KR101035585B1 - Method for forming silicide layer in a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에서 자기 정렬 실리사이드(Self Align Silicide) 공정을 이용하여 실리사이드층을 형성하는 방법에 관한 것으로, 금속과 실리콘의 반응을 막기 위한 마스크층을 티타늄나이트라이드(TiN)와 같은 금속 질화물이나 금속으로 형성하여 미반응 금속과 동시에 제거가 가능하도록 함으로써 실리사이드층이 형성된 부분과 형성되지 않은 부분에서의 콘택홀의 깊이가 동일해지고, 식각 공정도 용이해진다.
The present invention relates to a method of forming a silicide layer using a self-aligned silicide process in a semiconductor device manufacturing process, wherein a mask layer for preventing a reaction between a metal and silicon is formed of titanium nitride (TiN). By forming a metal nitride or a metal so that it can be removed simultaneously with the unreacted metal, the depth of the contact hole in the portion where the silicide layer is formed and the portion where the silicide layer is not formed is the same, and the etching process is facilitated.
샐리사이드, 마스크층, 금속질화물, TiN, 실리사이드층 Salicide, Mask Layer, Metal Nitride, TiN, Silicide Layer
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래 반도체 소자의 실리사이드층 형성 방법을 설명하기 위한 단면도.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a silicide layer forming method of a conventional semiconductor device.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 실리사이드층 형성 방법을 설명하기 위한 단면도.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a silicide layer forming method of a semiconductor device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1, 21: 실리콘 기판 2, 22: 소자분리막1, 21:
3, 23: 게이트 산화막 4, 24: 게이트 전극3, 23: gate oxide film 4, 24: gate electrode
5, 25: 스페이서 6, 26: 접합영역5, 25:
7: 마스크 패턴 8, 28: 금속7: mask pattern 8, 28: metal
8a, 28a: 금속 실리사이드층 9, 29: 제 1 층간절연막8a and 28a:
10, 30: 제 2 층간절연막 11a, 11b, 31a, 31b: 콘택홀10, 30: second
27: 마스크층
27: mask layer
본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기 정렬 실리사이드(Self Align Silicide) 공정을 이용하는 반도체 소자의 실리사이드층 형성 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a manufacturing process of a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a silicide layer of a semiconductor device using a self-aligned silicide process.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 트랜지스터를 구성하는 게이트 전극과 접합영역의 크기 및 폭이 더욱 미세하게 감소된다. 그래서 패턴의 크기 감소로 인한 소자의 전기적 특성 저하를 방지하기 위해 게이트 전극과 접합영역의 표면에 실리사이드(Silicide)층을 형성하여 저항 성분을 감소시키는데, 실리사이드층은 금속과 실리콘의 반응을 이용한 자기 정렬 실리사이드(Self Align Silicide) 즉, 샐리사이드(Salicide) 공정으로 형성한다. 그러면 샐리사이드 공정을 이용하는 종래 반도체 소자의 제조 과정을 도 1a 내지 도 1e를 통해 설명하면 다음과 같다.As the semiconductor device is highly integrated, the size and width of the gate electrode and the junction region constituting the transistor are further reduced. Therefore, in order to prevent the deterioration of the electrical characteristics of the device due to the reduction of the size of the pattern, a silicide layer is formed on the surface of the gate electrode and the junction region to reduce the resistance component. It is formed by a suicide (Self Align Silicide), that is, a salicide (Salicide) process. The manufacturing process of the conventional semiconductor device using the salicide process will now be described with reference to FIGS. 1A to 1E.
도 1a를 참조하면, 얕은 트렌치(Shallow trench) 구조의 소자분리막(2)이 형성된 실리콘 기판(1)에 웰(Well)을 형성한 다음 실리콘 기판(1) 상에 게이트 산화막(3)과 게이트 전극(4)을 형성한다. 게이트 전극(4)의 측벽에 스페이서(5)를 형성하고 게이트 전극(4) 양측의 노출된 실리콘 기판(1)에 불순물 이온을 주입하여 접합영역(6)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a well is formed in a silicon substrate 1 on which a
도 1b를 참조하면, 샐리사이드 공정을 진행하기 위해 게이트 전극(4)과 접합영역(6)이 노출되도록 마스크 패턴(7)을 형성한 후 전체 상부면에 금속(8)을 증착 한다. 상기 마스크 패턴(7)은 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막으로 형성한다.Referring to FIG. 1B, a mask pattern 7 is formed to expose the gate electrode 4 and the
도 1c를 참조하면, 금속과 실리콘의 반응에 의해 게이트 전극(4)과 접합영역(6)의 표면에 금속 실리사이드층(8a)이 형성되도록 열처리한 후 반응하지 않고 잔류된 금속을 제거한다. 이 때 마스크 패턴(7) 상에 증착된 금속(8)은 실리콘과 반응하지 않으므로 그대로 잔류된다.Referring to FIG. 1C, heat treatment is performed such that the
도 1d를 참조하면, 형성된 금속 실리사이드층(8a)의 막질을 향상시키기 위해 열처리한 후 전체 상부면에 제 1 층간절연막(9)과 제 2 층간절연막(10)을 순차적으로 형성하고 평탄화한다. 이 후 콘택홀 형성용 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 2 및 제 1 층간절연막(10 및 9)을 순차적으로 패터닝하여 상기 접합영역(6)이 노출되도록 콘택홀(11a 및 11b)을 형성한다.Referring to FIG. 1D, after the heat treatment is performed to improve the film quality of the formed
디자인 룰이 0.35㎛급 이상인 소자에서는 패턴 간의 간격이 어느 정도 여유 있기 때문에 층간절연막을 산화막으로만 형성해도 콘택홀이 접합영역을 벗어날 확률이 낮다. 그러나 0.35㎛급 이하의 소자에서는 패턴 간의 간격이 매우 좁아지기 때문에 층간절연막을 산화막으로만 형성할 경우 콘택홀이 접합영역을 벗어나 소자분리영역을 침범할 수 있다. 이 경우 소자분리막의 손상된 부분을 통한 누설전류가 야기되어 소자의 동작에 영향을 미치게 된다. 그래서 0.35㎛급 이하의 소자에서는 도 1d와 같이 실리콘 질화막으로 제 1 층간절연막(9)을 형성하고, 산화막으로 제 2 층간절연막(10)을 형성한다. 그리고 콘택홀 형성을 위한 식각 공정을 2 단계로 나누어 실시함으로써 소자분리막(2)의 손상이 최소화되도록 한다. In devices having a design rule of 0.35 µm or more, there is a certain gap between patterns, so that even if the interlayer insulating film is formed only of an oxide film, the contact hole is unlikely to leave the junction region. However, in devices having a class of 0.35 μm or less, the spacing between patterns becomes very narrow, so that when the interlayer insulating film is formed only of an oxide film, the contact hole may break out of the junction region and invade the device isolation region. In this case, leakage current through the damaged portion of the device isolation film is caused to affect the operation of the device. Therefore, in the element of 0.35 탆 or less, the first interlayer
그러나 샐리사이드 공정을 위한 마스크 패턴(7)으로 산화막을 사용할 경우 실리사이드층이 없는 부분에 형성되는 콘택홀(11b)은 잔류된 마스크 패턴(7)에 의해 "A" 부분과 같이 하부층이 완전히 노출되지 않기 때문에 전기적 접촉 불량이 발생될 수 있다. 이러한 문제점이 발생되지 않도록 하기 위해서는 층간절연막을 과도하게 식각해야 하는데, 이 경우 도 1e의 "B" 부분과 같이 접합영역(6)과 소자분리막(2)이 손실된다. However, when the oxide layer is used as the mask pattern 7 for the salicide process, the
또한, 샐리사이드 공정을 위한 마스크 패턴(7)으로 질화막을 사용하면 잔류된 질화막 상에 또 다른 질화막이 적층되기 때문에 실리사이드층이 형성된 부분보다 단차가 높아진다. 따라서 이를 제거하기 위한 과도 식각에 의해 소자분리막의 손실이 따르게 된다.
In addition, when the nitride film is used as the mask pattern 7 for the salicide process, another nitride film is laminated on the remaining nitride film, so that the step height is higher than the portion where the silicide layer is formed. Therefore, the loss of the device isolation layer is accompanied by the excessive etching to remove this.
따라서 본 발명은 반응 부산물과 미반응 금속을 제거하는 과정에서 동시에 제거될 수 있는 금속질화물이나 금속으로 마스크층을 형성함으로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 반도체 소자의 실리사이드층 형성 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention provides a method for forming a silicide layer of a semiconductor device which can solve the above-mentioned disadvantages by forming a mask layer of metal nitride or metal which can be removed simultaneously in the process of removing reaction by-products and unreacted metal. There is a purpose.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 접합영역과 도전체 패턴이 형성된 실리콘 기판 상에 마스크층을 형성한 후 상기 접합영역 및 도전체 패턴이 노출되도록 상기 마스크층을 패터닝하는 단계와, 전체 상부면에 금속을 증착한 후 상기 금 속과 실리콘의 반응에 의해 상기 접합영역 및 도전체 패턴의 표면부에 실리사이드층이 형성되도록 열처리하는 단계와, 반응 부산물, 반응하지 않고 잔류된 금속 및 상기 마스크층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, a mask layer is formed on a silicon substrate on which a junction region and a conductor pattern are formed, and then the mask layer is patterned to expose the junction region and the conductor pattern. Depositing a metal on the substrate and heat treating the silicide layer to form a surface portion of the junction region and the conductor pattern by the reaction between the metal and the silicon; and a reaction by-product, the metal remaining unreacted, and the mask layer. Characterized in that it comprises a step of removing.
상기 마스크층은 상기 반응 부산물, 반응하지 않고 잔류된 금속과 동시에 제거가 가능한 물질로 형성하며, 상기 물질은 금속질화물이나 금속인 것을 특징으로 한다.The mask layer is formed of the reaction by-product, a material that can be removed simultaneously with the remaining metal without reacting, and the material is metal nitride or metal.
상기 반응 부산물, 반응하지 않고 잔류된 금속 및 마스크층은 SC-1 또는 SC-2 용액으로 제거하거나, SC-1 및 SC-2 용액을 순차적으로 사용하여 제거하는 것을 특징으로 한다.
The reaction by-products, unreacted metals and mask layers are removed by SC-1 or SC-2 solutions, or by using SC-1 and SC-2 solutions sequentially.
그러면 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 실리사이드층 형성 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a silicide layer forming method of a semiconductor device according to exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 실리사이드층 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a silicide layer forming method of a semiconductor device according to the present invention.
도 2a를 참조하면, 얕은 트렌치 구조의 소자분리막(22)이 형성된 실리콘 기판(21)에 웰을 형성한 다음 실리콘 기판(21) 상에 게이트 산화막(23)과 게이트 전극(24)을 형성한다. 게이트 전극(24)의 측벽에 스페이서(25)를 형성하고 게이트 전극(24) 양측의 노출된 실리콘 기판(21)에 불순물 이온을 주입하여 접합영역(26)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, a well is formed in a
도 2b를 참조하면, 샐리사이드 공정을 진행하기 위해 전체 상부면에 마스크 층(27)을 형성한 후 실리사이드층이 형성될 부분 즉, 게이트 전극(24)과 접합영역(26)이 노출되도록 마스크층(27)을 패터닝한다. 이 후 HF 계열의 용액을 이용하여 노출된 표면에 성장된 자연산화막을 제거하고 전체 상부면에 코발트(Co), 티타늄(Ti) 등과 같은 금속(28)을 증착한다.Referring to FIG. 2B, after the
상기 마스크층(27)은 화학기상증착(CVD) 또는 스퍼터링(Sputtering) 방법으로 티타늄 나이트라이드(TiN)와 같은 금속질화물이나 금속을 10 내지 500Å의 두께로 증착하여 형성한다.The
도 2c를 참조하면, 열처리를 실시하여 게이트 전극(24)과 접합영역(26)의 표면에 금속 실리사이드층(28a)이 형성되도록 한다. 이 때 마스크층(27)이 없는 부분에는 금속(28)과 실리콘의 반응에 의해 금속 실리사이드층(28a)이 형성되지만, 마스크층(27)이 잔류된 부분에서는 반응이 일어나지 않으므로 금속(28)이 그대로 잔류된다. 따라서 반응 부산물, 반응하지 않고 잔류된 금속(28) 및 마스크층(27)을 제거한다.Referring to FIG. 2C, the
상기 반응 부산물, 반응하지 않고 잔류된 금속(28)은 암모니아수(NH4OH)와 과산화수소수(H2O2)의 혼합 용액인 SC-1(Standard Cleaning-1) 또는 염산(HCl)과 과산화수소수(H2O2)의 혼합 용액인 SC-2(Standard Cleaning-2) 용액이나, SC-1 및 SC-2 용액을 순서에 관계없이 순차적으로 이용하면 제거할 수 있다. 또한, 상기 마스크층(27)으로 사용된 티타늄나이트라이드(TiN)는 암모니아수(NH4OH)가 포함된 용액 즉, SC-1 또는 SC-2 용액을 이용한 습식이나 건식 식각으로 제거할 수 있다. 따라 서 마스크층(27)으로 티타늄나이트라이드(TiN) 박막을 이용하면 SC-1 또는(및) SC-2 용액을 순서에 관계없이 순차적으로 이용하여 반응 부산물, 반응하지 않고 잔류된 금속(28) 및 마스크층(27)을 한번의 공정으로 제거할 수 있다.The reaction by-product, the metal remaining without reaction (28) is SC-1 (Standard Cleaning-1) or hydrochloric acid (HCl) and hydrogen peroxide solution which is a mixed solution of aqueous ammonia (NH 4 OH) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) It can be removed by using SC-2 (Standard Cleaning-2) solution, which is a mixed solution of (H 2 O 2 ), or SC-1 and SC-2 solutions sequentially in any order. In addition, titanium nitride (TiN) used as the
도 2d를 참조하면, 형성된 금속 실리사이드층(28a)의 막질을 향상시키기 위해 반응 부산물, 반응하지 않고 잔류된 금속(28) 및 마스크층(27)을 동시에 제거한 후 전체 상부면에 제 1 층간절연막(29)과 제 2 층간절연막(30)을 순차적으로 형성하고 평탄화한다. 콘택홀 형성용 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 2 및 제 1 층간절연막(30 및 29)을 순차적으로 패터닝하여 콘택홀(31a 및 31b)을 형성한다. Referring to FIG. 2D, the reaction by-products, the unreacted metals 28 and the
본 발명은 금속과 실리콘의 반응을 막기 위한 마스크층(27)을 금속질화물이나 금속으로 형성함으로써 미반응 금속과 동시에 제거가 가능하도록 한다. 따라서 실리사이드층이 형성된 부분과 형성되지 않은 부분에서의 콘택홀(31a 및 31b)의 깊이가 동일해지고, 식각 공정도 용이해진다. 또한, 상기 마스크층(27)으로 사용되는 티타늄 나이트라이드(TiN)는 HF 계열의 용액에서는 거의 식각되지 않으므로 자연산화막을 제거하는 과정에서 손실이 발생되지 않으며, 두께를 얇게 형성할 수도 있다.
According to the present invention, the
상술한 바와 같이 본 발명은 금속과 실리콘의 반응을 막기 위한 마스크층을 티타늄나이트라이드(TiN)와 같은 금속질화물이나 금속으로 형성하여 미반응 금속과 동시에 제거가 가능하도록 함으로써 실리사이드층이 형성된 부분과 형성되지 않은 부분에서 동일한 깊이의 콘택홀이 형성될 수 있으며 식각 공정도 용이해진다.
As described above, the present invention forms a mask layer for preventing the reaction between the metal and silicon by forming a metal nitride or metal such as titanium nitride (TiN) to be removed at the same time as the unreacted metal, thereby forming a portion with the silicide layer formed thereon. Contact holes of the same depth may be formed in the portion that is not, and the etching process is facilitated.
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2003
- 2003-07-03 KR KR1020030044935A patent/KR101035585B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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JPH07335588A (en) * | 1994-06-14 | 1995-12-22 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
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