KR960013152B1 - 반도체소자의 게이트 산화막 형성방법 - Google Patents

Abstract

없음.

Description

반도체소자의 게이트 산화막 형성방법

제1도는 종래 TCA를 사용하여 반도체소자의 게이트 산화막을 형성하는 공정단계를 나타내는 표.

제2도는 본 발명의 DCE를 사용하여 반도체소자의 겡트 산화막을 형성하는 공정단계를 나타내는 표.

본 발명은 반도체소자 제조공정의 게이트 산화막 형성방법에 관한 것이며, 특히, 게이트 산화막을 형성할 때 트리클로로에탄(Trichloroethane; 이하 TCE라 칭함) 대신에 디클로로에탄(Dichloroethylene; 이하 DCE라 칭함)를 사용하고, 종래의 열산화 공정에 비해 저온에서 형성하여 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 게이트 산화막 형성방법에 관한 것이다.

제1도는 종래의 TCA를 사용하여 반도체소자의 게이트 산화막을 형성하는 공정단계를 나타내는 표이다.

종래의 게이트 산화막의 성장은 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 N₂/LO₂분위기의 650℃ 정도 온도의 열산화튜브에 넣고, N₂/LO₂분위기에서 800℃ 정도의 열산화 온도로 상승시킨 후, 다시 N₂/LO₂분위기에서 안정화시키고, O₂분위기에서 예비산화를 5분 정도의 짧은 시간 동안 실시하며, 튜브를 O₂: H₂: TCA의 비율이 8 : 8 : 0.2(SLPM)인 분위기 상태에서 산화막을 성장시키는 주산화 공정을 9분 20초 정도 실시하여 게이트 산화막을 형성한다.

그다음 상기 열산화 튜브를 N₂/LO₂분위기에서 온도를 상기 열산화 온도보다 높은 온도인 900℃ 정도로 상승시킨 후, N₂분위기에서 어닐링하고, 다시 튜브온도를 800℃ 정도로 낮추어서 웨이퍼를 튜브에서 꺼집어 내는 단계로 진행된다.

상기와 같은 종래 기술에 따른 반도체소자의 게이트 산화막 형성방법은 800℃ 정도의 고온에서 산화공정을 진행하고, 그 보다 더 높은 온도인 900℃에서 어닐링을 실시하므로, 많은 시간과 전력이 필요하게 되어 제조단가가 상승하고 수율이 떠어지며, 반도체의 특성상 누설전류가 증가되는 문제점이 있다.

또한 1987년 체결된 비엔나 협약에 의해 종래에 사용되는 TCE의 사용이 규제되므로 그 대체물질로 필요하게 되엇다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 온도 700℃~800℃ 정도의 온도에서 DCE를 산화원으로 하여 게이트 산화막을 형성하고, 그 보다 높은 온도에서 열처리를 실시하여, 실리콘기판과 게이트 산화막 사이의 인터페이스 트랩 전하와 이온을 제거하거나 패시베이션시켜 인터페이스 특성을 개선시키는 반도체소자의 게이트 산화막 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 산화원으로 사용되고 있는 TCE 대신에 DCE를 산화공정에의 산화원으로 사용하여, 종래 기술에 비해 저온에서 산화공정을 진행시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면으로 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

제2도는 본 발명의 DCE를 사용하여 게이트 산화막 형성하는 공정을 나타내는 표로서, 현재 산화원으로 사용되고 있는 TCE 대신에 DCE를 주산화공정에 사용하여 종래에 비해 저온에서 산화공정을 진행시킨다.

먼저, 게이트 산화막 형성시, 웨이퍼를 N₂/LO₂분위기의 650℃ 정도 온도의 열산화 튜브에 넣고, N₂/LO₂분위기에서 종래 열산화 온도보다 낮은 700~800℃ 정도의 온도로 상승시킨 후, 상기 튜브를 N₂/LO₂분위기에서 안정화시키고, O₂분위기에서 예비산화를 5분 정도의 짧은 시간 동안 실시하며, O₂: H₂: DCE=8 : 8 : 0.14(SLPM)인 분위기에서 주산화 공정을 16분 30초 정도 실시하여 약 100Å 정도 두께의 게이트 산화막을 형성하고, 튜브를 O₂분위기에서 정화시킨다.

이때, DCE를 사용하는 경우, 700℃이면 화학물질 자체가 O₂와 반응하여 완전 산화되어 DCE(C₂H₂Cl₂)+2O₂→2HCl+2CO₂가 되어, 실리콘기판과 게이트 산화막 사이에서, 염소(Chlorine; Cl)가 활성화되어 인터페이스의 트랩 전하와 이온을 제거 또는 패시베이션시켜 인터페이스 특성을 개선되며, 800℃ 정도의 낮은 온도에서 어닐링하며, 열공정 진행시 첨가되는 O₂에 의해 생성되는 자연산화막의 생성이 억제되어, 게이트 산화막의 품질을 높일 수 있으며, 어닐링시 불순물 확산을 적게하고, 누설전류의 증가를 방지한다.

또한, 어닐링 온도를 800℃ 이상, 예를들어 800~900℃ 정도로 하면 산화막 형성후, 산화막을 밀집시킬 수 있다. 즉, 산화막이 700℃ 정도에서 생성될 경우, 어닐링온도가 800℃ 이상이면, 그 목적을 달성할 수 있다.

따라서 다음 공정으로 상기 열산화 튜브를 N₂/LO₂=20 : 0.5SLPM 분위기에서 온도를 상기 열산화 온도보다 높은 온도인 800~900℃ 정도로 상승시키고 N₂=25SLPM 분위기에서 30분간 어닐링하고, 다시 N₂=30SLPM 분위기에서 튜브 온도를 700℃ 정도로 낮추어서 웨이퍼를 튜브에서 꺼집어 내는 단계로 진행된다.

여기서 상기 어릴링 공정시 온도가 낮고 N₂/LO₂=20/0.5이나 N₂=25 또는 N₂=30(SLPH)의 많은 양의 N₂를 사용하므로 정화효과를 증대시키고, 플랫밴드 전압의 시프트를 야기시키는 산화질화막(Oxinitride)의 형성을 억제시켜 산화물의 품질을 증가시키고, 반도체소자의 수율을 증가시키고, 누설전류 감소 및 불순물 형성을 억제시킨다.

이상에서 살펴본 바와같이, 본 발명에 따른 반도체소자의 게이트 산화막 형성방법에 따르면, DCE를 산화원으로 사용하여 종래의 열산화 온도보다 낮은 온도에서 게이트 산화막을 형성하고 N₂분위기에서 열처리하여 산화막질을 향상시켰으므로, 열산화에 따른 전력소모가 감소되고, 산화막의 밀집을 위한 열처리 고정시 N₂양을 늘려 정화효과를 증대시키고 산화질화막의 생성을 억재하여 플랫밴드 전압의 이동이 방지되며, DCE에서 분리된 Cl에 의해 기판과 게이트 산화막 사이의 계면에 얇게 트랩된 전하의 형성을 방지하여 양질의 산화막을 형성함과 아울러 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 반도체소자의 게이트 산화막 형성방법에 있어서, 웨이퍼를 650℃의 튜브를 장착하는 단계와, 상기 튜브의 온도를 700~800℃로 상승시키는 단계와, 상기 온도에서 웨이퍼상에 DCE를 산화원으로 이용하여 게이트 산화막을 형성하는 단계와, 상기 튜브의 온도를 800~900℃로 상승시켜 어닐링한 후 웨이퍼를 언로딩시키는 단계를 포함하는 반도체소자의 게이트 산화막 형성방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 게이트 산화막 형성공정을 O₂: H₂: DCE=8/8/0.14(SLPM) 분위기에서 진행되는 것을 특징으로 하는 반도체소자 게이트 산화막 형성방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 어닐링 공정시 N₂/LO₂=2.5/0.5(SLPM) 분위기에서 온도를 상승시킨 후, N₂=25(SLPM) 분위기에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트 산화막 형성방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 게이트 산화막을 100Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 게이트 산화막 형성방법.