항의 증가를 방지하여 충분히 얕은 접합을 구현한 반도체 소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a semiconductor device having a sufficiently shallow junction by preventing an increase in parasitic resistance.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 기생 저항의 증가를 방지하여 충분히 얕은 접합을 구현하도록 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device to achieve a sufficiently shallow junction by preventing an increase in parasitic resistance.

도 1은 종래의 MOSFET을 도시한 것이다.1 illustrates a conventional MOSFET.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 소자 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 5 are cross-sectional views illustrating a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to a first embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 소자 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.6 is a cross-sectional view for describing a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the second embodiment of the present invention.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 소자 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.7 to 9 are cross-sectional views illustrating a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 소자 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.10 is a cross-sectional view for describing a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to a fourth embodiment of the present invention.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 의한 DRAM 셀 트랜지스터와 종래기술에 의한 노말(normal) 구조 DRAM 셀 트랜지스터에서의 ET(Electrical Test) 데이터를 비교한 그래프들이다.11 to 13 are graphs comparing ET (Electrical Test) data of a DRAM cell transistor according to an embodiment of the present invention and a normal structure DRAM cell transistor according to the prior art.

도 14는 본 발명의 실시예에 의한 DRAM 셀 트랜지스터에서 게이트 측벽의 게이트 옥사이드의 두께에 따른 전류 세기 변화를 시뮬레이션한 결과이다.14 is a result of simulating a change in current intensity according to a thickness of a gate oxide of a gate sidewall in a DRAM cell transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

105 : 실리콘 기판,110 : 절연막 패턴,105: silicon substrate, 110: insulating film pattern,

120 : 도핑된 폴리실리콘 패턴,130 : 캡핑층,120: doped polysilicon pattern, 130: capping layer,

140a : 게이트 옥사이드,145 : 질화막 스페이서,140a: gate oxide, 145: nitride film spacer,

150, 180 : 소스,155, 185 : 드레인,150, 180: source, 155, 185: drain,

160 : 게이트 스페이서,160: gate spacer,

157, 187 : 소스/드레인과 게이트간 오버랩,157, 187: overlap between source / drain and gate,

170, 175 : 비도핑 실리콘 에피택셜층170 and 175: undoped silicon epitaxial layer

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자는, 실리콘 기판의 활성영역 상에 절연막 패턴, 도핑된 폴리실리콘 패턴 및 캡핑층을 적층하여 형성한 게이트와, 상기 도핑된 폴리실리콘 패턴의 측벽을 열산화시켜 형성한 수직적 게이트 옥사이드를 포함한다. 상기 게이트 및 게이트 옥사이드 바깥의 활성영역 상에는 고농도 불순물 도핑된 실리콘을 에피택셜 성장하여 형성한 소스/드레인이 구비된다. 게이트 스페이서는 상기 게이트 옥사이드 바깥에서 상기 도핑된 폴리실리콘 패턴 및 캡핑층의 측벽을 둘러싼다.In accordance with another aspect of the present invention, a semiconductor device includes a gate formed by stacking an insulating layer pattern, a doped polysilicon pattern, and a capping layer on an active region of a silicon substrate, and a sidewall of the doped polysilicon pattern. It includes a vertical gate oxide formed by thermal oxidation. On the active region outside the gate and the gate oxide, a source / drain formed by epitaxially growing silicon doped with a high concentration of impurities is provided. A gate spacer surrounds the sidewalls of the doped polysilicon pattern and capping layer outside the gate oxide.

상기 소스/드레인과 상기 실리콘 기판 사이에 비도핑 실리콘 에피택셜층을 더 포함할 수도 있다. 상기 게이트 옥사이드와 소스/드레인 사이에 상기 게이트 옥사이드를 덮는 질화막 스페이서를 더 포함할 수도 있다.An undoped silicon epitaxial layer may be further included between the source / drain and the silicon substrate. The semiconductor device may further include a nitride spacer covering the gate oxide between the gate oxide and the source / drain.

본 발명의 반도체 소자는 게이트 전극으로 쓰이는 도핑된 폴리실리콘 패턴의 측벽에 형성한 열산화막을 게이트 옥사이드로 사용하고, 고농도로 불순물 도핑되고 에피택시로 성장한 실리콘을 소스/드레인으로 사용하는 것으로, 소스/드레인과 게이트간 오버랩이 기존에 실리콘 기판에 대해 수평적이던 것을 수직적으로 변경한 것이다.In the semiconductor device of the present invention, a thermal oxide film formed on the sidewall of a doped polysilicon pattern used as a gate electrode is used as a gate oxide, and silicon, which is heavily doped with impurities and grown epitaxially, is used as a source / drain. The drain-gate overlap is a vertical change from what was previously horizontal to the silicon substrate.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에서는, 실리콘 기판의 활성영역 상에 절연막 패턴, 도핑된 폴리실리콘 패턴 및 캡핑층을 적층하여 게이트를 형성한 다음, 상기 도핑된 폴리실리콘 패턴의 측벽과 상기 실리콘 기판의 표면을 열산화시켜 옥사이드를 형성한다. 상기 옥사이드를 이방성 식각하여 상기 실리콘 기판의 표면을 드러냄으로써, 상기 도핑된 폴리실리콘 패턴의 측벽에 수직적 게이트 옥사이드를 형성한다. 상기 게이트 및 게이트 옥사이드 바깥의 활성영역 상에 고농도 불순물 도핑된 실리콘을 에피택셜 성장하여 소스/드레인을 형성한 다음, 상기 소스/드레인이 형성된 결과물 상에 절연막을 덮고 이방성 식각하여 상기 게이트 옥사이드 바깥에서 상기 도핑된 폴리실리콘 패턴 및 캡핑층의 측벽을 둘러싸는 게이트 스페이서를 형성한다.In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention for achieving the above technical problem, a gate is formed by stacking an insulating film pattern, a doped polysilicon pattern and a capping layer on an active region of a silicon substrate, and then the doped polysilicon Oxides are formed by thermally oxidizing the sidewalls of the pattern and the surface of the silicon substrate. The oxide is anisotropically etched to reveal the surface of the silicon substrate, thereby forming a vertical gate oxide on the sidewalls of the doped polysilicon pattern. Source / drain is formed by epitaxially growing silicon doped with a high concentration of impurity on active regions outside the gate and gate oxide, and then anisotropically etches an insulating film on the resultant material on which the source / drain is formed to form the source / drain. A gate spacer is formed to surround the sidewalls of the doped polysilicon pattern and the capping layer.

상기 게이트 옥사이드를 형성하는 단계 이후, 상기 게이트 및 게이트 옥사이드 바깥의 활성영역 상에 비도핑 실리콘을 에피택셜 성장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 게이트 스페이서를 형성하는 단계 이후, 상기 게이트 스페이서가 형성된 결과물을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.After forming the gate oxide, the method may further include epitaxially growing undoped silicon on the gate and the active region outside the gate oxide. After the forming of the gate spacer, the method may further include heat treating a resultant product on which the gate spacer is formed.

특히 상기 수직적 게이트 옥사이드를 형성하는 단계 이후, 상기 게이트 옥사이드가 형성된 결과물 상에 질화막을 덮고 이방성 식각하여 상기 게이트 옥사이드를 덮는 질화막 스페이서를 형성하는 단계, 및 상기 질화막 스페이서가 형성된 결과물을 세정하여 잔류하는 산화막을 제거하는 단계를 더 수행하면, 후속적으로 고농도 불순물 도핑된 실리콘을 에피택셜 성장하여 소스/드레인을 형성하는 단계가 효과적으로 수행된다.In particular, after the forming of the vertical gate oxide, forming a nitride spacer covering the gate oxide by anisotropic etching and covering the nitride film on the resultant product on which the gate oxide is formed, and cleaning the resultant product on which the nitride film spacer is formed. Further performing the step of eliminating, the step of subsequently epitaxially growing a high concentration of impurity doped silicon to form a source / drain is effectively performed.

본 발명에 따를 경우, 기존에 소스/드레인을 형성하기 위해서 사용되는 이온주입 공정이 생략된다는 장점이 있고, 보다 쉽게 얕은 접합을 만들 수 있으며, 얕은 접합에서의 기생 저항이 거의 없고, 후속 콘택패드 형성 공정에서 콘택저항을 현저하게 개선시킬 수 있다.According to the present invention, there is an advantage that the ion implantation process conventionally used to form the source / drain is omitted, it is easier to make a shallow junction, there is little parasitic resistance in the shallow junction, subsequent contact pad formation The contact resistance can be significantly improved in the process.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below.

(제1 실시예)(First embodiment)

도 2 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 소자 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 2 내지 도 5를 참조하여 제조방법을 설명하면 다음과 같다.2 to 5 are cross-sectional views illustrating a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to a first embodiment of the present invention. Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to FIGS. 2 to 5.

먼저 도 2에서와 같이, 실리콘 기판(105) 상에 소자분리막(미도시)을 형성하여 활성영역과 비활성영역을 정의한 다음, 절연막을 형성한다. 예컨대, 실리콘 기판(105)을 열산화시켜 산화막을 형성한다. 다음에, 도핑된 폴리실리콘을 증착하고, 도핑된 폴리실리콘을 보호하기 위한 캡핑용 절연물질을 증착한다. 도핑된 폴리실리콘은 LPCVD로 500℃ 내지 700℃의 온도에서 형성할 수 있다. 불순물이 도핑되지 않은 상태로 폴리실리콘을 증착한 후, 비소(As) 또는 인(P)을 이온주입으로 도핑시켜 도전성을 갖도록 할 수도 있고, 증착시 인-시츄(in-situ)로 불순물을 도핑하여 도핑된 폴리실리콘 상태로 증착할 수도 있다. 캡핑용 절연물질로는 실리콘 질화물을 증착할 수 있다.First, as shown in FIG. 2, an isolation layer (not shown) is formed on the silicon substrate 105 to define an active region and an inactive region, and then an insulating layer is formed. For example, the silicon substrate 105 is thermally oxidized to form an oxide film. Next, doped polysilicon is deposited, and an insulating material for capping is deposited to protect the doped polysilicon. Doped polysilicon may be formed at a temperature of 500 ° C. to 700 ° C. by LPCVD. After depositing polysilicon without doping the dopant, arsenic (As) or phosphorus (P) may be doped by ion implantation to have conductivity, and doping the dopant in-situ during deposition. It can also be deposited in the doped polysilicon state. As the insulating material for capping, silicon nitride may be deposited.

게이트 마스크를 이용하여 상기 캡핑용 절연물질, 도핑된 폴리실리콘 및 절연막을 차례로 패터닝함으로써, 활성영역 상에 캡핑층(130), 도핑된 폴리실리콘 패턴(120) 및 절연막 패턴(110)으로 이루어진 게이트를 형성한다. 이어서, 도핑된 폴리실리콘 패턴(120)의 측벽과 실리콘 기판(105)의 표면을 열산화시켜 옥사이드(140)를 형성한다. 열산화에 의하여, 게이트 패터닝시에 발생된 데미지(damage)를 제거하고, 잔류되어 있는 폴리실리콘 찌꺼기를 제거하는 효과도 얻을 수 있다.By patterning the capping insulating material, the doped polysilicon, and the insulating layer in sequence using a gate mask, a gate including the capping layer 130, the doped polysilicon pattern 120, and the insulating layer pattern 110 is formed on the active region. Form. Subsequently, the oxide 140 is formed by thermally oxidizing the sidewall of the doped polysilicon pattern 120 and the surface of the silicon substrate 105. By thermal oxidation, the effect of removing damage caused during gate patterning and removing residual polysilicon residues can also be obtained.

다음에 도 3에서와 같이, 옥사이드(140)를 이방성 식각하여 실리콘 기판(105)의 표면을 드러냄으로써, 도핑된 폴리실리콘 패턴(120)의 측벽에 수직적 게이트 옥사이드(140a)를 형성한다. 이방성 식각으로는 건식 식각을 이용할 수 있다. 게이트 옥사이드(140a)의 두께는 절연막 패턴(110) 두께의 0.5배 내지 1.5배가 되도록 할 수 있다. 예컨대, 게이트 옥사이드(140a)의 두께는 10Å 내지 100Å가 되도록 할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3, the oxide 140 is anisotropically etched to expose the surface of the silicon substrate 105 to form a vertical gate oxide 140a on the sidewall of the doped polysilicon pattern 120. Dry etching may be used as the anisotropic etching. The thickness of the gate oxide 140a may be 0.5 to 1.5 times the thickness of the insulating layer pattern 110. For example, the thickness of the gate oxide 140a may be 10 kPa to 100 kPa.

도 4를 참조하면, 종래에는 이온주입법에 의하여 형성되던 소스/드레인을 고농도 불순물 도핑된 실리콘 에피택시에 의하여 형성한다. 에피택시로 성장시키는 두께는 50Å 내지 1000Å일 수 있다. 실리콘 기판(105)을 베이스(base)로 하여 성장시키므로, 게이트 및 게이트 옥사이드(140a) 바깥의 활성영역 상에 소스(150)/드레인(155) 영역이 형성되고, 소스/드레인과 게이트간 오버랩(157)이 수직적으로 형성된다. 소스/드레인을 위해 이온주입을 이용하는 대신 고농도 불순물 도핑된 실리콘으로 형성하므로 기생 저항 증가를 방지할 수 있다.Referring to FIG. 4, a source / drain, which is conventionally formed by ion implantation, is formed by silicon epitaxy doped with high concentration impurity. The thickness grown by epitaxy may be 50 kPa to 1000 kPa. Since the silicon substrate 105 is grown as a base, a source 150 / drain 155 region is formed on an active region outside the gate and gate oxide 140a, and an overlap between the source / drain and the gate ( 157 is formed vertically. Instead of using ion implantation for the source / drain, it is formed of highly doped impurity-doped silicon to prevent an increase in parasitic resistance.

다음에 도 5에서와 같이, 게이트의 측벽에 게이트 스페이서(160)를 형성한다. 먼저 도 4의 결과물 상에 절연막을 덮고 이것을 스페이서 에치 내지는 에치백하여 게이트 옥사이드(140a) 바깥에서 도핑된 폴리실리콘 패턴(120) 및 캡핑층(130)을 둘러싸도록 한다. 다음에, 열처리를 수행하면 소스(150)/드레인(155) 영역의 각 접합면(150a, 155a)이 실리콘 기판(105) 내로 약간 들어갈 수 있다. 후속 공정에서는 소스(150)/드레인(155) 영역에 각각 접하는 콘택패드를 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 5, the gate spacer 160 is formed on the sidewall of the gate. First, the insulating film is covered on the resultant of FIG. 4, and the spacer is etched or etched back to surround the doped polysilicon pattern 120 and the capping layer 130 outside the gate oxide 140a. Next, when the heat treatment is performed, each of the bonding surfaces 150a and 155a of the source 150 / drain 155 region may be slightly inserted into the silicon substrate 105. In subsequent processes, contact pads may be formed in contact with the source 150 and drain 155 regions, respectively.

이와 같은 방법에 의하여 형성되는 반도체 소자는, 실리콘 기판(105)의 활성영역 상에 절연막 패턴(110), 도핑된 폴리실리콘 패턴(120) 및 캡핑층(130)을 적층하여 형성한 게이트와, 도핑된 폴리실리콘 패턴(120)의 측벽을 열산화시켜 형성한 수직적 게이트 옥사이드(140a)를 포함한다. 게이트 및 게이트 옥사이드(140a) 바깥의 활성영역 상에는 고농도 불순물 도핑된 실리콘을 에피택셜 성장하여 형성한 소스(150)/드레인(155)이 구비된다. 게이트 스페이서(160)는 게이트 옥사이드(140a) 바깥에서 도핑된 폴리실리콘 패턴(120) 및 캡핑층(130)의 측벽을 둘러싼다. 소스(150)/드레인(155)과 게이트간 오버랩(157)이 수직적이다. 즉, 본 발명에 따른 구조는 수직으로 오버랩된 소스/드레인(Vertical Overlap S/D ; 이하 "VOD"라 함)을 포함한다는 것이 특징이다.The semiconductor device formed by the above method includes a gate formed by stacking an insulating layer pattern 110, a doped polysilicon pattern 120, and a capping layer 130 on an active region of a silicon substrate 105, and a doping layer. It includes a vertical gate oxide (140a) formed by thermally oxidizing the side wall of the polysilicon pattern 120. On the active region outside the gate and gate oxide 140a, a source 150 / drain 155 formed by epitaxially growing highly doped impurity silicon is provided. The gate spacer 160 surrounds sidewalls of the doped polysilicon pattern 120 and the capping layer 130 outside the gate oxide 140a. Source 150 / drain 155 and gate-overlap 157 are vertical. That is, the structure according to the present invention is characterized in that it includes a vertically overlapped source / drain (hereinafter referred to as "VOD").

이상과 같은 실시예에 의할 경우, 이온주입법이 아닌 게이트 옥사이드와 실리콘 에피택시로 얕은 접합 구현을 구현하였고, 추가적인 접합 이온주입이 전혀 필요하지 않다. 따라서, 기존에 접합을 형성하기 위해서 사용하는 이온주입이 생략되는 장점이 있고, 보다 쉽게 얕은 접합을 만들 수 있다. 기생 저항이 감소하므로 충분히 얕은 접합을 구현할 수 있다.According to the above embodiments, a shallow junction implementation is realized by using a gate oxide and silicon epitaxy, not an ion implantation method, and no additional junction ion implantation is required. Therefore, there is an advantage that the ion implantation used to form a junction conventionally is omitted, and a shallow junction can be made more easily. The parasitic resistance is reduced, resulting in a sufficiently shallow junction.

(제2 실시예)(2nd Example)

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 소자 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 6에서 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리키는 것으로 하고, 반복적인 설명은 생략하기로 한다.6 is a cross-sectional view for describing a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same reference numerals as in the above-described drawings indicate the same members, and repeated descriptions thereof will be omitted.

먼저 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이, 실리콘 기판(105)의 활성영역 상에 절연막 패턴(110), 도핑된 폴리실리콘 패턴(120) 및 캡핑층(130)을 적층하여 게이트를 형성하고, 도핑된 폴리실리콘 패턴(120)의 측벽을 열산화시킨 후 실리콘 기판(105)을 노출시켜, 도핑된 폴리실리콘 패턴(120)의 측벽에 수직적 게이트 옥사이드(140a)를 형성한다.First, as described with reference to FIGS. 2 and 3, a gate is formed by stacking an insulating layer pattern 110, a doped polysilicon pattern 120, and a capping layer 130 on an active region of the silicon substrate 105. After thermally oxidizing the sidewall of the doped polysilicon pattern 120, the silicon substrate 105 is exposed to form a vertical gate oxide 140a on the sidewall of the doped polysilicon pattern 120.

다음에, 도 6에서와 같이 게이트 및 게이트 옥사이드(140a) 바깥의 활성영역 상에 불순물 도핑없이 실리콘을 에피택셜 성장하여 비도핑 실리콘 에피택셜층(170, 175)을 형성한다. 비도핑 실리콘 에피택셜층(170, 175)의 두께는 50Å 내지 1000Å가 되도록 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 6, silicon is epitaxially grown on the active region outside the gate and gate oxide 140a without impurity doping to form undoped silicon epitaxial layers 170 and 175. The thickness of the undoped silicon epitaxial layers 170 and 175 may be 50 kPa to 1000 kPa.

다음에, 고농도 불순물 도핑된 실리콘 에피택시를 실시하여, 게이트 및 게이트 옥사이드(140a) 바깥의 활성영역 상에 소스(150)/드레인(155)을 형성한다. 에피택시에 의하여 성장시키는 두께는 50Å 내지 1000Å일 수 있다. 이에 따라, 소스/드레인과 게이트간 오버랩(187)이 수직적으로 형성된다. 즉, VOD가 구현된다.Next, high concentration impurity doped silicon epitaxy is performed to form source 150 / drain 155 on the active region outside the gate and gate oxide 140a. The thickness grown by epitaxy may be 50 kPa to 1000 kPa. Accordingly, the overlap 187 between the source / drain and the gate is vertically formed. That is, VOD is implemented.

다음에 게이트 옥사이드(140a) 바깥에서 도핑된 폴리실리콘 패턴(120) 및 캡핑층(130)을 둘러싸도록 게이트 스페이서(160)를 형성한다. 열처리를 수행하면 소스(150)/드레인(155)의 각 접합면(180a, 185a)이 비도핑 실리콘 에피택셜층(170, 175) 내로 약간 들어갈 수 있다.Next, the gate spacer 160 is formed to surround the doped polysilicon pattern 120 and the capping layer 130 outside the gate oxide 140a. Heat treatment may allow each junction surface 180a, 185a of the source 150 / drain 155 to enter the undoped silicon epitaxial layers 170, 175 slightly.

(제3 실시예)(Third Embodiment)

도 7 내지 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 소자 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 7 내지 도 9에서 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리키는 것으로 하고, 반복적인 설명은 생략하기로한다.7 to 9 are cross-sectional views illustrating a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention. 7 to 9, the same reference numerals as in the above-described drawings indicate the same members, and repeated descriptions thereof will be omitted.

먼저 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이, 실리콘 기판(105)의 활성영역 상에 절연막 패턴(110), 도핑된 폴리실리콘 패턴(120) 및 캡핑층(130)을 적층하여 게이트를 형성하고, 도핑된 폴리실리콘 패턴(120)의 측벽을 열산화시킨 후 실리콘 기판(105)을 노출시켜, 도핑된 폴리실리콘 패턴(120)의 측벽에 수직적 게이트 옥사이드(140a)를 형성한다.First, as described with reference to FIGS. 2 and 3, a gate is formed by stacking an insulating layer pattern 110, a doped polysilicon pattern 120, and a capping layer 130 on an active region of the silicon substrate 105. After thermally oxidizing the sidewall of the doped polysilicon pattern 120, the silicon substrate 105 is exposed to form a vertical gate oxide 140a on the sidewall of the doped polysilicon pattern 120.

다음에 도 7을 참조하면, 게이트 옥사이드(140a)가 형성된 결과물 상에 질화막을 덮고 이방성 식각하여 게이트 옥사이드(140a)를 덮는 질화막 스페이서(145)를 형성한다. 이 때, 게이트 옥사이드(140a)와 질화막 스페이서(145)의 두께 합은 절연막 패턴(110) 두께의 0.5배 내지 1.5배인 것이 바람직하다. 예컨대, 게이트 옥사이드(140a)와 질화막 스페이서(145)의 두께 합은 10Å 내지 100Å가 되도록 할 수 있다. 다음에, 질화막 스페이서(145)가 형성된 결과물을 세정하여 반도체 기판(105) 상에 잔류하는 산화막을 제거한다.Next, referring to FIG. 7, a nitride film spacer 145 covering the gate oxide 140a is formed by covering the nitride film and anisotropically etching the resultant material on which the gate oxide 140a is formed. In this case, the sum of the thicknesses of the gate oxide 140a and the nitride film spacer 145 may be 0.5 to 1.5 times the thickness of the insulating film pattern 110. For example, the sum of the thicknesses of the gate oxide 140a and the nitride film spacer 145 may be 10 kPa to 100 kPa. Next, the resultant in which the nitride film spacers 145 are formed is washed to remove the oxide film remaining on the semiconductor substrate 105.

그러나, 도핑된 폴리실리콘 패턴(120)의 측벽을 열산화시킨 후 질화막을 덮고 이방성 식각하여 게이트 옥사이드(140a)를 형성함과 동시에 질화막 스페이서(145)를 형성한 다음, 결과물을 세정할 수도 있다.However, after thermally oxidizing the sidewalls of the doped polysilicon pattern 120, the nitride film may be covered and anisotropically etched to form the gate oxide 140a and the nitride film spacer 145, and then the resultant may be cleaned.

계속하여, 도 8을 참조하면, 종래에는 이온주입법에 의하여 형성되던 소스/드레인을 고농도 불순물 도핑된 실리콘 에피택시에 의하여 형성한다. 에피택시로 성장시키는 두께는 50Å 내지 1000Å일 수 있다. 실리콘 기판(105)을 베이스로 하여 성장시키므로, 게이트 및 게이트 옥사이드(140a) 바깥의 활성영역 상에소스(150)/드레인(155) 영역이 형성된다. 소스/드레인과 게이트간 오버랩(157)이 수직적으로 형성되므로, VOD가 구현된다.8, a source / drain, which was conventionally formed by ion implantation, is formed by high concentration impurity doped silicon epitaxy. The thickness grown by epitaxy may be 50 kPa to 1000 kPa. Since the silicon substrate 105 is grown as a base, the source 150 / drain 155 region is formed on the active region outside the gate and the gate oxide 140a. Since the overlap 157 between the source / drain and the gate is formed vertically, VOD is implemented.

도 7을 참조하여 설명한 단계에서 세정 공정을 통해 잔류하는 산화막이 제거된 이후에 에피택시를 수행하므로 양호한 질의 단결정막을 형성할 수 있다. 앞의 실시예들에서도 양호한 질의 단결정막을 형성하기 위하여 산화막 제거를 위한 세정 공정을 수행하는 것이 바람직하기는 하나, 게이트 옥사이드(140a)가 노출된 상태에서 세정액을 이용한 습식 세정을 진행할 경우에는 게이트 옥사이드(140a)가 심하게 손상될 우려가 있다. 본 실시예에서는 질화막 스페이서(145)가 게이트 옥사이드(140a)를 보호하게 된다.In the step described with reference to FIG. 7, since epitaxy is performed after the remaining oxide film is removed through the cleaning process, a good quality single crystal film may be formed. In the above embodiments, it is preferable to perform a cleaning process for removing an oxide film in order to form a good quality single crystal film. However, when wet cleaning using a cleaning solution is performed while the gate oxide 140a is exposed, the gate oxide ( 140a) may be severely damaged. In this embodiment, the nitride film spacer 145 protects the gate oxide 140a.

도 9를 참조하면, 게이트의 측벽에 게이트 스페이서(160)를 형성한다. 먼저 도 8의 결과물 상에 절연막을 덮고 이것을 스페이서 에치 내지는 에치백하여 게이트 옥사이드(140a) 바깥에서 도핑된 폴리실리콘 패턴(120) 및 캡핑층(130)을 둘러싸도록 게이트 스페이서(160)를 형성한다. 다음에, 열처리를 수행하면 소스(150)/드레인(155) 영역의 각 접합면(150a, 155a)이 실리콘 기판(105) 내로 약간 들어갈 수 있다. 후속 공정에서는 소스(150)/드레인(155) 영역에 각각 접하는 콘택패드를 형성할 수 있다.9, a gate spacer 160 is formed on sidewalls of the gate. First, the insulating film is covered on the resultant of FIG. 8, and the spacer is etched or etched back to form the gate spacer 160 to surround the polysilicon pattern 120 and the capping layer 130 doped outside the gate oxide 140a. Next, when the heat treatment is performed, each of the bonding surfaces 150a and 155a of the source 150 / drain 155 region may be slightly inserted into the silicon substrate 105. In subsequent processes, contact pads may be formed in contact with the source 150 and drain 155 regions, respectively.

이와 같은 방법에 의하여 형성되는 반도체 소자는, 실리콘 기판(105)의 활성영역 상에 절연막 패턴(110), 도핑된 폴리실리콘 패턴(120) 및 캡핑층(130)을 적층하여 형성한 게이트와, 도핑된 폴리실리콘 패턴(120)의 측벽을 열산화시켜 형성한 수직적 게이트 옥사이드(140a)를 포함한다. 게이트 옥사이드(140a)를 덮는 질화막스페이서(145)도 포함한다. 게이트 및 게이트 옥사이드(140a) 바깥의 활성영역 상에는 고농도 불순물 도핑된 실리콘을 에피택셜 성장하여 형성한 소스(150)/드레인(155)이 구비된다. 게이트 스페이서(160)는 게이트 옥사이드(140a) 바깥에서 도핑된 폴리실리콘 패턴(120) 및 캡핑층(130)의 측벽을 둘러싼다. 즉, 게이트의 측벽에 질화막 스페이서(145)와 게이트 스페이서(160)가 이중으로 형성된 구조이면서 VOD를 갖는 것이 특징이다.The semiconductor device formed by the above method includes a gate formed by stacking an insulating layer pattern 110, a doped polysilicon pattern 120, and a capping layer 130 on an active region of a silicon substrate 105, and a doping layer. It includes a vertical gate oxide (140a) formed by thermally oxidizing the side wall of the polysilicon pattern 120. Also, a nitride film spacer 145 covering the gate oxide 140a is included. On the active region outside the gate and gate oxide 140a, a source 150 / drain 155 formed by epitaxially growing highly doped impurity silicon is provided. The gate spacer 160 surrounds sidewalls of the doped polysilicon pattern 120 and the capping layer 130 outside the gate oxide 140a. That is, the nitride film spacer 145 and the gate spacer 160 are dually formed on the sidewall of the gate and have a VOD.

(제4 실시예)(Example 4)

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 소자 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 10에서 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리키는 것으로 하고, 반복적인 설명은 생략하기로 한다.10 is a cross-sectional view for describing a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same reference numerals as in the above-described drawings indicate the same members, and repeated descriptions thereof will be omitted.

본 실시예는 제2 실시예와 제3 실시예를 조합하는 방법으로서 위의 설명들로부터 당업자라면 쉽게 생각할 수 있을 것이다. 즉, 게이트의 측벽에 질화막 스페이서(145)를 형성한 다음에, 활성영역 상에 불순물 도핑없이 실리콘을 에피택셜 성장하여 비도핑 실리콘 에피택셜층(170, 175)을 형성하고, 고농도 불순물 도핑된 실리콘 에피택시를 실시하여 소스(150)/드레인(155)을 형성한다.This embodiment is a method for combining the second embodiment and the third embodiment, which will be easily understood by those skilled in the art from the above descriptions. That is, after forming the nitride spacer 145 on the sidewalls of the gate, silicon is epitaxially grown on the active region without impurity doping to form the undoped silicon epitaxial layers 170 and 175, and the heavily doped impurity doped silicon. Epitaxy is performed to form the source 150 / drain 155.

본 실시예에 의하면, 게이트의 측벽에 질화막 스페이서(145)와 게이트 스페이서(160)가 이중으로 형성된 구조이면서 VOD가 형성되고 비도핑 실리콘 에피택셜층(170, 175) 내에 각 접합면(180a, 185a)을 갖는 것이 특징이다.According to the present exemplary embodiment, the nitride film spacer 145 and the gate spacer 160 are formed on the sidewalls of the gate, and the VOD is formed, and the bonding surfaces 180a and 185a are formed in the undoped silicon epitaxial layers 170 and 175. It is characterized by having

(실험예)Experimental Example

도 5, 도 6, 도 9 및 도 10에 나타낸 것과 같은 본 발명의 VOD 구조 반도체소자의 특성을 소자 시뮬레이터(simulator)인 Tsuprem과 Medici를 통해서 종래의 노말(normal) 구조와 비교하여 보았다. 시뮬레이션 결과, 노말 구조 대비 얕은 접합에 의한 소스/드레인간 펀치쓰루 개선과 기생 저항 개선에 의한 포화전류(Idsat) 개선을 확인하였다. 각 소자에서 게이트와 반도체 기판 사이의 절연막(본 발명 구조에서는 단순히 절연막 패턴이지만, 노말 구조에서는 게이트 절연막으로 기능)의 두께는 50Å인 것으로 가정하였다. 게이트 측벽의 절연막(본 발명 구조에서는 게이트 옥사이드 및/또는 질화막 스페이서, 노말 구조에서는 게이트 측벽 산화막에 해당됨)의 두께는 본 발명 구조의 경우에는 50Å, 노말 구조인 경우에는 통상의 값(대개 50Å보다 큼)인 것으로 가정하였다.The characteristics of the VOD structure semiconductor device of the present invention as shown in FIGS. 5, 6, 9, and 10 were compared with the normal structure through the device simulators Tsuprem and Medici. As a result of simulation, the improvement of punch-through between source / drain due to shallow junction and improvement of saturation current (Idsat) due to parasitic resistance are confirmed. It is assumed that the thickness of the insulating film between the gate and the semiconductor substrate in each element (it is simply an insulating film pattern in the structure of the present invention, but functions as a gate insulating film in the normal structure) is 50 kV. The thickness of the insulating film on the gate sidewall (corresponding to the gate oxide and / or nitride spacer in the structure of the present invention, and the gate sidewall oxide film in the normal structure) is 50 kV in the case of the structure of the present invention, and the normal value (usually greater than 50 kV in the case of the normal structure) Is assumed to be).

1) 드레인-소스간 전압(Vds)=10V에서 소스/드레인 포텐셜 비교1) Source / drain potential comparison at drain-to-source voltage (Vds) = 10V

노말 구조에 Vds=10V에서 펀치쓰루가 심해져서 드레인의 포텐셜이 소스에 전이되는 것을 본 발명의 구조에서는 막고 있음을 알 수 있었다.It was found that the structure of the present invention prevents the punch-through from the normal structure to Vds = 10V, so that the potential of the drain is transferred to the source.

2) Vds=10V에서 소스-드레인 펀치쓰루 전류 흐름 비교2) Source-drain Punchthrough Current Flow Comparison at Vds = 10V

노말 구조에서는 Vds=10V에서 심각한 펀치쓰루 전류가 흐르고 있으나 본 발명의 구조에서는 펀치쓰루 전류가 없음을 확인하였다.In the normal structure, severe punch-through current flows at Vds = 10V, but the punch-through current is confirmed in the structure of the present invention.

3) 본 발명의 구조에서 게이트 측벽 산화막의 게이트 옥사이드로의 역할 확인3) Identify the role of gate sidewall oxide as gate oxide in the structure of the present invention.

Vds=2.2V, 게이트-소스간 전압(Vgs)=2.2V 조건에서 전계와 전류 흐름 그림으로부터, 게이트 측벽 산화막이 수직적 게이트 옥사이드 역할을 하고 있으며, 고농도 도핑된 실리콘 에피택셜층은 소스/드레인 역할을 하고 있음을 확인하였다.From the electric field and current flow diagrams under Vds = 2.2V and gate-to-source voltage (Vgs) = 2.2V, the gate sidewall oxide acts as a vertical gate oxide, and the heavily doped silicon epitaxial layer acts as a source / drain. It was confirmed that.

4) ET(Electrical Test) 데이터 비교(DRAM 셀 트랜지스터를 예로 시뮬레이션)4) ET (Electrical Test) data comparison (simulating DRAM cell transistors as an example)

문턱전압(Vth)은 노말 구조와 본 발명의 구조 모두 1.1V에 맞추었다. 도 11을 참조하면, 그래프의 x축은 게이트 전압(Vgate)이고, 좌측 y축은 드레인-소스간 전류(Ids)이다. 우측 y축은 최대 컨덕턴스(Gm)이다. 도 11에 도시된 것처럼, 본 발명의 구조에 따른 Ids(◆)가 노말 구조에 따른 Ids(▲)보다 높게 나타났다. 그리고, 본 발명의 구조가 기생 저항의 감소로 우수한 Gm(■) 특성을 보이고 있음을 알 수 있다. 노말 구조에 따른 Gm(×)은 본 발명의 Gm(■)보다 낮게 나타났다.Threshold voltage Vth is set to 1.1V in both the normal structure and the structure of the present invention. Referring to FIG. 11, the x axis of the graph is a gate voltage Vgate and the left y axis is a drain-source current Ids. The right y-axis is the maximum conductance (Gm). As shown in FIG. 11, Ids (◆) according to the structure of the present invention was higher than Ids (▲) according to the normal structure. In addition, it can be seen that the structure of the present invention exhibits excellent Gm (■) characteristics due to the reduction of parasitic resistance. Gm (×) according to the normal structure was lower than the Gm (■) of the present invention.

도 12를 참조하면, x축은 Vgs=2.2V일 때의 Vds이고, y축은 Ids이다. 도 12의 결과를 보면, 본 발명의 구조에 따른 Ids(◆)가 노말 구조에 따른 Ids(■)보다 높게 나타나며, 이는 기생 저항의 감소에 따른 결과로 보인다. 본 발명의 구조에 있어서 Idsat이 30% 정도 증가함을 알 수 있다.Referring to Fig. 12, the x-axis is Vds when Vgs = 2.2V, and the y-axis is Ids. 12, Ids (◆) according to the structure of the present invention is higher than Ids (■) according to the normal structure, which is seen as a result of the reduction of parasitic resistance. It can be seen that Idsat increases by about 30% in the structure of the present invention.

도 13을 참조하면, x축은 Vds이고, y축은 트랜지스터의 스탠드-바이(stand-by)시의 누설전류(Idoff)이다. 노말 구조의 BV(■)를 보면 Vds=6V에서 펀치쓰루 현상이 나타나지만, 본 발명의 Idoff(◆)를 보면 본 발명에 따른 구조에서는 Vds=10V에서도 펀치쓰루 없음을 알 수 있다.Referring to FIG. 13, the x-axis is Vds, and the y-axis is a leakage current Idoff at stand-by time of the transistor. The BV (■) of the normal structure shows a punchthrough phenomenon at Vds = 6V, but the Idoff (◆) of the present invention shows that there is no punchthrough even at Vds = 10V in the structure according to the present invention.

5) 게이트 옥사이드 두께에 따른 포화전류5) Saturation Current According to Gate Oxide Thickness

본 발명에 따른 VOD 구조와 혼동되기 쉬운 구조가 소스/드레인에 선택적 에피택셜 성장법(Selective Epitaxial Growth ; SEG)을 적용한 레이즈드(raised) 소스/드레인 구조이다. 본 발명에 따른 VOD 구조와 종래의 레이즈드 소스/드레인 구조의 차이는 첫째, 본 구조는 게이트 형성 후 게이트와 오버랩하기 위한 소스/드레인 이온주입이 필요없이 수직적으로 오버랩된다는 것이고, 레이즈드 구조는 게이트 형성 후 이온주입을 진행하든지, 레이즈드 구조와 이온주입 공정 실현 후 과다한 열(thermal) 공정으로 소스/드레인을 확산시켜 오버랩시킨다는 것이다.A structure easily confused with the VOD structure according to the present invention is a raised source / drain structure in which selective epitaxial growth (SEG) is applied to the source / drain. The difference between the VOD structure and the conventional raised source / drain structure according to the present invention is firstly that the present structure overlaps vertically without the need of source / drain ion implantation to overlap the gate after gate formation, and the raised structure is gated. The ion implantation may be performed after formation, or the source / drain may be diffused and overlapped by an excessive thermal process after realizing the raised structure and ion implantation process.

둘째, 게이트 측벽의 절연막(본 발명 구조에서는 게이트 옥사이드 및/또는 질화막 스페이서, 노말 구조에서는 게이트 측벽 산화막에 해당됨)의 두께 차이이다. 본 구조는 게이트의 전계가 소스/드레인에 전달되기 위해서 게이트 옥사이드 및/또는 질화막 스페이서의 두께가 절연막 패턴의 두께 정도에서 동작을 하고, 그보다 클 때에는 Idsat 감소가 매우 심하다. 도 14의 시뮬레이션 결과에서 알 수 있듯이 Vgs=2.2V 조건에서 게이트 측벽의 게이트 옥사이드의 두께가 50Å, 80Å, 150Å 순으로 증가할수록 전류가 감소한다.Second, the thickness difference between the insulating film on the gate sidewall (corresponding to the gate oxide and / or nitride spacer in the structure of the present invention, and the gate sidewall oxide film in the normal structure). In this structure, in order that the gate electric field is transferred to the source / drain, the thickness of the gate oxide and / or nitride spacer is operated at the thickness of the insulating film pattern, and when it is larger, the Idsat reduction is very severe. As can be seen from the simulation results of FIG. 14, the current decreases as the gate oxide thickness of the gate sidewall increases in the order of 50 mA, 80 mA, and 150 mA under Vgs = 2.2V.

이상에서는 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예들에만 한정되는 것은 아니고 다양한 변경이나 변형이 가능하다. 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범주 내에 포함될 수 있는 대안, 변형 및 등가를 포함한다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes and modifications are possible. The invention includes alternatives, modifications and equivalents that may be included within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

상술한 본 발명에 따르면, 얕은 접합을 이온주입법이 아닌 게이트 옥사이드와 실리콘 에피택시로 구현하고, 추가적인 접합 이온주입이 전혀 필요하지 않다는 것이 장점이다. 얕은 접합의 장점인 소스-드레인간 항복전압 개선을 시뮬레이션으로 확인할 수 있다. 기생 저항의 감소로 포화전류(Idsat)가 증가되고, 고농도 도핑된 실리콘 에피택셜층에 의해 후속 콘택패드 형성에서 콘택 저항을 현저하게 감소시킬 수 있다. 얕은 접합 깊이의 소스/드레인을 재현성있게 형성할 수 있으며, 반도체 소자의 전기적 특성 향상은 물론, 반도체 소자의 고집적화에 매우 유리하게 적용시킬 수 있다.According to the present invention described above, it is an advantage that the shallow junction is implemented by the gate oxide and the silicon epitaxy, not the ion implantation method, and no additional junction ion implantation is required. Simulation of the source-drain breakdown voltage improvement, which is the advantage of shallow junctions, can be confirmed. The reduction of the parasitic resistance increases the saturation current (Idsat), and the highly doped silicon epitaxial layer can significantly reduce the contact resistance in subsequent contact pad formation. A source / drain having a shallow junction depth can be formed reproducibly, and can be advantageously applied to high integration of a semiconductor device as well as to improve electrical characteristics of the semiconductor device.

Claims (20)

실리콘 기판의 활성영역 상에 절연막 패턴, 도핑된 폴리실리콘 패턴 및 캡핑층을 적층하여 형성한 게이트;A gate formed by stacking an insulating layer pattern, a doped polysilicon pattern, and a capping layer on the active region of the silicon substrate; 상기 도핑된 폴리실리콘 패턴의 측벽을 열산화시켜 형성한 수직적 게이트 옥사이드;A vertical gate oxide formed by thermally oxidizing sidewalls of the doped polysilicon pattern; 상기 게이트 및 게이트 옥사이드 바깥의 활성영역 상에 고농도 불순물 도핑된 실리콘을 에피택셜 성장하여 형성한 소스/드레인; 및A source / drain formed by epitaxially growing silicon doped with a high concentration of impurities on the active region outside the gate and gate oxide; And 상기 게이트 옥사이드 바깥에서 상기 도핑된 폴리실리콘 패턴 및 캡핑층의 측벽을 둘러싸는 게이트 스페이서를 포함함으로써, 소스/드레인과 게이트간에 수직적인 오버랩(overlap)이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자.And a gate spacer surrounding a sidewall of the doped polysilicon pattern and a capping layer outside the gate oxide, such that a vertical overlap is formed between the source / drain and the gate. 제1항에 있어서, 상기 소스/드레인과 상기 실리콘 기판 사이에 비도핑 실리콘 에피택셜층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The semiconductor device of claim 1, further comprising an undoped silicon epitaxial layer between the source / drain and the silicon substrate. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 게이트 옥사이드의 두께는 상기 절연막 패턴 두께의 0.5배 내지 1.5배인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The semiconductor device of claim 1, wherein the gate oxide has a thickness of 0.5 to 1.5 times the thickness of the insulating film pattern. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 게이트 옥사이드의 두께는 10Å 내지 100Å인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the gate oxide has a thickness of 10 GPa to 100 GPa. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 게이트 옥사이드와 소스/드레인 사이에 상기 게이트 옥사이드를 덮는 질화막 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The semiconductor device of claim 1, further comprising a nitride spacer covering the gate oxide between the gate oxide and the source / drain. 제5항에 있어서, 상기 게이트 옥사이드와 질화막 스페이서의 두께 합은 상기 절연막 패턴 두께의 0.5배 내지 1.5배인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The semiconductor device of claim 5, wherein the sum of the thicknesses of the gate oxide and the nitride film spacer is 0.5 to 1.5 times the thickness of the insulating film pattern. 제5항에 있어서, 상기 게이트 옥사이드와 질화막 스페이서의 두께 합은 10Å 내지 100Å인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.6. The semiconductor device of claim 5, wherein the sum of the thicknesses of the gate oxide and the nitride film spacer is in the range of 10 GPa to 100 GPa. 제1항에 있어서, 상기 소스/드레인을 형성하기 위하여 고농도 불순물 도핑된 실리콘을 에피택셜 성장한 두께는 50Å 내지 1000Å인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The semiconductor device according to claim 1, wherein the epitaxially grown silicon having a high concentration of impurity doped silicon to form the source / drain is 50 mW to 1000 mW. 제2항에 있어서, 상기 소스/드레인을 형성하기 위하여 고농도 불순물 도핑된실리콘을 에피택셜 성장한 두께는 50Å 내지 1000Å이며, 상기 비도핑 실리콘 에피택셜층의 두께는 50Å 내지 1000Å인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The semiconductor device according to claim 2, wherein the epitaxially grown silicon having a high concentration of impurity doped silicon to form the source / drain is 50 kPa to 1000 kPa, and the thickness of the undoped silicon epitaxial layer is 50 kPa to 1000 kPa. . 제2항에 있어서, 상기 비도핑 실리콘 에피택셜층 내에 소스/드레인 접합면이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The semiconductor device of claim 2, wherein a source / drain junction surface is formed in the undoped silicon epitaxial layer. 실리콘 기판의 활성영역 상에 절연막 패턴, 도핑된 폴리실리콘 패턴 및 캡핑층을 적층하여 게이트를 형성하는 단계;Stacking an insulating film pattern, a doped polysilicon pattern, and a capping layer on the active region of the silicon substrate to form a gate; 상기 도핑된 폴리실리콘 패턴의 측벽과 상기 실리콘 기판의 표면을 열산화시켜 옥사이드를 형성하는 단계;Thermally oxidizing a sidewall of the doped polysilicon pattern and a surface of the silicon substrate to form an oxide; 상기 옥사이드를 이방성 식각하여 상기 실리콘 기판의 표면을 드러냄으로써, 상기 도핑된 폴리실리콘 패턴의 측벽에 수직적 게이트 옥사이드를 형성하는 단계;Anisotropically etching the oxide to reveal a surface of the silicon substrate, thereby forming a vertical gate oxide on the sidewalls of the doped polysilicon pattern; 상기 게이트 및 게이트 옥사이드 바깥의 활성영역 상에 고농도 불순물 도핑된 실리콘을 에피택셜 성장하여 소스/드레인을 형성하는 단계; 및Epitaxially growing heavily doped silicon on the active region outside the gate and gate oxide to form a source / drain; And 상기 소스/드레인이 형성된 결과물 상에 절연막을 덮고 이방성 식각하여 상기 게이트 옥사이드 바깥에서 상기 도핑된 폴리실리콘 패턴 및 캡핑층의 측벽을 둘러싸는 게이트 스페이서를 형성하는 단계를 포함함으로써, 소스/드레인과 게이트간에 수직적인 오버랩(overlap)이 형성된 반도체 소자 제조방법.Covering the insulating film on the resultant source / drain formation and anisotropically etching to form a gate spacer outside the gate oxide to surround the sidewalls of the doped polysilicon pattern and the capping layer, thereby forming a gate spacer between the source / drain and the gate. A semiconductor device manufacturing method having a vertical overlap (overlap) is formed. 제11항에 있어서, 상기 게이트 옥사이드를 형성하는 단계 이후, 상기 게이트및 게이트 옥사이드 바깥의 활성영역 상에 비도핑 실리콘을 에피택셜 성장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.12. The method of claim 11, further comprising epitaxially growing non-doped silicon on the active region outside the gate and gate oxide after forming the gate oxide. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 게이트 스페이서를 형성하는 단계 이후, 상기 게이트 스페이서가 형성된 결과물을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The method of claim 11, further comprising, after forming the gate spacer, heat treating a resultant product on which the gate spacer is formed. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 수직적 게이트 옥사이드를 형성하는 단계 이후,The method of claim 11 or 12, wherein after forming the vertical gate oxide, 상기 게이트 옥사이드가 형성된 결과물 상에 질화막을 덮고 이방성 식각하여 상기 게이트 옥사이드를 덮는 질화막 스페이서를 형성하는 단계; 및Forming a nitride film spacer covering the gate oxide by anisotropically etching the nitride film on the resultant product on which the gate oxide is formed; And 상기 질화막 스페이서가 형성된 결과물을 세정하여 잔류하는 산화막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.And removing the remaining oxide film by cleaning the resultant material on which the nitride film spacer is formed. 제14항에 있어서, 상기 게이트 옥사이드와 질화막 스페이서의 두께 합은 상기 절연막 패턴 두께의 0.5배 내지 1.5배가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The method of claim 14, wherein the sum of the thicknesses of the gate oxide and the nitride film spacer is 0.5 to 1.5 times the thickness of the insulating film pattern. 제14항에 있어서, 상기 게이트 옥사이드와 질화막 스페이서의 두께 합은 10Å 내지 100Å가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.15. The method of claim 14, wherein the sum of the gate oxide and the nitride spacer is 10 kPa to 100 kPa. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 게이트 옥사이드의 두께는 상기 절연막 패턴 두께의 0.5배 내지 1.5배가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The method of claim 11 or 12, wherein the gate oxide has a thickness of 0.5 to 1.5 times the thickness of the insulating film pattern. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 게이트 옥사이드의 두께는 10Å 내지 100Å가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The method according to claim 11 or 12, wherein the gate oxide has a thickness of 10 kPa to 100 kPa. 제11항에 있어서, 상기 소스/드레인을 형성하기 위하여 고농도 불순물 도핑된 실리콘을 에피택셜 성장한 두께는 50Å 내지 1000Å가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.12. The method of claim 11, wherein the epitaxially grown silicon having a high concentration of impurity doped to form the source / drain is 50 mW to 1000 mW. 제12항에 있어서, 상기 소스/드레인을 형성하기 위하여 고농도 불순물 도핑된 실리콘을 에피택셜 성장한 두께는 50Å 내지 1000Å이며, 상기 비도핑 실리콘 에피택셜층의 두께는 50Å 내지 1000Å가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.13. The method of claim 12, wherein the epitaxially grown silicon having a high concentration of impurity doped silicon to form the source / drain is 50 kPa to 1000 kPa, and the thickness of the undoped silicon epitaxial layer is 50 kPa to 1000 kPa. Semiconductor device manufacturing method.
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