KR100472769B1 - How to Form Surface-Channel NMOS and PMOS Transistors in CMOS-Compatible Processes - Google Patents
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Abstract
표면-채널 NMOS 및 PMOS 트랜지스터는 게이트 도전 형태를 설정하도록 게이트가 주입됨과 동시에 소오스/드레인 영역을 형성하도록 기판을 주입함으로써 CMOS 양립가능한 공정에서 형성된다. 이 다음에, 유전체 층은 유전체를 자기화 (densification) 및 리플로우 (reflow) 시키도록 데포지트 및 베이킹 (baking) 된다. 베이킹된 유전체는 그후 에칭되어 게이트의 상부 표면을 노출시킨다. 다음에, 금속층이 게이트의 상부 표면상에 형성된다. 본 발명에 의하면, 상기 유전체 층이 베이킹되어진 후에 금속층을 형성함으로써 베이킹으로부터 초래되는 금속층의 열화(degradation)가 제거된다.Surface-channel NMOS and PMOS transistors are formed in a CMOS compatible process by implanting a substrate to form a source / drain region at the same time a gate is implanted to set the gate conduction shape. Next, the dielectric layer is deposited and baked to densify and reflow the dielectric. The baked dielectric is then etched to expose the top surface of the gate. Next, a metal layer is formed on the top surface of the gate. According to the present invention, the degradation of the metal layer resulting from baking is eliminated by forming the metal layer after the dielectric layer is baked.
Description
본 발명은 NMOS 및 PMOS 트랜지스터를 형성하는 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 CMOS 양립가능한 공정에서 표면-채널 NMOS 및 PMOS 트랜지스터를 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to methods of forming NMOS and PMOS transistors, and more particularly to methods of forming surface-channel NMOS and PMOS transistors in a CMOS compatible process.
종래의 CMOS 제조 기법은 표면-채널 NMOS 트랜지스터 및 매몰된-채널 PMOS 트랜지스터를 제조하는데, 그 이유는 NMOS 및 PMOS 트랜지스터 모두의 게이트를 형성하도록 차후에 에칭되는 데포지트된 실리콘 층이 POCl3 와 같은 재료를 사용하여 N-형으로 제조되기 때문이다. 그러나, 보다 최근에는, 산업동향이 보다 낮은 한계전압을 달성하도록 표면-채널 PMOS 트랜지스터의 사용으로 이동되어 왔다.Conventional CMOS fabrication techniques fabricate surface-channel NMOS transistors and buried-channel PMOS transistors, since the deposited silicon layer is subsequently etched to form a gate of both NMOS and PMOS transistors, such as a material such as POCl 3. It is because it is made into N-type using. However, more recently, industry trends have shifted to the use of surface-channel PMOS transistors to achieve lower threshold voltages.
제 1A도 내지 제 1D도에는 표면-채널 NMOS 및 PMOS 트랜지스터를 사용하는 한가지 기법이 도시되어 있다. 제 1A도에 도시된 바와 같이, 이러한 기법은 N-웰 및 복수개의 전계 산화물 영역 (FOX)을 갖는 반도체 기판(10)상에 게이트 산화물 층(12)을 성장시키는 것으로 부터 개시된다. 게이트 산화물 층 (12)이 형성되어진 후에, 비정질 실리콘 층 (14)이 그후 데포지트된다.One technique using surface-channel NMOS and PMOS transistors is shown in FIGS. 1A-1D. As shown in FIG. 1A, this technique begins with growing a gate oxide layer 12 on a semiconductor substrate 10 having an N-well and a plurality of field oxide regions (FOX). After the gate oxide layer 12 is formed, the amorphous silicon layer 14 is then deposited.
다음에는, 종래의 CMOS 단계에서 벗어나서, 포토레지스트 마스크 (15)는 NMOS 트랜지스터의 형성될 게이트를 노출시키도록 형성 및 패터닝(patterning)된다. 이 다음에는, 노출된 영역이 비소나 유사한 재료로 주입된다.Next, away from the conventional CMOS stage, photoresist mask 15 is formed and patterned to expose the gate to be formed of the NMOS transistor. Next, the exposed areas are implanted with arsenic or similar material.
형성될 NMOS 게이트가 주입되어진 후에, NMOS 포토레지스트 마스크(15)는 벗겨내고 PMOS 포토레지스트 마스크 (도시되지 않음)는 PMOS 트랜지스터의 형성될 게이트를 노출시키도록 형성 및 패터닝된다. 노출된 영역은 그후 붕소나 유사한 재료로 주입된다. 이 다음에는, PMOS 포토레지스트 마스크는 벗겨낸다.After the NMOS gate to be formed is implanted, the NMOS photoresist mask 15 is stripped off and a PMOS photoresist mask (not shown) is formed and patterned to expose the gate to be formed of the PMOS transistor. The exposed area is then implanted with boron or similar material. After this, the PMOS photoresist mask is stripped off.
다음에는, 종래의 단계로 되돌아 가서, 폴리 (poly)의 저항을 감소시키는데 사용되는 텅스텐 실리사이드 층(16)은 제1B 도에 도시된 바와 같이 실리콘 층 (14)상에 데포지트된 다음에, 포토레지스트 마스크 (18)를 형성한다. 제 1C 도에 도시된 바와 같이, 마스크되지 않은 영역은 그후 복수개의 게이트 (20) 및 복수개의 폴리 레지스터 (22)를 형성하도록 에칭된다.Next, returning to the conventional step, the tungsten silicide layer 16 used to reduce the resistance of the poly is deposited on the silicon layer 14 as shown in FIG. The photoresist mask 18 is formed. As shown in FIG. 1C, the unmasked region is then etched to form a plurality of gates 20 and a plurality of poly resistors 22.
이 다음에, 마스크 (18)는 벗겨내고 N-형 주입 마스크 (도시되지 않음)는 형성될 P-채널 트랜지스터를 보호하도록 형성된다. 상기 주입마스크가 형성된 후에는, 마스크 되지 않은 영역이 적은 비소 선량으로 주입된다.Next, the mask 18 is stripped off and an N-type implant mask (not shown) is formed to protect the P-channel transistor to be formed. After the implantation mask is formed, the unmasked region is implanted in a small arsenic dose.
다음에, N-형 주입 마스크는 벗겨내고 P-형 주입 마스크 (도시되지 않음)는 형성될 n-채널 트랜지스터를 보호하도록 형성된다. 주입 마스크가 형성된 후, 마스크되지 않은 영역은 적은 붕소선량으로 주입된다. 이 다음에, P-형 주입 마스크는 벗겨내고 산화물 층 (도시되지 않음)은 데포지트된다. 상기 산화물 층은 그후 이방성으로 에칭되어 제 1D 도에 도시된 바와 같이 스페이서 (28)를 형성한다.Next, the N-type implant mask is stripped off and a P-type implant mask (not shown) is formed to protect the n-channel transistor to be formed. After the implantation mask is formed, the unmasked region is implanted with a low dose of boron. Next, the P-type implant mask is stripped off and the oxide layer (not shown) is deposited. The oxide layer is then anisotropically etched to form spacers 28 as shown in FIG. 1D.
스페이서 (28)가 형성되어진 후, 제 2 N-형 주입 마스크 (30)는 형성될 P-채널 트랜지스터를 보호하도록 형성된다. 주입 마스크 (30)가 형성되어진 후, 마스크되지 않은 영역은 비소로 주입된다. 증가된 온도에서의 열처리는 그후에 이행되어 비소를 활성화시키고 N-형 소오스/드레인 영역을 형성한다.After the spacers 28 are formed, the second N-type injection mask 30 is formed to protect the P-channel transistors to be formed. After the injection mask 30 is formed, the unmasked area is implanted with arsenic. Heat treatment at increased temperature is then performed to activate the arsenic and form an N-type source / drain region.
다음에, 제 2 N-형 주입 마스크 (30)는 벗겨내고 제 2 P-형 주입 마스크 (도시되지 않음)는 형성될 n-채널 트랜지스터를 보호하도록 형성된다. 주입 마스크가 형성된 후, 마스크되지 않은 영역이 P-채널 트랜지스터의 소오스/드레인 영역을 형성하도록 붕소로 주입된다. 이후에는, 제 2 P-형 마스크는 벗겨낸다.Next, the second N-type injection mask 30 is stripped off and a second P-type injection mask (not shown) is formed to protect the n-channel transistor to be formed. After the implantation mask is formed, the unmasked region is implanted with boron to form the source / drain regions of the P-channel transistor. Thereafter, the second P-type mask is peeled off.
제 1E도에 도시된 바와 같이, 제 2 P-형 주입 마스크가 제거되어진 후, 증가된 온도에서의 열처리가 이행되어 붕소를 활성화시키고 P-형 소오스/드레인 영역을 형성한다. 붕소 및 인을 함유하는 유전체층 (32)은 그후 웨이퍼 상에 데포지트된다. 다음에, 상기 웨이퍼는 자기화(densification) 및 리플로우 (reflow)를 위해 800-900°C로 가열된 다음에, 종래의 화학적-기계적 기법을 사용하여 폴리싱된다.As shown in FIG. 1E, after the second P-type implant mask is removed, heat treatment at increased temperature is performed to activate boron and form a P-type source / drain region. Dielectric layer 32 containing boron and phosphorus is then deposited on the wafer. The wafer is then heated to 800-900 ° C. for densification and reflow and then polished using conventional chemical-mechanical techniques.
이러한 해결 방안의 주된 결점은 2가지 추가적인 마스킹 단계가 종래의 CMOS 제조 공정용으로 사용되는 다수의 단계이상으로 요구된다는 점이다. 그 이외에도, N-형 및 P-형 폴리실리콘의 에칭 속도를 정합시키기가 어렵다. 결과적으로, 임계적인 폴리 치수를 제어하기가 어렵다.The main drawback of this solution is that two additional masking steps are required beyond many of the steps used for conventional CMOS fabrication processes. In addition, it is difficult to match the etching rates of the N-type and P-type polysilicon. As a result, it is difficult to control critical poly dimensions.
제 2A 도 내지 제 2E 도에는 표면-채널 NMOS 및 PMOS 트랜지스터를 제조하는 또 다른 기법이 도시되어 있다. 제 2A 도에는 도시된 바와 같이, 이러한 기법은 게이트 산화물 층 (12)을 성장시킨 다음에, 비정질 실리콘 층(14)을 데포지트시키는 이전의 기법과 동일한 단계로 부터 개시된다.Another technique for fabricating surface-channel NMOS and PMOS transistors is shown in FIGS. 2A-2E. As shown in FIG. 2A, this technique starts from the same steps as the previous technique of growing the gate oxide layer 12 and then depositing the amorphous silicon layer 14.
상기 이전의 기법과는 대조적으로, 포토레지스트 (18)는 그후 도우핑되지 않은 실리콘 층상에 형성된다. 제 2B 도에 도시된 바와 같이, 마스크되지 않은 영역은 그후 에칭되어 복수개의 게이트 (20) 및 복수개의 폴리 트랜지스터 (22)를 형성하도록 에칭된다.In contrast to the previous technique, photoresist 18 is then formed on the undoped silicon layer. As shown in FIG. 2B, the unmasked region is then etched to form a plurality of gates 20 and a plurality of poly transistors 22.
이 다음에는, 상기 공정 후에 적은 선량주입, 스페이서(28)의 형성, 및 소오스/드레인 영역의 형성에 대해 상기에 기술된 바와 동일한 단계를 수행한다. 그러나, 제 2C 도에 도시된 바와 같이, 상기 게이트가 텅스텐 실리사이드의 데포지트이전에 패터닝되기 때문에, 상기 소오스/드레인 영역을 형성하는 도우핑 단계는 또한 동시에 상기 게이트의 도전 형태를 설정한다.This is followed by the same steps as described above for low dose injection, formation of spacers 28, and formation of source / drain regions after the process. However, as shown in FIG. 2C, since the gate is patterned prior to the deposition of tungsten silicide, the doping step of forming the source / drain regions also simultaneously establishes the conductive form of the gate.
상기 소오스/드레인 영역이 주입되어진 후에, 상기 소오스/드레인 영역상에 형성되어 있는 게이트 산화물 층 (12)은 게이트(20)의 상부표면 일부와 함께 제거된다. 이 다음에는 티타늄 층(도시되지 않음)이 데포지트된다. 상기 티타늄층은 그후 N2에서 저온으로 어닐처리된다. 게이트, 폴리 레지스터, 소오스 및 드레인과 접촉해 있는 티타늄 층은 티타늄 실리사이드를 형성하도록 실리콘과 상호작용한다. 나머지 티타늄은 티타늄 니트라이드를 형성하도록 질소와 상호작용한다.After the source / drain regions are implanted, the gate oxide layer 12 formed on the source / drain regions is removed along with a portion of the top surface of the gate 20. This is followed by a titanium layer (not shown). The titanium layer is then annealed at low temperature in N 2 . The titanium layer in contact with the gate, polyresist, source and drain interacts with silicon to form titanium silicide. The remaining titanium interacts with nitrogen to form titanium nitride.
다음에, 티타늄 니트라이드는, 제 2D 도에 도시된 바와 같이, 티타늄 실리사이드 캡 (34)이 트랜지스터의 게이트, 소오스 및 드레인상에, 및 폴리레지스터상에 형성되도록 선택적으로 벗겨낸다. 티타늄 니트라이드를 제거한 후, 티타늄 실리사이드 캡 (34)은 티타늄 실리사이드 (34)의 저항을 감소시키도록 고온으로 어닐처리된다.The titanium nitride is then stripped off selectively so that the titanium silicide cap 34 is formed on the gate, source and drain of the transistor, and on the polyresist, as shown in FIG. 2D. After removing the titanium nitride, the titanium silicide cap 34 is annealed to a high temperature to reduce the resistance of the titanium silicide 34.
이 다음에는, 제 2E 도에 도시된 바와 같이, 붕소 및 인을 함유하는 유전체 층(36)은 상기 웨이퍼상에 데포지트된다. 상기 웨이퍼는 자기화 및 리플로우를 위해 700-900°C로 가열된 다음에, 표준 화학적-기계적 기법을 사용하여 폴리싱된다.Next, as shown in FIG. 2E, a dielectric layer 36 containing boron and phosphorous is deposited on the wafer. The wafer is heated to 700-900 ° C. for magnetization and reflow and then polished using standard chemical-mechanical techniques.
이러한 해결방안과 연관된 결점 중 하나는 유전체를 자기화 및 리플로우시키는데 필요한 가열 단계가 티타늄 실리사이드를 열화(degradation)시킨다는 점이다. 그 이외에도, 소오스/드레인 영역상에 티타늄 실리사이드를 형성하기 위한 초소형 공정 원도우가 존재한다.One of the drawbacks associated with this solution is that the heating step required to magnetize and reflow the dielectric degrades the titanium silicide. In addition, there is a micro process window for forming titanium silicide on the source / drain regions.
따라서, 추가적인 마스킹 단계를 필요로 하지 않으며 티타늄 실리사이드를 열화시키지 않는 NMOS 및 PMOS 표면-채널 트랜지스터를 형성하는 기법에 대한 필요성이 존재한다.Thus, there is a need for a technique for forming NMOS and PMOS surface-channel transistors that does not require additional masking steps and does not degrade titanium silicide.
본 발명에서는, NMOS 및 PMOS 트랜지스터는 N-웰과 함께 형성되어 있는 반도체 기판으로 부터 개시됨으로써 CMOS 양립가능한 공정에서 형성된다. 다음으로는, 상기 기판상에 복수개의 일정하게 이격된 전계산화물 영역이 형성된 다음에, 상기 전계 산화물 영역사이의 기판상에 제 1 산화물 층이 형성된다. 상기 제 1 산화물 층이 형성된 후에는, 상기 전계 산화물 영역 및 제 1 산화물 층상에 비정질 실리콘 층이 형성되는데, 이는 그후 복수개의 게이트를 형성하도록 에칭된다. 다음으로는, 상기 전계 산화물 영역,제 1 게이트 산화물 층, 및 복수개의 게이트상에 제 2 산화물 층이 형성된다. 상기 제 2 산화물 층은 그후 에칭백되어 상기 게이트의 양측을 따라 스페이서를 형성한다. 이 다음에는, 기판이 소오스/드레인 영역을 형성하고 NMOS 및 PMOS 트랜지스터의 게이트의 도전형태를 설정하도록 주입된다. 이후, 제 3 산화물 층은 전계 산화물 영역, 스페이서, 게이트, 소오스/드레인 영역 및 폴리 레지스터상에 형성된다. 다음에는, 웨이퍼가 가열되어 제 3 산화물 층을 자기화 및 리플로우시킨다. 상기 제 3 산화물 층은 그후 게이트의 상부 표면을 노출시키도록 에칭된다. 다음에는, 금속층이 제 3 산화물 층, 노출된 게이트, 및 폴리 레지스터상에 데포지트된다. 저항값이 낮은 금속층은 그후 게이트 및 폴리 레지스터상에 선택적으로 형성되어 그들의 저항값을 감소시킨다.In the present invention, the NMOS and PMOS transistors are formed in a CMOS compatible process by starting from a semiconductor substrate formed with an N-well. Next, a plurality of regularly spaced field oxide regions are formed on the substrate, and then a first oxide layer is formed on the substrate between the field oxide regions. After the first oxide layer is formed, an amorphous silicon layer is formed on the field oxide region and the first oxide layer, which is then etched to form a plurality of gates. Next, a second oxide layer is formed on the field oxide region, the first gate oxide layer, and the plurality of gates. The second oxide layer is then etched back to form spacers along both sides of the gate. Subsequently, a substrate is implanted to form source / drain regions and to set the conductivity of the gates of the NMOS and PMOS transistors. A third oxide layer is then formed over the field oxide region, spacer, gate, source / drain region and poly resist. Next, the wafer is heated to magnetize and reflow the third oxide layer. The third oxide layer is then etched to expose the top surface of the gate. Next, a metal layer is deposited on the third oxide layer, the exposed gate, and the poly resist. The low resistance metal layer is then selectively formed on the gate and the poly resistor to reduce their resistance value.
본 발명의 특징 및 이점에 대한 보다 양호한 이해는 본 발명의 원리가 사용되는 예시적인 실시예를 보여주는 이하 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조하면 실현될 것이다.A better understanding of the features and advantages of the present invention will be realized with reference to the following detailed description and accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments in which the principles of the present invention are used.
제 3A 도 내지 제 3K 도는 본 발명에 따른 표면-채널 NMOS 및 PMOS 트랜지스터를 형성하는 단계들을 예시하는 단면도를 도시한 것이다.3A-3K illustrate cross-sectional views illustrating the steps of forming surface-channel NMOS and PMOS transistors in accordance with the present invention.
본 발명의 공정은 P-형 반도체 기판내에 N-웰을 형성하는 것으로 부터 개시된다. 제 3A 도에 도시된 바와 같이, N-웰은 우선 반도체 기판(100)상에 대략 5OO Å 두께로 산화물 층(110)을 성장시킴으로써 형성된다. N-형 주입 마스크 (112)는 그후 상기 산화물 층 (110)상에 형성되어 N-형 주입 영역을 한정하도록 패터닝된다. 이 다음에는, N-형 도우펀트가 마스크되지 않은 부위내로 주입되어 N-웰 (114)을 한정한다.The process of the present invention starts from forming an N-well in a P-type semiconductor substrate. As shown in FIG. 3A, an N-well is first formed by growing an oxide layer 110 on the semiconductor substrate 100 to a thickness of approximately 50 kPa. An N-type implant mask 112 is then formed on the oxide layer 110 and patterned to define an N-type implant region. Next, an N-type dopant is injected into the unmasked site to define the N-well 114.
일단 N-웰 (114)이 형성되어진 경우, N-형 주입 마스크 (112)는 벗겨내고 이중확산 (drive-in)단계가 이행되어 n-웰 (114)을 부가적으로 한정한다. 상기 이중확산 단계 이후에는, 산화물 층(110)이 제거된다. N-웰 (114)을 형성하는데 사용되는 제조 단계들은 종래 사항이며 당업계에 잘 알려져있다. 변형적으로는, 제 3B 도에 도시된 바와 같이, P-웰 (118)은 N-형 도전 형태의 기판(116)내에 형성될 수 있다.Once the N-well 114 is formed, the N-type implant mask 112 is stripped off and a drive-in step is performed to further define the n-well 114. After the double diffusion step, the oxide layer 110 is removed. The fabrication steps used to form the N-well 114 are conventional and well known in the art. Alternatively, as shown in FIG. 3B, the P-well 118 may be formed in the substrate 116 in the form of an N-type conductivity.
N-웰 (114)을 형성한 후의 다음 단계는 복수개의 전계 산화물 영역을 형성하는 것이다. 제 3C 도에 도시된 바와 같이, 전계 산화물 영역은 우선 기판(100)상에 대략 2OO Å 두께로 패드 (pad) 산화물 층 (122)을 성장시킴으로써 형성된다. 이 다음에는 상부에 놓이는 질화물 층 (124)을 대략 2OOO Å 의 두께로 데포지트시킨다. 다음에는 전계 산화물 마스크 (126)가 질화물/패드 산화물 복합물상에 형성되고 복수개의 일정하게 이격된 전계 산화물 영역 (FOX)을 한정하도록 패터닝된다.The next step after forming the N-well 114 is to form a plurality of field oxide regions. As shown in FIG. 3C, the field oxide region is first formed by growing a pad oxide layer 122 on the substrate 100 to a thickness of approximately 200 kPa. This is followed by depositing the nitride layer 124 overlying to a thickness of approximately 200 kPa. Next, a field oxide mask 126 is formed on the nitride / pad oxide composite and patterned to define a plurality of regularly spaced field oxide regions (FOX).
이 다음에는, 하부에 놓인 질화물층(124)이 제거될 때까지 마스크되지 않은 부위가 에칭된다. 이러한 에칭 단계의 결과로서, 복수개의 패드 산화물 영역이 노출된다. 마스크되지 않은 질화물 층(124)이 제거된 후에, 전계 산화물 마스크는 벗겨낸다.Next, the unmasked portion is etched until the underlying nitride layer 124 is removed. As a result of this etching step, a plurality of pad oxide regions are exposed. After the unmasked nitride layer 124 is removed, the field oxide mask is stripped off.
제 3D 도를 참조하면, 패드 산화물 영역이 주입되어진 후에, 결과적인 디바이스는 필드 산화물 영역 (FOX)을 형성하도록 산화된다. 전계 산화물 영역 (FOX)을 형성하는데 사용되는 제조단계는 종래 사항이며 당업계에 잘 알려져 있다.Referring to the 3D diagram, after the pad oxide region is implanted, the resulting device is oxidized to form a field oxide region (FOX). The fabrication steps used to form the field oxide region (FOX) are conventional and well known in the art.
일단 전계 산화물 영역 (FOX)이 형성되어진 경우, 다음 단계는 형성될 전계효과 트랜지스터에 대한 채널 한계 전압을 설정하는 것이다. 한계 전압은 우선 질화물/패드 산화물 복합물 층을 제거함으로써 설정된다. 다음에는, 희생 산화물층(도시되지 않음)은 노출된 기판(100)상에 성장된다. 이 다음에는, 한계 전압 마스크가 희생 산화물 층상에 형성되어 패터닝된다.Once the field oxide region (FOX) is formed, the next step is to set the channel limit voltage for the field effect transistor to be formed. The threshold voltage is first set by removing the nitride / pad oxide composite layer. Next, a sacrificial oxide layer (not shown) is grown on the exposed substrate 100. Next, a limit voltage mask is formed and patterned on the sacrificial oxide layer.
한계 전압 마스크가 형성 및 패터닝되어진 후, 마스크되지 않은 희생 산화물 부위의 하부에 놓인 반도체 기판(100)은 4OKeV에서 붕소로 주입되어 대략 5×Ol2/cm2의 주입 농도를 형성한다. 이 다음에는, 한계 전압 마스크는 벗겨내고 희생 산화물 층은 제거된다. 채널 한계 전압을 설정하는데 사용되는 제조 단계는 또한 종래 사항이며 당업계에 잘 알려져 있다.After the threshold voltage mask has been formed and patterned, the semiconductor substrate 100 underlying the sacrificial oxide regions unmasked are implanted with boron in 4OKeV forms an injection concentration of approximately 5 × O l2 / cm 2. After this, the limit voltage mask is stripped off and the sacrificial oxide layer is removed. The manufacturing steps used to set the channel limit voltage are also conventional and well known in the art.
희생 산화물 층이 제거된 후, 다음 단계는 게이트를 형성하는 것이다. 제 3E 도에 도시된 바와 같이, 상기 게이트는 우선 기판 (100)상에 대략 80-100 Å 두께로 게이트 산화물 층(130)를 성장시킴으로써 형성된다. 이후에는, 비정질 실리콘 층(132)은 대략 2000 Å두께로 게이트 산화물 층(130) 및 전계 산화물 영역 (FOX)상에 데포지트된다. 다음에, 포토레지스트 마스크(134)는 상기 실리콘 층(132)상에 형성 및 패터닝된다.After the sacrificial oxide layer is removed, the next step is to form a gate. As shown in FIG. 3E, the gate is first formed by growing a gate oxide layer 130 on the substrate 100 to a thickness of approximately 80-100 GPa. Thereafter, the amorphous silicon layer 132 is deposited on the gate oxide layer 130 and the field oxide region (FOX) at approximately 2000 microns thick. Next, a photoresist mask 134 is formed and patterned on the silicon layer 132.
제 3F 도에 도시된 바와 같이, 마스크되지 않은 실리콘 층(132)은 그후 에칭되어 복수개의 게이트 (136)와 아울러 복수개의 폴리 레지스터 (138)를 형성한다. 이 다음에는, 마스크 (134)는 벗겨내고 N-형 주입 마스크(도시되지 않음)는 형성될 P-채널 트랜지스터를 보호하도록 형성된다. 주입 마스크가 형성된 후, 마스크되지 않은 영역은 게이트 산화물 층(130)을 적은 비소 선량으로 주입된다.As shown in FIG. 3F, the unmasked silicon layer 132 is then etched to form a plurality of poly resists 138 along with the plurality of gates 136. Next, the mask 134 is stripped off and an N-type implant mask (not shown) is formed to protect the P-channel transistors to be formed. After the implantation mask is formed, the unmasked region is implanted into the arsenic dose of gate oxide layer 130.
다음에, N-형 주입 마스크는 벗겨내고, P-형 주입 마스크 (도시되지 않음)는 형성될 n-채널 트랜지스터를 보호하도록 형성된다. 상기 주입마스크가 형성된 후, 마스크되지 않은 영역은 게이트 산화물 층(130)을 통해 낮은 붕소 선량으로 주입된다. 이 다음에는, P-형 주입 마스크는 벗겨내고 산화물 층(도시되지 않음)은 데포지트된다. 상기 산화물 층은 그후 이방성으로 에칭되어 제 3G 도에 도시된 바와 같이 스페이서 (150)를 형성한다.Next, the N-type implant mask is stripped off, and a P-type implant mask (not shown) is formed to protect the n-channel transistor to be formed. After the implantation mask is formed, the unmasked region is implanted at low boron dose through the gate oxide layer 130. Next, the P-type implant mask is stripped off and the oxide layer (not shown) is deposited. The oxide layer is then anisotropically etched to form spacers 150 as shown in FIG. 3G.
스페이서 (150)가 형성되어진 후, 제 2 N-형 주입 마스크 (152)는 형성될 P-채널 트랜지스터를 보호하도록 형성된다. 상기 주입 마스크(152)가 형성된 후, 마스크되지 않은 영역은 4OKeV에서 비소로 주입되어 대략 5×1012/cm2의 주입 농도를 형성한다. 이러한 단계는 소오스/드레인 영역을 형성하고 n-채널 트랜지스터의 게이트의 도전 형태를 설정한다.After the spacer 150 is formed, the second N-type injection mask 152 is formed to protect the P-channel transistor to be formed. After the injection mask 152 is formed, the unmasked region is implanted with arsenic at 4 OKeV to form an implant concentration of approximately 5 × 10 12 / cm 2 . This step forms source / drain regions and sets the conductivity type of the gate of the n-channel transistor.
다음에, 제 2 N-형 주입 마스크 (152)는 벗겨내고, 제 2 P-형 주입 마스크(도시되지 않음)는 n-채널 트랜지스터를 보호하도록 형성된다. 상기 주입 마스크가 형성된 후, 마스크되지 않은 영역은 4OKeV에서 붕소로 주입되어 대략 5×1012/cm2의 주입 농도를 형성한다. 이러한 단계는 소오스/드레인 영역을 형성하고, P-채널 트랜지스터의 게이트의 도전 형태를 설정한다. 이 다음에는, 제 2 P-형 주입 마스크는 벗겨낸다.Next, the second N-type injection mask 152 is stripped off, and a second P-type injection mask (not shown) is formed to protect the n-channel transistor. After the implantation mask is formed, the unmasked region is implanted with boron at 4 OKeV to form an implantation concentration of approximately 5 × 10 12 / cm 2 . This step forms a source / drain region and sets the conductivity type of the gate of the P-channel transistor. Next, the second P-type injection mask is peeled off.
제 3H 도에 도시된 바와 같이, 제 2 P-형 주입 마스크가 제거되어진 후, 제 2 유전체 층 (156)은 데포지트된다. 본 발명에서, 대기압 또는 부압 (sub-atmosphere)의 TEOS/오존, BPSG, 또는 다른 유사한 물질들이 유전체 (156)를 형성하는데 사용될 수 있다. 다음에는, 웨이퍼는 유전체(156)의 자기화 및 리플로우를 위해 700-900°C로 가열된다. 이 다음에, 포토레지스트 마스크(158)는 유전체 층(156)상에 형성 및 패터닝되어 게이트 (136) 및 폴리 레지스터 (138)를 노출시킨다. 일단 마스크 (158)가 제위치에 놓이는 경우, 웨이퍼는 유전체 층(156)이 게이트(136) 및 폴리 레지스터 (138)의 상부 표면으로 부터 제거된다.As shown in FIG. 3H, after the second P-type implant mask is removed, the second dielectric layer 156 is deposited. In the present invention, atmospheric or sub-atmosphere TEOS / ozone, BPSG, or other similar materials may be used to form the dielectric 156. Next, the wafer is heated to 700-900 ° C. for magnetization and reflow of dielectric 156. Next, photoresist mask 158 is formed and patterned on dielectric layer 156 to expose gate 136 and poly resist 138. Once the mask 158 is in place, the wafer has a dielectric layer 156 removed from the top surface of the gate 136 and the poly resistor 138.
다음에는, 제 3I 도에 도시된 바와 같이, 마스크 (158)가 제거된 다음에는 티타늄 층 (160)을 데포지트시킨다. 이후, 웨이퍼는 N2에서 600-700°C에서 어닐처리된다. 상기 웨이퍼를 어닐처리한 후, 게이트 및 폴리 레지스터와 접촉해 있는 티타늄은 폴리 실리콘과 상호작용하여 티타늄 실리사이드(162)를 형성한다. 나머지 티타늄은 질소와 상호작용하여 티타늄 니트라이드를 형성한다. 노출된 티타늄 니트라이드 층은 그후 선택적으로 에칭되어 티타늄 실리사이드 (162)는 제 3J 도에 도시된 바와 같이, 완전한 상태로 남아있다.Next, as shown in FIG. 3I, after the mask 158 is removed, the titanium layer 160 is deposited. The wafer is then annealed at 600-700 ° C. in N 2 . After annealing the wafer, titanium in contact with the gate and polyresist interacts with the polysilicon to form titanium silicide 162. The remaining titanium interacts with nitrogen to form titanium nitride. The exposed titanium nitride layer is then selectively etched so that the titanium silicide 162 remains intact, as shown in FIG. 3J.
티타늄 니트라이드 층이 유전체 층(156)으로 부터 제거된 후, 웨이퍼는 티타늄 실리사이드 (162)의 저항을 감소시키도록 N2또는 아르곤에서 700-850°C로 어닐처리된다. 다음에, 제 3K 도에 도시된 바와 같이, 산화물 층(164)은 상기 웨이퍼상에 데포지트되고 종래의 화학적-기계적 폴리싱 기법을 사용하여 폴리싱된다. 산화물 층(164)이 데포지트 및 폴리싱되어진 후, 종래의 단계를 사용하여 제조가 계속된다.After the titanium nitride layer is removed from the dielectric layer 156, the wafer is annealed at 700-850 ° C. in N 2 or argon to reduce the resistance of the titanium silicide 162. Next, as shown in FIG. 3K, oxide layer 164 is deposited on the wafer and polished using conventional chemical-mechanical polishing techniques. After oxide layer 164 has been deposited and polished, manufacturing continues using conventional steps.
따라서, 본 발명에 의하면, 유전체 층(156)이 자기화 및 리플로우되어진 후 티타늄 층을 데포지트시킴으로써 티타늄 층을 700-900 ℃로 가열하는 것과 연관된 문제가 제거된다.Thus, according to the present invention, the problem associated with heating the titanium layer to 700-900 ° C. by depositing the titanium layer after the dielectric layer 156 has been magnetized and reflowed is eliminated.
본 발명의 이점중 하나는 티타늄 실리사이드가 자기 정렬된 방식으로 형성된다는점, 즉 어떠한 마스크 단계도 필요하지 않다는 점이다. 그이외에도, 코발트 또는 니켈은 또한 자기정렬된 실리사이드를 형성하도록 티타늄대신에 사용될 수 있다.One of the advantages of the present invention is that the titanium silicide is formed in a self aligned manner, i.e. no masking step is required. In addition, cobalt or nickel may also be used instead of titanium to form self-aligned silicides.
더욱이, 마스크(158)는 폴리 레지스터 및 게이트 모두가 예를들면 종래의 LOCOS 분리 기법보다는 오히려 트렌치 (trench) 분리 기법을 사용하여 동일한 레벨에서 제조될 수 있는 경우에는 반드시 필요하지 않다.Moreover, mask 158 is not necessary if both the poly resistor and gate can be fabricated at the same level using, for example, trench isolation techniques rather than conventional LOCOS isolation techniques.
본원에 기재된 본 발명의 실시예에 대한 여러 변형예는 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 따라서, 첨부된 청구 범위는 본 발명의 범위를 한정하며 이들 청구범위 및 그들의 등가범위에 속하는 방법 및 구조는 본 발명에 포함하는 것으로 의도된 것이다.It should be understood that various modifications to the embodiments of the invention described herein can be used to practice the invention. Accordingly, the appended claims define the scope of the invention and the methods and structures falling within these claims and their equivalents are intended to be included in the invention.
제 1A 도내지 제 1E 도는 표면-채널 NMOS 및 PMOS 트랜지스터를1A through 1E or surface-channel NMOS and PMOS transistors.
제조하는 제 1 기법을 예시하는 단면도.Sectional view illustrating a first technique to make.
제 2A 도내지 제 2E 도는 표면-채널 NMOS 및 PMOS 트랜지스터를2A through 2E or surface-channel NMOS and PMOS transistors
제조하는 제 2 기법을 예시하는 단면도.Sectional view illustrating a second technique to make.
제 3A 도내지 제 3K 도는 본 발명에 따른 표면-채널 NMOS 및3A through 3K illustrate a surface-channel NMOS and
PMOS 트랜지스터를 형성하는 단계를 예시하는 단면 도.A cross-sectional view illustrating the step of forming a PMOS transistor.
Claims (2)
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KR1019960041199A KR100472769B1 (en) | 1995-09-28 | 1996-09-20 | How to Form Surface-Channel NMOS and PMOS Transistors in CMOS-Compatible Processes |
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KR100871977B1 (en) * | 2007-07-24 | 2008-12-08 | 주식회사 동부하이텍 | Semiconductor device and method of fabricating the same |
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JPS62104078A (en) * | 1985-10-31 | 1987-05-14 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor integrated circuit device |
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1996
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Patent Citations (1)
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