KR20030002207A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 질화막의 스트레스로 인한 접합 누설전류를 감소시킬 수 있는 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device capable of reducing a junction leakage current due to stress of a nitride film and a method for manufacturing the same.
반도체 소자의 고집적화로 인하여 게이트의 선폭이 감소함에 따라 게이트 저항이 증가함으로써, 결국 소자의 신호처리 속도가 저하된다. 따라서, 이러한 게이트 저항을 감소시키기 위하여, 0.13㎛ 이하의 디자인룰을 갖는 고집적 반도체 소자에서는 폴리실리콘막 상부에 저저항을 갖는 텅스텐막을 적층하여 게이트를 형성하고 있다. 한편, 게이트 전극 물질로서 텅스텐막을 사용함에 따라 후속 열처리 공정시 산화로 인하여 발생되는 텅스텐막의 블로우업(blow up)을 방지하기 위하여, 텅스텐막의 노출부를 질화막으로 봉하도록 하고 있다.As the line width of the gate decreases due to the high integration of the semiconductor device, the gate resistance increases, and thus the signal processing speed of the device decreases. Therefore, in order to reduce such gate resistance, in the highly integrated semiconductor device having a design rule of 0.13 µm or less, a tungsten film having a low resistance is stacked on the polysilicon film to form a gate. On the other hand, by using the tungsten film as the gate electrode material, the exposed portion of the tungsten film is sealed with a nitride film in order to prevent the blow up of the tungsten film caused by oxidation during the subsequent heat treatment process.
도 1은 상기한 텅스텐 게이트를 갖는 종래의 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a conventional semiconductor device having the tungsten gate described above.
도 1을 참조하면, 셀영역(C)과 주변영역(P)이 정의된 반도체 기판(100) 상에 게이트 절연막(110)을 형성하고, 그 상부에 게이트 물질로서 폴리실리콘막(120)과텅스텐막(130)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 텅스텐막(130) 상에 하드 마스크용 절연막(140)을 형성하고, 이 절연막(140)을 마스크로하여 텅스텐막(130)과 폴리실리콘막(120)을 식각하여 셀영역(C)과 주변영역(P)에 게이트(G1, G2)를 각각 형성한다.Referring to FIG. 1, a gate insulating layer 110 is formed on a semiconductor substrate 100 in which a cell region C and a peripheral region P are defined, and a polysilicon layer 120 and tungsten as a gate material thereon. The film 130 is formed sequentially. After that, an insulating film for hard mask 140 is formed on the tungsten film 130, and the tungsten film 130 and the polysilicon film 120 are etched using the insulating film 140 as a mask to form the cell region C. Gates G1 and G2 are formed in the and peripheral regions P, respectively.
그리고 나서, 선택적 산화공정(selective oxidation)으로 반도체 기판(100)의 표면 및 폴리실리콘막(120)의 측벽에 제 1 산화막(150)을 형성하고, 후속 열처리 공정시 산화로 인하여 발생되는 텅스텐막(130)의 블로우업을 방지하기 위하여, 산화막(150)이 형성된 상기 기판의 표면 상에 제 1 질화막(160)을 형성한다. 그 후, 게이트(G1, G2) 양측의 기판(100)으로 불순물 이온을 주입하여 소오스 및 드레인(미도시)을 형성하고, 기판 전체 표면 상에 제 2 질화막(170)과 제 2 산화막(180)을 순차적으로 형성한다.Then, the first oxide film 150 is formed on the surface of the semiconductor substrate 100 and the sidewalls of the polysilicon film 120 by a selective oxidation process, and a tungsten film generated by oxidation in a subsequent heat treatment process ( In order to prevent blow-up of the 130, the first nitride film 160 is formed on the surface of the substrate on which the oxide film 150 is formed. Thereafter, impurity ions are implanted into the substrate 100 on both sides of the gates G1 and G2 to form a source and a drain (not shown), and the second nitride film 170 and the second oxide film 180 are formed on the entire surface of the substrate. To form sequentially.
그 다음, 포토리소그라피 공정으로 주변영역(P)을 노출시키고 셀영역(C)을 마스킹하는 제 1 마스크 패턴(미도시)을 형성하고, 노출된 주변영역(P)의 제 2 산화막(180), 제 2 질화막(170), 제 1 질화막(160), 및 제 1 산화막(150)을 기판(100)의 표면이 노출되도록 블랭킷(blanket) 식각하여 주변영역(P)의 게이트(G2) 및 절연막(140) 측벽에 스페이서(S1)를 형성한 후, 공지된 방법으로 상기 제 1 마스크 패턴을 제거한다. 그리고 나서, 포토리소그라피 공정으로 셀영역(C)을 노출시키고 주변영역(P)을 마스킹하는 제 2 마스크 패턴(미도시)을 형성하고, 노출된 셀영역(P)의 제 2 산화막(180)을 습식식각으로 제거하고, 제 2 질화막(170), 제 1 질화막(160), 및 제 1 산화막(150)을 기판(100)의 표면이 노출되도록 블랭킷(blanket) 식각하여 셀영역(C)의 게이트(G1) 및 절연막(140) 측벽에 스페이서(S2)를 형성한 후, 공지된 방법으로 상기 제 2 마스크 패턴을 제거한다.Next, a first mask pattern (not shown) for exposing the peripheral region P and masking the cell region C is formed by a photolithography process, and the second oxide layer 180 of the exposed peripheral region P is formed. The second nitride film 170, the first nitride film 160, and the first oxide film 150 are blanket-etched to expose the surface of the substrate 100, so that the gate G2 and the insulating film of the peripheral region P are exposed. After forming the spacer S1 on the sidewalls 140, the first mask pattern is removed by a known method. Then, a second mask pattern (not shown) for exposing the cell region C and masking the peripheral region P is formed by a photolithography process, and the second oxide layer 180 of the exposed cell region P is formed. After wet etching, the second nitride film 170, the first nitride film 160, and the first oxide film 150 are etched by a blanket such that the surface of the substrate 100 is exposed to the gate of the cell region C. After the spacers S2 are formed on the sidewalls of the substrate G1 and the insulating layer 140, the second mask pattern is removed by a known method.
그리고 나서, 상기 결과물 구조의 기판 상에 제 3 질화막(190)을 증착한 후, 도시되지는 않았지만 콘택 형성공정과 같은 후속 공정을 진행한다. 여기서, 제 3 질화막(190)은 상기 콘택 형성공정시 식각정지층으로서 작용한다.Then, after the third nitride film 190 is deposited on the substrate having the resultant structure, a subsequent process such as a contact forming process may be performed although not shown. Here, the third nitride film 190 serves as an etch stop layer in the contact forming process.
그러나, 상기한 종래의 반도체 소자에 있어서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100)과 식각정지층으로서 작용하는 제 3 질화막(190)이 직접 접촉하고 있기 때문에, 제 3 질화막(190)에 의해 기판(100)에 스트레스가 가해져서 계면 결함 등이 발생한다. 이에 따라, 접합 누설전류가 증가됨으로써, 결국 소자의 특성이 저하되는 문제가 있었다. 특히, DARM(dynamic Random Access Memory)과 같은 메모리 소자에 있어서는 이러한 접합 누설전류의 증가로 인하여 원하는 리프레시(refresh) 조건을 설정하기가 어렵기 때문에 우수한 리프레시 특성이 얻을 수 없었다.However, in the conventional semiconductor device described above, as shown in FIG. 1, since the substrate 100 and the third nitride film 190 serving as an etch stop layer are in direct contact with each other, the third nitride film 190 is in contact with the third nitride film 190. As a result, stress is applied to the substrate 100 to cause an interface defect or the like. As a result, the junction leakage current increases, resulting in a problem that the characteristics of the device deteriorate. In particular, in a memory device such as a dynamic random access memory (DARM), it is difficult to set a desired refresh condition due to the increase of the junction leakage current, and thus, excellent refresh characteristics cannot be obtained.
또한, 질화막에 의해 가해지는 스트레스로 인하여 전자의 이동도(mobility)가 감소하여 소자의 전류 특성이 저하되는 문제도 있었다.In addition, due to the stress applied by the nitride film, there is a problem in that the mobility of electrons is reduced and current characteristics of the device are deteriorated.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 질화막의 스트레스로 인한 접합 누설전류를 감소시킬 수 있는 반도체 소자를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of reducing the junction leakage current due to the stress of the nitride film.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the semiconductor device.
도 1은 종래의 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing
100, 200, 300 : 반도체 기판100, 200, 300: semiconductor substrate
110, 210, 310 : 게이트 절연막110, 210, 310: gate insulating film
120, 220, 320 : 폴리실리콘막120, 220, 320: polysilicon film
130, 230, 330 : 텅스텐막130, 230, 330: tungsten film
140, 240, 340 : 절연막140, 240, 340: insulating film
150, 180, 250, 270, 280, 350, 370, 390 : 산화막150, 180, 250, 270, 280, 350, 370, 390: oxide film
160, 170, 190, 260, 290, 360, 380, 400 : 질화막160, 170, 190, 260, 290, 360, 380, 400: nitride film
C : 셀영역C: Cell area
P : 주변영역P: peripheral area
G1, G2 : 게이트G1, G2: Gate
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자는 게이트 절연막, 폴리실리콘막과 텅스텐막이 적층된 게이트, 및 절연막이 순차적으로 적층된 셀영역의 반도체 기판; 및 절연막 및 상기 게이트의 측부와 기판 표면에 형성된 스페이서를 포함하고, 스페이서는 제 1 산화막, 제 1 질화막, 제 2 산화막, 및 제 2 질화막이 순차적으로 적층된 구조로 이루어진다.In order to achieve the object of the present invention, a semiconductor device according to the present invention comprises a gate insulating film, a gate of a polysilicon film and a tungsten film stacked, the semiconductor substrate of the cell region in which the insulating film is sequentially stacked; And an insulating film and a spacer formed on the side of the gate and the substrate surface, wherein the spacer has a structure in which a first oxide film, a first nitride film, a second oxide film, and a second nitride film are sequentially stacked.
여기서, 제 2 질화막은 상기 게이트 및 상기 절연막의 측부보다 상기 기판의 표면에서 더 얇은 두께를 갖는다.Here, the second nitride film has a thinner thickness on the surface of the substrate than the side portions of the gate and the insulating film.
또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판의 셀 영역에 게이트 절연막, 폴리실리콘막과 텅스텐막이 적층된 게이트, 및 절연막을 순차적으로 형성하는 단계; 폴리실리콘막의 측부 및 기판 표면 상에 제 1 산화막을 선택적으로 형성하는 단계; 제 1 산화막이 형성된 기판 전면에 제 1 질화막을 형성하는 단계; 제 1 질화막 상에 제 2 산화막을 형성하는 단계; 제 2 산화막 상에 제 2 질화막을 형성하여 스페이서를 형성하는 단계; 및 절연막 및 기판 상부의 제 2 질화막을 소정 두께만큼 제거하는 단계를 포함한다.In addition, in order to achieve another object of the present invention, the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention sequentially the gate insulating film, the gate in which the polysilicon film and tungsten film is laminated in the cell region of the semiconductor substrate, and the insulating film Forming to; Selectively forming a first oxide film on the side of the polysilicon film and the substrate surface; Forming a first nitride film on the entire surface of the substrate on which the first oxide film is formed; Forming a second oxide film on the first nitride film; Forming a spacer by forming a second nitride film on the second oxide film; And removing the insulating film and the second nitride film on the substrate by a predetermined thickness.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판의 셀 영역에 게이트 절연막, 폴리실리콘막과 텅스텐막이 적층된 게이트, 및 절연막을 순차적으로 형성하는 단계; 폴리실리콘막의 측부 및 기판 표면 상에 제 1 산화막을 선택적으로 형성하는 단계; 제 1 산화막이 형성된 게이트 및 절연막의 측부에만 제 1 질화막을 형성하는 단계; 제 1 질화막이 형성된 상기 기판 상에 제 2 산화막을 형성하는 단계; 및 제 2 산화막 상에 제 2 질화막을 형성하여 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.In addition, the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention comprises the steps of sequentially forming a gate insulating film, a gate in which a polysilicon film and a tungsten film is laminated, and an insulating film in the cell region of the semiconductor substrate; Selectively forming a first oxide film on the side of the polysilicon film and the substrate surface; Forming a first nitride film only on a side of the gate and the insulating film on which the first oxide film is formed; Forming a second oxide film on the substrate on which the first nitride film is formed; And forming a spacer by forming a second nitride film on the second oxide film.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명에 따른 반도체 소자를 살펴보면, 도 2e 및 도 3e에 도시된 바와 같이, 셀영역(C)의 게이트 스페이서(S2)는 산화막(250, 350), 질화막(260, 360), 산화막(280, 380), 및 질화막(290B, 380), 이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다.First, referring to the semiconductor device according to the present invention, as shown in FIGS. 2E and 3E, the gate spacers S2 of the cell region C may include the oxide films 250 and 350, the nitride films 260 and 360, and the oxide film ( 280 and 380 and nitride films 290B and 380 are stacked in this order.
여기서, 산화막(250, 350)은 게이트(G1)의 폴리실리콘막(220, 320) 측벽 및 기판 표면 상에 형성된다. 또한, 질화막(260, 360)은 후속 열처리 공정에 따른 텅스텐막(230, 330)의 블로우업을 방지하고, 산화막(280, 380)은 질화막(290B, 380)에 대한 완충막으로서 작용하며, 질화막(290B, 380)은 콘택형성을 위한 후속공정시 식각정지층으로서 작용한다.Here, the oxide films 250 and 350 are formed on the sidewalls of the polysilicon films 220 and 320 of the gate G1 and the substrate surface. In addition, the nitride films 260 and 360 prevent blow-up of the tungsten films 230 and 330 according to a subsequent heat treatment process, and the oxide films 280 and 380 serve as buffers for the nitride films 290B and 380. 290B and 380 serve as an etch stop layer in subsequent processing for contact formation.
이때, 도 2e에 도시된 바와 같이, 질화막(260)을 게이트(G1) 및 절연막(240) 측부와 기판(200) 표면에 형성하고, 질화막(290B)을 게이트(G1) 및 절연막(240)의 측부보다 기판(200)의 상부 표면에서 더 얇은 두께를 갖도록 형성함으로써, 질화막에 의한 스트레스를 최소화할 수 있다.In this case, as illustrated in FIG. 2E, a nitride film 260 is formed on the gate G1 and the insulating layer 240 and on the surface of the substrate 200, and the nitride film 290B is formed on the gate G1 and the insulating film 240. By forming a thinner thickness on the upper surface of the substrate 200 than the side portion, it is possible to minimize the stress caused by the nitride film.
이와 달리, 도 3e에 도시된 바와 같이, 질화막(360)을 게이트(G1) 및절연막(340)의 측부에만 형성하고, 질화막(380)을 균일한 두께로 형성하고, 질화막(380) 상부에 질화막(400)을 더 형성할 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 3E, the nitride film 360 is formed only at the sides of the gate G1 and the insulating film 340, the nitride film 380 is formed to have a uniform thickness, and the nitride film is formed on the nitride film 380. 400 may be further formed.
즉, 본 발명에서는 기판(200, 300)과 질화막(260, 360) 사이 뿐만 아니라, 질화막(260, 360)과 질화막(290B, 380) 사이에 완충막으로서 작용하는 산화막(250, 350, 280, 370)을 각각 개재함으로써, 질화막으로 인하여 기판에 가해지는 스트레스를 충분히 완화시킬 수 있으므로 접합 누설전류를 감소시킬 수 있다.That is, in the present invention, the oxide films 250, 350, 280, which act as a buffer film between the substrates 200, 300 and the nitride films 260, 360, as well as between the nitride films 260, 360, and the nitride films 290B, 380. By interposing the respective 370, the stress applied to the substrate due to the nitride film can be sufficiently alleviated, so that the junction leakage current can be reduced.
또한, 이러한 감소된 접합 누설전류에 의해 DARM 과 같은 메모리 소자의 리프레시 특성이 향상될 수 있다.In addition, the reduced junction leakage current may improve the refresh characteristics of a memory device such as a DARM.
또한, 완화된 스트레스에 의해 전자의 이동도(mobility)가 증가하여 감소하여 소자의 전류 특성이 향상될 뿐만 아니라, 계면 결함등이 감소하여 핫 캐리어 특성이 향상됨으로써, 결국 소자의 특성이 향상된다.In addition, the mobility of the electrons increases and decreases due to the relaxed stress, so that the current characteristics of the device are not only improved, but also the interface defects are reduced, thereby improving the hot carrier characteristics, thereby improving the characteristics of the device.
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명한다.Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 셀영역(C)과 주변영역(P)이 정의된 반도체 기판(200) 상에 게이트 절연막(210)을 형성하고, 그 상부에 게이트 물질로서 폴리실리콘막(220)과 텅스텐막(230)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 텅스텐막(230) 상부에 하드 마스크용 절연막(240)을 형성하고, 이 절연막(240)을 마스크로하여 텅스텐막(230)과 폴리실리콘막(220)을 식각하여 셀영역(C)과 주변영역(P)에 게이트(G1, G2)를 각각 형성한다.Referring to FIG. 2A, a gate insulating layer 210 is formed on a semiconductor substrate 200 in which a cell region C and a peripheral region P are defined, and a polysilicon layer 220 and tungsten as a gate material thereon. The film 230 is formed sequentially. Thereafter, an insulating film 240 for a hard mask is formed on the tungsten film 230, and the tungsten film 230 and the polysilicon film 220 are etched using the insulating film 240 as a mask to form the cell region C. Gates G1 and G2 are formed in the and peripheral regions P, respectively.
도 2b를 참조하면, 선택적 산화공정으로 반도체 기판(200)의 표면 및 폴리실리콘막(220)의 측벽에 제 1 산화막(250)을 형성하고, 후속 열처리 공정시 산화로 인하여 발생되는 텅스텐막(230)의 블로우업을 방지하기 위하여, 제 1 산화막(250)이 형성된 상기 기판의 표면 상에 제 1 질화막(260)을 형성한다. 바람직하게, 제 1 질화막(260)은 50 내지 100Å의 두께로 형성한다. 그 후, 게이트(G1, G2) 양측의 기판(200)으로 불순물 이온을 주입하여 소오스 및 드레인(미도시)을 형성하고, 기판 전체 표면 상에 제 2 산화막(270)을 형성한다. 바람직하게, 제 2 산화막(270)은 500 내지 900Å의 두께로 형성한다.Referring to FIG. 2B, a first oxide film 250 is formed on the surface of the semiconductor substrate 200 and the sidewalls of the polysilicon film 220 by a selective oxidation process, and the tungsten film 230 generated due to oxidation during the subsequent heat treatment process. In order to prevent blow-up of the Ns), the first nitride layer 260 is formed on the surface of the substrate on which the first oxide layer 250 is formed. Preferably, the first nitride film 260 is formed to a thickness of 50 to 100 GPa. Thereafter, impurity ions are implanted into the substrate 200 on both sides of the gates G1 and G2 to form a source and a drain (not shown), and a second oxide film 270 is formed on the entire surface of the substrate. Preferably, the second oxide film 270 is formed to a thickness of 500 to 900 GPa.
도 2c를 참조하면, 포토리소그라피 공정으로 주변영역(P)을 노출시키고 셀영역(C)을 마스킹하는 제 1 마스크 패턴(미도시)을 형성하고, 노출된 주변영역(P)의 제 2 산화막(270), 제 1 질화막(260), 및 제 1 산화막(250)을 기판(200)의 표면이 노출되도록 블랭킷(blanket) 식각하여 스페이서(S1)를 형성한 후, 공지된 방법으로 상기 제 1 마스크 패턴을 제거한다. 그리고 나서, 포토리소그라피 공정으로 셀영역(C)을 노출시키고 주변영역(C)을 마스킹하는 제 2 마스크 패턴(미도시)을 형성하고, 노출된 셀영역(P)의 제 2 산화막(270)을 습식식각으로 제거하여 제 1 질화막(260)의 표면을 노출시킨 후, 공지된 방법으로 상기 제 2 마스크 패턴을 제거한다.Referring to FIG. 2C, a first mask pattern (not shown) for exposing the peripheral region P and masking the cell region C may be formed by a photolithography process, and the second oxide layer may be formed in the exposed peripheral region P. 270, the first nitride film 260, and the first oxide film 250 are blanket-etched to expose the surface of the substrate 200 to form a spacer S1, and then the first mask is known. Remove the pattern. Then, a second mask pattern (not shown) for exposing the cell region C and masking the peripheral region C is formed by a photolithography process, and the second oxide film 270 of the exposed cell region P is formed. After removal by wet etching to expose the surface of the first nitride film 260, the second mask pattern is removed by a known method.
도 2d를 참조하면, 도 2c의 구조 상에 완충막으로서 작용하는 제 3 산화막(280)을 50 내지 100Å의 두께로 형성하고, 그 상부에 250 내지 350Å의 두께(A)로 제 2 질화막(290A)을 형성한다. 그 다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 블랭킷 식각으로 절연막(240) 및 기판(200) 상부의 제 2 질화막(290B)을 A의 두께보다 얇은 100 내지 150Å의 두께(B)를 갖도록 일부 식각하여 스페이서(S2)를 형성한다.Referring to FIG. 2D, a third oxide film 280 acting as a buffer film on the structure of FIG. 2C is formed to a thickness of 50 to 100 GPa, and a second nitride film 290A to a thickness A of 250 to 350 GPa thereon. ). Next, as shown in FIG. 2E, by etching the blanket, the insulating layer 240 and the second nitride layer 290B on the substrate 200 are partially etched to have a thickness B of 100 to 150 Å thinner than the thickness of A. The spacer S2 is formed.
그 후, 도시되지는 않았지만, 기판 전면에 절연막을 형성하고, 제 2 질화막(290B)을 식각정지층으로 사용하여 상기 절연막을 식각하여, 상기 소오스 및 드레인을 노출시키는 콘택홀을 형성한 후 후속 공정을 진행한다.Subsequently, although not shown, an insulating film is formed over the entire surface of the substrate, and the insulating film is etched using the second nitride film 290B as an etch stop layer to form a contact hole for exposing the source and drain. Proceed.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도로서, 도 3a 내지 도 3e에서 제 1 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여한다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to the same components as those of the first embodiment in FIGS. 3A to 3E.
도 3a를 참조하면, 셀영역(C)과 주변영역(P)이 정의된 반도체 기판(300) 상에 게이트 절연막(310)을 형성하고, 그 상부에 게이트 물질로서 폴리실리콘막(320)과 텅스텐막(330)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 텅스텐막(330) 상부에 하드 마스크용 절연막(340)을 형성하고, 이 절연막(340)을 마스크로하여 텅스텐막(330)과 폴리실리콘막(320)을 식각하여 셀영역(C)과 주변영역(P)에 게이트(G1, G2)를 각각 형성한다.Referring to FIG. 3A, a gate insulating layer 310 is formed on a semiconductor substrate 300 in which a cell region C and a peripheral region P are defined, and a polysilicon layer 320 and tungsten as a gate material thereon. The film 330 is formed sequentially. Thereafter, an insulating film 340 for a hard mask is formed on the tungsten film 330, and the tungsten film 330 and the polysilicon film 320 are etched using the insulating film 340 as a mask to form the cell region C. Gates G1 and G2 are formed in the and peripheral regions P, respectively.
도 3b를 참조하면, 선택적 산화공정으로 반도체 기판(300)의 표면 및 폴리실리콘막(320)의 측벽에 제 1 산화막(350)을 형성하고, 후속 열처리 공정시 산화로 인하여 발생되는 텅스텐막(330)의 블로우업을 방지하기 위하여, 제 1 산화막(350)이 형성된 상기 기판의 표면 상에 제 1 질화막(360)을 형성한다. 그 후, 제 1 질화막(360)이 게이트(G1, G2)의 측벽에만 남도록 제 1 질화막(360)을 에치백한 다음, 게이트(G1, G2) 양측의 기판(300)으로 불순물 이온을 주입하여 소오스 및 드레인(미도시)을 형성한다.Referring to FIG. 3B, a first oxide film 350 is formed on the surface of the semiconductor substrate 300 and the sidewalls of the polysilicon film 320 by a selective oxidation process, and a tungsten film 330 generated due to oxidation in a subsequent heat treatment process. In order to prevent blow-up of the Ns), the first nitride layer 360 is formed on the surface of the substrate on which the first oxide layer 350 is formed. Thereafter, the first nitride film 360 is etched back such that the first nitride film 360 remains only on the sidewalls of the gates G1 and G2, and then impurity ions are implanted into the substrate 300 on both sides of the gates G1 and G2. Source and drain (not shown) are formed.
그 후, 도 3c에 도시된 바와 같이, 도 3b의 구조 상에 제 2 산화막(370), 제 2 질화막(380), 및 제 3 산화막(390)을 순차적으로 형성한다. 그리고 나서, 포토리소그라피 공정으로 주변영역(P)을 노출시키고 셀영역(C)을 마스킹하는 제 1 마스크 패턴(미도시)을 형성하고, 노출된 주변영역(P)의 제 3 산화막(390), 제 2 질화막(380), 제 2 산화막(370), 및 제 1 산화막(350)을 기판(300)의 표면이 노출되도록 블랭킷(blanket) 식각하여 스페이서(S1)를 한 후, 공지된 방법으로 상기 제 1 마스크 패턴을 제거한다.Thereafter, as shown in FIG. 3C, the second oxide film 370, the second nitride film 380, and the third oxide film 390 are sequentially formed on the structure of FIG. 3B. Thereafter, a first mask pattern (not shown) for exposing the peripheral region P and masking the cell region C is formed by a photolithography process, and the third oxide layer 390 of the exposed peripheral region P is formed. After the second nitride film 380, the second oxide film 370, and the first oxide film 350 are blanket-etched to expose the surface of the substrate 300, a spacer S1 is formed, and the spacer S1 is known. The first mask pattern is removed.
도 3d를 참조하면, 포토리소그라피 공정으로 셀영역(C)을 노출시키고 주변영역(C)을 마스킹하는 제 2 마스크 패턴(미도시)을 형성하고, 노출된 셀영역(P)의 제 3 산화막(390; 도 3c 참조)을 습식식각으로 제거하여 제 2 질화막(380)의 표면을 노출시킨 후, 공지된 방법으로 상기 제 2 마스크 패턴을 제거함으로써 스페이서(S1)를 형성한다.Referring to FIG. 3D, a second mask pattern (not shown) that exposes the cell region C and masks the peripheral region C is formed by a photolithography process, and a third oxide film (not shown) of the exposed cell region P is formed. 390 (see FIG. 3C) is removed by wet etching to expose the surface of the second nitride film 380, and then the spacer S1 is formed by removing the second mask pattern by a known method.
그 다음, 도 3e에 도시된 바와 같이, 도 3d의 구조 상에 식각정지층으로서 제 3 질화막(400)을 형성한다. 그 후, 도시되지는 않았지만, 기판 전면에 절연막을 형성하고, 제 3 질화막(400)을 식각정지층으로 사용하여 상기 절연막을 식각하여 상기 소오스 및 드레인을 노출시키는 콘택홀을 형성한 후, 후속 공정을 진행한다.3E, a third nitride film 400 is formed as an etch stop layer on the structure of FIG. 3D. Subsequently, although not shown, an insulating film is formed over the entire surface of the substrate, and a contact hole for exposing the source and drain is formed by etching the insulating film by using the third nitride film 400 as an etch stop layer. Proceed.
상술한 본 발명에 의하면, 기판과 질화막 사이에 완충막으로서 작용하는 산화막을 개재함으로써 질화막으로 인하여 기판에 가해지는 스트레스를 충분히 완화시킴으로써 접합 누설전류를 감소시킬 수 있다.According to the present invention described above, the junction leakage current can be reduced by sufficiently relieving the stress applied to the substrate due to the nitride film by interposing an oxide film acting as a buffer film between the substrate and the nitride film.
또한, 이러한 감소된 접합 누설전류에 의해 DARM과 같은 메모리 소자의 리프레시 특성이 향상된다.In addition, the reduced junction leakage current improves the refresh characteristics of a memory device such as a DARM.
또한, 완화된 스트레스에 의해 전자의 이동도(mobility)가 증가하여 감소하여 소자의 전류 특성이 향상될 뿐만 아니라, 계면 결함등의 감소하여 핫 캐리어 특성이 향상됨으로써, 결국 소자의 특성이 향상된다.In addition, the mobility of electrons increases and decreases due to the relaxed stress, thereby improving the current characteristics of the device, and also improving the hot carrier characteristics by reducing interface defects, thereby improving the device characteristics.
또한, 이러한 계면 결함등의 감소에 의해 소자의 패일율(fail rate)이 감소됨으로써, 결국 소자의 생산성을 향상시킬 수 있다.In addition, the fail rate of the device is reduced by the reduction of such interface defects and the like, thereby improving the productivity of the device.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.In addition, this invention is not limited to the said Example, It can implement in a various deformation | transformation in the range which does not deviate from the technical summary of this invention.
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