KR0137435B1 - 반도체 장치의 티타늄 실리사이드층 형성방법 - Google Patents
반도체 장치의 티타늄 실리사이드층 형성방법Info
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Abstract
본 발명은 반도체 장치의 티타늄실리사이드층 형성방법에 관한 것으로, 티타늄실리사이드층의 두께차이로 발생되는 응집현상 및 누설전류를 방지하기 위하여 질소가스 분위기하에서 1차 금속열처리공정을 실시하여 티타늄나이트라이드/티타늄/티타늄실리사이드로 구성된 3중구조의 층을 형성시킨 후 티타늄과의 반응성이 낮은 불활성가스를 이용하여 2차 급속열처리공정을 실시하므로써 접합지역의 상부 및 게이트전극의 상부에 균일한 두께의 티타늄실리사이드층을 형성하여 후속 열처리공정시 발생되는 응집현상 및 접합지역에서의 누설전류의 발생을 방지하며, 티타늄실리사이드층의 두께를 임의로 조절할 수 있어 초고집적 소자의 얕은 접합의 형성에 효과적으로 사용될 수 있는 반도체 장치의 티타늄실리사이드층 형성방법에 관한 것이다.
Description
제 1A 내지 제 1D 도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 티타늄 실리사이드층 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 실리콘기판2 : 게이트산화막
3 : 폴리실리콘층4 : 스페이서산화막
5 : 티타늄층6 및 6A : 티타늄실리사이드층
7 : 티타늄나이트라이드층
본 발명은 반도체 장치의 타타늄실리사이드층 형성방법에 관한 것으로, 특히 질소가스 분위기하에서 1차 급속열처리공정을 실시하여 티타늄나이트라이드/티타늄/티타늄실리사이드로 구성된 3중구조의 층을 형성시킨 후 티타늄과의 반응성이 낮은 불활성가스를 이용하여 2차 급속열처리 공정을 실시하므로써 균일한 두께의 티타늄실리사이드층을 형성할 수 있도록 한 반도체 장치의 티타늄실리사이드층 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 티타늄실리사이드(TiSi2)층은 티타늄(Ti)과 실리콘(Si)을 선택적으로 반응시키는 샐리사이드(SALICIDE) 공정에 의해 형성되며 접합지역(Juntion region) 및 게이트(Gate) 전극의 접합저항을 감소시키기 위하여 형성시킨다. 그러면 종래 반도체 장치의 제조에 이용되는 티타늄실리사이드층 형성방법을 설명하면 다음과 같다.
종래에는 반도체 장치의 제조공정에서 티타늄실리사이드층을 형성하기 위하여 게이트전극이 형성된 실리콘기판상에 티타늄을 증착한후 질소(N2)가스 분위기하에서 1차 급속열처리공정을 실시한다. 이때 타타늄실리사이드 이외에 티타늄나이트라이드 및 미반응된 티타늄이 생기게 되는데 선택적 식각공정을 진행하여 접합지역 및 게이트전극의 폴리실리콘층 상부에만 티타늄실리사이드층이 형성되도록 한다. 이후 2차 급속열처리공정을 실시하여 티타늄실리사이드층의 비저항값을 감소시킨다. 그런데 실리콘내에 존재하는 불순물의 종류 및 양에 따라 티타늄과 실리콘의 반응속도가 달라지기 때문에 접합지역 및 게이트전극의 폴리실리콘층에서 형성되는 티타늄실리사이드층의 두께가 서로 다르게 된다. 즉 N+지역에서는 티타늄 실리사이드층의 두께가 너무 얇게 형성되어 후속 열처리공정시 응집현상이 발생되며, P+지역에서는 티타늄실리사이드층의 두께가 너무 두껍게 형성되어 접합지역에서 누설전류가 발생되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 질소가스 분위기하에서 1차 급속열처리공정을 실시하여 티타늄나이트라이드/티타늄/티타늄실리사이드로 구성된 3중구조의 층을 형성시킨후 티타늄과의 반응성이 낮은 불활성가스를 이용하여 2차 급속열처리공정을 실시하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 반도체 장치의 티타늄실리사이드층 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 게이트전극이 형성된 실리콘기판상에 티타늄층을 형성시키는 단계와, 상기 단계로부터 티타늄나이트라이드/티타늄/티타늄실리사이드 구조의 3중층을 형성하기 위해 질소가스 분위기하에서 1차 급속열처리공정을 실시하는 단계와, 상기 단계로 부터 균일한 두께의 티타늄실리사이드층을 형성하기 위하여 티티늄과의 반응성이 낮은 불활성가스 분위기 하에서 2차 급속열처리공정을 실시하는 단계와, 상기 단계로 부터 상기 티타늄나이트라이드층 및 미반응된 티타늄을 제거한 다음 상기 실리콘기판 및 게이트전극의 표면이 노출되도록 상기 티타늄 실리사이드층의 일부를 제거하는 단계와, 상기 단계로 부터 잔류되는 티타늄실리사이드층의 비저항을 감소시키기 위해 3차 급속열처리공정을 실시하는 단계로 이루어 지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제 1A 내지 제 1D 도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 티타늄실리사이드층 형성방법을 설명하기 소자의 단면도로서,
제 1A 도는 실리콘기판(1)상에 게이트산화막(2) 및 폴리실리콘층(3)을 순차적으로 형성한후 패터닝(Patterning)하여 비소(As), 인(P) 또는 붕소(B)등의 불순물이온이 주입된 N+또는 P+지역에 게이트전극을 형성하고 그 양측부에 스페이서산화막(4)을 형성시킨 다음 전체 상부면에 티타늄(Ti)을 증착하여 티타늄층(5)을 형성시킨 상태의 단면도이다.
제 1B 도는 질소(N2)가스 분위기하에서 1차 급속열처리공정을 실시하므로써 티타늄이 실리콘과 접한 부분에서 티타늄과 실리콘이 반응하여 실리콘기판(1) 및 폴리실리콘층(3)의 상부에 얇은 두께의 티타늄실리사이드층(6)이 형성되고, 분위기 가스인 질소(N2) 가스와 접한 상기 티타늄층(4)의 상부에는 티타늄나이트라이드층(7)이 형성되어, 티타늄나이트라이드층(7)/미반응된 티타늄층(5)/티타늄실리사이드층(6)으로 구성된 3중층이 형성된 상태의 단면도인데, 상기 1차 급속열처리공정시 일반적으로 티타늄실리사이드의 형성속도보다 티타늄나이트라이드(TiN)의 형성속도가 빠르므로 650 내지 700℃의 저온에서 약 10 내지 20 초정도의 짧은 시간동안만 반응시키며 이때 상기 반응시간에 의해 티타늄나이트라이드층(7)의 형성두께가 결정된다.
제 1C 도는 반응되지 않고 잔류된 티타늄(5)을 티타늄실리사이드로 만들며 분위기 가스인 질소에 의해 티타늄이 소모되는 것(예를들어 티타늄이 티타늄나이트라이드화 되는것)을 근원적으로 방지하기 위하여 아르곤(Ar)등과 같이 티타늄과의 반응성이 낮은 불활성가스 분위기 및 700 내지 800℃의 온도조건으로 2차 급속열처리공정을 실시하여 상기 실리콘기판(1) 및 폴리실리콘층(3)상부에 두꺼운 티타늄실리사이드층(6A)이 형성된 상태의 단면도인데, 이때 상기 티타늄나이트라이드층(7)은 최종 형성되는 티타늄실리사이드층의 두께를 조절하며 캐핑층(Caping layer)으로 이용된다. 즉 증착된 티타늄층의 두께는 일정하기 때문에 상기 1차 급속열처리공정시 형성된 티타늄나이트라이드층과 티타늄실리사이드층에 의해 최종 형성되는 티타늄실리사이드층의 두께가 결정된다. 또한 실리콘내에 존재하는 불순물의 종류 및 양에 의해 티타늄실리사이드층의 형성속도가 달라지기 때문에 열처리 시간은 형성속도가 가장 늦은 티타늄실리사이드의 형성속도를 기준으로 하여 조절한다. 그러므로 티타늄실리사이드층의 두께는 반응되는 티타늄의 양에만 의존되므로 모든경우에 있어 동일한 두께의 티타늄실리사이드층을 형성할 수 있다.
제 1D 도는 상기 티타늄나이트라이드(7) 및 스페이서산화막(4)상에 반응되지않고 잔류되는 티타늄(5)을 선택적 식각방법으로 제거한후 실리콘 기판(1) 및 게이트전극의 표면이 노출되도록 티타늄실리사이드층(6A)의 일부를 제거한 상태의 단면도이며, 이후 잔류되는 티타늄실리사이드층(6A)의 비저항을 감소시키기 위하여 800 내지 850℃의 온도상태에서 3차 급속열처리공정을 실시한다.
상술한 바와같이 본 발명에 의하면 실리콘기판 및 폴리실리콘 즉, 접합지역의 상부 및 게이트전극의 상부에 동일한 두께의 티타늄실리사이드층을 형성하므로써 후속 열처리공정시 발생되는 응집현상 및 접합지역에서의 누설전류의 발생이 방지되는 탁월한 효과가 있으며, 티타늄실리사이드층의 두께를 임의로 조절할 수 있어 초고집적 소자의 얕은 접합의 형성에 효과적으로 사용될 수 있다.
Claims (6)
- 반도체 장치의 티타늄실리사이드층 형성방법에 있어서,게이트전극이 형성된 실리콘기판상에 티타늄층을 형성시키는 단계와,상기 단계로부터 티타늄나이트라이드/티타늄/티타늄실리사이드 구조의 3중층을 형성하기 위해 질소가스 분위기하에서 1차 급속열처리공정을 실시하는 단계와,상기 단계로 부터 균일한 두께의 티타늄실리사이드층을 형성하기 위하여 티타늄과의 반응성이 낮은 불활성가스 분위기 하에서 2차 급속열처리공정을 실시하는 단계와,상기 단계로 부터 상기 티타늄나이트라이드층 및 미반응된 티타늄을 제거한 다음 상기 실리콘기판 및 게이트전극의 표면이 노출되도록 상기 티타늄실리사이드층의 일부를 제거하는 단계와,상기 단계로 부터 잔류되는 티타늄실리사이드층의 비저항을 감소시키기 위해 3차 급속열처리공정을 실시하는 단계로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 티타늄실리사이드층 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 1차 급속열처리공정은 650 내지 700℃의 온도상태에서 10내지 20초동안 실시되며, 열처리시간의 조절에 의해 티타늄나이트라이드층의 형성두께가 조절되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 티타늄실리사이드층 형성방법.
- 제 1 또는 제 2 항에 있어서,상기 티타늄나이트라이드층은 최종 형성되는 티타늄실리사이드층의 두께를 조절하며 캐핑층으로 이용되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 티타늄실리사이드층 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 2차 급속열처리공정은 700 내지 800℃의 온도상태에서 이루어지되, 열처리 시간은 형성속도가 가장 느린 티타늄실리사이드의 형성속도를 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 티타늄실리사이드층 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 티타늄과의 반응성이 낮은 불활성가스는 아르곤가스인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 티타늄실리사이드층 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 3차 급속열처리공정은 800 내지 850℃ 온도 상태에서 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 티타늄실리사이드층 형성방법.
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