KR100835424B1 - 모스 트랜지스터 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 모스 트랜지스터 제조 방법은, 단결정 반도체 기판 상에 희생층 및 상부 반도체층을 형성하는 단계와, 상부 반도체 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계와, 게이트 패턴을 이온 주입 마스크로 상부 반도체층에 SiF4 이온 주입 공정을 실시하는 단계와, 게이트 패턴을 이온 주입 마스크로 한 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 소스/드레인 영역을 형성하는 단계와, 소스/드레인 및 게이트 패턴 상에 금속 실리사이드층을 형성하는 단계를 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 소스/드레인 영역을 형성하기 전에 SiF4 이온 주입 공정을 실시하여 실리사이드 형성 속도를 늦추고 실리사이드가 형성되는 반도체층의 실리콘 소모량을 제어함으로서, 두께가 얇은 실리사이드층을 형성하여 실시사이드층의 정션 깊이 및 정션 누설을 최소화시킬 수 있다.
반도체, strained, 실리사이드
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 모스 트랜지스터 제조 과정을 도시한 공정 단면도,
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모스 트랜지스터 제조 과정을 도시한 공정 단면도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
200 : 반도체 기판 202 : 희생층
204 : 상부 반도체층 206 : 게이트 절연막
208 : 게이트 도전막 210 : 게이트 패턴
212 : 소스/드레인 영역 214 : 금속 실리사이드층
본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로, 특히 인장된 채널을 갖는 모스 트랜지스터 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 모스 트랜지스터와 같은 개별 소자를 스위칭 소자로 널리 채택하고 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 특성을 개선시키기 위하여 고성능 모스 트랜지스터를 구현하는 것이 필요하다. 최근에, 상기 고성능 모스 트랜지스터의 제조에 샐리사이드 기술이 널리 사용되고 있다.
샐리사이드 기술에 따르면, 모스 트랜지스터의 게이트 전극 및 소오스/드레인 영역 상에 선택적으로 금속 실리사이드막이 형성된 이에 따라 게이트 전극 및 소오스/드레인 영역의 전기적인 저항을 현저히 낮출 수 있다.
특히, 최근 고성능 모스 트랜지스터를 형성하기 위한 또 다른 방법으로 인장된 채널(strained channel)을 형성하는 방법이 제안된 바 있다. 여기서, 상기 인장된 채널은 실리콘 보다 큰 격자 상수를 갖는다. 이에 따라 상기 인장된 채널 내의 캐리어들의 이동도(mobility)가 증가되어 모스 트랜지스터의 스위칭 속도를 향상시킨다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 인장된 채널을 갖는 모스 트랜지스터 제조 방법을 설명한다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 모스 트랜지스터 제조 과정을 도시한 공정 단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 단결정 반도체 기판(100) 상에 희생층(102), 상부 반도체층(104), 게이트 절연막(106) 및 게이트 도전막(108)을 차례로 형성한다. 여기서, 반도체 기판(100)은 단결정 실리콘 기판일 수 있으며, 상부 반도체층(104)은 반도체 기판(100)에 비해 격자 상수가 큰 희생층(102) 상에 형성된 단결정 실리콘층일 수 있다.
그런 다음, 통상의 사진 및 식각 공정을 통해, 도 1b에 도시된 바와 같이, 게이트 도전막(108) 및 게이트 절연막(106)을 패터닝함으로서, 패터닝된 게이트 절연막(106) 및 게이트 도전막으로 이루어진 게이트 패턴(110)을 형성한다.
그리고 나서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴(110)을 이온주입 마스크로 사용하여 상부 반도체층(104) 및 희생층(102) 내에 고농도의 이온, 예를 들어 N형 불순물 이온인 비소(As)를 주입함으로서, 상부 반도체층(104) 및 희생층(102)의 일부에 소스/드레인 영역(112)을 형성한다.
이후, 도 1d에 도시된 바와 같이, 통상의 샐리사이드 공정을 수행하여 상부 반도체층(104) 및 게이트 전극(110)의 상부에 금속 실리사이드층(114)을 형성한다.
그러나, 상기와 같이 종래의 인장된 단결정 실리콘층을 이용한 모스 트랜지스터 제조 방법은 일반 실리콘 기판을 이용하는 경우보다 격자 간격이 크기 때문에 이후 금속 실리사이드층(114) 형성 시 실리콘의 소모에 의해 일반적인 실리콘 기판보다 금속 실리사이드층(114)의 두께가 증가되고, 이로 인해 정션 누설(junction leakage)에 취약한 단점이 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소스/드레인 영역을 형성하기 전에 SiF4 이온 주입 공정을 실시하여 실리사이드 형성 속도를 늦추고 실리사이드가 형성되는 반도체층의 실리콘 소모량을 제어함으로서, 두께가 얇은 실리사이드층을 형성하여 실시사이드층의 정션 깊이 및 정션 누설을 최소화시킬 수 있는 모스 트랜지스터 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단결정 반도체 기판 상에 희생층 및 상부 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 상부 반도체 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 게이트 패턴을 이온 주입 마스크로 상기 상부 반도체층에 SiF4 이온 주입 공정을 실시하는 단계와, 상기 결과물 상에 상기 게이트 패턴을 이온 주입 마스크로 한 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 소스/드레인 영역을 형성하는 단계와, 상기 소스/드레인 및 게이트 패턴 상에 금속 실리사이드층을 형성하는 단계를 포함한다.
여기서, 희생층은, 상기 반도체 기판 상에 에피택셜 성장된 실리콘 게르마늄층인 것을 특징으로 하며, 상부 반도체층은, 상기 희생층의 상부에 에피택셜 성장된 단결정 실리콘층인 것을 특징으로 한다.
또한, SiF4 이온 주입 공정은 1.0E12∼1.0E15atoms/㎠의 SiF4와 10keV∼30keV의 전기 에너지를 이용하여 실시하는 것이 바람직하며, 금속 실리사이드층은, 니켈, 코발트 및 티타늄 중 어느 하나를 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모스 트랜지스터 제조 과정을 도시한 공정 단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 단결정 반도체 기판(200) 상에 희생층(202), 상부 반도체층(204), 게이트 절연막(206) 및 게이트 도전막(208)을 차례로 형성한다. 여기서, 반도체 기판(200)은 실리콘 단결정 기판일 수 일 수 있다.
또한, 희생층(202)은 단결정 반도체 기판(200) 상에 에피택셜 성장된 실리콘 게르마늄(SiGe)층일 수 있으며, 상부 반도체층(204)은 인장된 단결정 실리콘층으로서, 희생층(202) 상에 에피택셜 성장된 단결정 실리콘층일 수 있다. 여기서, 상부 반도체층(204)은 일반적인 반도체 기판(200)보다 큰 격자 상수를 가지기 때문에 반도체 기판(200) 보다 격자 간격이 큰 값을 갖는다.
게이트 절연막(206) 및 게이트 도전막(208)을 형성하기 전에 도시 생략되었지만, 소자 분리 공정을 수행하여 희생층(202) 및 상부 반도체층(204)을 갖는 반도체 기판(200) 내에 활성 영역을 한정하는 소자 분리막(도시 생략됨)을 형성한 후 게이트 절연막(206) 및 게이트 도전막(208)을 순차 형성한다.
그런 다음, 통상의 사진 및 식각 공정을 통해, 도 2b에 도시된 바와 같이, 게이트 도전막(208) 및 게이트 절연막(206)을 패터닝함으로서, 패터닝된 게이트 절연막(206) 및 게이트 도전막(208)으로 이루어진 게이트 패턴(210)을 형성한다.
이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴(210)을 이온 주입 마스크로 사용하여 소스/드레인 영역에 대응되는 상부 반도체층(204) 내에 SiF4 이온을 주입함으로서, 소스/드레인 영역에 대응되는 상부 반도체층(204) 내 격자 간격이 큰 부분을 오프셋시키고, 후속 공정에서 형성될 금속 실리사이드층의 형성 속도를 줄일 수 있다.
즉, SiF4 중 F를 상부 반도체층(204)에 주입함으로서, 후속 공정에서 형성될 금속 실리사이드의 형성 속도를 늦출 수 있을 뿐만 아니라 SiF4 중 Si를 이용하여 금속 실리사이드의 형성 시 상부 반도체층(204)의 Si 소모량을 제어할 수 있다.
여기서, SiF4 이온 주입 공정은 1.0E12∼1.0E15atoms/㎠의 SiF4와 10keV∼ 30keV의 전기 에너지를 이용하여 실시된다.
그리고 나서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴(210)을 이온주입 마스크로 사용하여 상부 반도체층(204) 및 희생층(202) 내에 고농도의 도전형, 예를 들어 N형 불순물 이온인 비소(As)를 주입함으로서, 상부 반도체층(204) 및 희생층(202)의 일부에 소스/드레인 영역(212)을 형성한다.
상기와 같은 소스/드레인 영역(212)을 형성하기 전에 저농도의 도전형, 예를 들어 N형 불순물 이온들을 주입하여 저농도 불순물층(도시생략됨)을 형성한 후 게이트 패턴(210)의 측벽에 스페이서(도시생략됨)를 형성할 수 있으며, 스페이서를 구비한 게이트 패턴(210)을 이온 주입 마스크로 사용하여 상부 반도체층(204) 및 희생층(202)의 일부에 소스/드레인 영역(212)을 형성할 수 있다.
이후, 도 2e에 도시된 바와 같이, 통상의 샐리사이드 공정을 수행하여 소스/드레인 영역(212)의 상부 반도체층(204) 및 게이트 패턴(210)의 상부에 금속 실리사이드층(214)을 형성한다.
금속 실리사이드층(214)의 형성 공정에 대해 상세하게 설명하면, 소스/드레인 영역(212) 및 게이트 패턴(210)이 형성된 상부 반도체층(204) 상에 금속 물질, 예컨대 티타늄(Ti), 니컬(Ni) 또는 코발트(Co)를 증착한 후 열처리 공정을 실시함으로서, 티타늄 실리사이드층(TiSi2), 니켈 실리사이드층(NiSi2) 또는 코발트 실리사이드층(CoSi2)을 형성한다.
이러한 금속 실리사이드층(214) 형성 시 소스/드레인 영역(212) 형성 전 상부 반도체층(204)에 주입된 SiF4에 의해 실리사이드 형성 속도가 늦추어질 수 있기 때문에 상부 반도체층(204) 내 실리콘(Si) 소모량을 최소화시킬 수 있고, 이에 따라 종래에 비해 두께가 얇은 금속 실리사이드층(214)을 형성할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 소스/드레인 영역을 형성하기 전에 SiF4 이온 주입 공정을 실시하여 실리사이드 형성 속도를 늦추고 실리사이드가 형성되는 반도체층의 실리콘 소모량을 제어함으로서, 두께가 얇은 실리사이드층을 형성하여 실시사이드층의 정션 깊이 및 정션 누설을 최소화시킬 수 있다.
Claims (6)
- 단결정 반도체 기판 상에 희생층 및 상부 반도체층을 형성하는 단계와,상기 상부 반도체층 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계와,상기 게이트 패턴을 이온 주입 마스크로 상기 상부 반도체층에 SiF4 이온 주입 공정을 실시하는 단계와,상기 게이트 패턴을 이온 주입 마스크로 한 불순물 이온 주입 공정을 실시하여 소스/드레인을 형성하는 단계와,상기 소스/드레인 및 게이트 패턴 상에 금속 실리사이드층을 형성하는 단계를 포함하는 모스 트랜지스터 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 희생층은, 상기 반도체 기판 상에 에피택셜 성장된 실리콘 게르마늄층인 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 상부 반도체층은, 상기 희생층의 상부에 에피택셜 성장된 단결정 실리콘층인 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 SiF4 이온 주입 공정은, 1.0E12∼1.0E15atoms/㎠의 SiF4와 10keV∼30keV의 전기 에너지를 이용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 실리사이드층은, 니켈, 코발트 또는 티타늄 중 어느 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 모스 트랜지스터는, NMOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터 제조 방법.
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2006
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| KR20040070485A (ko) * | 2003-02-03 | 2004-08-11 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자 제조 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| CN103578942A (zh) * | 2013-11-12 | 2014-02-12 | 中国科学院微电子研究所 | 带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模的制造方法 |
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