KR0157855B1 - Method for forming gate of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체소자의 RF스퍼터링에칭을 이용한 게이트제조방법에 관한 것으로, 폴리사이드 게이트의 형성시 폴리실리콘을 먼저 스퍼터링 시스템 내에서 RF스퍼터링에칭한 후 폴리사이드를 형성함으로써, 종래의 폴리사이드 형성 공정시 발생하는 수포현상을 제거하고 접촉저항 및 폴리실리콘과 폴리사이드의 접착력을 개선할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a gate using RF sputtering etching of a semiconductor device, wherein polysilicon is first formed by sputtering RF sputtering in a sputtering system and then a polyside is formed in forming a polyside gate. It is effective in removing the blisters and improving the contact resistance and adhesion between polysilicon and polyside.

Description

반도체소자의 게이트 형성방법Gate Forming Method of Semiconductor Device

제1도의 (a) 내지 (d)는 종래 반도체소자의 게이트 제조 형성공정도.(A)-(d) of FIG. 1 is a process diagram of gate fabrication of a conventional semiconductor device.

제2도는 표면에 수포가 발생한 종래 반도체소자의 단면도.2 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device in which blisters occur on a surface thereof.

제3도의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 반도체소자의 게이트 형성공정도.3A to 3D are gate forming process diagrams of a semiconductor device of the present invention.

제4도는 본 발명의 RF스퍼터링에칭에 대한 원리를 보인 설명도.4 is an explanatory view showing the principle of the RF sputter etching of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 반도체기판 2 : 게이트 산화막1 semiconductor substrate 2 gate oxide film

3 : 폴리실리콘 4 : 폴리사이드3: polysilicon 4: polyside

5 : 게이트 마스크 6 : 소스/드레인 영역5: gate mask 6: source / drain regions

11 : RF발생기 12 : RF매칭콘트롤러11: RF generator 12: RF matching controller

13 : 에칭테이블 14 : 프론트플레이트13: etching table 14: front plate

15 : 웨이퍼 16 : 타게트15 wafer 16: target

17 : 백플레이트17: back plate

본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 RF스퍼터링에칭(sputtering etching)을 이용하여 TaSi2를 사용한 폴리사이드게이트(Polycide gate)를 형성함으로써 수포(blister) 발생방지 및 그에따른 신뢰성향상에 적당하도록한 반도체소자의 게이트 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular, by forming a polycide gate using TaSi 2 using RF sputtering etching, it is suitable for preventing blisters and improving reliability thereof. It relates to a gate forming method of a semiconductor device.

일반적으로 반도체소자에 있어서 게이트는 그 형성물질에 따라 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 이용한 폴리게이트, 고융점금속실리사이드(refractory metal silicide)를 이용한 폴리사이드 게이트, 금속물질을 이용한 메탈게이트 등이 있는데, 상기 폴리사이드 게이트는 탄탈륨(Ta)이나 티타늄(Ti) 또는 텅스텐(W)과 같은 고융점 금속에 실리콘을 함유시킨 것으로, 저항이나 전도 특성이 뛰어나 최근들어 점점 더 이용율이 증가하고 있으며, 그 제조방법을 제1도의 (a) 내지 (d)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.In general, in the semiconductor device, a gate includes a polygate using polysilicon doped with impurities, a polyside gate using a high melting point metal silicide, a metal gate using a metal material, and the like. Polyside gates contain silicon in high melting point metals such as tantalum (Ta), titanium (Ti), or tungsten (W), and their utilization is increasing in recent years due to their excellent resistance and conduction characteristics. Referring to (a) to (d) of Figure 1 as follows.

먼저, 제1도의 (a)에서와 같이 반도체기판(1) 위에 게이트 산화막(2)을 성장시킨 후 상기 게이트 산화막(2) 위에 폴리실리콘(3)을 소정의 두께로 증착시키며, 이어서 결과물 전면에 P형 불순물로서 예를 들어 인(P) 이온을 주입한다.First, as shown in FIG. 1A, a gate oxide film 2 is grown on the semiconductor substrate 1, and then polysilicon 3 is deposited on the gate oxide film 2 to a predetermined thickness. For example, phosphorus (P) ions are implanted as P-type impurities.

이때, 상기 인 이온 주입시 인 이온과 공기중의 산소가 반응하여 생기는 P2O4는 디글레이즈(deglaze → B:HF = 7:1)를 사용하여 제거하고, 상기 폴리실리콘(3) 표면에 생성된 자연산화막은 HF클린(clean)(H:F = 100:1)으로 제거한다.At this time, P 2 O 4 generated by the reaction of phosphorus ions and oxygen in the air during the implantation of phosphorus ions is removed using deglaze (B: HF = 7: 1), and the surface of the polysilicon 3 is removed. The resulting natural oxide film is removed by HF clean (H: F = 100: 1).

이후 제1도의 (b)에서와 같이 상기 폴리실리콘(3) 위에 스퍼터링(sputtering)법으로 TaSi2를 반응시켜 폴리사이드(4)를 형성한다.Thereafter, TaSi 2 is reacted on the polysilicon 3 by sputtering as in (b) of FIG. 1 to form polyside (4).

이후, 제1도의 (c)에서와 같이 상기 폴리사이드(4) 위에 포토레지스트를 도포, 노광 및 현상하여 게이트 마스크(5)를 형성하고, 제1도의 (d)에서와 같이 상기 게이트 마스크(5)를 적용하여 상기 폴리사이드(4)와 폴리실리콘(3) 및 게이트 산화막(2)을 건식식각하여 폴리사이드 게이트를 형성하고, 다시 상기 게이트 마스크를 제거한 후 상기 폴리사이드 게이트를 마스크로 하여 반도체기판(1) 상부영역내에 불순물을 주입함으로써 소스/드레인 영역(6)을 형성한다.Thereafter, a photoresist is applied, exposed, and developed on the polyside 4 to form a gate mask 5 as shown in FIG. 1C, and the gate mask 5 as shown in FIG. ) And dry etching the polyside (4), the polysilicon (3) and the gate oxide film (2) to form a polyside gate, and after removing the gate mask again, the semiconductor substrate using the polyside gate as a mask (1) The source / drain region 6 is formed by implanting impurities into the upper region.

그러나 상기와 같은 방법으로 형성된 폴리사이드 게이트의 경우 실제로는 제2도에 도시한 바와 같이 상기 폴리사이드 게이트의 표면에 P형 불순물이 새어나와 수포(7)가 발생하여 후속 공정시 상기 폴리사이드가 벗겨질 가능성이 높으며, 상기 폴리실리콘과 폴리사이드 사이의 계면 접착력이 약하기 때문에 소자의 신뢰성이 저하되며, 접촉저항이 높아지는 문제점이 있다.However, in the case of the polyside gate formed by the above method, as shown in FIG. 2, P-type impurities leak into the surface of the polyside gate, and a blister 7 is generated, and the polyside is peeled off in a subsequent process. There is a high possibility of quality, there is a problem that the reliability of the device is lowered, the contact resistance is increased because the interface adhesion between the polysilicon and the polyside is weak.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 폴리사이드 게이트의 형성시 폴리실리콘을 먼저 스퍼터링 시스템내에서 RF스퍼터링에칭한 후 폴리사이드를 형성함으로써, 종래의 폴리사이드 형성 공정시 발생하는 수포현상을 제거하고 접촉저항 및 폴리실리콘과 폴리사이드의 접착력을 개선할 수 있는 반도체소자의 게이트 형성방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention, in order to solve the above problems, polysilicon is first formed by sputtering RF RF sputtering in the sputtering system to form a polyside when forming a polyside gate, the blister generated during the conventional polyside formation process The present invention provides a method for forming a gate of a semiconductor device capable of removing the phenomenon and improving contact resistance and adhesion between polysilicon and polyside.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자의 게이트 형성방법은, 반도체 기판위에 게이트 산화막과 폴리실리콘을 순차적으로 적층시킨 후 RF스퍼터링을 이용한 건식식각공정으로 상기 폴리실리콘을 50Å이하의 두께로 식각하는 공정과, 상기 식각된 폴리실리콘 위에 폴리사이드를 형성하는 공정과, 상기 폴리사이드, 폴리실리콘 및 게이트 산화막을 순차적으로 식각하여 게이트를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In the method of forming a gate of the semiconductor device of the present invention for achieving the above object, the polysilicon is etched to a thickness of 50 Å or less by a dry etching process using RF sputtering after sequentially stacking a gate oxide film and polysilicon on a semiconductor substrate And forming a polyside on the etched polysilicon, and sequentially forming the gate by etching the polyside, the polysilicon, and the gate oxide layer.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 반도체소자의 게이트 형성방법은, 먼저 제3도의 (a)에 도시한 바와 같이 종래와 동일하게 반도체기판(1) 위에 게이트 산화막(2)을 형성한 후 그 게이트 산화막(2) 위에 폴리실리콘(3)을 소정의 두께(d)로 형성하고, 상기 폴리실리콘(3) 내부에 P형 불순물로써 인(p) 이온을 주입한다.In the gate forming method of the semiconductor device of the present invention, first, as shown in FIG. 3A, a gate oxide film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 in the same manner as the conventional art, and then a polysilicon layer is formed on the gate oxide film 2. Silicon 3 is formed to a predetermined thickness d, and phosphorus (p) ions are implanted into the polysilicon 3 as P-type impurities.

이후 제2도의 (b)도에서와 같이 상기 폴리실리콘(3)을 제4도의 스퍼터링 시스템 내에서 RF매칭콘트롤러(12)의 출력을 -1200V, 30sec로되는 조건에 의해 50Å 이하의 두께로 하여 RF스퍼터링에칭법으로 식각한 후 상기 폴리실리콘(3)의 계면을 클린한 후 상기 식각된 폴리실리콘(3) 위에 폴리사이드(TaSi2)(4)를 형성하는데, 이때 상기 폴리실리콘(3)의 두께(d')는 식각시 폴리실리콘(3)에 주입된 도펀트 농도가 표면근처에서 가장 높기 때문에 과다 식각하는 경우에는 도핑효과를 상실하게 되므로 식각 두께가 50Å을 넘지 않도록 해야한다.Thereafter, as shown in FIG. 2 (b), the polysilicon 3 has a thickness of 50 dB or less in the sputtering system of FIG. 4 under the condition that the output of the RF matching controller 12 is -1200 V and 30 sec. After etching by the sputtering etching method, the interface of the polysilicon 3 is cleaned and then a polyside (TaSi 2 ) 4 is formed on the etched polysilicon 3, wherein the thickness of the polysilicon 3 (d ') has the highest dopant concentration in the polysilicon (3) during etching, so the doping effect is lost when over-etching, so the etching thickness should not exceed 50Å.

상기 RF스퍼터링에칭의 원리는 제4도에 도시한 바와 같이, (+)전기장에 의해 플라즈마(plasma)(Ar+) 상태로 되며, 이때 RF 발생기(11), RF매칭콘트롤러(12)를 통해 에칭테이블(13)에 인가된 부(-)성분의 RF바이어스에 의해 가속되어 웨이퍼(15) 표면을 때림으로써 에칭이 발생되는데, 이는 타게트(16)가 부(-)바이어스일 때 스퍼터링되는 것과 정반대의 효과로써, 이와 같은 것을 백스퍼터링, 리버스스퍼터링, 이온밀링(ion milding) 또는 RF스퍼터링에칭이라 한다.The principle of the RF sputter etching is as shown in Figure 4, the plasma (Ar +) state by the (+) electric field, wherein the RF generator 11, RF matching controller 12 through the etching table Etching occurs by accelerating the negative bias applied to (13) and striking the surface of the wafer 15, which is opposite to sputtering when the target 16 is negative. As such, this is called back sputtering, reverse sputtering, ion milding or RF sputtering etching.

이어서 제2도의 (c)에서와 같이 종래와 동일하게 상기 폴리사이드(4) 위에 포토레지스트를 도포, 노광 및 현상하여 게이트 마스크(5)를 형성하고, 제2도의 (d)에서와 같이 상기 게이트 마스크(5)를 적용하여 상기 폴리사이드(4)와 폴리실리콘(3) 및 게이트 산화막(2)을 건식식각하여 폴리사이드 게이트를 형성하고, 다시 상기 게이트 마스크를 제거한 후 상기 폴리사이드 게이트를 마스크로 하여 반도체기판(1) 상부영역내에 불순물을 주입함으로써 소스/드레인 영역(6)을 형성한다.Subsequently, as in FIG. 2C, photoresist is applied, exposed, and developed on the polyside 4 to form a gate mask 5 as in the prior art, and as shown in FIG. Applying a mask (5) to dry-etch the polyside (4), polysilicon (3) and the gate oxide film (2) to form a polyside gate, remove the gate mask again and then the polyside gate as a mask The source / drain regions 6 are formed by implanting impurities into the upper region of the semiconductor substrate 1.

즉, 본 발명의 게이트 공정은 종래기술과 동일하게 되나 폴리사이드 형성전에 폴리실리콘을 RF 바이어스(-1200V)로 30sec동안 에칭하는 것으로, 이는 폴리실리콘(3)증착 → P도우핑 → 디글레이즈 → HF클린 → 스퍼터링에칭(-1200V, 30sec) → TaSi2증착 → 반응 →게이트마스크 →게이트에칭 순으로 진행된다.That is, the gate process of the present invention is the same as in the prior art, but polysilicon is etched for 30 sec with RF bias (-1200 V) before polyside formation, which is polysilicon (3) deposition → P doping → deglaze → HF Clean → sputter etching (-1200V, 30sec) → TaSi 2 deposition → reaction → gate mask → gate etching.

따라서 웨이퍼(15)를 스퍼터링 시스템에 로드(load)하여 RF에칭을 실시한 후 폴리사이드를 형성함으로써 RF스퍼터링에칭과 폴리사이드의 형성이 고진공 상태에서 연속 진행되어 공기중의 산소와 접하지 않으므로 폴리사이드의 표면에 수포가 발생되지 않게된다.Therefore, the wafer 15 is loaded into a sputtering system and subjected to RF etching to form polysides. Therefore, the RF sputtering etching and the formation of polysides are continuously progressed in a high vacuum state so that they do not come into contact with oxygen in the air. No blisters will occur on the surface.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면 폴리사이드 게이트의 제조시 발생하는 수포를 제거하여 후속공정시 상기 폴리실리콘 상부의 폴리사이드가 벗겨지는 현상을 방지하고 폴리실리콘과 그 상부의 폴리사이드 간의 접착력을 향상시킴으로써 소자의 신뢰성을 높일 수 있으며, 접촉저항을 개선하여 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by removing the blisters generated during the production of the polyside gate to prevent the polyside of the upper portion of the polysilicon peeled off in the subsequent process and to improve the adhesion between the polysilicon and the polyside of the upper portion The reliability of the device can be increased, and the electrical resistance can be improved by improving the contact resistance.

Claims (2)

반도체 기판위에 게이트 산화막과 폴리실리콘을 순차적으로 적층시킨 후 상기 폴리실리콘을 RF스퍼터링을 이용한 건식식각공정으로 50Å이하의 두께로 식각하는 공정과, 상기 폴리실리콘 위에 폴리사이드를 형성하는 공정과, 상기 폴리사이드위에 게이트 패터닝한 후 상기 폴리사이드, 폴리실리콘 및 게이트 산화막을 순차적으로 식각하여 게이트를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트 형성방법.Sequentially depositing a gate oxide film and polysilicon on a semiconductor substrate, and etching the polysilicon to a thickness of 50 kPa or less by a dry etching process using RF sputtering, forming a polyside on the polysilicon, and And forming a gate by sequentially etching the polyside, polysilicon and the gate oxide layer after gate patterning on a side thereof. 제1항에 있어서, 상기 RF스퍼터링을 이용한 건식식각공정은 바이어스 전압이 -1200V, 시간이 30sec인 공정조건으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체소자의 게이트 형성방법.The method of claim 1, wherein the dry etching process using RF sputtering is performed under process conditions in which a bias voltage is -1200 V and a time is 30 sec.
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