KR100525084B1 - method for forming gate electrode in semiconductor device - Google Patents

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KR100525084B1 KR10-1999-0021627A KR19990021627A KR100525084B1 KR 100525084 B1 KR100525084 B1 KR 100525084B1 KR 19990021627 A KR19990021627 A KR 19990021627A KR 100525084 B1 KR100525084 B1 KR 100525084B1
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Abstract

본 발명은 게이트 전극내에 기공이 발생되는 것을 방지하며, 게이트 전극의 형성시, 고온의 열공정을 진행하더라도, 게이트 전극을 구성하는 막 계면의 평탄성을 유지할 수 있는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 반도체 기판상에 게이트 산화막을 형성하는 단계; 상기 게이트 산화막 상부에 비정질 실리콘막을 증착하는 단계; 상기 비정질 실리콘막 상부에 비정질 전이 금속 실리사이드막을 증착하는 단계; 상기 비정질 전이 금속 실리사이드막을 결정화하는 단계; 상기 결정화된 전이 금속 실리사이드막 상부에 하드 마스크막을 증착하는 단계; 상기 막들을 소정 부분 패터닝하여, 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses a method for forming a gate electrode of a semiconductor device which prevents the generation of pores in the gate electrode and can maintain the flatness of the film interface constituting the gate electrode even when a high temperature thermal process is performed during the formation of the gate electrode. do. The present invention disclosed includes forming a gate oxide film on a semiconductor substrate; Depositing an amorphous silicon film on the gate oxide film; Depositing an amorphous transition metal silicide film on the amorphous silicon film; Crystallizing the amorphous transition metal silicide layer; Depositing a hard mask layer on the crystallized transition metal silicide layer; Patterning the films at least partially to form a gate electrode.

Description

반도체 소자의 게이트 전극 형성방법{method for forming gate electrode in semiconductor device}Method for forming gate electrode in semiconductor device

본 발명은 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 티타늄 실리사이드막을 구비하는 게이트 전극을 형성할때, 기공이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 안정된 게이트 산화막 특성을 구현할 수 있는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a gate electrode of a semiconductor device, and more particularly, when forming a gate electrode including a titanium silicide layer, pores can be prevented from occurring and a semiconductor capable of realizing stable gate oxide film characteristics. A method for forming a gate electrode of an element.

근래 모스펫(MOSFET) 소자의 집적도가 급격히 증대됨에 따라, 이에 대응하여 게이트 전극의 요구 선폭 또한 급속히 감소되고 있다. 그 결과, 종래의 폴리실리콘 또는 텅스텐 실리사이드/폴리실리콘과 같은 전극 물질로는 고집적화된 게이트 전극의 전도성을 만족시키기 어렵다. 이에따라, 차세대 게이트 전극으로서 더윽 많은 대체 물질이 활발히 연구되고 있다. 그중, 대표적인 물질로서는 티타늄 실리사이드, 코발트 실리사이드, 니켈 실리사이드 등의 전이금속 실리사이드가 있다.In recent years, as the integration degree of a MOSFET device rapidly increases, corresponding line widths of gate electrodes are also rapidly reduced correspondingly. As a result, it is difficult to satisfy the conductivity of the highly integrated gate electrode with an electrode material such as conventional polysilicon or tungsten silicide / polysilicon. Accordingly, more and more alternative materials are being actively researched as next generation gate electrodes. Among them, representative materials include transition metal silicides such as titanium silicide, cobalt silicide and nickel silicide.

여기서, 티타늄 실리사이드막을 구비한 게이트 전극 형성방법에 대하여 첨부 도면에 의거하여 설명하도록 한다.Here, a method for forming a gate electrode having a titanium silicide film will be described with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1) 상부에 게이트 산화막(2)를 성장하고, 게이트 산화막(3) 상부에 불순물이 도핑된 폴리실리콘막(3)을 증착한다. 그런다음, 도핑된 폴리실리콘막(3) 상부에 물리적 증착 방식에 의하여, 티타늄 실리사이드막(4)을 형성한다. 이때, 티타늄 실리사이드막(4)은 비정질 상태로 형성된다. First, as shown in FIG. 1A, a gate oxide film 2 is grown on the semiconductor substrate 1, and a polysilicon film 3 doped with impurities is deposited on the gate oxide film 3. Then, a titanium silicide film 4 is formed on the doped polysilicon film 3 by physical vapor deposition. At this time, the titanium silicide film 4 is formed in an amorphous state.

그 다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 결과물을 소정의 온도에서 수초동안 급속 열처리 공정을 진행하여, 비정질 상태의 티타늄 실리사이드막(4)을 낮은 비저항을 갖는 결정질 상태(C54)의 티타늄 실리사이드막(5)으로 상변화된다.Then, as shown in Figure 1b, the resultant is subjected to a rapid heat treatment process for a few seconds at a predetermined temperature, so that the titanium silicide film 4 in the amorphous state (C54) in the crystalline state (C54) having a low specific resistance ( Phase change to 5).

그후, 도 1c에서와 같이, 티타늄 실리사이드막(5) 상부에 하드 마스크막(6)을 증착한다음, 하드 마스크막(6), 결정화된 티타늄 실리사이드막(5), 폴리실리콘막(3) 및 게이트 산화막(2)을 패터닝하여, 게이트 전극을 형성한다. 그러고 난다음, 게이트 전극의 식각으로 발생되는 기판의 손상을 회복시키면서, 이후 소오스 드레인용 이온 주입시 기판의 데미지를 최소화하기 위하여, 결과물 표면을 재산화하여, 재산화막(7)을 형성한다. Thereafter, as shown in FIG. 1C, the hard mask film 6 is deposited on the titanium silicide film 5, the hard mask film 6, the crystallized titanium silicide film 5, the polysilicon film 3, and the like. The gate oxide film 2 is patterned to form a gate electrode. Then, in order to recover damage to the substrate caused by the etching of the gate electrode and subsequently minimize the damage of the substrate during ion implantation for the source drain, the resultant surface is reoxidized to form the reoxidation film 7.

그러나, 상기한 티타늄 실리사이드막을 구비한 게이트 전극의 형성방법은 다음과 같은 문제점을 갖는다. However, the method of forming the gate electrode with the titanium silicide film has the following problems.

비정질 상태로 형성된 티타늄 실리사이드막(4)은 비교적 성긴(coarse)구조를 갖는다. 이러한 티타늄 실리사이드막(4)을 급속 열처리하여 결정질 티타늄 실리사이드막(5)으로 결정화시키면, 결정화 과정에서 구성 원소인 티타늄과 실리콘은 상대적으로 원자 밀도가 큰 결정상을 형성하기 위하여 급속한 물질 이동(열확산)이 진행되어, 필름 전체가 수축된다. 이때, 티타늄 실리사이드막(4) 하부에 있는 폴리실리콘막(3)은 이미 결정화되어 있으므로, 상태의 변화가 없다. 이에따라, 티타늄 실리사이드는 열공정으로 부피가 수축되는 반면, 폴리실리콘막은 그대로 있으므로, 티타늄 실리사이드막에 발생된 인장 응력이 완화되지 못하고, 게이트 전극 내부, 특히, 폴리실리콘막과 티타늄 실리사이드막의 계면에 집중되어져, 기공이 발생된다. The titanium silicide film 4 formed in the amorphous state has a relatively coarse structure. When the titanium silicide film 4 is rapidly heat-treated and crystallized into the crystalline titanium silicide film 5, during the crystallization process, titanium and silicon, which are constituent elements, undergo rapid mass transfer (thermal diffusion) to form a relatively large atomic density phase. It progresses and the whole film shrinks. At this time, since the polysilicon film 3 under the titanium silicide film 4 is already crystallized, there is no change of state. Accordingly, while the titanium silicide shrinks in volume during the thermal process, while the polysilicon film is intact, the tensile stress generated in the titanium silicide film cannot be alleviated, and the concentration is concentrated inside the gate electrode, particularly at the interface between the polysilicon film and the titanium silicide film. , Pores are generated.

여기서, 도 2는 티타늄 실리사이드막내에 발생된 기공을 보여주는 SEM 사진이다. 이때, 상기 사진은 티타늄 실리사이드막을 결정화시킨다음, 소정 두께만큼 제거한 후 촬영한 것으로, 결정화 후 티타늄 실리사이드막내에 다수의 기공이 발생됨을 알 수 있다. 2 is a SEM photograph showing pores generated in the titanium silicide film. At this time, the photo is taken after the crystallization of the titanium silicide film, the predetermined thickness, it can be seen that a large number of pores in the titanium silicide film after crystallization.

또한, 도 3a 및 3b는 게이트 전극을 형성한 후의 단면을 보여주는 TEM 사진 및 SEM 사진으로, 두 사진에 의하면, 폴리실리콘막(3)과 티타늄 실리사이드막(5)의 계면에 기공(10)이 발생되어, 이 기공(10)에 의하여, 게이트 전극의 측면이 일부 함몰된다. 이와같이, 기공이 발생되어, 게이트 전극의 측면이 함몰되면, 게이트 전극의 유효 선폭이 감소된다. 이로 인하여, 게이트 전극의 면저항이 증대된다. 3A and 3B are TEM and SEM photographs showing the cross section after the gate electrode is formed. According to the two photographs, pores 10 are generated at the interface between the polysilicon film 3 and the titanium silicide film 5. As a result, the side surface of the gate electrode is partially recessed by the pores 10. As such, when pores are generated and the side surface of the gate electrode is recessed, the effective line width of the gate electrode is reduced. As a result, the sheet resistance of the gate electrode is increased.

또한, 상기와 같이 게이트 전극을 완성한 후에, 소오스, 드레인 영역등을 형성하기 위하여, 소정의 열공정이 진행된다. 이때, 800℃(도 4a), 850℃(도 4b)에서 약 60분 동안 열공정을 진행하게 되면, 어느 정도의 항복 전압이 인가되었을때, 게이트 산화막이 파괴된다. 반면, 900℃에서 60분 동안 열공정을 진행하게 되면(도 4c참조), 항복 전압을 인가함과 동시에 게이트 산화막이 바로 파괴된다. 이와같이, 고온(900℃)에서 열공정이 진행되면, 물질간의 이동이 활발해져서 게이트 산화막의 항복이 빨리 일어나고, 동시에 최초 증착시 평탄했던 계면이 매우 거칠어진다. 즉, 열공정을 진행하게 되면, 폴리실리콘막의 실리콘과 티타늄 실리사이드막의 티타늄이 서로 상호 반응이 일어나게 되는데, 이 반응은 폴리실리콘막의 결정립계를 따라서 우선적을 진행되므로, 계면이 불균일하게 된다. In addition, after completing the gate electrode as described above, a predetermined thermal process is performed to form a source, a drain region, and the like. At this time, if the thermal process is performed at 800 ° C. (FIG. 4A) and 850 ° C. (FIG. 4B) for about 60 minutes, when the breakdown voltage is applied to a certain degree, the gate oxide film is destroyed. On the other hand, if the thermal process is performed at 900 ° C. for 60 minutes (see FIG. 4C), the gate oxide film is immediately destroyed while the breakdown voltage is applied. As such, when the thermal process is performed at a high temperature (900 ° C.), the movement between materials becomes active, and the yield of the gate oxide film occurs quickly, and at the same time, the interface that was flat during the initial deposition becomes very rough. That is, when the thermal process is performed, the silicon of the polysilicon film and the titanium of the titanium silicide film mutually react with each other, and the reaction proceeds preferentially along the grain boundaries of the polysilicon film, resulting in uneven interfaces.

따라서, 본 발명의 목적은 게이트 전극의 형성시, 게이트 전극내에 기공이 발생되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming a gate electrode of a semiconductor device which can prevent the generation of pores in the gate electrode when the gate electrode is formed.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 게이트 전극의 형성시, 고온의 열공정을 진행하더라도, 게이트 전극을 구성하는 막 계면의 평탄성을 유지할 수 있는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법을 제공하는 것이다.Further, another object of the present invention is to provide a method for forming a gate electrode of a semiconductor device capable of maintaining the flatness of the film interface constituting the gate electrode even when a high temperature thermal process is performed during the formation of the gate electrode.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 반도체 기판상에 게이트 산화막을 형성하는 단계; 상기 게이트 산화막 상부에 폴리실리콘막 및 비정질 실리콘막을 순차적으로 증착하는 단계; 상기 비정질 실리콘막 상부에 비정질 전이 금속 실리사이드막을 증착하는 단계; 상기 비정질 전이 금속 실리사이드막을 결정화하는 단계; 상기 결정화된 전이 금속 실리사이드막 상부에 하드 마스크막을 증착하는 단계; 상기 막들을 소정 부분 패터닝하여, 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention comprises the steps of forming a gate oxide film on a semiconductor substrate; Sequentially depositing a polysilicon film and an amorphous silicon film on the gate oxide film; Depositing an amorphous transition metal silicide film on the amorphous silicon film; Crystallizing the amorphous transition metal silicide layer; Depositing a hard mask layer on the crystallized transition metal silicide layer; Patterning the films at least partially to form a gate electrode.

본 발명에 의하면, 전이 금속 실리사이드막을 포함하는 게이트 전극 형성시, 게이트 전극을 구성하는 도전체로 비정질 실리콘막을 이용한다. 이에따라, 전이 금속 실리사이드막을 결정화하는 단계시, 비정질 실리콘막이 동시에 결정화되어, 전이 금속 실리사이드막과 비정질 실리콘막이 거의 비슷한 비율로 부피 수축이 일어나게 되어, 기공등이 발생되지 않는다. According to the present invention, in forming a gate electrode including a transition metal silicide film, an amorphous silicon film is used as a conductor constituting the gate electrode. Accordingly, in the step of crystallizing the transition metal silicide film, the amorphous silicon film is simultaneously crystallized, so that the volume shrinkage occurs at a substantially similar ratio between the transition metal silicide film and the amorphous silicon film, and no porosity or the like occurs.

또한, 랜덤한 구조를 갖는 비정질 실리콘막을 게이트 전극 도전체로 사용하므로써, 계면 전 영역에 대하여 티타늄 실리사이드막을 결정화시킬때, 균일하게 원자들이 상호 이동 및 반응되어, 계면 평탄화를 이룰 수 있다. In addition, by using an amorphous silicon film having a random structure as the gate electrode conductor, when the titanium silicide film is crystallized with respect to the entire interfacial region, atoms are uniformly moved and reacted with each other to achieve interfacial planarization.

또한, 게이트 전극의 도전체로서 불순물이 도핑된 비정질 실리콘막을 증착하고, 티타늄 실리사이드막을 증착하기 전에 비정질 실리콘막을 치밀화한다. 이에따라, 이 비정질 실리콘막이 안정한 비정질 상태를 유지하도록 하여, 이후 티타늄 실리사이드막의 결정화 공정시, 비정질 실리콘막이 티타늄 실리사이드막과 반응되는 것이 최소화되도록 한다. 이에따라, 응력차이가 발생되지 않아, 기공의 발생을 줄일 수 있고, 원자의 상호 이동 및 반응이 저지되어, 계면 평탄화를 이룰 수 있다. Further, an amorphous silicon film doped with impurities as a conductor of the gate electrode is deposited, and the amorphous silicon film is densified before the titanium silicide film is deposited. Accordingly, the amorphous silicon film is maintained in a stable amorphous state so that the subsequent reaction of the amorphous silicon film with the titanium silicide film is minimized during the crystallization process of the titanium silicide film. Accordingly, the stress difference does not occur, so that the generation of pores can be reduced, the mutual movement and reaction of atoms are prevented, and the interface planarization can be achieved.

(실시예)(Example)

이하, 첨부한 도면에 의거하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도면 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.6A through 6C are cross-sectional views of respective processes for describing a method of forming a gate electrode of a semiconductor device according to a first exemplary embodiment of the present invention.

먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11) 상부에 게이트 산화막(12)을 형성한다. 그 다음, 게이트 산화막(12) 상부에 불순물이 도핑된 비정질 실리콘막(13)을 형성한다. 그러고나서, 물리적 증착 방식에 의하여 도핑된 비정질 실리콘막(13) 상부에 티타늄 실리사이드막(14)을 증착한다. 이때, 증착시 티타늄 실리사이드막(14)은 비정질 상태이고, 티타늄 실리사이드막(14) 대신 코발트 실리사이드, 니켈 실리사이드등의 전이 금속 실리사이드막을 사용할 수 있다. First, as shown in FIG. 6A, a gate oxide film 12 is formed on the semiconductor substrate 11. Next, an amorphous silicon film 13 doped with impurities is formed on the gate oxide film 12. Then, a titanium silicide film 14 is deposited on the doped amorphous silicon film 13 by a physical vapor deposition method. At this time, the titanium silicide layer 14 is in an amorphous state during deposition, and instead of the titanium silicide layer 14, a transition metal silicide layer such as cobalt silicide or nickel silicide may be used.

그러고난 다음, 도 6b에서와 같이, 결과물을 소정 온도에서 열처리 하여, 비정질 상태의 티타늄 실리사이드막(14)을 낮은 비저항을 갖는 결정질(C54) 티타늄 실리사이드막(15)으로 상변화시킨다. 이때, 열처리 공정은 비활성 분위기 및 750 내지 850℃에서 10 내지 30초 동안 급속 열처리 공정을 진행한다. 또한, 두 단계로 나누어 실시할 수 있는데, 먼저, 비활성 분위기 및 650 내지 750℃에서 10 내지 30초 동안 1차 열처리를 진행하여 60 내지 70μΩ·㎝의 높은 비저항을 갖는 C49 상태의 티타늄 실리사이드막을 형성한다음, 800 내지 850℃에서 10 내지 30초 동안 2차 열처리를 진행하여, 13 내지 25μΩ·㎝ 정도의 낮은 비저항을 갖는 C54 상태의 티타늄 실리사이드막(15)을 형성한다. 또 다른 방법으로는, 비활성 분위기 및 650 내지 650℃에서 30 내지 60분 동안 퍼니스(funace)에서 1차 열처리를 진행하고, 800 내지 850℃에서 10 내지 30초 동안 2차 열처리를 진행하여 티타늄 실리사이드막을 형성할 수도 있다. 여기서, 상기 티타늄 실리사이드막(14)을 결정화시키는 단계시, 비정질 실리콘막(13) 또한 결정화되어, 폴리실리콘막(13a)이 된다. 이때, 상부 티타늄 실리사이드막(14)과 대응하여 비정질 실리콘막(13)이 결정화되므로, 티타늄 실리사이드막(14)과 비정질 실리콘막(13)은 서로 비슷하게 부피 수축이 일어난다. 이에따라, 티타늄 실리사이드막(15)의 응력의 발생이 감소되어, 기공이 발생되지 않는다. 또한, 결정화 공정시, 비정질 실리콘막(13)은 그 구조가 랜덤하며 등방성을 가지고 있어, 열공정시 전체적으로 균일하게 티타늄과 실리콘이 상호 반응하게 되므로, 계면 평탄화를 이룰수 있다. 즉, 폴리실리콘막은 결정립계 부분에서만 상호 반응이 일어나지만, 비정질 실리콘막의 경우는 결정립계가 존재하지 않으므로, 균일하게 상호 반응이 일어난다. Then, as shown in FIG. 6B, the resultant is heat-treated at a predetermined temperature to change the amorphous titanium silicide film 14 into a crystalline (C54) titanium silicide film 15 having a low specific resistance. At this time, the heat treatment process is a rapid heat treatment process for 10 to 30 seconds in an inert atmosphere and 750 to 850 ℃. In addition, it can be carried out by dividing into two steps, first, the first heat treatment for 10 to 30 seconds in an inert atmosphere and 650 to 750 ℃ to form a titanium silicide film of the C49 state having a high specific resistance of 60 to 70μΩ · cm Next, a second heat treatment is performed at 800 to 850 ° C. for 10 to 30 seconds to form a titanium silicide film 15 having a C54 state having a low resistivity of about 13 to 25 μΩ · cm. As another method, the first heat treatment in a furnace (funace) for 30 to 60 minutes at an inert atmosphere and 650 to 650 ℃, and the second heat treatment for 10 to 30 seconds at 800 to 850 ℃ to form a titanium silicide film It may be formed. Here, in the step of crystallizing the titanium silicide film 14, the amorphous silicon film 13 is also crystallized to become the polysilicon film 13a. In this case, since the amorphous silicon film 13 is crystallized in correspondence with the upper titanium silicide film 14, the volumetric shrinkage of the titanium silicide film 14 and the amorphous silicon film 13 similarly occurs. Accordingly, the generation of stress in the titanium silicide film 15 is reduced, so that no pores are generated. In addition, during the crystallization process, the amorphous silicon film 13 has a random structure and isotropy, so that the titanium and silicon react with each other uniformly during the thermal process, thereby making the interface planarized. That is, the polysilicon film mutually reacts only at the grain boundaries, but in the case of the amorphous silicon film, the grain boundaries do not exist, so that the mutual reaction occurs uniformly.

그리고나서, 티타늄 실리사이드막(15) 상부에 하드 마스크막(16)을 공지의 방법으로 형성한다. Then, a hard mask film 16 is formed on the titanium silicide film 15 by a known method.

다음으로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 하드 마스크막(16), 결정화된 티타늄 실리사이드막(15), 폴리실리콘막(13) 및 게이트 산화막(12)을 패터닝하여, 게이트 전극을 형성한다. 그러고 난다음, 게이트 전극의 식각으로 발생되는 기판(11)의 손상을 회복시키면서, 이후 소오스 드레인용 이온 주입시 기판(11)의 데미지를 최소화하기 위하여, 결과물 표면을 재산화하여, 재산화막(7)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 6C, the hard mask film 16, the crystallized titanium silicide film 15, the polysilicon film 13, and the gate oxide film 12 are patterned to form a gate electrode. Then, in order to recover the damage of the substrate 11 caused by the etching of the gate electrode, and then to minimize the damage of the substrate 11 during ion implantation for the source drain, the resulting surface is recrystallized, reoxidized film (7) ).

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다. 7A and 7B are cross-sectional views of respective processes for describing the second embodiment of the present invention.

도 7a를 참조하여, 반도체 기판(21) 상부에 게이트 산화막(22)을 형성한다. 그 다음, 게이트 산화막(22) 상부에 폴리실리콘막(23)을 형성한다. 그리고나서, 폴리실리콘막(23) 상부에 비정질 실리콘막(24)를 소정 두께만큼 형성한다. Referring to FIG. 7A, a gate oxide film 22 is formed on the semiconductor substrate 21. Next, a polysilicon film 23 is formed on the gate oxide film 22. Then, an amorphous silicon film 24 is formed on the polysilicon film 23 by a predetermined thickness.

그후, 도 7b에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘막(24) 상부에 티타늄 실리사이드막을 증착한다음, 티타늄 실리사이드막의 결정화를 위하여 열처리 공정을 진행한다. 이때, 열처리 공정으로 결정화된 티타늄 실리사이드막은 결정질 상태의 티타늄 실리사이드막(24)이 되고, 비정질 실리콘막(24)은 폴리실리콘막(23b)화 된다. 여기서, 열처리 공정으로 비정질화된 폴리실리콘막(23b)은 하부의 폴리실리콘막(23a)과 마찬가지로 결정화되어 있기는 하나, 결정립계가 불연속적으로 형성되므로, 티타늄과 실리콘간의 이동을 효과적으로 방지할수 있다. 따라서, 막 계면이 거칠어지는 것이 방지된다. 그 후의 공정은 상기 제 1 실시예와 동일하다. Thereafter, as shown in FIG. 7B, a titanium silicide film is deposited on the amorphous silicon film 24, and then a heat treatment process is performed to crystallize the titanium silicide film. At this time, the titanium silicide film crystallized by the heat treatment process becomes a titanium silicide film 24 in a crystalline state, and the amorphous silicon film 24 is converted into a polysilicon film 23b. Here, although the polysilicon film 23b amorphous by the heat treatment process is crystallized similarly to the polysilicon film 23a below, the grain boundary is formed discontinuously, so that the movement between titanium and silicon can be effectively prevented. Therefore, the film interface is prevented from being rough. Subsequent processes are the same as in the first embodiment.

도 8a, 도 8b 및 도 9는 본 발명에 따른 제 3 실시예를 설명하기 위한 도면이다.8A, 8B and 9 are diagrams for explaining a third embodiment according to the present invention.

먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(31) 상부에 게이트 산화막(32)을 형성한다. 그 다음, 게이트 산화막(32) 상부에 불순물이 도핑된 비정질 실리콘막(33)을 증착한다. First, as shown in FIG. 8A, a gate oxide film 32 is formed on the semiconductor substrate 31. Next, an amorphous silicon film 33 doped with impurities is deposited on the gate oxide film 32.

그러고나서, 비정질 실리콘막(33)을 치밀화하기 위하여, 600 내지 700℃ 온도에서, 10 내지 30초간 질소 분위기에서 급속 열처리 공정을 실시한다. Then, in order to densify the amorphous silicon film 33, a rapid heat treatment process is performed at 600 to 700 ° C. in a nitrogen atmosphere for 10 to 30 seconds.

그러면, 도 8b에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘막(33a)은 비정질 상태를 유지하면서 치밀화가 이루어져서 비교적 안정한 상태가 된다. 이에따라, 후속의 티타늄 실리사이드막의 결정화 공정시, 비정질 실리콘막(33a)은 반응이 일어나지 않고, 부피 수축에 따른 응력 및 기공을 억제하게 된다. 또한, 상기 치밀화 공정으로 상기 질소 가스와 비정질 실리콘막 표면이 반응되어, 치밀화된 비정질 실리콘막(33a) 상부에 질화막(34)이 형성된다. 이때, 질화막(34)은 매우 박막이어서, 게이트 전극의 전도성에 영향을 미치지 않고, 티타늄 실리사이드막과 비정질 실리콘막간의 상호 원자 이동을 저지시키는 베리어막 역할을 한다. Then, as shown in FIG. 8B, the amorphous silicon film 33a is densified while maintaining the amorphous state, thereby becoming a relatively stable state. Accordingly, in the subsequent crystallization process of the titanium silicide film, the amorphous silicon film 33a does not react and suppresses stress and pores due to volume shrinkage. In addition, in the densification process, the nitrogen gas and the surface of the amorphous silicon film are reacted to form a nitride film 34 on the densified amorphous silicon film 33a. In this case, since the nitride film 34 is very thin, it does not affect the conductivity of the gate electrode and serves as a barrier film that prevents mutual atomic movement between the titanium silicide film and the amorphous silicon film.

이때, 도 9와 같이, 게이트 산화막(32)과 비정질 실리콘막(33) 사이에 폴리실리콘막(330)을 개재하여도 동일한 효과를 거둘수 있다. In this case, as shown in FIG. 9, the same effect may be achieved even through the polysilicon film 330 between the gate oxide film 32 and the amorphous silicon film 33.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 전이 금속 실리사이드막을 포함하는 게이트 전극 형성시, 게이트 전극을 구성하는 도전체로 비정질 실리콘막을 이용한다. 이에따라, 전이 금속 실리사이드막을 결정화하는 단계시, 비정질 실리콘막이 동시에 결정화되어, 전이 금속 실리사이드막과 비정질 실리콘막이 거의 비슷한 비율로 부피 수축이 일어나게 되어, 기공등이 발생되지 않는다. As described in detail above, according to the present invention, in forming a gate electrode including a transition metal silicide film, an amorphous silicon film is used as a conductor constituting the gate electrode. Accordingly, in the step of crystallizing the transition metal silicide film, the amorphous silicon film is simultaneously crystallized, so that the volume shrinkage occurs at a substantially similar ratio between the transition metal silicide film and the amorphous silicon film, and no porosity or the like occurs.

또한, 랜덤한 구조를 갖는 비정질 실리콘막을 게이트 전극의 도전체로 사용하므로써, 티타늄 실리사이드막을 결정화시킬때, 균일하게 원자들이 상호 이동되어, 계면 평탄화를 이룰 수 있다. In addition, by using an amorphous silicon film having a random structure as a conductor of the gate electrode, when the titanium silicide film is crystallized, atoms are uniformly moved with each other to achieve interfacial planarization.

또한, 게이트 전극의 도전체로서 불순물이 도핑된 비정질 실리콘막을 증착하고, 티타늄 실리사이드막을 증착하기 전에 비정질 실리콘막을 치밀화한다. 이에따라, 이 비정질 실리콘막이 안정한 비정질 상태를 유지하도록 하여, 이후 티타늄 실리사이드막의 결정화 공정시, 비정질 실리콘막이 티타늄 실리사이드막과 반응되지 않도록 한다. 이에따라, 응력차이가 발생되지 않아, 기공의 발생을 줄일 수 있고, 상호 이동 및 반응이 저지되어, 계면 평탄화를 이룰 수 있다. Further, an amorphous silicon film doped with impurities as a conductor of the gate electrode is deposited, and the amorphous silicon film is densified before the titanium silicide film is deposited. Accordingly, the amorphous silicon film is maintained in a stable amorphous state so that the amorphous silicon film does not react with the titanium silicide film during the subsequent crystallization process of the titanium silicide film. Accordingly, the stress difference does not occur, it is possible to reduce the occurrence of pores, to prevent the mutual movement and reaction, to achieve the interface planarization.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 게이트 전극 형성방법을 설명하기 위한 단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a gate electrode forming method according to the prior art.

도 2는 종래 기술에 따라 티타늄 실리사이드막 결정화후, 티타늄 실리사이드막을 나타낸 SEM 사진2 is a SEM photograph showing a titanium silicide film after crystallization of the titanium silicide film according to the related art.

도 3a는 종래 기술에 따라 형성된 게이트 전극의 단면을 나타낸 TEM 사진3A is a TEM photograph showing a cross section of a gate electrode formed according to the prior art.

도 3b는 종래 기술에 따라 형성된 게이트 전극을 나타낸 SEM 사진.Figure 3b is a SEM photograph showing a gate electrode formed according to the prior art.

도 4a 내지 도 4c는 종래의 게이트 전극 형성시, 온도에 따른 항복이 일어나는 카운트를 나타낸 그래프.4A to 4C are graphs illustrating a count at which yield occurs with temperature when a conventional gate electrode is formed.

도 5는 종래의 게이트 전극 형성시, 항복 시간에 따른 누적 확률을 나타낸 그래프.5 is a graph showing a cumulative probability according to a breakdown time when forming a conventional gate electrode.

도 6a 내지 도6c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자에 게이트 전극 형성방법을 설명하기 위한 단면도.6A through 6C are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate electrode in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법을 설명하기 위한 단면도.7A and 7B are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate electrode of a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.

도 8a, 도 8b, 도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 소자의 게이트 전극을 형성하기 위한 단면도.8A, 8B, and 9 are cross-sectional views for forming a gate electrode of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)

11,21,31- 반도체 기판 12,22,32- 게이트 산화막11,21,31- semiconductor substrate 12,22,32- gate oxide

13,24,33- 비정질 실리콘막 13a,23a,23b,330- 폴리실리콘막13,24,33-Amorphous Silicon Film 13a, 23a, 23b, 330-Polysilicon Film

14- 비정질 상태의 티타늄 실리사이드막14- Titanium Silicide Film in Amorphous State

15,25- 결정화된 티타늄 실리사이드막15,25- Crystallized Titanium Silicide Film

16- 하드 마스크막 17- 재산화막16- Hard Mask Film 17- Property Paint

23,330- 폴리실리콘막 34- 질화막23,330- Polysilicon Film 34- Nitride Film

Claims (10)

반도체 기판상에 게이트 산화막을 형성하는 단계;Forming a gate oxide film on the semiconductor substrate; 상기 게이트 산화막 상부에 폴리실리콘막 및 비정질 실리콘막을 순차적으로 증착하는 단계;Sequentially depositing a polysilicon film and an amorphous silicon film on the gate oxide film; 상기 비정질 실리콘막 상부에 비정질 전이 금속 실리사이드막을 증착하는 단계;Depositing an amorphous transition metal silicide film on the amorphous silicon film; 상기 비정질 전이 금속 실리사이드막을 결정화하는 단계; Crystallizing the amorphous transition metal silicide layer; 상기 결정화된 전이 금속 실리사이드막 상부에 하드 마스크막을 증착하는 단계;Depositing a hard mask layer on the crystallized transition metal silicide layer; 상기 막들을 소정 부분 패터닝하여, 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법. Forming a gate electrode by partially patterning the films. 제 1 항에 있어서, 상기 결정화 단계는 비활성 가스 분위기 및 750 내지 850℃에서 10 내지 30초 동안 급속 열처리 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법. The method of claim 1, wherein the crystallization step is a rapid heat treatment for 10 to 30 seconds in an inert gas atmosphere and 750 to 850 ℃. 제 1 항에 있어서, 상기 결정화 단계는, 먼저, 650 내지 750℃에서 10 내지 30초 동안 1차 열처리를 진행하는 단계와, 800 내지 850℃에서 10 내지 30초 동안 2차 열처리를 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법. The method of claim 1, wherein the crystallization step, the first heat treatment for 10 to 30 seconds at 650 to 750 ℃, and the second heat treatment for 10 to 30 seconds at 800 to 850 ℃ A gate electrode forming method of a semiconductor device comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 결정화 단계는, 먼저, 650 내지 650℃에서 30 내지 60분 동안 퍼니스(funace)에서 1차 열처리를 진행하는 단계와, 800 내지 850℃에서 10 내지 30초 동안 2차 열처리를 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법. The method of claim 1, wherein the crystallization step, the first heat treatment in the furnace (funace) for 30 to 60 minutes at 650 to 650 ℃, and the second heat treatment for 10 to 30 seconds at 800 to 850 ℃ Method of forming a gate electrode of a semiconductor device comprising the step of proceeding. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전이 금속 실리사이드막은 티타늄 실리사이드막, 코발트 실리사이드막 또는 니켈 실리사이드막 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법.The method of forming a gate electrode of a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the transition metal silicide film is any one of a titanium silicide film, a cobalt silicide film, and a nickel silicide film. 제 5 항에 있어서, 상기 전이 금속 실리사이드막은 물리적 증착 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법.The method of claim 5, wherein the transition metal silicide layer is formed by physical vapor deposition. 삭제delete 반도체 기판상에 게이트 산화막을 형성하는 단계;Forming a gate oxide film on the semiconductor substrate; 상기 게이트 산화막 상부에 비정질 실리콘막을 증착하는 단계;Depositing an amorphous silicon film on the gate oxide film; 상기 비정질 실리콘막을 치밀화하는 단계;Densifying the amorphous silicon film; 상기 비정질 실리콘막 상부에 비정질 전이 금속 실리사이드막을 증착하는 단계;Depositing an amorphous transition metal silicide film on the amorphous silicon film; 상기 비정질 전이 금속 실리사이드막을 결정화하는 단계; Crystallizing the amorphous transition metal silicide layer; 상기 결정화된 전이 금속 실리사이드막 상부에 하드 마스크막을 증착하는 단계;Depositing a hard mask layer on the crystallized transition metal silicide layer; 상기 막들을 소정 부분 패터닝하여, 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법. Forming a gate electrode by partially patterning the films. 제 8 항에 있어서, 상기 비정질 실리콘막을 치밀화시키는 단계는, 질소 분위기 및 600 내지 700℃에서 10초 내지 30초 동안 열처리 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법.The method of claim 8, wherein the densifying the amorphous silicon film comprises performing a heat treatment process for 10 seconds to 30 seconds at a nitrogen atmosphere and 600 to 700 ° C. 10. 제 8 항에 있어서, 상기 비정질 실리콘막을 치밀화시키는 단계는, 질소 분위기 및 500 내지 550℃에서 10초 내지 30분 동안 열처리 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법.The method of claim 8, wherein the densifying the amorphous silicon film comprises performing a heat treatment for 10 seconds to 30 minutes at a nitrogen atmosphere and at 500 to 550 ° C. 10.
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