KR100819685B1 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 금속 게이트전극 형성공정에서 캐핑절연막, 금속층 및 확산방지막을 먼저 패터닝하고, 그 측벽에 절연막 스페이서를 형성한 후 그 하부에 위치하는 다결정실리콘층을 패터닝한 다음, 선택적 산화공정을 실시하여 상기 금속층 및 확산방지막이 산화되는 것을 방지하고, 상기 다결정실리콘층 및 반도체기판에 원하는 두께의 산화막을 형성함으로써 게이트 저항이 증가하는 것을 방지하고, 소자의 동작 특성 및 신뢰성을 향상시키는 기술이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a capping insulating film, a metal layer, and a diffusion barrier film are first patterned in a metal gate electrode forming process, an insulating film spacer is formed on the sidewalls, and a polysilicon layer positioned below the pattern is formed. Next, a selective oxidation process is performed to prevent the metal layer and the diffusion barrier from being oxidized, and an oxide film having a desired thickness is formed on the polysilicon layer and the semiconductor substrate to prevent the gate resistance from increasing, and the operation characteristics and reliability of the device are improved. Is a technique to improve.

Description

반도체소자의 제조방법{Manufacturing method of semiconductor device}Manufacturing method of semiconductor device

도 1a 및 도 1b 는 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법을 도시한 공정 단면도.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.

도 2a 내지 도 2d 는 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법을 도시한 공정 단면도. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

11, 31 : 실리콘기판 13, 33 : 게이트절연막11, 31: silicon substrate 13, 33: gate insulating film

15, 36 : 다결정실리콘층패턴 17, 38 : 확산방지막패턴15, 36: polysilicon layer pattern 17, 38: diffusion barrier pattern

19, 40 : 금속층패턴 21, 42 : 캐핑절연막패턴19, 40: metal layer pattern 21, 42: capping insulating film pattern

23, 47 : 산화막 25, 45 : 절연막 스페이서23, 47: oxide film 25, 45: insulating film spacer

35 : 다결정실리콘층 37 : 확산방지막35 polysilicon layer 37 diffusion barrier film

39 : 금속층 41 : 캐핑절연막39: metal layer 41: capping insulating film

43 : 감광막 43: photosensitive film

본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 금속 게이 트전극 형성공정에서 금속이 산화되지 않도록 선택적 산화공정을 실시하는 반도체소자의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device that performs a selective oxidation step so that the metal is not oxidized in the metal gate electrode forming step.

반도체소자가 고집적화되어 감에 따라 모스 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; 이하 MOS FET라 칭함)의 게이트 전극도 폭이 줄어들고 있으나, 게이트 전극의 폭이 N배 줄어들면 게이트 전극의 전기 저항이 N배 증가되어 반도체소자의 동작 속도를 떨어뜨리는 문제점이 있다. 따라서 게이트 전극의 저항을 감소시키기 위하여 가장 안정적인 MOSFET 특성을 나타내는 다결정실리콘층/산화막 계면의 특성을 이용하여 다결정실리콘층과 실리사이드의 적층 구조인 폴리사이드가 저 저항 게이트전극으로 사용된다. As semiconductor devices become more integrated, the gate electrode of a metal oxide semiconductor field effect transistor (hereinafter referred to as a MOS FET) is decreasing in width, but when the width of the gate electrode is reduced by N times, the electrical resistance of the gate electrode is decreased. There is a problem that the N times increased to decrease the operation speed of the semiconductor device. Therefore, in order to reduce the resistance of the gate electrode, polyside, which is a laminated structure of the polysilicon layer and the silicide, is used as the low resistance gate electrode by using the characteristics of the polysilicon layer / oxide layer interface that exhibit the most stable MOSFET characteristics.

일반적으로 반도체 회로를 구성하는 트랜지스터의 기능에서 가장 중요한 기능은 전류구동능력이며, 이를 고려하여 MOSFET의 채널 폭을 조정한다. 가장 널리 쓰이는 MOSFET는 게이트 전극으로 불순물이 도핑된 다결정실리콘층을 사용하고, 소오스/드레인 영역은 반도체기판 상에 불순물이 도핑된 확산 영역이 사용된다. 여기서 게이트 전극의 면저항은 약 30∼70Ω/□ 정도이며, 소오스/드레인 영역의 면저항은 N+의 경우에는 약 70∼150Ω/□, P+의 경우 약 100∼250Ω/□ 정도이며, 게이트 전극이나 소오스/드레인 영역 상에 형성되는 콘택의 경우에는 콘택 저항이 하나의 콘택 당 약 30∼70Ω/□ 정도이다. In general, the most important function of the transistors constituting the semiconductor circuit is current driving capability, and the channel width of the MOSFET is adjusted in consideration of this. The most widely used MOSFET uses a polysilicon layer doped with impurities as a gate electrode, and a diffusion region doped with impurities on a semiconductor substrate is used as a source / drain region. Here, the sheet resistance of the gate electrode is about 30 to 70 Ω / □, the sheet resistance of the source / drain region is about 70 to 150 Ω / □ for N +, about 100 to 250 Ω / □ for P +, and the gate electrode or source / In the case of a contact formed on the drain region, the contact resistance is about 30 to 70? /? Per contact.

이와 같이 게이트 전극과 소오스/드레인 영역의 높은 면저항 및 콘택 저항을 감소시키기 위하여 살리사이드(salicide; self-aligned silicide) 방법이나 선택적 금속막 증착 방법으로 게이트전극과 소오스/드레인 영역의 상부에만 금속 실리사이 드막을 형성하여 MOSFET의 전류구동능력을 증가시켰다. 이러한 실리사이드중에서 TiSi2, CoSi2 , 텅스텐층을 사용하는 게이트전극은 저항이 가장 낮고, 비교적 열 안정성이 우수하고 제조방법이 용이하여 가장 각광받고 있다.In order to reduce the high sheet resistance and contact resistance of the gate electrode and the source / drain regions, a salicide (self-aligned silicide) method or a selective metal film deposition method may be used between the metal silicide only on the gate electrode and the source / drain regions. A film was formed to increase the current driving capability of the MOSFET. Among these silicides, gate electrodes using TiSi 2 , CoSi 2 , and tungsten layers have the lowest resistance, relatively excellent thermal stability, and easy manufacturing methods, and are the most popular.

그러나, 상기 TiSi2와 CoSi2 는 18μΩ.㎝ 이하의 낮은 저항을 보이지만, 열공정에 의해 많은 단점을 보인다. 즉, TiSi2를 사용한 게이트전극은 좁은 선폭에서 박막 응집작용(film agglomeration)이 발생되는 문제점이 있고, CoSi2를 사용한 게이트전극은 Co의 높은 확산 특성에 의한 트랜지스터의 특성 변화 가능성이 높다. However, the TiSi 2 and CoSi 2 show a low resistance of 18 μΩ · cm or less, but show many disadvantages due to the thermal process. That is, the gate electrode using TiSi 2 has a problem in that film agglomeration occurs at a narrow line width, and the gate electrode using CoSi 2 has a high possibility of changing the characteristics of the transistor due to the high diffusion of Co.

따라서, 현재 0.13 기술 이하 소자의 게이트물질은 높은 열안정성(thermal stability)을 갖는 텅스텐층이 활발히 적용되고 있는 추세에 있다. As a result, the tungsten layer having high thermal stability has been actively applied to gate materials of devices having a technology of 0.13 or less.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1a 및 도 1b 는 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.

먼저, 실리콘기판(11) 상부에 게이트절연막(13)을 형성한다. 이때, 상기 게이트절연막(13)은 열산화공정에 의해 형성된 것이다. First, a gate insulating layer 13 is formed on the silicon substrate 11. In this case, the gate insulating film 13 is formed by a thermal oxidation process.

다음, 상기 게이트절연막(13) 상부에 다결정실리콘층(도시안됨), 확산방지막(도시안됨), 금속층(도시안됨) 및 캐핑절연막(도시안됨)의 적층구조를 형성한다. 이때, 상기 확산방지막은 TiN층 또는 WN층으로 형성된 것이고, 상기 금속층은 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co) 또는 그 실 리사이드 물질로 형성된 것이며, 상기 캐핑절연막은 질화막으로 형성된 것이다. Next, a stacked structure of a polysilicon layer (not shown), a diffusion barrier layer (not shown), a metal layer (not shown), and a capping insulating layer (not shown) are formed on the gate insulating layer 13. At this time, the diffusion barrier is formed of a TiN layer or WN layer, the metal layer is formed of tungsten (W), tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), cobalt (Co) or its silicide material The capping insulating film is formed of a nitride film.

그 다음, 게이트전극으로 예정되는 부분을 보호하는 감광막패턴을 식각마스크로 상기 적층구조를 식각하여 캐핑절연막패턴(21), 금속층패턴(19), 확산방지막패턴(17) 및 다결정실리콘층패턴(15)을 형성한다. Next, the layered structure is etched by using a photoresist pattern that protects a portion intended as a gate electrode using an etch mask, thereby capping insulation pattern 21, metal layer pattern 19, diffusion barrier pattern 17, and polysilicon layer pattern 15. ).

그런 후에 상기 구조를 선택적으로 산화시켜 상기 다결정실리콘층패턴(15)의 측벽 및 실리콘기판(11)에 선택적 산화막(23)을 형성한다. 이때, 상기 선택적 산화공정은 퍼니스(furnace)에서 H2/O2 혼합가스 또는 H2/H2O 혼합가스를 이용하여 실시된다. (도 1a 참조)Thereafter, the structure is selectively oxidized to form an optional oxide film 23 on the sidewalls of the polysilicon layer pattern 15 and the silicon substrate 11. In this case, the selective oxidation process is carried out using a H 2 / O 2 mixed gas or H 2 / H 2 O mixed gas in the furnace (furnace). (See Figure 1A)

그 다음, 전체표면 상부에 소정 두께의 질화막(도시안됨)을 형성하고, 상기 질화막을 전면식각하여 상기 캐핑절연막패턴(21), 금속층패턴(19), 확산방지막패턴(17) 및 다결정실리콘층패턴(15)의 측벽에 절연막 스페이서(25)를 형성한다. 이때, 상기 절연막 스페이서(25)는 질화막으로 형성된 것이다. (도 1b 참조)Next, a nitride film (not shown) having a predetermined thickness is formed on the entire surface, and the nitride film is entirely etched to form the capping insulation pattern 21, the metal layer pattern 19, the diffusion barrier pattern 17, and the polysilicon layer pattern. The insulating film spacers 25 are formed on the sidewalls of the part 15. At this time, the insulating film spacer 25 is formed of a nitride film. (See FIG. 1B)

상기와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법은, 게이트전극 형성 후 퍼니스에서 H2/O2 혼합가스 또는 H2/H2O 혼합가스를 사용하여 선택적 산화공정을 실시하여 게이트전극을 구성하는 다결정실리콘층패턴과 실리콘기판에 선택적으로 산화막을 형성하였다. As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the related art, a gate electrode is formed by performing a selective oxidation process using H 2 / O 2 mixed gas or H 2 / H 2 O mixed gas in a furnace after forming the gate electrode. An oxide film was selectively formed on the polysilicon layer pattern and the silicon substrate.

그러나, 상기 다결정실리콘층패턴과 실리콘기판(ⓐ)에 원하는 두께의 산화막을 형성하기 위해 선택적 산화공정 시간을 증가시키는 경우 산화가스에 의해 이상 반응이 발생하여 게이트전극을 구성하는 금속층패턴, 확산방지막패턴 및 다결정실리콘층패턴의 계면에서 저항치가 증가하는 현상이 발생하게 된다. However, when the selective oxidation process time is increased to form an oxide film having a desired thickness on the polysilicon layer pattern and the silicon substrate ⓐ, an abnormal reaction occurs by the oxidizing gas, thereby forming a metal layer pattern and a diffusion barrier pattern. And the phenomenon that the resistance value increases at the interface of the polysilicon layer pattern occurs.

상기와 같은 현상으로 인하여 도 1a 의 ⓐ부분에 충분한 두께로 형성하기 어렵기 때문에 게이트전극으로 흐르는 GIDL(gate-induced drain leakage) 전류를 증가시켜 MOSFET 특성의 오프(off) 전류를 증가시키고, 이는 DRAM 셀 트랜지스터의 경우 리프레쉬 특성을 저하시켜 수율을 저하시키는 문제점이 있다. Due to the above phenomenon, since it is difficult to form a sufficient thickness in part ⓐ of FIG. 1A, the gate-induced drain leakage (GIDL) current flowing to the gate electrode is increased to increase the off current of the MOSFET characteristic, which is a DRAM. In the case of the cell transistor, there is a problem in that the yield is lowered by lowering the refresh characteristics.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여, 게이트전극 패터닝 시 캐핑질화막, 금속층 및 확산방지막을 패터닝한 후 그 측벽에 질화막 스페이서를 형성하고, 다결정실리콘층을 패터닝한 다음, 선택적 산화 공정을 실시함으로써 금속층, 확산방지막 및 다결정실리콘층의 계면에서 이상 반응을 일으키지 않고도 원하는 두께의 선택적 산화막을 형성할 수 있으므로 소자의 전기적 특성 및 수율을 향상시키는 반도체소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention, in order to solve the above problems of the prior art, patterning the capping nitride film, the metal layer and the diffusion barrier film during the gate electrode patterning, forming a nitride film spacer on the sidewalls, patterning the polysilicon layer, and then performing a selective oxidation process It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device which improves the electrical properties and yield of the device since the selective oxide film having a desired thickness can be formed without causing an abnormal reaction at the interface between the metal layer, the diffusion barrier film, and the polycrystalline silicon layer.

이상의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법은, Method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object,

실리콘 기판 상부에 게이트절연막, 도전층, 확산방지막, 금속층 및 캐핑절연막을 순차적으로 형성하는 공정과,Sequentially forming a gate insulating film, a conductive layer, a diffusion barrier film, a metal layer, and a capping insulating film on the silicon substrate;

게이트전극 마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 캐핑절연막, 금속층 및 확산방지막을 식각하여 캐핑절연막패턴, 금속층패턴 및 캐핑절연막패턴의 적층구조를 형성하되, 과도식각으로 진행하여 소정 두께의 도전층을 제거하는 공정과, The capping insulating layer, the metal layer, and the diffusion barrier layer are etched by a photolithography process using a gate electrode mask to form a stacked structure of the capping insulating layer pattern, the metal layer pattern, and the capping insulating layer pattern, and proceed with transient etching to remove the conductive layer having a predetermined thickness. Fair,                     

상기 적층구조의 측벽에 절연막 스페이서를 형성하는 공정과,Forming an insulating film spacer on sidewalls of the laminated structure;

상기 캐핑절연막패턴 및 절연막 스페이서를 식각마스크로 상기 도전층을 식각하여 도전층패턴을 형성하는 공정과,Forming a conductive layer pattern by etching the conductive layer using the capping insulating layer pattern and the insulating layer spacer as an etch mask;

상기 도전층패턴의 측벽 및 게이트절연막 하부의 실리콘기판을 선택적으로 산화시켜 산화막을 형성하는 공정과,Selectively oxidizing the silicon substrate on the sidewall of the conductive layer pattern and the lower portion of the gate insulating film to form an oxide film;

상기 게이트절연막은 25 ∼ 100Å 두께로 형성되는 것과,The gate insulating film is formed to a thickness of 25 ~ 100Å,

상기 도전층은 다결정실리콘층 또는 다결정게르마늄실리콘(poly-SixGe1-x, 0<x<1)으로 형성되는 것과,The conductive layer is formed of a polycrystalline silicon layer or polycrystalline germanium silicon (poly-Si x Ge 1-x , 0 <x <1),

상기 도전층은 300 ∼ 1000Å 두께로 형성되는 것과,The conductive layer is formed to a thickness of 300 ~ 1000Å,

상기 확산방지막은 20 ∼ 100Å 두께로 형성되는 것과,The diffusion barrier is formed to a thickness of 20 ~ 100Å,

상기 확산방지막은 TiN막 또는 WN막으로 형성되는 것과,The diffusion barrier is formed of a TiN film or WN film,

상기 금속층은 50 ∼ 150Å 두께로 형성되는 것과,The metal layer is formed to a thickness of 50 ~ 150Å,

상기 금속층은 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co) 및 그 실리사이드 물질로 이루어지는 군에서 임의로 선택되는 한가지를 이용하여 형성되는 것과,The metal layer is formed using one selected arbitrarily from the group consisting of tungsten (W), tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), cobalt (Co), and silicide materials thereof,

상기 캐핑절연막은 질화막으로 형성되는 것과,The capping insulating film is formed of a nitride film,

상기 캐핑절연막은 500 ∼ 4000Å 두께로 형성되는 것과,The capping insulating film is formed to a thickness of 500 ~ 4000Å,

상기 절연막 스페이서는 질화막, 산화질화막 또는 산화막으로 형성되는 것과, The insulating film spacer is formed of a nitride film, an oxynitride film or an oxide film,                     

상기 절연막 스페이서는 30 ∼ 200Å 두께로 형성되는 것과,The insulating film spacer is formed to a thickness of 30 ~ 200Å,

상기 산화막은 10 ∼ 100Å 두께로 형성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다. The oxide film is characterized in that it comprises a 10 to 100 ∼ thickness.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2d 는 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다. 2A through 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with the present invention.

먼저, 실리콘기판(31) 상부에 게이트절연막(33), 다결정실리콘층(35), 확산방지막(37), 금속층(39) 및 캐핑절연막(41)을 순차적으로 형성한다. First, a gate insulating film 33, a polysilicon layer 35, a diffusion barrier 37, a metal layer 39, and a capping insulating layer 41 are sequentially formed on the silicon substrate 31.

이때, 상기 게이트절연막(33)은 상기 실리콘기판(31)의 표면을 열산화시켜 25 ∼ 100Å 두께의 산화막으로 형성된 것이고, 상기 다결정실리콘층(35)은 300 ∼ 1000Å 두께로 형성된 것이다. 여기서, 상기 다결정실리콘층(35) 대신 다결정게르마늄실리콘(poly-SixGe1-x, 0<x<1)이 사용될 수도 있다. At this time, the gate insulating film 33 is formed by an oxide film having a thickness of 25 to 100 kPa by thermally oxidizing the surface of the silicon substrate 31, and the polysilicon layer 35 is formed to be 300 to 1000 kPa thick. Here, instead of the polysilicon layer 35, polycrystalline germanium silicon (poly-Si x Ge 1-x , 0 <x <1) may be used.

그리고, 상기 확산방지막(37)은 TiN막 또는 WN막을 20 ∼ 100Å 두께로 형성한 것이고, 상기 금속층(39)은 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), WSix, TaSix TiSix, MoSix 또는 CoSix 를 50 ∼ 150Å두께로 형성한 것이다. The diffusion barrier 37 is formed of a TiN film or a WN film having a thickness of 20 to 100 GPa, and the metal layer 39 includes tungsten (W), tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), and cobalt. (Co), WSi x , TaSi x TiSi x , MoSi x or CoSi x is formed to a thickness of 50 to 150 GPa.

또한, 상기 캐핑절연막(41)은 질화막을 500 ∼ 4000Å 두께로 형성한 것이다. In addition, the capping insulating film 41 is formed of a nitride film having a thickness of 500 to 4000 GPa.

다음, 상기 캐핑절연막(41) 상부에 감광막(43)을 도포한다. (도 2a 참조) Next, a photosensitive film 43 is coated on the capping insulating film 41. (See Figure 2A)                     

그 다음, 게이트전극으로 예정되는 부분을 보호하는 게이트전극 마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 캐핑절연막(41), 금속층(39) 및 확산방지막(37)을 식각하여 캐핑절연막패턴(42), 금속층패턴(40) 및 확산방지막패턴(38)의 적층구조를 형성한다. 여기서, 상기 식각공정은 과도식각공정으로 실시하여 소정 두께의 다결정실리콘층(35)도 식각되도록 한다. (도 2b 참조)Next, the capping insulation layer 41, the metal layer 39, and the diffusion barrier layer 37 are etched by a photolithography process using a gate electrode mask that protects a portion intended as a gate electrode. The capping insulation layer pattern 42 and the metal layer pattern are then etched. A stacked structure of the 40 and the diffusion barrier pattern 38 is formed. Here, the etching process is performed by the transient etching process so that the polysilicon layer 35 having a predetermined thickness is also etched. (See Figure 2b)

다음, 전체표면 상부에 소정 두께의 절연막(도시안됨)을 증착하고, 상기 절연막을 전면식각하여 상기 적층구조의 측벽에 절연막 스페이서(45)를 형성한다. 이때, 상기 절연막 스페이서(45)은 질화막, 산화질화막 또는 산화막으로 형성되며, 상기 절연막 스페이서(45)는 30 ∼ 200Å 두께로 형성된다. Next, an insulating film (not shown) having a predetermined thickness is deposited on the entire surface, and the insulating film is etched entirely to form insulating film spacers 45 on sidewalls of the stacked structure. In this case, the insulating film spacer 45 is formed of a nitride film, an oxynitride film, or an oxide film, and the insulating film spacer 45 is formed to have a thickness of 30 to 200 Å.

여기서, 상기 절연막 스페이서(45)는 전공정에서 소정 두께 제거된 다결정실리콘층(35)의 측벽까지 형성되어 후속 선택적 산화공정 시 상기 확산방지막패턴(38)과 다결정실리콘층(35)의 계면에서 이상 반응이 발생되는 것을 방지한다. Here, the insulating layer spacer 45 is formed up to the sidewall of the polysilicon layer 35, which has been removed by a predetermined thickness in a previous process, so that it is abnormal at the interface between the diffusion barrier pattern 38 and the polysilicon layer 35 in a subsequent selective oxidation process. Prevent the reaction from occurring.

그 다음, 상기 캐핑절연막패턴(42)과 절연막 스페이서(45)을 식각마스크로 상기 다결정실리콘층을 식각하여 다결정실리콘층패턴(36)을 형성한다. (도 2c 참조)Next, the polysilicon layer is etched using the capping insulating layer pattern 42 and the insulating layer spacer 45 as an etch mask to form the polysilicon layer pattern 36. (See Figure 2c)

다음, 상기 캐핑절연막패턴(42)과 절연막 스페이서(45)를 산화마스크로 상기 다결정실리콘층패턴(36)의 측벽과 게이트절연막(33) 하부의 반도체기판(31)을 선택적으로 산화시켜 원하는 두께의 산화막(47)을 형성한다. 이때, 상기 선택적 산화공 정은 퍼니스에서 H2/O2 혼합가스 또는 H2/H2O 혼합가스를 사용하여 실시되며, 상기 산화막(47)은 10 ∼ 100Å 두께로 형성된다. (도 2d 참조)Next, the capping insulating layer pattern 42 and the insulating layer spacer 45 are oxidized to selectively oxidize the sidewalls of the polysilicon layer pattern 36 and the semiconductor substrate 31 under the gate insulating layer 33. An oxide film 47 is formed. At this time, the selective oxidation process is carried out using a H 2 / O 2 mixed gas or H 2 / H 2 O mixed gas in the furnace, the oxide film 47 is formed to a thickness of 10 ~ 100Å. (See FIG. 2D)

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법은, 금속 게이트전극 형성공정에서 캐핑절연막, 금속층 및 확산방지막을 먼저 패터닝하고, 그 측벽에 절연막 스페이서를 형성한 후 그 하부에 위치하는 다결정실리콘층을 패터닝한 다음, 선택적 산화공정을 실시하여 상기 금속층 및 확산방지막이 산화되는 것을 방지하고, 상기 다결정실리콘층 및 반도체기판에 원하는 두께의 산화막을 형성함으로써 게이트 저항이 증가하는 것을 방지하고, 소자의 동작 특성 및 신뢰성을 향상시키는 이점이 있다.As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the capping insulating layer, the metal layer, and the diffusion barrier layer are first patterned in the metal gate electrode forming step, the insulating layer spacer is formed on the sidewalls, and then the polysilicon is disposed below the polycrystalline silicon. After patterning the layer, a selective oxidation process is performed to prevent the metal layer and the diffusion barrier from being oxidized, and an oxide film having a desired thickness is formed on the polysilicon layer and the semiconductor substrate to prevent an increase in gate resistance, and There is an advantage of improving operating characteristics and reliability.

Claims (13)

실리콘 기판 상부에 게이트절연막, 도전층, 확산방지막, 금속층 및 캐핑절연막을 순차적으로 형성하는 공정과,Sequentially forming a gate insulating film, a conductive layer, a diffusion barrier film, a metal layer, and a capping insulating film on the silicon substrate; 게이트전극 마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 캐핑절연막, 금속층 및 확산방지막을 식각하여 캐핑절연막패턴, 금속층패턴 및 캐핑절연막패턴의 적층구조를 형성하되, 과도식각으로 진행하여 소정 두께의 도전층을 제거하는 공정과,The capping insulating layer, the metal layer, and the diffusion barrier layer are etched by a photolithography process using a gate electrode mask to form a stacked structure of the capping insulating layer pattern, the metal layer pattern, and the capping insulating layer pattern, and proceed with transient etching to remove the conductive layer having a predetermined thickness. Fair, 상기 적층구조의 측벽에 절연막 스페이서를 형성하는 공정과,Forming an insulating film spacer on sidewalls of the laminated structure; 상기 캐핑절연막패턴 및 절연막 스페이서를 식각마스크로 상기 도전층을 식각하여 도전층패턴을 형성하는 공정과,Forming a conductive layer pattern by etching the conductive layer using the capping insulating layer pattern and the insulating layer spacer as an etch mask; 상기 도전층패턴의 측벽 및 게이트절연막 하부의 실리콘기판을 선택적으로 산화시켜 산화막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체소자의 제조방법. And selectively oxidizing the silicon substrate under the sidewall of the conductive layer pattern and the lower portion of the gate insulating film to form an oxide film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 게이트절연막은 25 ∼ 100Å 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법. The gate insulating film is a semiconductor device manufacturing method, characterized in that formed in a thickness of 25 ~ 100 ∼. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 도전층은 다결정실리콘층 또는 다결정게르마늄실리콘(poly-SixGe1-x, 0<x<1)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법. The conductive layer is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that formed of a polycrystalline silicon layer or polycrystalline germanium silicon (poly-Si x Ge 1-x , 0 <x <1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 도전층은 300 ∼ 1000Å 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법. The conductive layer is a manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed to a thickness of 300 ~ 1000Å. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 확산방지막은 20 ∼ 100Å 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법. The diffusion barrier is a manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed in 20 ~ 100Å thickness. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 확산방지막은 TiN막 또는 WN막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법. The diffusion barrier is a manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed of a TiN film or WN film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 금속층은 50 ∼ 150Å 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법. The metal layer is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that formed in 50 ~ 150 50 thickness. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 금속층은 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co) 및 그 실리사이드 물질로 이루어지는 군에서 임의로 선택되는 한가지를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법. The metal layer is formed by using one selected from the group consisting of tungsten (W), tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), cobalt (Co) and the silicide material thereof. Manufacturing method. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 캐핑절연막은 질화막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법. And the capping insulating film is formed of a nitride film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 캐핑절연막은 500 ∼ 4000Å 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법. The capping insulating film is a manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed to a thickness of 500 ~ 4000Å. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 절연막 스페이서는 질화막, 산화질화막 또는 산화막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법. And the insulating film spacer is formed of a nitride film, an oxynitride film, or an oxide film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 절연막 스페이서는 30 ∼ 200Å 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법. The insulating film spacer is a semiconductor device manufacturing method, characterized in that formed to a thickness of 30 ~ 200 ∼. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 산화막은 10 ∼ 100Å 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법. The oxide film is a manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed in a thickness of 10 ~ 100Å.
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