KR20020002899A - 반도체 소자의 게이트전극 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자의 게이트전극 형성방법에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 반도체기판의 상부에 게이트산화막을 형성하고, 그 상부에 실리콘시드막을 형성한 후, 상기 실리콘시드막에 질소분위기 하에서 열처리공정을 실시하여 상기 실리콘시드막의 상부 및 상기 게이트산화막의 상부에 확산방지막을 형성함으로써, 그 후 게이트전극 형성 시, 상기 실리콘시드막의 상부에 폴리-실리콘게르마늄 막을 형성하고, 상기 폴리-실리콘게르마늄 막에 도펀트를 주입한 후 열처리공정을 실시할 때, 상기 확산방지막으로 인해 도펀트가 확산하면서 반도체기판에 침투하는 것이 방지되어 게이트특성 및 반도체소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 반도체소자의 게이트전극 형성방법에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 게이트전극 형성 시, 폴리-실리콘게르마늄막을 형성한 후, 이에 도펀트를 주입하고 열처리공정을 실시할 때 도펀트가 확산하면서 반도체기판에 침투하는 것을방지할 수 있는 확산방지막을 형성할 수 있도록 한 반도체소자의 게이트전극 형성방법에 관한 것이다.
디자인룰이 감소함에 따라 N+ 폴리게이트 PMOS의 경우 보론 카운터 도핑(Counter doping)에 의해 채널 길이가 짧아지는 짧은 채널 효과(Short channel effect)가 발생하고 이로 인해 문턱전압이 불안정하고 누설전류가 증가되는 문제점이 발생하여 매몰채널(Buried channel) PMOS 트랜지스터 특성을 개선할 필요성이 제기되었다.
그래서, 이를 해결하기 위해 소자의 축소가 가능하고 낮은 전압에서도 안정적으로 사용할 수 있는 이중게이트 전극(Dual gate electrode)을 연구 개발하게 되었다.
종래의 이중게이트 전극의 형성공정은 반도체기판 상부에 게이트산화막을 형성하고, 그 상부에 1000Å 이하의 얇은 폴리실리콘막을 형성한 후, 상기 폴리실리콘막에 붕소와 같은 P형 도펀트를 주입하고 열처리공정을 실시함으로써, 붕소를 확산시키고 활성화시켜 PMOS 트랜지스터 영역을 형성하였다.
하지만 상기와 같은 방법에서 있어서, 열처리공정 시에 붕소가 게이트산화막을 뚫고 반도체기판에 침투하여 문턱전압(threshold voltage)이 불안정해지고, 짧은 채널 효과(Short channel effect)를 가속화시키는 문제점이 있었다.
또한, 붕소가 반도체기판에 침투하는 것을 방지하기 위해 열처리 공정을 행하지 않은 경우에는 붕소의 확산이 충분하게 일어나지 않아 게이트전극의 도펀트공핍(Gate depletion)현상이 발생하고, 붕소의 활성화률이 낮아지면서 폴리실리콘막의 저항이 증가하여 게이트 특성을 열화시키는 문제점이 발생하였다.
그래서, 이를 해결하기 위해 폴리-실리콘게르마늄막(Si1-XGeX)을 게이트전극으로 사용하고자 하는 연구가 진행되었다.
폴리-실리콘게르마늄막은게르마늄함량에 따라 페르미에너지 레벨(Fermi energy)을 실리콘의 미드밴드갭(Mid band gap) 근처로 이동시킬 수 있어서, 양호한 대칭성 문턱전압(Symmetric threshold voltage)을 얻을 수 있고, NMOS영역과 PMOS영역을 모두 표면채널(Surface channel)모드에서 작동시킬 수 있다.
또한 상기 폴리-실리콘게르마늄막에 도펀트를 주입하고 열처리공정을 시행할 때, 폴리-실리콘게르마늄막 내에서 도펀트가 반도체기판에 침투하는 것이 억제되며, 게르마늄의 함량이 20%인 경우, 게이트 도펀트 공핍현상도 감소시킬 수 있어 종래의 폴리실리콘막에 비해 안정된 특성을 가진다.
하지만, 최근에 반도체소자가 점점 소형화되는 추세에 있기 때문에 폴리-실리콘게르마늄막의 사용 시에도 도펀트가 반도체기판에 침투하는 현상을 더욱 효과적으로 억제시켜야 될 필요성이 있다.
상기와 같은 필요성을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은 게이트전극 형성 시, 폴리-실리콘게르마늄막을 형성한 후, 이에 도펀트를 주입하고 열처리공정을 실시할 때 도펀트가 확산하면서 반도체기판에 침투하는 것을 방지할 수 있는 확산방지막을 형성할 수 있도록 한 반도체소자의 게이트전극 형성방법을 제공하는데있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 반도체소자의 게이트전극 형성방법을 설명하기 위해 도시된 단면도들이다.
＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＊
100 ; 반도체기판 110 ; 게이트산화막
110'; 질산화막 120 ; 실리콘시드막
120'; 질화막 130 ; 폴리-실리콘게르마늄막
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체기판 상부에 게이트산화막을 형성하는 단계와; 상기 게이트산화막 상부에 실리콘시드막을 형성하는 단계와; 상기 실리콘시드막에 열처리공정을 실시하여 상기 실리콘시드막의 상부 및 상기 게이트산화막 상부에 확산방지막을 형성하는 단계와; 상기 결과물 상부에 폴리-실리콘게르마늄막을 형성하는 단계와; 상기 폴리-실리콘게르마늄막에 도펀트를 도핑하는 단계; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다. 또한, 본 실시예는 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 반도체소자의 게이트산화막 형성방법을 설명하기 위해 도시된 단면도들이다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이 반도체기판(100) 상부에 게이트산화막(110)을 형성한 후, 상기 게이트산화막(110) 상부에 실리콘시드막(120)을 450∼550℃의 온도범위에서 30∼100Å의 두께로 형성한다.
그 다음, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 실리콘시드막(120)에 질소분위기 하에서 열처리공정을 실시한다.
상기 열처리공정은 N2,NH3중 어느 하나를 이용한 질소분위기와 800∼950℃ 의 온도에서 RTP방식으로 30∼120초간 실시되는데, 이로 인해 도 3에 도시된 바와 같이 상기 실리콘시드막(120)의 상부에는 질화막(120')이 형성되고, 질소성분이 상기 게이트산화막(110)까지 확산되면서 상기 게이트산화막(110) 상부에는 질산화막(110')이 형성된다.
상기와 같이 형성된 질화막(120') 및 질산화막(110')은 확산방지막의 역할을 하게 된다. 즉, 이후 게이트전극으로 폴리-실리콘게르마늄막(130)을 형성하고 이에 도펀트를 주입한 후 열처리공정을 실시할 때, 상기 질화막(120') 및 질산화막(110')으로 인해 도펀트가 반도체기판(100)에 침투하는 것이 방지된다.
상기와 같은 확산방지막을 형성한 후, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 결과물의 상부에 폴리-실리콘게르마늄막(130)을 형성한다.
상기 실리콘-게르마늄막(130)은 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), VLPCVD(Very Low Pressure Chemical Vapor Deposition), PE-VLPCVD(Plasma Enhanced-Very Low Pressure Chemical Vapor Deposition), UHVCVD(Ultrahigh Vacuum Chemical Vapor Deposition), RTCVD(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition), APCVD(Atmosphere Pressure Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy)방식 중 어느 하나를 이용하여 700∼1500Å의 두께로 형성되는데, 이때 상기 실리콘-게르마늄막(130) 내의 게르마늄 함량은 10∼70%이고, 공정압력은 5∼1000mTorr이며, 온도범위는 500∼650℃이다.
그리고, 상기 폴리-실리콘게르마늄막(130) 형성 시 실리콘의 소스로는 SiH4, Si6H6중 어느 하나를 사용하고, 게르마늄의 소스로는 GeH4, GeF4중 어느 하나를 사용하면 된다.
또한, 상기 폴리-실리콘게르마늄막(130) 형성공정은 수소가스를 이용한 수소분위기 하에서 진행되는데, 상기 SiH4및 Si6H6가스는 수소가스 내에 10∼100% 정도 함유된 것을 사용하고, 상기 GeH4, GeF4가스는 수소가스 내에 1∼100% 정도 함유된 것을 사용한다.
이후, 상기 폴리-실리콘게르마늄막(130)에 도펀트를 도핑하고, 열공정을 실시한다.
이때, 상기 폴리-실리콘게르마늄막(130)에 주입되는 도펀트는 B, BF2중 어느 하나를 사용하는데, 상기 폴리-실리콘게르마늄 막(130)이 형성될 때, 도펀트가스를 사용한 인-시튜방식으로 상기 폴리-실리콘게르마늄막(130)에 도핑되거나 상기 폴리-실리콘게르마늄막(130)을 형성한 후, 이온주입방식으로 상기 폴리-실리콘게르마늄막(130)에 도핑된다.
그리고, 열공정을 실시하여 도펀트를 고르게 확산시킬 때 상기에서 형성된 질화막(120') 및 질산화막(110')으로 인해 도펀트가 반도체기판(100)에 침투하는 것이 방지된다.
상기한 바와 같이 본 발명은 반도체소자의 게이트전극 형성방법에 관한 것으로써, 반도체기판의 상부에 게이트산화막 및 실리콘시드막을 차례로 형성한 후, 상기 실리콘시드막에 질소분위기 하에서 열처리공정을 실시하여 상기 실리콘시드막의 상부 및 상기 게이트산화막의 상부에 확산방지막을 형성함으로써, 이후 상기 실리콘시드막의 상부에 게이트전극으로 폴리-실리콘게르마늄막을 형성하고, 이에 도펀트를 주입한 후 열공정을 실시할 때 상기 확산방지막으로 인해 도펀트가 확산하면서 반도체기판에 침투하는 것이 방지되어 게이트특성 및 반도체소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
Claims (19)
- 반도체기판 상부에 게이트산화막을 형성하는 단계와;상기 게이트산화막 상부에 실리콘시드막을 형성하는 단계와;상기 실리콘시드막에 열처리공정을 실시하여, 상기 실리콘시드막의 상부 및 상기 게이트산화막의 상부에 확산방지막을 형성하는 단계와;상기 결과물 상부에 폴리-실리콘게르마늄막을 형성하는 단계와;상기 폴리-실리콘게르마늄막에 도펀트를 도핑하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 실리콘시드막은 30∼100Å의 두께로 증착됨을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 실리콘시드막은 450∼550℃의 온도범위에서 증착됨을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 열처리공정은 N2,NH3중 어느 하나를 이용한 질소분위기의 반응로에서 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 열처리공정은 800∼950℃의 온도범위에서 RTP방식으로 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 열처리공정은 30∼120초간 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 실리콘시드막의 상부에 형성된 산화방지막은 질화막이고, 상기 게이트산화막 상부에 형성된 확산방지막은 질산화막인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리-실리콘게르마늄막은 700∼1500Å의 두께로 증착됨을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리-실리콘게르마늄막 내의 게르마늄 함량은 10∼70%인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리-실리콘게르마늄은 수소분위기 하에서 LPCVD, VLPCVD, PE-VLPCVD, UHVCVD, RTCVD, APCVD, MBE방식 중 어느 하나를 이용하여 형성됨을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리-실리콘게르마늄막 형성 시, 실리콘의 소스로는 SiH4, Si6H6중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 SiH4및 Si6H6는 수소가스 내에 10∼100% 정도 함유된 것을 사용함을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리-실리콘게르마늄막 형성 시, 게르마늄의 소스로는 GeH4, GeF4중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 13항에 있어서, 상기 GeH4, GeF4는 수소가스 내에 1∼100% 정도 함유된 것을 사용함을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리-실리콘게르마늄막 형성 시, 공정압력은 5∼1000mTorr인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리-실리콘게르마늄 형성은 500∼650℃의 온도범위에 진행됨을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리-실리콘게르마늄막에 주입되는 도펀트는 B, BF2중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 도펀트는 상기 폴리-실리콘게르마늄막이 형성될 때, 도펀트가스를 사용한 인-시튜방식으로 상기 폴리-실리콘게르마늄막에 도핑됨을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 도펀트는 상기 폴리-실리콘게르마늄막을 형성한 후, 이온주입방식으로 상기 폴리-실리콘게르마늄막에 도핑됨을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트전극 형성방법.
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| KR1020000037263A KR20020002899A (ko) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | 반도체 소자의 게이트전극 형성방법 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100451039B1 (ko) * | 2000-12-20 | 2004-10-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 게이트 전극 방법 |
| KR100640572B1 (ko) * | 2000-09-20 | 2006-10-31 | 삼성전자주식회사 | 트랜지스터 형성 방법 |
Citations (4)
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