KR100588779B1 - 반도체 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 소자 분리막 및 소오스/드레인 확산층의 계면에 일련의 비정칠 층을 추가 배치하여, 이를 기저로 형성되는 셀리사이드 층의 두께를 안정적으로 박막화 하고, 이를 통해, 소자 분리막 및 소오스/드레인 확산층의 계면 상에 형성되는 셀리사이드 층의 누설전류를 크게 줄임으로써, 최종 완성되는 반도체 소자의 품질을 일정 수준 이상으로 향상시킬 수 있다.
Description
도 1은 종래의 기술에 따른 반도체 소자를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자를 도시한 예시도.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 소자 분리막 및 소오스/드레인 확산층의 계면에 일련의 비정칠 층을 추가 배치하여, 이를 기저로 형성되는 셀리사이드 층의 두께를 안정적으로 박막화 하고, 이를 통해, 소자 분리막 및 소오스/드레인 확산층의 계면 상에 형성되는 셀리사이드 층의 누설전류를 크게 줄임으로써, 최종 완성되는 반도체 소자의 품질을 일정 수준 이상으로 향상시킬 수 있는 반도체 소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 소자의 고 집적화가 급격히 진행되면서, 반도체 소자를 이루는 각 구조물들의 기하학적 구조 또한 큰 변화를 겪고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 반도체 소자 체제 하에서, 통상, 반도체 기판(1)은 소자 분리막(2)에 의해 비활성 영역(FR) 및 활성 영역(AR)으로 분리 정의된다. 이 상황에서, 반도체 기판(1)의 활성 영역(AR)에는 전하의 흐름을 선택적으로 스위칭 하는 트랜지스터(10)가 배치된다. 이 경우, 트랜지스터(10)는 예컨대, 게이트 절연막 패턴(11), 게이트 전극 패턴(12), 스페이서(13), 소오스/드레인 확산층(14) 등이 조합된 구성을 취하게 된다.
이러한 종래의 반도체 소자에서, 도면에 도시된 바와 같이, 소오스/드레인 확산층(14) 및 소자 분리막(2)의 표면에는 일련의 셀리사이드 층(15:Salicide layer)이 추가 배치된다. 이러한 셀리사이드 층(15)은 반도체 기판(1) 상부에 형성되는 금속배선(도시 안됨)과 소오스/드레인 확산층(14)과의 전기적인 콘택 품질을 향상시켜, 최종 완성되는 반도체 소자의 기능이 향상될 수 있도록 유도하는 역할을 수행하게 된다.
그러나, 이러한 종래의 셀리사이드 층(15) 운영 체제 하에서, 소자 분리막(2) 및 소오스/드레인 확산층(14)은 그 재질, 두께, 표면상태 등을 모두 상이하게 유지하고 있기 때문에, 별도의 조치가 취해지지 않는 한, 소자 분리막(2) 및 소오스/드레인 확산층(14)의 계면(IL)을 기저로 하여 형성되는 셀리사이드 층(15)은 그 두께를 일정하게 유지할 수 없게 된다.
물론, 이 상황에서, 별도의 조치가 취해지지 않으면, 소자 분리막(2) 및 소오스/드레인 확산층(14)의 계면(IL) 상에 형성되는 셀리사이드 층(15)은 일정하지 않은 누설전류 특성을 나타낼 수밖에 없게 되며, 결국, 최종 완성되는 반도체 소자의 품질은 크게 저하될 수밖에 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 소자 분리막 및 소오스/드레인 확산층의 계면에 일련의 비정칠 층을 추가 배치하여, 이를 기저로 형성되는 셀리사이드 층의 두께를 안정적으로 박막화 하고, 이를 통해, 소자 분리막 및 소오스/드레인 확산층의 계면 상에 형성되는 셀리사이드 층의 누설전류를 크게 줄임으로써, 최종 완성되는 반도체 소자의 품질을 일정 수준 이상으로 향상시키는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 반도체 기판의 활성 영역을 정의하는 소자 분리막과, 활성 영역 상에 형성되는 게이트 전극 패턴과, 소자 분리막에 접하도록 게이트 전극 패턴의 양쪽 측부에 형성되는 소오스/드레인 확산층과, 소오스/드레인 확산층 및 소자 분리막의 계면에 형성되는 비정질 층의 조합으로 이루어지는 반도체 소자를 개시한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서는 반도체 기판의 활성 영역을 정의하기 위한 소자 분리막을 형성하는 단계와, 활성 영역 상에 게이트 전극 패턴을 형성하는 단계와, 소자 분리막에 접하도록 게이트 전극 패턴의 양쪽 측부에 소오스/드레인 확산층을 형성하는 단계와, 소정의 불순물을 이온 주입하여, 소오스/드레인 확산층 및 소자 분리막의 계면을 비정질화 하는 단계의 조합으로 이루어지는 반도체 소자의 제조방법을 개시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 반도체 소자 및 그 제조방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자 체제 하에서, 반도체 기판(21)은 소자 분리막(22)에 의해 비활성 영역(FR) 및 활성 영역(AR)으로 분리 정의된다. 이 경우, 반도체 기판(21)의 활성 영역(AR)에는 전하의 흐름을 선택적으로 스위칭 하는 트랜지스터(30)가 배치된다.
이때, 트랜지스터(30)는 예컨대, 게이트 절연막 패턴(31), 게이트 전극 패턴(32), 스페이서(33), 소오스/드레인 확산층(34) 등이 조합된 구성을 취하게 된다. 이 경우, 소오스/드레인 확산층(34)은 게이트 전극 패턴(32)의 양쪽 측부에 위치하면서, 소자 분리막(22)에 접하는 구조를 취한다.
여기서, 소오스/드레인 확산층(34) 및 소자 분리막(22)의 표면에는 일련의 셀리사이드 층(35)이 추가 배치된다. 이러한 셀리사이드 층(35)은 반도체 기판(21) 상부에 형성되는 금속배선과 소오스/드레인 확산층(34)과의 전기적인 콘택 품질을 향상시켜, 최종 완성되는 반도체 소자의 기능이 향상될 수 있도록 유도하는 역할을 수행하게 된다.
이러한 본 발명에 따른 반도체 소자 체제 하에서, 앞서 언급한 바와 같이, 소자 분리막(22) 및 소오스/드레인 확산층(34)은 그 재질, 두께, 표면상태 등을 모두 상이하게 유지하고 있기 때문에, 별도의 조치가 취해지지 않는 한, 소자 분리막(22) 및 소오스/드레인 확산층(34)의 계면(IL)을 기저로 하여 형성되는 셀리사이드 층(35)은 그 두께를 일정하게 유지할 수 없게 되며, 그 결과, 해당 셀리사이드 층(35)은 일정하지 않은 누설전류 특성을 나타낼 수밖에 없게 된다.
이러한 민감한 상황에서, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 소오스/드레인 확산층(34) 및 소자 분리막(220의 계면(IL)에 일련의 비정질 층(41), 예컨대, Ge+ 비정질층을 1㎛~5㎛의 두께로 형성하는 조치를 강구한다.
물론, 이 경우, 소자 분리막(22) 및 소오스/드레인 확산층(34)의 계면(IL)을 기저로 하여 형성되는 셀리사이드 층(35)은 비정질 층(41)의 방해로 인해, 그 두께를 얇게 유지할 수밖에 없게 된다.
이처럼, 셀리사이드 층(35)이 본 발명 고유의 비정질 층(41)에 의해 최소한의 두께로 박막화 되는 경우, 소자 분리막(22) 및 소오스/드레인 확산층(34)의 계면에 위치하는 셀리사이드 층(35)의 누설전류는 자신의 두께 감소에 비례하며, 크게 감소할 수 있게 되며, 결국, 본 발명이 구현되는 경우, 최종 완성되는 반도체 소자의 품질은 자연스럽게 대폭 향상될 수 있게 된다.
이하, 상술한 구성을 취하는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 우선, 일련의 희생막 패턴(101), 예컨대, 희생 질화막 패턴, 희생 산화막 패턴 등을 적절히 활용하여, 반도체 기판(1)의 소자 분리 영역에 트랜치(Trench)를 형성시킨 후, 일련의 절연막 갭 필링 공정, 패터닝 공정 등을 추가 진행하여, 트랜치의 내부를 채우면서, 반도체 기 판(21)의 활성 영역을 정의하는 소자 분리막(22)을 형성시킨다.
물론, 이러한 쉘로우 트랜치 아이솔 레이션 공정(STI process:Shallow Trench Isolation process)에 의한 소자 분리막(22)의 형성절차는 상황에 따라, 로코스 공정(LOCOS process:Local Oxidation of Silicon)에 의한 소자 분리막 형성절차로 대체 될 수도 있다.
이어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 일련의 열산화 공정을 진행시켜, 반도체 기판(21)의 활성 영역(AR) 상부에 게이트 절연막을 성장시킴과 아울러, 일련의 화학기상증착 공정을 진행시켜, 이 게이트 절연막의 상부에 게이트 전극 도전층을 순차적으로 형성시킨 후, 일련의 사진 식각공정을 통해, 이 게이트 절연막 및 게이트 전극 도전층을 일괄적으로 패터닝 함으로써, 앞의 소자 분리막(22)에 의해 정의된 반도체 기판(21)의 활성 영역(AR) 상부에 게이트 절연막 패턴(31) 및 게이트 전극 패턴(32)을 형성시킨다.
계속해서, 본 발명에서는 일련의 화학기상증착 공정을 진행시켜, 게이트 전극 패턴(32)을 포함하는 반도체 기판(21)의 상부에 산화막 및 질화막을 순차적으로 증착시킨 후, 일련의 이방성 식각특성을 갖는 건식 식각공정, 예컨대, 반응성 이온 식각공정을 통해, 이 산화막 및 질화막을 식각하여, 게이트 전극 패턴(32)의 양 측벽을 감싸는 스페이서(33)를 형성한다.
이어, 본 발명에서는 이 스페이서(33)를 이온 주입 마스크로 사용하는 이온 주입 공정을 진행하여, 반도체 기판(21)의 활성 영역에 고 농도의 불순물을 주입시키고, 이를 통해, 도 3c에 도시된 바와 같이, 게이트 전극 패턴(32)의 양쪽 측부에 소오스/드레인 확산층(34)을 형성시킨다.
이러한 절차가 모두 마무리되면, 본 발명에서는 일련의 증착, 노광, 현상 공정 등을 순차적으로 진행시켜, 도 3d에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21)의 상부에 소오스/드레인 확산층(34) 및 소자 분리막(22)의 계면(IL)을 노출시키는 감광막 패턴(102)을 형성시킨 후, 이 감광막 패턴(102)을 마스크로 소정의 불순물, 예컨대, Ge+을 소오스/드레인 확산층(34) 및 소자 분리막(22)의 계면에 주입하여, 도 3e에 도시된 바와 같이, 해당 계면(IL)에 바람직하게, 1㎛~5㎛ 정도의 두께를 갖는 일련의 비정질 층(41)을 형성시킨다. 그런 다음, 앞의 감광막 패턴(102)을 반도체 기판(21)으로부터 제거한다.
이어, 본 발명에서는 일련의 증착공정을 진행시켜, 도 3f에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21)의 상부에 소오스/드레인 확산층(34)을 노출시키는 블록킹층(103)을 형성시킨 후, 예컨대, 스퍼터링 공정을 진행시켜, 소오스/드레인 확산층(34) 및 소자 분리막(22)을 포함하는 반도체 기판(21)의 전면에 셀리사이드 층의 형성을 위한 금속 박막층(35a), 예컨대, Ti 박막층을 형성시킨다.
그 다음에, 본 발명에서는 앞의 각 구조물들이 형성된 반도체 기판(21)을 대상으로, 일련의 열처리 공정을 진행시켜, 금속 박막층(35a)을 형성하는 금속원자 및 실리콘 원자를 반응시키고, 이를 통해, 도 3g에 도시된 바와 같이, 소자 분리막(22)을 포함하는 소오스/드레인 확산층(34)의 표면에 예컨대, SiTix 재질의 셀리사이드 층(35)을 형성시킨다. 그런 다음, 앞의 블록킹층(103)을 반도체 기판(21)으로부터 제거한다.
이때, 상술한 바와 같이, 소오스/드레인 확산층(34) 및 소자 분리막(22)의 계면(IL)에는 일련의 비정질 층(41), 예컨대, Ge+ 비정질층이 미리 형성되어 있기 때문에, 소자 분리막(22) 및 소오스/드레인 확산층(34)의 계면(IL)을 기저로 하여 형성되는 셀리사이드 층(35)은 비정질 층(41)의 방해로 인해, 그 두께를 얇게 유지할 수밖에 없게 되며, 결국, 셀리사이드 층(35)의 누설전류는 자신의 두께 감소에 비례하며, 크게 감소할 수 있게 된다.
이후, 본 발명에서는 예컨대, 층간 절연막 형성공정, 콘택홀 형성공정, 금속 배선공정 등을 추가 진행하고, 이를 통해, 완성된 형태의 반도체 소자를 제조 완료한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 소자 분리막 및 소오스/드레인 확산층의 계면에 일련의 비정칠 층을 추가 배치하여, 이를 기저로 형성되는 셀리사이드 층의 두께를 안정적으로 박막화 하고, 이를 통해, 소자 분리막 및 소오스/드레인 확산층의 계면 상에 형성되는 셀리사이드 층의 누설전류를 크게 줄임으로써, 최종 완성되는 반도체 소자의 품질을 일정 수준 이상으로 향상시킬 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위안에 속한다 해야 할 것이다.
Claims (4)
- 반도체 기판의 활성 영역을 정의하는 소자 분리막과;상기 활성 영역 상에 형성되는 게이트 전극 패턴과;상기 소자 분리막에 접하도록 상기 게이트 전극 패턴의 양쪽 측부에 형성되는 소오스/드레인 확산층과;상기 소오스/드레인 확산층 및 소자 분리막의 계면에 형성되는 비정질 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 비정질 층은 1㎛~5㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 반도체 기판의 활성 영역을 정의하기 위한 소자 분리막을 형성하는 단계와;상기 활성 영역 상에 게이트 전극 패턴을 형성하는 단계와;상기 소자 분리막에 접하도록 상기 게이트 전극 패턴의 양쪽 측부에 소오스/드레인 확산층을 형성하는 단계와;소정의 불순물을 이온 주입하여, 상기 소오스/드레인 확산층 및 소자 분리막의 계면을 비정질화 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 상기 소오스/드레인 확산층 및 소자 분리막의 계면을 비정질화 하는 불순물은 Ge+ 이온인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
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