KR100414231B1 - 반도체소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 실리콘 기판상에 게이트산화막을 형성하는 단계; 상기 게이트산화막 위에 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 상기 게이트산화막 및 상기 폴리실리콘막을 패터닝하여 게이트산화막/폴리실리콘막으로 적층된 게이트패턴을 형성하는 단계; 이온을 주입하여 상기 게이트패턴의 양측면에 각각 제1 및 제2 접합영역을 형성하는 단계; 상기 게이트패턴의 측벽에 실리콘산화막/실리콘질화막으로 적층된 절연막 스페이서를 형성하는 단계; 상기 게이트패턴의 상층인 폴리실리콘막을 소정두께 만큼 에치백하여 제거하는 단계; 및 남아있는 상기 폴리실리콘막 상에 텅스텐막을 형성하여 게이트산화막/폴리실리콘막/텅스텐막으로 이루어진 게이트패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 간단한 공정 변화를통해 신뢰성과 수율을 개선할 수 있는 반도체소자의 텅스텐-폴리실리콘 게이트 형성방법에 관한 것이다.
반도체소자가 미세화되면 될수록 속도 문제로 인해 게이트 저항을 낮추는 노력이 필요하다. 이로 따라 텅스텐-폴리실리콘 게이트가 사용되는데 이 경우, 텅스텐의 특성, 즉 산화가 잘되는 특성으로 인해 공정상의 여러가지 제약이 따르게 된다. 즉, LDD 산화공정을 선택적으로 진행해야 하고, 산화막 스페이서를 사용하지 못하게 된다. 이로 인해 드레인 접합 브레이크다운 전압과 핫캐리어 수명(Hot carrier life time) 특성이 열악해진다. 이는 소자의 신뢰성에 따른 문제이기 때문에 수율과 바로 연관되는 문제라고 할 수 있다.
종래 기술에 의한 텅스텐-폴리실리콘 게이트 형성공정을 도1a 내지 도1c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도1a에 나타낸 바와 같이 실리콘기판(1)상에 게이트산화막(2)을 형성하고, 이위에 폴리실리콘(3), 텅스텐(4), 하드마스크 질화막(5)을 차례로 증착한 후, 게이트패턴으로 패터닝한다.
이어서 도1b에 나타낸 바와 같이 텅스텐 부품 현상 방지를 위해 LDD 산화공정을 선택적으로 진행하고 이온주입을 진행한다. 이때, LDD 산화공정을 선택적으로 진행하게 되면 게이트 엣지 부분에서의 버즈 비크(bird's beak) 효과가 LDD 산화공정을 선택적으로 진행하지 않는 경우에 비해 미미하게 된다. 이는 GIDL(Gate Induced Drain Leakage) 전류의 증가를 초래하기 때문에 드레인 접합 브레이크다운 전압의 열화를 나타내게 된다. 이는 디바이스의 번인(Burn-in)시에 문제가 된다.
이어서 도1c에 나타낸 바와 같이 텅스텐 부품 현상을 방지하기 위해 질화막 스페이서(7)를 게이트 측면에 형성한 후, 소오스 및 드레인 이온주입을 실시한다. 이때, 질화막 스페이서(7)가 실리콘기판 표면에 바로 닿는 구조이기 때문에 질화막 스트레스에 의한 핫캐리어 수명 특성이 열악해진다. 게이트 스페이서 구조에서 질화막이 실리콘 기판 표면에 직접 닿을 경우 핫캐리어 수명이 열악해지는 것을 나타내는 실험 결과를 도3의 그래프로 도시하였다. 그래프에 의하면 핫캐리어 수명이 2자릿수 열화되는 것을 알 수 있다.
상기한 드레인 접합 브레이크다운 전압과 핫캐리어 수명 특성은 소자의 신뢰성에 관한 것이기 때문에 수율과 바로 연관되므로 반드시 해결되어야 할 문제이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 폴리실리콘만을 사용하여 우선 게이트를 패터닝하고 LDD 산화공정을 진행한 후 게이트 스페이서를 형성하고 텅스텐을 증착하여 게이트를 형성함으로써 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
도1a 내지 도1c는 종래 기술에 의한 텅스텐-폴리실리콘 게이트 형성방법을 도시한 공정순서도,
도2a 내지 도2d는 본 발명에 의한 텅스텐-폴리실리콘 게이트 형성방법을 도시한 공정순서도,
도 3은 종래기술에 따른 핫 캐리어 수명이 열악해짐을 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘 기판 2 : 게이트 산화막
3 : 폴리실리콘 4 : 텅스텐
5 : 질화막 하드마스크 6 : 산화막 스페이서
7 : 질화막 스페이서
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 기판상에 게이트산화막을 형성하는 단계; 상기 게이트산화막 위에 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 상기 게이트산화막 및 상기 폴리실리콘막을 패터닝하여 게이트산화막/폴리실리콘막으로 적층된 게이트패턴을 형성하는 단계; 이온을 주입하여 상기 게이트패턴의 양측면에 각각 제1 및 제2 접합영역을 형성하는 단계; 상기 게이트패턴의 측벽에 실리콘산화막/실리콘질화막으로 적층된 절연막 스페이서를 형성하는 단계; 상기 게이트패턴의 상층인 폴리실리콘막을 소정두께 만큼 에치백하여 제거하는 단계; 및 남아있는 상기 폴리실리콘막 상에 텅스텐막을 형성하여 게이트산화막/폴리실리콘막/텅스텐막으로 이루어진 게이트패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도2a 내지 도2d에 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 텅스텐-폴리실리콘 게이트 형성방법을 공정순서에 따라 도시하였다.
먼저, 도2a에 나타낸 바와 같이 실리콘기판(1)상에 게이트산화막(2)을 형성하고, 이위에 폴리실리콘(3)을 증착한 후, 게이트패턴으로 패터닝한다. 이때, 폴리실리콘을 종래의 기술보다 두껍게 즉, 최종적으로 얻고자 하는 게이트의 두께로 증착한다. 이어서 LDD 산화공정을 진행하고 LDD 이온주입을 실시한다. 이때, 텅스템의 부품 위험이 없기 때문에 종래와 같이 LDD 산화공정을 선택적으로 진행할 필요가 없으므로 게이트 엣지 부분에서의 버즈 비크 효과는 그만큼 커지게 된다. 따라서 드레인 접합 브레이크다운 전압 특성이 향상된다.
이어서 도2b에 나타낸 바와 같이 산화막(6)과 질화막(7)을 차례로 기판 상에 증착하여 게이트 측면에 스페이서를 형성한 후, 소오스 및 드레인 이온주입을 실시한다. 이때, 질화막(7)이 그 하부의 산화막(6)으로 인해 실리콘기판 표면에 직접닿지 않는 스페이서 구조가 형성되므로 핫캐리어 수명 특성이 향상된다. 상기 스페이서는 산화막만으로 형성하는 것도 가능하다. 스페이서용 산화막으로는 HTO, LE-TEOS, PE-TEOS 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소오스 및 드레인 형성을 위한 이온주입공정은 이후에 최종적으로 게이트를 완성한 다음에 실시할 수도 있다.
다음에 도2c에 나타낸 바와 같이 폴리실리콘 패턴(3)을 소정두께 만큼 에치백한 후, 도2d에 나타낸 바와 같이 텅스텐(4)을 증착하고 에치백하여 폴리실리콘(3)과 텅스텐(4)으로 이루어진 최종적인 게이트를 완성한다. 이어서 게이트 상부에 하드마스크 질화막(5)을 증착하여 에치백함으로써 신뢰성이 향상된 반도체소자를 완성한다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면 LDD 산화를 선택적으로 진행할 필요가 없기 때문에 게이트 엣지의 버즈 비크 효과로 인해 GIDL 전류가 감소되고, 드레인 접합 브레이크다운 전압이 향상되어 신뢰성 있는 소자를 구현할 수 있다. 또한, 질화막 스페이서가 실리콘기판 표면과 직접 닿지 않는 스페이서 구조이므로 핫캐리어 수명이 2자리 개선되어 역시 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
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- 실리콘 기판상에 게이트산화막을 형성하는 단계;상기 게이트산화막 위에 폴리실리콘막을 형성하는 단계;상기 게이트산화막 및 상기 폴리실리콘막을 패터닝하여 게이트산화막/폴리실리콘막으로 적층된 게이트패턴을 형성하는 단계;이온을 주입하여 상기 게이트패턴의 양측면에 각각 제1 및 제2 접합영역을 형성하는 단계;상기 게이트패턴의 측벽에 실리콘산화막/실리콘질화막으로 적층된 절연막 스페이서를 형성하는 단계;상기 게이트패턴의 상층인 폴리실리콘막을 소정두께 만큼 에치백하여 제거하는 단계; 및남아있는 상기 폴리실리콘막 상에 텅스텐막을 형성하여 게이트산화막/폴리실리콘막/텅스텐막으로 이루어진 게이트패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 스페이서 형성시 질화막이 실리콘기판 표면과 직접 닿지 않도록 하부에 산화막을 증착하고 그위에 질화막을 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.
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