KR100913324B1 - Method for forming a silicide layer in a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
개시된 방법은 반도체 장치의 실리사이드막 형성에 관한 것이다. 먼저, 기판의 활성 영역 상에 게이트전극, 소스 및 드레인 영역을 갖는 트렌지스터를 형성한다. 그리고, 상기 기판의 결정 구조를 아몰퍼스 구조로 형성한 후, 상기 기판을 1차 열처리시킨다. 이어서, 상기 기판 및 트렌지터스 구조물 상에 금속막을 균일하게 형성하고, 상기 금속막을 갖는 기판을 2차 열처리시켜 상기 금속막을 부분적으로 실리사이드막으로 형성시키고, 상기 실리사이드막으로 형성되지 않는 금속막을 제거한다. 여기서, 상기 아몰퍼스 구조의 형성 및 1차 열처리를 실시함으로서 상기 트랜지스터를 형성할 때 실시하는 이온 주입 및 식각 등에 의해 손상된 상기 기판을 안정화시킬 수 있다.The disclosed method relates to the formation of silicide films in semiconductor devices. First, a transistor having a gate electrode, a source, and a drain region is formed on an active region of a substrate. After the crystal structure of the substrate is formed into an amorphous structure, the substrate is first heat treated. Subsequently, a metal film is uniformly formed on the substrate and the transistor structure, the substrate having the metal film is subjected to a second heat treatment to form the metal film partially as a silicide film, and the metal film not formed of the silicide film is removed. . Here, by forming the amorphous structure and performing the first heat treatment, the substrate damaged by ion implantation and etching performed when the transistor is formed may be stabilized.
Description
도 1 내지 도 4는 종래의 반도체 장치의 실리사이드막을 형성하는 방법을 나타내는 단면도들이다.1 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of forming a silicide film of a conventional semiconductor device.
도 5는 종래의 방법에 따라 반도체 장치의 실리사이드막을 형성할 때 발생하는 기판의 디펙을 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a defect of a substrate generated when forming a silicide film of a semiconductor device according to a conventional method.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 실리사이드막을 형성하는 방법을 나타내는 단면도들이다.6 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of forming a silicide film of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 장치의 실리사이드막 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 살리사이데이션(salicidation) 공정을 통해 낮은 저항의 구현이 가능한 반도체 장치의 실리사이드막 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근, 반도체 장치는 고집적도를 요구한다. 이에 따라, 미세 패턴을 갖고, 동작 속도가 빠르고, 전력 소모가 낮은 반도체 장치의 제조의 필요성이 증가되고 있다. Recently, semiconductor devices require high integration. Accordingly, the necessity of manufacturing a semiconductor device having a fine pattern, a fast operation speed, and a low power consumption is increasing.
그러나, 상기 반도체 장치의 디자인 룰이 협소해짐에 따라 기생 직렬 저항이 심화됨으로서 상기 반도체 장치의 동작 속도가 영향을 끼친다. 따라서, 최근에는 상기 기생 직렬 저항을 감소시키기 위한 방법이 개발 중에 있다. 이에 따라, 금속막으로서 비저항이 낮은 구리막 등을 채택하거나, 금속막 사이의 층간 절연막으로서 유전율이 낮은 물질을 채택한다. 또한, 활성 영역 및 게이트 전극에 실리사이드막을 형성하여 저항을 낮추기도 하고 있다.However, as the design rules of the semiconductor device become narrower, the parasitic series resistance deepens, which affects the operation speed of the semiconductor device. Therefore, recently, a method for reducing the parasitic series resistance has been developed. Accordingly, a low resistivity copper film or the like is adopted as the metal film, or a low dielectric constant material is used as the interlayer insulating film between the metal films. In addition, a silicide film is formed in the active region and the gate electrode to lower the resistance.
상기 실리사이드막의 형성 방법에 대한 예는 루스반데호브(Luc van den Hove) 등이 저술한 "A Self aligned CoSi2 interconnection and contact technology for VLSI application", 주배(JU Bae) 등이 저술한 "Improvement of CoSi2 stability on fine grain sized poly-Si using Nitrogen implantation thruo호 Co monosilicide and its effect on 0.18㎛ dual gate CMOS" 등에 개시되어 있다.Examples of the formation method of the silicide layer include "A Self aligned CoSi2 interconnection and contact technology for VLSI application" by Luc van den Hove and "Improvement of CoSi2 stability" by JU Bae et al. on fine grain sized poly-Si using Nitrogen implantation thruo Co monosilicide and its effect on 0.18㎛ dual gate CMOS ".
도 1 내지 도 4는 종래의 반도체 장치의 실리사이드막을 형성하는 방법을 나타낸다.1 to 4 show a method of forming a silicide film of a conventional semiconductor device.
도 1을 참조하면, 기판(1)의 활성 영역 상에 게이트 산화막(3)과 게이트 전극(5)과 스페이서(6)를 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극(5)은 게이트 폴리로 형성되며 게이트 산화막(32)의 상부에 형성된다. 그리고, 상기 스페이서(6)는 상기 게이트 전극(5)의 양측벽에 형성된다.Referring to FIG. 1, a
도 2를 참조하면, 이온 주입(10)을 실시하여 상기 게이트 전극(5)과 인접하는 기판(1)의 활성영역에 소스 및 드레인 영역(7a, 7b)을 형성한다.
Referring to FIG. 2,
도 3을 참조하면, 상기 게이트 전극(5)을 갖는 기판(1) 상에 금속막(8)을 균일하게 형성한다. 그리고, 상기 금속막(8)을 갖는 기판(1)을 1차 열처리시킨다. 이에 따라, 상기 금속막(8) 중에서 일부 영역에 형성된 금속막이 살리사이데이션(Salcidation) 반응에 의해 실리사이드막으로 형성된다. 이때, 상기 1차 열처리는 450 내지 550℃ 정도의 온도 분위기에서 약 30초 동안 실시된다.Referring to FIG. 3, the
도 4를 참조하면, 상기 금속막(8) 중에서 살리사이데이션(Salicidation) 반응이 일어나지 않은 부분의 금속막을 제거한다. 상기 제거에서는 HF 등과 같은 용액이 사용된다. 이에 따라, 상기 게이트 전극(5)의 상부와 상기 소스 및 드레인 영역(7a, 7b)이 형성된 기판(1) 상에 실리사이드막(9)이 형성된다. 즉, 실리콘 성분이 있는 부분에 형성된 금속막이 실리사이드막(9)으로 형성되는 것이다.Referring to FIG. 4, the metal film of the
이어서, 상기 실리사이드막(9)을 갖는 기판(1)을 2차 열처리시킨다. 상기 2차 열처리는 상기 실리사이드막(9)을 안정화시켜 보다 낮은 저항을 갖게 하기 위함으로서, 약 800 내지 850℃의 온도 분위기에서 약 45초 동안 실시된다.Subsequently, the
그러나, 상기 게이트, 소스 및 드레인 영역(7a, 7b)이 형성되는 활성 영역의 사이즈가 0.25㎛ 이하로 협소할 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판에 디펙(50)이 발생한다. 이는, 상기 이온 주입 및 식각 등에 가해진 기판이 스트레스를 받고, 상기 1차 및 2차 열처리에 의해 반응하기 때문이다. 그리고, 상기 디펙(50)은 실리콘 공핍(Vacancy)을 유발하고, 상기 실리콘 공핍이 열처리에 의해 스트레스가 집중된 부분으로 이동함으로서 커다란 홀 형태로 발전한다. 따라서, 상기 홀 형태 등과 같은 디펙에 의해 소스 및 드레인 영역에서는 누설 전류가 발생함 으로서 반도체 장치의 특성을 열화시킨다.However, when the size of the active region in which the gate, source and
이와 같이, 저항을 낮추기 위한 일환으로서 도입된 실리사이드막의 형성에서도 전술한 바와 같은 결함이 발생하기 때문에 반도체 장치의 제조에 적극적으로 적용하지 못하는 실정에 있다.As described above, even in the formation of the silicide film introduced as a part for lowering the resistance, the above-described defects occur, and thus, the present invention cannot be actively applied to the manufacture of semiconductor devices.
본 발명의 목적은, 실리사이드막을 형성할 때 실리콘 공핍과 같은 디펙의 발생을 감소시키기 위한 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a method for reducing the occurrence of defects such as silicon depletion when forming a silicide film.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판의 활성 영역 상에 게이트 전극, 소스 및 드레인 영역을 갖는 트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 기판의 결정 구조를 비소(As) 이온을 사용한 이온 주입에 의해 아몰퍼스 구조로 형성하는 단계; 상기 기판을 1차 열처리시키는 단계; 상기 기판 및 트랜지스터 구조물 상에 금속막을 균일하게 형성하는 단계; 상기 금속막을 갖는 기판을 2차 열처리시켜 상기 금속막을 부분적으로 실리사이드막으로 형성시키는 단계; 및 상기 실리사이드막으로 형성되지 않는 금속막을 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a transistor having a gate electrode, a source and a drain region on the active region of the substrate; Forming a crystal structure of the substrate into an amorphous structure by ion implantation using arsenic (As) ions; First heat treating the substrate; Uniformly forming a metal film on the substrate and the transistor structure; Secondary heat treatment of the substrate having the metal film to form the metal film partially as a silicide film; And removing the metal film not formed of the silicide film.
본 발명에 의하면, 실리사이드막을 형성하기 이전에 기판의 결정 구조를 아몰퍼스 구조로 형성하고, 열처리를 실시한다. 이에 따라, 트랜지스터를 형성할 때 실시하는 이온 주입 및 식각 등에 의해 손상된 상기 기판의 상태를 보상한다. 따라서, 상기 실리사이드막을 형성하기 위한 열처리를 수행하여도 상기 기판에 디펙이 발생하지 않는다. According to this invention, before forming a silicide film, the crystal structure of a board | substrate is formed into an amorphous structure, and heat processing is performed. This compensates for the state of the substrate damaged by ion implantation, etching, etc., which is performed when the transistor is formed. Therefore, even when the heat treatment for forming the silicide film is performed, no defect is generated in the substrate.
이와 같이, 본 발명의 방법은 디펙의 발생없이 실리사이드막을 안정적으로 형성할 수 있다.
As described above, the method of the present invention can stably form the silicide film without generating defects.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 실리사이드막을 형성하는 방법을 나타낸다.6 to 10 illustrate a method of forming a silicide film of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 활성 영역과 비활성 영역으로 구분된 기판(60)을 마련한다. 상기 비활성 영역의 구분은 상기 비활성 영역에 트렌치 구조물을 형성하거나 필드 산화막을 형성함에 의해 달성된다. 그리고, 미세 패턴을 갖는 반도체 장치에서는 상기 트렌치 구조물로서 비활성 영역과 활성 영역을 구분하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 6, a
이어서, 상기 기판(60)의 활성 영역 상에 게이트 산화막(62)과 게이트 폴리를 순차적으로 적층한다. 그리고, 사진 식각 공정을 수행하여 상기 게이트 폴리와 게이트 산화막을 패터닝한다. 이에 따라, 상기 기판(60)의 활성 영역 상에는 게이트 전극(64)이 형성된다.Subsequently, the
그리고, 상기 게이트 전극(64)의 측벽에 스페이서(65)를 형성한다. 먼저, 상기 게이트 전극(64)을 갖는 기판(60) 상에 스페이서(65)로 형성하기 위한 박막, 예들 들면 질화막 등과 같은 절연막을 균일하게 적층한다. 그리고, 에치백을 실시하여 상기 기판(60)의 표면 노출될 때까지 상기 절연막을 제거한다. 그러면, 상기 게 이트 전극(64)의 측벽에만 절연막이 남는다. 이에 따라, 상기 남겨진 절연막이 상기 스페이서(65)를 이룬다.The
이어서, 상기 게이트 전극(64) 및 스페이서(65)를 이온 주입 마스크로 사용하는 이온 주입을 실시한다. 여기서, 형성할 트랜지스터가 N 타입인 경우에는 상기 이온 주입에서의 이온의 예로서는 5가의 Ph이온을 들 수 있고, P 타입인 경우에는 3가의 B이온을 들 수 있다. Next, ion implantation using the
이와 같이, 상기 이온 주입에 의해 상기 게이트 전극(64)과 인접한 기판(60)에 이온이 주입된다. 따라서, 상기 게이트 전극(64)과 인접한 기판(60)에 소스 및 드레인 영역(66a, 66b)을 갖는 트랜지스터가 형성된다. 여기서, 상기 스페이서(65)를 형성하기 이전에 이온 주입을 실시하고, 상기 스페이서(65)를 형성한 이후에 다시 이온 주입을 실시할 경우에는 엘디디(LDD) 구조를 갖는 트랜지스터를 형성할 수도 있다.As described above, ions are implanted into the
도 7을 참조하면, 상기 결과물을 갖는 기판(60)을 아몰퍼스(Amorphous)의 결정 구조를 갖도록 이온 주입을 실시한다. 상기 이온 주입은 비소(As)를 주입시키는데, 10 내지 50KeV의 에너지로 1E19/cm3 정도의 도즈량을 갖도록 주입시킨다. 이에 따라, 상기 기판(60)은 아몰퍼스 결정 구조를 갖는다.Referring to FIG. 7, ion implantation is performed on the
도 8을 참조하면, 상기 아몰퍼스 결정 구조를 갖는 기판(60)을 1차 열처리시킨다. 이에 따라, 상기 기판(60)이 안정화된다. 이때, 상기 1차 열처리는 700 내지 850℃의 온도 분위기에서 30 내지 60초 동안 실시하거나, 800 내지 850℃의 온도 및 질소 가스 분위기에서 25 내지 35분 동안 실시한다. 특히, 800 내지 850℃의 온 도 및 질소 가스 분위기에서 25 내지 35분 동안 실시할 경우에는 퍼니스에서 실시하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 1차 열처리에서의 온도 분위기는 상기 트랜지스터의 특성을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 8, the
이와 같이, 상기 아몰퍼스 결정 구조의 형성 및 1차 열처리를 수행할 경우 게이트전극(64), 소스 및 드레인 영역(66a, 66b)을 형성하기 위한 이온 주입 및 식각 등의 실시로 인하여 손상된 기판(60)이 다소 보상된다. 즉, 상기 기판(60)이 안정화되는 것이다.As such, when the amorphous crystal structure is formed and the first heat treatment is performed, the
도 9를 참조하면, 상기 게이트 전극(64), 스페이서(65) 및 상기 기판(60) 상에 금속막(67)을 균일한 두께로 적층한다. 상기 금속막(67)의 예로서는 티타늄막, 질화 티타늄막 등을 들 수 있다. 상기 금속막(67)은 티타늄막 및 질화 티타늄막이 순차적으로 형성된 복합막인 것이 바람직하지만, 상기 티타늄막 또는 질화 티타늄막 단독으로도 사용할 수 있다. Referring to FIG. 9, a
그리고, 2차 열처리를 실시한다. 상기 2차 열처리는 700 내지 750℃ 정도의 온도 분위기에서 약 30 내지 40초 동안 실시된다. 상기 2차 열처리를 수행함으로서 상기 금속막(67)과 실리콘의 반응이 일어난다.Then, secondary heat treatment is performed. The secondary heat treatment is performed for about 30 to 40 seconds in a temperature atmosphere of about 700 to 750 ℃. By performing the second heat treatment, the
도 10을 참조하면, 상기 금속막(67) 중에서 실리콘과의 반응이 일어나지 않는 부분의 금속막을 제거한다. 상기 제거는 주로 HF 용액을 사용한 습식 식각에 의해 달성된다. 이에 따라, 상기 기판(60) 상에는 상기 실리콘과 반응한 금속막 즉, 실리사이드막(68)이 형성된다. 이때, 상기 기판(60)의 활성 영역 표면과 상기 게이트 전극(64)의 상부 표면이 상기 기판(60) 상에서 실리콘 반응이 가능한 영역이 된 다. 따라서, 상기 실리사이드막(68)은 상기 소스 및 드레인 전극(66a, 66b)의 기판(60) 표면과 상기 게이트 전극(64) 상에 형성된다.Referring to FIG. 10, a metal film of a portion of the
그리고, 상기 실리사이드막(68)을 갖는 기판(60)을 3차 열처리시킨다. 상기 3차 열처리는 상기 실리사이드막(68)을 안정화시켜 보다 낮은 저항을 갖게 하기 위함으로서, 약 800 내지 850℃의 온도 분위기에서 약 20 내지 30초 동안 실시된다.Subsequently, the
이와 같이, 상기 기판(60)에 가해진 손상을 어느 정도 보상하기 위하여 상기 실리사이드막(68)의 형성 이전에 기판(60)의 결정 구조를 변화시키고, 열처리를 수행한다. 따라서, 실리콘 공핍 등과 같은 디펙이 발생하여도 상기 실리콘 공핍을 극복하기 위한 이동이 일어나지 않고, 포인트성 디펙으로만 존재하게 된다. 때문에, 실리사이드막(68)의 단락과, 소스 및 드레인 영역(66a, 66b)의 누설 전류 등과 같은 불량이 발생하지 않는다.As described above, in order to compensate for the damage to the
본 발명에 의하면, 실리사이드막의 형성을 위한 금속막의 적층 이전에 열처리 공정을 추가함으로서 기판에 가해진 손상을 회복시킨다. 이에 따라, 0.25㎛ 이하의 활성 영역 상에 실리사이드막을 형성하여도 실리콘 공핍 등과 같은 디펙이 발생하는 것을 완화시킬 수 있다. 때문에, 상기 디펙으로 인한 불량을 감소시킬 수 있다.According to the present invention, damage to the substrate is recovered by adding a heat treatment process before lamination of the metal film for forming the silicide film. Accordingly, even when the silicide film is formed on the active region of 0.25 mu m or less, defects such as silicon depletion can be alleviated. Therefore, the defect due to the defect can be reduced.
따라서, 본 발명의 방법은 실리사이드막의 안정적인 형성을 제공함으로서 최근의 반도체 장치의 실리사이드막의 형성에 적극적으로 적용할 수 있다.Therefore, the method of the present invention can be actively applied to the formation of the silicide film of the recent semiconductor device by providing the stable formation of the silicide film.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
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