KR20050012948A - Method for manufacturing Transistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 트랜지스터 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 매우 얇고 균일한 실리사이드막을 형성함으로써 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 트랜지스터 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transistor manufacturing method, and more particularly to a transistor manufacturing method that can improve the reliability of the device by forming a very thin and uniform silicide film.
반도체 장치가 고집적화 됨에 따라, 게이트 패턴의 폭 역시 미세하게 형성하는 것이 요구된다. 하지만, 이러한 게이트 패턴의 미세화는 상기 게이트 패턴의 저항을 증가시키고, 그 결과 반도체 장치의 고속화에 악영향을 미친다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 게이트 패턴 상부에 우수한 전도성을 갖는 실리사이드 패턴을 더 형성하는 기술이 통상적으로 사용된다.As semiconductor devices become highly integrated, it is required to form finely the width of the gate pattern. However, the miniaturization of the gate pattern increases the resistance of the gate pattern, and as a result, adversely affects the speed of the semiconductor device. In order to solve this problem, a technique of further forming a silicide pattern having excellent conductivity on the gate pattern is commonly used.
종래 기술에 의해 실리사이드를 형성시킬 때, 실리콘 기판 안쪽으로의 확산 이동성이 커서 고농도로 도핑된 소오스/드레인 영역에서 실리콘의 소모가 너주 커지기 때문에 접합 누설 전류를 유발하는 문제점이 있었다.When the silicide is formed by the prior art, there is a problem of causing a junction leakage current because the diffusion mobility inside the silicon substrate is large and the consumption of silicon in the heavily doped source / drain regions becomes excessively large.
이하, 상기 종래 기술에 의한 트랜지스터 제조 방법의 문제점을 하기 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the problem of the transistor manufacturing method according to the prior art will be described with reference to the following drawings.
도1a 내지 도1f는 종래 기술에 의한 트랜지스터 제조 방법의 문제점을 나타낸 도면이다.1A to 1F illustrate a problem of a conventional transistor manufacturing method.
우선, 도1a에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(100)에 필드 산화막(110)을 형성하여 액티브 영역 및 필드 영역을 정의하고, 도1b에 도시된 바와 같이 n형 또는 p형 이온 주입을 실시하여 웰(미도시함)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a field oxide film 110 is formed on a silicon substrate 100 to define an active region and a field region, and as shown in FIG. 1B, an n-type or p-type ion implantation is performed to perform wells. (Not shown).
그리고 나서, 도1c에 도시된 바와 같이 게이트 산화막(120) 및 폴리실리콘(130)을 형성한 후 소저의 사진 및 식각 공정으로 게이트 전극을 패터닝한다. 그리고, 저농도 불순물 이온 주입을 실시하여 LDD 영역(140)을 형성한 후 할로 이온 주입 공정을 진행하여 할로 이온 주입층(150)을 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 1C, the gate oxide layer 120 and the polysilicon 130 are formed, and then the gate electrode is patterned by an image photographing and etching process. After the low concentration impurity ion implantation is performed to form the LDD region 140, a halo ion implantation process is performed to form the halo ion implantation layer 150.
이어서, 도1d에 도시된 바와 같이 게이트 전극의 측벽에 버퍼 산화막(160) 및 게이트 스페이서(170)를 형성한 후에 이온 주입 공정을 진행하여 소오스/드레인 접합 영역(180)을 형성한다. 이때, LDD 영역(140)과 소오스/드레인(180) 접합층의 깊이에 따라 소자의 특성 열화 즉, 숏 채널 현상이 발생할 수 있기 때문에 보다 쉘로우한 접합 영역 형성이 필요하다.Subsequently, as shown in FIG. 1D, after forming the buffer oxide layer 160 and the gate spacer 170 on the sidewalls of the gate electrode, an ion implantation process is performed to form the source / drain junction region 180. In this case, the characteristics of the device may be degraded according to the depths of the LDD region 140 and the source / drain 180 junction layer, that is, a short channel phenomenon may be required, thereby forming a shallower junction region.
상기 소오스/드레인 접합 영역을 형성하고 나서, 도1e에 도시된 바와 같이 상기 결과물 전면에 코발트(190)를 증착한 다음 2차례의 열 공정을 진행하여 도1f에 도시된 바와 같이 게이트 전극 상부와 소오스/드레인 접합 영역에 코발트 실리사이드막(190')을 형성한다. 이때, 코발트는 실리사이드를 형성하기 위하여 실리콘 안쪽으로 확산 이동하는 특성이 있어서 실리콘 소모가 매우 크다. 결국, 고농도로 도핑된 소오스/드레인 접합 영역의 실리콘을 소모시켜 접합 누설 전류를 유발하는 취약점이 있었다.After forming the source / drain junction region, as shown in FIG. 1E, the cobalt 190 is deposited on the entire surface of the resultant, followed by two thermal processes, and as shown in FIG. 1F, the top of the gate electrode and the source are shown. A cobalt silicide film 190 'is formed in the / drain junction region. At this time, the cobalt has a characteristic of diffusing and moving into the silicon to form silicide, so silicon consumption is very high. As a result, there was a vulnerability that consumed silicon in a heavily doped source / drain junction region, causing junction leakage current.
이러한 특성은 90nm 기술 이하의 매우 작은 소자를 구현하는데 치명적인 단점을 갖기 때문에 이를 개선하기 위해 소량의 니켈을 사용하고 있는 추세이나, 니켈은 이후 열처리 공정시 온도에 따라 열화 특성이 심화되는 문제점이 있었다.This characteristic has a fatal disadvantage in realizing a very small device of less than 90nm technology because a small amount of nickel is used to improve this problem, but nickel has a problem that the deterioration characteristics according to the temperature during the subsequent heat treatment process.
상기와 같은 문제점을 해결하기 본 발명은 코발트 증착전 질소 이온을 주입하여 질소 이온이 주입된 깊이까지 코발트와 실리콘 기판이 반응하도록 하여 매우 얇고 균일한 실리사이드막을 형성하도록 하는 트랜지스터 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a transistor manufacturing method for forming a very thin and uniform silicide film by injecting nitrogen ions prior to cobalt deposition by allowing the cobalt and the silicon substrate to react to the depth implanted with nitrogen ions. .
도1a 내지 도1f는 종래 기술에 의한 트랜지스터 제조 방법의 문제점을 나타낸 도면이다.1A to 1F illustrate a problem of a conventional transistor manufacturing method.
도2a 내지 도2g는 본 발명에 의한 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도들이다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a transistor according to the present invention.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawings-
100 : 실리콘 기판 110 : 필드 산화막100 silicon substrate 110 field oxide film
120 : 게이트 산화막 130 : 폴리실리콘120: gate oxide film 130: polysilicon
140 : LDD 영역 150 : 할로 이온 주입층140: LDD region 150: halo ion implantation layer
160 : 게이트 산화막 170 : 게이트 스페이서160: gate oxide film 170: gate spacer
180 : 소오스/드레인 190 : 코발트180: source / drain 190: cobalt
190': 실리사이드190 ': Silicide
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명은 접합 영역과 게이트 및 소정의 하부 구조가 형성된 반도체 기판 상에 질소 이온 주입을 실시하는 단계와, 상기 이온 주입을 진행한 결과물에 코발트를 증착하는 단계와, 상기 코발트를 증착한 결과물에 1차 어닐링 공정을 진행하는 단계와, 상기 1차 어닐링시 미반응된 코발트를 제거하기 위한 세정 공정을 진행하는 단계와, 상기 세정 공정 후에 2차 어닐링 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터 제조 방법에 관한 것이다.The present invention for solving the above object is a step of performing nitrogen ion implantation on the semiconductor substrate formed with a junction region, a gate and a predetermined substructure, depositing cobalt on the result of the ion implantation, Performing a first annealing process on the cobalt-deposited product, performing a cleaning process for removing unreacted cobalt during the first annealing, and performing a second annealing process after the cleaning process. It relates to a transistor manufacturing method comprising a.
상기 본 발명에 의한 트랜지스터 제조 방법에서, 코발트 증착전 세정 공정을 더 진행함으로써 실리사이드 형성 영역의 표면 산화막을 제거하는 것일 바람직하다.In the transistor manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the surface oxide film of the silicide formation region is removed by further performing a pre-cobalt deposition cleaning process.
또한, 상기 코발트는 너무 두껍게 증착할 경우 질소 이온 주입 깊이 이상에서 균일하지 못한 실리사이드가 형성되는 것을 방지하기 위하여 50~80Å의 두께로 증착하는 것이 바람직하다.In addition, the cobalt is preferably deposited to a thickness of 50 ~ 80Å in order to prevent the formation of uneven silicide above the nitrogen ion implantation depth when deposited too thick.
상기 본 발명에 의한 트랜지스터 제조 방법에 따르면, 코발트 증착 전에 질소 이온 주입을 실시하여 1차 및 2차 열처리 공정시에 질소 원소에 의해 실리콘 기판과 반응하는 코발트의 확산 이동 속도를 저하되도록 함과 동시에 질소 이온이 다량으로 존재하는 지점까지 코발트와 실리콘 기판이 반응하도록 함으로써 균일하고 얇은 코발트 실리사이드막 형성되도록 한다.According to the transistor manufacturing method according to the present invention, nitrogen ion implantation is performed before the cobalt deposition to reduce the diffusion movement rate of the cobalt reacted with the silicon substrate by the nitrogen element during the first and second heat treatment processes, and at the same time nitrogen Cobalt and the silicon substrate react to the point where a large amount of ions are present, thereby forming a uniform and thin cobalt silicide film.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the present embodiment is not intended to limit the scope of the present invention, but is presented by way of example only and the same parts as in the conventional configuration using the same reference numerals and names.
도2a 내지 도2g는 본 발명에 의한 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도들이다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a transistor according to the present invention.
우선, 도2a에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(100)에 필드 산화막(110)을 형성하여 액티브 영역 및 필드 영역을 정의하고, 도2b에 도시된 바와 같이 NMOSFET의 경우에는 보론을 이용한 이온 주입 공정을 진행하여 p웰을 형성하고, PMOSFET의 경우에는 인(Phosphorus)또는 아세닉(Arsenic)을 이용하여 n웰을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, a field oxide layer 110 is formed on the silicon substrate 100 to define an active region and a field region. As shown in FIG. 2B, an ion implantation process using boron is performed in the case of an NMOSFET. Proceeding to form a p well, in the case of a PMOSFET to form an n well using a phosphorus (Phosphorus) or arsenic (Arsenic).
그리고 나서, 도2c에 도시된 바와 같이 게이트 산화막(120) 및 폴리실리콘(130)을 형성한 후 소정의 사진 및 식각 공정으로 게이트 전극을 패터닝한다. 그리고, 저농도 불순물 이온 주입을 실시하여 LDD 영역(140)을 형성하여 후속에서 형성되는 소오스/드레인 간에 흐르는 전하(Carrier) 들의 전기장을 조절한다. 이는, 소자의 크기 감소나 그에 따라 소자의 동작 전압이 작아지지 못하여 채널 드레인 쪽 일부분에 매우 높은 전기장이 집중되는 현상에 의한 원치 않는 케이어의 흐름이 형성되어 소자의 동작에 페일을 발생하는 문제를 최소화하기 위한 것이다.Next, as shown in FIG. 2C, the gate oxide layer 120 and the polysilicon 130 are formed, and then the gate electrode is patterned by a predetermined photo and etching process. In addition, low concentration impurity ion implantation is performed to form the LDD region 140 to control electric fields of charges flowing between the source / drain formed subsequently. This is a problem that causes an undesired flow of the cable due to a reduction in the size of the device or consequently the operating voltage of the device is not reduced, so that a very high electric field is concentrated in a portion of the channel drain side, causing a failure in the operation of the device. It is to minimize.
이어서, LDD 영역(140) 형성에 따라 채널 길이가 감소하여 문턱 전압이 낮아지는 숏채널 효과를 방지하기 위하여 소정의 틸트를 주어 할로 이온 주입 공정을 진행하여 할로 이온 주입층(150)을 형성한다.Subsequently, in order to prevent a short channel effect in which the channel length is reduced and the threshold voltage is lowered as the LDD region 140 is formed, a halo ion implantation process is performed to form a halo ion implantation layer 150 by giving a predetermined tilt.
이어서, 도2d에 도시된 바와 같이 게이트 전극의 측벽에 버퍼 산화막(160) 및 게이트 스페이서(170)를 형성한 후에 고농도 이온 주입을 실시하고 급속 열처리 공정을 진행하여 소오스/드레인 접합 영역(180)을 형성한다. 이때, LDD 영역(140)과 소오스/드레인(180) 접합층의 깊이에 따라 소자의 특성 열화 즉, 숏 채널 현상이 발생할 수 있기 때문에 보다 쉘로우한 접합 영역 형성이 필요하다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, after forming the buffer oxide layer 160 and the gate spacer 170 on the sidewalls of the gate electrode, a high concentration of ion implantation is performed and a rapid heat treatment process is performed to form the source / drain junction region 180. Form. In this case, the characteristics of the device may be degraded according to the depths of the LDD region 140 and the source / drain 180 junction layer, that is, a short channel phenomenon may be required, thereby forming a shallower junction region.
그런 다음, 도2e에 도시된 바와 같이 마스크 공정 없이 질소 이온을 이용하여 10~25KeV의 에너지와, 1.0E15~1.0E16 atom/㎠의 도즈량으로 0~60°의 틸트를 주어 0~360° 회전시켜 이온 주입 공정을 진행한다. 이때, 상기 질소 이온 주입에 의해 후속 실리사이드 형성시 실리사이드막의 두께를 제한 할 수 있다.Then, as shown in Fig. 2e, using a nitrogen ion without a mask process to give a tilt of 0 ~ 60 ° with energy of 10 ~ 25KeV and dose amount of 1.0E15 ~ 1.0E16 atom / ㎠ and rotate 0 ~ 360 ° To proceed with the ion implantation process. In this case, the thickness of the silicide layer may be limited when the subsequent silicide is formed by the nitrogen ion implantation.
이어서, 이온 주입 공정을 진행한 후에 HF : H2O=1:99의 세정액을 이용하여 23±0.5℃의 온도 하에서 60~180초 동안 세정 공정을 진행하여 실리사이드가 형성될 표면의 산화막을 제거한 후 도2f에 도시된 바와 같이 코발트를 50~80Å의 두께로 아주 얇게 증착한다. 이때, 코발트의 두께가 너무 두꺼우면 코발트 원자가 질소이온이 주입된 깊이 이상으로 침투하여 질소 이온 깊이 이상에서는 균일하지 못한 비이상적인 실리사이드가 형성될 수 있으므로, 50~80Å의 두께로 증착하는 것이 바람직하다.Subsequently, after the ion implantation process, the cleaning process was performed for 60 to 180 seconds at a temperature of 23 ± 0.5 ° C using a cleaning solution of HF: H 2 O = 1: 99 to remove the oxide film on the surface where silicide is to be formed. As shown in Figure 2f, cobalt is deposited very thinly with a thickness of 50-80 mm 3. In this case, if the thickness of the cobalt is too thick, cobalt atoms penetrate more than the depth into which the nitrogen ions are injected, and thus, non-ideal silicides may be formed at the nitrogen ion depth or more.
그런 다음, RTP 장비내에서 400~600℃의 온도에서 30~120초 동안 1차 어닐링 공정을 진행하되, 이때 챔버는 100% N2분위기를 유지하며 승온 속도는 30~50℃/sec의 범위를 유지한다.Then, the first annealing process is performed for 30 to 120 seconds at a temperature of 400 ~ 600 ℃ in the RTP equipment, the chamber maintains 100% N 2 atmosphere and the temperature increase rate is in the range of 30 ~ 50 ℃ / sec Keep it.
그리고 나서, 1차 어닐링 공정시에 미반응된 코발트(190)를 제거하기 위하여 SC1(NH4:H2O2:H2O=0.2:1:10) 용액 및 SC2(HCl:H2O2:H2O=1:1:5)용액을 이용하여 50±5℃의 온도에서 5분 동안 세정 공정을 진행한다.Then, SC1 (NH 4 : H 2 O 2 : H 2 O = 0.2: 1: 10) solution and SC2 (HCl: H 2 O 2 ) solution to remove unreacted cobalt 190 in the first annealing process : H 2 O = 1: 1: 5) Using a solution, the cleaning process is performed for 5 minutes at a temperature of 50 ± 5 ℃.
이어서, 750~850℃의 온도에서 30~60초 동안 2차 열처리 공정을 진행하여 도2g에 도시된 바와 같이 실리사이드막(190')을 형성한다.Subsequently, a second heat treatment process is performed at a temperature of 750 ° C. to 850 ° C. for 30 to 60 seconds to form a silicide layer 190 ′ as shown in FIG. 2G.
이와 같이 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 방법에 의하면, 열처리 공정 이전에 질소 이온을 주입하여 1차 및 2차 열처리 공정시에 질소 원소에 의해 실리콘 기판(100)과 반응하는 코발트(190)의 확산 이동 속도를 저하되도록 함과 동시에 질소 이온이 다량으로 존재하는 지점까지 코발트와 실리콘 기판이 반응하도록 함으로써 균일하고 얇은 코발트 실리사이드막(190')이 형성되도록 할 수 있다.As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the diffusion of cobalt 190 reacted with the silicon substrate 100 by nitrogen element during the first and second heat treatment processes by injecting nitrogen ions before the heat treatment process. The cobalt and silicon substrates may be reacted to a point where a large amount of nitrogen ions are present while reducing the moving speed, thereby forming a uniform and thin cobalt silicide layer 190 ′.
상기한 바와 같이 본 발명은 코발트 증착전 질소 이온을 주입하여 질소 이온이 주입된 깊이까지 코발트와 실리콘 기판이 반응하도록 하여 매우 얇고 균일한 실리사이드막을 형성함으로써 매우 얕은 접합을 형성하는 것이 가능하다. 이에 따라, 메탈과의 접촉 저항을 감소시켜 숏 채널 마진을 증대시킴으로써 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, in the present invention, it is possible to form a very shallow junction by injecting nitrogen ions prior to cobalt deposition so that the cobalt and the silicon substrate react to the depth to which the nitrogen ions are implanted to form a very thin and uniform silicide film. Accordingly, there is an advantage that the reliability of the device can be improved by increasing the short channel margin by reducing the contact resistance with the metal.
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