KR100318460B1 - 반도체소자제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘리베이티드 소오스 및 드레인구조의 반도체소자 제조방법에 관한 것으로, 실리콘기판상에 게이트절연막, 게이트전극 및 마스크산화막을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 게이트전극의 양측면에 절연막스페이서를 형성하는 단계, 상기 실리콘기판의 노출된 부분에 도핑되지 않은 에피실리콘을 소정두께로 성장시키는 단계, 상기 도핑되지 않은 에피실리콘을 성장시킨 후, 계속해서 상기 에피실리콘 성장공정에 사용되는 장비내에 불순물이온을 함유한 가스를 도입시키면서 상기 에피실리콘을 소정두께만큼 더 성장시키는 단계, 및 상기 에피실리콘에 이온주입을 실시하여 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 제조방법을 제공함으로써 에피택셜층 상단부의 도핑농도를 증가시켜 후속 콘택저항을 감소시켜 소자의 전기적 특성을 향상시킨다.

Description

반도체소자 제조방법{METHOD OF FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 형성되는 에피택셜층 상단부의 도핑농도를 증가시켜 후속 콘택저항을 감소시켜 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 엘리베이티드 소오스/드레인(elevated source/drain; ESD) 제조를 위한 선택적 에피실리콘 형성방법에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1f를 참조하여 종래의 엘리베이티드 소오스 및 드레인 구조의 반도체소자 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1a를 참조하면, 실리콘기판(1) 소정영역에 소자분리막(2)을 형성하고, 기판상에 게이트산화막(3), 게이트전극(4) 및 마스크절연막(5)을 형성한다. 이어서 도 1b에 나타낸 바와 같이 게이트전극 측면에 산화막 또는 질화막으로 스페이서(6)를 형성한 후, 도 1c에 나타낸 바와 같이 에피실리콘(7)을 화학기상증착법을 이용하여 노출된 기판상에 선택적으로 형성한다.
다음에 도 1d에 나타낸 바와 같이 소오스 및 드레인 형성을 위한 이온주입(8)을 실시한 후, 도 1e에 나타낸 바와 같이 이온주입된 도펀트를 활성화시키기 위해 열처리하면 도펀트들이 실리콘기판내로 약간 확산하여 엘리베이티드 소오스 및 드레인(9)이 형성된다.
종래의 ESD공정은 상술한 바와 같이 도핑되지 않은 실리콘을 에피택셜 성장시킨 후, 접합부위로 활용하기 위하여 후속 이온주입의 에너지와 주입이온의 양을 조절함에 의해 반도체 접합을 형성시키나, 이와 같이 하면 접합부위는 형성되더라도 이온주입된 도판트의 농도가 실리콘 에피택셜층의 두께방향으로 500Å이하에서부터 주로 분포하도록 설계하기 때문에 실제로 후속 콘택이 형성되는 표면에서 500Å정도의 부위는 거의 도판트가 존재하지 않게 되므로 콘택저항이 매우 높아지는 문제가 있다(도 1f).
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리콘 에피택셜층 형성시 성장되는 에피택셜층 상단부의 농도를 증가시켜 후속 콘택저항을 감소시킬 수 있도록 하는 엘리베이티드 소오스 및 드레인 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자 제조방법은 실리콘기판상에 게이트절연막, 게이트전극 및 마스크산화막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 게이트전극의 양측면에 절연막 스페이서를 형성하는 단계, 상기 실리콘기판의 노출된 부분에 도핑되지 않은 에피실리콘층을 소정두께로 성장시키는 단계, 상기 도핑되지 않은 에피실리콘층을 성장시킨 후, 계속해서 상기 에피실리콘층 성장공정에 사용되는 장비내에 불순물이온을 함유한 가스를 도입시키면서 상기 에피실리콘층을 소정두께만큼 더 성장시키는 단계, 및 상기 에피실리콘층에 이온주입을 실시하여 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
도 1a 내지 1f는 종래기술에 의한 엘리베이티드 소오스 및 드레인구조의 반도체소자 제조방법을 도시한 공정순서도,
도 2a 내지 2f는 본 발명의 일실시예에 의한 엘리베이티드 소오스 및 드레인구조의 반도체소자 제조방법을 도시한 공정순서도,
도 3은 본 발명에 의한 2단계 이온주입에 의한 에피실리콘층의 도핑프로파일을 나타낸 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1.실리콘기판 2.소자분리막
3.게이트산화막 4.게이트전극
5.마스크산화막 6.스페이서
7.에피실리콘층 9.소오스 및 드레인
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2f를 참조하여 본 발명에 의한 ESD 형성방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 실리콘기판(1) 소정영역에 소자분리막(2)을 형성하고, 실리콘기판(1)상에 게이트산화막(3)과 게이트전극(4)을 형성한다. 이어서 도 2b에 나타낸 바와 같이 게이트전극(4)상에 마스크산화막(5)을 형성하고, 그 측면에 산화막 또는 질화막으로 스페이서(6)를 형성한다.
이어서 실리콘기판(1) 표면의 산화막 제거를 위한 세정을 실시한다. 이는 산화막이 남아있으면 에피층이 형성되지 않기 때문이다. 실리콘기판(1)의 표면 세정은 RCA세정, UV오존세정, HF디핑, 또는 이들의 혼합으로 행해질 수 있다.
다음에 도 2c에 나타낸 바와 같이 도핑되지 않은 에피실리콘층(7)을 저압화학기상증착법 또는 고진공 화학증착법을 이용하여 노출된 실리콘기판(1)상에 500Å정도 선택적으로 성장시킨다. 이와 같이 도핑되지 않은 에피실리콘층(7)을 성장시키는 이유는 이것이 도핑된 에피실리콘층보다 실리콘기판(1)상에서 더 잘 형성되기 때문이다.
다음에 도 2d에 나타낸 바와 같이 상기 도핑되지 않은 에피실리콘층(7)이 일단 성장되면, p+콘택일 경우, 바로 장비내에 공급되는 가스에 다이보랜(diborane)을 50-300sccm 추가하여 보론이 성장하는 에피실리콘층(7-1)으로 도핑되도록 하고, n+콘택일 경우에는 포스핀(phospine) 또는 아사인(arsine)을 흘려주어 성장하는 에피층(7-1)에 도판트가 1E20 이상 함유되도록 하여 약 1000Å정도 성장시킨다. 저압화학증착법의 경우에는 에피실리콘층(7)을 형성하기 전에 약 1-5분 동안 800-900℃ 하이드로겐 베이크(Hydrogen bake)를 실시한다. 이는 산화막 형성을 방지하기 위한것으로 장비내에서(in-situ) 이루어져야 한다. 에피실리콘층(7)의 성장조건은 다음과 같다. 증착가스는 DCS(Dichlorosilane)와 HCl의 혼합가스를 사용한다. 증착시 DCS는 약 30-300sccm, HCl은 약 30-200sccm을 사용하며, 증착압력은 10-50Torr 정도로 하며, 증착온도는 750-950℃에서 실시한다. 이때 증착시간은 3-10min이다.
고진공화학증착법의 경우에는 증착가스는 실레인(silane)이나 디실레인(disilane)을 사용하며, 증착압력은 1Torr미만, 증착온도는 600-700℃로 하는 것이 바람직하다.
다음에 도 2e에 나타낸 바와 같이 소오스 및 드레인 형성을 위한 도펀트(9)를 이온주입한다. 이때, p+ 소오스/드레인인 경우에는 도펀트로11B+나 BF2 +를 사용하는데,11B+이온의 경우 5-50keV로, BF2 +이온의 경우 10-100keV로 이온주입하며, 주입량은 1x1015- 1x1017ions/cm2로 한다. n+ 소오스 및 드레인의 경우에는 도펀트로 As+나 P+를 사용하는데, As+이온의 경우 10-100keV로, p+이온의 경우 10-70keV로 이온주입하며 주입량은 1x1015- 1x1017ions/cm2로 한다.
이어서 이온주입된 도펀트(9)를 활성화하기 위해 열처리를 하는데 도펀트(9)들이 실리콘기판(1) 표면내로 약간 확산함으로써 도 2f에 도시한 바와 같이 엘리베이티드 소오스 및 드레인(9-1)이 형성되게 된다. 이때 열처리는 로를 이용하여 행하거나 RTA로 가능하다. 로를 이용하는 경우 N2분위기에서 약 800-900℃ 에서 10-30분간 실시한다. RTA의 경우 N2또는 NH3의 분위기에서 약 900-1050℃에서 5-30초간 실시한다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상술한 바와 같이 리트로그레이드 웰(retrograde well) 형성원리를 응용하여 1500Å정도의 도핑되지 않은 에피층을 한 번에 성장시킨 후에 소오스 및 드레인을 형성하기 위한 이온주입을 실시하기 직전에 이보다 낮은 에너지로 에피층 상단부에 충분한 양의 도판트가 들어갈 수 있도록 이온주입을 실시한다. 이렇게 하면, 후속 콘택이 형성되는 상단 500Å정도의 두께에 해당하는 부분에 많은 양의 도판트가 존재하여 콘택저항을 감소시키는 효과를 볼 수 있다. 도 3에 본 발명의 다른 실시예에 의한 2단계 이온주입에 의한 에피실리콘층의 도핑 프로파일을 나타내었다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명에서는 기존의 ESD기술에서 나타나는 문제점인 콘택저항의 증가를 해결하기 위해 도핑된 에피층과 도핑되지 않은 에피층의 이중구조를 통해 ESD의 상단부의 도핑농도를 증가시켜 후속 콘택시에 콘택저항을 감소시키며, 도핑되지 않은ESD를 한 번에 성장시킨 후, 후속 이온주입을 실시하여 결과적으로 에피층 상단부의 도핑농도를 증가시킴으로써 전류구동능력을 증가시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 실리콘기판상에 게이트절연막, 게이트전극 및 마스크산화막을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 게이트전극의 양측면에 절연막 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 실리콘기판의 노출된 부분에 도핑되지 않은 에피실리콘층을 소정두께로 성장시키는 단계;
    상기 도핑되지 않은 에피실리콘을 성장시킨 후, 계속해서 상기 에피실리콘층 성장공정에 사용되는 장비내에 불순물이온을 함유한 가스를 도입시키면서 상기 에피실리콘층을 소정두께만큼 더 성장시키는 단계; 및
    상기 에피실리콘층에 이온주입을 실시하여 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에피실리콘을 저압화학기상증착법 또는 고진공화학기상증착법을 이용하여 성장시키는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.
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