KR100313547B1 - 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고속 및 고집적 소자에 대응할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판의 상면에 게이트 절연막을 형성하는 공정과, 상기 게이트 절연막 상면에 더미층 패턴을 형성하는 공정과, 상기 더미층 패턴의 양측벽에 절연성 사이드월 스페이서를 형성하는 공정과; 상기 사이드월 스페이서의 양측 반도체 기판내에 불순물 이온을 주입하여 소스 및 드레인을 형성하는 공정과, 상기 반도체 기판의 상면 전체에 높이가 상기 더미층 패턴 보다 높아지도록 절연층을 형성하는 공정과, 상기 절연층에 대해 화학기계연마 공정을 실시하여 상기 더미층 패턴의 상면이 노출되도록 하는공정과, 상기 더미층 패턴을 식각 제거하여, 게이트 절연막 위에 트렌치를 형성하는 공정과, 상기 트렌치 내벽 및 상기 절연층 상면에 배리어막을 형성하는 공정과, 상기 트렌치 내부를 구리층으로 채우는 공정을 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 게이트 전극의 저항을 낮추어 고속 및 고집적 소자에 적용할 수 있는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 높아지면서 채널길이가 급속도로 줄어들고, 그에 따라 게이트 전극의 폭도 줄어들고 있다. 따라서 종래 게이트 전극의 재료로 주로 이용되던 폴리실리콘 전극으로는 고속 및 고집적 소자를 제조하는데 한계가 있다. 따라서 게이트 전극의 재료를 저항이 낮은 새로운 재료로 대체할 필요가 있다.
구리는 저항이 낮고 전자 이동도 특성이 좋기 때문에 차세대 금속 배선재료로서 각광을 받고 있다. 그럼에도 불구하고, 구리는 절연막내로 확산이 잘되는 단점 때문에 게이트 전극으로 이용한 예는 없었다.
따라서 본 발명의 연구자는 저항이 낮고 전자 이동도 특성이 좋은 구리를 게이트 전극으로 이용할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 연구하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고속 및 고집적 소자에 대응할 수 있는 게이트 전극을 갖는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 특히 저항이 낮고 전기이동도 특성이 좋은 구리를 이용하여 게이트 전극을 형성한 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 반도체 기판의 상면에 게이트 절연막을 형성하는 공정과, 상기 게이트 절연막 상면에 더미층 패턴을 형성하는 공정과, 상기 더미층 패턴의 양측벽에 절연성 사이드월 스페이서를 형성하는 공정과; 상기 사이드월 스페이서의 양측 반도체 기판내에 불순물 이온을 주입하여 소스 및 드레인을 형성하는 공정과, 상기 반도체 기판의 상면 전체에 높이가 상기 더미층 패턴 보다 높아지도록 절연층을 형성하는 공정과, 상기 절연층에 대해 화학기계연마 공정을 실시하여 상기 더미층 패턴의 상면이 노출되도록 하는공정과, 상기 더미층 패턴을 식각 제거하여, 게이트 절연막 위에 트렌치를 형성하는 공정과, 상기 트렌치 내벽 및 상기 절연층 상면에 배리어막을 형성하는 공정과, 상기 트렌치 내부를 구리층으로 채우는 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 게이트 절연막과 상기 더미층 패턴 사이에 폴리실리콘층 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 상기 소스 및 드레인을 형성하는 공정 이후에,
상기 소스 및 드레인의 상면에 실리사이드층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
도1은 본 발명에 따른 반도체 소자의 종단면도이다.
도2a 내지 도2h는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시하고 있다.
***** 도면 번호에 대한 설명 *****
100 : 반도체 기판 101 : 게이트 절연막
102 : 폴리실리콘층 패턴 103 : 트렌치
104 : 배리어막 105 : 구리층
106 : 사이드월 스페이서 107 : 소스
108 : 드레인 109 : 실리사이드층
200 : 반도체 기판 201 : 게이트 절연막
202 : 폴리실리콘층 202a : 폴리실리콘층 패턴
203 : 더미층 203a : 더미층 패턴
204 : 저농도 드레인영역(LDD) 205 : 제1절연층 측벽 스페이서
206 : 소스 207 : 드레인
208 : 실리사이드층 209 : 제2절연층
210 : 트렌치 211 : 배리어막
212 : 구리층
도1은 본 발명에 따른 반도체 소자의 구조를 도시하고 있다.
반도체 기판(100)의 상면에는 게이트 산화막(101)이 형성되어 있고, 상기 게이트 산화막(101)의 상면에는 폴리실리콘층 패턴(102)이 형성되어 있고, 상기 폴리실리콘층 패턴(102)의 상면에는 중앙에 트렌치(103)를 갖는 배리어막(104)이 형성되어 있고, 상기 배리어막(104)으로 둘러싸인 트렌치(103)내에는 구리층(105)이 채워져 있다. 상기 배리어막(104)의 양측에는 절연성 재료로 된 사이드월 스페이서(106)가 형성되어 있다.
상기 사이드월 스페이서(106)의 양측 상기 반도체 기판(100)내에는 소스(107) 및 드레인(108)이 각각 형성되어 있다. 또 상기 소스(107) 및 드레인(108)의 상면에는 실리사이드층(109)이 형성되어 있다.
상기 도1의 반도체 소자 제조방법은 다음과 같다.
먼저 도2a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(200)의 상면에 게이트 절연막(201)을 형성한다.
다음으로, 상기 게이트 절연막(201)의 상면에 폴리실리콘층(202)과 더미층(203)을 순차 적층형성한다. 상기 더미층(203)의 재료는 이후에 식각 제거될 층이므로 어떠한 막이든지 가능하며, 후속하는 공정에서 형성될 제1절연층과 식각 선택비가 큰 재료라면 어느것이든 가능하다. 본 발명의 실시례에서는 실리콘산화막(SiO2) 또는 실리콘질화막(SiNx)을 이용하였다.
다음으로, 도2b에 도시한 바와 같이, 상기 더미층(203)의 상면에 포토레지스트 마스크(미도시)를 형성한 다음, 상기 더미층(203) 및 폴리실리콘층(202)을 상기 포토레지스트 마스크를 이용하여 선택적으로 식각함으로써, 더미층 패턴(203a) 및 폴리실리콘층 패턴(202a)을 형성한다. 다음으로, 상기 더미층 패턴(203a)의 양측 반도체 기판(200)내에 불순물 이온을 주입하여 저농도 드레인 영역(LDD; lightlydoped drain)(204)을 형성한다.
다음으로, 도2c에 도시한 바와 같이, 상기 도2b의 구조 전면에 제1 절연층을 형성한 다음 마스크 패턴 없이 전면 이방성 에칭을 실시하여 상기 더미층 패턴(203a) 및 상기 폴리실리콘층 패턴(202a)의 측벽에 측벽스페이서(205)를 형성한다.
다음으로, 상기 측벽스페이서(205) 및 더미층 패턴(203a)을 마스크로하여 상기 반도체 기판(200)내에 불순물 이온을 주입하여 소스(206) 및 드레인(207) 영역을 형성한다.
다음으로 상기 반도체 기판(200)의 상면 전체에 금속막을 형성한 다음 살리사이드 공정을 실시하여 상기 소스(206) 및 드레인(207)의 상면에 티타늄, 탄탈륨, 텅스텐 또는 코발트와 같은 금속 실리사이드층(208)을 형성한다.
다음으로, 도2d에 도시한 바와 같이 상기 도2d의 구조 전면에 제2절연층(209)을 형성한다.
다음으로, 도2e에 도시한 바와 같이 상기 더미층 패턴(203a)의 상면이 드러날때까지 상기 제2절연층(209)에 대해 화학기계연마 공정을 실시한다.
다음으로 도2f에 도시한 바와 같이 상기 더미층 패턴(203a)을 선택적으로 식각하여 제거함으로써 트렌치(210)를 형성한다.
다음으로, 도2g와 같이 도2f의 구조 전면에 즉 상기 트렌치(210)의 저면 및 측벽과 상기 제2절연층(209)의 상면에 배리어 금속막(211)을 형성한다. 상기 배리어 금속막(211)의 재료로서는 WNx, TiN, TaN중의 어느 하나인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 배리어 금속막(211)의 상면 전체에 특히 트렌치(210)의 내부가 모두 채워지도록 구리층(212)을 형성한다. 상기 구리층(212)을 형성하는 방법은, 물리적 증착방법, 화학기상증착법, 전기 도금법등이 있다.
다음으로 도2h에 도시한 바와 같이, 상기 제2절연층(209)의 상면이 노출될 때까지 상기 구리층(212)에 대해 화학기계연마 공정을 실시하여 상기 트렌치(210) 내부에만 구리층(212)을 남김으로써, 게이트 전극을 형성하여 반도체 소자의 제조를 완료한다. 상기 실시례에서의 구리층(212)은 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Ag)등의 다른 금속층으로 대체할 수 있다.
본발명은 저항이 낮고 전기이동도 특성이 좋은 장점이 있음에도 불구하고 절연막내로의 이온의 확산이 잘일어난다는 단점으로 인하여, 게이트 전극의 재료로 이용하기 어려웠던 구리를 게이트 전극으로 이용할 수 있도록 한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 반도체 소자 제조방법을 이용함으로써, 고속으로 동작하는 반도체 소자를 제조할 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 반도체 기판의 상면에 게이트 절연막을 형성하는 공정과,상기 게이트 절연막 상면에 더미층 패턴을 형성하는 공정과,상기 더미층 패턴의 양측벽에 절연성 사이드월 스페이서를 형성하는 공정과;상기 사이드월 스페이서의 양측 반도체 기판내에 불순물 이온을 주입하여 소스 및 드레인을 형성하는 공정과,상기 반도체 기판의 상면 전체에 높이가 상기 더미층 패턴 보다 높아지도록 절연층을 형성하는 공정과,상기 절연층에 대해 화학기계연마 공정을 실시하여 상기 더미층 패턴의 상면이 노출되도록 하는공정과,상기 더미층 패턴을 식각 제거하여, 게이트 절연막 위에 트렌치를 형성하는 공정과,상기 트렌치 내벽 및 상기 절연층 상면에 배리어막을 형성하는 공정과,상기 트렌치 내부를 구리층으로 채우는 공정을 포함하는 반도체 소자 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 게이트 절연막과 상기 더미층 패턴 사이에 폴리실리콘층 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 더미층 패턴은 실리콘산화막(SiO2) 또는 실리콘질화막(SiNx)중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 배리어막은 WNx, TiN, TaN중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 소스 및 드레인을 형성하는 공정 이후에,상기 소스 및 드레인의 상면에 실리사이드층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 더미층 패턴을 형성하는 공정 이후에,상기 더미층 패턴의 양측 반도체 기판내에 LDD영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
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