KR20000053450A - Method of forming a transistor with improved hot carrier degradation - Google Patents

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루센트 테크놀러지스 인크
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Abstract

PURPOSE: A method for fabricating a transistor is provided which reduces the hot carrier degradation. CONSTITUTION: A method for fabricating a transistor reducing hot carrier degradation is provided. An active device region(18) is formed on a silicon substrate. A gate conductor region(20) is formed and has gate side walls, and is separated by a gate oxide layer on a channel region defined within source and drain regions. A lightly doped drain structure and a gate side wall spacer are formed. The drain region is annealed at an interface located between the lightly doped drain structure and the gate oxide in the drain region with an amount sufficient to combine nitrogen with silicon in an atmosphere having at least one of NO, NH3 or N2O.

Description

핫 캐리어 열화를 개선한 트랜지스터 제조 방법{Method of forming a transistor with improved hot carrier degradation}Method of forming a transistor with improved hot carrier degradation

본 발명은 트랜지스터 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 본 발명은 핫 캐리어 열화를 감소시킨 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a transistor, and more particularly, to a method of manufacturing a transistor with reduced hot carrier degradation.

금속 산화막 반도체(MOS) 트랜지스터는 소스 및 드레인 영역과, 소스 및 드레인 영역 사이에 한정되는 채널 영역 위의 유전체에 의해 통상 분리되는 게이트 영역을 포함한다. 소스 및 드레인 영역은 종종 깊은 접합부를 형성하기 위해 도핑된다. 전압이 게이트에 인가되고 상기 전압이 일정 임계값을 넘는 경우, 소스와 드레인간 채널이 도전성이 되고 트랜지스터가 턴온되어, 소스로부터 드레인으로 전류가 흐르게 한다.A metal oxide semiconductor (MOS) transistor includes a source and drain region and a gate region normally separated by a dielectric over a channel region defined between the source and drain regions. Source and drain regions are often doped to form deep junctions. When a voltage is applied to the gate and the voltage exceeds a certain threshold, the channel between the source and drain becomes conductive and the transistor turns on, causing current to flow from the source to the drain.

그러나, 트랜지스터는 소스 및 게이트간에 형성된 실리콘/기판 계면, 예를 들어 실리콘 이산화물 및 실리콘 계면 등의 계면에 충격을 주는 고속의 전자들에 의한 핫 캐리어 주입으로 알려진 것으로부터 종종 손상된다. 이러한 현상들은 과도한 산화물 열화를 일으킬 수 있다. 용어 '핫 캐리어'는 높은 에너지의 전자들, 즉, "고온(hot)"을 나타낸다. 때때로 핫 캐리어 경년변화(aging)나 핫 캐리어 열화라 부른다.However, transistors are often damaged from what is known as hot carrier injection by high-speed electrons impacting the silicon / substrate interface formed between the source and the gate, such as silicon dioxide and silicon interface. These phenomena can cause excessive oxide degradation. The term 'hot carrier' refers to high energy electrons, ie "hot." Sometimes called hot carrier aging or hot carrier degradation.

핫 캐리어 주입이나 열화는 홀이나 전자 등 충전된 캐리어들의 운동 에너지가 캐리어들이 큰 전위 증감을 통해 가속되고 게이트 유전체내에 트래핑됨에 따라 증가하는 경우에 형성된다. 이러한 큰 전위 증감은 트랜지스터의 포화 동작 동안 드레인 부근에 발생하는 최대 전계("EM")라 부른다. 이러한 큰 전계는 상기 채널에 인접한 드레인의 측면 접합부에서 두드러진다. 핫 캐리어들이 드레인을 통해 이동하는 경우, 핫 캐리어들은 충돌 이온화라 불리는 처리에 의해 그들의 에너지를 잃는다. 그 결과, 전자-홀 쌍이 생성되어, 드레인 접합부 부근의 게이트 유전체에 이동하고 게이트 유전체내에 주입된다. 전자 트랩은 게이트 유전체 내의 네트 네거티브 충전 밀도를 형성할 수 있다. 이는 트랜지스터 임계 전압을 그 설계 명세서로부터 변경되게하는 오버타임을 축적할 수 있다.Hot carrier injection or degradation is formed when the kinetic energy of charged carriers, such as holes or electrons, increases as carriers are accelerated through large potential gradients and trapped in the gate dielectric. This large potential increase and decrease is called the maximum electric field ("E M ") that occurs near the drain during the saturation operation of the transistor. This large electric field stands out at the side junction of the drain adjacent to the channel. When hot carriers move through the drain, the hot carriers lose their energy by a process called impingement ionization. As a result, an electron-hole pair is created, moving to the gate dielectric near the drain junction and injected into the gate dielectric. The electron trap can form a net negative charge density in the gate dielectric. This may accumulate overtime causing the transistor threshold voltage to change from its design specification.

핫 캐리어 열화와 관련한 이들 문제들을 극복하기 위해, 가볍게 도핑된 드레인("LDD")으로서 공지된 대안의 드레인 구조가 구상되었다. 비록 상기 드레인 구조가 매우 중요하지만, 이 구조는 반도체 제조 공정을 적응시키기 위해 소스 및 드레인 영역 모두에 종종 형성된다. 가볍게 도핑된 드레인 구조는 전위를 드레인으로 흡수하고 트랜지스터의 포화 동작동안 드레인 부근의 전위 증감을 감소시킨다.To overcome these problems with hot carrier degradation, alternative drain structures known as lightly doped drains (“LDDs”) have been envisioned. Although the drain structure is very important, it is often formed in both the source and drain regions to adapt the semiconductor fabrication process. The lightly doped drain structure absorbs the potential into the drain and reduces the potential gradient near the drain during the saturation operation of the transistor.

일반적인 가볍게 도핑된 드레인 구조는 게이트 도체 영역에 정렬된 적은 농도의 불순물을 가지며, 이어서 측벽 스페이서가 형성된 게이트 도체 영역에 정렬되는 더 많이 도핑된 영역을 갖는다. 불순물 증감에 의해 형성된 경사 접합은 가볍게 도핑된 드레인 구조와 채널 사이에 계면을 만들고, 또한 가볍게 도핑된 드레인 구조와 소스/드레인 영역 사이에 계면을 만든다. 일반적으로, 가볍게 도핑된 드레인 구조는 처리를 용이하게 하기 위해 소스 및 드레인 영역 모두에 동시에 형성된다. 보통, 당업자에게 잘 공지된 바와 같이, 후속하는 어닐링 단계가 따른다. 그렇다 하더라도, 가볍게 도핑된 드레인 구조의 형성에 있어서, 전자 에너지는 상기 구조의 접합부에서 문제를 일으킨다. 변형된 가볍게 도핑된 드레인 구조를 포함하는 각종 유형의 MOS 구조와, 핫 캐리어 효과를 감소시키기 위한 제조 방법이 있다. 이들 구조들과 방법들을 포함하는 예는 미국 특허 제5,827,769호, 5,847,428호, 5,882,974호, 5,920,782호에 개시되어 있으며, 그 명세서는 완전히 참조용으로 본 명세서에 기재되어 있다.Typical lightly doped drain structures have a low concentration of impurities aligned in the gate conductor region, followed by more doped regions aligned with the gate conductor region in which sidewall spacers are formed. The oblique junction formed by the impurity sensitization creates an interface between the lightly doped drain structure and the channel, and also creates an interface between the lightly doped drain structure and the source / drain region. Generally, lightly doped drain structures are formed simultaneously in both the source and drain regions to facilitate processing. Usually, as is well known to those skilled in the art, subsequent annealing steps follow. Even so, in the formation of a lightly doped drain structure, electron energy causes problems at the junction of the structure. There are various types of MOS structures, including modified lightly doped drain structures, and fabrication methods to reduce hot carrier effects. Examples including these structures and methods are disclosed in US Pat. Nos. 5,827,769, 5,847,428, 5,882,974, 5,920,782, the disclosures of which are hereby incorporated by reference in their entirety.

따라서, 본 발명의 목적은 후속하는 처리 단계를 부가하지 않는 핫 캐리어가 감소된 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a method of manufacturing a transistor with reduced hot carriers that does not add subsequent processing steps.

본 발명의 다른 목적은 처리 단계를 부가하지 않으며 이를테면 어닐링 동안 저온 처리로 수행될 수 있는 핫 캐리어 열화가 감소된 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a transistor with reduced hot carrier degradation that can be performed by low temperature processing during annealing, for example, without adding a processing step.

도 1은 액티브 디바이스 영역을 분리하기 위해 얕은 트렌치의 형성을 도시하는 실리콘 기판의 개략 단면도.1 is a schematic cross-sectional view of a silicon substrate illustrating the formation of a shallow trench to separate active device regions.

도 2는 게이트 측벽을 가지며, 소스 및 드레인 영역 사이에 한정되는 채널 영역위의 게이트 산화물층에 의해 분리되어 이격되어 있는 게이트 도체 영역의 형성을 도시하는 실리콘 기판의 다른 개략 부분 단면도.FIG. 2 is another schematic partial cross-sectional view of a silicon substrate showing the formation of gate conductor regions separated by a gate oxide layer over a channel region defined between source and drain regions, with gate sidewalls;

도 3은 가볍게 도핑된 드레인 구조와 게이트 스페이서를 형성하기에 충분한 양의 불순물로 도핑되는 소스 및 드레인 영역을 도시하는 다른 개략 측면도.3 is another schematic side view illustrating the lightly doped drain structure and source and drain regions doped with an amount of impurities sufficient to form a gate spacer.

도 4는 가볍게 도핑된 드레인 구조보다 더 깊이 연장되는 상기 도핑된 소스 및 드레인 영역과 게이트 측벽을 따라 수직으로 연장되는 스페이서를 형성하는 에칭된 유전체 산화물층과, 어닐링 단계를 도시하는 또 다른 개략 단면도.4 is another schematic cross-sectional view illustrating an anneal step and an etched dielectric oxide layer forming spacers extending vertically along gate sidewalls with the doped source and drain regions extending deeper than lightly doped drain structures;

도 5는 영역내에 결합되는 질소를 도시하며, 드레인 영역내의 가볍게 도핑된 드레인 구조와 게이트 산화물 사이에 위치하는 계면의 확대도.5 shows an enlarged view of the interface located between the gate oxide and the lightly doped drain structure in the drain region, showing nitrogen bonded in the region.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

12 : 트렌치 16 : 실리콘 이산화물12 trench 16 silicon dioxide

18 : 액티브 디바이스 영역 20 : 게이트 도체 영역18: active device region 20: gate conductor region

본 발명에 따라, 핫 캐리어 열화가 감소된 트랜지스터를 제조하는 방법이 본 명세서에 기재되어 있다. 액티브 디바이스 영역이 실리콘 기판에 형성된다. 게이트 도체 영역이 형성되어, 게이트 측벽을 가지며, 이 게이트 도체 영역은 상기 액티브 디바이스 영역내의 소스 및 드레인 영역 사이에 한정되는 채널 영역 위의 게이트 산화물층에 의해 분리되어 이격되어 있다. 소스 및 드레인 영역은 게이트 산화물층과의 실리콘/실리콘 이산화물 계면을 갖는 가볍게 도핑된 드레인 구조를 형성하기에 충분한 양으로 실리콘 기판에 도핑되어 있다. 유전체 산화물층은 게이트 도체 영역과 소스 및 드레인 영역 위에 증착되어 있다. 증착된 유전체 산화물층은 게이트 측벽을 따라 수직으로 연장되는 스페이서들을 형성하기 위해 에칭된다. 소스 및 드레인 영역은 가볍게 도핑된 드레인 구조보다 높은 도핑 농도를 가지며 깊이 연장되는 소스 및 드레인 임플랜트(implant)를 형성하기에 충분한 양으로 도핑된다. 드레인 영역은 산화질소(NO), 암모니아(NH3)나 일산화질소(N2O)중 적어도 하나를 갖는 분위기에서 드레인 영역내의 가볍게 도핑된 드레인 구조와 게이트 산화물 사이에 위치한 계면에서 질소와 실리콘을 결합하기에 충분한 양으로 어닐링된다.In accordance with the present invention, a method of manufacturing a transistor with reduced hot carrier degradation is described herein. An active device region is formed in the silicon substrate. A gate conductor region is formed, having a gate sidewall, which is separated and spaced apart by a gate oxide layer over a channel region defined between a source and a drain region in the active device region. The source and drain regions are doped in the silicon substrate in an amount sufficient to form a lightly doped drain structure having a silicon / silicon dioxide interface with the gate oxide layer. A dielectric oxide layer is deposited over the gate conductor region and the source and drain regions. The deposited dielectric oxide layer is etched to form spacers extending vertically along the gate sidewalls. The source and drain regions have a higher doping concentration than lightly doped drain structures and are doped in an amount sufficient to form deeply extending source and drain implants. The drain region combines nitrogen and silicon at the interface located between the lightly doped drain structure in the drain region and the gate oxide in an atmosphere having at least one of nitrogen oxides (NO), ammonia (NH 3 ) or nitrogen monoxide (N 2 O). Annealed in an amount sufficient to

어닐링 동안, 전체 액티브 디바이스 영역은 소스 및 드레인 영역 내의 가볍게 도핑된 드레인 구조와 게이트 산화물 사이에 위치한 계면에서 질소와 실리콘이 결합되도록 어닐링될 수 있다. 상기 어닐링은 약 1mTORR의 압력 내지 10 기압에서, 특히 약 1 기압의 압력에서 발생할 수 있다. 어닐링은 약 600 내지 950℃ 사이의 온도에서 발생할 수 있다. 가스 흐름은 어닐링 단계 동안 약 1% 내지 100%의 비율로, 본 발명의 한 측면에서는 약 50%의 비율로 바람직하게 형성된다. 어닐링은 또한 약 1분 내지 약 10시간 동안, 바람직하게는 약 10분동안 발생할 수 있다. 스페이서들은 그 스페이서들을 형성하기 위해 산화물층을 이방성으로 제거함으로써 형성될 수 있다.During annealing, the entire active device region may be annealed to couple nitrogen and silicon at an interface located between the lightly doped drain structure in the source and drain regions and the gate oxide. The annealing can take place at a pressure of about 1 mTORR to 10 atm, in particular at a pressure of about 1 atm. Annealing may occur at temperatures between about 600 and 950 ° C. The gas stream is preferably formed at a rate of about 1% to 100% during the annealing step, and at a rate of about 50% in one aspect of the invention. Annealing can also occur for about 1 minute to about 10 hours, preferably for about 10 minutes. Spacers can be formed by anisotropically removing the oxide layer to form the spacers.

본 발명의 다른 측면에서는, 액티브 디바이스 영역은 얕은 트렌치 분리에 의해 실리콘 기판상에 형성된다. 게이트 산화물층은 채널 영역 위에 실리콘 이산화물층으로서 형성된다. 게이트 도체 영역은 텅스텐 실리사이드 접촉부와 게이트 산화물층 위에 위치한 폴리실리콘층을 포함한다. 실리콘 기판의 소스 및 드레인 영역은 게이트 산화물층과의 실리콘/실리콘 이산화물 계면을 갖는 가볍게 도핑된 드레인 구조를 형성하기에 충분한 양의 불순물로 도핑된다.In another aspect of the invention, the active device region is formed on the silicon substrate by shallow trench isolation. The gate oxide layer is formed as a silicon dioxide layer over the channel region. The gate conductor region includes a tungsten silicide contact and a polysilicon layer overlying the gate oxide layer. The source and drain regions of the silicon substrate are doped with an amount of impurities sufficient to form a lightly doped drain structure having a silicon / silicon dioxide interface with the gate oxide layer.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면들을 고려하는 경우 이해되는 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해진다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the invention which is understood upon consideration of the accompanying drawings.

본 발명은 핫 캐리어 주입 및 열화를 줄이기 위해 고농도의 질소를 가볍게 도핑된 드레인 구조 및 게이트 산화물 사이에 위치한 계면에 혼합 가능케 하기 때문에 유리하다. 고농도의 질소는 집적된 MOS 회로의 형성에 사용된 바와 같이, 부가 처리 단계내에서 그리고 어닐링 처리동안 저비용 저온 처리로 구체화될 수 있다.The present invention is advantageous because it allows mixing of high concentrations of nitrogen at the interface located between the lightly doped drain structure and the gate oxide to reduce hot carrier injection and degradation. High concentrations of nitrogen can be embodied in low cost low temperature treatments within the addition process step and during the annealing process, as used in the formation of integrated MOS circuits.

도 1은 트렌치(12)가 당업자에게 공지된 기술에 의해 형성된 실리콘 기판(10)을 설명하고 있다. 실리콘 이산화물 등과 같은 (도시안된) 층은 그 다음에 전체 웨이퍼 표면위에 증착된다. 실리콘 이산화물은 그 후 실리콘 이산화물(16)로 채워지는 얕은 트렌치 분리 영역(14)을 형성하고 실리콘 기판(10)상에 액티브 디바이스 영역(18)을 형성하기 위해 당업자에게 공지된 기술에 의해 연마되거나 처리된다. 적절한 포토리소그래픽 단계와 각종 층의 건조를 통해, 게이트 도체 영역(20)이 기판(10)상에 형성되어 게이트 측벽(22)에 실질적으로 수직으로 연장된다. 게이트 도체 영역(20)은 예를 들어 실리콘 이산화물층에 의해 형성되고 액티브 디바이스 영역(18)내에 각각의 소스 및 드레인 영역(28,30) 사이에 한정되는 채널 영역위에 증착된, 게이트 산화물층(24)에 의해 분리되어 이격되어 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 게이트 도체 영역(20)은 텅스텐 실리사이드 접촉부(32)와, 게이트 산화물층(24) 위와 텅스텐 실리사이드 접촉부(32) 아래에 위치한 폴리실리콘층(34)을 포함한다.1 illustrates a silicon substrate 10 in which a trench 12 is formed by techniques known to those skilled in the art. A layer (not shown), such as silicon dioxide, is then deposited over the entire wafer surface. Silicon dioxide is then polished or treated by techniques known to those skilled in the art to form shallow trench isolation regions 14 filled with silicon dioxide 16 and to form active device regions 18 on silicon substrate 10. do. Through suitable photolithographic steps and drying of the various layers, a gate conductor region 20 is formed on the substrate 10 and extends substantially perpendicular to the gate sidewall 22. Gate conductor region 20 is formed by, for example, a silicon dioxide layer and is deposited over a channel region defined between active source and drain regions 28 and 30 in active device region 18, for example. Are separated by). In the embodiment shown in FIG. 2, the gate conductor region 20 includes a tungsten silicide contact 32 and a polysilicon layer 34 positioned over the gate oxide layer 24 and below the tungsten silicide contact 32.

소스 및 드레인 영역(28,30)에서의 첫번째 도핑은 가볍게 도핑된 드레인 구조(36,38)가 될 것을 형성한다. 도핑 정도는 당업자에게 공지된 기술에 의해 결정될 수 있다. 스페이서(40)는 당업자에게 공지된 바와 같은 CVD 처리 등에 의해 등각(conformal) 산화물층을 일반적으로 증착함으로써 도 3에 도시된 바와 같이 형성된다. 상기 산화물층은 그후 수직면으로부터 제거되는 산화물보다 빠르게 실질적으로 수평면으로부터 산화물층을 제거하기 위해 이방성으로 에칭함으로써 실질적으로 에칭되어, 게이트 도체 영역(20)의 수직 측벽(22)상에서 스페이서(40)를 남겨둔다.The first doping in the source and drain regions 28 and 30 form what will be the lightly doped drain structures 36 and 38. The degree of doping can be determined by techniques known to those skilled in the art. The spacer 40 is formed as shown in FIG. 3 by generally depositing a conformal oxide layer by CVD treatment or the like as known to those skilled in the art. The oxide layer is then substantially etched by anisotropic etching to remove the oxide layer from the horizontal plane substantially faster than the oxide removed from the vertical plane, leaving the spacer 40 on the vertical sidewall 22 of the gate conductor region 20. .

스페이서(40)가 형성되어, 이 스페이서(40)는 더욱 무겁게 도핑된 임플랜트(42,44)에 관하여 적절한 치수로 가볍게 도핑된 드레인 구조(36,38)를 스페이서(40)가 에칭된 후의 도핑 단계에서 형성되는 각각의 소스 및 드레인내에 형성 가능케 한다(도 4).The spacer 40 is formed so that the spacer 40 has a lightly doped drain structure 36, 38 with appropriate dimensions with respect to the more heavily doped implants 42, 44 after the spacer 40 has been etched. In each source and drain formed at (Fig. 4).

스페이서 에칭 후에, 소스 및 드레인 영역(28,30)은 더 깊이 연장되고 가볍게 도핑된 드레인 구조(36,38)보다 더 높은 농도의 불순물을 가지는 소스 및 드레인 임플랜트(42,44)를 형성하기에 충분한 양으로 도핑된다. 당업자에게 잘 공지되는 바와 같이, 소스 및 드레인 임플랜트를 형성하기 위해 불순물 원자를 주입하는 것은 어닐링 처리에 의해 정정되는 웨이퍼 크리스털 구조의 손상을 가져온다. 본 발명은 가볍게 도핑된 드레인 구조 및 게이트 산화물 구조 사이의 계면내에 고농도의 질소를 혼합하기 위해 어닐링 단계를 사용하기 때문에 유리하다. 도 5는 가볍게 도핑된 드레인 구조와 게이트 산화물층 사이에 계면 영역(52)으로 혼합되는 질소(50)를 도시하고 있다.After spacer etching, the source and drain regions 28 and 30 are sufficient to form source and drain implants 42 and 44 having deeper impurities and higher concentrations of impurities than the lightly doped drain structures 36 and 38. Doped in positive amounts. As is well known to those skilled in the art, implanting impurity atoms to form source and drain implants results in damage to the wafer crystal structure that is corrected by the annealing process. The present invention is advantageous because it uses an annealing step to mix high concentrations of nitrogen in the interface between the lightly doped drain structure and the gate oxide structure. FIG. 5 shows nitrogen 50 mixed into the interfacial region 52 between the lightly doped drain structure and the gate oxide layer.

전체 액티브 디바이스 영역은 또한 어닐링될 수 있으며, 드레인 영역뿐만 아니라 소스 영역도 또한 상기 혼합된 질소를 포함할 수 있다.The entire active device region can also be annealed and the source region as well as the drain region can also contain the mixed nitrogen.

드레인 영역(30)은 산화질소(NO), 암모니아(NH3)나 일산화질소(N2O)중 적어도 하나를 갖는 분위기에서 드레인 영역내의 가볍게 도핑된 드레인 구조(38)와 게이트 산화물(24) 사이에 위치한 실리콘/실리콘 이산화물 계면에서 질소와 실리콘을 결합하기에 충분한 양으로 어닐링된다. 일반적으로, 어닐링은 약 1기압의 압력에서 발생하지만, 당업자에 의해 결정된 필요조건과 최종용도에 따라, 1mTORR의 정도의 낮은 압력 내지 약 10기압 정도의 높은 압력 범위에서 발생할 수 있다. 온도는 일반적으로 약 600 내지 약 950℃ 사이이고, 가스 흐름 비율은 어닐링 단계 동안 약 1% 내지 100%, 일반적으로 약 50%로 나타난다. 어닐링은 일반적으로 약 10분동안 발생하지만, 약 1분 내지 약 10시간 동안 발생할 수 있다. 혼합된 질소의 양은 약 0.5% 내지 3.0%이다.The drain region 30 is between the gate oxide 24 and the lightly doped drain structure 38 in the drain region in an atmosphere having at least one of nitrogen oxides (NO), ammonia (NH 3 ) or nitrogen monoxide (N 2 O). The silicon / silicon dioxide interface located at annealed in an amount sufficient to bond nitrogen and silicon. In general, the annealing occurs at a pressure of about 1 atmosphere, but can occur in a pressure range of as low as 1 mTORR to as high as about 10 atmospheres, depending on the requirements and end use determined by those skilled in the art. The temperature is generally between about 600 and about 950 ° C. and the gas flow rate is about 1% to 100%, generally about 50%, during the annealing step. Annealing generally occurs for about 10 minutes, but can occur for about 1 minute to about 10 hours. The amount of nitrogen mixed is about 0.5% to 3.0%.

더 많은 질소가 N2O보다 NO로 어닐링할 때 저온에서 혼합될 수 있다. 바람직하게 어닐링 온도는 약 600 내지 약 850℃의 범위이고, 되도록 약 700℃로 한다.More nitrogen can be mixed at lower temperatures when annealed with NO than N 2 O. Preferably the annealing temperature is in the range of about 600 to about 850 ° C, preferably about 700 ° C.

본 발명은 부가 처리 단계없이 높은 질소 농도 및 혼합을 허용하고 저비용으로 저온 어닐링 처리에서 발생하므로 유리하다는 것이 분명하다. 그러므로, 핫 캐리어 열화가 감소된다.It is clear that the present invention is advantageous as it allows for high nitrogen concentrations and mixing without additional processing steps and occurs at low temperature annealing treatments at low cost. Therefore, hot carrier degradation is reduced.

본 발명의 많은 변형 및 다른 실시예가 앞서 말한 설명서 및 관련 도면들에 공개된 내용의 이점을 가진 당업자의 마음에 생길 것이다. 따라서, 개시된 특징 실시예에 본 발명이 한정되는 것이 아니고 변형 및 실시예들이 종속 청구항들의 범위내에 포함된다는 것은 물론이다.Many modifications and other embodiments of the invention will come to mind to one skilled in the art having the benefit of the teachings presented in the foregoing descriptions and the associated drawings. Thus, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed feature embodiments but variations and embodiments are within the scope of the dependent claims.

본 발명은 후속하는 처리 단계를 부가하지 않는 핫 캐리어가 감소된 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공하며, 처리 단계를 부가하지 않으며 이를테면 어닐링 동안 저온 처리로 수행될 수 있는 핫 캐리어 열화가 감소된 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a transistor with reduced hot carriers that does not add subsequent processing steps, and manufactures transistors with reduced hot carrier degradation that do not add processing steps, such as can be performed with low temperature processing during annealing. Provide a way to.

Claims (20)

핫 캐리어 열화를 개선한 트랜지스터의 제조 방법으로서,As a method of manufacturing a transistor with improved hot carrier deterioration, 실리콘 기판상에 액티브 디바이스를 형성하는 단계와,Forming an active device on the silicon substrate, 액티브 디바이스 영역내의 소스 및 드레인 영역들 사이에 한정되는 채널 영역위의 게이트 산화물층에 의해 분리되어 이격되고 게이트 측벽들을 갖는 게이트 도체 영역을 형성하는 단계와,Forming a gate conductor region separated by a gate oxide layer over the channel region defined between the source and drain regions in the active device region and having gate sidewalls; 게이트 산화물층과의 계면을 갖는 가볍게 도핑된 드레인 구조를 형성하기에 충분한 양의 불순물로 실리콘 기판의 상기 소스 및 드레인 영역들을 도핑하는 단계와,Doping the source and drain regions of the silicon substrate with an amount of impurities sufficient to form a lightly doped drain structure having an interface with a gate oxide layer; 상기 게이트 도체 영역 및 소스 및 드레인 영역들 위에 유전체 산화물층을 증착하는 단계와,Depositing a dielectric oxide layer over the gate conductor region and source and drain regions; 상기 게이트 측벽들을 따라 수직으로 연장하는 스페이서들을 형성하기 위해 상기 증착된 유전체 산화물층을 에칭하는 단계와,Etching the deposited dielectric oxide layer to form spacers extending vertically along the gate sidewalls; 상기 가볍게 도핑된 드레인 구조보다 더 깊이 연장되고 더 높은 농도의 불순물을 갖는 소스 및 드레인 임플랜트(implant)를 형성하기에 충분한 양으로 상기 소스 및 드레인 영역들을 도핑하는 단계와,Doping the source and drain regions in an amount sufficient to form a source and drain implant that extends deeper than the lightly doped drain structure and has a higher concentration of impurities; 산화질소(NO), 암모니아(NH3)나 일산화질소(N2O)중 적어도 하나를 갖는 분위기에서 상기 드레인 영역내의 상기 가볍게 도핑된 드레인 구조와 상기 게이트 산화물 사이에 위치한 상기 계면에서 질소와 실리콘을 결합하기에 충분한 양으로 상기 드레인 영역을 어닐링하는 단계를 포함하는 트랜지스터 제조 방법.In an atmosphere having at least one of nitrogen oxides (NO), ammonia (NH 3 ) or nitrogen monoxide (N 2 O) nitrogen and silicon at the interface located between the lightly doped drain structure in the drain region and the gate oxide Annealing the drain region in an amount sufficient to couple. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 어닐링 단계 동안 상기 액티브 디바이스 영역 전체를 어닐링하는 단계를 더 포함하는 방법.Annealing the entire active device region during the annealing step. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 약 1mTorr 내지 약 10기압의 압력으로 어닐링하는 단계를 더 포함하는 방법.Annealing at a pressure of about 1 mTorr to about 10 atmospheres. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 약 1기압의 압력으로 어닐링하는 단계를 더 포함하는 방법.Annealing at a pressure of about 1 atmosphere. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 약 600 내지 950℃ 사이의 온도에서 어닐링하는 단계를 더 포함하는 방법.Annealing at a temperature between about 600 and 950 ° C. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 어닐링 단계 동안 약 1% 내지 100%의 가스 흐름 비율을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.Forming a gas flow rate of about 1% to 100% during the annealing step. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 가스 흐름 비율은 약 50%인 방법.Said gas flow rate is about 50%. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 약 1분 내지 약 10시간의 처리 시간동안 어닐링하는 단계를 더 포함하는 방법.Anneal for a treatment time of about 1 minute to about 10 hours. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 약 10분의 처리 시간동안 어닐링하는 단계를 더 포함하는 방법.Anneal for a treatment time of about 10 minutes. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스페이서들을 형성하기 위해 상기 산화물층을 이방성으로 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.And anisotropically removing the oxide layer to form the spacers. 핫 캐리어 열화를 개선한 트랜지스터의 제조 방법으로서,As a method of manufacturing a transistor with improved hot carrier deterioration, 얕은 트렌치 분리에 의해 실리콘 기판상에 액티브 디바이스를 형성하는 단계와,Forming an active device on the silicon substrate by shallow trench isolation; 액티브 디바이스 영역내의 소스 및 드레인 영역들 사이에 한정되는 채널 영역위에 실리콘 이산화물층으로서 형성된 게이트 산화물층에 의해 분리되어 이격되고 게이트 측벽들을 갖는 게이트 도체 영역을 형성하는 단계로, 상기 게이트 도체 영역은 텅스텐 실리사이드 접촉부와 상기 게이트 산화물층위에 위치한 폴리실리콘 층을 포함하는 상기 게이트 도체 영역 형성 단계와,Forming a gate conductor region having gate sidewalls spaced apart by a gate oxide layer formed as a silicon dioxide layer over a channel region defined between the source and drain regions in the active device region, the gate conductor region being tungsten silicide Forming a gate conductor region comprising a contact portion and a polysilicon layer overlying the gate oxide layer; 게이트 산화물층과의 실리콘/실리콘 이산화물 계면을 갖는 가볍게 도핑된 드레인 구조를 형성하기에 충분한 양의 불순물로 상기 실리콘 기판의 상기 소스 및 드레인 영역들을 도핑하는 단계와,Doping the source and drain regions of the silicon substrate with an amount of impurities sufficient to form a lightly doped drain structure having a silicon / silicon dioxide interface with a gate oxide layer; 상기 게이트 도체 영역 및 소스 및 드레인 영역들 위에 유전체 산화물층을 증착하는 단계와,Depositing a dielectric oxide layer over the gate conductor region and source and drain regions; 상기 게이트 측벽들을 따라 수직으로 연장하는 스페이서들을 형성하기 위해 상기 증착된 유전체 산화물층을 에칭하는 단계와,Etching the deposited dielectric oxide layer to form spacers extending vertically along the gate sidewalls; 상기 가볍게 도핑된 드레인 구조보다 더 깊이 연장되고 더 높은 농도의 불순물을 갖는 소스 및 드레인 임플랜트(implant)를 형성하기에 충분한 양으로 상기 소스 및 드레인 영역들을 도핑하는 단계와,Doping the source and drain regions in an amount sufficient to form a source and drain implant that extends deeper than the lightly doped drain structure and has a higher concentration of impurities; 산화질소(NO), 암모니아(NH3)나 일산화질소(N2O)중 적어도 하나를 갖는 분위기에서 상기 드레인 영역내의 상기 가볍게 도핑된 드레인 구조와 상기 게이트 산화물 사이에 위치한 상기 실리콘/실리콘 이산화물 계면에서 질소와 실리콘을 결합하기에 충분한 양으로 상기 드레인 영역을 어닐링하는 단계를 포함하는 트랜지스터 제조 방법.At the silicon / silicon dioxide interface located between the gate oxide and the lightly doped drain structure in the drain region in an atmosphere having at least one of nitrogen oxides (NO), ammonia (NH 3 ) or nitrogen monoxide (N 2 O). Annealing said drain region in an amount sufficient to combine nitrogen and silicon. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 어닐링 단계 동안 상기 액티브 디바이스 영역 전체를 어닐링하는 단계를 더 포함하는 방법.Annealing the entire active device region during the annealing step. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 약 1mTorr 내지 약 10기압의 압력으로 어닐링하는 단계를 더 포함하는 방법.Annealing at a pressure of about 1 mTorr to about 10 atmospheres. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 약 1기압의 압력으로 어닐링하는 단계를 더 포함하는 방법.Annealing at a pressure of about 1 atmosphere. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 약 600 내지 950℃ 사이의 온도에서 어닐링하는 단계를 더 포함하는 방법.Annealing at a temperature between about 600 and 950 ° C. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 어닐링 단계 동안 약 1% 내지 100%의 가스 흐름 비율을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.Forming a gas flow rate of about 1% to 100% during the annealing step. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 가스 흐름 비율은 약 50%인 방법.Said gas flow rate is about 50%. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 약 1분 내지 약 10시간의 처리 시간동안 어닐링하는 단계를 더 포함하는 방법.Anneal for a treatment time of about 1 minute to about 10 hours. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 약 10분의 처리 시간동안 어닐링하는 단계를 더 포함하는 방법.Anneal for a treatment time of about 10 minutes. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 스페이서들을 형성하기 위해 상기 산화물층을 이방성으로 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.And anisotropically removing the oxide layer to form the spacers.
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