KR100569614B1 - 반도체 장치 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 장치(10)를 설계하는 방법(50)이 공개된다. 이 방법(50)은 어닐링 스텝(59)을 가지고 있다. 이 어닐링 스텝(59)에서, 상기 반도체 장치(10)는 산소를 함유한 환경에서 어닐링된다. 상기 산소는 11.85 Torr보다 높은 부분 압력을 가지고 있다. 상기 어닐링 스텝(59)에 의해, 상기 반도체 장치(10)의 게이트 전극(33)에서 상기 반도체 장치(10)의 채널 영역으로의 비제어 도핑이 줄어든다.
절연 재료층, 도핑 영역의 형성, 산소를 함유한 환경, 산소의 부분 압력

Description

반도체 장치 제조 방법{Method for manufacturing a semiconductor device}
도 1은 본 발명에 따른 처리 동안의 반도체 장치의 일부분의 단면도.
도 2는 처리 이후의 단계에서의 도 1의 반도체 장치의 단면도.
도 3은 처리 단계보다 훨씬 이후의 도 2의 반도체 장치의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 장치 제조 방법의 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 기판 14, 17, 19 : 산화층
16 : 폴리실리콘층 18 : 질화 실리콘
28 : 도핑 영역 31 : 측벽 스페이서
본 발명은 전반적으로 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 장치 프로세싱에 관한 것이다.
절연 게이트형 반도체 장치의 임계 전압(VT)은 절연 게이트형 반도체 장치가 턴온되는 전압에 관련되어 있음은 당업자에게 알려져 있다. 예컨대, N 채널 절연 게이트형 반도체 장치의 게이트-소스 전압(VGS)은 그 반도체 장치에 채널을 형성하기 위해서는 VT를 초과해야 한다. 게이트의 전압은 일반적으로 상기 절연 게이트형 반도체 장치의 입력 전압이므로, 소스 전압에 대한 입력 전압은 채널이 형성되도록 VT를 초과해야 한다. 바꾸어 말하면, VGS가 VT보다 크지 않으면 상기 절연 게이트형 반도체 장치의 채널 영역을 통해 많은 드레인 전류(ID)가 흐르지 않게 된다. 또한, 절연 게이트형 반도체 장치의 포화 전류를 결정할 때에도 VT가 중요하다.
상기 임계 전압에 영향을 주는 중요한 인자는 상기 절연 게이트형 반도체 장치의 채널 영역의 도펀트(dopant) 농도 또는 캐리어 농도이다. VT는 P 또는 N 전도형의 도펀트를 채널 영역에 부가함으로써 변화될 수 있다. 예컨대, 상기 채널 영역의 기판 재료가 P 전도형의 도펀트로 도핑된 경우에는, VT는 N 전도형의 도펀트를 부가함으로써 감소될 수 있고, P 전도형의 도펀트를 부가함으로써 증가될 수 있다. 상기 채널 영역의 도펀트 농도를 변화시킴으로써 VT를 조절하는 것은 유용한 기술이지만, 이 기술은 상기 채널 영역이 비제어 방식(uncontrolled fashion)으로 도핑될 때에는 바람직하지 않을 수 있다. 비제어 도핑의 일예는 게이트 전극으로부터의 자동 도핑(autodoping)이 일어날 때이다. 이 예에서는, 게이트 전극으로부터의 도펀트가 게이트 산화막을 통해 상기 채널 영역으로 확산된다. 이 도핑은 제어되지 않으므로, VT는 안정되지 않는다.
따라서, 자동 도핑에 의한 조절에 내성이 있는 반도체 장치를 제조하는 방법을 가지고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 방법은 표준 반도체 처리 기술과 호환성이 있고 비용면에서 효율적인 것이 바람직하다.
전반적으로, 본 발명은 반도체 장치들간의 임계 전압의 변화를 줄이는 반도체 장치 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 상기 반도체 장치의 어닐링 동안에 산소의 부분적인 압력을 증가시키는 과정을 포함하고 있으며, 이에 따라 상기 반도체 장치의 게이트 전극으로부터 상기 반도체 장치의 채널 영역으로의 비제어 도핑이 줄어든다.
도 1은 본 발명에 따른 처리 동안의 금속 산화물 반도체(MOS) 장치(10)의 일부분의 단면도이다. 도 1에 도시된 것은 윗면(12)과 바닥면(13)을 가지고 있는 P 전도형의 반도체 기판(11)이다.
예컨대, 산화물과 같은 절연 재료로 된 층(14)이 윗면(12) 상에 형성된다. 산화층(14)을 형성하기 위한 적절한 기술은 열산화법이다. 산화층(14)은 대략 100 옹스트롬에서 대략 1,000 옹스트롬까지의 범위의 두께를 가지고 있는 것이 바람직하다.
폴리실리콘으로 된 층(16)은 예컨대 화학 증착법을 이용하여 산화층(14) 상에 형성된다. 폴리실리콘층(16)은 예컨대 붕소와 같은 P 전도형의 도펀트 또는 불순물 재료로 도핑된다. 예컨대, 붕소 농도는 1020 원자/입방 센티미터(atoms/cm3)이다. 폴리실리콘층(16)을 도핑하기 위한 적절한 기술로는 주입, 확산, 도핑 등을 들 수 있다. 폴리실리콘층(16)의 적절한 두께 범위는 대략 2,500 옹스트롬에서 대략 5,000 옹스트롬까지이다. 폴리실리콘층(16)의 일반적인 두께는 대략 4,000 옹스트롬이다.
절연 재료로 된 층(17)이 폴리실리콘층(16) 상에 형성된다. 예컨대, 층(17)은 테트라에틸 오소실리케이트(TEOS)에 의해 형성된 산화층이다. 테트라에틸 오소실리케이트의 분해에 의해 형성된 산화층은 흔히 TEOS 층이라고 한다. 예컨대, 산화층(17)은 대략 50 옹스트롬에서 대략 4000 옹스트롬까지의 범위의 두께를 가지고 있고 대략 150 옹스트롬의 명목상의 두께를 가지고 있다.
질화 실리콘으로 된 층(18)은 예컨대 저압 화학 증착(LPCVD) 기술을 이용하여 산화층(17) 상에 형성된다. 질화 실리콘층(18)의 두께의 적절한 범위는 대략 150 옹스트롬과 대략 350 옹스트롬의 사이에 있고, 질화 실리콘층(18)의 명목상 두께는 대략 250 옹스트롬이다.
인 도핑 산화물로 된 층(19)은 질화 실리콘층(18) 상에 형성된다. 인 도핑 산화층(19)의 두께의 적절한 범위는 대략 3,000 옹스트롬에서 대략 5,000 옹스트롬 사이이고, 인 도핑 산화층(19)의 명목상 두께는 대략 4,000 옹스트롬이다. 층(16, 17, 18, 19)의 두께는 본 발명에서 제약이 없음을 이해해야 한다.
이제, 도 2를 참조하면, 게이트 구조체(21)는 층(14,16)의 부분으로부터 형성된다. 게이트 구조체(21)는 예컨대 포토레지스트층(도시되지 않음)으로 인도핑 산화층(19)을 도포하고, (예컨대, 포토리소그래피 기술을 이용하여) 제거될 인 도핑 산화층(19)의 부분을 노광시키고, 인 도핑 산화층(19)의 노광된 부분을 이방성 에칭함으로써 형성될 수도 있다. 또한, 인 도핑 산화층(19)의 노광된 부분의 아래에 있는 질화물층(18), 산화층(17), 및 폴리실리콘층(16)의 부분들이 또한 에칭되며, 이에 따라 산화층(14)의 부분들이 노광되어 측벽(22,23)이 형성된다.
도핑 영역(26)이 예컨대 인과 같은 N 전도형의 불순물 재료로 기판(11)의 일부분을 도핑함으로써 형성된다. 특히, 도핑 영역(16)을 형성하기 위해 기판(11)의 일부분에 인이 주입된다. 예컨대, 적절한 세트의 주입 파라미터는 대략 105 keV에서 대략 135 keV까지의 범위의 주입 에너지로 대략 7.1 × 1013 원자/cm3에서 대략 7.9 × 1013 원자/cm3의 범위의 도우즈로 N형 불순물 재료를 주입하는 것을 포함한다.
장치(10)는 산소 함유를 함유한 환경에서 어닐링되며, 이때 산소의 부분 압력은 11.85 Torr보다 높다. 반도체 장치들간의 임계 전압 변화를 줄이는 것을 최적화하기 위해, 산소의 부분 압력은 대략 36 Torr보다 높은 것이 바람직하다. 이 어닐링 처리는 대략 1080 ℃의 온도에서 수행되고, 산소가 상기 어닐링 처리 동안에 상기 환경에 제공되는 것이 바람직하다. 산화층(14)의 두께는 산소를 함유한 환경에서 장치(10)를 어닐링한 결과로 변화될 수도 있다. 산화막(14)의 바람직한 두께 또는 목표 두께를 달성하기 위해, 상기 환경에 제공된 산소는 상기 어닐링 처리가 완료되기 전에 턴오프될 수 있다. 예컨대, 장치(10)의 어닐링 처리가 1 시간을 필요로 하고, 산소의 부분 압력이 대략 36 Torr이면, 상기 환경에 제공된 산소는 산화층(14)의 대략 230 옹스트롬의 목표 두께를 얻기 위해 18 분 후에 턴오프된다.
이제, 도 3을 참조하면, 장치(10)가 어닐링된 후에, 도핑 영역(26)이 아래의 게이트 구조체(21)의 아래로 확장된다. 도핑 영역(28)이 도핑 영역(26)의 일부분을 예컨대 붕소와 같은 P 전도형의 불순물 재료로 도핑함으로써 형성된다. 특히, 상기 붕소는 도핑 영역(28)을 형성하기 위해 도핑 영역(26)의 일부분에 주입된다. 도핑 영역(28)은 측벽(22, 23)에 측방향으로 정렬된다. 예컨대, 적절한 세트의 주입 파라미터는 대략 80 keV에서 대략 100 keV의 범위의 주입 에너지로 대략 0.95 × 1015 원자/cm3에서 1.05 × 1015 원자/cm3까지의 범위의 도우즈로 P 형 불순물 재료를 주입하는 것을 포함한다.
도 3을 계속 참조하면, 측벽 스페이서(31)가 측벽(22, 23)을 따라 형성된다. 측벽 스페이서(31)를 형성하는 기술은 당업자에게 잘 알려져 있다. 예컨대, 산화물 측벽 스페이서는 게이트 구조체(21) 상에 그리고 산화층(14) 상에 산화층을 증착함으로써 형성될 수 있다. 상기 산화층은 이방성 에칭되며, 이에 따라 게이트 구조체(21) 상의 산화층의 일부분 및 층(14) 상에 있는 산화층의 일부분이 제거되고 측벽(22, 23)을 따라 상기 산화층의 일부분이 잔류되는데, 즉 측벽 스페이서(31)가 잔류하게 된다.
게이트 전극(33)이 폴리실리콘층(16)과 접촉되어 형성된다. 예컨대, 층(17, 18, 19)에 개구(도시되지 않음)를 에칭함으로써 게이트 전극(33)이 형성되며, 상기 개구는 측벽(35, 36)을 가지고 있다. 전도성 재료가 게이트 전극(33)을 형성하기 위해 개구에 측벽(35, 36)을 따라 설치된다. 소스 전극(38)이 도핑 영역(26, 28)과 접촉되어 형성된다. 특히, 소스 전극(38)은 스페이서(31)를 따라 윗면(12) 상에 전도성 재료를 설치함으로써 형성되어, 게이트 전극(33)으로부터 간격을 두고 있다. 드레인 전극(39)이 바닥면(13)과 접촉되어 형성되어 있다. 특히, 드레인 전극(39)은 바닥면(13) 상에 전도성 재료를 설치함으로써 형성된다. 게이트 전극(33), 소스 전극(38), 및 드레인 전극(39)의 적합한 전도성 재료는 구리, 알루미늄, 구리 합금, 알루미늄 합금 등이다. 장치(10)는 질소를 함유한 환경에서 어닐링된다. 이 어닐링 스텝은 대략 900 ℃의 온도에서 수행된다.
전극은 전기 접촉부라고도 함을 주의해야 한다. 또한, 드레인 전극(39)은 바닥측 접촉부라고 한다. 장치(10)가 드레인 전극(39)에 대해 바닥쪽 접촉부를 가지고 있는 것으로 설명되었지만, 본 발명에서는 이에 한정되지 않으며, 장치(10)는 드레인 전극(39)에 대해 윗쪽 접촉부를 가질 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 장치 제조 방법의 흐름도(50)이다. 예컨대 MOS 장치(10)(도 3)와 같은 반도체 장치를 설계할 때의 시작 스텝(51)에서는, 제 1 전도형의 반도체 기판, 즉 P 전도형의 기판(11)을 제공한다.
스텝(53)에서, 절연 재료로 된 층이 상기 기판의 윗면 상에 형성된다. 스텝(53)의 다음에는 스텝(55)이 이어지는 것이 바람직하며, 절연 재료로 된 제 1 층 상에 제 1 전도형의 반도체 재료층을 형성하는 과정을 포함하고 있다. 이 예에 따라, 산화층(14)이 기판(11)의 윗면(12) 상에 형성되고, 폴리실리콘층(16)이 산화층(14) 상에 형성된다.
스텝(57)에서, 제 2 전도형의 도핑 영역이 상기 반도체 기판의 일부분에 형성된다. 이 예에서, N 전도형의 도핑 영역(26)이 상기 기판(11)의 일부분에 형성된다. 스텝(57)의 다음에는 스텝(59)이 이어지는 것이 바람직하며, 스텝(57)은 산소를 함유한 환경에서 MOS 장치(10)를 어닐링하는 과정을 포함하고 있고, 이때 산소의 부분 압력은 11.85 Torr보다 높다.
방법(50)의 스텝들이 MOS 장치(10)를 예로 하여 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 방법(50)의 스텝들은 바이폴라 장치 및 집적 회로에 적용될 수 있다.
지금까지 반도체 장치 제조 방법이 제공되었음을 이해해야 한다. 본 발명의 이점은 반도체 장치들간의 임계 전압의 변화를 줄이는 반도체 장치 제조 방법을 제공한다는 것이다. 또한, 상기 방법은 표준 반도체 처리 기술과 호환성이 있다.

Claims (3)

  1. 반도체 장치(10)를 제조하는 방법(50)에 있어서,
    제 1 주요면(12) 및 제 2 주요면(13)을 가진 제 1 전도형의 반도체 기판(11)을 제공하는 단계와;
    상기 제 1 주요면(12) 상에 제 1 절연 재료층(14)을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 절연 재료층(14) 상에 제 1 전도형의 반도체 재료층(16)을 형성하는 단계와;
    상기 반도체 기판(11)의 일부분에 제 2 전도형의 제 1 도핑 영역(26)을 형성하는 단계와;
    산소를 함유한 환경에서 상기 반도체 기판(11)을 어닐링하는 단계로서, 산소의 부분 압력이 11.85 Torr보다 높은, 상기 어닐링 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  2. 반도체 장치를 제조하는 방법(50)에 있어서,
    윗면(12), 바닥면(13), 상기 윗면 상에 형성된 게이트 구조체(21)를 가진 반도체 기판(11)을 제공하는 단계로서, 상기 게이트 구조체(21)가 제 1 측벽(22) 및 제 2 측벽(23)을 가진, 상기 제공 단계와;
    적어도 상기 제 1 측벽(22)에 정렬된 도핑 영역(26)을 상기 반도체 기판(11)에 형성하는 단계와;
    산소를 함유한 환경에서 상기 반도체 기판(11)을 어닐링하는 단계로서, 산소의 부분 압력이 11.85 Torr보다 높은, 상기 어닐링 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  3. 절연 게이트형 전계 효과 트랜지스터(10)를 제조하는 방법(50)에 있어서,
    제 1 주요면(12) 및 제 2 주요면(13)을 가진 제 1 전도형의 반도체 기판(11)을 제공하는 단계와;
    제 1 측벽(22) 및 제 2 측벽(23)을 가진 게이트 구조체(21)를 상기 제 1 주요면 상에 형성하는 단계와;
    상기 제 1 측벽(22) 및 제 2 측벽(23)에 정렬된 제 2 전도형의 제 1 도핑 영역(26)을 상기 반도체 기판(11)에 형성하는 단계와;
    산소를 함유한 환경에서 상기 반도체 기판(11)을 어닐링하는 단계로서, 산소의 부분 압력이 11.85 Torr보다 높은, 상기 어닐링 단계와;
    상기 게이트 구조체(21)에 게이트 접촉부(33)를, 상기 제 1 도핑 영역(26)에 소스 접촉부(38)를, 상기 제 2 주요면에 드레인 접촉부(39)를 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법.
KR1019990011560A 1998-04-06 1999-04-02 반도체 장치 제조 방법 KR100569614B1 (ko)

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US09/055,457 1998-04-06
US9/055,457 1998-04-06

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