KR101044385B1 - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 서브-디펙트 발생을 방지할 수 있으며, 소오스/드레인 영역의 면저항을 감소시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 방법은, 액티브영역과 필드영역이 정의된 실리콘 기판을 제공하는 단계; 상기 실리콘 기판 상에 상기 필드영역을 노출시키는 패드산화막과 패드질화막을 차례로 형성하는 단계; 상기 노출된 기판의 필드영역을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 결과의 기판 전면에 서로 반대 응력을 가지는 제1 및 제2산화막을 차례로 형성하여 상기 트렌치를 매립시키는 단계; 상기 결과물에 급속열처리 공정을 실시하는 단계; 상기 패드질화막이 노출될 때까지 상기 제2 및 제1산화막을 씨엠피하여 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 패드질화막을 제거하는 단계; 상기 패드산화막을 제거함과 동시에, 상기 트렌치의 상부 측벽을 노출시키도록 상기 소자분리막을 일부 제거하는 단계; 상기 기판의 액티브 영역 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 마스크로 이용하여 상기 기판의 액티브영역 및 상기 트렌치의 노출된 측벽에 고농도 이온주입을 실시하여 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 전극 및 소오스/드레인 영역의 표면에 선택적으로 실리사이드층을 형성하는 단계를 포함한다. The present invention discloses a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing the occurrence of sub-defects and reducing the sheet resistance of the source / drain regions. The disclosed method comprises the steps of providing a silicon substrate having active and field regions defined therein; Sequentially forming a pad oxide film and a pad nitride film exposing the field region on the silicon substrate; Etching a field region of the exposed substrate to form a trench; Filling the trench by sequentially forming first and second oxide films having opposite stresses on the entire surface of the resultant substrate; Performing a rapid heat treatment process on the resultant; Forming a device isolation layer by CMPing the second and first oxide layers until the pad nitride layer is exposed; Removing the pad nitride film; Simultaneously removing the pad oxide layer and partially removing the device isolation layer to expose the upper sidewall of the trench; Forming a gate electrode on the active region of the substrate; Forming a source / drain region by implanting high concentration ions into the active side of the substrate and the exposed sidewalls of the trench using the gate electrode as a mask; And selectively forming a silicide layer on surfaces of the gate electrode and the source / drain regions.
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.1A to 1E are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to the related art.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.2A through 2E are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a semiconductor device, according to an embodiment of the present invention.
-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on main parts of drawing
40 : 실리콘 기판 41 : 패드산화막40: silicon substrate 41: pad oxide film
42 : 패드질화막 41a : 패터닝된 패드산화막42:
42a : 패터닝된 패드질화막 43 : 트렌치42a: patterned pad nitride film 43: trench
44 : 제1산화막 45 : 제2산화막44: first oxide film 45: second oxide film
44a : 잔류된 제1산화막 45a : 잔류된 제2산화막44a: remaining
46 : 소자분리막 47 : 게이트 산화막46
48 : 폴리실리콘막 49 : 게이트 전극48
50 : LDD 영역 51 : 스페이서50: LDD region 51: spacer
52 : 소오스/드레인 영역 53 : 실리사이드층52 source / drain
본 발명은 0.13㎛ 이하급 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, STI(shallow trench isolation) 공정을 이용한 반도체 소자의 소자분리막 형성 공정 시 서브-디펙트(sub-defect) 발생을 방지할 수 있으며, 소오스/드레인 영역의 표면에 선택적으로 형성되는 실리사이드층의 표면적을 증가시킴으로써, 소오스/드레인 영역의 면저항을 감소시켜 소자의 특성을 향상시키기 위한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a class of 0.13 μm or less. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device for improving the characteristics of the device by reducing the sheet resistance of the source / drain regions by increasing the surface area of the silicide layer selectively formed on the surface of the source / drain regions.
주지된 바와 같이, 최근의 반도체 소자는 소자들간의 전기적 분리를 위한 소자분리막의 형성을 위해 STI 공정을 이용하고 있다. 이것은 기존의 로코스(LOCOS) 공정에 의한 소자분리막이 그 가장자리 부분에 새부리 형상의 버즈-빅(bird's-beak)을 갖는 것과 관련해서 소자 형성 면적을 줄이는 단점이 있는 반면, 상기 STI 공정에 의한 소자분리막은 작은 폭으로의 형성이 가능하기 때문이다. As is well known, recent semiconductor devices use an STI process to form device isolation films for electrical separation between devices. This has the disadvantage of reducing the device formation area in connection with the conventional LOCOS device isolation film having a bird's-beak of the beak shape at the edge thereof, while the device by the STI process This is because the separator can be formed in a small width.
그리고, 반도체 장치가 고집적화 됨에 따라, 트랜지스터의 게이트 길이의 감소로 인한 단채널 효과(short channel effect)의 방지 및 펀치 스루우(punch through)에 대한 마진 확보를 위하여, 소오스/드레인 영역의 접합 깊이(junction depth)를 얕게 형성하면서 동시에 소오스/드레인 영역의 기생 저항, 예컨대, 면 저항(sheet resistance)을 감소시켜야 한다. As the semiconductor device is highly integrated, the junction depth of the source / drain regions may be reduced in order to prevent short channel effects due to a decrease in the gate length of the transistor and to secure a margin for punch through. It is necessary to form a shallow junction depth while at the same time reducing the parasitic resistance of the source / drain regions, such as sheet resistance.
이를 위해, 게이트와 소오스/드레인 영역의 표면에 선택적으로 금속 실리사이드(silicide)층을 형성하는 살리사이드(salicide) 공정이 필수가 되었으며, 상기 실리사이드층으로는 티타늄-실리사이드, 코발트-실리사이드 및 탄탈륨-실리사이드 등이 이용가능하다.For this purpose, a salicide process for selectively forming a metal silicide layer on the surfaces of the gate and the source / drain regions becomes essential, and the silicide layer includes titanium-silicide, cobalt-silicide and tantalum-silicide. Etc. are available.
이하, 종래의 STI 공정 및 살리사이드 공정을 이용한 0.13㎛ 이하급 반도체 소자의 제조방법을 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a 0.13 μm or less semiconductor device using a conventional STI process and a salicide process will be described.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다. 1A to 1E are cross-sectional views illustrating processes for manufacturing a semiconductor device according to the related art.
종래의 기술에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 도 1a에 도시된 바와 같이, 액티브영역(미도시)과 필드영역(미도시)이 정의된 실리콘 기판(10) 상에 패드산화막(11)과 패드질화막(12)을 차례로 형성한다. 이때, 상기 패드산화막(11)은 100~150Å의 두께로 형성하고, 상기 패드질화막(12)은 1500~2000Å의 두께로 형성한다. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the related art, as shown in FIG. 1A, a
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)의 필드영역을 노출시키도록 상기 패드질화막과 패드산화막을 패터닝한다. 다음으로, 상기 노출된 기판(10)의 필드영역을 식각하여 트렌치(13)를 형성한다. 이때, 도 1a에서 미설명된 도면부호 11a는 패터닝된 패드산화막을 나타낸 것이고, 12a는 패터닝된 패드질화막을 나타낸 것이다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, the pad nitride film and the pad oxide film are patterned to expose the field region of the
계속해서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 결과의 기판 전면에 상기 트렌치(13)를 매립시키도록 HDP(high density plasma) 산화막(14)을 형성한다. 이때, 상기 HDP 산화막(14)은 6000Å의 두께로 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 1C, a high density plasma (HDP)
그리고나서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 패드질화막이 노출될 때까지 상기 HDP 산화막을 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing ; 이하, 씨 엠피)하여 소자분리막(14a)을 형성한다. 그런다음, 상기 패드질화막과 패드산화막을 제거한다. Then, as shown in FIG. 1D, the HDP oxide film is chemically mechanically polished (CMP) until the pad nitride film is exposed to form an
이어, 상기 기판(10)의 액티브 영역 상에 게이트 전극(17)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극(17)은 게이트 산화막(15) 및 폴리실리콘막(16)이 차례로 적층된 구조로 이루어진다. 그런 후, 상기 게이트 전극(17)을 마스크로 이용하여 상기 기판(10)에 저농도 이온주입을 실시하여 LDD(lightly doped drain) 영역(18)을 형성한다. Subsequently, the
다음으로, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(17)의 양측벽에 스페이서(19)를 형성한다. 그런다음, 상기 스페이서(19)를 포함한 상기 게이트 전극(17)을 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판(10)에 고농도 이온주입을 실시하여 소오스/드레인(source/drain) 영역(20)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 1E,
이후, 상기 게이트 전극(17) 및 소오스/드레인 영역(20)의 면저항을 감소시켜 주기 위한 살리사이드(salicide) 공정을 실시하여 상기 게이트 전극(17) 및 소오스/드레인 영역(20)의 표면에 선택적으로 실리사이드층(21)을 형성한다. Thereafter, a salicide process is performed to reduce the sheet resistance of the
그러나, 종래의 STI 공정을 이용한 소자분리막 형성방법에 따르면, 트렌치 형성 후 액티브 영역의 가장자리는 샤프(sharp)한 형상을 갖게 되는데, 이러한 구조에서는 트렌치 식각시에 발생된 식각 스트레스(etch stress), 트렌치 매립을 위한 HDP 산화막 증착시의 기계적 스트레스(mechanical stress) 등이 트렌치 바텀 코너부에 집중됨으로써, 이 부위에서 전위(dislocation)와 같은 서브-디펙트(sub- defect)가 발생하게 되며, 결국, 이러한 서브-디펙트로 인해 누설 전류 특성과 같은 소자 특성 저하는 물론 수율 저하가 야기된다. However, according to the conventional method of forming a device isolation layer using the STI process, the edge of the active region has a sharp shape after the trench formation. In such a structure, the etching stress and the trench generated during the trench etching are formed. The mechanical stress and the like in the deposition of HDP oxides for embedding are concentrated in the trench bottom corners, so that sub-defects such as dislocations occur at these sites. Sub-defects lead to deterioration of device characteristics, such as leakage current characteristics, as well as lower yields.
또한, 종래의 기술에 따르면 게이트와 소오스/드레인 영역의 저항을 감소시키기 위해 그 표면에 선택적으로 실리사이드층을 형성하지만, 소자가 고집적화 되어갈수록 상기 소오스/드레인 영역의 표면에 형성되는 실리사이드층의 표면적을 증가시키는 데에는 한계가 있어, 그 저항을 감소시키는 데에 어려움이 따르게 되는 문제점이 발생된다. In addition, according to the related art, a silicide layer is selectively formed on the surface of the gate and the source / drain regions in order to reduce the resistance of the gate and the source / drain regions. There is a limit to the increase, which causes a problem of difficulty in reducing the resistance.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 서브-디펙트의 발생을 방지함으로써, 누설 전류 발생을 막아 소자의 특성 및 수율을 향상시킬 수 있으며, 소오스/드레인 영역 표면의 실리사이드층의 표면적을 증가시킴으로써, 소오스/드레인 영역의 면저항을 감소시켜 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by preventing the occurrence of sub-defects, it is possible to prevent the leakage current generation to improve the characteristics and yield of the device, the silicide of the surface of the source / drain region It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of improving the characteristics of the device by reducing the sheet resistance of the source / drain regions by increasing the surface area of the layer.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 제조방법은, 액티브영역과 필드영역이 정의된 실리콘 기판을 제공하는 단계; 상기 실리콘 기판 상에 상기 필드영역을 노출시키는 패드산화막과 패드질화막을 차례로 형성하는 단계; 상기 노출된 기판의 필드영역을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 결과의 기판 전면에 서로 반대 응력을 가지는 제1 및 제2산화막을 차례로 형성하여 상기 트렌치를 매립시키는 단계; 상기 결과물에 급속열처리 공정을 실시하는 단계; 상기 패드질화막이 노출될 때까지 상기 제2 및 제1산화막을 씨엠피하여 소자분리막을 형 성하는 단계; 상기 패드질화막을 제거하는 단계; 상기 패드산화막을 제거함과 동시에, 상기 트렌치의 상부 측벽을 노출시키도록 상기 소자분리막을 일부 제거하는 단계; 상기 기판의 액티브 영역 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 마스크로 이용하여 상기 기판의 액티브영역 및 상기 트렌치의 노출된 측벽에 고농도 이온주입을 실시하여 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 전극 및 소오스/드레인 영역의 표면에 선택적으로 실리사이드층을 형성하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, the method including: providing a silicon substrate in which an active region and a field region are defined; Sequentially forming a pad oxide film and a pad nitride film exposing the field region on the silicon substrate; Etching a field region of the exposed substrate to form a trench; Filling the trench by sequentially forming first and second oxide films having opposite stresses on the entire surface of the resultant substrate; Performing a rapid heat treatment process on the resultant; Forming an isolation layer by CMPing the second and first oxide layers until the pad nitride layer is exposed; Removing the pad nitride film; Simultaneously removing the pad oxide layer and partially removing the device isolation layer to expose the upper sidewall of the trench; Forming a gate electrode on the active region of the substrate; Forming a source / drain region by implanting high concentration ions into the active side of the substrate and the exposed sidewalls of the trench using the gate electrode as a mask; And selectively forming a silicide layer on surfaces of the gate electrode and the source / drain regions.
여기서, 상기 제1산화막으로는 압축 응력을 갖는 HDP 산화막을 이용하고, 상기 제2산화막으로는 인장 응력을 갖는 HLD 산화막을 이용한다. 또한, 상기 제1산화막은 3000Å의 두께로 형성하고, 상기 제2산화막은 3000Å의 두께로 형성한다. 그리고, 상기 급속열처리 공정은 1000℃의 온도에서 N2를 이용하여 30초 동안 실시한다. Here, an HDP oxide film having a compressive stress is used as the first oxide film, and an HLD oxide film having a tensile stress is used as the second oxide film. The first oxide film is formed to a thickness of 3000 kPa, and the second oxide film is formed to a thickness of 3000 kPa. In addition, the rapid heat treatment process is carried out for 30 seconds using N2 at a temperature of 1000 ℃.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views of respective processes for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 도 2a에 도시된 바와 같이, 액티브영역(미도시)과 필드영역(미도시)이 정의된 실리콘 기판(40) 상에 패드산화막(41)과 패드질화막(42)을 차례로 형성한다. 이때, 상기 패드산화막(41)은 100~150Å의 두께로 형성하고, 상은 패드질화막(42)은 1500~2000Å의 두께로 형성한다. In the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2A, a pad oxide film 41 is formed on a
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(40)의 필드영역을 노출시키도록 상기 패드질화막과 패드산화막을 패터닝한다. 그런후에, 상기 노출된 기판(40)의 필드영역을 식각하여 소정 깊이의 트렌치(43)를 형성한다. 이때, 도 2b에서 미설명된 도면부호 41a는 패터닝된 패드산화막, 42a는 패터닝된 패드질화막을 각각 나타낸 것이다. Subsequently, as shown in FIG. 2B, the pad nitride film and the pad oxide film are patterned to expose the field region of the
계속해서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 결과의 기판 전면에 서로 반대 응력을 가지는 제1산화막(44) 및 제2산화막(45)을 차례로 형성하여 상기 트렌치(43)를 매립시킨다. 여기서, 상기 제1산화막(44)으로는 HDP(High Density Plasma)공정을 진행하여 형성한 압축 응력(compressive stress)을 갖는 산화막(이하, 압축 응력을 갖는 HDP 산화막)을 이용하고, 상기 제2산화막(45)으로는 HLD(High temperature Low pressure Deposition)공정을 진행하여 형성한 인장 응력(tensile stress)을 갖는 산화막(이하, 인장 응력을 갖는 HLD 산화막)을 이용한다. 또한, 상기 제1산화막(44)은 3000Å의 두께로 형성하고, 상기 제2산화막(45)은 3000Å의 두께로 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 2C, the
한편, 상기와 같이 서로 반대 응력을 갖는 HDP 산화막과 HLD 산화막을 이용하여 상기 트렌치(43)를 이중으로 매립시키면, 상기 트렌치(43)의 바텀 코너부에 기계적 스트레스가 집중되는 것을 막을 수 있다. 이에, 상기 트렌치(43)의 바텀 코너부에서 전위(dislocation)와 같은 서브-디펙트가 발생하게 되는 것을 방지할 수 있다. On the other hand, when the
그런다음, 상기 결과물에 급속열처리(RTP : rapid thermal process) 공정을 실시한다. 이때, 상기 급속열처리 공정은 1000℃의 온도에서 N2를 이용하여 30초 동안 실시한다. 여기서, 상기 급속열처리 공정은 상기 제1산화막(44) 및 제2산화막(45)을 치밀화(densification)시키기 위해 실시하는 것이다. The resultant is then subjected to a rapid thermal process (RTP) process. At this time, the rapid heat treatment process is carried out for 30 seconds using N2 at a temperature of 1000 ℃. In this case, the rapid heat treatment process is performed to densify the
그리고나서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 패드질화막이 노출될 때까지 상기 제2산화막 및 제1산화막을 씨엠피하여 소자분리막(46)을 형성한다. 여기서, 상기 소자분리막(46)은 잔류된 제1산화막(44a) 및 잔류된 제2산화막(45a)의 이중구조로 이루어진다. Then, as shown in FIG. 2D, the
그런다음, 인산 용액을 이용하여 상기 패드질화막을 제거한다. 이후, HF 용액을 이용하여 상기 패드산화막을 제거함과 동시에, 상기 트렌치(43)의 상부 측벽이 노출되도록 상기 소자분리막(46)의 상부 코너를 일부 제거한다.Then, the pad nitride film is removed using a phosphoric acid solution. Subsequently, the pad oxide layer is removed using an HF solution, and the upper corner of the
이어, 상기 기판(40)의 액티브 영역 상에 게이트 전극(49)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극(49)은 게이트 산화막(47) 및 폴리실리콘막(48)이 차례로 적층된 구조로 이루어진다. 그런 후, 상기 게이트 전극(49)을 마스크로 이용하여 상기 기판(40)에 저농도 이온주입을 실시하여 LDD 영역(50)을 형성한다. Subsequently, a
다음으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(49)의 양측벽에 스페이서(51)를 형성한다. 그런다음, 상기 스페이서(51)를 포함한 상기 게이트 전극(49)을 마스크로 이용하여 상기 기판(40)의 액티브영역 및 상기 트렌치(43)의 노출된 측벽에 고농도 이온주입을 실시하여 소오스/드레인 영역(52)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 2E, spacers 51 are formed on both side walls of the
이후, 상기 게이트 전극(49) 및 소오스/드레인 영역(52)의 면저항을 감소시켜 주기 위한 살리사이드 공정을 실시하여 상기 게이트 전극(49) 및 소오스/드레인 영역(52)의 표면에 선택적으로 실리사이드층(53)을 형성한다. 이때, 상기 트렌치(43)의 노출된 측벽에도 소오스/드레인 영역(52)이 형성되어 있으므로, 상기 소오스/드레인 영역(52) 표면의 실리사이드층(53)의 표면적이 종래에 비해 증가된다. 이에따라, 상기 소오스/드레인 영역(52)의 면저항이 감소되어 소자의 특성이 향상된다. Subsequently, a silicide process is performed to reduce the sheet resistance of the
이상에서와 같이, 본 발명은 압축 응력을 갖는 HDP 산화막과 인장 응력을 갖는 HLD 산화막을 이용하여 트렌치를 이중으로 매립시킴으로써, 상기 트렌치의 바텀 코너부에 기계적 스트레스가 집중되는 것을 막아 전위와 같은 서브-디펙트가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 서브-디펙트에 의한 누설 전류 특성을 개선시켜 소자의 특성 및 수율을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention double fills the trenches using the HDP oxide film having the compressive stress and the HLD oxide film having the tensile stress, thereby preventing the mechanical stress from being concentrated at the bottom corner of the trench, thereby reducing the sub- Defects can be prevented from occurring. Therefore, the present invention can improve the leakage current characteristic by the sub-defect to improve the characteristics and the yield of the device.
또한, 본 발명은 트렌치의 상부 측벽이 노출되도록 소자분리막을 일부 제거함으로써, 이후, 소오스/드레인 영역 표면의 실리사이드층의 표면적을 종래보다 증가시킬 수 있다. 이에, 본 발명은 상기 소오스/드레인 영역의 면저항을 감소시켜 소자의 특성을 향상시킬 수 있다. In addition, the present invention can partially increase the surface area of the silicide layer on the surface of the source / drain regions by removing part of the isolation layer so that the upper sidewall of the trench is exposed. Accordingly, the present invention can improve the characteristics of the device by reducing the sheet resistance of the source / drain region.
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