KR100657153B1 - Method for Forming Implant Sacrifice Oxide - Google Patents
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Abstract
임플란트 희생 산화막의 형성 방법을 개시한다. 본 방법은, 다결정 실리콘 게이트 전극이 형성된 반도체 실리콘 기판 위에 상기 기판의 표면 및 상기 다결정 실리콘이 열산화되는 온도에서 일정 시간 유지하여 임플란트 희생 산화막을 형성하는 급속 열산화 단계와, 상기 임플란트 희생 산화막을 어닐링하는 급속 열소둔 단계를 포함한다. 여기서, 급속 열산화 단계 및 급속 열소둔 단계는 연속하여 수행되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 급속 열처리 장치를 반복하여 승온 및 강온시키지 않고, 한번의 열처리 프로그램에 의해 급속 열산화 단계 및 급속 열소둔 단계를 진행하므로 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 불필요한 웨이퍼 핸들링을 줄일 수 있으므로 파티클 등의 오염 발생을 줄일 수 있다.A method of forming an implant sacrificial oxide film is disclosed. The method includes a rapid thermal oxidation step of forming an implant sacrificial oxide film by maintaining the surface of the substrate and a temperature at which the polycrystalline silicon is thermally oxidized on a semiconductor silicon substrate on which a polycrystalline silicon gate electrode is formed, and annealing the implant sacrificial oxide film. A rapid heat annealing step is included. Here, the rapid thermal oxidation step and the rapid thermal annealing step are preferably performed continuously. Through this process, the rapid thermal oxidation step and the rapid thermal annealing step are performed by one heat treatment program without repeating the rapid heat treatment device. In addition, since unnecessary wafer handling can be reduced, generation of contamination such as particles can be reduced.
Description
도 1은 임플란트 희생 산화막이 형성된 일반적인 반도체 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a general semiconductor device in which an implant sacrificial oxide film is formed.
도 2a 및 도 2b는 급속 열산화 공정 및 급속 열소둔 공정을 위한 급속 열처리 장치의 열처리 프래그램이다.2A and 2B are heat treatment programs of a rapid heat treatment apparatus for a rapid thermal oxidation process and a rapid thermal annealing process.
도 3은 본 발명에 따른 임플란트 희생 산화막의 형성 방법에 대한 급속 열처리 장치의 열처리 프로그램이다.3 is a heat treatment program of a rapid heat treatment apparatus for a method of forming an implant sacrificial oxide film according to the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 급속 열산화 공정 및 급속 열소둔 공정을 동시에 행하여 공정 시간을 단축하고 웨이퍼의 오염을 줄이기 위한 임플란트 희생 산화막의 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming an implant sacrificial oxide film for shortening a process time and reducing wafer contamination by simultaneously performing a rapid thermal oxidation process and a rapid thermal annealing process.
종래의 반도체 트랜지스터 소자의 제종 과정 중에서, 도 1에서 보듯이, STI(Shallow Trench Isolation; 12), 게이트 산화막(22) 및 다결정 실리콘 게이트 전극(20)을 형성한 후에는 소스/드레인 정션을 형성하기 위한 이온 주입 공정을 실 시하게 된다. 이 때, 이온 주입에 의해 기판 표면 근처의 결정이 상당히 손상될 수 있다. 이러한 손상을 방지하기 위하여 도 1에서와 같은 임플란트 희생 산화막(30)을 형성하게 된다. 이와 같은, 임플란트 희생 산화막(30)은 이온 주입에 대한 장벽으로도 기능하여 불순물이 주입되는 깊이를 제어하는 데에 이용된다. As shown in FIG. 1, a source / drain junction is formed after the formation of the shallow trench isolation (STI) 12, the
한편, 임플란트 희생 산화막(30)은 열산화 공정에 의해 형성되는데, 통상 급속 열처리 장치를 이용하여 산화막을 형성하고, 그 후 형성된 산화막을 보다 조밀하게 하기 위하여 어닐링(Annealing)을 행하게 된다. On the other hand, the implant
도 2a는 종래 급속 열처리 장치를 이용한 임플란트 희생 산화막(30)의 열산화 공정에 사용되는 열처리 프로그램을 보여주고, 도 2b는 종래 급속 열처리 장치를 이용한 임플란트 희생 산화막(30)의 급속 열소둔 공정에 사용되는 열처리 프로그램을 보여준다. 도 2a에서 보듯이, 임플란트 희생 산화막(30)의 열산화 공정에서 열처리 프로그램은 먼저 약 400℃에서 퍼징(purging)하여 산소 분위기를 형성한다.((i) 단계) 그 후, 500℃ 정도에서 약 10초간 유지하여 급속 열처리 장치 내의 산소 분위기, 온도 구배 등을 안정화시킨다.((ⅱ) 단계) 그 후, 실리콘의 열산화 온도 약 850℃까지 승온시킨 후에 이 온도에서 45초간 유지한다.((ⅲ) 단계) 유지되는 시간은 형성하고자 하는 산화막의 두께에 따라 설정되는데, 본 실시예에서는 20 ~ 25Å의 두께로 형성하기 위하여 약 45초간 유지하였다.Figure 2a shows a heat treatment program used in the thermal oxidation process of the implant
실리콘의 열산화 공정이 끝난 후에는 급속 열처리 장치를 상온까지 냉각시킨 후에 실리콘 기판을 세정한다. 이는 산화막 형성 과정에서 발생하는 파티클 등의 오염물을 제거하기 위한 것이다.After the thermal oxidation process of silicon is finished, the rapid heat treatment apparatus is cooled to room temperature, and then the silicon substrate is cleaned. This is to remove contaminants such as particles generated during the oxide film formation process.
다음으로, 도 2b에서 보듯이, 형성된 산화막을 보다 조밀하게 하기 위한 어닐링 공정을 실시한다. 어닐링 공정 또한 급속 열처리 장치에서 수행되는데, 약 400℃에서 퍼징한 후 약 500℃ 정도에서 10초간 유지하여 장치를 안정화시킨다.((i) 단계 및 (ⅱ) 단계) 다음으로, 산화막의 어닐링은 보다 높은 온도인 1000℃ 이상에서 수행되므로 이 온도까지 승온한다. 그 후, 약 1015 ~ 1025℃에서 약 10초 내지 15초간 유지하여 어닐링을 수행한다.((ⅲ) 단계)Next, as shown in FIG. 2B, an annealing process for densifying the formed oxide film is performed. The annealing process is also carried out in a rapid heat treatment apparatus, which is purged at about 400 ° C. and then held at about 500 ° C. for about 10 seconds to stabilize the apparatus (steps (i) and (ii)). The temperature is raised to this temperature because it is performed at a high temperature of 1000 ° C. or higher. Thereafter, annealing is performed by holding at about 1015 to 1025 ° C for about 10 to 15 seconds.
이와 같이, 종래의 열산화 공정, 세정 공정 및 어닐링 공정을 수행하는 경우에, 급속 열처리 장치를 상당히 높은 온도까지 반복하여 승온 및 강온시켜야 하고, 불필요하게 핸들링하는 시간이 많아지게 된다. 다시 말해서, 열산화 공정 및 어닐링 공정을 별도의 공정으로 수행하게 되므로, 급속 열처리 장치를 여러번 반복하여 고온까지 승온시키거나 다시 상온으로 강온시켜야 한다. 따라서, 작업 시간이 길어짐과 아울러 장치의 조기 노화를 야기하게 된다. 또한, 종래 행하였던 세정 공정은 열산화 공정에서 발생하는 파티클 등의 오염물을 제거하기 위한 것인데, 실제 공정에서는 이러한 열산화 공정에서 발생하는 오염보다 작업자가 핸들링함으로써 발생하는 오염이 더 많아지는 경향이 있다. 즉, 기판을 세정하는 작업을 진행할 때 작업자의 불필요한 핸들링으로 인하여 발생하는 오염이 보다 심각하다.As such, in the case of performing the conventional thermal oxidation process, cleaning process and annealing process, the rapid heat treatment apparatus must be repeatedly raised and lowered to a considerably high temperature, and the time required for unnecessary handling increases. In other words, since the thermal oxidation process and the annealing process are performed as separate processes, the rapid heat treatment apparatus should be repeatedly heated several times to lower the temperature or lowered to room temperature. As a result, the working time is prolonged and the premature aging of the device is caused. In addition, the cleaning process performed in the past is to remove contaminants such as particles generated in the thermal oxidation process, and in the actual process, there is a tendency that more pollution is generated by the handling of the operator than the pollution generated in the thermal oxidation process. . That is, the contamination caused by unnecessary handling of the operator is more serious when proceeding to clean the substrate.
본 발명의 목적은 임플란트 희생 산화막을 열산화 공정에 의해 실리콘 반도체 기판 상에 형성할 때 불필요한 작업 공정을 줄이고 공정 시간을 단축시킬 수 있는 임플란트 희생 산화막의 형성 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for forming an implant sacrificial oxide film which can reduce unnecessary work processes and shorten the process time when forming an implant sacrificial oxide film on a silicon semiconductor substrate by a thermal oxidation process.
본 발명에 따른 임플란트 희생 산화막의 형성 방법은, 다결정 실리콘 게이트 전극이 형성된 반도체 실리콘 기판 위에 상기 기판의 표면 및 상기 다결정 실리콘이 열산화되는 온도에서 일정 시간 유지하여 임플란트 희생 산화막을 형성하는 급속 열산화 단계와, 상기 임플란트 희생 산화막을 어닐링하는 급속 열소둔 단계를 포함한다. 여기서, 급속 열산화 단계 및 급속 열소둔 단계는 연속하여 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 급속 열처리 장치를 반복하여 승온 및 강온하지 않고, 한번의 열처리 프로그램에 의해 급속 열산화 단계 및 급속 열소둔 단계를 진행하므로 공정 시간을 단축할 수 있다.In the method for forming an implant sacrificial oxide film according to the present invention, a rapid thermal oxidation step of forming an implant sacrificial oxide film by maintaining a predetermined time at a temperature at which the surface of the substrate and the polycrystalline silicon are thermally oxidized on a semiconductor silicon substrate on which a polycrystalline silicon gate electrode is formed And a rapid heat annealing step of annealing the implant sacrificial oxide film. Here, the rapid thermal oxidation step and the rapid thermal annealing step are preferably performed continuously. That is, the rapid thermal annealing step and the rapid thermal annealing step are performed by one heat treatment program without repeatedly raising and lowering the rapid heat treatment apparatus, thereby reducing the process time.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 임플란트 희생 산화막을 형성하기 위한 열산화 공정 및 어닐링 공정을 한번의 열처리 공정에 의해 수행할 수 있는 열처리 프로그램을 보여준다. FIG. 3 shows a heat treatment program capable of performing a thermal oxidation process and an annealing process for forming an implant sacrificial oxide film by one heat treatment process.
이와 같은 열처리 프로그램은 급속 열처리 장치에 적용되며, 다결정 실리콘 게이트 전극을 형성한 후에 진행된다. This heat treatment program is applied to the rapid heat treatment apparatus, and proceeds after forming the polycrystalline silicon gate electrode.
먼저, (i) 단계에서는 400℃에서 퍼징하여 급속 열처리 장치의 쳄버 내의 분위기를 산소 기체 또는 산소가 풍부한 분위기로 변환한다. 다음, (ⅱ) 단계에서는 약 450 ~ 500℃의 온도로 약 10초간 유지하여 급속 열처리 장치의 쳄버 내의 분위기 및 온도 구배를 안정화시킨다. 그 후, (ⅲ) 단계에서는 800 ~ 850℃에서 약 45 ~ 50초 동안 급속 열산화(Rapid Thermal Oxidation)를 실시한다. 그리하여, 약 20~25Å 두께의 산화막을 형성한다.First, in step (i), purging at 400 ° C. converts the atmosphere in the chamber of the rapid heat treatment apparatus into oxygen gas or oxygen-rich atmosphere. Next, in step (ii), the temperature and the temperature gradient in the chamber of the rapid heat treatment apparatus are stabilized by maintaining for about 10 seconds at a temperature of about 450 ~ 500 ℃. Thereafter, in step (iii), rapid thermal oxidation is performed at 800 to 850 ° C. for about 45 to 50 seconds. Thus, an oxide film having a thickness of about 20 to 25 GPa is formed.
(ⅲ) 단계에서 산화막을 형성한 후에는 곧 바로 1015 ~ 1025℃까지 승온한다. 그 후, 상기 온도에서 약 10 ~ 15초 동안 유지하여 어닐링을 수행한다.((ⅳ) 단계) 즉, 여기의 어닐링 공정은 급속 열처리 장치에 의해 수행되는 급속 열소둔(Rapid Thermal Annealing) 공정이다. 이와 같이, 어닐링을 행함으로써 앞에서 형성된 산화막을 보다 조밀한 구조로 소둔시킨다.Immediately after the formation of the oxide film in step (iii), the temperature is raised to 1015 to 1025 ° C. After that, the annealing is performed by holding at the temperature for about 10 to 15 seconds (step (iii)). That is, the annealing process here is a rapid thermal annealing process performed by a rapid heat treatment apparatus. Thus, by annealing, the oxide film formed previously is annealed to a more compact structure.
본 발명에 따르면, 급속 열처리 장치를 이용하여 진행하는 임플란트 희생 산화막의 급속 열산화 공정 및 급속 열소둔 공정을 하나의 열처리 프로그램에 의해 통합하여 진행함으로써 공정 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 또한 불필요한 웨이퍼 핸들링을 줄임으로써 파티클 발생을 억제할 수 있다. 그리하여, 양질의 제품을 생산할 수 있게 된다.According to the present invention, the rapid thermal oxidation process and the rapid thermal annealing process of the implant sacrificial oxide film proceeding by using the rapid heat treatment apparatus are integrated by one heat treatment program, thereby shortening the process time and improving productivity. Particle generation can be suppressed by reducing unnecessary wafer handling. Thus, a good quality product can be produced.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although a preferred embodiment of the present invention has been described so far, those skilled in the art will be able to implement in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments of the present invention described herein are to be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. Should be interpreted as being included in.
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