KR100443353B1 - 반도체 소자의 장벽금속막 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 콘택 저항을 감소시킬 수 있는 반도체 소자의 장벽금속막 형성 방법에 관한 것으로써, 소정 공정이 완료된 반도체 기판과 콘택되는 티타늄막을 형성하는 제1단계; 상기 티타늄막 상부에 코발트막을 형성하는 제2단계; 상기 코발트막 상부에 티타늄질화막을 형성하는 제3단계; 상기 제3단계가 완료된 결과물에 열처리 공정을 실시하여 상기 코발트막과 상기 티타늄막을 코발트 실리사이드막으로 형성하는 제4단계를 포함하여 이루어진다.

Description

반도체 소자의 장벽금속막 형성 방법

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 콘택 저항의 감소 및 열적안정성을 향상시키기 위하여 코발트 실리사이드막을 장벽금속막으로 갖는 반도체 소자 제조 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 반도체 소자에서 층간절연막의 선택적 식각으로 형성되는 콘택홀을 통하여 상부금속막과 하부의 전도막이 콘택된다. 일반적으로 하부의 전도막은 실리콘 기판을 의미하는데 실리콘 기판으로부터의 실리콘이 상기 금속막으로 침투하여 접합스파이킹 등의 문제점이 유발된다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 티타늄/티타늄질화막의 장벽금속막을 형성한다.

도1a 및 도1b는 종래 기술에 따른 장벽금속막의 단면도이다.

먼저, 도1a에 도시된 바와 같이, 소정 공정이 완료된 실리콘 기판(11)상부에 층간절연막(12)을 형성하고, 이러한 층간절연막(12)을 선택식각하여 상기 실리콘 기판(11)의 소정 영역을 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 그리고, 노출된 실리콘 기판(11)과 콘택되는 상부금속막을 증착하기 전에 장벽금속막으로 물리적 기상 증착법(이하 PVD방법)으로 티타늄막(13), 티타늄질화막(14)을 차례로 적층한다.

이러한, 실리콘 기판(11)과 티타늄질화막(14) 사이에 증착하는 티타늄(13)막은, 티타늄질화막(14)과 실리콘 기판(11)과의 접착력을 향상시켜 줄뿐만 아니라, 추후 형성되는 BPSG와 같은 절연막 증착후 평탄화를 위해 진행되는 700℃ 내지 900℃의 열처리 공정에 의하여 TiSi₂막(15)으로 형성되어 콘택 저항 감소 등의 장점을 나타낸다.

그러나 이러한 TiSi₂막(15)은 절연막 평탄화를 위한 열처리 공정 동안에 계속 성장되어 두께가 증가하고 응집현상을 유발하여 소자의 누설 전류 증가 및 콘택 저항 증가를 증가시키는 원인이 된다.

따라서 이러한 문제점을 극복할 수 있는 반도체 소자의 장벽금속막 형성 방법의 개발이 필요하게 되었다.

상기와 같은 제반 요구 사항에 의해 안출된 본 발명은, 반도체 소자의 제조시, 장벽금속막으로 티타늄/티타늄질화막을 사용하였을 때 형성되는 TiSi₂막이 열처리 공정을 진행하는 동안에 성장됨으로 인한 소자의 콘택 저항의 증가 등의 문제점을 극복할 수 있는 반도체 소자 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

도1a 및 도1b는 종래 기술에 따른 장벽금속막의 단면도.

도2a 내지 도2c는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 장벽금속막 형성 방법.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 실리콘 기판 22 : 층간절연막

23 : 티타늄막 24 : 코발트막

25 : 티타늄질화막(TiN)

26 : 티타늄 실리사이드막(TiSi_X)

27 : 코발트 실리사이드막(CoSi_X)

28 : 텅스텐막

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 소자 제조 방법은, 소정 공정이 완료된 반도체 기판과 콘택되는 티타늄막을 형성하는 제1단계; 상기 티타늄막 상부에 코발트막을 형성하는 제2단계; 상기 코발트막 상부에 티타늄질화막을 형성하는 제3단계; 상기 제3단계가 완료된 결과물에 열처리 공정을 실시하여 상기 코발트막과 상기 티타늄막을 코발트 실리사이드막으로 형성하는 제4단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명은, 일반적인 티타늄, 티타늄질화막으로 구성되는 장벽금속의 열적 불안정성을 극복하기 위하여 티타늄막, 코발트막, 티타늄질화막을 차례로 적층한후 코발트막의 특성을 이용하여 코발트실리사이드막, 티타늄질화막의 구조로 변화시킬 수 있다. 이러한 코발트 실리사이드막은 고온의 열처리 공정의 진행 후에도 안정된 장벽금속막으로 유지된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도2a 내지 도2c는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 장벽금속막 형성 방법을 나타내는 공정 단면도이다.

먼저, 도2a에 도시된 바와 같이, 소정 공정이 완료된 실리콘 기판(21) 상부에 층간절연막(22)을 형성하고, 이를 선택식각하여 소정영역의 실리콘 기판(21)을 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 이러한 콘택홀 형성 공정시 오픈되는 표면상부에 자연산화막이 형성되는데, 이러한 자연산화막을 소정의 전처리 공정으로 일차 제거한다. 그리고, 노출된 실리콘 기판(21)과 콘택되는 티타늄막(23)을 전체구조 상부에 증착한 후, 코발트막(24), 티타늄질화막(25)을 진공 파괴 없이 차례로 적층한다. 이때, 티타늄막(23) 하부에는 전처리후 대기중 노출에 의한 20Å 이하 정도의 자연산화막이 잔류되어 있다. 본 발명에서 제시하는 티타늄막(23)의 두께는 30Å 내지 200Å, 코발트막(24)의 두께는 70Å 내지 300Å, 티타늄질화막(25)의 두께는 100Å내지 600Å이 되도록 형성한다.

다음으로, 도2b에 도시된 바와 같이, 전체구조상부에 열처리 공정을 실시하여 실리콘 기판(21)과 콘택된 티타늄막(23)이 티타늄실리사이드막(26)으로 형성되도록 한다. 이러한 열처리 공정은 두차례의 급속열처리 공정으로 진행된다. 우선, 450℃ 내지 850℃의 제1 급속열처리공정을 실시한 후, 650℃ 내지 950℃의 제2급속열처리 공정을 실시하여 진행하며, 이러한 두차례의 급속열처리 공정은 10초 내지 30초 동안에 질소분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 한다. 경우에 따라서, 전술한 열처리 공정은 한차례의 급속열처리 공정으로 수행 될 수도 있는데 이럴 경우, 600℃ 내지 1000℃의 온도에서 수행된다.

다음으로, 도2c에 도시된 바와 같이, 공정시간의 경과에 따라 상기 티타늄실리사이드막(26) 상부에 위치한 코발트막(24)은 구성원소인 코발트가 그 하부에 위치한 티타늄실리사이드막(26)과의 결합력이 상대적으로 크기 때문에 하부의 티타늄 실리사이드막(26)으로 확산되어 일정시간 경과후 콘택홀 바닥부위에서는 실리콘 기판(21)과 티타늄질화막(25) 사이에 코발트 실리사이드막(27)이 형성된다. 전체구조 상부에 텅스텐막(28)을 CVD(chemical vapor deposition) 방법으로 증착한 후, BPSG(Borophsophor silicate glass) 절연막을 증착하여 열처리 공정을 실시한다. 전술한 공정에서, 텅스텐막(28)은 코발트 실리사이드막(27) 상부의 티타늄질화막(25)과 콘택 됨으로써, 실리콘 기판(21)과 콘택된다. 여기서, 코발트 실리사이드막(27)은 매우 작은 결정립과 매끈한 계면을 갖고 있고, 실리콘 기판(21)에 대하여 에피로 성장되어 있어 열적으로 매우 안정하게된다.

전술한 바와 같은 본 발명에서, 실리콘 기판(21)과 콘택되는 코발트 실리사이드막(27)은 700℃ 이상의 고온의 열처리 공정후에도 응집이나 결정립 성장 없이 그대로 유지되어 소자의 콘택을 증가시키지 않는다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 반도체 소자의 장벽금속막의 형성에 있어서, 하부전도막과 콘택되는 장벽금속막으로 코발트 실리사이드막을 형성시킴으로서 소자에 열안정성을 부여하여 고온의 열처리 공정후에도 콘택 저항을 증가시키지 않아 결과적으로 소자의 수율 및 신뢰성을 향상시킨다.

Claims (9)

1. 소정 공정이 완료된 반도체 기판과 콘택되는 티타늄막을 형성하는 제1단계;

   상기 티타늄막 상부에 코발트막을 형성하는 제2단계;

   상기 코발트막 상부에 티타늄질화막을 형성하는 제3단계;

   상기 제3단계가 완료된 결과물에 열처리 공정을 실시하여 상기 코발트막과 상기 티타늄막을 코발트 실리사이드막으로 형성하는 제4단계

   를 포함하여 이루어지는 반도체 소자 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 티타늄막의 두께가 30Å 내지 200Å인 반도체 소자 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 코발트막의 두께가 70Å 내지 300Å인 반도체 소자 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 티타늄질화막의 두께가 100Å내지 600Å인 반도체 소자 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 열처리 공정이 두번의 급속열처리로 진행되는 반도체 소자 제조 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 열처리 공정이 한번의 급속열처리로 진행되는 반도체 소자 제조 방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 두번의 급속열처리는 450℃ 내지 850℃의 제1공정, 650℃ 내지 950℃의 제2공정으로 진행되는 반도체 소자 제조 방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 한번의 급속열처리는 600℃ 내지 1000℃의 온도에서 진행되는 반도체 소자 제조 방법.
9. 제5항 내지 8항중 어느한 항에 있어서,

   상기 열처리 공정이 10초 내지 30초 동안에 질소분위기에서 이루어지는 반도체 소자 제조 방법.

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