KR20130011834A - 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법 및 이를 이용한 반도체소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법은, 기판의 불순물접합 형성영역에 대해 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온을 주입하는 단계와, 그리고 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온이 주입된 불순물접합 형성영역에 n형 도전형 또는 p형 도전형의 불순물이온을 주입하여 불순물접합영역을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법 및 이를 이용한 반도체소자의 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라, 트랜지스터의 채널길이는 점점 짧아지고 있으며, 이에 따라 숏채널효과(short channel effect)에 의해 소자특성열화 문제가 지속적으로 발생되고 있다. 따라서 숏채널효과의 억제를 위해 다양한 기술적 시도들이 이루어지고 있으며, 특히 소스/드레인(source/drain)영역이나 할로(halo)영역과 같은 불순물접합영역 형성을 위한 이온주입과정에서도 숏채널효과 억제를 위한 다양한 방법들이 제안된 바 있다.
이와 같은 다양한 방법들 중 효과가 있는 것으로 알려진 방법들 중 하나는, n채널형의 경우 n형 불순물이온, 예컨대 포스포러스(P) 이온 주입과 더불어 카본(C) 이온을 함께 주입하고, p채널형의 경우 p형 불순물이온, 예컨대 보론(B) 이온 주입과 더불어 카본(C) 이온을 함께 주입하는 방법이다. 즉 카본(C) 이온을 소스/드레인영역 하부 또는 할로영역 하부에 주입시킴으로써 도펀트(dopant)의 불균일한 분포를 억제할 수 있고, 이에 따라 센스앰프영역의 문턱전압 분포 불일치가 감소되고, 드레인에 의한 장벽저하(DIBL; Drain Induced Barrier Lowering) 현상이 억제되며, 또한 소자의 동작 전류(on current)가 증대되는 효과가 나타난다. 반면에 카본(C) 이온의 주입으로 인해, 게이트에 의한 드레인 누설(GIDL; Gate Induced Drain Leakage) 현상의 발생, 핫 캐리어 열화 현상으로 인한 소자의 수명 단축, 결함 사이트(defect site)의 증가로 인한 오프 상태 누설전류의 증가와 같은 단점도 나타나고 있다.
카본(C) 이온 주입으로 인한 이와 같은 문제점들은, 주입되는 카본(C) 이온의 양(dose) 및 최대 농도 깊이(Rp; Projection Range)에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 일 예로, 카본(C) 이온의 주입 양(dose)를 줄일 경우, n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온의 확산 억제 효과가 감소된다. 반대로 카본(C) 이온의 주입 양을 늘릴 경우, n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온의 확산 억제 효과는 증대되지만, n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온의 중첩(overlap) 영역 확장에 따른 액티베이션 효율이 감소되고, 특히 EOR(End of Range) 영역의 결함 또는 디스로케이션 루프(dislocation loop) 제어가 어려워진다는 단점이 발생된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온과 함께 카본(C) 이온만을 주입하는 경우, 주입되는 카본(C) 이온의 양에 따라 발생할 수 있는 n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온의 확산 억제 효과 감소나, 또는 EOR(End of Range) 영역의 결함 또는 디스로케이션 루프(dislocation loop) 제어의 어려움이 발생되지 않도록 하는 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법 및 이를 이용한 반도체소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 예에 따른 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법은, 기판의 불순물접합 형성영역에 대해 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온을 주입하는 단계와, 그리고 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온이 주입된 불순물접합 형성영역에 n형 도전형 또는 p형 도전형의 불순물이온을 주입하여 불순물접합영역을 형성하는 단계를 포함한다.
일 예에서, 상기 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온을 주입하는 단계는, 클러스터(cluster) 주입방법, 빔 라인(beam line) 이온주입방법, 또는 플라즈마 도핑방법을 사용하여 수행한다.
일 예에서, 상기 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온을 주입하는 단계는, -150℃ - 0℃의 온도에서 수행한다.
일 예에서, 상기 n형 도전형의 불순물이온은 포스포러스(P)를 포함하고, 상기 p형 도전형의 불순물이온은 보론(B)을 포함한다.
본 발명의 일 예에 따른 반도체소자의 제조방법은, 기판 위에 게이트절연층패턴을 개재하여 게이트도전층패턴을 형성하는 단계와, 게이트도전층패턴에 의해 노출되는 기판에 대해 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온을 주입하는 단계와, 그리고 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온이 주입된 기판에 n형 도전형 또는 p형 도전형의 불순물이온을 주입하여 n형 도전형 또는 p형 도전형의 불순물접합영역을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온과 함께 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온을 함께 주입함으로써, 주입되는 카본(C) 이온의 양이 적더라도 n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온의 확산을 충분히 억제시킬 수 있으며, 또한 EOR(End of Range) 영역의 결함 또는 디스로케이션 루프(dislocation loop) 제어의 어려움이 발생되지 않도록 할 수 있다는 이점이 제공된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법 및 이를 이용한 반도체소자의 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.
도 4는 본 발명에 따라 형성된 불순물접합영역의 결함 사이트 발생 빈도를 종래의 경우와 비교해보기 위해 나타내 보인 TEM 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 형성된 불순물접합영역의 불순물 농도 분포를 종래의 경우와 비교해보기 위해 나타내 보인 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 형성된 불순물접합영역의 결함 사이트 발생 빈도를 종래의 경우와 비교해보기 위해 나타내 보인 TEM 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 형성된 불순물접합영역의 불순물 농도 분포를 종래의 경우와 비교해보기 위해 나타내 보인 그래프이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법 및 이를 이용한 반도체소자의 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다. 먼저 도 1을 참조하면, 기판(100) 위에 게이트절연층패턴(110), 게이트도전층패턴(120), 및 게이트캡핑층패턴이 순차적으로 적층된 게이트스택을 형성한다. 기판(100)은 실리콘 기판이지만 이에 한정되는 것은 아니다. 기판(100)의 일부 표면 영역은 채널영역(102)으로서, 이 채널영역(102)은 게이트스택과 중첩된다. 일 예에서, 채널영역(102) 양 옆에 위치하는 불순물접합 형성영역은, 후속의 이온주입공정 및 확산공정을 통해 각각 소스/드레인영역과 같은 불순물접합영역이 되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 소스/드레인영역 이외의 다른 불순물접합영역이 될 수도 있다. 게이트절연층패턴(110)은 실리콘산화층으로 형성할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 게이트도전층패턴(120)은 불순물이 도핑된 폴리실리콘층으로 형성할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 게이트캡핑층패턴(130)은 실리콘질화층으로 형성할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 게이트캡핑층패턴(130)은 후속의 이온주입공정에서 게이트도전층패턴(120)을 보호하는 역할을 수행한다. 비록 본 예에서는 단일 도전형, 즉 n형 도전형이나 또는 p형 도전형의 트랜지스터 구조를 예로 들었지만, n형 도전형의 트랜지스터와 p형 도전형의 트랜지스터가 동일한 기판 내에 형성되는 상보형 모스(CMOS) 트랜지스터의 경우에도 본 실시예가 동일하게 적용될 수 있다는 것은 당연하다.
다음에 도 2를 참조하면, 게이트스택에 의해 노출된 기판(100)의 영역, 즉 불순물접합영역이 형성될 기판(100)의 노출표면에 대해, 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 나이트로전(N) 및 카본(C) 이온을 주입시킨다. 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 필요할 경우 기판(100) 내에 형성될 불순물접합영역이 선택적으로 노출시키기 위한 별도의 마스크층패턴을 사용할 수도 있다. 일 예에서, 나이트로전(N) 및 카본(C) 이온의 주입은, 단원자가 아닌 원자/분자 집합체인 클러스터를 이온화하여 조사하는 클러스터(cluster) 주입방법을 사용하여 수행한다. 다른 예에서, 나이트로전(N) 및 카본(C) 이온의 주입은, 이온 빔 형태로 주입하는 빔 라인(beam line) 이온주입방법을 사용하여 수행한다. 또 다른 예에서 나이트로전(N) 및 카본(C) 이온의 주입은, 플라즈마 도핑 챔버 내에서 플라즈마 및 바이어스 인가를 통해 도핑이 이루어지는 플라즈마 도핑방법을 사용하여 수행한다. 어느 경우이던지 나이트로전(N) 이온과 카본(C) 이온이 혼합되는(mixed) 방법으로 주입을 수행한다. 이때 나이트로전(N) 이온과 카본(C) 이온의 순서는 바뀔 수도 있다.
일 예에서, 나이트로전(N) 이온 및 카본(C) 이온의 주입은, 1KeV 내지 80KeV의 주입에너지와, 1E13 내지 1E16 이온/㎤의 도즈(dose) 조건으로 수행한다. 또한 틸트(tilt) 각도가 0도인 수직 주입을 수행하거나, 또는 45도 이하의 틸트 주입을 수행할 수 있다. 그리고 나이트로전(N) 및 카본(C) 이온 주입이 이루어지는 동안, 기판(100)의 트위스트(twist) 각도는, 게이트스택 방향에 따라 0도에서 360도로 다양하게 설정할 수 있다. 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온의 주입은, 상온에서 수행할 수 있지만, -150℃ - 0℃의 낮은 온도에서도 수행할 수 있다. 나이트로전(N) 이온은, 카본(C) 이온과 마찬가지로 보론(B)이나 포스포러스(P)와 같은 불순물이온의 확산을 억제하는 효과를 나타내는 동시에, 카본(C) 이온주입에 의한 EOR(End of Range) 영역의 결함을 감소시키거나 또는 디스로케이션 루프(dislocation loop) 제어를 용이하게 해 주는 효과를 나타낸다. 따라서 본 실시예에서와 같이, 나이트로전(N) 이온과 카본(C) 이온을 함께 주입함으로써, 불순물이온 확산이 억제되도록 하는 동시에 EOR(End of Range) 영역의 결함을 감소시키거나 또는 디스로케이션 루프(dislocation loop) 제어를 용이하게 할 수 있다.
다음에 도 3을 참조하면, 나이트로전(N) 이온 및 카본(C) 이온이 주입된 기판(100)의 노출 영역에 대해, 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, n형 불순물이온, 또는 p형 불순물이온을 주입한다. 즉 n형 도전형의 소자의 경우, n형 불순물이온, 예컨대 포스포러스(P) 이온이나 아스나이드(As) 이온을 주입하며, 반면에 p형 도전형의 소자의 경우, p형 불순물이온, 예컨대 보론(B) 이온을 주입한다. n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온의 주입은, 1KeV 내지 50KeV의 주입에너지와, 1E14 내지 1E16 이온/㎤의 도즈(dose) 조건으로 수행한다. 또한 틸트(tilt) 각도가 0도인 수직 주입을 수행하거나, 또는 45도 이하의 틸트 주입을 수행할 수 있다. 그리고 n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온의 주입이 이루어지는 동안, 기판(100)의 트위스트(twist) 각도는, 게이트스택 방향에 따라 0도에서 360도로 다양하게 설정할 수 있다. n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온을 주입한 후에 열처리를 통해 확산공정을 진행하면, 도면에 나타낸 바와 같이, 불순물접합영역, 즉 소스/드레인영역(140)이 형성된다.
도 4는 본 발명에 따라 형성된 불순물접합영역의 결함 사이트 발생 빈도를 종래의 경우와 비교해보기 위해 나타내 보인 TEM 사진이다. 도 4를 참조하면, 도면에서 "410"으로 나타낸 사진은, 나이트로전(N) 이온과 카본(C) 이온의 주입 없이 n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온만 주입한 경우의 불순물접합영역을 나타낸 사진이다. 도면에서 "420"으로 나타낸 사진은, 카본(C) 이온만 주입한 상태에서 n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온을 주입한 경우의 불순물접합영역을 나타낸 사진이다. 그리고 도면에서 "430"으로 나타낸 사진은, 본 실시예에서와 같이, 나이트로전(N) 이온과 카본(C) 이온을 모두 주입한 상태에서 n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온을 주입한 경우의 불순물접합영역을 나타낸 사진이다. 도면에서 각각 "A" 및 "B"로 나타낸 바와 같이, 나이트로전(C) 이온 및 카본(C) 이온을 모두 주입하지 않거나, 카본(C) 이온만을 주입한 경우, 결함 사이트(defect site)가 존재하는 반면에, 본 실시예에서와 같이, 나이트로전(N) 이온과 카본(C) 이온을 모두 주입한 상태에서 n형 불순물이온 또는 p형 불순물이온을 주입한 경우 결함 사이트가 거의 존재하지 않는다는 것을 육안으로도 쉽게 구별할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따라 형성된 불순물접합영역의 불순물 농도 분포를 종래의 경우와 비교해보기 위해 나타내 보인 그래프이다. 도 5에서 가로축은 불순물접합영역의 깊이를 나타내며, 세로축은 불순물이온, 즉 보론(B) 이온의 농도(concentration)을 나타낸다. 도 5에서 "510"으로 나타낸 선은, 나이트로전(N) 이온과 카본(C) 이온의 주입 없이 보론(B) 이온만 주입한 경우를 나타내고, "520"으로 나타낸 선은 카본(C) 이온만 주입한 상태에서 보론(B) 이온을 주입한 경우를 나타내며, 그리고 "530"으로 나타낸 선은 실시예에서와 같이, 나이트로전(N) 이온과 카본(C) 이온을 모두 주입한 상태에서 보론(B) 이온을 주입한 경우를 나타낸다. 도면에서 "C"로 나타낸 바와 같이, 불순물접합영역의 표면 부분에서의 최대 농도 깊이(Rp)는, 본 실시예에서와 같이, 나이트로전(N) 이온과 카본(C) 이온을 모두 주입한 상태에서 보론(B) 이온을 주입한 경우에 가장 높게 나타난다는 것을 쉽게 알 수 있다.
100...기판 110...게이트절연층패턴
120...게이트도전층패턴 130...게이트캡핑층패턴
102...채널영역 140...불순물접합영역
120...게이트도전층패턴 130...게이트캡핑층패턴
102...채널영역 140...불순물접합영역
Claims (5)
- 기판의 불순물접합 형성영역에 대해 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온을 주입하는 단계; 및
상기 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온이 주입된 불순물접합 형성영역에 n형 도전형 또는 p형 도전형의 불순물이온을 주입하여 불순물접합영역을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온을 주입하는 단계는, 클러스터(cluster) 주입방법, 빔 라인(beam line) 이온주입방법, 또는 플라즈마 도핑방법을 사용하여 수행하는 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온을 주입하는 단계는, -150℃ - 0℃의 온도에서 수행하는 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 n형 도전형의 불순물이온은 포스포러스(P)를 포함하고, 상기 p형 도전형의 불순물이온은 보론(B)을 포함하는 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법. - 기판 위에 게이트절연층패턴을 개재하여 게이트도전층패턴을 형성하는 단계;
상기 게이트도전층패턴에 의해 노출되는 기판에 대해 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온을 주입하는 단계; 및
상기 카본(C) 이온 및 나이트로전(N) 이온이 주입된 기판에 n형 도전형 또는 p형 도전형의 불순물이온을 주입하여 n형 도전형 또는 p형 도전형의 불순물접합영역을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110073257A KR20130011834A (ko) | 2011-07-22 | 2011-07-22 | 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법 및 이를 이용한 반도체소자의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110073257A KR20130011834A (ko) | 2011-07-22 | 2011-07-22 | 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법 및 이를 이용한 반도체소자의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130011834A true KR20130011834A (ko) | 2013-01-30 |
Family
ID=47840726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110073257A KR20130011834A (ko) | 2011-07-22 | 2011-07-22 | 반도체소자의 불순물접합영역 형성방법 및 이를 이용한 반도체소자의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130011834A (ko) |
-
2011
- 2011-07-22 KR KR1020110073257A patent/KR20130011834A/ko not_active Application Discontinuation
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