KR100607800B1 - 반도체 소자 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 엘디디 영역에 이온 주입 공정 후, 오염 물질을 제거하기 위해 세정 공정 과 주입된 이온을 활성화 시키는 급속 열처리 공정을 거친다. 상기 공정 진행시 웨이퍼 뒷면에 이물질 묻어있는 상태로 세정 공정을 진행하면 2차 오염을 유발 시킨다. 이는 웨이퍼의 품질 불량을 일으킨다.
따라서, 본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은 급속 열처리 장치에서 공정 진행시 발생되는 웨이퍼 뒷면의 오염을 방지하는 2차 세정 공정을 생략하므로써, 웨이퍼의 2차오염을 막는 장점이 있고, 오염물질 방지로 인한 웨이퍼의 품질 향상과 공정 개선 하는 효과가 있다.
급속 열처러, 스페이서 형성,

Description

반도체 소자 제조 방법{Method for manufacturing of semiconductor device}
도 1은 본 발명의 반도체 소자 제조 공정도.
도 2는 본 발명의 급속 열처리 장치의 챔버 내부 단면도.
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 이온 주입(implant) 후 주입된 이온을 활성화시키기 위하여 급속 열처리 장치(RTP: Rapid thermal process)에서 열 공정을 진행하고, 이후 세정 공정을 포함하며, 세정 공정 진행과정에서 급속 열처리 과정에서 발생한 뒷면(backside) 오염이 또다른 2차오염을 발생하는 것을 방지하고, 이후 스페이서 공정이 진행되는 반도체 소자 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 제조는 소자가 소정의 전기적 특성을 갖도록 하기 위하여 불순물을 첨가하게 된다. 이온 주입(Ion implantation)법은 1970년대에 종래의 열확산법(확산 공정)의 한계를 극복하고 발전의 계기를 마련하였다. 이온 주입이란, 반도 체 소자내에 불순물 주입하는 방법으로서 원하는 이온(불순물)을 선택 가속하여 목표물(wafer)에 소정의 양만큼 그리고 소정의 깊이로 선택적으로 주입시키는 물리적인 방법이다.
반도체 장치의 고밀도, 고집적화로 반도체 소자의 설계수치가 스케링 다운(scaling down)되어 서브마이크론(submicron)화 하면서 활성 영역, 게이트 및 금속 배선의 설계 선폭이 매우 축소 되었다.
이온 주입법에 의하여 실리콘에 주입된 불순물은 전기적인 활성화를 위하여 열처리 공정을 거쳐야 하며, 기상이나 고상 열 확산법 또한 실리콘 안에 불순물의 확산을 위하여 열처리 공정이 필요하다. 급속 열처리(RTP : rapid thermal processing) 방법이 최근에 널리 사용되고 있다. 급속 열처리 장비는 여러개의 할로겐 렘프를 이용하므로, 노(furnace)에 비하여 온도 상승이 매우 빠르며, 원하는 열처리 온도에 수 초이내에 도달할 수 있어서 얕은 접합을 형성하는 데 매우 용이하다.
현재까지의 급속 열처리 방법에는 염소원을 주입하지 않고, 산소 가스만을 취입하여 산화막을 형성하는 기구(mechanism)이므로, 실리콘 표면에 존재하는 금속 불순물이 실리콘과 산소가 반응하는 것을 방해하는 문제점이 있다. 또한, 고온 상태에서 금속 불순물이 실리콘 웨이퍼의 내부로 확산되면 전자 재결합의 센터로 작용하여, 실리콘과 실리콘 산화막 계면에의 전자 재결합 속도를 증가시키는 문제점이 있다.
반도체 소자 제조 공정 과정에서는 게이트 전극이 저항값을 줄이기 위해 인 이나 붕소를 높은 농도로 도핑하기 위해 이온 주입 공정을 실시한다. 소스 및 드레인 영역에서 게이트 전극 가까운 부분은 도핑 농도가 상대적으로 소스와 드레인보다 낮은 영역으로 형성하는데 이를 엘디디(LDD: Lightly Doped Drain)영역이라 부른다. 이 LDD 구조를 사용하면 소자의 설계 기술이 미세화 될수록 일어나는 쇼트 채널 효과(short channel effect)의 영향을 최소할 수 있다. 또한 LDD 구조를 만드는데 상기 불순물은 이온 주입 공정을 하여 기판에 들여 보내는바 이 공정은 후에 열처리 공정하여 주입시 발생한 결정 결함 완화 및 불순물 이온의 전기적 활성화를 이룩한다. 상기 열처리 공정은 급속 열처리 공정 또는 통상적인 노를 이용한 통상적인 열처리 공정에 의해 질소 가스나, 헬륨 또는 아르곤과 같은 불활성 가스를 이용하여 열처리시킨다.
에칭 공정시에 게이트 전극의 측벽에 다량의 식각 잔류물, 자연산화막, 유기물, 폴리머등의 오염물질이 남게 된다. 오염물질은 게이트 전극과 이후에 형성되는 스페이서(spacer)와의 계면에 잔류하여 반도체 소자의 불량의 원인으로서 작용하기 때문에 이를 충분히 세정 공정을 통해 제거되어야 한다.
상기 오염물질들은 과산화수소, 불화수소 및 탈이온수를 포함하는 세정 용액에 침지하여 어느정도 제거 시킨후 다음 공정인 급속 열처리하며 공정중 완전 제거시킨다.
그러나 이러한 통상의 방법은 오염물질 제거 효과가 충분치 않기 때문에 게이트 전극의 계면과 후속의 스페이서 사이에 여전히 오염물질이 잔류하게 될 뿐만 아니라, 급속 열처리 공정은 고온 공정이기 때문에 오염 물질 제거에 어려움이 있 다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 급속 열처리 공정 이후 세정 공정을 생략하여, 급속 열처리 공정중 생긴 뒷면 오염에 의해 유발되는 2차 오염을 방지하고, 오염물질 방지로 인한 웨이퍼의 품질 향상과 공정 개선을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 이온 주입 공정 단계, 세정 공정 단계, 급속 열처리 공정 단계, 세정 공정 단계, 스페이서 형성 공정 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 실명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1 내지 도 2는 본 발명에 의한 반도체 소자 제조 공정도와 급속 열처리 장치의 챔버 내부 단면도이다.
먼저 도 1은 반도체 소자 제조 공정도를 도시한 것이다. 트랜지스터 제조는 핫 캐리어 효과를 감소시키기 위해, 게이트전극을 마스크로 하여 저농도의 불순물을 얕게 기판에 도핑한다. 상기 게이트전극의 측벽에 스페이서를 형성하여 상기 스 페이서를 마스크로 다시 고농도의 불순물을 도핑하여 이중의 불순물 확산 영역을 갖도록 한다. 엘디디 구조라 부르는 이 구조는 드레인 영역 중에서도 게이트 전극과 가까운 영역에 저농도의 불순물 확산 영역이 형성되므로 이 부근의 전계를 약화시켜 핫 캐리어 효과를 약화시킬 수 있다. 상기 엘디디 구조는 게이트 전극을 마스크로 하여 먼저 인(Phosphorus ; P)을 도핑하여 얕게 제1 불순물 확산영역을 형성한다.
다음, 게이트 전극 측벽에 스페이서를 형성하여 상기 스페이서를 마스크로 하여 비소(Arsenic ; AS)를 도핑한다. 상기 도핑으로 고 농도인 제2 불순물 확산 영역이 형성된다. 불순물 도핑을 위하여 이온 주입 공정(S100)을 거친다.
다음, 세정 공정(S110)은 오염 물질을 제거하기 위해 실시한다. 유기 불순물이나 먼지 등은 도전 배선의 단락이나 단선 또는 패턴의 불연속 등을 유발시켜 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성이 떨어지게 된다. 이러한 문제점은 소자가 고집적화될수록 더욱 큰 문제가 된다. 세정액은 오존(O3)수 및 염산(HCl)이 사용 된다. 오존수는 탈 이온수에 오존을 용존시키어 형성하며, 오존수에 있어서 오존의 농도는 1ppm 내지 20ppm인 것이 바람직하다. 금속 불순물은 염산이나 HF 등의 강산성 용액이 순수와 희석된 용액에 반도체 웨이퍼를 담구어 표면의 불순물을 제거 한다.
다음, 급속 열처리 공정(S120)은 이온 주입된 불순물 이온들을 활성시키키 위해 진행된다.
다음, 급속 열처리 공정 진행시 더 남아 있는 불순물을 제거 하기위해 세정 공정(S130)을 실시한다. 그러나 급속 열처리 공정 진행(S120)시 웨이퍼 뒷면의 오염물질의 전이로 인한 웨이퍼 오염으로 수율에 악영향을 미칠 수 있다.
도 2는 급속 열처리 장치의 챔버 내부 단면도이다. 급속 열처리 장치에 공정 진행시 챔버 내부에 웨이퍼(10)가 올려지는 에지 링(edge ring, 11)과 이를 지탱하는 서포트 링(support ring, 12)이 회전 과정에 두 부품이 마모가 된다. 상기 장치의 마모에 의해 발생된 가루는 웨이퍼(10)가 닿는 부분에 원형으로 달라 붙는다. 뒷면(backside)이 오염된 상태로 세정 공정을 진행하게 되면, 뒷면에 묻어 있던 가루들이 앞(front)쪽으로 전이되어 2차 오염을 유발시키는 문제점이 있다. 오염 물질은 웨이퍼(10)의 품질을 저하시키는 요소이다.
이런 오염 근원을 제거하기 위해 스페이서 형성 공정(S140) 전의 세정 공정(S130)을 생략(skip)하므로써, 웨이퍼 앞면에 2차 오염을 방지할 수 있으며, 이로인해 공정 개선 및 공정 단순화 효과를 만들 수 있다.
다음 스페이서 형성 공정(S140)은 스페이서 형성용 절연막을 식각하여 형성한다. 스페이서 형성용 절연막은 질화막 또는 고 유전율을 갖는 절연막을 사용할 수 있다. 상기 스페이서 형성용 절연막은 저압화학증착법(LPCVD: Low Pressure Chemical Vapor Deposition)을 이용하며, 상기 스페이서 형성 공정 후 LDD 구역의 형성은 이온 주입 공정(S100)의 반복 및 열처리 공정(S120)으로 이루어진다.
상술한 본 발명의 실시예는 이온 주입 공정 단계, 세정 공정 단계, 급속 열처리 공정 단계, 세정 공정 단계, 스페이서 형성 공정 단계로 구성된 일련의 공정을 나타낸 것이나, 본 발명에서는 급속 열처리 후 세정 공정 단계를 생략하고 스페 이서 형성 공정 단계로 바로 진행하는 것을 특징으로 한다.
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 반도체 소자의 제조 방법은 급속 열처리 장치에서 공정 진행시 챔버 내부 웨이퍼의 오염을 방지하는 2차 세정 공정을 생략하므로써, 웨이퍼의 2차오염을 막는 장점이 있고, 오염물질 방지로 인한 웨이퍼의 품질 향상과 공정 개선 하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 소정의 구조물이 형성된 웨이퍼를 챔버 내의 링에 결합하여 급속 열처리하는 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    소정의 전기적 특성을 갖도록 상기 웨이퍼에 이온을 주입하는 단계;
    상기 이온 주입된 소자의 오염물질 제거를 위해 세정하는 단계,
    상기 이온 주입된 소자의 전기적인 활성화를 위해 급속 열처리하는 단계;
    상기 챔버 내의 링 마모에 의한 웨이퍼 뒷면에 오염을 제거하기 위한 세정공정을 스킵하는 단계; 및
    스페이서 형성 공정 단계
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 오염물질을 제거하기 위한 세정 단계에서, 상기 오염물질을 세정하기 위한 세정액은 HCl 또는 오존수를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오염물질을 제거하기 위한 세정 단계에서, 상기 오염물질을 세정하기 위한 세정액은 오존수를 포함하며, 상기 오존수에 있어서, 오존(O3)의 농도는 1ppm 내지 20ppm임을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
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