KR20090110488A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로, 특히 엘리베이티드 소스/드레인(Elevated Source/Drain, ESD) 구조를 갖는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device having an elevated source / drain (ESD) structure.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 게이트 길이(length)도 점점 짧아지고 있다. 이로 인하여 문턱전압의 감소, DIBL(Drain Induced Barrier Lowering)과 같은 단채널효과(Short Channel Effect)가 발생하는 문제점이 있다. 이러한 단채널효과는 소스 및 드레인 접합(junction)을 얕게(shallow) 형성하면 해결할 수 있다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, the gate length of a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) is also getting shorter. As a result, there is a problem in that a short channel effect such as a reduction of a threshold voltage and a drain induced barrier lowering (DIBL) occurs. This short channel effect can be solved by shallowly forming the source and drain junctions.
하지만, 소스 및 드레인 접합을 얕게 형성하면 소스 및 드레인영역의 저항이 증가하는 문제점이 있으며, 소스 및 드레인영역의 저항을 줄이기 위하여 고농도로 도핑을 하면 얕은 접합(shallow junction)을 형성하기 어려운 트레이드 오프(trade off) 관계를 갖게 된다. However, if the source and drain junctions are formed to be shallow, the resistance of the source and drain regions is increased. If the doping is carried out at a high concentration to reduce the resistance of the source and drain regions, it is difficult to form a shallow junction. trade off) relationship.
최근, 얕은 접합을 갖는 소스 및 드레인영역을 형성함과 동시에 소스 및 드레인영역의 저항을 낮추는 방법으로 소스 및 드레인영역을 융기(elevated) 시키는 이른바, 엘리베이티드 소스/드레인(Elevated Source/Drain, ESD) 구조가 제안되었다. 엘리베이티드 소스/드레인 구조는 선택적 에피택셜 성장법(Selective Epitaxial Growth, SEG)을 사용하여 소스 및 드레인영역 예정지역에만 선택적으로 에피택셜층을 형성하여 융기된 소스 및 드레인영역을 형성하는 방법이다. 반도체 소자에 엘리베이티드 소스/드레인 구조를 적용하게 되면, 융기된 소스 및 드레인영역에 고농도 불순물 도핑을 통하여 소스 및 드레인영역의 저항을 감소시킴과 동시에 얕은 접합을 형성할 수 있는 장점이 있다. Recently, the so-called Elevated Source / Drain (ESD) which elevate the source and drain regions by forming a source and drain region having a shallow junction and lowering the resistance of the source and drain regions. A structure has been proposed. The elevated source / drain structure is a method of forming an elevated source and drain region by selectively forming an epitaxial layer only in a predetermined region of the source and drain region using Selective Epitaxial Growth (SEG). The application of an elevated source / drain structure to a semiconductor device has the advantage of reducing the resistance of the source and drain regions and forming a shallow junction through high concentration doping of the raised source and drain regions.
DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 같은 반도체 메모리 소자에 엘리베이티드 소스/드레인 구조를 적용할 경우, 셀영역의 콘택 저항을 낮게 하고 콘택 마진을 확보할 수 있다. 또한, 주변회로영역에서는 게이트 길이를 감소시키면서 효과적으로 단채널효과를 방지할 수 있다. 통상적으로, 엘리베이티드 소스/드레인 구조를 위한 에피택셜층은 게이트스페이서를 형성한 이후 진행되며, 게이트스페이서는 공정단순화를 위하여 셀영역 및 주변회로영역에서 동시에 형성된다. 이때, 셀영역의 트랜지스터는 콘택 마진을 확보하기 위하여 얇은 두께의 게이트스페이서가 요구되고, 주변회로영역의 트랜지스터는 단채널효과를 방지하기 위하여 셀영역의 게이트스페이서에 비하여 상대적으로 두꺼운 두께의 게이트스페이서가 요구된다. 즉, 셀영역의 게이트스페이서 두께와 주변회로영역의 게이트스페이서 두께 사이에는 트레이드 오프(trade off) 관계가 성립된다. When the elevation source / drain structure is applied to a semiconductor memory device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory), the contact resistance of the cell region can be lowered and a contact margin can be secured. Further, in the peripheral circuit region, the short channel effect can be effectively prevented while reducing the gate length. Typically, the epitaxial layer for the elevation source / drain structure proceeds after forming the gate spacer, which is formed simultaneously in the cell region and the peripheral circuit region for process simplicity. At this time, the transistor in the cell region requires a thin gate spacer to secure contact margins, and the transistor in the peripheral circuit region has a relatively thick gate spacer compared to the gate spacer in the cell region to prevent short channel effects. Required. That is, a trade off relationship is established between the gate spacer thickness of the cell region and the gate spacer thickness of the peripheral circuit region.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 엘리베이티드 소스/드레인을 갖는 반도체 소자를 도시한 단면도로써, 도 1a는 셀영역의 트랜지스터가 요구하는 게이트스페이서를 전면에 형성한 경우를 도시한 단면도이고, 도 1b는 주변회로영역의 트랜지스터가 요구하는 게이트스페이서를 전면에 형성한 경우를 도시한 단면도이다. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device having an elevation source / drain according to the prior art, and FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a case where a gate spacer required by a transistor in a cell region is formed on a front surface thereof. 1b is a cross-sectional view showing the case where the gate spacer required by the transistors in the peripheral circuit region is formed on the entire surface.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 엘리베이티드 소스/드레인 구조를 갖는 반도체 소자는 셀영역과 주변회로영역을 구비하는 기판(11), 기판(11)상에 형성된 게이트(12), 게이트(12)의 양측벽에 형성된 게이트스페이서(13A, 13B) 및 융기된 소스 및 드레인영역(14)을 포함한다.As shown in FIGS. 1A and 1B, a semiconductor device having an elevation source / drain structure according to the related art includes a
도 1a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변회로영역의 게이트(12) 양측벽에 셀영역의 트랜지스터가 요구하는 두께(t1)를 갖는 게이트스페이서(13A)를 형성할 경우, 셀영역에서 게이트(12) 사이의 간격(S1)을 확보하여 후속 콘택 형성을 위한 식각마진을 확보할 수 있다. 하지만, 주변회로영역에서는 트랜지스터가 요구하는 게이트 길이(L1)를 확보하지 못하여 단채널효과가 발생한다. 이로 인하여 주변회로영역의 트랜지스터 특성이 열화되는 문제점이 발생한다. As shown in FIG. 1A, when the
반면에, 도 1b에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변회로영역의 게이트(12) 양측벽에 주변회로영역의 트랜지스터가 요구하는 두께(t2)를 갖는 게이트스페이서(13B)를 형성할 경우, 주변회로영역의 트랜지스터가 요구하는 게이트 길이(L2)를 확보하여 단채널효과가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 하지만, 셀영역에서는 게이트스페이서(13B)가 게이트(12) 사이를 매립하여 게이트(12) 사이 간격(S2)이 협소해진다. 이로 인하여 후속 콘택 형성시 식각마진을 확보할 수 없는 문제점이 발생 한다. On the other hand, as shown in FIG. 1B, when the
이를 해결하기 위하여 셀영역과 주변회로영역에서 각각 게이트스페이서(13A, 13B) 및 융기된 소스 및 드레인영역(14)을 위한 에피택셜층을 형성할 경우, 공정시간 및 공정스탭(step)이 증가하여 반도체 소자의 제조 수율(yield)이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 복수회에 걸쳐 에피택셜층 형성하는 과정에서 발생하는 열적 부담으로 인하여 반도체 소자의 특성이 열화되는 문제점이 발생한다.In order to solve this problem, when the epitaxial layers for the
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 셀영역과 주변회로영역에서 동시에 융기된 소스 및 드레인영역을 형성할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and provides a method of manufacturing a semiconductor device capable of simultaneously forming a raised source and drain region in a cell region and a peripheral circuit region.
또한, 본 발명의 다른 목적은 셀영역의 트랜지스터 및 주변회로영역의 트랜지스터가 요구하는 두께를 갖는 게이트스페이서를 구비한 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a gate spacer having a thickness required by a transistor in a cell region and a transistor in a peripheral circuit region.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 엘리베이티드 소스/드레인 구조를 갖는 반도체 소자에서 별도의 추가 공정없이 게이트 길이를 증가시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 있다. In addition, another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can increase the gate length in the semiconductor device having an elevated source / drain structure without additional processing.
상기 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명의 반도체 소자의 제조방법은, 기판상에 게이트를 형성하는 단계; 상기 게이트 양측벽에 제1게이트스페이서를 형성하는 단계; 상기 제1게이트스페이서 양측으로 노출된 상기 기판상에 융기된(elevated) 소스 및 드레인영역을 형성하는 단계; 상기 제1게이트스페이서의 노출된 측벽 상에 제2게이트스페이서를 형성하는 단계 및 상기 융기된 소스 및 드레인영역에 불순물을 도핑하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 융기된 소스 및 드레인영역을 형성하기 이전에 상기 게이트 양측으로 노출된 상기 기판 표면을 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 융기된 소스 및 드레인영역에 불순물을 도핑한 후, 도핑된 상기 불순물을 활성화시키기 위한 열처리단계를 더 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device includes: forming a gate on a substrate; Forming a first gate spacer on both sidewalls of the gate; Forming an elevated source and drain region on the substrate exposed to both sides of the first gate spacer; Forming a second gate spacer on the exposed sidewalls of the first gate spacer and doping impurities in the raised source and drain regions. The method may further include cleaning the surface of the substrate exposed to both sides of the gate before forming the raised source and drain regions. The method may further include a heat treatment step for activating the doped impurities after doping the doped source and drain regions with impurities.
상기 융기된 소스 및 드레인영역은 에피택셜 성장을 통하여 에피택셜층으로 형성할 수 있다. 상기 에피택셜층은 에피택셜실리콘층, 에피택셜실리콘저마늄층, 에피택셜실리콘카본층 및 에피택셜실리콘저마늄카본층으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다.The raised source and drain regions may be formed as an epitaxial layer through epitaxial growth. The epitaxial layer may be formed of any one selected from the group consisting of an epitaxial silicon layer, an epitaxial silicon germanium layer, an epitaxial silicon carbon layer, and an epitaxial silicon germanium carbon layer or a laminated film in which they are laminated.
상기 제1게이트스페이서는 질화막을 포함할 수 있고, 상기 제2게이트스페이서는 산화막을 포함할 수 있다.The first gate spacer may include a nitride film, and the second gate spacer may include an oxide film.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 일 측면에 따른 본 발명의 반도체 소자의 제조방법은, 셀 영역과 주변회로영역이 구비된 기판의 각 영역 상에 게이트를 형성하는 단계; 상기 게이트 양측벽에 제1게이트스페이서를 형성하는 단계; 상기 제1게이트스페이서 양측으로 노출된 상기 기판상에 융기된(elevated) 소스 및 드레인영역을 형성하는 단계; 상기 주변회로영역의 제1게이트스페이서의 노출된 측벽 상에 제2게이트스페이서를 형성하는 단계 및 상기 융기된 소스 및 드레인영역에 불순물을 도핑하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 융기된 소스 및 드레인영역을 형성하기 이전에 상기 게이트 양측으로 노출된 상기 기판 표면을 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 융기된 소스 및 드레인영역에 불순물을 도핑한 후, 도핑된 상기 불순물을 활성화시키기 위한 열처리단계를 더 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, the method including: forming a gate on each region of a substrate having a cell region and a peripheral circuit region; Forming a first gate spacer on both sidewalls of the gate; Forming an elevated source and drain region on the substrate exposed to both sides of the first gate spacer; And forming a second gate spacer on exposed sidewalls of the first gate spacer of the peripheral circuit region and doping impurities in the raised source and drain regions. The method may further include cleaning the surface of the substrate exposed to both sides of the gate before forming the raised source and drain regions. The method may further include a heat treatment step for activating the doped impurities after doping the doped source and drain regions with impurities.
상기 융기된 소스 및 드레인영역은 에피택셜 성장을 통하여 에피택셜층으로 형성할 수 있다. 상기 에피택셜층은 에피택셜실리콘층, 에피택셜실리콘저마늄층, 에피택셜실리콘카본층 및 에피택셜실리콘저마늄카본층으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다.The raised source and drain regions may be formed as an epitaxial layer through epitaxial growth. The epitaxial layer may be formed of any one selected from the group consisting of an epitaxial silicon layer, an epitaxial silicon germanium layer, an epitaxial silicon carbon layer, and an epitaxial silicon germanium carbon layer or a laminated film in which they are laminated.
상기 제1게이트스페이서는 질화막을 포함할 수 있고, 상기 제2게이트스페이서는 산화막을 포함할 수 있다.The first gate spacer may include a nitride film, and the second gate spacer may include an oxide film.
상기 제2게이트스페이서를 형성하는 단계는, 상기 기판 전면에 스페이서용 절연막을 형성하는 단계; 상기 셀영역을 덮고, 상기 주변회로영역을 오픈하는 제1포토레지스트막을 형성하는 단계 및 전면식각공정을 통하여 상기 주변회로영역의 제1게이트스페이서의 노출된 측벽 상에 제2게이트스페이서를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The forming of the second gate spacer may include forming an insulating film for a spacer on the entire surface of the substrate; Forming a first photoresist film covering the cell region and opening the peripheral circuit region; and forming a second gate spacer on the exposed sidewall of the first gate spacer of the peripheral circuit region through a front surface etching process. It may include.
상기 융기된 소스 및 드레인영역에 불순물을 도핑하는 단계는, 상기 셀영역을 덮고, 상기 주변회로영역을 오픈하는 제1포토레지스트막을 이온주입장벽으로 상기 주변회로영역의 융기된 소스 및 드레인영역에 제1불순물을 도핑하는 단계; 상기 제1포토레지스트막을 제거하는 단계; 상기 셀영역을 오픈하고 상기 주변회로영역을 덮는 제2포토레지스트막을 이온주입장벽으로 상기 셀영역의 융기된 소스 및 드레인영역에 제2불순물을 도핑하는 단계 및 상기 제2포토레지스트막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. Doping impurities in the raised source and drain regions may include forming a first photoresist film covering the cell region and opening the peripheral circuit region to an elevated source and drain region of the peripheral circuit region with an ion implantation barrier. Doping the impurity; Removing the first photoresist film; Doping a second photoresist film covering the peripheral circuit region and opening the cell region with an ion implantation barrier in the raised source and drain regions of the cell region and removing the second photoresist layer. It may include.
상기 제1불순물 및 상기 제2불순물은 N형 불순물일 수 있으며, 상기 제1불순물은 P형 불순물이고, 상기 제2불순물은 N형 불순물일 수 있다. The first impurity and the second impurity may be N-type impurities, the first impurity may be a P-type impurity, and the second impurity may be an N-type impurity.
상술한 과제 해결 수단을 바탕으로 하는 본 발명은 셀영역의 콘택 형성 공정에 영향을 주지 않으면서, 주변회로영역에 단채널효과를 개선한 트랜지스터를 구현할 수 있는 효과가 있다. The present invention based on the above-described problem solving means has an effect that can implement a transistor with improved short channel effect in the peripheral circuit region, without affecting the contact forming process of the cell region.
또한, 본 발명은 셀영역의 에피택셜층과 주변회로영역의 에피택셜층을 동시에 형성함으로써, 공정시간 및 공정스탭을 단축시킬 수 있다. 또한, 에피택셜층 형성공정시 발생하는 열적 부담을 경감시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, the epitaxial layer of the cell region and the epitaxial layer of the peripheral circuit region can be formed at the same time, thereby reducing the process time and the process step. In addition, it is possible to reduce the thermal burden generated during the epitaxial layer forming process.
또한, 본 발명은 셀영역의 트랜지스터 및 주변회로영역의 트랜지스터가 요구하는 두께를 갖는 게이트스페이서를 구비한 반도체 소자를 제공할 수 있다. 이를 통하여 셀영역에서 콘택 마진을 확보함과 동시에 주변회로영역의 게이트 길이 감소에 따른 단채널효과를 방지할 수 있다. In addition, the present invention can provide a semiconductor device having a gate spacer having a thickness required by a transistor in a cell region and a transistor in a peripheral circuit region. Through this, it is possible to secure a contact margin in the cell region and to prevent a short channel effect due to a decrease in the gate length of the peripheral circuit region.
또한, 본 발명은 별도의 추가 공정없이 엘리베이티드 소스/드레인 구조를 갖는 반도체 소자의 게이트 길이를 증가시킬 수 있다. 이를 통하여 단채널효과를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, the present invention can increase the gate length of a semiconductor device having an elevated source / drain structure without additional processing. Through this, the short channel effect can be prevented more effectively.
이로써, 본 발명은 반도체 소자의 신뢰성 및 제조 수율(yield)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Thus, the present invention has the effect of improving the reliability and manufacturing yield (yield) of the semiconductor device.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 고집적화에 따른 단채널효과(Short Channel Effect, SCE)를 개선하기 위하여 엘리베이티드 소스/드레인(Elevated Source/Drain, ESD) 구조를 갖는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 셀영역과 주변회로영역의 트랜지스터가 요구하는 게이트스페이서 두께를 제공함과 동시에 셀영역과 주변회로영역의 융기된(elevated) 소스 및 드레인영역을 위한 에피택셜층을 동시에 형성하는 것을 기술적 원리로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having an elevated source / drain (ESD) structure in order to improve a short channel effect (SCE) due to high integration of a semiconductor device. The technical principle is to simultaneously form an epitaxial layer for the elevated source and drain regions of the cell region and the peripheral circuit region while providing the gate spacer thickness required by the transistors in the and peripheral circuit regions.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 공정단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변회로영역이 구비된 기판(21)의 각영역 상에 게이트(25)을 형성한다. 이때, 셀영역은 패턴 사이의 간격이 좁은 지역이며, 주변회로영역은 패턴 사이의 간격이 셀영역에 비하여 비교적 넓은 지역이다. 여기서, 도면에는 도시되지 않았지만 게이트(25)를 형성 전에 소자간 분리를 위한 소자분리막이 형성된다. As shown in FIG. 2A, a
기판(21)은 실리콘기판(Si substrate)을 사용할 수 있다. The
게이트(25)은 게이트절연막(22), 게이트전극(23) 및 게이트하드마스크막(24)이 순차적으로 적층된 구조를 갖도록 형성할 수 있다. 게이트절연막(22)은 산화막 예컨대, 실리콘산화막(SiO2)으로 형성할 수 있으며, 실리콘산화막은 열산화법(thermal oxidation)으로 형성할 수 있다. 게이트전극(23)은 폴리실리콘막, 금속 막, 도전성 금속질화막, 도전성금속산화막 및 금속실리사이드막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. 금속막으로는 텅스텐(W), 철(Fe), 탄탈륨(Ta) 또는 티타늄(Ti)을 사용할 수 있다. 도전성 금속질화막으로는 티타늄질화막(TiN) 또는 탄탈륨질화막(TaN)을 사용할 수 있다. 도전성 금속산화막으로는 이리듐산화막(IrO2)을 사용할 수 있다. 그리고, 금속실리사이드막으로는 티타늄실리사이드막(TiSi) 또는 텅스텐실리사이드막(WSi)을 사용할 수 있다. 그리고, 게이트하드마스크막(24)으로는 산화막, 질화막, 산화질화막(oxynitride) 및 비정질카본막(amorphous carbon layer)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. 산화막으로는 실리콘산화막(SiO2), BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass), TEOS(Tetra Ethyle Ortho Silicate), USG(Un-doped Silicate Glass), 고밀도플라즈마산화막(High Density Plasma, HDP), SOG(Spin On Glass) 또는 SOD(Spin On Dielectric)를 사용할 수 있다. 질화막으로는 실리콘질화막(Si3N4)을 사용할 수 있다. 그리고, 산화질화막으로는 실리콘산화질화막(SiON)을 사용할 수 있다. The
다음으로, 게이트(25)를 포함하는 기판(21) 전면에 스페이서용 절연막(미도시)을 형성한 후, 전면식각공정 예컨대, 에치백(etch back)을 실시하여 게이트(25) 양측벽에 제1게이트스페이서(26)를 형성한다. 이때, 제1게이트스페이서(26)의 두께(t1)는 셀영역의 트랜지스터가 필요로하는 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직 하다. Next, an insulating film (not shown) for spacers is formed on the entire surface of the
또한, 제1게이트스페이서(26)는 산화막, 질화막, 산화질화막(oxynitride)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다. 바람직하게 제1게이트스페이서(26)는 질화막으로 형성하는 것이 좋다. 그리고, 셀영역의 게이트(25) 양측벽에 형성된 제1게이트스페이서(26)의 두께(t1)와 주변회로영역의 게이트(25) 양측벽에 형성된 제1게이트스페이서(26)의 두께(t2)는 서로 동일하다(t1=t2). In addition, the
여기서, 후속 융기된 소스 및 드레인영역을 위한 에피택셜층 형성공정을 용이하게 진행하기 위하여 전면식각공정시, 바이어스 파워(bias power), 식각가스와 같은 공정조건을 조절하여 노출되는 기판(21) 표면에 최대한 손상이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 전면식각공정시 손실되는 기판(21)의 두께는 100Å 이하(예컨대, 1Å ~ 100Å)가 되도록 전면식각공정을 제어하는 것이 바람직하다. Here, the surface of the
상술한 공정과정을 통하여 셀영역의 트랜지스터가 요구하는 게이트스페이서의 두께를 확보할 수 있다.Through the above-described process, it is possible to secure the thickness of the gate spacer required by the transistor in the cell region.
한편, 제1게이트스페이서(26)을 형성하는 과정에서 식각부산물(etch by product)이 발생할 수 있다. 만약, 노출된 기판(21) 표면 특히, 융기된 소스 및 드레인영역 예정지역의 기판(21) 표면에 식각부산물이 잔류할 경우, 식각부산물로 인하여 후속 에피택셜층 성장시 에피택셜층 내 결함(defect)이 발생하거나, 에피택셜층과 기판(21) 사이의 접착성(adhesion)이 저하되어 에피택셜층이 제대로 성장되지 않을 수 있다.Meanwhile, an etch by product may occur in the process of forming the
또한, 제1게이트스페이서(26)를 형성하기 위한 전면식각공정시, 융기된 소스 및 드레인영역 예정지역의 기판(21) 표면이 손상될 수 있으며, 이로 인하여 기판(21) 표면에 결함(defect)이 발생할 수 있다. 이러한 기판(21) 표면에 형성된 결함은 후속 에피택셜층 성장시 에피택셜층 내부로 확장되어 에피택셜층의 막질을 저하시킬 우려가 있다. In addition, during the entire surface etching process for forming the
따라서, 융기된 소스 및 드레인영역 예정지역의 기판(21) 표면에 잔류하는 식각부산물 제거 및 기판(21) 표면에 형성된 결함을 큐어링(curing)하기 위하여 도 2b에 도시된 바와 같이, 세정처리(cleaning treatment)를 실시한다. 세정처리는 습식세정(wet cleaning) 또는 건식세정(dry cleaning)을 단독으로 진행하거나, 습식세정과 건식세정을 조합하여 진행할 수 있다. Therefore, in order to remove the etching by-products remaining on the surface of the
예를 들어, 건식세정은 불소(F)를 포함하는 가스 예컨대, CF4가스를 사용하여 진행할 수 있으며, 습식세정은 황산(H2SO4) 및 과산화수소(H2O2)가 혼합된 혼합용액 또는 BOE(Buffered Oxide Echant, NH4F 와 HF의 혼합용액)을 사용할 수 있다. For example, dry cleaning may be performed using a gas containing fluorine (F), for example, CF 4 gas, and wet cleaning may be a mixed solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). Alternatively, BOE (Buffered Oxide Echant, a mixed solution of NH 4 F and HF) may be used.
또한, 세정처리는 제1게이트스페이서(26)의 손실을 최소화할 수 있도록 선택비가 좋은 가스 또는 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 세정처리는 상온 내지 600℃ 범위의 낮은 온도 범위에서 진행하는 것이 좋다. 또한, 세정처리는 후속 에피택셜층 형성 장비내에서 인시츄(in-situ)로 진행할 수 있다.In addition, it is preferable to use a gas or a solution having a good selectivity for the cleaning treatment so as to minimize the loss of the
이처럼, 세정처리를 통해 소스 및 드레인영역 예정지역의 기판(21) 표면의 잔류하는 자연산화막, 식각부산물과 같은 잔류물(residue)을 제거함과 동시에 기 판(21) 표면의 손상을 큐어링함으로써, 후속 공정을 통하여 형성될 에피택셜층 내 결함(defect)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.As such, by removing the residues such as the natural oxide film and the etching by-products remaining on the surface of the
도 2c에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변회로영역의 게이트(25) 양측 구체적으로, 제1게이트스페이서(26) 양측으로 표면이 노출된 기판(21) 상에 에피택셜층(epitaxial layer, 27)을 형성한다. 여기서, 에피택셜층(27)은 후속 공정을 통하여 융기된(elevated) 소스 및 드레인영역으로 작용한다. As shown in FIG. 2C, an
에피택셜층(27)은 에피택셜 성장 예컨대, 선택적 에피택셜 성장법(Selective Epitaxial Growth, SEG) 또는 고상 에피택셜 성장법(Solid Phase Epitaxial growth, SPE)을 사용하여 형성할 수 있다. The
또한, 에피택셜층(27)은 LPCVD(Low Pressure CVD), VLPCVD(Very Low Pressure CVD), PE-CVD(Plasma Enhanced-CVD), UHVCVD(Ultrahigh Vacuum CVD), RTCVD(Rapid Thermal CVD), APCVD(Atmosphere Pressure CVD) 및 MBE(Molecular Beam Epitaxy)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 장비를 사용하여 형성할 수 있다. In addition, the
또한, 에피택셜층(27)은 400℃ ∼ 800℃ 범위의 온도에서 형성할 수 있으며, 400Å ∼ 1200Å 범위의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.In addition, the
또한, 에피택셜층(27)은 에피택셜실리콘층(Epitaxial Si layer)을 포함하며, 에피택셜실리콘층에 저마늄(Ge) 또는 카본(carbon) 중 어느 하나가 함유되거나, 또는 이들이 모두 함유된 에피택셜실리콘층으로 형성할 수 있다. 예컨대, 에피택셜층(27)은 에피택셜실리콘층(Epitaxial Si layer), 에피택셜실리콘저마늄 층(Epitaxial SiGe layer), 에피택셜실리콘카본층(Epitaxial SiC layer) 및 에피택셜실리콘저마늄카본층(Epitaxial SiGeC layer)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 이루어진 단일막 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. In addition, the
또한, 에피택셜층(27)은 불순물이 도핑된 도프드(doped) 에피택셜층(27) 또는 불순물이 도핑되지 않은 언도프드(undoped) 에피택셜층(27)으로 형성할 수 있다. 이때, 도프드 에피택셜층(27)은 에피택셜층(27)을 형성함과 동시에 인시츄(in-situ)로 불순물을 주입하여 형성할 수 있다. 불순물로는 붕소(B)와 같은 P형 불순물 또는 인(P), 비소(As)와 같은 N형 불순물을 사용할 수 있으며, 불순물의 종류는 반도체 소자의 전기적인 특성에 따라 결정된다. In addition, the
도 2d에 도시된 바와 같이, 기판(21) 전면에 스페이서용 절연막(29)을 형성한다. 스페이서용 절연막(29)은 주변회로영역의 게이트(25) 양측벽 구체적으로, 제1게이트스페이서(26)의 노출된 측벽 상에 제2게이트스페이서(29A)를 형성하기 위한 것으로, 주변회로영역 트랜지스터의 게이트스페이서가 요구하는 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2D, an insulating
또한, 스페이서용 절연막(29)은 반도체 소자의 열적 부담을 경감시키기 위하여 LPCVD(Low Pressure CVD), PECVD(Plasma Enhanced-CVD)와 같은 저온증착법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 스페이서용 절연막(29)은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다. 바람직하게 스페이서용 절연막(29)은 제1게이트스페이서(26) 예컨대, 질화막과 식각선택비를 갖는 물질로 형성하는 것이 좋다. 따라서, 스페이서용 절연막(29)은 산화 막으로 형성하는 것이 바람직하며, 산화막 중에서 저온증착법을 사용하여 형성할 수 있는 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass) 또는 TEOS(Tetra Ethyle Ortho Silicate)로 형성하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the
다음으로, 셀영역을 덮고, 주변회로영역을 오픈(open)하는 제1보호막(28)을 형성한다. 이때, 제1보호막(28)은 포토레지스트(Photo Resist, PR)로 형성할 수 있다.Next, a
한편, 제1보호막(28)을 형성한 후, 스페이서용 절연막(29)을 형성할 수도 있다. 하지만, 후속 포토레지스트로 이루어진 제1보호막(28) 제거 공정시 패턴 사이의 간격이 좁은 셀영역에서 스컴(scum)이 발생할 우려가 있기 때문에 제1보호막(28)을 스페이서용 절연막(29)보다 먼저 형성하는 것은 바람직하지 않다. On the other hand, after forming the first
다음으로, 제1보호막(28)을 식각장벽(etch barrier)으로 전면식각공정 예컨대, 에치백을 실시하여 주변회로영역의 게이트(25) 양측벽 구체적으로, 제1게이트스페이서(26)의 노출된 측벽 상에 제2게이트스페이서(29A)를 형성한다. 여기서, 주변회로영역 트랜지스터의 게이트스페이서 두께(t3)는 제1게이트서페이서(36)의 두께(t1)와 제2게이트스페이서(29A)의 두께(t2) 합으로 이루어진다(t3 = t1 + t2).Next, the entire surface of the
상술한 공정과정을 통하여 주변회로영역의 트랜지스터가 요구하는 게이트스페이서의 두께를 확보할 수 있다.Through the above-described process, the thickness of the gate spacer required by the transistor in the peripheral circuit region can be secured.
도 2e에 도시된 바와 같이, 제1보호막(28), 게이트(25) 및 제2게이트스페이서(29A)를 이온주입장벽(ion implantation barrier)으로 주변회로영역의 에피택셜층(27)에 불순물을 이온주입한다(이하, 1차 이온주입으로 약칭한다). 1차 이온주입 시 주변회로영역의 트랜지스터가 NMOS인 경우, 인(P), 비소(As)와 같은 N형 불순물을 이온주입 할 수 있고, PMOS인 경우, 붕소(B)와 같은 P형 불순물을 이온주입할 수 있다. 그리고, 1차 이온주입시 도핑농도는 1×1017 ~ 1×1021 atoms/cm3 일 수 있다.As shown in FIG. 2E, impurities are deposited on the
여기서, 주변회로영역의 에피택셜층(27)은 게이트(25)와 인접합 에피택셜층(27) 상부를 제2게이트스페이서(29A)가 덮고 있다. 이로 인하여 주변회로영역의 에피택셜층(27)에 이온주입된 불순물은 게이트(25) 양측벽으로부터 제2게이트스페이서(29A)의 두께(t2) 만큼 이격되어 있다. Here, in the
한편, 도 2c에서 언급한 바와 같이, 에피택셜층(27)은 불순물이 도핑된 도프드 에피택셜층(27)일 수 있다. 예컨대, 주변회로영역의 트랜지스터를 PMOS로 형성하고자 할 때, 에피택셜층(27)이 P형 불순물로 도핑된 도프드 에피택셜층(27)이고, 도핑농도가 반도체 소자가 요구하는 수준 예컨대, 1×1017 ~ 1×1021 atoms/cm3 범위의 도핑농도를 가질 경우 상술한 1차 이온주입공정은 생략할 수 있다.Meanwhile, as mentioned in FIG. 2C, the
반면에, 주변회로영역의 트랜지스터를 PMOS로 형성하고자 할 때, 에피택셜층(27)이 N형 불순물로 도핑된 도프드 에피택셜층(27) 이라면, 1차 이온주입시 카운터 도핑을 실시하여 에피택셜층(27)의 도전형을 N형에서 P형으로 변환시킬 수 있다.On the other hand, when the transistor in the peripheral circuit region is to be formed of PMOS, if the
다음으로, 제1보호막(28)을 제거한다. 이때, 제1보호막(28)은 스트립공정(strip)을 사용하여 제거할 수 있다. Next, the first
다음으로, 셀영역을 덮고 있는 스페이서용 절연막(29) 및 주변회로영역의 게이트(25) 양측벽에 형성된 제2게이트스페이서(29A)를 제거한다. 스페이서용 절연막(29) 및 제2게이트스페이서(29A)는 건식식각법(dry etch) 또는 습식식각(wet etch)을 단독 사용하여 제거하거나, 이들 방법을 조합하여 제거할 수 있다. 예컨대, 스페이서용 절연막(29) 및 제2게이트스페이서(29A)를 산화막으로 형성한 경우 건식식각법으로는 불소(F)를 포함하는 가스 플라즈마를 사용하여 제거할 수 있으며, 습식식각법으로는 불산(HF)용액을 사용하여 제거할 수 있다. 불소를 포함하는 가스로는 CF4가스, CHF3가스를 사용할 수 있다.Next, the
한편, 주변회로영역의 에피택셜층(27)에 불순물을 이온주입한 이후에 제2게이트스페이서(29A)를 제거하여도 반도체 소자의 전기적인 특성에는 아무런 영향을 미치지 않는다.On the other hand, removing the
도 2f에 도시된 바와 같이, 셀영역을 오픈(open)하고, 주변회로영역을 덮는 제2보호막(30)을 형성한다. 제2보호막(30)은 제1보호막(28)과 동일한 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 제2보호막(30)은 포토레지스트(PR)로 형성할 수 있다. As shown in FIG. 2F, the cell region is opened and a
다음으로, 제2보호막(30), 게이트(25) 및 제1게이트스페이서(26)를 이온주입장벽으로 셀영역의 에피택셜층(27)에 불순물를 이온주입한다(이하, 2차 이온주입으로 약칭한다). 2차 이온주입시 셀영역의 트랜지스터가 NMOS인 경우, 인(P), 비소(As)와 같은 N형 불순물을 이온주입 할 수 있고, PMOS인 경우, 붕소(B)와 같은 P형 불순물을 이온주입할 수 있다. 그리고, 2차 이온주입시 도핑농도는 1×1017 ~ 1 ×1021 atoms/cm3 일 수 있다.Next, impurities are implanted into the
한편, 도 2c에서 언급한 바와 같이, 에피택셜층(27)은 불순물이 도핑된 도프드 에피택셜층(27)일 수 있다. 예컨대, 셀영역의 트랜지스터를 NMOS로 형성하고자 할 때, 에피택셜층(27)이 N형 불순물로 도핑된 도프드 에피택셜층(27)이고, 도핑농도가 반도체 소자가 요구하는 수준 예컨대, 1×1017 ~ 1×1021 atoms/cm3 범위의 도핑농도를 가질 경우 상술한 2차 이온주입공정은 생략할 수 있다.Meanwhile, as mentioned in FIG. 2C, the
반면에, 셀영역의 트랜지스터를 NMOS로 형성하고자 할 때, 에피택셜층(27)이 P형 불순물로 도핑된 도프드 에피택셜층(27) 이라면, 2차 이온주입시 카운터 도핑을 실시하여 에피택셜층(27)의 도전형을 P형에서 N형으로 변환시킬 수 있다.On the other hand, if the
도 2g에 도시된 바와 같이, 1차 이온주입공정 및 2차 이온주입공정시 에피택셜층(27)에 주입된 불순물을 활성화시키기 위하여 열처리를 실시한다. 열처리는 퍼니스열처리 또는 급속열처리 방법을 사용하여 실시할 수 있다. 이를 통하여 셀영역과 주변회로영역의 에피택셜층(27)에 이온주입된 불순물 일부가 기판(21)으로 확산하여 얕은 접합(shallow junction)를 갖는 융기된 소스 및 드레인영역(27A)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 2G, heat treatment is performed to activate impurities implanted into the
여기서, 주변회로영역의 융기된 소스 및 드레인영역(27A)은 제2게이트스페이서(29A)로 인하여 에피틱셜층(27)에 이온주입된 불순물이 게이트(25) 양측벽으로부터 제2게이트스페이서의 두께만큼 이격되어 있다. 이로 인하여 열처리과정에서 불순물이 확산할 때, 거리차이로 인하여 게이트(25)와 인접한 기판(21)으로는 거의 확산되지 않는다. 이로써, 주변회로영역의 트랜지스터는 기설정된 게이트 길이(length)보다 확장된 게이트 길이를 가질 수 있다. 구체적으로, 기설정된 게이트 길이(L1)는 게이트(25) 길이와 게이트(25) 양측벽에 형성된 제1게이트스페이서(26) 두께의 합으로 정의할 수 있다. 이에 비하여 본 발명의 확장된 게이트 길이(L2)는 게이트(25) 길이, 제1게이트스페이서(26)의 두께 및 제2게이트스페이서(29A)의 두께의 합으로 정의할 수 있다. 이를 통하여 별도의 추가 공정없이 엘리베이티드 소스/드레인 구조를 갖는 반도체 소자의 게이트 길이를 증가시킬 수 있다. Here, in the raised source and
상술한 공정과정을 통하여 엘리베이티드 소스/드레인 구조를 갖는 반도체 소자를 완성할 수 있다. Through the above-described process, a semiconductor device having an elevated source / drain structure may be completed.
이와 같이, 본 발명은 소스 및 드레인영역(27A)으로 작용하는 에피택셜층(27)을 셀영역과 주변회로영역에서 동시에 형성함으로써, 에피택셜층(27)을 형성하는 과정에서 반도체 소자의 가해지는 열적 부담을 경감시킬 수 있다. 또한, 공정시간 및 공정스탭(step)을 단축시켜 반도체 소자의 제조 수율(yield)을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, the
또한, 본 발명은 제1게이트스페이서(26) 및 제2게이트스페이서(29A)를 따로 형성함으로써, 셀영역과 주변회로영역의 트랜지스터가 필요로하는 게이트스페이서의 두께를 구비하는 반도체 소자를 제공할 수 있다. 이를 통하여 셀영역의 콘택 마진을 확보함과 동시에 주변회로영역의 게이트 길이 감소에 따른 단채널효과를 방지할 수 있다.In addition, the present invention can provide a semiconductor device having the thickness of the gate spacer required by the transistors in the cell region and the peripheral circuit region by separately forming the
또한, 본 발명은 에피택셜층(27)을 형성한 후, 제2게이트스페이서(29A)를 형 성함으로써, 별도의 추가 공정없이 엘리베이티드 소스/드레인 구조를 갖는 반도체 소자의 게이트 길이를 증가시킬 수 있다. 이를 통하여 단채널효과를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, the present invention may form the
정리하면, 본 발명은 엘리베이티드 소스/드레인 구조를 갖는 반도체 소자의 안정성 및 제조 수율을 향상시킬 수 있다. In summary, the present invention can improve the stability and manufacturing yield of semiconductor devices having an elevated source / drain structure.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will appreciate that various embodiments within the scope of the technical idea of the present invention are possible.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 엘리베이티드 소스/드레인을 갖는 반도체 소자를 도시한 단면도.1A and 1B are cross-sectional views illustrating semiconductor devices having an elevated source / drain according to the prior art.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 공정단면도.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
*도면 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *
21 : 기판 22 : 게이트절연막21
23 : 게이트전극 24 : 게이트하드마스크막23
25 : 게이트 26 : 제1게이트스페이서25
27 : 에피택셜층 27A : 융기된 소스 및 드레인영역27:
28 : 제1보호막 29 : 스페이서용 절연막28: first protective film 29: insulating film for spacer
29A : 제2게이트스페이서 30 : 제2보호막29A: second gate spacer 30: second protective film
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