KR100734260B1 - Method for fabricating MOS transistor using double spacer - Google Patents
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Abstract
본 발명의 모스 트랜지스터의 제조 방법에 의하면, 반도체 기판 위에 제1 산화막, 제1 절연막, 제2 산화막 및 제2 절연막을 순차적으로 형성한다. 제2 절연막, 제2 산화막, 제1 절연막 및 제1 산화막의 일부를 순차적으로 제거하여 반도체 기판의 일부 표면을 노출시키는 개구부를 형성한다. 개구부 내의 제1 산화막, 제1 절연막 및 제2 산화막의 측면을 덮는 제1 스페이서를 형성한다. 개구부 내의 상기 제1 스페이서, 제2 산화막 및 제2 절연막의 측면을 덮는 제2 스페이서를 형성한다. 제2 스페이서에 의해 둘러싸인 개구부 내에 게이트 절연막 및 게이트 도전막 패턴을 형성한다. 제2 절연막, 제2 산화막 및 제1 스페이서를 제거하여 제1 스페이서에 의해 덮여있던 반도체 기판의 일부 표면을 노출시킨다. 노출된 반도체 기판의 일부 표면 위에 비스듬한 각도로 할로 이온 주입 공정을 수행한다. 제1 절연막 및 제1 산화막을 순차적으로 제거한다. 제2 스페이서 및 게이트 도전막 패턴을 이온 주입 마스크로 저농도 불순물 이온을 일정 각도로 반도체 기판에 주입한다. 제2 스페이서 및 게이트 도전막 패턴을 이온 주입 마스크로 고농도 불순물 이온을 수직하게 반도체 기판에 주입한다. 그리고 주입된 불순물 이온들을 확산하여 할로 영역, 저농도 소스/드레인 영역 및 고농도 소스/드레인 영역을 형성한다.According to the manufacturing method of the MOS transistor of this invention, a 1st oxide film, a 1st insulating film, a 2nd oxide film, and a 2nd insulating film are formed in order on a semiconductor substrate. A portion of the second insulating film, the second oxide film, the first insulating film, and the first oxide film is sequentially removed to form an opening that exposes a portion of the surface of the semiconductor substrate. A first spacer covering side surfaces of the first oxide film, the first insulating film, and the second oxide film in the opening is formed. A second spacer covering side surfaces of the first spacer, the second oxide film, and the second insulating film in the opening is formed. A gate insulating film and a gate conductive film pattern are formed in the opening surrounded by the second spacer. The second insulating film, the second oxide film, and the first spacer are removed to expose a portion of the surface of the semiconductor substrate covered by the first spacer. A halo ion implantation process is performed at an oblique angle over some surfaces of the exposed semiconductor substrate. The first insulating film and the first oxide film are sequentially removed. Low concentration impurity ions are implanted into the semiconductor substrate at a predetermined angle using the second spacer and the gate conductive layer pattern as an ion implantation mask. High concentration impurity ions are vertically implanted into the semiconductor substrate using the second spacer and the gate conductive film pattern as an ion implantation mask. The implanted impurity ions are diffused to form a halo region, a low concentration source / drain region, and a high concentration source / drain region.
Description
도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 모스 트랜지스터 제조 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.1 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a MOS transistor according to the present invention.
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이중 스페이서를 이용한 모스 트랜지스터 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a MOS transistor using a double spacer.
최근 반도체 소자의 집적도를 증가시키는 추세에 따라서, 모스(MOS; Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터의 채널 길이도 점점 짧아지고 있다. 그러나 채널 길이가 짧아짐에 따라 성능상의 문제점들과 공정상의 문제점들이 대두되고 있는 실정이다.In recent years, as the integration of semiconductor devices increases, the channel length of metal oxide semiconductor (MOS) transistors is also getting shorter. However, as the channel length is shortened, performance problems and process problems are on the rise.
이중 공정상의 문제점들은 대부분 포토리소그라피 공정과 밀접한 관계를 갖는다. 즉 일 예로서, 게이트 도전막을 미세 패턴으로 형성하기 위한 포토리소그라피 공정을 수행하는 경우, 패턴이 미세할수록 각종 미스얼라인이 발생할 가능성이 크며, 또한 웨이퍼 내의 불규칙한 CD(Critical Dimension) 컨트롤로 인하여 각 위 치별로 그 특성이 상이한 소자가 만들어져서 공정상의 균일성이 저하된다.The dual process problems are mostly related to the photolithography process. That is, as an example, in the case of performing a photolithography process for forming a gate conductive layer in a fine pattern, the finer the pattern is, the more likely it is to cause various misalignments, and because of irregular CD (Critical Dimension) control in the wafer, Devices having different characteristics for each tooth are made, thereby decreasing process uniformity.
한편 성능상의 문제점들 중, 그 일 예로서 게이트 도전막의 가장자리 아래 형성되는 게이트 절연막의 두께가 작아지며, 이에 따라 게이트 절연막의 커패시턴스 성분이 증가되어 트랜지스터의 동작 속도가 느려지는 문제가 발생한다. 이를 수식을 이용하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 아래의 수학식 1은 게이트 절연막의 커패시턴스 성분을 나타낸 수식이다.On the other hand, among the problems in performance, the thickness of the gate insulating film formed below the edge of the gate conductive film is reduced as an example, thereby increasing the capacitance component of the gate insulating film, causing a problem that the operation speed of the transistor is slowed. This will be described in more detail using a formula as follows. Equation 1 below is a formula showing the capacitance component of the gate insulating film.
여기서 C는 게이트 절연막의 커패시턴스이고, ε0 및 εox 는 유전 상수이며, A는 단면적이고, 그리고 Tox는 두께이다.Where C is the capacitance of the gate insulating film, ε 0 and ε ox are the dielectric constants, A is the cross section, and T ox is the thickness.
상기 수학식 1에서 알 수 있듯이, 게이트 절연막의 두께(Tox)가 작아질수록 커패시턴스(C)는 커진다. 이 커패시턴스는 시상수(time constant)와 반비례 관계이므로 커패시턴스가 커질수록 소자의 동작 속도가 저하된다.As can be seen from Equation 1, as the thickness T ox of the gate insulating film decreases, the capacitance C increases. Since this capacitance is inversely related to the time constant, the larger the capacitance, the slower the operation of the device.
따라서 종래에는 상기와 같이 게이트 도전막 가장자리에서의 게이트 절연막의 두께 감소를 억제하기 위하여, 폴리실리콘막으로 이루어진 게이트 도전막을 형성한 후에 다시 폴리실리콘막에 대한 산화 공정을 수행하고, 이어서 열처리 공정을 수행하는 방법을 사용하였다. 그러나 폴리실리콘막에 대한 산화 공정에 의해 오히려 두꺼운 산화막으로 인하여 후속 이온 주입 공정에서 불순물 확산이 충분히 이루 어지지 않아서 포화 전류(Idsat)가 감소될 수 있다. 불순물 확산이 충분히 이루어지도록 하기 위하여 열처리 공정을 보다 강화하여 수행할 수 있지만, 이는 얕은 접합 형성을 어렵게 만든다는 문제가 있다.Therefore, in order to suppress the reduction of the thickness of the gate insulating film at the edge of the gate conductive film as described above, after forming the gate conductive film made of the polysilicon film, the oxidation process of the polysilicon film is performed again, followed by the heat treatment process. Method was used. However, due to the oxidation process for the polysilicon film, the saturation current I dsat may be reduced because the impurity diffusion is not sufficiently achieved in the subsequent ion implantation process due to the rather thick oxide film. The heat treatment process may be performed to intensify impurity diffusion, but this makes it difficult to form a shallow junction.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 채널 길이를 감소시키면서 종래에 발생되었던 성능상과 공정상의 문제점들을 억제시킬 수 있도록 이중 스페이서를 이용하여 모스 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method of manufacturing a MOS transistor using a double spacer to reduce a channel length and to suppress performance and process problems in the related art.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 모스 트랜지스터의 제조 방법은, 반도체 기판 위에 제1 산화막, 제1 절연막, 제2 산화막 및 제2 절연막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제2 절연막, 제2 산화막, 제1 절연막 및 제1 산화막의 일부를 순차적으로 제거하여 상기 반도체 기판의 일부 표면을 노출시키는 개구부를 형성하는 단계; 상기 개구부 내의 상기 제1 산화막, 제1 절연막 및 제2 산화막의 측면을 덮는 제1 스페이서를 형성하는 단계; 상기 개구부 내의 상기 제1 스페이서, 제2 산화막 및 제2 절연막의 측면을 덮는 제2 스페이서를 형성하는 단계; 상기 제2 스페이서에 의해 둘러싸인 개구부 내에 게이트 절연막 및 게이트 도전막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2 절연막, 제2 산화막 및 상기 제1 스페이서를 제거하여 상기 제1 스페이서에 의해 덮여있던 반도체 기판의 일부 표면을 노출시키는 단계; 상기 노출된 반도체 기판의 일부 표면 위에 비스듬한 각도로 할로 이온 주입 공정을 수행하는 단계; 상기 제1 절연막 및 제1 산화막을 순차적으로 제거하는 단계; 상기 제2 스페이서 및 게이트 도전막 패턴을 이온 주입 마스크로 저농도 불순물 이온을 일정 각도로 상기 반도체 기판에 주입하는 단계; 상기 제2 스페이서 및 게이트 도전막 패턴을 이온 주입 마스크로 고농도 불순물 이온을 수직하게 상기 반도체 기판에 주입하는 단계; 및 상기 주입된 불순물 이온들을 확산하여 할로 영역, 저농도 소스/드레인 영역 및 고농도 소스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a MOS transistor according to the present invention comprises the steps of sequentially forming a first oxide film, a first insulating film, a second oxide film and a second insulating film on a semiconductor substrate; Sequentially removing portions of the second insulating film, the second oxide film, the first insulating film, and the first oxide film to form an opening exposing a part surface of the semiconductor substrate; Forming a first spacer covering side surfaces of the first oxide film, the first insulating film, and the second oxide film in the opening; Forming a second spacer covering side surfaces of the first spacer, the second oxide film, and the second insulating film in the opening; Forming a gate insulating film and a gate conductive film pattern in an opening surrounded by the second spacer; Removing the second insulating film, the second oxide film, and the first spacer to expose a portion of the surface of the semiconductor substrate covered by the first spacer; Performing a halo ion implantation process at an oblique angle on a portion of the exposed surface of the semiconductor substrate; Sequentially removing the first insulating film and the first oxide film; Implanting low concentration impurity ions into the semiconductor substrate at a predetermined angle using the second spacer and the gate conductive layer pattern as an ion implantation mask; Implanting high concentration impurity ions vertically into the semiconductor substrate using the second spacer and the gate conductive layer pattern as an ion implantation mask; And diffusing the implanted impurity ions to form a halo region, a low concentration source / drain region, and a high concentration source / drain region.
상기 게이트 도전막 패턴 위의 제1 실리사이드막 및 상기 저농도 소스/드레인 영역과 고농도 소스/드레인 영역 위의 제2 실리사이드막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The method may further include forming a first silicide layer on the gate conductive layer pattern and a second silicide layer on the low concentration source / drain region and the high concentration source / drain region.
상기 제1 절연막, 제2 절연막 및 제2 스페이서는 나이트라이드막을 사용하여 형성할 수 있다.The first insulating film, the second insulating film, and the second spacer may be formed using a nitride film.
상기 제1 스페이서는 산화막을 사용하여 형성할 수 있다.The first spacer may be formed using an oxide film.
상기 제1 스페이서를 형성하는 단계는, 상기 개구부 내의 상기 제1 산화막, 제1 절연막, 제2 산화막, 제2 절연막 및 노출된 반도체 기판을 덮는 제3 산화막을 형성하는 단계, 및 상기 제2 절연막의 상부 표면이 노출될 때까지 상기 제3 산화막을 이방성 식각하여 상기 제1 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The forming of the first spacer may include forming a third oxide film covering the first oxide film, the first insulating film, the second oxide film, the second insulating film, and the exposed semiconductor substrate in the opening, and the second insulating film. Anisotropically etching the third oxide film until the upper surface is exposed to form the first spacer.
상기 제2 스페이서를 형성하는 단계는, 상기 제1 스페이서, 제2 산화막, 제2 절연막 및 노출된 반도체 기판을 덮는 제3 절연막을 형성하는 단계, 및 상기 제2 절연막의 상부 표면이 노출될 때까지 상기 제3 절연막을 이방성 식각하여 제2 스페 이서를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The forming of the second spacer may include forming a third insulating film covering the first spacer, the second oxide film, the second insulating film, and the exposed semiconductor substrate, and until the upper surface of the second insulating film is exposed. Anisotropically etching the third insulating film to form a second spacer.
상기 저농도 불순물 이온을 주입하는 주입 각도는 상기 게이트 도전막 패턴과 상기 저농도 소스/드레인 영역의 중첩 면적이 최소화될 수 있는 각도인 것이 바람직하다.The implantation angle at which the low concentration impurity ions are implanted is preferably an angle at which an overlapping area between the gate conductive layer pattern and the low concentration source / drain region can be minimized.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.
도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 모스 트랜지스터 제조 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.1 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a MOS transistor according to the present invention.
먼저 도 1을 참조하면, 반도체 기판(100) 위에 패드 산화막으로서의 제1 산화막(101), 제1 절연막(102), 제2 산화막(103) 및 제2 절연막(104)을 순차적으로 형성한다. 제1 산화막(101)은 대략 100-300Å의 두께를 갖도록 형성하며, 제1 절연막(102)은 대략 100-300Å의 두께를 갖도록 형성하며, 제2 산화막(103)은 대략 500Å의 두께를 갖도록 형성하며, 그리고 제2 절연막(104)은 대략 1500Å의 두께를 갖도록 형성한다. 제1 절연막(102)및 제2 절연막(104)은 나이트라이드막으로 형성한다. 다음에 제2 절연막(104) 위에 포토레지스트막 패턴(105)을 형성한다. 상기 포토레지스트막 패턴(105)은 제2 절연막(104)의 일부 표면을 노출시키는 개구부(106)를 갖는다.First, referring to FIG. 1, a
다음에 도 2를 참조하면, 상기 포토레지스트막 패턴(도 1의 105)을 식각 마 스크로 한 식각 공정을 수행하여 제2 절연막(104), 제2 산화막(103), 제1 절연막(102) 및 제1 산화막(101)의 노출 부분을 순차적으로 제거한다. 이 식각 공정이 종료되면, 반도체 기판(100)의 일부 표면이 노출되며, 이후 상기 포토레지스트막 패턴(105)을 제거한다. 다음에 전면에 제3 산화막(108)을 형성한다. 상기 제3 산화막(108)은 대략 500Å의 두께로 형성하며, 제3 산화막(108)을 형성한 후 개구부(도 1의 106)는 그 폭이 더 작아진 개구부(107)가 된다.Next, referring to FIG. 2, an etching process using the
다음에 도 3을 참조하면, 제3 산화막(도 2의 108)에 대한 이방성 식각을 수행하여 제1 산화막(101), 제1 절연막(102) 및 제2 산화막(103)의 측면에 제1 스페이서(109)를 형성한다. 상기 제1 스페이서(109)를 형성하기 위하여 상기 이방성 식각은 반도체 기판(100)의 일부 표면과 제2 절연막(104)의 상부 표면이 완전히 노출될 때까지 수행된다. 제1 스페이서(109)의 높이는 대략 1000Å 이하가 되며, 두께는 대략 500Å 이하가 된다. 상기 제1 스페이서(109)를 형성한 후에는 전면에 제3 절연막(110)을 대략 500-1000Å의 두께로 형성한다. 이 제3 절연막(110)은 나이트라이드막을 사용하여 형성한다.Next, referring to FIG. 3, anisotropic etching of the
다음에 도 4를 참조하면, 상기 제3 절연막(110)에 대한 이방성 식각을 수행하여 제2 스페이서(111)를 형성한다. 상기 제2 스페이서(111)를 형성하기 위하여 상기 이방성 식각은 반도체 기판(100)의 일부 표면 및 제2 절연막(104)의 상부 표면이 완전히 노출될 때까지 수행되며, 식각이 종료된 후에 상기 제2 스페이서(111)는 제1 스페이서(109), 제2 산화막(103) 및 제2 절연막(104) 측면을 덮는다. 이때 제2 스페이서(111)의 두께는 대략 200Å이 된다.
Next, referring to FIG. 4, anisotropic etching is performed on the third
다음에 도 5를 참조하면, 반도체 기판(100)의 노출 표면 위에 게이트 절연막(112)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(112)은 산화막을 사용하여 형성한다. 다음에 제2 스페이서(111)에 의해 둘러싸인 내부를 예컨대 폴리실리콘막과 같은 게이트 도전막으로 채워서 게이트 도전막 패턴(113)을 형성한다. 상기 게이트 도전막 패턴(113)을 형성하기 위하여, 다마신(damascene) 공정을 이용한다. 즉 게이트 절연막(112)을 노출시키는 개구부를 갖는 결과물 전면에 게이트 도전막을 형성한다. 그리고 평탄화 공정을 사용하여 제2 절연막(104)이 노출될 때까지 게이트 도전막의 일부를 제거한다. 그러면 상기 게이트 도전막 패턴(113)이 형성된다.Next, referring to FIG. 5, a
다음에 도 6을 참조하면, 제2 절연막(도 5의 104)을 선택적으로 제거하고, 이어서 제2 산화막(도 5의 103)도 선택적으로 제거한다. 상기 제2 산화막(103)이 제거될 때 동일한 물질로 이루어진 상기 제1 스페이서(109)도 함께 제거된다. 즉 제1 산화막(101)과 제2 스페이서(111)의 하단부 사이의 반도체 기판(100) 표면을 노출시키는 협곡(notch)이 만들어진다. 다음에 제1 절연막(102)을 이온 주입 마스크로 하여 할로(halo) 이온 주입 공정(도면에서 화살표로 표시)을 수행한다. n 채널 모스 트랜지스터의 경우, n형 불순물 이온을 주입하고, p 채널 모스 트랜지스터의 경우, p형 불순물 이온을 주입한다.Next, referring to FIG. 6, the second insulating film 104 (in FIG. 5) is selectively removed, and then the second oxide film (103 in FIG. 5) is also selectively removed. When the
다음에 도 7을 참조하면, 제1 절연막(도 6의 102) 및 제1 산화막(101)을 순차적으로 제거한다. 이때 제1 절연막(102) 제거시 동일 물질로 이루어진 제2 스페이서(111)도 일정 두께만큼 제거된다. 그리고 LDD(Lightly Doped Drain)을 형성하기 위하여 약간의 각도를 준 상태로 저농도의 불순물 이온을 주입한다. n 채널 모 스 트랜지스터의 경우, n형 불순물 이온을 주입하고, p 채널 모스 트랜지스터의 경우, p형 불순물 이온을 주입한다. 이어서 수직으로 고농도의 불순물 이온을 주입한다. 이 경우 마찬가지로 n 채널 모스 트랜지스터의 경우, n형 불순물 이온을 주입하고, p 채널 모스 트랜지스터의 경우, p형 불순물 이온을 주입한다. 상기 불순물 이온 주입 공정들을 수행한 후에는 확산 공정을 수행하여 할로 영역(114), 저농도 소스/드레인 영역(115) 및 고농도 소스/드레인 영역(116)을 형성한다. 이 경우 상기 저농도 불순물 이온의 주입 각도는 저농도 소스/드레인 영역(115)과 게이트 절연막(112)이 중첩되는 면적이 최소화되도록 조절할 수 있으며, 이에 따라 게이트 도전막 패턴(113)과 소스/드레인 영역(115, 116)이 중첩되는 커패시턴스를 최소화시킬 수 있다. 다음에 통상의 금속 실리사이드 공정을 수행하여 게이트 도전막 패턴(113) 위에 제1 실리사이드막(117)을 형성하고, 동시에 저농도 소스/드레인 영역(115) 및 고농도 소스/드레인 영역(116) 위에 제2 실리사이드막(118)을 형성한다. 이 경우 상기 제2 스페이서(111)의 하부가 함몰된 형태이므로 고농도 소스/드레인 영역(116) 위뿐만 아니라 저농도 소스/드레인 영역(115) 위에도 제2 실리사이드막(117)을 형성시킬 수 있으며, 이에 따라 소스와 드레인 사이의 저항(Rsd)을 감소시킬 수 있다. 다음에 통상의 금속 배선 공정을 수행한다.Next, referring to FIG. 7, the first
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 이중 스페이서를 이용한 모스 트랜지스터의 제조 방법에 의하면 다음과 같은 이점들이 있다.As described above, according to the method of manufacturing the MOS transistor using the double spacer according to the present invention has the following advantages.
첫째로, 다마신 공정을 이용하여 게이트 도전막 패턴을 형성하므로 미세 패 턴 형성이 용이하다.First, since the gate conductive layer pattern is formed using the damascene process, it is easy to form a fine pattern.
둘째로, 저농도 불순물 이온의 주입 각도를 조절하여 저농도 소스/드레인 영역과 게이트 절연막이 중첩되는 면적을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 게이트 도전막 패턴과 소스/드레인 영역이 중첩되는 커패시턴스를 최소화시킬 수 있다.Second, the area where the low concentration source / drain region overlaps with the gate insulating layer may be minimized by adjusting the implantation angle of low concentration impurity ions, thereby minimizing the capacitance where the gate conductive layer pattern and the source / drain region overlap. .
그리고 셋째로, 제2 스페이서의 하부가 함몰된 형태이므로 고농도 소스/드레인 영역 위뿐만 아니라 저농도 소스/드레인 영역 위에도 실리사이드막을 형성시킬 수 있으며, 이에 따라 소스와 드레인 사이의 저항을 감소시킬 수 있다.Third, since the lower portion of the second spacer is recessed, the silicide layer may be formed not only on the high concentration source / drain region but also on the low concentration source / drain region, thereby reducing the resistance between the source and the drain.
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KR0154306B1 (en) * | 1995-10-31 | 1998-12-01 | 김광호 | Method of fabricating mosfet |
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-
2001
- 2001-08-14 KR KR1020010049037A patent/KR100734260B1/en not_active IP Right Cessation
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