KR100607793B1 - 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법에 관한 것으로, 실리콘 기판 상에 게이트 산화막과 폴리 실리콘막을 차례로 형성하는 단계; 상기 게이트 산화막과 폴리 실리콘막에 포토 및 식각 공정을 진행하여 폴리 실리콘 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 폴리 실리콘 게이트 전극에 이온 주입 및 스페이서를 형성하는 단계; 저온 산화막을 형성하는 단계; 상기 저온 산화막 상에 보론 인 산화막을 증착하는 단계; 블랭킷 식각으로 상기 폴리 실리콘 게이트 전극의 상부 영역을 오픈하고 상기 폴리 실리콘 게이트 전극에 이온 주입하는 단계; 상기 포토 마스크와 보론 인 산화막을 제거하고 깊은 접합을 형성하기 위해 이온 주입하는 단계 및 급속 열처리 공정으로 어닐링하는 단계로 이루어짐에 기술적 특징이 있고, LTO 산화막 상에 BPSG를 증착하고 평탄화와 식각 공정을 한 후, 고농도의 이온 주입을 함으로써, 게이트 전극의 하부 영역에서 공핍층이 발생되는 것을 억제하여 전류 구동 능력을 증가시키는 효과가 있다.
BPSG, Blanket 식각, 폴리 실리콘 게이트 전극
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래의 게이트 전극을 제조하는 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
본 발명은 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고농도의 이온 주입을 통해 게이트 전극의 하부 영역에서 발생하는 전이를 예방하는 게이트 전극의 이온 주입 방법에 관한 것이다.
일반적으로 모스형 반도체 소자는 금속-산화막-반도체의 콘덴서 구조를 사용하는 것으로, 금속 전극과 반도체 기판 사이에 인가된 바이어스에 의해서 반도체 기판 위의 산화막 바로 밑에 전류의 통로가 되어야할 채널이 형성되고, 그것이 바 이어스의 값에 의해 제어되는 것이 기본 원리이다. 따라서, 금속 전극으로서 가장 기본적인 전극 재료인 알루미늄을 게이트 전극으로 사용해서 반도체 소자의 개발이 시도되었다.
알루미늄 게이트의 경우에는 특히, 모스 트랜지스터의 소스/드레인 부분의 확산층을 형성한 다음 알루미늄 전극을 만들기 때문에, 알루미늄의 패턴을 접합하기 위한 글라스 마스크를 반도체 기판 상에 위치 조정할 때 오차분의 여유를 소스/드레인과 게이트 전극의 오버랩으로서 수취할 필요가 있다. 상기 오버랩은 점유 패턴 면적을 증가시킴과 동시에 게이트 전극과 드레인 전극간의 궤환 용량을 증가시켜 회로의 스위칭 스피드에 중대한 영향을 미치며, 결과적으로 게이트 전극 자체의 면적이 증가되어 입력 용량을 증가시킴으로써 회로의 스위칭 스피드를 저하시킨다.
이에 대응하여 자기 정합 게이트 형성이 가능하도록 한 것이 실리콘 게이트 전극이다. 이것은 채널 부분의 마스킹은 게이트 전극 자체로부터 이루어지므로 마스크 정렬 오차를 고려할 필요가 전혀 없고, 게이트 전극과의 소스/드레인의 오버랩은 극히 적으며 확산층의 가로방향이 늘어난 것뿐이다. 이 때문에 궤환 용량 및 게이트 용량 모두 대단히 적고, 회로의 스위칭 특성이 대폭적으로 향상된다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 게이트 전극을 제조하는 방법을 나타낸 공정 단면도이다. 도 1a에 도시한 바와 같이, 트랜치 또는 필드 산화막에 의해 소자 영역이 정의된 실리콘 기판(1)을 열 산화하여, 소자 영역에 게이트 영역의 유전체 역할을 하는 게이트 산화막(2)을 양질의 순수한 SiO2막으로 200Å 미만의 얇은 막으로 열 성장시킨다. 그리고, 열 성장된 게이트 산화막(2) 상부에 모스형 반도체 소자의 게이트 전극으로 이용하기 위한 폴리 실리콘층(3)을 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition ; CVD)에 의해 2000Å~6000Å 정도의 두께로 증착시킨다.
이때, 폴리 실리콘층을 형성하기 위한 화학 기상 증착은 가열로나 급속 열처리(rapid thermal processing) 장비에서 온도 600℃~700℃, 압력 300mTorr~500mTorr인 반응 챔버 내에 사일엔(SiH4) 가스를 공급하여 실시하며, 화학 기상 증착에 의해 결정(grain) 형태의 폴리 실리콘층을 성장시킨다. 그리고, 이온 주입 공정에 의해 인(P)이나 비소(As) 등의 불순물을 주입하여 도핑 폴리 실리콘층(3)을 형성한다.
그 다음, 도 1b에 도시한 바와 같이, 폴리 실리콘층(3)에 불순물 이온을 도핑한 직후에는 도핑된 불순물 이온과 실리콘 원자들과의 충돌로 인해 손상을 받아 요구되는 전기적 특성을 갖지 못하므로 폴리 실리콘층(3)을 고온에서 일정 시간동안 열처리함으로써 손상으로부터 회복시킴과 동시에 저항을 감소시켜 폴리 실리콘 고유의 전기적인 특성을 갖게 한 다음, 반사방지막(4)을 증착한다.
그 다음, 도 1c에 도시한 바와 같이, 일반적인 포토리소그래피(photolithography) 공정에 의해 반사방지막(4), 폴리 실리콘층(3) 및 게이트 산화막(2)을 소정의 선폭(critical dimension)으로 패터닝(patterning)하여 게이트 전극 패턴을 형성하고, 실리콘 기판(1) 전면에 절연막(5)을 증착한다.
그 다음, 도 1d에 도시한 바와 같이, 이방성 식각 공정에 의해 게이트 전극 패턴 상부의 반사방지막(4)을 제거함과 동시에, 게이트 전극 패턴의 양 측면에만 절연막이 남도록 스페이서 절연막(5)을 형성함으로써, 게이트 전극을 완성한다.
상기와 같은 종래의 기술은 반도체 소자의 게이트 전극의 이온 주입시 폴리 실리콘 게이트 전극에 충분한 이온 주입이 되지 않아 반전 모드(Inversion Mode)시 게이트 전극의 하부(Bottom) 영역에서 공핍층(Depletion)이 발생되어 전류 구동 능력이 열화되어 소자의 열화를 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저온 산화막(Low Temperature Oxide) 상에 보론 인 산화막(Boron Phosphorus Silica Glass)을 증착하고 평탄화와 식각 공정을 한 후, 고농도의 이온 주입을 하여 게이트 전극의 하부 영역에서 전이가 발생되는 것을 예방하는 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 실리콘 기판 상에 게이트 산화막과 폴리 실리콘막을 차례로 형성하는 단계; 상기 게이트 산화막과 폴리 실리콘막에 포토 및 식각 공정을 진행하여 폴리 실리콘 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 폴리 실리콘 게이트 전극에 이온 주입 및 스페이서를 형성하는 단계; 저온 산화막을 형성하는 단계; 상기 저온 산화막 상에 보론 인 산화막을 증착하는 단계; 블랭킷 식각으로 상기 폴리 실리콘 게이트 전극의 상부 영역을 오픈하고 상기 폴리 실리콘 게이트 전극에 이온 주입하는 단계; 상기 포토 마스크와 보론 인 산화막을 제거하고 깊은 접합을 형성하기 위해 이온 주입하는 단계 및 급속 열처리 공정으로 어닐링하는 단계를 포함하여 이루어진 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법을 나타낸 공정 단면도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(100) 상에 게이트 산화막(110)과 폴리 실리콘막(120)을 차례로 형성한 후, 포토 및 식각 공정을 진행하여 상기 게이트 산화막(110)과 폴리 실리콘막(120)을 선택적으로 제거하여 폴리 실리콘 게이트 전극을 형성한다. 상기 폴리 실리콘 게이트 전극에 이온 주입 및 스페이서(130)를 형성한 후, 저온 산화막(140)을 형성한다.
상기 저온 산화막(140)은 배리어층(Barrier Layer)으로 30Å~100Å의 두께로 한다. 이는 이후에 형성되는 보론 인 산화막(150)의 불순물이 하부의 활성 영역에 확산되는 것을 방지한다. 이후, 상기 저온 산화막(140) 상에 보론 인 산화막(150)을 증착한다. 상기 보론 인 산화막(150)은 2000Å~5000Å의 두께로 한다.
도 2b와 도 2c에 도시된 바와 같이, 블랭킷(Blanket) 식각으로 폴리 실리콘 게이트 전극의 상부 영역을 오픈하고, 포토 마스크(160)로 NMOS 영역 또는 PMOS 영역만 오픈한다. 이하, 본 발명은 NMOS에 대해 설명한다.
다음, 폴리 실리콘 게이트 전극에 이온 주입을 한다. 상기 이온 주입은 인(P+)으로 하고, 인 이온의 주입 에너지는 10keV~50keV이며, 인 이온 주입량은 1E15~1E16 ions/cm2으로 이온을 주입한다. 이후, 상기 포토 마스크(160)을 제거한다.
도 2d와 도 2e에 도시된 바와 같이, 보론 인 산화막(150)을 제거하고, 깊은 접합(Deep Junction)(170)을 형성하기 위해 이온 주입을 한다. 상기 이온 주입은 비소(As+)로 하고, 비소 이온의 주입 에너지는 10keV~50keV이며, 비소 이온의 주입량은 1E15~1E16 ions/cm2으로 이온을 주입한다. 이후, 급속 열처리(Rapid Thermal Processing)으로 어닐링한다. 상기 급속 열처리 어닐링은 N2 분위기에서 공정온도는 900℃~1050℃이고, 공정시간은 5초~20초로 실시한다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법은 저온 산화막 상에 보론 인 산화막을 증착하고 평탄화와 식각 공정을 한 후, 고농도의 이온 주입을 함으로써, 게이트 전극의 하부 영역에서 공핍층이 발생되는 것을 억제하여 전류 구동 능력을 증가시키는 효과가 있다.
Claims (6)
- 모스 구조의 트랜지스터의 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법에 있어서,실리콘 기판 상에 게이트 산화막과 폴리 실리콘막을 차례로 형성하는 단계;상기 게이트 산화막과 폴리 실리콘막에 포토 및 식각 공정을 진행하여 폴리 실리콘 게이트 전극을 형성하는 단계;상기 폴리 실리콘 게이트 전극에 이온주입 및 스페이서를 형성하는 단계;상기 폴리 실리콘 게이트 전극 및 스페이서 상에 저온 산화막을 형성하는 단계;상기 저온 산화막 상에 보론 인 산화막을 증착하는 단계;상기 보론 인 산화막을 블랭킷 식각하여 상기 폴리 실리콘 게이트 전극의 상부 영역을 오픈하는 단계;상기 식각된 보론 인 산화막 상에 상기 폴리 실리콘 게이트 전극을 노출하는 포토 마스크를 형성하고 상기 노출된 폴리 실리콘 게이트 전극에 이온 주입하는 단계;상기 포토 마스크와 식각된 보론 인 산화막을 제거하고 깊은 접합을 형성하기 위해 이온주입하는 단계; 및급속 열처리 공정으로 어닐링하는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 저온 산화막의 두께는 30Å~100Å인 것을 특징으로 하는 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 보론 인 산화막의 두께는 2000Å~5000Å인 것을 특징으로 하는 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 폴리 실리콘 게이트 전극에 주입되는 이온은 인으로 하고, 인 이온의 주입 에너지는 10keV~50keV, 인 이온 주입량은 1E15~1E16 ions/cm2로 주입하는 것을 특징으로 하는 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 깊은 접합 형성시 주입되는 이온은 비소로 하고, 비소 이온의 주입 에너지는 10keV~50keV, 비소 이온의 주입량은 1E15~1E16 ions/cm2로 주입하는 것을 특징으로 하는 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 급속 열처리 어닐링은 N2 분위기에서 공정온도는 900℃~1050℃, 공정시간은 5초~20초로 실시하는 것을 특징으로 하는 폴리 실리콘 게이트 전극의 이온 주입 방법.
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2004
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Patent Citations (1)
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