KR100567030B1 - Methood for manufacturing Transistor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 얕은 접합 및 실리사이드를 형성하여 숏 채널 효과 및 기생 저항 발생을 방지할 수 있도록 하는 트랜지스터 제조 방법에 관한 것으로, 상기 트랜지스터 제조 방법은 게이트 및 소정의 하부 구조가 형성된 반도체 기판을 1차 세정 공정을 진행하는 단계와, 상기 세정 공정을 진행한 후 실리사이드 형성 물질 및 캡핑막을 증착하는 단계와, 상기 실리사이드 형성 물질에 1차 어닐링 공정을 진행하는 단계와, 상기 1차 어닐링 공정시에 미반응된 실리사이드 물질을 2차 세정 공정으로 제거한 후 2차 어닐링 공정을 진행하는 단계와, 상기 2차 어닐링 공정을 진행한 후 소오스/드레인 이온 주입 공정을 진행하는 단계와, 상기 이온 주입을 실시한 결과물에 3차 어닐링 공정을 열처리 온도까지 승온 직후 하강시키는 단계를 포함하여 구성된다.The present invention relates to a method for manufacturing a transistor that can form a shallow junction and silicide to prevent short channel effects and parasitic resistance, and the method for manufacturing a transistor includes a first cleaning process of a semiconductor substrate on which a gate and a predetermined substructure are formed. Advancing, depositing a silicide forming material and a capping film after performing the cleaning process, performing a first annealing process on the silicide forming material, and unreacted silicide during the first annealing process Removing the material by the secondary cleaning process and proceeding with the secondary annealing process, after the secondary annealing process, and then performing a source / drain ion implantation process, and tertiary annealing to the resultant ion implantation process. And lowering the process immediately after the temperature is raised to the heat treatment temperature.
실리사이드, 얕은 접합, 열처리 온도, 스파이크Silicide, shallow junction, heat treatment temperature, spike
Description
도1a 내지 도1f는 종래 기술에 의한 트랜지스터 제조 방법의 문제점을 나타낸 도면이다.1A to 1F illustrate a problem of a conventional transistor manufacturing method.
도2a 내지 도2e는 본 발명에 의한 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도들이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a transistor according to the present invention.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 - -Explanation of symbols for the main parts of the drawings-
200 : 실리콘 기판 210 : 필드 산화막200: silicon substrate 210: field oxide film
220 : 게이트 산화막 230 : 폴리실리콘220: gate oxide film 230: polysilicon
240 : LDD 영역 250 : 할로 이온 주입층240: LDD region 250: halo ion implantation layer
260 : 버퍼 산화막 270 : 게이트 스페이서260: buffer oxide film 270: gate spacer
280 : 실리사이드 290 : 소오스/드레인280: silicide 290: source / drain
본 발명은 트랜지스터 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 얕은 접합 형성과 함께 실리사이드를 형성함으로써 숏 채널 효과 및 기생 저항 발생을 방지하여 소자 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 트랜지스터 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transistor manufacturing method, and more particularly, to a transistor manufacturing method that can improve the device characteristics by preventing the formation of short channel effect and parasitic resistance by forming a silicide together with the formation of a shallow junction.
반도체 장치가 고집적화 됨에 따라, 게이트 패턴의 폭 역시 미세하게 형성하는 것이 요구된다. 하지만, 이러한 게이트 패턴의 미세화는 상기 게이트 패턴의 저항을 증가시키고, 그 결과 반도체 장치의 고속화에 악영향을 미친다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 게이트 패턴 상부에 우수한 전도성을 갖는 실리사이드 패턴을 더 형성하는 기술이 통상적으로 사용된다. As semiconductor devices become highly integrated, it is required to form finely the width of the gate pattern. However, the miniaturization of the gate pattern increases the resistance of the gate pattern, and as a result, adversely affects the speed of the semiconductor device. In order to solve this problem, a technique of further forming a silicide pattern having excellent conductivity on the gate pattern is commonly used.
종래 기술에 의해 실리사이드를 형성시킬 때, 고농도로 도핑된 소오스/드레인 영역 실리콘의 상당 부분이 실리사이드에 소모되어 쉘로우 정션(Shallow Junction) 형성에 한계가 발생하여 접합 누설 전류를 유발하는 문제점이 있었다.When the silicide is formed by the prior art, a large portion of the heavily doped source / drain region silicon is consumed in the silicide, causing limitations in the formation of the shallow junction, causing a junction leakage current.
이하, 상기 종래 기술에 의한 트랜지스터 제조 방법의 문제점을 하기 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the problem of the transistor manufacturing method according to the prior art will be described with reference to the following drawings.
도1a 내지 도1f는 종래 기술에 의한 트랜지스터 제조 방법의 문제점을 나타낸 도면이다.1A to 1F illustrate a problem of a conventional transistor manufacturing method.
우선, 도1a에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(100)에 필드 산화막(110)을 형성하여 액티브 영역 및 필드 영역을 정의하고, 도1b에 도시된 바와 같이 n형 또는 p형 이온 주입을 실시하여 웰(미도시함)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a
그리고 나서, 도1c에 도시된 바와 같이 게이트 산화막(120) 및 폴리실리콘(130)을 형성한 후 소저의 사진 및 식각 공정으로 게이트 전극을 패터닝한다. 그리고, 저농도 불순물 이온 주입을 실시하여 LDD 영역(140)을 형성한 후 할로 이온 주입 공정을 진행하여 할로 이온 주입층(150)을 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 1C, the
이어서, 도1d에 도시된 바와 같이 게이트 전극의 측벽에 버퍼 산화막(160) 및 게이트 스페이서(170)를 형성한 후에 이온 주입 공정을 진행하여 소오스/드레인 접합 영역(180)을 형성한다. 이때, LDD 영역(140)과 소오스/드레인(180) 접합층의 깊이에 따라 소자의 특성 열화 즉, 숏 채널 현상이 발생할 수 있기 때문에 보다 쉘로우한 접합 영역 형성이 필요하다.Subsequently, as shown in FIG. 1D, after forming the
상기 소오스/드레인 접합 영역을 형성하고 나서, 도1e에 도시된 바와 같이 상기 결과물 전면에 코발트(190)를 증착한 다음 2차례의 열 공정을 진행하여 도1f에 도시된 바와 같이 게이트 전극 상부와 소오스/드레인 접합 영역에 코발트 실리사이드막(190')을 형성한다. 이때, 코발트는 실리사이드를 형성하기 위하여 실리콘 안쪽으로 확산 이동하는 특성이 있어서 실리콘 소모가 매우 크다. 결국, 고농도로 도핑된 소오스/드레인 접합 영역의 실리콘을 소모시켜 접합 누설 전류를 유발하는 취약점이 있었다. After forming the source / drain junction region, as shown in FIG. 1E, the
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 실리사이드 공정을 먼저 진행한 후 소오스/드레인 이온 주입 공정을 진행하고 열처리 온도에서 유지 시간이 0초에 가깝게 순간적으로 온도를 올렸다가 하강시키는 공정 조건으로 열처리 공정을 진행하여 접합 영역을 형성함으로써 매우 높게 도핑된 영역의 실리콘의 소모를 방지하여 얕은 접합을 형성할 수 있도록 하는 트랜지스터 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
In order to solve the above problems, the present invention proceeds with a silicide process first, followed by a source / drain ion implantation process, and a heat treatment process that raises and lowers the temperature momentarily close to 0 seconds at a heat treatment temperature. By proceeding to form a junction region to provide a method for manufacturing a transistor to prevent the consumption of silicon in a very highly doped region to form a shallow junction.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 게이트 및 소정의 하부 구조가 형성된 반도체 기판을 1차 세정 공정을 진행하는 단계와, 상기 세정 공정을 진행한 후 실리사이드 형성 물질 및 캡핑막을 증착하는 단계와, 상기 실리사이드 형성 물질에 1차 어닐링 공정을 진행하는 단계와, 상기 1차 어닐링 공정시에 미반응된 실리사이드 물질을 2차 세정 공정으로 제거한 후 2차 어닐링 공정을 진행하는 단계와, 상기 2차 어닐링 공정을 진행한 후 소오스/드레인 이온 주입 공정을 진행하는 단계와, 상기 이온 주입을 실시한 결과물에 3차 어닐링 공정을 열처리 온도까지 승온 직후 하강시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 제조 방법에 관한 것이다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of performing a first cleaning process of the semiconductor substrate formed with a gate and a predetermined substructure, depositing a silicide forming material and a capping film after the cleaning process; Performing a first annealing process on the silicide forming material, removing an unreacted silicide material by a second cleaning process during the first annealing process, and then performing a second annealing process, and the second annealing process And a source / drain ion implantation process, and a third annealing process on the resultant of the ion implantation, followed by the step of lowering the temperature immediately to a heat treatment temperature.
상기 본 발명에 의한 트랜지스터 제조 방법에 의하면, 실리사이드 공정을 먼저 진행한 후 소오스/드레인 이온 주입 공정을 진행하고 열처리 온도에서 유지 시간이 0초에 가깝게 순간적으로 온도를 올렸다가 하강시키는 공정 조건으로 열처리 공정을 진행하여 접합 영역을 형성함으로써 매우 높게 도핑된 영역의 실리콘의 소모를 방지할 뿐만 아니라 실리사이드에만 데미지가 발생하도록 함으로써 기판에 영향을 주지 않아 접합 특성을 향상시킬 수 있다.According to the transistor manufacturing method according to the present invention, the silicide process is first performed, and then the source / drain ion implantation process is performed, and the heat treatment process is performed to raise and lower the temperature instantaneously near the 0 second holding time at the heat treatment temperature. By forming the junction region to prevent the consumption of the silicon of the very highly doped region as well as damage to the silicide only by not affecting the substrate can improve the bonding characteristics.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the present embodiment is not intended to limit the scope of the present invention, but is presented by way of example only and the same parts as in the conventional configuration using the same reference numerals and names.
도2a 내지 도2e는 본 발명에 의한 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도들이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a transistor according to the present invention.
우선, 도2a에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(200)에 버즈 빅 현상 없이 소자의 고집적화에 따라 소자간 전기 분리 영역을 축소시킬 수 있도록 STI 공정으로 필드 산화막(210)을 형성하여 액티브 영역 및 필드 영역을 정의하고, 도2b에 도시된 바와 같이 NMOSFET의 경우에는 보론을 이용한 이온 주입 공정을 진행하여 p웰을 형성하고, PMOSFET의 경우에는 인(Phosphorus)또는 아세닉(Arsenic)을 이용하여 n웰을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, the
그리고 나서, 도2c에 도시된 바와 같이 게이트 산화막(220) 및 폴리실리콘(230)을 형성한 후 소정의 사진 및 식각 공정으로 게이트 전극을 패터닝한다. 그리고, 저농도 불순물 이온 주입을 실시하여 LDD 영역(240)을 형성하여 후속에서 형성되는 소오스/드레인 간에 흐르는 전하(Carrier) 들의 전기장을 조절한다. 이는, 소자의 크기 감소나 그에 따라 소자의 동작 전압이 작아지지 못하여 채널 드레인 쪽 일부분에 매우 높은 전기장이 집중되는 현상에 의한 원치 않는 케이어의 흐름이 형성되어 소자의 동작에 페일을 발생하는 문제를 최소화하기 위한 것이다.Thereafter, as shown in FIG. 2C, the
이어서, LDD 영역(240) 형성에 따라 채널 길이가 감소하여 문턱 전압이 낮아지는 숏채널 효과를 방지하기 위하여 소정의 틸트를 주어 할로 이온 주입 공정을 진행하여 할로 이온 주입층(250)을 형성한다. Subsequently, in order to prevent a short channel effect in which the channel length is reduced and the threshold voltage is lowered as the
이어서, 도2d에 도시된 바와 같이 게이트 전극의 측벽에 버퍼 산화막(260) 및 게이트 스페이서(270)를 형성하고 HF : H2O =1:99 혼합된 용액을 이용하여 23±0.5℃에서 60~180초 동안 세정 공정을 진행하여 실리사이드가 형성될 영역의 자연 산화막을 제거한다. 그런 후에 코발트를 50~80Å의 두께로 아주 얇게 증착하고, 캐핑막으로 티타늄나이트라이드막(미도시함)을 100~300Å 두께로 증착한다. 이때, 코발트의 두께가 너무 두꺼우면 코발트 원자가 질소 이온이 주입된 깊이 이상으로 침투하여 질소 이온 깊이 이상에서는 균일하지 못한 비이상적인 실리사이드가 형성될 수 있으므로, 50~80Å의 두께로 증착하는 것이 바람직하다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, a
그런 다음, RTP 장비내에서 400~500℃의 온도에서 30~60초 동안 1차 어닐링 공정을 진행하되, 이때 챔버는 100% N2 분위기를 유지하며 승온 속도는 30~50℃/sec의 범위를 유지한다.Then, the first annealing process is performed for 30 to 60 seconds at a temperature of 400 ~ 500 ℃ in the RTP equipment, wherein the chamber maintains 100% N 2 atmosphere and the temperature increase rate is in the range of 30 ~ 50 ℃ / sec Keep it.
그리고 나서, 1차 어닐링 공정시에 미반응된 코발트를 제거하기 위하여 SC1(NH4:H2O2:H2O=0.2:1:10) 용액을 이용한 1차 세정 공정을 50±5℃의 온도에서 5~10분 동안 실시한 후 SC2(HCl:H2O2:H2O=1:1:5)용액을 이용하여 50±5℃의 온도에서 5~10분 동안 2차 세정 공정을 진행한다.Then, in order to remove unreacted cobalt during the first annealing process, the primary cleaning process using the SC1 (NH 4 : H 2 O 2 : H 2 O = 0.2: 1: 10) solution was performed at 50 ± 5 ° C. After 5 to 10 minutes at the temperature using a SC2 (HCl: H 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 5) solution to proceed with the secondary cleaning process for 5 to 10 minutes at a temperature of 50 ± 5 ℃ do.
이어서, 700~800℃의 온도에서 20~30초 동안 2차 열처리 공정을 진행하되, 이때 챔버는 100% N2 분위기를 유지하며 승온 속도는 30~50℃/sec의 범위를 유지하여 2차 열처리 공정을 진행함으로써 실리사이드막(280)을 형성한다.Subsequently, the secondary heat treatment process is performed for 20 to 30 seconds at a temperature of 700 to 800 ° C., wherein the chamber maintains 100% N 2 atmosphere and the temperature increase rate is in the range of 30 to 50 ° C./sec. The
그런 다음, 도2e에 도시된 바와 같이 실리사이드막 형성 영역에 접합 영역을 형성하기 위한 이온 주입 공정 및 열처리 공정을 진행하여 소오스/드레인 접합 영역(290)을 형성한다. 상기 이온 주입 공정시 N+ 쪽 이온 주입시 아세닉을 이용할 경우 20~30KeV의 에너지와 2.0E15~5.0E15의 도즈량으로 이온 주입 공정을 진행하고, 포스포러스를 이용할 경우에는 20~40KeV 에너지와, 3.0E13~5.0E14의 도즈량으로 이온 주입 공정을 진행한다. 또한, P+ 쪽은 보론을 이용하되, 3~5KeV의 에너지와 2.0E15~5.0E15의 에너지하에서 이온 주입 공정을 진행한다. Then, as shown in FIG. 2E, an ion implantation process and a heat treatment process for forming a junction region in the silicide film formation region are performed to form a source /
또한, 상기 열처리 공정은 챔버 분위기 100% N2 분위기에서 RTP 장비를 이용하여 850~1050℃의 내에서 승온 속도 150~400℃/sec, 하강 속도 60~90℃/sec 범위에서 열처리 공정을 진행한다. 이때, 상기 열처리 공정시에 실리사이드를 재형성하기 위하여 열적 안정성이 요구되므로 고온 열처리에 한계가 있으며 소오스/드레인 형성을 위해서는 고온에서의 열처리가 진행되어야 하기 때문에 고온의 열처리가 필요하므로, 고온에서 단시간에 열공정을 진행하여야 한다. In addition, the heat treatment process in the
이와 같이 본 발명에 의한 트랜지스터 제조 방법에 의하면, 소오스/드레인 형성 이전에 실리사이드를 먼저 형성하고 소오스/드레인 이온 주입 공정 및 열처리 공정을 진행하되, 고온에서 단시간에 열처리 하는 스파이크 어닐링 공정을 진행함으로써 도핑된 이온이 실리사이드로부터 확산되어 소오스/드레인 형성에 필요한 만 큼만 확산되기 때문에 고농도로 도핑된 부분의 실리콘의 소모를 막을 수 있어 낮은 접합 형성이 가능하다. As described above, according to the transistor manufacturing method of the present invention, the silicide is first formed before the source / drain formation, and the source / drain ion implantation process and the heat treatment process are performed, but the doped by the spike annealing process is performed at a high temperature for a short time. Since ions are diffused from the silicide and diffused as much as necessary for source / drain formation, it is possible to prevent the consumption of silicon in the heavily doped portion, thereby enabling low junction formation.
또한, 후속 열처리에 의해 실리사이드가 재형성될 때 표면의 거칠기가 증가되는 등의 문제점을 최소화함으로써, 균일하고 그레인 사이즈가 작은 실리사이드를 형성할 수 있으며, 실리사이드 내에만 데미지가 발생하도록 함으로써 기판에 영향을 주지 않아 접합 특성이 우수해진다.In addition, by minimizing problems such as increased surface roughness when silicide is reformed by subsequent heat treatment, it is possible to form a silicide having a uniform and small grain size, and to damage the substrate by causing damage only in the silicide. It does not give, and joining property becomes excellent.
또한, 실리사이드와 접합 영역의 계면 도핑 농도를 증가시킬 수 있어 콘택 저항 특성을 향상시킬 수 있다. In addition, the interfacial doping concentration of the silicide and the junction region may be increased, thereby improving contact resistance characteristics.
상기한 바와 같이 본 발명은 고농도로 도핑된 부분의 실리콘 소모를 방지하여 얕은 접합 형성이 가능하고, 균일하고 그레인 사이즈가 작은 실리사이드를 형성함으로써 숏 채널 효과를 개선으로 인하여 숏 채널 마진 증대시켜 소자 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention is capable of forming a shallow junction by preventing silicon consumption of a heavily doped portion, and by forming a silicide having a uniform and small grain size, thereby improving short channel effect by improving short channel effect, thereby improving device performance. There is an advantage that can be improved.
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