KR100480586B1 - 국부적인 실리사이드막을 갖는 반도체 장치의 제조방법 - Google Patents

국부적인 실리사이드막을 갖는 반도체 장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 장치에서 원하는 부위에만 국부적으로 실리사이드막을 형성하는 방법에 관한 것이다. 먼저 게이트전극이 형성된 실리콘 기판 상에 실리사이드막 형성을 위한 금속층을 적층하고 그 위에 절연막을 적층한다. 이어서, 절연막 상에 실리사이드막을 형성하지 않을 부위를 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하고 이 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 절연막을 식각하여 절연막 패턴을 형성한 다음, 포토레지스트 패턴을 제거한다. 절연막 패턴을 마스크로 하여 금속층을 식각하고 절연막 패턴을 제거한 다음, 상기 결과물을 열처리하여 실리사이드막을 형성하면 원하는 부위에만 실리사이드막이 형성된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 절연막 패턴을 마스크로 하여 실리사이드막을 형성할 금속층을 식각함으로써 원하는 부위에만 실리사이드막을 형성할 수 있다.

Description

국부적인 실리사이드막을 갖는 반도체 장치의 제조방법
본 발명은 실리사이드막을 갖는 반도체 장치를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 원하는 부위에만 국부적으로 실리사이드막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근, 초고속 반도체 메모리 소자의 개발을 위해 가능한 한 컨택 저항을 줄이는 것이 요구되고 있다. 이러한 요구에 따라서, 컨택 부위를 종래의 다결정 실리콘 대신에 실리사이드막으로 형성하는 반도체 장치가 늘어나고 있다. 이러한 실리사이드막은 텅스텐(W), 타이타늄(Ti), 코발트(Co) 등의 고융점 금속과 실리콘(Si)을 열처리하여 형성하는데, 특히 최근에는 자기정렬 실리사이드막(self-aligned silicide, salicide라고도 한다) 공정이 일반화되었다.
현재 자기정렬 실리사이드막 형성공정은 별도의 마스크없이 자동 정렬되어 컨택 형성 영역에 실리사이드막이 형성되도록 하므로 공정이 단순하고, 컨택 저항을 낮게 하여 저전압, 고속 장치에 매우 유용하게 사용되고 있지만, 실리사이드막이 형성되지 않아야 하는 부위에도 공정상 어쩔 수 없이 실리사이드막이 형성된다는 단점이 있다.
일예로 반도체 메모리 장치에서 정전기 방전(Electro-statiic discharge, 이하 ESD라 한다)에 의한 불량을 방지하기 위해 ESD 방지 트랜지스터를 메모리셀용 트랜지스터와 함께 반도체 기판에 형성하게 되는데, 이 ESD 방지 트랜지스터의 소스, 드레인 영역은 메모리셀용 트랜지스터와 달리 저항이 낮으면 오히려 불리하다. 그러나, 전술한 공정상 어려움 때문에 메모리셀용 트랜지스터의 컨택 저항을 낮추기 위한 실리사이드막이 ESD 방지 트랜지스터의 소스, 드레인 영역에도 형성되어 ESD 방지 트랜지스터가 제 기능을 다하지 못하게 되는 문제가 있다. 이를 도시한 것이 도1로서, 반도체 기판(10)에 소자분리영역(11)을 형성하고 메모리셀용 트랜지스터의 게이트 전극(12) 및 ESD 방지 트랜지스터의 게이트 전극(15)을 형성한 다음, 그 위에 금속층을 적층하고 실리사이드화하면 메모리셀용 트랜지스터 영역(13,14)뿐만 아니라, ESD 방지 트랜지스터 영역(16,17)에도 실리사이드막이 형성됨을 알 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 바와 같은 문제점을 극복하기 위하여 원하는 부위에만 실리사이드막을 형성하는 방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따라 국부적으로 실리사이드막을 형성하는 방법은 다음과 같다. 먼저 게이트전극이 형성된 실리콘 기판 상에 실리사이드막 형성을 위한 금속층을 적층하고 그 위에 절연막을 적층한다. 이어서, 절연막 상에 실리사이드막이 형성되지 않아야 할 부위를 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하고 이 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 절연막을 식각하여 절연막 패턴을 형성한 다음, 포토레지스트 패턴을 제거한다. 절연막 패턴을 마스크로 하여 금속층을 식각하고 절연막 패턴을 제거한 다음, 상기 결과물을 열처리하여 실리사이드막을 형성하면 원하는 부위에만 실리사이드막이 형성된다.
여기서, 실리사이드막 형성을 위한 금속층의 재료로는 타이타늄이나 코발트 등의 고융점 금속으로 할 수 있고, 절연막의 재료로는 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막을 사용할 수 있다.
또한, 금속층을 식각하는 방법으로는 황산용액 또는 질산페록시아세틸(peroxyacetyl nitrate)과 과산화수소(H2O2)의 혼합용액을 에천트로 하여 습식식각하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 절연막 패턴을 마스크로 하여 실리사이드막을 형성할 금속층을 식각함으로써 원하는 부위에만 실리사이드막을 형성할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 실리사이드막 형성방법을 설명한다.
도2a에 도시된 바와 같이, 소자분리영역(21)이 형성된 반도체 기판(20) 위에 메모리셀용 트랜지스터의 게이트전극(22) 및 ESD 방지 트랜지스터의 게이트전극을 형성한다. 여기서 게이트전극(22)은 그 윗면에 실리사이드막이 형성되는 부분으로, 다결정 실리콘으로 형성된다.
이어서, 반도체 기판(20)과 게이트전극(22,23) 전면에 실리사이드막을 형성하기 위한 금속층(24)을 적층한다. 이 금속층(24)의 재료로는 타이타늄(Ti)이나 코발트(Co) 등의 고융점 금속이 될 수 있다. 이때 금속층의 재료로 타이타늄을 사용한다면, 게이트전극의 측벽 스페이서는 실리콘 질화막을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 만약, 금속층이 타이타늄이고 측벽 스페이서를 실리콘 산화막으로 형성했다면 후속 실리사이드화 공정에서 측벽 스페이서에 실리사이드막이 약간 형성되어 단락이 발생할 수도 있기 때문이다.
이어서, 금속층(24) 전면에 나중에 금속층(24) 식각시 마스크가 될 절연막(25)을 적층한다. 이 절연막(25)은 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막이 될 수 있다.
이어서, 실리사이드막이 형성되지 않아야 할 부위 즉, ESD 방지 트랜지스터 영역을 노출하는 포토레지스트 패턴(26)을 형성하고 이를 마스크로 하여 절연막(25)을 식각하면 도2b와 같이 절연막 패턴(25')이 형성된다. 본 실시예에서는, 메모리셀용 트랜지스터 영역(소자분리영역(21)의 오른쪽 트랜지스터)에만 실리사이드막이 형성될 수 있도록 그 위에만 절연막 패턴(25')이 남도록 하고, ESD 방지 트랜지스터 영역(소자분리영역(21)의 왼쪽 트랜지스터)에는 절연막을 제거하여 금속층(24)이 노출되도록 하였다.
이렇게 하여 얻어진 절연막 패턴(25')을 마스크로 하여 금속층(24)을 식각하면, 도2c와 같이 실리사이드막이 형성될 부위인 메모리셀용 트랜지스터 영역에만 금속층(24')이 남고, ESD 방지 트랜지스터 영역에는 금속층이 제거되어 게이트전극(23) 및 반도체 기판이 노출된다. 이때 금속층(24)의 식각방법은, 황산용액 또는 질산페록시아세틸(peroxyacetyl nitrate)과 과산화수소(H2O2)의 혼합용액을 에천트로 하여 습식식각하는 것이 바람직하다.
이어서, 절연막 패턴(25')을 제거하고 열처리하여 실리사이드화 공정을 수행하면 도2d와 같이, 메모리셀용 트랜지스터 영역(27,28)에만 실리사이드막이 형성되고 ESD 방지 트랜지스터 영역에는 실리사이드막이 형성되지 않게 되어 원하는 결과를 얻을 수 있다. 이때 게이트전극(22)의 측벽 스페이서 상에 존재하는 금속층은 실리사이드화하지 않고 남게 되는데, 이는 다시 습식식각에 의해 제거된다.
한편, 도3a 내지 도3c는 상술한 도2a 내지 도2d에 도시된 것과 다른 부위에 실리사이드막이 형성된 반도체 장치를 도시한 단면도로서, 메모리셀용 트랜지스터 영역(37,38)뿐만 아니라 ESD 방지 트랜지스터의 게이트전극(33) 위(39)에도 실리사이드막이 형성되어 있다. 도3a 내지 도3c에 도시된 것은 도2a 내지 도2d에 도시된 것과 기본적으로 그 형성방법이 동일한데, 다만, ESD 방지 트랜지스터의 게이트전극(33) 위에도 포토레지스터 패턴(36)을 형성함으로써, 그 아래에 절연막 패턴(35')이 남는다는 점이 다르다. 그에 따라 게이트전극(33) 위에도 금속층(34')이 남고, 게이트전극(33') 위에도 실리사이드막(39)이 형성된다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 실리사이드막 형성을 위한 금속층 위에 금속층 식각을 위한 절연막 패턴을 형성하고 이 절연막 패턴을 마스크로 하여, 종래 통상의 사진식각방법에 의한 건식식각이 곤란했던 금속층을 습식식각함으로써, 원하는 부위에만 실리사이드막을 형성할 수 있게 된다.
본 발명은 실리사이드막이 형성되지 않아야 하는 영역으로서 ESD 방지 트랜지스터를 들어 설명하였지만, ESD 방지 트랜지스터 뿐만 아니라 실리사이드막이 형성되지 않아야 하는 영역이 존재하여 국부적으로 실리사이드막을 형성하여야 할 필요가 있는 곳에는 어디든지 적용가능하다.
도 1은 종래의 방법에 따라 실리사이드막을 형성한 반도체 장치를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따라 국부적으로 실리사이드막을 형성한 반도체 장치의 일예를 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따라 국부적으로 실리사이드막을 형성한 반도체 장치의 다른 예를 도시한 단면도이다.

Claims (5)

  1. 실리사이드막이 형성되어야 할 영역과 실리사이드막이 형성되지 않아야 할 영역이 존재하는, 게이트전극이 형성된 실리콘 기판 상에 실리사이드막 형성을 위한 금속층을 적층하는 단계;
    상기 금속층 전면에 절연막을 적층하는 단계;
    상기 절연막 상에 실리사이드막이 형성되지 않아야 할 영역이 노출되도록 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 절연막을 식각하여 절연막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;
    상기 절연막 패턴을 마스크로 하여 상기 금속층을 식각하는 단계;
    상기 절연막 패턴을 제거하는 단계; 및
    상기 결과물을 열처리하여 국부적으로 실리사이드막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속층은 타이타늄(Ti) 또는 코발트(Co)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 절연막은 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속층을 식각하는 단계의 식각방법은 황산용액 또는 질산페록시아세틸과 과산화수소의 혼합용액을 에천트로 사용하여 습식식각하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 실리사이드막이 형성되지 않아야 할 영역은 정전기 방전 방지 트랜지스터 영역인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
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