KR100908820B1 - Plasma doping method and manufacturing method of semiconductor device using same - Google Patents
Plasma doping method and manufacturing method of semiconductor device using same Download PDFInfo
- Publication number
- KR100908820B1 KR100908820B1 KR1020070111102A KR20070111102A KR100908820B1 KR 100908820 B1 KR100908820 B1 KR 100908820B1 KR 1020070111102 A KR1020070111102 A KR 1020070111102A KR 20070111102 A KR20070111102 A KR 20070111102A KR 100908820 B1 KR100908820 B1 KR 100908820B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- plasma doping
- plasma
- dose
- doping
- doped region
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 9
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 34
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 30
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 8
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 4
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 abstract description 10
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 33
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 5
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 4
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
- H01L21/223—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase
- H01L21/2236—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase from or into a plasma phase
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32412—Plasma immersion ion implantation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
본 발명은 플라즈마 도핑시에 플라즈마의 안정화, 감광막의 아웃개싱 방지 및 도펀트 손실을 방지할 수 있는 플라즈마 도핑 방법 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 도핑영역을 구비하는 기판을 준비하는 단계; 상기 도핑영역 상에 감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막패턴을 배리어로 하여 상기 도핑영역에 제1플라즈마 도핑을 실시하되, 요구되는 도즈보다 낮은 도즈에서 시작하여 상기 요구되는 도즈까지 점차적으로 높아지도록 하여 실시하는 단계; 및 상기 도핑영역에 상기 제1플라즈마도핑보다 높은 도즈로 제2플라즈마 도핑을 실시하는 단계를 포함하며, 챔버를 항상 플라즈마 형태로 유지함으로써 플라즈마를 안정화할 수 있고, 낮은 도즈의 에너지로 제1플라즈마 도핑을 실시함으로써 감광막의 아웃개싱을 방지할 수 있으며, 다른 도즈 및 다른 에너지로 2회 및 3회 나누어 제2플라즈마 도핑을 실시함으로써 감광막 제거시 도펀트 손실을 방지할 수 있어서 전기적 특성을 안정화 및 개선할 수 있는 효과가 있다.The present invention is to provide a plasma doping method that can stabilize the plasma during plasma doping, prevent outgassing of the photoresist and prevent dopant loss, and a method of manufacturing a semiconductor device using the same. step; Forming a photoresist pattern on the doped region; Applying a first plasma doping to the doped region using the photoresist pattern as a barrier, starting from a dose lower than the desired dose and gradually increasing the dose to the required dose; And performing a second plasma doping to the doped region with a higher dose than the first plasma doping, and thereby stabilizing the plasma by keeping the chamber in a plasma form at all times, and doping the first plasma with low dose energy. Outgassing of the photoresist film can be prevented, and second plasma doping by dividing twice and three times with different doses and different energy can prevent dopant loss when removing the photoresist film, thereby stabilizing and improving electrical characteristics. It has an effect.
플라즈마 도핑, 아웃개싱, 감광막, 폴리실리콘 Plasma doping, outgassing, photoresist, polysilicon
Description
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 플라즈마 도핑 방법 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a plasma doping method and a method of manufacturing a semiconductor device using the same.
반도체 소자가 축소화됨에 따라 얕은 접합(Shallow Junction), P+ 추가 이온주입(Add Implant) 및 컨버티드 구조(Converted Scheme)의 듀얼 폴리실리콘 게이트(Dual Polysilicon Gate) 공정 등에서 낮은 에너지(Low Energy)와 높은 도즈(High Dose)를 필요로 하는 불순물 도핑공정이 필요시 되고 있다. As semiconductor devices shrink, low energy and high doses in shallow junctions, P + additional implants, and dual polysilicon gate processes in converted schemes There is a need for an impurity doping process that requires a high dose.
이를 위해, 불순물 도핑공정으로 현재 플라즈마 도핑(Plasma Doping)을 실시하고 있다. 플라즈마 도핑은 빔라인 이온주입(Beam Line Implant)에 비해 높은 도즈의 공정이 가능하기 때문에 양산성을 확보할 수 있다. To this end, plasma doping is currently performed as an impurity doping process. Plasma doping can yield higher doses than the beam line ion implants, thereby ensuring mass productivity.
그러나, 플라즈마 도핑의 경우 챔버(Chamber)에서 플라즈마를 이용하여 직접 도핑을 실시하기 때문에 플라즈마가 안정화, 즉 챔버 분위기의 안정화가 필요시 된 다. 챔버 분위기의 안정화를 위해 컨디셔닝 웨이퍼(Conditioning Wafer)를 실시하고 있으나, 충분하지 않은 경우 웨이퍼에 따라 도핑 농도가 서로 달라서 전기적 특성이 틀어지는 문제점이 있다. However, in the case of plasma doping, since plasma is directly doped by using plasma in the chamber, the plasma needs to be stabilized, that is, the chamber atmosphere needs to be stabilized. Conditioning wafers are carried out to stabilize the chamber atmosphere, but when they are not sufficient, there is a problem in that electrical characteristics are changed due to different doping concentrations depending on the wafers.
도 1은 플라즈마가 안정화되지 못하여 생기는 문제점을 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing a problem caused by the inability to stabilize the plasma.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 더미(lot)의 진행 슬롯(slot)별 문턱전압의 변화를 알 수 있다. 웨이퍼 번호가 증가할수록 문턱전압(Vt)이 낮아짐을 알 수 있다. 이는, 플라즈마 도핑시 런(Run)이 진행된 후 아이들타임(Idle time)이 존재할 때 웨이퍼 더미의 첫장의 경우 플라즈마가 안정화되지 못하여 플라즈마가 안정화된 후속 웨이퍼보다 문턱전압이 떨어지는 것이다. Referring to FIG. 1, it can be seen that the threshold voltage of each slot of the wafer dummy slot changes. As the wafer number increases, the threshold voltage Vt decreases. This is because when the plasma is doped, when the idle time exists after the run, the threshold voltage is lower than that of the subsequent wafer where the plasma is not stabilized because the plasma is not stabilized in the first sheet of the wafer pile.
또한, 플라즈마 도핑은 한 순간에 많은 양의 이온을 주입하기 때문에 배리어막으로 쓰이는 감광막에서 아웃개싱(Out gasing)이 발생하게 되고, 이로 인해 도핑 초기에는 플라즈마가 흔들리면서 도핑농도가 달라지는 문제점이 있다.In addition, since plasma doping injects a large amount of ions at a time, outgasing occurs in the photoresist film used as a barrier film, which causes a problem that the doping concentration is changed while the plasma is shaken at the beginning of the doping.
또 다른 문제점으로, 플라즈마 도핑은 이온을 가속화시켜서 주입하는 빔라인 이온주입과 달리 플래튼(Platen)에 바이어스(Bias)를 걸기 때문에 평균이온주입거리(Rp)를 갖지 못하고 대부분의 도펀트가 표면에 도핑되며, 후속 감광막 스트립공정에 의해 70%이상의 도펀트 손실(Dopant Loss)이 야기되는 문제점이 있으며, 이를 해결하기 위해 도핑 도즈(Doping Dose)를 증가시키더라도 잔류 도즈(Retain dose)는 포화(Saturation)되는 문제점이 있다.Another problem is that plasma doping does not have an average ion implantation distance (Rp) because most of the dopants are doped on the surface, unlike the beamline ion implantation, which accelerates and injects ions, thereby biasing the platen. In addition, there is a problem that dopant loss of 70% or more is caused by a subsequent photoresist film strip process, and to solve this problem, the residual dose is saturated even if the doping dose is increased. There is this.
도 2는 도즈양의 변화 및 깊이에 따른 농도 분포를 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing the concentration distribution according to the change and depth of the dose amount.
도 2를 참조하면, 도즈가 1.0E17, 1.2E17, 1.5E17로 점차 증가하고 있으나, 보론의 농도 변화는 거의 없는 것을 알 수 있다. 즉, 감광막 스트립공정에 의한 도펀트 손실을 해결하기 위해 도핑 도즈를 증가시키더라도 잔류 도즈는 거의 동일함을 알 수 있다.Referring to Figure 2, the dose is gradually increased to 1.0E17, 1.2E17, 1.5E17, it can be seen that there is little change in the concentration of boron. That is, even if the doping dose is increased to solve the dopant loss caused by the photoresist strip process, it can be seen that the residual dose is almost the same.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 플라즈마 도핑시에 플라즈마의 안정화, 감광막의 아웃개싱 방지 및 도펀트 손실을 방지할 수 있는 플라즈마 도핑 방법 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and provides a plasma doping method and a method of manufacturing a semiconductor device using the same, which can prevent stabilization of plasma, prevent outgassing of photoresist, and dopant loss during plasma doping. Its purpose is to.
상기 목적을 달성하기 위한 반도체소자의 제조 방법은 도핑영역을 구비하는 기판을 준비하는 단계; 상기 도핑영역 상에 감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막패턴을 배리어로 하여 상기 도핑영역에 제1플라즈마 도핑을 실시하되, 요구되는 도즈보다 낮은 도즈에서 시작하여 상기 요구되는 도즈까지 점차적으로 높아지도록 하여 실시하는 단계; 및 상기 도핑영역에 상기 제1플라즈마도핑보다 높은 도즈로 제2플라즈마 도핑을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A semiconductor device manufacturing method for achieving the above object comprises the steps of preparing a substrate having a doped region; Forming a photoresist pattern on the doped region; Applying a first plasma doping to the doped region using the photoresist pattern as a barrier, starting from a dose lower than the desired dose and gradually increasing the dose to the required dose; And subjecting the doped region to a second plasma doping at a higher dose than the first plasma doping.
상술한 본 발명에 의한 플라즈마 도핑 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법은 챔버를 항상 플라즈마 형태로 유지함으로써 플라즈마를 안정화할 수 있고, 점차적으로 도즈가 높아지도록 제1플라즈마 도핑을 실시함으로써 감광막의 아웃개싱을 방지할 수 있으며, 다른 도즈 및 다른 에너지로 2회 및 3회 나누어 제2플라즈마 도핑을 실시함으로써 감광막 제거시 도펀트 손실을 방지할 수 있어서 전기적 특성을 안정화 및 개선할 수 있는 효과가 있다.In the above-described plasma doping and a method of manufacturing a semiconductor device using the same, the plasma can be stabilized by keeping the chamber in a plasma form at all times, and the outgassing of the photosensitive film is performed by first plasma doping so that the dose is gradually increased. The second plasma doping may be performed by dividing twice and three times with different doses and different energies to prevent dopant loss when removing the photoresist, thereby stabilizing and improving electrical characteristics.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 3은 플라즈마 도핑이 실시되는 챔버를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a chamber in which plasma doping is performed.
도 3을 참조하면, 플라즈마 도핑이 실시되는 챔버는 가스입구(Gas inlet), 가스조절장치(Gas Baffle), RF코일(RF Coils), 플래튼(Platen) 및 패러데이컵(Faraday Cup)으로 구성되어 있다. Referring to FIG. 3, a chamber in which plasma doping is performed is composed of a gas inlet, a gas baffle, an RF coil, a platen, and a Faraday Cup. have.
플라즈마 도핑을 실시하기 위해 챔버 내에 웨이퍼(기판)를 로딩하여 플래튼에 장착한 후, 가스입구로 도핑을 실시하기 위한 가스를 주입하고, RF 코일에 전압을 인가함으로써 플라즈마(Plasma)를 생성하며, 생성된 플라즈마는 플래튼에 걸린 바이어스(Bias)에 의해 웨이퍼 쪽으로 이동하게 된다. 이때, 도핑되는 종류 및 양 등을 패러데이컵에서 검사하여 도핑량을 조절한다. After loading the wafer (substrate) into the platen in the chamber to perform the plasma doping, injecting gas for doping into the gas inlet, and applying a voltage to the RF coil to generate a plasma (Plasma), The generated plasma is moved toward the wafer by a bias applied to the platen. At this time, by checking the type and amount of the doping in the Faraday cup to adjust the amount of doping.
특히, Ar 또는 Ar/H2의 혼합가스를 이용한 플라즈마를 형성하여 챔버를 항상 플라즈마 형태로 유지시킨다. 이는, 플라즈마를 생성하기 위한 런(Run) 상태에서 플라즈마가 안정화될 때까지의 시간(Idle time)에는 불안정한 플라즈마에 의해 웨이퍼 내에 불순물의 도핑되는 정도가 좋지 않으며, 이를 위해 실시되는 컨디셔닝(Conditioning)의 경우 적정의 컨디셔닝을 찾기 어려울 뿐 아니라, 처리 량(Throughput)을 저해하는 요소가 되기 때문에 컨디셔닝을 진행하지 않고도 플라즈마를 안정할 수 있도록 하기 위함이다. In particular, the plasma is formed using a mixture of Ar or Ar / H 2 to maintain the chamber in a plasma form at all times. This is because the doping of impurities in the wafer by the unstable plasma is not good at the time until the plasma is stabilized in the run state for generating the plasma. In this case, it is not only difficult to find a proper conditioning, but also to inhibit the throughput, so that the plasma can be stabilized without conditioning.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정 단면도이다.4A to 4F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 4a에 도시된 바와 같이, NMOS영역과 PMOS영역을 갖는 기판(11) 상에 게이트절연막(100)을 형성한다. 기판(11)은 DRAM공정이 진행되는 반도체(실리콘) 기판일 수 있고, 소자분리막과 웰(Well)을 포함할 수 있다. 또한, 게이트절연막(100)은 게이트산화막(12A)과 게이트질화산화막(12B)의 적층구조일 수 있다. As shown in FIG. 4A, a
게이트절연막(100)은 먼저, 기판(11) 상에 산화막을 형성하고, 산화막의 표면을 질화시킴으로써 형성할 수 있다. 게이트산화막(12A)과 게이트질화산화막(12B)을 적층하여 게이트절연막(100)을 형성하면 게이트산화막(12A)의 단층으로 형성할 때보다 후속 이온주입시 사용되는 불순물이 게이트절연막(100)을 관통하여 하부의 기판(11)으로 침투(Penetration)되는 것을 방지할 수 있다.The
게이트질화산화막(12B)을 형성하기 위한 질화공정은 퍼니스 질화(Furnace nitridation), 플라즈마 질화(Plasma nitridation) 및 급속열 질화(Rapid Thermal nitridation)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 실시할 수 있다.The nitriding process for forming the gate
도 4b에 도시된 바와 같이, 게이트질화산화막(12B) 상에 N형 폴리실리콘층(13)을 형성한다. N형 폴리실리콘층(13)은 인시튜(In-Situ)로 N형 불순물(비소 또는 인)이 도핑된 폴리실리콘층일 수 있다. As shown in FIG. 4B, an N-
이어서, NMOS영역의 N형 폴리실리콘층(13) 상에 감광막패턴(14)을 형성한다. 감광막패턴(14)은 N형 폴리실리콘층(13) 상에 감광막을 코팅하고 노광 및 현상으로 NMOS영역의 N형 폴리실리콘층(13) 상에 잔류하도록 패터닝하여 형성할 수 있다. Subsequently, the
도 4c에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(14)을 배리어로 PMOS영역의 N형 폴리실리콘층(13)에 제1플라즈마 도핑을 실시한다. As shown in FIG. 4C, the first plasma doping is performed on the N-
제1플라즈마 도핑은 3초∼5초동안 실시할 수 있는데, 제1플라즈마 도핑은 배리어층으로 사용되는 감광막패턴(14)의 아웃개싱(Out Gassing)을 방지하기 위한 것으로, 요구되는 도즈보다 2∼3승 정도 낮은 도즈에서 시작하여 요구되는 도즈까지 점차적으로 높아지도록 실시한다. 예컨대, 요구되는 도즈가 ∼E11/㎲인 경우 E9/㎲, E10/㎲ 및 E11/㎲의 순으로 점차적으로 도즈를 증가시켜 실시할 수 있다. 이는, 한번에 많은 도즈로 도핑이 실시되는 경우 이온 충격 등에 의해 감광막패턴(14)이 손상되어 아웃개싱이 발생하는데, 점차적으로 도즈를 올려서 순간적으로 발생하는 이온 충격을 줄임으로써 감광막패턴(14)의 아웃개싱을 방지할 수 있기 때문이다. The first plasma doping may be performed for 3 to 5 seconds. The first plasma doping is to prevent outgassing of the
즉, N형 폴리실리콘층(13)을 P형으로 컨버티드 시키기 위해 높은 도즈를 실시하게 되는데, 점차적으로 도즈를 올리는 제1플라즈마 도핑을 실시하게 되면 순간적으로 높은 도즈로 인해 감광막패턴(14)이 손상(Defect)되면서 아웃개싱되어 플라즈마가 흔들리는 것을 방지할 수 있다.That is, high dose is applied to convert the N-
제1플라즈마 도핑은 P형 불순물을 사용하여 실시할 수 있고, P형 불순물로 BF3 및 B2H6를 사용할 수 있다. The first plasma doping may be performed using P-type impurities, and BF 3 and B 2 H 6 may be used as P-type impurities.
도 4d에 도시된 바와 같이, PMOS영역의 N형 폴리실리콘층(13)에 제2플라즈마 도핑을 실시한다. 제2플라즈마 도핑은 N형 폴리실리콘층(13)을 P형 폴리실리콘층(13A)으로 컨버티드(Convered)시키기 위한 것으로, 제1플라즈마 도핑보다 높은 도즈로 실시하되, 도핑 도즈 및 에너지가 서로 다르게 2회 또는 3회로 나누어 실시할 수 있다. As shown in Fig. 4D, the second plasma doping is performed on the N-
먼저, 1차 플라즈마 도핑은 도핑과 동시에 감광막패턴(14) 및 P형 폴리실리콘층(13A) 상에 얇은 증착층(15)을 형성하기 위한 것으로, BF3 및 B2H6 가스를 사용하고, 1KV∼7KV의 낮은 에너지,총 도즈량의 30%∼50%으로 실시할 수 있다. First, the first plasma doping is to form a
1차 플라즈마 도핑을 통해 형성된 증착층(15)은 20Å∼100Å의 두께로 형성되고, 배리어 역할을 하기 때문에 후속 2차 및 3차 플라즈마 도핑시 1차 플라즈마 도핑보다 더 높은 에너지와 도즈로 도핑이 가능하다. Since the
1차 플라즈마 도핑을 1KV∼7KV의 낮은 에너지로 실시함으로써 대부분의 도펀트들은 P형 폴리실리콘막(13A)의 표면에 분포한다. 예컨대, 도펀트들의 도핑 프로파일은 'P1'과 같이 증착층(15) 쪽에 많은 도펀트가 집중되고, P형 폴리실리콘막(13A) 내부로 내려갈수록 도펀트의 분포율이 떨어지는 형태를 갖는다.Most of the dopants are distributed on the surface of the P-
이어서, 도 4e에 도시된 바와 같이, 2차 및 3차 플라즈마 도핑을 실시한다. 2차 및 3차 플라즈마 도핑은 P형 폴리실리콘층(13A) 내에 불순물의 도핑프로파일을 개선하기 위한 것으로, 1차 플라즈마 도핑와 동일한 가스를 사용하고, 1차 플라즈 마 도핑보다 높은 도즈, 높은 에너지로 실시하되 8∼20KV의 에너지와, 총 도핑도즈의 50%∼70%로 실시할 수 있다. 제2 플라즈마 도핑을 통한 총 도핑도즈는 1.0E15∼1.0E17 atoms/cm2일 수 있다.Subsequently, secondary and tertiary plasma doping are performed as shown in FIG. 4E. Secondary and tertiary plasma doping is to improve the doping profile of impurities in the P-
또한, 도 4d에서 증착층(15)을 형성함으로써 1차 플라즈마 도핑보다 높은 도즈, 높은 에너지로 플라즈마 도핑을 실시하여도 게이트절연막(100)에 불순물이 침투되는 것을 방지할 수 있다. In addition, by forming the
위와 같이, 2차 및 3차 플라즈마도핑으로 인해 P형 폴리실리콘층(13A)의 도핑프로파일은 P1 에서 P2 로 바뀐다. 즉, 증착층(15)이 배리어 역할을 함으로써 1차 플라즈마 도핑보다 더 높은 에너지로 도핑이 가능하기 때문에 불순물의 분포는 표면에 집중되는 P1에서 P형 폴리실리콘층(13A) 내부에 더 많은 불순물이 분포하는 P2로 바뀐다.As described above, the doping profile of the P-
도 4f에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(14)를 제거한다. 감광막패턴(14)은 산소플라즈마를 이용한 스트립공정 및 세정공정으로 제거할 수 있다. 또한, 감광막패턴(14) 및 P형 폴리실리콘층(13A) 상에 형성된 증착층은 그 두께가 얇기 때문에 감광막패턴(14)의 스트립시 영향을 미치지 않는다. As shown in FIG. 4F, the
특히, 불순물의 도핑 프로파일이 P2와 같이, P형 폴리실리콘층(13A)의 내부에 더 많은 불순물이 분포되어 있기 때문에 감광막패턴(14)의 스트립공정 및 세정공정을 실시하여도 도펀트의 손실을 최소화할 수 있다. In particular, since more impurities are distributed in the P-
이어서, 도 4f에 도시된 바와 같이, N형 및 P형 폴리실리콘층(13, 13A)에 활 성화 어닐을 실시한다. 활성화 어닐은 도핑된 불순물을 활성화시키기 위한 것으로, 스파이크급속어닐(Spike-Rapid Thermal Annealing:S-RTA) 또는 컨벤셔널급속어닐(Conventional RTA:C-RTA)을 사용할 수 있고, 스파이크급속어닐을 실시하면 컨벤셔널급속어닐보다 보다 빠른 램프업속도(Ramp up rate)로 더 높은 온도까지 승온시켜서 짧은 시간동안 어닐할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 4F, activation annealing is performed on the N-type and P-type polysilicon layers 13 and 13A. Activation annealing is for activating doped impurities. Spike-Rapid Thermal Annealing (S-RTA) or Conventional RTA (C-RTA) can be used. It can be annealed for a short time by heating up to a higher temperature at a faster ramp up rate than conventional rapid annealing.
도 4e에 도시된 바와 같이, N형 및 P형 폴리실리콘층(13, 13A) 및 게이트절연막(100)을 패터닝한다. As shown in FIG. 4E, the N-type and P-type polysilicon layers 13 and 13A and the
패터닝을 실시하기 전에 N형 및 P형 폴리실리콘층(13, 13A) 상에 게이트의 저항을 낮추기 위해 텅스텐층 또는 텅스텐실리사이드층을 형성할 수 있고, 패터닝시 하드마스크 역할을 위한 하드마스크질화막을 형성할 수 있다.Before patterning, a tungsten layer or a tungsten silicide layer may be formed on the N-type and P-type polysilicon layers 13 and 13A to reduce the resistance of the gate, and a hard mask nitride film may be formed to serve as a hard mask during patterning. can do.
패터닝을 실시함으로써 NMOS영역에는 N형 폴리실리콘전극(13B), PMOS영역에는 P형 폴리실리콘전극(13C)을 갖는 듀얼 폴리실리콘 게이트를 형성할 수 있다. By patterning, dual polysilicon gates having an N-type polysilicon electrode 13B in the NMOS region and a P-
도 5a 및 도 5b는 제1플라즈마 도핑의 유무를 비교하기 위한 그래프이다.5A and 5B are graphs for comparing presence or absence of first plasma doping.
도 5a를 참조하면, 제1플라즈마 도핑을 실시하지 않았을 때 감광막패턴의 아웃개싱으로 인해 플라즈마가 흔들리는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5A, it can be seen that the plasma is shaken due to the outgassing of the photoresist pattern when the first plasma doping is not performed.
이에 반해, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1플라즈마 도핑을 3초∼5초 동안 실시하게 되면 감광막패턴의 아웃개싱을 줄일 수 있기 때문에 플라즈마가 흔들리는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 제2플라즈마 도핑 후를 나타내는 그래프이다.On the contrary, as shown in FIG. 5B, when the first plasma doping is performed for 3 seconds to 5 seconds, the outgassing of the photoresist pattern may be reduced, thereby preventing the plasma from shaking.
6 is a graph showing after the second plasma doping.
삭제delete
도 6을 참조하면, 1차 플라즈마 도핑보다 2차 플라즈마 도핑을 실시한 후 불순물의 분포가 폴리실리콘층 내부에 더 많아진 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that more impurities are distributed in the polysilicon layer after the second plasma doping than the first plasma doping.
한편, 본 발명의 실시예는 듀얼 폴리실리콘 게이트 형성공정에 대해 설명하고 있으나, 플라즈마 안정화, 감광막패턴의 아웃개싱 방지 및 감광막패턴 제거시 도펀트 손실을 방지하기 위한 본 공정은 듀얼 폴리실리콘 게이트 형성공정 외에 얕은 접합(Shallow Junction) 또는 P형 추가 이온주입시에도 적용가능하다.Meanwhile, although the embodiment of the present invention has been described with respect to the dual polysilicon gate forming process, the present process for stabilizing plasma, preventing outgassing of the photoresist pattern, and preventing dopant loss when removing the photoresist pattern is performed in addition to the dual polysilicon gate formation process. It is also applicable to shallow junctions or P-type implantation.
이렇듯, 본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.As such, although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 플라즈마가 안정화되지 못하여 생기는 문제점을 나타내는 그래프,1 is a graph showing a problem caused by the plasma is not stabilized,
도 2는 도즈양의 변화 및 깊이에 따른 농도 분포를 나타내는 그래프,2 is a graph showing the concentration distribution according to the change and depth of the dose amount;
도 3은 플라즈마 도핑이 실시되는 챔버를 나타내는 도면,3 is a view showing a chamber in which plasma doping is performed;
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정 단면도,4A to 4F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention;
도 5a 및 도 5b는 제1플라즈마 도핑의 유무를 비교하기 위한 그래프,5a and 5b is a graph for comparing the presence or absence of the first plasma doping,
도 6은 제2플라즈마 도핑 후를 나타내는 그래프.6 is a graph showing after the second plasma doping.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
11 : 기판 13 : N형 폴리실리콘층11: substrate 13: N-type polysilicon layer
14 : 감광막패턴 15 : 증착층14
100 : 게이트절연막100: gate insulating film
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070111102A KR100908820B1 (en) | 2007-11-01 | 2007-11-01 | Plasma doping method and manufacturing method of semiconductor device using same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070111102A KR100908820B1 (en) | 2007-11-01 | 2007-11-01 | Plasma doping method and manufacturing method of semiconductor device using same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090044838A KR20090044838A (en) | 2009-05-07 |
KR100908820B1 true KR100908820B1 (en) | 2009-07-21 |
Family
ID=40855338
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070111102A KR100908820B1 (en) | 2007-11-01 | 2007-11-01 | Plasma doping method and manufacturing method of semiconductor device using same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100908820B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11189533B2 (en) | 2018-09-13 | 2021-11-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Wafer quality inspection method and apparatus, and semiconductor device manufacturing method including the wafer quality inspection method |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117059509B (en) * | 2023-10-11 | 2024-02-06 | 粤芯半导体技术股份有限公司 | Method for improving ion implantation monitoring stability |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005093518A (en) | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Control method and apparatus of dopant introduction |
KR100659148B1 (en) | 2005-10-05 | 2006-12-19 | 삼성전자주식회사 | Method of plasma doping a substrate with ions and apparatus for plasma doping a substrate using the same |
KR20070086048A (en) * | 2004-12-13 | 2007-08-27 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | Plasma doping method |
-
2007
- 2007-11-01 KR KR1020070111102A patent/KR100908820B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005093518A (en) | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Control method and apparatus of dopant introduction |
KR20070086048A (en) * | 2004-12-13 | 2007-08-27 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | Plasma doping method |
KR100659148B1 (en) | 2005-10-05 | 2006-12-19 | 삼성전자주식회사 | Method of plasma doping a substrate with ions and apparatus for plasma doping a substrate using the same |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11189533B2 (en) | 2018-09-13 | 2021-11-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Wafer quality inspection method and apparatus, and semiconductor device manufacturing method including the wafer quality inspection method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20090044838A (en) | 2009-05-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100568859B1 (en) | Method for manufacturing transistor of dynamic random access memory semiconductor | |
US6855605B2 (en) | Semiconductor device with selectable gate thickness and method of manufacturing such devices | |
KR100942961B1 (en) | Method for fabricating semiconductor device with columnar polysilicon gate electrode | |
US20130023104A1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
TW201601221A (en) | Conversion process utilized for manufacturing advanced 3D features for semiconductor device applications | |
WO2012033574A2 (en) | Methods to adjust threshold voltage in semiconductor devices | |
US20070287275A1 (en) | Method for fabricating doped polysilicon lines | |
KR100378688B1 (en) | manufacturing method for semiconductor device | |
KR100908820B1 (en) | Plasma doping method and manufacturing method of semiconductor device using same | |
US20090321797A1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
US7276408B2 (en) | Reduction of dopant loss in a gate structure | |
KR100703835B1 (en) | Semiconductor device with dual polysilicon gate to prevent polysilicon depletion effect and method for manufacturing the same | |
KR20080050750A (en) | Method for forming oxide pattern and patterning method of semiconductor device | |
KR100840684B1 (en) | method for manufacturing of semiconductor device | |
KR100753136B1 (en) | Semiconductor device with dual polysilicon gate and method for manufacturing the same | |
KR100798790B1 (en) | Method for forming semiconductor device | |
KR100613286B1 (en) | A manufacturing method of semiconductor device using the epitaxial process | |
KR101132298B1 (en) | Method for forming gate of semiconductor device | |
KR100810071B1 (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
KR20020028476A (en) | Method for manufacturing pmos device with high-dielectric constant gate dielectric | |
KR20080087269A (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
KR20070106161A (en) | Method for fabricating the same of semiconductor device in dual poly gate | |
KR100504945B1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
KR20090114995A (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
KR20050067822A (en) | Method of manufacturing a semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |