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KR100545193B1 - MOS transistor - Google Patents

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KR100545193B1
KR100545193B1 KR1020030074439A KR20030074439A KR100545193B1 KR 100545193 B1 KR100545193 B1 KR 100545193B1 KR 1020030074439 A KR1020030074439 A KR 1020030074439A KR 20030074439 A KR20030074439 A KR 20030074439A KR 100545193 B1 KR100545193 B1 KR 100545193B1
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동부아남반도체 주식회사
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    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/021Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]

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Abstract

모스 트랜지스터에 관한 것으로, 그 목적은 종래 세 개의 게이트 전극을 가지는 모스 트랜지스터 구조가 가지는 단점들을 보완할 수 있는 새로운 구조의 모스 트랜지스터를 제공하는 데에 있다. 이를 위해 본 발명에서는 사이드월 게이트에 형성된 전위우물에 전자나 음전하 또는 정공이나 양전하를 주입하여 사이드월 게이트 아래에 높은 농도의 반전층을 형성시키는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 따른 모스 트랜지스터는, 반도체 기판 상에 형성된 소정폭의 게이트절연막; 게이트절연막의 중앙부 상에 형성되고 게이트절연막 보다 작은 폭을 가지는 주게이트; 주게이트의 양 측벽에 형성된 측벽절연막; 주게이트에 의해 도포되지 않고 잔존하는 게이트절연막의 가장자리부 및 측벽절연막 상에 형성되어, 주게이트의 양 측면에 위치하며, 내부에 정공 또는 전자가 주입되어 있는 사이드월게이트; 및 사이드월 게이트 양 측방의 반도체 기판 내에 형성된 소스 및 드레인 영역을 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a MOS transistor, and an object thereof is to provide a MOS transistor having a new structure that can compensate for the disadvantages of the MOS transistor structure having a conventional three gate electrode. To this end, the present invention is characterized by forming an inversion layer having a high concentration under the sidewall gate by injecting electrons, negative charges, holes or positive charges into the potential well formed in the sidewall gate. That is, the MOS transistor according to the present invention includes a gate insulating film having a predetermined width formed on a semiconductor substrate; A main gate formed on the center portion of the gate insulating film and having a smaller width than the gate insulating film; Sidewall insulating films formed on both sidewalls of the main gate; Sidewall gates formed on the edge portions of the gate insulating film and the sidewall insulating films that are not applied by the main gate and are positioned on both sides of the main gate and have holes or electrons injected therein; And source and drain regions formed in the semiconductor substrate on both sides of the sidewall gate.

사이드월 게이트, 반전층, 정공, 전하Sidewall Gate, Inverting Layer, Hole, Charge

Description

모스 트랜지스터 {MOS transistor} MOS transistor

도 1은 종래 세 개의 게이트 전극을 가지는 모스 트랜지스터 구조를 도시한 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing a MOS transistor structure having three conventional gate electrodes;

도 2는 본 발명에 따른 세 개의 게이트 전극을 가지는 모스 트랜지스터 구조를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a MOS transistor structure having three gate electrodes according to the present invention.

본 발명은 모스 트랜지스터 구조에 관한 것으로 더욱 상세하게는 세 개의 게이트 전극을 갖는 모스 트랜지스터의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a MOS transistor structure, and more particularly to a structure of a MOS transistor having three gate electrodes.

종래의 세 개의 게이트 전극을 갖는 모스 트랜지스터 구조는 1993년도에 발표된 H.Noda, F.Murai, 및 S.Kimura의 논문인 "반전층을 극히 얕은 소스/드레인으로 사용하는, 임계전압 조절된 0.1㎛ 모스펫(MOSFET)" (IEDM Tech. Dig.,1993, pp.123~126) 에 자세히 언급되어 있다.A conventional MOS transistor structure with three gate electrodes has been described in H.Noda, F.Murai, and S.Kimura's paper, published in 1993, "Threshold voltage controlled 0.1 using an inversion layer as an extremely shallow source / drain. Μm MOSFET "(IEDM Tech. Dig., 1993, pp. 123-126).

도 1은 종래 세개의 게이트 전극을 갖는 모스 트랜지스터 구조를 도식한 것으로 NMOS경우 P형 실리콘 기판(1) 위에 게이트 산화막(5)과 N형 불순물로 고농도 도우핑된 폴리 실리콘 주게이트(8)가 있으며 주게이트 양측벽에 N형 불순물로 고농 도 도우핑된 폴리 실리콘 사이드월 게이트(7)가 존재한다.1 illustrates a conventional MOS transistor structure having three gate electrodes. In the case of NMOS, a gate oxide film 5 and a polysilicon main gate 8 heavily doped with N-type impurities are formed on a P-type silicon substrate 1. There is a polysilicon sidewall gate 7 doped with N-type impurities at both sides of the main gate.

사이드월 게이트(7)와 주게이트(8) 사이에는 절연을 위해 산화막(6)이 존재하며 각각의 사이드월 게이트(7)와 P형 실리콘 기판(1) 사이에도 게이트 산화막(5)이 존재한다.An oxide film 6 exists between the sidewall gate 7 and the main gate 8 for insulation, and a gate oxide film 5 exists between each sidewall gate 7 and the P-type silicon substrate 1. .

사이드월 게이트(7) 외방의 반도체 기판(1) 내에는 소스(2) 및 드레인(3)이 형성되어 있다.The source 2 and the drain 3 are formed in the semiconductor substrate 1 outside the sidewall gate 7.

PMOS경우 불순물의 도전 타입(type)만 다르고 나머지는 모든 것이 동일하다.In the case of PMOS, only the conductivity type of impurities is different, and the rest are all the same.

이러한 구조의 사이드월 게이트에 일정한 전압을 걸어주면 사이드월 게이트 아래에 반전층이 형성되어 모스 트랜지스터의 소스/드레인 확장 영역(source/drain extention area)과 동일한 역할을 하게 되며 주게이트에 전압을 걸어주면 채널이 형성되어 드레인과 소스사이에 전류가 흐르게 된다. When a constant voltage is applied to the sidewall gate of this structure, an inversion layer is formed under the sidewall gate, which plays the same role as the source / drain extention area of the MOS transistor. Channels are formed so that current flows between the drain and the source.

이와 같이 사이드월 게이트를 가상 소스/드레인 확장 영역(virtual source/drain extention area)형성을 위해 사용함으로써 5~10 nm 정도의 소스/드레인 확장 영역 접합 깊이를 형성시킬 수 있어 모스트랜지스터의 드레인 전계가 채널쪽으로 침투하여 발생되는 문턱 전압 저하 현상과 드레인 유도 장벽저감(drain induced barrier lowering : DIBL) 등과 같은 짧은 채널 효과(short channel effect)를 효과적으로 개선시킬 수 있다.By using the sidewall gate to form a virtual source / drain extention area, the source / drain extension region junction depth of about 5 to 10 nm can be formed, so that the drain field of the MOS transistor is a channel. It is possible to effectively improve short channel effects such as a threshold voltage drop phenomenon and a drain induced barrier lowering (DIBL) generated by penetrating to the side.

그런데, 종래의 이온 주입공정으로 소스/드레인 확장 영역을 형성시키는 경우 후속 열공정에 의해, 주입된 불순물이 채널 영역으로 확산되기 때문에 게이트 길이가 0.06 ㎛ 이하인 경우 소스/드레인이 서로 붙어버려 사실상 모스 트랜지스터 를 만들 수 없게 되며 게이트 길이가 0.06 ㎛ 이상인 경우도 소스/드레인 접합 깊이를 10 nm 이하로는 형성시킬 수 없기 때문에 짧은 채널 효과가 심하게 발생하는 문제점이 있다.However, when the source / drain extension region is formed by the conventional ion implantation process, since the implanted impurities are diffused into the channel region by the subsequent thermal process, when the gate length is 0.06 μm or less, the source / drain adheres to each other and the MOS transistor is actually used. Also, even when the gate length is more than 0.06 μm, the source / drain junction depth cannot be formed to be less than 10 nm, which causes a short channel effect.

따라서 0.1 ㎛ 이하의 나노 트랜지스터의 소스/드레인 확장 영역 형성의 대안으로 사이드월 게이트를 사용한 가상 소스/드레인 확장 영역 구조가 관심을 받고 있는 상황이다.Therefore, a virtual source / drain extension region structure using sidewall gates has been attracting attention as an alternative to forming source / drain extension regions of nano-transistors of 0.1 μm or less.

그런데 종래의 세개의 게이트 전극을 갖는 모스 트랜지스터 구조의 경우 사이드월 게이트에 일정 전압을 걸어주기 위해서는 사이드월 게이트에 콘택을 형성해야 하는데 이것이 어려운 문제가 있으며, 사이드월 게이트 문턱전압 조정 목적으로 주입된 이온들이 후속 열공정을 거치면서 확산되어 주게이트 영역의 문턱전압에 영향을 줄 수도 있다. However, in the conventional MOS transistor structure having three gate electrodes, in order to apply a constant voltage to the sidewall gate, a contact must be formed on the sidewall gate. This is a difficult problem, and the ion implanted for the purpose of adjusting the sidewall gate threshold voltage is difficult. They may diffuse through subsequent thermal processes and affect the threshold voltage of the main gate region.

뿐만 아니라 사이드월 게이트와 주게이트 사이, 사이드월 게이트와 바디 사이, 사이드월 게이트와 소스/드레인 사이에 추가적으로 기생커패시턴스가 생성되는데 이러한 기생커패시턴스에 의해 인가되는 사이드월 게이트 바이어스 전압의 전달 속도가 느려지게 되어 상대적으로 트랜지스터 성능(performance)이 떨어지게 된다. In addition, an additional parasitic capacitance is generated between the sidewall gate and the main gate, between the sidewall gate and the body, and between the sidewall gate and the source / drain, which slows down the transfer rate of the sidewall gate bias voltage applied by the parasitic capacitance. This results in relatively poor transistor performance.

또한 사이드월 게이트에 일정 전압을 계속 인가하여야 하기 때문에 추가적인 누설 전류가 발생하여 전력 소모가 증가하게 되고 사이드월 게이트와 주게이트 사이의 절연막의 열화문제 등이 발생할 수 있다.In addition, since a constant voltage must be continuously applied to the sidewall gate, additional leakage current may occur to increase power consumption, and deterioration of the insulating layer between the sidewall gate and the main gate may occur.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 종 래 세 개의 게이트 전극을 가지는 모스 트랜지스터 구조가 가지는 단점들을 보완할 수 있는 새로운 구조의 모스 트랜지스터를 제공하는 데에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a MOS transistor having a new structure that can compensate for the disadvantages of the MOS transistor structure having three gate electrodes.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 사이드월 게이트를 주게이트 보다 에너지 밴드갭이 큰 물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the sidewall gate is formed of a material having a larger energy band gap than the main gate.

즉, 본 발명에 따른 모스 트랜지스터는, 반도체 기판 상에 형성된 소정폭의 게이트절연막; 게이트절연막의 중앙부 상에 형성되고 게이트절연막 보다 작은 폭을 가지는 주게이트; 주게이트의 양 측벽에 형성된 측벽절연막; 주게이트에 의해 도포되지 않고 잔존하는 게이트절연막의 가장자리부 및 측벽절연막 상에 형성되어, 주게이트의 양 측면에 위치하며, 내부에 정공 또는 전자가 주입되어 있는 사이드월게이트; 및 사이드월 게이트 양 측방의 반도체 기판 내에 형성된 소스 및 드레인 영역을 포함하여 이루어진다.That is, the MOS transistor according to the present invention includes a gate insulating film having a predetermined width formed on a semiconductor substrate; A main gate formed on the center portion of the gate insulating film and having a smaller width than the gate insulating film; Sidewall insulating films formed on both sidewalls of the main gate; Sidewall gates formed on the edge portions of the gate insulating film and the sidewall insulating films that are not applied by the main gate and are positioned on both sides of the main gate and have holes or electrons injected therein; And source and drain regions formed in the semiconductor substrate on both sides of the sidewall gate.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명에 따른 모스 트랜지스터의 구조를 도시한 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21) 상에는 소정폭의 게이트절연막(25)가 형성되어 있고, 게이트절연막(25)의 중앙부 상에는 게이트절연막(25) 보다 작은 폭을 가지는 주게이트(28)가 형성되어 있다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a MOS transistor according to the present invention. As shown in FIG. 2, a gate insulating film 25 having a predetermined width is formed on a semiconductor substrate 21, and a gate insulating film 25 is formed on a central portion of the gate insulating film 25. The main gate 28 having a width smaller than that of the gate insulating film 25 is formed.

주게이트(28)의 양 측벽에는 측벽절연막(26)이 형성되어 있고, 주게이트(28)에 의해 도포되지 않고 잔존하는 게이트절연막(25)의 가장자리부 및 측벽절연막(26) 상에는 사이드월 게이트(27)가 형성되어 있다. 이 때, 주게이트(28)의 양 측방에 위치하는 사이드월 게이트(27)에는 정공 또는 전자가 주입되어 있다.Sidewall insulating films 26 are formed on both sidewalls of the main gate 28, and sidewall gates are formed on the edges of the remaining gate insulating film 25 and the sidewall insulating films 26, which are not applied by the main gate 28. 27) is formed. At this time, holes or electrons are injected into the sidewall gates 27 located on both sides of the main gate 28.

정공 대신에 양전하가 주입될 수도 있고, 전자 대신에 음전하가 주입될 수도 있다.A positive charge may be injected instead of a hole, and a negative charge may be injected instead of an electron.

사이드월 게이트(27) 양 측방의 반도체 기판(21) 내에는 소스(22) 및 드레인(23) 영역이 형성되어 있다.Source 22 and drain 23 regions are formed in the semiconductor substrate 21 on both sides of the sidewall gate 27.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모스 트랜지스터 구조는 종래 소자 구조와 비교할 때 사이드월 게이트로서 종래 고농도로 도우핑된 폴리 실리콘을 사용하는 대신, 고농도 n형(PMOS 경우는 p형) 불순물로 도우핑된 폴리 실리콘에 정공 또는 전자를 주입하여 사용한다는 점이 특징이다.As described above, the MOS transistor structure according to the present invention is doped with a high concentration n-type (p-type in the case of PMOS) impurities instead of using a conventionally heavily doped polysilicon as a sidewall gate as compared with the conventional device structure. It is characterized by injecting holes or electrons into the polysilicon.

일반적으로, 긴채널 모스 트랜지스터의 문턱전압은 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.In general, the threshold voltage of the long channel MOS transistor may be represented by Equation 1 below.

Figure 112003039674095-pat00001
Figure 112003039674095-pat00001

수학식 1에서 각 기호에 대한 설명은 다음과 같다.Description of each symbol in Equation 1 is as follows.

φms:일함수 차이[V], φf:페르미 포텐셜[V], Qd:공핍영역 전하량[C/cm 3]φ ms : Work function difference [V], φ f : Fermi potential [V], Q d : Depletion region charge amount [C / cm 3 ]

Cox:게이트 산화막 커패시턴스, q:전자의 전하량[C], C ox : gate oxide capacitance, q: charge amount of electron [C],

Dp : p타입 도펀트 문턱전압 조정 도즈량[cm-2], D p : p-type dopant threshold voltage adjustment dose amount [cm -2 ],

Dn:n타입 도펀트 문턱전압 조정 도즈량[cm-2] D n : n type dopant threshold voltage adjustment dose amount [cm -2 ]

Qt:사이드월 게이트 포텐셜웰에 트랩된 전하[C/cm3] Q t : Charge trapped in sidewall gate potential well [C / cm 3 ]

일반적인 고농도 N+ 폴리 실리콘 게이트를 사용하는 경우 일함수 차이는 -1.0 V 내외이고 페르미 포텐셜은 0.4-0.45 V 사이로 거의 고정되어 있는 값이기 때문에, 문턱전압 조정을 위해서는 실리콘 기판의 농도를 조절하여 공핍영역 전하량을 조절하거나 실리콘 기판 표면에 N형 불순물이나 P형 불순물을 주입하는 방법을 많이 사용한다. The work function difference is around -1.0 V and the Fermi potential is almost fixed at 0.4-0.45 V when using a general high concentration N + polysilicon gate. Therefore, to adjust the threshold voltage, the amount of depletion region charge is controlled by adjusting the concentration of the silicon substrate. Or a method of injecting N-type impurities or P-type impurities into the silicon substrate surface.

예를 들어, 고농도 N+ 폴리 실리콘 게이트를 사용하고 실리콘 기판의 농도가 1.0×1017 [ions/cm3]이고 게이트 산화막의 두께가 50Å이면, 실리콘 기판 표면에 N형이나 P형 불순물을 주입하지 않은 긴채널 네이티브(native) NMOS 트랜지스터의 문턱전압은 대략 0.1 V 정도이며 단채널 경우는 이보다 다소 낮은 문턱전압을 가지게 될 것이다. For example, if a high concentration of N + polysilicon gate is used, and the silicon substrate has a concentration of 1.0 × 10 17 [ions / cm 3 ] and the gate oxide has a thickness of 50 GPa, N-type or P-type impurities are not implanted in the silicon substrate surface. The threshold voltage of a long channel native NMOS transistor is about 0.1V, and in the short channel case, it will have a lower threshold voltage.

따라서 사이드월 게이트에 이러한 문턱전압보다 훨씬 높은 전압, 예를 들어 2~3 V 정도를 걸어주어야 사이드월 게이트 아래에 충분한 양의 반전층이 형성되어 원하는 소스/드레인 확장 영역을 형성시킬 수 있을 것이다. Therefore, a voltage much higher than the threshold voltage, such as 2 to 3 V, should be applied to the sidewall gate so that a sufficient amount of inversion layer may be formed under the sidewall gate to form a desired source / drain extension region.

만약 상술한 조건에서 문턱전압을 높이고 싶으면 P형 불순물을 실리콘 기판 표면에 이온 주입하면 되고 문턱전압을 낮추고 싶으면 N형 불순물을 실리콘 기판 표면에 이온 주입하면 될 것이다. If the threshold voltage is to be increased under the above conditions, the P-type impurity may be ion-implanted onto the silicon substrate surface. If the threshold voltage is to be reduced, the N-type impurity may be ion implanted to the silicon substrate surface.

하지만 이렇게 문턱전압 조절을 위해 불순물을 주입할 경우 주입된 불순물이 후속 열공정에 의해 확산되어 주 게이트의 문턱전압을 변화시킬 수 있기 때문에 바람직하지 않으며, 설령 N형 불순물을 실리콘 기판 표면에 이온 주입하더라도 문턱전압을 -1 V 내지 -2 V 이하까지 낮추기는 힘들기 때문에 종래의 구조에서는 반드시 사이드월 게이트에 전압을 가하여야만 원하는 소스/드레인 확장 영역을 얻을 수 있음을 알 수 있다.However, injecting impurities to adjust the threshold voltage is not preferable because the implanted impurities can be diffused by a subsequent thermal process to change the threshold voltage of the main gate. Since it is difficult to lower the threshold voltage from -1 V to -2 V or less, it can be seen that in the conventional structure, a desired source / drain extension region can be obtained only by applying a voltage to the sidewall gate.

그러나, 본 발명에서와 같이 사이드월 게이트를 이루는 고농도 N형 폴리 실리콘에 정공(또는 양전하)를 주입하면, 주입된 정공(또는 양전하)이 사이드월 게이트(폴리실리콘)와 게이트절연막(산화막), 측벽절연막(산화막) 사이에 형성되는 전위우물에 갇히고 플랫밴드 전압을 낮추어 사이드월 게이트의 문턱전압을 원하는 전압 이하로 낮출 수 있다.However, when holes (or positive charges) are injected into the high concentration N-type polysilicon forming the sidewall gates as in the present invention, the injected holes (or positive charges) are added to the sidewall gates (polysilicon), the gate insulating film (oxide film), and the sidewalls. The threshold voltage of the sidewall gate can be lowered below the desired voltage by being trapped in the potential well formed between the insulating film (oxide film) and lowering the flat band voltage.

예를 들어 고농도 N+ 폴리 실리콘 사이드월 게이트를 사용하고 실리콘 기판의 농도가 1.0×1017 [ions/cm3]이고 게이트 산화막의 두께가 90Å이며, 고농도 N+ 폴리 실리콘 사이드월 게이트에 정공(또는 양전하)을 2.0×1016 [ions/cm3] 주입하면, 실리콘 기판 표면에 N형이나 P형 불순물을 주입하지 않은 긴채널 네이티브(native) NMOS 트랜지스터의 문턱전압은 대략 -5 V 정도가 된다.For example, a high concentration of N + polysilicon sidewall gate is used, the silicon substrate has a concentration of 1.0 × 10 17 [ions / cm 3 ], the thickness of the gate oxide is 90 GPa, and holes (or positive charges) in the high concentration of N + polysilicon sidewall gate. When 2.0 x 10 16 [ions / cm 3 ] is injected, the threshold voltage of a long channel native NMOS transistor that does not inject N-type or P-type impurities into the silicon substrate surface is approximately -5V.

따라서 이렇게 N+ 폴리 실리콘 사이드월 게이트의 전위우물에 정공(또는 양전하) 주입을 통하여 네이티브 상태에서 0 V 보다 훨씬 낮은 문턱전압을 얻을 수 있어 사이드월 게이트에 바이어스를 가하지 않더라도 항상 사이드월 게이트 아래에 반전층이 형성되어 소스/드레인 확장 영역이 이루어질 수 있도록 만들 수 있다.Thus, by injecting holes (or positive charges) into the potential well of the N + polysilicon sidewall gate, a threshold voltage much lower than 0 V can be obtained in the native state, so that an inversion layer is always under the sidewall gate even if the sidewall gate is not biased. This can be formed to make a source / drain extension region.

여기서, N+ 폴리 실리콘 사이드월 게이트 전위우물에 주입하는 정공(또는 양전하)의 양을 조절하면 문턱전압을 원하는 만큼 변화시킬 수 있기 때문에 고성능(high performance) 트랜지스터를 만들고자 할 경우에는 주입는 정공(또는 양전하)의 양을 증가시켜 사이드월 게이트의 문턱전압을 매우 낮게 만들고, 따라서 형성되는 반전층의 양을 증가시켜 소스/드레인 확장 영역 기생 저항을 감소시키면 된다.Here, if the amount of holes (or positive charges) injected into the N + polysilicon sidewall gate potential well is changed, the threshold voltage can be changed as much as desired. Therefore, in order to make a high performance transistor, the injection is a hole (or positive charges). The threshold voltage of the sidewall gate is made very low by increasing the amount of, and thus the amount of inversion layer formed is increased to reduce the source / drain extension region parasitic resistance.

반대로, 저누설(low leakage) 트랜지스터를 만들고자 할 경우에는, 주입하는 정공(또는 양전하)의 양을 감소시켜 사이드월 게이트의 문턱전압을 다소 높게 만들고, 따라서 형성되는 반전층의 양을 감소시켜 소스/드레인 확장 영역 기생 저항을 증가시키면 된다.On the contrary, in the case of making a low leakage transistor, the amount of holes (or positive charges) to be injected is reduced to raise the threshold voltage of the sidewall gate somewhat, thus reducing the amount of inversion layer to be formed. It is only necessary to increase the drain extension region parasitic resistance.

뿐만 아니라 사이드월 게이트 산화막의 두께를 감소시키거나 유전율이 큰 물질을 사용함으로써 공핍영역 전하량에 의한 문턱전압 증가를 줄일 수 있다.In addition, by reducing the thickness of the sidewall gate oxide layer or by using a material having a high dielectric constant, the increase in the threshold voltage due to the depletion region charge amount can be reduced.

문턱전압을 더욱 감소시키기 위해 추가적으로 사이드월 게이트 아래에 카운트 도우핑(couunt-dopoing)을 할 수도 있다. 여기서, 카운트 도우핑이란, NMOS경우 N형 불순물을 채널영역 표면에 이온 주입하고 PMOS경우 P형 불순물을 채널영역 표면에 이온 주입하여 NMOS와 PMOS 문턱전압을 낮추는 것을 말한다. In order to further reduce the threshold voltage, an additional count-dopoing may be performed under the sidewall gate. Here, count doping means that N-type impurities are implanted into the channel region surface in the case of NMOS and P-type impurities are implanted into the channel region surface in the case of PMOS, thereby lowering the NMOS and PMOS threshold voltages.

이러한 카운트 도우핑을 수행할 경우에는, 카운트 도우핑에 의해 이온 주입된 불순물이 후속 열공정을 통해 주게이트 영역으로 확산되어 주게이트 영역의 문 턱전압을 변화시킬 수 있기 때문에 나노 트랜지스터에 적용하기는 힘들며, 이러한 문턱전압 변화는 사이드월 게이트 전위우물에 주입하는 정공의 양을 조절함으로써 충분히 달성할 수 있다. 따라서, 사실상 카운트 도우핑이 필요없게 된다.In the case of performing the count doping, since the impurities implanted by the count doping are diffused into the main gate region through the subsequent thermal process, the threshold voltage of the main gate region can be changed, so it is not applicable to the nano transistor. This threshold voltage change can be sufficiently achieved by controlling the amount of holes injected into the sidewall gate potential wells. Thus, virtually no count doping is needed.

또한, 주게이트에 인가된 전압이 사이드월 게이트 절연 산화막(26)과 사이드월 게이트 산화막(25)의 커플링에 의해 사이드월 게이트에 일정량의 전압이 유기되므로 사이드월 게이트 절연 산화막의 두께를 사이드월 게이트 산화막의 두께보다 상대적으로 얇게하거나 사이드월 게이트 절연 산화막의 유전율이 사이드월 게이트 산화막의 유전율보다 큰 유전 물질을 사용하여 커플링 비율(ratio)을 0.5 이상으로 할 경우 주게이트에 인가된 전압의 0.5 배 이상의 전압이 사이드월 게이트에 유기된다. In addition, since the voltage applied to the main gate is induced a certain amount of voltage to the sidewall gate by coupling the sidewall gate insulating oxide film 26 and the sidewall gate oxide film 25, the thickness of the sidewall gate insulating oxide film is increased. 0.5 of the voltage applied to the main gate when the coupling ratio is made 0.5 or more by using a dielectric material that is relatively thinner than the thickness of the gate oxide film or when the dielectric constant of the sidewall gate insulating oxide is larger than that of the sidewall gate oxide film. More than twice the voltage is induced in the sidewall gate.

따라서 이렇게 사이드월 게이트에 유기된 전압이 사이드월 게이트 아래의 반전층을 더욱 증가시키므로 형성되는 소스/드레인 확장 영역의 기생저항값이 더욱 줄어들게 되어 온(ON) 상태에서 전류가 많이 흐를 수 있도록 하며 오프(Off) 상태에서는 사이드월 게이트에 전압이 유기되지 않으므로 상대적으로 반전층이 감소하여 형성된 소스/드레인 확장 영역의 기생저항값이 커져 오프(Off) 상태에서 전류가 더욱 적게 흐르도록 할 수 있다.Therefore, the induced voltage in the sidewall gate further increases the inversion layer under the sidewall gate, so that the parasitic resistance value of the source / drain extension region formed is further reduced, so that a large amount of current can flow in the on state. In the (Off) state, since no voltage is induced at the sidewall gate, the parasitic resistance of the source / drain extension region formed by decreasing the inversion layer is relatively increased, so that less current can flow in the off state.

따라서 본 발명과 같이 종래의 NMOS용 사이드월 게이트로 사용된 고농도 N형 불순물로 도우핑된 폴리실리콘 전위우물에 정공(또는 양전하)을 주입하여 사이드월 게이트 문턱전압을 원하는 수준으로 낮출 수 있기 때문에 사이드월 게이트에 바이어스를 가하지 않더라도 사이드월 게이트 아래에 반전층을 형성시켜 소스/드레인 확장 영역을 만들 수 있다. 또한, 사이드월 게이트 절연 산화막(26)과 사이드월 게이트 산화막(25)의 커플링을 조정하여 주게이트에 인가된 전압이 사이드월 게이트에 일정량만큼 유기되도록 하여 온(ON) 상태에서는 반전층의 양을 증가시켜 소스/드레인 확장 영역의 기생 저항값을 더욱 줄이고 오프(OFF) 상태에서는 반전층의 양을 감소시켜 소스/드레인 확장 영역의 기생 저항값을 증가시켜 온 또는 오프 상태에 따라 반전층의 양을 동적으로 변화시킬 수 있다.Therefore, the sidewall gate threshold voltage can be lowered to a desired level by injecting holes (or positive charges) into a polysilicon potential well doped with a high concentration N-type impurity used as a conventional sidewall gate for NMOS as in the present invention. Even without biasing the wall gate, an inversion layer can be formed under the sidewall gate to form source / drain extension regions. In addition, the coupling between the sidewall gate insulating oxide film 26 and the sidewall gate oxide film 25 is adjusted so that the voltage applied to the main gate is induced to the sidewall gate by a predetermined amount. To increase the parasitic resistance of the source / drain extension region and to decrease the amount of the inversion layer in the OFF state to increase the parasitic resistance of the source / drain extension region. Can be changed dynamically.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 종래 NNOS용 사이드월 게이트로 사용된 고농도 N형 불순물로 도우핑된 폴리실리콘에 정공(또는 양전하)을 주입함으로써, 그리고 PMOS의 경우에는 PMOS용 사이드월 게이트로 사용된 고농도 P형 불순물로 도우핑된 폴리실리콘에 전자(또는 음전하)를 주입함으로써, 사이드월 게이트에 바이어스를 가하지 않더라도 사이드월 게이트 아래에 반전층을 형성시켜 소스/드레인 확장 영역을 만들 수 있으므로, 추가적인 바이어스를 위한 콘택을 형성시킬 필요가 없어 공정을 단순화 시킬 수 있을 뿐만 아니라 트랜지스터가 차지하는 면적도 줄일 수 있다. As described above, in the present invention, by injecting holes (or positive charges) into polysilicon doped with a high concentration of N-type impurities used as a sidewall gate for NNOS, and in the case of PMOS, it is used as a sidewall gate for PMOS. By injecting electrons (or negative charges) into polysilicon doped with high concentration P-type impurities, an inversion layer can be formed under the sidewall gate to form source / drain extension regions even without biasing the sidewall gate. There is no need to form contacts for the circuit, which not only simplifies the process but also reduces the area of the transistor.

또한 사이드월 게이트의 문턱전압을 낮추기 위한 불순물 이온 주입공정이 불필요하므로 불순물 주입에 따른 주게이트의 문턱전압이 변화하는 문제가 없으며, 사이드월 게이트에 일정한 바이어스를 걸어줄 필요가 없어 종래의 사이드월 게이트와 주게이트 사이의 기생 커패시턴스, 사이드월 게이트와 바디 사이의 기생커패시턴스, 사이드월 게이트와 소스, 드레인 사이의 기생커패시턴스에 의해 사이드월 게 이트 바이어스 전압의 지연이 발생하여 트랜지스터 성능이 떨어지는 문제를 해결할 수 있으며, 사이드월 게이트 바이어스 인가전압에 의한 누설 전류가 없고 사이드월 게이트와 주게이트 사이의 절연막 열화문제도 발생하지 않는다.In addition, since the impurity ion implantation process is not necessary to lower the threshold voltage of the sidewall gate, there is no problem of changing the threshold voltage of the main gate due to impurity implantation, and there is no need to apply a constant bias to the sidewall gate. Parasitic capacitance between the main and main gates, parasitic capacitance between the sidewall gate and the body, and parasitic capacitance between the sidewall gate and the source and drain cause a delay in the sidewall gate bias voltage, thereby reducing the transistor performance. In addition, there is no leakage current due to the sidewall gate bias applied voltage, and the problem of insulation film degradation between the sidewall gate and the main gate does not occur.

뿐만 아니라 사이드월 게이트 절연 산화막과 사이드월 게이트 산화막의 커플링을 조정하여 주게이트에 인가된 전압이 사이드월 게이트에 일정량만큼 유기되도록 하여 온(ON) 상태에서는 반전층의 양을 증가시켜 소스/드레인 확장 영역의 기생 저항값을 더욱 줄이고 오프(OFF) 상태에서는 반전층의 양을 감소시켜 소스/드레인 확장 영역의 기생 저항값을 증가시켜 온 또는 오프 상태에 따라 반전층의 양을 동적으로 변화시킬 수 있으며, 따라서 온 상태에서의 전류는 최대로 증가시켜 고성능 트랜지스터를 구현할 수 있으며 오프 상태에서는 오프-전류를 최소로 만들어 저누설 트랜지스터를 동시에 구현할 수 있다.In addition, the coupling between the sidewall gate insulating oxide film and the sidewall gate oxide film is adjusted so that the voltage applied to the main gate is induced to the sidewall gate by a predetermined amount. The parasitic resistance of the extended region can be further reduced and the amount of inverted layer can be decreased in the OFF state to increase the parasitic resistance of the source / drain extended region to dynamically change the amount of the inverted layer according to the on or off state. Therefore, the current in the on state can be increased to the maximum to realize a high performance transistor, and in the off state, the low leakage transistor can be simultaneously implemented by minimizing the off-current.

Claims (7)

반도체 기판 상에 형성된 소정폭의 게이트절연막;A gate insulating film having a predetermined width formed on the semiconductor substrate; 상기 게이트절연막의 중앙부 상에 형성되고 상기 게이트절연막 보다 작은 폭을 가지는 주게이트;A main gate formed on a central portion of the gate insulating film and having a width smaller than that of the gate insulating film; 상기 주게이트의 양 측벽에 형성된 측벽절연막;Sidewall insulating layers formed on both sidewalls of the main gate; 상기 주게이트의 양 측면에 위치하며, 상기 주게이트에 의해 도포되지 않고 잔존하는 게이트절연막의 가장자리부 및 상기 측벽절연막 상에 형성되고, 내부에 정공 또는 전자가 주입되어 있는 사이드월 게이트; 및Sidewall gates disposed on both sides of the main gate and formed on an edge portion of the gate insulating layer and the sidewall insulating layer that are not applied by the main gate, and in which holes or electrons are injected; And 상기 사이드월 게이트 양 측방의 반도체 기판 내에 형성된 소스 및 드레인 영역Source and drain regions formed in the semiconductor substrate on both sides of the sidewall gate 을 포함하는 모스 트랜지스터.Morse transistor comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 정공 대신에 양전하가 주입되거나, 상기 전자 대신에 음전하가 주입되어 있는 모스 트랜지스터.A MOS transistor, in which positive charges are injected instead of the holes, or negative charges are injected instead of the electrons. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 주게이트 내에는 불순물이 도우핑되어 있는 모스 트랜지스터.And a MOS transistor doped with impurities in the main gate. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 사이드월게이트 내에는 불순물이 도우핑되어 있는 모스 트랜지스터.A MOS transistor doped with impurities in the sidewall gate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 사이드월게이트 하부에 위치하는 반도체 기판 내에는 불순물이 도우핑되어 있는 모스 트랜지스터.A MOS transistor doped with impurities in a semiconductor substrate under the sidewall gate. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 측벽절연막이 상기 주게이트에 의해 도포되지 않고 잔존하는 게이트절연막의 가장자리부보다 얇은 두께를 가지는 모스 트랜지스터.And the sidewall insulating film has a thickness thinner than an edge portion of the gate insulating film remaining without being applied by the main gate. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 측벽절연막이 상기 주게이트에 의해 도포되지 않고 잔존하는 게이트절연막의 가장자리부보다 큰 유전율을 가지는 모스 트랜지스터.And a sidewall insulating film having a higher dielectric constant than an edge portion of the gate insulating film remaining without being applied by the main gate.
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