KR20000061464A - 반도체 소자 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 소자 제조 공정을 단순화하고, 넓은 콘택 마진을 확보하기 위하여, 소자 분리 영역이 정의된 실리콘웨이퍼에 게이트 산화막을 형성한 후, 폴리 실리콘을 증착하고 패터닝하여 게이트 폴리를 형성한다. 그리고, 실리콘웨이퍼에 P형 또는 N형의 불순물을 저농도로 이온 주입하여 저농도 소스/드레인을 형성한 후, 실리콘웨이퍼 전면에 포토레지스터, BARC 등의 폴리머 막을 코팅하고, 산소 플라즈마 식각하여 게이트 폴리 측벽에 측벽 스페이서를 형성한다. 그리고, 실리콘웨이퍼에 저농도 소스/드레인에 주입된 불순물과 동일 도전형의 불순물을 고농도로 이온 주입하여 고농도 소스/드레인을 형성한 후, 어닐링하여 소스/드레인에 주입된 불순물을 활성화시키고, 산소 플라즈마 애싱과 세정 공정으로 측벽 스페이서를 제거한다. 이와 같이 반도체 소자의 소스/드레인을 형성한 후, 측벽 스페이서를 제거함으로써 후속 콘택 공정에서 더 넓은 마진 폭을 가지므로 반도체 소자의 집적도를 크게 향상시킬 수 있으며, 측벽 스페이서를 포토레지스터, BARC 등의 폴리머로 형성하므로 공정 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 스핀 코팅을 이용하므로 저렴한 가격으로 공정을 수행할 수 있다.

Description

반도체 소자 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상보형 모스에서의 콘택 마진(contact margin)을 확보하기 위한 모스 트랜지스터 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 모스(MOS ; metal-oxide-semiconductor) 트랜지스터는 필드 효과 트랜지스터의 일종으로, 실리콘웨이퍼에 형성된 소스/드레인 영역과, 이 소스/드레인 영역이 형성된 실리콘웨이퍼 상에 게이트 전극이 형성된 구조를 가진다.
또한, 소스/드레인 영역의 안쪽에 불순물 농도가 엷은 LDD(low doped drain) 영역을 둔 구조의 모스 트랜지스터가 주로 사용되고 있다.
이러한 모스 트랜지스터는 채널의 종류에 따라 N채널 모스 트랜지스터와 P채널 모스 트랜지스터로 나눌 수 있으며, 각 채널의 모스 트랜지스터가 하나의 실리콘웨이퍼에 형성되는 경우 이를 상보형 모스(CMOS ; complementary metal-oxide-semiconductor) 트랜지스터라 한다.
그러면, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 종래 반도체 소자를 제조하는 방법을 설명한다.
먼저 도 1a에 도시한 바와 같이, 소자 분리 영역(2)이 정의된 실리콘웨이퍼(1)를 열산화하여 게이트 산화막(3)을 형성한다. 그리고, 실리콘웨이퍼(1) 전면에 폴리 실리콘을 증착한 후, 폴리 실리콘을 플라즈마 식각하여 게이트 폴리(4)를 형성한다.
그 다음 도 1b에 도시한 바와 같이, P형 또는 N형의 불순물을 저농도로 이온 주입하여 실리콘웨이퍼(1)에 저농도 소스/드레인 영역(5)을 형성한다. 그리고, 실리콘웨이퍼(1) 전면에 질화막, 산화막 등과 같은 비전도성 유전체(dielectric material)를 증착한 후, CF4, CF3등 반응성이 콘 플라즈마 가스를 이용하여 비전도성 유전체를 플라즈마 식각하여 게이트 폴리(4)의 양 측벽에 측벽 스페이서(6)를 형성한다.
그 다음 도 1c에 도시한 바와 같이, 저농도 소스/드레인 영역(5)에 이온 주입된 불순물과 동일 도전형의 불순물을 고농도로 이온 주입하여 실리콘웨이퍼(1)에 고농도 소스/드레인 영역(7)을 형성한다. 그리고, 실리콘웨이퍼(1)를 어닐링(annealing)하여 저농도 소스/드레인 영역(5) 및 고농도 소스/드레인 영역(7)에 이온 주입된 불순물을 활성화시킴과 동시에 이온 주입에 따른 실리콘웨이퍼의 손상을 보상함으로써 반도체 소자를 완성한다.
이러한 종래 반도체 소자 제조 공정에서 게이트 폴리 측벽에 형성된 측벽 스페이서의 두께는 약 0.1미크론(micron, ㎛) 내지 0.15미크론 정도이며, 도 2는 이렇게 형성된 상보형 모스 트랜지스터 또는 인접한 모스 셀(cell)을 도시한 평면도이다. 도 3에서 두 모스간의 간격인 게이트 폴리(4) 사이의 폭(m2)에 비해 측벽 스페이서(6)에 의한 콘택 마진의 폭(m1)이 적어지는 것을 알 수 있다. 즉, 측벽 스페이서(6)의 간격을 고려하면 0.2미크론 내지 0.3미크론의 콘택(h) 마진 폭(m1)이 측벽 스페이서(6)에 의해서 줄어들고 있음을 알 수 있다. 그리고, 최근의 반도체 소자 제조 공정은 점점 더 고집적화를 요구하고 있으며, 대체로 게이트 폴리(4)의 선폭(CD ; critical dimension)은 0.18미크론이고 콘택 선폭은 0.3미크론이다. 이러한 수치는 측벽 스페이서가 반도체 소자의 고집적화에 차지하는 비중이 매우큼을 말해준다.
그리고, 공정의 단순화 측면에서 종래 반도체 소자 제조 공정은 측벽 스페이서를 형성하기 위하여 질화막, 산화막 등과 같은 비전도성 유전체를 증착하여야 하는 데, 이는 매우 긴 시간과 열처리 공정을 요구하게 된다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 반도체 소자 제조 공정을 단순화하고, 넓은 콘택 마진을 확보할 수 있도록 하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 방법에 따라 반도체 소자를 제조하는 공정을 개략적으로 도시한 실리콘웨이퍼의 단면도이고,
도 2는 종래 반도체 소자 제조 방법에 따라 제조된 상보형 모스 트랜지스터를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따라 반도체 소자를 제조하는 공정을 개략적으로 도시한 실리콘웨이퍼의 단면도이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 소자를 제조하는 공정에서, LDD형성을 위해 게이트 측벽에 형성한 측벽 스페이서를 반도체 소자의 소스/드레인 형성 이후 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 측벽 스페이서를 형성하기 위하여, 게이트 전극이 형성된 실리콘웨이퍼에 포토레지스터, BARC(bottom anti-reflective coating) 등의 폴리머 막을 코팅한 후, 산소 플라즈마 식각하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 반도체 소자의 소스/드레인 형성 이후 측벽 스페이서를 제거하기 위하여 산소 플라즈마 애싱을 이용하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따라 반도체 소자를 제조하는 공정을 개략적으로 도시한 실리콘웨이퍼의 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 소자 분리 영역(2)이 정의된 실리콘웨이퍼(11)를 열산화하여 게이트 산화막(13)을 형성한다. 그리고, 실리콘웨이퍼(11) 전면에 폴리 실리콘을 증착한 후, 폴리 실리콘을 플라즈마 식각하여 게이트 폴리(14)를 형성한다.
그 다음 도 3b에 도시한 바와 같이, P형 또는 N형 불순물을 저농도로 이온 주입하여 실리콘웨이퍼(11)에 저농도 소스/드레인 영역(15)을 형성한다. 그리고, 실리콘웨이퍼(11) 전면에 포토레지스터(photo resist), BARC(bottom anti-reflective coating) 등의 폴리머 막(polymer film)(16)을 코팅(coating), 바람직하게는 스핀(spin) 코팅한다. 따라서, 종래 비전도성 유전체의 증착에 소요되는 공정 시간을 단축할 수 있으며, 스핀 코팅을 이용함으로써 퍼니스(furnace)와 같은 고가의 장비를 사용하는 종래의 공정에 비해 훨씬 저렴한 비용으로 공정을 수행할 수 있다.
그 다음 도 3c에 도시한 바와 같이, 산소(O2) 가스를 이용하여 코팅된 폴리머 막(16)을 플라즈마 식각하여 게이트 폴리(14)의 양 측벽에 측벽 스페이서를 형성한다. 이때, 종래의 공정에서는 증착된 비전도성 유전체를 식각하기 위하여 CF4, CHF3등의 반응성이 큰 플라즈마 가스를 사용한 데 반하여, 산소 플라즈마를 이용하기 때문에 실리콘웨이퍼(11)에 주는 손상(damage)이 훨씬 작으므로 안정한 공정이 된다. 이후, 저농도 소스/드레인 영역(15)에 이온 주입된 불순물과 동일 도전형의 불순물을 고농도로 이온 주입하여 실리콘웨이퍼(11)에 고농도 소스/드레인 영역(17)을 형성한다.
그 다음 도 3d에 도시한 바와 같이, 산소 플라즈마 애싱(ashing)과 세정 공정으로 게이트 폴리(14)의 측벽에 잔존하는 측벽 스페이서를 제거한다. 그리고, 실리콘웨이퍼(11)를 어닐링하여 저농도 소스/드레인 영역(15) 및 고농도 소스/드레인 영역(17)에 이온 주입된 불순물을 활성화시킴과 동시에 이온 주입에 따른 실리콘웨이퍼의 손상을 보상함으로써 반도체 소자를 완성한다.
이와 같이 본 발명은 반도체 소자의 소스/드레인을 형성한 후, LDD 형성을 위해 게이트 폴리 측벽에 형성한 측벽 스페이서를 제거함으로써 후속 콘택 공정에서 더 넓은 마진 폭을 가지므로 반도체 소자의 집적도를 크게 향상시킬 수 있으며, 측벽 스페이서를 포토레지스터, BARC 등의 폴리머로 형성하므로 공정 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 스핀 코팅을 이용하므로 저렴한 가격으로 공정을 수행할 수 있다.

Claims (5)

  1. 소자 분리 영역이 정의된 실리콘웨이퍼에 게이트 산화막을 형성한 후, 폴리 실리콘을 증착하고 패터닝하여 게이트 폴리를 형성하는 단계와;
    상기 실리콘웨이퍼에 P형 또는 N형의 불순물을 저농도로 이온 주입하여 저농도 소스/드레인을 형성하는 단계와;
    상기 실리콘웨이퍼 전면에 폴리머 막을 코팅한 후, 플라즈마 식각하여 상기 게이트 폴리 측벽에 측벽 스페이서를 형성하는 단계와;
    상기 실리콘웨이퍼에 상기 저농도 소스/드레인에 주입된 불순물과 동일 도전형의 불순물을 고농도로 이온 주입하여 고농도 소스/드레인을 형성한 후, 상기 실리콘웨이퍼를 어닐링하여 상기 저농도 및 고농도 소스/드레인에 주입된 불순물을 활성화시키는 단계와;
    상기 게이트 폴리 측벽에 잔존하는 측벽 스페이서를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘웨이퍼 전면에 폴리머 막의 코팅은 스핀 코팅을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴리머 막으로 포토레지스터 또는 BARC를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 폴리머 막을 플라즈마 식각하기 위하여 산소 가스를 플라즈마 반응 가스로 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 측벽 스페이서를 제거하기 위한 플라즈마 애싱은 산소 플라즈마 애싱을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
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