KR100847831B1 - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 기판상에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 제 1 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 1 게이트 전극을 포함한 기판상에 포토레지스트막을 콘포멀(conformal)하게 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트막에 대해 이방성 식각공정을 수행하여 상기 게이트 절연막과 제 1 게이트 전극의 주변에만 포토레지스트막을 남기는 단계와, 상기 포토레지스트막에 BCM(by-product capping mask)공정을 수행함으로써 부산물(by-product)을 발생시켜 상기 제 1 게이트 전극 상에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 스페이서를 SH(Sulpuric Hydroxide) 공정으로 제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
스페이서, BCM(by-product capping mask)
Description
도 1은 종래 기술에 따라 형성된 반도체 소자의 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 순차적인 공정 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
200 : 반도체 기판
210 : 게이트 절연막
220 : 제 1 게이트 전극
221 : 제 2 게이트 전극
230 : 포토레지스트막
240 : 스페이서
250 : 콘택
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로. 특히 게이트 전극에 대해 스페이서(spacer) 형성시, BCM(by-product capping mask) 공정을 이용함으로써 제조 과정을 단순화하면서도, 설계 규칙(design rule)이 작은 소자에서도 인접한 게이트 전극 간에 콘택 형성이 수월한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따라 형성된 트랜지스터의 반도체 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 소자 분리막이 형성된 기판에 게이트 절연층을 형성하고, 게이트 절연층 상에 폴리실리콘층을 포함한 게이트 형성용 물질층을 증착한다.
이어서, 증착된 폴리실리콘층을 선택적으로 패터닝하여 게이트 전극층을 형성한다. 게이트 전극층이 형성된 반도체 기판의 전면에 Oxide(110), Nitride(120) 및 Oxide(130)으로 이루어진 ONO 적층 구조의 측벽 형성용 물질층(100)을 증착하는데, 이러한 ONO 측벽 형성용 물질층(100)을 증착하기 전에 전 세정(pre cleaning) 공정을 수행한다.
그 후, ONO 적층 구조의 측벽 형성용 물질층(100)에 대해 건식식각하여 게이트 전극층의 측벽에 스페이서를 형성할 수 있다.
전술한 방법에 의해 형성되는 게이트 전극 측벽의 ONO 스페이서는 위와 같이 여러번의 막질 공정 및 부수적인 공정을 포함하는 복잡한 공정을 진행함에 따라 생산성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 설계 규칙(design rule)이 작은 소자에서, 인접한 게이트 간에 콘택을 형성하는 과정에서 보이드(void)가 발생하는 문제로 인해 소자의 신뢰성 측면에서도 악영향을 미친다.
전술한 문제를 해결하기 위해 본 발명은, 게이트 전극에 대해 스페이 서(spacer) 형성시, BCM(by-product capping mask) 공정을 이용함으로써 제조 과정을 단순화하면서도, 설계 규칙(design rule)이 작은 소자에서도 인접한 게이트 전극 간에 콘택 형성이 수월한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 반도체 기판상에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 제 1 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 1 게이트 전극을 포함한 기판상에 포토레지스트막을 콘포멀(conformal)하게 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트막에 대해 이방성 식각공정을 수행하여 상기 게이트 절연막과 제 1 게이트 전극의 주변에만 포토레지스트막을 남기는 단계와, 상기 포토레지스트막에 BCM(by-product capping mask)공정을 수행함으로써 부산물(by-product)을 발생시켜 상기 제 1 게이트 전극 상에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 스페이서를 SH(Sulpuric Hydroxide) 공정으로 제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에서, 상기 스페이서 제거 공정 후에, 상기 제 1 게이트 전극과 상기 제 1 게이트 전극에 인접한 제 2 게이트 전극 사이에 콘택을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 이방성 식각공정의 공정조건은, 50 ~ 70 mtorr의 분위기 압력에서, 700 ~ 900 W의 전압을 인가하며, 70 ~ 90 sccm 유량의 CF4가스, 100 ~ 140 sccm 유량의 Ar가스 및 8 ~ 12 sccm 유량의 O2가스를 주입한다.
본 발명에서, 상기 부산물은 폴리머 부산물이고, 상기 폴리머 부산물을 이용 한 상기 BCM 공정은 20mT ~ 40mT의 분위기 압력에서, 500 ~ 900W의 전압을 인가하고, 10 ~ 20 sccm 유량의 C5F8가스, 3 ~ 7 sccm 유량의 CH2F4가스, 50 ~ 90sccm 유량의 Ar가스 및 0 ~ 5 sccm 유량의 O2가스를 주입하여 10초 ~ 60초 동안 수행한다.
본 발명에서, 상기 SH 공정은 120 ~ 130℃의 온도에서, H2SO4 : H2O2 = 5 ~ 7 : 1 비율의 가스를 주입하여 10 ~ 30분 동안 수행한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 자세히 설명한다.
본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘(Si)의 반도체 기판(200)에 대해 통상적인 방법으로 열 산화 공정을 수행하여 SiO2를 성장시켜 제 1 게이트 절연막(210)을 형성한다.
이어서, 게이트 절연막(210)을 포함한 기판(200)상에 게이트 전극을 위한 도전층을 적층하고, 포토레지스트 패턴(미도시)을 이용하여 게이트 전극을 위한 도전층에 대해 식각함으로써 게이트 절연막(210) 상의 일부 영역에 제 1 게이트 전극(220)을 형성한다.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 게이트 전극(220)을 포함한 기판(200) 전면에 포토레지스트막(230)을 콘포멀(conformal)하게 형성한다. 이러한 포토레지스트막(230)을 이용하여 후속의 BCM(by-product capping mask) 공정을 수행함으로써 스페이서(240)를 형성할 수 있다. 따라서, 종래에 통상적으로 스페이서를 형성하기 위하여 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 증착 공정을 수행하고, 증착 전에 전 세정(pre cleaning) 등의 많은 공정을 진행함에 따른 생산성 저하의 문제를 개선할 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트막(230)에 대해 반응이온식각(RIE)을 포함하는 이방성 식각공정을 수행하여 게이트 절연막(210)과 제 1 게이트 전극(220)의 주변에만 포토레지스트막(230)을 남게 한다. 여기서, 이방성 식각공정의 공정조건은, 50 ~ 70 mtorr의 분위기 압력에서, 700 ~ 900 W의 전압을 인가하며, 70 ~ 90 sccm 유량의 CF4가스, 100 ~ 140 sccm 유량의 Ar가스 및 8 ~ 12 sccm 유량의 O2가스를 주입하는 것이 적합하다.
이어서, 위와 같이 게이트 절연막(210)과 제 1 게이트 전극(220)의 주변에만 남은 포토레지스트막(230)에 대해 BCM(by-product capping mask)공정을 수행함으로써 부산물(by-product)을 발생시켜 제 1 게이트 전극(220) 상에 부산물로 이루어진 스페이서(240)를 형성할 수 있다. 이때, 전술한 바와 같은 부산물은 폴리머 부산물이고, 이러한 폴리머 부산물을 이용한 BCM 공정의 공정 조건은, 20mT ~ 40mT의 분위기 압력에서, 500 ~ 900W의 전압을 인가하고, 10 ~ 20 sccm 유량의 C5F8가스, 3 ~ 7 sccm 유량의 CH2F4가스, 50 ~ 90sccm 유량의 Ar가스 및 0 ~ 5 sccm 유량의 O2가스를 주입하여 10초 ~ 60초 동안 수행하는 것이 바람직하다.
따라서, 위와 같은 BCM 공정을 이용하여 스페이서(240)를 형성함으로써 이전 에 언급했듯이, 스페이서를 형성하기 위한 제조 과정을 보다 단순화할 수 있어 생산성을 향상시키는데 효율적이다.
이어서, 전술한 바와 같은 방법에 의해 형성된 스페이서(240)를 이용하여 후속의 이온주입공정을 이용하는 소스/드레인 접합층 및 살리사이드층을 형성하는 공정을 수행할 수 있다.
다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제 1 게이트 전극(220) 상에 형성된 스페이서(240)를 SH(Sulpuric Hydroxide) 공정으로 제거한다. 이때, SH 공정은 120 ~ 130℃의 온도에서, H2SO4 : H2O2 = 5 ~ 7 : 1 비율의 가스를 주입하여 10 ~ 30분 동안 수행할 수 있다. 즉, 스페이서(240)를 제거함으로써, 설계 규칙(design rule)이 작은 소자에서도 후속의 콘택(contact)을 형성하기 위한 공정 시 보이드(void)의 문제가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 스페이서(240) 제거 공정 후에, 제 1 게이트 전극(220)과 제 1 게이트 전극(220)에 인접한 제 2 게이트 전극(221) 사이에 소정의 금속 물질이 충진된 콘택(250)을 형성할 수 있다.
지금까지 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거 나 수정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 게이트 전극에 대해 스페이서(spacer) 형성시, 종래의 ONO의 측벽 형성용 물질을 이용한 것과는 다르게 게이트 전극 상에 포토레지스트막을 형성하고 포토레지스트막에 대해 BCM(by-product capping mask) 공정을 수행함으로써 스페이서를 형성하기 위한 제조 과정을 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 위와 같은 스페이서를 콘택을 형성하는 공정 전에 제거함으로써 설계 규칙(design rule)이 작은 소자에서도 인접한 게이트 간에 콘택을 형성하는 과정에서 발생할 수 있는 보이드(void) 문제를 억제하여 소자의 신뢰성 측면에서도 효과적이다.
Claims (5)
- 반도체 기판상에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 제 1 게이트 전극을 형성하는 단계와,상기 제 1 게이트 전극을 포함한 기판상에 포토레지스트막을 콘포멀(conformal)하게 형성하는 단계와,상기 포토레지스트막에 대해 이방성 식각공정을 수행하여 상기 게이트 절연막과 제 1 게이트 전극의 주변에만 포토레지스트막을 남기는 단계와,상기 포토레지스트막에 BCM(by-product capping mask)공정을 수행함으로써 부산물(by-product)을 발생시켜 상기 제 1 게이트 전극 상에 스페이서를 형성하는 단계와,상기 스페이서를 SH(Sulpuric Hydroxide) 공정으로 제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 스페이서 제거 공정 후에, 상기 제 1 게이트 전극과 상기 제 1 게이트 전극에 인접한 제 2 게이트 전극 사이에 콘택을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 이방성 식각공정의 공정조건은, 50 ~ 70 mtorr의 분위기 압력에서, 700 ~ 900 W의 전압을 인가하며, 70 ~ 90 sccm 유량의 CF4가스, 100 ~ 140 sccm 유량의 Ar가스 및 8 ~ 12 sccm 유량의 O2가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 부산물은 폴리머 부산물이고, 상기 폴리머 부산물을 이용한 상기 BCM 공정은 20mT ~ 40mT의 분위기 압력에서, 500 ~ 900W의 전압을 인가하고, 10 ~ 20 sccm 유량의 C5F8가스, 3 ~ 7 sccm 유량의 CH2F4가스, 50 ~ 90sccm 유량의 Ar가스 및 0 ~ 5 sccm 유량의 O2가스를 주입하여 10초 ~ 60초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 SH 공정은 120 ~ 130℃의 온도에서, H2SO4 : H2O2 = 5 ~ 7 : 1 비율의 가스를 주입하여 10 ~ 30분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20020085072A (ko) * | 2001-05-04 | 2002-11-16 | 삼성전자 주식회사 | 게이트 스페이서 구조체 및 그 형성방법 |
| JP2005116753A (ja) | 2003-10-07 | 2005-04-28 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| KR20060030717A (ko) * | 2004-10-06 | 2006-04-11 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자의 제조 방법 |
| KR20060134190A (ko) * | 2004-03-31 | 2006-12-27 | 어드밴스드 마이크로 디바이시즈, 인코포레이티드 | 측벽 스페이서 제조 방법 |
-
2006
- 2006-12-29 KR KR1020060137305A patent/KR100847831B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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