KR100703835B1 - Semiconductor device with dual polysilicon gate to prevent polysilicon depletion effect and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
후속 게이트재산화 공정시에 게이트전극으로 사용되는 폴리실리콘에 도핑된 도펀트가 외확산하는 것을 방지할 수 있는 반도체장치의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 반도체장치는 NMOSFET 영역과 PMOSFET 영역이 구분된 반도체기판, 상기 반도체기판 상의 게이트산화막, 상기 게이트산화막 상의 상기 NMOSFET 영역에 형성된 n+ 폴리실리콘전극과 상기 PMOSFET 영역에 형성된 p+ 폴리실리콘전극, 상기 n+ 폴리실리콘전극과 상기 p+ 폴리실리콘전극 상에 각각 적층된 메탈전극과 게이트하드마스크, 상기 메탈전극의 노출된 측벽에 형성된 질화층, 및 상기 상기 n+ 폴리실리콘전극과 상기 p+ 폴리실리콘전극의 노출된 측벽에 형성된 산화층을 포함하고, 이와 같은 본 발명은 질화층에 의해 게이트재산화공정시 메탈전극이 산화되는 것을 방지할 수 있다.To provide a method of manufacturing a semiconductor device that can prevent the diffusion of the dopant doped to the polysilicon used as the gate electrode in the subsequent gate reoxidation process, the semiconductor device of the present invention is characterized in that the NMOSFET region and PMOSFET region A semiconductor substrate, a gate oxide film on the semiconductor substrate, an n + polysilicon electrode formed in the NMOSFET region on the gate oxide film and a p + polysilicon electrode formed on the PMOSFET region, the n + polysilicon electrode and the p + polysilicon electrode, respectively The stacked metal electrode and the gate hard mask, a nitride layer formed on the exposed sidewalls of the metal electrode, and an oxide layer formed on the exposed sidewalls of the n + polysilicon electrode and the p + polysilicon electrode, the present invention The nitride layer can prevent the metal electrode from being oxidized during the gate reoxidation process.
게이트재산화, 메탈전극, 질화층, 폴리실리콘전극 Gate reoxidation, metal electrode, nitride layer, polysilicon electrode
Description
도 1은 종래기술에 따른 PMOSFET의 C-V 커브(Capacitance-Voltage Curve)를 도시한 도면,1 is a view showing a C-V curve (Capacitance-Voltage Curve) of a PMOSFET according to the prior art,
도 2는 보론(Boron)이 도핑된 폴리실리콘 상부에 텅스텐실리사이드(WSix) 증착유무에 따른 보론의 프로파일을 도시한 도면,FIG. 2 is a view illustrating a profile of boron depending on whether or not tungsten silicide (WSix) is deposited on boron-doped polysilicon.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체장치의 구조를 도시한 구조 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체장치의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.4A to 4F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
31 : 반도체 기판 32 : 필드산화막31
33 : 게이트산화막 34a : p+ 폴리실리콘전극33:
34b : n+ 폴리실리콘전극 37 : 메탈전극34b: n + polysilicon electrode 37: metal electrode
38 : 게이트하드마스크 40 : 질화층38: gate hard mask 40: nitride layer
41 : 산화층 42 : 게이트버즈빅41: oxide layer 42: gate bird's beak
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 PDE(Poly silicon Depletion Effect)를 방지할 수 있는 반도체소자의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 트랜지스터의 채널길이도 동시에 매우 짧아지고 있다. 채널길이가 F아짐에 따라 일반적인 트랜지스터 구조에서는 트랜지스터의 문턱전압이 급격히 낮아지는 이른바 숏채널효과(Short Channel Effect; SCE)가 심해지는 문제점이 있다. 특히, n+ 폴리실리콘게이트를 갖는 PMOSFET에서는 배리드채널(Buried channel)이 형성되기 때문에 숏채널효과가 더욱 심하게 발생하게 된다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, the channel length of the transistors also becomes very short. As the channel length decreases, there is a problem in the general transistor structure that the so-called short channel effect (SCE), in which the threshold voltage of the transistor is sharply lowered, becomes worse. In particular, in a PMOSFET having an n + polysilicon gate, a short channel effect occurs more seriously because a buried channel is formed.
이를 극복하기 위해서 NMOSFET에서는 낮은 일함수(4.14eV)를 갖는 n+ 폴리실리콘을, PMOSFET에서는 높은 일함수(∼5.3eV)를 갖는 p+ 폴리실리콘으로 각각 형성한 듀얼 폴리실리콘 게이트(Dual polysilicon gate)가 연구중에 있다. 즉, 폴리실리콘의 일함수를 조절하여 NMOSFET/PMOSFET 모두 표면채널(Surface channel)을 구성하는 것이다.To overcome this problem, a dual polysilicon gate formed of n + polysilicon having a low work function (4.14eV) in NMOSFET and p + polysilicon having a high work function (˜5.3eV) in PMOSFET is studied. There is. In other words, by controlling the work function of polysilicon, both NMOSFETs and PMOSFETs form a surface channel.
폴리실리콘의 일함수를 조절하기 위해 폴리실리콘 내에 일정 도펀트를 이온 주입하게 되는데, n+ 폴리실리콘을 형성하기 위해서는 Ph 또는 As를 이온주입하고, p+ 폴리실리콘을 형성하기 위해서는 B 또는 BF2를 이온주입한다.In order to control the work function of polysilicon, a certain dopant is ion implanted into polysilicon. Ph or As is ion implanted to form n + polysilicon, and B or BF 2 is ion implanted to form p + polysilicon. .
그러나, 일반적인 듀얼 폴리실리콘 게이트는 여러가지 단점들이 있는데, 그중 한가지가 폴리실리콘에 도핑된 도펀트들이 후속 공정에서 외확산(Out-diffusion)되어 폴리실리콘공핍현상, 즉 PDE(Poly silicon Depletion Effect) 현상을 유발한다는 것이다.However, the general dual polysilicon gate has several disadvantages, one of which is that polysilicon doped dopants are out-diffused in a subsequent process, causing polysilicon depletion, or poly silicon depletion effect (PDE). Is that.
도 1은 종래기술에 따른 PMOSFET의 C-V 커브(Capacitance-Voltage Curve)를 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a C-V curve of a PMOSFET according to the prior art.
도펀트가 폴리실리콘으로부터 외확산되면 도 1과 같이 C-V 커브에서 축적(Accumulation) 대비 인버전(Inversion) 영역의 캐패시턴스값이 65% 수준으로 낮아지는 현상이 발생된다. 즉, 트랜지스터가 작동되는 인버전 영역에서의 동작속도가 급격히 감소되는 문제점이 발생되기 때문에 소자의 신뢰성이 열화되는 문제가 발생한다.When the dopant is externally diffused from polysilicon, the capacitance value of the inversion region compared to the accumulation in the C-V curve is reduced to 65% as shown in FIG. 1. That is, since the operation speed in the inversion region in which the transistor is operated decreases rapidly, the device reliability deteriorates.
상기와 같은 도펀트의 외확산을 일으키는 원인 중에서 가장 큰 것은 게이트재산화(Gate-reoxidation) 공정에서 폴리실리콘 상부에 증착된 전극물질이 산화되면서 산화막을 형성시키기 때문이다. 고온 산화 분위기에서 산화막이 형성될 때, 도펀트들이 전극물질/폴리실리콘의 계면 또는 전극물질의 그레인바운더리(Grain boundary)를 통하여 산화막에 쉽게 파일업(file-up)되기 때문이다.The biggest cause of external diffusion of the dopant is that the oxide material is formed while the electrode material deposited on the polysilicon is oxidized in a gate-reoxidation process. This is because when the oxide film is formed in a high temperature oxidizing atmosphere, dopants are easily piled up on the oxide film through the interface of the electrode material / polysilicon or the grain boundary of the electrode material.
도 2는 보론(Boron)이 도핑된 폴리실리콘 상부에 텅스텐실리사이드(WSix) 증 착유무에 따른 보론의 프로파일을 도시한 도면이다.FIG. 2 illustrates a profile of boron with or without tungsten silicide (WSix) deposition on boron-doped polysilicon.
WSix/ 폴리실리콘 구조에서 WSix 상부에 SiO2가 형성되면서 도펀트들이 WSix를 통하여 외확산됨으로써 폴리실리콘 내부에서의 보론 농도가 낮아지는 현상을 보여주고 있다. 도 2에서 폴리실리콘게이트만을 사용하는 경우('X')에 비해 WSix를 사용하는 경우('Y')가 보론 농도가 현저히 낮아지고 있다.In the WSix / polysilicon structure, as SiO 2 is formed on the WSix, dopants are externally diffused through the WSix, thereby lowering the boron concentration in the polysilicon. In the case of using WSix ('Y') as compared to the case of using only the polysilicon gate ('X') in Figure 2 is a significantly lower boron concentration.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 후속 게이트재산화 공정시에 게이트전극으로 사용되는 폴리실리콘에 도핑된 도펀트가 외확산하여 초래되는 PDE 현상을 방지할 수 있는 반도체장치 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, a semiconductor device capable of preventing the PDE phenomenon caused by the external diffusion of the dopant doped in the polysilicon used as the gate electrode in the subsequent gate regeneration process And a method for producing the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체장치는 반도체기판, 상기 반도체기판 상의 게이트산화막, 상기 게이트산화막 상의 도펀트가 주입된 실리콘전극, 상기 실리콘전극 상에 적층된 메탈전극과 게이트하드마스크, 상기 메탈전극의 노출된 측벽에 형성된 산화방지층, 및 상기 실리콘전극의 노출된 측벽에 형성된 산화층을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 산화방지층은 상기 메탈전극의 노출된 측벽을 질화시킨 것임을 특징으로 한다.The semiconductor device of the present invention for achieving the above object is a semiconductor substrate, a gate oxide film on the semiconductor substrate, a silicon electrode implanted with a dopant on the gate oxide film, a metal electrode and a gate hard mask stacked on the silicon electrode, the metal electrode And an oxide layer formed on the exposed sidewall of the silicon electrode, and an oxide layer formed on the exposed sidewall of the silicon electrode, wherein the antioxidant layer is formed by nitriding the exposed sidewall of the metal electrode.
또한, 본 발명의 반도체장치는 NMOSFET 영역과 PMOSFET 영역이 구분된 반도체기판, 상기 반도체기판 상의 게이트산화막, 상기 게이트산화막 상의 상기 NMOSFET 영역에 형성된 n+ 폴리실리콘전극과 상기 PMOSFET 영역에 형성된 p+ 폴리실리콘전극, 상기 n+ 폴리실리콘전극과 상기 p+ 폴리실리콘전극 상에 각각 적층된 메탈전극과 게이트하드마스크, 상기 메탈전극의 노출된 측벽에 형성된 질화층, 및 상기 상기 n+ 폴리실리콘전극과 상기 p+ 폴리실리콘전극의 노출된 측벽에 형성된 산화층을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate having an NMOSFET region and a PMOSFET region, a gate oxide film on the semiconductor substrate, an n + polysilicon electrode formed on the NMOSFET region on the gate oxide film and a p + polysilicon electrode formed on the PMOSFET region, A metal electrode and a gate hard mask stacked on the n + polysilicon electrode and the p + polysilicon electrode, a nitride layer formed on exposed sidewalls of the metal electrode, and the n + polysilicon electrode and the p + polysilicon electrode; It characterized in that it comprises an oxide layer formed on the side wall.
그리고, 본 발명의 반도체장치의 제조 방법은 NMOSFET 영역과 PMOSFET 영역이 구분된 반도체기판 상에 게이트절연막을 형성하는 단계, 상기 게이트절연막 상에 도펀트가 주입된 실리콘전극을 형성하는 단계, 상기 실리콘전극 상에 메탈전극을 형성하는 단계, 상기 메탈전극 상에 게이트하드마스크를 형성하는 단계, 상기 게이트하드마스크와 상기 메탈전극을 패터닝하는 1차 게이트패터닝 단계, 상기 1차 패터닝된 메탈전극의 노출된 측벽에 산화방지층을 형성하는 단계, 상기 1차 패터닝에 의해 패터닝된 게이트하드마스크를 식각배리어로 상기 실리콘전극을 패터닝하는 2차 게이트패터닝을 진행하여, 상기 NMOSFET 영역과 상기 PMOSFET 영역에 각각 게이트 구조를 형성하는 단계, 및 게이트재산화 공정을 진행하여 상기 실리콘전극의 노출된 측벽을 선택적으로 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention includes forming a gate insulating film on a semiconductor substrate having an NMOSFET region and a PMOSFET region, forming a silicon electrode implanted with a dopant on the gate insulating layer, and Forming a metal electrode on the metal electrode; forming a gate hard mask on the metal electrode; patterning the gate hard mask and the metal electrode; forming a gate electrode on the exposed sidewalls of the first patterned metal electrode; Forming an anti-oxidation layer and performing secondary gate patterning to pattern the silicon electrode using the gate hard mask patterned by the primary patterning as an etching barrier to form gate structures in the NMOSFET region and the PMOSFET region, respectively. And the gate reoxidation process to selectively expose the exposed sidewall of the silicon electrode. And oxidizing.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명 의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체장치의 구조를 도시한 구조 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 필드산화막(32)에 의해 NMOSFET 영역과 PMOSFET 영역이 구분된 반도체기판(31), 반도체기판(31) 상의 게이트산화막(33), 게이트산화막(33) 상의 NMOSFET 영역 상에 형성된 n+ 폴리실리콘전극(34b), 게이트산화막(33) 상의 PMOSFET 영역 상에 형성된 p+ 폴리실리콘전극(34a), n+ 폴리실리콘전극(34b)과 p+ 폴리실리콘전극(34a) 상에 각각 형성된 메탈전극(37), 메탈전극(37) 상의 게이트하드마스크(38), 메탈전극(37)의 노출된 측벽에 형성된 질화층(40), 및 n+ 폴리실리콘전극(34b)과 p+ 폴리실리콘전극(34a)의 노출된 측벽에 형성된 산화층(41)을 포함한다.As shown in FIG. 3, the
위와 같은 구조를 갖는 반도체장치에서, NMOSFET 영역에 형성된 n+ 폴리실리콘전극(34b), 메탈전극(37) 및 게이트하드마스크(38)의 순서로 적층된 구조는 제1게이트(100)를 구성하고, PMOSFET 영역에 형성된 p+ 폴리실리콘전극(34a), 메탈전극(37) 및 게이트하드마스크(38)의 순서로 적층된 구조는 제2게이트(200)를 형성한다. 그리고, 제1게이트(100)와 제2게이트(200)의 하단 모서리에 게이트버즈빅(Gate bird's beak, 42)이 형성된다. In the semiconductor device having the above structure, the stacked structure of the n + polysilicon electrode 34b, the
도 3에서, 메탈전극(37)의 노출된 측벽에 형성된 질화층(40)은 게이트버즈빅(42)과 산화층(41)을 형성하기 위한 게이트재산화공정시 메탈전극(37)이 산화되는 것을 방지하기 위한 것이다.In FIG. 3, the
이처럼, 메탈전극(37)의 노출된 측벽에 질화층(40)이 형성되어 있으므로, 게이트재산화공정시 n+ 폴리실리콘전극(34b)과 p+ 폴리실리콘전극(34a)에 주입되어 있는 도펀트의 외확산을 방지한다. 예컨대, n+ 폴리실리콘전극(34b)에는 인 또는 비소가 주입되어 있고, p+ 폴리실리콘전극(34a)에는 보론(B), 불화보론(BF) 또는 이불화보론(BF2) 중에서 선택되는 도펀트가 주입되어 있으며, 이러한 도펀트들은 질화층(40)에 의해 메탈전극(37)의 산화가 방지되므로 게이트재산화공정시 외확산이 억제된다.As such, since the
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체장치의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.4A through 4F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 4a에 도시된 바와 같이, 반도체기판(31)의 소정 영역에 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 통해 필드산화막(32)을 형성한다. 이러한 필드산화막(32)은 NMOSFET와 PMOSFET를 분리시킨다. 이하, 실리콘 기판(31)은 설명의 편의상 NMOSFET 영역과 PMOSFET 영역으로 구분된 것이라고 가정한다.As shown in FIG. 4A, the
이어서, 필드산화막(32)이 형성된 실리콘 기판(31)의 표면 상에 게이트산화 공정을 통해 게이트산화막(33)을 5Å∼100Å 두께로 형성한다. Subsequently, a
다음으로, 게이트산화막(33) 상에 폴리실리콘층(34)을 증착한 후, 폴리실리콘층(34) 상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 PMOSFET 영역은 오픈시키고 NMOSFET 영역은 덮는 제1마스크패턴(35)을 형성한다.Next, after depositing the
다음으로, 제1마스크패턴(35)을 이온주입배리어로 이용하여 3족 원소의 도펀트(또는 p형 도펀트)를 이온주입한다. 이때, 3족 원소의 도펀트는 보론(B), 불화보론(BF) 또는 이불화보론(BF2) 중에서 선택되며, 이온주입시 에너지는 2keV∼30keV, 도즈량은 1E15∼1E16/cm2이다.Next, the dopant (or p-type dopant) of the
상기한 3족 원소의 도펀트의 이온주입은 PMOSFET 영역의 폴리실리콘층(34)에 진행하는 것으로, PMOSFET 영역의 폴리실리콘층(34)은 3족 원소의 도펀트(p형 도펀트)가 도핑된 p+ 폴리실리콘전극(34a)으로 바뀐다. 따라서, 제1마스크패턴(35)에 의해 덮혀 있던 NMOSFET 영역의 폴리실리콘층(34)은 여전히 어떠한 도펀트도 주입되어 있지 않은 상태로 남는다.The ion implantation of the dopant of the
도 4b에 도시된 바와 같이, 제1마스크패턴(35)을 제거한 후, 전면에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 PMOSFET 영역은 덮고 나머지 NMOSFET 영역을 오픈시키는 제2마스크패턴(36)을 형성한다.As shown in FIG. 4B, after the
다음으로, 제2마스크패턴(36)에 의해 오픈된 NMOSFET 영역의 폴리실리콘층(34)에 5족 원소의 도펀트(또는 n형 도펀트)를 이온주입한다. 이때, 5족 원소의 도펀트는 인(Ph) 또는 비소(As) 중에서 선택되며, 이온주입시 에너지는 3keV∼50keV, 도즈량은 1E15∼1E16/cm2이다.Next, a dopant (or n-type dopant) of a Group 5 element is implanted into the
상기한 5족 원소의 도펀트의 이온주입은 PMOSFET 영역을 제외한 NMOSFET 영역 상부의 폴리실리콘층(34)에 진행하는 것으로, NMOSFET 영역의 폴리실리콘층(34) 은 5족 원소의 도펀트(n형 도펀트)가 이온주입된 n+ 폴리실리콘전극(34b)으로 바뀐다.The ion implantation of the dopant of the Group 5 element proceeds to the
위와 같이 p+ 폴리실리콘전극(34a) 및 n+ 폴리실리콘전극(34b)을 형성하기 위한 도펀트 이온주입후에는 도펀트의 균일한 분포를 위해 열공정을 진행할 수 있다.As described above, after dopant ion implantation for forming the p +
도 4c에 도시된 바와 같이, 제2감광막패턴(36)을 제거한 후, 전면에 메탈전극(37)과 게이트하드마스크(38)를 차례로 형성한다. 이때, 메탈전극(37)은 게이트의 저항을 낮추기 위한 것으로 텅스텐과 같은 메탈 또는 텅스텐실리사이드와 같은 금속실리사이드로 형성하고, 게이트하드마스크(38)는 실리콘질화막으로 형성한다.As shown in FIG. 4C, after the second
다음으로, 게이트하드마스크(38) 상부에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 제3감광막패턴(39)을 형성한다. 이때, 제3감광막패턴(39)은 게이트패터닝을 위한 게이트마스크 역할을 한다.Next, a photoresist film is coated on the gate
이어서, 제3감광막패턴(39)를 식각배리어로 하여 게이트하드마스크(38)와 메탈전극(37)을 식각하는 1차 게이트패터닝을 진행한다.Subsequently, primary gate patterning is performed to etch the gate
도 4d에 도시된 바와 같이, 제3감광막패턴(39)을 제거한 후에, 질화공정을 진행한다.As shown in FIG. 4D, after removing the
이때, 질화 공정은 저온의 질화처리가 가능한 플라즈마질화(Plasma nitridation) 공정 또는 고온 질화처리가 가능한 열질화(Thermal nitridation) 공정을 적용한다.In this case, the nitriding process applies a plasma nitridation process capable of low temperature nitriding or a thermal nitridation process capable of high temperature nitriding.
먼저, 플라즈마질화 공정은 마이크로웨이브 또는 고주파의 플라즈마를 이용하고, 소스가스로는 N2, NH3, N2O 또는 NO 중에서 선택되며, 이들 소스가스들의 혼합기체를 주입하거나 플라즈마 효능을 증가시키기 위해 Ar, Kr 또는 Xe 중에서 선택되는 래어가스(rare gas)를 첨가할 수도 있다. 그리고, 플라즈마를 형성시키기 위한 파워는 100W∼5kW, 공정 압력은 1torr∼100torr로 한다.First, the plasma nitridation process uses microwave or high frequency plasma, and is selected from among N 2 , NH 3 , N 2 O or NO as a source gas, and in order to inject a mixture of these source gases or increase plasma efficiency, Rare gas selected from, Kr or Xe may be added. The power for forming the plasma is 100 W to 5 kW, and the process pressure is 1 tor to 100 tor.
다음으로, 열질화 공정은 퍼니스에서 질화공정을 진행하는 것으로서, 600℃∼1300℃의 고온에서 N2, NH3, N2O 또는 NO 중에서 선택된 가스를 분위기가스로 이용하여 진행한다.Next, the thermal nitriding process is a nitriding process in a furnace, and proceeds using a gas selected from N 2 , NH 3 , N 2 O or NO as an atmosphere gas at a high temperature of 600 ° C. to 1300 ° C.
상기한 바와 같은 질화 공정은 절연물질인 게이트하드마스크(38)는 질화시키지 못하고 선택적으로 메탈전극(37)의 드러난 측벽부분만을 질화시키는데, 이러한 질화 공정에 의해 메탈전극(37)의 드러난 측벽부분이 질화되어 메탈전극(37)의 드러난 측벽에 질화층(40)이 형성된다.The nitriding process as described above does not nitride the gate
예컨대, 메탈전극(37)이 텅스텐인 경우에는 질화층(40)은 텅스텐질화막이 될 것이고, 메탈전극(37)이 텅스텐실리사이드인 경우에는 질화층(40)은 WSiN이 될 것이다.For example, if the
도 4e에 도시된 바와 같이, 게이트하드마스크(38)를 식각배리어로 하여 메탈전극(37) 아래의 n+ 폴리실리콘전극(34b)과 p+ 폴리실리콘전극(34a)을 식각하는 2차 게이트패터닝을 진행하므로써 NMOSFET 영역과 PMOSFET 영역 상부에 각각 제1,2게이트(100, 200)를 완성한다. 즉, NMOSFET 영역에는 제1게이트(100)를 형성하고, PMOSFET 영역에는 제2게이트(200)를 형성한다.As shown in FIG. 4E, secondary gate patterning is performed to etch the n +
위와 같은 제1게이트(100)와 제2게이트(100, 200)의 구조를 자세히 살펴보면, NMOSFET 영역에 형성된 제1게이트(100)는 n+ 폴리실리콘전극(34b), 메탈전극(37) 및 게이트하드마스크(38)의 순서로 적층된 구조를 갖고, PMOSFET 영역에 형성된 제2게이트(200)는 p+ 폴리실리콘전극(34a), 메탈전극(37) 및 게이트하드마스크(38)의 순서로 적층된 구조를 갖는다.Looking at the structure of the
그리고, 제1게이트(100)와 제2게이트(200) 모두 메탈전극(37)의 양측면에 질화층(40)이 형성되어 있다.The
도 4f에 도시된 바와 같이, 게이트재산화(Gate re-oxidation) 공정을 진행한다. 여기서, 게이트재산화 공정은 n+/p+ 폴리실리콘전극(34b/34a)만을 선택적으로 산화시키기 위한 것으로, 이러한 게이트재산화 공정에 의해 n+/p+ 폴리실리콘전극(34b/34a)의 노출된 측면이 산화되어 산화층(41)이 형성되고, 아울러 제1게이트(100)와 제2게이트(200) 하단 모서리에 게이트버즈빅(Gate bird's beak, 42)이 형성된다. 게이트버즈빅(42)은 제1,2게이트(100, 200)의 하단 모서리에서 전계가 집중되는 것을 방지하는 역할을 한다.As shown in FIG. 4F, a gate re-oxidation process is performed. Here, the gate reoxidation process is for selectively oxidizing only the n + / p +
위와 같은 게이트재산화 공정시에 메탈전극(37)은 측벽에 질화층(40)이 미리 형성되어 있으므로, 이 질화층(40)에 의해 메탈전극(37)은 산화되지 않는다.Since the
이어서, 도시되지 않았지만, 후속 공정으로 제1게이트(100)와 제2게이트(200)의 양측벽에 접하는 게이트스페이서를 형성하고, 도펀트의 이온주입을 통해 소스/드레인영역을 형성하여 NMOSFET와 PMOSFET를 완성한다.Subsequently, although not shown, a gate spacer in contact with both side walls of the
상술한 실시예에 따르면, n+/p+ 폴리실리콘전극(34b/34a)의 패터닝전에 메탈전극(37)의 측면에 질화층(40)을 형성하는 질화공정을 미리 진행하므로써 게이트재산화 공정시 게이트버즈빅(42) 형성 및 n+/p+ 폴리실리콘전극(34b/34a) 측면의 산화층(42) 형성을 종래와 같이 진행하면서도 메탈전극(37)의 측벽에 산화층이 형성되는 것을 방지할 수 있다.According to the above-described embodiment, the gate buzz during the gate reoxidation process is performed by performing the nitriding process of forming the
결국, 질화공정을 통해 메탈전극(37) 표면에 질화층(40)을 형성하므로써 게이트재산화 공정시 메탈전극(37)이 산화되면서 n+/p+ 폴리실리콘전극(34b/34a)에 주입된 도펀트들이 외확산됨으로써 발생하는 n+/p+ 폴리실리콘전극(34b/34a) 내부의 도펀트 농도 감소를 억제할 수 있다.As a result, by forming the
상기한 실시예에서, n+/p+ 폴리실리콘전극(34b/34a)으로 도펀트가 주입되지 않은 폴리실리콘층을 형성한 후 후속공정으로 도펀트를 주입하였으나, 실리콘전극은 도펀트가 주입되지 않은 비정질실리콘을 형성한 후 도펀트를 주입하거나, 도펀트가 인시튜로 도핑된 폴리실리콘층 또는 도펀트가 인시튜로 도핑된 비정질실리콘층도 적용 가능하다. 여기서, 인시튜로 도핑된 폴리실리콘층 또는 비정질실리콘층은 후속 도펀트의 주입이 필요없고, 필요에 따라 추가로 도펀트를 주입할 수 있다.In the above-described embodiment, the polysilicon layer having no dopant implanted into the n + / p +
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은 실리콘전극을 패터닝하기 전에 메탈전극의 노출된 측벽에 질화공정을 통해 질화층을 형성하므로써 후속 게이트재산화공정시 실리콘전극에 주입되어 있는 도펀트의 외확산을 방지하여 반도체장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the nitride layer is formed on the exposed sidewall of the metal electrode through the nitriding process before patterning the silicon electrode, thereby preventing the external diffusion of dopants injected into the silicon electrode during the subsequent gate reoxidation process, thereby improving reliability of the semiconductor device. There is an effect that can be improved.
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