KR102521976B1 - doping method of substrate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 도핑 방법을 개시한다. 그의 방법은, 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 타깃 물질을 제공하는 단계와, 상기 타깃 물질에 레이저 빔을 제공하여 상기 타깃 물질의 도전성 불순물을 기판 내에 주입하는 단계를 포함한다. The present invention discloses a method for doping a substrate. The method includes providing a substrate, providing a target material on the substrate, and providing a laser beam to the target material to implant conductive impurities of the target material into the substrate.
Description
본 발명은 반도체 제조방법에 관한 것으로 상세하게는 도전성 불순물을 기판에 주입하는 기판 도핑 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor manufacturing method, and more particularly, to a substrate doping method for implanting conductive impurities into a substrate.
일반적인 반도체 도핑 방법으로 이온 임플란테이션 방법과 플라즈마이온 도핑 방법은 가장 일반화된 방법들이다. 먼저, 이온 임플란테이션 방법은 불순물 가스를 가속하여 기판에 주입하는 방법이다. 다음, 플라즈마 이온 임플란테이션 방법은 불순물 가스를 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마의 이온들을 기판에 주입하는 방법이다. 그러나, 이와 같은 불순물 가스는 맹독성을 가질 수 있다. 또한, 고비용의 불순물 가스는 낮은 생산성을 가질 수 있다.As general semiconductor doping methods, the ion implantation method and the plasma ion doping method are the most general methods. First, the ion implantation method is a method of accelerating and implanting an impurity gas into a substrate. Next, the plasma ion implantation method is a method of implanting impurity gas ions of electron cyclotron resonance (ECR) plasma into a substrate. However, such an impurity gas may be highly toxic. In addition, high-cost impurity gases may have low productivity.
본 발명의 다른 과제는 도전성 불순물을 고체 상태로 주입할 수 있는 기판 도핑 방법을 제공한다.Another object of the present invention is to provide a substrate doping method capable of implanting conductive impurities in a solid state.
또한, 본 발명의 다른 과제는 높은 생산성을 갖는 기판 도핑 방법을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a substrate doping method having high productivity.
본 발명은 기판 도핑 방법을 개시한다. 그의 방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 타깃 물질을 제공하는 단계; 및 상기 타깃 물질에 레이저 빔을 제공하여 상기 타깃 물질의 도전성 불순물을 기판 내에 주입하는 단계를 포함한다. The present invention discloses a method for doping a substrate. His method includes providing a substrate; providing a target material on the substrate; and injecting conductive impurities of the target material into the substrate by providing a laser beam to the target material.
본 발명의 일 예에 따른 기판 도핑 방법은, 기판을 제공하는 단계; 및 상기 기판 내에 도전성 불순물을 주입하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 도전성 불순물을 주입하는 단계는 상기 도전성 불순물을 갖는 고체의 타깃 물질에 레이저 빔을 제공하여 상기 타깃 물질로부터 방출되는 상기 도전성 불순물을 상기 기판 내에 주입하는 것을 포함한다.A substrate doping method according to an example of the present invention includes providing a substrate; and implanting conductive impurities into the substrate. Here, the implanting of the conductive impurities includes providing a laser beam to a solid target material having the conductive impurities to implant the conductive impurities emitted from the target material into the substrate.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 기판 도핑 방법은 고체 상태의 타깃 물질에 레이저 빔을 제공하여 타깃 물질로부터 방출되는 도전성 불순물을 기판 내에 주입할 수 있다. 고체 상태의 타깃 물질은 고 비용의 불순물 가스보다 높은 생산성을 가질 수 있다. As described above, in the substrate doping method according to embodiments of the present invention, conductive impurities emitted from the target material may be implanted into the substrate by providing a laser beam to the target material in a solid state. A target material in a solid state may have a higher productivity than an expensive impurity gas.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 기판 도핑 방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 기판 도핑 방법에 따른 기판의 공정 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 레이저 빔의 도즈에 따른 도전성 불순물의 깊이 프로파일을 보여주는 도면들이다.
도 6은 도 4의 타깃 물질의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 6의 레이저 빔의 이동에 따른 제 1 내지 제 4 도전성 불순물들의 방출 과정을 보여주는 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 2 내지 도 3의 기판 도핑 방법의 일 예를 보여주는 공정 단면도이다.
도 9는 도 8a 내지 도 8d의 기판 도핑 방법으로 형성되는 반도체 소자를 보여주는 회로도 이다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 기판 도핑 방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 11 내지 도 13은 도 10의 기판 도핑 방법의 일 예를 공정 단면도들이다.
도 14 내지 도 16은 도 10의 기판 도핑 방법 일 예를 공정 단면도들이다.1 is a flow chart showing a substrate doping method according to an example of the present invention.
2 to 4 are cross-sectional views of a substrate process according to the substrate doping method of FIG. 1 .
5A to 5C are diagrams showing depth profiles of conductive impurities according to the dose of the laser beam of FIG. 4 .
6 is a view showing an example of the target material of FIG. 4 .
FIG. 7 is a diagram showing a process of releasing first to fourth conductive impurities according to the movement of the laser beam of FIG. 6 .
8A to 8D are process cross-sectional views showing an example of the substrate doping method of FIGS. 2 to 3 .
9 is a circuit diagram showing a semiconductor device formed by the substrate doping method of FIGS. 8A to 8D.
10 is a flow chart showing a substrate doping method according to an example of the present invention.
11 to 13 are process cross-sectional views of an example of the substrate doping method of FIG. 10 .
14 to 16 are process cross-sectional views of an example of the substrate doping method of FIG. 10 .
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in different forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 명세서에서 레이저 빔, 전자 빔, 폭, 파장, 광축, 위상, 간섭, 스팟 사이즈, 단면은 광학 분야에서 주로 사용되는 의미로 이해될 수 있을 것이다. 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. Terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, the terms "comprises" and/or "comprising" mean that a stated component, step, operation and/or device excludes the presence or addition of one or more other components, steps, operations and/or elements. I never do that. Also, in the specification, a laser beam, an electron beam, a width, a wavelength, an optical axis, a phase, an interference, a spot size, and a cross section may be understood as meanings mainly used in the field of optics. Since it is according to a preferred embodiment, reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 기판 도핑 방법을 보여준다. 도 2 내지 도 4는 도 1의 기판 도핑 방법에 따른 기판(10)의 공정 단면도들이다.1 shows a substrate doping method according to an example of the present invention. 2 to 4 are cross-sectional views of a
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판((10)을 제공한다(S10). 마스크 패턴(20)은 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 기판(10)은 주입(doping) 영역(12)과 차단(closed) 영역(14)을 가질 수 있다. 주입 영역(12)은 도전성 불순물(도 4의 36)이 주입되는 영역일 수 있다. 주입 영역(12)의 기판(10)의 상부 면은 마스크 패턴(20)으로부터 노출될 수 있다. 차단 영역(14)은 마스크 패턴(20)이 실질적으로 형성되는 영역일 수 있다. 차단 영역(14)의 기판(10)의 상부 면은 마스크 패턴(20)에 의해 차폐(shielded)될 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2 , a
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 기판(10) 내에 도전성 불순물(36)을 주입한다(S20). 도전성 불순물(36)의 주입 단계(S20)는 기판(10) 상에 타깃(30)을 제공하는 단계(S22)와 타깃(30) 상에 레이저 빔(42)을 제공하는 단계(S24)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1, 3, and 4 ,
도 1 및 도 3을 참조하면, 타깃(30)은 기판(10) 상에 제공될 수 있다(S22). 타깃(30)은 기판(10) 상에 이격하여 배치될 수 있다. 타깃(30)은 지지 부(32)와 제 1 타깃 물질(34)을 포함할 수 있다. 지지 부(32)는 윈도우(33)를 가질 수 있다. 제 1 타깃 물질(34)은 윈도우(33) 내에 배치될 수 있다. 지지 부(32)는 제 1 타깃 물질(34)을 고정할 수 있다. 예를 들어, 타깃 물질(34)은 불순물 가스와 달리 고체 상태를 가질 수 있다. 고체 상태의 타깃 물질(34)은 고 비용의 불순물 가스보다 높은 생산성을 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 제 1 타깃 물질(34)은 주입 영역(12) 상에 정렬될 수 있다. 제 1 타깃 물질(34)은 약 수백 내지 수천 nm의 두께를 가질 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 3 , the
도 1 및 도 4를 참조하면, 레이저 장치(40)는 레이저 빔(42)을 타깃(30) 상으로 제공할 수 있다(S24). 예를 들어, 레이저 장치(40)는 펨토초 고출력 레이저 장치 또는 피코초 고출력 레이저 장치를 포함할 수 있다. 제 1 타깃 물질(34)은 전자들(35)과 도전성 불순물(36)을 타깃(30)과 기판(10) 사이에 방출할 수 있다. 도전성 불순물(36)은 제 1 타깃 물질(34)의 분자들 또는 원자들간의 결합력을 끊고, 기판(10)으로 제공될 수 있다. 도전성 불순물(36)은 전자들(35)의 기판(10)으로 가속될 수 있다. 이는 Target-Normal Acceleration 모델에 의해 설명될 수 있다. 도전성 불순물(36)은 양의 전하를 가질 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 4 , the
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 레이저 빔(42)의 도즈에 따른 도전성 불순물(36)의 깊이 프로파일을 보여준다.5A to 5C show the depth profile of the
도 4 및 도 5a를 참조하면, 레이저 빔(42)의 도즈가 일정하면, 도전성 불순물(36)은 기판(10)의 표면에서부터 일정 깊이까지 일정한 농도로 주입될 수 있다. 예를 들어, 도전성 불순물(36)은 평탄한 프로파일(16)을 가질 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5A , when the dose of the
도 4 및 도 5b를 참조하면, 레이저 빔(42)의 도즈가 점진적으로 줄어들면, 도전성 불순물(36)의 농도는 기판(10)의 표면에서부터 일정 깊이까지 점진적으로 감소할 수 있다. 이와 달리, 레이저 빔(42)의 도즈가 점진적으로 증가하면, 도전성 불순물(36)의 농도는 기판(10)의 표면에서부터 일정 깊이까지 점진적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, 도전성 불순물(36)은 비스듬하게 기울어진 프로파일(17)을 가질 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5B , when the dose of the
도 4 및 도 5c를 참조하면, 레이저 빔(42)의 도즈가 높고 짧은 시간 내에 제공되면, 도전성 불순물(36)은 기판(10)의 일정 깊이에 높은 농도로 주입될 수 있다. 예를 들어, 도전성 불순물(36)은 피크 프로파일(18)을 가질 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5C , when the
도 6은 도 4의 제 1 타깃 물질(34)의 일 예를 보여준다.FIG. 6 shows an example of the
도 6을 참조하면, 제 1 타깃 물질(34)은 도전성 불순물(36)의 종류별로 복수개의 영역들로 형성될 수 있다. 일 예에 따르면, 제 1 타깃 물질(34)은 제 1 내지 제 4 영역들(34a-34d)을 가질 수 있다. 제 1 내지 제 4 영역들(34a-34d)은 제 1 내지 제 4 도전성 불순물들(36a-36d)을 각각 포함(contain)할 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 4 도전성 불순물들(36a-36d)은 인, 보론, 탄소, 및 양성자를 각각 포함할 수 있다. 레이저 장치(40)는 제 1 내지 제 4 영역들(34a-34d)의 각각에 대해 동일한 도즈의 레이저 빔(42)을 제공할 수 있다. 이와 달리, 레이저 빔(42)은 제 1 내지 제 4 영역들(34a-34d)의 각각에 대해 서로 다른 도즈로 제공될 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
도 7은 도 6의 레이저 빔(42)의 이동에 따른 제 1 내지 제 4 도전성 불순물들(36a-36d)의 방출 과정을 보여준다.FIG. 7 shows the emission process of the first to fourth
도 7을 참조하면, 레이저 빔(42)이 제 1 내지 제 4 영역들(34a-34d)에 순차적으로 제공되면, 제 1 내지 제 4 도전성 불순물들(36a-36d)은 개별적으로 방출될 수 있다. Referring to FIG. 7 , when a
도 8a 내지 도 8d는 도 2 내지 도 3의 기판 도핑 방법의 일 예를 보여준다. 도 9는 도 8a 내지 도 8d의 기판 도핑 방법으로 형성되는 반도체 소자를 보여주는 회로도 이다.8a to 8d show an example of the substrate doping method of FIGS. 2 to 3 . 9 is a circuit diagram showing a semiconductor device formed by the substrate doping method of FIGS. 8A to 8D.
도 8a 및 도 9를 참조하면, 게이트 절연막(19)은 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 제 1 마스크 패턴(22)은 게이트 절연막(19) 상에 형성될 수 있다. 제 1 마스크 패턴(22)은 게이트 절연막(19)을 일부 노출할 수 있다. 제 1 도전성 불순물(36a)은 게이트 절연막(19)을 통과하여 기판(10) 내에 주입될 수 있다. 제 1 도전성 불순물(36a)은 제 1 마스크 패턴(22)을 따라 기판(10) 내에 제 1 도전성 불순물 영역들(52)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 도전성 불순물 영역들(52)은 NMOS 트랜지스터(62a)의 소스와 드레인을 각각 포함할 수 있다. 이후, 제 1 마스크 패턴(22)은 제거될 수 있다.Referring to FIGS. 8A and 9 , a
도 8b 및 도 9를 참조하면, 제 2 마스크 패턴(24)은 게이트 절연막(19) 상에 형성될 수 있다. 제 2 도전성 불순물(36b)은 기판(10) 내에 주입될 수 있다. 제 2 도전성 불순물(36b)은 제 2 마스크 패턴(24)을 따라 기판(10) 내에 제 2 도전성 불순물 영역들(54)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 2 도전성 불순물 영역들(54)은 PMOS 트랜지스터(64a)의 소스와 드레인을 각각 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 8B and 9 , the
도 8c를 참조하면, 제 2 마스크 패턴(24)은 제거될 수 있다.Referring to FIG. 8C , the
도 8d 및 도 9를 참조하면, 층간 절연막(56)은 게이트 절연막(19) 상에 형성될 수 있다. 패드 전극들(58)은 층간 절연막(56) 및 게이트 절연막(19)을 통과하여 제 1 및 제 2 도전성 불순물 영역들(52, 54) 상에 형성될 수 있다. 제 1 게이트 전극(62)은 제 1 도전성 불순물 영역들(52) 사이의 층간 절연막(56) 내에 형성될 수 있다. 또한, 제 2 게이트 전극(64)은 제 2 도전성 불순물 영역들(54) 사이의 층간 절연막(56) 내에 형성될 수 있다. NMOS 트랜지스터(62a)는 제 1 도전성 불순물 영역들(52)과 제 1 게이트 전극(62)을 포함할 수 있다. PMOS 트랜지스터(64a)는 제 2 도전성 불순물 영역들(54)과 제 2 게이트 전극(64)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 8D and 9 , an
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 기판 도핑 방법을 보여준다. 도 11 내지 도 13은 도 10의 기판 도핑 방법의 일 예를 보여준다.10 shows a substrate doping method according to an example of the present invention. 11 to 13 show an example of the substrate doping method of FIG. 10 .
도 10 내지 도 12를 참조하면, 기판(10)을 제공한다(S10). 기판(10)을 제공하는 단계(S10)는 도전성 불순물 용액(70)을 도포하는 단계(S12)와 도전성 불순물 용액(70)을 건조하는 단계(S14)를 포함할 수 있다.10 to 12, a
도 10 및 도 11을 참조하면, 도전성 불순물 용액(70)은 기판(10) 상에 제공될 수 있다(S12). 예를 들어, 도전성 불순물 용액(70)은 인쇄(printing) 방법으로 기판(10) 상에 도포될 수 있다.Referring to FIGS. 10 and 11 , a
도 10 및 도 12를 참조하면, 도전성 불순물 용액(70)은 건조될 수 있다(S14). 도전성 불순물 용액(70)은 제 2 타깃 물질(72)과 용매(74)를 포함할 수 있다. 제 2 타깃 물질(72)은 기판(10)에 주입될 도전성 불순물(36)의 소스일 수 있다. 용매(74)는 제 2 타깃 물질(72)을 용해시킬 수 있다. 용매(74)는 자연적으로 건조되거나, 열에 의해 건조될 수 있다. 예를 들어, 용매(74)는 알코올, 탈이온수(deionized water), 또는 초임계 물질을 포함할 수 있다. 제 2 타깃 물질(72)은 고체 상태를 가질 수 있다.Referring to FIGS. 10 and 12 , the
도 10 및 도 13을 참조하면, 레이저 장치(40)는 레이저 빔(42)을 제 2 타깃 물질(72)에 제공한다(S22). 레이저 빔(42)은 제 2 타깃 물질(72)로부터 전자들(미도시)과 도전성 불순물(36)을 생성할 수 있다. 도전성 불순물(36)은 기판(10) 내에 주입될 수 있다. 10 and 13, the
이후, 제 2 타깃 물질(72)은 제거될 수 있다.Then, the
도 14 내지 도 16은 도 10의 기판 도핑 방법 일 예를 보여준다.14 to 16 show an example of the substrate doping method of FIG. 10 .
도 10 및 도 14를 참조하면, 마스크 패턴(20) 내의 기판(10) 상에 도전성 불순물 용액(70)을 도포한다(S12). 마스크 패턴(20)은 도전성 불순물 용액(70)의 도포 영역을 정의할 수 있다. Referring to FIGS. 10 and 14 , a
도 10 및 도 15를 참조하면, 도전성 불순물 용액(70)을 건조하여(S14) 마스크 패턴(20) 내에 제 2 타깃 물질(72)을 형성한다.Referring to FIGS. 10 and 15 , the
도 10 및 도 16을 참조하면, 레이저 빔(42)을 마스크 패턴(20) 내의 제 2 타깃 물질(72)에 제공한다(S22). 제 2 타깃 물질(72)은 도전성 불순물(36)을 기판(10)의 내부로 방출할 수 있다. 마스크 패턴(20)은 도전성 불순물(36)의 주입 영역을 정의할 수 있다. Referring to FIGS. 10 and 16 , a
이후, 마스크 패턴(20)과 제 2 타깃 물질(72)은 제거될 수 있다. After that, the
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들 및 응용 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. In the above, the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You will understand that it can be. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments and application examples are illustrative in all respects and not restrictive.
Claims (16)
상기 기판 상에 타깃을 제공하는 단계; 및
상기 기판으로부터 분리된 상기 타깃에 레이저 빔을 제공하여 상기 타깃의 도전성 불순물을 기판 내에 주입하는 단계를 포함하되,
상기 레이저 빔을 제공하는 단계는 상기 도전성 불순물을 상기 기판으로 가속하는 단계를 포함하는 기판 도핑 방법. providing a substrate;
providing a target on the substrate; and
Injecting conductive impurities of the target into the substrate by providing a laser beam to the target separated from the substrate;
The step of providing the laser beam includes accelerating the conductive impurity into the substrate.
상기 기판을 제공하는 단계는 상기 기판의 주입 영역을 노출하는 마스크 패턴을 형성하는 것을 포함하는 기판 도핑 방법.According to claim 1,
The step of providing the substrate includes forming a mask pattern exposing an implantation region of the substrate.
상기 타깃은 상기 기판 상에 이격하여 배치되고, 상기 주입 영역에 정렬되는 기판 도핑 방법.
According to claim 2,
The target is spaced apart on the substrate and aligned with the implant region.
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