KR100826973B1 - method for manufacturing bit line - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면거칠기가 양호한 텅스텐막 재질의 비트라인을 형성하는 방법에 관해 개시한 것으로서, 실리콘기판 상에 비트라인 콘택을 가진 층간절연막을 형성하는 단계와, 층간절연막 전면에 Ti막을 형성하는 단계와, 대기에 노출되지 않은 상태에서 Ti막 상에 제 1TiN막을 형성하는 단계와, 결과물을 열처리하여 TiSi2막을 형성하는 단계와, TiSi2막을 포함한 기판 전면에 제 2TiN막을 형성하는 단계와, 제 2TiN막을 포함한 기판 전면에 세정 처리하는 단계와, 세정 완료된 기판 전면에 비트라인용 텅스텐막을 형성하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of forming a bit line of a tungsten film material having a good surface roughness, comprising: forming an interlayer insulating film having a bit line contact on a silicon substrate, and forming a Ti film on the entire surface of the interlayer insulating film; Forming a first TiN film on the Ti film without heat exposure; forming a TiSi2 film by heat treating the resultant; forming a second TiN film on the entire surface of the substrate including the TiSi2 film; and a substrate including the second TiN film. And cleaning the entire surface, and forming a tungsten film for the bit line on the entire surface of the cleaned substrate.
Description
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 비트라인 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of forming a bit line according to the prior art.
도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 따른 비트라인용 텅스텐막의 표면거칠기를 단계적으로 보인 도면.2A to 2C are sectional views showing the surface roughness of a tungsten film for bit lines according to the prior art.
도 3은 종래 기술에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining a problem according to the prior art.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 비트라인 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도.4A to 4D are cross-sectional views illustrating a method of forming a bit line according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ** Explanation of Signs of Major Parts of Drawings *
100. 반도체기판 102. 불순물영역100.
103. 층간절연막 104. 비트라인 콘택103. Interlayer
106. Ti막 108, 110. TiN막106.Ti
112. TiSi2막 116. 비트라인용 텅스텐막112. TiSi2
120. 불산(HF)액 140. 급속 열처리120. Hydrofluoric acid (HF)
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 표면거칠기가 양호한 텅스텐막 재질의 비트라인을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a bit line of a tungsten film material having a good surface roughness.
반도체소자의 집적도가 향상되고 고속화됨에 따라, 비트라인은 다결정 실리콘과 텅스텐 실리사이드를 재료로 하는 폴리사이드 구조에서부터 텅스텐막을 사용하는 구조로 발전하고 있다. As the degree of integration of semiconductor devices is improved and speeded up, bit lines have evolved from polyside structures made of polycrystalline silicon and tungsten silicide to tungsten films.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 비트라인 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다. 또한, 도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 따른 비트라인용 텅스텐막의 표면거칠기를 단계적으로 보인 도면이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of forming a bit line according to the prior art. 2A to 2C are diagrams showing the surface roughness of the tungsten film for bit lines according to the prior art in stages.
종래 기술에 따른 비트라인 형성 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저, 실리콘기판(1) 상에 층간절연막(4)을 형성한 후, 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 층간절연막을 식각하여 불순물영역(2)을 노출시키는 비트라인 콘택(3)을 형성한다. 이때, 상기 실리콘기판(1)에는 게이트 전극(미도시) 및 소오스 또는 드레인의 불순물영역(2)을 포함한 트랜지스터(transistor)(미도시)가 제조되어 있다. In the bit line forming method according to the related art, as shown in FIG. 1, first, an interlayer insulating film 4 is formed on a
이어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 비트라인 콘택(3)을 포함한 층간절연막(4) 전면에 베리어 금속막(11)을 형성한다. 상기 베리어 금속막(11)은 이 후의 공정에서 비트라인용 텅스텐막의 원료인 WF6 기체가 기판의 실리콘(Si)과 만나 불필요한 반응을 일으키는 것을 막기 위해 것으로서, Ti막(6) 및 제 1TiN막(8)을 순차적으로 증착하여 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the barrier metal film 11 is formed on the entire surface of the interlayer insulating film 4 including the
그 다음, 상기 결과물에 급속 열처리를 진행함으로서 비트라인 콘택(3)에 의해 노출된 기판의 실리콘(Si)과 Ti막(6)이 서로 반응하여 티타늄 실리사이드(TiSi2)막(12)을 형성한다. 이때, 상기 티타늄 실리사이드(TiSi2)막(12)은 실리콘기판과 후속 공정에서 형성될 비트라인 간의 접촉 저항을 감소시키는 역할을 한다.Then, by performing rapid heat treatment on the resultant, the silicon (Si) and the Ti film 6 of the substrate exposed by the
이 후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1TiN막(8) 상에 제 2TiN막(10)을 형성하고 나서, 상기 제 2TiN막(10) 상에 비트라인용 텅스텐막을 형성하기 이전에 실리콘막(14)을 먼저 형성한다. 이때, 제 2TiN막(10)은 대기 중에 노출된 상태에서 형성되며, 표면에는 산화층이 형성된다.Thereafter, as shown in FIG. 1C, after forming a second TiN
이때, 제 2TiN막(10) 위에 바로 비트라인용 텅스텐막을 형성하는 경우 제 2TiN막(10) 표면의 산화층에 의해 반응성이 떨어져 핵의 밀도가 지나치게 낮다. 따라서, 텅스텐막의 표면이 매우 거칠어진다.At this time, when the tungsten film for the bit line is directly formed on the
그러므로, 제 2TiN막(10) 위에 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition: 이하, CVD라 칭함)공정에 의해 실리콘막(14)을 형성함으로서, 실리콘막에 의해 반응성을 높여 핵의 밀도를 증가시킨다.Therefore, by forming the
이어, 실리콘막(14) 상에 비트라인용 텅스텐막(16)을 형성한다. 이때, 텅스텐막(16)은 매립 특성이 우수한 CVD 공정에 의해 형성하며, 상기 CVD 공정은, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 불연속적인 핵 생성(도 2a)→핵의 합체, 성장에 의한 연속막 형성(도 2b) → 그레인의 3차원적 성장(도 2c)과 같은 3단계 과정을 거쳐 비트라인용 텅스텐막(14)을 형성한다.Next, a
도 3은 종래 기술에 따른 문제점을 설명하기 위한 것으로서, CVD공정에 의해 형성된 비트라인용 텅스텐막의 표면거칠기를 보인 도면이다.FIG. 3 is a view illustrating a problem of the surface of a tungsten film for bit lines formed by a CVD process.
그러나, 종래의 기술에서는 실리콘막 자체도 CVD 공정에 의해 형성되기 때문에 표면 거칠기가 크게 나타난다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 표면거칠기가 큰 실리콘막 위에 증착되는 텅스텐막 또한 실리콘막의 거칠기 영향을 받을 수 밖에 없다. However, in the prior art, since the silicon film itself is also formed by the CVD process, the surface roughness is large. Therefore, as shown in FIG. 3, the tungsten film deposited on the silicon film having a large surface roughness may also be affected by the roughness of the silicon film.
그러므로, 소자의 집적도가 증대됨에 따라 비트라인의 폭이 점점 더 미세해지는 추세를 볼때 텅스텐 표면 거칠기는 후속 마스크 공정에서 더 큰 문제를 초래한다.Therefore, the tungsten surface roughness causes a greater problem in subsequent mask processing in view of the tendency that the width of the bitline becomes finer as the integration degree of the device increases.
이에 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 비트라인용 텅스텐막의 표면거칠기를 개선할 수 있는 비트라인 형성 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a bit line forming method capable of improving the surface roughness of a tungsten film for bit lines.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비트라인 형성 방법은 실리콘기판 상에 비트라인 콘택을 가진 층간절연막을 형성하는 단계와, 층간절연막 전면에 Ti막을 형성하는 단계와, 대기에 노출되지 않은 상태에서 Ti막 상에 제 1TiN막을 형성하는 단계와, 결과물을 열처리하여 TiSi2막을 형성하는 단계와, TiSi2막을 포함한 기판 전면에 제 2TiN막을 형성하는 단계와, 제 2TiN막을 포함한 기판 전면에 세정 처리하는 단계와, 세정 완료된 기판 전면에 비트라인용 텅스텐막을 형성하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.A bit line forming method according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming an interlayer insulating film having a bit line contact on a silicon substrate, forming a Ti film on the entire surface of the interlayer insulating film, in a state not exposed to the atmosphere Forming a first TiN film on the Ti film, heat treating the resultant to form a TiSi2 film, forming a second TiN film on the entire surface of the substrate including the TiSi2 film, and cleaning the entire surface of the substrate including the second TiN film; And forming a tungsten film for bit lines on the entire surface of the cleaned substrate.
상기 세정 처리는 불산(HF)액에 디핑처리하며, 불산액의 농도는 0.05∼5wt% 이고, 불산액에 디핑하는 시간은 50∼300초를 유지한다. 또는, 상기 세정 처리는 건식 처리하며, H2 및 ClF3 중 어느 하나의 가스를 사용한다.The washing treatment is dipping in hydrofluoric acid (HF), the concentration of hydrofluoric acid is 0.05 to 5 wt%, and the time for dipping in hydrofluoric acid is maintained for 50 to 300 seconds. Alternatively, the cleaning treatment is a dry treatment, and either gas of H2 or ClF3 is used.
한편, 상기 세정 단계와, 비트라인용 텅스텐막 형성 단계는 대기 노출없이 연속적으로 진행한다.On the other hand, the cleaning step and the tungsten film forming step for the bit line proceeds continuously without exposure to the atmosphere.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4a 내지 도4d는 본 발명에 따른 비트라인 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.4A through 4D are cross-sectional views illustrating a method of forming a bit line according to the present invention.
본 발명에 따른 비트라인 형성 방법은, 도 4a에 도시된 바와 같이, 먼저, 게이트(미도시) 및 소오스 또는 드레인의 불순물영역(102)을 포함한 트랜지스터가 제조된 실리콘 기판(100)을 제공한다.The bit line forming method according to the present invention, as shown in FIG. 4A, first provides a
이어, 상기 실리콘기판(100) 상에 층간절연막(104)을 형성하고 나서, 포토리소그라피 공정에 의해 상기 층간절연막(104)을 식각하여 불순물영역(102)을 노출시키는 비트라인 콘택(103)을 형성한다. 그런 다음, 비트라인 콘택(103) 하부의 자연산화막(미도시) 및 기타 불순물을 제거한다. 이때, 상기 자연산화막 제거 공정은 300:1 BOE(Buffer Oxide Etchant)용액을 이용한다.Subsequently, after forming the
이 후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 자연산화막 제거 공정이 완료된 기판 전면에 Ti막(106)을 형성한다. 이때, 상기 Ti막(106)은 이온화된 금속 플라즈마(Ionized Metal Plasma) 공정에 의해 형성되며, 증착온도는 200∼400℃로, 증착 압력은 2∼30mTorr를 유지한다. 또한, 상기 Ti막(106)은 이 후의 공정에서 TiSi2막을 형성하기 위한 것으로서, TiSi2막을 형성하기 위해 높은 온도에서의 급속 열처리 공정에서 응결(agglomeration) 현상이나 도핑 재분포 현상에 의해 접촉 저항이 열화될 가능성이 있으므로 40∼500Å 두께로 조절한다.Thereafter, as shown in FIG. 4B, the
이어, 대기 중에 노출되지 않은 상태에서 Ti막(106) 상에 제 1TiN막(108)을 형성한다. 이때, 상기 제 1TiN막을 대기 중에 노출되지 않은 조건에서 형성하는 이유는 Ti막와 제 1TiN막 계면에 산화층이 형성됨으로서 후속 열처리에서 TiSi2막의 형성이 억제되거나 응집을 촉진하여 접촉 저항을 열화시키는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 상기 제 1TiN막(108)은 이온화된 금속 플라즈마 공정에 의해 형성되며, 증착 온도 및 압력은 각각 200∼400℃, 10∼25mTorr를 유지면서 100∼300Å 두께로 형성한다.Subsequently, the
그 다음, 상기 결과물에 급속 열처리(140) 공정을 진행함으로서 비트라인 콘택(103)에 의해 노출된 기판의 실리콘(Si)과 Ti막(106)이 서로 반응하여 티타늄 실리사이드(TiSi2)막(112)을 형성한다. 이때, 상기 티타늄 실리사이드(TiSi2)막(112)은 실리콘기판과 후속 공정에서 형성될 비트라인 간의 접촉 저항을 감소시키는 역할을 한다. 또한, 상기 급속 열처리(140) 공정은 800∼900℃ 온도에서 10∼30초 동안 진행된다.Next, by performing a rapid
이 후, 상기 급속열처리가 완료된 기판 전면에 제 2TiN막(110)을 형성한다. 이때, 상기 제 2TiN막(110)은 상기 급속 열처리에 의해 제 1TiN막에 형성되는 작은 틈을 통해 후속의 CVD 비트라인용 텅스텐막 증착 시 WF6와 Ti막이 접촉하여 반응하는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 제 2TiN막(110)은 막두께, 증착 방법, 공정 조건은 제 1TiN막과 동일하다. 한편, 상기 제 2TiN막(110)은 증착이 완료된 후 대기 중에 노출되며, 이때 제 2TiN막(110) 표면에는 산화층이 형성된다.Thereafter, a
이어, 도 4c에 도시된 바와 같이, 대기 중에 노출된 제 2TiN막(110)을 포함한 기판 전면을 불산(HF)액(120)에 디핑 처리하는 방식으로 습식 세정을 실시하여 제 2TiN막(110) 표면의 산화층을 제거한다. 이때, 상기 불산(HF)액(120)에서, 농도는 0.05∼5wt% 을 유지하며, 불산액에 디핑하는 시간은 50∼300초를 유지한다. 또는, 상기 세정 처리는 습식 세정 외에도 H2 및 ClF3 중 어느 하나의 가스를 사용여 건식 세정을 할 수도 있다.(미도시)Subsequently, as shown in FIG. 4C, the entire surface of the substrate including the
상기 습식 세정 또는 건식 세정 공정 모두 제 2TiN막(110)이 대기 중에 노출된 상태이기 때문에 그 표면에 산화층이 필연적으로 형성된다.In both the wet cleaning and dry cleaning processes, since the
그런 다음, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 세정 공정이 완료된 기판 전면에 CVD 방법에 의해 비트라인용 텅스텐막(116)을 형성한다. 이때, 상기 텅스텐막(116)은 700∼1200Å 두께로 형성된다. 또한, 상기 세정 처리 및 비트라인용 텅스텐막 형성 공정은 대기 노출없이 연속적으로 진행한다.Then, as shown in FIG. 4C, a
이 후, 도면에 도시되지 않았지만, 텅스텐막 위에 질화막 및 반사방지막을 차례로 형성하고 이들 막들을 식각하여 비트라인을 형성한다.Thereafter, although not shown in the figure, a nitride film and an antireflection film are sequentially formed on the tungsten film, and these films are etched to form a bit line.
본 발명에서는 제 2TiN막을 형성한 후, 불산액에 디핑처리하여 상기 제 2TiN막 표면의 산화층을 제거할 뿐더러 더 이상의 산화를 방지함으로써, CVD 비트라인용 텅스텐막 형성 공정에서 Si막을 형성하지 않아도 제 2TiN막 위에 바로 고밀도의 핵형성이 가능하며, 이에 따라 텅스텐막의 표면 거칠기가 개선된다.In the present invention, the second TiN film is formed and then dipped in hydrofluoric acid to remove the oxide layer on the surface of the second TiN film and to prevent further oxidation, so that the second TiN is not formed in the tungsten film forming process for CVD bit line. High density nucleation is possible directly on the film, thereby improving the surface roughness of the tungsten film.
이상에서와 같이, 본 발명은 제 2TiN막을 형성한 후, 불산액에 디핑처리하여 상기 제 2TiN막 표면의 산화층을 제거할 뿐더러 더 이상의 산화를 방지함으로써, CVD 비트라인용 텅스텐막 형성 공정에서 Si막을 형성하지 않아도 CVD 비트라인용 텅스턴막의 핵 생성 밀도를 증가시켜 표면 거칠기를 개선할 수 있다.As described above, the present invention forms the second TiN film, and then dipping the hydrofluoric acid solution to remove the oxide layer on the surface of the second TiN film and to prevent further oxidation, thereby preventing the Si film from forming the tungsten film for CVD bit line. Even if not formed, the surface roughness can be improved by increasing the nucleation density of the tungsten film for CVD bit line.
따라서, 본 발명에서는 소자의 집적도가 증대되고 있는 후속의 노광 및 식각 공정에 대한 표면 거칠기의 제한을 경감시킬 수 있다.Therefore, in the present invention, it is possible to alleviate the limitation of surface roughness for subsequent exposure and etching processes in which the degree of integration of the device is increased.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다. In addition, this invention can be implemented in various changes within the range which does not deviate from the summary.
Claims (6)
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- 2002-07-08 KR KR1020020039239A patent/KR100826973B1/en not_active IP Right Cessation
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