KR20050068754A - 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자를 제공하는데 있어, 웰 임플랜트 공정 순서를 변경하여 STI 하부의 웰 엔드 포인트를 그 이외의 영역보다 더 깊게 형성하여 전류 누설을 최소화시킬 수 있도록 한 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법에 따르면, 실리콘 기판에 형성된 STI(Shallow Trench Isolation)에 절연 물질을 필링하기 이전에 웰 임플랜트 공정을 실시하여 STI 하부의 웰 엔드 포인트를 깊게 형성하고, 또한 활성 영역을 얇은 질화막으로 보호함으로써, 해당되는 STI 하부로 누설 경로가 길게 형성됨과 동시에 활성 영역의 손상(Damage)을 줄일 수 있게 되어 전류 누설을 최소화할 수 있게 되고, 결과적으로 반도체 소자의 성능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 반도체 소자를 제조하는데 있어 웰 임플랜트 공정을 실리콘 기판에 형성된 STI에 절연 물질을 필링하기 이전으로 변경한 것으로, 기존의 제조 장비나 공정의 수정을 최소화함으로써 바로 생산에 적용할 수 있으며, 따라서 추가적인 투자 비용없이 전류 누설을 최소화하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

Description

반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법{Well Making Method In The Semiconductor Device Manufacture Processing}
본 발명은 반도체 제조 공정관한 것으로, 특히 반도체 소자를 제공하는데 있어, 실리콘 기판에 형성된 STI에 절연 물질을 필링하기 이전에 웰 임플랜트 공정을 실시하여 STI 하부의 웰 엔드 포인트를 그 이외의 영역보다 더 깊게 형성하여 전류 누설을 최소화시킬 수 있도록 한 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조 공정에 있어서 웰 임플랜트(Well Implant) 공정은 STI(Shallow Trench Isolation) 식각, STI 필링(Filling) 및 평탄화 공정을 완료한 후에 진행하고 있다.
즉, 종래 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성까지의 공정을 첨부된 도면 도 1a 내지 도 1i를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 반도체 소자가 형성될 실리콘 기판(10) 위에 패드 산화막(Pad Oxide)(11)을 열산화 공정에 의해 원하는 두께로 증착시킨 후, 그 패드 산화막(11) 위에 절연막이 되는 패드 질화막(SiN)(12) 및 패드 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)(13)를 원하는 두께로 증착시킨다.
그 다음에, 앞의 패드 TEOS(13) 위에 포토 레지스트(14)를 도포한 후에 포토 리소그라피(Photo Lithography) 공정과 식각 공정을 이용하여 반도체 소자간 분리를 위한 소자 분리막(STI ; Shallow Trench Isolation)을 정의(define)한다(도 1a).
이후, STI 라운딩 및 디보트 깊이(Devot Depth) 조절을 위해 추가 식각 공정을 수행한 후(도 1b), 그 실리콘 기판(10)에 형성된 STI 홀(15)의 내면에 산화막(16)을 증착시킨다(도 1c).
그리고, 앞에서 산화막(16)이 증착된 STI 홀(15)의 내부 및 앞의 패드 TEOS(13) 위에 산화막 계열의 절연 물질(Dielectrical material)(17)을 필링한 후(도 1d), 평탄화 공정 및 화학 기계적 연마(CMP ; Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행하여 패드 TEOS(13) 및 패드 질화막(12)을 제거함으로써 STI 구조를 형성한다(도 1e, 도 1f).
이어서, 앞에서 형성된 STI를 기준으로 웰 임플랜트 공정을 수행하여 각 반도체 소자를 분리해 주는 P 웰(19-1) 및 N 웰(19-2)을 형성하게 되는데, 이를 위해 앞에서 형성된 STI의 중앙을 기준으로 양측에 증착된 각 패드 산화막(11) 위에 포토 레지스트(18-1, 18-2)를 교대로 형성한 후에 양(+) 또는 음(-)의 금속 이온을 주입하여 P 웰(19-1) 및 N 웰(19-2)을 각각 형성함으로써 최종 웰 프로파일(Well Profile)을 형성한다(도 1g, 도 1h).
그런데, 전술한 종래의 반도체 제조 공정에 따라 형성된 웰의 경우 웰 임플랜트 공정에서 주입되는 불순물의 피크 포인트(Peak Point) 지점에 대한 프로파일이 도 1i와 같이 변형된다. 즉, 웰 임플랜트 공정에서 STI에 맞는 불순물이 그 STI 홀 내면에 증착되어 있는 산화막 계열의 절연 물질(17)로 인해 STI가 없는 영역과는 달리 웰이 깊지 않게 형성되는 문제점이 있다.
또한, STI 하부에 깊지 않게 형성된 웰 피크 포인트는 누설 경로(Leakage path)로 작용하여 접합점(Junction)과 실리콘 기판 사이의 전류 누설을 증가시킴으로써 반도체 소자의 성능을 저하시키는 원인이 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 목적은, 반도체 소자 제조시 실리콘 기판에 형성된 STI에 절연 물질을 필링하기 이전에 웰 임플랜트 공정을 실시하여 STI 하부의 웰 엔드 포인트를 그 이외의 영역보다 더 깊게 형성할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 반도체 소자 제조시 STI 하부의 웰 엔드 포인트를 깊게 형성하고, 활성 영역을 얇은 질화막으로 보호함으로써, 해당되는 STI 하부로 누설 경로를 길게 형성하여 활성 영역의 손상을 줄임과 동시에 전류 누설을 최소화하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 반도체 소자를 제조하는데 있어 웰 임플랜트 공정을 실리콘 기판에 형성된 STI에 절연 물질을 필링하기 이전으로 변경하고, 기존의 제조 장비나 공정의 수정을 최소화하여 바로 생산에 적용할 수 있도록 함으로써, 추가적인 투자 비용없이 전류 누설을 최소화할 수 있도록 하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 특징은, 실리콘 기판에 STI 홀을 형성한 후에 웰 임플랜트 공정을 수행하여 반도체 소자를 분리해 주는 N 웰 및 P 웰을 형성하는 과정과; 상기 웰 임플랜트 공정을 수행한 후에 상기 STI 홀 내부에 산화막 계열의 절연 물질을 필링하고, 평탄화 공정 및 화학 기계적 연마 공정을 수행하여 STI 구조를 완성하는 과정을 포함하여 이루어지는 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법을 구현하는데 있다.
여기서, 상기 웰 임플랜트 공정을 수행하여 웰을 형성하는 과정은, 실리콘 기판 위에 패드 산화막과 패드 질화막 및 패드 TEOS를 증착시킨 후에 포토 리소그라피 공정과 식각 공정을 이용하여 반도체 소자간 분리를 위한 STI를 정의하는 단계와; 상기 STI 라운딩 및 디보트 깊이 조절을 위한 추가 식각 공정을 수행한 후에 상기 STI 홀 내면에 산화막을 증착시키고, 건식 식각 공정을 수행하여 상기 패드 TEOS를 제거하여 STI를 형성하는 단계와; 상기에서 형성된 STI를 기준으로 웰 임플랜트 공정을 수행하여 각 반도체 소자를 분리해 주는 N 웰 및 P 웰을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 N 웰 및 P 웰을 형성하는 단계는, 실리콘 기판에 형성된 STI 홀의 중앙을 기준으로 해당되는 STI 홀 내부와, 상기 STI 홀 어느 한측에 증착된 패드 질화막 위에 포토 레지스트를 교대로 형성한 후에 양(+) 또는 음(-)의 금속 이온을 주입하여 P 웰 및 N 웰을 각각 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 웰 임플랜트 공정에 의해 형성되는 웰의 엔드 포인트는 STI 홀 하부에 형성되되, 상기 STI 홀 하부에 형성되는 웰 엔드 포인트는 STI가 없는 영역보다 깊게 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는 반도체 소자의 제조 공정에 있어서 실리콘 기판에 STI를 형성한 후에 그 SIT 홀 내부에 산화막 계열의 절연 물질을 필링하기 이전에 웰 임플랜트 공정을 실시하여 STI 하부의 웰 엔드 포인트(End Point)를 더 깊게 형성함으로써 누설 경로를 길게 형성시켜 전류 누설을 최소화하게 되는데, 이러한 반도체 소자의 제조 공정을 첨부한 도면 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
즉, 본 발명에 따른 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법을 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명하면, 먼저, 반도체 소자가 형성될 실리콘 기판(20) 위에 패드 산화막(Pad Oxide)(21)을 열산화 공정에 의해 원하는 두께로 증착시킨 후, 그 패드 산화막 위에 절연막이 되는 패드 질화막(SiN)(22) 및 패드 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)(23)를 원하는 두께로 증착시키게 된다.
그 다음에, 앞의 패드 TEOS(23) 위에 포토 레지스트(24)를 도포한 후에 포토 리소그라피(Photo Lithography) 공정과 식각 공정을 이용하여 반도체 소자간 분리를 위한 소자 분리막(STI ; Shallow Trench Isolation)을 정의(define)하게 된다(도 2a).
이어서, STI 라운딩 및 디보트 깊이(Devot Depth) 조절을 위해 추가 식각 공정을 수행한 후(도 2b), 그 실리콘 기판(20)에 형성된 STI 홀(25)의 내면에 산화막(26)을 증착시키고, 건식 식각 공정을 수행하여 패드 TEOS(23)를 제거함으로써 STI를 형성하게 된다(도 2c).
이후, 앞에서 형성된 STI를 기준으로 웰 임플랜트 공정을 수행하여 각 반도체 소자를 분리해 주는 P 웰 및 N 웰을 형성하게 되는데, 이를 위해 앞에서 형성된 STI 홀(25)의 중앙을 기준으로 그 STI 홀(25)의 내부와, 그 STI 홀(25)의 어느 한측에 증착된 패드 질화막(22) 위에 포토 레지스트(27-1, 27-2)를 교대로 형성한 후에 양(+) 또는 음(-)의 금속 이온을 주입하여 P 웰(28-1) 및 N 웰(28-2)을 각각 형성함으로써 해당되는 웰 프로파일(Well Profile)을 형성하게 된다(도 2d, 도 2e).
이때, STI 홀 하부에 형성되는 웰 엔드 포인트는 기존의 웰 피크 포인트와는 달리 STI가 없는 영역보다 깊게 형성되며, 이에 따라 누설 경로 또한 길게 형성되므로 접합점과 실리콘 기판(20) 사이의 전류 누설을 최소화시키게 된다.
그리고, 상술한 공정에 따라 웰 프로파일을 형성한 후에는 앞에서 산화막(26)이 증착된 STI 홀(25)의 내부 및 앞의 패드 질화막(22) 위에 산화막 계열의 절연 물질(Dielectrical material)(29)을 필링한 후(도 2f), 평탄화 공정 및 화학 기계적 연마(CMP ; Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행하여 패드 질화막(22) 위에 증착된 절연 물질(29) 및 패드 질화막(22)을 제거함으로써 STI 구조를 완성하게 된다(도 2g).
또한, 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의한 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법에 따르면, 실리콘 기판에 형성된 STI에 절연 물질을 필링하기 이전에 웰 임플랜트 공정을 실시하여 STI 하부의 웰 엔드 포인트를 그 이외의 영역보다 더 깊게 형성하고, 또한 웰 임플랜트 공정 이전에 활성 영역을 얇은 질화막으로 보호함으로써, 해당되는 STI 하부로 누설 경로가 길게 형성됨과 동시에 활성 영역의 손상(Damage)을 줄일 수 있게 되어 전류 누설을 최소화할 수 있게 되고, 결과적으로 반도체 소자의 성능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 반도체 소자를 제조하는데 있어 웰 임플랜트 공정을 실리콘 기판에 형성된 STI에 절연 물질을 필링하기 이전으로 변경한 것으로, 기존의 제조 장비나 공정의 수정을 최소화함으로써 바로 생산에 적용할 수 있으며, 따라서 추가적인 투자 비용없이 전류 누설을 최소화하는 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 1a 내지 도 1i는 종래 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성까지의 공정을 도시한 공정 단면도.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 실리콘 기판 21 : 패드 산화막
22 : 패드 질화막 23 : 패드 TEOS
24 : 포토 레지스트 25 : STI 홀
26 : 산화막 27-1, 27-1 : 포토 레지스트
28-1 : P 웰 28-2 : N 웰
29 : 절연 물질

Claims (4)

  1. 실리콘 기판에 STI 홀을 형성한 후에 웰 임플랜트 공정을 수행하여 반도체 소자를 분리해 주는 N 웰 및 P 웰을 형성하는 과정과;
    상기 웰 임플랜트 공정을 수행한 후에 상기 STI 홀 내부에 산화막 계열의 절연 물질을 필링하고, 평탄화 공정 및 화학 기계적 연마 공정을 수행하여 STI 구조를 완성하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 웰 임플랜트 공정을 수행하여 웰을 형성하는 과정은, 실리콘 기판 위에 패드 산화막과 패드 질화막 및 패드 TEOS를 증착시킨 후에 포토 리소그라피 공정과 식각 공정을 이용하여 반도체 소자간 분리를 위한 STI를 정의하는 단계와;
    상기 STI 라운딩 및 디보트 깊이 조절을 위한 추가 식각 공정을 수행한 후에 상기 STI 홀 내면에 산화막을 증착시키고, 건식 식각 공정을 수행하여 상기 패드 TEOS를 제거하여 STI를 형성하는 단계와;
    상기에서 형성된 STI를 기준으로 웰 임플랜트 공정을 수행하여 각 반도체 소자를 분리해 주는 N 웰 및 P 웰을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 N 웰 및 P 웰을 형성하는 단계는, 실리콘 기판에 형성된 STI 홀의 중앙을 기준으로 해당되는 STI 홀 내부와, 상기 STI 홀 어느 한측에 증착된 패드 질화막 위에 포토 레지스트를 교대로 형성한 후에 양(+) 또는 음(-)의 금속 이온을 주입하여 P 웰 및 N 웰을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 웰 임플랜트 공정에 의해 형성되는 웰의 엔드 포인트는 STI 홀 하부에 형성되되, 상기 STI 홀 하부에 형성되는 웰 엔드 포인트는 STI가 없는 영역보다 깊게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정에 있어서의 웰 형성 방법.
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