KR101128696B1 - Method for manufacturing mos transistor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 핫 캐리어 특성 및 소자의 신뢰도를 개선하는데 적합한 반도체 소자 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명의 모스 트랜지스터 제조 방법은 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 게이트 패턴; 상기 반도체 기판 및 상기 게이트 패턴의 프로파일을 따라 형성된 스크린 산화막; 상기 게이트 패턴 측면에 형성되며 고유전 메탈 산화막으로 이루어진 제 1 스페이서; 상기 게이트 패턴 측면의 상기 제 1 스페이서 상에 형성되며 실리콘 산화막으로 이루어진 제 2 스페이서; 및 상기 게이트 패턴 양측면의 기판 내에 형성된 소스/드레인 영역을 포함한다.The present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device suitable for improving the hot carrier characteristics and reliability of the device, the MOS transistor manufacturing method of the present invention for this purpose is a semiconductor substrate; A gate pattern formed on the semiconductor substrate; A screen oxide layer formed along a profile of the semiconductor substrate and the gate pattern; A first spacer formed on a side of the gate pattern and formed of a high dielectric metal oxide film; A second spacer formed on the first spacer on the side of the gate pattern and formed of a silicon oxide film; And source / drain regions formed in the substrate on both sides of the gate pattern.
스페이서, high-k, LDD, 모스 트랜지스터 Spacer, high-k, LDD, MOS transistor
Description
도 1은 종래 기술에 따른 모스 트랜지스터 제조 방법을 도시한 공정 단면도,1 is a process cross-sectional view showing a MOS transistor manufacturing method according to the prior art,
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일실시예에 따른 모스 트랜지스터 제조 방법을 도시한 단면도. 2A to 2F are cross-sectional views illustrating a MOS transistor manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
21 : 반도체 기판 22 : 게이트 산화막21
23 : 게이트 전도막 24 : 스크린 산화막23: gate conductive film 24: screen oxide film
25 : 티타늄 산화막 26 : LDD 영역25
27 : 실리콘 산화막 28 : 소스/드레인 영역27
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 모스 트랜지스터 제조 방법에 관한 것이고, 더 자세히는 고집적 반도체 소자의 LDD(Light Doped Drain) 스 페이서 형성에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing techniques, and more particularly, to a MOS transistor manufacturing method, and more particularly, to the formation of a light doped drain (LDD) spacer of a highly integrated semiconductor device.
현재, 반도체 소자의 집적도가 높아지면서 디바이스의 속도 향상과 소형화를 위해서 게이트의 최소 선폭이 0.25㎛~0.1㎛까지 줄어들고 있다. 게이트 선폭이 작아질수록 숏 채널 효과(short channel effect)에 따라 문턱 전압이 급격이 감소하며 동시에 핫 캐리어 효과(hot carrier effect)도 심하게 발생한다. At present, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the minimum line width of the gate is reduced from 0.25 µm to 0.1 µm for the purpose of speed improvement and miniaturization of the device. As the gate line width decreases, the threshold voltage decreases rapidly according to the short channel effect, and at the same time, the hot carrier effect occurs severely.
숏 채널 및 핫 캐리어 효과는 불순물이 주입된 접합 영역의 깊이와 관련이 있기 때문에 접합 영역의 깊이가 얕은 모스 트랜지스터의 개발이 요구되고 있다. 이를 위해 게이트 엣지 부분에 불순물이 저농도로 주입된 LDD(Light Doped Drain) 구조의 모스 트랜지스터가 등장하게 되었다.Since the short channel and hot carrier effects are related to the depth of the junction region into which impurities are implanted, a MOS transistor having a shallow depth of the junction region is required. For this purpose, a MOS transistor having a light doped drain (LDD) structure in which impurities are injected at low concentrations in the gate edge portion has emerged.
이러한 LDD 구조의 모스 트랜지스터 또한, 미세화 될수록 숏 채널 길이에 의해서 문턱 전압의 조정이 어렵기 때문에 회로 동작시 반도체 장치의 문턱 전압을 안정되게 획득할 수 있도록 소스/드레인에서 채널에 미치는 공핍층의 영향을 감소시켜야만 한다. 이에 따라 기판의 농도를 높이고자 채널 영역의 불순물 농도를 높일 경우 문턱 전압이 너무 높아져서 소자의 동작이 어려우며, 문턱 전압을 낮추기 위해서 기판과 게이트 전극 사이의 게이트 절연막 두께를 좁게 할 경우 제조 공정 상의 어려움이 있다.As the MOS transistor of the LDD structure becomes smaller, it is difficult to adjust the threshold voltage according to the short channel length. Must be reduced. Accordingly, when the impurity concentration in the channel region is increased to increase the concentration of the substrate, the operation of the device is difficult because the threshold voltage becomes too high. have.
도 1은 종래 기술에 따른 모스 트랜지스터 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다. 1 is a process sectional view showing a MOS transistor manufacturing method according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 소자분리막(도시하지 않음)이 형성된 반도체 기판(11) 상에, 열산화법으로 게이트 산화막(12)을 성장시킨다. As shown in FIG. 1, the
이어서, 게이트 산화막 상에 게이트 전도막(13)으로 폴리실리콘막을 증착한다. 다음으로, 게이트 전도막(13) 상에 게이트 전극을 패터닝하기 위한 마스크 패턴(도시하지 않음)을 형성하고, 마스크 패턴을 식각 베리어로 게이트 전도막(13), 게이트 산화막(12)을 차례로 패터닝하여 게이트 패턴을 형성한다.Subsequently, a polysilicon film is deposited on the gate oxide film by the gate
계속해서, 게이트 패턴을 형성하기 위한 패터닝 공정에서 유발된 반도체 기판(11)의 식각 손상을 회복시키고, 소스 및 드레인 이온 주입으로 인해 반도체 기판(11)이 손상되는 것을 방지하기 위해 반도체 기판(11) 상에 스크린 산화막(14)을 열적으로 형성시키는 산화 공정을 실시한다.Subsequently, in order to recover the etch damage of the
이어서, 저농도 LDD 이온 주입을 실시하여 LDD 영역(15)을 형성한다.Next, low concentration LDD ion implantation is performed to form the LDD region 15.
계속해서, 반도체 기판(11) 전면에 스페이서용 CVD 산화막(SiO2)과 실리콘 질화막(Si3N4)을 적층 형성하고, 스페이서 식각을 실시하여 게이트 패턴 측면에 LDD 스페이서(16)를 형성한다.Subsequently, a spacer CVD oxide film (SiO 2 ) and a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) are stacked and formed on the entire surface of the
다음으로, 고농도 이온 주입을 실시하여 소스/드레인 영역(17)을 형성한다.Next, high concentration ion implantation is performed to form the source /
상술한 바와 같이 종래 기술에서 LDD 스페이서는 드레인부의 게이트 엣지에 강한 전계가 걸리는데, 이를 위해 보통 실리콘 질화막와 실리콘 산화막의 듀얼 스페이서를 형성하는데, 각각의 유전율은 실리콘질화막이 7.5, 실리콘 산화막이 3.9이므로 유전율이 낮아 핫 캐리어 및 숏 채널 이펙트와 같은 현상이 발생하여 소자의 신뢰도(reliability) 및 구동 능력(drivability)이 떨어지는 문제가 있다.As described above, in the prior art, the LDD spacer is subjected to a strong electric field at the gate edge of the drain. To this end, a double spacer of silicon nitride and silicon oxide is usually formed. As a result, a phenomenon such as hot carrier and short channel effects may occur, thereby degrading reliability and drivability of the device.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 핫 캐리어 특성 및 소자의 신뢰도를 개선하는데 적합한 모스 트랜지스터 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a MOS transistor manufacturing method suitable for improving hot carrier characteristics and device reliability.
상기 목적을 달성하기 위한 일 특징적인 본 발명의 모스 트랜지스터는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 형성된 게이트 패턴, 상기 반도체 기판 및 상기 게이트 패턴의 프로파일을 따라 형성된 스크린 산화막, 상기 게이트 패턴 측면에 형성되며 고유전 메탈 산화막으로 이루어진 제 1 스페이서, 상기 게이트 패턴 측면의 상기 제 1 스페이서 상에 형성되며 실리콘 산화막으로 이루어진 제 2 스페이서, 및 상기 게이트 패턴 양측면의 기판 내에 형성된 소스/드레인 영역으로 구성된다.In order to achieve the above object, a MOS transistor of the present invention has a semiconductor substrate, a gate pattern formed on the semiconductor substrate, a screen oxide film formed along the profile of the semiconductor substrate and the gate pattern, and formed on a side of the gate pattern. And a first spacer formed of an all-metal oxide film, a second spacer formed on the first spacer on the side of the gate pattern, and a source / drain region formed in a substrate on both sides of the gate pattern.
또한, 본 발명은 반도체 기판 상에 게이트 절연막, 게이트 전도막이 차례로 적층된 게이트 패턴을 형성하는 단계, 상기 게이트 패턴을 포함하는 전면에 게이트 산화를 실시하여 스크린 산화막을 형성하는 단계, 상기 게이트 패턴 측면의 스크린 산화막 상에 메탈 산화막 스페이서를 형성하는 단계, 저농도 이온 주입을 실시하여 LDD 영역을 형성하는 단계, 상기 메탈 산화막 측면에 실리콘 산화막 스페이서를 형성하는 단계, 및 고농도 이온 주입을 실시하여 소스/드레인을 형성하는 단계를 포함한다.In addition, the present invention comprises the steps of forming a gate pattern in which a gate insulating film, a gate conductive film is sequentially stacked on a semiconductor substrate, performing a gate oxidation on the entire surface including the gate pattern to form a screen oxide film, the side of the gate pattern Forming a metal oxide spacer on the screen oxide, forming a low density ion implantation LDD region, forming a silicon oxide spacer on the side of the metal oxide layer, and performing a high concentration ion implantation to form a source / drain It includes a step.
상기 구조를 적용하여 티타늄 산화막과 실리콘 산화막의 이중 스페이서를 사 용함으로써 스페이서의 유전율을 향상시켜 드레인부 게이트 엣지에서의 전계를 감소시키는 효과를 갖는다.By applying the above structure, a double spacer of a titanium oxide film and a silicon oxide film is used to improve the dielectric constant of the spacer, thereby reducing the electric field at the drain gate edge.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. .
도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 모스 트랜지스터의 구조를 설명한 단면도이다.2F is a cross-sectional view illustrating a structure of a MOS transistor according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 2f에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21) 상에 형성된 게이트 패턴(22a, 23a), 게이트 패턴(22a, 23a)의 프로파일을 따라 형성된 스크린 산화막(24), 스크린 산화막(24) 상에 형성된 메탈 산화막 스페이서(25), 메탈 산화막 스페이서(25) 상에 형성된 실리콘 산화막 스페이서(26)와 게이트 패턴(22a, 23a) 양측면의 반도체 기판(21) 내에 형성된 LDD 영역(26) 및 소스/드레인 영역(28)으로 구성된다. First, as shown in FIG. 2F, the
상기한 도 2f에서 설명한 구조를 바탕으로 도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일실시예에 따른 모스 트랜지스터 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.2A through 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a MOS transistor according to an exemplary embodiment of the present invention, based on the structure described with reference to FIG. 2F.
도 2a에 도시된 바와 같이, 소자분리막(도시하지 않음)이 형성된 반도체 기판(21) 상에 열산화법(thermal oxidation)을 이용하여 10Å~50Å 두께의 게이트 산화막(22)을 성장시킨다.As shown in FIG. 2A, a
도 2b에 도시된 바와 같이, 게이트 산화막(22) 상에 게이트 전도막(23)을 형성한다. 이 때, 게이트 전도막(23)으로 폴리실리콘막을 사용하는데, 폴리실리콘막 외에도 텅스텐막 또는 텅스텐실리사이드막 등을 사용한다.As shown in FIG. 2B, a gate
도 2c에 도시된 바와 같이, 게이트 전도막(23a) 상에 게이트 전극을 패터닝하기 위한 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성하고, 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 게이트 전도막(23a) 및 게이트 산화막(22a)을 동시에 패터닝한다.As shown in FIG. 2C, a photoresist pattern (not shown) for patterning the gate electrode is formed on the gate
이어서, 게이트 패터닝 식각 공정에서 유발된 반도체 기판(21)의 식각 손상을 회복시키고 소스/드레인 이온 주입으로 인해 하부 구조가 손상되는 것을 방지하기 위해, 산화 공정을 실시하여 반도체 기판(21) 상에 스크린 산화막(24)을 형성한다.Subsequently, in order to recover the etch damage of the
도 2d에 도시된 바와 같이, 스크린 산화막(24)을 포함하는 전면에 50Å 두께의 티타늄막을 형성하고, 900℃~1000℃의 온도에서 급속 어닐링(rapid thermal annealing)을 실시한다. 급속 어닐링 공정은 산소 분위기에서 실시하여 티타늄막을 산화시켜 유전율이 높은 티타늄 산화막(25)이 형성되도록 한다. 이 때, 티타늄 산화막(25)은 유전율이 40~50이다.As shown in FIG. 2D, a 50 μm thick titanium film is formed on the entire surface including the
도 2e에 도시된 바와 같이, 저농도 LDD 이온을 주입하여 게이트 패턴 측면 하부에 LDD 영역(26)을 형성한다. As shown in FIG. 2E, low concentration LDD ions are implanted to form the
이어서, 티타늄 산화막(25)을 포함하는 전면에 유전율이 낮은(~3.9) CVD 산화막을 증착하고 스페이서 식각을 실시하여 티타늄 산화막(25) 측면에 실리콘 산화막 스페이서(27)를 형성한다.Subsequently, a low dielectric constant (˜3.9) CVD oxide film is deposited on the entire surface including the
도 2f에 도시된 바와 같이, 고농도 소스/드레인 이온을 주입하여 LDD 영역(27) 측면에 소스/드레인 영역(28)을 형성한다.As shown in FIG. 2F, high concentration source / drain ions are implanted to form the source /
상술한 바와 같이, 유전율이 높은 티타늄 산화막과 CVD 실리콘 산화막의 이중 LDD 스페이서를 형성하므로써 전계를 드레인 엣지에서 드레인쪽으로 밀어내는 효과를 나타내게 되어 숏 채널 이펙트를 감소시켜준다.As described above, by forming a double LDD spacer of a titanium oxide film having a high dielectric constant and a CVD silicon oxide film, an electric field is pushed from the drain edge to the drain, thereby reducing the short channel effect.
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. 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 LDD 스페이서를 티타늄 산화막과 CVD 산화막을 이용한 듀얼 스페이서로 형성하므로써, 스페이서의 유전율을 향상시켜 게이트 엣지의 전계를 감소시켜 MOSFET의 특성을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, by forming the LDD spacer as a dual spacer using a titanium oxide film and a CVD oxide film, it is possible to improve the dielectric constant of the spacer to reduce the electric field of the gate edge to obtain the effect of improving the characteristics of the MOSFET.
또한, 핫 캐리어 특성을 개선하여 숏 채널 이펙트를 방지하는 효과 및 소자의 신뢰도와 구동 능력을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. In addition, the effect of preventing the short channel effect by improving the hot carrier characteristics and the effect of improving the reliability and driving ability of the device can be obtained.
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