KR100464271B1 - Method for manufacturing mosfet of the semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 모스전계효과 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 본 발명의 제조 방법은 반도체 기판의 활성 영역 위에 게이트 절연막, 언도프트 폴리실리콘막 및 하드 마스크막을 순차적으로 적층하고 게이트 마스크를 이용한 식각 공정으로 이들 막을 패터닝하는 단계와, 기판내에 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계와, 결과물 전면에 층간 절연막을 증착하고 하드 마스크막 표면이 드러나도록 평탄화하는 단계와, 하드 마스크막만을 선택적으로 제거하여 트렌치를 형성하는 단계와, 구조물 전면에 도펀트 이온 주입 공정을 실시하여 폴리실리콘막에 도펀트를 주입하는 단계와, 트렌치가 매립되도록 금속막을 증착하고 층간 절연막 부위의 금속막을 제거하여 도프트 폴리실리콘 및 금속이 적층된 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 따라서 본 발명은 게이트 전극의 표면 저항이 금속막에 의해 낮게 유지되면서 트랜지스터 구동이 게이트 절연막과 접해있는 폴리실리콘막이 좌우하게 되므로 트랜지스터의 구동 속도가 빨라진 고성능 트랜지스터를 구현할 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a MOS field effect transistor of a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing the present invention, a gate insulating film, an undoped polysilicon film, and a hard mask film are sequentially stacked on an active region of a semiconductor substrate, Patterning these films by an etching process, forming source / drain regions in the substrate, depositing an interlayer insulating film over the entire surface of the resultant, and planarizing the surface of the hard mask film, selectively removing only the hard mask film Forming a trench, implanting a dopant into the polysilicon film by performing a dopant ion implantation process on the entire surface of the structure, depositing a metal film to fill the trench, and removing the metal film at the interlayer insulating layer to remove the doped polysilicon and the metal Forming the stacked gate electrodes Include. Accordingly, in the present invention, the surface resistance of the gate electrode is kept low by the metal film, so that the driving of the transistor depends on the polysilicon film in contact with the gate insulating film.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 고집적 반도체 소자의 게이트 전극에서 게이트 저항값을 줄여 트랜지스터의 구동 속도를 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 모스전계효과 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a MOS field effect transistor of a semiconductor device capable of improving a driving speed of a transistor by reducing a gate resistance value at a gate electrode of a highly integrated semiconductor device.
현재 반도체장치의 제조기술의 발달과 그 응용분야가 확장되어 감에 따라 반도체 소자의 집적도 증가에 대한 연구 및 개발이 꾸준히 발전되고 있다. 이렇게 반도체 소자의 집적도가 증가됨에 따라 소자의 미세화 기술을 기본으로 한 연구가추진되고 있다.As the development of semiconductor device manufacturing technology and its application field have been expanded, research and development on the increase in the degree of integration of semiconductor devices have been steadily developing. As the degree of integration of semiconductor devices increases, researches based on the technology for miniaturization of devices are being promoted.
이에 반도체 소자의 미세화에 따라 반도체 소자가 고집적화되어 감에 따라 모스전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 게이트 전극 또는 비트 라인 등의 배선 선폭또한 줄어들고 있는 실정이다.Accordingly, as semiconductor devices are highly integrated with the miniaturization of semiconductor devices, wiring line widths of gate electrodes or bit lines of metal oxide semiconductor field effect transistors are also decreasing.
도 1은 종래 기술에 의한 반도체 소자의 모스전계효과 트랜지스터의 수직 구조를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 트랜지스터 제조 공정은 다음과 같다.1 is a view showing a vertical structure of a MOS field effect transistor of a semiconductor device according to the prior art. Referring to Figure 1, the transistor manufacturing process according to the prior art is as follows.
우선, 반도체 기판(10)으로서 실리콘 기판에 소자 분리 공정(isolation process)을 진행하여 소자의 활성 영역(active region)과 소자분리영역(isolation region)을 구분하는 소자 분리막(12)을 형성한다. 그리고 기판(10) 전면에 게이트 절연막(14)으로서 열산화막을 형성하고 그 위에 게이트 도전막으로서 도프트 폴리실리콘막(doped polysilicon)(16) 및 실리사이드막(silicide layer)(18)을 증착한다. 실리사이드막(18) 상부에 포토리소그래피 공정을 진행하여 게이트 전극 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성하고 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 진행하여 실리사이드막(18)을 패터닝하고 그 아래 도프트 폴리실리콘막(16)을 패터닝함으로써 게이트 전극을 형성한 후에 게이트 절연막(14)을 패터닝한다. 그리고 포토레지스트 패턴을 제거한다.First, as the semiconductor substrate 10, an isolation process is performed on a silicon substrate to form an isolation layer 12 that divides an active region and an isolation region of a device. A thermal oxide film is formed as the gate insulating film 14 over the substrate 10, and a doped polysilicon 16 and a silicide layer 18 are deposited thereon as a gate conductive film. A photolithography process is performed on the silicide layer 18 to form a photoresist pattern defining a gate electrode region, and a dry etching process using the photoresist pattern is performed to pattern the silicide layer 18 and doped polysilicon thereunder. The gate insulating film 14 is patterned after the gate electrode is formed by patterning the film 16. And the photoresist pattern is removed.
그 다음 불순물 도펀트 이온 주입, 예컨대 n- 이온주입을 실시하여 기판 내에 게이트 전극(16, 18)을 사이에 두고 서로 이격된 LDD(Lightly Doped Drain) 영역(20)을 형성하고 기판 전면에 절연막으로서 실리콘질화막을 증착하고 이를 건식식각하여 게이트 전극(16, 18) 측벽에 스페이서(spacer)(22)를 형성한다. 게이트 전극(16, 18) 및 스페이서(22)를 마스크로 하여 불순물 도펀트 이온 주입, 예컨대 n+ 이온 주입을 실시하여 기판 내에 게이트 전극(16, 18) 및 스페이서(22)를 사이에 두고 서로 이격된 소오스/드레인 영역(24)을 형성한다.Impurity dopant ion implantation, such as n-ion implantation, is then performed to form lightly doped drain (LDD) regions 20 spaced apart from each other with the gate electrodes 16 and 18 interposed therebetween in the substrate, and as silicon as an insulating film on the entire surface of the substrate. A nitride film is deposited and dry etched to form spacers 22 on sidewalls of the gate electrodes 16 and 18. Impurity dopant ion implantation, such as n + ion implantation, using the gate electrodes 16 and 18 and the spacer 22 as a mask, is performed so as to be spaced apart from each other with the gate electrodes 16 and 18 and the spacer 22 interposed in the substrate. / Drain region 24 is formed.
그리고 기판 전면에 실리사이드 금속막, 예컨대 티타늄(Ti)을 증착하고 어닐(anneal) 처리하여 하부 실리콘과 실리사이드 반응한 금속만을 남기고 나머지 미반응된 금속을 제거하여 소오스/드레인 영역(24)의 표면에 실리사이드막(26)을 형성하여 해당 영역의 콘택 저항을 낮춘다.In addition, a silicide metal layer such as titanium (Ti) is deposited on the entire surface of the substrate, and then annealed, leaving only the metal that has been silicide-reacted with the lower silicon, and removing the remaining unreacted metal. The film 26 is formed to lower the contact resistance of the region.
계속해서 기판 전면에 식각 정지막(etch stop layer)(28)으로서 실리콘질화막을 얇게 증착하고 그 위에 적어도 1층 이상의 층간 절연막(PMD: Poly Metal Dielectric layer)(30, 32)으로서 BPSG(BoroPhospho Silicate Glass) 또는 PSG(Phospho Silicate Glass)를 증착 및 어닐링한다. 그런 다음 화학적기계적연마(chemical mechanical polishing)로 층간 절연막(32)의 표면을 평탄화한다. 도면에 도시하지는 않았지만, 화학적기계적연마 공정시 발생된 스크래치(scratch)를 보상해주기 위하여 층간 절연막(32) 상부에 버퍼막(buffer layer)을 추가 형성할 수 있다.Subsequently, a thin silicon nitride film is deposited as an etch stop layer 28 on the entire surface of the substrate, and at least one or more interlayer insulating films (PMDs) 30 and 32 as BoroPhospho Silicate Glass are formed thereon. Or PSG (Phospho Silicate Glass) is deposited and annealed. The surface of the interlayer insulating film 32 is then planarized by chemical mechanical polishing. Although not shown in the drawings, a buffer layer may be further formed on the interlayer insulating layer 32 to compensate for the scratches generated during the chemical mechanical polishing process.
그리고나서 층간 절연막(32) 상부에 콘택홀 영역을 정의하기 위한 포토레지스트 패턴(미도시함)을 형성하고 이를 이용한 건식 식각 공정을 진행하여 층간 절연막(32, 30) 및 식각 정지막(28)을 식각하여 모스전계효과 트랜지스터의 게이트 전극인 실리사이드막(18)과 소오스/드레인 영역(24)의 실리사이드막(26)이 드러나는 콘택홀을 형성한다. 그리고 포토레지스트 패턴을 제거한 후에 배선 공정을 진행하여 층간 절연막(30, 32)에 도전막으로서 도프트 폴리실리콘 또는 금속을 증착하고 이를 패터닝하여 모스전계효과 트랜지스터의 게이트 전극 및 소오스/드레인 영영역과 연결되는 콘택(34) 및 배선(36)을 형성한다.Then, a photoresist pattern (not shown) for defining a contact hole region is formed on the interlayer insulating layer 32 and a dry etching process using the interlayer insulating layer 32 is performed to form the interlayer insulating layers 32 and 30 and the etch stop layer 28. Etching forms a contact hole in which the silicide layer 18 as the gate electrode of the MOS field effect transistor and the silicide layer 26 in the source / drain region 24 are exposed. After the photoresist pattern is removed, a wiring process is performed to deposit doped polysilicon or metal as a conductive film on the interlayer insulating films 30 and 32 and to pattern the doped polysilicon or metal to be connected to the gate electrode and the source / drain region of the MOS field effect transistor. The contact 34 and the wiring 36 are formed.
그런데, 최근에는 반도체 소자의 고집적화에 따라 게이트 전극의 선폭(CD : Critical Dimension)이 축소되고 있는데, 게이트 전극의 선폭이 줄어들수록 게이트 전극의 표면 저항값이 증가하게 된다. 이에 게이트 전극을 폴리실리콘막과 실리사이드가 적층된 폴리사이드로 구성하고 있지만, 게이트 전극의 저항을 낮추는데는 한계가 있다. 따라서 게이트 전극의 저항이 높아질 경우 모스전계효과 트랜지스터의 워드 라인 구동 속도가 느려져 결국 트랜지스터의 성능이 저하된다.However, in recent years, the line width (CD) of the gate electrode is reduced due to the high integration of the semiconductor device. As the line width of the gate electrode decreases, the surface resistance of the gate electrode increases. Thus, although the gate electrode is composed of a polyside in which a polysilicon film and silicide are laminated, there is a limit in lowering the resistance of the gate electrode. Therefore, if the resistance of the gate electrode is increased, the word line driving speed of the MOS field effect transistor is slowed down, resulting in a decrease in the performance of the transistor.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 폴리실리콘막 상부에 금속층이 적층된 저저항의 게이트 전극을 구성하되, 하부 구조물에 영향을 미치지 않고 게이트 전극을 제조함으로써 게이트 전극의 낮아진 저항값에 의해 트랜지스터의 구동 속도를 빠르게 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 모스전계효과 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above to configure a low resistance gate electrode in which a metal layer is laminated on the polysilicon layer, the gate electrode is lowered by manufacturing the gate electrode without affecting the lower structure The present invention provides a method of manufacturing a MOS field effect transistor of a semiconductor device capable of rapidly improving a driving speed of a transistor by a resistance value.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 게이트 전극, 소오스/드레인을 갖는 모스전계효과 트랜지스터를 제조하는 방법에 있어서, 반도체 기판의 활성 영역 위에 게이트 절연막, 언도프트 폴리실리콘막 및 하드 마스크막을 순차적으로 적층하고 게이트 마스크를 이용한 식각 공정으로 이들 막을 패터닝하는 단계와, 기판내에소오스/드레인 영역을 형성하는 단계와, 결과물 전면에 층간 절연막을 증착하고 하드 마스크막 표면이 드러나도록 평탄화하는 단계와, 하드 마스크막만을 선택적으로 제거하여 트렌치를 형성하는 단계와, 구조물 전면에 도펀트 이온 주입 공정을 실시하여 폴리실리콘막에 도펀트를 주입하는 단계와, 트렌치가 매립되도록 금속막을 증착하고 층간 절연막 부위의 금속막을 제거하여 도프트 폴리실리콘 및 금속이 적층된 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a MOS field effect transistor having a gate electrode, a source / drain, and sequentially laminating a gate insulating film, an undoped polysilicon film, and a hard mask film on an active region of a semiconductor substrate. Patterning these films by an etching process using a gate mask, forming a source / drain region in the substrate, depositing an interlayer insulating film on the entire surface of the resultant, and planarizing the surface of the hard mask film; Selectively removing the trench to form a trench; dopant ion implantation into the entire surface of the structure to inject the dopant into the polysilicon layer; depositing a metal film to fill the trench; Polysilicon and metal laminated gates A includes forming.
도 1은 종래 기술에 의한 반도체 소자의 모스전계효과 트랜지스터의 수직 구조를 나타낸 도면,1 is a view showing a vertical structure of a MOS field effect transistor of a semiconductor device according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따라 제조된 반도체 소자의 모스전계효과 트랜지스터의 수직 구조를 나타낸 도면,2 is a view showing a vertical structure of a MOS field effect transistor of a semiconductor device manufactured according to the present invention;
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 모스전계효과 트랜지스터의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정 순서도.3A to 3H are flowcharts sequentially illustrating a method of manufacturing a MOS field effect transistor according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 반도체 소자의 모스전계효과 트랜지스터의 수직 구조를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 모스전계효과 트랜지스터의 게이트 전극은 도프트 폴리실리콘막(106) 및 금속막(126a)이 적층된 스택 구조를 가지므로 금속막(126a)에 의해 게이트 전극의 저항이 낮아지게 된다. 특히 본 발명의 게이트 전극의 금속막(126a)을 하부 폴리실리콘막(106)에 비해 넓게 T n조로 패터닝할 경우 상부의 넓은 금속막(126a)에 의해 전극의 표면 저항이 낮아지면서 트랜지스터의 구동 능력은 하부의 폴리실리콘막(106)에 의해 제어되므로 트랜지스터의 구동 능력이 빨라진다.2 is a view showing a vertical structure of a MOS field effect transistor of a semiconductor device manufactured according to the present invention. Referring to FIG. 2, since the gate electrode of the MOS field effect transistor according to the present invention has a stacked structure in which a doped polysilicon film 106 and a metal film 126a are stacked, the gate electrode is formed by the metal film 126a. The resistance will be lowered. In particular, when the metal film 126a of the gate electrode of the present invention is patterned in a wider Tn group than the lower polysilicon film 106, the surface resistance of the electrode is lowered by the wide metal film 126a on the upper side, and thus the driving capability of the transistor is reduced. Is controlled by the lower polysilicon film 106, so that the driving capability of the transistor is increased.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 모스전계효과 트랜지스터의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정 순서도로서, 이들 도면을 참조하여 도 2에 도시된 폴리실리콘막/금속막의 게이트 전극을 갖는 트랜지스터의 제조 공정을 설명한다.3A to 3H are flowcharts sequentially illustrating a method of manufacturing a MOS field effect transistor according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to these drawings, a transistor having a gate electrode of the polysilicon film / metal film shown in FIG. The manufacturing process of this is demonstrated.
도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)으로서 실리콘 기판에 소자 분리 공정을 진행하여 소자의 활성 영역과 소자분리영역을 구분하는 소자 분리막(102)을 형성한다. 그리고 기판(100) 전면에 게이트 절연막(104)으로서 열산화막을 형성하고 그 위에 게이트 도전막으로서 언도프트 폴리실리콘막(undoped polysilicon)(106)을 증착한 후에 하드 마스크막(hard mask layer)(108)으로서 실리콘질화막(Si3N4)을 증착한다. 이때 언도프트 폴리실리콘막(106)은 500Å~1000Å 정도로 증착하는데, 너무 두껍게 증착시키면 이후 게이트 전극용 금속막의 두께가 줄어들어 원하는 저항값으로 낮출 수 없으므로 가능한한 낮게 증착하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3A, a device isolation process is performed on a silicon substrate as a semiconductor substrate 100 to form a device isolation layer 102 that separates an active region and a device isolation region of the device. After forming a thermal oxide film as the gate insulating film 104 on the entire surface of the substrate 100 and depositing an undoped polysilicon 106 as the gate conductive film thereon, a hard mask layer 108 is formed. A silicon nitride film (Si3N4) is deposited. At this time, the undoped polysilicon film 106 is deposited at about 500 kPa to 1000 kPa. If the thickness is too thick, the thickness of the metal film for gate electrodes is reduced, so that the undoped polysilicon film 106 cannot be lowered to a desired resistance value.
그 다음 하드 마스크막(108) 상부에 포토리소그래피 공정을 진행하여 게이트 전극 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성하고 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 진행하여 하드 마스크막(108)을 패터닝하고 그 아래 언도프트 폴리실리콘막(106)을 패터닝한 후에 게이트 절연막(104)을 패터닝한다. 그리고 포토레지스트 패턴을 제거한다.Then, a photolithography process is performed on the hard mask layer 108 to form a photoresist pattern defining a gate electrode region, and a dry etching process using the photoresist pattern is performed to pattern the hard mask layer 108 and below it. After the undoped polysilicon film 106 is patterned, the gate insulating film 104 is patterned. And the photoresist pattern is removed.
이어서 도 3b에 도시된 바와 같이, 불순물 도펀트 이온 주입, 예컨대 n- 이온주입을 실시하여 기판 내에 언도프트 폴리실리콘막(106)을 사이에 두고 서로 이격된 LDD 영역(110)을 형성하고 기판 전면에 절연막으로서 실리콘질화막을 증착하고 이를 건식 식각하여 언도프트 폴리실리콘막(106)의 측벽에 스페이서(112)를 형성한다. 그리고 언도프트 폴리실리콘막(106) 및 스페이서(112)를 마스크로 하여불순물 도펀트 이온 주입, 예컨대 n+ 이온 주입을 실시하여 기판 내에 소오스/드레인 영역(114)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3B, impurity dopant ion implantation, such as n-ion implantation, is performed to form the LDD regions 110 spaced apart from each other with the undoped polysilicon film 106 interposed therebetween in the substrate and on the front surface of the substrate. A silicon nitride film is deposited as an insulating film and dry-etched to form a spacer 112 on the sidewall of the undoped polysilicon film 106. Impurity dopant ion implantation, such as n + ion implantation, is performed using the undoped polysilicon film 106 and the spacer 112 as a mask to form a source / drain region 114 in the substrate.
그리고 기판 전면에 실리사이드 금속막, 예컨대 티타늄(Ti)을 증착하고 어닐(anneal) 처리하여 하부 실리콘과 실리사이드 반응한 금속만을 남기고 나머지 미반응된 금속을 제거하여 소오스/드레인 영역(114)의 표면에 실리사이드막(116)을 형성하여 해당 영역의 콘택 저항을 낮춘다.In addition, a silicide metal layer such as titanium (Ti) is deposited on the entire surface of the substrate, and then annealed, leaving only the metal that has been silicide-reacted with the lower silicon, and removing the remaining unreacted metal to the silicide surface of the source / drain region 114. The film 116 is formed to lower the contact resistance of the region.
이어서 도 3c에 도시된 바와 같이, 결과물 전면에 식각 정지막(118)으로서 실리콘질화막을 얇게 증착하고 그 위에 제 1층간 절연막(120)으로서 BPSG 또는 PSG를 증착 및 어닐링한다. 그런 다음 화학적기계적연마로 제 1층간 절연막(120)의 표면을 평탄화하는데, 하드 마스크막(108) 표면이 드러날 때까지 평탄화한다.Subsequently, as shown in FIG. 3C, a thin silicon nitride film is deposited as an etch stop film 118 on the entire surface of the resultant, and a BPSG or PSG is deposited and annealed on the first interlayer insulating film 120 thereon. Then, the surface of the first interlayer insulating film 120 is planarized by chemical mechanical polishing, and the planarization is performed until the surface of the hard mask film 108 is exposed.
계속해서 도 3d에 도시된 바와 같이, 하드 마스크막(108)만을 선택적으로 제거하여 게이트 전극 영역의 언도프트 폴리실리콘막(106)이 노출되는 트렌치(122)를 형성한다. 그리고 기판 전면에 도펀트 이온 주입, 예컨대 n- 또는 p- 이온 주입 공정을 실시하여 폴리실리콘막(106)에 n- 또는 p- 도펀트를 주입한다.Subsequently, as shown in FIG. 3D, only the hard mask film 108 is selectively removed to form the trench 122 through which the undoped polysilicon film 106 of the gate electrode region is exposed. The n- or p- dopant is implanted into the polysilicon film 106 by performing a dopant ion implantation, for example, an n- or p- ion implantation process on the entire surface of the substrate.
이어서 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 구조물 전면에 장벽 금속막(124), 예컨대 탄탈륨(Ta) 또는 탄탈륨질화막(TaN)을 증착하고 어닐 처리하여 하부 도프트 폴리실리콘막(106) 표면과 장벽 금속막(124) 사이에 얇은 실리사이드막(미도시됨)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3E, a barrier metal film 124, such as tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN), is deposited and annealed on the entire surface of the structure to form a lower doped polysilicon film 106 and the barrier metal. A thin silicide film (not shown) is formed between the films 124.
그 다음 도 3f 및 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 구조물의 트렌치가 매립되도록 금속막(126)으로서 텅스텐(W)을 증착하고 제 1층간 절연막(120) 상부에 트렌치 영역의 금속막(126) 및 장벽 금속막(124)만 남도록 패터닝(126a, 124a)한다. 혹은 화학적기계적연마 공정으로 제 1층간 절연막(120) 표면이 드러날 때까지 평탄화하여 게이트 전극의 트렌치 영역의 금속막(126a) 및 장벽 금속막(124a)만을 남기고 제 1층간 절연막(120) 상부의 금속막(126) 및 장벽 금속막(124)은 모두 제거되도록 한다. 이에 따라 본 발명의 게이트 전극은 도프트 폴리실리콘막(106) 및 금속막(126a)이 적층된 스택 구조를 가지므로 게이트 전극 표면의 표면 저항이 낮아지게 된다. 또한 본 발명은 도프트 폴리실리콘막(106)과 금속막(126a) 사이에 실리사이드막(미도시됨) 및 장벽 금속막(124a)이 추가된 다층 구조의 게이트 전극을 형성함으로써 게이트 전극의 저항값을 더 낮출 수 있다.Then, as shown in FIGS. 3F and 3G, tungsten (W) is deposited as the metal film 126 to fill the trench of the structure, and the metal film 126 of the trench region is formed on the first interlayer insulating film 120. And patterning 126a and 124a so that only the barrier metal film 124 remains. Alternatively, the surface of the first interlayer insulating layer 120 may be flattened by a chemical mechanical polishing process until the surface of the first interlayer insulating layer 120 is exposed, leaving only the metal layer 126a and the barrier metal layer 124a in the trench region of the gate electrode. Both film 126 and barrier metal film 124 are to be removed. Accordingly, the gate electrode of the present invention has a stack structure in which the doped polysilicon film 106 and the metal film 126a are stacked, thereby lowering the surface resistance of the gate electrode surface. In addition, the present invention provides a resistance value of the gate electrode by forming a gate electrode having a multilayer structure in which a silicide film (not shown) and a barrier metal film 124a are added between the doped polysilicon film 106 and the metal film 126a. Can be lowered further.
한편, 상기 트렌치 영역의 게이트 전극 패터닝 공정시 금속막(126)과 장벽 금속막(124)이 하부의 도프트 폴리실리콘막(106)에 비해 넓은 폭을 갖도록 패터닝하여 T 구조를 갖는 게이트 전극을 제조할 수 있다. 또는 금속막(126)과 장벽 금속막(124) 하부의 도프트 폴리실리콘막(106)과 동일한 폭을 갖도록 패터닝하여 셀프 얼라인된 게이트 전극을 제조할 수도 있다.Meanwhile, during the gate electrode patterning process of the trench region, the metal layer 126 and the barrier metal layer 124 are patterned to have a wider width than the doped polysilicon layer 106 to manufacture a gate electrode having a T structure. can do. Alternatively, the self-aligned gate electrode may be manufactured by patterning the metal layer 126 to have the same width as the doped polysilicon layer 106 under the barrier metal layer 124.
그리고나서 도 3h에 도시된 바와 같이, 기판 전면에 제 2층간 절연막(128)으로서 USG(Undoped Silicate Glass) 또는 HDP(High Doped Plasma) 산화막을 증착하고 이를 화학적기계적연마 공정으로 평탄화한다. 이때 화학적기계적연마 공정시 발생된 스크래치(scratch)를 보상해주기 위하여 제 2층간 절연막(128) 상부에 버퍼막(buffer layer)을 추가 형성할 수 있다. 이후 콘택 마스크를 이용한 건식 식각으로 제 2 및 제 1층간 절연막(128, 120)과 식각 정지막(28)을 식각하여 게이트 전극의 금속막(126a)과 소오스/드레인 영역(114)의 실리사이드막(116)이 드러나는 콘택홀을 형성하고 배선 공정을 진행하여 콘택홀에 도전막으로서 도프트 폴리실리콘 또는 금속이 매립된 콘택(130)과 상기 콘택에 연결된 배선(132)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 3H, an Undoped Silicate Glass (USG) or High Doped Plasma (HDP) oxide film is deposited as a second interlayer insulating film 128 on the entire surface of the substrate and planarized by a chemical mechanical polishing process. In this case, a buffer layer may be further formed on the second interlayer insulating layer 128 to compensate for scratches generated during the chemical mechanical polishing process. Thereafter, the second and first interlayer insulating layers 128 and 120 and the etch stop layer 28 are etched by dry etching using a contact mask to form the silicide layer of the metal layer 126a of the gate electrode and the source / drain region 114. A contact hole through which the 116 is exposed is formed and a wiring process is performed to form a contact 130 in which a doped polysilicon or metal is embedded and a wiring 132 connected to the contact as a conductive layer in the contact hole.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 통상과 같이 모스전계효과 트랜지스터를 제조한 후에 층간 절연막내에 하드 마스크막만을 제거하여 폴리실리콘막이 노출되는 트렌치를 형성하고 그 트렌치에 장벽 금속막 및 금속막을 매립하여 폴리실리콘막과 금속막이 적층된 스택 구조의 게이트 전극을 제조하되, 하부 구조물에 영향을 미치지 않고 게이트 전극을 제조한다.As described above, according to the present invention, after fabricating a MOS field effect transistor as usual, only a hard mask film is removed in the interlayer insulating film to form a trench in which a polysilicon film is exposed, and a barrier metal film and a metal film are embedded in the trench to form polysilicon. A gate electrode having a stacked structure in which a film and a metal film are stacked is manufactured, but the gate electrode is manufactured without affecting the underlying structure.
그러므로 본 발명은 게이트 전극의 표면 저항이 금속막에 의해 낮게 유지되면서 트랜지스터 구동이 게이트 절연막과 접해있는 폴리실리콘막이 좌우하게 되므로 트랜지스터의 구동 속도가 빨라진 고성능 트랜지스터를 구현할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention has an effect that a high-performance transistor can be implemented to increase the driving speed of the transistor because the surface resistance of the gate electrode is kept low by the metal film, so that the driving of the transistor depends on the polysilicon film in contact with the gate insulating film.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.
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