KR100266328B1 - 티타늄실리사이드형성방법및이를이용한티타늄실리사이드의형성온도보정방법 - Google Patents

티타늄실리사이드형성방법및이를이용한티타늄실리사이드의형성온도보정방법 Download PDF

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Abstract

규소 웨이퍼에 Ti(titanium) 박막을 형성하고 열처리하여 Ti실리사이드를 형성하는 공정에서, 실리사이드의 C49상과 C54상이 상전이를 시작하는 720℃∼750℃에서 면 저항이 급격히 변하고 상전이가 마무리되는 750℃에서 일정한 값을 유지하게 되는데 이러한 면 저항의 변화를 이용하여, 온도계에 있어서, Ti 실리사이드의 상전이가 마무리되는 온도를 측정하고 이 온도를 750℃로 보정한다.

Description

티타늄 실리사이드의 형성 방법 및 형성 온도 보정 방법
본 발명은 티타늄(Ti) 실리사이드(silicide)에 관한 것이다.
반도체 장치에서 규소와 금속의 접촉 저항을 낮추기 위하여 주로 사용되는 실리사이드는 녹는점이 매우 높고 저항이 낮아서 주로 높은 온도에서 공정을 진행해야 하는 초집적 회로나 반도체 장치 등에 이용된다.
대부분의 반도체 공정은 900℃이상의 높은 온도에서 이루어지기 때문에 불순물이 확산되기 쉬우며 이러한 확산을 방지하기 위해 Ti 실리사이드 형성 공정에서는 높은 온도에서 짧은 시간에 형성하는 RTP(rapid thermal process) 방법의 이용이 보편화되어 있다.
그런데, RTP의 체임버(chamber) 내에서 웨이퍼(wafer)의 온도를 측정하기 위해 고온 물체로부터 방사되는 특정 파장의 휘도와 온도와의 관계를 이용하는 광 고온계(optical pyrometer)를 사용하고 있지만, 이러한 광 고온계는 시각에 의한 오차가 생기기 쉬워 사용전 정확한 보정이 필요하나 아직까지 표준화된 보정 기구 및 방법이 제공되지 않고 있는 실정이다.
이와 같이 RTP 공정에서 온도가 표준화되지 못함으로 인해 장비간의 레서피(recipe) 호환이 거의 이루어지지 못하고 있다.
본 발명의 과제는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, Ti 실리사이드의 형성 공정에서 사용되는 온도계를 보정하기 위한 기준을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 티타늄 실리사이드(titanium silicide)가 형성되어 있는 웨이퍼의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 Ti 실리사이드의 형성 온도에 따른 면 저항 변화를 도시한 그래프이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다른 상황에서의 Ti 실리사이드의 형성 온도에 따른 면 저항 변화를 도시한 그래프이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온도계 보정 방법을 도시한 흐름도이다.
이러한 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 Ti 실리사이드의 면(sheet) 저항을 온도 보정의 기준으로 이용한다.
Ti 실리사이드는 형성 온도에 따라 변화하는 두 개의 상을 가지며, 두 상 간의 전이는 약 720℃∼750℃ 사이에 일어난다. 이 온도 범위에서 Ti 실리사이드의 면 저항은 선형으로 변화하다가 상전이가 마무리되는 750℃에서 일정한 값을 나타낸다. 이러한 특성은 Ti 박막의 두께나 웨이퍼 종류와 무관하게 나타나므로 면 저항의 측정을 통하여 온도계를 보정할 수 있다. 또한, 750℃ 이상의 온도에서는 면 저항과 불균일성이 모두 낮고 일정하므로, 이 온도 범위에서 Ti 실리사이드를 형성하는 것이 바람직하다.
그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 Ti 실리사이드가 형성된 웨이퍼의 단면도이다.
도 1에 도시한 것처럼, 8∼12Ω·cm 의 비저항을 갖는 규소 웨이퍼(10) 위에 두께 약 460Å 정도의 Ti 박막(12)을 증착하고 690∼790℃ 의 온도 범위에서 열처리하여 Ti 실리사이드(11)를 형성하였다.
이와 같이 형성되는 Ti 실리사이드의 형성 온도에 따른 면 저항과 저항의 불균일성 변화를 측정한 결과를 도 2에 도시하였다. 도 2에서 왼쪽 세로축은 면 저항(Ω/square)(square는 길이와 폭의 비)이고 오른쪽 세로축은 온도에 대한 저항의 변화 정도인 불균일성(3σ%)으로 표준 편차를 이용한 값으로 나타냈으며, 가로축이 형성 온도이다.
실리사이드는 형성 온도에 따라 두 개의 상, 즉 C49 상과 C54 상을 가지는데, 약 700℃에서 C49 상이며, 720℃에서는 C54 상으로의 상전이를 시작하며, 750℃에서는 상전이가 마무리된다. 여기에서 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, C49 상의 면 저항은 약 7.5Ω/sq 이고, C54 상의 면 저항은 약 1.5Ω/sq 로 저항의 차이가 상당히 크게 나타나며, 상전이 온도에서는 실리사이드의 면 저항이 선형으로 급격히 감소하고 있는 것을 볼 수 있다.
또한, Ti 실리사이드의 저항의 불균일성도 상전이가 일어나는 730℃ 부근에서는 큰 값을 갖고, 상전이가 마무리되는 750℃ 전후에서는 아주 작은 값을 나타내며 750℃ 이상에서는 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있다.
이러한 현상은 웨이퍼의 종류나 Ti 박막의 두께의 변화와 무관하게 일정하게 나타난다. 도 3은 비저항이 0.5Ω·cm 이상인 웨이퍼, 비저항이 0.01∼0.02Ω·cm 인 웨이퍼, 8.0∼12.0Ω·cm인 웨이퍼와 두께가 더 얇은 Ti 박막, 웨이퍼에 수직으로 스퍼터링(sputtering)되어 증착된 Ti 박막 등을 각각 사용하여 형성한 실리사이드의 형성 온도에 따른 면 저항과 저항의 불균일성 변화를 나타낸 그래프로서, 도 3에서도 도 2에서와 마찬가지로, 상전이가 일어나고 있는 730℃ 부근에서는 큰 값을 갖고 점차 감소하다가 상전이가 마무리되는 750℃ 부근에서 일정해지는 것을 볼 수 있다.
위의 결과, Ti 실리사이드의 상전이가 마무리되어 일정한 면 저항을 가지고 저항의 비균일성이 작은 값을 나타내게 되는 온도를 750℃로 표준화할 수 있으며, 보정 결과를 이용하여 저항이 일정하게 유지되는 750℃ 이상에서 Ti 박막이 형성되어 있는 반도체층을 열처리하는 것이 바람직하다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 이러한 본 발명의 결과를 이용하여 온도를 보정하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 형성 온도를 변화시켜 가면서 Ti 실리사이드를 형성하고 각각의 온도에서 형성된 Ti 실리사이드의 면 저항을 측정하며 면 저항이 일정해지는 온도 또는 면 저항이 변화하기 시작하는 온도를 찾는다. 이 온도를 750℃가 되도록 온도계를 보정하면, 정확한 온도에서 Ti 실리사이드가 형성될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, RTP 공정에서 Ti 실리사이드가 갖는 두 개의 상 간에 상전이가 일어남에 따라 720℃에서 선형으로 급격히 변화하며, 면 저항이 일정한 값을 가지며 상전이가 마무리되는 750℃를 온도계를 보정하는 표준계로 사용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 온도를 변화시켜 가면서 규소 웨이퍼 위에 Ti 실리사이드를 형성하는 단계,
    상기 각 온도에서 형성된 Ti 실리사이드의 면 저항을 측정하는 단계,
    측정된 면 저항이 일정해지기 시작하는 보정 온도를 찾아내는 단계,
    상기 보정 온도를 기준 온도로 보정하는 단계를 포함하는 Ti 실리사이드의 형성 온도 보정 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 기준 온도는 750℃인 Ti 실리사이드 형성 온도 보정 방법.
  3. 반도체층 위에 Ti 박막을 형성하는 단계,
    상기 Ti 박막이 형성되어 있는 반도체층을 750℃ 이상에서 열처리하여 Ti 실리사이드를 형성하는 단계를 포함하는 Ti 실리사이드 형성 방법.
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