KR20050069405A - Method for fabricating gate oxide - Google Patents
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Abstract
본 발명은 게이트 산화막 형성방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고전압영역과 저전압 영역이 동시에 사용되는 게이트 산화막의 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a gate oxide film, and more particularly, to a method for forming a gate oxide film in which a high voltage region and a low voltage region are used simultaneously.
본 발명의 상기 목적은 게이트 산화막 형성방법에 있어서, 실리콘 기판에 저전압 영역과 고전압 영역으로 구분되도록 필드산화막을 형성하는 단계; 상기 기판에 고전압 게이트 산화막과 질화막을 형성하는 단계; 상기 고접압 영역에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 저전압 영역의 고전압 게이트 산화막과 질화막을 제거하는 단계; 상기 저전압 영역에 저전압 게이트 산화막을 형성하는 단계 및 상기 포토레지스트 패턴 및 질화막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 산화막 형성방법에 의해 달성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a gate oxide film forming method comprising: forming a field oxide film on a silicon substrate so as to be divided into a low voltage region and a high voltage region; Forming a high voltage gate oxide film and a nitride film on the substrate; Forming a photoresist pattern in the high pressure region; Removing the high voltage gate oxide film and the nitride film in the low voltage region using the photoresist pattern as a mask; And forming a low voltage gate oxide film in the low voltage region and removing the photoresist pattern and the nitride film.
따라서, 본 발명의 게이트 산화막 형성방법은 고전압 영역의 게이트 산화막을 형성 후 열처리시 NO가스를 이용하여 질화막을 성장시켜 저전압 영역의 게이트 산화막 형성시 고전압 게이트 절연막이 오염되는 것을 방지하도록 하는 효과가 있다.Therefore, the gate oxide film forming method of the present invention has an effect of preventing the high voltage gate insulating film from being contaminated when the gate oxide film is formed in the low voltage region by growing the nitride film using NO gas during heat treatment after forming the gate oxide film in the high voltage region.
Description
본 발명은 게이트 산화막 형성방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고전압영역과 저전압 영역이 동시에 사용되는 게이트 산화막의 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a gate oxide film, and more particularly, to a method for forming a gate oxide film in which a high voltage region and a low voltage region are used simultaneously.
일반적으로, 모스형 전계효과 트랜지스터는 반도체 기판에 필드산화막을 형성한 후에 그 전면에 게이트 산화막 및 폴리실리콘층을 활성영역(Active Region)에 형성하고 마스킹 식각으로 트랜지스터의 전극 역할을 하는 게이트 전극을 형성하여 이 게이트 전극의 측면부분에 있는 반도체 기판에 이온을 주입하여 소오스/드레인 영역을 형성하므로 트랜지스터로서 사용될 수 있게 된다.In general, after forming a field oxide film on a semiconductor substrate, a MOS type field effect transistor forms a gate oxide film and a polysilicon layer in an active region on the front surface thereof, and forms a gate electrode that serves as an electrode of the transistor by masking etching. As a result, a source / drain region is formed by implanting ions into the semiconductor substrate on the side portion of the gate electrode, so that it can be used as a transistor.
이러한 트랜지스터에서 게이트 산화막은 상부와 하부 사이를 전기적으로 차단하는 절연역할을 하게 되는 것으로서, 반도체소자에서 전기적으로 전압이 높은 고전압 영역과 전압이 낮은 저전압 영역이 동시에 사용되는 멀티플 게이트 산화막(Multiple Gate Oxide)을 갖는 트랜지스터에서는 고전압 영역의 게이트 산화막의 두께는 두껍게 형성하고, 저전압 영역에서는 게이트 산화막의 두께를 얇게 형성하여서 전기적으로 절연이 적절하게 이루어지도록 구성되어져 있다.In such a transistor, the gate oxide film serves as an insulating role for electrically blocking the top and the bottom of the transistor. In the semiconductor device, a multiple gate oxide film in which a high voltage region with a high voltage and a low voltage region with a low voltage is used simultaneously is used. In the transistor having the structure, the gate oxide film in the high voltage region is made thick, and in the low voltage region, the gate oxide film is made thin so that the insulation is appropriately performed.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 게이트 산화막을 형성하는 방법을 순차적으로 보인 도면으로서, 종래의 공정을 살펴보도록 한다.1A to 1C sequentially illustrate a method of forming a gate oxide film according to the related art, and a process of the related art will be described.
도 1a는 반도체 기판(1)에 저전압 영역(A) 및 고전압 영역(B)으로 구분되도록 필드산화막(2)을 형성한 후 그 결과물 상에 180Å정도 두께의 제1게이트 산화막(3)을 적층한 상태를 도시하고 있으며, 고전압 영역(B)에는 P-WELL 및 N-WELL이 형성되어지고 필드산화막(2)에 의하여 구분되어지게 된다.FIG. 1A illustrates that a field oxide film 2 is formed in a semiconductor substrate 1 so as to be divided into a low voltage region A and a high voltage region B, and then a first gate oxide layer 3 having a thickness of about 180 kV is stacked on the resultant. The state is shown, and the P-WELL and the N-WELL are formed in the high voltage region B, and are separated by the field oxide film 2.
도 1b는 상기 단계 후에 게이트 산화막(3) 상에서 고전압 영역(B)에만 제1감광막(4)을 적층한 후에 식각으로 저전압 영역(A)의 게이트 산화막(3)을 제거한 상태를 도시하고 있다.FIG. 1B illustrates a state in which the gate oxide film 3 of the low voltage region A is removed by etching after the first photoresist layer 4 is stacked only on the high voltage region B on the gate oxide layer 3 after the above step.
도 1c는 상기 제1감광막(4)을 제거한 후에 상기 결과물의 전면에 50∼70Å 두께의 제2게이트 산화막(5)을 형성한 상태를 도시하고 있으며, 자동적으로 저전압 영역(A)에는 얇은 게이트 산화막이 형성되어지게 되고, 고전압 영역(B)에는 두꺼운 게이트 산화막이 형성되어지게 되는 것이다.FIG. 1C shows a state in which the second gate oxide film 5 having a thickness of 50 to 70 kV is formed on the entire surface of the resultant after removing the first photoresist film 4, and a thin gate oxide film is automatically formed in the low voltage region A. FIG. Is formed, and a thick gate oxide film is formed in the high voltage region (B).
그런데, 종래에는 상기한 부분에서 반도체 기판(1)에 필드산화막(2)을 형성한 후 제1게이트 산화막(3)을 열공정으로 형성할 때 제1게이트 산화막(3)의 두께가 약180Å의 두께로 비교적 두꺼워져 공정시간이 길어짐에 따라 그 하부에 있는 실리콘기판 내의 불순물 이온의 재분포를 초래할 뿐만 아니라 제1게이트 산화막을 형성한 후 감광막을 적층하여 저전압 영역의 게이트 산화막을 건식식각으로 제거하는 공정에서 반도체 기판에 손상을 가하여 소자의 전기적인 특성을 저하시키는 문제점을 지니고 있다. 또한, 불순물 이온이 게이트 절연막을 침투하여 보론침투(Boron penetration) 현상이 발생하여 게이트 절연막의 특성을 나쁘게 하는 문제점이 있다.However, conventionally, when the field oxide film 2 is formed on the semiconductor substrate 1 in the above-described portion, when the first gate oxide film 3 is formed by a thermal process, the thickness of the first gate oxide film 3 is about 180 kPa. As the process time increases due to the relatively thick thickness, not only does redistribution of impurity ions in the silicon substrate beneath it, but also after forming the first gate oxide layer, the photoresist layer is laminated to remove the gate oxide layer in the low voltage region by dry etching. In the process, damage to the semiconductor substrate has a problem of lowering the electrical characteristics of the device. In addition, impurity ions penetrate the gate insulating film to cause boron penetration, thereby deteriorating characteristics of the gate insulating film.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고전압 영역의 게이트 산화막을 형성 후 열처리시 NO가스를 이용하여 질화막을 성장시켜 게이트 절연막이 오염되는 것을 방지하도록 하는 게이트 산화막 형성방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다. Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the gate oxide film forming method to prevent the gate insulating film is contaminated by growing a nitride film by using a NO gas during heat treatment after forming the gate oxide film of the high voltage region It is an object of the present invention to provide.
본 발명의 상기 목적은 게이트 산화막 형성방법에 있어서, 실리콘 기판에 저전압 영역과 고전압 영역으로 구분되도록 필드산화막을 형성하는 단계; 상기 기판에 고전압 게이트 산화막과 질화막을 형성하는 단계; 상기 고접압 영역에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 저전압 영역의 고전압 게이트 산화막과 질화막을 제거하는 단계; 상기 저전압 영역에 저전압 게이트 산화막을 형성하는 단계 및 상기 포토레지스트 패턴 및 질화막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 산화막 형성방법에 의해 달성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a gate oxide film forming method comprising: forming a field oxide film on a silicon substrate so as to be divided into a low voltage region and a high voltage region; Forming a high voltage gate oxide film and a nitride film on the substrate; Forming a photoresist pattern in the high pressure region; Removing the high voltage gate oxide film and the nitride film in the low voltage region using the photoresist pattern as a mask; And forming a low voltage gate oxide film in the low voltage region and removing the photoresist pattern and the nitride film.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 의한 게이트 산화막 형성방법을 공정 순서에 따라 도시한 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views showing the gate oxide film forming method according to the present invention in the order of steps.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(11) 상에 저전압 영역(A)와 고전압 영역(B)으로 구분되도록 필드산화막(12)을 형성하고, 웰 형성 공정을 실시한 후 웰 어닐 공정을 진행한다. 이때 상기 필드산화막(12) 형성과 이온주입을 통한 웰 형성 공정은 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 또는 STI(Shallow Trench Isolation)방법으로 실시한다.First, as shown in FIG. 2A, the field oxide film 12 is formed on the silicon substrate 11 so as to be divided into a low voltage region A and a high voltage region B, and a well forming process is performed. Proceed. In this case, the well-forming process by forming the field oxide layer 12 and ion implantation may be performed by LOCOS (Local Oxidation of Silicon) or STI (Shallow Trench Isolation).
다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 고전압용 게이트 산화막(13)과 질화막(14)을 형성한다. 필드산화막이 형성된 기판에 열산화 공정을 통하여 고전압용 게이트 산화막을 형성하고, 상기 고전압용 게이트 산화막을 열처리시 NO 가스를 주입하여 상기 고전압용 게이트 산화막의 상부에 질화막을 형성한다. 상기 질화막은 후속 공정에서 상기 고전압용 게이트 산화막으로 불순물이 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.Next, as shown in Fig. 2B, a high voltage gate oxide film 13 and a nitride film 14 are formed. A high voltage gate oxide film is formed on the substrate on which the field oxide film is formed through a thermal oxidation process, and NO gas is injected during heat treatment of the high voltage gate oxide film to form a nitride film on the high voltage gate oxide film. The nitride film serves to prevent impurities from penetrating into the high voltage gate oxide film in a subsequent process.
다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 고전압 영역에 포토레지스트(15)를 형성하고 저전압 영역의 질화막과 고전압용 게이트 산화막을 제거한다. 고전압용 게이트 산화막과 질화막이 형성된 기판의 상부에 포토레지스트를 도포하고 레티클을 이용하여 노광 및 현상공정으로 상기 포토레지스트를 패터닝하여 고전압 영역에만 포토레지스트가 남도록 한다. 이후 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 저전압 영역의 질화막 및 게이트 산화막을 습식식각으로 제거하여 기판이 드러나도록 한다.Next, as shown in FIG. 2C, the photoresist 15 is formed in the high voltage region, and the nitride film in the low voltage region and the gate oxide film for the high voltage are removed. A photoresist is coated on the substrate on which the high voltage gate oxide film and the nitride film are formed, and the photoresist is patterned by an exposure and development process using a reticle so that the photoresist remains only in the high voltage region. Afterwards, the substrate is exposed by wet etching the nitride film and the gate oxide film in the low voltage region using the patterned photoresist as a mask.
다음, 도 2d에 도시한 바와 같이, 저전압 영역에 저전압용 게이트 산화막(16)을 형성한다. 상기 저전압 영역이 드러난 기판을 열산화 공정을 통하여 저전압용 게이트 산화막을 형성한다. 상기 저전압용 게이트 산화막은 상기 고전압용 게이트 산화막보다 얇게 형성한다. 이어 고전압 영역에 형성되어 있는 포토레지스트 패턴과 질화막을 제거한다.Next, as shown in Fig. 2D, a low voltage gate oxide film 16 is formed in the low voltage region. A low voltage gate oxide layer is formed on the substrate having the low voltage region exposed through a thermal oxidation process. The low voltage gate oxide film is formed thinner than the high voltage gate oxide film. Next, the photoresist pattern and the nitride film formed in the high voltage region are removed.
이후 상기 기판의 상부에 폴리 실리콘을 증착하고 상기 폴리 실리콘을 패터닝하여 게이트를 형성하고 후속공정을 진행하여 기판을 완성한다.Thereafter, polysilicon is deposited on the substrate, the polysilicon is patterned to form a gate, and a subsequent process is completed to complete the substrate.
상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.It will be apparent that changes and modifications incorporating features of the invention will be readily apparent to those skilled in the art by the invention described in detail. It is intended that the scope of such modifications of the invention be within the scope of those of ordinary skill in the art including the features of the invention, and such modifications are considered to be within the scope of the claims of the invention.
따라서, 본 발명의 게이트 산화막 형성방법은 고전압 영역의 게이트 산화막을 형성 후 열처리시 NO가스를 이용하여 질화막을 성장시켜 저전압 영역의 게이트 산화막 형성시 고전압 게이트 절연막이 오염되는 것을 방지하도록 하는 효과가 있다.Therefore, the gate oxide film forming method of the present invention has an effect of preventing the high voltage gate insulating film from being contaminated when the gate oxide film is formed in the low voltage region by growing the nitride film using NO gas during heat treatment after forming the gate oxide film in the high voltage region.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 기술에 의한 게이트 산화막을 형성하는 방법의 공정단면도.1A to 1C are process cross-sectional views of a method of forming a gate oxide film according to the prior art.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 의한 게이트 산화막을 형성하는 방법의 공정단면도.2A to 2D are cross-sectional views of a process for forming a gate oxide film according to the present invention.
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