KR100208439B1 - 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법 - Google Patents

반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법에 관한 것으로, 도전층의 접촉저항을 감소시키며, 폴리실리콘의 그레인크기를 증가시키기 위하여 플라즈마(Plasma)처리를 통해 노출된 실리콘기판상에 잔류되는 자연산화막 및 이물질을 제거한 후 비정질실리콘을 증착하고 실리콘이온을 주입한 다음 재결정화시키므로써 소자의 전기적특성이 향상될 수 있도록 한 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법에 관한 것이다.

Description

반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법
제1a 및 제1b도는 종래 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
제2a 내지 제2d도는 본 발명에 따른 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘기판 2 : 접합부
3 : 절연층 4 : 콘택홀
5 및 6A : 폴리실리콘층 6 : 비정질실리콘
10 : 자연산화막
본 발명은 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법에 관한 것으로, 특히 플라즈마(Plasma)처리를 통해 노출된 실리콘기판상에 잔류되는 자연산화막 및 이물질을 제거한 후 비정질실리콘을 증착하고 실리콘이온을 주입한 다음 재결정화시키므로써 소자의 전기적특성이 향상될 수 있도록 한 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조공정에서 폴리실리콘층은 도전층으로 이용된다. 그러면 종래 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법을 제1a 및 제1b도를 통해 설명하면 다음과 같다.
제1a 및 제1b도는 종래 반도체 소자의 폴리실리콘층 형상방법을 설명하기 위한 소자의 단면도로서,
제1a도는 접합부(2)가 형성된 실리콘기판(1)상에 절연층(3)을 형성한 후 콘택홀마스크(Contact hole Mask)를 이용한 사진 및 식각공정을 통해 상기 절연층(3)을 패터닝하여 상기 접합부(2)상부의 실리콘기판(1)이 노출되도록 콘택홀(4)을 형성한 상태의 단면도인데, 이때 노출된 실리콘기판(1)상에 자연산화막(10)이 성장된다.
제1b도는 상기 자연산화막(10)을 제거하기 위하여 BOE 또는 HF용액을 사용하여 습식세정(Wet cleaning)공정을 실시한 후 300℃의 반응로내에서 상기 접합부(2)와 접속되도록 폴리실리콘층(5)을 형성시킨 상태의 단면도인데, 이와같은 방법에 의해 형성된 상기 폴리실리콘층(5)은 그레인(Grain: A)의 크기가 예를들어 0.1 내지 0.5㎛정도로 작기 때문에 전자(Electron)의 이동도(Mobility) 또는 전도도가 저하되는 단점이 있으며, 또한 상기 습식세정공정시 완전히 제거되지 않고 잔류되는 자연산화막(10)으로 인해 접촉(Contact)저항이 증대되어 소자의 전기적 특성이 저하된다.
따라서 본 발명은 플라즈마 처리를 통해 노출된 실리콘기판상에 잔류되는 자연산화막 및 이물질을 제거한 후 비정질실리콘을 증착하고 실리콘이온을 주입한 다음 재결정화시키므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 접합부가 형성된 실리콘기판상에 절연층을 형성한 후 콘택홀마스크를 이용한 사진 및 식각공정을 통해 상기 절연층을 패터닝하여 상기 접합부상부의 실리콘기판이 노출되도록 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 노출된 실리콘기판상에 성장된 자연산화막을 제거하기 위하여 습식세정공정을 실시하고 플라즈마처리를 실시한 다음 상기 실리콘기판을 증착반응로내부로 로딩하는 단계와, 상기 단계로부터 소정의 온도범위에서 비정질실리콘을 증착한 후 소정의 이온주입량 및 이온주입에너지를 이용하여 상기 비정질실리콘내에 실리콘이온을 주입시키는 단계와, 상기 단계로부터 상기 비정질실리콘을 재결정화시키기 위하여 열처리공정을 실시하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제2a 내지 제2d도는 본 발명에 따른 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도로서,
제2a도는 접합부(2)가 형성된 실리콘기판(1)상에 절연층(3)을 형성한 후 콘택홀마스크를 이용한 사진 및 식각공정을 통해 상기 절연층(3)을 패터닝하여 상기 접합부(2)상부의 실리콘기판(1)이 노출되도록 콘택홀(4)을 형성한 상태의 단면도인데, 이때 노출된 실리콘기판(1)상에 자연산화막(10)이 성장된다.
제2b도는 상기 자연산화막(10)을 제거하기 위하여 BOE 또는 HF용액을 사용하여 습식세정공정을 실시하고, CF4가스를 이용한 플라즈마처리를 20 내지 40초(sec) 정도 실시한 다음 대기(공기)상태의 반응로내부에 N2가스를 공급하여 산소의 농도를 감소시킨 상태에서 상기 실리콘기판(1)을 상기 반응로내부로 로딩(Loading)한다. 이후 560 내지 580℃의 온도범위에서 SiH4가스의 열분해를 이용한 저압화학기상증착(LPCVD) 방법으로 비정질실리콘(Amorphous Si; 6)을 1000 내지 3000Å 정도의 두께로 증착한 상태의 단면도인데, 상기 CF4가스를 이용한 플라즈마처리는 상기 습식 세정시 완전히 제거되지 않고 잔류되는 자연산화막 및 폴리실리콘층 형성시 그레인성장의 핵이되는 O2및 H2등과 같은 이물질을 완전히 제거시키기 위한 것이며, 상기 실리콘기판(1)의 로딩시 N2가스를 공급하여 반응로내부의 산소농도를 낮추기 때문에 로딩되는 과정에서 산화막의 성장을 억제시킨다.
제2c도는 1015Cm-2정도의 상태를 갖는 이온주입량(Dose) 및 소정의 이온주입 에너지(Energy)를 이용하여 상기 비정질실리콘(6)에 실리콘이온을 주입시키는 상태의 단면도이다.
제2d도는 500 내지 700℃의 온도 및 N2가스분위기 상태에서 열처리공정을 실시하여 상기 비정질실리콘(6)을 재결정화(Recrystallization)시키므로써 폴리실리콘층(6A)이 형성된 상태의 단면도인데, 이때 상기 CF4가스를 이용한 플라즈마처리에 의해 그레인성장의 핵이되는 이물질이 완전히 제거됨으로 인해 그레인(B)의 성장이 최대화되고, 상기 비정질실리콘에 주입된 실리콘이온에 의해 내부의 축적에너지가 증가되어 그레인(B)의 크기은 매우 커지게 된다. 참고적으로 이와같은 방법을 이용하면 1㎛ 이상의 크기를 갖는 그레인을 얻을 수 있다.
상술한 바와같이 본 발명에 의하면 비정질실리콘을 증착하기전에 자연산화막을 완전히 제거시켜 접촉저항을 감소시키고, 실리콘이온주입 및 재결정화에 의해 그레인의 크기가 최대화되도록 하여 전자의 이동도 및 전도도를 증가시키므로써 소자의 전기적 특성이 향상될 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법에 있어서, 접합부가 형성된 실리콘기판상에 절연층을 형성한 후 콘택홀마스크를 이용한 사진 및 식각공정을 통해 상기 절연층을 패터닝하여 상기 접합부상부의 실리콘기판이 노출되도록 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 노출된 실리콘기판상에 성장된 자연산화막을 제거하기 위하여 습식세정공정을 실시하고 플라즈마처리를 실시한 다음 상기 실리콘기판을 증착반응로내부로 로딩하는 단계와, 상기 단계로부터 소정의 온도범위에서 비정질실리콘을 증착한 후 소정의 이온주입량 및 이온주입에너지를 이용하여 상기 비정질실리콘내에 실리콘이온을 주입시키는 단계와, 상기 단계로부터 상기 비정질실리콘을 재결정화시키기 위하여 열처리공정을 실시하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 습식세정공정시 BOE용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법.
  3. 제1 또는 제2항에 있어서, 상기 습식세정공정시 HF용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마처리는 CF4가스를 이용하며, 20 내지 40초동안 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 실리콘기판을 증착반응로내부로 로딩하는 단계에서 반응로내부의 산소농도를 감소시키기 위하여 N2가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 비정질실리콘은 560 내지 580℃의 온도범위에서 SiH4가스의 열분해를 이용한 저압화학기상증착방법에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법.
  7. 제1 또는 제6항에 있어서, 상기 비정질실리콘은 1000 내지 3000Å의 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 실리콘이온은 1015Cm-2정도의 상태를 갖는 이온주입량으로 주입되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 비정질실리콘을 재결정화시키기 위한 열처리공정은 500 내지 700℃의 온도 및 N2가스분위기 상태에서 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 폴리실리콘층 형성방법.
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