KR100927394B1 - Semiconductor device using selective epitaxial growth method and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SEG를 이용한 플러그 형성시 50㎚ 이하의 반도체 공정에서도 적용이 가능하도록 저항을 낮출 수 있는 반도체소자 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 실리콘 기판 상에 배치되며 서로 이웃하는 다수의 도전층 패턴; 상기 도전층 패턴 사이의 상기 기판에 콘택되며, 상기 실리콘 기판으로부터 상기 도전층 패턴의 높이보다 낮은 높이로 형성된 실리콘 에피층; 및 상기 실리콘 에피층 상에 형성되어 상기 실리콘 에피층과 적층된 구조의 플러그를 이루며, 이웃하는 상기 플러그와 격리된 텅스텐막을 포함하는 반도체소자를 제공한다.The present invention provides a semiconductor device and a method of manufacturing the same that can reduce the resistance so as to be applicable even in a semiconductor process of 50 nm or less in forming a plug using SEG, A plurality of neighboring conductive layer patterns; A silicon epi layer which is in contact with the substrate between the conductive layer patterns and is formed at a height lower than the height of the conductive layer pattern from the silicon substrate; And a tungsten film formed on the silicon epi layer and formed as a plug stacked with the silicon epi layer, the tungsten film being isolated from the neighboring plug.
또한, 본 발명은, 실리콘 기판 상에 배치되며 서로 이웃하는 다수의 도전층 패턴을 형성하는 단계; 상기 도전층 패턴이 형성된 전면에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 상기 도전층 패턴 사이에 콘택홀을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 상기 절연막을 식각하여 상기 실리콘 기판을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀을 통해 상기 노출된 실리콘 기판에 콘택되며, 상기 실리콘 기판으로부터 상기 도전층 패턴의 높이보다 낮은 높이를 갖도록 실리콘 에피층을 형성하는 단계; 상기 실리콘 에피층 상에 텅스텐막을 증착하는 단계; 및 화학적기계적연마 공정을 통해 상기 텅스텐막을 연마하여 상기 실리콘 에피층과 상기 텅스텐막이 적층된 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자 제조 방법을 제공한다.
The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a plurality of conductive layer patterns disposed on a silicon substrate and adjacent to each other; Forming an insulating film on the entire surface of the conductive layer pattern; Forming a photoresist pattern for forming a contact hole between the conductive layer patterns on the insulating film; Etching the insulating film using the photoresist pattern as an etching mask to form a contact hole exposing the silicon substrate; Forming a silicon epitaxial layer in contact with the exposed silicon substrate through the contact hole and having a height lower than the height of the conductive layer pattern from the silicon substrate; Depositing a tungsten film on the silicon epilayer; And polishing the tungsten film through a chemical mechanical polishing process to form a plug in which the silicon epilayer and the tungsten film are stacked.
SEG(Selective Epitaxial Growth), 플러그, Facet, 실리콘 에피층, 텅스텐막.Selective epitaxial growth (SEG), plug, facet, silicon epilayer, tungsten film.
Description
도 1은 콘택 플러그로서 성장된 실리콘 에피층을 도시한 단면 SEM 사진.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a cross-sectional SEM photograph showing a silicon epilayer grown as a contact plug.
도 2는 SEG 방식에 의해 형성된 플러그와 폴리실리콘 증착에 의한 형성된 플러그 사이의 셀저항 변화를 도시한 그래프.2 is a graph showing the cell resistance change between a plug formed by the SEG method and a plug formed by polysilicon deposition.
도 3은 SEG 방식에 의한 플러그 형성시 비정상적인 실리콘 성장을 도시한 SEM 사진.3 is an SEM photograph showing abnormal silicon growth when a plug is formed by the SEG method.
도 4는 SEG 및 폴리실리콘 증착을 동시에 적용하여 형성된 플러그를 포함하는 반도체소자의 단면도.4 is a cross-sectional view of a semiconductor device including a plug formed by simultaneously applying SEG and polysilicon deposition.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체소자의 플러그 형성 공정을 도시한 단면도.5A to 5E are cross-sectional views illustrating a plug forming process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 2중 구조의 플러그가 형성된 반도체소자를 도시한 단면도.
6 is a sectional view showing a semiconductor device in which a plug having a double structure is formed according to an embodiment of the present invention;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Description of the Related Art [0002]
50 : 기판 51 : 도전영역50: substrate 51: conductive region
52 : 도전층 53 : 하드마스크52: conductive layer 53: hard mask
54 : 식각정지막 55 : 절연막54: etch stop film 55: insulating film
57 : 실리콘 에피층 58 : 텅스텐막
57: silicon epi layer 58: tungsten film
본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 선택적 에피텍셜 성장(Selective Epitaxial Growth; 이하 SEG라 함) 방식을 이용한 플러그 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체 소자를 구성하는 일련의 제조 공정 중 자기정렬콘택(Self Align Contact; 이하 SAC라 함) 형성 공정을 진행한 다음, 플러그 물질의 형성법으로 SEG를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있는 바, SEG에 의해 플러그를 형성할 경우 기존의 증착에 비해 0.1㎛ 이하의 선폭의 기술에서 콘택저항을 1∼2배 이상 줄일 수 있는 장점이 있다. Research on the use of SEG as a method of forming a plug material after the self alignment contact (hereinafter referred to as SAC) forming process in a series of manufacturing processes for constituting a semiconductor device has been actively carried out, When the plug is formed, the contact resistance can be reduced by one to two times or more in the line width of less than 0.1 탆 compared with the conventional deposition.
도 1은 콘택 플러그로서 성장된 실리콘 에피층을 도시한 단면 SEM 사진이다.1 is a cross-sectional SEM photograph showing a silicon epilayer grown as a contact plug.
도 1을 참조하면, 실리콘 기판(10) 상에 도전층(11)과 하드마스크(12)가 적층된 구조의 도전패턴 예컨대, 게이트전극 패턴이 형성되어 있고, 도전패턴 상부에는 절연막(13)이 형성되어 있다. 절연막(13)을 관통하여 실리콘 기판(10)에 콘택된 플러그(15)가 형성되어 있다.1, a conductive pattern, for example, a gate electrode pattern having a structure in which a
플러그(15)는 실리콘 기판(10)에서 성장된 실리콘 에피층으로, 도시된 바와 같이 실리콘 에피층은 실리콘 기판(10)의 콘택 영역에서는 단결정 실리콘(15a)으로 성장되는 반면, 콘택홀(14)의 측벽에서는 폴리실리콘(15b)으로 성장된다.The
이렇듯, 실리콘 에피층 성장으로 이루어진 플러그(15)는 실리콘 기판(10)과의 콘택 부분에서는 단결정 실리콘(15a)이 성장되기 때문에 실리콘 기판(10)과 단결정 실리콘(15a) 간의 콘택 면적의 감소에 따른 콘택 저항 증가는 억제된다.Since the
도 2는 SEG 방식에 의해 형성된 플러그와 폴리실리콘 증착에 의한 형성된 플러그 사이의 셀저항 변화를 도시한 그래프이다.2 is a graph showing a change in cell resistance between a plug formed by the SEG method and a plug formed by polysilicon deposition.
도 2의 (a)는 셀저항(㏀/Tr.) 크기의 발생 확률을 도시한 그래프로서, 이를 참조하면, SEG 방식에 의한 플러그(A)는 셀저항이 20(㏀/Tr.) 이하에서 거의 존재함을 알 수 있으나, 폴리실리콘 증착 방식에 의한 플러그(B)는 셀저항이 20(㏀/Tr.) ∼ 40(㏀/Tr.) 사이에서 거의 존재함을 알 수 있다.2 (a) is a graph showing the probability of occurrence of the cell resistance (k? / Tr.) Size. Referring to this, the plug A of the SEG type has a cell resistance of 20 It can be seen that the cell B has almost the cell resistance between 20 (k? / Tr.) And 40 (k? / Tr.).
또한, 도 2의 (b)는 콘택오픈면적(㎛2)에 따른 셀저항(㏀/Tr.)의 변화를 도시한 그래프로서, 이를 참조하면, 같은 콘택오픈면적을 가질 경우 SEG 방식에 의한 플러그(A)가 폴리실리콘 증착 방식에 의한 플러그(B)의 셀저항(㏀/Tr.) 보다 그래프 상에서 아래 부분에 위치하여 셀저항이 작음을 알 수 있다.2B is a graph showing a change in cell resistance (k [Omega] / Tr.) According to a contact open area (mu m 2 ). Referring to FIG. 2B, It can be seen that the cell resistance A is located lower in the graph than the cell resistance (k? / Tr.) Of the plug B by the polysilicon deposition method, and the cell resistance is small.
SEG 방식에 의한 플러그 형성 공정을 간단히 살펴 본다.A brief description will be given of the plug forming process by the SEG method.
먼저, 실리콘 기판 상에 복수의 워드라인을 형성한 다음, 워드라인이 형성된 프로파일을 따라 질화막 계열의 식각정지막을 증착하고 그 전면에 산화막 계열의 층간절연막을 증착한다. 이어서, SAC 식각 공정 통해 층간절연막과 식각정지막을 선택적으로 식각하여 워드라인 사이의 실리콘 기판을 노출시키는 콘택홀을 형성한 다음, SEG 방식을 통해 콘택홀 형성에 의해 노출된 실리콘 기판으로부터 실리콘 에피층을 성장시킨다.First, a plurality of word lines are formed on a silicon substrate, a nitride-based etch stop layer is deposited along a word line formed profile, and an oxide interlayer insulating film is deposited on the entire surface. Then, an interlayer insulating layer and an etch stop layer are selectively etched through the SAC etching process to form a contact hole exposing the silicon substrate between the word lines. Then, a silicon epitaxial layer is formed from the silicon substrate exposed by the contact hole formation through the SEG method Grow.
도 3은 SEG 방식에 의한 플러그 형성시 비정상적인 실리콘 성장을 도시한 SEM 사진이다.3 is a SEM photograph showing abnormal silicon growth when a plug is formed by the SEG method.
도 3을 참조하면, SEG에 의해 성장한 박막은 성장 도중에 불규칙적인 실리콘 성장을 유발하여 실리콘 클러스터(Silicon cluster) 등의 소자 불량을 유발한다. 도면부호 '30'은 SEG 성장 도중 선택성 깨져 발생한 실리콘 덩어리를 나타내며, 이는 후속 공정에서 불량을 초래한다.Referring to FIG. 3, a thin film grown by SEG induces irregular silicon growth during growth, thereby causing defective devices such as a silicon cluster. A reference numeral '30' represents a chunk of silicon that is selectively broken during SEG growth, which causes defects in the subsequent process.
또한, SEG 방식에 의해 성장된 실리콘 에피층은 퍼짓(Facet) 등의 각진 형태로 성장하는 경향이 있어 후속 절연막 공정 단계에서 절연막 내에 공극(Void) 등을 유발한다.In addition, the silicon epitaxial layer grown by the SEG method tends to grow in an angular form such as a facet or the like, thereby causing a void or the like in the insulating film in the subsequent insulating film processing step.
아울러, 전술한 바와 같이 SEG 성장에 의한 실리콘 에피층은 폴리실리콘 박막에 비해 저항이 낮지만, 여전히 50㎚ 이하의 소자에 적용하기에는 박막이 높은 편이다.In addition, as described above, although the silicon epitaxial layer by the SEG growth has a lower resistance than the polysilicon thin film, the thin film is still high for application to devices of 50 nm or less.
한편, 전술한 문제점을 해결하기 위해 SEG 방식과 폴리실리콘 증착 방식을 병행하는 방법이 강구되었다.Meanwhile, in order to solve the above-mentioned problems, a method of concurrently using the SEG method and the polysilicon deposition method has been proposed.
도 4는 SEG 및 폴리실리콘 증착을 동시에 적용하여 형성된 플러그를 포함하 는 반도체소자의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a semiconductor device including a plug formed by simultaneously applying SEG and polysilicon deposition.
도 4를 참조하면, 실리콘 기판(40) 상에 도전층(41)과 하드마스크(42)가 적층된 구조의 도전패턴 예컨대, 게이트전극 패턴이 형성되어 있고, 도전패턴 상부에는 절연막(43)이 형성되어 있다. 절연막(13)을 관통하여 실리콘 기판(10)에 콘택된 플러그가 형성되어 있다.4, a conductive pattern, for example, a gate electrode pattern having a structure in which a
플러그는 실리콘 기판(40)에서 성장된 실리콘 에피층(44)과 그 상부에 적층된 폴리실리콘층(45)으로 이루어진다.The plug consists of a
그러나, 반도체소자의 고집적화가 진행됨에 따라 50㎚ 이하의 공정 기술에서는 실리콘 자체의 높은 비저항 때문에 이러한 SEG 방식과 폴리실리콘 증착을 병행하는 것에도 한계가 드러난다.
However, due to the high integration of semiconductor devices, the process technology of 50 nm or less has a limitation in paralleling the SEG method and polysilicon deposition due to the high resistivity of the silicon itself.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, SEG를 이용한 플러그 형성시 50㎚ 이하의 반도체 공정에서도 적용이 가능하도록 저항을 낮출 수 있는 반도체소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of lowering the resistance so as to be applicable to a semiconductor process of 50 nm or less in forming a plug using SEG, .
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 실리콘 기판 상에 배치되며 서로 이웃하는 다수의 도전층 패턴; 상기 도전층 패턴 사이의 상기 기판에 콘택되며, 상기 실리콘 기판으로부터 상기 도전층 패턴의 높이보다 낮은 높이로 형성된 실리콘 에피층; 및 상기 실리콘 에피층 상에 형성되어 상기 실리콘 에피층과 적층된 구조의 플러그를 이루며, 이웃하는 상기 플러그와 격리된 텅스텐막을 포함하는 반도체소자를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a plurality of conductive layer patterns disposed on a silicon substrate and adjacent to each other; A silicon epi layer which is in contact with the substrate between the conductive layer patterns and is formed at a height lower than the height of the conductive layer pattern from the silicon substrate; And a tungsten film formed on the silicon epi layer and formed as a plug stacked with the silicon epi layer, the tungsten film being isolated from the neighboring plug.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 실리콘 기판 상에 배치되며 서로 이웃하는 다수의 도전층 패턴을 형성하는 단계; 상기 도전층 패턴이 형성된 전면에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 상기 도전층 패턴 사이에 콘택홀을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 상기 절연막을 식각하여 상기 실리콘 기판을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀을 통해 상기 노출된 실리콘 기판에 콘택되며, 상기 실리콘 기판으로부터 상기 도전층 패턴의 높이보다 낮은 높이를 갖도록 실리콘 에피층을 형성하는 단계; 상기 실리콘 에피층 상에 텅스텐막을 증착하는 단계; 및 화학적기계적연마 공정을 통해 상기 텅스텐막을 연마하여 상기 실리콘 에피층과 상기 텅스텐막이 적층된 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자 제조 방법을 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a plurality of conductive layer patterns disposed on a silicon substrate and adjacent to each other; Forming an insulating film on the entire surface of the conductive layer pattern; Forming a photoresist pattern for forming a contact hole between the conductive layer patterns on the insulating film; Etching the insulating film using the photoresist pattern as an etching mask to form a contact hole exposing the silicon substrate; Forming a silicon epitaxial layer in contact with the exposed silicon substrate through the contact hole and having a height lower than the height of the conductive layer pattern from the silicon substrate; Depositing a tungsten film on the silicon epilayer; And polishing the tungsten film through a chemical mechanical polishing process to form a plug in which the silicon epilayer and the tungsten film are stacked.
본 발명은, 플러그 형성시 실리콘 기판과 콘택되는 하부 일부에 SEG 공정에 의해 실리콘 에피층을 형성하고 그 상부에는 폴리실리콘에 비해 비저항이 낮은 텅스텐 등의 고전도성 물질을 증착하여 실리콘 에피층과 텅스텐막이 적층된 플러그를 형성함으로써, 후속 공정 진행시 퍼짓(Facet)이나 공극 발생을 억제하고 저항을 낮출 수 있도록 한다. A silicon epitaxial layer is formed by a SEG process on a portion of a lower portion which is in contact with a silicon substrate when a plug is formed and a highly conductive material such as tungsten is deposited on the silicon epitaxial layer and a tungsten film By forming stacked plugs, it is possible to suppress facet and pore generation and to lower the resistance in the course of the subsequent process.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to explain the present invention in detail so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention. do.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 2중 구조의 플러그가 형성된 반도체소자를 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device having a plug of a double structure according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 실리콘 기판(50) 상에 도전층(52)과 하드마스크(53)가 적층된 복수의 도전층 패턴이 형성되어 있고, 도전층 패턴 사이의 실리콘 기판(50)에 도전영역(51)이 형성되어 있다. 도전층 패턴의 측벽에는 질화막 계열의 식각정지막(54)이 형성되어 있고, 도전층 패턴 사이의 도전영역(51) 상에는 SEG 발식에 의해 형성된 실리콘 에피층(57)과 텅스텐막(58)이 적층된 플러그가 형성되어 있다. 플러그는 하드마스크(53) 상부 및 절연막(55) 평탄화되어 있다.6, a plurality of conductive layer patterns in which a
여기서, 도전층 패턴은 게이트전극 패턴, 비트라인 패턴 또는 금속배선 등을 포함할 수 있다. 도전층 패턴이 게이트전극 패턴일 경우 도전층(52)과 기판(50) 사이에 게재된 게이트산화막을 더 포함하며, 이 때의 도전영역(51)은 소스/드레인 등의 불순물접합층이 된다.Here, the conductive layer pattern may include a gate electrode pattern, a bit line pattern, a metal wiring, or the like. And the gate oxide film disposed between the
한편, 도면에서는 텅스텐막(58)이 하드마스크(53)와 평탄화되어 있으나, 이외에도 하드마스크(53) 상부에서 절연막(55)이 일부 남도록 절연막(55)과 평탄화될 수도 있다.Although the
도 6에서 알 수 있듯이, 본 발명에서는 플러그의 기판(50)과 콘택되는 부분에서는 SEG 방식에 의한 실리콘 에피층(57)을 적용하고, 그 상부에는 비저항이 폴 리실리콘막에 비해 낮은 텅스텐막을 적용하여 셀저항을 낮출 수 있고, SEG 방식의 적용에 따른 후속 공정에서의 퍼짓이나 공극 발생을 방지할 수 있다.6, in the present invention, a
이하, 전술한 구성을 갖는 반도체소자의 제조 공정을 살펴 본다.Hereinafter, a manufacturing process of the semiconductor device having the above-described structure will be described.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체소자의 플러그 형성 공정을 도시한 단면도이다.5A to 5E are cross-sectional views illustrating a plug forming process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 도전영역(51) 등의 반도체 소자를 이루기 위한 여러 요소가 형성된 기판(50) 상에 소정의 도전층 패턴을 형성하는 바, 도전층 패턴은 비트라인 패턴, 금속배선 또는 게이트전극 패턴 등을 포함한다.First, as shown in FIG. 5A, a predetermined conductive layer pattern is formed on a
도전층 패턴이 게이트전극 패턴일 경우의 제조 공정을 구체적으로 살펴 보면, 산화막계열의 게이트절연막(도시하지 않음)과 폴리실리콘, 텅스텐 또는 텅스텐 실리사이드 등을 단독 또는 혼합하여 도전층과 질화막 계열의 하드마스크용 절연막을 차례로 증착한 후, 게이트전극 패턴 형성을 위한 마스크를 이용한 사진식각 공정을 실시하여 도전층(58)과 하드마스크(58)이 적층된 구조의 게이트전극 패턴을 형성한다.The gate insulating film (not shown) and the polysilicon, tungsten, tungsten silicide, or the like may be used alone or in combination to form a conductive layer and a nitride-based hard mask A gate electrode pattern having a structure in which a
이어서, 도전층 패턴이 형성된 프로파일을 따라 식각정지막(54)을 얇게 증착한다.Then, the
식각정지막(54)은 후속 자기정렬콘택(Self Align Contact; 이하 SAC이라 함) 식각 공정시 도전층 패턴의 손실을 방지하고 산화막 계열인 절연막과의 식각선택비를 확보하여 식각 프로파일을 얻기 위해 질화막 계열을 사용하는 것이 바람직하다.The
계속해서, 게이트전극 사이의 스페이스를 충분히 채울 수 있을 정도로 절연 막(55)을 증착한다.Subsequently, the insulating
절연막(55)은 산화막 계열로서, BPSG(Boro Phospho Silicate Glass)막, BSG(Boro Silicate Glass)막, PSG(Phospho Silicate Glass)막, HDP(High Density Plasma) 산화막, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막 또는 APL(Advanced Planarization Layer)막 등을 사용한다.The insulating
이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, SAC 식각 공정을 통해 도전층 패턴 사이의 도전영역(51)을 콘택홀(56)을 형성한다.Then, as shown in Fig. 5B, the
구체적으로, SAC 식각 공정을 위한 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한 다음, 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 절연막(55)과 식각정지막(54)을 차례로 식각하여 도전층 패턴 사이의 도전영역(51)을 노출시킨다.Specifically, a photoresist pattern (not shown) for the SAC etching process is formed, and then the insulating
전술한 SAC 식각 공정은 통상의 SAC 식각 공정시 사용하는 레시피 즉, CF계열 가스를 포함하는 플라즈마를 이용한다.The above-described SAC etching process uses a plasma containing a recipe, that is, a CF series gas, used in a conventional SAC etching process.
다음으로, 도 5c에 도시된 바와 같이 콘택홀(56) 형성에 따라 노출된 실리콘 기판(50) 구체적으로, 도전영역(51) 상에 SEG 방식을 적용하여 실리콘 에피층(57)을 성장시킨다.Next, as shown in FIG. 5C, the
구체적으로, 800℃ ∼ 1000℃의 온도와 10Torr ∼ 200Torr의 압력 하에서 DCS(SiH2Cl2)/HCl/H2 기체의 PH3/H2 분압비(0.4 ∼ 0.8)를 조절하여 형성하여 노출된 도전영역(51)으로 부터 실리콘 에피층(57)을 성장시킨다. 이 때, 실리콘 에피층(57)의 성장 두께는 콘택홀(56) 저면의 도전영역(51)과 콘택을 형성할 수 있 는 두께면 가능하다. 예컨대, 500Å ∼ 3000Å 정도의 두께가 되도록 성장시키는 것이 바람직하다.Specifically, a PH 3 / H 2 partial pressure ratio (0.4-0.8) of DCS (SiH 2 Cl 2 ) / HCl / H 2 gas was formed at a temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. and a pressure of 10 Torr to 200 Torr, The
이어서, 도 5d에 도시된 바와 같이, 실리콘 에피층(57)이 성장된 전면에 그 내부가 일부 매립된 콘택홀(56)을 충분히 매립할 수 있을 정도로 고정도성인 텅스텐막(58')을 증착한다.Then, as shown in FIG. 5D, a tungsten film 58 'is deposited on the entire surface of the
이어서, 도 5e에 도시된 바와 같이, 하드마스크(53)가 노출되는 연마 타겟으로 하는 CMP 공정으로 텅스텐막(58')과 절연막(55)을 연마하여 이웃하는 플러그와 서로 격리되고(Isolated), 실리콘 에피층(57)과 텅스텐막(58)이 적층된 구조의 플러그를 형성한다.Next, as shown in FIG. 5E, the tungsten film 58 'and the insulating
여기서는 플러그가 하드마스크(58)와 평탄화된 것을 일에로 하였으나, 하드마스크(58) 상부에서 절연막(55)이 일부 잔류하도록 평탄화할 수도 있다.Although the plug is planarized with the
한편, 실리콘 에피층(57)과 텅스텐막(58) 사이에 베리어막을 추가로 형성할 수도 있다. 이 때, 베리어막은 TiN막, TaN막, TaW막 또는 TiW 막을 사용하며, 그 두께는 100Å 내지 1000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
On the other hand, a barrier film may be additionally formed between the
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 플러그 형성시 실리콘 기판과 콘택되는 하부 일부에 SEG 공정에 의해 실리콘 에피층을 형성하고 그 상부에는 폴리실리콘에 비해 비저항이 낮은 텅스텐 등의 고전도성 물질을 증착하여 실리콘 에피층과 텅스텐막이 적층된 플러그를 형성함으로써, 후속 공정 진행시 퍼짓이나 공극 발생을 억제하고 저항을 낮출 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다. In the present invention as described above, a silicon epitaxial layer is formed by a SEG process on a portion of a lower portion which is in contact with a silicon substrate when a plug is formed, and a highly conductive material such as tungsten, By forming a plug in which an epi layer and a tungsten film are stacked, it is possible to suppress the generation of puddles and pores and to lower the resistance in the course of the subsequent process.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 바와 같은 본 발명은, 플러그의 저항을 낮추고 후속 공정에 따른 불량 발생을 방지할 수 있어, 궁극적으로 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수있다.The present invention as described above can reduce the resistance of the plug and prevent the occurrence of defects in the subsequent process, and ultimately, an excellent effect of improving the yield of semiconductor devices can be expected.
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