KR100707679B1 - Method for forming salicide in semiconductor device - Google Patents

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Abstract

반도체 소자의 샐리사이드 형성 방법이 개시된다. 본 방법은, 필드 산화막, 게이트 산화막, 다결정 실리콘 게이트, 소스-드레인 확산 영역이 형성된 실리콘 반도체 기판의 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 사진 공정 및 식각 공정을 이용하여 층간 절연막의 내부에 게이트를 노출시키는 제1 비아홀 및 소스-드레인 확산 영역을 노출시키는 제2 비아홀을 형성하는 단계와, 층간 절연막의 표면, 제1 비아홀의 내부 및 제2 비아홀의 내부에 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속을 함유하는 금속 질화막을 형성하는 단계와, 기판을 열처리하여 게이트의 상부 및 소스-드레인 확산 영역의 상부에 금속 실리사이드를 동시에 형성하는 단계와, 제1 비아홀 및 제2 비아홀을 매립하는 컨택 플러그를 형성하는 단계를 포함한다.Disclosed is a method of forming a salicide of a semiconductor device. The method includes forming an interlayer insulating film on the entire surface of a silicon semiconductor substrate on which a field oxide film, a gate oxide film, a polycrystalline silicon gate, and a source-drain diffusion region are formed, and using a photo process and an etching process to form a gate inside the interlayer insulating film. Forming a first via hole to expose and a second via hole to expose the source-drain diffusion region, and a metal reacting with silicon to form silicide on the surface of the interlayer insulating film, the inside of the first via hole, and the inside of the second via hole; Forming a metal nitride film containing the metal nitride; forming a metal silicide on the upper portion of the gate and the source-drain diffusion region by heat-treating the substrate; and forming a contact plug filling the first via hole and the second via hole. Steps.

샐리사이드, 확산 방지막, 컨택 플러그 Salicide, Diffusion Barrier, Contact Plug

Description

반도체 소자의 샐리사이드 형성 방법{Method for Forming Salicide in Semiconductor Device}Method for forming salicide of semiconductor device {Method for Forming Salicide in Semiconductor Device}

도 1a 및 도 1b는 종래의 샐리사이드 형성 방법을 설명하는 단면도들이다.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a conventional salicide forming method.

도 2a 및 도 2d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 샐리사이드 형성 방법을 설명하는 단면도들이다.2A and 2D are cross-sectional views illustrating a method of forming a salicide of a semiconductor device according to the present invention.

본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 반도체 소자의 집적 회로를 제조함에 있어서 게이트 전극 및 소스-드레인 확산 영역의 면저항을 낮추기 위한 샐리사이드의 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming salicide for lowering sheet resistance of a gate electrode and a source-drain diffusion region in manufacturing an integrated circuit of a semiconductor device.

MOSFET와 같은 반도체 소자에 있어서, 얇은 다결정 실리콘 게이트 및 옅은 소스-드레인 확산 영역의 면저항은 모두 10 ~ 20 ohms/square 이하로 줄어들 수 없고, 이 때문에 상호접속 매개체로서의 유용성이 크게 줄어들게 된다. 상호 접속 지연은 VLSI(Very Large Scale Integration) 회로의 속도를 제한하는 시초이며, 따라서 회로 크기가 줄어듦에 따라 이러한 상호 접속을 향상시키기 위한 방안이 필요해졌다.In semiconductor devices such as MOSFETs, the sheet resistance of thin polycrystalline silicon gates and light source-drain diffusion regions cannot all be reduced below 10-20 ohms / square, which greatly reduces their usefulness as interconnect mediators. Interconnect delay is the first to limit the speed of Very Large Scale Integration (VLSI) circuits, and as circuit size shrinks, there is a need for ways to improve these interconnections.

상호 접속의 유효 면저항을 줄이는 방법으로서, 게이트 또는 소스-드레인 영역의 실리콘 위에 낮은 비저항값을 가지는 실리사이드(Silicide)를 형성하는 방법이 개발되었다. 넓은 범위에 걸친 귀금속과 내화 금속들은 실리콘과 실리사이드라 불리는 화합물을 형성하며, 다결정 실리콘과 확산 영역의 면저항은 낮은 비저항값을 가지는 실리사이드층을 그 표면 위에 형성함으로써 감소된다. 이와 같이 실리사이드로 이용되는 금속에는 코발트(Co)와 같은 8족 금속, 티타늄(Ti)와 같은 4족 금속 또는 텅스텐(W)과 같은 고융점 금속 등이 있으며, 이들 금속들 중에서 실리콘과의 결합으로 각각 CoSi2 및 TiSi2를 형성하는 코발트(Co) 및 티타늄(Ti)이 널리 사용되고 있다.As a method of reducing the effective sheet resistance of the interconnect, a method of forming a silicide having a low specific resistance on silicon in the gate or source-drain region has been developed. A wide range of precious metals and refractory metals form compounds called silicon and silicide, and the sheet resistance of polycrystalline silicon and diffusion region is reduced by forming a silicide layer having a low specific resistance value on its surface. As such metals used as silicides, there are group 8 metals such as cobalt (Co), group 4 metals such as titanium (Ti), or high melting point metals such as tungsten (W). Cobalt (Co) and titanium (Ti) forming CoSi 2 and TiSi 2 , respectively, are widely used.

한편, 반도체 소자의 제조 공정에서 게이트 및 소스-드레인이 한번의 금속 공정을 통하여 전기적 접촉이 이루어지게 하면, 소스-드레인과 게이트 사이에 생겨날 수 있는 겹침으로 인한 기생 커패시턴스를 없앨 수 있고, 금속과 소스-드레인의 접촉 면적이 증가하여 접촉 저항 및 소스-드레인 내부 저항이 감소하게 된다. 이와 같이 트랜지스터의 게이트와 소스-드레인 영역 위에 실리사이드를 동시에 형성하는 공정을 샐리사이드(Salicide) 공정이라고 한다.On the other hand, when the gate and the source-drain are in electrical contact through a single metal process in the manufacturing process of the semiconductor device, parasitic capacitance due to the overlap between the source-drain and the gate may be eliminated, and the metal and the source The contact area of the drain increases, resulting in a decrease in contact resistance and source-drain internal resistance. As described above, a process of simultaneously forming silicide on the gate and the source-drain region of the transistor is called a salicide process.

샐리사이드 공정은 게이트 및 소스-드레인에 전기적 접촉을 형성하기 위한 것이므로, 반도체 기판 상에 게이트 및 소스-드레인 확산 영역을 형성한 이후에 진행된다. 다시 말해서, 샐리사이드 공정을 행하기 전에, 트랜지스터의 활성 영역들 사이의 절연을 위하여 필드 산화막 또는 STI(Swallow Trench Isolation) 등의 필드 영역을 형성하는 공정, 다결정 실리콘 게이트 전극을 형성하는 공정, 이온 주입 및 열처리에 의하여 소스-드레인 확산 영역을 형성하는 공정, CVD-산화물 층을 만든 후 반응성 이온 에칭을 통하여 측면 산화물 스페이서를 형성하는 공정 등이 수행된다. Since the salicide process is for making electrical contacts to the gate and source-drain, it proceeds after forming the gate and source-drain diffusion regions on the semiconductor substrate. In other words, before performing the salicide process, a process of forming a field region such as a field oxide film or swallow trench isolation (STI) for insulation between active regions of the transistor, a process of forming a polycrystalline silicon gate electrode, and ion implantation. And forming a source-drain diffusion region by heat treatment, forming a CVD oxide layer, and then forming a side oxide spacer through reactive ion etching.

도 1a 내지 도 1b를 참조하여, 종래의 샐리사이드 공정을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도면부호 10은 기판, 12는 LDD(Lightly Doped Drain) 구조의 소스-드레인 확산 영역, 14는 필드 산화막, 15는 게이트 산화막, 16은 다결정 실리콘 게이트, 18은 스페이서를 나타낸다.Referring to Figures 1a to 1b, the conventional salicide process will be described as follows. Here, reference numeral 10 denotes a substrate, 12 denotes a source-drain diffusion region of a lightly doped drain (LDD) structure, 14 denotes a field oxide layer, 15 denotes a gate oxide layer, 16 denotes a polycrystalline silicon gate, and 18 denotes a spacer.

상술한대로, 샐리사이드 공정은 필드 산화막(14), 게이트 산화막(15), 다결정 실리콘 게이트 전극(16), 산화물 스페이서(18), 소스-드레인 확산 영역(12) 등이 형성된 이후에 진행된다. 즉, 트랜지스터 구조를 반도체 기판 상에 형성한 다음, 기판 전면에 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 또는 코발트(Co) 등의 샐리사이드 형성 금속(24)을 증착한다.(도 1a) 그 후, 기판을 열처리함으로써 게이트 전극(16) 및 소스-드레인 확산 영역(12)에서 실리콘과 금속의 반응을 유도하여 금속 실리사이드를 각각 형성한다. 열처리하는 동안에 금속 실리사이드는 금속이 실리콘 및 다결정 실리콘과 접촉하는 영역에서만 형성되고, 그 외의 영역에서는 금속과 실리콘의 반응이 차단되므로 실리사이드가 형성되지 않는다.As described above, the salicide process proceeds after the field oxide film 14, the gate oxide film 15, the polycrystalline silicon gate electrode 16, the oxide spacer 18, the source-drain diffusion region 12, and the like are formed. That is, a transistor structure is formed on a semiconductor substrate, and then a salicide forming metal 24 such as titanium (Ti), tantalum (Ta), or cobalt (Co) is deposited on the entire surface of the substrate (FIG. 1A). The heat treatment of the substrate induces a reaction between silicon and metal in the gate electrode 16 and the source-drain diffusion region 12 to form metal silicides, respectively. During the heat treatment, the metal silicide is formed only in the region where the metal is in contact with the silicon and the polycrystalline silicon, and in other regions, silicide is not formed because the reaction between the metal and the silicon is blocked.

이와 같이 게이트 전극(16) 및 소스-드레인 확산 영역(12)에 동시에 실리사이드를 형성한 후, 이들 실리사이드와 반응하지 않는 선택적 에칭에 의해 나머지 금속층을 제거하면 게이트(16)와 소스-드레인 영역(12)에 자동적으로 정돈된 샐리 사이드(20a, 20b)를 얻게 된다. 이렇게 자동 정돈된 샐리사이드를 도 1b에 나타내었다. 도 1b에서, 도면 부호 20a는 다결정 실리콘(16) 위에 형성된 실리사이드를 나타내고, 도면 부호 20b는 소스-드레인 확산 영역(12)의 실리콘 위에 형성된 실리사이드를 나타낸다.As described above, when silicides are simultaneously formed on the gate electrode 16 and the source-drain diffusion region 12, and the remaining metal layer is removed by selective etching that does not react with these silicides, the gate 16 and the source-drain region 12 may be removed. You will get Sally Sides 20a and 20b automatically arranged in the. This automatically ordered salicide is shown in Figure 1b. In FIG. 1B, reference numeral 20a denotes a silicide formed on the polycrystalline silicon 16 and reference numeral 20b denotes a silicide formed on the silicon of the source-drain diffusion region 12.

한편, 최근 반도체 소자의 집적도가 크게 향상되면서 최소 선폭(Critical Dimension)이 0.25㎛ 또는 0.18㎛인 반도체 소자에서는 티타늄(Ti)을 주로 이용하여 샐리사이드를 형성하고 있다. 그러나, 위에서 살펴보았듯이, 샐리사이드 공정에서는 금속층을 증착하는 공정, 금속과 실리콘의 반응을 위한 열처리 공정, 미반응한 나머지 금속층을 제거하는 공정 등의 여러 단계를 거쳐야 한다. Meanwhile, in recent years, as the degree of integration of semiconductor devices is greatly improved, salicides are mainly formed of titanium (Ti) in semiconductor devices having a minimum critical dimension of 0.25 μm or 0.18 μm. However, as described above, in the salicide process, a process of depositing a metal layer, a heat treatment process for reacting metal and silicon, and removing a remaining unreacted metal layer must be performed.

본 발명의 목적은, 종래의 복잡한 샐리사이드 형성 공정에 의하지 않고도 다결정 실리콘 게이트 및 소스-드레인 확산 영역에 금속 실리사이드가 자동으로 정렬되는 새로운 샐리사이드 공정을 제공하는 것이다. 이를 통해, 반도체 소자의 제조 공정을 보다 단순화시키고, 궁극적으로는 반도체 소자의 제조 비용 및 공정 시간을 줄이는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a novel salicide process in which metal silicides are automatically aligned in polycrystalline silicon gate and source-drain diffusion regions without the need for conventional complex salicide formation processes. This aims to simplify the manufacturing process of the semiconductor device, and ultimately reduce the manufacturing cost and processing time of the semiconductor device.

본 발명에 따른 반도체 소자의 샐리사이드 형성 방법은, 필드 산화막, 게이트 산화막, 다결정 실리콘 게이트, 소스-드레인 확산 영역이 형성된 실리콘 반도체 기판의 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 사진 공정 및 식각 공정을 이용하여 층간 절연막의 내부에 게이트를 노출시키는 제1 비아홀 및 소스-드레인 확산 영 역을 노출시키는 제2 비아홀을 형성하는 단계와, 층간 절연막의 표면, 제1 비아홀의 내부 및 제2 비아홀의 내부에 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속을 함유하는 금속 질화막을 형성하는 단계와, 기판을 열처리하여 게이트의 상부 및 소스-드레인 확산 영역의 상부에 금속 실리사이드를 동시에 형성하는 단계와, 제1 비아홀 및 제2 비아홀을 매립하는 컨택 플러그를 형성하는 단계를 포함한다.The method for forming a salicide of a semiconductor device according to the present invention comprises forming an interlayer insulating film on the entire surface of a silicon semiconductor substrate on which a field oxide film, a gate oxide film, a polycrystalline silicon gate, and a source-drain diffusion region are formed, Forming a first via hole for exposing a gate and a second via hole for exposing a source-drain diffusion region in the interlayer insulating film; and forming a surface of the interlayer insulating film, a first via hole, and a second via hole. Forming a metal nitride film containing a metal that reacts with silicon to form silicide; heat treating the substrate to simultaneously form metal silicide on top of the gate and on top of the source-drain diffusion region; And forming a contact plug to fill the two via holes.

또한, 본 발명에 따른 샐리사이드 형성 방법은, 층간 절연막을 형성하기 전에 기판의 전면에 식각 저지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 제1 비아홀 및 제2 비아홀을 형성하는 단계에서 층간 절연막 및 식각 저지막을 순차적으로 식각하는 것이 바람직하다. 특히, 컨택 플러그는 텅스텐(W)으로 형성될 수 있으며, 이 경우 금속 질화막은 텅스텐에 대한 확산 방지막으로 사용되는 것이 바람직하고, 티타늄 질화막, 탄탈륨 질화막, 텅스텐 질화막 및 티타늄 실리콘 질화막 중 어느 하나일 수 있다.In addition, the method of forming a salicide according to the present invention may further include forming an etch stop layer on the entire surface of the substrate before forming the interlayer insulating layer, in which case the interlayer is formed in the step of forming the first via hole and the second via hole. It is preferable to sequentially etch the insulating film and the etch stop film. In particular, the contact plug may be formed of tungsten (W), in which case the metal nitride film is preferably used as a diffusion barrier for tungsten, and may be any one of a titanium nitride film, a tantalum nitride film, a tungsten nitride film, and a titanium silicon nitride film. .

이하, 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 샐리사이드 형성 방법을 자세히 설명한다.Hereinafter, a method of forming a salicide of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2D.

먼저, 본 발명에 따른 반도체 소자의 샐리사이드 형성 공정을 진행하기에 앞서서, 실리콘 반도체 기판(10) 위에 활성 영역을 정의하는 필드 산화막(14)과, 게이트 산화막(15)과, 다결정 실리콘 게이트(16)과, 실리콘 기판(10) 내부에 소스-드레인 확산 영역(12)을 형성한다. 또한, 필요하다면, 게이트(16)의 양측벽에 서로 대향하는 스페이서(18)를 형성하여도 무방하다. 다만, 스페이서(18)는 종래의 샐리사이드 공정을 거치는 경우, 게이트(16)와 소스-드레인 확산 영역(12)에 형성되 는 금속 실리사이드가 서로 단락되는 것을 방지하기 위한 목적으로도 사용되는데, 본 발명에서는 스페이서(18)에 의하지 않고도 게이트(16) 및 소스-드레인 확산 영역(12)에 각각 형성되는 금속 실리사이드들이 서로 단락될 필요가 없으므로, 스페이서(18)를 반드시 형성할 필요는 없다. 아울러, 소스-드레인 확산 영역(12)은 얕게 도핑된 드레인 구조(Lightly Doped Drain; LDD)로 형성될 수 있는데, 이렇게 LDD 구조를 형성하기 위해서 필요하다면 스페이서(18)을 형성할 수 있다. 위에서 열거한 트랜지스터 소자를 구성하는 구성요소들을 형성하는 공정은 반도체 소자의 일반적인 공정에 따라 형성될 수 있으므로, 구체적인 공정은 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.First, before proceeding to the salicide formation process of the semiconductor device according to the present invention, the field oxide film 14, the gate oxide film 15, and the polycrystalline silicon gate 16 defining an active region on the silicon semiconductor substrate 10. And a source-drain diffusion region 12 in the silicon substrate 10. If necessary, spacers 18 that face each other may be formed on both side walls of the gate 16. However, the spacer 18 is also used for the purpose of preventing the metal silicide formed in the gate 16 and the source-drain diffusion region 12 from being short-circuited with each other through the conventional salicide process. In this case, since the metal silicides formed in the gate 16 and the source-drain diffusion region 12, respectively, do not need to be short-circuited with each other without the spacer 18, the spacer 18 is not necessarily formed. In addition, the source-drain diffusion region 12 may be formed of a lightly doped drain structure (LDD), and the spacer 18 may be formed if necessary to form the LDD structure. Since the process of forming the components constituting the transistor device listed above may be formed according to the general process of the semiconductor device, the specific process will be readily understood by those skilled in the art. .

이와 같이 트랜지스터 소자가 형성된 기판(10)의 전면에, 도 2a에서 보듯이, 식각 저지막(22) 및 층간 절연막(24)을 순차적으로 형성한다. 여기서, 식각 저지막(22)으로는 실리콘 질화막을 사용할 수 있으며, 층간 절연막(24)은 다결정 실리콘과 첫번째 금속 배선 사이에 형성되므로 PMD(Polysilicon-Metal Dielectric) 재료인 BPSG(Borophospho-Silicate Glass)를 이용할 수 있다. 도 1a 및 도 1b에서는 층간 절연막(24)을 형성하기 전에 샐리사이드 공정을 이용하여 게이트(16)의 상부 및 소스-드레인 확산 영역(12)의 상부에 각각 금속 실리사이드를 형성하였다. 그러나, 본 발명에서는 이러한 샐리사이드 공정을 거치지 않고 곧 바로 식각 저지막(22) 및 층간 절연막(24)을 형성한다. 후술하겠지만, 샐리사이드는 후속 공정을 통해 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2A, the etch stop layer 22 and the interlayer insulating layer 24 are sequentially formed on the entire surface of the substrate 10 on which the transistor element is formed. Here, a silicon nitride film may be used as the etch stop layer 22, and since the interlayer insulating layer 24 is formed between the polycrystalline silicon and the first metal wire, a BPSG (Borophospho-Silicate Glass) material, which is a PMD (Polysilicon-Metal Dielectric) material, may be used. It is available. In FIGS. 1A and 1B, metal silicide was formed on the gate 16 and on the source-drain diffusion region 12, respectively, using the salicide process before forming the interlayer insulating layer 24. However, in the present invention, the etch stop layer 22 and the interlayer insulating layer 24 are immediately formed without passing through the salicide process. As will be described later, the salicide may be formed through a subsequent process.

다음으로, 도 2b에서 보듯이, 층간 절연막(24) 내부에 제1 비아홀(24a) 및 제2 비아홀(24b)을 형성한다. 제1 비아홀(24a) 및 제2 비아홀(24b)의 형성은 통상의 사진 공정 및 식각 공정을 통해 이루어진다. 식각 공정을 통해 제1 및 제2 비아홀을 형성할 때, 먼저 층간 절연막(24)을 식각하면서 식각 저지막(22)인 실리콘 질화막이 노출될 때 식각을 멈춘다. 그 후, 식각 저지막(22)의 노출 부분을 제거하면 제1 비아홀(24a)에 의해 다결정 실리콘이 노출되고, 제2 비아홀(24b)에 의해 소스-드레인 확산 영역(12)이 형성된 실리콘 기판 표면이 노출된다. 이와 같이 식각 저지막을 사용하면 층간 절연막(24)의 식각 공정 중에 과도 식각에 의해 게이트(16) 또는 실리콘 기판(10)의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2B, the first via hole 24a and the second via hole 24b are formed in the interlayer insulating film 24. Formation of the first via hole 24a and the second via hole 24b is performed through a conventional photolithography process and an etching process. When the first and second via holes are formed through an etching process, first, the interlayer insulating layer 24 is etched and the etching is stopped when the silicon nitride layer, which is the etch stop layer 22, is exposed. Thereafter, when the exposed portion of the etch stop layer 22 is removed, the polysilicon is exposed by the first via hole 24a and the surface of the silicon substrate on which the source-drain diffusion region 12 is formed by the second via hole 24b. Is exposed. By using the etch stop layer as described above, it is possible to prevent the surface of the gate 16 or the silicon substrate 10 from being damaged by the excessive etching during the etching process of the interlayer insulating film 24.

이어서, 도 2c에서 보듯이, 제1 및 제2 비아홀(24a, 24b)이 형성된 층간 절연막(24) 위에 실리콘과 반응하여 금속 실리사이드를 형성하는 금속을 함유하는 금속 질화막(26)을 증착한다. 금속 질화막(26)은 층간 절연막(24)의 표면 뿐만 아니라, 제1 및 제2 비아홀(24a, 24b)의 내벽에도 증착되며, 그에 따라 비아홀들(24a, 24b)에 의해 노출된 다결정 실리콘 게이트(16)의 표면 및 소스-드레인 확산 영역(12)이 형성된 실리콘 기판(10)의 표면에도 골고루 증착된다.Subsequently, as shown in FIG. 2C, a metal nitride film 26 containing a metal reacting with silicon to form metal silicide is deposited on the interlayer insulating film 24 on which the first and second via holes 24a and 24b are formed. The metal nitride film 26 is deposited not only on the surface of the interlayer insulating film 24 but also on the inner walls of the first and second via holes 24a and 24b, and thus the polycrystalline silicon gate (exposed by the via holes 24a and 24b). It is evenly deposited on the surface of 16 and the surface of the silicon substrate 10 on which the source-drain diffusion regions 12 are formed.

한편, 금속 질화막(26)으로는 티타늄 질화막(TiN), 탄탈륨 질화막(TaN), 텅스텐 질화막(WN) 또는 티타늄 실리콘 질화막(TiSiN)을 이용할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 금속 질화막에 함유된 금속, 즉 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨 등은 실리콘과 반응하여 TiSi2, WSi2, TaSi2 등의 금속 실리사이드를 형성하게 된다. 나아가, 금속 질화막에 함유된 질소 성분은 컨택 플러그로 사용되는 금속 재료의 확산을 방 지하게 된다. 다시 말해서, 금속 질화막(26)은 금속 컨택 플러그에 대한 확산 방지막으로서 사용될 뿐만 아니라, 후술하는 공정을 통해 게이트(16) 및 소스-드레인 확산 영역(12)에 각각 금속 실리사이드를 형성하는 소스 물질로도 사용된다. 금속 질화막의 재료로 위에서 열거한 재료들에 한정되지 않으며, 실리콘과 반응하여 금속 실리사이드를 형성하는 금속을 함유한 금속 질화막이라면 어떠한 재료를 이용하여도 무방하다.As the metal nitride film 26, a titanium nitride film (TiN), a tantalum nitride film (TaN), a tungsten nitride film (WN), or a titanium silicon nitride film (TiSiN) may be used. Metals contained in the metal nitride film used in the present invention, that is, titanium, tungsten, tantalum, and the like react with silicon to form metal silicides such as TiSi 2 , WSi 2 , TaSi 2, and the like. Furthermore, the nitrogen component contained in the metal nitride film prevents the diffusion of the metal material used as the contact plug. In other words, the metal nitride film 26 is not only used as a diffusion barrier for the metal contact plug, but also as a source material for forming metal silicide in the gate 16 and the source-drain diffusion region 12, respectively, through the process described below. Used. The material of the metal nitride film is not limited to the materials listed above, and any material may be used as long as it is a metal nitride film containing a metal that reacts with silicon to form a metal silicide.

도 2d를 참조하면, 금속 질화막(26))을 형성한 후에, 기판(10)을 열처리하면, 금속 질화막에 함유된 금속(예컨대, 티타늄, 텅스텐 또는 탄탈륨)이 게이트(16) 상부의 다결정 실리콘, 소스-드레인 확산 영역(12) 상부의 실리콘과 각각 반응하여 금속 실리사이드(26a, 26b)가 각각 형성된다. 여기서, 금속 실리사이드(26a, 26b)는 각각 게이트(16) 상부 및 소스-드레인 확산 영역(12)의 상부에 자동으로 정렬된다.Referring to FIG. 2D, when the substrate 10 is heat-treated after the metal nitride film 26 is formed, the metal (eg, titanium, tungsten, or tantalum) contained in the metal nitride film may be formed of polycrystalline silicon on the gate 16. The metal silicides 26a and 26b are formed by reacting with the silicon on the source-drain diffusion region 12, respectively. Here, the metal silicides 26a and 26b are automatically aligned above the gate 16 and above the source-drain diffusion region 12, respectively.

한편, 금속 질화막(26) 중에서 실리콘과 반응하지 않은 나머지 영역은 그대로 잔존하게 되어 컨택 플러그의 확산 방지막(26c)으로서 사용된다. 종래에는 실리사이드 형성용 금속층 중에서 실리사이드 반응에 관여하지 않은 나머지 금속층을 모두 제거하여야 했으나, 본 발명에서는 그와 같은 공정은 불필요하다. 따라서, 반도체 소자의 제조 공정이 보다 단순해진다. 아울러, 종래에는 금속층의 제거에 과수(H2O2), 암모니아(NH4OH) 등을 이용한 습식 식각액을 사용하였으므로, 그로 인해 소자의 손상 등이 야기되었다. 그러나, 본 발명에 따르면, 습식 식각 공정을 거칠 필요가 없으므로, 상대적으로 소자의 손상이 감소될 수 있다.On the other hand, the remaining regions of the metal nitride film 26 that do not react with silicon remain as they are and are used as the diffusion prevention film 26c of the contact plug. Conventionally, all the remaining metal layers not involved in the silicide reaction have to be removed from the metal layer for silicide formation, but such a process is unnecessary in the present invention. Therefore, the manufacturing process of a semiconductor element becomes simpler. In addition, the conventional wet etching solution using the fruit water (H 2 O 2 ), ammonia (NH 4 OH) and the like to remove the metal layer, resulting in damage to the device. However, according to the present invention, there is no need to go through the wet etching process, so that damage of the device can be relatively reduced.

특히, 비아홀(24a, 24b)의 바닥에 형성된 금속 질화막은 실리사이드 반응으로 인해 그 두께가 감소하게 된다. 티타늄 질화막 및 탄탈륨 질화막의 경우 두께가 감소함에 따라 저항이 증가하게 되는데, 만약 금속 질화막으로서 티타늄 실리콘 질화막을 사용하면 이러한 저항의 감소를 줄일 수 있는 잇점이 있다. In particular, the metal nitride film formed on the bottom of the via holes 24a and 24b is reduced in thickness due to the silicide reaction. In the case of the titanium nitride film and the tantalum nitride film, the resistance increases as the thickness decreases. If the titanium silicon nitride film is used as the metal nitride film, the reduction of the resistance can be reduced.

마지막으로, 제1 및 제2 비아홀(24a, 24b)을 도전성 재료로 매립하여 컨택 플러그(28a, 28b)를 형성한다. 컨택 플러그(28a, 28b)의 형성은 종래의 방법과 같이 CVD-W을 이용하여 형성한다. 컨택 플러그의 형성 공정은, 먼저 기판(10) 위에 CVD를 이용하여 텅스텐을 증착하여 비아홀(24a, 24b)을 충분히 매립한 다음, 층간 절연막(24) 위에 형성된 여분의 텅스텐을 화학적 기계적 연마 공정을 통해 제거한다. 이때, 층간 절연막(24) 위의 금속 질화막도 함께 제거된다. 그 후, 원하는 패턴을 가진 금속 배선(30)을 층간 절연막(24) 위에 형성한다. 또한, 필요하다면 금속 배선으로 사용되는 금속 재료의 확산을 방지하는 확산 방지막(30a)을 금속 배선 및 층간 절연막 사이에 개재하는 것도 바람직하다. 컨택 플러그 및 금속 배선의 형성은 종래의 반도체 소자의 제조에 사용되는 공정을 이용하면 되므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Finally, the first and second via holes 24a and 24b are filled with a conductive material to form the contact plugs 28a and 28b. The contact plugs 28a and 28b are formed using CVD-W as in the conventional method. In the process of forming the contact plug, first, tungsten is deposited on the substrate 10 using CVD to sufficiently fill the via holes 24a and 24b, and then the excess tungsten formed on the interlayer insulating film 24 is subjected to chemical mechanical polishing. Remove At this time, the metal nitride film on the interlayer insulating film 24 is also removed. Thereafter, a metal wiring 30 having a desired pattern is formed on the interlayer insulating film 24. It is also preferable to interpose a diffusion barrier film 30a between the metal wiring and the interlayer insulating film, if necessary, to prevent diffusion of the metal material used as the metal wiring. Since the formation of the contact plug and the metal wiring may be performed using a conventional process for manufacturing a semiconductor device, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명에 따르면, 종래의 샐리사이드 공정을 거치지 않고도, 트랜지스터를 금속 배선과 접속하기 위한 금속 공정 중에 샐리사이드를 형성할 수 있으므로, 반도체 소자의 제조 공정이 단순화될 수 있다. 특히, 샐리사이드를 형성한 후에 잔 여 금속층을 제거하는 습식 식각 공정을 거칠 필요가 없으므로, 습식 식각으로 인한 결함 발생을 피할 수 있다.According to the present invention, since the salicide can be formed during the metal process for connecting the transistor with the metal wiring without going through the conventional salicide process, the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified. In particular, since it is not necessary to go through the wet etching process of removing the residual metal layer after forming the salicide, it is possible to avoid the occurrence of defects due to the wet etching.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although a preferred embodiment of the present invention has been described so far, those skilled in the art will be able to implement in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments of the present invention described herein are to be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. Should be interpreted as being included in.

Claims (4)

필드 산화막, 게이트 산화막, 다결정 실리콘 게이트, 소스-드레인 확산 영역이 형성된 실리콘 반도체 기판의 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계와,Forming an interlayer insulating film on the entire surface of the silicon semiconductor substrate on which the field oxide film, the gate oxide film, the polycrystalline silicon gate and the source-drain diffusion region are formed; 사진 공정 및 식각 공정을 이용하여 상기 층간 절연막의 내부에 상기 게이트를 노출시키는 제1 비아홀 및 상기 소스-드레인 확산 영역을 노출시키는 제2 비아홀을 형성하는 단계와,Forming a first via hole exposing the gate and a second via hole exposing the source-drain diffusion region in the interlayer insulating layer by using a photo process and an etching process; 상기 층간 절연막의 표면, 상기 제1 비아홀의 내부 및 상기 제2 비아홀의 내부에 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속을 함유하는 금속 질화막을 형성하는 단계와,Forming a metal nitride film containing a metal on the surface of the interlayer insulating film, inside the first via hole and inside the second via hole to form silicide by reacting with silicon; 상기 기판을 열처리하여 상기 게이트의 상부 및 상기 소스-드레인 확산 영역의 상부에 금속 실리사이드를 동시에 형성하는 단계와,Heat treating the substrate to simultaneously form metal silicide on top of the gate and on top of the source-drain diffusion region; 상기 제1 비아홀 및 상기 제2 비아홀을 매립하는 컨택 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 샐리사이드 형성 방법.And forming a contact plug to fill the first via hole and the second via hole. 제1항에서,In claim 1, 상기 층간 절연막을 형성하기 전에 상기 기판의 전면에 식각 저지막을 형성하는 단계를 더 포함하고,Forming an etch stop layer on the entire surface of the substrate before forming the interlayer insulating film; 상기 제1 비아홀 및 상기 제2 비아홀을 형성하는 단계에서 상기 층간 절연막 및 상기 식각 저지막을 순차적으로 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 샐리사이드 형성 방법.And sequentially etching the interlayer insulating layer and the etch stop layer in the forming of the first via hole and the second via hole. 제1항 또는 제2항에서,The method of claim 1 or 2, 상기 컨택 플러그는 텅스텐(W)으로 형성되고, 상기 금속 질화막은 상기 텅스텐에 대한 확산 방지막으로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 샐리사이드 형성 방법.And the contact plug is formed of tungsten (W), and the metal nitride film is used as a diffusion barrier for the tungsten. 제3항에서,In claim 3, 상기 금속 질화막은 티타늄 질화막, 텅스텐 질화막, 탄탈륨 질화막 및 티타늄 실리콘 질화막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 샐리사이드 형성 방법.The metal nitride film is any one of a titanium nitride film, a tungsten nitride film, a tantalum nitride film and a titanium silicon nitride film.
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