KR20050071786A - 반도체 소자의 엘리베이티드 샐리사이드 제조 방법 - Google Patents
반도체 소자의 엘리베이티드 샐리사이드 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
반도체 소자의 엘리베이티드 샐리사이드 제조방법을 제공한다. 소오스·드레인 영역의 상부와 게이트의 상부에 샐리사이드를 형성한 후, 폴리실리콘을 증착하고 열처리하여 이미 형성된 샐리사이드 위에 엘리베이티드 샐리사이드를 형성한다. 이에 의하여 콘택 영역의 저항을 줄일 수 있을 뿐 아니라 단채널 효과를 감소시키고 소오스·드레인 영역의 접합 누설 전류의 특성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 엘리베이티드 샐리사이드 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 동작 속도를 향상시키기 위하여, 일반적으로 반도체 소자를 이루고 있는 각각의 구성요소들의 커패시턴스와 저항을 줄이는 것이 필요하다. 예를 들면, 게이트 산화막의 커패시턴스나 접합부의 커패시턴스 또는 배선저항을 낮추는 것이다. 고집적화에 따른 반도체 소자의 크기 감소로 인하여 배선저항 중에서도 소오스·드레인 영역에서의 접촉저항과 게이트 전극의 저항을 낮추는 것이 중요하다.
게이트 전극의 저항을 낮추기 위하여 일반적으로 게이트 전극을 두 층으로 형성하는데, 한 층은 폴리실리콘으로, 다른 한 층은 내열성 금속(refractory metal)이나 내열성 금속의 실리사이드로 형성한다.
소오스·드레인 영역의 저항을 낮추기 위하여는 불순물 주입량을 늘리거나 고온의 어닐링을 통하여 불순물의 활성화를 높이는 방법이 사용된다.
그러나 불순물 주입량을 늘이거나 불순물의 활성화를 높이는 방법에 의하면 불순물이 옆으로 더 많이 확산되기 때문에 단채널 효과(short channel effect) 등에 의해 트랜지스터와 같은 반도체 소자의 특성이 저하된다. 이러한 문제를 피하기 위하여 소오스 및 드레인 영역이 형성되는 불순물 확산층이 더 얇고 낮은 저항을 가지도록 만들어지는데, 이때 적용되는 방법이 내열성 금속과 실리콘 기판 사이에 선택적인 반응에 의하여 실리사이드(silicide)를 형성하는 이른바 샐리사이드 형성기술이다.
그런데 실리사이드가 소오스·드레인 쪽으로 깊이 들어가서 형성되면 소오스·드레인과 웰(well) 사이에서 접합 누설 전류(junction leakage current)가 증가하는 문제점을 야기한다.
따라서 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 소오스·드레인 영역의 상부와 게이트의 상부에 에피택셜(epitaxial) 실리콘을 성장시키는 RSD(Raised Source Drain)를 사용하는 방법이 널리 알려져 있다. RSD에 의할 경우 소오스·드레인 영역의 상부에 성장된 에피택셜 실리콘에 의해 실리사이드가 기판 위쪽으로 더 많이 생성되므로 소오스·드레인 영역에서 기판 아래쪽으로는 실리사이드 두께가 감소한다. 소오스·드레인 영역의 기판 아래쪽으로 실리사이드 두께가 감소하므로 접합 누설 전류를 감소시킬 수 있고, 또한 전체적으로는 기존과 동일한 실리사이드 두께를 유지함으로써 두께 감소에 따른 저항 증가를 방지할 수 있다.
그러나 RSD는 에피택셜 실리콘을 키우는 공정조건이 비싸고, 소오스·드레인과 게이트 위에서 에피택셜 실리콘이 불균일하게 성장되는 응집현상(agglomeration)이 일어나서 실리사이드가 균일하게 형성되지 않으며, SOI(silicon on insulator) 웨이퍼에서 에피택셜 실리콘 성장시 액티브 영역의 실리콘이 없어져서 액티브 영역이 수축되는 현상이 일어나는 점 등의 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단채널 효과를 줄일 뿐 아니라 상기 RSD에 의한 샐리사이드 공정의 문제점을 극복하고, 접합 누설 전류가 적고 얕은 접합을 이룰 수 있는 반도체 소자의 엘리베이티드 샐리사이드 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 엘리베이티드 샐리사이드 제조방법은 소자분리막이 형성된 반도체 기판에 게이트 전극을 형성하는 단계와 상기 게이트 전극 양 옆의 반도체 기판에 소오스·드레인을 형성하는 단계와 상기 게이트 전극의 상부와 소오스·드레인의 상부에 샐리사이드를 형성하는 단계와 상기 샐리사이드가 형성된 반도체 기판에 폴리실리콘을 형성하는 단계 및 상기 폴리실리콘이 증착된 반도체 기판을 열처리하여 상기 샐리사이드와 상기 폴리실리콘이 반응하도록 하여 엘리베이티드 샐리사이드를 완성하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 샐리사이드(SALICIDE:Self-Aligned siliCIDE)라 함은 반도체 소자의 제조 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 널리 공지되어 있는 바와 같이, 게이트 전극 측벽의 절연막 스페이서를 실리사이드화 반응의 차단층으로 사용하여 게이트 전극과 소오스·드레인 영역 상에 각각 형성한 실리사이드층을 지칭한다. 그리고 엘리베이티드 샐리사이드란 종전의 샐리사이드층보다 기판 위로 상승하여(elevated) 형성된 샐리사이드층을 지칭한다.
이하, 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 본 발명에 따른 엘리베이티드 샐리사이드 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 1a는 소자분리막(20)이 형성된 반도체 기판(10)에 게이트 전극(30)과 소오스·드레인(40)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 이를 위하여 먼저 반도체 기판(10) 상에 STI(shallow trench isolation) 공정에 의하여 소자분리막(20)을 형성하고, 웰(well), 채널(channel) 및 필드(field) 형성을 위한 이온 주입을 실행한다. 이후 게이트 산화막(31)을 성장시키고 게이트 도전막을 형성한 후 사진 식각 공정에 의하여 게이트 도전막 패턴(32)을 형성한다. 이어서 소오스·드레인(40) 형성을 위하여 반도체 기판(10)에 낮은 농도의 이온주입을 하고, 게이트 측벽 절연막(33)을 생성한 후 상기 게이트 측벽 절연막(33)을 기준으로 높은 농도의 이온주입을 하여 LDD(lightly doped drain) 구조의 소오스·드레인(40)을 형성한다.
도 1b는 샐리사이드 공정을 위하여 상기 게이트 전극(30)이 형성된 반도체 기판 위에 샐리사이드 형성 용 금속층(50)을 증착한 상태를 도시한 것이다. 선택적 샐리사이드 공정을 위하여 샐리사이드가 형성되지 않을 부분, 예를 들면 저항으로 쓰이는 부분에는 상기 금속 증착 전에 미리 샐리사이드 방지층(salicide blocking layer)(미도시)을 형성한다. 상기 샐리사이드 방지층(미도시)은 실리콘 질화막(SiN) 또는 실리콘 산화막(SiO2)을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 샐리사이드 형성 용 금속으로는 코발트(Co), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 등의 내열성 금속(refractory metal)을 사용하는 것이 바람직하다. 샐리사이드 형성 용 금속층(50)은 10Å 내지 500Å 두께로 형성한다.
도 1c는 게이트 전극(30)의 상부와 소오스·드레인(40)의 상부에 샐리사이드(60)가 형성된 상태를 도시한 것이다. 상기 샐리사이드 용 금속층(도1b의 50)이 증착된 반도체 기판을 100~1500℃ 정도의 온도로 RTP(rapid thermal process) 처리하여 금속과 실리콘과의 실리사이드를 형성한 후, 소자분리막(20)이나 게이트 전극(30)의 측벽 절연막(33) 또는 샐리사이드 방지층(미도시) 위와 같이 샐리사이드가 형성되지 않은 부분의 금속을 습식각에 의해 제거하여 도 1c와 같은 상태를 얻는다. 샐리사이드 용 금속층(도1b의 50)으로 코발트를 사용할 경우 PAN(인산(Phosphoric acid), 초산(Acetic acid), 질산(Nitric acid)의 혼합액) 스트립(strip)에 의해 코발트 실리사이드로 반응하지 않은 코발트를 제거한다.
도 1d는 엘리베이티드 샐리사이드 형성을 위하여 상기 샐리사이드(60)가 형성된 반도체 기판에 폴리실리콘층(70)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 폴리실리콘층(70)은 10Å 내지 500Å 두께로 형성한다.
도 1e는 상기 게이트 전극(30)의 상부와 상기 소오스·드레인(40)의 상부에 엘리베이티드 샐리사이드(80)가 형성된 상태를 도시한 것이다. 상기 엘리베이티드 샐리사이드(80)는 상기 폴리실리콘(도 1d의 70)이 증착된 반도체 기판을 100~1500℃ 정도의 온도로 RTP(rapid thermal process) 처리하여 상기 폴리실리콘과 상기 샐리사이드 사이에 실리사이드화 반응(silicidation)이 이루어짐으로써 형성된다.
본 발명에 의하면 소오스·드레인 영역의 샐리사이드를 반도체 기판 위쪽으로 형성함으로써 단채널 효과를 감소시키고 접합 누설 전류를 줄일 수 있다. 또한 샐리사이드 형성시 폴리실리콘을 사용함으로써 RSD 공정의 문제점을 극복할 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 반도체 소자의 샐리사이드 제조 단계를 도시한 단면도들이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10: 반도체 기판 20: 소자분리막
30: 게이트 전극 31: 게이트 산화막
32: 게이트 도전막 33: 게이트 측벽 절연막
40: 소오스·드레인 50: 금속층
60: 샐리사이드 70: 폴리실리콘층
80: 엘리베이티드 샐리사이드
Claims (2)
- 소자분리막이 형성된 반도체 기판에 게이트 전극을 형성하는 단계;상기 게이트 전극 양 옆의 반도체 기판에 소오스·드레인을 형성하는 단계;상기 게이트 전극의 상부와 상기 소오스·드레인의 상부에 샐리사이드를 형성하는 단계;상기 샐리사이드가 형성된 반도체 기판에 폴리실리콘을 형성하는 단계;및상기 폴리실리콘이 증착된 반도체 기판을 열처리하여 상기 샐리사이드와 상기 폴리실리콘이 반응하도록 하여 엘리베이티드 샐리사이드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 엘리베이티드 샐리사이드 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 샐리사이드를 형성하는 단계는,상기 게이트 전극과 상기 소오스·드레인이 형성된 반도체 기판 전면에 샐리사이드 형성 용 금속층을 형성하는 단계;상기 금속층이 형성된 반도체 기판을 열처리하여 금속과 실리콘과의 실리사이드화 반응에 의하여 상기 게이트 전극 상부와 상기 소오스·드레인의 상부에 선택적으로 금속 실리사이드를 형성하는 단계;및상기 반도체 기판에서 금속 실리사이드화 하지 않은 금속을 제거함으로써 샐리사이드를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 엘리베이티드 샐리사이드 제조 방법.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100824532B1 (ko) * | 2006-12-11 | 2008-04-22 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자 및 그의 제조방법 |
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2004
- 2004-01-02 KR KR1020040000100A patent/KR20050071786A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100824532B1 (ko) * | 2006-12-11 | 2008-04-22 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자 및 그의 제조방법 |
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