(57)【要約】【課題】  本発明は、半導体基板に接合領域を形成するにおいて、イオン注入工程を行って不純物を注入した後、活性化段階である熱処理工程を第１の熱処理工程及び第２の熱処理工程で行うが、第１の熱処理工程は、Ｎ２ガス雰囲気で行い、第２の熱処理工程は、ＮＨ３ガス雰囲気で行うことにより、後続工程を行っても接合領域の不純物が流出される現象を防止することができる半導体素子の接合領域形成方法を提供する。【解決手段】  接合領域を含むトランジスタが形成された半導体基板が提供される段階と、接合領域を含む半導体基板の上部に保護膜を形成する第１の熱処理工程を行う段階と、保護膜を含む半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階とを含む構成としたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合領域を含むトランジスタが形成された半導体基板が提供される段階と、
前記接合領域を含む前記半導体基板の上部に接合領域の不純物が放出されるのを防止するための保護膜を形成する第１の熱処理工程を行う段階と、
前記保護膜を含む前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項２】
接合領域を含むトランジスタが形成された半導体基板が提供される段階と、
前記接合領域を含む前記半導体基板の上部にＳｉ−Ｎが含まれた保護膜を形成する第１の熱処理工程を行う段階と、
前記保護膜を含む前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項３】
接合領域を含むトランジスタが形成された半導体基板が提供される段階と、
前記接合領域の上部に保護膜を形成する第１の熱処理工程を行う段階と、
前記接合領域の電気的特性を向上させるための第２の熱処理工程を行う段階と、
前記保護膜を含む前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項４】
前記第１の熱処理工程は、急速熱処理工程(rapid annealing process；ＲＴＰ)で行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項５】
前記急速熱処理工程は、昇温段階及び冷却段階の順に行うことを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項６】
前記昇温段階は、チャンバの内部にＮ２ガスを供給しながら５０℃/sec〜１５０℃/secで温度を高めることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項７】
前記昇温段階は、チャンバの内部にＮ２ガスを供給しながら２００℃〜５００℃の温度まで到達させることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項８】
前記Ｎ２ガスは、１slpm〜４０slpmの流量で供給することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項９】
前記冷却段階は、チャンバの内部にＮＨ３ガスを供給しながら２０℃/sec〜１００℃/secで冷凍させることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項１０】
前記ＮＨ３ガスは、１slpm〜１０slpmの流量で供給することを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項１１】
前記第２の熱処理工程は、スパイク(spike)急速熱処理工程で行うことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項１２】
前記スパイク急速熱処理工程は、チャンバの内部に１slpm〜４０slpmの流量でＮ２ガスを注入しながら、１５０℃〜２５０℃の温度上昇率で昇温させ、１０００℃〜１１００℃の温度まで到達させることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項１３】
前記スパイク急速熱処理工程は、Ｎ２ガス雰囲気で冷凍させることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項１４】
前記第２の熱処理工程は、急速熱処理工程で行うことを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項１５】
前記急速熱処理工程は、昇温段階及び冷却段階の順に行うことを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項１６】
前記昇温段階は、チャンバの内部をＮ２ガス雰囲気で形成し、５０℃/sec〜８０℃/secの温度に昇温させることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項１７】
前記昇温段階は、Ｎ２ガス雰囲気でチャンバの内部を７５０℃〜８５０℃の温度まで到達させる段階であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７において、
前記Ｎ２ガスは、１slpm〜４０slpmの流量で供給することを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項１９】
前記冷却段階は、チャンバの内部をＮＨ３雰囲気で組成して行うことを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項２０】
前記急速熱処理工程は、ＳＯＡＫタイプの急速熱処理装備、レーザー(LASER)タイプの急速熱処理装備またはフラッシュタイプの急速熱処理装備のいずれか一つを用いるか、または並行して用いることを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項２１】
前記ＳＯＡＫタイプの急速熱処理装備を用いる場合、チャンバの内部を９００℃〜１０００℃の温度まで到達させることを特徴とする請求項２０に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項２２】
前記レーザータイプの急速熱処理装備またはフラッシュタイプの急速熱処理装備を用いる場合、チャンバの内部を１２００℃〜１４００℃の温度まで到達させた後に冷却することを特徴とする請求項２０に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項２３】
前記第２の熱処理工程の冷却工程の時、チャンバの内部をＮ２ガス雰囲気で形成することを特徴とする請求項２０に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項２４】
前記接合領域は、前記半導体基板にＰタイプの不純物をイオン注入して形成することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項２５】
前記不純物として１１Ｂまたは４９ＢＦ２イオンを用いることを特徴とする請求項２４に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項２６】
前記１１Ｂを用いる場合、１ｅＶ〜５ｋｅＶのエネルギーを加えることを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項２７】
前記４９ＢＦ２イオンを用いる場合、１ｅＶ〜２０ｋｅＶのエネルギーを加えることを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項２８】
前記イオン注入工程は、１×１０１５ions/ｃｍ２〜３×１０１５ions/ｃｍ２の注入量で前記不純物を注入することを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【請求項２９】
前記層間絶縁膜は、ＭＴＯ膜及びＢＰＳＧ膜を積層して形成することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体素子の接合領域形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の接合領域形成方法に関するものであり、接合領域の抵抗増加を抑制し得る半導体素子の接合領域形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、複数（多数）のトランジスタ(transistor)を含んでおり、このようなトランジスタは金属配線を介して電気的に連結される。トランジスタは、一般に、ゲート電極及び接合領域(junction)を含んでなるが、このうち、接合領域は、ソース(source)及びドレイン(drain)に区分されることができる。
【０００３】
接合領域は、イオン注入工程を行って形成することができる。イオン注入工程は、形成しようとするトランジスタのタイプにより他のタイプ(type)の不純物を用いて形成することができ、イオン注入工程の条件により接合領域の特性が変わることができる。特に、イオン注入工程を行った後に、注入された不純物を活性化する活性化工程を行うが、活性化工程は、一般に、熱処理工程で行う。
【０００４】
しかし、半導体素子の集積度が増加するにつれて接合領域の深みが浅くなったが、これを超低接合(ultra shallow junction)ともいう。このような超低接合の接合領域は、集積度の増加により次第に低いエネルギーを加えて行うが、このように低いエネルギーを加えることにより、不純物は半導体基板の表面付近に主に存在する。次いで、不純物の活性化段階を行った後、ゲート及び接合領域が全て覆われるように層間絶縁膜を形成する。そして、層間絶縁膜を形成した後に行う後続の工程上、熱処理工程を数回行うようになるが、その時、半導体基板の表面付近に形成された不純物が層間絶縁膜に拡散して流出される現象が発生することがある。このように、接合領域を形成しても不純物が流出されれば、接合領域の面抵抗が増加するようになり、接合領域としての機能を遂行しにくくなることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、半導体基板に接合領域を形成するにおいて、イオン注入工程を行って不純物を注入した後、活性化段階である熱処理工程を第１の熱処理工程及び第２の熱処理工程で行うが、第１の熱処理工程は、Ｎ２ガス雰囲気で行い、第２の熱処理工程は、ＮＨ３ガス雰囲気で行うことにより、後続工程を行っても接合領域の不純物が流出される現象を防止することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施例による半導体素子の接合領域形成方法は、接合領域を含むトランジスタが形成された半導体基板が提供される。接合領域を含む半導体基板の上部に接合領域の不純物が放出されるのを防止するための保護膜を形成する第１の熱処理工程を行う。保護膜を含む半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階を含む半導体素子の接合領域形成方法で構成される。
【０００７】
本発明の他の実施例による半導体素子の接合領域形成方法は、接合領域を含むトランジスタが形成された半導体基板が提供される。接合領域を含む半導体基板の上部にＳｉ−Ｎが含まれた保護膜を形成する第１の熱処理工程を行う。保護膜を含む半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階を含む半導体素子の接合領域形成方法で構成される。
【０００８】
本発明のさらに他の実施例による半導体素子の接合領域形成方法は、接合領域を含むトランジスタが形成された半導体基板が提供される。接合領域の上部に保護膜を形成する第１の熱処理工程を行う。接合領域の電気的特性を向上させるための第２の熱処理工程を行う。保護膜を含む半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階を含む半導体素子の接合領域形成方法で構成される。
【０００９】
第１の熱処理工程は、急速熱処理工程(rapid annealing process; ＲＴＰ)で行い、急速熱処理工程は昇温段階、温度到達段階及び冷却段階の順に行う。
【００１０】
昇温段階は、チャンバの内部にＮ２ガスを供給しながら５０℃/sec〜１５０℃/secで温度を高める。
【００１１】
温度到達段階は、チャンバの内部にＮ２ガスを供給しながら２００℃〜５００℃の温度に到達させる。この時、Ｎ２ガスは、１slpm〜４０slpmの流量で供給する。
【００１２】
冷却段階は、チャンバの内部にＮＨ３ガスを供給しながら２０℃/sec〜１００℃/secで冷凍させる。また、ＮＨ３ガスは、１slpm〜１０slpmの流量で供給する。
【００１３】
保護膜はＳｉ−Ｎが含まれた膜で形成され、第２の熱処理工程はスパイク(spike)急速熱処理工程で行う。
【００１４】
スパイク急速熱処理工程は、チャンバの内部に１slpm〜４０slpmの流量でＮ２ガスを注入しながら、１５０℃〜２５０℃の温度上昇率で昇温させ、１０００℃〜１１００℃の温度まで到達させる。
【００１５】
スパイク急速熱処理工程はＮ２ガス雰囲気で冷凍させ、第２の熱処理工程は急速熱処理工程で行う。
【００１６】
急速熱処理工程は、昇温段階、温度到達段階及び冷却段階の順に行う。昇温段階はチャンバの内部をＮ２ガス雰囲気で形成し、５０℃/sec〜８０℃/secの温度に昇温させる。
【００１７】
温度到達段階は、Ｎ２ガスの雰囲気でチャンバの内部を７５０℃〜８５０℃の温度まで到達させ、Ｎ２ガスは１slpm〜４０slpmの流量で供給し、冷却段階はチャンバの内部をＮＨ３ガス雰囲気で組成して行う。
【００１８】
第２の熱処理工程は、ＳＯＡＫタイプの急速熱処理装備、レーザー(LASER)タイプの急速熱処理装備またはフラッシュタイプの急速熱処理装備のいずれか一つを用いるか、または並行して使用する。ＳＯＡＫタイプの急速熱処理装備を用いる場合、チャンバの内部を９００℃〜１０００℃の温度まで到達させ、レーザータイプの急速熱処理装備またはフラッシュタイプの急速熱処理装備を用いる場合、チャンバの内部を１２００℃〜１４００℃の温度まで到達させた後に冷却し、第２の熱処理工程の冷却工程の時、チャンバの内部をＮ２ガス雰囲気で形成する。
【００１９】
接合領域は、半導体基板にＰタイプの不純物をイオン注入して形成し、不純物として１１Ｂまたは４９ＢＦ２イオンを用いる。
【００２０】
１１Ｂを用いる場合、１ｅＶ〜５ｋｅＶのエネルギーを加え、４９ＢＦ２イオンを用いる場合、１ｅＶ〜２０ｋｅＶのエネルギーを加える。
【００２１】
イオン注入工程は、１×１０１５ions/ｃｍ２〜３×１０１５ions/ｃｍ２の注入量で不純物を注入する。層間絶縁膜は、ＭＴＯ（Middle Temperature Oxide）膜及びＢＰＳＧ(Boron Phosphorus Silicate Glass)膜を積層して形成する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、半導体基板に接合領域を形成するにおいて、イオン注入工程を行って不純物を注入した後、活性化段階である熱処理工程を第１の熱処理工程及び第２の熱処理工程で行うが、第１の熱処理工程はＮ２ガス雰囲気で行い、第２の熱処理工程はＮＨ３ガス雰囲気で行うことにより、後続で行う熱処理工程時、接合領域の不純物が流出される現象を防止し、接合領域の面抵抗増加を抑制して半導体素子の電気的特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付した図面を参照し、本発明の好ましい実施例を説明する。しかし、本発明は、以下に開示される実施例により限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現されることができ、単に、本実施例は、本発明の開示が完全であるようにし、通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。
【００２４】
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本発明による半導体素子の接合領域形成方法を説明するための断面図であり、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）素子に接合領域を形成する場合を一実施例として説明する。
【００２５】
図１（ａ）を参照すれば、素子分離領域に素子分離膜102が形成された半導体基板100が提供される。露出した半導体基板100及び素子分離膜102の上部にゲート絶縁膜104及びゲート電極106を形成し、ゲート電極パターンに沿ってパターニング(patterning)工程を行って素子分離膜102及び半導体基板100の一部を露出させる。次いで、ゲート絶縁膜104及びゲート電極106の側壁にスペーサ膜108を形成する。この時、スペーサ膜108を形成する前に露出した半導体基板100にイオン注入工程を行ってイオン注入領域(図示せず)を形成することもできる。
【００２６】
図１（ｂ）を参照すれば、ゲート電極106の下部と接する半導体基板100に接合領域100aを形成するためにイオン注入工程を行う。図１（ａ）においてイオン注入領域(図示せず)を形成した場合、イオン注入工程を次のようにさらに行って接合領域100aを形成する。
【００２７】
イオン注入工程は、高電流低エネルギーのイオン注入装備を用いてＰタイプの不純物を注入することが好ましい。例えば、不純物は１１Ｂまたは４９ＢＦ２イオンが用いられるが、半導体素子の集積度の増加するほど低いイオン注入エネルギーを加えることが好ましい。例えば、１１Ｂイオンを注入する場合には、１ｅＶ〜５ｋｅＶのエネルギーを加えることが好ましく、４９ＢＦ２イオンを注入する場合には、１ｅＶ〜２０ｋｅＶのエネルギーを加えることが好ましい。また、イオン注入工程は、１×１０１５ions/ｃｍ２〜３×１０１５ions/ｃｍ２の注入量で不純物を注入することが好ましい。これにより、ゲート電極106の下部と接する半導体基板100に接合領域100aを形成してトランジスタを形成する。
【００２８】
図１（ｃ）を参照すれば、接合領域100aに注入された不純物を活性化する。不純物を活性化する段階は、望ましくは、熱処理工程で行うが、接合領域100aに注入された不純物が後続工程時に流出されるのが防止できるように熱処理工程を行う。熱処理工程は、後述する第１の熱処理工程及び第２の熱処理工程の二つの段階に分けて行うことが望ましく、第１の熱処理工程を単独で行うこともできる。第１の熱処理工程及び第２の熱処理工程を具体的に説明すれば、次の通りである。
【００２９】
第１の熱処理工程は、急速熱処理工程(rapid annealing process；ＲＴＰ)で行うことが好ましい。急速熱処理工程(ＲＴＰ)は、昇温段階及び冷却段階の順に行う。具体的には、昇温段階は、チャンバの内部にＮ２ガスを供給しながら５０℃/sec〜１５０℃/secで温度を高めることが好ましい。この時、Ｎ２ガスは１slpm〜４０slpmの流量で供給することが好ましい。このような方式で、チャンバの内部にＮ２ガスを供給しながら２００℃〜５００℃の温度まで到達させる。温度を到達させた後、直時に冷却段階を行う。冷却段階は、チャンバの内部にＮＨ３ガスを供給しながら２０℃/sec〜１００℃/secで冷凍させるが、ＮＨ３ガスは、１slpm〜１０slpmの流量で供給することが好ましい。冷却段階においてチャンバの内部をＮＨ３ガス雰囲気で形成するため、接合領域100aの表面にＳｉ−Ｎが含まれた保護膜100bが形成されるが、保護膜100bにより接合領域100a内の不純物が外部に放出（流出）される現象を防止することができる。望ましくは、接合領域100aの上部にのみ保護膜100bを形成させるが、これは、ハードマスクパターンを追加で形成しなければならないため、接合領域100aを含む半導体基板100の上部の表面に沿って形成する。この時、保護膜100bが接合領域100a以外の領域に形成されても関係ない。
【００３０】
第２の熱処理工程は、スパイク(spike)急速熱処理工程で行うことができる。具体的には、チャンバの内部に１slpm〜４０slpmの流量でＮ２ガスを注入してＮ２ガス雰囲気で組成し、１５０℃〜２５０℃の温度上昇率で昇温させ、１０００℃〜１１００℃の温度まで到達させた後、Ｎ２ガス雰囲気で冷凍させることができる。この時、Ｎ２ガス雰囲気で冷却して接合領域100aの電気的特性を向上させることができる。
【００３１】
また、第２の熱処理工程を次のような異なる方式で行うこともできる。具体的に説明すれば、次の通りである。第２の熱処理工程は、急速熱処理工程で行うことができる。急速熱処理工程は、昇温段階及び冷却段階の順に行う。具体的には、昇温段階は、チャンバの内部をＮ２ガス雰囲気で形成し、５０℃/sec〜８０℃/secの温度に昇温させることが好ましい。昇温段階でチャンバの内部を７５０℃〜８５０℃の温度まで到達させるが、この時、チャンバの内部にＮ２ガスを１slpm〜４０slpmの流量で供給してＮ２ガス雰囲気で維持することが好ましい。次いで、冷却段階を行う。冷却段階は、チャンバの内部をＮＨ３ガス雰囲気で組成して温度を下げることにより、接合領域100aの上部にＳｉ−Ｎが含まれた保護膜100bがさらに形成されることができるようにする。これは、上述した第１の熱処理工程後に接合領域100aの上部にＳｉ−Ｎが含まれた保護膜100bをさらに形成することにより、接合領域100a内に含まれた不純物の流出をさらに効率的に防止することができる。この時、不純物の活性化を向上させるために、sec(second)単位のＳＯＡＫタイプの急速熱処理装備を用いるか、またはmsec(またはnsec)単位のレーザー(LASER)タイプまたはフラッシュタイプの急速熱処理装備のいずれか一つを用いて行うことができる。また、これら装備を並行して用いることもできる。ＳＯＡＫタイプ、レーザー(LASER)タイプ及びフラッシュタイプの急速熱処理装備は、一般的な急速熱処理装備より遥かに短時間内に到達温度まで高め、冷凍させることができるため、一般的な急速熱処理装備を用いるより高い温度まで到達させることが好ましい。例えば、ＳＯＡＫタイプの急速熱処理装備を用いる場合には、９００℃〜１０００℃の温度まで到達させることが望ましく、レーザータイプまたはフラッシュタイプの急速熱処理装備を用いる場合には、１２００℃〜１４００℃の温度まで到達させた後に冷却することが好ましい。この時、冷却時にはチャンバの内部をＮ２ガス雰囲気で形成して接合領域100a内の電気的特性を向上させるようにする。
【００３２】
図１（ｄ）を参照すれば、素子分離膜102、ゲート電極106、スペーサ膜108及び接合領域100aの表面に沿って層間絶縁膜用の第１の絶縁膜110を形成し、次いで、第１の絶縁膜110の上部に層間絶縁膜用の第２の絶縁膜112を形成する。例えば、第１の絶縁膜110はＭＴＯ膜で形成することができ、第２の絶縁膜112はＢＰＳＧ膜で形成することができる。即ち、層間絶縁膜は、第１の絶縁膜110であるＭＴＯ膜及び第２の絶縁膜112であるＢＰＳＧ膜を積層して形成することが出来る。次いで、第２の絶縁膜112の上部を平らに研磨した後に後続工程を行う。
【００３３】
後続工程を進行する時に熱処理工程を行うことができるが、このような熱処理工程を行っても、上述した接合領域100a上に形成された保護膜100bにより接合領域100aの内部の不純物が外部(例えば、第１の絶縁膜110)に拡散する現象を防止することができる。これにより、接合領域100aの表面抵抗の増加を防止し、半導体素子の電気的特性を向上させることができる。
【００３４】
上記で説明した本発明の技術的思想は、好ましい実施例で具体的に記述されたが、上記の実施例は、その説明のためのものであり、その制限のためのものではないことに注意しなければならない。また、本発明は、本発明の技術分野の通常の専門家であれば、本発明の技術的思想の範囲内で多様な実施例が可能であることを理解することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の活用例として、半導体素子の接合領域形成方法に適用出来、接合領域の抵抗増加を抑制し得る半導体素子の接合領域形成方法に適用出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による半導体素子の接合領域形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
100…半導体基板
100a…接合領域
102…素子分離膜
104…ゲート絶縁膜
106…ゲート電極
108…スペーサ膜
110…第１の絶縁膜
112…第２の絶縁膜
【図１】
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