KR100345063B1 - Method of manufacturing mosfet device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 필드산화막에 의한 단차에 기인된 희생 게이트의 미제거를 방지할 수 있는 모스팻(MOSFET) 소자의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법은, 우선, 필드산화막들이 형성된 실리콘 기판 상에 열산화막을 성장시키고, 상기 열산화막 및 필드산화막 상에 폴리실리콘막을 증착한다. 그런다음, 상기 폴리실리콘막을 평탄화시킨 후, 상기 폴리실리콘막 및 열산화막을 식각하여 희생 게이트를 형성한다. 그 다음, 재산화를 수행하여 상기 희생 게이트의 측벽 및 노출된 실리콘 기판의 표면 상에 스크린 산화막을 형성한 후, 1차 이온주입을 통해 노출된 실리콘 기판 부분에 저농도 불순물 영역을 형성하고, 이어서, 상기 마스크 패턴을 포함한 상기 희생 게이트의 양측벽에 스페이서를 형성한 후, 연이어서, 2차 이온주입을 통해 노출된 실리콘 기판 부분에 고농도 불순물 영역을 형성함으로써, 저도핑 드레인 구조의 소오스/드레인 영역을 형성한다. 다음으로, 상기 결과물 상에 층간절연막을 증착한 후, 상기 층간절연막 및 마스크 패턴을 식각하여 상기 희생 게이트를 노출시키고, 그런다음, 상기 노출된 희생 게이트를 제거하여 게이트가 형성될 영역을 한정하는 홈을 형성한다. 그 다음, 상기 결과물 상에 게이트 절연막을 형성한 후, 상기 홈이 완전히 매립되도록 상기 게이트 절연막 상에 금속막을 증착하고, 그리고나서, 상기 금속막을 식각하여 상기 홈 내에 금속 게이트를 형성한다.The present invention relates to a method for manufacturing a MOSFET device capable of preventing the removal of a sacrificial gate due to a step caused by a field oxide film. The method of the present invention is, first, on a silicon substrate on which field oxide films are formed. A thermal oxide film is grown, and a polysilicon film is deposited on the thermal oxide film and the field oxide film. Thereafter, after the planarization of the polysilicon film, the polysilicon film and the thermal oxide film are etched to form a sacrificial gate. Then, reoxidation is performed to form a screen oxide film on the sidewall of the sacrificial gate and the surface of the exposed silicon substrate, and then a low concentration impurity region is formed in the exposed silicon substrate portion through primary ion implantation, and then After forming spacers on both sidewalls of the sacrificial gate including the mask pattern, successively, source / drain regions of a low doping drain structure are formed by forming a high concentration impurity region in a portion of the silicon substrate exposed through secondary ion implantation. Form. Next, after depositing the interlayer insulating film on the resultant, the interlayer insulating film and the mask pattern is etched to expose the sacrificial gate, and then the exposed sacrificial gate is removed to define a groove to form a gate. To form. Next, after forming a gate insulating film on the resultant, a metal film is deposited on the gate insulating film so that the groove is completely filled, and then the metal film is etched to form a metal gate in the groove.
Description
본 발명은 모스팻 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 희생 게이트용 폴리실리콘막의 평탄화를 행하는 것에 의해서 필드산화막에 의한 단차에 기인된 희생 게이트의 미제거를 방지할 수 있는 모스팻 소자의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a MOSFET, and in particular, to planarizing a polysilicon film for a sacrificial gate, a method of manufacturing a MOSFET capable of preventing the removal of a sacrificial gate due to a step by a field oxide film. It is about.
주지된 바와 같이, 모스팻(MOSFET) 소자의 게이트는 통상 폴리실리콘으로 형성되어져 왔다. 이것은 상기 폴리실리콘이 고융점, 박막 형성의 용이성, 라인 패턴의 용이성, 산화 분위기에 대한 안정성, 및 평탄한 표면 형성 등과 같은 게이트로서 요구되는 물성을 충분히 만족시키기 때문이다. 또한, 실제 모스팻 소자에 적용함에 있어서, 상기 폴리실리콘 재질의 게이트는 인(P), 비소(As) 및 붕소(B) 등의 도펀트(dopant)를 함유함으로써, 낮은 저항값을 구현하고 있다.As is well known, gates of MOSFET devices have typically been formed of polysilicon. This is because the polysilicon satisfies physical properties required as a gate such as high melting point, ease of thin film formation, ease of line pattern, stability to an oxidizing atmosphere, and formation of a flat surface. In addition, in the practical application of the MOSFET, the polysilicon gate contains a dopant such as phosphorus (P), arsenic (As), and boron (B), thereby achieving low resistance.
그러나, 모스팻 소자의 집적도가 증가함에 따라, 게이트의 선폭, 게이트 절연막의 두께, 접합 깊이 등의 변수값이 감소됨으로써, 폴리실리콘으로는 미세 선폭 상에서 요구하는 저저항을 구현하는데 그 한계가 있고, 그래서, 상기 폴리실리콘을 대체할 수 있는 새로운 물질의 게이트에 대한 개발이 필요하게 되었다.However, as the degree of integration of the MOSFET increases, variable values such as the line width of the gate, the thickness of the gate insulating film, the junction depth, and the like are reduced, so that polysilicon has a limitation in implementing the low resistance required on the fine line width. Therefore, there is a need for the development of a gate of a new material that can replace the polysilicon.
이를 위해서, 초기에는 전이금속-실리사이드계 물질을 적용한 폴리사이드 게이트에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되었으나, 이러한 폴리사이드 게이트의 경우에도 폴리실리콘이 존재하는 것에 기인해서 저저항을 구현하는데 한계를 나타내게 되었다. 즉, 폴리사이드 게이트에서는 게이트 공핍화(gate depletion effect)로 인한 게이트 절연막의 유효 두께의 증가, p+폴리실리콘 게이트에서의 보론 침투 현상(boron penetration) 및 도펀트 분포 변동(fluctuation)에 의한 문턱전압의 변화 등의 문제점이 발생되었다.For this purpose, the research and development of the polyside gate using the transition metal-silicide-based material has been actively conducted in the early stage, but even in the case of such polyside gates, there is a limit in implementing low resistance due to the presence of polysilicon. It became. That is, in the polyside gate, the effective thickness of the gate insulating layer due to the gate depletion effect, the boron penetration in the p + polysilicon gate, and the threshold voltage due to the dopant distribution fluctuation are increased. Problems such as change have occurred.
따라서, 최근에는 금속 게이트에 대한 연구 및 개발이 적극적으로 추진되고 있다. 상기 금속 게이트는 도펀트를 사용하지 않기 때문에, 상기한 폴리사이드 게이트에서 발생되는 문제점을 해결할 수 있고, 또한, 실리콘의 미드 밴드-갭(mid band-gap)에 위치하는 일함수 값을 갖는 금속을 사용함으로써, NMOS 및 PMOS 영역에서 동시에 사용할 수 있는 단일 게이트로서 적용할 수 있다. 여기서, 일함수 값이 실리콘의 미드 밴드-갭에 해당하는 금속으로서는 텅스텐(W), 질화텅스텐(WN), 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta) 및 질화탄탈늄(TaN)막 등이 있다.Therefore, in recent years, research and development on metal gates have been actively promoted. Since the metal gate does not use a dopant, it is possible to solve the problem occurring in the polyside gate, and also use a metal having a work function value located in the mid band-gap of silicon. Thus, it can be applied as a single gate that can be used simultaneously in the NMOS and PMOS regions. Here, as the metal whose work function value corresponds to the mid band-gap of silicon, tungsten (W), tungsten nitride (WN), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), molybdenum (Mo), tantalum (Ta) and nitride And a tantalum (TaN) film.
한편, 금속 게이트를 모스팻 소자에 적용할 경우, 금속 게이트의 패터닝, 즉, 식각의 어려움, 식각 및 이온주입시의 플라즈마에 의한 데미지(damage) 및 후속 공정에 의한 열적 데미지 등의 공정 상의 문제점이 유발되며, 그래서, 소자 특성이 저하되는 문제점이 있다.On the other hand, when the metal gate is applied to the MOSFET device, problems such as patterning of the metal gate, that is, difficulty in etching, damage due to plasma during etching and ion implantation, and thermal damage due to subsequent processes, are encountered. There is a problem in that the device characteristics are deteriorated.
따라서, 상기한 공정 상의 문제점을 해결하기 위해서, 다마신(Damascence) 공정을 이용한 집적 기술이 제안되었다. 상기 다마신 공정은 폴리실리콘 재질의 희생 게이트를 형성한 후, 층간절연막 형성, 상기 희생 게이트의 제거, 금속막 증착 및 상기 금속막에 대한 연마를 통해 상기 희생 게이트를 금속 게이트로 변경시키는기술이며, 식각 공정없이 게이트를 형성할 수 있는 바, 식각 공정에 기인된 특성 저하를 방지할 수 있고, 특히, 기존의 모스팻 공정을 그대로 이용할 수 있다는 장점이 있다.Therefore, in order to solve the above problems, an integration technique using a damascene process has been proposed. The damascene process is a technology of changing the sacrificial gate into a metal gate by forming a sacrificial gate made of polysilicon and then forming an interlayer insulating film, removing the sacrificial gate, depositing a metal film, and polishing the metal film. Since the gate can be formed without the etching process, it is possible to prevent the deterioration of characteristics due to the etching process, and in particular, there is an advantage that the existing MOSFET process can be used as it is.
이하에 종래 기술에 따른 다마신 공정을 이용한 모스팻 제조방법을 도 1a 내지 도 1h를 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for preparing a mospat using a damascene process according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1A to 1H.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 표면에 소자 형성 영역을 한정하는 필드산화막들(2)이 형성된 실리콘 기판(1)의 전면 상에 열산화막(3) 및 폴리실리콘막(4)을 차례로 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a thermal oxide film 3 and a polysilicon film 4 are sequentially formed on the entire surface of the silicon substrate 1 on which the field oxide films 2 defining the element formation region are formed on a surface thereof. do.
그런다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 폴리실리콘막(4) 상에 하드 마스크용 산화막 또는 질화막을 증착한 후, 이를 패터닝하고, 이어서, 패터닝된 마스크 패턴(5)을 이용해서 그 하부의 폴리실리콘막(4) 및 열산화막(3)을 식각하여 희생 게이트(10)를 형성한다.Then, as shown in FIG. 1B, an oxide film or a nitride film for a hard mask is deposited on the polysilicon film 4, and then patterned, and then the lower portion thereof is patterned using the patterned mask pattern 5. The sacrificial gate 10 is formed by etching the polysilicon film 4 and the thermal oxide film 3.
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 식각시에 발생된 실리콘 기판(1)의 식각 손상(etch damage)을 회복시키고, 아울러, 후속의 소오스/드레인 영역의 형성을 위한 이온주입시의 실리콘 기판(1)의 손상을 보호하기 위해서, 상기 결과물에 대해 게이트 재산화(gate re-oxidation)를 행하고, 그 결과로, 희생 게이트(10)의 측벽 및 실리콘 기판(1)의 표면 상에 스크린 산화막(11)을 형성한다. 그런다음, 상기 결과물에 대해 낮은 도우즈 및 에너지의 이온주입 공정을 수행하여 상기 희생 게이트(10) 양측의 실리콘 기판 부분에 LDD 영역(12)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, the silicon at the time of ion implantation for recovering the etch damage of the silicon substrate 1 generated at the time of the etching, and for the formation of subsequent source / drain regions. In order to protect the substrate 1 from damage, a gate re-oxidation is performed on the resultant, and as a result, a screen oxide film is formed on the sidewall of the sacrificial gate 10 and the surface of the silicon substrate 1. (11) is formed. Then, a low dose and energy ion implantation process is performed on the resultant to form the LDD region 12 in portions of the silicon substrate on both sides of the sacrificial gate 10.
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 스크린 산화막을 제거한 상태에서,상기 결과물의 전면 상에 스페이서용 질화막을 증착하고, 상기 스페이서용 질화막을 전면 식각(blanket etch)하여 상기 희생 게이트(10)의 양측벽에 스페이서(13)를 형성한다. 그리고나서, 상기 결과물에 높은 도우즈 및 에너지의 이온주입을 행하여 LDD 구조의 소오스/드레인 영역(14)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1D, in the state where the screen oxide film is removed, a nitride nitride film for the spacer is deposited on the entire surface of the resultant product, and the nitride nitride film for the spacer is etched on the entire surface of the sacrificial gate 10. Spacers 13 are formed on both side walls. The resultant is then implanted with high dose and energy ions to form source / drain regions 14 of LDD structure.
그 다음, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 상에 상기 마스크 패턴(5)을 포함한 희생 게이트(10)를 덮도록 충분한 두께로 층간절연막(15)을 증착하고, 그런다음, 상기 희생 게이트(10)를 연마저지층으로 하는 화학적기계적연마 (Chemical Mechanical Polishing : 이하, CMP) 공정으로 상기 층간절연막(15)을 연마하여, 상기 희생 게이트(10)를 노출시킴과 동시에, 그 표면을 평탄화시킨다.Next, as shown in FIG. 1E, an interlayer insulating film 15 is deposited on the resultant to a thickness sufficient to cover the sacrificial gate 10 including the mask pattern 5, and then the sacrificial gate ( The interlayer insulating film 15 is polished by a chemical mechanical polishing (CMP) process using 10) as a polishing inhibiting layer to expose the sacrificial gate 10 and to planarize its surface.
이어서, 도 1f에 도시된 바와 같이, 상기 CMP 공정의 결과로 노출된 희생 게이트를 제거하여 금속 게이트가 형성될 영역을 한정하는 홈(16)을 형성하고, 계속해서, 도 1g에 도시된 바와 같이, 상기 결과물의 표면을 따라서 게이트 절연막(17)을 형성한 후, 그 상부에 상기 홈이 완전히 매립될 정도의 충분한 두께로 게이트용 금속막(18)을 증착한다.Subsequently, as shown in FIG. 1F, the sacrificial gate exposed as a result of the CMP process is removed to form a groove 16 defining a region where a metal gate is to be formed, and then as shown in FIG. 1G. After the gate insulating film 17 is formed along the surface of the resultant product, the gate metal film 18 is deposited to a sufficient thickness such that the groove is completely filled thereon.
그리고나서, 도 1h에 도시된 바와 같이, 상기 층간절연막(15)을 연마저지층으로 하여 상기 게이트용 금속막을 연마함으로써, 최종적으로, 금속 게이트(20)를 갖는 모스팻 소자를 완성한다.Then, as shown in FIG. 1H, the gate metal film is polished by using the interlayer insulating film 15 as the polishing inhibiting layer, thereby finally completing the MOSFET having the metal gate 20.
그러나, 상기와 같은 종래의 모스팻 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다. 먼저, 도 2a 및 도 2b는 종래의 문제점을 설명하기 위한 단면도로서, 도 2a는 도1b를 측면에서 바라본 단면도이고, 도 2b는 도 1e를 측면에서 바라본 단면도이다.However, the conventional MOSFET manufacturing method as described above has the following problems. First, FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views illustrating a conventional problem, and FIG. 2A is a cross-sectional view of FIG. 1B viewed from the side, and FIG. 2B is a cross-sectional view of FIG. 1E viewed from the side.
상기 도 2a에 있어서, 폴리실리콘막(4)은 필드산화막(2)에 의한 단차에 의해서 그 자신도 단차를 갖게 된다. 그런데, 이러한 상태로 후속 공정이 진행되면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 희생 게이트(10)를 노출시키는 과정에서 상기 단차에 의해서 층간절연막(15)이 제거되지 못하는 부분이 발생하게 되고, 이 결과로, 상기 희생 게이트의 제거시, 제거되지 않고 잔류되는 부분이 발생됨에 따라, 정상적인 모스팻 소자를 제조할 수 없게 된다.In FIG. 2A, the polysilicon film 4 itself has a step due to the step caused by the field oxide film 2. However, when the subsequent process proceeds in this state, as shown in FIG. 2B, in the process of exposing the sacrificial gate 10, a portion where the interlayer insulating film 15 is not removed by the step may occur. Therefore, when the sacrificial gate is removed, a portion that remains without being removed may not be able to manufacture a normal MOSFET device.
또한, 도 1c 및 도 1d에 있어서, LDD 구조의 소오스/드레인 영역을 형성하기 위해 이온주입 공정을 행하게 되는데, 이 과정에서 희생 게이트, 즉, 폴리실리콘에도 도핑이 이루어지며, 이때, CMOS 소자의 경우, NMOS와 PMOS에서 각각 다른 타입의 도펀트가 이온주입됨으로써, 결과적으로, 도 1f에서의 희생 게이트의 제거시, NMOS 및 PMOS에서 상이한 식각 특성을 보이게 되는 바, 한 번의 식각으로 모두 제거할 수 있는 식각 조건(recipe)의 설정이 어렵다.In addition, in FIGS. 1C and 1D, an ion implantation process is performed to form a source / drain region of an LDD structure. In this process, a sacrificial gate, ie, polysilicon, is doped. The different types of dopants are ion implanted in the NMOS and the PMOS, and as a result, when the sacrificial gate is removed in FIG. 1F, different etching characteristics are exhibited in the NMOS and the PMOS. The setting of the condition is difficult.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 희생 게이트용 폴리실리콘막의 평탄화를 행함으로써, 필드산화막에 의한 단차에 기인된 상기 폴리실리콘막의 미제거를 방지할 수 있는 모스팻 소자의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and by forming the sacrificial gate polysilicon film, the MOSFET element capable of preventing the removal of the polysilicon film caused by the step by the field oxide film can be prevented. To provide a method for the preparation, the purpose is.
도 1a 내지 도 1h는 종래 기술에 따른 다마신 공정을 이용한 모스팻 소자의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도.1A to 1H are cross-sectional views for each process for explaining a method of manufacturing a MOSFET device using a damascene process according to the prior art.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 다마신 공정을 이용한 모스팻 소자의 제조방법에서의 문제점을 설명하기 위한 단면도.Figure 2a and Figure 2b is a cross-sectional view for explaining the problem in the manufacturing method of the MOSFET using the damascene process according to the prior art.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예에 따른 모스팻 소자의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도.3A to 3G are cross-sectional views of respective processes for explaining a method of manufacturing a MOSFET according to an embodiment of the present invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
1 : 실리콘 기판 2 : 필드산화막1 silicon substrate 2 field oxide film
3 : 열산화막 4 : 폴리실리콘막3: thermal oxide film 4: polysilicon film
5 : 마스크 패턴 10 : 희생 게이트5: mask pattern 10: sacrificial gate
11 : 스크린 산화막 12 : LDD 영역11: screen oxide film 12: LDD region
13 : 스페이서 14 ; 소오스/드레인 영역13: spacer 14; Source / Drain Area
15 : 층간절연막 16 : 홈15: interlayer insulating film 16: groove
17 : 게이트 절연막 18 : 금속막17 gate insulating film 18 metal film
20 : 금속 게이트20: metal gate
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모스팻 소자의 제조방법은, 필드산화막들이 형성된 실리콘 기판을 제공하는 단계; 상기 실리콘 기판 상에 열산화막을 성장시키고, 상기 열산화막 및 필드산화막 상에 폴리실리콘막을 증착하는 단계; 상기 폴리실리콘막의 표면을 평탄화시키는 단계; 상기 폴리실리콘막 상에 마스크 패턴을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 이용한 식각 공정으로 상기 폴리실리콘막 및 열산화막을 식각하여 상기 실리콘 기판의 소자 형성 영역에 희생 게이트를 형성하는 단계; 상기 결과물에 대한 재산화를 수행하여 상기 희생 게이트의 측벽 및 노출된 실리콘 기판의 표면 상에 스크린 산화막을 형성하는 단계; 1차 이온주입을 통해 노출된 실리콘 기판 부분에 저농도 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴을 포함한 상기 희생 게이트의 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 2차 이온주입을 통해 노출된 실리콘 기판 부분에 고농도 불순물 영역을 형성하고, 그것에 의해서, 저도핑 드레인 구조의 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계; 상기 결과물 상에 층간절연막을 증착하고, 상기 층간절연막 및 마스크 패턴을 식각하여 상기 희생 게이트를 노출시키는 단계; 상기 노출된 희생 게이트를 제거하여 게이트가 형성될 영역을 한정하는 홈을 형성하는 단계; 상기 결과물 상에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 홈이 완전히 매립되도록, 상기 게이트 절연막 상에 소정의 금속막을 증착하는 단계; 및 상기 홈 내에 금속 게이트가 형성되도록, 상기 금속막을 식각하는 단계를 포함하여 이루어진다.Method of manufacturing a MOSFET device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of providing a silicon substrate formed with field oxide films; Growing a thermal oxide film on the silicon substrate and depositing a polysilicon film on the thermal oxide film and the field oxide film; Planarizing the surface of the polysilicon film; Forming a mask pattern on the polysilicon layer, and etching the polysilicon layer and the thermal oxide layer by an etching process using the mask pattern to form a sacrificial gate in an element formation region of the silicon substrate; Performing a reoxidation of the result to form a screen oxide on the sidewalls of the sacrificial gate and the surface of the exposed silicon substrate; Forming a low concentration impurity region in the portion of the silicon substrate exposed through the primary ion implantation; Forming spacers on both sidewalls of the sacrificial gate including the mask pattern; Forming a high concentration impurity region in the portion of the silicon substrate exposed through the secondary ion implantation, thereby forming a source / drain region of low doping drain structure; Depositing an interlayer dielectric layer on the resultant, and etching the interlayer dielectric layer and mask pattern to expose the sacrificial gate; Removing the exposed sacrificial gate to form a groove defining a region in which the gate is to be formed; Forming a gate insulating film on the resultant, and depositing a predetermined metal film on the gate insulating film to completely fill the grooves; And etching the metal film to form a metal gate in the groove.
본 발명에 따르면, 희생 게이트용 폴리실리콘막의 증착 후, 평탄화를 행함으로써, 후속에서 상기 폴리실리콘막이 제거되지 않고 잔류되는 현상을 방지할 수 있으며, 그래서, 소망하는 구조의 모스팻을 형성할 수 있다.According to the present invention, the planarization is performed after the deposition of the sacrificial gate polysilicon film, whereby the phenomenon in which the polysilicon film is not removed afterwards can be prevented, so that a MOSFET having a desired structure can be formed. .
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예에 따른 다마신 공정을 이용한 모스팻 소자의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다. 여기서, 도 1a 내지 도 1h와 동일한 부분은 동일한 도면부호로 표시한다.3A to 3G are cross-sectional views of respective processes for explaining a method of manufacturing a MOSFET using a damascene process according to an exemplary embodiment of the present invention. 1A to 1H are denoted by the same reference numerals.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 표면에 소자 형성 영역을 한정하는 필드산화막들(2)을 형성하고, 이러한 실리콘 기판(1)의 전체 상부에 열산화막(3)을 성장시킨 후, 상기 열산화막(3) 및 필드산화막(2) 상에 LPCVD 공정을 통해서 2,000 내지 4,000Å 두께로 폴리실리콘막(4)을 증착한다.First, as shown in FIG. 3A, field oxide films 2 defining element formation regions are formed on the surface of the silicon substrate 1, and the thermal oxide film 3 is formed on the entire upper portion of the silicon substrate 1. After the growth, the polysilicon film 4 is deposited on the thermal oxide film 3 and the field oxide film 2 to a thickness of 2,000 to 4,000 kPa through an LPCVD process.
이때, 상기 폴리실리콘막(4)은 그 증착시, 인-시튜(in-situ) 방식으로 도펀트를 함유한 가스를 챔버 내에 유입시키는 것에 의해 도핑된 상태로 증착될 수 있으며, 비도핑 상태로 증착된 경우에는 그 증착 후에 이온주입 공정을 통해 소정의 도펀트를 도핑시킨다. 이와 같이, 상기 폴리실리콘막(4)을 도핑시키는 것은 후속의 소오스/드레인 영역을 형성하기 위한 이온주입 공정시, 폴리실리콘 재질의 희생 게이트에서의 추가 도핑이 일어나는 것을 억제시키기 위함이며, 그래서, 희생 게이트의 제거시, 그 식각 조건(recipe)의 설정을 용이하게 하기 위함이다.In this case, the polysilicon film 4 may be deposited in a doped state by introducing a gas containing a dopant into the chamber in an in-situ manner during the deposition thereof, and deposited in an undoped state. In this case, the dopant is doped through the ion implantation process after the deposition. As described above, the doping of the polysilicon film 4 is intended to suppress further doping at the sacrificial gate made of polysilicon during the ion implantation process for forming subsequent source / drain regions. This is to facilitate setting of the etching condition when the gate is removed.
한편, 상기 폴리실리콘막(4)은 그 증착시, 필드산화막(2)에 의한 단차로 인하여, 그 자신도 상기 필드산화막(2)의 상부에서 단차를 갖게 되고, 이러한 폴리실리콘막(4)에서의 단차는, 전술한 바와 같이, 구조적으로 치명적인 결함을 유발시키게 된다.On the other hand, the polysilicon film 4 itself has a step at the top of the field oxide film 2 due to the step by the field oxide film 2 at the time of vapor deposition thereof, and in this polysilicon film 4 As described above, the step of, causes a structurally fatal defect.
따라서, 상기 폴리실리콘막(4)에서의 단차를 제거하기 위해서, 도 3b에 도시된 바와 같이, CMP 공정을 수행하여 상기 폴리실리콘막(4)을 전체적으로 평탄화시킨다. 이때, 상기 폴리실리콘막(4)을 평탄화시키기 위한 식각은 상기 CMP 공정 대신에 에치백(etch back) 공정으로도 행할 수 있다.Therefore, in order to remove the step in the polysilicon film 4, as shown in Figure 3b, the polysilicon film 4 is planarized as a whole by performing a CMP process. In this case, etching for planarizing the polysilicon layer 4 may be performed by an etch back process instead of the CMP process.
다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 평탄화된 폴리실리콘막(4) 상에 하드 마스크용 산화막 또는 질화막을 800 내지 1,000Å 두께로 증착하고, 이를 패터닝하여 마스크 패턴(5)을 형성한 후, 이러한 마스크 패턴(5)을 이용해서 상기 폴리실리콘막(4)과 열산화막(3)을 식각함으로써, 상기 필드산화막(2)에 의해 한정된 상기 실리콘 기판(1)의 소자 형성 영역에 희생 게이트(10)를 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 3C, an oxide or nitride film for hard mask is deposited to a thickness of 800 to 1,000 Å on the planarized polysilicon film 4, and then patterned to form a mask pattern 5. By using the mask pattern 5 to etch the polysilicon film 4 and the thermal oxide film 3, a sacrificial gate may be formed in the element formation region of the silicon substrate 1 defined by the field oxide film 2. 10) form.
그런다음, 상기 식각시에 발생된 실리콘 기판(1)의 식각 손상을 회복시키고, 아울러, 후속의 소오스/드레인 영역의 형성을 위한 이온주입시의 실리콘 기판(1)의 손상을 보호하기 위해서, 상기 결과물에 대해 650 내지 850℃의 온도에서 게이트 재산화를 행하여 상기 희생 게이트(10)의 측벽 및 실리콘 기판(1)의 표면 상에 30 내지 100Å 두께로 스크린 산화막(11)을 형성한다. 이때, 상기 재산화시에는 희생 게이트(10) 가장자리에서의 열산화막(3)에 버즈-빅(bird′s beak)을 유도함으로써, 게이트 오버랩 캐패시턴스(gate overlap capacitance)의 발생을 최소화시킨다. 그리고나서, 상기 결과물에 대해 상대적으로 낮은 도우즈 및 에너지의 이온주입을 행하여 상기 희생 게이트(10) 양측의 실리콘 기판 부분에 저농도 불순물 영역, 즉, LDD 영역(12)을 형성한다.Then, in order to recover the etching damage of the silicon substrate 1 generated at the time of the etching and to protect the damage of the silicon substrate 1 at the time of ion implantation for the formation of subsequent source / drain regions, The gate reoxidation is performed on the resultant at a temperature of 650 to 850 ° C. to form a screen oxide film 11 to a thickness of 30 to 100 μm on the sidewall of the sacrificial gate 10 and the surface of the silicon substrate 1. In this case, in the reoxidation, a bird's beak is induced in the thermal oxide film 3 at the edge of the sacrificial gate 10, thereby minimizing the occurrence of gate overlap capacitance. Thereafter, relatively low dose and energy ion implantation is performed on the resultant to form a low concentration impurity region, that is, an LDD region 12, in portions of the silicon substrate on both sides of the sacrificial gate 10.
계속해서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 스크린 산화막을 제거한 상태에서, 상기 결과물의 전면 상에 스페이서용 산화막을 900 내지 1,200Å 두께로 증착한 후, 이를 전면 식각(blanket etch)하여 상기 마스크 패턴(5)을 갖는 희생 게이트(10)의 양측벽에 스페이서(13)를 형성하고, 그리고나서, 상기 결과물에 상대적으로 높은 도우즈 및 에너지의 이온주입을 행하여 고농도 불순물 영역을 형성함으로써, LDD 구조의 소오스/드레인 영역(14)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3D, in a state in which the screen oxide film is removed, a spacer oxide film is deposited to a thickness of 900 to 1,200 상 에 on the entire surface of the resultant product, and then the entire surface is etched, followed by blanket etching. Spacers 13 are formed on both sidewalls of the sacrificial gate 10 having (5), and then ion implantation of relatively high dose and energy is formed to form high concentration impurity regions of the LDD structure. Source / drain regions 14 are formed.
그 다음, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 상에 4,000 내지 6,000Å 두께로 층간절연막(15)을 증착하고, 상기 희생 게이트(10)를 연마저지층으로 해서 상기 층간절연막(15)과 마스크 패턴을 CMP 공정으로 연마함으로써, 상기 희생 게이트(10)를 노출시킴과 동시에 상기 층간절연막(15)의 표면을 평탄화시킨다. 이때, 상기 층간절연막(15)을 평탄화시키기 위한 식각은 상기 CMP 공정 대신에 에치백 공정으로도 행할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3E, an interlayer insulating film 15 is deposited on the resultant to a thickness of 4,000 to 6,000 Å, and the sacrificial gate 10 is used as a polishing blocking layer. The pattern is polished by a CMP process to expose the sacrificial gate 10 and to planarize the surface of the interlayer insulating film 15. In this case, etching for planarizing the interlayer insulating layer 15 may be performed by an etch back process instead of the CMP process.
다음으로, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기 노출된 희생 게이트를 습식 또는 건식 식각 공정을 통해 제거하여 금속 게이트가 형성될 영역을 한정하는 홈(16)을 형성하고, 이어서, 상기 결과물의 표면을 따라서 게이트 절연막(17)을 형성한 후, 그 상부에 상기 홈(16)이 완전히 매립될 정도의 충분한 두께로 게이트용 금속막 (18)을 증착한다. 여기서, 상기 게이트 절연막(17)은 성장법(growth) 또는 증착법에 의한 산화막, 질산화막, 또는, 고유전율막이며, 상기 게이트용 금속막(18)은 PVD 또는 CVD 공정에 의한 텅스텐(W)막, 질화텅스텐(WN)막, 티타늄(Ti)막, 질화티타늄(TiN)막, 몰리브덴(Mo)막, 탄탈륨(Ta)막, 또는, 질화탄탈늄(TaN)막이다.Next, as shown in FIG. 3F, the exposed sacrificial gate is removed through a wet or dry etching process to form a groove 16 defining a region where a metal gate is to be formed, and then the surface of the resultant product is removed. Therefore, after the gate insulating film 17 is formed, the gate metal film 18 is deposited to a sufficient thickness such that the groove 16 is completely buried thereon. Here, the gate insulating film 17 is an oxide film, a nitride oxide film, or a high dielectric constant film by a growth method or a vapor deposition method, and the gate metal film 18 is a tungsten (W) film by a PVD or CVD process. Tungsten nitride (WN) film, titanium (Ti) film, titanium nitride (TiN) film, molybdenum (Mo) film, tantalum (Ta) film, or tantalum nitride (TaN) film.
그리고나서, 도 1g에 도시된 바와 같이, 상기 층간절연막(15)을 연마저지층으로 하여 상기 게이트용 금속막을 연마함으로써, 최종적으로, 금속 게이트(20)를갖는 모스팻 소자를 완성한다. 이때, 상기 금속 게이트(20)를 형성하기 위한 식각은 CMP 공정 대신에 에치백 공정으로도 행할 수 있다.Then, as shown in FIG. 1G, the gate metal film is polished by using the interlayer insulating film 15 as a polishing inhibiting layer, thereby finally completing the MOSFET device having the metal gate 20. In this case, the etching for forming the metal gate 20 may be performed by an etch back process instead of the CMP process.
상기와 같은 본 발명의 제조방법에 있어서는, 필드산화막(2)에 기인된 폴리실리콘막(4)에서의 단차를 미리 제거시켜 주기 때문에, 후속의 층간절연막(15)에 대한 CMP 공정시, 상기 폴리실리콘막이 노출되지 않는 현상을 제거할 수 있으며, 그래서, 폴리실리콘막의 부분적 잔류에 기인된 문제를 해결할 수 있는 바, 소망하는 구조의 금속 게이트를 갖는 모스팻을 형성할 수 있다.In the manufacturing method of the present invention as described above, since the step in the polysilicon film 4 caused by the field oxide film 2 is eliminated in advance, at the subsequent CMP process with respect to the interlayer insulating film 15, the poly The phenomenon in which the silicon film is not exposed can be eliminated, so that the problem caused by the partial residual of the polysilicon film can be solved, so that a MOSFET having a metal gate of a desired structure can be formed.
이상에서와 같이, 본 발명은 희생 게이트용 폴리실리콘막에 대한 평탄화를 수행함으로써, 후속 공정에서에 층간절연막에 대한 CMP 공정 및 희생 게이트 제거 공정을 정상적으로 진행할 수 있으며, 그래서, 소망하는 구조의 모스팻을 형성할 수 있고, 특히, 공정 상의 신뢰성을 확보할 수 있는 바, 고집적 소자의 제조에 매우 유리하게 적용할 수 있다.As described above, according to the present invention, the planarization of the polysilicon film for the sacrificial gate can be performed, whereby the CMP process and the sacrificial gate removing process for the interlayer insulating film can be normally performed in a subsequent process, and thus, the MOSFET having the desired structure. Can be formed, and in particular, the process reliability can be ensured, and thus it can be very advantageously applied to the production of highly integrated devices.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.In addition, this invention can be implemented in various changes within the range which does not deviate from the summary.
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