KR100632043B1 - Method for manufacturing mos transistor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 장치의 모스 트랜지스터 제조 방법에 관한 것으로, 반도체 기판 표면을 열산화하여 게이트절연막 형성용 산화막을 형성하고, 반도체 기판 및 산화막 상부에 걸쳐 게이트 형성용 폴리실리콘을 증착하며, 노광 및 식각 공정을 통해 산화막 및 폴리실리콘을 제거하여 게이트 패턴을 형성하고, 게이트 패턴을 마스크로 반도체 기판 상에 저농도 불순물 이온 주입을 실시하여 제 1 LDD 영역을 형성하며, 게이트 패턴 전면에 걸쳐 TEOS 막을 증착 및 식각하여 게이트 전극 측벽에 제 1 스페이서를 형성하고, 게이트 전극과 제 1 스페이서를 마스크로 제 1 LDD 영역 형성시의 이온 주입 농도보다 높거나 같은 중간농도의 불순물 이온 주입을 반도체 기판에 대해 실시하여 제 2 LDD 영역을 형성하며, 반도체 기판 상부에 절연층을 증착 및 식각하여 제 1 스페이서 외측의 게이트 패턴 측벽에 제 2 스페이서를 형성하고, 게이트 전극, 제 1 스페이서 및 제 2 스페이서를 마스크로 반도체 기판 상에 고농도의 불순물 이온 주입을 실시하여 소스/드레인 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 별도의 새로운 구조 형성을 적용하지 않고 완충 LDD 스페이서로 TEOS막을 사용하여 완충 LDD 구조를 형성함으로써, 채널이 나노 스케일로 작아지더라도 핫-캐리어 효과에 의한 소자 특성 저하를 방지할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a MOS transistor of a semiconductor device, wherein the surface of a semiconductor substrate is thermally oxidized to form an oxide film for forming a gate insulating film, and a gate forming polysilicon is deposited over the semiconductor substrate and the oxide film. The oxide film and the polysilicon are removed to form a gate pattern, and a low concentration of impurity ions are implanted onto the semiconductor substrate using the gate pattern as a mask to form a first LDD region, and a TEOS film is deposited and etched over the entire gate pattern. The first LDD is formed on the sidewall of the gate electrode, and the impurity ion implantation at a concentration higher than or equal to the ion implantation concentration at the time of forming the first LDD region is formed on the semiconductor substrate by using the gate electrode and the first spacer as a mask. Forming a region, and depositing and etching an insulating layer on the semiconductor substrate, Forming a source / drain region by forming a second spacer on a sidewall of the gate pattern outside the phaser, and implanting a high concentration of impurity ions onto the semiconductor substrate using the gate electrode, the first spacer, and the second spacer as a mask; do. According to the present invention, a buffer LDD structure is formed by using a TEOS film as a buffer LDD spacer without applying a separate new structure formation, thereby preventing deterioration of device characteristics due to a hot-carrier effect even if the channel is small on a nano scale. have.
LDD, 핫-캐리어 효과LDD, hot-carrier effect
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래의 반도체 장치의 모스 트랜지스터 제조 방법을 설명하기 위한 도면,1A to 1E are views for explaining a MOS transistor manufacturing method of a conventional semiconductor device;
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 모스 트랜지스터 제조 방법을 설명하기 위한 도면.2A to 2G are views for explaining a MOS transistor manufacturing method of a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 소자 제조 기술에 관한 것으로, 특히 핫-캐리어 효과(hot-carrier effect)에 의한 트랜지스터 열화 특성을 개선하는데 적합한 반도체 장치의 모스 트랜지스터 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor device fabrication technology, and more particularly, to a method of manufacturing a MOS transistor of a semiconductor device suitable for improving transistor degradation characteristics caused by a hot-carrier effect.
반도체 장치가 고집적화 됨에 따라 각각의 셀은 미세해져 내부의 전계 강도가 증가된다. 이러한 전계 강도의 증가는 소자 동작시 드레인 부근의 공핍층에서 채널영역의 캐리어를 가속시켜 게이트 산화막으로 주입시키는 핫-캐리어 효과를 일으킨다. 게이트 산화막에 주입된 캐리어는 반도체 기판과 게이트 산화막의 계면에 준위를 생성시켜 문턱전압(threshold voltage : VTH)을 변화시키거나 상호 컨덕턴 스를 저하시켜 소자 특성을 저하시킨다. 그러므로, 핫-캐리어 효과에 의한 소자 특성의 저하를 감소시키기 위해 LDD 등과 같이 드레인 구조를 변화시킨 구조를 사용하여야 한다.As semiconductor devices become highly integrated, each cell becomes finer, and the internal electric field strength increases. This increase in electric field strength causes a hot-carrier effect in which carriers in the channel region are accelerated and injected into the gate oxide film in the depletion layer near the drain during operation of the device. The carrier injected into the gate oxide film generates a level at the interface between the semiconductor substrate and the gate oxide film, thereby changing the threshold voltage (VTH) or lowering the mutual conductance, thereby degrading device characteristics. Therefore, in order to reduce the deterioration of device characteristics due to the hot-carrier effect, a structure in which the drain structure is changed such as LDD should be used.
도 1a 내지 도 1e는 이러한 LDD 구조를 포함하는 전형적인 반도체 장치의 모스 트랜지스터 제조 공정 단면도이다.1A-1E are cross-sectional views of a MOS transistor fabrication process for a typical semiconductor device including such an LDD structure.
도 1a를 참조하면, 실리콘 등으로 이루어진 p형의 반도체 기판(100) 표면의 소정 부분에 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 또는 STI(shallow trench isolation) 등의 방법에 의해 소자활성영역과 격리영역을 정의하는 소자격리막인 필드산화막(도시생략)을 형성하여 소자의 활성영역 및 필드영역을 한정한다.Referring to FIG. 1A, a device active region and an isolation region are defined in a predetermined portion of a surface of a p-
그리고, 기판의 활성영역의 소정부위를 포토리소그래피로 제거하여 게이트가 형성될 트렌치를 형성한다. 트렌치 형성 후 기판의 노출된 전면에 문턱전압 조절용 이온주입을 실시한다.Then, a predetermined portion of the active region of the substrate is removed by photolithography to form a trench in which a gate is to be formed. After trench formation, ion implantation for adjusting the threshold voltage is performed on the exposed entire surface of the substrate.
그 다음, 트렌치 내부 표면을 포함하는 반도체기판(100)의 표면을 열산화하여 게이트절연막 형성용 산화막(102)을 형성한다.Thereafter, the surface of the
그리고, 필드산화막 및 게이트절연막 형성용 산화막(102)의 상부에 게이트 형성용 폴리실리콘층(104)을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : 이하, CVD라 칭함) 방법으로 증착한다. 이때, 폴리실리콘층(104)은 도핑된 것을 사용하거나 도핑되지 않은 실리콘층을 형성한 다음 이온주입 등의 방법으로 도핑시켜 도전성을 갖도록 한다.Then, the gate forming
이후, 폴리실리콘층(104) 상에 포토레지스트를 도포한 후 게이트를 정의하는 노광마스크를 사용한 노광 및 현상을 실시하여 게이트 형성영역을 덮는 포토레지스트패턴(도시생략)을 형성한다.Thereafter, after the photoresist is applied on the
그리고, 포토레지스트패턴으로 보호되지 않는 게이트 형성용 폴리실리콘층, 게이트절연막 형성용 산화막을 건식 식각 등의 비등방성 식각으로 제거하여 게이트 패턴(104)을 형성한다. 이때, 게이트 패턴(104)은 트렌치에 형성되었으므로 형성되는 트랜지스터의 유효채널길이가 증가하고 전체적으로 기판 표면에 일부 돌출된 토포그래피를 가지므로 주변부와의 단차가 개선된다.Then, the
그 다음, 도 1b에 도시한 바와 같이, 게이트 패턴(104)을 이온주입 마스크로 이용하는 n형 불순물 이온주입을 저농도로 기판(100)의 노출된 활성영역에 실시하여 저농도 불순물 이온매몰층을 게이트패턴 양측에 서로 대응하는 형태로 형성한다. 이때, 저농도 불순물 이온매몰층은 LDD 구조의 저농도 불순물 확산영역(106)을 형성하기 위하여 형성한다.Next, as shown in FIG. 1B, the n-type impurity ion implantation using the
이후 도 1c 및 도 1d에서는, 게이트 패턴(104)을 덮도록 기판상에 산화실리콘 또는 질화막 등의 절연층(108)을 증착한 후 반도체 기판(100) 표면이 노출되도록 에치백(etchback)하여 측벽 스페이서(sidewall spacer)(108')를 형성한다. 이때, 측벽 스페이서(108')는 게이트(104)를 주변으로부터 절연시키는 동시에, 후술하는 소스/드레인의 고농도 불순물 확산영역(110)을 형성하기 위한 이온주입마스크로 이용된다.1C and 1D, the
그리고, 도 1e에서는 게이트 패턴(104)과 측벽 스페이서(108')를 이온주입 마스크로 사용하여 반도체 기판(100)의 노출된 활성영역에 n형의 불순물 이온들을 고농도로 이온 주입하여 소스 및 드레인 영역으로 이용되는 고농도 불순물 이온매몰층을 형성한다. 이때, 고농도 불순물 이온매몰층은 저농도 불순물 이온매몰층과 대부분 중첩되고, 다만, 측벽 스페이서(108) 하부에서는 저농도 불순물 이온매몰층만 존재한다.In addition, in FIG. 1E, n-type impurity ions are implanted at a high concentration into the exposed active region of the
이러한 저농도 불순물 이온매몰층과 고농도 불순물 이온매몰층이 형성된 기판(100)에 어닐링 등의 열공정을 실시하여 소스/드레인 졍션을 형성하기 위한 불순물 이온들을 확산시켜 저농도 불순물 확산영역(106)과 고농도 불순물 확산영역(110)을 형성한다.The low concentration
이후, PMD 및 배선공정 등을 통하여 로직 공정을 완료한다.Thereafter, the logic process is completed through the PMD and the wiring process.
이때, 종래의 LDD 영역 형성을 위한 이온 주입 과정은, 소스/드레인 영역 형성을 위한 이온 주입 과정보다 비교적 낮은 농도의 불순물을 사용하기 때문에, 현재 개발중인 채널이 10-9m의 나노 스케일(Nano scale)로 짧아짐에 따라 야기되는 단채널 효과인 핫-캐리어 효과에 의한 트랜지스터 열화를 방지하는데 한계를 드러내고 있다.In this case, since the ion implantation process for forming the LDD region uses a relatively lower concentration of impurities than the ion implantation process for forming the source / drain regions, the channel currently being developed has a nano scale of 10 -9 m. As a short-circuit effect, the short-circuit effect exhibits a limitation in preventing transistor degradation due to the hot-carrier effect.
트랜지스터의 열화는 설계시 설정해 놓았던 트랜지스터의 특성을 변형시킴으로써 정상적인 칩의 사용을 방해하는 요인이 된다.The deterioration of transistors is a factor that hinders normal chip use by modifying the characteristics of the transistors set at the time of design.
이러한 핫-캐리어에 의한 트랜지스터의 열화는 디바이스의 집적도가 커지면 커질수록 크게 대두되며, 소자의 동작을 어렵게 할 뿐만 아니라 초기 공정 실패(initial fail)의 원인이 되기 때문에 반드시 해결해야 할 과제이다.Degradation of the transistor due to such hot-carrier increases as the degree of integration of the device increases, and it is a problem to be solved because it not only makes the operation of the device difficult but also causes an initial process failure.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 구현한 것으로, LDD 영역 형성 후 완충(buffer) 농도층을 형성한 다음 소스/드레인 영역을 형성함으로써 핫-캐리어 효과를 방지하도록 한 반도체 장치의 모스 트랜지스터 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been implemented to solve the above-described problems of the prior art, and the MOS of a semiconductor device to prevent the hot-carrier effect by forming a buffer concentration layer after forming an LDD region and then forming a source / drain region. It is an object of the present invention to provide a transistor manufacturing method.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 반도체 기판 표면을 열산화하여 게이트절연막 형성용 산화막을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 및 산화막 상부에 걸쳐 게이트 형성용 폴리실리콘을 증착하는 단계와, 노광 및 식각 공정을 통해 상기 산화막 및 폴리실리콘을 제거하여 게이트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 게이트 패턴을 마스크로 상기 반도체 기판 상에 저농도 불순물 이온 주입을 실시하여 제 1 LDD 영역을 형성하는 단계와, 상기 게이트 패턴 전면에 걸쳐 TEOS 막을 증착 및 식각하여 상기 게이트 전극 측벽에 제 1 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극과 상기 제 1 스페이서를 마스크로 상기 제 1 LDD 영역 형성시의 이온 주입 농도보다 높거나 같은 중간농도의 불순물 이온 주입을 상기 반도체 기판에 대해 실시하여 제 2 LDD 영역을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 상부에 절연층을 증착 및 식각하여 상기 제 1 스페이서 외측의 게이트 패턴 측벽에 제 2 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극, 상기 제 1 스페이서 및 상기 제 2 스페이서를 마스크로 상기 반도체 기판 상에 고농도의 불순물 이온 주입을 실시하여 소스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 모스 트랜지스터 제조 방법을 제공한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving this object, the step of thermally oxidizing the surface of the semiconductor substrate to form an oxide film for forming a gate insulating film, and depositing a gate forming polysilicon over the semiconductor substrate and the oxide film And forming a gate pattern by removing the oxide layer and polysilicon through an exposure and etching process, and performing a low concentration impurity ion implantation on the semiconductor substrate using the gate pattern as a mask to form a first LDD region. And depositing and etching a TEOS film over the entire gate pattern to form first spacers on sidewalls of the gate electrodes, and ion implantation concentrations when forming the first LDD regions using the gate electrodes and the first spacers as masks. Higher or equal concentrations of impurity ions implanted into the semiconductor substrate Forming a second LDD region, depositing and etching an insulating layer on the semiconductor substrate to form a second spacer on a sidewall of a gate pattern outside the first spacer, and forming the gate electrode and the first spacer. And forming a source / drain region by implanting a high concentration of impurity ions onto the semiconductor substrate using the second spacer as a mask.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 모스 트랜지스터 제조 방법을 설명하는 공정도이다.2A to 2G are process diagrams illustrating a MOS transistor manufacturing method of a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 실리콘 등으로 이루어진 p형의 반도체 기판(200) 표면의 소정 부분에 LOCOS 또는 STI 등의 방법에 의해 소자활성영역과 격리영역을 정의하는 소자격리막인 필드산화막(도시생략)을 형성하여 소자의 활성영역 및 필드영역을 한정한다.Referring to FIG. 2A, a field oxide film (not shown), which is a device isolation film defining an element active region and an isolation region, is formed on a predetermined portion of a surface of a p-
그리고, 기판의 활성영역의 소정부위를 포토리소그래피로 제거하여 게이트가 형성될 트렌치를 형성한다. 트렌치 형성 후 기판의 노출된 전면에 문턱전압 조절용 이온주입을 실시한다.Then, a predetermined portion of the active region of the substrate is removed by photolithography to form a trench in which a gate is to be formed. After trench formation, ion implantation for adjusting the threshold voltage is performed on the exposed entire surface of the substrate.
그 다음, 트렌치 내부 표면을 포함하는 반도체기판(200)의 표면을 열산화하여 게이트절연막 형성용 산화막(202)을 형성한다.Then, the surface of the
그리고, 필드산화막 및 게이트절연막 형성용 산화막(202)의 상부에 게이트 형성용 폴리실리콘층(204)을, 예를 들면 CVD 기법으로 증착한다. 이때, 폴리실리콘층(204)은 도핑된 것을 사용하거나 도핑되지 않은 실리콘층을 형성한 다음 이온주입 등의 방법으로 도핑시켜 도전성을 갖도록 한다.Then, a gate forming
이후, 폴리실리콘층(204) 상에 포토레지스트를 도포한 후 게이트를 정의하는 노광마스크를 사용한 노광 및 현상을 실시하여 게이트 형성영역을 덮는 포토레지스트패턴(도시생략)을 형성한다.Thereafter, after the photoresist is applied on the
그리고, 포토레지스트패턴으로 보호되지 않는 게이트 형성용 폴리실리콘층, 게이트절연막 형성용 산화막을 건식 식각 등의 비등방성 식각으로 제거하여 게이트 패턴(204)을 형성한다. 이때, 게이트 패턴(204)은 트렌치에 형성되었으므로 형성되는 트랜지스터의 유효채널길이가 증가하고 전체적으로 기판 표면에 일부 돌출된 토포그래피를 가지므로 주변부와의 단차가 개선된다.The
그 다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 게이트 패턴(204)을 이온주입 마스크로 이용하는 n형 불순물 이온주입을 저농도로 기판(200)의 노출된 활성영역에 실시하여 저농도 불순물 이온매몰층을 게이트패턴 양측에 서로 대응하는 형태로 형성한다. 이때, 저농도 불순물 이온매몰층은 LDD 구조의 저농도 불순물 확산영역(206)을 형성하기 위하여 형성한다.Next, as shown in FIG. 2B, the n-type impurity ion implantation using the
이때, 도 2c 및 도 2d에서는, 본 실시예에 따라 게이트 패턴(204) 전면에 걸쳐 절연막으로서 TEOS(TetraEthylOrthoSilicate)막(208)을 증착하고, 이를 식각하여 제 1 측벽 스페이서(208')를 형성한 후 이 제 1 측벽 스페이서(208')를 이온주입 마스크로 사용하여 반도체 기판(200)의 노출된 활성영역에 n형의 불순물 이온들을 이온 주입하여 완충 LDD 영역(210)으로 이용되는 불순물 이온매몰층을 형성한다. 이때, 이온 주입은 저농도 불순물 확산 영역(206) 형성에서와 같거나 높은 농도의 저농도 불순물로 실시하는 것이 바람직하다.2C and 2D, a TEOS (TetraEthylOrthoSilicate)
즉, 도 2d는 TEOS막(208)을 식각하여 제 1 측벽 스페이서(208')를 형성한 후, 이온 주입 공정을 실시하여 완충 LDD 영역(210)을 형성한 결과를 나타낸 도면이다.That is, FIG. 2D illustrates a result of forming the
이러한 TEOS막(208)은 완충 LDD 영역(210)을 위한 제 1 측벽 스페이서(208') 형성을 위해 사용되며, 완충 LDD 영역(210)은 상술한 LDD 구조의 저농도 불순물 확산영역(206)보다 많고, 후술하는 소스/드레인 구조의 고농도 불순물 확산영역(214)보다 적은 불순물 농도를 갖는(중간 농도의) 완충층인 것을 특징으로 한다.The
이후 도 2e 및 도 2f에서는, 게이트 패턴(204)을 덮도록 기판상에 산화실리콘 또는 질화막 등의 절연층(212)을 증착한 후 반도체 기판(200) 표면이 노출되도록 에치백하여 제 2 측벽 스페이서(212')를 형성한다. 이때, 제 2 측벽 스페이서(212')는 게이트(204)를 주변으로부터 절연시키는 동시에, 후술하는 소스/드레인의 고농도 불순물 확산영역(214)을 형성하기 위한 이온주입마스크로 이용된다. 2E and 2F, after the insulating
그리고, 도 2g에서는 게이트 패턴(204)과 제 2 측벽 스페이서(212')를 이온주입 마스크로 사용하여 반도체 기판(200)의 노출된 활성영역에 n형의 불순물 이온들을 고농도로 이온 주입하여 소스 및 드레인 영역으로 이용되는 고농도 불순물 이온매몰층을 형성한다. 이때, 고농도 불순물 이온매몰층은 저농도 불순물 이온매몰층과 대부분 중첩되고, 다만, 제 2 측벽 스페이서(212') 하부에서는 저농도 불순물 이온매몰층만 존재한다.In FIG. 2G, the
끝으로, 저농도 불순물 이온매몰층과 중간 농도의 불순물 이온매몰층, 고농도 불순물 이온매몰층이 각각 형성된 기판(200)에 어닐링 등의 열공정을 실시하여 소스/드레인 졍션을 형성하기 위한 불순물 이온들을 확산시킴으로써, 저농도의 불순물 확산영역(206), 중간 농도의 불순물 확산영역(210), 그리고 고농도의 불순물 확산영역(214)을 각각 형성한다.Finally, thermal processing such as annealing is performed on the
이후, PMD 및 배선공정 등을 통하여 로직 공정을 완료한다.Thereafter, the logic process is completed through the PMD and the wiring process.
이상과 같이, 본 발명은 LDD 영역과 소스/드레인 영역의 중간정도 되는 불순물 농도를 갖는 완충 농도층을 하나 더 형성하여 완충 효과를 극대화시킨 것이다.As described above, the present invention maximizes the buffering effect by forming one more buffer concentration layer having an impurity concentration in the middle of the LDD region and the source / drain region.
본 발명에 의하면, 별도의 새로운 구조 형성을 적용하지 않고 완충 LDD 스페이서로 TEOS막을 사용하여 완충 LDD 구조를 형성함으로써, 채널이 나노 스케일로 작아지더라도 핫-캐리어 효과에 의한 소자 특성 저하를 방지할 수 있다.According to the present invention, a buffer LDD structure is formed by using a TEOS film as a buffer LDD spacer without applying a separate new structure formation, thereby preventing deterioration of device characteristics due to a hot-carrier effect even if the channel is small on a nano scale. have.
이상, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술하였으나 본 발명은 이러한 실시예에 국한되는 것은 아니며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자로부터 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.The embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims below.
Claims (1)
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