KR100835432B1 - 반도체 제조 장치에서의 소자 분리 방법 - Google Patents
반도체 제조 장치에서의 소자 분리 방법 Download PDFInfo
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- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 장치에서의 소자 분리 방법에 관한 것으로, 반도체 소자 상부에 산화막을 이용한 하드마스크 패턴을 형성한 후 하드마스크 패턴에 의한 상기 반도체 소자의 오픈 영역에 포스포러스 도핑을 실시하고, 화학적 건식 식각 처리를 수행함으로써 POCl3(Phosphorus Oxychloride) 주입시 손상을 받을 수 있는 실리콘 표면의 손상을 완화시키며, 반도체 소자의 소자분리영역에 필드산화막을 형성한 후 이온주입에 의해 필드산화막에 의해 정의된 활성영역의 기판내에 웰을 형성하고, 게이트산화막 및 도전물질을 순차 증착한 후 패터닝하여 게이트전극을 형성하며, 게이트전극 측벽에 절연막 스페이서를 형성한 후 게이트전극과 절연막 스페이서를 이온주입 마스크로 사용하여 반도체 소자의 노출된 활성영역에 고농도 불순물 이온매몰층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, POCl3 형성시 발생할 수 있는 기판의 손상을 방지함으로써, 후속 공정 진행을 용이하게 하며, LOCOS를 사용하는 제품의 전기적 특성 저하를 방지할 수 있다.
포스포러스 도핑(phosphorous doping), 딥 웰(deep well)
Description
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 진행되는 반도체 제조 장치에서의 소자 분리 과정의 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 반도체 소자 12 : 하드마스크 패턴
14 : 포스포러스 도핑 영역 16 : 필드 산화막
18 : 웰 20 : 게이트 산화막
22 : 폴리실리콘 24 : 절연막 스페이서
본 발명은 반도체 제조 장치에서의 소자 분리 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 표면의 손상(damage)을 완화시키는데 적합한 반도체 제조 장치에서의 소자 분리 방법에 관한 것이다.
반도체 장치가 고집적화 됨에 따라 각각의 셀은 미세해져 내부의 전계 강도가 증가된다. 이러한 전계 강도의 증가는 소자 동작시 드레인 부근의 공핍층에서 채널영역의 캐리어를 가속시켜 게이트 산화막으로 주입시키는 핫-캐리어 효과(hot-carrier effect)를 일으킨다. 게이트 산화막에 주입된 캐리어는 반도체 기판과 게이트 산화막의 계면에 준위를 생성시켜 문턱전압(threshold voltage : VTH)을 변화시키거나 상호 컨덕턴스를 저하시켜 소자 특성을 저하시킨다. 그러므로 핫-캐리어 효과에 의한 소자 특성의 저하를 감소시키기 위해 LDD 등과 같이 드레인 구조를 변화시킨 구조를 사용하여야 한다.
이와 같은 LDD 구조를 포함하는 전형적인 반도체 장치의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 딥(deep) N+ 웰(well) 구조를 형성하기 위하여 산화막을 이용한 하드마스크 패턴을 형성한 후, 고온의 퍼니스(furnace) 공정을 통해 오픈 영역에 POCl3(Phosphorus Oxychloride) 가스를 주입함으로써 포스포러스 도핑(phosphorous doping)시킨다.
이후, 반도체 소자의 소자분리영역에 일반적인 LOCOS(local oxidation of silicon) 공정을 통해 약 3600Å정도 두께의 필드산화막을 형성한 후, 이온주입에 의해 상기 필드산화막에 의해 정의된 활성영역의 기판내 웰을 형성한다.
다음에 기판 상에 게이트산화막을 약 70Å정도의 두께로 형성하고, 그 상부에 게이트전극 형성을 위한 도전물질로서, 예컨대 폴리실리콘을 약 2000Å정도의 두께로 증착한다.
이후, 폴리실리콘층 및 게이트산화막을 사진식각공정을 통해 소정의 게이트패턴으로 패터닝하여 게이트전극을 형성한다.
이어서, 기판 전면에 절연층으로서, 예컨대 LTO(low temperature oxide)를 증착한 후, 이를 에치백하여 게이트전극 측벽에 절연막 스페이서를 형성한다.
이때, 측벽 스페이서는 게이트전극을 주변으로부터 절연시키는 동시에, 후속되는 소스/드레인의 고농도 불순물 확산영역을 형성하기 위한 이온주입마스크로 이용된다.
그리고 게이트 패턴과 측벽 스페이서를 이온주입 마스크로 사용하여 반도체 소자의 노출된 활성영역에 n형의 불순물 이온들을 고농도로 이온 주입하여 소스 및 드레인 영역으로 이용되는 고농도 불순물 이온매몰층을 형성한다. 이때, 고농도 불순물 이온매몰층은 저농도 불순물 이온매몰층과 대부분 중첩되고, 다만, 측벽 스페이서 하부에서는 저농도 불순물 이온매몰층만 존재한다.
끝으로, 저농도 불순물 이온매몰층과 고농도 불순물 이온매몰층이 형성된 기판에 어닐링 등의 열공정을 실시하여 소스/드레인 졍션을 형성하기 위한 불순물 이온들을 확산시켜 저농도 불순물 확산영역과 고농도 불순물 확산영역을 형성한다.
이후, PMD 및 배선공정 등을 통하여 로직 공정을 완료한다.
이상과 같은 공정에서는, POCl3 주입시 POCl3의 농도를 제어하기가 어렵다는 문제가 있다. POCl3 공정에 이상이 있을 경우에는 후속 공정인 패드 산화 공정에서 산화막질이 제대로 형성되지 않는데, 이와 같은 원인은 POCl3 주입 공정시 반도체 소자에 손상을 유발하기 때문이다.
손상에 의한 산화막질의 이상 현상은 모트 패턴 식각 후에도 여전히 존재하 게 되며, LOCOS 형성 후 전기적 특성을 더욱 악화시킨다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 딥 N+ 웰 형성을 위하여 POCl3(Phosphorus Oxychloride)를 도핑하는 지역에서 발생할 수 있는 손상에 의한 산화막질의 이상 현상을 방지할 수 있는 반도체 제조 장치에서의 소자 분리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, LOCOS 형성시 발생할 수 있는 전기적 특성 저하를 방지할 수 있는 반도체 제조 장치에서의 소자 분리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 반도체 소자 상부에 산화막을 이용한 하드마스크 패턴을 형성한 후 상기 하드마스크 패턴에 의한 상기 반도체 소자의 오픈 영역에 포스포러스 도핑을 실시하는 단계와, 화학적 건식 식각 처리를 수행함으로써 실리콘 표면의 손상을 완화시키는 단계와, 상기 반도체 소자의 소자분리영역에 필드산화막을 형성한 후 이온주입에 의해 상기 필드산화막에 의해 정의된 활성영역의 기판내에 웰을 형성하는 단계와, 게이트산화막 및 도전물질을 순차 증착한 후 패터닝하여 게이트전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트전극 측벽에 절연막 스페이서를 형성한 후 상기 게이트전극과 절연막 스페이서를 이온주입 마스크로 사용하여 반도체 소자의 노출된 활성영역에 고농도 불순물 이온매몰층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 제조 장치에서의 소자 분리 방법을 제공 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조 장치에서의 소자 분리 방법을 설명하는 공정 순서 단면도이다.
먼저, 도 1a에 도시한 바와 같이, 딥(deep) N+ 웰(well) 구조를 형성하기 위하여 반도체 소자(10) 상부에 산화막을 이용한 하드마스크 패턴(12)을 형성한 후, 고온의 퍼니스(furnace) 공정을 통해 오픈 영역에 POCl3(Phosphorus Oxychloride) 가스를 주입함으로써 포스포러스 도핑(phosphorous doping) 영역(14)을 형성한다.
이때, 본 실시예에서는 화학적 건식 식각(Chemical Dry Etch : CDE) 처리를 수행함으로써, POCl3 주입시 손상을 받을 수 있는 실리콘 표면의 손상을 완화시키는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 처리 공정으로 인해, 본 실시예에서는 후속되는 산화 공정시에 산화막질의 형성을 향상시킴으로써, 패드 산화막, LOCOS(local oxidation of silicon) 후에 발생할 수 있는 산화막질의 저하를 방지하여 전기적 특성을 향상시킨다.
이후, 반도체 소자(10)의 소자분리영역에 LOCOS 공정을 통해 약 3600Å정도 두께의 필드산화막(16)을 형성한 후, 이온주입에 의해 상기 필드산화막(16)에 의해 정의된 활성영역의 기판내에 웰(18)을 형성한다.
다음에, 도 1c에 도시한 바와 같이, 기판 상에 게이트산화막(20)을 약 70Å 정도의 두께로 형성하고, 그 상부에 게이트전극 형성을 위한 도전물질로서, 예컨대 폴리실리콘(22)을 약 2000Å정도의 두께로 증착한다.
이후, 폴리실리콘(22) 및 게이트산화막(20)을 사진식각공정을 통해 소정의 게이트패턴으로 패터닝하여 게이트전극을 형성한다.
이어서, 기판 전면에 절연층으로서, 예컨대 LTO(low temperature oxide)를 증착한 후, 이를 에치백하여 게이트전극 측벽에 절연막 스페이서(24)를 형성한다.
이때, 절연막 스페이서(24)는 게이트전극을 주변으로부터 절연시키는 동시에, 후속되는 소스/드레인의 고농도 불순물 확산영역을 형성하기 위한 이온주입마스크로 이용된다.
그리고 게이트 패턴과 절연막 스페이서(24)를 이온주입 마스크로 사용하여 반도체 소자의 노출된 활성영역에 n형의 불순물 이온들을 고농도로 이온 주입하여 소스 및 드레인 영역으로 이용되는 고농도 불순물 이온매몰층을 형성한다. 이때, 고농도 불순물 이온매몰층은 저농도 불순물 이온매몰층과 대부분 중첩되고, 다만, 절연막 스페이서(24) 하부에서는 저농도 불순물 이온매몰층만 존재한다.
끝으로, 저농도 불순물 이온매몰층과 고농도 불순물 이온매몰층이 형성된 기판에 어닐링 등의 열공정을 실시하여 소스/드레인 졍션을 형성하기 위한 불순물 이온들을 확산시켜 저농도 불순물 확산영역과 고농도 불순물 확산영역을 형성한다.
이후, PMD 및 배선공정 등을 통하여 로직 공정을 완료한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 화학적 건식 식각(Chemical Dry Etch : CDE) 처리를 수행함으로써, POCl3 주입시 손상을 받을 수 있는 실리콘 표면의 손상을 완화시키도록 구현한 것이다.
본 발명에 의하면, POCl3 형성시 발생할 수 있는 기판의 손상을 방지함으로써, 후속 공정 진행을 용이하게 하며, LOCOS를 사용하는 제품의 전기적 특성 저하를 방지할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.
Claims (3)
- 반도체 소자 상부에 산화막을 이용한 하드마스크 패턴을 형성한 후 상기 하드마스크 패턴에 의한 상기 반도체 소자의 오픈 영역에 포스포러스 도핑을 실시하는 단계와,화학적 건식 식각 처리를 수행함으로써 실리콘 표면의 손상을 완화시키는 단계와,상기 반도체 소자의 소자분리영역에 필드산화막을 형성한 후 이온주입에 의해 상기 필드산화막에 의해 정의된 활성영역의 기판내에 웰을 형성하는 단계와,게이트산화막 및 도전물질을 순차 증착한 후 패터닝하여 게이트전극을 형성하는 단계와,상기 게이트전극 측벽에 절연막 스페이서를 형성한 후 상기 게이트전극과 절연막 스페이서를 이온주입 마스크로 사용하여 반도체 소자의 노출된 활성영역에 고농도 불순물 이온매몰층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 제조 장치에서의 소자 분리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 포스포러스 도핑은, 상기 오픈 영역에 POCl3(Phosphorus Oxychloride) 가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치에서의 소자 분리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 방법은, LOCOS 공정이 적용되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치에서의 소자 분리 방법.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20120417 Year of fee payment: 5 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |