KR20090123696A - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플로팅 바디 트랜지스터의 제조 과정에서 열처리 과정 시 과도한 외향확산(out diffusion)을 방지하여 펀치 스루 현상 등의 단채널 효과를 방지할 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 실리콘 기판, 매몰 절연막 및 실리콘층의 적층구조를 형성하는 단계, 실리콘층 상부에 게이트 패턴을 형성하는 단계, 게이트 패턴 측벽에 스페이서를 형성하는 단계, 게이트 패턴 사이에 노출된 실리콘층을 식각하여 상기 매몰 절연막을 노출시키는 단계, 식각된 실리콘층을 포함하는 전체 상부에 폴리실리콘층을 형성하는 단계, 및 열처리 공정을 수행하여 실리콘층 내에 소스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
반도체, 플로팅 바디, 단채널 효과

Description

반도체 소자의 제조 방법{METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 장치를 제조 방법에 관한 것으로, 특히 SOI 기판을 사용하여 고집적 반도체 기억 장치에 사용되는 플로팅 바디 트랜지스터를 형성하는 공정에 관련된 기술이다.
복수의 반도체 장치들로 구성된 시스템에서 반도체 기억 장치는 데이터를 저장하기 위한 것이다. 데이터 처리 장치, 예를 들면, 중앙처리장치(CPU), 등에서 데이터를 요구하게 되면, 반도체 기억 장치는 데이터를 요구하는 장치로부터 입력된 어드레스에 대응하는 데이터를 출력하거나, 그 어드레스에 대응하는 위치에 데이터 요구 장치로부터 제공되는 데이터를 저장한다.
반도체 기억 장치의 데이터 저장 용량이 증가하면서 다수의 단위셀의 크기는 점점 작아지고 있으며, 읽기 혹은 쓰기 동작을 위한 여러 구성 요소들의 크기 역시 줄어들고 있다. 따라서, 반도체 기억 장치 내부의 불필요하게 중첩되는 배선 혹은 트랜지스터가 있다면 통합하여 각각의 요소가 차지하는 면적을 최소화하는 것이 중요하다. 또한, 반도체 기억 장치 내 포함된 다수의 단위셀의 크기를 줄이는 것 역시 집적도 향상에 큰 영향을 미친다.
반도체 기억 장치 중 전원이 인가된 상태에서 데이터를 기억할 수 있는 휘발성 기억 장치인 DRAM(Dynamic random access memory)을 예로 들면, 반도체 기억 장치 내 단위셀은 하나의 트랜지스터와 하나의 캐패시터로 구성되어 있다. 캐패시터를 포함하는 단위셀의 경우 “1”의 데이터가 저장되면 캐패시터와 트랜지스터 사이의 저장 노드(SN)에 임시 저장된 전하는 접합에서 발생하는 누설 전류 및 캐패시터의 특성으로 인한 누설 전류 등의 여러 누설 전류로 인해 시간이 지남에 따라 감소하게 된다. 이러한 이유로 DRAM은 정기적으로 단위셀들을 리프레쉬 해주어야 데이터가 소실되지 않을 수 있다.
이를 극복하기 위해, 단위셀 내 저장 노드(SN)에 많은 전하를 저장할 수 있도록 하기 위해 지금까지 캐패시터의 정전 용량 값(Cs)을 크게 하려고 노력하였다. 캐패시터의 정전 용량 값(Cs)을 크게 하기 위한 대표적인 방법으로서, 캐패시터의 절연막으로 사용하던 산화막을 질화된 산화막 등과 같이 유전 상수가 큰 절연 물질로 형성한 고유전막으로 변경하여 누설 전류를 줄이는 방안과 캐패시터의 정전 용량 값(Cs)을 크게 하기 위하여 2차원의 평면 구조를 가지던 캐패시터를 3차원의 실린더 구조, 트렌치 구조 등으로 형성하여 캐패시터의 양측 전극의 표면적을 증가시키는 방법이 제안되었다.
하지만, 디자인 규칙(Design Rule)이 감소함에 따라 캐패시터를 형성할 수 있는 평면 면적이 줄어드는 것은 불가피할 뿐만 아니라, 캐패시터 내 절연막을 구성하는 물질의 개발도 어려워졌다. 이에 따라 단위셀 내 저장 노드(SN)의 접합 저항의 값과 트랜지스터의 턴온 저항값이 커짐에 따라 정상적인 읽기 및 쓰기 동작의 수행이 어려워지고 리프레쉬 특성도 나빠지는 현상이 벌어졌다.
이를 개선하기 위해 제안된 개선된 반도체 기억 장치 내 단위셀은 플로팅 바디를 가지는 트랜지스터를 포함한다. 즉, 반도체 기억 장치가 단위셀에 종래에 데이터를 저장하기 위해 사용하였던 캐패시터를 포함하지 않고 단위셀 내 트랜지스터의 플로팅(floating)된 바디(body)에 데이터를 저장할 수 있도록 한 것이다.
플로팅 바디에 데이터를 저장하기 위해 워드 라인(Word Line)에 인가되는 전압 레벨을 트랜지스터의 일측 활성 영역에 연결된 비트 라인(Bit Line)에 인가되는 전압의 1/2 혹은 1/3 정도로 낮추어 핫 캐리어(hot carrier)가 많이 생성되도록 한다. "1"의 데이터가 입력되면 비트 라인의 접합 부위에서 다량 발생하는 핫 캐리어로 인해 발생한 전자(electron)들은 비트 라인 부위로 빠져나가고 그로 인해 발생한 홀(hole)은 플로팅 바디에 남아있도록 하는 것이다. 반대로 “0”에 대응하는 데이터가 전달되는 경우 비트 라인의 접합 부위에서 핫 캐리어가 발생하지 않으므로 플로팅 바디에 홀이 남지 않는다. 이렇게 저장된 홀은 읽기 동작에서 단위셀 내 트랜지스터의 문턱 전압을 낮추게 되며, 트랜지스터에 흐르는 전류를 증가시키는 역할을 한다. 즉, 홀이 트랜지스터의 플로팅 바디에 저장된 경우에는 저장되지 않은 경우에 비하여 더 큰 읽기 전류가 흐르게 되므로 단위셀에 “1”및 “0”중 어느 하나에 대응하는 데이터가 저장되어 있는지 구분할 수 있게 된다.
이러한 플로팅 바디 트랜지스터를 포함하는 반도체 기억 장치는 캐패시터가 불필요해짐에따라 집적도를 높일 수 있었지만, 종래 기술의 단위셀이 가지고 있던 단점과 유사하게 단위셀 내 트랜지스터의 플로팅 바디에 저장된 홀의 양이 시간이 지남에 따라 소스 라인(Source Line) 접합 또는 비트 라인 접합에 의한 누설전류 등에 의해 감소하는 것을 방지할 수 없다. 통상적으로, 소스 라인(SL)과 비트 라인(BL)을 연결하는 트랜지스터의 활성 영역은 연결되는 금속층과의 접합으로 인한 저항을 줄이기 위해 높은 농도의 불순물을 포함한다. 하지만, 트랜지스터의 활성 영역(즉, 소스 혹은 드레인 영역)이 매우 높은 농도의 불순물로 도핑되면, 활성 영역과 플로팅 바디간 누설 전류가 증가하게 된다. 이로 인해, 시간이 지나면 플로팅 바디(FB)에 저장된 홀의 양이 감소하기 쉽다. 특히, 이러한 누설 전류는 온도가 높아질수록 증가하기 때문에 고온에서 반도체 기억 장치의 단위셀에 저장된 데이터가 사라질 위험이 더 커진다.
SOI 반도체 기판상에 제조되는 플로팅 바디(floating body) 트랜지스터는 셀 패킹 밀도(cell packing density)를 최대화하기 위하여 STI 공정을 통해 형성한 소자분리막을 통해 단위셀을 분리하는 것보다 단일 액티브 영역 내에서 셀을 분리하는 것이 유리하다. 하지만, 트랜지스터의 전체 크기가 줄어드는 경우, 평면적인 채널 영역을 가지는 트랜지스터의 소스/드레인 영역간 거리가 줄어들어 펀치 스루(punch through) 현상을 방지하기 어렵다. 특히, 게이트 패턴의 하부에서 채널 도핑 등을 통해 농도가 높아진 플로팅 바디의 상부보다 낮은 농도를 가지는 플로팅 바디의 하부에서 펀치 스루 현상이 잘 발생한다. 아울러, 플로팅 바디 트랜지스터가 데이터에 대응하여 플로팅 바디에 보다 많은 홀을 저장하기 위해서는 바디의 체적을 극대화하여야 한다.
일반적으로, 단채널 효과(short channel effect)를 방지하기 위하여 이온주 입 공정을 통해 플로팅 바디 내 국부도핑영역을 형성한다. 하지만, 디자인 규칙의 감소로 이온주입 공정을 통해 국부도핑영역을 게이트 패턴 하부에 위치한 플로팅 바디 내 예정된 영역에 정확히 형성하는 것이 어렵다. 이로 인해, 플로팅 바디 트랜지스터의 펀치 스루 현상을 포함한 단채널 효과를 방지하기 어려워 반도체 장치의 동작 신뢰성이 낮아진다.
전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 플로팅 바디 트랜지스터의 제조 과정에서 이온주입 공정을 통한 국부도핑영역의 형성 없이 소스/드레인 영역 형성을 위한 열처리 과정 시 과도한 외향확산(out diffusion)을 방지하여 디자인 규칙의 감소로 인해 플로팅 바디의 하부에 야기되기 쉬운 펀치 스루 현상 등의 단채널 효과를 방지할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법과 그에 따라 제조된 반도체 장치를 제공한다.
본 발명은 실리콘 기판, 매몰 절연막 및 실리콘층의 적층구조를 형성하는 단계, 상기 실리콘층 상부에 게이트 패턴을 형성하는 단계, 상기 게이트 패턴 측벽에 스페이서를 형성하는 단계, 상기 게이트 패턴 사이에 노출된 상기 실리콘층을 식각하여 상기 매몰 절연막을 노출시키는 단계, 상기 식각된 실리콘층을 포함하는 전체 상부에 폴리실리콘층을 형성하는 단계, 및 열처리 공정을 수행하여 상기 실리콘층 내에 소스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 반도체 소자의 제조 방법은 상기 실리콘층 상부에 게이트 산화막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 스페이서는 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반도체 소자의 제조 방법은 상기 스페이서를 형성한 후 상기 스페이서가 형성된 게이트 패턴을 보호하는 산화막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 실리콘층을 식각하는 단계는 에치백(etch-back) 공정으로 진행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반도체 소자의 제조 방법은 상기 식각된 실리콘층 및 게이트 패턴을 포함하는 전체 표면에 라이너 폴리실리콘층을 증착하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 라이너 폴리실리콘층은 불순물이 도핑되지 않은 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 라이너 폴리실리콘층은 50Å~200Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 열처리 공정 시 상기 폴리실리콘층 내의 불순물이 상기 실리콘층으로 확산되어 소스/드레인 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 SOI 기판 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계, 상기 게이트 패턴 하부에 플로팅 바디를 형성하는 단계, 상기 게이트 패턴 및 플로팅 바디 상에 일정한 두께의 순수 폴리실리콘층을 형성하는 단계, 상기 순수 폴리실리콘층 상에 불순물이 도핑된 폴리실리콘층을 증착하는 단계, 및 열처리를 통해 소스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는, SOI 기판 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계는 SOI 기판 상에 도전 물질로 구성된 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극 상에 게이트 하드마스크 절연막을 형성하는 단계, 및 상기 게이트 전극 및 상기 게이트 하드마스크 절연막의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 스페이서는 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반도체 소자의 제조 방법은 상기 SOI 기판과 상기 게이트 패턴 사이 게이트 산화막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 SOI 기판은 상부 실리콘층과 기층부를 구성하는 하부 실리콘층 사이에 매몰 절연막을 포함한다.
바람직하게는, 상기 게이트 패턴 하부에 플로팅 바디를 형성하는 단계는 상기 게이트 패턴을 보호하기 위한 산화막을 형성하는 단계, 상기 산화막과 상기 게이트 패턴 사이에 위치한 상기 게이트 산화막을 제거하는 단계, 및 상기 매몰 절연막이 노출될 때까지 상기 게이트 패턴 사이 노출된 상기 상부 실리콘층을 식각하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 실리콘층을 식각하는 단계는 에치백(etch-back) 공정으로 진행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 순수 폴리실리콘층의 두께는 상기 열처리의 시간 및 온도 조건과 상기 불순물이 도핑된 폴리실리콘층의 불순물 농도로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 반도체 기억 장치 내 플로팅 바디 단위셀의 제조에 있어서 열처리 과정 시 과도한 외향확산을 방지하여 펀치 스루 현상을 방지할 수 있는 장점이 있 다.
또한, 본 발명은 플로팅 바디 단위셀에서의 단채널 효과를 방지하기 위한 별도의 국부 도핑 영역의 형성을 위해 이온주입 공정을 수행할 필요가 없어 제조 공정이 단순화되는 장점이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 1a 내지 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기억 장치 내 플로팅 바디 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1a를 참조하면, SOI 반도체 기판의 상부 실리콘층(110) 상에 게이트 산화막(115)을 형성한 후, 폴리실리콘층(120a)과 금속층(120b)으로 구성된 게이트 전극 및 게이트 전극을 보호하는 하드마스크(120c)를 포함하는 게이트 패턴(120)을 형성한다. SOI 반도체 기판은 하부 실리콘층(100), 하부 실리콘층(100) 상에 형성된 하부 절연 산화물층(105), 하부 절연 산화물층(105) 상부에 형성된 상부 실리콘층(110)을 포함한다. 이러한 SOI 웨이퍼는 상부 표면인 상부 실리콘층(110)과 기층부를 구성하는 하부 실리콘층(100) 사이에 매몰 절연막을 인위적으로 형성시켜 웨이퍼의 상부 표면에 미치는 기층부로부터의 영향을 제거할 수 있는 것으로, 절연층 위에 형성된 고순도 상부 실리콘층을 가공하는 효율을 높이고 상부 실리콘층에 형성된 소자들의 특성을 대폭 향상시킬 수 있다. 예를 들어, SOI 웨이퍼는 절연층(통상적으로는 열산화막으로 구현함)로 차단된 얇은 무결점 실리콘층을 제공하기 때문 에 절연벽이나 웰(Well)형성 공정 등을 줄일 수 있어 제품 개발 및 생산기간과 비용이 줄어드는 장점이 있다. 또한, 일반적인 웨이퍼를 사용하는 기존의 장비를 그대로 사용하거나 오히려 불필요한 장비를 줄일 수 있어 설비투자에 대한 부담이 없다.
도 1b를 참조하면, 게이트 패턴(120)의 측면에 스페이서(125)를 형성한다. 이후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴(120)을 보호하기 위한 산화막(130)을 형성한다. 이때 형성되는 산화막은 일반적으로 게이트 패턴을 보호하기 위해 많이 사용하는 것으로 게이트 패턴을 포함하는 구조물 상에 균일하게 형성한 후 자기정렬(self-aligned) 식각을 수행함으로써, 도 1c에 도시된 바와 같이 게이트 패턴의 상부를 보호할 수 있는 모자 형태의 산화막(130)을 형성한다. 이때, 에치백(etch back)을 통해 게이트 산화막(115)과 산화막(130)을 식각하여 소스/드레인 영역을 형성을 위해 상부 실리콘층(110)을 노출시킨다.
도 1d를 참조하면, 게이트 패턴(120) 상에 형성된 산화막(115)을 제거한 뒤, 게이트 패턴(120)을 식각마스크로 사용하여 노출된 상부 실리콘층(110)을 식각한다. 식각 공정은 절연 산화물층(105)이 드러날 때까지 진행되며 게이트 패턴(120)의 하부에 사다리꼴 형태의 플로팅 바디(110a)가 형성되도록 한다. 즉, 플로팅 바디(110a)의 측면이 게이트 패턴의 측면과 수직으로 정렬되지 않고 비스듬히 식각되도록 하여 플로팅 바디(110a)의 상부보다는 하부가 더 넓은 형태를 가지도록 한다. 이는 좁은 패턴 사이에 증착된 물질을 에칭할 때 일반적으로 일어날 수 있는 것으로 식각 조건을 강화하여 수직으로 식각할 필요가 없으며, 절연 산화물층(105)이 노출되고 각 게이트 패턴(120)의 하부에 남아있는 이웃한 플로팅 바디(110a)가 서로 분리되는 것으로 충분하다. 특히, 플로팅 바디(110a)의 측벽 경사가 완만할수록 트랜지스터의 플로팅 바디의 체적이 커지고, 도핑농도가 낮은 플로팅 바디의 하부에서 펀치 스루 현상을 방지하기 쉬워진다.
도 1e에 도시된 바와 같이, 절연 산화물층(105) 상에 형성된 플로팅 바디(110a) 및 게이트 패턴(120)을 포함하는 구조물 상에 소스/드레인 및 플러그 형성을 위해 도핑된 폴리실리콘층(140)을 형성한다. 폴리실리콘층(140)은 게이트 패턴(120) 및 플로팅 바디(110a)에 맞닿아 형성된다.
도 1f를 참조하면, 열처리를 통해 도핑된 폴리실리콘층(140)이 플로팅 바디(110a)에 횡방향으로 확산시켜 각각의 게이트 패턴(120)에 대응하는 트랜지스터를 분리시키고 각 트랜지스터의 소스 및 드레인(150)을 확정한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 이온주입 공정을 수행하여 플로팅 바디(110a) 내 국부도핑영역을 형성할 필요없이 플로팅 바디 트랜지스터를 제조할 수 있다. 하지만, 전술한 실시예에서는 고농도의 폴리실리콘막(140)의 증착 후 고온의 확산 공정을 수행하는 경우 폴리실리콘막(140)을 횡방향으로 확산시켜 소스 및 드레인(150)을 형성하기 때문에, 폴리실리콘막(140)의 횡방향 확산으로 인해 각각의 트랜지스터의 바디의 유효 체적이 줄어들게 되고, 이로 인해 유효 채널 길이가 짧아진다. 이 경우, 열처리 과정에서 온도와 시간을 적절히 제어하지 못할 경우 과도한 외향확산(out diffusion)이 일어날 수 있다. 만약 열처리시 과도한 외향확산이 발생할 경우, 플로팅 바디(110a)의 상부 혹은 하부에서 펀치 스루 현상이 발생할 수 있다. 이하에서는, 전술한 실시에의 단점을 극복하기 위해 열처리시 발생할 수 있는 과도한 외향확산으로 인한 단채널 효과의 발생을 억제하기 위한 방법을 설명한다.
도 2a 내지 2g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 기억 장치 내 플로팅 바디 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, SOI 반도체 기판의 상부 실리콘층(210) 상에 게이트 산화막(215)을 형성한 후, 폴리실리콘층(220a)과 금속층(220b)으로 구성된 게이트 전극 및 게이트 전극을 보호하는 하드마스크(220c)를 포함하는 게이트 패턴(220)을 형성한다. SOI 반도체 기판은 하부 실리콘층(200), 하부 실리콘층(200) 상에 형성된 하부 절연 산화물층(205), 하부 절연 산화물층(205) 상부에 형성된 상부 실리콘층(210)을 포함한다.
도 2b를 참조하면, 게이트 패턴(220)의 측면에 스페이서(225)를 형성한다. 이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴(220)을 보호하기 위한 산화막(230)을 형성한다. 이때 형성되는 산화막(230)은 일반적으로 게이트 패턴을 보호하기 위해 많이 사용하는 것으로 게이트 패턴을 포함하는 구조물 상에 균일하게 형성한 후 자기정렬(self-aligned) 식각을 수행함으로써, 도 1c에 도시된 바와 같이 게이트 패턴의 상부를 보호할 수 있는 모자 형태의 산화막(130)과 동일한 방법으로 형성한다. 이때, 에치백(etch back)을 통해 게이트 산화막(215)과 산화막(230)을 식각하여 소스/드레인 영역을 형성을 위해 상부 실리콘층(210)을 노출시킨다.
도 2d를 참조하면, 게이트 패턴(220) 상에 형성된 산화막(215)을 제거한 뒤, 게이트 패턴(220)을 식각마스크로 사용하여 노출된 상부 실리콘층(210)을 식각한다. 식각 공정은 절연 산화물층(205)이 드러날 때까지 진행되며 게이트 패턴(220)의 하부에 사다리꼴 형태의 플로팅 바디(210a)가 형성되도록 한다. 즉, 플로팅 바디(210a)의 측면이 게이트 패턴의 측면과 수직으로 정렬되지 않고 비스듬히 식각되도록 하여 플로팅 바디(110a)의 상부보다는 하부가 더 넓은 형태를 가지도록 한다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 절연 산화물층(205) 상에 형성된 플로팅 바디(210a) 및 게이트 패턴(220)을 포함하는 구조물 상에 제 1 폴리실리콘층(235)을 일정한 두께로 증착한다. 이때, 제 1 폴리실리콘층(235)은 추후 소스/드레인 영역 형성시 열처리 공정으로 인한 일어나는 외향확산으로 인해 플로팅 바디(210a) 내 단채널 효과가 일어나는 것을 방지하기 위한 것으로, 불순물이 도핑되지 않은 순수 폴리실리콘(poly silicon)으로 구성된다.
이후, 도 2f를 참조하면, 제 1 폴리실리콘층(235) 상에 소스/드레인 및 플러그 형성을 위해 불순물이 도핑된 제 2 폴리실리콘층(240)을 형성한다. 이후, 열처리를 통해 제 2 폴리실리콘층(240)에 포함된 불순물을 제 1 폴리실리콘층(235) 및 플로팅 바디(210a)에 횡방향으로 확산시켜 각각의 게이트 패턴(220)에 대응하는 트랜지스터를 분리시키고 각 트랜지스터의 소스 및 드레인(250)을 확정한다. 통상적인 열처리는 1000℃ 정도의 온도에서 20초의 시간 동안 수행되나, 열처리의 환경 조건(온도 및 시간)과 제 2 폴리실리콘층(240)의 불순물 농도에 따라 불순물이 확산되는 범위가 다르다. 이를 정확하게 제어하는 것은 어렵지만, 제 1 폴리실리콘층(235)은 펀치 스루 현상을 방지하기 위해 불순물이 확산되는 대략적인 범위에 대 응하여 버퍼층의 역할을 위한 충분한 두께를 가져야 한다.
또한, 제 1 폴리실리콘층(235)의 두께는 열처리에 따른 불순물의 횡방향 확산 범위 뿐만 아니라 이웃한 플로팅 바디 사이에 제 2 폴리실리콘층(240)이 충분히 매립될 수 있도록 하는 것도 중요하다. 만약, 제 1 폴리실리콘층(235)의 두께가 너무 두꺼울 경우 제 2 폴리실리콘층(240)이 이웃한 플로팅 바디(110a) 사이에 매립되지 못할 수 있기 때문이다. 일례로, 70 nm 이하의 제조 공정에서 이웃한 플로팅 바디(110a)의 하부 사이 이격 거리가 약 50~60 nm정도일 경우, 열처리 시 불순물이 확산되는 범위와 랜딩 플러그 물질의 매립을 고려하여 제 1 폴리실리콘층(235)은 약 50Å~200Å 두께를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 불순물이 도핑된 폴리실리콘층을 증착한 뒤 열처리를 통해 불순물을 확산하기 전 플로팅 바디의 측벽을 불순물이 도핑되지 않은 순수 폴리실리콘으로 코딩함으로써, 열처리시 불순물이 플로팅 바디 내로 과도하게 외향확산(out diffusion)되는 것을 방지한다. 특히, 도 2f에 도시된 바와 같이, 플로팅 바디를 감싸는 순수 폴리실리콘으로 구성된 제 1 폴리실리콘층(235)에 열처리시 불순물이 도핑된 제 2 폴리실리콘층(240)으로부터 불순물이 확산되기 때문에 제 1 폴리실리콘층(235)과 제 2 폴리실리콘층(240)의 구별이 무의미해진다. 하지만, 도 1f에서와 달리, 열처리시 플로팅 바디(210a)를 둘러싼 제 1 폴리실리콘층(235)은 제 2 폴리실리콘층(240)에 포함된 불순물이 플로팅 바디(210a)에 과도하게 확산되는 것을 방지하는 버퍼층의 역할을 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따라 SOI 기판에서 제작되는 플로 팅 바디 트랜지스터는 플로팅 바디의 양측면에 펀치 스루 현상의 방지를 위한 국부 도핑 영역을 형성할 필요없이 플러그 및 소스/드레인 영역의 형성이 용이하다. 아울러, 플로팅 바디를 순수한 폴리실리콘층으로 코딩한 후 랜딩 플러그 형성을 위한 도핑된 폴리실리콘층을 증착하고 열처리함으로써, 불순물의 과도한 외향확산으로 인해 발생하기 쉬운 플로팅 바디 내 펀치 스루 현상 등을 비롯한 단채널 효과를 방지하는 것도 용이하다. 따라서, 이러한 플로팅 바디 트랜지스터를 반도체 장치에 적용할 경우 반도체 장치의 집적도를 더욱 향상시킬 수 있고 동작의 안정성을 향상시킬 수 있다. 특히, 이러한 플로팅 바디 트랜지스터를 반도체 기억 장치 내 셀 트랜지스터로 사용하는 경우 반도체 기억 장치의 집적도를 크게 향상시킬 수 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1a 내지 1f는 본 발명의 일 실시예에 반도체 기억 장치 내 플로팅 바디 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 내지 2f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 기억 장치 내 플로팅 바디 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

Claims (17)

  1. 실리콘 기판, 매몰 절연막 및 실리콘층의 적층구조를 형성하는 단계;
    상기 실리콘층 상부에 게이트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 게이트 패턴 측벽에 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 게이트 패턴 사이에 노출된 상기 실리콘층을 식각하여 상기 매몰 절연막을 노출시키는 단계;
    상기 식각된 실리콘층을 포함하는 전체 상부에 폴리실리콘층을 형성하는 단계; 및
    열처리 공정을 수행하여 상기 실리콘층 내에 소스/드레인 영역을 형성하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘층 상부에 게이트 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서를 형성한 후 상기 스페이서가 형성된 게이트 패턴을 보호하는 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘층을 식각하는 단계는 에치백(etch-back) 공정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 식각된 실리콘층 및 게이트 패턴을 포함하는 전체 표면에 라이너 폴리실리콘층을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 라이너 폴리실리콘층은 불순물이 도핑되지 않은 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 라이너 폴리실리콘층은 50Å~200Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열처리 공정 시 상기 폴리실리콘층 내의 불순물이 상기 실리콘층으로 확산되어 소스/드레인 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  10. SOI 기판 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 게이트 패턴 하부에 플로팅 바디를 형성하는 단계;
    상기 게이트 패턴 및 플로팅 바디 상에 일정한 두께의 순수 폴리실리콘층을 형성하는 단계;
    상기 순수 폴리실리콘층 상에 불순물이 도핑된 폴리실리콘층을 증착하는 단계; 및
    열처리를 통해 소스/드레인 영역을 형성하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    SOI 기판 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계는
    SOI 기판 상에 도전 물질로 구성된 게이트 전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극 상에 게이트 하드마스크 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 게이트 전극 및 상기 게이트 하드마스크 절연막의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스페이서는 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 SOI 기판과 상기 게이트 패턴 사이 게이트 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 SOI 기판은 상부 실리콘층과 기층부를 구성하는 하부 실리콘층 사이에 매몰 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 게이트 패턴 하부에 플로팅 바디를 형성하는 단계는
    상기 게이트 패턴을 보호하기 위한 산화막을 형성하는 단계;
    상기 산화막과 상기 게이트 패턴 사이에 위치한 상기 게이트 산화막을 제거 하는 단계; 및
    상기 매몰 절연막이 노출될 때까지 상기 게이트 패턴 사이 노출된 상기 상부 실리콘층을 식각하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 실리콘층을 식각하는 단계는 에치백(etch-back) 공정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 순수 폴리실리콘층의 두께는 상기 열처리의 시간 및 온도 조건과 상기 불순물이 도핑된 폴리실리콘층의 불순물 농도로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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