KR100273297B1 - Method for fabricating mos transistor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모스 트랜지스터 제조방법에 관한 것으로, 종래 모스 트랜지스터 제조방법은 저농도 소스 및 드레인이 게이트의 하부영역까지 확산되어 단채널효과가 발생하게 되어 소자의 특성이 열화되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 기판에 게이트와 저농도 소스 및 드레인을 형성하는 단계와; 상기 게이트 측면에 질화막측벽을 형성하고, 그 질화막측벽의 측면에 노출된 저농도 소스 및 드레인을 소정 깊이로 식각하는 단계와; 상기 질화막측벽의 측면에 산화막측벽을 형성하고, 그 산화막측벽의 측면에 노출된 저농도 소스 및 드레인의 상부에 텅스텐 실리사이드를 형성하는 단계와; 상기 산화막측벽을 선택적으로 제거하여 그 하부의 저농도 소스 및 드레인의 일부영역을 노출시킨 후, 그 노출된 저농도 소스 및 드레인의 일부영역에 확산방지막을 형성하는 단계와; 상기 확산방지막과 텅스텐실리사이드의 상부에 다결정실리콘을 증착하고, 그 다결정실리콘에 고농도 불순물 이온을 이온주입한 후, 열처리를 통해 상기 주입된 불순물 이온이 상기 텅스텐실리사이드를 통해 저농도 소스 및 드레인의 일부영역에 확산되도록 하여 고농도 소스 및 드레인을 형성하는 단계로 구성되어 확산방지막에 의해 저농도 소스 및 드레인이 채널영역으로 확산되는 것을 줄여 소자의 단채널효과가 발생하는 것을 방지하여 동작특성을 향상시키는 효과가 있다.The present invention relates to a MOS transistor manufacturing method, the conventional MOS transistor manufacturing method has a problem that a low-channel source and drain is diffused to the lower region of the gate to cause a short channel effect to deteriorate the characteristics of the device. In view of the above problems, the present invention includes the steps of forming a gate, a low concentration source and a drain on a substrate; Forming a nitride film side wall on the side of the gate and etching the low concentration source and drain exposed on the nitride film side wall to a predetermined depth; Forming an oxide film side wall on the side of the nitride film side wall, and forming tungsten silicide on top of the low concentration source and drain exposed on the side of the oxide film side wall; Selectively removing the oxide sidewall to expose a portion of the low concentration source and drain underneath, and then forming a diffusion barrier in the exposed portion of the low concentration source and drain; After depositing polysilicon on the diffusion barrier layer and tungsten silicide, ion implantation of high concentration impurity ions into the polysilicon, the implanted impurity ions through a heat treatment to a portion of the low concentration source and drain through the tungsten silicide It is configured to diffuse to form a high concentration source and drain to reduce the diffusion of the low concentration source and drain to the channel region by the diffusion barrier has the effect of preventing the short-channel effect of the device occurs to improve the operating characteristics.
Description
본 발명은 모스 트랜지스터 제조방법에 관한 것으로, 특히 고농도 소스 및 드레인영역을 식각하고, 그 고농도 소스 및 드레인과 게이트전극의 사이에 열산화막을 형성하여 소자의 결함을 보완하며, 저농도 소스 및 드레인 영역의 확산을 방지하여 단채널효과를 방지하는데 적당하도록 한 모스 트랜지스터 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a MOS transistor, and more particularly, to etching a high concentration source and drain region, forming a thermal oxide film between the high concentration source and drain region and the gate electrode to compensate for defects of the device, The present invention relates to a MOS transistor manufacturing method suitable for preventing diffusion and preventing short channel effects.
도1a 내지 도1c는 종래 모스 트랜지스터의 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(1)의 상부에 게이트산화막(2)과 다결정실리콘(3)을 증착하고, 게이트 패터닝하여 게이트를 형성하고, 그 게이트의 측면 기판(1)하부에 저농도 불순물 이온을 주입하여 저농도 소스 및 드레인(4)을 형성하는 단계(도1a)와; 상기 게이트의 측면에 질화막측벽(5)과 고온저압산화막측벽(6)을 형성하고, 그 고온저압산화막측벽(6)의 측면 기판(1)하부에 고농도 불순물 이온을 이온주입하여 고농도 소스 및 드레인(7)을 형성하는 단계(도1b)와; 상기 고농도 소스 및 드레인(7)과 게이트전극인 다결정실리콘(3)의 상부에 WSi2를 증착하고, 확산시켜 텅스텐실리사이드(8)를 형성하는 단계(도1c)를 포함하여 구성된다.1A to 1C are cross-sectional views of a manufacturing process of a conventional MOS transistor. As shown therein, a gate oxide film 2 and a polysilicon 3 are deposited on a substrate 1 to form a gate by gate patterning. Implanting low concentration impurity ions under the side substrate 1 of the gate to form a low concentration source and drain 4 (FIG. 1A); The nitride film side wall 5 and the high temperature low pressure oxide film side wall 6 are formed on the side of the gate, and high concentration impurity ions are implanted under the side substrate 1 of the high temperature low pressure oxide film side wall 6 to form a high concentration source and drain ( 7) forming (FIG. 1B); And depositing WSi 2 on the high concentration source and drain 7 and the polysilicon 3 as the gate electrode and diffusing them to form tungsten silicide 8 (FIG. 1C).
이하, 상기와 같은 종래 모스 트랜지스터 제조방법을 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the conventional MOS transistor as described above will be described in more detail.
먼저, 도1a에 도시한 바와 같이 필드산화막(도면 미도시)을 기판(1)의 일부영역에 증착하여 소자가 형성될 액티브영역을 정의하고, 그 액티브영역의 상부에 게이트산화막(2)과 다결정실리콘(3)을 순차적으로 증착한 다음, 사진식각공정을 통해 상기 다결정실리콘(3)과 게이트산화막(2)의 일부를 식각하여 상기 액티브영역의 상부중앙에 위치하는 게이트를 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a field oxide film (not shown) is deposited on a portion of the substrate 1 to define an active region in which an element is to be formed, and a gate oxide film 2 and a polycrystal are formed on the active region. After the silicon 3 is sequentially deposited, a portion of the polysilicon 3 and the gate oxide layer 2 is etched through a photolithography process to form a gate positioned at the upper center of the active region.
그 다음, 상기 게이트 측면의 기판(1) 하부에 불순물 이온을 이온주입하여 저농도 소스 및 드레인(4)을 형성한다.Next, impurity ions are implanted into the lower portion of the substrate 1 on the side of the gate to form a low concentration source and drain 4.
그 다음, 도1b에 도시한 바와 같이 상기 게이트가 형성된 기판(1)의 상부에 질화막을 증착하고, 건식식각하여 게이트 측면에 질화막측벽(5)을 형성한다. 그리고, 상기 질화막측벽(5)이 형성된 기판(1)의 상부전면에 고온저압산화막을 증착하고, 다시 건식식각하여 상기 질화막측벽(5)의 측면에 위치하는 고온저압산화막측벽(6)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 1B, a nitride film is deposited on the substrate 1 on which the gate is formed, and dry-etched to form the nitride film side wall 5 on the side of the gate. Then, a high temperature low pressure oxide film is deposited on the upper surface of the substrate 1 on which the nitride film side wall 5 is formed, and then dry etched to form a high temperature low pressure oxide film side wall 6 located on the side of the nitride film side wall 5. .
그 다음, 상기 고농저압산화막측벽(6)의 측면 기판(1) 하부에 형성되어 있는 저농도 소스 및 드레인(4)영역에 고농도 불순물 이온을 이온주입하고 열처리하여 고농도 소스 및 드레인(7)을 형성한다. 이때, 상기 형성된 저농도 소스 및 드레인(4)은 열처리과정에서, 상기 게이트의 하부영역으로 확산되며 이에 따라 단채널효과 등의 소자특성을 열화시키는 현상이 발생하게 된다.Next, a high concentration source and drain 7 are formed by ion implantation and heat treatment of high concentration impurity ions into a low concentration source and drain 4 region formed under the side substrate 1 of the high concentration low pressure oxide film side wall 6. . At this time, the formed low concentration source and drain 4 is diffused to the lower region of the gate during the heat treatment process, thereby deteriorating device characteristics such as short channel effect.
그 다음, 도1c에 도시한 바와 같이 상기 고농도 소스 및 드레인(7)과 게이트를 배선과 연결할때의 접촉저항을 줄이기 위해 상기 게이트전극인 다결정실리콘(3)과 상기 고농도 소스 및 드레인(7)의 상부에 텅스텐실리사이드(8)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, the gate electrode polycrystalline silicon 3 and the high concentration source and drain 7 are formed so as to reduce contact resistance when the gate and the gate are connected to the wiring. Tungsten silicide 8 is formed on top.
상기한 바와 같이 종래 모스 트랜지스터 제조방법은 저농도 소스 및 드레인이 게이트의 하부영역까지 확산되어 단채널효과(SHORT CHANNEL EFFECT)가 발생하게 되어 소자의 특성이 열화되며, 집적도가 상대적으로 낮은 문제점이 있었다.As described above, in the conventional MOS transistor manufacturing method, a low concentration source and a drain are diffused to the lower region of the gate to generate a short channel effect, resulting in deterioration of device characteristics and relatively low integration.
이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 고농도 소스 및 드레인의 형성과정에서, 미리 형성된 저농도 소스 및 드레인이 확산되는 것을 방지할 수 있는 모스 트랜지스터 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a MOS transistor manufacturing method capable of preventing diffusion of a low concentration source and drain formed in advance in the process of forming a high concentration source and drain.
도1a 내지 도1c는 종래 모스 트랜지스터 제조공정 수순단면도.1A to 1C are cross-sectional views of a conventional MOS transistor manufacturing process.
도2a 내지 도2f는 본 발명 모스 트랜지스터 제조공정 수순단면도.2A to 2F are cross-sectional views of a MOS transistor manufacturing process of the present invention.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***
1:기판 2:게이트1: Substrate 2: Gate
3:질화막 4:저농도 소스 및 드레인3: nitride film 4: low concentration source and drain
5:질화막측벽 6:고온저압산화막측벽5: Nitride side wall 6: High temperature low pressure oxide side wall
7:열산화막 8:텅스텐실리사이드7: thermal oxide film 8: tungsten silicide
9:다결정실리콘 10:고농도 소스 및 드레인9: polycrystalline silicon 10: high concentration source and drain
상기와 같은 목적은 반도체 기판에 그 상부에 질화막이 증착된 게이트를 형성하는 게이트 형성단계와; 그 게이트의 측면 기판 하부에 저농도 불순물 이온을 주입하여 저농도 소스 및 드레인을 형성하는 저농도 소스 및 드레인 형성단계와; 상기 게이트 측면에 질화막측벽을 형성하고, 그 질화막측벽의 측면에 노출된 저농도 소스 및 드레인을 소정 깊이로 식각하는 질화막측벽 및 단차형성단계와; 상기 질화막측벽의 측면에 산화막측벽을 형성하고, 그 산화막측벽의 측면에 노출된 저농도 소스 및 드레인의 상부에 텅스텐 실리사이드를 형성하는 텅스텐실리사이드 형성단계와; 상기 산화막측벽을 선택적으로 제거하여 그 하부의 저농도 소스 및 드레인의 일부영역을 노출시킨 후, 그 노출된 저농도 소스 및 드레인의 일부영역에 확산방지막을 형성하는 확산방지막 형성단계와; 상기 확산방지막과 텅스텐실리사이드의 상부에 다결정실리콘을 증착하고, 그 다결정실리콘에 고농도 불순물 이온을 이온주입한 후, 열처리를 통해 상기 주입된 불순물 이온이 상기 텅스텐실리사이드를 통해 저농도 소스 및 드레인의 일부영역에 확산되도록 하여 고농도 소스 및 드레인을 형성하는 고농도 소스 및 드레인 형성단계로 구성함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The above object is a gate forming step of forming a gate on which a nitride film is deposited on a semiconductor substrate; A low concentration source and drain forming step of injecting low concentration impurity ions into the lower side substrate of the gate to form a low concentration source and drain; A nitride film side wall and a step forming step for forming a nitride film side wall on the side of the gate and etching the low concentration source and drain exposed on the side of the nitride film side wall to a predetermined depth; A tungsten silicide forming step of forming an oxide film side wall on a side of the nitride film side wall and forming tungsten silicide on top of a low concentration source and drain exposed on the side of the oxide film side wall; Selectively removing the oxide sidewall to expose a portion of the low concentration source and drain under the exposed portion, and then forming a diffusion barrier in the exposed portion of the low concentration source and drain; After depositing polysilicon on the diffusion barrier layer and tungsten silicide, ion implantation of high concentration impurity ions into the polysilicon, the implanted impurity ions through a heat treatment to a portion of the low concentration source and drain through the tungsten silicide It is achieved by forming a high concentration source and drain forming step to diffuse to form a high concentration source and drain, described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention.
도2a 내지 도2f는 본 발명 모스 트랜지스터의 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(1)의 상부에 게이트(2)를 형성하고, 그 게이트(2)의 상부에 질화막(3)을 형성한 후, 저농도 불순물 이온을 노출된 기판(1)의 하부에 주입하여 저농도 소스 및 드레인(4)을 형성하는 단계(도2a)와; 상기 게이트(2)의 측면에 질화막측벽(5)을 형성하며, 그 질화막측벽(5) 형성과정에서 식각을 과도하게 하여 상기 저농도 소스 및 드레인(4)의 상부일부가 식각되도록 하는 단계(도2c)와; 상기 질화막측벽(5)의 측면에 고온저압산화막측벽(6)을 형성하고, 그 고온저압산화막측벽(6)의 측면 저농도 소스 및 드레인(4)의 식각된 영역 상부에 텅스텐 실리사이드(8)를 증착하는 단계(도2c)와; 상기 고온저압산화막측벽(6)을 제거하여, 상기 저농도 소스 및 드레인(4)의 일부를 노출시킨 후, 그 노출된 저농도 소스 및 드레인(4)의 상부에 열산화막(7)을 증착하는 단계(도2d)와; 상기 게이트 측면의 열산화막(7)과 텅스텐 실리사이드(8)의 상부에 다결정실리콘(9)을 증착하고, 그 다결정실리콘(9)에 고농도 불순물 이온을 이온주입하는 단계(도2e)와; 상기 고농도 불순물 이온이 주입된 다결정실리콘(9)을 열처리하여, 그 주입된 고농도 불순물 이온이 상기 텅스텐 실리사이드(8)를 통해 그 하부의 저농도 소스 및 드레인(4)의 일부영역에 확산되도록 함으로써, 고농도 소스 및 드레인(10)을 형성하는 단계(도2f)를 포함하여 구성된다.2A to 2F are cross-sectional views of a manufacturing process of the MOS transistor according to the present invention. As shown therein, the gate 2 is formed on the substrate 1, and the nitride film 3 is formed on the gate 2. Forming a low concentration source and drain 4 by implanting low concentration impurity ions into the exposed substrate 1 (FIG. 2A); Forming a nitride film side wall 5 on the side of the gate 2 and excessively etching the nitride film side wall 5 so as to etch an upper portion of the low concentration source and drain 4 (FIG. 2C). )Wow; A high temperature low pressure oxide film side wall 6 is formed on the side of the nitride film side wall 5, and tungsten silicide 8 is deposited on the etched region of the side surface of the high temperature low pressure oxide film side wall 6 and the low concentration source and drain 4. (Step 2c); Removing the high temperature low pressure oxide film side wall 6 to expose a portion of the low concentration source and drain 4, and then depositing a thermal oxide film 7 on top of the exposed low concentration source and drain 4 ( 2d); Depositing polycrystalline silicon (9) on top of the thermal oxide film (7) and tungsten silicide (8) on the side of the gate, and ion implanting high concentration impurity ions into the polysilicon (9) (FIG. 2E); By heat-treating the polysilicon 9 into which the high concentration impurity ions are implanted, the high concentration impurity ions are diffused through the tungsten silicide 8 to the partial region of the low concentration source and drain 4 under the high concentration. And forming the source and drain 10 (FIG. 2F).
이하, 상기와 같은 본 발명 모스 트랜지스터 제조방법을 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, the method of manufacturing the MOS transistor of the present invention as described above will be described in more detail.
먼저, 도2a에 도시한 바와 같이 기판(1)의 상부일부에 필드산화막(도면 미도시)을 증착하여 액티브영역을 정의하고, 그 액티브영역의 상부에 게이트산화막, 다결정실리콘, 질화막(3)을 순차적으로 증착하고, 패터닝하여 상기 액티브영역의 상부중앙에 위치하며 그 상부에 질화막(3)이 증착된 게이트(2)를 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, a field oxide film (not shown) is deposited on an upper portion of the substrate 1 to define an active region, and a gate oxide film, a polysilicon, and a nitride film 3 are formed on the active region. By sequentially depositing and patterning, the gate 2 having the nitride film 3 deposited thereon is formed in the upper center of the active region.
그 다음, 상기 질화막(3)을 이온주입 마스크로 사용하는 이온주입공정으로, 상기 게이트(2)의 측면 기판(1)하부에 저농도 불순물 이온을 이온주입하여 저농도 소스 및 드레인(4)을 형성한다.Next, in the ion implantation process using the nitride film 3 as an ion implantation mask, low concentration impurity ions are ion implanted under the side substrate 1 of the gate 2 to form a low concentration source and drain 4. .
그 다음, 도2b에 도시한 바와 같이 상기 게이트(2)가 형성된 기판(1)의 상부전면에 질화막을 증착하고, 그 질화막을 건식식각하여 상기 게이트(2)의 측면에 위치하는 질화막측벽(5)을 형성한다. 이때, 상기 건식식각과정은 과도식각으로 상기 질화막측벽(5)의 측면 하부에 위치하는 저농도 소스 및 드레인(4)의 일부를 소정 깊이로 식각한다.Next, as illustrated in FIG. 2B, a nitride film is deposited on the upper surface of the substrate 1 on which the gate 2 is formed, and the nitride film is dry-etched to locate the nitride film side wall 5 located on the side of the gate 2. ). At this time, in the dry etching process, a portion of the low concentration source and drain 4 positioned under the side surface of the nitride film side wall 5 is etched to a predetermined depth by transient etching.
그 다음, 도2c에 도시한 바와 같이 상기 식각된 저농도 소스 및 드레인(4), 질화막(3), 질화막 측벽(5)의 전면에 고온저압산화막을 증착하고 이를 건식식각하여 상기 질화막측벽(5)의 측면에 위치하는 고온저압산화막측벽(6)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2C, a high temperature low pressure oxide film is deposited on the entire surface of the etched low concentration source and drain 4, the nitride film 3, and the nitride film sidewall 5 and dry-etched to form the nitride film side wall 5. The high temperature low pressure oxide film side wall 6 which is located on the side of the film is formed.
그 다음, 상기 질화막측벽(5)의 측면 하부에 위치하는 그 상부가 식각된 저농도 소스 및 드레인(4)의 상부에 텅스텐실리사이드(8)를 증착한다.Next, a tungsten silicide 8 is deposited on the upper portion of the low concentration source and drain 4 whose upper portion is positioned on the lower side of the nitride film side wall 5.
그 다음, 도2d에 도시한 바와 같이 상기 형성된 고온저압산화막측벽(6)을 선택적으로 제거하여, 그 하부의 식각된 저농도 소스 및 드레인(4)의 일부영역을 노출시킨다.Then, as shown in FIG. 2D, the formed high temperature low pressure oxide film side wall 6 is selectively removed to expose a portion of the etched low concentration source and drain 4 underneath.
그 다음, 열산화공정을 통해 상기 질화막측벽(5)의 하부와 상기 노출된 소스 및 드레인(4)의 상부영역에 열산화막(7)을 형성한다.Then, a thermal oxidation film 7 is formed in the lower portion of the nitride film side wall 5 and the upper region of the exposed source and drain 4 through a thermal oxidation process.
그 다음, 도1e에 도시한 바와 같이 상기 열산화막(7), 텅스텐실리사이드(8), 질화막(3) 및 질화막측벽(5)의 상부전면에 다결정실리콘을 증착하고, 평탄화하여 그 상부면이 상기 질화막측벽(5)의 상부와 동일평면에 위치하며, 상기 열산화막(7)과 텅스텐실리사이드(8)의 상부에 위치하는 다결정실리콘(9)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1E, polysilicon is deposited on the top surfaces of the thermal oxide film 7, tungsten silicide 8, nitride film 3, and nitride film side wall 5, and planarized to form the top surface thereof. Polycrystalline silicon 9 is formed on the same plane as the upper part of the nitride film side wall 5 and is positioned on the thermal oxide film 7 and the tungsten silicide 8.
그 다음, 상기 형성된 다결정실리콘(9)에 고농도의 불순물 이온을 이온주입시킨다.Next, a high concentration of impurity ions are implanted into the polysilicon 9 formed above.
그 다음, 도2f에 도시한 바와 같이 상기 다결정실리콘(9)에 주입된 고농도 불순물 이온이 상기 텅스텐실리사이드(8)를 통해 그 텅스텐실리사이드(8)의 하부영역인 저농도 소스 및 드레인(4)의 일부영역으로 확산되도록 하여 고농도 소스 및 드레인(10)을 형성한다. 이때, 저농도 소스 및 드레인(4)은 상기 형성한 열산화막(7)에 의해 확산정도가 감소되어, 상기 게이트(2)의 하부 기판(1)영역 즉, 채널영역으로 확산이 상대적으로 줄어들게 된다.Then, as shown in FIG. 2F, a high concentration of impurity ions implanted into the polysilicon 9 are partially passed through the tungsten silicide 8 to form a portion of the low concentration source and drain 4 which is the lower region of the tungsten silicide 8. The diffusion and diffusion into the region to form a high concentration source and drain (10). At this time, the diffusion concentration of the low concentration source and drain 4 is reduced by the thermal oxide film 7 formed so that the diffusion to the lower substrate 1 region, that is, the channel region of the gate 2 is relatively reduced.
상기한 바와 같이 본 발명 모스 트랜지스터 제조방법은 게이트의 측면기판에 열산화막을 형성하고, 고농도 소스 및 드레인을 확산에 의해 형성함으로써, 그 열산화막에 의해 저농도 소스 및 드레인이 채널영역으로 확산되는 것을 줄여 소자의 단채널효과가 발생하는 것을 방지하여 동작특성을 향상시키는 효과와 아울러 모스 트랜지스터의 집적도를 향상시키는 효과가 있다.As described above, the method of manufacturing the MOS transistor of the present invention forms a thermal oxide film on the side substrate of the gate and forms a high concentration source and drain by diffusion, thereby reducing the diffusion of the low concentration source and drain into the channel region by the thermal oxide film. The short channel effect of the device is prevented from occurring to improve the operation characteristics and the integration degree of the MOS transistor.
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