KR101116336B1 - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스페이서 손실에 의한 패싯 발생을 방지하고, 두꺼운 스페이서에 의한 후속 이온주입시 이온주입 깊이 및 측면 프로파일의 확보에 대한 어려움을 해결하기 위한 것으로, 기판 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계; 상기 게이트 패턴의 측벽에 LDD 영역을 정의하는 제1스페이서를 형성하는 단계; 상기 제1스페이서 사이의 상기 기판을 일정 깊이 식각하여 리세스 패턴을 형성하는 단계; 상기 리세스 패턴에 선택적 에피택셜 박막을 형성하는 단계; 상기 제1스페이서 상에 제2스페이서를 형성하는 단계를 포함하여, 스트레서를 채널에 더욱 가깝게 형성함으로써 채널 스트레인을 증가시켜 동작전류를 향상시키는 효과, 도펀트 확산의 감소에 따라 짧은 채널 효과 개선이 가능한 효과, 제2스페이서를 형성하기 전에 스트레서를 형성하여 스페이서의 손실에 의한 패싯 발생을 미연에 방지하는 효과, 제2스페이서를 형성하기 전에 스트레서를 형성함으로써 두꺼운 스페이서에 의한 이온주입 깊이 및 측면 프로파일 확보에 대한 어려움 역시 미연에 방지하는 효과가 있다.The present invention is to prevent the facet generated by the spacer loss, and to solve the difficulty in securing the ion implantation depth and side profile during subsequent ion implantation by the thick spacer, forming a gate pattern on the substrate; Forming a first spacer on a sidewall of the gate pattern to define an LDD region; Etching the substrate between the first spacers to a predetermined depth to form a recess pattern; Forming a selective epitaxial thin film on the recess pattern; Forming a second spacer closer to the channel, thereby increasing the channel strain to improve the operating current, and shortening the channel effect as the dopant diffusion is reduced. By forming a stressor before forming the second spacer to prevent facet generation due to the loss of the spacer, and forming a stressor before forming the second spacer to secure ion implantation depth and side profile by the thick spacer. Difficulty also prevents the effect.
패싯, 채널, LDD Facet, channel, LDD
Description
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 스트레인드 채널을 갖는 반도체 장치 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing techniques, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having strained channels.
반도체 소자의 고집적화에 따라 게이트의 채널길이 및 절연막 두께가 계속 감소하고 있다. 게이트의 채널길이 및 절연막 두께가 감소함에 따라 캐리어인 전자 또는 정공의 이동도가 증가되어 소자의 속도 및 동작 전류가 증가할 것이 기대된다. As the semiconductor devices become more integrated, the channel length of the gate and the thickness of the insulating film continue to decrease. As the channel length of the gate and the thickness of the insulating layer decrease, it is expected that the mobility of electrons or holes serving as carriers increases to increase the speed and operating current of the device.
그러나, 채널길이이 감소는 짧은 채널 효과(Short Channel Effect)를 일으키는 문제가 있으며, 게이트 절연막의 감소는 게이트 누설전류를 증가시킨다. 또한, 짧은 채널 효과를 개선하기 위해 채널 도핑을 증가시키는 경우, 캐리어의 이동을 방해하여 채널 길이가 감소됨에도 불구하고 기대하는 캐리어 이동도의 개선이 어려운 문제점이 있다.However, reducing the channel length has a problem of causing a short channel effect, and decreasing the gate insulating film increases the gate leakage current. In addition, when increasing the channel doping to improve the short channel effect, it is difficult to improve the expected carrier mobility despite the reduction in the channel length by disturbing the movement of the carrier.
소자의 동작 속도 및 동작 전류를 개선하기 위해 채널에 스트레인을 유발하 여 캐리어 이동도(Mobility)를 증가시키는 여러가지 방법이 제안되고 있으며, 특히 게이트 측벽 근처의 소스/드레인 영역을 리세스(Recess) 식각한 후 실리콘과 격자상수가 다른 4족 원소의 에피택셜 박막을 선택적으로 증착하여 채널에 스트레스(Stress)를 인가함으로써 스트레인드(Strained) 채널을 형성하는 방법이 많이 연구되고 있다. In order to improve the operating speed and operating current of the device, various methods of increasing carrier mobility by inducing strain in the channel have been proposed. In particular, recess etch of the source / drain region near the gate sidewall is performed. After that, a method of forming strained channels by selectively depositing epitaxial thin films of group 4 elements having different lattice constants from silicon and applying stress to the channels has been studied.
디램(DRAM) 소자의 경우, 축소화에 따라 주변회로 영역의 동작전류를 증가 개선시킬 필요성이 있으며, 위와 같은 리세스 소스/드레인에 선택적 에피택셜 실리콘-저마늄(SiGe) 또는 실리콘-카본(SiC)을 성장시켜서 스트레인드 채널을 갖는 디램 소자를 형성하는 방법을 적용하고자 시도되고 있다.In the case of DRAM devices, there is a need to increase and improve the operating current of the peripheral circuit area as the size is reduced. Selective epitaxial silicon-germanium (SiGe) or silicon-carbon (SiC) is applied to the recess source / drain as described above. Attempts have been made to apply a method of growing DRAM to form a DRAM device having a strained channel.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 스트레인드 채널을 갖는 반도체 장치 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a strained channel according to the prior art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 셀 영역과 주변 영역을 갖는 기판(11)에 소자분리막(12)을 형성한다. As shown in FIG. 1A, an
이어서, 소자분리막(12)을 포함하는 기판(11) 상에 게이트 패턴(13)을 형성한다. Subsequently, a
이어서, 도시되지 않았으나 마스크를 사용하여 포켓(Pocket)/할로(Halo)/LDD 이온주입을 진행한다.Next, although not shown, a pocket / halo / LDD ion implantation is performed using a mask.
도 1b에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴(13)을 포함하는 전체구조의 단차를 따라 스페이서 질화막(14)을 형성한다. 이때, 스페이서 질화막(14)은 셀 영역에서 이웃하는 게이트 패턴(13) 간의 공간을 확보할 수 있는 두께로 형성한다.As shown in FIG. 1B, a
도 1c에 도시된 바와 같이, 스페이서 질화막(14) 상에 스페이서 산화막을 형성한다. As shown in FIG. 1C, a spacer oxide film is formed on the
이어서, 주변 영역을 오픈시키는 마스크 패턴(도시생략)을 형성하여 주변영역에 형성된 스페이서 산화막을 식각하여 스페이서(15B)를 형성한다. 이때, 주변 영역의 스페이서 질화막(14) 역시 식각되어 게이트 패턴(13) 사이의 기판(11)을 오픈시킨다. Subsequently, a mask pattern (not shown) for opening the peripheral region is formed to etch the spacer oxide film formed in the peripheral region to form the
셀 영역의 스페이서 산화막(15A)은 게이트 패턴(13) 사이를 매립하는 상태로 잔류한다. The
도 1d에 도시된 바와 같이, 주변 영역의 스페이서(15A) 사이로 노출된 기판(11)을 일정 깊이 리세스(16) 시킨다. As shown in FIG. 1D, the
도 1e에 도시된 바와 같이, 리세스(16) 영역에 전처리를 진행하고, 이어서 선택적 에피택셜 박막(17)을 형성한다. 선택적 에피택셜 박막(17)은 기판(11)과 격자상수가 다른 물질로 형성한다. As shown in FIG. 1E, pretreatment is performed in the
위와 같이, 종래 기술은 게이트 패턴(13)의 측벽에 스페이서(15B)를 형성한 후, 스페이서(15B) 사이에 노출된 기판(11)을 리세스(16)시켜, 리세스(16) 영역에 선택적 에피택셜 박막(17)을 형성한다. As described above, according to the related art, after the
그러나, 종래 기술은 선택적 에피택셜 박막(17)을 형성하기 전에 리세스(16) 영역에 전처리를 하는 단계에서 스페이서(15B)가 쉽게 손실되어 패싯(Facet)이 크게 발생하며, 후속 이온주입시 이온주입 깊이 및 측면 프로파일을 일정하게 유지할 수 없는 문제점이 있다.However, in the prior art, the
전처리 공정에서의 스페이서(15B) 손실을 방지하기 위해 질화막으로만 스페이서를 형성하는 경우, 질화막의 두께가 수백Å이 되어야 하므로, 종래 기술과 동일하게 두꺼운 스페이서에 의한 하부 측면 깊이의 확보에 불리하고, 셀 영역의 게이트 패턴 사이가 모두 매립되어 소스/드레인 부분 역시 질화막이 매립되므로, 셀을 구현할 수 없으며, 따라서 디램 소자의 집적이 불가능한 문제점이 있다. In the case of forming the spacer only with the nitride film in order to prevent the loss of the
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스페이서 손실에 의한 패싯 발생을 방지하는 반도체 장치 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a semiconductor device which prevents facet generation due to spacer loss.
또 다른 목적으로는, 두꺼운 스페이서에 의한 후속 이온주입시 이온주입 깊이 및 측면 프로파일의 확보에 대한 어려움을 해결할 수 있는 반도체 장치 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can solve the difficulty of securing the ion implantation depth and the side profile during subsequent ion implantation by a thick spacer.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 장치 제조 방법은 기판 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계; 상기 게이트 패턴의 측벽에 LDD 영역을 정의하는 제1스페이서를 형성하는 단계; 상기 제1스페이서 사이의 상기 기판을 일정 깊이 식각하여 리세스 패턴을 형성하는 단계; 상기 리세스 패턴에 선택적 에피택셜 박막을 형성하는 단계; 상기 제1스페이서 상에 제2스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A semiconductor device manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a gate pattern on a substrate; Forming a first spacer on a sidewall of the gate pattern to define an LDD region; Etching the substrate between the first spacers to a predetermined depth to form a recess pattern; Forming a selective epitaxial thin film on the recess pattern; And forming a second spacer on the first spacer.
특히, 상기 제1스페이서는 10Å~300Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.In particular, the first spacer is characterized in that it is formed in a thickness of 10 ~ 300Å.
또한, 상기 제1스페이서를 형성하는 단계 전에, 상기 게이트 패턴 사이의 상기 기판에 포켓(Pocket)/할로(Halo)/LDD 이온주입을 진행하거나, 상기 제1스페이서 형성 후, 상기 리세스 패턴을 형성하는 단계 전에, 포켓/할로/LDD 이온주입을 진행하는 것을 특징으로 한다.In addition, before the forming of the first spacer, a pocket / halo / LDD ion implantation is performed on the substrate between the gate patterns, or after the formation of the first spacer, the recess pattern is formed. Before the step, it characterized in that the pocket / halo / LDD ion implantation.
또한, 상기 제1스페이서를 형성하는 단계 및 상기 리세스 패턴을 형성하는 단계는, 동일 챔버에서 인시튜로 진행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the forming of the first spacer and the forming of the recess pattern may be performed in situ in the same chamber.
또한, 상기 리세스 패턴의 깊이는 100Å~1000Å인 것을 특징으로 한다.In addition, the depth of the recess pattern is characterized in that the 100 ~ 1000Å.
또한, 상기 선택적 에피택셜 박막을 형성하는 단계 전에, 상기 리세스 패턴에 전처리를 진행하는 단계를 더 포함하되, 상기 전처리는 인시튜(In-Situ)로 진행하고, 상온~600℃의 온도로 진행하는 것을 특징으로 한다.In addition, before the step of forming the selective epitaxial thin film, further comprising the step of performing a pre-treatment to the recess pattern, the pre-treatment proceeds in-situ, the temperature proceeds from room temperature to 600 ℃ Characterized in that.
또한, 상기 선택적 에피택셜 박막은, 실리콘 저마늄 또는 실리콘 카본의 단일막이거나, 상기 선택적 에피택셜 박막은, 실리콘/실리콘저마늄/실리콘의 적층구조 또는 실리콘/실리콘카본/실리콘의 적층구조인 것을 특징으로 한다.In addition, the selective epitaxial thin film may be a single layer of silicon germanium or silicon carbon, or the selective epitaxial thin film may be a laminated structure of silicon / silicon germanium / silicon or a stacked structure of silicon / silicon carbon / silicon. It is done.
또한, 상기 기판은 NMOS이고, 상기 선택적 에피택셜 박막은 실리콘 카본의 단일막 또는 실리콘/실리콘카본/실리콘의 적층구조이거나, 상기 기판은 PMOS이고, 상기 선택적 에피택셜 박막은 실리콘 저마늄의 단일막 또는 실리콘/실리콘저마늄/실리콘의 적층구조인 것을 특징으로 한다.In addition, the substrate is NMOS, the selective epitaxial thin film is a single layer of silicon carbon or silicon / silicon carbon / silicon laminated structure, or the substrate is a PMOS, the selective epitaxial thin film is a single layer of silicon germanium or It is characterized in that the laminated structure of silicon / silicon germanium / silicon.
또한, 상기 선택적 에피택셜 박막은, 언도프트로 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the selective epitaxial thin film is characterized in that it is formed by undoping.
또한, 상기 선택적 에피택셜 박막 내의 저마늄 농도는 5%~50%이고, 상기 선택적 에피택셜 박막 내의 카본 농도는 0.1%~10%인 것을 특징으로 한다.Further, the germanium concentration in the selective epitaxial thin film is 5% to 50%, and the carbon concentration in the selective epitaxial thin film is 0.1% to 10%.
또한, 상기 선택적 에피택셜 박막은 100Å~2000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the selective epitaxial thin film is characterized in that formed in a thickness of 100 ~ 2000Å.
또한, 상기 스페이서 산화막은 10Å~1000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.The spacer oxide film may be formed to a thickness of 10 kPa to 1000 kPa.
또한, 상기 선택적 에피택셜 박막을 형성하는 단계 후, 포켓/할로/LDD 이온주입을 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, after the step of forming the selective epitaxial thin film, it characterized in that it further comprises the step of proceeding pocket / halo / LDD ion implantation.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 반도체 장치 제조 방법은 기판 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계; 상기 게이트 패턴의 측벽에 LDD 영역을 정의하는 제1스페이서를 형성하는 단계; 상기 제1스페이서 사이의 상기 기판을 일정 깊이 식각하여 리세스 패턴을 형성하는 단계; 상기 리세스 패턴에 선택적 에피택셜 박막을 형성하는 단계; 상기 선택적 에피택셜 박막 상에 포켓(Pocket)/할로(Halo)/LDD 이온주입을 진행하는 단계; 상기 제1스페이서 상에 제2스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Another semiconductor device manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a gate pattern on a substrate; Forming a first spacer on a sidewall of the gate pattern to define an LDD region; Etching the substrate between the first spacers to a predetermined depth to form a recess pattern; Forming a selective epitaxial thin film on the recess pattern; Performing pocket / halo / LDD ion implantation on the selective epitaxial thin film; And forming a second spacer on the first spacer.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 반도체 장치 제조 방법은 셀 영역과 주변 영역을 갖는 기판 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계; 상기 게이트 패턴을 포함하는 전체구조의 단차를 따라 스페이서 질화막을 형성하는 단계; 상기 주변 영역의 스페이서 질화막을 식각하여 상기 주변영역의 게이트 패턴의 측벽에 LDD 영역을 정의하는 제1스페이서를 형성하는 단계; 상기 주변영역의 제1스페이서 사이의 상기 기판을 일정 깊이 식각하여 리세스 패턴을 형성하는 단계; 상기 리세스 패턴 상에 선택적 에피택셜 박막을 형성하는 단계; 상기 주변영역의 선택적 에피택셜 박막 및 셀 영역의 스페이서 질화막을 포함하는 전체구조의 단차를 따라 상기 스페 이서 질화막보다 두꺼운 스페이서 산화막을 형성하는 단계; 상기 주변영역의 스페이서 산화막을 식각하여 상기 제1스페이서 상에 제2스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Another semiconductor device manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a gate pattern on a substrate having a cell region and a peripheral region; Forming a spacer nitride film along a step of the entire structure including the gate pattern; Etching the spacer nitride film of the peripheral region to form a first spacer defining an LDD region on a sidewall of the gate pattern of the peripheral region; Etching the substrate between the first spacers of the peripheral area to a predetermined depth to form a recess pattern; Forming a selective epitaxial thin film on the recess pattern; Forming a spacer oxide film thicker than the spacer nitride film along a step of the entire structure including the selective epitaxial thin film of the peripheral region and the spacer nitride film of the cell region; And etching a spacer oxide film in the peripheral area to form a second spacer on the first spacer.
상술한 본 발명의 반도체 장치 제조 방법은 스트레서를 채널에 더욱 가깝게 형성함으로써 채널 스트레인을 증가시켜 동작전류를 향상시키는 효과가 있다.The semiconductor device manufacturing method of the present invention described above has the effect of increasing the channel strain by forming the strainer closer to the channel, thereby improving the operating current.
또한, 도펀트 확산의 감소에 따라 짧은 채널 효과 개선이 가능한 효과가 있다.In addition, as the dopant diffusion is reduced, the short channel effect may be improved.
또한, 제2스페이서를 형성하기 전에 스트레서를 형성하여 스페이서의 손실에 의한 패싯 발생을 미연에 방지하는 효과가 있다. 또한, 제2스페이서를 형성하기 전에 스트레서를 형성함으로써 두꺼운 스페이서에 의한 이온주입 깊이 및 측면 프로파일 확보에 대한 어려움 역시 미연에 방지하는 효과가 있다.In addition, there is an effect of preventing the occurrence of facets due to the loss of the spacer by forming a stressor before forming the second spacer. In addition, by forming the stressor before forming the second spacer, the difficulty of securing the ion implantation depth and the side profile by the thick spacer is also prevented in advance.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.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, 셀 영역과 주변영역을 갖는 기판(21)에 소자분리막(22)을 형성한다. 소자분리막(22)은 활성영역을 정의하기 위한 것으로, STI(Shallow Trench Isolation) 공정으로 형성한다. As shown in FIG. 2A, the
이어서, 소자분리막(22)을 포함하는 기판(21) 상에 게이트 패턴(23)을 형성한다. 게이트 패턴(23)은 폴리실리콘전극, 금속전극 및 게이트 하드마스크의 적층구조로 형성할 수 있다. 또한, 게이트 패턴(23)은 셀 영역과 주변 영역에 각각 그 패턴 밀도가 다르게 형성된다. 즉, 셀 영역은 게이트 패턴(23) 사이의 공간이 좁고, 주변 영역은 게이트 패턴(23) 사이의 공간이 넓게 형성된다. Subsequently, a
도 2b에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴(23)을 포함하는 전체구조의 단차를 따라 스페이서 질화막(24)을 형성한다. 스페이서 질화막(24)은 셀 영역의 게이트 패턴(23) 사이를 매립하지 않는 두께로 형성하며, 주변 영역의 스트레서(Stressor)를 최대한 채널에 가깝도록 정해진 두께로 형성하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 2B, the
스페이서 질화막924)은 주변 영역의 LDD영역을 정의하며, 채널과 스트레서 간 거리를 결정하는 것으로, 바람직하게는 10Å~300Å의 두께로 형성한다.The spacer nitride film 924 defines the LDD region of the peripheral region, and determines the distance between the channel and the stressor, and is preferably formed to a thickness of 10 kPa to 300 kPa.
도 2c에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(도시생략)을 형성하여 주변 영역을 오픈시킨 후, 주변 영역의 스페이서 질화막(24)을 식각하여 게이트 패턴(23)의 측벽에 제1스페이서(24A)를 형성한다. 따라서, 주변 영역의 게이트 패턴(23) 사이에 기판(21)이 노출된다.As shown in FIG. 2C, after forming a mask pattern (not shown) to open the peripheral region, the
오픈되지 않은 셀 영역의 스페이서 질화막(24)은 식각되지 않고 그대로 잔류한다. The
도 2d에 도시된 바와 같이, 주변 영역에서 제1스페이서(24A) 사이에 노출된 기판(21)을 일정 깊이 식각하여 리세스 패턴(25)을 형성한다. 이때, 리세스 패턴(25)은 등방성 또는 비등방성 식각으로 형성하되, 채널 근처 프로파일을 조절한다.As illustrated in FIG. 2D, a
제1스페이서(24A)를 형성하기 위한 식각공정과 리세스 패턴(25)을 형성하기 위한 식각 공정은 동일 챔버에서 인시튜(In-Situ)로 연속으로 진행하거나, 또는 각각 다른 챔버에서 엑시튜(Ex-Situ)로 진행할 수 있다.The etching process for forming the
리세스 패턴(25)의 깊이는 요구되는 소자 특성에 필요한, 채널에 인가될 스트레스(Stress)의 양에 따라 결정하되, 바람직하게는 100Å~1000Å의 깊이로 형성한다. 또한, 리세스 패턴(25)의 옆면 식각 거리는 제1스페이서(24A)의 두께, 채널 길이, 게이트 패턴(23)의 높이 등을 고려하여 최대한 깊에 들어가도록 조절하는 것이 바람직하다.The depth of the
도 2e에 도시된 바와 같이, 리세스 패턴(25)에 전처리를 진행한다. 전처리는 습식 또는 건식으로 진행하거나, 습식 및 건식을 모두 진행할 수 있다. 특히, 전처리는 인시튜(In-Situ)로 진행하여 자연 산화막 및 기타 표면 물질을 모두 제거하며, 제1스페이서(24A)의 손실을 최소화할 수 있도록 선택비가 좋은 가스 또는 용액을 사용하여 진행하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2E, the
또한, 전처리는 상온~600℃의 비교적 낮은 온도에서 진행하는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable to advance pretreatment at the comparatively low temperature of normal temperature-600 degreeC.
이어서, 리세스 패턴(25)에 선택적 에피택셜 박막(26)을 형성한다. 이때, 선 택적 에피택셜 박막(26)은 기판(21)과 격자상수가 다른 물질로 형성하되, 실리콘저마늄(SiGe) 또는 실리콘카본(SiC)으로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 선택적 에피택셜 박막(26)은 실리콘저마늄 또는 실리콘카본의 단일막으로 형성하거나, 실리콘/실리콘저마늄(또는 실리콘카본)/실리콘의 적층구조로 형성할 수 있다. Subsequently, an optional epitaxial
또한, 선택적 에피택셜 박막(26)은 인시튜로 형성하며, 언도프드(Un-doped)로 형성할 수 있다. In addition, the selective epitaxial
그리고, 선택적 에피택셜 박막(26)은 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), 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 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 장비에서 400℃~800℃의 온도로 형성한다.In addition, the selective epitaxial
선택적 에피택셜 박막(26) 내에 저마늄 또는 카본의 농도는 소자의 특성에 따라 결정되며, 저마늄의 경우는 바람직하게 5%~50%의 농도를 갖고, 카본의 경우는 바람직하게 0.1%~10%의 농도를 갖는다. The concentration of germanium or carbon in the selective epitaxial
또한, 선택적 에피택셜 박막(26)의 두께는 리세스 패턴(25)의 깊이 및 소자 특성에 따라 결정되며, 바람직하게는 100Å~2000Å의 두께로 형성한다.In addition, the thickness of the selective epitaxial
한편, 주변 영역은 NMOS와 PMOS를 갖고 있으며, PMOS의 경우는 캐리어인 홀(hole)의 이동도를 높이기 위해 실리콘 기판(21)보다 격자상수가 커서 압축 스트레스(compressive stress)를 유발하는 선택적 에피택셜 박막(26)을 사용하며, NMOS의 경우는 캐리어인 전자(electron)의 이동도를 높이기 위해 실리콘 기판보다 격 자 상수가 작아서 인장 스트레스(tensile stress)를 유발하는 선택적 에피택셜 박막(26)을 사용하는 것이 바람직하다. On the other hand, the peripheral region has an NMOS and a PMOS, and in the case of PMOS, a selective epitaxial that has a lattice constant larger than that of the
따라서, PMOS의 선택적 에피택셜 박막(26)은 실리콘저마늄의 단일막 또는 실리콘/실리콘저마늄/실리콘의 적층구조로 형성하며 보론(Boron)을 도핑하고, NMOS의 선택적 에피택셜 박막(26)은 실리콘카본의 단일막 또는 실리콘/실리콘카본/실리콘의 적층구조로 형성하며 인(P) 또는 비소(As)를 도핑하는 것이 바람직하다. Therefore, the selective epitaxial
선택적 에피택셜 박막(26)은 언도프드로 형성한 후, 후속 이온주입 방법으로 도핑할 수 있다. The selective epitaxial
선택적 에피택셜 박막(26)은 스트레서(Stressor)로 작용하므로, 이하 선택적 에피택셜 박막(26)을 '스트레서(26)'라고 한다. Since the selective epitaxial
이어서, 스트레서(26)에 포켓(Pocket)/할로(Halo)/LDD 이온주입(도시생략)을 진행한다. 특히, 이온주입에 의한 결함(Damage)을 방지하기 위해 이온주입을 진행하기 전에 스트레서(26) 상에 버퍼산화막(도시생략)을 형성할 수 있다. 버퍼산화막은 증착 또는 산화공정을 통해 형성할 수 있다.Subsequently, pocket / halo / LDD ion implantation (not shown) is performed on the
위와 같이, 스트레서(26)에 이온주입을 진행하면, LDD가 도펀트 확산이 적은 실리콘저마늄 또는 실리콘카본 영역에 위치하여 짧은 채널 효과(Short Channel Effect)를 개선하고, 셀 영역 및 주변 영역의 동시 집적이 가능한 장점이 있다.As described above, when ion implantation is performed in the
이어서, 마스크 패턴(도시생략)을 제거한다. 마스크 패턴이 감광막인 경우, 건식 스트립으로 제거하되, 산소 스트립 공정으로 진행할 수 있다.Next, the mask pattern (not shown) is removed. When the mask pattern is a photoresist film, the mask pattern may be removed using a dry strip, and the oxygen strip process may be performed.
도 2f에 도시된 바와 같이, 셀 영역의 스페이서 질화막(24) 및 주변영역의 스트레서(26)를 포함하는 전체 구조 상에 스페이서 산화막(27)을 형성한다. As shown in FIG. 2F, a
스페이서 산화막(27)은 열 부담(Thermal Budget)이 적은 물질로 형성하며, 후속 셀 오픈 공정에서 제거되어 셀 영역의 동시집적이 가능한 물질로 형성하되, 예컨대 TEOS산화막으로 형성한다. The
또한, 스페이서 산화막(27)은 소스/드레인 영역을 정의하는 적정 두께로 형성하되, 바람직하게는 10Å~1000Å의 두께로 형성한다.In addition, the
도 2g에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(도시생략)을 형성하여 주변 영역을 오픈한 후, 주변 영역의 스페이서 산화막(27)을 식각하여 게이트 패턴(23)의 측벽에 제2스페이서(27A)를 형성한다. 스페이서 산화막(27)의 식각은 하부 스트레서(26)의 손실(Loss)을 최소화하는 조건으로 진행하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2G, after forming a mask pattern (not shown) to open the peripheral region, the
이어서, 소스/드레인 이온주입을 진행하여 소스/드레인을 형성한다. 소스/드레인 이온주입은 스트레서(26) 위에 진행되므로 확산이 억제되며, 표면에 형성된 이온주입 대미지(Damage)는 후속 열처리에 의해 재결정화 및 도펀트 활성화가 이루어 진다.Subsequently, source / drain ion implantation is performed to form source / drain. Since the source / drain ion implantation proceeds on the
위와 같이, 제1스페이서(24A)를 형성한 후 스트레서(26)를 형성하면, 채널에 가깝게 스트레서(26)가 형성되어 채널 스트레인 효과가 커지므로 동작전류 향상에 기여할 수 있으며, LDD(Lightly Doped Drain)를 도펀트 확산계수가 낮은 스트레서(26) 물질 내에 형성함으로 짧은 채널 효과를 개선하는 장점이 있다.As described above, if the
한편, 본 발명에서는 스트레서(26) 형성 후 포켓/할로/LDD 이온주입을 진행하였으나, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않으며 소자 특성의 최적화를 위해 리세스 패턴(25)을 형성하기 전에 즉, 스페이서 질화막(24)을 증착하기 전에 이온주입을 진행하거나, 또는 제1스페이서(24A) 형성 후 이온주입을 진행할 수 있다. Meanwhile, in the present invention, the pocket / halo / LDD ion implantation was performed after the formation of the
본 발명의 기술 사상은 상기 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above embodiments, it should be noted that the above embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 스트레인드 채널을 갖는 반도체 장치 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도,1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a strained channel according to the prior art;
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
* 도면의 중요한 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for important parts of the drawings
21 : 기판 22 : 소자분리막21
23 : 게이트 패턴 24 : 스페이서 질화막23
25 : 리세스 패턴 26 : 스트레서25
27 : 스페이서 산화막27: spacer oxide film
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