KR100780660B1 - 높은 도즈의 이온주입배리어로 사용된 감광막의 스트립방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 높은 도즈의 이온주입공정시 사용된 감광막을 잔류물(residue) 없이 용이하게 스트립할 수 있는 감광막 스트립 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 감광막 스트립 방법은 소정 물질층 상부에 이온주입이 진행될 부분을 오픈시킨 감광막패턴을 형성하는 단계, 상기 감광막패턴을 이온주입배리어로 하여 상기 물질층의 이온주입이 진행될 부분에 불순물을 이온주입하는 단계, 및 제1스텝(N2H2와 O2를 혼합한 가스, 저온), 제2스텝(N2H2와 O2를 혼합한 가스, 고온) 및 제3스텝(N2H2를 단독으로 사용한 플라즈마)의 순서로 감광막패턴을 스트립하는 단계를 포함하고, 상술한 본 발명은 N2H2와 O2를 혼합한 가스의 플라즈마를 이용하는 스트립을 통해 높은 도즈의 이온주입시 배리어로 사용된 감광막을 잔류물없이 스트립할 수 있으므로, 후속 공정에서의 패턴 리프팅을 감소시켜 수율을 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
감광막스트립, 잔류물, 이온주입, 폴리실리콘, 플라즈마

Description

높은 도즈의 이온주입배리어로 사용된 감광막의 스트립 방법{METHOD FOR STRIP OF PHOTORESIST USED BARRIER WHEN HIGE DOSE IMPLANT}
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 듀얼폴리게이트 공정을 도시한 도면.
도 2는 종래기술에 따른 감광막잔류물을 도시한 SEM 사진.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 감광막 스트립 방법을 도시한 도면.
도 4는 낮은레벨의 이온주입에너지와 높은 도즈로 보론을 이온주입한 후에 N2H2/O2 혼합 플라즈마를 이용한 감광막의 스트립 과정을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 감광막잔류물이 잔류하지 않는 상태(Residue free)를 도시한 사진.
도 6a 내지 도 6d는 DI/O3 린스의 사용유무에 따른 감광막스트립 결과를 도시한 사진.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : 반도체기판 22 : 소자분리막
23 : 게이트산화막 24 : 게이트폴리실리콘
24A : N+ 폴리실리콘 24B : P+ 폴리실리콘
25 : 제1감광막패턴 26 : 제2감광막패턴
본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 감광막 스트립 방법에 관한 것이다.
반도체소자의 제조 공정 중 이온주입 공정은 통상적으로 감광막(Photoresist)을 이온주입마스크로 이용하여 진행하고 있다. 예를 들어, 듀얼폴리게이트(Dual poly gate)와 같은 공정에서 감광막을 이온주입마스크로 사용하고 있다.
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 듀얼폴리게이트 공정을 도시한 도면이다.
도 1a를 참조하면, NMOS 영역과 PMOS 영역이 정의된 반도체기판(11) 에 소자간 분리를 위한 소자분리막(12)을 형성한 후, 반도체기판(11) 상에 게이트산화막(13)을 형성하고, 게이트산화막(13) 상에 게이트폴리실리콘(14)을 증착한다.
이어서, NMOS 영역은 오픈시키고 PMOS 영역은 덮는 제1감광막패턴(15)을 이용한 이온주입공정(N+ IMP)을 통해 NMOS 영역의 게이트폴리실리콘(14)에 N형 불순물 을 이온주입하여, N형 도우프드 폴리실리콘(14A)을 형성한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 제1감광막패턴(15)을 스트립한 후, 다시 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여, PMOS 영역은 오픈시키고 NMOS 영역은 덮는 제2감광막패턴(16)을 형성한다.
이어서, 제2감광막패턴(16)을 이용한 이온주입공정(P+ IMP)을 통해 PMOS 영역의 게이트폴리실리콘(14)에 P형 불순물을 이온주입하여, P형 도우프드 폴리실리콘(14B)을 형성한다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 제2감광막패턴(16)을 스트립한 후에, 전면에 텅스텐실리사이드(17)를 증착한 후 게이트패터닝공정을 진행하여, NMOS 영역에는 N형 도우프드 폴리실리콘으로 된 N+ 폴리게이트(14C)를 형성하고, PMOS 영역에는 P형 도우프드 폴리실리콘으로 된 P+ 폴리게이트(14D)를 형성한다.
상술한 종래기술에서는, N+ 폴리게이트(14C)와 P+ 폴리게이트(14D)로 이루어지는 듀얼 폴리게이트를 구현하기 위해서 게이트폴리실리콘(14)에 각각 서로 다른 불순물(인, 보론)의 이온주입공정을 실시한다. 이때, 이온주입은 1E15∼1E16/cm2으로 매우 높은 도즈(High dose)의 이온주입공정을 사용한다.
그리고, 종래기술은 이온주입후에 제1,2감광막패턴(15, 16)을 스트립하기 위해 산소와 질소의 혼합가스(O2/N2 Chemistry)를 사용한다.
그러나, 종래기술은 높은 도즈의 이온주입으로 인해, 제1,2감광막패턴(15, 16)의 경화(hardening)가 매우 심해져서 감광막스트립이 원활하게 진행되지 못하 고, 스트립후에도 곳곳에 감광막잔류물(PR residue)이 남게 되는 문제가 발생한다. 이러한 문제는 스트립공정시에 사용하는 산소(O2)가 감광막패턴내에 존재하는 불순물들(As, P, B)과 반응하여 감광막패턴의 표면을 덮는 불순물산화막(As2O3, P4O6, B2O3)을 형성하기 때문이다.
따라서, 스트립시 제거되지 않고 남아 있는 감광막잔류물로 인해 후속 공정시 텅스텐실리사이드(17)의 이상산화를 유발하고, 또한 폴리게이트와 텅스텐실리사이드의 계면불량으로 게이트패터닝후 리프팅(Lifting) 또는 파티클(particle)의 소스로 작용하는 문제를 초래한다.
도 2는 종래기술에 따른 감광막잔류물(PR residue)을 도시한 SEM 사진이다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 높은 도즈의 이온주입공정시 사용된 감광막을 잔류물(residue) 없이 용이하게 스트립할 수 있는 감광막 스트립 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 감광막 스트립 방법은 소정 물질층 상부에 이온주입이 진행될 부분을 오픈시킨 감광막패턴을 형성하는 단계, 상기 감광막패턴을 이온주입배리어로 하여 상기 물질층의 이온주입이 진행될 부분에 불순물을 이온주입하는 단계, 및 적어도 N2H2를 포함한 혼합가스의 플라즈마를 이용하여 상기 감광막패턴을 스트립하는 단계를 포함하고, 상기 스트립 단계 전에 적어도 탈이온수가 포함된 용액을 이용한 린스 처리를 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 감광막패턴을 스트립하는 단계는 N2H2와 O2를 혼합한 가스의 플라즈마를 이용한 제1스텝을 제1온도에서 진행하는 단계, N2H2와 O2를 혼합한 가스의 플라즈마를 이용한 제2스텝을 상기 제1온도보다 높은 제2온도에서 진행하는 단계, 및 N2H2를 단독으로 사용한 플라즈마를 이용한 제3스텝을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 감광막 스트립 방법은 폴리실리콘 상부에 상기 폴리실리콘의 일부를 오픈시킨 제1감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 제1감광막패턴을 이온주입배리어로 하여 상기 폴리실리콘에 제1불순물을 이온주입하는 단계; 적어도 N2H2를 포함한 혼합가스의 플라즈마를 이용하여 상기 제1감광막패턴을 스트립하는 단계; 상기 폴리실리콘 상부에 상기 제1불순물이 이온주입된 지역을 제외한 나머지 지역을 오픈시킨 제2감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 제2감광막패턴을 이온주입배리어로 하여 상기 폴리실리콘에 제2불순물을 이온주입하는 단계; 및 적어도 N2H2를 포함한 혼합가스의 플라즈마를 이용하여 상기 제2감광막패턴을 스트립하는 단계를 포함하고, 상기 제1 및 제2감광막패턴의 스트립 단계 전에 각각 적어도 탈이온수가 포함된 용액을 이용한 린스 처리를 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 제1,2감광막패턴을 스트립하는 단계는, 각각 N2H2와 O2를 혼합한 가스의 플라즈마를 이용한 제1스텝을 제1온도에서 진행하는 단계; N2H2와 O2를 혼합한 가스의 플라즈마를 이용한 제2스텝을 상기 제1온도보다 높은 제2온도에서 진행하는 단계; 및 N2H2를 단독으로 사용한 플라즈마를 이용한 제3스텝을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 감광막 스트립 방법을 도시한 도면으로서, 듀얼폴리게이트 공정시 사용된 감광막의 스트립 방법을 도시한 도면이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, NMOS 영역과 PMOS 영역이 정의된 반도체기판(21) 에 NMOS 영역과 PMOS 영역간 분리를 위한 소자분리막(22)을 형성하다.
이후, 반도체기판(21) 상에 게이트산화막(23)을 형성하고, 게이트산화막(23) 상에 게이트폴리실리콘(24)을 증착한다.
이어서, 게이트폴리실리콘(24) 상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패 터닝하여, NMOS 영역은 오픈시키고 PMOS 영역은 덮는 제1감광막패턴(25)을 형성한다.
다음으로, 제1감광막패턴(25)을 이용한 N형 불순물의 이온주입공정(N+ IMP)을 통해 NMOS 영역의 게이트폴리실리콘(24)에 N형 불순물을 이온주입하여, N형 도우프드 폴리실리콘(24A)을 형성한다. 이때, N형 불순물은 인(P) 또는 비소(As)이며, 이온주입도즈는 1E16/cm2 레벨의 매우 높은 도즈(High dose)를 사용하고, 이온주입에너지는 낮은 레벨(Low energy)을 사용한다.
따라서, N형 불순물의 이온주입공정(N+ IMP) 후에 NMOS 영역 상부에는 N형 도우프드 폴리실리콘(24A)이 형성되고, PMOS 영역 상부에는 게이트폴리실리콘(24)이 그대로 잔류한다.
이하, N형 도우프드 폴리실리콘(24A)을 'N+ 폴리실리콘(24A)'이라 약칭한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 제1감광막패턴(25)을 스트립한다. 이때, 제1감광막패턴(25)은 통상적으로 사용하는 산소플라즈마 또는 질소와 산소의 혼합가스의 플라즈마(N2/O2 plasma)를 이용하여 스트립하는 것이 아니라, 1회의 스트립을 다음과 같이 제1스텝, 제2스텝 및 제3스텝의 순서로 진행한다.
저온(100∼160℃)에서 N2H2(함량비: 4% H2, 96% N2) 가스와 O2를 혼합한(N2H2:O2의 혼합비율=4∼6:1) 플라즈마를 사용하여 제1스텝을 진행하고, 제1스텝보다 상대적으로 고온(200∼250℃)에서 N2H2(함량비: 4% H2, 96% N2) 가스와 O2를 혼 합한(N2H2:O2의 혼합비율=4∼6:1) 플라즈마를 사용하여 제2스텝을 진행하며, 마지막으로 N2H2 플라즈마를 단독으로 사용하여 제3스텝을 진행한다.
먼저 제1스텝은 100∼160℃ 범위의 저온에서 진행하되, N2H2 가스와 O2를 혼합한 플라즈마(N2H2 플라즈마, O2 플라즈마)를 사용하여 진행한다. 여기서, N2H2 플라즈마는 불순물(이하, 비소(As))을 탈리시키는 포밍가스(forming gas) 역할을 하는 것으로서, 이온주입시 제1감광막패턴(25) 내부에 주입된 비소(As)를 제1감광막패턴(25) 내부로부터 외부로 탈리시키는 역할을 한다. 그리고, O2 플라즈마는 실질적으로 제1감광막패턴(25)을 스트립하는 역할을 하는 것이다.
위와 같은 제1스텝을 저온에서 진행하는 이유는, O2 플라즈마가 비소(As)와 반응하여 As2O3을 생성하는 것보다는 N2H2 플라즈마에 의해 비소(As)가 탈리되는 것이 주로 발생하도록 하기 위한 것이다. 즉, 100∼160℃ 범위의 저온에서는 O2 플라즈마에 의한 As2O3 생성보다 N2H2 플라즈마에 의한 비소(As)의 탈리가 먼저 발생되면서 이후 O2 플라즈마에 의해 제1감광막패턴(25)이 스트립된다.
비소(As)의 탈리과정을 화학식으로 나타내면 다음과 같다. 화학식을 살펴보기에 앞서, 챔버 내부에 N2H2 가스와 O2 가스를 혼합하여 주입하면서 전기적 에너지(마이크로웨이브, RF 바이어스)를 가하면 가속된 전자의 충돌에 의하여 주입된 가스가 플라즈마 상태(양이온, 음이온, 전자, 라디칼 등)로 활성화된다. 이러한 플 라즈마 상태에서 생성되는 N2H2/O2 가스의 이온 또는 라디칼 등이 감광막스트립 및 불순물 탈리에 참여한다. 제1스텝 내지 제3스텝 진행시, 플라즈마 생성을 위해 마이크로웨이브(Microwave, MW)와 RF 바이어스(RF Bias)를 동시에 사용한다. 따라서, 1차 내지 3차 스트립 공정시 N2H2 가스는 N2H2 MW 플라즈마와 N2H2 RF 바이어스드 플라즈마(biased plasma)로 생성되어 그 역할을 수행하고, O2는 O2 MW 플라즈마와 O2 RF 바이어스드 플라즈마로 생성되어 그 역할을 수행한다.
비소(As)의 탈리과정을 자세히 살펴보기로 한다.
2As + 6H* -> As2H6(기체)
As + O*/O3 -> As2O3(고체)
As2O3 + 12H* -> As2H6(기체)+ 3H2O(기체)
화학식1에서, As는 제1감광막패턴(25) 내부에 잔류하고 있는 비소이며, H*는 N2H2 플라즈마에 포함되는 수소라디칼이다. 그리고, O*/O3는 O2 플라즈마에 포함된 것이다.
화학식1에 따르면, 제1감광막패턴(25) 내부에 잔류하고 있는 As는 H*와 반응하여 AsH2(기체)를 생성하여 휘발된다.
그리고, 제1감광막패턴(25) 내부에 잔류하고 있는 As가 O2 플라즈마에 포함된 O*나 O3와 반응하여 고체(solid) 성질의 As2O3가 생성된다고 하더라도, As2O3가 H*와 반응하여 AsH2(기체)를 생성하여 휘발된다. 여기서, As2O3와 H*의 반응부산물(by-product)인 3H2O는 기체(gas)로서 휘발된다.
참고로, O2 만을 사용한 종래기술의 감광막스트립시에는, O2에 의한 스트립보다는 감광막 내부에 주입된 As가 O2와 반응하여 고체 성질의 As2O3를 생성하는 불순물산화막의 생성이 먼저 일어나 As2O3에 의해 감광막패턴의 스트립이 방해를 받는다.
따라서, 제1스텝 진행시에 N2H2 가스와 O2를 혼합한 플라즈마를 사용하여 진행하면, 제1감광막패턴(25) 내부에 잔류하고 있는 비소(As)를 외부로 탈리시키므로써 제1감광막패턴(25)의 표면에 고체성질의 As2O3이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 제1스텝 진행후에 제2스텝을 진행한다. 이때, 제2스텝은 제1스텝시보다 상대적으로 고온(200∼250℃)에서 동일한 혼합가스(N2H2 가스와 O2를 혼합)의 플라즈마를 사용하여 진행한다. 여기서, 제2스텝 진행시 제1스텝보다 고온으로 하는 이유는,고온(200∼250℃)에서 진행하면 제1감광막패턴(25)의 스트립이 더욱 빠르게 진행된다.
따라서, 제1스텝 진행시에는 제1감광막패턴(25)의 스트립 작용보다는 불순물 인 비소(As)의 탈리과정이 주로 일어나고, 제2스텝시에는 제1스텝에 의해 비소(As)의 탈리가 이루어진 상태이므로 비소(As)의 탈리가 발생되면서 실질적으로 제1감광막패턴(25)의 스트립이 주로 일어난다.
마지막으로, 제2스텝 진행후에 제3스텝을 진행하는데, 제3스텝은 N2H2 플라즈마를 단독으로 사용하여 제1감광막패턴(25)의 스트립후에 발생되는 스트립 부산물에 잔류할 수 있는 비소(As)를 제거해준다. 따라서, 제3스텝은 제1감광막패턴(25) 스트립후 잔류하는 스트립부산물에 잔류하고 있는 불순물을 제거해 주는 과정이다.
상술한 바와 같은 일련의 제1스텝 내지 제3스텝에 의해 제1감광막패턴(25)이 잔류감광막없이 모두 깨끗하게 스트립된다.
한편, N+ 폴리실리콘(24A) 내부에 인(P)이 주입되어 있는 경우에는 다음과 같은 화학식2에 의해 인(P)이 탈리된다.
P + 3H* -> PH3(기체)
P + O*/O3 ->P4O6(고체) 또는 P4O10(고체)
P4O6 + 24H* -> 4PH3(기체)+ 6H2O(기체)
P4O10 + 32H* -> 4PH3(기체)+ 10H2O(기체)
전술한 바와 같은 일련의 방법으로 제1감광막패턴(25) 스트립후에, 도 3c에 도시된 바와 같이, 다시 감광막을 도포하고, 노광, 현상 및 식각공정을 진행하여 제2감광막패턴(26)을 형성한다.
이를 살펴보면, N+ 폴리실리콘(24A)과 게이트폴리실리콘(24)이 공존하는 상태에서 전면에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여, PMOS 영역은 오픈시키고 NMOS 영역은 덮는 제2감광막패턴(26)을 형성한다.
이어서, 제2감광막패턴(26)를 이용한 P형 불순물의 이온주입공정(P+ IMP)을 통해 PMOS 영역의 게이트폴리실리콘(24)에 P형 불순물을 이온주입하여, P+ 폴리실리콘(24B)을 형성한다. 이때, P형 불순물은 보론(B)이며, 이온주입도즈는 1E16/cm2레벨로 매우 높은 도즈(High dose)를 사용하며, 이온주입에너지는 낮은 레벨로 한다.
도 3d에 도시된 바와 같이, 제2감광막패턴(26)을 스트립한다. 이때, 제2감광막패턴(26)의 스트립 공정은 제1감광막패턴(25)의 스트립과 동일하게 제1스텝 내지 제3스텝의 순서로 진행한다.
자세히 살펴보면, 다음과 같다.
저온(100∼160℃)에서 N2H2(함량비: 4% H2, 96% N2) 가스와 O2를 혼합한(N2H2:O2의 혼합비율=4∼6:1) 플라즈마를 사용하여 제1스텝을 진행하고, 제1스텝보다 상대적으로 고온(200∼250℃)에서 N2H2(함량비: 4% H2, 96% N2) 가스와 O2를 혼합한(N2H2:O2의 혼합비율=4∼6:1) 플라즈마를 사용하여 제2스텝을 진행하며, 마지막 으로 N2H2 플라즈마를 단독으로 사용하여 제3스텝을 진행한다.
먼저 제1스텝은 100∼160℃ 범위의 저온에서 진행하되, N2H2 가스와 O2를 혼합한 플라즈마(N2H2 플라즈마, O2 플라즈마)를 사용하여 진행한다. 여기서, N2H2 플라즈마는 불순물을 탈리시키는 포밍가스(forming gas) 역할을 하는 것으로서, 이온주입시 제2감광막패턴(26) 내부에 주입된 불순물(예, 보론(B))을 제2감광막패턴 내부로부터 외부로 탈리시키는 역할을 한다. 그리고, O2 플라즈마는 실질적으로 제2감광막패턴을 스트립하는 역할을 하는 것이다.
위와 같은 제1스텝을 저온에서 진행하는 이유는, O2 플라즈마가 보론(B)과 반응하여 B2O3을 생성하는 것보다는 N2H2 플라즈마에 의해 보론의 탈리가 주로 발생하도록 하기 위한 것이다. 즉, 100∼160℃ 범위의 저온에서는 O2 플라즈마에 의한 B2O3 생성보다 N2H2 플라즈마에 의한 보론(B)의 탈리가 먼저 발생되면서 이후 O2 플라즈마에 의해 제2감광막패턴(26)이 스트립된다.
보론(B)의 탈리과정을 화학식으로 나타내면 다음과 같다. 화학식을 살펴보기에 앞서, 챔버 내부에 N2H2 가스와 O2 가스를 혼합하여 주입하면서 전기적 에너지(마이크로웨이브, RF 바이어스)를 가하면 가속된 전자의 충돌에 의하여 주입된 가스가 플라즈마 상태(양이온, 음이온, 전자, 라디칼 등)로 활성화된다. 이러한 플라즈마 상태에서 생성되는 N2H2/O2 가스의 이온 또는 라디칼 등이 감광막스트립 및 불 순물 탈리에 참여한다. 제1스텝 내지 제3스텝 진행시, 플라즈마 생성을 위해 마이크로웨이브(Microwave, MW)와 RF 바이어스(RF Bias)를 동시에 사용한다. 따라서, 1차 내지 3차 스트립 공정시 N2H2 가스는 N2H2 MW 플라즈마와 N2H2 RF 바이어스드 플라즈마(biased plasma)로 생성되어 그 역할을 수행하고, O2는 O2 MW 플라즈마와 O2 RF 바이어스드 플라즈마로 생성되어 그 역할을 수행한다.
보론(B)의 탈리과정을 자세히 살펴보기로 한다.
2B + 6H* -> B2H6(기체)
B + O*/O3 -> B2O3(고체)
B2O3 + 12H* -> B2H6(기체)+ 3H2O(기체)
화학식3에서, B는 제2감광막패턴(26) 내부에 잔류하고 있는 보론이며, H*는 N2H2 플라즈마에 포함되는 수소라디칼이다. 그리고, O*/O3는 O2 플라즈마에 포함된 것이다.
화학식3에 따르면, 제2감광막패턴(26) 내부에 잔류하고 있는 보론(B)은 H*와 반응하여 B2H6(기체)를 생성하여 휘발된다.
그리고, 제2감광막패턴(26) 내부에 잔류하고 있는 보론(B)이 O2 플라즈마에 포함된 O*나 O3와 반응하여 고체 성질의 B2O3가 생성된다고 하더라도, B2O3가 H*와 반응하여 B2H6(기체)를 생성하여 휘발된다. 여기서, B2O3와 H*의 반응부산물(by-product)인 3H2O는 기체로서 휘발된다.
참고로, O2 만을 사용한 종래기술의 감광막스트립시에는, O2에 의한 스트립보다는 감광막 내부에 주입된 보론(B)이 O2와 반응하여 고체성질의 B2O3를 생성하는 불순물산화막의 생성이 먼저 일어나 B2O3에 의해 감광막패턴의 스트립이 방해를 받는다.
따라서, 제1스텝 진행시에 N2H2 가스와 O2를 혼합한 플라즈마를 사용하여 진행하면, 제2감광막패턴(26) 내부에 잔류하고 있는 보론(B)을 외부로 탈리시키므로써 제2감광막패턴(26)의 표면에 고체성질의 B2O3이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 제1스텝 진행후에 제2스텝을 진행한다. 이때, 제2스텝은 제1스텝시보다 상대적으로 고온(200∼250℃)에서 동일한 혼합가스(N2H2 가스와 O2를 혼합)의 플라즈마를 사용하여 진행한다. 여기서, 제2스텝시 제1스텝보다 고온으로 하는 이유는, 스트립공정시에 고온(200∼250℃)에서 진행하면 제2감광막패턴(26)의 스트립이 더욱 빠르게 진행된다.
따라서, 제1스텝 진행시에는 제2감광막패턴(26)의 스트립작용보다는 보론(B)의 탈리과정이 주로 일어나고, 제2스텝 진행시에는 제1스텝에 의해 보론(B)의 탈리 가 이루어진 상태이므로 보론(B)의 탈리가 발생되면서 실질적으로 제2감광막패턴(26)의 스트립이 주로 일어난다.
마지막으로, 제2스텝 후에 제3스텝을 진행하는데, 제3스텝은 N2H2 플라즈마를 단독으로 사용하여 제2감광막패턴(26)의 스트립후에 발생되는 스트립 부산물에 잔류할 수 있는 보론(B)을 제거해준다. 따라서, 제3스텝은 제2감광막패턴(26) 스트립후 잔류하는 스트립부산물에 잔류하고 있는 보론(B)을 제거해 주는 과정이다.
상술한 바와 같은 일련의 제1스텝 내지 제3스텝에 의해 제2감광막패턴(26)이 잔류감광막없이 모두 깨끗하게 스트립된다.
전술한 일련의 방법을 통해 제2감광막패턴(26)을 스트립한 후에, 도 3e에 도시된 바와 같이, 전면에 텅스텐실리사이드(27)를 증착한 후 게이트패터닝공정을 진행하여, NMOS 영역에는 N형 도우프드 폴리실리콘으로 된 N+ 폴리게이트(24C)를 형성하고, PMOS 영역에는 P형 도우프드 폴리실리콘으로 된 P+ 폴리게이트(24D)를 형성한다.
도 4는 낮은레벨의 이온주입에너지와 높은 도즈로 보론을 이온주입한후에 N2H2/O2 혼합 플라즈마를 이용한 감광막의 스트립 과정을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 플라즈마 생성을 위해 마이크로웨이브(Microwave, MW)와 RF 바이어스(RF Bias)를 동시에 사용함에 따라 N2H2 가스는 N2H2 MW 플라즈마와 N2H2 RF 바이어스드 플라즈마(biased plasma)로 생성되어 그 역할을 수행하고, O2는 O2 MW 플라즈마와 O2 RF 바이어스드 플라즈마로 생성되어 그 역할을 수행한다.
먼저, 스트립공정시에 감광막(PR)의 표면층은 "B2O3와 PR"이 공존하고, 게이트폴리실리콘과 접촉하는 저면층은 "PR"만이 존재하며, 표면층과 저면층 사이의 중간층은 "BxHyOz와 PR"이 공존한다. 여기서, 중간층에 존재하는 BxHyOz는 플라즈마 중의 수소라디칼이 B2O3와 반응한 것으로, BxHyOz는 H*에 의해 B2O3와 동일하게 기체로 분해되어 휘발된다.
위와 같이 여러 상태로 존재하는 감광막(PR)에서, 표면층의 B2O3와 PR은 N2H2 MW 플라즈마 및 N2H2 RF 바이어스드 플라즈마에 의해 스트립되고, 중간층의 BxHyOz와 PR은 N2H2 MW 플라즈마와 O2 RF 바이어스플라즈마에 의해 스트립되며, 저면층의 PR은 O2/N2, O2 MW 플라즈마에 의해 스트립된다. 여기서, 각 층에서 B2O3와 BxHyOz는 전술한 화학식3의 원리에 의해 B2H6로 휘발된다.
그리고, PR만 존재하는 저면층은 O2/N2, O2 MW 플라즈마에 의해 스트립되는데, 통상적으로 PR이 "C"와 "H"의 중합체로 되어 있으므로 O2와 반응하여 CO2, H2O의 기체로 휘발되면서 스트립된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 감광막잔류물이 잔류하지 않는 상태(Residue free)를 도시한 사진으로서, 도 5의 결과는 제1감광막패턴 및 제2감광막 패턴 스트립 모두, 즉 제1스텝 내지 제3스텝의 순서로 스트립시, 플라즈마처리 챔버의 압력은 1700mTorr로 하고, 파워는 2000W(MW, RF 바이어스 각각)로 하며, O2의 유량은 4000sccm, N2H2의 유량은 800sccm으로 하여 관찰된 사진이다. 도 5를 살펴보면, 도 2의 종래기술과 다르게 감광막잔류물이 존재하지 않음을 알 수 있다.
즉 제1스텝 내지 제3스텝의 레시피는 다음과 같다.
제1스텝 : 1700mT/2000W/4000sccm O2/800sccm N2H2/middle
제2스텝 : 1700mT/2000W/4000sccm O2/800sccm N2H2/down
제3스텝 : 1700mT/2000W/0sccm O2/800sccm N2H2
위 스텝들에서 "middle"와 "down"은 사용하는 장비의 온도를 나타내는 것으로, "middle"은 150℃ 정도이고, "down"은 200∼250℃ 범위이다. 그리고, 제3스텝도 제2스텝과 동일한 온도에서 진행한다.
한편, As2O3, P4O6, P4O10, B2O3 등의 불순물산화막들은 수용성(Water soluble) 성질을 가지는데, 감광막스트립 공정전(특히 제1스텝 전에)에 적절한 온도의 탈이온수(Deionized water; DI Water)를 사용하여 불순물산화막을 제거하는 전처리(Pre-treatment)를 진행한다. 이상의 전처리는 '탈이온수 린스(DI water Rinse)'라고 하며, 바람직하게는 탈이온수와 오존(O3)을 혼합한 혼합용액에 딥(Dip)하여 진행한다. 여기서, 탈이온수와 오존(O3)의 혼합용액에서 용액의 온도는 25∼80℃로 하고, 오존의 첨가농도는 0∼500ppm으로 하며, 탈이온수는 'H2O'로 표시될 수 있다.
상기 탈이온수 린스 공정은 불순물 이온주입후에 감광막 스트립 장비로 이동할 때 대기중 노출(대기중의 산소와 불순물의 반응)에 의해 생성되는 As2O3, P4O6, P4O10, B2O3 등의 불순물산화막들을 제거하기 위해 적용하는 것으로, 탈이온수 린스 공정은 불순물이 이온주입된 감광막(Implanted PR) 표면을 연질화(soft)시켜 불순물산화막을 제거하게 된다.
전술한 탈이온수를 이용한 전처리 공정에 의해 후속 감광막스트립이 더욱 용이해진다.
도 6a 내지 도 6d는 DI/O3 린스의 사용유무에 따른 감광막스트립 결과를 도시한 사진이다. DI/O3 처리는 실온(room temperature, 25℃)과 80℃의 고온으로 나누어 진행하였다. 그리고, 도 6a 및 도 6b는 빔라인이온주입에 의한 듀얼폴리게이트 공정시의 감광막스트립 결과이며, 도 6c 및 도 6d는 플라즈마도핑에 의한 듀얼폴리게이트 공정시의 감광막스트립 결과이다. 그리고, EPR7[P01], ENI3[P02D]는 통상적인 O2/N2 조합을 이용한 감광막스트립 레시피를 의미한다.
도 6a에서 구분란의 전처리는 이온주입3회후, DI/O3 처리후, 1차 PR 스트립후, 2차 PR 스트립후의 상태를 나타낸다.
도 6a를 살펴보면, DI/O3 처리를 80℃의 고온으로 나누어 진행하는 경우, 그리고 실온(25℃)에서 DI/O3 처리를 진행하는 경우 모두 감광막잔류물이 발견되지 않음("Residue Free")을 알 수 있다.
도 6b에서 구분란의 전처리는 이온주입3회후(1.5E16, 보론, 빔라인이온주입), DI/O3 처리후, PR 스트립후, 세정후(CLN)의 상태를 나타낸다.
도 6b를 살펴보면, DI/O3 처리를 실온(25℃)에서 진행하는 경우와 DI/O3 처리를 진행하지 않되 감광막스트립을 4스텝(FOI 스트립퍼 사용, PR 스트립 1회)으로 진행한 경우 모두 감광막잔류물이 발견되지 않음("Residue Free")을 알 수 있다.
여기서, 감광막스트립의 4스텝은 다음과 같다.
제1스텝 : 1700mT/4000sccm O2/400sccm N2H2/Middle 5"
제2스텝 : 1700mT/2000W/4000sccm O2/400sccm N2H2/Middle 60"
제3스텝 : 1700mT/2000W/4000sccm O2/400sccm N2H2/Down 50"
4스텝 : 1700mT/2000W/0sccm O2/400sccm N2H2/Down 20"
위와 같이, 보론을 빔라인이온주입(Beamline implant) 한 경우에는 DI/O3 처리와 관계없이 감광막을 잔류물없이 스트립할 수 있다.
도 6c는 플라즈마도핑(Plasma Doping, 'PLAD' 공정이라 일컬음)의 감광막스트립결과이다. 플라즈마도핑은 보론의 이온주입을 플라즈마도핑법으로 진행한 겨우이다.
도 6c를 참조하면, 구분란의 전처리는 PLAD 공정후(2.5E16), DI/O3 처리후, 1차 PR 스트립후, 2차 PR 스트립후의 상태를 나타낸다.
도 6c의 결과를 살펴보면, DI/O3 처리를 80℃의 고온으로 나누어 진행하는 경우에는 감광막잔류물이 발견되지 않음("Residue Free")을 알 수 있으나, 실온(25℃)에서 DI/O3 처리를 진행하는 경우에는 일부 감광막잔류물이 잔류할 수 있다. 여기서, 잔류하는 감광막잔류물은 본 발명을 적용하면 해결할 수 있다.
도 6d는 플라즈마도핑('PLAD' 공정이라 일컬음)의 감광막스트립결과로서, PLAD 공정을 3.0E16의 에너지로 보론(B)을 이온주입한 경우이다. 플라즈마도핑은 보론의 이온주입을 플라즈마도핑법으로 진행한 겨우이다.
도 6d에서 구분란의 전처리는 PLAD 공정후, DI/O3 처리후, PR 스트립후, 세정후(CLN)의 상태를 나타낸다.
도 6d의 결과를 살펴보면, DI/O3 처리를 실온(25℃)에서 진행하는 경우에는 감광막잔류물이 발견되지 않음("Residue Free")을 알 수 있으나, DI/O3 처리를 생략한 경우에는 감광막잔류물이 발견되고 있다.
전술한 도 6a 내지 도 6d에 따르면, DI/O3 처리를 진행하면 감광막잔류물을 제거하는 효과가 나타나는 것을 알 수 있으며, 따라서, 이후, 본 발명의 실시예에 따른 스트립을 진행하면 감광막잔류물 없이 감광막을 스트립하는 효과가 더욱 증대됨을 알 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여 야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명은 N2H2와 O2를 혼합한 가스의 플라즈마를 이용하는 여러 스텝의 스트립을 통해 높은 도즈의 이온주입시 배리어로 사용된 감광막을 잔류물없이 스트립할 수 있으므로, 후속 공정에서의 패턴 리프팅을 감소시켜 수율을 상승시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (26)

  1. 소정 물질층 상부에 이온주입이 진행될 부분을 오픈시킨 감광막패턴을 형성하는 단계;
    상기 감광막패턴을 이온주입배리어로 하여 상기 물질층의 이온주입이 진행될 부분에 불순물을 이온주입하는 단계; 및
    적어도 N2H2를 포함한 혼합가스의 플라즈마를 이용하여 상기 감광막패턴을 스트립하는 단계를 포함하고,
    상기 스트립 단계 전에 적어도 탈이온수가 포함된 용액을 이용한 린스 처리를 진행하는 단계
    를 포함하는 감광막의 스트립 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감광막패턴을 스트립하는 단계는,
    N2H2와 O2를 혼합한 가스의 플라즈마를 이용한 제1스텝을 제1온도에서 진행하는 단계;
    N2H2와 O2를 혼합한 가스의 플라즈마를 이용한 제2스텝을 상기 제1온도보다 높은 제2온도에서 진행하는 단계; 및
    N2H2를 단독으로 사용한 플라즈마를 이용한 제3스텝을 진행하는 단계
    를 포함하는 감광막의 스트립 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1스텝의 제1온도는 100∼160℃를 사용하고, 상기 제2스텝의 제2온도는 200∼250℃를 사용하는 감광막의 스트립 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1스텝 내지 제3스텝에서,
    상기 N2H2는 4% H2와 96% N2의 함량비를 갖는 감광막의 스트립 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1스텝 및 제2스텝에서,
    상기 N2H2와 O2의 혼합시 그 비율(O2:N2H2)을 4∼6:1로 하는 감광막의 스트립 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1스텝 내지 제3스텝은,
    마이크로웨이브와 RF 바이어스를 동시에 사용하는 감광막의 스트립 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 린스 처리는,
    탈이온수와 오존의 혼합용액을 사용하는 감광막의 스트립 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탈이온수와 오존의 혼합용액의 온도를 25∼80℃로 하는 감광막의 스트립 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탈이온수와 오존의 혼합용액에서, 오존의 첨가농도를 1∼500ppm으로 하는 감광막의 스트립 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 이온주입이 진행될 소정 물질층은,
    폴리실리콘으로 형성하는 감광막의 스트립 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 폴리실리콘에 이온주입되는 불순물은,
    비소, 인 또는 보론 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 감광막의 스트립 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 불순물의 이온주입은, 빔라인이온주입 또는 플라즈마도핑으로 실시하는 감광막의 스트립 방법.
  14. 폴리실리콘 상부에 상기 폴리실리콘의 일부를 오픈시킨 제1감광막패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1감광막패턴을 이온주입배리어로 하여 상기 폴리실리콘에 제1불순물을 이온주입하는 단계;
    적어도 N2H2를 포함한 혼합가스의 플라즈마를 이용하여 상기 제1감광막패턴을 스트립하는 단계
    상기 폴리실리콘 상부에 상기 제1불순물이 이온주입된 지역을 제외한 나머지 지역을 오픈시킨 제2감광막패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2감광막패턴을 이온주입배리어로 하여 상기 폴리실리콘에 제2불순물을 이온주입하는 단계; 및
    적어도 N2H2를 포함한 혼합가스의 플라즈마를 이용하여 상기 제2감광막패턴을 스트립하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 및 제2감광막패턴의 스트립 단계 전에 각각 적어도 탈이온수가 포함된 용액을 이용한 린스 처리를 진행하는 단계
    를 포함하는 감광막의 스트립 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1,2감광막패턴을 스트립하는 단계는, 각각
    N2H2와 O2를 혼합한 가스의 플라즈마를 이용한 제1스텝을 제1온도에서 진행하는 단계;
    N2H2와 O2를 혼합한 가스의 플라즈마를 이용한 제2스텝을 상기 제1온도보다 높은 제2온도에서 진행하는 단계; 및
    N2H2를 단독으로 사용한 플라즈마를 이용한 제3스텝을 진행하는 단계
    를 포함하는 감광막의 스트립 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1스텝의 제1온도는 100∼160℃를 사용하고, 상기 제2스텝의 제2온도는 200∼250℃를 사용하는 감광막의 스트립 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1스텝 내지 제3스텝에서,
    상기 N2H2는 4% H2와 96% N2의 함량비를 갖는 감광막의 스트립 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1스텝 및 제2스텝에서,
    상기 N2H2와 O2의 혼합시 그 비율(O2:N2H2)을 4∼6:1로 하는 감광막의 스트립 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1스텝 내지 제3스텝은,
    마이크로웨이브와 RF 바이어스를 동시에 사용하는 감광막의 스트립 방법.
  20. 삭제
  21. 제14항에 있어서,
    상기 린스 처리는,
    탈이온수와 오존의 혼합용액을 사용하는 감광막의 스트립 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 탈이온수와 오존의 혼합용액의 온도를 25∼80℃로 하는 감광막의 스트립 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 탈이온수와 오존의 혼합용액에서, 오존의 첨가농도를 1∼500ppm으로 하는 감광막의 스트립 방법.
  24. 제14항에 있어서,
    상기 제1불순물은 N형 불순물이고, 상기 제2불순물은 P형 불순물을 사용하는 감광막의 스트립 방법.
  25. 제14항에 있어서,
    상기 제1불순물은 P형 불순물이고, 상기 제2불순물은 N형 불순물을 사용하는 감광막의 스트립 방법.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 제1,2불순물의 이온주입은,
    빔라인이온주입 또는 플라즈마도핑으로 실시하는 감광막의 스트립 방법.
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