KR20080057397A - Method for manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
101 : 반도체 기판 102 : 소자분리막101
103 : 게이트 절연막 104 : 언도프드 폴리실리콘층103 gate
105 : 도프드 폴리실리콘층 106 : 단일화된 도프드 폴리실리콘층105: doped polysilicon layer 106: unified doped polysilicon layer
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판상에 형성되는 도프드 폴리실리콘층이 게이트 절연막에 접촉되는 것을 차단함으로써 게이트 절연막이 불순물에 의해 오염되는 것을 방지하는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device. It relates to a manufacturing method.
일반적으로, 반도체 기판상에 게이트 절연막을 형성한 다음, 게이트 절연막에 도프드 폴리실리콘(doped polysilicon)을 인시튜(in-situ)로 증착할 경우 반도체 기판을 실리콘 소오스 가스(silicon source gas)가 공급되는 프로세스챔 버(process chamber)내에서 일정 온도로 가열시킴으로써 반도체 기판의 게이트 절연막에 도프드 폴리실리콘이 증착되도록 한다.Generally, when a gate insulating film is formed on a semiconductor substrate and then doped polysilicon is deposited in-situ on the gate insulating film, a silicon source gas is supplied to the semiconductor substrate. The doped polysilicon is deposited on the gate insulating film of the semiconductor substrate by heating to a predetermined temperature in the process chamber.
이러한 도프드 폴리실리콘의 증착공정은 실리콘 소오스 가스로, SiH4를 도펀트(dopant)로 PH3, B2H6 등을 해당 공정 온도, 약 595도씨 정도에서 서로 혼합시켜서 반도체 기판상의 게이트 절연막에 폴리실리콘을 증착하게 된다. The deposition process of the doped polysilicon is a silicon source gas, SiH 4 as a dopant, and PH 3 , B 2 H 6 , and the like are mixed with each other at a corresponding process temperature, about 595 degrees Celsius, to a gate insulating film on a semiconductor substrate. Polysilicon is deposited.
그러나, 이와 같이 종래의 반도체 소자를 제조하기 위한 공정에서 도프드 폴리실리콘을 인시튜로 증착하는 레시피(recipe)를 보면, 원하는 기본 압력(base pressure)으로 감압한 후에 증착 단계에서 가스를 플로우(flow)해 주는데, 이 때 증착 단계에 들어가자마자 SiH4와 불순물 가스가 동시에 플로우되면, 게이트 절연막까지 형성된 웨이퍼는 불순물 가스와 접하게 되므로 오염물을 발생시키는 문제점을 가지고 있었다.However, the recipe for depositing doped polysilicon in situ in the process for manufacturing a conventional semiconductor device as described above, the gas flow in the deposition step after reducing the pressure to the desired base pressure (base pressure) At this time, if SiH 4 and the impurity gas were flowed at the same time as soon as the deposition step, the wafer formed to the gate insulating film was in contact with the impurity gas had a problem of generating contaminants.
그러므로, 반도체 소자를 제조하기 위한 공정에서 도프드 폴리실리콘의 증착공정에서 도펀트 가스인 불순물과 게이트 절연막과의 접촉을 막아 오염을 방지할 필요가 있다. Therefore, it is necessary to prevent contamination by preventing contact between the dopant gas impurity and the gate insulating film in the deposition process of the doped polysilicon in the process for manufacturing a semiconductor device.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 기판상에 형성되는 도프드 폴리실리콘층이 게이트 절연막에 접촉되는 것을 차단함으로써 도프드 폴리실리콘층의 도펀트 가스인 불순물이 게이트 절연막에 접촉하여 오염시키는 것을 방지하는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to prevent the doped polysilicon layer from being contacted with the gate insulating film to prevent the doped polysilicon layer from being impurity. The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device that prevents contamination by contact with a gate insulating film.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 반도체 기판상에 게이트 절연막을 형성시키는 단계와, 게이트 절연막상에 SiH4 분위기하에서 언도프드 폴리실리콘층을 형성시키는 단계와, 언도프드 폴리실리콘층상에 도펀트 가스 분위기하에서 도프드 폴리실리콘층을 증착 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, the method including: forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, forming an undoped polysilicon layer on a gate insulating film in an SiH 4 atmosphere, And depositing a doped polysilicon layer on the undoped polysilicon layer under a dopant gas atmosphere.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판상에 게이트 절연막을 형성시키는 단계와, 게이트 절연막상에 언도프드 폴리실리콘층을 형성시키는 단계와, 언도프드 폴리실리콘층상에 도프드 폴리실리콘층을 증착 형성시키는 단계를 포함한다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention. As shown, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of forming a gate insulating film on the semiconductor substrate, forming an undoped polysilicon layer on the gate insulating film, doped on the undoped polysilicon layer Depositing a polysilicon layer.
도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판상에 게이트 절연막을 형성시키는 단계는 반도체 기판(101)의 소정영역에 STI(Shallow Trench Isolation) 구조를 가지는 소자분리막(102)을 형성한다. 여기서 소자분리막(102)은 반도체 기판(101)에 소정깊이를 갖는 트랜치를 형성한 후, 트랜치 내부에 갭-필(Gap-fill) 물질을 매립하여 형성한다.As shown in FIG. 1A, in the forming of the gate insulating film on the semiconductor substrate, an
그런 다음, 소자분리막(102)을 포함한 반도체 기판(101)의 전면에 게이트 절연막(103)을 형성한다.Then, the
도 1b에 도시된 바와 같이, 게이트 절연막상에 언도프드 폴리실리콘층을 형성시키는 단계는 게이트 절연막(103)이 형성된 웨이퍼를 프로세스챔버로 로딩하여 SiH4를 플로우시켜서 SiH4 분위기하에서 언도프드 폴리실리콘층(104)을 형성시킨다.As shown in FIG. 1B, forming the undoped polysilicon layer on the gate insulating film loads the wafer on which the
이 때, 언도프드 폴리실리콘층(104)은 80 내지 120Å, 바람직하게는 100Å의 두께를 가지도록 형성함으로써 게이트 절연막(103)과 후술하게 될 도프드 폴리실리콘층(105; 도 1c에 도시)간의 접촉을 효과적으로 방지함과 아울러 어닐(anneal) 공정시 도프드 폴리실리콘층(105; 도 1c에 도시)의 불순물이 언도프드 폴리실리콘층(104)으로 주입되어 도프드 폴리실리콘층(105)과 언도프드 폴리실리콘층(104)이 단일화된 일체를 이루도록 한다.At this time, the
도 1c에 도시된 바와 같이, 언도프드 폴리실리콘층상에 도프드 폴리실리콘층을 형성시키는 단계는 언도프드 폴리실리콘층(104)상에 도펀트 가스 분위기하에서 도프드 폴리실리콘층(105)을 CVD 공정 등에 의해 증착 형성시키게 된다.As shown in FIG. 1C, the step of forming the doped polysilicon layer on the undoped polysilicon layer may be performed by performing a CVD process or the like on the
이 때, 언도프드 폴리실리콘층(104)이 형성된 반도체 기판(101)에 도펀트 가스로서 SiH4와 PH3를 혼합하여 플로우시켜서 인시튜(in-situ) 도프드 폴리실리콘을 증착함으로써 도프드 폴리실리콘층(105)을 형성시키게 된다.At this time, SiH 4 and PH 3 are mixed and flowed as a dopant gas to the
한편, 도 1d에 도시된 바와 같이, 도프드 폴리실리콘층을 형성시키는 단계이후 어닐(anneal) 단계를 실시할 수 있는데, 이러한 어닐 단계는 도프드 폴리실리콘 층(105; 도 1c에 도시)을 형성한 반도체 기판(101)을 RTA 등에 의해 일정 온도로 가열함으로써 도프드 폴리실리콘층(105; 도 1c에 도시)의 도펀트가 언도프드 폴리실리콘층(104; 도 1b 및 도 1c에 도시)으로 확산되도록 함으로써 이들이 단일화된 도프드 폴리실리콘층(106)이 되도록 한다.On the other hand, as shown in Figure 1d, after the step of forming the doped polysilicon layer may be subjected to an anneal (annealing), this annealing step forms a doped polysilicon layer 105 (shown in Figure 1c) The
이후 단계에 대해서 도시하지 않았으나, 반도체 기판(101)상에 형성된 하나의 도프드 폴리실리콘층(106)을 사진석판술 및 식각공정을 실시하여 선택적으로 패터닝함으로써 소자분리막(102)사이의 반도체 기판(101)상에 게이트 전극을 형성하게 되며, 이 후 게이트 전극의 양측에 LDD(Lightly Doped Drain)영역을 형성함과 아울러 게이트 전극 양측면에 측벽 스페이서를 형성한 다음 게이트 전극 양측의 반도체 기판(101) 표면내에 LDD영역과 연결되는 소오스/드레인 불순물 확산영역을 형성하게 된다.Although not shown in the subsequent steps, a single doped
그런 다음, 소오스 및 드레인 불순물 확산영역의 표면이 소정부분 노출되도록 층간 절연막을 선택적으로 제거하여 콘택홀을 형성한 다음 콘택홀을 포함한 반도체 기판(101)의 전면에 물리기상증착법이나 화학기상증착법으로 TiN, Ta, TaN, WNX, TiAl(N) 등을 10 내지 1000Å의 두께를 갖는 베리어 금속막을 형성한다.Then, the interlayer insulating film is selectively removed to expose the surface of the source and drain impurity diffusion regions to form a contact hole, and then TiN is deposited on the entire surface of the
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 게이트 절연막(103)상에 형성되는 언도프드 폴리실리콘층(104)에 의해 인시튜(in-situ) 도프드 폴리실리콘의 증착 초기에 발생할 수 있는 PH3, B2H6 등의 불순물 가스와 게이트 절연막(103)과의 접촉을 방지함으로써 게이트 절연막(103)의 오염으로 인한 트랜지스터의 특성 변화를 막을 수 있다.As described above, according to the preferred embodiment of the present invention, the PH which may occur in the early stage of deposition of the in-situ doped polysilicon by the
또한, PH3, B2H6 의 가스가 분해되어 P,B 등의 원자가 되고, 이런 원자들이 게이트 절연막(103) 내부에 쌓이게 되면 절연파괴에 따른 전압의 저하, 유전상수의 변화를 초래하게 되고, 계면에 머무르게 되면 문턱 전압의 변화 등을 초래하여 소자의 신뢰성에 악영향을 미치게 되는데, 이러한 문제점을 언도프드 폴리실리콘층(104)이 도프드 폴리실리콘층(105)을 게이트 절연막(103)으로부터 비접촉되도록 하여 해결하게 된다.In addition, when the gas of PH 3 , B 2 H 6 is decomposed to become atoms of P, B, etc., and these atoms accumulate inside the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판상에 형성되는 도프드 폴리실리콘층이 게이트 절연막에 접촉되는 것을 차단함으로써 도프드 폴리실리콘층의 도펀트 가스인 불순물이 게이트 절연막에 접촉하여 오염시키는 것을 방지하는 효과를 가지고 있다. As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the doped polysilicon layer formed on the semiconductor substrate is blocked from contacting the gate insulating film so that the impurity dopant gas of the doped polysilicon layer contacts the gate insulating film. It has the effect of preventing contamination.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for carrying out the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, as claimed in the following claims of the present invention Without departing from the gist of the present invention, one of ordinary skill in the art will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
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