KR100988807B1 - 저저항 폴리사이드 게이트전극 및 그 제조 방법 - Google Patents
저저항 폴리사이드 게이트전극 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100988807B1 KR100988807B1 KR1020030047502A KR20030047502A KR100988807B1 KR 100988807 B1 KR100988807 B1 KR 100988807B1 KR 1020030047502 A KR1020030047502 A KR 1020030047502A KR 20030047502 A KR20030047502 A KR 20030047502A KR 100988807 B1 KR100988807 B1 KR 100988807B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- film
- gate electrode
- silicide film
- metal
- tungsten
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 51
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 48
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 32
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 31
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 8
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 5
- 229910019001 CoSi Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910019974 CrSi Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910005883 NiSi Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910008484 TiSi Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010405 reoxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 150000003657 tungsten Chemical class 0.000 description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- -1 tungsten nitride Chemical class 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OCJDVBMRRGKEBU-UHFFFAOYSA-N [W][Si][W] Chemical compound [W][Si][W] OCJDVBMRRGKEBU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- RMXTYBQNQCQHEU-UHFFFAOYSA-N ac1lawpn Chemical compound [Cr]#[Cr] RMXTYBQNQCQHEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910021357 chromium silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 1
- MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N dichlorosilane Chemical compound Cl[SiH2]Cl MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 229910021350 transition metal silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H tungsten hexafluoride Chemical compound F[W](F)(F)(F)(F)F NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/4916—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen
- H01L29/4925—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement
- H01L29/4941—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement with a barrier layer between the silicon and the metal or metal silicide upper layer, e.g. Silicide/TiN/Polysilicon
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
본 발명은 폴리사이드 게이트전극보다 낮은 비저항을 갖고 메탈 게이트전극보다 우수한 게이트산화막 신뢰성 특성을 갖는 폴리사이드 게이트전극 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 폴리사이드 게이트전극은 폴리실리콘막, 상기 폴리실리콘막 상의 확산배리어막, 상기 확산배리어막 상의 실리콘성분보다 금속성분이 다량 함유된(metal-rich) 금속실리사이드막으로 형성하므로써, 금속성분의 조성이 큰 금속실리사이드막을 이용한 폴리사이드 게이트전극을 형성하므로써 실리콘부화 폴리사이드 게이트전극보다 낮은 비저항을 갖고 메탈 게이트전극보다 우수한 스트레스 내성을 갖는 폴리사이드 게이트전극을 형성하여 게이트산화막의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
폴리사이드 게이트전극, 비저항, 확산배리어막, 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막
Description
도 1은 종래 기술에 따른 텅스텐폴리사이드 게이트전극의 구조를 도시한 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 텅스텐 메탈 게이트전극의 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 텅스텐폴리사이드 게이트전극의 구조를 도시한 도면,
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 텅스텐폴리사이드 게이트전극의 형성 방법을 도시한 공정 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
31 : 반도체 기판 32 : 게이트산화막
33 : 폴리실리콘막 34 : 확산배리어막
35 : 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막 36 : 하드마스크
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 저저항 게이트전극 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 MOSFET의 디자인룰이 90nm급 레벨로 급속히 감소되면서 그에 대응하는 게이트전극의 선폭, 게이트산화막의 두께, 접합 깊이 등도 매우 작아지고 있는 실정이다. 그 중에서도 특히 게이트전극 측면에서 볼 때, RC 지연(delay) 문제를 해결하기 위한 저저항 게이트전극 개발이 요구되고 있다.
따라서, 일반적인 폴리실리콘막 게이트전극을 대체할 수 있는 전이금속 실리사이드(Transition metal-silicide)/폴리실리콘막의 적층 게이트전극[이하 폴리사이드(polycide) 게이트전극]에 대한 연구가 진행되었고, 그 결과 현재에는 텅스텐폴리사이드 게이트전극이 양산에 적용되어 제품으로 생산되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 텅스텐폴리사이드 게이트전극 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(11) 상에 게이트산화막(12)이 형성되고, 게이트산화막(12) 상에 폴리실리콘막(13) 및 실리콘부화(Si-rich) 텅스텐실리사이드막(WSix,x=2.2∼2.4)(14)의 순서로 적층된 텅스텐폴리사이드 게이트전극이 형성된다.
그리고, 실리콘부화 텅스텐실리사이드막(14) 상에는 게이트전극 식각을 용이하게 진행하기 위한 역할과 후속 자기정렬콘택(Self-Aligned Contact) 식각시 배리 어(barrier)로 사용하기 위한 하드마스크(Hardmask, 15)가 형성되어 있다.
그러나, 종래 기술의 텅스텐폴리사이드 게이트전극의 경우는 폴리실리콘 게이트전극보다는 비저항이 작지만 실리콘이 다량 함유된 실리콘부화 특성을 갖기 때문에 비저항이 여전히 크고, 이로써 90nm 이하의 선폭에서는 급격히 면저항이 증가하기 때문에 RC 지연(delay)에 의한 신호 지연(signal)이 발생할 수 있다.
이를 해결하기 위해 텅스텐폴리사이드보다 약 5배 정도 비저항이 낮은 텅스텐 메탈 게이트전극 구조가 제안되었다. 여기서, 텅스텐 메탈 게이트전극은 폴리실리콘막 위에 텅스텐질화막(WN)과 텅스텐막(W)이 차례로 적층된 구조이다.
도 2는 종래 기술에 따른 텅스텐 메탈 게이트전극 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 반도체 기판(21) 상에 게이트산화막(22)이 형성되고, 게이트산화막(22) 상에 폴리실리콘막(23), 텅스텐질화막(24) 및 텅스텐막(25)의 순서로 적층된 텅스텐 메탈 게이트전극이 형성된다. 그리고, 텅스텐막(25) 상에는 게이트전극 식각을 용이하게 진행하기 위한 역할과 후속 자기정렬콘택(SAC) 식각시 배리어로 사용하기 위한 하드마스크(26)가 형성되어 있다.
그러나, 종래 텅스텐 메탈 게이트전극의 경우 게이트전극 식각 및 자기정렬콘택 배리어를 위한 하드마스크(26)가 텅스텐막(25) 위에 존재할 경우, 후속 열공정시 하드마스크(26)로부터 발생되는 매우 큰 스트레스가 곧바로 게이트전극 아래의 게이트산화막(22)까지 영향을 미쳐 스트레스(Stress)로부터 유도된(Induced) 누설전류(leakage current)[SILC] 및 CCST(Constant Current Stress Test)와 같은 TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown) 특성을 열화시키는 문제가 있다. 특 히, 이러한 하드마스크(26)의 스트레스에 의한 GOI(Gate Oxide Integrity) 열화 현상은 도 1의 텅스텐폴리사이드 게이트전극에서는 거의 관찰되지 않는데 반해 비저항을 낮추기 위해 도입된 텅스텐 메탈 게이트전극에서는 매우 심하게 나타나는 문제가 있다.
따라서, 비저항이 낮으면서도 후속 열공정시 초래된 스트레스로부터 자유로워 게이트산화막의 신뢰성에 나쁜 영향을 주지 않는 게이트전극이 요구된다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 폴리사이드 게이트전극보다 낮은 비저항을 갖고 메탈 게이트전극보다 우수한 게이트산화막 신뢰성 특성을 갖는 폴리사이드 게이트전극 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 폴리사이드 게이트전극은 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상의 게이트산화막, 상기 게이트산화막 상의 폴리실리콘막, 상기 폴리실리콘막 상의 확산배리어막, 상기 확산배리어막 상의 실리콘성분보다 금속성분이 다량 함유된 금속실리사이드막, 및 상기 금속실리사이드막 상의 하드마스크를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 금속실리사이드막은 텅스텐 부화 텅스텐실리사이드막(WSix), 코발트부화 코발트실리사이드막 (CoSix), 니켈부화 니켈실리사이드막(NiSix), 크롬부화 크롬실리사이드막(CrSix) 및티타늄부화 티타늄실리사이드막(TiSix)로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하고, 상기 금속실리사이드막에서 상기 x는 0보다 크고 1보다 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하며, 상기 확산배리어막은 Si3N4, WNx(x=0.01∼4.0) 및 WSi
xNy(x=0.01∼4.0, y=0.01∼4.0)로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 폴리사이드 게이트전극의 제조 방법은 반도체 기판의 선택된 표면 상에 게이트산화막을 형성하는 단계, 상기 게이트산화막 상에 폴리실리콘막을 형성하는 단계, 상기 폴리실리콘막 상에 확산배리어막을 형성하는 단계, 상기 확산배리어막 상에 실리콘성분보다 금속성분이 다량 함유된 금속실리사이드막을 형성하는 단계, 상기 금속실리사이드막 상에 하드마스크를 형성하는 단계, 상기 하드마스크를 게이트전극 형태로 패터닝하는 단계, 및 상기 패터닝된 하드마스크를 식각마스크로 하여 상기 금속실리사이드막, 확산배리어막 및 상기 폴리실리콘막을 순차적으로 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 텅스텐폴리사이드 게이트전극 구조를 도시 한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(31) 상에 게이트산화막(32)이 형성되고, 게이트산화막(32) 상에 폴리실리콘막(33), 확산배리어막(34) 및 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(W-rich WSix, 35)의 순서로 적층된 텅스텐폴리사이드 게이트전극이 형성된다. 그리고, 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35) 상에는 게이트전극 식각을 용이하게 진행하기 위한 역할과 후속 자기정렬콘택(SAC) 식각시 배리어로 사용하기 위한 하드마스크(36)가 형성되어 있다.
도 3에서, 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35)은 막내 실리콘 조성보다 텅스텐의 조성이 더 큰(0<x<1) 텅스텐실리사이드막으로서, 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35)은 텅스텐막보다는 비저항이 크지만 실리콘부화 텅스텐실리사이드막보다는 상대적으로 매우 작은 비저항을 갖고, 후속 열공정중에 하드마스크(35)로부터 발생되는 스트레스에 대한 내성이 강하다.
그리고, 확산배리어막(34)은 후속 열공정 중에 폴리실리콘막(33)의 실리콘이 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35)으로 확산되면서 열적으로 안정한 실리콘부화 텅스텐실리사이드막(WSix, x=2.2∼2.4)으로 바뀌는 것을 방지하기 위한 것이다. 이러한 확산배리어막(34)으로는 Si3N4, WNx(x=0.01∼4.0) 및 WSix
Ny(x=0.01∼4.0, y=0.01∼4.0)로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나이다.
도 3에 도시된 게이트전극은 하드마스크(36)로부터 초래되는 스트레스에 대한 내성이 강한 텅스텐 폴리사이드 게이트전극 구조를 채택하면서도 비저항을 낮추 기 위해 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35)을 채택한 구조의 저저항 텅스텐폴리사이드 게이트전극 구조이다.
이와 같이, 본 발명은 금속성분의 조성이 큰 금속실리사이드막을 이용한 폴리사이드 게이트전극을 구비하므로써 실리콘부화 폴리사이드 게이트전극보다 낮은 비저항을 갖고 메탈 게이트전극보다 우수한 스트레스 내성을 갖는 폴리사이드 게이트전극을 형성하여 게이트산화막의 신뢰성을 향상시킨다.
이하, 첨부 도면 도 4a 및 도 4b를 참조하여 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 텅스텐폴리사이드 게이트전극의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(31) 상에 게이트산화막(32)을 형성한다. 여기서, 게이트산화막(32)은 반도체 기판(31)을 열산화(thermal oxidation)시킨 실리콘산화막(SiO2)이나, 옥시나이트라이드[oxynitride, SiOxNy(x=0.01∼4.0, y=0.01∼4.0)]와 같이 질소가 함유된 질화실리콘산화막으로 형성한다. 또한, 게이트산화막(32)은 Hf, Zr, Al, Ta, Ti, Ce, Pr 및 La로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나의 금속원소가 포함된 금속산화막의 고유전막으로 형성할 수도 있다.
다음에, 게이트산화막(32) 상에 폴리실리콘막(33)을 증착한다. 여기서, 폴리실리콘막(33)외에 게르마늄(Ge)이 함유된 폴리실리콘게르마늄막(PolySi1-xGex, x=0.01∼0.99)을 이용할 수도 있다.
이어서, 폴리실리콘막(33) 상에 질소(Nitrogen, N)가 함유된 확산배리어막(34)을 형성한다. 이때, 확산배리어막(34)은 Si3N4, WNx(x=0.01∼4.0) 및 WSixNy(x=0.01∼4.0, y=0.01∼4.0)로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나로 형성하며, 여기서, Si3N4의 경우는 폴리실리콘막(33) 상부를 질소가 포함된 기체분위기에서 플라즈마질화(plasma nitridation) 처리하거나 또는 질소가 포함된 분위기하에서 400℃∼900℃의 온도로열처리하는 열질화법(Thermal Nitridation)으로 형성할 수 있다.
위와 같이, 폴리실리콘막(33) 상에 확산배리어막(34)을 형성하는 이유는, 후속 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35)을 폴리실리콘막(33) 상에 바로 형성하게 되면 후속 열공정 중에 폴리실리콘막(33)의 실리콘이 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막으로 확산되면서 열적으로 안정한 실리콘부화(Si-rich) 텅스텐실리사이드막(WSix, x=2.2∼2.4)으로 바뀌는 것을 방지하기 위함이다.
따라서, 이와 같이 후속 열공정중에 폴리실리콘막(33)의 실리콘이 확산하는 것을 방지하기 위해 질소가 함유된 확산배리어막(34)을 형성하는 것이다.
다음으로, 확산배리어막(34) 상에 텅스텐이 다량 함유된 텅스텐부화(W-rich) 텅스텐실리사이드막(WSix, 35)을 증착한다. 여기서, 텅스텐실리사이드막(35)에서 막내부에 존재하는 실리콘의 조성이 텅스텐의 절반 미만이어야 한다. 즉, WSix에서 x가 0보다 크고 1보다 작아야 한다(0<x<1).
전술한 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35)을 형성하기 위한 다양한 방법을 예로 들면 다음과 같다.
제1방법은, 텅스텐 소스가스로 육불화텅스텐(WF6) 가스를 이용하고, 실리콘 소스가스로 실레인(SiH4) 또는 디클로로실레인(SiCl2H2)을 이용하는 화학기상증착법(CVD) 또는 원자층증착법(ALD)을 이용하여 형성한다.
제2방법은, 스퍼터(Sputter) 방식으로 텅스텐막을 증착할 때 실리콘이 포함된 가스를 소량 흘려주는 방법으로 형성할 수도 있는데, 이때 실리콘이 포함된 가스외에 불소(Fluorine)가 포함된 가스를 소량 첨가할 수 있다.
제3방법은, 스퍼터방식으로 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35)을 직접 증착하며, WF6, SiF4 또는 SiF6와 같이 불소가 포함된 기체를 1sccm∼100sccm으로 더 흘려줄 수 있다.
제4방법은, 다양한 증착법으로 텅스텐막을 증착한 후 이온주입 내지 플라즈마 이머젼(plasma emersion) 방식을 이용하여 실리콘을 텅스텐막에 주입하여 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막을 형성할 수 있다.
위와 같이 텅스텐실리사이드막을 형성하되 텅스텐이 다량 함유되도록 하는 이유는, 실리콘이 다량 함유된 실리콘부화 텅스텐실리사이드막(WSix)이 가지는 높은 비저항을 낮추기 위한 것이다. 즉, 실리콘이 다량 함유된 실리콘부화 텅스텐실리사이드막(WSix)은 텅스텐실리사이드막의 이론적 화학당량비(x=2.0)보다 크게 되어 텅스텐의 함량이 작아지므로 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35)보다 비저항이 커지 게 된다.
전술한 방법들에 의해 형성된 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35)은 텅스텐막보다는 크지만 실리콘부화 텅스텐실리사이드막보다는 상대적으로 매우 작은 비저항을 갖고, 후속 하드마스크로부터 발생되는 스트레스에 대한 내성이 강하다.
이어서, 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35) 상에 하드마스크(36)를 형성한다. 이때, 하드마스크(36)는 질화막(nitirde), 산화막(oxide) 및 질산화막(oxynitride)으로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 또는 이들의 적층막을 선택하여 사용한다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 하드마스크(36) 상에 게이트전극을 형성하기 위한 마스크층을 형성하고, 마스크층(도시 생략)을 식각마스크로 하드마스크(36)를 먼저 패터닝한다.
그리고 나서, 마스크층을 제거한 후, 패터닝된 하드마스크(36)를 식각배리어로 하여 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35), 확산배리어막(34), 폴리실리콘막(33) 및 게이트산화막(32)을 순차적으로 패터닝하여 텅스텐폴리사이드 구조의 게이트전극을 완성한다.
후속 공정으로, 게이트 재산화(Gate reoxidation) 공정을 진행할 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 게이트재산화 공정은 게이트전극 식각시 발생한 게이트산화막의 미세 트렌치(microtrench) 및 손상을 회복시켜 주며, 반도체 기판에 남아있는 전극물질의 산화 및 게이트전극 가장자리에 있는 게이트산화막의 두께를 증가시켜 신뢰성을 향상하기 위한 목적으로 진행되고 있다.
이와 같은 게이트재산화 공정은 텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(35)의 이상 산화(abnormal oxidation)를 방지하기 위해 선택산화법(Selective oxidation)을 사용한다. 선택산화법은 O2, O3, H2O, D2O, N2O 또는 NO의 산소가 포함된 가스와 H2 또는 D2(D는 중수소)의 수소가 포함된 가스의 혼합분위기에서 플라즈마처리하거나 또는 750℃∼1050℃에서 열처리하는 공정이다.
전술한 실시예에서는 텅스텐폴리사이드 게이트전극 구조에 대해 설명하였으나, 텅스텐실리사이드막 대신에 코발트부화 코발트실리사이드막(Co-rich CoSix), 니켈부화 니켈실리사이드막(Ni-rich NiSix), 크롬부화 크롬실리사이드막(Cr-rich CrSix) 및 티타늄부화 티타늄실리사이드막(Ti-rich TiSix)로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나를 적용한 모든 폴리사이드 게이트전극 구조에도 적용 가능하다.
여기서, 각 실리사이드막의 x는 0보다 크고 1보다 작다. 위와 같이 실리콘보다는 금속성분의 조성이 큰 금속실리사이드막을 이용하는 폴리사이드 게이트전극 구조에서는 전술한 실시예와 동일하게 폴리실리콘막과 금속실리사이드막 사이에 폴리실리콘막내 실리콘의 금속실리사이드막으로의 확산을 방지하기 위한 확산배리어막이 삽입된다.
또한, 본 발명은 위와 같은 스택구조의 폴리사이드 게이트전극외에도 다마신 (Damascene)구조의 폴리사이드 게이트전극에도 적용할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으 나, 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.
상술한 본 발명은 금속성분의 조성이 큰 금속실리사이드막을 이용한 폴리사이드 게이트전극을 형성하므로써 실리콘부화 폴리사이드 게이트전극보다 낮은 비저항을 갖고 메탈 게이트전극보다 우수한 스트레스 내성을 갖는 폴리사이드 게이트전극을 형성하여 게이트산화막의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이로써, 본 발명은 우수한 게이트산화막 신뢰성 특성을 요구하는 저전력 소자 또는 정밀한 동작특성을 요구하는 반도체 소자에 적용가능한 효과가 있다.
Claims (12)
- 반도체 기판;상기 반도체 기판 상의 게이트산화막;상기 게이트산화막 상의 폴리실리콘막;상기 폴리실리콘막 상의 확산배리어막;상기 확산배리어막 상의 실리콘성분(Si)보다 금속성분(M)이 다량 함유된 금속실리사이드막(MSix); 및상기 금속실리사이드막 상의 하드마스크을 포함하고,상기 금속실리사이드막에서 실리콘성분의 조성을 나타내는 상기 x는 0보다 크고 1보다 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 폴리사이드 게이트전극.
- 제1항에 있어서,상기 금속실리사이드막은,텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(WSix), 코발트부화 코발트실리사이드막 (CoSix), 니켈부화 니켈실리사이드막(NiSix), 크롬부화 크롬실리사이드막(CrSi x) 및티타늄부화 티타늄실리사이드막(TiSix)로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 폴리사이드 게이트전극.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 확산배리어막은,Si3N4, WNx(x=0.01∼4.0) 및 WSixNy(x=0.01∼4.0, y=0.01∼4.0)로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 폴리사이드 게이트전극.
- 반도체 기판의 선택된 표면 상에 게이트산화막을 형성하는 단계;상기 게이트산화막 상에 폴리실리콘막을 형성하는 단계;상기 폴리실리콘막 상에 확산배리어막을 형성하는 단계;상기 확산배리어막 상에 실리콘성분(Si)보다 금속성분(M)이 다량 함유된 금속실리사이드막(MSix)을 형성하는 단계;상기 금속실리사이드막 상에 하드마스크를 형성하는 단계;상기 하드마스크를 게이트전극 형태로 패터닝하는 단계; 및상기 패터닝된 하드마스크를 식각마스크로 하여 상기 금속실리사이드막, 확산배리어막 및 상기 폴리실리콘막을 순차적으로 패터닝하는 단계를 포함하고,상기 금속실리사이드막에서 실리콘성분의 조성을 나타내는 상기 x는 0보다 크고 1보다 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리사이드 게이트전극의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 금속실리사이드막은금속성분의 소스가스와 실리콘성분의 소스가스를 이용한 화학기상증착법 또는 원자층증착법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 폴리사이드 게이트전극의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 금속실리사이드막은,스퍼터 방식으로 금속막을 증착하되 실리콘이 포함된 가스를 소량 흘려주어 형성하는 것을 특징으로 하는 폴리사이드 게이트전극의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 금속실리사이드막은,금속막을 증착한 후 이온주입 내지 플라즈마 이머젼 방식을 이용하여 상기 금속막에 실리콘을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 폴리사이드 게이트전극의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 금속실리사이드막은 스퍼터방식으로 증착하는 것을 특징으로 하는 폴리사이드 게이트전극의 제조 방법.
- 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,상기 금속실리사이드막은,텅스텐부화 텅스텐실리사이드막(WSix), 코발트부화 코발트실리사이드막 (CoSix), 니켈부화 니켈실리사이드막(NiSix), 크롬부화 크롬실리사이드막(CrSi x) 및티타늄부화 티타늄실리사이드막(TiSix)로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 폴리사이드 게이트전극의 제조 방법.
- 삭제
- 제5항에 있어서,상기 확산배리어막은,Si3N4, WNx(x=0.01∼4.0) 및 WSixNy(x=0.01∼4.0, y=0.01∼4.0)로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 폴리사이드 게이트전극의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030047502A KR100988807B1 (ko) | 2003-07-12 | 2003-07-12 | 저저항 폴리사이드 게이트전극 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030047502A KR100988807B1 (ko) | 2003-07-12 | 2003-07-12 | 저저항 폴리사이드 게이트전극 및 그 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050007881A KR20050007881A (ko) | 2005-01-21 |
| KR100988807B1 true KR100988807B1 (ko) | 2010-10-20 |
Family
ID=37221192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020030047502A KR100988807B1 (ko) | 2003-07-12 | 2003-07-12 | 저저항 폴리사이드 게이트전극 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100988807B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030057554A1 (en) * | 1999-08-30 | 2003-03-27 | Gary Chen | Semiconductor structure with substantially etched nitride and/or oxynitride defects protruding therefrom |
-
2003
- 2003-07-12 KR KR1020030047502A patent/KR100988807B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030057554A1 (en) * | 1999-08-30 | 2003-03-27 | Gary Chen | Semiconductor structure with substantially etched nitride and/or oxynitride defects protruding therefrom |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20050007881A (ko) | 2005-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100220253B1 (ko) | Mosfet 제조 방법 | |
| US5840626A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| US20030139061A1 (en) | Barrier in gate stack for improved gate dielectric integrity | |
| US8008177B2 (en) | Method for fabricating semiconductor device using a nickel salicide process | |
| JPH10173177A (ja) | Ｍｉｓトランジスタの製造方法 | |
| KR100471407B1 (ko) | 폴리메탈 게이트 전극을 갖는 트랜지스터 제조 방법 | |
| KR100982420B1 (ko) | 실리사이드 박막을 갖는 반도체 소자 및 그 제조 방법 | |
| JP2002025944A (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
| KR100530431B1 (ko) | 반도체장치형성프로세스 | |
| KR100755121B1 (ko) | 전극구조체의 형성방법 및 반도체장치의 제조방법 | |
| JP2002134433A (ja) | 電極構造体及びその形成方法 | |
| JPH1167689A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| KR100988807B1 (ko) | 저저항 폴리사이드 게이트전극 및 그 제조 방법 | |
| JP3976577B2 (ja) | ゲート電極の製造方法 | |
| KR101062835B1 (ko) | 이중 하드마스크를 이용한 반도체 소자의 게이트전극 제조방법 | |
| KR100706823B1 (ko) | 티타늄나이트라이드막을 이용한 확산방지막과오믹콘택층의 동시 형성 방법 | |
| KR100482738B1 (ko) | 계면 반응이 억제된 적층 게이트전극 및 그를 구비한반도체 소자의 제조 방법 | |
| KR100846391B1 (ko) | 반도체 소자의 텅스텐 실리사이드 게이트 제조 방법 | |
| KR100806138B1 (ko) | 금속 게이트전극을 구비한 반도체소자의 제조 방법 | |
| KR100414229B1 (ko) | 티타늄나이트라이드막을 이용한 확산방지막과오믹콘택층의 동시 형성 방법 | |
| KR100806136B1 (ko) | 금속 게이트전극을 구비한 반도체소자의 제조 방법 | |
| KR100937992B1 (ko) | 게이트전극 및 그를 구비한 반도체 소자의 제조 방법 | |
| KR20020033851A (ko) | 반도체소자의 게이트전극 제조 방법 | |
| KR20030053658A (ko) | 반도체소자의 제조방법 | |
| KR100291516B1 (ko) | 반도체 소자의 게이트 전극 형성방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |