KR20020052456A - 반도체소자의 트랜지스터 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자의 트랜지스터 제조방법에 관한 것으로, 반도체기판 상부에 게이트전극을 형성하고, 상기 게이트전극의 양측 반도체기판에 LDD영역을 저농도 접합영역을 형성한 다음, 상기 게이트전극의 측벽에 제1절연막 스페이서를 형성한 후, 상기 제1절연막 스페이서 양측 반도체기판에 에피택셜 Si층과 에피택셜 SiGe층의 적층구조를 형성한 다음, 상기 적층구조에 고농도의 불순물을 이온주입하여 상기 적층구조를 엘리베이티드 소오스/드레인영역으로 형성함으로써 쇼트 채널 이펙트를 개선하는 동시에 후속 콘택공정을 용이하여 콘택저항을 감소시키고, 트랜지스터의 전기적 특성을 향상시키고, 그로 인하여 소자의 동작 속도를 향상시키는 기술이다.
Description
본 발명은 반도체소자의 트랜지스터 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 DRAM의 주변회로부에 형성되는 트랜지스터의 소오스/드레인영역에 에피택셜 Si층과 에피택셜 SiGe층의 적층층구조를 형성하여 소오스/드레인전극을 형성함으로써 콘택 저항을 감소시키고, 그에 따른 소자의 동작 특성을 향상시키는 반도체소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, P형 또는 N형 반도체기판에 N 또는 P형 불순물로 형성되는 PN접합은 불순물을 반도체기판에 이온주입한 후, 열처리로 활성화시켜 확산영역을 형성한다.
따라서, 채널의 폭이 감소된 반도체소자에서는 확산영역으로부터의 측면확산에 의한 쇼트 채널 이펙트(short channel effect)를 방지하기 위하여 접합 깊이를 얕게 형성해야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 종래기술에 따른 반도체소자의 트랜지스터 제조방법에 대하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b 는 종래기술에 따른 반도체소자의 트랜지스터 제조방법에 의한 공정 단면도로서, DRAM의 주변회로영역에서 트랜지스터를 형성하는 경우를 도시한다.
먼저, 반도체기판(11)에서 활성영역을 정의하는 소자분리절연막(13)을 형성한다.
다음, 전체표면 상부에 게이트 절연막, 다결정실리콘층 및 마스크절연막을 형성한다.
그 다음, 게이트 전극 마스크를 식각마스크로 사용하여 상기 마스크절연막, 다결정실리콘층 및 게이트 절연막을 식각하여 마스크절연막패턴(19), 게이트 전극(17) 및 게이트절연막패턴(15)의 적층구조를 형성한다.
다음, 상기 적층구조의 양측 반도체기판(11)에 저농도의 불순물을 이온주입시켜 엘.디.디.(lightly doped drain, LDD)영역(21)을 형성한다.
그리고, 전체표면 상부에 절연막을 형성한 다음, 전면식각하여 상기 적층구조의 측벽에 절연막 스페이서(23)를 형성한다.
그 후, 상기 절연막 스페이서(23)의 양쪽 반도체기판(11)에 고농도의 불순물을 이온주입시켜 소오스/드레인영역(25)을 형성한다. (도 1a 참조)
그 후, 전체표면 상부에 상기 소오스/드레인영역(25)에서 콘택으로 예정되는 부분을 노출시키는 콘택홀이 구비되는 층간절연막(27)을 형성한다.
그 다음, 전체표면 상부에 금속층을 형성한 후 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, 이하 CMP라 함)공정 또는 전면식각공정으로 상기 콘택홀을 매립하는 콘택플러그(29)를 형성한다. (도 1b 참조)
도 2 는 종래기술에 의해 형성된 트랜지스터의 소오스/드레인영역 깊이에 따른 도핑농도를 도시하는 그래프로서, 소오스/드레인영역의 깊이가 깊을수록 도핑농도가 낮아지는 것을 도시한다. (도 2 참조)
그러나, 상기와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 트랜지스터 제조방법은, 반도체소자가 고집적화되어 감에 따라 쇼트 채널 이펙트(short channel effect)가 발생하는 것을 방지하기 위하여 반도체기판의 주변회로영역의 트랜지스터의 소오스/드레인영역을 얕은 접합(shallow junction)으로 형성하였다. 그러나, 낮은 에너지를 이용하여 이온주입공정을 실시하여 형성된 얕은 접합영역은 콘택홀을 형성하기 위한 식각공정 시 손상되기 때문에 고농도로 이온주입된 영역이 줄어들고, 금속배선 콘택플러그와의 콘택저항을 증가시켜 소자의 동작 특성 및 수율을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 게이트전극 양측의 반도체기판에 에피택셜 Si층과 에피택셜 SiGe층의 적층구조를 형성한 다음, 상기 적층구조에 고농도의 불순물을 이온주입하여 엘리베이티드 소오스/드레인영역을 형성함으로써 후속 콘택공정을 용이하고, 콘택저항을 감소시켜 소자의 동작 속도를 향상시키는 반도체소자의 캐패시터 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 및 도 1b 는 종래기술에 따른 반도체소자의 트랜지스터 제조방법에 의한 공정 단면도.
도 2 는 종래기술에 의해 형성된 트랜지스터의 소오스/드레인영역 깊이에 따른 도핑농도를 도시하는 그래프.
도 3a 내지 도 3e 는 본 발명에 따른 반도체소자의 트랜지스터 제조방법에 의한 공정 단면도.
도 4a 내지 도 4c 는 본 발명에 의해 형성된 트랜지스터의 전기적 특성을 도시한 그래프.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
11, 31 : 반도체기판 13, 33 : 소자분리절연막
15, 35 : 게이트절연막패턴 17, 37 : 게이트전극
19, 39 : 마스크절연막패턴 21 : LDD영역
23 : 절연막 스페이서 25, 40 : 소오스/드레인영역
27, 51 : 층간절연막 29, 53 : 콘택플러그
41 : 제1절연막 스페이서 43 : 에피택셜 Si층
45 : 에피택셜 SiGe층 47 : 제2절연막 스페이서
이상의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법은,
반도체기판 상부에 게이트절연막패턴, 게이트전극 및 마스크절연막패턴의 적층구조를 형성하는 공정과,
상기 적층구조의 양측 기판에 LDD영역을 형성하는 공정과,
전체표면 상부에 제1절연막을 형성한 후, 상기 제1절연막을 전면식각하여 상기 적층구조의 측벽에 제1절연막 스페이서를 형성하는 공정과,
상기 LDD영역에 에피택셜 Si층을 성장시키는 공정과,
상기 에피택셜 Si층 상부에 에피택셜 SiGe층을 형성시키는 공정과,
전체표면 상부에 제2절연막을 형성하고, 상기 제2절연막을 전면식각하여 상기 제1절연막 스페이서 측벽에 제2절연막 스페이서를 형성하는 공정과,
전체표면 상부에 고농도의 불순물을 이온주입하여 상기 에피택셜 SiGe층과 에피택셜 Si층을 엘리베이티드 소오스/드레인영역으로 형성하는 공정과,
전체표면 상부에 상기 엘리베이티드 소오스/드레인영역에서 콘택으로 예정되는 부분에 접속되는 금속배선 콘택플러그가 구비된 층간절연막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 3e 는 본 발명에 따른 반도체소자의 트랜지스터 제조방법에 의한 공정 단면도로서, DRAM의 주변회로영역에서 트랜지스터를 형성하는 경우를 도시한다.
먼저, 반도체기판(31)에서 활성영역을 정의하는 소자분리절연막(33)을 형성한다.
다음, 전체표면 상부에 게이트 절연막, 다결정실리콘층 및 마스크절연막을 형성한다.
그 다음, 게이트 전극 마스크를 식각마스크로 사용하여 상기 마스크절연막,다결정실리콘층 및 게이트 절연막을 식각하여 마스크절연막패턴(39), 게이트 전극(37) 및 게이트절연막패턴(35)의 적층구조를 형성한다.
다음, 상기 적층구조의 양측 반도체기판(31)에 저농도의 불순물을 이온주입시켜 엘.디.디.(lightly doped drain, LDD)영역(40)을 형성한다.
그리고, 전체표면 상부에 제1절연막을 형성한 다음, 전면식각하여 상기 적층구조의 측벽에 제1절연막 스페이서(41)를 형성한다.
다음, 상기 LDD영역(40), 즉 노출되는 반도체기판(31)에 에피택셜 Si층(43)을 소정 두께 성장시킨다. (도 3a 참조)
그 다음, 상기 에피택셜 Si층(43) 상부에 에피택셜 SiGe층(45)을 소정 두께 성장시킨다. (도 3b 참조)
다음, 전체표면 상부에 제2절연막을 형성하고, 상기 제2절연막을 전면식각하여 상기 제1절연막 스페이서(41)의 측벽에 제2절연막 스페이서(47)를 형성한다. 이때, 상기 제2절연막 스페이서(47)는 상기 제1절연막 스페이서(41)와 에피택셜 SiGe층(45) 사이의 노치(notch)를 감싸기 위하여 형성된다. (도 3c 참조)
그 다음, 상기 구조 상부에 고농도의 불순물을 이온주입하여 상기 에피택셜 SiGe층(45) 및 에피택셜 Si층(43)을 엘리베이티드(elevated) 소오스/드레인영역으로 사용한다. (도 3d 참조)
다음, 전체표면 상부에 상기 에피택셜 SiGe층(45)에서 콘택으로 예정되는 부분을 노출시키는 콘택홀이 구비되는 층간절연막(51)을 형성한다.
그 다음, 전체표면 상부에 금속층을 형성한 후 CMP공정 또는 전면식각공정으로 상기 콘택홀을 매립하는 콘택플러그(53)를 형성한다.
한편, 상기 에피택셜 SiGe층(45)은 상기 에피택셜 Si층(43)에 Ge를 이온주입하여 형성될 수 있으며, 상기 제2질화막 스페이서(47)는 상기 에피택셜 Si층(43)을 성장시킨 직후 형성될 수도 있다. (도 3e 참조)
도 4a 내지 도 4c 는 본 발명에 의해 형성된 트랜지스터의 전기적 특성을 도시한 그래프이다.
도 4a 및 도 4b 는 종래기술에 비해 콘택저항 및 면저항이 감소되는 것을 도시한다.
그리고, 도 4c 는 누적확률(cumulative probability)와 접합누설전류 간의 관계를 도시하는 것으로서, 에피택셜 Si막에 비하여 에피택셜 SiGe막의 누설전류가 크게 분포하는 것을 도시한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자의 트랜지스터 제조방법은, 반도체기판 상부에 게이트전극을 형성하고, 상기 게이트전극의 양측 반도체기판에 LDD영역을 저농도 접합영역을 형성한 다음, 상기 게이트전극의 측벽에 제1절연막 스페이서를 형성한 후, 상기 제1절연막 스페이서 양측 반도체기판에 에피택셜 Si층과 에피택셜 SiGe층의 적층구조를 형성한 다음, 상기 적층구조에 고농도의 불순물을 이온주입하여 상기 적층구조를 엘리베이티드 소오스/드레인영역으로 형성함으로써 쇼트 채널 이펙트를 개선하는 동시에 후속 콘택공정을 용이하여 콘택저항을 감소시키고, 트랜지스터의 전기적 특성을 향상시키고, 그로 인하여 소자의 동작속도를 향상시키는 이점이 있다.
Claims (3)
- 반도체기판 상부에 게이트절연막패턴, 게이트전극 및 마스크절연막패턴의 적층구조를 형성하는 공정과,상기 적층구조의 양측 기판에 LDD영역을 형성하는 공정과,전체표면 상부에 제1절연막을 형성한 후, 상기 제1절연막을 전면식각하여 상기 적층구조의 측벽에 제1절연막 스페이서를 형성하는 공정과,상기 LDD영역에 에피택셜 Si층을 성장시키는 공정과,상기 에피택셜 Si층 상부에 에피택셜 SiGe층을 형성시키는 공정과,전체표면 상부에 제2절연막을 형성하고, 상기 제2절연막을 전면식각하여 상기 제1절연막 스페이서 측벽에 제2절연막 스페이서를 형성하는 공정과,전체표면 상부에 고농도의 불순물을 이온주입하여 상기 에피택셜 SiGe층과 에피택셜 Si층을 엘리베이티드 소오스/드레인영역으로 형성하는 공정과,전체표면 상부에 상기 엘리베이티드 소오스/드레인영역에서 콘택으로 예정되는 부분에 접속되는 금속배선 콘택플러그가 구비된 층간절연막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체소자의 트랜지스터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 에피택셜 SiGe층은 상기 에피택셜 Si층을 형성한 다음, 상기 에피택셜 Si층에 Ge 이온을 주입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 트랜지스터제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2절연막 스페이서는 상기 에피택셜 Si층을 형성한 직후 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 트랜지스터 제조방법.
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