KR20040095975A - Method for fabricating semiconductor device having electro static discharge device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 정전 방전 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 접합 누설 전류가 발생하는 것을 방지할 수 있는 정전 방전 소자를 구비한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an electrostatic discharge element, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor element with an electrostatic discharge element capable of preventing the occurrence of a junction leakage current.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 상태에서 다수개가 함께 제작된 후에 칩으로 절단되어 패키지된 후 사용되는데, 웨이퍼 상태나 패키지 상태에서 제조 공정중이나 운반 중에 인체에 의해 발생되는 ESD(Electro Static Discharge)가 인가되면 순간전압 4000V 이상의 고전압이 인가되어 소자를 파괴한다.In general, a semiconductor device is used after being fabricated in a wafer state and then cut and packaged into chips. When an electrostatic discharge (ESD) generated by a human body is applied during a manufacturing process or transportation in a wafer state or a package state, an instant is applied. A high voltage above 4000V is applied to destroy the device.
상기와 같은 내부회로 손상은 ESD(Electro Static Discharge) 인가시 입력패드를 통해 주입된 전하가 내부회로를 거쳐 최종적으로 다른 단자로 빠져나가면서 일으키는 주울(joule) 열에 기인한다. 즉, 이러한 주울열에 의해 발생하는 접합 스파이킹(junction spiking)과 산화막 파열(rupture) 현상 등 때문에 상기와 같은 내부회로의 손상이 발생된다.Such internal circuit damage is caused by joule heat caused by the charge injected through the input pad when ESD is applied and finally exits to another terminal through the internal circuit. That is, damage to the internal circuit as described above occurs due to junction spiking and oxide rupture caused by the Joule heat.
이를 해결하기 위해 정전기 방전 때 주입된 전하가 내부회로를 통해 빠져나가기 전에 입력패드에 주입된 전하를 곧바로 전원공급 단자쪽으로 방전시킬 수 있는 정전기 방전 보호회로를 삽입하여 정전기 방전으로 인한 반도체 소자의 손상을 방지한다.To solve this problem, insert an electrostatic discharge protection circuit that discharges the charge injected into the input pad directly to the power supply terminal before the injected charge is discharged through the internal circuit. prevent.
한편, ESD 보호장치는 입력패드와 내부회로 사이에서 ESD 인가시 대부분의 전류를 소모하는 필드 트랜지스터와, 내부회로의 게이트 절연막을 보호하기 위한 게이트 그라운드 NMOS 트랜지스터와, 상기 NMOS트랜지스터로의 과도한 전류 유입을 방지하는 저항을 구비한 회로로 구성된다.On the other hand, the ESD protection device is a field transistor that consumes most of the current when the ESD is applied between the input pad and the internal circuit, a gate ground NMOS transistor to protect the gate insulating film of the internal circuit, and excessive current flow into the NMOS transistor. It consists of a circuit with a resistance to prevent it.
상기 ESD 보호용 필드 트랜지스터는 P웰을 구비한 반도체 기판상에 형성되어있는 소자 격리막의 일측 및 타측 반도체 기판에 필드 트랜지스터의 소오스/드레인 영역이 되는 N+ 불순물 확산영역이 형성되어 있으며, 도면에는 도시되지 않았지만 상기 일측의 N+ 불순물 확산영역은 입력 핀과 연결되고, 타측의 N+ 불순물 확산영역은 VSS와 연결되어 있다.In the ESD protection field transistor, an N + impurity diffusion region, which is a source / drain region of the field transistor, is formed on one side and the other side of the device isolation layer formed on the semiconductor substrate having the P well. The N + impurity diffusion region on one side is connected to an input pin, and the N + impurity diffusion region on the other side is connected to VSS.
이러한 ESD 보호장치는 ESD 인가시 보호소자 자체가 파괴되는데, 그 중에서도 필드 트랜지스터의 드레인 영역이 주로 손상된다. 이는 드레인 영역이 입력핀과 집적 연결되어 있기 때문이다.Such an ESD protection device destroys the protection element itself when ESD is applied, among which the drain region of the field transistor is mainly damaged. This is because the drain region is integrated with the input pin.
그리고, 종래의 정전 방전 소자는 그 특성을 향상시키기 위해서 제너 브레이크다운(Zener Breakdown)을 형성하기 위하여 일측의 N+ 불순물 확산영역 아래에 P- 이온을 주입하여 P- 불순물 확산영역을 형성한다.In addition, the conventional electrostatic discharge device forms a P- impurity diffusion region by implanting P− ions under an N + impurity diffusion region on one side to form a Zener Breakdown to improve its characteristics.
이와 같이 P- 이온을 주입함에 의해 N+ 불순물 확산영역 아래의 P웰의 도핑 농도가 높아져 접합의 경계가 표면쪽으로 이동하여 N+ 접합이 Non-ESD 소자(일반 소자)의 접합 깊이보다 낮아져서 후속 실리사이드 공정시 접합 누설전류를 유발하는 문제가 발생된다.As a result, the doping concentration of the P well under the N + impurity diffusion region increases due to the implantation of P- ions, and the boundary of the junction moves to the surface. Problems causing junction leakage currents occur.
특히, 서브-미크론(Sub-micron)으로 갈 수록 게이트산화막의 두께가 얇아져서 접합 브레이크다운(Junction Breakdown) 전압의 큰 폭 감속가 더욱 절실히 요구된다. 이를 위해서는 P- 이온의 도핑 농도의 증가가 필요하다. 그러나, 종래 기술에서는 접합 누설전류의 우려로 인해 P- 이온의 도핑 농도를 높이는데 한계가 있다.In particular, as the thickness of the sub-micron increases, the thickness of the gate oxide layer becomes thinner, and thus, a greater width reduction of the junction breakdown voltage is urgently required. This requires an increase in the doping concentration of P- ions. However, in the prior art, there is a limit to increasing the doping concentration of P- ions due to the concern of junction leakage current.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, P- 이온의 도핑 농도를 충분히 높일뿐만아니라 접합 누설전류가 발생하는 것을 방지하기에 알맞은 정전 방전 소자를 구비한 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and has a semiconductor device having an electrostatic discharge device suitable for sufficiently increasing the doping concentration of P- ions and preventing the occurrence of junction leakage current. The purpose is to provide a method.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 정전 방전 소자를 구비한 반도체 소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having an electrostatic discharge device according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
11 : 반도체기판 12 : 소자격리막11: semiconductor substrate 12: device isolation film
13 : 제 1 도전형 웰영역 14 : 게이트절연막13: first conductivity type well region 14: gate insulating film
15a, 15b : 게이트전극 16a, 16b : 소오스영역15a, 15b: gate electrodes 16a, 16b: source region
17a, 17b : 드레인영역 18 : 감광막17a, 17b: drain region 18: photosensitive film
19 : 제 2 도전형(N+) 불순물영역 20 : 제 1 도전형(P-) 불순물영역19: second conductivity type (N +) impurity region 20: first conductivity type (P−) impurity region
21 : 실리사이드층21: silicide layer
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 일반 소자영역과 정전 방전 소자영역이 정의된 기판의 각 영역에 게이트절연막과 게이트전극을 적층 형성하는 단계; 상기 각 게이트전극 양측의 상기 기판에 소오스/드레인영역을 형성하는 단계; 이온주입 마스크를 이용하여 상기 정전 방전 소자영역의 상기 드레인영역 하부에만 제 1 도전형 불순물영역을 형성하는 단계; 상기 정전 방전 소자영역의 상기 제 1 도전형 불순물영역 하부에만 제 2 도전형 불순물영역을 형성하는 단계; 상기 각 영역의 소오스/드레인영역에 선택적으로 실리사이드층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 정전 방전 소자를 구비한 반도체 소자의 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, a step of stacking a gate insulating film and a gate electrode in each region of the substrate in which the general element region and the electrostatic discharge element region defined; Forming a source / drain region on the substrate on both sides of the gate electrode; Forming a first conductivity type impurity region only below the drain region of the electrostatic discharge element region by using an ion implantation mask; Forming a second conductivity type impurity region only below the first conductivity type impurity region of the electrostatic discharge element region; There is provided a method of manufacturing a semiconductor device having an electrostatic discharge device, comprising the step of selectively forming a silicide layer in the source / drain regions of each region.
이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른정전 방전 소자를 구비한 반도체 소자의 제조방법을 소개하기로 한다.Or less, to introduce a method of manufacturing a semiconductor device having a capacitive discharge device according to a preferred embodiment of the present invention in order to enable those skilled in the art to more easily carry out the present invention. do.
본 발명에 따른 정전 방전 소자를 구비한 반도체 소자의 제조방법은 도 1a에도시한 바와 같이, 활성영역과 격리영역이 정의된 반도체기판(11)의 격리영역에 소자격리막(12)을 형성한다. 이후에 활성영역에 제 1 도전형(P형) 웰(13)을 형성한다.In the method of manufacturing a semiconductor device having an electrostatic discharge device according to the present invention, as shown in FIG. 1A, the device isolation film 12 is formed in an isolation region of the semiconductor substrate 11 in which an active region and an isolation region are defined. Thereafter, a first conductivity type (P type) well 13 is formed in the active region.
다음에 일반소자 영역과 정전 방전(ESD) 소자 영역의 활성영역에 일방향으로 각각 게이트절연막(14a, 14b)과 게이트 전극(15a, 15b)을 적층 형성한다. 이때 게이트절연막(14a, 14b)은 대략 10~200Å의 두께를 갖도록 형성한다.Next, gate insulating films 14a and 14b and gate electrodes 15a and 15b are stacked in one direction in the active regions of the general element region and the electrostatic discharge (ESD) element region, respectively. At this time, the gate insulating films 14a and 14b are formed to have a thickness of approximately 10 to 200 Å.
이하, 일반소자영역은 제 1 영역, 정전 방전(ESD) 소자 영역은 제 2 영역이라 명칭한다.Hereinafter, the general device region is referred to as a first region, and the electrostatic discharge (ESD) device region is referred to as a second region.
그리고 제 1, 제 2 영역의 상기 게이트 전극(15a, 15b) 양측의 반도체 기판(11)에 1차로 고농도의 제 2 도전형 이온(N+)을 주입하여 소오스 영역(16a, 16b) 및 드레인 영역(17a, 17b)을 각각 형성한다. 이때 고농도의 제 2 도전형 이온(N+)은 1E15 ~ 5E16의 도즈량을 갖도록 주입하고, 이온 주입 에너지는 20KeV ~ 80KeV가 되도록 진행한다.In addition, second concentration ion-conductive ions (N +) are first injected into the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrodes 15a and 15b of the first and second regions, so that the source regions 16a and 16b and the drain region ( 17a, 17b) are formed, respectively. At this time, the high concentration of the second conductivity type ions (N +) is implanted to have a dose of 1E15 ~ 5E16, the ion implantation energy proceeds to 20KeV ~ 80KeV.
이후에 각 게이트 전극(15a, 15b)의 양측면에 측벽스페이서를 형성한다.Thereafter, sidewall spacers are formed on both side surfaces of the gate electrodes 15a and 15b.
이어, 도 1b에 도시한 바와 같이 반도체기판(11)의 전면에 감광막(18)을 도포하고, 노광 및 현상공정으로 제 2 영역의 드레인영역(17b)이 오픈되도록 감광막(18)을 패터닝한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, the photosensitive film 18 is coated on the entire surface of the semiconductor substrate 11, and the photosensitive film 18 is patterned so that the drain region 17b of the second region is opened by the exposure and development processes.
이때 오픈되는 영역은 일반소자인 트랜지스터의 특성에 영향을 주지 않도록 하기 위해서 게이트전극으로 부터 충분하게 이격시킨다. 예를 들어 접합 깊이의 0.7 ~ 2배 정도 되도록 이격시킨다.At this time, the open area is sufficiently spaced apart from the gate electrode in order not to affect the characteristics of the transistor, which is a general device. For example, spaced apart by 0.7 to 2 times the joint depth.
이어, 도 1c에 도시한 바와 같이 제 2 영역의 드레인영역(17b)의 접합 깊이를 깊게 하기 위해서, 패터닝된 감광막(18)을 마스크로 제 2 영역의 드레인영역(17b) 하부에 2차로 고농도의 제 2 도전형 이온(N+)을 주입하여 제 2 도전형 불순물영역(N+ 불순물영역)(19)을 형성한다. 이때 고농도의 제 2 도전형 이온(N+)은 1E15 ~ 5E16의 도즈량을 갖도록 주입하고, 이온 주입 에너지는 50KeV ~ 200KeV가 되도록 진행한다.Subsequently, in order to deepen the junction depth of the drain region 17b of the second region, as shown in FIG. 1C, the patterned photosensitive film 18 is masked with a second concentration at a lower portion of the drain region 17b of the second region. The second conductivity type ions (N +) are implanted to form a second conductivity type impurity region (N + impurity region) 19. At this time, a high concentration of the second conductivity type ion (N +) is implanted to have a dose amount of 1E15 to 5E16, and the ion implantation energy proceeds to 50KeV to 200KeV.
다음에 상기 패터닝된 감광막(18)을 마스크로 제너 다이오드 형성을 위해 제 2 도전형 불순물영역(19)의 하부에 저농도의 제 1 도전형 이온(P-)을 주입하여 제 1 도전형 불순물영역(P- 불순물영역)(20)을 형성한다. 이후에 감광막(18)을 제거한다. 이때 저농도의 제 1 도전형 이온(P-)은 1E13 ~ 1E15의 도즈량을 갖도록 주입하고, 이온 주입 에너지는 50KeV ~ 200KeV가 되도록 진행한다.Next, a low concentration of first conductivity type ions P- is implanted into the lower portion of the second conductivity type impurity region 19 to form a zener diode using the patterned photoresist 18 as a mask. P- impurity region) 20 is formed. Thereafter, the photosensitive film 18 is removed. At this time, the low concentration of the first conductivity type ions P- is implanted to have a dose of 1E13 to 1E15, and the ion implantation energy proceeds to 50KeV to 200KeV.
상기와 같이 제 2 영역의 드레인영역(17b) 하부에만 제 2 도전형 불순물영역(N+ 불순물영역)(19)을 더 형성하므로써, 제 1 도전형 불순물영역(20)의 P-이온 주입 농도를 증가시킬 수 있는 범위를 확대할 수 있고, 이에 의해서 접합 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.As described above, the second conductivity type impurity region (N + impurity region) 19 is further formed only below the drain region 17b of the second region, thereby increasing the P-ion implantation concentration of the first conductivity type impurity region 20. The range which can be made can be expanded, and it can prevent that a junction leakage current arises by this.
이어, 도 1d에 도시한 바와 같이 제 1, 제 2 영역의 소오스 영역(16a, 16b) 및 드레인 영역(17a, 17b)상에 선택적으로 실리사이드층(21)을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1D, the silicide layer 21 is selectively formed on the source regions 16a and 16b and the drain regions 17a and 17b of the first and second regions.
이때 실리사이드층(21)은 게이트전극(15a,15b)상부에 마스크를 형성한 후 전면에 금속층을 증착한 후 열처리하여 형성한 후 반응하지 않은 금속층을 제거하여 형성할 수도 있고, 게이트전극(15a,15b) 표면을 제외한 소오스 영역(16a, 16b) 및드레인 영역(17a, 17b)상에만 형성되게 스퍼터 증착하여 형성할 수도 있다.In this case, the silicide layer 21 may be formed by forming a mask on the gate electrodes 15a and 15b and depositing a metal layer on the entire surface, followed by heat treatment, and then removing the unreacted metal layer. 15b) It may be formed by sputter deposition to be formed only on the source regions 16a and 16b and the drain regions 17a and 17b except for the surface.
이후에 도면에는 도시되지 않았지만, 반도체기판(11)의 전면에 절연막을 증착하고, 각 소오스/드레인영역이 오픈되도록 절연막을 식각하여 콘택홀을 형성한 후, 콘택홀 및 이에 인접한 절연막상에 전극 인가를 위한 금속층을 형성하는 공정을 더 진행한다.After that, although not shown in the drawing, an insulating film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 11, and the insulating film is etched to open each source / drain region, thereby forming a contact hole, and then applying an electrode on the contact hole and the insulating film adjacent thereto. The process of forming a metal layer for further proceeds.
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.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. 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.
전술한 본 발명의 정전 방전 소자를 구비한 반도체 소자의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The manufacturing method of the semiconductor device provided with the static discharge element of this invention mentioned above has the following effects.
정전 방전 소자 영역의 드레인영역 하부에만 선택적으로 제 2 도전형 불순물영역(N+ 불순물영역)을 더 형성하므로써, 제 1 도전형 불순물영역의 P-이온 주입 농도를 증가시킬 수 있는 범위를 확대할 수 있고, 이에 의해서 접합 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.By selectively forming a second conductivity type impurity region (N + impurity region) only below the drain region of the electrostatic discharge element region, the range in which the P-ion implantation concentration of the first conductivity type impurity region can be increased can be increased. This can prevent the junction leakage current from occurring.
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