KR20070014309A - Method for fabricating transistor of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래 트랜지스터 제조 방법을 도시한 공정 개략도.1A-1E are process schematic diagrams illustrating a conventional transistor manufacturing method.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 트랜지스터 제조 방법을 도시한 공정 개략도.2A-2F are process schematic diagrams illustrating a transistor fabrication method of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 ><Brief description of the main parts of the drawing>
1, 111: 반도체 기판 3, 113: 소자분리영역1, 111:
5, 117, 123: 포토레지스트 패턴 7, 127: 게이트 산화막5, 117, 123:
9, 129: 다결정 실리콘층 9-1, 129-1: 다결정 실리콘 패턴9, 129: polycrystalline silicon layer 9-1, 129-1: polycrystalline silicon pattern
11, 131: 금속층 11-1, 131-1: 금속층 패턴11, 131: metal layer 11-1, 131-1: metal layer pattern
13, 133: 하드마스크막 13-1, 133-1: 하드마스크막 패턴13, 133: hard mask film 13-1, 133-1: hard mask film pattern
15, 135: 스페이서 17: 이온주입 공정15, 135: spacer 17: ion implantation process
19, 139: 소오스 영역 21, 141: 드레인 영역19, 139:
23, 137: 폴리플러그 115: 1차 이온주입 공정23, 137: polyplug 115: primary ion implantation process
119: 2차 이온주입 공정 121: 이온 주입 영역119: secondary ion implantation process 121: ion implantation region
125: 리세스 게이트 영역 136: 3차 이온주입 공정125: recess gate region 136: tertiary ion implantation process
본 발명은 반도체 소자의 트랜지스터 제조 방법에 관한 것으로, 게이트 패턴을 형성하기 전에 반도체 기판의 비트라인 콘택 영역에 대한 C-할로 주입 공정 및 저농도 이온 주입 공정을 먼저 형성하여 균일한 접합 영역을 형성하는 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
오늘날, 반도체 소자의 응용 분야가 확장됨에 따라, 제조 원가는 낮으면서, 집적화 및 전기적 특성은 향상된 대용량의 반도체 소자를 제조하기 위한 공정 설비나, 공정 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다. 이와 관련하여, 셀 구조, 사진식각공정(photo-lithography) 공정 조건 및 배선 형성 물질과 절연막 형성 물질의 물성 한계 등을 개선하여 안정된 동작을 수행하는 소자를 얻기 위한 연구가 다각적으로 이루어지고 있다.As the field of application of semiconductor devices expands today, there is an urgent need for development of process equipment or process technologies for manufacturing high-capacity semiconductor devices with low manufacturing costs and improved integration and electrical properties. In this regard, various studies have been conducted to obtain devices that perform stable operations by improving cell structures, photo-lithography process conditions, physical property limits of wiring forming materials and insulating film forming materials, and the like.
한편, 반도체 소자의 고집적화에 따라 반도체 소자의 게이트 라인 선폭이나, 게이트 라인의 유전막 두께 등과 같은 물리적 단위(physical dimension)의 크기가 감소된 트랜지스터를 제조하는 경우, 소오스/드레인 영역의 공핍 영역이 채널속으로 침투하여, 유효 채널 길이가 감소하는 단채널(short channel) 효과가 유발되었다.On the other hand, when a transistor having a reduced physical dimension such as a gate line line width of a semiconductor device or a dielectric film thickness of a gate line due to high integration of a semiconductor device is manufactured, a depletion region of a source / drain region is formed in a channel. Penetrating into, caused a short channel effect that reduces the effective channel length.
그 영향으로, 반도체 소자의 데이터 보유 시간(retention time)을 확보하는 것이 어려워졌을 뿐만 아니라, 후속 공정 마진이 감소하여 접합 누설(junction leakage) 전류가 증가하였다.As a result of this, it is not only difficult to secure the data retention time of the semiconductor device, but also the subsequent process margin is reduced to increase the junction leakage current.
단채널 효과를 개선하기 위해서, (i) 게이트 절연막의 두께를 감소시키는 방 법, (ii) 게이트 라인 하부에 리세스된 채널 영역을 형성하여 게이트 선폭에 대한 유효 채널 길이를 확보하는 방법, 또는 (iii) 게이트 하부의 실리콘 혹은 웨이퍼 특정 부분에 불순물 이온을 주입하여 소오스/드레인 영역을 형성 시에, 공핍 영역을 최대한 감소시키기 위하여 얇은 접합(shallow junction) 영역을 형성하는 방법 등이 도입되었다. In order to improve the short channel effect, (i) a method of reducing the thickness of the gate insulating film, (ii) forming a recessed channel region under the gate line to secure an effective channel length for the gate line width, or ( iii) In order to form source / drain regions by implanting impurity ions into a silicon or wafer specific portion under the gate, a method of forming a shallow junction region in order to reduce the depletion region as much as possible has been introduced.
종래 기술 중에서 상기 (ii) 리세스된 채널 게이트 영역을 포함하는 트랜지스터 형성 방법을 첨부된 도면 1a 내지 1e를 참조하여 상세하게 설명한다.A method of forming a transistor including the (ii) recessed channel gate region in the prior art will be described in detail with reference to the accompanying drawings 1A to 1E.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(1) 상에 소자분리영역(3)을 형성한 다음, 구조물 전면에 포토레지스트막(미도시)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, an
상기 포토레지스트막(미도시)에 대한 노광 및 현상 공정을 수행하여, 도 1b에 도시한 바와 같이 반도체 기판(1)의 활성 영역 일부분이 노출된 개구부를 포함하는 포토레지스트 패턴(5)을 형성한 다음, 상기 포토레지스트 패턴(5)을 식각 마스크로 이용하여 반도체 기판(1)을 식각하여 리세스 게이트 영역을 형성한다.Exposure and development of the photoresist film (not shown) are performed to form a
이어서, 상기 도 1b의 포토레지스트 패턴(5)을 제거한 다음, 얻어진 구조물 전면에 도 1c에 도시한 바와 같이 게이트 산화막(7)을 형성하고, 그 상부에 다결정 실리콘층(9), 금속층(11) 및 하드마스크막(13)을 순차적으로 증착한 적층 구조를 형성한다.Subsequently, after removing the
상기 도 1c의 적층 구조에 대한 사진 식각 공정을 수행하여 도 1d에 도시한 바와 같이 다결정 실리콘층 패턴(9-1), 금속층 패턴(11-1) 및 하드마스크막 패턴(13-1)으로 이루어진 게이트 패턴을 형성한 다음, 얻어진 구조물 전면에 질화막을 형성하고 식각하여 측벽 스페이서(15)를 형성한다.The photolithography process of the lamination structure of FIG. 1C is performed to form a polycrystalline silicon layer pattern 9-1, a metal layer pattern 11-1, and a hard mask layer pattern 13-1 as shown in FIG. 1D. After forming the gate pattern, a nitride film is formed on the entire surface of the obtained structure and etched to form
상기 게이트 스페이서(15) 및 게이트 패턴을 이온 주입 공정 마스크로 이용하여 반도체 기판(1)에 대한 C-할로 공정과 저농도 불순물 이온 주입 또는 고농도 불순물 이온 주입 공정과 같은 여러 단계의 이온 주입 공정(17)을 수행하여, 도 1e에 도시한 바와 같은 소오스 영역(19) 및 드레인 영역(21)을 형성한다.By using the
이때, 상기 여러 단계의 이온주입 공정 중 하나인 C-할로 주입 공정은 CMOS 소자 제작 시에 일반적으로 사용되는 기술로서, 일반적으로 30∼450 tilt 각도로 주입하여 게이트 전극 바로 밑에 도펀트를 위치시킨다.In this case, the C-halo implantation process, which is one of the various ion implantation processes, is a technique generally used in the fabrication of a CMOS device, and is generally implanted at a 30 to 450 tilt angle to place a dopant directly under the gate electrode.
그리고 상기 구조물 전면에 폴리실리콘층을 형성하여 소오스/드레인 영역 상부에 폴리플러그(23)를 형성한다.In addition, a polysilicon layer is formed on the entire surface of the structure to form a
전술한 바와 같이, 종래 리세스 게이트 영역을 포함하는 트랜지스터 제조 공정에서는, 각각의 식각 공정 단계에서 노광 및 식각 장비와 식각되는 기판 특이성이 상이하기 때문에, 리세스 게이트와 게이트 패턴 간 정렬 오차(misalignment)가 발생한다.As described above, in a transistor fabrication process including a recess gate region in the related art, misalignment between the recess gate and the gate pattern is different because the substrate specificity etched with the exposure and etching equipment in each etching process step is different. Occurs.
그뿐 아니라, 반도체 소자가 점점 고집적화되면서 상기 리세스 게이트 영역을 포함하는 트랜지스터의 유효 채널 길이 또한 축소되었기 때문에, 소오스/드레인 영역 간 중첩 면적이 더욱 증가 되어, 안정된 식각 공정을 수행할 수 없어 측벽 스페이서 등의 구조물이 불량하게 형성된다.In addition, as the semiconductor devices are increasingly integrated, the effective channel length of the transistor including the recess gate region is also reduced, so that the overlapping area between the source and drain regions is further increased, so that a stable etching process cannot be performed, so that sidewall spacers and the like are not available. The structure of is poorly formed.
이와 같은 문제점으로 인하여, C-할로 주입 공정 등의 이온 주입 공정 수행 시에, 도 1e에 도시한 바와 같이 셀 전압(VT)을 결정하는 C-할로 영역은 불균일한 프로파일(21)로 형성된다.Due to such a problem, when performing an ion implantation process such as a C-halo implantation process, as shown in FIG. 1E, the C-halo region that determines the cell voltage VT is formed with a
이에 따라, 반도체 소자의 로딩 커패시턴스(capacitance)가 상승하여 트랜지스터의 속도가 저하되었을 뿐만 아니라, 후속 공정 시에 스토리지 노드와 비트 라인 노드 간에 누설 전류가 발생하여 반도체 소자의 리프레쉬(refresh) 오류가 발생한다.As a result, the loading capacitance of the semiconductor device is increased to decrease the transistor speed, and a leakage current occurs between the storage node and the bit line node in a subsequent process, thereby causing a refresh error of the semiconductor device. .
이에 본 발명자들은 활발한 연구 결과 고가의 장비 개발 없이도 상기한 종래의 문제점들을 극복할 수 있는, 균일한 접합 영역을 형성하여 안정된 동작을 수행하는 트랜지스터 형성 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have completed the present invention by developing a transistor forming method for forming a stable junction area to perform a stable operation that can overcome the above-mentioned conventional problems without expensive equipment development.
본 발명은 상기와 같은 종래의 트랜지스터 형성 방법상의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 게이트 패턴 형성 공정 전에 C-할로 주입 공정 및 저농도 불순물 이온 주입 공정을 수행하여 균일한 접합 영역을 형성할 수 있는 새로운 개념의 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the conventional transistor formation method, and is capable of forming a uniform junction region by performing a C-halo implantation process and a low concentration impurity ion implantation process before the gate pattern formation process. An object of the present invention is to provide a method for forming a transistor of a semiconductor device of concept.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는In order to achieve the above object, in the present invention
반도체 기판 상에 웰(well)을 정의하기 위한 1차 이온 주입을 수행하는 단계;Performing primary ion implantation to define a well on a semiconductor substrate;
상기 구조물 전면에 비트라인 콘택 영역이 노출된 제 1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a first photoresist pattern exposing bit line contact regions on the front surface of the structure;
상기 제 1 포토레지스트 패턴을 이온주입공정용 마스크로 이용하여 2차 이온 주입 공정을 수행하는 단계;Performing a secondary ion implantation process using the first photoresist pattern as a mask for ion implantation process;
상기 구조물 전면에 게이트 영역이 노출된 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a second photoresist pattern exposing a gate region on the entire surface of the structure;
상기 제 2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 반도체 기판의 활성 영역에 리세스 게이트 영역을 형성하는 단계;Forming a recess gate region in an active region of a semiconductor substrate by performing an etching process using the second photoresist pattern as an etching mask;
상기 리세스 게이트 영역을 포함하는 구조물 상에 게이트 패턴 및 측벽 스페이서를 형성하는 단계; 및 Forming a gate pattern and sidewall spacers on the structure including the recess gate regions; And
상기 게이트 패턴 및 측벽 스페이서를 식각 마스크로 이용하는 3차 이온주입 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법을 제공한다.A method of forming a transistor in a semiconductor device, the method including performing a third ion implantation process using the gate pattern and sidewall spacers as an etching mask.
이때, 상기 2차 이온 주입 공정은 C-할로 주입 영역을 형성하기 위한 C-할로 주입 공정을 수행한 다음, 저농도 소오스/드레인 접합 영역을 형성하기 위한 저농도 이온 주입 공정을 수행하는 단계를 포함한다.In this case, the secondary ion implantation process may include performing a C-halo implantation process for forming a C-halo implantation region and then performing a low concentration ion implantation process for forming a low concentration source / drain junction region.
또한, 상기 3차 이온 주입 공정은 고농도 소오스/드레인 영역을 형성하기 위한 고농도 이온 주입 공정 수행 단계이며, 상기 측벽 스페이서 형성 공정 전에는 일반적인 이온 주입 공정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the tertiary ion implantation process may be a step of performing a high concentration ion implantation process for forming a high concentration source / drain region, and may further include performing a general ion implantation process before the sidewall spacer formation process.
이하, 본 발명을 도면을 이용하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
우선, 도 2a를 참조하면, 반도체 기판(111) 상에 소자분리영역(113)을 형성한 다음, 반도체 기판 전면에 P형 웰을 정의하기 위한 마스크층(미도시)을 형성하고, N형 전계 효과 트랜지스터의 문턱 전압 제어를 위한 붕소(B) 이온을 주입하는 1차 이온 주입 공정(115)을 수행한다.First, referring to FIG. 2A, an
상기 도 2a의 구조물 전면에 포토레지스층(미도시)을 형성한 다음, 현상 및 식각 공정을 수행하여 도 2b에 도시한 바와 같이 비트라인 콘택 영역을 노출하는 제 1 포토레지스트 패턴(117)을 형성한다.A photoresist layer (not shown) is formed on the entire structure of FIG. 2A, and then a development and etching process is performed to form a
이어서, 상기 1 포토레지스트 패턴(117)을 이온주입 마스크로 이용하여 이온 주입 영역(121)을 형성하기 위한 2 차 이온주입 공정(119)을 수행한다.Subsequently, a secondary
상기 2차 이온 주입 공정은 C-할로 주입 영역을 형성하는 C-할로 주입 공정 후에 저농도 소오스/드레인 접합 영역을 형성하는 저농도 이온 주입 공정을 단계로 수행한다.The secondary ion implantation process may include a low concentration ion implantation process of forming a low concentration source / drain junction region after the C-halo implantation process of forming a C-halo implantation region.
상기 도 2b의 제 1 포토레지스트 패턴(117)을 제거한 후, 이온주입영역(121)이 형성된 반도체 기판(111) 전면에 포토레지스트층(미도시)을 형성하고, 노광 및 현상 공정을 수행하여 게이트 영역이 노출된 포토레지스트 패턴(123)을 형성한다.After removing the
상기 포토레지스트 패턴(123)을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 도 2c에 도시한 바와 같이 반도체 기판의 활성 영역 상에 리세스 게이트 영역(125)을 형성한다.An etching process using the
상기 도 2c의 포토레지스트 패턴(123)을 제거한 다음, 리세스 게이트 영역(125)을 포함하는 구조물 전면에 산화 공정을 수행하여 도 2d에 도시한 바와 같이 게이트 산화막(127)을 형성한다.After the
이때, 상기 게이트 산화막의 두께는 55∼75Å, 바람직하게는 65Å으로 형성한다.At this time, the gate oxide film has a thickness of 55 to 75 kPa, preferably 65 kPa.
그리고 상기 게이트 산화막(127) 상부에 다결정 폴리실리콘층(129), 금속층(131) 및 하드마스크 질화막(133)이 순차적으로 형성된 적층 구조를 형성한다.In addition, a multilayer structure in which a
이때, 상기 다결정 폴리실리콘층은 800∼900Å, 바람직하게 850Å두께로 형성하고, 상기 금속층은 900∼1100Å, 바람직하게 1000Å두께로 형성하며, 상기 하드마스크 질화막은 1100∼1300Å, 바람직하게 1200Å두께로 형성한다.In this case, the polycrystalline polysilicon layer is formed to 800 ~ 900 Å, preferably 850 Å thickness, the metal layer is formed to 900 ~ 1100 Å, preferably 1000 Å thickness, the hard mask nitride film is formed of 1100 ~ 1300 Å, preferably 1200 Å thickness. do.
상기 도 2d의 적층 구조에 대한 사진식각공정을 수행하여 도 2e에 도시한 바와 같은 다결정 폴리실리콘층 패턴(129-1), 금속층 패턴(131-1) 및 하드마스크 질화막 패턴(133-1)으로 이루어진 게이트 패턴을 형성한다.The photolithography process is performed on the stacked structure of FIG. 2D to the polycrystalline polysilicon layer pattern 129-1, the metal layer pattern 131-1, and the hard mask nitride layer pattern 133-1 as shown in FIG. 2E. A gate pattern is formed.
이때, 상기 리세스 게이트와 게이트 패턴 간에 정렬 오차가 발생하여도, 상기 2차 이온주입 공정에 의하여, 셀 VT를 결정하는 C-할로 영역이 이미 균일하게 형성되어 있기 때문에, 안정한 로딩 커패시턴스를 얻을 수 있다. 그뿐 아니라, 후속 공정 시에 스토리지 노드와 비트 라인 노드 간 필드 차이로 발생하는 누설 전류를 개선할 수 있다.At this time, even if an alignment error occurs between the recess gate and the gate pattern, since the C-halo region for determining the cell VT is already uniformly formed by the secondary ion implantation process, stable loading capacitance can be obtained. have. In addition, leakage current caused by field differences between the storage node and the bit line node can be improved in subsequent processes.
그 다음, 상기 게이트 패턴을 포함하는 구조물 전면에 절연막을 형성한 다음, 식각하여 측벽 스페이서(135)를 형성한다.Next, an insulating film is formed on the entire surface of the structure including the gate pattern and then etched to form
상기 도 2e의 게이트 패턴 및 게이트 스페이서(135)를 이온주입공정용 마스크로 이용하는 3차 이온 주입 공정(136)을 수행하여 도 2f에 도시한 바와 같이 소오스 영역(139) 및 드레인 영역(141)을 형성한다. A third
이때, 상기 3차 이온 주입 공정은 고농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 고농도 이온 주입 공정이고, 상기 측벽 스페이서(135) 형성 공정 전에 일반적인 이온 주입 공정을 수행할 수도 있다.In this case, the tertiary ion implantation process is a high concentration ion implantation process for forming a high concentration source / drain region, and a general ion implantation process may be performed before the
본원 발명에서 수행되는 상기 모든 이온 주입 공정은 종래 이온 주입 공정 시에 사용되었던 일반적인 공정 조건으로 수행되는 것이 바람직하다.All the ion implantation process carried out in the present invention is preferably carried out under the general process conditions used in the conventional ion implantation process.
이어서, 상기 구조물 전면에 절연막(미도시)를 형성하여 게이트 패턴 간 간격을 모두 매립하고, 랜딩 플러그 콘택 마스크(미도시)를 이용하는 식각 공정으로 상기 소오스/드레인 영역(139/141)이 개구된 플러그 콘택(미도시)을 형성한 다음, 상기 플러그 콘택(미도시)을 포함하는 구조물 전면에 폴리층을 형성하고, 연마하여 폴리플러그(137)를 형성한다.Subsequently, an insulating film (not shown) is formed on the entire surface of the structure to fill all the gaps between the gate patterns, and a plug having the source /
또한, 본 발명에서는 상기 방법을 이용하여 제조된 반도체 소자를 제공한다.In addition, the present invention provides a semiconductor device manufactured using the above method.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 게이트 패턴 형성 전에 비트라인 영역에 이온 주입 공정을 수행하여 균일한 소오스/드레인 영역의 접합 영역을 얻을 수 있으므로, 리세스 게이트 영역과 게이트 패턴 간 정렬 오차가 발생하거나, 식각 공정 시에 측벽 스페이서가 불량하게 형성되어도 안정한 셀 VT를 얻어 개선된 로딩 커패시턴스를 얻을 수 있다. 그뿐만 아니라, 후속 공정 시에 스토리지 노드와 비트 라인 노드 간 필드 차이로 발생하는 누설 전류를 개선할 수 있다.As described above, in the present invention, an ion implantation process may be performed on the bit line region before forming the gate pattern to obtain a junction region of a uniform source / drain region, so that an alignment error between the recess gate region and the gate pattern may occur. Even if sidewall spacers are poorly formed during the etching process, stable cell VT can be obtained to obtain an improved loading capacitance. In addition, the leakage current caused by the field difference between the storage node and the bit line node in the subsequent process can be improved.
상기와 같이 본 발명에서는 형성 전에 비트라인 영역에 이온 주입 공정을 수행하여 균일한 소오스/드레인 영역의 접합 영역을 형성할 수 있으므로, 로딩 커패시턴스 뿐만 아니라, 후속 스토리지 노드와 비트 라인 노드 간 필드 차이로 발생하는 누설 전류를 개선할 수 있다.As described above, in the present invention, since the ion implantation process may be performed on the bit line region before formation, the junction region of the uniform source / drain region may be formed, and thus, not only the loading capacitance but also the field difference between the subsequent storage node and the bit line node. The leakage current can be improved.
Claims (5)
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KR1020050068820A KR101128904B1 (en) | 2005-07-28 | 2005-07-28 | Method for Fabricating Transistor of Semiconductor Device |
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