KR100908820B1 - Plasma doping method and manufacturing method of semiconductor device using same - Google Patents

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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

플라즈마 도핑 방법 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법{METHOD FOR PLASMA DOPING AND METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}Plasma doping method and manufacturing method of semiconductor device using same {METHOD FOR PLASMA DOPING AND METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}

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 gate insulating film 100 is formed on a substrate 11 having an NMOS region and a PMOS region. The substrate 11 may be a semiconductor (silicon) substrate on which a DRAM process is performed, and may include an isolation layer and a well. In addition, the gate insulating film 100 may have a stacked structure of the gate oxide film 12A and the gate nitride oxide film 12B.

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 gate insulating film 100 may be formed by first forming an oxide film on the substrate 11 and nitriding the surface of the oxide film. When the gate insulating film 100 is formed by stacking the gate oxide film 12A and the gate nitride oxide film 12B, impurities used during subsequent ion implantation penetrate the gate insulating film 100 than when a single layer of the gate oxide film 12A is formed. As a result, penetration into the lower substrate 11 can be prevented.

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 nitride oxide film 12B may be performed by any one selected from the group consisting of furnace nitridation, plasma nitridation, and rapid thermal nitridation.

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-type polysilicon layer 13 is formed on the gate nitride oxide film 12B. The N-type polysilicon layer 13 may be a polysilicon layer doped with N-type impurities (arsenic or phosphorus) in-situ.

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 photosensitive film pattern 14 is formed on the N-type polysilicon layer 13 in the NMOS region. The photoresist pattern 14 may be formed by coating a photoresist on the N-type polysilicon layer 13 and patterning the photoresist to remain on the N-type polysilicon layer 13 in the NMOS region by exposure and development.

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-type polysilicon layer 13 in the PMOS region with the photoresist pattern 14 as a barrier.

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 photoresist pattern 14 used as a barrier layer, and may be 2 to more than the required dose. Start with a dose that is as low as three wins and gradually increase to the required dose. For example, when the dose required is -E11 / mm, it can be carried out by gradually increasing the dose in the order of E9 / mm, E10 / mm and E11 / mm. This is because when the doping is performed with many doses at once, the photoresist pattern 14 is damaged by ion bombardment or the like, and outgassing occurs. This is because the gas can be prevented.

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-type polysilicon layer 13 to P-type. When the first plasma doping is gradually performed to raise the dose, the photoresist pattern 14 is instantaneously high. Defect can be outgassed to prevent the plasma from shaking.

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-type polysilicon layer 13 in the PMOS region. The second plasma doping is for converting the N-type polysilicon layer 13 to the P-type polysilicon layer 13A. The second plasma doping is performed at a higher dose than the first plasma doping, but the doping dose and energy are different. This can be done twice or three times.

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 thin deposition layer 15 on the photosensitive film pattern 14 and the P-type polysilicon layer 13A at the same time as doping, using BF 3 and B 2 H 6 gas, Low energy of 1KV-7KV and 30% -50% of total dose can be performed.

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 deposition layer 15 formed through the first plasma doping is formed to a thickness of 20 μs to 100 μs and serves as a barrier, it is possible to dop with higher energy and dose than the first plasma doping in the subsequent secondary and tertiary plasma doping. Do.

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-type polysilicon film 13A by performing the first plasma doping with a low energy of 1 KV to 7 KV. For example, the dopants of the dopants have a form in which many dopants are concentrated on the deposition layer 15, such as 'P 1 ', and the distribution ratio of the dopants decreases as the P-type polysilicon film 13A is lowered.

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-type polysilicon layer 13A, using the same gas as the primary plasma doping, and having a higher dose and higher energy than the first plasma doping. However, it can be performed with an energy of 8 to 20 KV and 50% to 70% of the total doping dose. The total doping dose through the second plasma doping may be 1.0E15 to 1.0E17 atoms / cm 2 .

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 deposition layer 15 in FIG. 4D, impurities may be prevented from penetrating into the gate insulating film 100 even when plasma doping with higher dose and higher energy than primary plasma doping is performed.

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-type polysilicon layer 13A is changed from P 1 to P 2 due to the secondary and tertiary plasma doping. That is, since the deposition layer 15 can act as a barrier and can be doped with higher energy than the first plasma doping, the distribution of impurities is more impurity inside P 1 to P-type polysilicon layer 13A concentrated on the surface. This distribution changes to P 2 .

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 photoresist pattern 14 is removed. The photosensitive film pattern 14 may be removed by a strip process and a cleaning process using oxygen plasma. In addition, since the deposition layer formed on the photoresist pattern 14 and the P-type polysilicon layer 13A is thin, it does not affect the stripping of the photoresist pattern 14.

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-type polysilicon layer 13A, such as P 2 , the dopant loss is reduced even when the photosensitive film pattern 14 is stripped and cleaned. It can be minimized.

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 gate insulating film 100 are patterned.

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-type polysilicon electrode 13C in the PMOS region can be formed.

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.

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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 photosensitive film pattern 15 deposition layer

100 : 게이트절연막100: gate insulating film

Claims (12)

도핑영역을 구비하는 기판을 준비하는 단계;Preparing a substrate having a doped region; 상기 도핑영역 상에 감광막패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern on the doped region; 상기 감광막패턴을 배리어로 하여 상기 도핑영역에 제1플라즈마 도핑을 실시하되, 요구되는 도즈보다 낮은 도즈에서 시작하여 상기 요구되는 도즈까지 점차적으로 높아지도록 하여 실시하는 단계; 및Applying 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 상기 도핑영역에 상기 제1플라즈마도핑보다 높은 도즈로 제2플라즈마 도핑을 실시하는 단계Applying a second plasma doping to the doped region with a higher dose than the first plasma doping; 를 포함하는 플라즈마 도핑 방법.Plasma doping method comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2플라즈마도핑은 항상 플라즈마 분위기를 유지하는 챔버내에서 진행하며, 상기 플라즈마 분위기는 Ar 또는 Ar/H2의 혼합가스를 이용한 플라즈마를 사용하여 형성하는 플라즈마 도핑 방법.The first and second plasma doping are always performed in a chamber maintaining a plasma atmosphere, wherein the plasma atmosphere is formed by using a plasma using a mixed gas of Ar or Ar / H 2 . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1플라즈마 도핑은 3∼5초 동안 실시하며, 상기 요구되는 도즈보다 2 ∼3승 낮은 도즈에서 시작하여 상기 요구되는 도즈까지 점차적으로 높아지도록 실시하는 플라즈마 도핑 방법.Wherein the first plasma doping is performed for 3 to 5 seconds, starting at a dose two to three times lower than the desired dose and gradually increasing to the desired dose. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2플라즈마 도핑은 도핑 도즈 및 에너지가 서로 다르게 하여 2회 또는 3회로 나누어 실시하는 플라즈마 도핑 방법.The second plasma doping method is performed by dividing the doping dose and energy differently twice or three times. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제2플라즈마 도핑은,The second plasma doping, 1∼7KV의 에너지와 총 도핑도즈의 30%∼50%로 하여 1차 플라즈마 도핑을 실시하는 단계;Performing primary plasma doping with an energy of 1-7 KV and 30% -50% of the total doping dose; 8∼20KV의 에너지와 총 도핑도즈의 50%∼70%로 하여 2차 및 3차 플라즈마 도핑을 실시하는 단계Performing secondary and tertiary plasma doping with energy of 8-20KV and 50% -70% of total doping dose 를 포함하는 플라즈마 도핑 방법.Plasma doping method comprising a. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 총 도핑도즈는 1.0E15∼1.0E17 atoms/cm2인 플라즈마 도핑 방법.Wherein the total doping dose is 1.0E15 to 1.0E17 atoms / cm 2 . 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 1차 플라즈마 도핑을 실시하여 상기 도핑영역 상에 20Å∼100Å의 증착층을 형성하는 플라즈마 도핑 방법.And performing a first plasma doping to form a deposition layer having a thickness of 20 GPa to 100 GPa on the doped region. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2플라즈마도핑은 얕은 접합 또는 컨버티드 구조의 듀얼 폴리실리콘 게이트를 형성하기 위해 실시하는 플라즈마 도핑 방법.Wherein said first and second plasma doping are performed to form dual polysilicon gates of shallow junction or converted structure. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2플라즈마도핑을 실시하는 단계 이후에,After the step of performing the second plasma doping, 상기 감광막패턴을 제거하는 단계; 및Removing the photoresist pattern; And 불순물의 활성화를 위한 활성화 어닐 단계Activation annealing step for activation of impurities 를 더 포함하는 플라즈마 도핑 방법.Plasma doping method further comprising. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 PMOS 영역이고, 상기 도핑영역은 N형 폴리실리콘층을 포함하는 플라즈마 도핑 방법.Wherein said substrate is a PMOS region and said doped region comprises an N-type polysilicon layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도핑영역은 N형 폴리실리콘층을 포함하고, 상기 제1 및 제2플라즈마 도핑은 P형 불순물을 도핑하는 플라즈마 도핑 방법.Wherein the doped region includes an N-type polysilicon layer, and the first and second plasma doping dopants to form a P-type impurity. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 P형 불순물은 BF3 및 B2H6를 사용하는 플라즈마 도핑 방법.The P-type impurity is a plasma doping method using BF 3 and B 2 H 6 .
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