JP2003174159A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シングルドレインセル形成やシリコン基板の
エッチングの際、等方性エッチングプロファイルを実現
するに好適な半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板上にゲート電極を形成する
ステップ、前記ゲート電極の両側壁に接するようにスペ
ーサを形成するステップ、前記スペーサの下部にて露出
された前記シリコン基板上にシリコンゲルマニウム層を
成長させるステップ、前記シリコンゲルマニウム層を選
択的に除去して、ソース−ドレイン形成領域を露出させ
るステップ、及び前記露出されたソース−ドレイン形成
領域に、ドープされたエピタキシャルシリコン層を成長
させるステップとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、0.1μm以下の
デザインルールを有する超高集積半導体装置その他の半
導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体装置のMOSFET(以
下、トランジスタという)は、ソース−ドレイン領域
と、各ソース−ドレイン領域の間に限定されるチャネル
領域上の誘電膜によって、通常、分離されるゲート領域
とを含む。ソース−ドレイン領域は、深い接合部を形成
するためにドープされる。電圧がゲートに印加され、そ
してこの電圧が一定のしきい値を超過する場合、ソース
とドレインとの間のチャネルが導電性となり、トランジ
スタがターンオンされて、ソースからドレインにキャリ
アが流動することになる。
【0003】しかしながら、トランジスタは、ソース及
びゲートの間に形成されたシリコン−基板界面、例え
ば、シリコン酸化膜やシリコン界面などの界面に衝撃を
与える高速の電子によるホットキャリア注入(以下、ホ
ットキャリア効果という)として知られているものによ
って損傷される。
【0004】ホットキャリア効果は、ホール(Hole)や
電子(Electron)等、充電されたキャリアの運動エネル
ギーが、キャリアの大きな電位増減を通じて加速され、
ゲート誘電膜内に取り込まれることによって増加する場
合に発生する。このような大きな電位増減は、トランジ
スタの飽和動作中にドレイン近傍で発生する最大電界
(EM)といい、このような大きな電界は、チャネルに
隣接したドレインの側面接合部で著しい。ホットキャリ
アがドレインを通じて移動する場合、ホットキャリア
は、衝突イオン化と呼ばれる処理によって、それらのエ
ネルギーを失う。その結果、電子正孔対(Electron Hol
e Pair;EHP)が、生成されてドレイン接合部近傍の
ゲート誘電膜に移動し、ゲート誘電膜内に注入される。
【0005】ホットキャリア効果と関連したこれらの問
題を解決するために、軽くドープされたドレイン(Ligh
tly Doped Drain)として公知のLDD構造が提案され
た。このLDD構造は、トランジスタの飽和動作中、ド
レイン近傍の電位増減を減少させる効果を有する。
【0006】しかしながら、LDD構造を有するトラン
ジスタの製造工程では、LDD領域を形成するための低
濃度の不純物のイオン注入、及び高農度ソース−ドレイ
ン領域を形成するための高農度の不純物のイオン注入工
程におけるシリコン基板の表面欠陥は避けられず、ソー
ス−ドレインイオン注入工程の後に行われる熱処理(an
neal)工程は、先に行われたLDD工程で注入されたイ
オンを拡散させて、実際のチャネル長さを減らす短チャ
ネル効果(short channel effect)を招く問題点があ
る。
【0007】結局、短チャネル効果によって、ゲート及
びドレイン等において電界により加速されたキャリアが
連鎖的に衝突することにより、さらに高いエネルギーを
有するホットキャリア効果とドレイン電圧の上昇ととも
に、ドレイン附近の空乏層がソース領域まで及び、その
結果、電圧によって制御されない電流が大量に流出し
て、電界効果トランジスタの機能を失ってしまうパンチ
スルー(punch through)現象が発生し、素子しきい電
圧の変動などを招き、素子特性を低下させるという問題
点がある。
【0008】上述したLDD構造の問題点を解決するた
め、シングルドレインセル(SingleDrain Cell;SD
C)という技術が開発されている。シングルドレインセ
ル(SDC)技術は、面抵抗の減少、急な接合形成、低
いコンタクト抵抗、低い熱ヒステリシス(reduced ther
mal budget)、そして、シリサイド形成の容易性により
その適用の可能性が高い。
【0009】図3A及び図3Bは、従来の技術に係るシ
ングルドレインセルの製造方法を示す工程断面図であ
る。
【0010】図3Aに示すように、シリコン基板11上
にゲート絶縁膜12、ゲート電極13を順次形成した
後、ゲート電極13の両側壁に接するようにスペーサ1
4を形成する。
【0011】次いで、スペーサ14及びゲート電極13
をマスクにしてスペーサ14の下部にて露出されたシリ
コン基板11、すなわちソース−ドレイン領域が形成さ
れる部分をドライエッチングまたはウェットエッチング
の工程を介して所定の深さだけエッチングする。
【0012】図3Bにて示すように、エッチングされた
シリコン基板11に化学気相蒸着(Chemical Vapor Dep
osition;CVD)などの蒸着法を用いてドープされた
シリコンを埋め込んでソース−ドレイン領域15を形成
する。
【0013】上述した従来の技術のようなシングルドレ
インセル(SDC)技術では、シリコン基板のエッチン
グの際、等方性を有するようにエッチングすることが重
要である。だから、シリコン基板が垂直方向と水平方向
に同じ比率でエッチングされるようにすることが技術の
核心技術である。
【0014】
【発明が解決しようとする技術的な課題】しかしなが
ら、従来の技術は、露出されたシリコン基板をドライエ
ッチング法またはウェットエッチング法により直接エッ
チングするために、ソース−ドレイン領域を形成するた
めのシリコン基板のエッチングパターン(深さ及び形
態)を具現し難いという問題点がある。
【0015】図4は、シリコン基板のエッチングプロフ
ァイルを説明するための図であり、シリコン基板21上
に窒化膜22をゲート電極の代りに用いた場合、シリコ
ン基板の等方性エッチングプロファイルが現れるが、従
来の技術では、シリコン基板を直ちにエッチングするの
で、等方性エッチングプロファイルを具現することが極
めて難しい。
【0016】そこで、本発明は、前記従来の技術の問題
点に鑑みてなされたものであって、シングルドレインセ
ルの実現の際、シリコン基板のエッチングの等方性エッ
チングプロファイルを実現するに好適な半導体装置の製
造方法を提供することにその目的がある。
【0017】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板上
にゲート電極を形成するステップと、前記ゲート電極の
両側壁に接するようにスペーサを形成するステップと、
前記スペーサの下部にて露出された前記シリコン基板上
にシリコンゲルマニウム層を成長させるステップと、前
記シリコンゲルマニウム層を選択的に除去して、ソース
−ドレイン形成領域を露出させるステップと、前記露出
されたソース−ドレイン形成領域に、ドープされたエピ
タキシャルシリコン層を成長させるステップとを含んで
なることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の最も好ましい一実
施形態を、添付する図を参照しながら説明する。
【0019】図1Aないし図1Dは、本発明の一実施形
態に係る半導体装置のシングルドレインセル(SDC)
の形成方法を示す工程断面図である。
【0020】図1Aに示すように、シリコン基板31上
にゲート絶縁膜32及びゲート電極33を順次形成した
後、ゲート電極33を含む全面に窒化膜を蒸着し、この
窒化膜を全面エッチングして、ゲート電極33の両側壁
に接するようにスペーサ34を形成する。
【0021】ここで、ゲート電極33は、ポリシリコ
ン、金属、ポリサイド(polycide)により形成すること
ができ、スペーサ34は、必ず窒化膜で形成する。但
し、この場合の窒化膜は、100Å〜800Åの厚さに
形成する。
【0022】このように、窒化膜で形成する理由は、以
後、実施されるシリコンゲルマニウムエッチング工程に
おけるスペーサの損傷を防ぐためである。
【0023】図1Bに示すように、スペーサ34の下部
にて露出してなるシリコン基板31上に生成された自然
酸化膜(Native oxide)を除去するために、HF洗浄ま
たはBOE洗浄の工程を行なった後、露出されたシリコ
ン基板31上にシリコンゲルマニウム層35を500Å
〜5000Åの厚さに選択的にエピタキシャル成長(Se
lective Epitaxial Growth;SEG)させる。
【0024】この場合、シリコンゲルマニウム層35を
選択的にエピタキシャル成長させる工程は、低圧化学気
相蒸着法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition;
LPCVD)、または、超高真空の化学気相蒸着法(Ul
tra High Vacuum CVD)を用いる。
【0025】シリコンゲルマニウム層35の低圧化学気
相蒸着法は、成長前にインシチュー(in-situ)で70
0℃〜1000℃の温度にて、1分〜30分間、水素雰
囲気下でベイク(H2 bake)工程を実施し、5torr
〜300torrの圧力を維持したチャンバー内に、ソ
ースガスとして、SiH2Cl2ガス、HClガス、そし
て、GeH4ガスを各々10sccm〜500sccm
程度流入させて、シリコンゲルマニウム層35を成長さ
せる。この場合、シリコンゲルマニウム層35の成長温
度は、600℃〜800℃程度が適当である。
【0026】上述したシリコンゲルマニウム層35は、
シリコン基板31の表面及び表面下部に成長される。こ
こで、シリコン基板31上に成長されたシリコンゲルマ
ニウム層35a以外に、シリコン基板31及びスペーサ
34の下部に所定の幅の侵入した形態を有するシリコン
ゲルマニウム層35bが成長される理由は、シリコンゲ
ルマニウム層35aを成長させる過程において、シリコ
ン基板31の垂直方向及び水平方向にゲルマニウムGe
が拡散してシリコンゲルマニウム層35bを成長させる
ためである。
【0027】一方、シリコン基板31とシリコンゲルマ
ニウム層35の接触抵抗を減少させるために、シリコン
ゲルマニウム層35の成長の際、インシチューでPH3
ガスまたはAsH3ガスを100sccm〜500sc
cmの流量で添加させてドープしたシリコンゲルマニウ
ム層を成長させることができる。
【0028】図1Cに示すように、シリコン基板31と
シリコンゲルマニウム層35のエッチング選択比を利用
して、シリコンゲルマニウム層35をエッチングする。
この場合、シリコン基板31及びスペーサ34の下部に
成長されたシリコンゲルマニウム層35bも共にエッチ
ングされて、シングルドレインを形成する空間36が確
保され、エッチング後、露出されたシリコン基板31は
等方性エッチングプロファイルを有する。
【0029】ここで、シリコンゲルマニウム層35をエ
ッチングする溶液には、シリコン基板及びポリシリコン
は、エッチングしないながら、シリコンゲルマニウム層
のみをエッチングすることができるエッチング溶液を用
いる。この場合、窒酸、フッ酸及び蒸溜水を混合したウ
ェットエッチング溶液が用いられる。
【0030】このように、ウェットエッチング溶液を用
いれば、シリコン基板またはポリシリコンよりも、シリ
コンゲルマニウムが先にエッチングされて、必要とする
エッチングプロファイルを得ることができる。
【0031】上述したシリコンゲルマニウム層35のエ
ッチング工程は、シリコンゲルマニウム層35の成長の
際、厚さ及び工程条件を変化させ、シリコン基板31に
拡散されるゲルマニウムの量を調節して、エッチングし
ようとするシリコン基板31の深さ及び形態を調節する
ことができるので、エッチング後、シリコン基板のエッ
チングプロファイルが異なって現れる。(図2Aないし
図2Dを参照)。
【0032】図2Aないし図2Dは、シリコンゲルマニ
ウム層の成長厚さに係るシリコン基板のエッチングプロ
ファイルの変化を説明するための図であり、シリコンゲ
ルマニウム層の成長厚さ(図2A:1500Å、図2
B:2000Å、図2C:3000Å、図2D:500
0Å)が厚いほど、エッチングの深さ及び形態が変化す
ることが分かる。
【0033】図2Aないし図2Dにおいて、符号40
は、シリコン基板を示し、符号41はゲート電極代用の
窒化膜を示し、符号42は、シリコンゲルマニウム層の
厚さを確認するために覆った窒化膜を示し、符号43
は、シリコンゲルマニウム層のエッチング部分を示す。
【0034】図1Dに示すように、シリコンゲルマニウ
ム層35(図1B参照)がエッチングされた後、露出さ
れるシリコン基板31上にドープされたエピタキシャル
シリコン層37を成長させて、シングルドレイン(Sing
le Drain)を形成する。
【0035】この場合、ドープされたエピタキシャルシ
リコン層37は、低圧化学気相蒸着法(LPCVD)ま
たは超高真空の化学気相蒸着法(UHV CVD)を利
用して100Å〜500Å程度の厚さに成長させる。
【0036】まず、低圧化学気相蒸着法(LPCVD)
によりドープされたエピタキシャルシリコン層37を成
長させるためには、成長前にインシチューで800℃〜
1000℃の温度にて、1分〜5分間、水素ベイク工程
を実施して、5Torr〜300Torrの圧力を維持
した状態で、ソースガスとして、SiH2Cl2ガスとH
Clガスを、各々、10sccm〜500sccm程
度、流入させる。そして、N+導電型ドレインである場
合は、ドーピングガスとしてPH3ガスまたはAsH3
スを用い、P+導電型ドレインである場合は、ドーピン
グガスとしてB26ガスを用いて、ドープされたエピタ
キシャルシリコン層を成長させる。
【0037】次に、超高真空の化学気相蒸着法(UHV
CVD)によりドープされたエピタキシャルシリコン
層37を成長させるためには、400℃〜800℃の温
度と1mTorr〜1000Torrの圧力で成長させ
る。水素ベイク、ソースガスやドーピングガスは低圧化
学気相蒸着法と同様である。
【0038】本発明の実施形態では、シリコン基板上に
成長するシリコンゲルマニウムの厚さ及び工程条件を変
化させて、シリコン基板に拡散されるゲルマニウムの量
を調節して、エッチングしようとするシリコン基板の深
さ及び形態を調節することができる。これによって、ソ
ース−ドレイン領域が形成されるシリコン基板の等方性
エッチングプロファイルを具現しながら、シングルドレ
インセル構造の固有の特性を確保することができる。
【0039】尚、本発明は、本実施形態に限られるもの
ではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に
変更することが可能である。
【0040】
【発明の効果】上述したように、本発明によると、シン
グルドレインセル(SDC)技術のためのシリコン基板
の等方性エッチングプロファイルを容易に具現でき、ま
たシングルドレインセル(SDC)技術を用いることに
よって、面抵抗の減少、急な接合の形成、低いコンタク
ト抵抗、低い熱ヒステリシス、そしてシリサイド形成が
容易であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1A】 本発明の一実施形態に係るシングルドレイ
ンセルの形成方法を示す工程断面図である。
【図1B】 本発明の一実施形態に係るシングルドレイ
ンセルの形成方法を示す工程断面図である。
【図1C】 本発明の一実施形態に係るシングルドレイ
ンセルの形成方法を示す工程断面図である。
【図1D】 本発明の一実施形態に係るシングルドレイ
ンセルの形成方法を示す工程断面図である。
【図2A】 本発明の一実施形態に係るシリコンゲルマ
ニウム層の成長厚さに係るエッチングプロファイルを示
す図である。
【図2B】 本発明の一実施形態に係るシリコンゲルマ
ニウム層の成長厚さに係るエッチングプロファイルを示
す図である。
【図2C】 本発明の一実施形態に係るシリコンゲルマ
ニウム層の成長厚さに係るエッチングプロファイルを示
す図である。
【図2D】 本発明の一実施形態に係るシリコンゲルマ
ニウム層の成長厚さに係るエッチングプロファイルを示
す図である。
【図3A】 従来の技術に係るシングルドレインセルの
形成方法を示す工程断面図である。
【図3B】 従来の技術に係るシングルドレインセルの
形成方法を示す工程断面図である。
【図4】 従来の技術に係る問題点を示す図である。
【符号の説明】
31 シリコン基板 32 ゲート絶縁膜 33 ゲート電極 34 スペーサ 35a 第1シリコンゲルマニウム層 35b 第2シリコンゲルマニウム層 37 シリコン層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 韓 丞皓 大韓民国京畿道利川市夫鉢邑牙美里山136 −1 株式会社ハイニックスセミコンダク ター内 Fターム(参考) 5F140 AA10 AA18 AA21 BA01 BF01 BF04 BF05 BF11 BF18 BG08 BG14 BG51 BG53 BH06 BK08 BK09 BK18

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上にゲート電極を形成する
    ステップと、 前記ゲート電極の両側壁に接するようにスペーサを形成
    するステップと、 前記スペーサの下部にて露出された前記シリコン基板上
    にシリコンゲルマニウム層を成長させるステップと、 前記シリコンゲルマニウム層を選択的に除去して、ソー
    ス−ドレイン形成領域を露出させるステップと、 前記露出されたソース−ドレイン形成領域に、ドープさ
    れたエピタキシャルシリコン層を成長させるステップと
    を含んでなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記シリコンゲルマニウム層を選択的に
    除去するステップは、 窒酸、フッ酸及び蒸溜水の混合溶液を用いることを特徴
    とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記シリコン基板上にシリコンゲルマニ
    ウム層を成長させるるステップにおいて、前記シリコン
    ゲルマニウム層は、500Å〜5000Åの厚さに成長
    されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 前記スペーサを形成するステップは、 前記スペーサの形成後、前記シリコン基板を前洗浄する
    ステップと、 前記前洗浄されたシリコン基板を800℃〜1000℃
    の水素でベイクするステップとをさらに含むことを特徴
    とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記シリコン基板上にシリコンゲルマニ
    ウム層を成長させるるステップにおいて、前記シリコン
    ゲルマニウム層は、低圧化学気相蒸着により成長される
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 前記シリコンゲルマニウム層を、5to
    rr〜300torrの圧力を維持した状態で成長させ
    ることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造
    方法。
  7. 【請求項7】 ソースガスとして、SiH2Cl2ガス、
    HClガス、そしてGeH4ガスを流入させることで、
    前記シリコンゲルマニウム層を成長させることを特徴と
    する請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記シリコンゲルマニウム層の低圧化学
    気相蒸着の際、PH 3ガスまたはAs3ガスを添加する
    ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方
    法。
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