KR20040057528A - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 게이트 전극을 형성한 후 LDD(Lightly Doped Drain) 산화막을 증착하고 LDD 이온주입공정을 실시하여 반도체 기판에 LDD 확산층을 형성한다. 그런 다음, 게이트 전극의 양측벽에 LDD 스페이서를 형성하고 SEG(Selective Epitaxial Growth) 공정을 실시하여 성장층을 형성한 후 소오스/드레인 이온주입공정을 실시하여 상기 성장층 내에 이온 주입층을 형성한다. 그런 다음, 열처리공정을 실시하여 상기 이온 주입층에 주입된 도펀트를 확산시켜 깊은 확산층을 형성함으로써 소오스/드레인 확산층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 개시한다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 LDD(Lightly Doped Drain) 확산층의 깊이 및 확산을 감소시켜 고집적 반도체 소자에서의 단채널 효과(short channel effect)를 억제시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 개시한다.
반도체 소자가 고집적화되어 게이트 전극의 길이가 마이크로미터(㎛)이하로 감소됨에 따라 소자의 단채널 효과(short channel effect)의 증가가 큰 문제로 대두되고 있다. 이러한 단채널 효과는 소오스/드레인(source/drain) 확산층의 채널영역으로의 측면 확산에 의해 유효채널길이(effective channel length)가 감소되어 발생한다. 즉, 소오스/드레인 확산층의 물리적인 거리가 짧아지면서 소오스/드레인 확산층 간의 전기적인 절연이 약해져 여러가지 단채널 효과가 발생하게 된다. 특히 단채널 효과는 채널길이가 0.20㎛ 이하로 감소됨에 따라 더욱 커지고 있다. 심한 경우 유효채널길이가 거의 없어져 소오스에서 드레인으로 직접 전류가 흐르는 펀치 스루우(punch-through) 현상이 발생하며, 이에 따라 게이트 동작 특성이 저하되고 있는 실정이다.
이러한 단채널 효과를 감소시키기 위해서는 확산층의 측면 확산을 최대한 억제하여 유효채널길이를 크게해야 하며, 이를 위해서는 소오스/드레인 확산층의 깊이 감소가 필수적으로 요구된다. 그러나, 상기 소오스/드레인 확산층의 깊이 감소는 고집적 소자에서 접합누설전류(junction leakage current)의 증대를 유발시킨다. 특히, 금속 살리사이드 구조를 사용하고 있는 고속도의 로직소자에서는 금속살리사이드의 비정상적 성장이나 금속확산 등이 수반되어 더욱 심각한 문제가 되고 있다. 그리고, 확산층의 깊이를 감소시키기 위하여 이온주입 깊이를 감소시키면 게이트 전극의 도핑효율이 떨어지는 현상이 유발되므로 역시 그 한계가 있다. 따라서 단채널 효과를 감소시키면서 접합누설전류특성 및 게이트 전극 도핑효율특성을 동시에 확보할 수 있도록 소오스/드레인 확산층 및 게이트 형성방법에 대한 개선이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기에서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고집적 반도체 소자에서의 단채널 효과(short channel effect)를 억제시키기 위하여 LDD(Lightly Doped Drain) 확산층의 깊이 및 확산을 감소시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
102 : 반도체 기판 104 : 소자 분리막
106 : 게이트 산화막 108 : 폴리실리콘막
110 : 게이트 전극 112 : LDD 산화막
114 : LDD 확산층 116 : LDD 질화막
118 : LDD 스페이서 120 : 성장층
122 : 이온 주입층 124 : 고농도 확산층
126 : 소오스/드레인 확산층
128 : 금속 살리사이드층
본 발명의 일측면에 따르면, 게이트 전극이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계와, 전체 구조 상부에 LDD 산화막을 증착하는 단계와, LDD 이온주입공정을 실시하여 상기 게이트 전극의 양측으로 노출되는 상비 반도체 기판 내에 LDD 확산층을 형성하는 단계와, 전체 구조 상부에 LDD 질화막을 증착한 후 식각공정을 실시하여 상기 게이트 전극의 양측벽에 LDD 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 및 상기 반도체 기판의 상부에 잔류된 상기 LDD 산화막을 제거하는 단계와, SEG공정을 실시하여 상기 단계에서 상기 LDD 산화막이 제거된 부위에 성장층을 형성하는 단계와, 소오스/드레인 이온주입공정을 실시하여 상기 성장층 내에 이온 주입층을 형성하는 단계와, 열처리공정을 실시하여 상기 이온 주입층에 주입된 도펀트를 상기 반도체 기판 내로 확산시켜 고농도 확산층을 형성하며, 이로 인해, 상기 LDD 확산층과 상기 고농도 확산층으로 이루어진 소오스/드레인 확산층이 형성되는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 단면들로서, 그 일례로 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 소자에서 PMOS 영역을 제외한 NMOS 영역만을 도시한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, P형 반도체 기판(102)을 활성영역과 소자분리영역으로 정의하기 위해 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 실시하여 소자 분리막(104)을 형성한 후 NMOS 영역에는 'p-' 불순물인 보론(boron)을 주입하여 P-웰(P-Well)을 형성한다.
이어서, 전체 구조 상부에 게이트 산화막(106) 및 게이트 전극용 폴리실리콘막(108)을 순차적으로 증착한 후 게이트 전극 패턴용 마스크를 이용한 식각공정을 실시하여 폴리실리콘막(108) 및 게이트 산화막(106)을 순차적으로 패터닝하여 게이트 전극(110)을 형성한다.
이어서, 전체 구조 상부에 LDD 산화막(112)을 증착한다. 이때, LDD 산화막(112)은 TEOS(TetraEthylOrtho Silicate Glass)을 이용하여 한다. 또한, LDD 산화막(112)은 도 2에서 실시되는 LDD 이온주입공정에 의해 반도체 기판(102)에 형성되는 LDD 확산층(114)의 깊이와 동일한 두께로 형성하되, 바람직하게는 LDD 확산층(114)의 깊이보다 20 내지 200Å 정도 얇게 형성한다. 한편, LDD 산화막(112)은 저유전 물질, 예컨대 SiC, 다공질 실리콘 산화물(SiO2), 불소 함유 실리콘 산화물(SiOF), 불소 함유 산화물 SOG(Sping On Glass) 또는 USG(Un-doped Silicate Glass)를 이용하여 증착할 수 있다.
도 2를 참조하면, LDD 이온주입 마스크를 이용한 LDD 이온주입공정을 실시하여 반도체 기판(102)에 LDD 확산층(114)을 형성한다. 이때, LDD 이온주입공정은 이온이 LDD 산화막(112)을 통과하여 반도체 기판(102)에 LDD 확산층(114)이 형성될 수 있도록 실시한다.
한편, LDD 이온주입공정후 RTP(Rapid Temperature Precess) 방식으로 열처리공정을 실시할 수 있다. 이와 같이 열처리공정을 추가로 실시하여 LDD 확산층(114)의 도펀트의 확산을 유발시켜 원하는 LDD 확산층(114)의 프로파일(profile)을 얻을수 있다. 이와 같이 LDD 이온주입공정후 열처리공정을 추가로 실시할 경우에는 LDD산화막(112)을 두껍게 증착해도 된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전체 구조 상부에 LDD 질화막(116)을 증착한다. 이때, LDD 질화막(116)은 LPCVD(Low Presure CVD) 방식을 이용하여 질화막 계열의 물질로 증착한다.
이어서, 전체 구조 상부에 대하여 식각 마스크없이(no mask) 블랭켓(blanket) 또는 에치백(etch back)과 같은 전면 식각 공정을 실시하여 LDD 질화막(116)을 식각한다. 이때, 전면 식각 공정은 건식식각방식으로 실시하며, 산화막과 질화막 간의 식각 선택비가 좋은 식각가스를 사용하여 게이트 전극(110)의 상부 및 양측벽과 반도체 기판(102) 상에 LDD 산화막(112)이 잔류되도록 한다. 이로써, 게이트 전극(110) 양측벽의 LDD 산화막(112) 상에는 LDD 스페이서(118)가 형성된다.
도 5를 참조하면, 전체 구조 상부에 대하여 LDD 스페이서(118)를 마스크로 이용한 건식식각방식 또는 습식식각방식으로 식각공정을 실시하되, 산화막과 질화막 간의 식각 선택비가 우수한 식각액을 이용하여 실시한다. 이로써, 게이트 전극(110) 상 및 LDD 확산층(114) 상에 잔류하는 LDD 산화막(112)이 제거되며, LDD 스페이서(118)의 상부(130)가 도출된다.
도 6을 참조하면, 전체 구조 상부에 대하여 SEG(Selective Epitaxial Growth) 공정을 실시하여 도 5에서 LDD 산화막(112)이 식각되어 제거된 부위, 즉 게이트 전극(110) 및 LDD 확산층(114)의 상부에 Si막 또는 SiGe막으로 성장층(120)을 형성한다. 이때, SEG 공정은 600 내지 750℃의 온도에서 DCS(DiChloro Silane), SiH4또는 Si2H6의 소스가스와 HCl 또는 Cl을 이용하여 실시한다. 또한, 성장층(120)은 통상적인 소오스/드레인 확산층의 깊이와 동일한 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
도 7을 참조하면, 전체 구조 상부에 대하여 소오스/드레인 이온주입 마스크와 LDD 스페이서(118)를 마스크로 이용한 고농도 소오스/드레인 확산층 이온주입공정을 실시한다. 이로써, 성장층(120) 내에는 이온이 주입되어 이온 주입층(122)이 형성된다. 이때, 이온 주입층(122)은 성장층(120)의 내에 형성되며, 그 깊이는 도시된 '140a'와 같다.
도 8을 참조하면, 전체 구조 상부에 대하여 어닐링(annealing) 방식으로 열처리공정을 실시하여 이온 주입층(122)에 주입된 도펀트들을 반도체 기판(102)에 형성된 LDD 확산층(114)까지 확산시킨다. 이로써, LDD 확산층(114)까지 확산된 고농도 확산층(124)이 형성된다. 따라서, 게이트 전극(110)의 양측으로 노출되는 반도체 기판(102)에는 LDD 확산층(114)과 고농도 확산층(124)으로 이루어진 소오스/드레인 확산층(126)이 형성된다. 여기서, '140b'는 상기 열처리공정에 의해 도펀트가 확산된 깊이를 가리킨다.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 고농도 소오스/드레인 확산층 이온주입공정을 실시한 후 열처리공정을 실시하여 고농도 확산층(124)을 형성함으로써 고농도 확산층(124) 및 LDD 확산층(114)의 확산 깊이를 제어한다. 또한, 상기열처리공정을 과도하게 실시할 경우에는 도 6에서 실시되는 SEG 공정을 조절하여 성장층(120)의 두께를 조절함으로써 LDD 확산층(114) 및 고농도 확산층(124)의 확산 깊이를 제어한다.
도 9를 참조하면, 전체 구조 상부에 코발트(cobalt) 또는 티타늄(titanium)을 이용하여 금속층(미도시)을 증착한다. 그런 다음, 전체 구조 상부에 대하여 RTP공정을 실시한 후 선택적 습식식각공정을 실시하여 반응하지 않고 잔류하는 금속층을 제거한다. 이로써, 소오스/드레인 확산층(126)과 게이트 전극(110)의 상부에는 금속 살리사이드층(metal self align silicide; 128)이 형성된다. 그런 다음, 전체 구조 상부에 대하여 RTP를 방식을 실시하여 금속 살리사이드층(128)을 상변이 시킨다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예들에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 LDD 확산층 및 고농도 확산층의 깊이를 낮추어 단채널 효과를 억제함으로써 궁극적으로 반도체 소자의 특성을 개선시킬 수 있다.
Claims (7)
- (a) 게이트 전극이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계;(b) 전체 구조 상부에 LDD 산화막을 증착하는 단계;(c) LDD 이온주입공정을 실시하여 상기 게이트 전극의 양측으로 노출되는 상비 반도체 기판 내에 LDD 확산층을 형성하는 단계;(d) 전체 구조 상부에 LDD 질화막을 증착한 후 식각공정을 실시하여 상기 게이트 전극의 양측벽에 LDD 스페이서를 형성하는 단계;(e) 상기 게이트 전극 및 상기 반도체 기판의 상부에 잔류된 상기 LDD 산화막을 제거하는 단계;(f) SEG 공정을 실시하여 상기 (e) 단계에서 상기 LDD 산화막이 제거된 부위에 성장층을 형성하는 단계;(g) 소오스/드레인 이온주입공정을 실시하여 상기 성장층 내에 이온 주입층을 형성하는 단계; 및(h) 열처리공정을 실시하여 상기 이온 주입층에 주입된 도펀트를 상기 반도체 기판 내로 확산시켜 고농도 확산층을 형성하며, 이로 인해, 상기 LDD 확산층과 상기 고농도 확산층으로 이루어진 소오스/드레인 확산층이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 LDD 산화막은 TEOS막으로 형성하되, 상기 (c) 단계에서 형성되는 상기 LDD 확산층의 깊이와 동일하게 형성하거나, 상기 LDD 확산층의 깊이보다 20 내지 200Å 정도 얇게 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 고농도 확산층은 상기 성장층의 두께 또는 상기 열처리공정에 따라 그 깊이가 결정되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 성장층은 Si막 또는 SiGe막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 고농도 확산층은 상기 (h) 단계에서 실시되는 열처리공정에 의해 상기 LDD 확산층 내까지 확산되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 LDD 확산층은 상기 (h) 단계에서 실시되는 상기 열처리공정에 의해 최종 프로파일이 결정되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (h) 단계후 전체 구조 상부에 금속층을 증착한 후 적어도 한번의 열처리공정과 식각공정을 반복적으로 실시하여 상기 소오스/드레인 확산층 상부와 상기 게이트 전극의 상부에 금속 살리사이드층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
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| KR1020020084286A KR20040057528A (ko) | 2002-12-26 | 2002-12-26 | 반도체 소자의 제조 방법 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100475034B1 (ko) * | 1998-06-08 | 2005-05-27 | 삼성전자주식회사 | 엘리베이티드소오스/드레인영역을갖는모스트랜지스터및그제조방법 |
| KR100593452B1 (ko) * | 2005-02-01 | 2006-06-28 | 삼성전자주식회사 | 전체실리사이드 금속게이트전극을 갖는 모스 트랜지스터의제조방법 |
| KR100765617B1 (ko) * | 2006-07-18 | 2007-10-09 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자의 살리사이드 형성 방법 |
-
2002
- 2002-12-26 KR KR1020020084286A patent/KR20040057528A/ko not_active Application Discontinuation
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