KR100222400B1 - 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 인-시튜 도프트 실리콘을 이용한 폴리사이드 구조에서 저온의 1차 산화 공정으로 인-시튜 도프트 비정질 실리콘막을 안정적인 폴리실리콘막으로 변화시키고, 고온의 2차 산화 공정으로 텅스텐 실리사이드를 결정화시키는 2단계 산화공정에 의하여 폴리사이드를 형성하므로써 게이트 산화막의 특성 열화를 방지할 수 있어 게이트 전극으로서의 사용을 가능하게 하고, 고품질의 특성을 지닌 소자 제조를 가능하게 하는 반도체 소자의 제조방법이 개시된다.
Description
제1도는 인-시튜 도프트 폴리실리콘 증착공정후의 후속 열처리 조건에 따른 게이트 산화막의 특성 차이를 보여주는 그래프.
제2도는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정순서도.
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 인-시튜 도프트 폴리실리콘을 이용한 폴리사이드 구조에서 2단계 산화공정에 의하여 폴리사이드를 형성하는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자가 고집적화, 소형화 및 고속화되어감에 따라 게이트 전극의 저항을 감소시키기 위해 폴리실리콘막과 텅스텐 실리사이드막이 적층된 폴리사이드 구조가 널리 적용되고 있다. 폴리사이드 형성공정은 폴리실리콘 증착공정, POCl3도핑공정, 텅스텐 실리사이드 증착공정 및 폴리사이드 산화공정을 실시하는 순서로 진행된다. 최근에는 폴리실리콘막을 인-시튜 도프트 방식으로 형성하고 있는데, 이 방식으로 증착된 막은 아몰포스 상태이며, 저항이 매우 높다. 또한, 아몰포스실리콘막과 텅스텐 실리사이드막과의 계면이 불안정한 상태를 갖는다. 아몰포스실리콘막과 텅스텐 실리사이드막 각각의 저항을 감소시키면서, 이들 막간의 계면의 안정성을 확보하기 위하여 폴리사이드 산화 공정을 실시한다.
종래에는 폴리사이드 산화 공정을 예를 들어 850이상의 고온에서 실시하였다. 고온 산화 공정 동안에 아몰포스실리콘막과 텅스텐 실리사이드막은 아몰포스 상태에서 폴리크리스탈라인(polycrystalline) 상태로 변환도어 저항이 감소되는 반면, 하부층인 게이트 산화막의 전기적 특성이 열화되는 문제점이 있다.
제1도는 인-시튜 도프트 폴리실리콘 증착공정후의 후속 열처리 조건에 따른 게이트 산화막의 특성 차이를 보여주는 그래프이다.
도시된 바와 같이, 열처리 온도에 따른 게이트 산화막의 CCST 특성은 온도가 높을수록 나빠지고 있다. 이것은 온도가 높아질수록 아몰포스실리콘막이 폴리실리콘막으로의 변환에 수반되는 스트레스가 증가될 뿐만 아니라, 막 내에 도핑된 불순물이 게이트 산화막과의 계면에서 필-업(pile-up) 형태로 존재하기 때문이다.
이와 같은 이유로, 폴리사이드 산화공정시 폴리사이드 형성시 텅스텐 박막의 저항 감소 및 텅스텐 표면의 산화특성 뿐만 아니라 하부의 인-시튜 도프트 폴리실리콘박막의 구조 변환시에 일어나는 물성 변화도 고려하여야 한다.
따라서, 본 발명은 인-시튜 도프트 폴리실리콘을 이용한 폴리사이드 구조에서 저온의 1차 산화 공정으로 인-시튜 도프트 비정질 실리콘막을 안정적인 폴리실리콘막으로 변화시키고, 고온의 2차 산화 공정으로 텅스텐 실리사이드를 결정화시키는 2단계 산화공정에 의하여 폴리사이드를 형성하므로써, 게이트 산화막의 특성 열화를 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은 실리콘 기판이 제공되고, 상기 실리콘 기판 상에 게이트 산화막을 형성한 후, 게이트 산화막 상에 인-시튜 도프트 실리콘막 및 텅스텐 실리사이드막을 순차적으로 증착하되, 상기 인-시튜 도프트 실리콘막 및 텅스텐 실리사이드막 각각은 아몰포스 상태로 증착되는 단계와, 상기 텅스텐 실리사이드막, 인-시튜 도프트 실리콘막 및 게이트 산화막을 패터닝하는 단계와, 상기 인-시튜 도프트 폴리실리콘막을 폴리크리스탈라인 상태로 변환시키기 위하여, 650 내지 800의 온도에서 1차 폴리사이드 산화 공정을 실시하는 단계와, 상기 텅스텐 실리사이드막을 폴리크리스탈라인 상태로 변환시키기 위하여, 850 내지 1000의 온도에서 2차 폴리사이드 산화 공정을 실시하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정순서도이다.
실리콘 기판이 제공되고, 실리콘 기판상에 50 내지 200두께의 게이트 산화막을 건식이나 습식 산화 분위기에서 성장시키고, LPCVD 증착 장비에서 아몰포스상태의 인-시튜 포스포러스 도프트 폴리실리콘을 500 내지 2000두께로 게이트 산화막상에 증착시킨다. 이후, LPCVD 방식으로 텅스텐 실리사이드를 500 내지 3000두께로 인-시튜 폴리실리콘막상에 증착시킨다. 다음에, 포토리소그라피 공정으로 텅스텐 실리사이드박막 및 인-시튜 포스포러스 도프트 폴리실리콘막을 패턴닝하여 폴리사이드 구조의 게이트를 만들고, 이후 350 내지 500두께의 폴리사이드 산화공정을 실시하는데, 이 산화공정을 제2도를 참조하여 설명한다.
폴리사이드 구조가 형성된 웨이퍼를 챔버에 로딩한다. 이때, 로딩온도는 400 내지 600의 범위이고, 분위기 가스는 N2이다. 1차 온도상승공정을 거쳐 챔버 내의 온도를 650 내지 800의 범위가 되도록 하고, 분위기 가스를 N2또는 건식 O2로 하여 1차 산화공정이 실시된다. 이 온도범위에서 아몰포스상태의 인-시튜 포스포러스 도프트 실리콘막의 구조가 안정적인 폴리실리콘막 구조로 변화된다. 2차 온도 상승공정을 거쳐 챔버내의 온도를 850 내지 1000의 범위가 되게 하고, 분위기 가스를 건식 또는 습식 O2로 하여 2차 산화공정이 실시된다. 이 온도범위에서 텅스텐 실리사이드막이 결정화되고 이에 따라 저항감소가 일어난다. 이와 같은 1차 및 2차 폴리사이드 산화공정으로 350 내지 500두께의 산화막이 형성된다. 이후 온도를 600 내지 800로 하강시킨 후, N2가스 분위기로 웨이퍼를 언로딩한다.
상술한 바와같이 본 발명은 아몰포스상태의 인-시튜 포스포러스 도프트 실리콘막과 텅스텐 실리사이드막으로 된 폴리사이드 게이트를 형성한 후, 폴리사이드 산화공정을 2단계로 실시하는데, 1차 산화공정을 650 내지 800의 온도범위에서 N2또는 건식 O2가스 분위기로 실시하여 아몰포스 상태의 인-시튜 포스포러스 도프트 실리콘막을 안정적인 폴리실리콘막으로 변화시키고, 2차 산화공정을 850 내지 1000의 온도범위에서 건식 또는 습식 O2가스 분위기로 실시하여 텅스텐 실리사이드막을 결정화시키는 2단계 산화 공정에 의해 폴리사이드 산화막을 형성하므로써, 인-시튜 도프트 폴리실리콘이 고온 산화공정시 일어나는 구조 변화 및 도판트 형상(dopant profile)의 변화에 의해 야기되는 게이트 산화막 특성 열화를 방지할 수 있어 게이트 전극으로서의 사용을 가능하게 하고, 고품질의 특성을 지닌 반도체 소자를 제조할 수 있다.
Claims (5)
- 실리콘 기판이 제공되고, 상기 실리콘 기판 상에 게이트 산화막을 형성한 후, 게이트 산화막 상에 인-시튜 도프트 실리콘막 및 텅스텐 실리사이드막을 순차적으로 증착하되, 상기 인-시튜 도프트 실리콘막 및 텅스텐 실리사이드막 각각은 아몰포스 상태로 증착되는 단계와, 상기 텅스텐 실리사이드막, 인-시튜 도프트 실리콘막 및 게이트 산화막을 패터닝하는 단계와, 상기 인-시튜 도프트 폴리실리콘막을 폴리크리스탈라인 상태로 변환시키기 위하여, 650 내지 800의 온도에서 1차 폴리사이드 산화 공정을 실시하는 단계와, 상기 텅스텐 실리사이드막을 폴리크리스탈라인 상태로 변환시키기 위하여, 850 내지 1000의 온도에서 2차 폴리사이드 산화 공정을 실시하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 산화공정은 N2가스 분위기로 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 산화공정은 건식 O2가스 분위기로 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 2차 산화공정은 건식 O2가스 분위기로 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 2차 산화공정은 습식 O2가스 분위기로 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
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