KR100823451B1 - Semiconductor device and method of manufacturing the semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 소자를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.2 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 소자의 전기적 특성을 향상시킨 반도체 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a semiconductor device having improved electrical characteristics of the semiconductor device and a manufacturing method thereof.
최근 들어, 반도체 소자 분야의 기술 개발에 따라 보다 미세한 치수를 갖는 트랜지스터와 같은 반도체 소자가 개발되고 있다. 특히, 최근 들어, 90nm 이하의 치수를 갖는 저전압 MOSFET 트랜지스터에서 얕은 접합(shallow junction)을 구현하기 위한 다양한 방법이 제안되고 있다. 종래 저전압 MOSFET 트랜지스터에서 얕은 접합을 구현하기 위한 방법으로는 스파이크 급속 열처리 공정(spike RTP) 또는 레이저 어닐링(laser annealing) 등의 방법이 사용되고 있다. 또한, 저전압 MOSFET 트랜지스터에서 20nm 이하의 TEOS 막을 사용하는 오프셋 스페이서(offset spacer)를 사용할 경우 TEOS 막의 두께 균일성 문제로 저전압 MOSFET 트랜지스터의 특성이 크게 변경되는 문제점을 갖는다.Recently, with the development of technology in the field of semiconductor devices, semiconductor devices such as transistors having finer dimensions have been developed. In particular, various methods have recently been proposed for implementing shallow junctions in low voltage MOSFET transistors having dimensions of 90 nm or less. Conventionally, a method such as spike RTP or laser annealing is used to implement a shallow junction in a low voltage MOSFET transistor. In addition, when using an offset spacer using a TEOS film of 20 nm or less in a low voltage MOSFET transistor, there is a problem in that the characteristics of the low voltage MOSFET transistor are greatly changed due to the thickness uniformity problem of the TEOS film.
따라서, 본 발명은 폴리실리콘 게이트를 형성할 때 스페이서를 형성하는 공정을 개선하여 웨이퍼 내의 트랜지스터의 특성을 균일하게 구현한 반도체 소자를 제공함에 있다.Accordingly, an aspect of the present invention is to provide a semiconductor device in which a process of forming a spacer when forming a polysilicon gate is improved to uniformly implement characteristics of a transistor in a wafer.
본 발명의 다른 목적은 상기 반도체 소자의 제조 공정을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a manufacturing process of the semiconductor device.
이와 같은 본 발명의 하나의 목적을 구현하기 위한 반도체 소자는 반도체 기판상에 형성된 게이트 산화막 패턴, 상기 게이트 산화막 패턴상에 형성된 폴리실리콘 패턴, 상기 폴리실리콘 패턴의 양쪽 측벽에 상기 폴리실리콘 패턴의 상면보다 낮게 형성된 제1 스페이서 패턴, 상기 폴리실리콘 패턴의 양쪽 측벽에 상기 폴리실리콘 패턴의 상면과 동일하게 형성된 제2 스페이서 패턴을 포함하는 제1 게이트 스페이서, 상기 제1 게이트 스페이서의 양쪽 측벽에 배치된 제2 게이트 스페이서 및 상기 폴리실리콘 패턴의 상면에 배치된 게이트 실리사이드 패턴을 포함한다.A semiconductor device for realizing one object of the present invention is a gate oxide film pattern formed on a semiconductor substrate, a polysilicon pattern formed on the gate oxide pattern, and both sidewalls of the polysilicon pattern than the upper surface of the polysilicon pattern. A first gate spacer including a lower first spacer pattern, a second spacer pattern formed on both sidewalls of the polysilicon pattern, the same as an upper surface of the polysilicon pattern, and a second gate spacer disposed on both sidewalls of the first gate spacer The gate spacer may include a gate silicide pattern disposed on an upper surface of the polysilicon pattern.
또한, 본 발명의 다른 목적을 구현하기 위한 반도체 소자의 제조 방법은 반도체 기판상에 게이트 산화막 및 폴리실리콘층을 형성하는 단계, 상기 게이트 산화막 및 상기 폴리실리콘층을 패터닝하여 예비 게이트 구조물을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 상태로 상기 반도체 기판상에 상기 폴리실리콘 패턴의 높이보다 낮은 두께로 산화막을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하여 산화막 패턴을 형성하는 단계, 상기 산화막 패턴 상에 상기 폴리실리콘 패턴의 높이와 동일한 높이로 질화막 패턴을 형성하는 단계, 상기 질화막 패턴 및 상기 산화막 패턴을 패터닝하여 상기 폴리실리콘 패턴의 측면에 복층 제1 게이트 스페이서를 형성하는 단계, 상기 반도체 기판에 이온을 경사지게 주입하여 상기 제1 게이트 스페이서의 하부에 저농도 소오스 및 저농도 드레인을 형성하는 단계, 상기 제1 게이트 스페이서의 측면에 제2 게이트 스페이서를 형성하는 단계, 상기 반도체 기판에 이온을 경사지게 주입하여 상기 제2 게이트 스페이서의 하부에 고농도 소오스 및 고농도 드레인을 형성하는 단계 및 상기 고농도 드레인, 고농도 소오스 및 상기 폴리실리콘 상면에 실리사이드를 형성하는 단계를 포함한다.In addition, a method of manufacturing a semiconductor device for implementing another object of the present invention comprises the steps of forming a gate oxide film and a polysilicon layer on a semiconductor substrate, patterning the gate oxide film and the polysilicon layer to form a preliminary gate structure Forming an oxide layer on the semiconductor substrate with a thickness lower than a height of the polysilicon pattern with the photoresist pattern formed thereon, and removing the photoresist pattern to form an oxide layer pattern on the oxide layer pattern. Forming a nitride film pattern having a height equal to that of a polysilicon pattern, patterning the nitride film pattern and the oxide pattern to form a multilayer first gate spacer on a side surface of the polysilicon pattern, and inclining ions on the semiconductor substrate The lower side of the first gate spacer Forming a low concentration source and a low concentration drain on the second gate spacer; forming a second gate spacer on a side surface of the first gate spacer; Forming a high concentration drain, a high concentration source, and forming a silicide on an upper surface of the polysilicon;
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자 및 이의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.Hereinafter, a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and the general knowledge in the art. Those skilled in the art can implement the present invention in various other forms without departing from the technical spirit of the present invention.
반도체 소자Semiconductor device
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 소자를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 반도체 소자(100)는 반도체 기판(10), 게이트 산화막 패턴(20), 폴리실리콘 패턴(30), 제1 게이트 스페이서(40) 및 제2 게이트 스페이 서(50) 및 게이트 실리사이드 패턴(60)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the semiconductor device 100 may include a
본 실시예에서, 반도체 기판(10)은 실리콘 웨이퍼를 포함하며, 예를 들어, 반도체 기판(10)은 P형 불순물로 저농도 이온 도핑된 P형 반도체 기판이다.In this embodiment, the
게이트 산화막 패턴(20)은 반도체 기판(10) 상에 형성되며, 게이트 산화막 패턴(20)은 실리콘 산화막일 수 있다.The
한편, 게이트 산화막 패턴(20)의 하부에 대응하는 반도체 기판(10)에는 LDD 구조를 형성하기 위하여 N형 불순물을 저농도 이온 주입하여 형성된 저농도 소오스(12) 및 N형 불순물을 고농도 이온 주입하여 저농도 소오스(12)와 접합된 고농도 소오스(13), N형 불순물을 저농도 이온 주입하여 형성된 저농도 드레인(14) 및 N형 불순물을 고농도 이온 주입하여 저농드 드레인(14)과 접합된 고농도 드레인(15)을 포함한다.Meanwhile, in the
폴리실리콘 패턴(30)은 게이트 산화막 패턴(20) 상에 형성되며, 폴리실리콘 패턴(30)은 폴리 실리콘을 포함한다.The
제1 게이트 스페이서(40)는 게이트 산화막 패턴(20) 및 폴리실리콘 패턴(30)의 측벽에 각각 배치된다. 본 실시예에서, 제1 게이트 스페이서(40)는 제1 스페이서 패턴(42) 및 제2 스페이서 패턴(44)을 포함한다.The
제1 스페이서 패턴(42)은 폴리실리콘 패턴(30)의 양쪽 측벽에 각각 배치되며, 제1 스페이서 패턴(42)의 높이는 폴리실리콘 패턴(30)의 높이보다 낮은 높이를 갖는다. 본 실시예에서, 제1 스페이서 패턴(42)은 산화물을 포함하는 산화막이다.The
제2 스페이서 패턴(44)은 폴리실리콘 패턴(30)의 양쪽 측벽에 각각 배치되 며, 제1 스페이서 패턴(42)의 상면에 배치된다. 본 실시예에서, 제2 스페이서 패턴(44)의 높이는 폴리실리콘 패턴(30)의 높이와 실질적으로 동일하다.The
본 실시예에서, 폴리실리콘 패턴(30)의 어느 한쪽에 배치된 제1 게이트 스페이서(40)의 폭은 약 10nm 내지 약 30nm, 바람직하게 20nm일 수 있다.In this embodiment, the width of the
제2 게이트 스페이서(50)는 제1 게이트 스페이서(40)의 외측면에 배치된다.The
게이트 실리사이드 패턴(60)은 폴리실리콘 패턴(30)의 상면에 배치된다. 본 실시예에서, 게이트 실리사이드 패턴(50)은 폴리실리콘 패턴(30)에 포함된 폴리실리콘 및 폴리실리콘 패턴(30) 상에 배치된 금속을 열처리하여 형성할 수 있다. 이때, 폴리실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속의 예로서는 티타늄, 텅스텐 등을 들 수 있다.The
한편, 반도체 기판(10)에 형성된 고농도 소오스(13)와 대응하는 반도체 기판(10)에는 소오스 실리사이드 패턴(62)이 형성될 수 있고, 반도체 기판(10)에 형성된 고농도 드레인(15)과 대응하는 반도체 기판(10)에는 드레인 실리사이드 패턴(54)가 형성될 수 있다.Meanwhile, a
반도체 소자의 제조 방법Manufacturing Method of Semiconductor Device
도 2 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.2 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에는 게이트 산화막 패턴(20) 및 폴리실리콘 패턴(30)이 형성된다.Referring to FIG. 2, a gate
구체적으로, 게이트 산화막 패턴(20) 및 폴리실리콘 패턴(30)을 형성하기 위해서, 먼저, 반도체 기판(10) 상에는 게이트 산화막(미도시) 및 폴리실리콘층(미도시)이 순차적으로 형성된다.Specifically, in order to form the gate
본 실시예에서 게이트 산화막은 반도체 기판(10)을 산화시켜 형성될 수 있고, 폴리실리콘층은 화학기상증착 공정 등을 통해 게이트 산화막 상에 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 폴리실리콘층의 두께는 약 100nm 내지 약 150nm의 두께로 형성될 수 있다.In this embodiment, the gate oxide film may be formed by oxidizing the
게이트 산화막 및 폴리실리콘층이 반도체 기판(10) 상에 형성된 후, 폴리실리콘층의 상면에는 포토레지스트 필름이 형성되고, 포토레지스트 필름은 노광 공정 및 현상 공정을 포함하는 포토 공정에 의하여 패터닝 되어 폴리실리콘층 상면에는 포토레지스트 패턴(35)이 형성된다.After the gate oxide film and the polysilicon layer are formed on the
폴리실리콘층 및 게이트 산화막은 포토레지스트 패턴(35)을 식각 마스크로 이용하여 패터닝 되고, 이 결과 반도체 기판(10) 상에는 폴리실리콘 패턴(30) 및 게이트 산화막 패턴(20)이 형성된다. 본 실시예에서, 폴리실리콘 패턴(30) 및 게이트 산화막 패턴(20)이 형성된 후에도 폴리실리콘 패턴(30) 상에 형성된 포토레지스트 패턴(35)은 제거되지 않고 남겨둔다.The polysilicon layer and the gate oxide layer are patterned using the
반도체 기판(10) 상에 게이트 산화막 패턴(20) 및 폴리실리콘 패턴(30)이 형성된 후, 반도체 기판(10) 상에는 전면적에 걸쳐 화학 기상 증착 공정을 이용하여 반도체 기판(10) 상에는 산화막 패턴(41)을 형성한다. 이때, 산화막 패턴(41)의 일부는 포토레지스트 패턴(35) 상에 증착되고, 포토레지스트 패턴(35)을 제거함으로 써 반도체 기판(10) 상에는 산화막 패턴(41)만이 남게된다.After the gate
도 3을 참조하면, 산화막 패턴(41)이 형성된 반도체 기판(10) 상에는 질화막 (미도시)이 형성된다. 본 실시예에서, 질화막은 산화막 패턴(41) 및 폴리실리콘 패턴(30)을 덮을 정도로 후박하게 형성된다. 이어서, 질화막은 폴리실리콘 패턴(30)을 엔드 포인트로 하여 화학적 기계적 연마 공정에 의하여 패터닝되어, 폴리실리콘 패턴(30)을 노출하는 질화막 패턴(43)이 산화막 패턴(41) 상에 형성된다.Referring to FIG. 3, a nitride film (not shown) is formed on the
도 4를 참조하면, 산화막 패턴(41) 상에 질화막 패턴(43)이 형성된 후, 질화막 패턴(43) 상에는 포토레지스트 패턴(46)이 형성된다.Referring to FIG. 4, after the
포토레지스트 패턴(46)은 폴리실리콘 패턴(30)의 폭보다 다소 넓은 폭으로 형성된다.The
이어서, 질화막 패턴(43)은 포토레지스트 패턴(46)을 식각 마스크로 하여 패터닝 되어 산화막 패턴(41) 상에는 제2 스페이서 패턴(44)이 형성된다.Subsequently, the
도 5를 참조하면, 산화막 패턴(41)은 건식 식각 공정에 의하여 패터닝되어 제2 스페이서 패턴(44)의 하부에는 제1 스페이서 패턴(42)이 형성되어 제1 게이트 스페이서(40)가 형성된다.Referring to FIG. 5, the
도 6을 참조하면, 제1 스페이서 패턴(42)이 형성된 후, 제1 스페이서 패턴(42)을 덮고 있는 포토레지스트 패턴(46)은 제1 스페이서 패턴(42)으로부터 제거된다.Referring to FIG. 6, after the
이어서, 반도체 기판(10) 상에는 경사 이온 주입 공정에 의하여 이온이 저농도로 주입되어 폴리실리콘 패턴(30)의 양쪽에는 저농도 소오스(12) 및 저농도 드레 인(14)이 형성된다.Subsequently, ions are implanted at a low concentration on the
도 7을 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 저농도 소오스(12) 및 저농도 드레인(14)이 형성된 후, 반도체 기판(10)에는 질화막(미도시)이 형성되고, 질화막은 에치 백 공정에 의하여 패터닝되어 제1 게이트 스페이서(40)의 측벽에는 제2 게이트 스페이서(50)가 형성된다.Referring to FIG. 7, after the
도 8을 참조하면, 제2 게이트 스페이서(50)가 형성된 후, 제2 게이트 스페이서(50)가 형성된 반도체 기판(10)에는 경사 이온 주입 공정에 의하여 고농도 소오스(13) 및 고농도 드레인(15)이 형성되어 LDD 구조가 형성된다.Referring to FIG. 8, after the
이후, 반도체 기판(10) 상에는 실리사이드를 형성하기 위한 금속층이 형성되고 열처리되어, 폴리실리콘 패턴(30)의 상면에는 게이트 실리사이드(60), 고농도 소오스(13)에는 소오스 실리사이드(62), 고농드 드레인에는 고농도 실리사이드(64)가 형성되어 반도체 소자게 제조된다.Subsequently, a metal layer for forming silicide is formed on the
이상에서 상세하게 살펴본 바에 의하면 트랜지스터의 특성을 향상시키기 위한 게이트 스페이서를 개선하여 트랜지스터의 전기적 특성을 향상시킨다.As described in detail above, the electrical characteristics of the transistor are improved by improving the gate spacer for improving the characteristics of the transistor.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the detailed description of the present invention has been described with reference to the embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art will have the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be appreciated that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the art.
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KR20000019876A (en) * | 1998-09-16 | 2000-04-15 | 윤종용 | Semiconductor device with gate spacer having conductive layer and manufacturing method thereof |
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Patent Citations (2)
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