KR100760344B1 - Method for manufacturing semiconductor devices - Google Patents

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KR100760344B1 KR1020060027036A KR20060027036A KR100760344B1 KR 100760344 B1 KR100760344 B1 KR 100760344B1 KR 1020060027036 A KR1020060027036 A KR 1020060027036A KR 20060027036 A KR20060027036 A KR 20060027036A KR 100760344 B1 KR100760344 B1 KR 100760344B1
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이재성
김계령
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한국원자력연구원
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Abstract

A method for manufacturing a semiconductor device is provided to improve characteristics of a gate oxide layer of a MOS device and to enhance operation characteristics of the MOS device by preventing the degradation of the gate oxide layer using an ion implantation capable of distributing minimally hydrogen or heavy hydrogen ions in the gate oxide layer and distributing maximally the hydrogen or heavy hydrogen ions at an interface between the gate oxide layer and a silicon substrate. A gate oxide layer(11) is formed on a silicon substrate(10). A gate electrode is formed on the gate oxide layer. Source/drain regions spaced apart from each other are formed in the substrate. A metal line electrode is formed at the resultant structure to connect electrically the gate electrode and the source/drain regions with each other. An ion implantation is performed on the resultant structure to prevent the degradation of the gate oxide layer. At this time, the distribution of ions is maximal at an interface between the gate oxide layer and the substrate and minimal in the gate oxide layer. Hydrogen ions or heavy hydrogen ions are used for the ion implantation. The ion implantation is performed at the energy of 30 to 100 KeV and in the ion irradiation amount range of 1E12 to 1E14/cm^2.

Description

반도체 소자의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES}Method of manufacturing a semiconductor device {METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES}

도 1은 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 방법이 적용된 일반적인 모스(metal oxide semiconductor: MOS) 필드 이펙트 트랜지스터(field-effect transistor: FET)의 요부를 나타낸 단면 구조도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a cross-sectional structural view showing the main parts of a general metal oxide semiconductor (MOS) field-effect transistor (FET) to which a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is applied.

도 2는 도 1의 게이트 산화막 내에서 발생한 결함을 나타낸 예시도.FIG. 2 is an exemplary view showing a defect occurring in the gate oxide film of FIG. 1. FIG.

도 3은 도 1의 실리콘 기판과 게이트 산화막의 계면에서 발생한 결함을 나타낸 예시도.3 is an exemplary view illustrating a defect generated at an interface between a silicon substrate and a gate oxide film of FIG. 1.

도 4는 종래의 수소 또는 중수소 열처리에 의해 주입된 이온의 농도 분포를 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the concentration distribution of ions implanted by conventional hydrogen or deuterium heat treatment.

도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.5A to 5H are flowcharts showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.6A to 6I are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명에 의해 실리콘 기판과 게이트 산화막의 계면에서의 수소 또는 중수소의 이온 분포를 나타낸 그래프.Fig. 7 is a graph showing the ion distribution of hydrogen or deuterium at the interface between the silicon substrate and the gate oxide film according to the present invention.

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 기판과 게이트 산화막 사이의 계면에서의 수소 또는 중수소의 이온 분포를 높이면서도 게이트 산화막 내의 수소 또는 중수소의 이온 분포를 낮춤으로써 게이트 산화막의 특성을 향상하도록 한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to increasing the ion distribution of hydrogen or deuterium at the interface between a silicon substrate and the gate oxide film, and to reducing the ion distribution of hydrogen or deuterium in the gate oxide film. The manufacturing method of the semiconductor element made to improve the characteristic is related.

일반적으로, 모스(metal oxide semiconductor: MOS) 소자, 예를 들어 모스 커패시터, 모스 필드 이펙트 트랜지스터(field-effect transistor: FET) 등은 게이트 산화막이라고 하는 얇은 절연막을 포함하고 있다. 모스 소자의 전기적 특성 및 신뢰성을 결정하는 요인 중 하나인 게이트 산화막의 물질적 특성은 매우 중요하므로 이에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.In general, a metal oxide semiconductor (MOS) device, for example, a MOS capacitor, a field-effect transistor (FET), and the like includes a thin insulating film called a gate oxide film. Since the physical properties of the gate oxide, which is one of the factors that determine the electrical characteristics and reliability of the MOS device, are very important, many studies have been conducted.

도 1에 도시된 바와 같은 일반적인 모스 필드 이펙트 트랜지스터에서는 게이트 산화막(11) 아래 영역의 실리콘 기판(10)에, 게이트 전극(13)에 인가된 게이트 전압에 의해 반전 영역(inversion region), 즉 채널 영역이 유도됨으로써 상기 반전 영역을 통하여 소스/드레인 영역(S/D) 사이에 전류가 흐를 수가 있다. 상기 게이트 산화막(11)이 충분한 절연 특성을 갖지 못하면, 상기 반전 영역을 통하여 흐르는 전류의 일부가 상기 게이트 전극(13)으로도 흐름으로써 상기 소스/드레인 영역(S/D)을 흐르는 전류가 감소한다. 상기 게이트 산화막(11)이 충분한 절연 특성을 갖지 못하는 원인은 상기 게이트 산화막(11) 내에 결함들(defects)이 존재하기 때문이다. 현재, 상기 게이트 산화막(11)으로는 주로 비정질 실리콘 산화막이 사용되고 있다.In the typical MOS field effect transistor as shown in FIG. 1, an inversion region, that is, a channel region, is applied to the silicon substrate 10 under the gate oxide film 11 by a gate voltage applied to the gate electrode 13. By this induction, a current may flow between the source / drain regions S / D through the inversion region. If the gate oxide film 11 does not have sufficient insulating characteristics, a portion of the current flowing through the inversion region also flows to the gate electrode 13, thereby reducing the current flowing through the source / drain region S / D. . The reason why the gate oxide film 11 does not have sufficient insulating characteristics is that defects exist in the gate oxide film 11. Currently, an amorphous silicon oxide film is mainly used as the gate oxide film 11.

상기 게이트 산화막(11) 내의 결함들은, 상기 게이트 산화막(11)이 장시간 동안 전기적 스트레스를 받을 경우 상기 게이트 산화막(11)의 화학적 결합의 파괴에 의해 일반적으로 발생한다. 이러한 결함들에 전자나 정공이 포획되면 상기 결함들은 음전하 또는 양전하의 특성을 띄게 되므로 상기 게이트 산화막(11)의 절연 특성이 악화된다. 상기 게이트 산화막(11)에서 발생할 수 있는 화학적 결합의 파괴는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 여러 종류가 있다.Defects in the gate oxide film 11 are generally caused by breakage of the chemical bonds of the gate oxide film 11 when the gate oxide film 11 is subjected to electrical stress for a long time. If electrons or holes are trapped in these defects, the defects may be negatively charged or positively charged, thereby deteriorating an insulating property of the gate oxide film 11. There are various kinds of chemical bond breakages that may occur in the gate oxide layer 11 as illustrated in FIGS. 2 and 3.

상기 게이트 산화막(11)이 예를 들어 SiO2 재질로 이루어진 경우, 상기 게이트 산화막(11)의 내부에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 미결합 산소(nonbridging oxygen), 베이컨시(vacancy), 수소 및 수소 결합 이온(H+ 또는 OH 래디컬) 등과 같은 주요 결함이 발생할 수 있다. 상기 비결합 산소는 중성 일렉트론 트랩 센터(neutral electron-trap center)로서 역할을 하고, 상기 베이컨시는 양성 전하 센터(positively charged center)로서 기능하고, 수소 및 수소 결합 이온(H+ 또는 OH 래디컬)은 상기 게이트 산화막 내에 확산하여 상기 게이트 산화막의 화학적 결합을 파괴하는 주요 원인으로 작용한다.When the gate oxide layer 11 is formed of, for example, SiO 2 material, as shown in FIG. 2, nonbridging oxygen, vacancy, hydrogen, and the like, are formed in the gate oxide layer 11. Major defects such as hydrogen bond ions (H + or OH radicals) may occur. The unbound oxygen serves as a neutral electron-trap center, the baconcies function as a positively charged center, and hydrogen and hydrogen bond ions (H + or OH radicals) It diffuses into the gate oxide and serves as a main cause of breaking the chemical bond of the gate oxide.

또한, 상기 실리콘 기판(10)과 게이트 산화막(11)의 계면에서는 도 3에 도시된 바와 같이 미결합 본드(bond)인 댕글링 본드(dangling bond)와 같은 결함이 발생할 수 있다. 결정체인 실리콘(Si)과 비결정체인 실리콘 산화막(SiO2) 사이의 격 자상수 차이로 인하여 화학적 결합을 하지 못한 실리콘 원자들이 존재하는데, 이는 계면 트랩으로서 작용한다.In addition, a defect such as a dangling bond, which is an unbonded bond, may occur at the interface between the silicon substrate 10 and the gate oxide film 11. Due to the lattice constant difference between the crystalline silicon (Si) and the amorphous silicon oxide film (SiO 2 ), there are silicon atoms which are not chemically bonded, which acts as an interface trap.

현재, 실리콘 기판과 실리콘 산화막 사이의 댕글링 본드(dangling bond) 밀도를 줄이기 위하여, 수소 등의 분위기에 의한 열처리를 통하여 수소 이온으로 패시베이션(passivation)하는 방법이 사용되고 있다. 상기 방법은 기본적인 반도체 제조공정으로서 사용되며, 소자의 제조 후 최종 단계에서 약 400~500℃의 온도 및 수소 및 질소 분위기 조건에서 열처리함으로써 계면 트랩을 수소 이온과 결합시켜 패시베이션한다.Currently, in order to reduce the dangling bond density between the silicon substrate and the silicon oxide film, a method of passivation with hydrogen ions through heat treatment with an atmosphere such as hydrogen is used. The method is used as a basic semiconductor manufacturing process, and the interface trap is combined with hydrogen ions by passivation at a temperature of about 400 to 500 ° C. and hydrogen and nitrogen atmosphere conditions in the final step after fabrication of the device.

그러나, 상기 방법에 의하면, 실리콘 산화막 전체에 걸쳐 수소 농도가 도 4에 도시된 바와 같이 분포한다. 앞서 언급하였듯이 Si/SiO2 계면에 존재하는 수소 이온이 댕글링 본드를 제거하기 위한 역할을 하지만, SiO2 막의 내부에 존재하는 수소 이온은 산소 트랩을 생성시키는 원인을 제공한다.However, according to this method, the hydrogen concentration is distributed as shown in FIG. 4 over the entire silicon oxide film. As mentioned above, the hydrogen ions present at the Si / SiO 2 interface serve to remove dangling bonds, but the hydrogen ions present inside the SiO 2 film provide a cause for generating oxygen traps.

이와 같은 수소 이온의 장, 단점을 보완하기 위해 수소 이온 대신에 중수소(deuterium) 이온을 SiO2 막 내에 주입하는 방법이 제안되었다. 상기 방법은 모스 소자를 대기압 또는 고압의 중수소 분위기에서 열처리함으로써 Si/SiO2 계면의 중수소 이온이 SiO2 막의 열화(degradation)를 효과적으로 억제할 수 있었으나, SiO2 막 내에도 다량으로 존재하는 중수소 이온은 여전히 SiO2 막을 열화시켰다.In order to make up for the disadvantages and disadvantages of the hydrogen ions, a method of injecting deuterium ions into the SiO 2 membrane instead of the hydrogen ions has been proposed. In this method, the deuterium ions at the Si / SiO 2 interface can effectively suppress the degradation of the SiO 2 film by heat-treating the MoS element in an atmospheric pressure or deuterium atmosphere, but the deuterium ions present in a large amount in the SiO 2 film Still degraded the SiO 2 film.

그러므로, 신뢰성이 우수한 모스 소자를 얻기 위하여, SiO2 막 내에 수소( 또는 중수소) 이온이 존재하지 않고 Si/SiO2 계면에 수소(및 중수소) 이온이 집중적으로 존재하는 화학적 구조가 이상적인 구조로 인식되고 있다. 따라서, 모스 소자의 게이트 산화막의 깊이에 따라 수소 또는 중수소 이온의 농도 차이를 구현할 수 있으면 모스 소자의 신뢰성을 향상시킬 수가 있다. 그러나, 이와 같은 시도는 현재의 반도체 제조 기본 공정에서 전혀 실시되지 않고 있는 실정이다.Therefore, in order to obtain a highly reliable Mohs device, a chemical structure in which no hydrogen (or deuterium) ions are present in the SiO 2 film but concentrated hydrogen (and deuterium) ions at the Si / SiO 2 interface is recognized as an ideal structure. have. Therefore, if the concentration difference of hydrogen or deuterium ions can be realized according to the depth of the gate oxide film of the MOS device, the reliability of the MOS device can be improved. However, this attempt is not carried out at all in the present semiconductor manufacturing basic process.

따라서, 본 발명의 목적은, 게이트 산화막의 내부에 수소 또는 중수소 이온의 농도 분포를 낮추면서도 실리콘 기판과 게이트 산화막의 계면에 수소 또는 중수소 이온의 농도 분포를 높임으로써 모스 소자의 전기적 특성 및 신뢰성을 향상하도록 하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to improve the electrical characteristics and reliability of the MOS device by increasing the concentration distribution of hydrogen or deuterium ions at the interface between the silicon substrate and the gate oxide film while reducing the concentration distribution of hydrogen or deuterium ions in the gate oxide film. To do that.

삭제delete

이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 의한 반도체 소자의 제조 방법은, 실리콘 기판 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계; 상기 게이트 산화막에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 가운데 두고 이격하도록 상기 실리콘 기판 내에 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극과 소오스/드레인 영역에 전기적으로 연결하는 배선 전극을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 산화막의 열화를 방지하기 위한 이온의 분포를 상기 게이트 산화막과 실리콘 기판의 계면에서 최대로 높이며 상기 게이트 산화막 내에서 상기 이온의 분포를 낮추도록 상기 게이트 산화막에 상기 이온을 이온주입하는 단계를 포함하고,
상기 이온으로서 수소 이온과 중수소 이온 중 어느 하나를 이온주입하는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, forming a gate oxide film on a silicon substrate; Forming a gate electrode on the gate oxide film; Forming a source / drain region in the silicon substrate so as to be spaced apart from the gate electrode; Forming a wiring electrode electrically connected to the gate electrode and a source / drain region; And ion implanting the ions into the gate oxide film so as to maximize the distribution of ions to prevent deterioration of the gate oxide film at an interface between the gate oxide film and the silicon substrate and to lower the distribution of the ions in the gate oxide film. Including,
Ion implantation of any one of hydrogen ions and deuterium ions as the ions.

삭제delete

바람직하게는, 상기 이온을 30~100KeV의 에너지와, 1E12~1E14/cm2의 이온조사량으로 이온주입할 수 있다.Preferably, the ion may be ion implanted at an energy of 30 to 100 KeV and an ion irradiation amount of 1E12 to 1E14 / cm 2 .

이하, 본 발명의 실시예에 의한 반도체 소자의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 반도체 소자의 제조 방법이 일반적인 모스 필드 이펙트 트랜지스터의 요부를 나타낸 단면 구조도이고, 도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.1 is a cross-sectional structural view showing the main part of a general MOS field effect transistor of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, Figures 5a to 5h is a process flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. .

도 1을 참조하면, 모스 필드 이펙트 트랜지스터는 실리콘 기판(10)의 일부분 상에 게이트 산화막(11)이 배치되고, 게이트 산화막(11) 상에 게이트 전극(13)이 배치되고, 게이트 전극(13)의 측면에 산화막(15)을 개재하며 질화막 스페이서(17)가 배치되고, 실리콘 기판(10), 게이트 전극(13) 및 질화막 스페이서(17) 상에 층간 절연막(19)이 적층되고, 소스/드레인 영역(S/D) 및 게이트 전극(13)에 각각 전기적으로 연결하도록 층간 절연막(19)의 각 콘택홀(또는 비아홀)에 배선 전극(21)이 배치되고, 상기 게이트 전극(13)을 가운데 두고 이격하며 상기 실리콘 기판(10) 내에 소스/드레인 영역(S/D)이 배치된 구조를 갖는다.Referring to FIG. 1, in the MOS field effect transistor, a gate oxide film 11 is disposed on a portion of the silicon substrate 10, a gate electrode 13 is disposed on the gate oxide film 11, and the gate electrode 13 is disposed. The nitride film spacer 17 is disposed on the side surface of the silicon substrate 10, the interlayer insulating film 19 is laminated on the silicon substrate 10, the gate electrode 13, and the nitride film spacer 17, and the source / drain A wiring electrode 21 is disposed in each contact hole (or via hole) of the interlayer insulating layer 19 so as to be electrically connected to the region S / D and the gate electrode 13, respectively, with the gate electrode 13 at the center. The source / drain regions S / D are spaced apart from each other and are disposed in the silicon substrate 10.

여기서, 상기 게이트 산화막(11)은 산화막, 예를 들어 SiO2 막 또는 HfO2 막으로 구성될 수 있으며, 제조하고자 하는 모스 필드 이펙트 트랜지스터의 동작 특성 등을 고려하여 적절한 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 게이트 전극(13)은 다결정실리콘막, 바람직하게는 고농도의 다결정실리콘막으로 구성될 수 있고, 또한 상기 게이트 전극(13)의 저항을 낮추기 위해 상기 다결정실리콘막 상에 저저항 금속층(미도시)이 추가로 구성될 수도 있다. 상기 층간 절연막(19)은 편의상 1층으로 구성된 것처럼 도시되어 있으나, 실제로는 여러 재질의 복수층으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 배선 전극(21)은 편의상 1층으로 구성된 것처럼 도시되어 있으나, 실제로는 상기 게이트 전극(13) 또는 소오스/드레인 영역(S/D)과 상기 배선 전극(21) 사이에 장벽 금속막이 개재될 수 있다.Here, the gate oxide film 11 may be formed of an oxide film, for example, a SiO 2 film or an HfO 2 film, and preferably has a suitable thickness in consideration of operating characteristics of a MOS field effect transistor to be manufactured. The gate electrode 13 may be composed of a polycrystalline silicon film, preferably a high concentration polycrystalline silicon film, and a low resistance metal layer (not shown) on the polycrystalline silicon film to lower the resistance of the gate electrode 13. This may be further configured. Although the interlayer insulating film 19 is illustrated as being composed of one layer for convenience, it may actually be composed of a plurality of layers of various materials. In addition, although the wiring electrode 21 is illustrated as being composed of one layer for convenience, a barrier metal film is interposed between the gate electrode 13 or the source / drain region S / D and the wiring electrode 21. Can be.

한편, 도면에 도시하지 않았으나 모스 커패시터와 같은 모스 소자의 경우, 상기 게이트 전극과 같은 전극은 알루미늄(Al) 막 등과 같은 금속막이나 고농도의 다결정실리콘막으로 구성될 수 있다.Although not shown in the drawings, in the case of a MOS device such as a MOS capacitor, the electrode such as the gate electrode may be formed of a metal film such as an aluminum (Al) film or a polysilicon film of high concentration.

이하, 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 소자의 제조 방법을 도 5a 내지 도 5h를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1의 부분과 동일 구성 및 동일 작용을 갖는 부분에는 동일 부호를 부여한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5A to 5H. The same code | symbol is attached | subjected to the part which has the same structure and the same effect | action as the part of FIG.

도 5a를 참조하면, 먼저, 기판, 예를 들어 실리콘 기판(10)의 전면 상에 게이트 산화막(11)을 성장시킨다. 이때, 상기 게이트 산화막(11)은 통상적인 열적 산화공정에 의해 SiO2 막 또는 HfO2 막으로 형성하여도 좋다. 상기 게이트 산화막(11)의 두께는 모스 필드 이펙트 트랜지스터의 동작 특성 등을 고려하여 적절하게 결정하는 것이 좋으며, 모스 필드 이펙트 트랜지스터의 경우 게이트 산화막을 약3~20㎚의 두께로 성장시키고, 모스 커패시터의 경우 게이트 산화막을 약 15~25㎚의 두께로 성장시키는 것이 좋다.Referring to FIG. 5A, first, a gate oxide film 11 is grown on a front surface of a substrate, for example, a silicon substrate 10. In this case, the gate oxide film 11 may be formed of a SiO 2 film or an HfO 2 film by a conventional thermal oxidation process. The thickness of the gate oxide film 11 may be appropriately determined in consideration of operating characteristics of the MOS field effect transistor, and the like. In the case of the MOS field effect transistor, the gate oxide film is grown to a thickness of about 3 to 20 nm, In this case, it is preferable to grow the gate oxide film to a thickness of about 15 to 25 nm.

도 5b를 참조하면, 이어서, 사진공정을 이용하여 상기 게이트 산화막(11) 상에 이온주입 마스크의 패턴, 예를 들어 상기 게이트 산화막(11)의 게이트 형성 영역 상에 창이 위치한 감광막 패턴(PR1)을 형성한다.Referring to FIG. 5B, a pattern of an ion implantation mask is formed on the gate oxide film 11, for example, the photoresist pattern PR1 in which a window is positioned on the gate formation region of the gate oxide film 11 using a photolithography process. Form.

그런 다음, 상기 이온주입공정을 이용하여 상기 감광막 패턴(PR1)의 창 내의 노출된 게이트 산화막(11)에 수소 이온(H+) 또는 중수소 이온(D+)을 이온주입한다.Thereafter, hydrogen ions (H +) or deuterium ions (D +) are implanted into the exposed gate oxide film 11 in the window of the photoresist pattern PR1 using the ion implantation process.

이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 기판(10)과 게이트 산화막(11)의 계면에서 이온주입 농도의 최대값이 나타날 수 있도록 이온주입 에너지는 저 에 너지, 예를 들어 30~100 KeV의 범위이고, 이온주입량은 1E12~4E14/㎠의 범위가 바람직하다.In this case, as shown in FIG. 7, the ion implantation energy is low energy, for example, 30 to 100 KeV so that the maximum value of the ion implantation concentration may appear at the interface between the silicon substrate 10 and the gate oxide layer 11. The ion implantation amount is preferably in the range of 1E12 to 4E14 / cm 2.

따라서, SiO2 막인 게이트 산화막(11) 내의 이온주입 깊이(x), 예를 들어 상기 실리콘 기판(10)과 게이트 산화막(11)의 계면에 해당하는 제3 깊이(x3)에서 이온주입 농도의 최대값이 나타나면, Si/SiO2 계면에 다량으로 존재하는 수소 이온(H+) 또는 중수소 이온(D+)이 댕글링 본드를 제거하기 위한 역할을 하므로 SiO2 막인 게이트 산화막(11)의 열화가 효과적으로 억제될 수 있다. 더욱이, 상기 게이트 산화막(11) 내의 제1, 2 깊이(x1, x2)에서 수소 이온(H+) 또는 중수소 이온(D+)이 적게 분포하므로 상기 게이트 산화막(11) 내에서의 겹함이 종래에 비하여 적게 생성되고 나아가 상기 게이트 산화막(11)의 열화도 효과적으로 억제될 수 있다.Therefore, the maximum ion implantation concentration (x) at the ion implantation depth x in the gate oxide film 11, which is a SiO 2 film, for example, at a third depth x3 corresponding to the interface between the silicon substrate 10 and the gate oxide film 11. When the value appears, deterioration of the gate oxide film 11, which is an SiO 2 film, can be effectively suppressed because hydrogen ions (H +) or deuterium ions (D +) present in a large amount at the Si / SiO 2 interface serve to remove the dangling bond. Can be. Furthermore, since hydrogen ions (H +) or deuterium ions (D +) are distributed less at the first and second depths (x1, x2) in the gate oxide film 11, the overlap in the gate oxide film 11 is less than in the prior art. The deterioration of the gate oxide film 11 generated and furthermore can be effectively suppressed.

한편, 상기 이온주입된 수소 이온(H+) 또는 중수소 이온(D+)의 활성화를 위해 후속의 열처리 공정을 불활성 분위기에서 진행하는 것이 바람직하다.Meanwhile, in order to activate the ion implanted hydrogen ions (H +) or deuterium ions (D +), it is preferable to perform a subsequent heat treatment process in an inert atmosphere.

도 5c를 참조하면, 이어서, 도 5b의 감광막 패턴(PR1)을 제거한 후 화학기상증착법 등을 이용하여 상기 게이트 산화막(11) 상에 게이트 전극(13)을 위한 도전막, 예를 들어 다결정실리콘막을 적층한다.Referring to FIG. 5C, after removing the photoresist pattern PR1 of FIG. 5B, a conductive film, for example, a polysilicon film, for the gate electrode 13 is formed on the gate oxide film 11 using chemical vapor deposition or the like. Laminated.

이때, 상기 다결정 실리콘막을 고농도로 도핑하기 위해, 상기 다결정 실리콘막을 적층하는 동안에 상기 다결정 실리콘막을 원하는 도전형의 불순물로 도핑하거나, 상기 다결정 실리콘막을 적층 완료한 후 상기 다결정 실리콘막에 원하는 도전형의 불순물을 고농도로 이온주입할 수 있다.At this time, in order to dope the polycrystalline silicon film at a high concentration, during the lamination of the polycrystalline silicon film, the polycrystalline silicon film is doped with an impurity of a desired conductivity type, or after the lamination of the polycrystalline silicon film is completed, the impurity of a desired conductivity type is formed in the polycrystalline silicon film. Can be implanted at high concentrations.

더욱이, 상기 다결정실리콘막의 저항을 낮추기 위해 상기 다결정실리콘막 상에 저저항 금속막 즉 실리사이드막(미도시)을 추가로 형성하는 것도 가능하다.Further, in order to lower the resistance of the polysilicon film, it is also possible to further form a low resistance metal film, that is, a silicide film (not shown), on the polycrystalline silicon film.

이후, 상기 다결정실리콘막의 일부 영역, 예를 들어 게이트 전극 형성 영역 상에 게이트 전극 형성을 위한 식각 마스크 패턴, 예를 들어 감광막 패턴(PR2)을 형성한다.Thereafter, an etch mask pattern, for example, a photoresist pattern PR2, is formed on a portion of the polysilicon film, for example, a gate electrode formation region, to form a gate electrode.

그 다음에 상기 감광막 패턴(PR2) 외측의 게이트 전극(13)과 게이트 산화막(11)을 제거함으로써 상기 실리콘 기판(10)의 게이트 전극 형성 영역 상에 게이트 전극(13)과 게이트 산화막(11)의 패턴을 형성한다.Next, the gate electrode 13 and the gate oxide film 11 outside the photoresist pattern PR2 are removed to form the gate electrode 13 and the gate oxide film 11 on the gate electrode formation region of the silicon substrate 10. Form a pattern.

한편, 도면에 도시하지 않았으나 모스 커패시터와 같은 모스 소자의 경우, 상기 게이트 전극과 같은 전극은 알루미늄(Al) 막 등과 같은 금속막이나 고농도의 다결정실리콘막으로 구성될 수 있다.Although not shown in the drawings, in the case of a MOS device such as a MOS capacitor, the electrode such as the gate electrode may be formed of a metal film such as an aluminum (Al) film or a polysilicon film of high concentration.

도 5d를 참조하면, 이후, 이온주입공정을 이용하여 도 5c의 감광막 패턴(PR2)을 이온주입 마스크로서 사용하면서 상기 실리콘 기판(10)의 표면에 엘디디(LDD: lightly doped drain) 소오스/드레인 영역을 위한 불순물을 저농도로 이온주입한다. Referring to FIG. 5D, a lightly doped drain (LDD) source / drain is formed on the surface of the silicon substrate 10 using the photoresist pattern PR2 of FIG. 5C as an ion implantation mask using an ion implantation process. Ion implantation of impurities for the region at low concentration.

여기서, 상기 실리콘 기판(10)이 제1 도전형, 예를 들어 p형이면, 상기 엘디디 소오스/드레인 영역은 예를 들어 제2 도전형인 n형의 불순물로 저농도로 이온주입하고, 반대로, 상기 실리콘 기판(10)이 제1 도전형, 예를 들어 n형이면, 상기 엘디디 소오스/드레인 영역은 예를 들어 제2 도전형인 p형의 불순물로 저농도로 이온주입한다.Here, when the silicon substrate 10 is of the first conductivity type, for example, p-type, the LED source / drain region is ion-implanted at low concentration with an n-type impurity, for example, the second conductivity type, and conversely, If the silicon substrate 10 is of a first conductivity type, for example n-type, the LED source / drain region is ion-implanted at low concentration with an impurity of p-type, for example, the second conductivity type.

도 5e를 참조하면, 그런 다음, 도 5d의 감광막 패턴(PR2)을 제거하여 상기 게이트 전극(13)을 노출시킨다. 그런 다음, 화학 기상 증착법 등을 이용하여 상기 게이트 전극(13)의 상부면 및 측면뿐만 아니라 상기 실리콘 기판(10)의 표면 상에도 절연막, 예를 들어 실리콘 산화막(15)을 적층하고, 상기 실리콘 산화막(15) 상에 절연막, 예를 들어 실리콘 질화막(16)을 증착한다.Referring to FIG. 5E, the photoresist pattern PR2 of FIG. 5D is removed to expose the gate electrode 13. Then, an insulating film, for example, a silicon oxide film 15 is laminated not only on the top and side surfaces of the gate electrode 13 but also on the surface of the silicon substrate 10 by chemical vapor deposition or the like, and the silicon oxide film An insulating film, for example, silicon nitride film 16 is deposited on (15).

도 5f를 참조하면, 그런 다음, 이방성 식각 특성을 갖는 에치백 공정 등을 이용하여 상기 실리콘 질화막(16)과 실리콘 산화막(15)을 식각함으로써 상기 게이트 전극(13)의 측면에만 실리콘 산화막(15)을 개재하며 상기 실리콘 질화막(16)을 남김으로써 질화막 스페이서(17)를 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극(13)이나 실리콘 기판(10)의 상부면 상에 상기 실리콘 산화막(15) 및 실리콘 질화막(16)의 일부가 잔존하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이는 상기 게이트 전극(13)이나 실리콘 기판(10)의 상부면 상에 상기 실리콘 산화막(15) 및 실리콘 질화막(16)의 일부가 잔존할 경우, 도 1의 게이트 전극(13)이나 소오스/드레인 영역(S/D)과 각각의 해당하는 배선 전극(21) 사이의 전기적 접촉저항이 높아지기 때문이다.Referring to FIG. 5F, the silicon oxide film 15 may be etched only on the side surface of the gate electrode 13 by etching the silicon nitride film 16 and the silicon oxide film 15 using an etch back process having anisotropic etching characteristics or the like. The nitride film spacer 17 is formed by leaving the silicon nitride film 16 therebetween. In this case, it is preferable that a part of the silicon oxide film 15 and the silicon nitride film 16 do not remain on the gate electrode 13 or the upper surface of the silicon substrate 10. This is because when a part of the silicon oxide film 15 and the silicon nitride film 16 remain on the gate electrode 13 or the upper surface of the silicon substrate 10, the gate electrode 13 or the source / drain region of FIG. This is because the electrical contact resistance between (S / D) and each corresponding wiring electrode 21 becomes high.

도 5g를 참조하면, 그리고 나서, 이온주입공정을 이용하여 상기 게이트 전극(13), 실리콘 산화막(15) 및 질화막 스페이서(17)를 이온주입 마스크로 사용하면서 상기 실리콘 기판(10)에 고농도의 소오스/드레인 영역을 위한 불순물을 고농도로 이온주입한다.Referring to FIG. 5G, a source of high concentration on the silicon substrate 10 is then used using the gate electrode 13, the silicon oxide film 15, and the nitride film spacer 17 as an ion implantation mask using an ion implantation process. Ion implantation of impurities for the drain region is performed at high concentration.

여기서, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 엘디디 소오스/드레인 영역이 n형 불순물로 이온주입되었으면, 상기 고농도의 소오스/드레인 영역을 n형 불순물로 고 농도로 이온주입하고, 반대로, 상기 엘디디 소오스/드레인 영역이 p형 불순물로 이온주입되었으면, 상기 고농도의 소오스/드레인 영역을 p형 불순물로 고농도로 이온주입한다.Here, as shown in FIG. 5D, if the LED source / drain region is ion-implanted with n-type impurity, the high concentration source / drain region is ion-implanted with n-type impurity at high concentration, and conversely, the LED If the source / drain regions are ion-implanted with p-type impurities, the high concentration source / drain regions are ion-implanted with p-type impurities.

이어서, 열처리공정을 이용하여 상기 이온주입 불순물을 활성화시킴으로써 최종적인 소오스/드레인 영역(S/D)을 형성한다.Subsequently, the source / drain regions S / D are formed by activating the ion implantation impurity using a heat treatment process.

도 5h를 참조하면, 이후, 화학기상증착법 등을 이용하여 상기 실리콘 기판(10), 게이트 전극(13) 및 질화막 스페이서(17) 상에 층간 절연막(19)을 적층한다. 여기서, 상기 층간 절연막(19)은 편의상 1층으로 구성된 것처럼 도시되어 있으나, 실제로는 상이한 재질의 여러 층이 적층된 복수층으로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 5H, an interlayer insulating film 19 is deposited on the silicon substrate 10, the gate electrode 13, and the nitride film spacer 17 by using chemical vapor deposition. Here, the interlayer insulating film 19 is illustrated as being composed of one layer for convenience, but may be actually composed of a plurality of layers in which several layers of different materials are stacked.

이어서, 평탄화공정, 예를 들어 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing: CMP) 공정 등을 이용하여 상기 층간 절연막(19)을 평탄화시킨다.Next, the interlayer insulating film 19 is planarized using a planarization process, for example, a chemical mechanical polishing (CMP) process.

그런 다음, 금속배선공정을 이용하여 상기 소스/드레인 영역(S/D) 및 게이트 전극(13)의 콘택 영역에 전기적으로 연결하기 위한 배선 전극(21)을 형성한다. 즉, 상기 층간 절연막(19)의 일부 영역에 예를 들어 상기 소스/드레인 영역(S/D) 및 게이트 전극(13)의 콘택 영역을 노출하기 위한 콘택홀(또는 비아홀)을 각각 형성하고, 상기 콘택홀(또는 비아홀)을 충전하도록 상기 콘택홀(또는 비아홀) 내에 및 상기 층간 절연막(19) 상에 금속막을 적층하고, 상기 층간 절연막(19) 상의 금속막을 각각의 배선 전극(21)의 패턴으로 형성한다. 또한, 상기 배선 전극(21)을 위한 금속막의 적층 전에 상기 게이트 전극(13) 또는 소오스/드레인 영역(S/D)과 상기 배선 전극(21) 사이에 장벽 금속막(미도시)을 추가로 적층하는 것도 가능하다. 또한, 상기 콘택홀(또는 비아홀) 내에만 존재하는 금속층의 플러그를 형성한 후 상기 플러그 상에 배선 전극을 형성하는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조방법을 완료한다.Then, a wiring electrode 21 for electrically connecting the source / drain region S / D and the contact region of the gate electrode 13 is formed using a metal wiring process. That is, contact holes (or via holes) for exposing, for example, the contact regions of the source / drain regions S / D and the gate electrode 13 are formed in some regions of the interlayer insulating layer 19, and A metal film is stacked in the contact hole (or via hole) and on the interlayer insulating film 19 to fill a contact hole (or via hole), and the metal film on the interlayer insulating film 19 is formed as a pattern of each wiring electrode 21. Form. In addition, a barrier metal film (not shown) is further laminated between the gate electrode 13 or the source / drain region S / D and the wiring electrode 21 before the deposition of the metal film for the wiring electrode 21. It is also possible. It is also possible to form a wiring electrode on the plug after forming a plug of the metal layer existing only in the contact hole (or via hole). Therefore, the manufacturing method of the semiconductor element by this invention is completed.

이하, 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 소자의 제조 방법을 도 6a 내지 도 6i를 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A to 6I.

도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다. 도 5a 내지 도 5h의 부분과 동일 구성 및 동일 작용을 갖는 부분에는 동일 부호를 부여한다.6A to 6I are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention. The same code | symbol is attached | subjected to the part which has the same structure and the same operation | movement as the part of FIGS. 5A-5H.

도 6a를 참조하면, 먼저, 기판, 예를 들어 실리콘 기판(10)의 전면 상에 게이트 산화막(11)을 성장시킨다. 이때, 상기 게이트 산화막(11)은 통상적인 열적 산화공정에 의해 SiO2 막 또는 HfO2 막으로 형성하여도 좋다. 상기 게이트 산화막(11)의 두께는 모스 필드 이펙트 트랜지스터의 동작 특성 등을 고려하여 적절하게 결정하는 것이 좋으며, 모스 필드 이펙트 트랜지스터의 경우 게이트 산화막을 약3~20㎚의 두께로 성장시키고, 모스 커패시터의 경우 게이트 산화막을 약 15~25㎚의 두께로 성장시키는 것이 좋다.Referring to FIG. 6A, first, a gate oxide film 11 is grown on a front surface of a substrate, for example, a silicon substrate 10. In this case, the gate oxide film 11 may be formed of a SiO 2 film or an HfO 2 film by a conventional thermal oxidation process. The thickness of the gate oxide film 11 may be appropriately determined in consideration of operating characteristics of the MOS field effect transistor, and the like. In the case of the MOS field effect transistor, the gate oxide film is grown to a thickness of about 3 to 20 nm, In this case, it is preferable to grow the gate oxide film to a thickness of about 15 to 25 nm.

도 6b를 참조하면, 이어서, 화학기상증착법 등을 이용하여 상기 게이트 산화막(11) 상에 게이트 전극(13)을 위한 도전막, 예를 들어 다결정실리콘막을 적층한다. 상기 다결정 실리콘막의 고농도 도핑을 위해, 상기 다결정 실리콘막을 적층하는 동안에 상기 다결정 실리콘막을 원하는 도전형의 불순물로 도핑하거나, 상기 다 결정 실리콘막을 적층 완료한 후 상기 다결정 실리콘막에 원하는 도전형의 불순물을 고농도로 이온주입할 수 있다.Referring to FIG. 6B, a conductive film for the gate electrode 13, for example, a polysilicon film, is laminated on the gate oxide film 11 using chemical vapor deposition or the like. For the high concentration doping of the polycrystalline silicon film, during the lamination of the polycrystalline silicon film, the polycrystalline silicon film is doped with a desired conductivity type impurity, or after laminating the polycrystalline silicon film and the desired concentration of the impurity of a desired conductivity type is formed in the polycrystalline silicon film. Ion implantation.

더욱이, 상기 다결정실리콘막의 저항을 낮추기 위해 상기 다결정실리콘막 상에 저저항 금속막 즉 실리사이드막(미도시)을 추가로 형성하는 것도 가능하다.Further, in order to lower the resistance of the polysilicon film, it is also possible to further form a low resistance metal film, that is, a silicide film (not shown), on the polycrystalline silicon film.

이후, 상기 다결정실리콘막의 일부 영역, 예를 들어 게이트 전극 형성 영역 상에 게이트 전극 형성을 위한 식각 마스크 패턴, 예를 들어 감광막 패턴(PR2)을 형성한다.Thereafter, an etch mask pattern, for example, a photoresist pattern PR2, is formed on a portion of the polysilicon film, for example, a gate electrode formation region, to form a gate electrode.

그 다음에 상기 감광막 패턴(PR2) 외측의 게이트 전극(13)과 게이트 산화막(11)을 제거함으로써 상기 실리콘 기판(10)의 게이트 전극 형성 영역 상에 게이트 전극(13)과 게이트 산화막(11)의 패턴을 형성한다.Next, the gate electrode 13 and the gate oxide film 11 outside the photoresist pattern PR2 are removed to form the gate electrode 13 and the gate oxide film 11 on the gate electrode formation region of the silicon substrate 10. Form a pattern.

한편, 도면에 도시하지 않았으나 모스 커패시터와 같은 모스 소자의 경우, 상기 게이트 전극과 같은 전극은 알루미늄(Al) 막 등과 같은 금속막이나 고농도의 다결정실리콘막으로 구성될 수 있다.Although not shown in the drawings, in the case of a MOS device such as a MOS capacitor, the electrode such as the gate electrode may be formed of a metal film such as an aluminum (Al) film or a polysilicon film of high concentration.

도 6c를 참조하면, 이후, 이온주입공정을 이용하여 도 6b의 감광막 패턴(PR2)을 이온주입 마스크로서 사용하면서 상기 실리콘 기판(10)에 엘디디 소오스/드레인 영역을 위한 불순물을 저농도로 이온주입한다. Referring to FIG. 6C, after the photoresist pattern PR2 of FIG. 6B is used as an ion implantation mask using an ion implantation process, impurities for an LED element / drain region are implanted at low concentration in the silicon substrate 10. do.

여기서, 상기 실리콘 기판(10)이 제1 도전형, 예를 들어 p형이면, 상기 엘디디 소오스/드레인 영역은 예를 들어 제2 도전형인 n형의 불순물로 저농도로 이온주입하고, 반대로, 상기 실리콘 기판(10)이 제1 도전형, 예를 들어 n형이면, 상기 엘디디 소오스/드레인 영역은 예를 들어 제2 도전형인 p형의 불순물로 저농도로 이온 주입한다.Here, when the silicon substrate 10 is of the first conductivity type, for example, p-type, the LED source / drain region is ion-implanted at low concentration with an n-type impurity, for example, the second conductivity type, and conversely, If the silicon substrate 10 is of a first conductivity type, for example n-type, the LED source / drain region is ion implanted at low concentration with a p-type impurity, for example, the second conductivity type.

도 6d를 참조하면, 그런 다음, 도 6c의 감광막 패턴(PR2)을 제거하여 상기 게이트 전극(13)을 노출시킨다. 그런 다음, 화학 기상 증착법 등을 이용하여 상기 게이트 전극(13)의 상부면 및 측면뿐만 아니라 상기 실리콘 기판(10)의 표면 상에도 절연막, 예를 들어 실리콘 산화막(15)을 적층하고, 상기 실리콘 산화막(15) 상에 절연막, 예를 들어 실리콘 질화막(16)을 증착한다.Referring to FIG. 6D, the gate electrode 13 is exposed by removing the photoresist pattern PR2 of FIG. 6C. Then, an insulating film, for example, a silicon oxide film 15 is laminated not only on the top and side surfaces of the gate electrode 13 but also on the surface of the silicon substrate 10 by chemical vapor deposition or the like, and the silicon oxide film An insulating film, for example, silicon nitride film 16 is deposited on (15).

도 6e를 참조하면, 그런 다음, 이방성 식각 특성을 갖는 에치백 공정 등을 이용하여 상기 실리콘 질화막(16)과 실리콘 산화막(15)을 식각함으로써 상기 게이트 전극(13)의 측면에만 실리콘 산화막(15)을 개재하며 상기 실리콘 질화막(16)을 남김으로써 질화막 스페이서(17)를 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극(13)이나 실리콘 기판(10)의 상부면 상에 상기 실리콘 산화막(15) 및 실리콘 질화막(16)의 일부가 잔존하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이는 상기 게이트 전극(13)이나 실리콘 기판(10)의 상부면 상에 상기 실리콘 산화막(15) 및 실리콘 질화막(16)의 일부가 잔존할 경우, 도 1의 게이트 전극(13)이나 소오스/드레인 영역(S/D)과 각각의 해당하는 배선 전극(21) 사이의 전기적 접촉저항이 높아지기 때문이다.Referring to FIG. 6E, the silicon oxide film 15 may be etched only on the side surface of the gate electrode 13 by etching the silicon nitride film 16 and the silicon oxide film 15 by using an etch back process having anisotropic etching characteristics or the like. The nitride film spacer 17 is formed by leaving the silicon nitride film 16 therebetween. In this case, it is preferable that a part of the silicon oxide film 15 and the silicon nitride film 16 do not remain on the gate electrode 13 or the upper surface of the silicon substrate 10. This is because when a part of the silicon oxide film 15 and the silicon nitride film 16 remain on the gate electrode 13 or the upper surface of the silicon substrate 10, the gate electrode 13 or the source / drain region of FIG. This is because the electrical contact resistance between (S / D) and each corresponding wiring electrode 21 becomes high.

도 6f를 참조하면, 그리고 나서, 이온주입공정을 이용하여 상기 게이트 전극(13), 실리콘 산화막(15) 및 질화막 스페이서(17)를 이온주입 마스크로 사용하면서 상기 실리콘 기판(10)에 고농도의 소오스/드레인 영역을 위한 불순물을 고농도로 이온주입한다.Referring to FIG. 6F, a source of high concentration on the silicon substrate 10 is then used using the gate electrode 13, the silicon oxide film 15, and the nitride film spacer 17 as an ion implantation mask using an ion implantation process. Ion implantation of impurities for the drain region is performed at high concentration.

여기서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 엘디디 소오스/드레인 영역이 n형 불순물로 이온주입되었으면, 상기 고농도의 소오스/드레인 영역을 n형 불순물로 고농도로 이온주입하고, 반대로, 상기 엘디디 소오스/드레인 영역이 p형 불순물로 이온주입되었으면, 상기 고농도의 소오스/드레인 영역을 p형 불순물로 고농도로 이온주입한다.6C, if the LED source / drain region is ion-implanted with n-type impurity, the source / drain region of high concentration is ion-implanted with n-type impurity, and conversely, the LED source is drained. If the / drain region is ion-implanted with p-type impurity, the high concentration source / drain region is ion-implanted with p-type impurity at high concentration.

이어서, 열처리공정을 이용하여 상기 이온주입 불순물을 활성화시킴으로써 최종적인 소오스/드레인 영역(S/D)을 형성한다.Subsequently, the source / drain regions S / D are formed by activating the ion implantation impurity using a heat treatment process.

도 6g를 참조하면, 이후, 화학기상증착법 등을 이용하여 상기 실리콘 기판(10), 게이트 전극(13) 및 질화막 스페이서(17) 상에 층간 절연막(19)을 적층한다. 여기서, 상기 층간 절연막(19)은 편의상 1층으로 구성된 것처럼 도시되어 있으나, 실제로는 상이한 재질의 여러 층이 적층된 복수층으로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 6G, an interlayer insulating film 19 is deposited on the silicon substrate 10, the gate electrode 13, and the nitride film spacer 17 by using chemical vapor deposition. Here, the interlayer insulating film 19 is illustrated as being composed of one layer for convenience, but may be actually composed of a plurality of layers in which several layers of different materials are stacked.

이어서, 평탄화공정, 예를 들어 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing: CMP) 공정 등을 이용하여 상기 층간 절연막(19)을 평탄화시킨다.Next, the interlayer insulating film 19 is planarized using a planarization process, for example, a chemical mechanical polishing (CMP) process.

그런 다음, 통상적인 금속배선공정을 이용하여 상기 소스/드레인 영역(S/D) 및 게이트 전극(13)의 콘택 영역에 전기적으로 연결하기 위한 배선 전극(21)을 형성한다. 즉, 상기 층간 절연막(19)의 일부 영역에 예를 들어 상기 소스/드레인 영역(S/D) 및 게이트 전극(13)의 콘택 영역을 노출하기 위한 콘택홀(또는 비아홀)을 각각 형성하고, 상기 콘택홀(또는 비아홀)을 충전하도록 상기 콘택홀(또는 비아홀) 내에 및 상기 층간 절연막(19) 상에 금속막을 적층하고, 상기 층간 절연막(19) 상의 금속막을 각각의 배선 전극(21)의 패턴으로 형성한다. 또한, 상기 배선 전극(21)을 위한 금속막의 적층 전에 상기 게이트 전극(13) 또는 소오스/드레인 영역 (S/D)과 상기 배선 전극(21) 사이에 장벽 금속막(미도시)을 추가로 적층하는 것도 가능하다. 또한, 상기 콘택홀(또는 비아홀) 내에만 존재하는 금속층의 플러그를 형성한 후 상기 플러그 상에 배선 전극을 형성하는 것도 가능하다.Then, a wiring electrode 21 for electrically connecting the source / drain region S / D and the contact region of the gate electrode 13 is formed using a conventional metallization process. That is, contact holes (or via holes) for exposing, for example, the contact regions of the source / drain regions S / D and the gate electrode 13 are formed in some regions of the interlayer insulating layer 19, and A metal film is stacked in the contact hole (or via hole) and on the interlayer insulating film 19 to fill a contact hole (or via hole), and the metal film on the interlayer insulating film 19 is formed as a pattern of each wiring electrode 21. Form. In addition, a barrier metal film (not shown) is further laminated between the gate electrode 13 or the source / drain region S / D and the wiring electrode 21 before the deposition of the metal film for the wiring electrode 21. It is also possible. It is also possible to form a wiring electrode on the plug after forming a plug of the metal layer existing only in the contact hole (or via hole).

도 6h를 참조하면, 이후, 사진공정을 이용하여 상기 층간 절연막(19)의 일부 영역 상에 이온주입 마스크의 패턴, 예를 들어 상기 게이트 산화막(11)의 게이트 형성 영역 상에 창이 위치한 감광막 패턴(PR3)을 형성한다.Referring to FIG. 6H, a pattern of an ion implantation mask is formed on a portion of the interlayer insulating layer 19, for example, a photoresist pattern in which a window is formed on a gate formation region of the gate oxide layer 11 using a photolithography process. PR3).

그런 다음, 상기 이온주입공정을 이용하여 상기 감광막 패턴(PR3)의 창 내에 위치한 게이트 산화막(11)에 수소 이온(H+) 또는 중수소 이온(D+)을 이온주입한다.Thereafter, hydrogen ions (H +) or deuterium ions (D +) are implanted into the gate oxide film 11 positioned in the window of the photoresist pattern PR3 using the ion implantation process.

이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 기판(10)과 게이트 산화막(11)의 계면에서 이온주입 농도의 최대값이 나타날 수 있도록 이온주입 에너지는 저 에너지, 예를 들어 30~100 KeV의 범위이고, 이온주입량은 1E12~4E14/㎠의 범위가 바람직하다.In this case, as shown in FIG. 7, the ion implantation energy is low energy, for example, 30 to 100 KeV so that the maximum value of the ion implantation concentration can be seen at the interface between the silicon substrate 10 and the gate oxide film 11. The ion implantation amount is preferably in the range of 1E12 to 4E14 / cm 2.

따라서, SiO2 막인 게이트 산화막(11) 내의 이온주입 깊이, 예를 들어 상기 실리콘 기판(10)과 게이트 산화막(11)의 계면에 해당하는 제3 깊이(x3)에서 이온주입 농도의 최대값이 나타나면, Si/SiO2 계면에 다량으로 존재하는 수소 이온(H+) 또는 중수소 이온(D+)이 댕글링 본드를 제거하기 위한 역할을 하므로 SiO2 막인 게이트 산화막(11)의 열화가 효과적으로 억제될 수 있다. 더욱이, 상기 게이트 산화막(11) 내의 제1, 2 깊이(x1, x2)에서 수소 이온(H+) 또는 중수소 이온(D+)이 적게 분포하므로 상기 게이트 산화막(11) 내에서의 산소 트랩이 종래에 비하여 적게 생 성되고 나아가 상기 게이트 산화막(11)의 열화도 효과적으로 억제될 수 있다.Therefore, when the ion implantation depth in the gate oxide film 11 that is the SiO 2 film, for example, the maximum value of the ion implantation concentration appears at the third depth x3 corresponding to the interface between the silicon substrate 10 and the gate oxide film 11, In addition, since a large amount of hydrogen ions (H +) or deuterium ions (D +) present in the Si / SiO 2 interface serves to remove the dangling bond, deterioration of the gate oxide film 11, which is a SiO 2 film, can be effectively suppressed. Furthermore, since less hydrogen ions (H +) or deuterium ions (D +) are distributed in the first and second depths (x1, x2) in the gate oxide film 11, the oxygen traps in the gate oxide film 11 are less than in the prior art. It is less produced and furthermore, the deterioration of the gate oxide film 11 can be effectively suppressed.

도 6i를 참조하면, 이후, 도 6h의 감광막 패턴(PR3)을 제거하고, 상기 이온주입된 수소 이온(H+) 또는 중수소 이온(D+)의 활성화를 위해 열처리 공정을 불활성 분위기에서 진행한다. 따라서, 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조방법을 완료한다.Referring to FIG. 6I, the photoresist pattern PR3 of FIG. 6H is removed, and a heat treatment process is performed in an inert atmosphere to activate the ion implanted hydrogen ions (H +) or deuterium ions (D +). Therefore, the manufacturing method of the semiconductor element by this invention is completed.

한편, 본 발명의 설명의 편의상 모스 필드 이펙트 트랜지스터를 기준으로 설명하였지만 모스 커패시터의 유전막에도 동일하게 적용될 수 있으며 설명의 편의상 설명의 중복을 피하기 위해 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.On the other hand, for convenience of description of the present invention has been described with respect to the MOS field effect transistor, but may be applied to the dielectric film of the MOS capacitor, the same, and for convenience of explanation, description thereof will be omitted.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조방법은 이온주입공정을 이용하여 게이트 산화막 내에 수소 또는 중수소 이온을 최소 분포하면서도 상기 게이트 산화막과 실리콘 기판의 계면에서 수소 또는 중수소 이온을 최대 분포시키므로 게이트 산화막의 열화를 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 모스 필드 이펙트 트랜지스터와 모스 커패시터와 같은 모스 소자의 게이트 산화막의 특성을 향상시키고, 나아가 모스 필드 이펙트 트랜지스터의 동작 특성을 향상시킬 수가 있다. 또한, 본 발명은 모스 필드 이펙트 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수가 있다. 즉, NBTI(negative-bias-temperature instability) 스트레스에서 피모스(P MOS) 필드 이펙트 트랜지스터의 수명이 증가한다. 핫 캐리어(hot carrier) 스트레스에서 피모스 필드 이펙트 트랜지스터와 엔모스(NMOS) 필드 이펙트 트랜지스터의 수명이 모두 증가한다. 게이트 산화막의 브레이크다운(breakdown) 수명도 증가한다.As described above, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention uses the ion implantation process to minimize the distribution of hydrogen or deuterium ions in the gate oxide film, while maximally distributing hydrogen or deuterium ions at the interface between the gate oxide film and the silicon substrate. Deterioration of the gate oxide film can be prevented. Therefore, the present invention can improve the characteristics of the gate oxide film of the MOS element such as the MOS field effect transistor and the MOS capacitor, and further improve the operation characteristics of the MOS field effect transistor. In addition, the present invention can improve the reliability of the MOS field effect transistor. In other words, the lifetime of PMOS field effect transistors increases under negative-bias-temperature instability (NBTI) stress. Hot carrier stress increases the lifetime of both PMOS field effect transistors and NMOS field effect transistors. The breakdown life of the gate oxide film also increases.

한편, 본 발명은 상기 언급된 바람직한 실시예들과 관련하여 설명하였지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.On the other hand, the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims will cover such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.

Claims (4)

삭제delete 실리콘 기판 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계;Forming a gate oxide film on the silicon substrate; 상기 게이트 산화막에 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode on the gate oxide film; 상기 게이트 전극을 가운데 두고 이격하도록 상기 실리콘 기판 내에 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계;Forming a source / drain region in the silicon substrate so as to be spaced apart from the gate electrode; 상기 게이트 전극과 소오스/드레인 영역에 전기적으로 연결하는 배선 전극을 형성하는 단계; 및Forming a wiring electrode electrically connected to the gate electrode and a source / drain region; And 상기 게이트 산화막의 열화를 방지하기 위한 이온의 분포를 상기 게이트 산화막과 실리콘 기판의 계면에서 최대로 높이며 상기 게이트 산화막 내에서 상기 이온의 분포를 낮추도록 상기 게이트 산화막에 상기 이온을 이온주입하는 단계를 포함하고,Ion implanting the ions into the gate oxide to increase the distribution of ions to prevent deterioration of the gate oxide at the interface between the gate oxide and the silicon substrate and to lower the distribution of the ions in the gate oxide; and, 상기 이온으로서 수소 이온과 중수소 이온 중 어느 하나를 이온주입하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.A method for manufacturing a semiconductor device, wherein any one of hydrogen ions and deuterium ions is ion implanted as the ions. 삭제delete 제2항에 있어서, 상기 이온을 30~100KeV의 에너지와, 1E12~1E14/cm2의 이온조사량으로 이온주입하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the ions are implanted at an energy of 30 to 100 KeV and an ion irradiation amount of 1E12 to 1E14 / cm 2 .
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JPH05102471A (en) * 1991-10-03 1993-04-23 Sharp Corp Manufacture of semiconductor device
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