KR20030055690A - 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법 - Google Patents

다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 기판 상부에 희생막을 형성하고, 게이트 전극이 형성될 예정 영역의 희생막을 건식 및 습식 식각으로 식각해서 개구부를 형성하고, 희생막의 개구부에 드러난 기판 표면에 게이트 절연막을 얇게 형성하고 그 위에 게이트 도전막을 채워 게이트 전극을 형성한 후에 희생막을 제거하고, 게이트 전극 측벽에 스페이서를 형성한 후에, 게이트 전극 및 스페이서에 의해 드러난 반도체 기판내에 이온 주입하여 소오스/드레인 영역을 형성한다. 그러므로, 본 발명은 게이트 전극 하부의 채널 폭이 감소되면서 채널영역과 LDD 영역간의 거리가 떨어지게 되어 단채널 효과 및 DIBL이 개선된다.

Description

다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING MOSFET BY USING DAMASCENE PROCESS}
본 발명은 반도체 제조방법에 관한 것으로서, 특히 소자의 미세화에 따른 단채널 효과(Short Channel Effect)를 극복할 수 있는 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.
현재 반도체장치의 제조기술의 발달과 그 응용분야가 확장되어 감에 따라 반도체 소자의 집적도 증가에 대한 연구 및 개발이 꾸준히 발전되고 있다. 이렇게 반도체 소자의 집적도가 증가됨에 따라 소자의 미세화 기술을 기본으로 한 연구가 추진되고 있다.
이에 반도체 소자의 미세화에 따라 모스 전계효과 트랜지스터의 게이트 전극의 선폭또한 축소하게 되었다. 그런데, 트랜지스터의 선폭이 축소되면 소오스/드레인 영역으로부터 측면 확산에 의해 채널폭이 줄어드는 단채널 효과를 발생하게 된다.
현재 단채널 효과를 극복하기 위해서 접합 깊이를 얕게 형성한 LDD 기술을 이용하고 있지만, 고집적 반도체 소자의 미세 채널폭을 갖는 트랜지스터를 구현하기 위해서는 또 다른 방안이 강구되어야 한다.
본 발명의 목적은 희생막에 게이트 전극이 형성될 부분을 고온 공정으로 상부 산화막을 리플로우한 후에 1차 건식 식각하고 2차 습식 식각하고 게이트 절연막을 형성하고 오픈된 부분에 도전물질을 채우고 평탄화하여 게이트 전극을 형성한 후에 희생막을 제거함으로써 게이트 전극 하부의 채널 폭이 감소되면서 채널영역과 LDD 영역간의 거리가 떨어지게 되어 단채널 효과 및 DIBL이 개선되는 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 게이트 전극 및 소오스/드레인을 갖는 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 반도체 기판 상부에 희생막을 형성하는 단계와, 게이트 전극이 형성될 예정 영역의 희생막을 건식 및 습식 식각으로 식각해서 개구부를 형성하는 단계와, 희생막의 개구부에 드러난 기판 표면에 게이트 절연막을 얇게 형성하고 그 위에 게이트 도전막을 채워 게이트 전극을 형성한 후에 희생막을 제거하는 단계와, 게이트 전극 측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 게이트 전극 및 스페이서에 의해 드러난 반도체 기판내에 이온 주입하여 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 공정 순서도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 모스전계효과 트랜지스터를 나타낸 수직 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 반도체 기판 12 : 버퍼막
14 : 제 1절연막 15 : 희생막
16 : 제 2절연막 16b : 리플로우된 제 2절연막
18 : 포토레지스트 패턴 20 : 개구부
22 : 게이트 절연막 24 : 게이트 전극
26 : LDD 영역 28 : 스페이서
30 : 소오스/드레인 영역 32 : 실리사이드막
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도면에 미도시되어 있지만, 반도체 기판으로서 실리콘 기판(10) 상부에 소자분리 공정 및 웰 공정을 진행하여 소자분리막 및 웰 영역을 형성한다.
그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10) 상부에 다마신 공정으로 게이트 전극을 제조하기 위해 희생막(15)을 형성하는데, 본 실시예에서 희생막(15)은 식각 선택성이 있는 제 1절연막(14)과 제 2절연막(16)을 순차 적층한다. 이때, 본 실시예에서는 제 1절연막(14)은 질화막, 제 2절연막(16)은 산화막을 예로 든다.그리고, 본 발명은 실리콘 기판(10)과 희생막(15) 사이에 버퍼막(12)을 추가할 수 있다. 이 버퍼막(12)은 이후 LDD 이온 주입의 스크린 역할을 하고 다마신 공정으로부터 기판 표면을 보호하기 위함이다. 이때, 본 실시예에서 버퍼막(12)은 산화막으로 예를 든다.
이어서 도 2에 도시된 바와 같이, 게이트 전극이 형성될 예정 영역의 제 2절연막(16)을 건식 식각한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고온 공정을 이용하여 제 2절연막(16)을 리플로우시킨다.(16b)
그 다음 도 4에 도시된 바와 같이, 활성 영역의 침식을 줄이기 위하여 리플로우된 제 2절연막(16b)을 마스크로 삼아 제 1절연막(14)을 건식 식각하고 버퍼막(12)을 습식 식각)을 습식 식각해서, 측벽 단차가 있고 실리콘 표면이 노출되는 개구부(open region)(20)를 형성한다.
이어서 도 5에 도시된 바와 같이, 개구부(20)에 드러난 기판 표면에 게이트 절연막(22)을 얇게 형성하고 그 위에 게이트 도전막, 예를 들어 폴리실리콘을 개구부(20)가 매립되도록 채운다. 그런 다음 평탄화 공정으로서 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing) 공정으로 희생막(15) 표면에 게이트 도전막이 잔여되지 않도록 평탄한다. 이로 인해, 고온 공정으로 리플로우된 제 2절연막(16b)에 의해 상부쪽 폭보다 하부쪽 폭이 더 좁은 게이트 전극(24)이 형성된다.
계속해서 도 6에 도시된 바와 같이, 희생막(15)인 제 2절연막(16b) 및 제 1절연막(14)을 습식 식각으로 제거한다.
이어서 도 7에 도시된 바와 같이, 게이트전극(24)을 마스크로 삼아 LDD 이온 주입을 실시하여 실리콘 기판(10)내에 LDD 영역(26)을 형성한다. 그리고 게이트 전극(24) 측벽에 스페이서(28)를 형성한다. 예를 들어, 스페이서(28)는 구조물 전면에 질화막을 증착하고 이를 전면 식각해서 형성한다. 그 다음 게이트 전극(24) 및 스페이서(28)를 마스크로 삼아 소오스/드레인 이온 주입을 실시하여 실리콘 기판(10)내에 소오스/드레인 영역(30)을 형성한다.
계속해서 도 8에 도시된 바와 같이, 버퍼막(12)을 습식 식각 공정으로 식각하여 제거하는데, 스페이서(28) 하부에는 버퍼막 일부가 제거되지 않고 남아 버퍼막 패턴(12')이 형성된다.
그리고나서 도 9에 도시된 바와 같이, 배선 및 접합 영역의 표면 저항을 낮추기 위하여 상기 구조물에 금속(미도시함), 예를 들어 티타늄(Ti)을 증착하고 어닐링 공정을 실시하여 게이트 전극(24) 및 소오스/드레인 영역(30)의 표면에 티타늄 실리사이드막(32)을 형성한다. 그리고 실리사이드화되지 않은 티타늄을 제거한다.
그러므로, 본 발명은 다마신 공정을 이용하여 게이트 절연막(22) 및 게이트 전극(24)을 제조함으로 게이트 전극(24) 아래의 채널 폭을 좁힐 수 있고 습식 식각에 의해 게이트 전극(24)의 프로 파일이 상부쪽보다 하부쪽이 좁기 때문에 LDD 영역(26)이 채널 영역으로부터 떨어져 형성된다.
한편, 본 발명은 게이트 전극의 도전물질이 금속으로 이루어져 있을 경우 게이트 전극을 제외한 소오스/드레인 영역에만 실리사이드막을 형성할 수도 있다. 이에 대한 실시예는 도 10을 참조한다.
본 발명의 다른 실시예는 도 1에서부터 도 8과 같은 순서로 공정을 진행하되, 게이트 전극 물질을 텅스텐 등의 금속으로 제조한다. 그리고 도 10에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(24) 및 소오스/드레인 영역(30)의 트랜지스터 구조물에 금속, 예를 들어 티타늄(Ti)을 증착하고 어닐링하여 소오스/드레인 영역(30)의 표면에만 티타늄 실리사이드막(32)을 형성하고 실리사이드화되지 않은 티타늄은 제거한다. 그러므로, 본 발명의 다른 실시예는 게이트 전극(24)을 제외한 소오스/드레인 영역(30)에만 실리사이드막을 형성한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 희생막에 게이트 전극이 형성될 부분을 건식 및 습식 식각으로 식각하고 게이트 절연막을 형성하고 오픈된 부분에 도전물질을 채우고 평탄화하여 게이트 전극을 형성한 후에 희생막을 제거함으로써 게이트 전극 하부의 채널 폭이 감소되면서 채널영역과 LDD 영역간의 거리가 떨어지게 되어 단채널 효과 및 DIBL이 개선되는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (7)

  1. 게이트 전극 및 소오스/드레인을 갖는 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법에 있어서,
    반도체 기판 상부에 희생막을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극이 형성될 예정 영역의 희생막을 건식 및 습식 식각으로 식각해서 개구부를 형성하는 단계; 및
    상기 희생막의 개구부에 드러난 기판 표면에 게이트 절연막을 얇게 형성하고 그 위에 게이트 도전막을 채워 게이트 전극을 형성한 후에 상기 희생막을 제거하는 단계;
    상기 게이트 전극 측벽에 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극 및 스페이서에 의해 드러난 반도체 기판내에 이온 주입하여 상기 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 희생막은 식각 선택성이 있는 제 1절연막과 제 2절연막이 순차 적층된 것을 특징으로 하는 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 반도체 기판과 상기 희생막 사이에 버퍼막을 추가한 것을 특징으로 하는 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 추가된 버퍼막은 상기 소오스/드레인 영역을 형성한 후에 식각 공정으로 상기 스페이서 하부에 버퍼막 패턴으로 남겨지는 것을 특징으로 하는 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 게이트 도전막을 채운 후에 평탄화 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 희생막을 제거한 후에, 상기 반도체 기판내에 LDD 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 소오스/드레인 영역을 형성한 후에 상기 게이트 전극 또는 소오스/드레인 영역에 실리사이드막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다마신을 이용한 모스전계효과 트랜지스터의 제조방법.
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