KR100636685B1 - Method for fabricating transistor in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따라 반도체 소자의 형성시 발생하는 쇼트 채널 험프 현상을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.1 is a view illustrating a short channel hump phenomenon occurring when a semiconductor device is formed according to the related art.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 형성방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.2A to 2H are diagrams illustrating a method of forming a transistor of a semiconductor device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
200 : 반도체 기판 214 : 내부 스페이서200
216 : 도전막 패턴 224 : 하드마스크막 패턴 216: conductive film pattern 224: hard mask film pattern
226 : 텅스텐 실리사이드막 패턴 228 : 게이트 스택 226 tungsten
230 : 게이트 스페이서230: Gate spacer
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 소자의 트랜지스터 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a transistor of a semiconductor device.
최근 대부분의 반도체 소자를 제조하는데 있어서, 게이트 형성시 게이트 절 연막, 게이트 도전막 및 하드마스크막의 적층구조로 이루어진 게이트 스택을 사용하고 있다. 여기서 하드마스크막은 게이트 스택을 형성하기 위한 식각시 하드마스크 역할을 하며, 이후 공정에서 랜딩플러그 컨택홀(LPC; Landing plug contact hole)을 형성할 때 주변의 산화막과 식각 선택비의 차이에 의한 자기정렬컨택(SAC; Self alignment contact)공정의 하드마스크막으로도 이용한다. 자기정렬컨택(SAC) 공정을 진행할 때, 하드마스크막뿐 아니라 자기정렬컨택(SAC) 공정시 절연을 목적으로 게이트 스페이서로써 질화막을 형성하는데, 질화막과 반도체 기판 간의 접촉을 방지하기 위해 버퍼산화막을 이용한다. 이는 반도체 기판과 질화막이 직접 접촉하지 않도록 함으로써, 질화물의 인장응력으로 인하여 반도체 기판의 면 저항(Rs; Sheet resistance)이 급격히 증가하는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 게이트 스택 형성시, 도전막 패턴에 스트레스가 가해지는 것을 방지할 수 있다.Recently, in manufacturing most semiconductor devices, a gate stack including a stacked structure of a gate insulating film, a gate conductive film, and a hard mask film is used in forming a gate. Here, the hard mask layer serves as a hard mask during etching to form the gate stack, and when forming a landing plug contact hole (LPC) in a subsequent process, self-alignment due to a difference in the etch selectivity of the surrounding oxide layer It is also used as a hard mask film in a contact alignment (SAC) process. In the self-aligned contact (SAC) process, a nitride film is formed as a gate spacer for insulation not only in the hard mask film but also in the self-aligned contact (SAC) process, and a buffer oxide film is used to prevent contact between the nitride film and the semiconductor substrate. . This is to prevent the semiconductor substrate and the nitride film from directly contacting each other, thereby preventing a sudden increase in the sheet resistance (Rs) of the semiconductor substrate due to the tensile stress of the nitride. In addition, when the gate stack is formed, stress can be prevented from being applied to the conductive film pattern.
이를 좀 더 자세히 살펴보면, 만일 반도체 기판과 질화막이 직접 접촉을 하게 되면, PMOS에서는 드레인 포화전류(Drain Saturation Current: Idsat)가 20% 정도 감소되며 NMOS의 경우에는 문턱전압이 변화되어 소자의 신뢰성이 영향을 받게 된다. 이 밖의 물리적인 문제로 반도체 기판에 결핍성 공간(Void)을 발생시킬 수 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 버퍼산화막을 형성하는데, 이러한 버퍼산화막이 후속 공정에서 불순물의 유입 통로로 작용하여 쇼트 채널 험프 현상을 유발하는 문제가 있다. 이를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. In more detail, if the semiconductor substrate and the nitride film are in direct contact, the drain saturation current (Idsat) is reduced by about 20% in the PMOS, and the threshold voltage is changed in the NMOS, which affects the reliability of the device. Will receive. Other physical problems may cause deficient voids in the semiconductor substrate. In order to solve this problem, a buffer oxide film is formed. The buffer oxide film acts as an inflow passage for impurities in a subsequent process, causing a short channel hump phenomenon. This will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 종래 기술에 따라 반도체 소자의 형성시 발생하는 쇼트 채널 험프 현상을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.1 is a view illustrating a short channel hump phenomenon occurring when a semiconductor device is formed according to the related art.
먼저 도면에 도시하지는 않았지만, 소정의 하부구조가 형성된 반도체 기판에 게이트 절연막과 게이트 도전막을 증착한 후에 게이트 도전막 상부에 하드마스크막을 형성한다. 다음에 하드마스크막 상에 게이트 형성을 위한 감광막 패턴을 형성한 후, 상기 감광막 패턴을 마스크로 식각공정을 실시하여 도 1에 도시된 바와 같이, 하드마스크막 패턴(140), 게이트 도전막 패턴(130) 및 게이트 절연막 패턴(120)을 포함하는 게이트 스택(150)을 형성한다. 그런 다음, 후속 게이트 스페이서 형성시 질화막에 의한 스트레스를 완화하기 위하여 버퍼산화막(160)을 형성한다. 여기서 버퍼산화막(160)은 685도 이상의 고온에서 형성하는 고온산화막(HTO; High temperature oxide) 또는 LPTEOS(Low Press TEOS)산화막을 이용할 수 있다. 그리고 버퍼산화막(160)을 형성한 결과물 전면에 질화막(도시하지 않음)을 증착하고 식각공정을 진행하여 게이트 스택(150) 양 측벽에 게이트 스페이서(170)를 배치한다.Although not shown in the drawings, a gate insulating film and a gate conductive film are deposited on a semiconductor substrate on which a predetermined substructure is formed, and then a hard mask film is formed on the gate conductive film. Next, after forming a photoresist pattern for forming a gate on the hard mask layer, an etching process is performed using the photoresist pattern as a mask, and as shown in FIG. 1, the hard
그런데, 일반적으로 고온산화막 또는 LPTEOS 산화막은 질화물에 비하여 절연 특성과 배리어 특성이 떨어진다. 따라서 후속 공정을 진행하는 도중에 수소(H2)이온 및 불순물이 버퍼산화막(160)을 타고 침투하여 게이트 절연막(110)의 계면에 축적된다(A). 이때 수소(H2)이온은 빠른 이동도(mobility)로 인하여 마치 캐리어와 같은 작용을 하여 문턱전압을 급격히 감소시키는 쇼트 채널 험프 현상이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 종래의 게이트 스택은 도전막과 텅스텐 실리사이드(WSix)막의 면적을 동일하게 형성하였다. 그런데, 디램(DRAM)의 기술의 집적도가 향상되면서 게이트의 저항(Rs)이 증가하는 문제가 있었다.However, in general, the high temperature oxide film or the LPTEOS oxide film is inferior to the insulating and barrier properties compared to the nitride. Therefore, hydrogen (H 2 ) ions and impurities penetrate through the
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 험프 현상의 원인이 되는 오염물질 및 수소의 유입 경로를 차단하여 험프 현상을 개선하고, 게이트 면저항이 감소할 수 있는 반도체 소자의 스페이서 형성방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method of forming a spacer of a semiconductor device in which a hump phenomenon may be blocked by blocking an inflow path of contaminants and hydrogen, which cause the hump phenomenon, and a gate sheet resistance may be reduced.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 형성방법은, 반도체 기판 전면에 게이트 산화막 및 상기 게이트 산화막을 선택적으로 노출시키는 질화막 패턴을 형성하는 단계; 상기 게이트 산화막의 노출영역을 포함하는 반도체 기판 전면에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막을 식각하여 상기 질화막 패턴 양 측면에 내부 스페이서를 형성하는 단계; 상기 질화막 패턴의 양 측면에 내부 스페이서가 형성된 반도체 기판 전면에 도전막, 금속 실리사이드막, 및 하드마스크용 질화막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 하드마스크용 질화막 위에 게이트 스택 형성영역을 정의하는 마스크막 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크막 패턴을 마스크로 하여 하드마스크용 질화막 및 금속실리사이드막을 패터닝하는 단계; 상기 질화막 패턴을 제거하여 게이트 스택을 형성하는 단계; 상기 게이트 스택의 양 측면에 배치되는 게이트 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of forming a transistor of a semiconductor device according to the present invention, forming a nitride film pattern for selectively exposing the gate oxide film and the gate oxide film on the entire surface of the semiconductor substrate; Forming an oxide film on an entire surface of the semiconductor substrate including an exposed region of the gate oxide film; Etching the oxide layer to form internal spacers on both sides of the nitride layer pattern; Sequentially forming a conductive film, a metal silicide film, and a hard mask nitride film on the entire surface of the semiconductor substrate having internal spacers formed on both sides of the nitride film pattern; Forming a mask layer pattern defining a gate stack forming region on the hard mask nitride layer; Patterning a hard mask nitride layer and a metal silicide layer using the mask layer pattern as a mask; Removing the nitride layer pattern to form a gate stack; And forming gate spacers disposed at both sides of the gate stack.
본 발명에 있어서, 50-100Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.In this invention, it is preferable to form in thickness of 50-100 kPa.
또한, 상기 내부 스페이서의 높이보다 낮지 않게 도전막을 형성하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable to form a conductive film not lower than the height of the inner spacers.
상기 금속 실리사이드막은 텅스텐 실리사이드(WSix)를 포함할 수 있다.The metal silicide layer may include tungsten silicide (WSix).
상기 질화막 패턴은 건식식각을 이용할 수 있다.The nitride layer pattern may use dry etching.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 스페이서 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.2A to 2H are views illustrating a method of forming a spacer of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 2a를 참조하면, 소자분리막(202)으로 활성영역 및 소자분리영역이 정의되어 있는 반도체 기판(200) 상에 산화공정을 진행하여 게이트 산화막(204)을 형성한다. 게이트 산화막(204)은 이후에 형성될 게이트 스페이서가 반도체 기판(200)과 직접적으로 접촉하는 것을 방지하는 버퍼 산화막의 역할을 함께 담당하며, 이와 동시에 게이트 스택의 절연막 역할을 한다. 이때, 게이트 산화막(204)은 이후 스페이서 형성과 랜딩플러그 컨택홀 형성영역의 질화막이 제거된 후에도 배리어막 역할을 할 수 있도록 충분히 두껍게 형성하고, 바람직하게는 50-100Å의 두께를 갖도록 형성한다. 다음에 게이트 산화막(204) 위에 질화막(206)을 형성하고, 질화막(206) 상에 감광막을 도포한 후, 노광 및 현상공정을 진행하여 질화막(206)의 소정 영역을 노출하는 감광막 패턴(208)을 형성한다.First, referring to FIG. 2A, an oxide process is performed on a
다음에 도 2b를 참조하면, 감광막 패턴(208)을 마스크로 질화막(206)을 식각하여 게이트 산화막(204)을 선택적으로 노출시키는 질화막 패턴(210)을 형성한다. 여기서 질화막 패턴(210)은 후속 공정에서 형성될 내부 스페이서와 동일한 높이로 형성한다. 즉, 상기 질화막 패턴(210)의 높이를 조절하여 내부 스페이서의 높이를 조절할 수 있다.Next, referring to FIG. 2B, the
다음에 도 2c를 참조하면, 게이트 산화막(204)의 노출영역 및 질화막 패턴(210)을 포함하는 반도체 기판(200) 전면에 산화 공정을 실시하여 산화막(212)을 형성한다. 여기서 산화막(212)은 상기 구조체를 고밀도 플라즈마 장비내에 로딩한 후, 소스 가스로서 사일렌(SiH4)을 공급하고, 적절한 바이어스 파워를 공급하여 형성하는 고밀도 플라즈마(HDP; High density plasma) 산화막으로 형성할 수도 있다.Next, referring to FIG. 2C, the
다음에 도 2d를 참조하면, 산화막(212)에 식각공정을 진행하여 질화막 패턴(210) 양 측면에 소정 두께가 남도록 하여 내부 스페이서(214)를 형성한다. 이 내부 스페이서(214)는 후속공정에서 발생할 수 있는 수소(H2) 이온 및 불순물의 침투를 방지할 수 있는 버퍼막 역할을 한다. 여기서 식각공정은 습식식각으로 진행할 수 있으며, 산화막의 식각선택비를 조절하여 산화막(212)이 질화막 패턴(210) 양 측면에 남아있는 두께를 조절할 수 있으며, 이렇게 형성된 내부 스페이서(214)에 따라 게이트 스택의 채널 길이를 조절할 수 있다. Next, referring to FIG. 2D, an
다음에 도 2e를 참조하면, 질화막 패턴(210)및 내부 스페이서(214)를 포함하는 반도체 기판(200) 전면에 도전막(216), 텅스텐 실리사이드(WSix)막(218), 및 하 드마스크용 질화막(220)을 순차적으로 형성한다. 여기서 도전막(216)은 폴리실리콘 등의 도전성 물질을 도포하여 형성할 수 있고, 텅스텐 실리사이드(WSix)막(218)은 육불화텅스텐(WF6)가스 및 사일렌(SiH₄)가스를 이용한 화학적 기상 증착(CVD; Chemical vapor deposition)방법을 이용하여 형성할 수 있다. 경우에 따라서는 통상의 금속 실리사이드막 형성 공정, 즉 금속막을 형성하고, 열공정을 진행하여 금속 실리사이드막을 형성하고, 상기 열공정에서 반응하지 않은 미반응 금속막을 제거하는 단계를 수행하여 형성할 수도 있다. 이때, 도전막(216)의 높이는 상기 질화막 패턴(210)의 증착두께를 이용하여 조절할 수 있으며, 바람직하게는 내부 스페이서(214)의 높이보다 낮지 않게 도전막을 형성하며, 더욱 바람직하게는 내부 스페이서(214)와 동일한 높이로 형성한다. 다음에 하드마스크막용 질화막(220) 위에 감광막을 도포하고, 패터닝하여 게이트 형성영역을 정의하는 마스크막 패턴(222)을 형성한다.Next, referring to FIG. 2E, a
다음에 도 2f를 참조하면, 마스크막 패턴(222)을 마스크로 한 식각공정을 실시하여 하드마스크용 질화막(220)을 식각하여 하드마스크막 패턴(224)을 형성하고, 마스크막 패턴(222)은 제거한다. 다음에 상기 하드마스크막 패턴(224)을 마스크로 텅스텐 실리사이드(Wsix)막(218)을 식각하여 텅스텐 실리사이드(WSix)막 패턴(226)을 형성한다. Next, referring to FIG. 2F, an etching process using the
다음에 도 2g를 참조하면, 질화막 패턴(210)을 제거하여 하드마스크막 패턴(224), 텅스텐 실리사이드(WSix)막 패턴(226)과 내부 스페이서(214)가 양 측면에 배치되어 있는 도전막 패턴(216) 및 게이트 산화막(204)을 포함하는 게이트 스택 (228)을 형성한다. 여기서 질화막 패턴(210)은 메탄(CH4)가스 또는 트리플루오르메탄(CHF3) 가스를 이용한 건식식각을 이용하여 제거할 수 있다. 이때, 저항이 낮은 텅스텐 실리사이드(WSsix)막 패턴(226)의 면적이 증가하여 게이트 저항(Rs)을 낮출 수 있게 되어 소자의 특성이 향상된다. 또한, 도전막 패턴(216)의 양 측면에 내부 스페이서(214)가 배치되어 있어 게이트 스택(228) 형성시, 식각 공정 등에 의해 도전막 패턴(216)이 스트레스를 받는 것을 방지할 수 있다.Next, referring to FIG. 2G, the
다음에 도 2h를 참조하면, 게이트 스택(228)을 포함한 구조물의 전면에 질화막(도시하지 않음)을 증착한 후, 스페이서 식각을 추가로 진행하여 게이트 스택(228)의 양 측면에 배치되는 게이트 스페이서(230)를 형성한다. 여기서 게이트 스페이서(230) 하부에 게이트 산화막(204)이 버퍼 산화막 역할을 하면서 질화막이 반도체 기판(200)과 직접적으로 접촉하면서 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있다.Next, referring to FIG. 2H, after a nitride film (not shown) is deposited on the front surface of the structure including the
본 발명에 따라 반도체 소자의 스페이서를 형성할 경우, 도전막 패턴(216)의 측벽에만 내부 스페이서(214)가 남고, 텅스텐 실리사이드(WSix)막 패턴(226) 및 하드마스크막 패턴(224)의 측벽에는 질화막이 게이트 스페이서(230)로 남게 되면서, 게이트 캡핑 효과를 얻을 수 있다. 또한 종래 기술에서 버퍼 산화막(160, 도1 참조)을 통해 수소(H2) 및 불순물들이 침투(A, 도1 참조)할 수 있는 경로를 원천적으로 제거하여 쇼트 채널 험프 현상을 방지할 수 있다.According to the present invention, when the spacer of the semiconductor device is formed, the
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 스페이서 형성방 법에 의하면, 도전막 패턴의 측벽에 내부 스페이서를 형성하여 텅스텐 실리사이드(WSix)막 패턴 및 하드마스크막 패턴의 측벽에 게이트 스페이서만 형성함으로써 수소(H2) 및 불순물들이 침투할 수 있는 경로를 원천적으로 제거하여 쇼트 채널 험프 현상을 방지할 수 있다. 또한, 텅스텐 실리사이드막 패턴의 면적이 증가하여 게이트의 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있다.As described above, according to the spacer forming method of the semiconductor device according to the present invention, the internal spacers are formed on the sidewalls of the conductive film pattern to form only the gate spacers on the sidewalls of the tungsten silicide (WSix) film pattern and the hard mask film pattern. As a result, a path through which hydrogen (H 2 ) and impurities can penetrate at least may be removed to prevent short channel hump. In addition, the area of the tungsten silicide film pattern is increased to prevent the gate resistance from increasing.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050071910A KR100636685B1 (en) | 2005-08-05 | 2005-08-05 | Method for fabricating transistor in semiconductor device |
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Family Applications (1)
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2005
- 2005-08-05 KR KR1020050071910A patent/KR100636685B1/en not_active IP Right Cessation
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