KR100685904B1 - 풀리 실리사이드 게이트 및 그것을 가진 반도체 소자의제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 풀리 실리사이드 게이트(Fully Silicided Gate: 이하, FUSI 게이트)와 그 FUSI 게이트를 가진 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 제 1 단계; 상기 게이트 절연막 상에 폴리 실리콘 층을 형성하는 제 2 단계; 상기 폴리 실리콘 층을 실리사이드 층으로 만드는 제 3 단계; 상기 실리사이드 층을 패터닝하여 게이트 전극으로 만드는 제 4 단계; 상기 게이트 전극의 측벽에 측벽 스페이스를 형성하는 제 5 단계; 상기 측벽 스페이스를 가진 상기 게이트 전극의 양측에 소오스 및 드레인 영역을 각각 형성하는 제 6 단계; 및 상기 소오스 및 상기 드레인 영역의 상부에 실리사이드 층을 형성하는 제 7 단계를 포함하여 구성되어, 기존의 FUSI 게이트 형성 공정과 비교하여 CMP와 같은 연마 공정을 배제할 수 있으므로 공정을 단순화시키고 또한 연마 공정의 수행으로 인한 스크래치(scratch) 및 잔류물(residue) 등의 발생을 방지하므로 소자의 특성을 향상시키는 효과가 창출된다
반도체, 풀리 실리사이드, 게이트, 연마
Description
도 1A 내지 도 1J는 종래 기술에 따른 풀리 실리사이드 게이트 형성 방법의 공정 단면도,
도 2A 내지 도 2I는 본 발명에 따른 풀리 실리사이드 게이트를 가진 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 공정 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명
20: 웨이퍼(또는 기판) 21: 게이트 옥사이드
22: 폴리 실리콘 층 22a: FUSI 게이트 층
22b: FUSI 게이트 23,24,26: 금속층
25: 측벽 스페이서 27: 소오스/드레인 실리사이드층
S: 소오스 영역 D: 드레인 영역
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 소자의 풀리 실리사이드 게이트(Fully Silicided Gate: 이하, FUSI 게이트)와 그 FUSI 게이 트를 가진 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 폴리 실리콘 게이트(Poly Si Gate)는 반도체 소자의 사이즈(size) 감소에 따라 높은 게이트 저항(High gate Resistance), 다결정 실리콘 공핍(Poly depletion), 및 보론 관통(Boron penetration) 등의 문제가 발생되어서, 메탈 게이트(Metal Gate) 등으로 대체되고 있다. 하지만, 순수한 TiN, TaN, 및 TiSiN 등을 이용한 메탈 게이트는 NMOS나 PMOS의 일 함수(work function)가 거의 변화지 않기 때문에, 현재는 주로 실리사이드를 게이트 전체에 형성시켜주는 FUSI 게이트가 중요하게 대두되고 있다.
도 1A 내지 1J는 종래 기술에 따른 풀리 실리사이드 게이트 형성 방법의 공정 단면도이다.
도 1A에 도시된 바와 같이, 소자간 분리막(미도시)이 형성된 실리콘 온 인슐레이터(Silicon On Insulator: SOI) 기판(10) 상에 게이트 산화막(11)을 형성한다.
도 1B에 도시된 바와같이, 게이트 리소그라피 및 에칭 공정을 통해 상기 게이트 산화막(11) 상에 폴리실리콘 게이트 층(12) 및 옥사이드 하드 마스크 층(13)을 형성한다.
도 1C에 도시된 바와 같이, 확장 이온 주입 공정을 수행한다.
도 1D에 도시된 바와 같이, 측벽 스페이서(spacer)(14)를 형성한다.
도 1E에 도시된 바와 같이, 선택적인 실리콘 성장 공정을 수행하여 상기 기판(10)의 소오스/드레인 영역 부분의 확장 영역(15)을 형성한다.
도 1F에 도시된 바와 같이, 소오스/드레인 영역에 불순물 이온을 주입한다.
도 1G에 도시된 바와 같이, 상기 소오스 드레인 영역 상에 Co가 있는 실리사이드층(16)을 형성한다.
도 1H에 도시된 바와 같이, 질화막 및 산화막(17)을 형성한다.
도 1I에 도시된 바와 같이, 게이트 노출을 위한 화학기계적 연마(CMP) 공정을 수행한다.
마지막으로, 도 1J에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전체를 Ni가 있는 실리사이드로 게이트(18)로 만들도록 한다.
도 1A 내지 도 1J를 참조하여 설명된 종래 기술에 따른 FUSI 게이트는, 일반 폴리 실리콘 게이트의 상술된 단점을 없앰과 아울러 게이트에 주입된 Ni와 같은 도펀트(dopant)에 의해 일 함수가 일반 폴리 실리콘 게이트와 비슷한 범위에서 움직이는 장점이 있다.
그러나, FUSI 게이트의 형성 공정은 도 1I에 도시된 바와 같이 CMP와 같은 공정이 필요하므로 기존의 실리사이드 형성 공정에 비해서 공정이 복잡하며, 특히 그 CMP 공정 시 발생하는 스크래치(scratch) 및 잔류물(residue) 등에 의해 소자의 특성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 CMP 와 같은 공정 없이 간단히 FUSI 게이트를 만들 수 있도록 하는, FUSI 게이트 및 그 FUSI 게이트를 가진 반도체 소자의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 FUSI 게이트 형성 방법은, 기판 상에 폴리 실리콘 층을 형성하는 제 1 단계; 상기 폴리 실리콘 층을 실리사이드 층으로 만드는 제 2 단계; 및 상기 실리사이드 층을 패터닝하여 게이트 전극으로 만드는 제 3 단계를 포함하여 구성된다.
상기 기판과 상기 폴리 실리콘 층 사이에 게이트 절연막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 제 2 단계는, 상기 폴리 실리콘층 상에 제 1 금속층을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속층 상에 제 2 금속층을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2 금속층을 열처리하는 단계를 포함하여 구성되며, 상기 열처리 후, 상기 실리사이드층 상에 잔류하는 금속막을 제거하는 공정을 더 수행한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 FUSI 게이트를 가진 반도체 소자의 제조 방법은, 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 제 1 단계; 상기 게이트 절연막 상에 폴리 실리콘 층을 형성하는 제 2 단계; 상기 폴리 실리콘 층을 실리사이드 층으로 만드는 제 3 단계; 상기 실리사이드 층을 패터닝하여 게이트 전극으로 만드는 제 4 단계; 상기 게이트 전극의 측벽에 측벽 스페이스를 형성하는 제 5 단계; 상기 측벽 스페이스를 가진 상기 게이트 전극의 양측에 소오스 및 드레인 영역을 각각 형성하는 제 6 단계; 및 상기 소오스 및 상기 드레인 영역의 상부에 실리사이드 층을 형성하는 제 7 단계를 포함하여 구성된다.
상기 제 3 단계는, 상기 폴리 실리콘층 상에 제 1 금속층을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속층 상에 제 2 금속층을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2 금속 층을 열처리하는 단계를 포함하여 구성되며, 상기 열처리 후, 상기 실리사이드층 상에 잔류하는 금속막을 제거하는 공정을 더 수행할 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명에서는 연마와 같은 공정 없이 폴리실리콘 전체를 균일한 FUSI 형태로 만들어 준 후 그 FUSI 층을 원하는 형태로 패터닝하여 게이트를 만들어 줌으로서, 간단히 FUSI 게이트를 만들 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 FUSI 게이트 및 그 FUSI 게이트를 가진 반도체 소자의 제조 방법을 설명한다.
도 2A 내지 도 2I는 본 발명에 따른 풀리 실리사이드 게이트를 가진 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 공정 단면도이다
먼저, 도 2A에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(wafer)(또는 기판이라 칭함)(20) 위에 게이트 절연막으로서의 옥사이드층(21)을 형성하고, 그 게이트 옥사이드층(21) 위에 폴리 실리콘 층(22)을 형성한다. 상기 게이트 옥사이드층(21) 및 상기 폴리 실리콘 층(22)은 증착 방법을 사용하여 형성한다.
도 2B에 도시된 바와 같이, 상기 폴리 실리콘 층(22) 위에 그 폴리 실리콘 층(22)을 실리사이드층으로서의 NiSi 층으로 만들기 위해 Ni로 이루어진 제 1 금속층(23)과 Ti, TiN, 및 Ti/TiN 중의 하나로 이루어진 캡 층(cap layer)로서의 제 2 금속층(24)을 순차적으로 형성한다. 상기 제 1 및 제 2 금속층들은 증착 방법을 사용하여 형성한다.
상기 제 1 금속층(23)은 다른 예로 Co로 이루어진 금속층으로 형성할 수 있다. 상기 제 1 금속층(23)은 또 다른 예로 Ti, Co, Ni, Mo 및 Ta 중의 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 금속층으로 형성할 수 있다.
다음, 도 2B와 같은 중간 구조물을 열처리하여, 도 2C에 도시된 바와 같이 상기 폴리 실리콘 층(22)을 FUSI 층으로서의 메탈 게이트 층(22a)으로 만들도록 한다. 상기 메탈 게이트 층(22a)의 상부에 있는 금속층(23a,24a)은 상기 열처리 공정에서 상기 제 1 및 제 2 금속층(23,24)들이 반응치 못하고 남는 잔류 금속층을 나타낸다.
도 2D에 도시된 바와 같이, HF를 이용한 세정 공정을 통해 상기 잔류 금속층(23a,24a)을 제거한다.
도 2E에 도시된 바와 같이, 상기 메탈 게이트 층(22a) 및 상기 게이트 옥사이드층(21)을 노광 및 식각 공정을 통해 패터닝하여 FUSI 게이트 전극(22b)으로 만든다.
도 2F에 도시된 바와 같이, 상기 도 2E의 중간 구조물 전체 위에 실리콘 옥사이드(Si Oxide) 또는 실리콘 나트라이드(Si Nitride) 층을 형성한 후 식각하여, 상기 FUSI 게이트 전극(22b)의 양측에 측벽 스페이스(25)를 형성한다.
도 2G에 도시된 바와 같이, 상기 측벽 스페이스(25)를 가진 상기 FUSI 게이트 전극(22b)을 마스크로 하여 상기 기판(20)내에 불순물 이온을 주입함으로서, 소오스 영역(S) 및 드레인 영역(D)을 형성한다. 상기 불순물 이온은 As, B, P, 및 In 중의 하나이다.
다음, 도 2H에 도시된 바와 같이, 상기 소오스/드레인 영역들(S/D)을 실리사이드화 시키기 위해 금속층(26)을 증착 방식으로 형성한다
마지막으로, 도 2I에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(26)을 패터닝하고 열처리하여 상기 소오스/드레인 영역들(S/D)의 상부에 소오스/드레인 실리사이드층(27)을 형성한다. 상기 실리사이드층(27)의 형성 방법은 상기 FUSI 게이트 층(22a)의 형성 방법을 적용하면 된다.
이상, 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 FUSI 게이트 및 그 FUSI 게이트를 가진 반도체 소자의 제조 방법은, 기존의 FUSI 게이트 형성 공정과 비교하여 CMP와 같은 연마 공정을 배제할 수 있으므로 공정을 단순화시키고 또한 연마 공정의 수행으로 인한 스크래치(scratch) 및 잔류물(residue) 등의 발생을 방지하므로 소자의 특성을 향상시키는 효과가 창출된다.
Claims (11)
- 기판 상에 폴리 실리콘 층을 형성하는 단계;상기 폴리 실리콘층 상에 제 1 금속층을 형성하는 단계;상기 제 1 금속층 상에 제 2 금속층을 형성하는 단계;상기 제 1 및 제 2 금속층을 열처리하여, 상기 폴리 실리콘 층을 실리사이드 층으로 만드는 단계; 및상기 실리사이드 층을 패터닝하여 게이트 전극으로 만드는 제 3 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 풀리 실리사이드 게이트 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판과 상기 폴리 실리콘 층 사이에 게이트 절연막을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 반도체 소자의 풀리 실리사이드 게이트 형성 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 열처리 후, 상기 실리사이드층 상에 잔류하는 금속막을 제거하는 공정을 더 수행 함을 특징으로 하는 반도체 소자의 풀리 실리사이드 게이트 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 금속층은 Ti, Co, Ni, Mo 및 Ta 중의 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 풀리 실리사이드 게이트 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 금속층은 Ti, TiN, 및 Ti/TiN 중의 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 풀리 실리사이드 게이트 형성 방법.
- 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;상기 게이트 절연막 상에 폴리 실리콘 층을 형성하는 단계;상기 폴리 실리콘층 상에 제 1 금속층을 형성하는 단계;상기 제 1 금속층 상에 제 2 금속층을 형성하는 단계; 및상기 제 1 및 제 2 금속층을 열처리하여 폴리 실리콘 층을 실리사이드 층으로 만드는 단계;상기 실리사이드 층을 패터닝하여 게이트 전극으로 만드는 단계;상기 게이트 전극의 측벽에 측벽 스페이스를 형성하는 단계;상기 측벽 스페이스를 가진 상기 게이트 전극의 양측에 소오스 및 드레인 영역을 각각 형성하는 단계; 및상기 소오스 및 상기 드레인 영역의 상부에 실리사이드 층을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풀리 실리사이드 게이트를 가진 반도체 소자의 제조 방법.
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,상기 열처리 후, 상기 실리사이드층 상에 잔류하는 금속막을 제거하는 공정을 더 수행 함을 특징으로 하는 풀리 실리사이드 게이트를 가진 반도체 소자의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 금속층은 Ti, Co, Ni, Mo 및 Ta 중의 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 풀리 실리사이드 게이트를 가진 반도체 소자의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 2 금속층은 Ti, TiN, 및 Ti/TiN 중의 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 풀리 실리사이드 게이트를 가진 반도체 소자의 제조 방법.
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