KR101073133B1 - Method for fabrication of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 플러그 형성시 고단차인 미세 오픈부 저면에서 콘택 저항의 균일도를 개선할 수 있으며 누설전류를 방지할 수 있는 반도체 소자 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 실리콘을 함유하는 전도막 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 전도막을 노출시키는 오픈부를 형성하는 단계; 상기 오픈부 저면의 식각 레지듀와 자연 산화막을 제거하는 단계; H2와 Ar으로 운반되는 실리콘 함유 화합물을 번갈아 노출시켜 상기 오픈부가 형성된 프로파일을 따라 비정질 실리콘막을 형성하는 단계; 상기 비정질 실리콘막 상에 티타늄막과 금속 질화막을 형성하는 단계; 및 상기 금속 질화막 상에 금속막을 증착하여 상기 오픈부를 매립하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법을 제공한다.
The present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can improve the uniformity of the contact resistance at the bottom of the micro-opening part, which is a high step when forming a metal plug, and can prevent a leakage current. Forming an insulating film on the conductive film; Selectively etching the insulating film to form an open portion exposing the conductive film; Removing the etch residue and the native oxide layer on the bottom of the open portion; Alternately exposing the silicon-containing compound carried to H 2 and Ar to form an amorphous silicon film along the profile of the open portion; Forming a titanium film and a metal nitride film on the amorphous silicon film; And depositing a metal film on the metal nitride film to fill the open part.

오믹층, 티타늄(Ti), 실리사이드, 비정질 실리콘막, 버퍼층, 콘택, 플러그. Ohmic layer, titanium (Ti), silicide, amorphous silicon film, buffer layer, contact, plug.

Description

반도체 소자 제조 방법{METHOD FOR FABRICATION OF SEMICONDUCTOR DEVICE} Semiconductor device manufacturing method {METHOD FOR FABRICATION OF SEMICONDUCTOR DEVICE}             

도 1a 내지 도 1c는 종래기술인 미국특허공고 6,255,209호에 따른 금속 플러그 형성 공정을 도시한 단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a metal plug forming process according to US Pat. No. 6,255,209.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 금속 플러그 형성 공정을 도시한 단면도.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a metal plug forming process according to an embodiment of the present invention.

도 3은 단결정 실리콘 기판 상에 PECVD 방식으로 100Å의 Ti막을 증착시 온도에 따른 표면 거칠기를 웨이퍼의 중앙과 에지에 대해 비교 도시한 그래프.FIG. 3 is a graph showing surface roughness versus temperature of a wafer with respect to a temperature when a 100 nm Ti film is deposited by PECVD on a single crystal silicon substrate.

도 4는 도 3에 해당하는 온도에 따른 표면 거칠기를 비교 도시한 SEM 사진.Figure 4 is a SEM photograph showing the comparison of the surface roughness according to the temperature corresponding to FIG.

도 5는 단결정 실리콘 기판 상에 비정질 완충막 유무에 따른 50Å의 PECVD 방식에 의한 Ti막의 증착 및 열처리 후의 표면 변화를 비교 도시한 사진.FIG. 5 is a photograph showing a comparison of surface changes after deposition and heat treatment of a Ti film by a 50 kV PECVD method with or without an amorphous buffer film on a single crystal silicon substrate. FIG.

도 6은 오픈부 하부 실리콘 기판 상의 100Å의 PECVD 방식에 의한 Ti막의 증착 열처리에 따른 본 발명과 종래기술의 실리사이드 계면 거칠기/균일도 차이를 비교 도시한 TEM 사진.
Figure 6 is a TEM photograph showing the difference between the silicide interface roughness / uniformity of the present invention and the prior art according to the deposition heat treatment of the Ti film by the 100CVD PECVD method on the lower silicon substrate.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

200 : 실리콘 기판 201 : 확산층 200: silicon substrate 201: diffusion layer                 

202 : 절연막 203 : 전도막202: insulating film 203: conductive film

204 : 스페이서 205 : 층간절연막204 spacer 205 interlayer insulating film

207a : 금속 실리사이드 208 : Ti막207a: metal silicide 208: Ti film

209 : 질화막 210 : 금속막
209: nitride film 210: metal film

본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로 특히, 반도체 소자의 미세 콘택 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a fine contact of a semiconductor device.

반도체 소자의 초고집적화가 진행됨에 따라 제작하는 디자인 룰(Design rule)이 계속적으로 감소한다. 이에 따라 고단차의 0.5㎛ 크기의 콘택을 포함하거나 표면 상에 단차가 큰 요철 형상이 있는 반도체 소자 구성층을 매립 또는 일정 두께로 균일하게 피복하여 소자 특성 및 신뢰성을 확보하기 위해서는 양질의 박막 특성과 우수한 단차 피복성이 요구된다. As ultra-high integration of semiconductor devices proceeds, design rules that are manufactured continue to decrease. Accordingly, in order to secure device characteristics and reliability by embedding or uniformly coating a semiconductor device component layer having a high stepped 0.5 μm size contact or a concave-convex shape with a large step height on the surface to secure device characteristics and reliability, Excellent step coverage is required.

특히, 여러가지 반도체 소자 예컨대, 메모리(Memory), 로직(Logic), 머지드 디램(Merged DRAM) 또는 콘트롤 회로(Control circuit) 등의 내에 콘택을 통한 배선 형성시, 저항이 가장 높은 실리콘 기판과의 접촉되는 바닥에서 누설전류 최소화와 함께 낮고 균일한 콘택 저항 확보가 우수한 특성의 반도체 소자의 제조에 있어서 필수 요소이다. In particular, contact with the silicon substrate having the highest resistance when wiring is formed through a contact in various semiconductor devices such as memory, logic, merged DRAM, or control circuit. Minimizing leakage current at the bottom and securing low and uniform contact resistance are essential elements in the fabrication of semiconductor devices with excellent characteristics.                         

많은 기능 소자드을 콘택을 통해 연결하는 금속 배선 증착시 콘택 저항을 낮추기 위한 오믹층(Ohmic layer)으로 티타늄(Ti)을 물리기상증착(Physical Vapor Deposition) 방식을 이용하여 증착하였다.Titanium (Ti) was deposited using a physical vapor deposition method as an ohmic layer for lowering the contact resistance during the deposition of metal wires connecting many functional devices through contacts.

그러나, 고단차를 갖는 콘택의 미세화가 가속화됨에 따라 콘택 저면에서의 단차 피복성이 불량하여 낮은 콘택 저항의 안정적 확보가 불가능하다.However, as the miniaturization of a contact having a high step is accelerated, the step coverage at the bottom of the contact is poor, making it difficult to secure a low contact resistance.

이를 개선하기 위해 현재 적용 및 평가 중에 있는 플라즈마 화학기상증착(Plasma Ehhanced Chemical Vapor Deposition; 이하 PECVD라 함) 방식은, 증착된 박막 내의 염소와 같은 금속 배선의 신뢰성을 열화시키거나 비저항을 증가시키는 불순물을 감소시키기 위해 600℃ 이상의 고온에서 증착한다.In order to improve this, the Plasma Ehhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) method, which is currently being applied and evaluated, is used to remove impurities that degrade the reliability or increase the resistivity of metal wiring such as chlorine in the deposited thin film. Deposit at high temperature of 600 ° C. or higher to reduce.

특히, 실리콘이 노출된 콘택 저면에 Ar/NF3 등의 고밀도 플라즈마를 이용한 식각으로 자연 산화막을 제거한 후 연속으로 티타늄이 증착되면 반응이 진행되어 바로 TiSi2 등의 티타늄 실리사이드가 형성된다. 그 후 장벽층을 증착하고 W, Al 또는 Cu 등의 비저항이 낮은 금속으로 콘택 오픈 영역을 매립한다.Particularly, when titanium is deposited continuously after the removal of the natural oxide layer by etching with a high density plasma such as Ar / NF 3 on the bottom of the silicon-exposed contact, the reaction proceeds to form titanium silicide such as TiSi 2 . The barrier layer is then deposited and the contact open region is filled with a low resistivity metal, such as W, Al or Cu.

이 때, 형성된 실리사이드는 단결정인 실리콘 기판에서 급격히 반응이 진행되어 실리사이드 계면 요철이 수직 및 수평 방향으로 불균일하게 심해짐에 따라 이온 주입된 확산층 깊이(Junction depth) 감소 및 콘택 영역과 확산층과의 경계 부분의 거리가 짧은 소자에서 누설전류 증가를 유발할 수 있다. 또한, 실리사이드 두께가 지나치게 증가되는 부분에서는 확산층에 주입되어 있는 P+ 영역의 보론(B) 이온들을 퍼내는 현상(Plowing)이 발생하여 균일한 콘택 저면의 상태와 다르게 콘택 저항의 급격한 증가가 일어나 콘택 저항 균일도를 악화시킨다.At this time, the formed silicide reacts rapidly on a single crystal silicon substrate, and the silicide interface irregularities become unevenly severe in the vertical and horizontal directions, thereby decreasing the depth of ion implanted implantation and the boundary between the contact region and the diffusion layer. Shorter distances may cause an increase in leakage current. In addition, in the part where the silicide thickness is excessively increased, plowing of boron (B) ions in the P + region injected into the diffusion layer occurs, causing a sharp increase in contact resistance unlike a state of a uniform contact bottom. Worsen uniformity.

미국특허공고 6,255,209호에서는, Ti와 Si 전구체 및 H2의 3가지 반응 가스를 동시에 반응실로 유입하여 CVD 방식으로 티타늄 실리사이드를 형성하는 기술이 개시되어 있다.In U.S. Patent No. 6,255,209, a technique is disclosed in which three reactive gases, Ti, Si precursor, and H 2 are simultaneously introduced into a reaction chamber to form titanium silicide by CVD.

도 1a 내지 도 1c는 종래기술인 미국특허공고 6,255,209호에 따른 금속 플러그 형성 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 종래의 금속 플러그 형성 공정을 살펴 본다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a metal plug forming process according to US Pat. No. 6,255,209, which is a prior art, with reference to this.

도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(100) 상에 불순물 이온주입 등을 확산층(101)을 형성한 다음, 절연막(102)와 전도막(103)이 적층되고 그 측면에 스페이서(104)를 갖는 도전패턴을 형성한다.As shown in FIG. 1A, the diffusion layer 101 is formed by implanting impurity ions or the like on the silicon substrate 100, and then the insulating film 102 and the conductive film 103 are stacked and spacers 104 are disposed on the side surfaces thereof. A conductive pattern is formed.

여기서, 도면부호 '102'가 절연막일 경우 도전패턴은 게이트 전극을 포함하는 것이고, 전도성 막일 경우에는 금속배선, 비트라인 등을 포함할 것이며, 전도막(103)으로는 폴리실리콘막을 그 예로 들 수 있다.Here, when reference numeral 102 is an insulating film, the conductive pattern includes a gate electrode, and in the case of a conductive film, the conductive pattern may include a metal wiring, a bit line, and the like, and the conductive film 103 may be a polysilicon film. have.

도전패턴과 활성층(101)이 형성된 전면에 층간절연막(110)을 형성한 다음, 활성층(101) 또는 전도막(103)과의 콘택을 위해 층간절연막(110)을 선택적으로 식각하여 활성층(101)과 전도막(103)을 노출시키는 오픈부(105)을 형성한다. The interlayer insulating film 110 is formed on the entire surface where the conductive pattern and the active layer 101 are formed, and then the interlayer insulating film 110 is selectively etched to contact the active layer 101 or the conductive film 103. And an open portion 105 exposing the conductive film 103.

이어서, 유연 식각을 실시한 다음, 오픈부(105)가 형성된 프로파일을 따라 Ti막(106)을 증착한다. 이 때, 단결정인 실리콘 기판(100)과 Ti가 반응하여 활성층(101) 표면에 실리사이드(107)가 형성된다. Subsequently, after the flexible etching, the Ti film 106 is deposited along the profile in which the open portion 105 is formed. At this time, the silicon substrate 100, which is a single crystal, and Ti react with each other to form silicide 107 on the surface of the active layer 101.                         

이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, Ti막(106) 상에 TiN 등의 금속 질화막(108)을 형성한 다음, 도 1c에 도시된 바와 같이 전면에 금속막(109)을 증착하여 오픈부(105)을 매립한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, a metal nitride film 108 such as TiN is formed on the Ti film 106, and then a metal film 109 is deposited on the entire surface as shown in FIG. Landfill 105).

한편, 이 경우에는 티타늄 증착시 발생하는 콘택 저면에서의 급격한 불균일 반응은 방지되나, 반응성이 좋은 SiH4 및 금속 반응 가스와 환원제를 동시에 반응실 내로 유입함에 따라 기상에서 반응이 진행되어 미립자를 형성하므로, 다량의 입자가 기판 상에 떨어져 브릿지(Bridge) 및 오픈성 불량 발생을 유발하여 수율 저하의 주요인이 된다. 따라서, 대량 생산을 위해 미립자 발생 최소화는 반도체 소자 미세화가 가속되고 있는 현재의 추세에서 절대적으로 만족되어야 하는 박막 증착 공정 기술의 필요 조건이다.On the other hand, in this case, a sudden uneven reaction at the bottom of the contact generated during the deposition of titanium is prevented, but the reaction proceeds in the gas phase as the reactive SiH 4 and the metal reactant gas and the reducing agent are simultaneously introduced into the reaction chamber to form fine particles. In addition, a large amount of particles fall on the substrate, causing bridging and poor openness, which is a major factor in yield reduction. Thus, minimizing particulate generation for mass production is a requirement for thin film deposition process technology that must be absolutely satisfied in the current trend of semiconductor device miniaturization being accelerated.

종래에 사용된 실리사이드 형성 공정으로 N+(As, 비소)/P+(B, 보론)를 포함하는 다결정 실리콘 또는 단결정 기판내의 확산층 가운데 비소가 주입된 부분에서 실리사이드 형성 반응이 지연되어 콘택 저항과 실리사이드 저항이 증가한다. In the conventional silicide formation process, the silicide formation reaction is delayed at the arsenic-implanted portion of the diffusion layer in the polycrystalline silicon or single crystal substrate containing N + (As, arsenic) / P + (B, boron) and thus the contact resistance and silicide resistance are increased. Increases.

이를 방지하기 위해 티타늄 증착 전에 비소를 전면에 이온주입하여 비정질층을 형성한 후 티타늄을 증착하여 N+/P+ 실리콘 상에서 진행되는 실리사이드 형성과 균일도를 증진시키는 방법이 제시되었다[I. Sakai, H. Kawaguchi, T. Harashima, L.E.G. Johnson and K. Okabe, "A new salicide process(PASET) for sub-falf micron CMOS" 1992 Symp. VLSI Technol. Dig. Tech. Papers, IEEE New York, p66, 1992. 참조]. In order to prevent this problem, a method of improving the uniformity and silicide formation on N + / P + silicon by forming an amorphous layer by implanting arsenic on the front surface before deposition of titanium and then depositing titanium [I. Sakai, H. Kawaguchi, T. Harashima, L.E.G. Johnson and K. Okabe, "A new salicide process (PASET) for sub-falf micron CMOS" 1992 Symp. VLSI Technol. Dig. Tech. Papers, IEEE New York, p66, 1992.].                         

이 경우 비소를 추가하는 이온 주입 공정이 추가되므로 생상성 저하가 일어나며, 보론이 주입된 P+ 영역을 포함하여 전면에 비소를 주입하면 보론과 만나 전기적으로 중화 현상이 일어나 확산층의 저항 증가를 유발하는 문제점이 발생된다.
In this case, an ion implantation process that adds arsenic is added, resulting in a decrease in productivity, and when arsenic is injected into the front surface including the P + region in which boron is injected, it is electrically neutralized with boron, causing an increase in resistance of the diffusion layer. Is generated.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명은, 금속 플러그 형성시 고단차인 미세 오픈부 저면에서 콘택 저항의 균일도를 개선할 수 있으며 누설전류를 방지할 수 있는 반도체 소자 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention proposed to solve the problems of the prior art as described above, can provide a semiconductor device manufacturing method that can improve the uniformity of the contact resistance at the bottom of the micro-opening part of the high step when forming the metal plug and can prevent the leakage current It is for that purpose.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 실리콘을 함유하는 전도막 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 전도막을 노출시키는 오픈부를 형성하는 단계; 상기 오픈부 저면의 식각 레지듀와 자연 산화막을 제거하는 단계; H2와 Ar으로 운반되는 실리콘 함유 화합물을 번갈아 노출시켜 상기 오픈부가 형성된 프로파일을 따라 비정질 실리콘막을 형성하는 단계; 상기 비정질 실리콘막 상에 티타늄막과 금속 질화막을 형성하는 단계; 및 상기 금속 질화막 상에 금속막을 증착하여 상기 오픈부를 매립하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming an insulating film on a conductive film containing silicon; Selectively etching the insulating film to form an open portion exposing the conductive film; Removing the etch residue and the native oxide layer on the bottom of the open portion; Alternately exposing the silicon-containing compound carried to H 2 and Ar to form an amorphous silicon film along the profile of the open portion; Forming a titanium film and a metal nitride film on the amorphous silicon film; And depositing a metal film on the metal nitride film to fill the open part.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 실리콘을 함유하는 전도막 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 전도막을 노출시키는 오픈부를 형성하는 단계; 상기 오픈부 저면의 식각 레지듀와 자연 산화막을 제거하는 단계; H2와 Ar으로 운반되는 아세닉 함유 화합물을 번갈아 노출시켜 상기 오픈부가 형성된 프로파일을 따라 아세닉 수소 화합물 박막을 형성하는 단계; H2와 Ar으로 운반되는 실리콘 함유 화합물을 번갈아 노출시켜 상기 아세닉 수소 화합물 박막 상에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계;상기 비정질 실리콘막 상에 티타늄막과 금속 질화막을 형성하는 단계; 및 상기 금속 질화막 상에 금속막을 증착하여 상기 오픈부를 매립하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법을 제공한다.
In addition, to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming an insulating film on a conductive film containing silicon; Selectively etching the insulating film to form an open portion exposing the conductive film; Removing the etch residue and the native oxide layer on the bottom of the open portion; Alternating exposing the acetic containing compound carried to H 2 and Ar to form an acetic hydrogen compound thin film along the profile of the open portion; Alternately exposing the silicon-containing compound to be transported to H 2 and Ar to form an amorphous silicon film on the thin film of the hydrogen hydrogen compound; forming a titanium film and a metal nitride film on the amorphous silicon film; And depositing a metal film on the metal nitride film to fill the open part.

본 발명은, 단차물이 형성된 기판 상에 있는 고단차 콘택 저면에 있는 자연 산화막을 제거하기 위하여 개발하여 적용되어 온, 직진성과 유연 식각(Soft etch)이 가능한 고밀도 플라즈마 발생 장치가 장착된 반응실에서 산화막을 제거한다.The present invention is a reaction chamber equipped with a high density plasma generator capable of straightness and soft etching, which has been developed and applied to remove a natural oxide film on the bottom of a high step contact on a stepped substrate. Remove the oxide film.

종래기술들에서 나타난 문제를 개선하기 위하여 연속으로 화학 증착실로 기판을 옮겨 일정 온도 이하로 유지하며 수소와 실리콘 화합물(SiH4, Si2H6 등)을 비활성 운반 가스인 Ar 등으로 함께 단계적으로 반응실에 유입하여 저압을 유지하며, 기판 표면과 콘택 내에 균일한 단차 피복성을 갖는 비정질 실리콘층을 증착하여 고온에서 증착됨에 따라 동시에 진행되는 티타늄 실리사이드의 형성을 방지하는 완충막을 증착한다. 이 때 실리사이드 형성 중에 1차적으로 완충막을 소모한 후 비정질 실리콘층을 증착하기 전에 하부의 단결정 실리콘과 반응시 균일성을 더욱 개선하기 위하여 아세닉 하이드라이드(AsH3)를 노출하여 AsHx 층을 형성할 수 있다.In order to improve the problems presented in the prior arts, the substrate is continuously transferred to the chemical vapor deposition chamber and kept below a certain temperature, and hydrogen and silicon compounds (SiH 4 , Si 2 H 6, etc.) are reacted step by step together with Ar, an inert carrier gas. A buffer film is deposited to maintain a low pressure by depositing an amorphous silicon layer having a uniform step coverage in the surface of the substrate and the contact to prevent the formation of titanium silicide that proceeds simultaneously as it is deposited at a high temperature. At this time, before the buffer layer is first consumed during silicide formation, before the deposition of the amorphous silicon layer, an asce hydride (AsH 3 ) may be exposed to form an AsHx layer in order to further improve the uniformity when reacting with the lower single crystal silicon. Can be.

단결정 기판의 경우 확산층 형성을 위한 이온주입에 의해 표면 바로 아래에 비정질층이 수 모노레이어의 원자층으로 형성되나, 다른 곳은 결정성을 유지하므로 특정한 결정 방향에서 대분분의 실리콘이 공급되므로 균일도가 크게 차이가 난다, 그러나, 비정질 실리콘층이 완충막의 기능을 하는 이유는 실리사이드 형성에 필요한 실리콘 원자 공급이 모든 방향에서 균일하게 일어나며, 하부의 단결정 기판에서 반응이 진행될 때 완충막에서 확산되어 1차 형성된 실리사이드 내에 있는 실리콘 원자가 확산하여 반응에 참여하기 때문이다.In the case of a single crystal substrate, an amorphous layer is formed as an atomic layer of several monolayers just below the surface by ion implantation for forming a diffusion layer, but since the other part maintains crystallinity, a large amount of silicon is supplied in a specific crystal direction so that uniformity However, the reason why the amorphous silicon layer functions as a buffer film is that the supply of silicon atoms necessary for silicide formation occurs uniformly in all directions, and when the reaction proceeds on the lower single crystal substrate, it is diffused from the buffer film and formed first. This is because silicon atoms in the silicide diffuse and participate in the reaction.

또한, 콘택 저항을 낮게 안정화시키는데 N+ 콘택 저항은 Ti/Si의 계면에서 최소의 반응이 일어나면 낮은 접촉 저항 확보가 가능하다. 따라서, 완충막의 두께는 그 위에 증착되는 Ti 두께 및 온도와 완충막 하부의 단결정 기판의 P+ 영역의 콘택 저면에서 형성되어야 하는 실리사이드 두께를 고려하여 결정하면 낮고 균일한 콘택 저항을 가지며, 누설전류를 최소화할 수 있다.
In addition, the contact resistance is stabilized low, the N + contact resistance can ensure a low contact resistance when a minimum reaction occurs at the Ti / Si interface. Therefore, the thickness of the buffer film is low and uniform when it is determined in consideration of the Ti thickness and temperature deposited thereon and the silicide thickness to be formed on the contact bottom of the P + region of the single crystal substrate under the buffer film, and minimizes leakage current. can do.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can more easily implement the present invention.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 금속 플러그 형성 공정을 도 시한 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 금속 플러그 형성 공정을 살펴 본다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a metal plug forming process according to an embodiment of the present invention, with reference to this, a metal plug forming process of the present invention will be described.

도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(200) 상에 불순물 이온주입 등을 확산층(201)을 형성한 다음, 절연막(202)와 전도막(203)이 적층되고 그 측면에 스페이서(204)를 갖는 도전패턴을 형성한다.As shown in FIG. 2A, the diffusion layer 201 is formed on the silicon substrate 200 by implanting impurity ions, and then the insulating film 202 and the conductive film 203 are stacked, and a spacer 204 is disposed on the side thereof. A conductive pattern is formed.

여기서, 도면부호 '202'가 절연막일 경우 도전패턴은 게이트 전극을 포함하는 것이고, 전도성 막일 경우에는 금속배선, 비트라인 등을 포함할 것이며, 전도막(203)으로는 폴리실리콘막을 그 예로 들 수 있다.Here, when reference numeral 202 is an insulating film, the conductive pattern includes a gate electrode, and in the case of a conductive film, the conductive pattern may include metal wiring, a bit line, and the like, and the conductive film 203 may be a polysilicon film. have.

도전패턴과 활성층(201)이 형성된 전면에 층간절연막(205)을 형성한 다음, 활성층(201) 또는 전도막(203)과의 콘택을 위해 층간절연막(205)을 선택적으로 식각하여 활성층(201)과 전도막(203)을 노출시키는 오픈부(206)을 형성한다. The interlayer insulating film 205 is formed on the entire surface where the conductive pattern and the active layer 201 are formed, and then the interlayer insulating film 205 is selectively etched for contact with the active layer 201 or the conductive film 203, thereby forming the active layer 201. And an open portion 206 exposing the conductive film 203.

이어서, 유연 식각을 실시한 다음, 오픈부(206)가 형성된 프로파일을 따라 비정질 실리콘막(207)을 형성한다. 도 2a의 공정을 이하에서 보다 상세하게 살펴 본다.Subsequently, after the flexible etching, an amorphous silicon film 207 is formed along the profile in which the open portion 206 is formed. The process of Figure 2a is described in more detail below.

0.25㎛ 이하의 직경을 갖는 고단차의 콘택 영역에서 나타나는 종래기술들의 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 반도체 소자 및 단차물이 형성된 실리콘 기판 상에 여러가지 소자 부분을 금속 배선으로 연결하기 위하여 사진 및 건식 공정으로 단차물을 통한 오픈부(206)를 형성한 후, 습식 식각 예컨대, 5분 동안의 H2SO4 세정 및 90초 동안의 200:1로 희석된 HF를 이용한 식각 공정으로 오픈부(206) 저면의 자연 산화막 및 유기물을 1차 제거한다. A method for solving the problems of the prior arts appearing in a high stepped contact region having a diameter of 0.25 μm or less, and a photo and dry process for connecting various device parts by metal wiring on a silicon substrate on which a semiconductor device and step are formed. After forming the open portion 206 through the step, the wet portion, for example, H 2 SO 4 cleaning for 5 minutes, and the open portion 206 by the etching process using HF diluted to 200: 1 for 90 seconds. Natural oxide film and organic matter on the bottom are removed first.

그 후, 집적형(Cluster) 장비로 이동하여 1단계로 단차물이 형성된 기판(200) 상에 있는 고단차 오픈부(206)의 전면에 다시 형성된 자연 산화막을 제거하기 위하여 ICP(Inductively Coupled Plasma) 또는 ECR(Electron Cylcotron Resonance) 등과 같은 고밀도 플라즈마 발생 장치가 장착된 반응실에서 Ar/XeFe2 (예컨대, 50Å/분 미만의 속도로 ) 또는 SF6 및 NF3와 같은 플루오린 화합물의 혼합 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하여 자연 산화막을 우선 제거한다.Subsequently, in order to remove the natural oxide film formed on the front of the high step opening 206 on the substrate 200 on which the step is formed in one step by moving to an integrated device, an ICP (Inductively Coupled Plasma) Or using a mixed gas of Ar / XeFe 2 (eg, at a rate of less than 50 mA / min) or fluorine compounds such as SF 6 and NF 3 in a reaction chamber equipped with a high density plasma generator such as ECR (Electron Cylcotron Resonance) To form a plasma to remove the native oxide film first.

이 때, 균일한 저저항 티타늄 실리사이드를 형성하는데 필요한 비정질막을 오픈부의 저면에 추가 형성하기 위하여 플루오린 화합물만 공급을 중단하고 Ar(아르곤)만으로 플라즈마를 형성하여, 실리콘 기판에는 바이어스를 인가하여 이온의 직진성을 증진시켜 오픈부 저면 표면의 실리콘 결정을 가속된 Ar 이온들의 물리적 충돌에 의한 비정질층의 추가 형성이 가능하다. At this time, in order to form an amorphous film necessary to form a uniform low-resistance titanium silicide at the bottom of the open portion, supplying only the fluorine compound is stopped and plasma is formed only with Ar (argon). Promoting linearity allows the silicon crystals on the bottom surface of the open portion to further form an amorphous layer by physical collisions of accelerated Ar ions.

그러나, 물리적 충돌에 의해 오픈부 저면에 형성 가능한 두께는 수십 원자층 이하이므로 생산성을 높게 유지할 수 있도록 인가 전압과 시간을 적절히 조절하거나 생략한다.However, since the thickness that can be formed on the bottom of the open portion by physical collision is tens of atomic layers or less, the applied voltage and time are appropriately adjusted or omitted so as to maintain high productivity.

2단계로 대기 노출없이 연속으로 화학 증착실로 기판(200)을 옮겨 일정 온도(예컨대, 280℃ ∼ 480℃ 또는 500℃ 이하)로 유지하고 수소와 1slm이하의 비활성 가스인 Ar을 캐리어 가스로 이용하여 SiH4 또는 Si2H6 등의 실리콘 화합물을 5SCCM ∼ 60SCCM 사용하여 'SiH4의 온 및 오프 → H2의 온 및 오프'를 단계적으로 반복하여 반응실에 유입하여 10Torr 이하의 저압을 유지하며, 기판(200) 표면과 오 픈부(206) 내에 균일한 단차 피복성을 갖는 비정질 실리콘막(207)을 증착하여 고온에서 증착됨에 따라 동시에 진행되는 티타늄 실리사이드의 뷸균일 형성을 방지하는 완충막을 형성하게 된다.The substrate 200 is continuously transferred to the chemical vapor deposition chamber in two steps without exposure to the atmosphere, and is maintained at a predetermined temperature (for example, 280 ° C to 480 ° C or 500 ° C or less), and hydrogen and an inert gas of 1 slm or less are used as a carrier gas. Using silicon compounds such as SiH 4 or Si 2 H 6 , 5SCCM to 60SCCM, repeatedly turning on and off SiH 4 to on and off of H 2 stepping into the reaction chamber to maintain a low pressure of 10 Torr or less. The amorphous silicon film 207 having a uniform step coverage on the surface of the substrate 200 and the open portion 206 is deposited to form a buffer film that prevents the uneven formation of titanium silicide that proceeds simultaneously as it is deposited at a high temperature. .

이 때, 증착 온도가 500℃ 이하로 제한된 이유는 다결정 실리콘이 증착되는 것을 방지하기 위함이며, 통상의 CVD 방식과 달리 하나씩 단계적으로 반응 가스들의 주입을 반복하는 것은 하부에서 전달되는 열로 인해 기상에서 반응이 일어나 미립자가 생성되는 것을 방지하기 위한 것이다.At this time, the reason why the deposition temperature is limited to 500 ° C. or less is to prevent the deposition of polycrystalline silicon. Unlike the conventional CVD method, the injection of the reaction gases step by step is not performed in the gas phase due to the heat transferred from the bottom. This is to prevent the occurrence of fine particles.

기판(200) 상에서 일어나는 비정질 실리콘막(207)의 증착 과정은 SiH4 가스를 사용하는 경우를 보면 하기의 반응식1과 같다.The deposition process of the amorphous silicon film 207 that occurs on the substrate 200 is as in Scheme 1 below using SiH 4 gas.

+ 기상반응 : SiH4 → SiH3 + 2H2(g)+ Gas phase reaction: SiH 4 → SiH 3 + 2H 2 (g)

+ 기판 표면 반응 : SiH4 & SiH3 + H2(g) ↔ a-SiHx(s) + 2H 2(g)
+ Substrate surface reaction: SiH 4 & SiH 3 + H 2 (g) ↔ a-SiHx (s) + 2H 2 (g)

여기서, 'a'는 비정질(Amorphous)를 나타내고, 's'는 고체(Solid)를 나타내며, 'g'는 기체 즉, 가스(Gas)를 나타낸다.Here, 'a' represents amorphous, 's' represents solid, and 'g' represents gas, that is, gas.

노출 시간(ton)에 따른 증착 속도를 16Å/s(ton=0.2초)에서 7Å/s(ton=0.5초)로 변화시킨다. 이렇듯 노출이 길어지면, 흡착된 수소에 의해 증착된 SiHx와 반응하여 날아가는 자기 식각 현상에 기인하므로 예컨대, 500℃에서 400℃로 온도를 낮추어 증착 속도의 향상이 가능하다. The deposition rate according to the exposure time t on is changed from 16 ms / s (t on = 0.2 seconds) to 7 ms / s (t on = 0.5 seconds). Such long exposure may be caused by a magnetic etching phenomenon that reacts with the SiHx deposited by the adsorbed hydrogen and flows away, for example, by lowering the temperature from 500 ° C. to 400 ° C., thereby improving the deposition rate.

실리콘 함유 가스를 비활성 가스인 아르곤으로 운반하는 이유는 표면이 흡착된 실리콘 함유 가스와 충돌하여 기상 및 기판 표면에 흡착된 실리콘 화합물의 분해 및 표면 이동을 촉진시켜 단차 피복성을 향상시키기 위해서이다.The reason for transporting the silicon-containing gas to argon, which is an inert gas, is to improve the step coverage by promoting the decomposition and surface movement of the silicon compound adsorbed on the gas phase and the substrate surface by colliding with the adsorbed silicon-containing gas.

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 초미세 오픈부를 포함하는 반도체 소자에서 적용 및 평가중인 방법인 PECVD를 포함하는 CVD 챔버 내에서 비정질 실리콘막(207) 상에 Ti막(208)을 증착한 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이 NH3 플라즈마 처리로 질화막(209)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, the Ti film 208 is deposited on the amorphous silicon film 207 in a CVD chamber including PECVD, which is a method being applied and evaluated in a semiconductor device including an ultrafine open portion. 2C, the nitride film 209 is formed by NH 3 plasma treatment.

이 때, CVD 증착 조건은 소스가스로 TiCl4/H2 및 NH3를 사용하고, 1Torr ∼ 10Torr의 압력과 400℃ ∼ 680℃의 온도 및 100W ∼ 600W의 파워이다.At this time, CVD deposition conditions are using TiCl 4 / H 2 and NH 3 as the source gas, the pressure of 1 Torr to 10 Torr, the temperature of 400 ℃ to 680 ℃ and the power of 100W to 600W.

여기서 금속 질화막 하부에 형성되어 있는 금속 실리사이드(207a)의 비저항을 낮추기 위해 고온의 급속 열처리(Rapid Thermal Anneal; 이하 RTA라 함)를 NH3 또는 N2의 분위기와 800℃ ∼ 900℃의 온도 하에서 30초 이내로 실시한다.In this case, in order to lower the specific resistance of the metal silicide 207a formed under the metal nitride film, a high temperature rapid thermal annealing (hereinafter referred to as RTA) is performed under an atmosphere of NH 3 or N 2 and a temperature of 800 ° C. to 900 ° C. Do it within seconds.

질화막(208) 증착 전에 RTA를 실시하는 경우 금속 실리사이드(207a)의 결정 방향이 C49 상에서 C54의 금속 실리사이드로 변형되면서 부분적으로 응집 현상이 발생하여 표면 거칠기(Surface roughness)를 악화시키므로 살리사이드 공정을 적용할 때 저온에서 실리사이드 형성 후 미반응 금속 예컨대, Ti를 습식 식각으로 제거한 후 RTA를 진행한다.When RTA is performed prior to the deposition of the nitride film 208, the crystallization direction of the metal silicide 207a is changed from the C49 to the C54 metal silicide, and a partial coagulation occurs to deteriorate the surface roughness. When the silicide is formed at low temperature, unreacted metal such as Ti is removed by wet etching, followed by RTA.

이와 달리 PVD 또는 CVD 방식으로 금속 질화막을 증착한 후 열처리를 실시하는 경우 RTA 동안 실리사이드 변형이 되면서 응집되어 표면 위로 돌출하는 것을 억 제하는 효과가 있으므로, 배선 저항을 낮게 하기 위해 가능하면 금속 질화막을 200Å 이하로 얇게 형성한 후에 RTA를 진행한다.On the other hand, when the metal nitride film is deposited by PVD or CVD, the heat treatment is performed to inhibit the cohesion and protruding onto the surface as the silicide is deformed during the RTA. After forming it thin below, RTA is advanced.

그러나, 일반적으로 적용되고 있는 800℃ 이상의 고온 열처리의 경우 오픈부 저면에서 실리사이드화가 진행되면서 그 위에 증착된 장벽층에 균열과 같은 결함이 생겨 플러그 물질 증착시 확산 통로가 되어 하부 기판에 도달하는 침식(Encroachment)이 일어날 수 있다. 이러한 경우 진공실에서 고온 열처리 보다 낮은 조건 예컨대, 600℃ ∼ 750℃의 온도에서 180초 이내로 열처리하면, 급격한 실리사이드 반응에 의한 불균일한 층의 형성을 방지하면서 서서히 상호 확산이 진행되어 콘택 저항을 낮추기 위한 오믹 특성을 확보한다. However, in the case of high temperature heat treatment of 800 ° C. or higher, silicides are formed on the bottom of the open part, so that defects such as cracks are generated in the barrier layer deposited thereon, which becomes a diffusion path during deposition of the plug material and reaches the lower substrate. Encroachment may occur. In this case, when the heat treatment is performed within 180 seconds at a temperature lower than a high temperature heat treatment in the vacuum chamber, for example, 600 ° C. to 750 ° C., the interdiffusion proceeds gradually while preventing the formation of a non-uniform layer caused by a sudden silicide reaction, thereby reducing contact resistance. Secure the characteristic.

이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 낮은 비저항의 금속막(210)을 CVD 방식으로 증착하여 오픈부(206)를 매립한다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, the low resistivity metal film 210 is deposited by CVD to fill the open portion 206.

한편, 다른 실시예로서는 증착할 비정질 완충막 두께의 절반을 증착 후 PECVD 방식으로 Ti도 1/2 만큼 증착한 후 이를 1회 반복하여 총 증착 두께를 기판 상에 형성한다. On the other hand, in another embodiment, half of the thickness of the amorphous buffer film to be deposited is deposited by Ti after the deposition by 1/2 of the PECVD method, and then repeated once to form the total deposition thickness on the substrate.

이러한 경우 1차 증착된 티타늄막 상에 비정질 실리콘막이 추가로 형성될 때 증착 온도가 500℃ 이하이므로 하부의 미반응 티타늄과 실리사이드와의 급격한 반응없이 상호 확산에 의한 균일한 두께의 TiSix(x≤2) 조성을 갖는 실리사이드가 형성된다. 그리고, 그 위에 증착되는 2차 티타늄막은 하부의 TiSix와 반응한다. In this case, when the amorphous silicon film is additionally formed on the first deposited titanium film, the deposition temperature is 500 ° C. or lower, so that TiSix (x ≦ 2) having a uniform thickness due to mutual diffusion without sudden reaction between unreacted titanium and silicide at the bottom A silicide having a composition is formed. The secondary titanium film deposited thereon reacts with the TiSix underneath.

그 후, 금속 질화막을 증착하고 RTA를 실시하여 양론적인 조성의 TiSi2(Titanium disilicide)를 균일하게 형성하여 오픈부 저항의 저저항화를 확보한다. 최종적으로 오픈부를 매몰하여 배선의 평탄화 공정을 실시한다.Thereafter, a metal nitride film is deposited and RTA is performed to uniformly form TiSi 2 (Titanium disilicide) having a positive composition, thereby ensuring low resistance of the open resistance. Finally, the open portion is buried to carry out the planarization of the wiring.

실리사이드를 형성할 때 1차적으로 완충막을 소모한 후 하부의 단결정 실리콘과 반응시 균일성을 개선하고 급격한 반응을 방지하기 위하여 완충용 비정질 실리콘막을 증착하기 전에 동일한 반응실에서 실질적으로 동일한 온도로 아세닉 화합물(AsH3 및 Ar 캐리어 가스)에 노출하여 아세닉(AsHx)층을 형성할 수 있다. 그리고, 잔류 AsH3 가스를 제거하기 위해 질소를 충분히 흘려주고 난 후 2단계부터 동일한 과정을 따라 진행하여 실리사이드 및 질화막을 형성한 후 오픈부를 매립한다.In order to improve the uniformity when reacting with the single crystal silicon at the bottom when the silicide is formed, and then to deposit the amorphous silicon film for buffering to prevent a sudden reaction, it is acenic at the same temperature in the same reaction chamber. Exposure to the compounds (AsH 3 and Ar carrier gas) can form an ascex (AsHx) layer. After sufficiently flowing nitrogen to remove residual AsH 3 gas, the process proceeds from the same process from step 2 to form a silicide and a nitride film, and then fills the open part.

PECVD 방식으로 증착할 때 형성되는 실리콘 상에서는 실리사이드의 표면 거칠기는 실리사이드의 총 두께의 의존하며, 이는 티타늄 증착 두께와 증착 온도에 직접적인 영향을 받는다. The surface roughness of silicide on silicon formed when deposited by PECVD is dependent on the total thickness of the silicide, which is directly affected by the titanium deposition thickness and deposition temperature.                     

CVD Ti 증착온도CVD Ti deposition temperature 하지막Lower curtain 증착시간(초)Deposition time (seconds) 면저항(
Ω/□) 평균
Sheet resistance
Ω / □) average
면저항(
Ω/□) 1σ(%)
Sheet resistance
Ω / □) 1σ (%)
두께(Å) 평균Thickness average 두께(Å) 1σ(%)Thickness 1σ (%) 비저항(
μΩ-㎝)
Resistivity (
μΩ-cm)
630℃630 ℃ OxOx 1313 267.3267.3 1.11.1 33.933.9 2.42.4 90.790.7 630℃630 ℃ SiSi 1313 84.584.5 6.16.1 114.2114.2 5.25.2 96.596.5 630℃630 ℃ OxOx 18.518.5 200.0200.0 1.31.3 48.748.7 1.61.6 97.497.4 630℃630 ℃ SiSi 18.518.5 63.163.1 5.05.0 149.6149.6 3.83.8 94.394.3 630℃630 ℃ OxOx 24.324.3 167.9167.9 1.61.6 62.662.6 0.80.8 105.1105.1 630℃630 ℃ SiSi 24.324.3 54.354.3 4.54.5 181.6181.6 1.91.9 98.598.5 650℃650 ℃ OxOx 15.115.1 230.7230.7 1.91.9 41.541.5 1.71.7 95.795.7 650℃650 ℃ SiSi 15.115.1 63.963.9 4.94.9 148.2148.2 1.71.7 94.794.7 670℃670 OxOx 1010 384.5384.5 2.22.2 26.426.4 1.81.8 101.7101.7 670℃670 SiSi 1010 88.588.5 7.17.1 119.8119.8 7.97.9 106.0106.0 670℃670 ℃ OxOx 1313 279.6279.6 3.33.3 37.237.2 2.12.1 104.0104.0 670℃670 ℃ SiSi 1313 66.166.1 5.55.5 159.4159.4 6.46.4 105.3105.3 670℃670 OxOx 1616 237.9237.9 2.72.7 44.344.3 2.72.7 105.4105.4 670℃670 SiSi 1616 54.154.1 4.84.8 189.6189.6 7.37.3 102.5102.5 690℃690 ℃ OxOx 99 505.3505.3 2.932.93 23.923.9 2.32.3 120.9120.9 690℃690 ℃ SiSi 99 90.590.5 6.896.89 115.8115.8 4.74.7 104.8104.8 690℃690 ℃ OxOx 11.511.5 348.8348.8 1.671.67 32.532.5 3.83.8 113.3113.3 690℃690 ℃ SiSi 11.511.5 71.071.0 6.76.7 147.0147.0 4.44.4 104.3104.3

도 3은 단결정 실리콘 기판 상에 PECVD 방식으로 100Å의 Ti막을 증착시 온도에 따른 표면 거칠기를 웨이퍼의 중앙과 에지에 대해 비교 도시한 그래프이며, 도 4는 도 3에 해당하는 온도에 따른 표면 거칠기를 비교 도시한 SEM 사진이다.FIG. 3 is a graph illustrating surface roughness of a wafer at a center and an edge of a wafer when a Ti film of 100 Å is deposited by PECVD on a single crystal silicon substrate, and FIG. 4 is a surface roughness of a temperature corresponding to FIG. 3. It is a SEM photograph shown comparatively.

표 1과 도 3 및 도 4는 증착 온도 및 하지막 종류(실리콘/산화막)에 따른 두께 및 균일도와 표면 거칠기 변화를 나타낸다.Table 1 and FIGS. 3 and 4 show changes in thickness, uniformity and surface roughness according to deposition temperature and underlying film type (silicon / oxide film).

표 1을 참조하면, 산화막 상에서는 증착 시간 증가에 따라 비례하여 증가하나 실리콘 상에서는 증착 시간 및 온도 증가에 따라 더 큰 비율로 티타늄 실리사이드의 두께가 증가함을 알 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the thickness of the titanium silicide increases in proportion to the increase in the deposition time on the oxide film but increases in the deposition time and temperature on the silicon.

또한, 증착 온도 증가에 따라 증착되면서 동시에 형성되는 실리사이드의 거칠기가 기판 전체에서 급격히 불량해지는 것을 도 3과 도 4에서 알 수 있다. In addition, it can be seen in FIGS. 3 and 4 that the roughness of the silicide formed at the same time as the deposition temperature increases and rapidly becomes poor throughout the substrate.                     

도 5는 단결정 실리콘 기판 상에 비정질 완충막 유무에 따른 50Å의 PECVD 방식에 의한 Ti막의 증착 및 열처리 후의 표면 변화를 비교 도시한 사진이다.FIG. 5 is a photograph showing a comparison of surface changes after deposition and heat treatment of a Ti film by a 50 kV PECVD method with or without an amorphous buffer film on a single crystal silicon substrate.

이를 개선하기 위해 실리콘 기판 상에 비정질 실리콘을 30Å 정도 증착한 후 Ti막을 증착 후 RTA까지 실시한 본 발명의 경우와 종래기술이 적용시 얻어지는 표면 상태를 도 5에 나타냈다.In order to improve this, the surface state obtained when the amorphous metal is deposited on the silicon substrate by about 30Å and the Ti film is deposited until RTA and when the prior art is applied is shown in FIG. 5.

도 5를 참조하면, PECVD에 의한 티타늄 증착 및 RTA 후에도 본 발명의 표면 거칠기가 거의 변화가 없으나, 종래의 경우 상부에 금속 질화막 없이 RTA를 실시할 때 발생하는 응집 형상이 많이 발생한 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, the surface roughness of the present invention is almost unchanged even after titanium deposition and RTA by PECVD, but it can be seen that in the conventional case, a large number of agglomerated shapes generated when RTA is performed without a metal nitride film on the upper surface.

도 6은 오픈부 하부 실리콘 기판 상의 100Å의 PECVD 방식에 의한 Ti막의 증착 열처리에 따른 본 발명과 종래기술의 실리사이드 계면 거칠기/균일도 차이를 비교 도시한 TEM 사진이다.FIG. 6 is a TEM photograph comparing the silicide interface roughness / uniformity difference between the present invention and the prior art according to the deposition heat treatment of a Ti film by a 100 Å PECVD method on a lower silicon substrate.

즉, 도 6은 단차물이 형성된 실리콘 기판 상에 오픈부를 형성한 후 도 1a 내지 도 1c 및 도 2a 내지 도 2d에 도시된 본 발명과 종래기술을 적용하여 오픈부 매립까지 실시한 후 오픈부 저면의 실리콘 기판 상에 형성된 티타늄 실리사이드의 균일도를 관찰한 것이다.That is, Figure 6 is formed after the open portion on the silicon substrate with the step formed by applying the present invention and the prior art shown in Figures 1a to 1c and 2a to 2d to open the buried part of the bottom of the open portion The uniformity of the titanium silicide formed on the silicon substrate was observed.

도 6을 참조하면, 표면 거칠기 불량이 발생하는 도 5의 종래기술의 경우와 같이 오픈부 하부의 실리사이드의 두께가 불균일하며 오픈부의 위치에 따라 두께 차이가 발생함을 알 수 있다. 그러나, 본 발명을 적용한 경우 오픈부 저면의 티타늄 실리사이드의 두께가 200Å 이하로 균일하게 형성되었다. 이 때, 확산층 예컨대, P+ 영역의 접촉 저항을 낮추기 위해 필요한 티타늄 실리사이드의 두께가 300Å 이상이라면, 비정질 완충막의 두께를 예컨대, 50Å 정도로 낮추어 P+ 영역에서의 실리사이드 두께를 증가시킨다. Referring to FIG. 6, it can be seen that, as in the case of the prior art of FIG. 5, in which surface roughness defects occur, the thickness of the silicide under the open part is uneven and a thickness difference occurs depending on the position of the open part. However, in the case of applying the present invention, the thickness of the titanium silicide on the bottom of the open portion was uniformly formed to be 200 μs or less. At this time, if the thickness of the titanium silicide required to lower the contact resistance of the diffusion layer, for example, the P + region is 300 kPa or more, the thickness of the amorphous buffer film is reduced to, for example, 50 kPa, thereby increasing the silicide thickness in the P + region.

따라서, 박막의 비정질 실리콘 완충막을 PECVD 또는 CVD 방식으로 증착하면서, 고단차인 미세 오픈부 저면에서의 콘택 저항을 낮추기 위해 일반적으로 적용 중인 티타늄막의 두께와 후속 열처리 및 P+ 확산 영역에서의 콘택 저항을 낮추기 위해 필요한 실리사이드 두께를 고려하여 증착하는 본 발명에 의해 콘택 저항을 균일도 개선 및 누설전류 방지가 가능하다.
Therefore, while depositing a thin amorphous silicon buffer film by PECVD or CVD method, in order to lower the contact resistance at the bottom of the high stepped micro-opening part, the thickness of the titanium film in general and the subsequent heat treatment and the contact resistance in the P + diffusion region are reduced. According to the present invention which deposits considering the required silicide thickness, it is possible to improve contact resistance and prevent leakage current.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

전술한 본 발명은, 고단차인 미세 오픈부 저면에서 콘택 저항의 균일도를 개선할 수 있으며 누설전류를 방지할 수 있어, 반도체 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention described above can improve the uniformity of the contact resistance at the bottom of the micro-opening portion having a high step and prevent leakage current, thereby improving the performance of the semiconductor device.

Claims (10)

실리콘을 함유하는 전도막 상에 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film on the conductive film containing silicon; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 전도막을 노출시키는 오픈부를 형성하는 단계;Selectively etching the insulating film to form an open portion exposing the conductive film; 상기 오픈부 저면의 식각 레지듀와 자연 산화막을 제거하는 단계;Removing the etch residue and the native oxide layer on the bottom of the open portion; 챔버에 Ar으로 운반되는 실리콘 함유 화합물을 주입하는 제1단계와 Ar으로 운반되는 H2를 주입하는 제2단계를 번갈에 반복실시하여 상기 오픈부가 형성된 프로파일을 따라 비정질 실리콘막을 형성하는 단계;Repeatedly performing a first step of injecting a silicon-containing compound transported into Ar into the chamber and a second step of injecting H 2 transported into Ar to form an amorphous silicon film along the profile of the open portion; 상기 비정질 실리콘막 상에 티타늄막과 금속 질화막을 형성하는 단계; 및Forming a titanium film and a metal nitride film on the amorphous silicon film; And 상기 금속 질화막 상에 금속막을 증착하여 상기 오픈부를 매립하는 단계Filling the open part by depositing a metal film on the metal nitride film 를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.Semiconductor device manufacturing method comprising a. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 2 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레지듀와 상기 자연 산화막을 제거하는 단계에서, In the step of removing the residue and the natural oxide film, 화학적 습식 식각 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor device, comprising using a chemical wet etching method. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 3 was abandoned when the setup registration fee was paid. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레지듀와 상기 자연 산화막을 제거하는 단계에서, In the step of removing the residue and the natural oxide film, 비활성 가스와 불소 함유 화합물이 혼합된 가스를 이용한 플라즈마를 형성하여 물리적 및 화학적 식각 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a plasma using a gas in which an inert gas and a fluorine-containing compound are mixed to use a physical and chemical etching method. 실리콘을 함유하는 전도막 상에 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film on the conductive film containing silicon; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 전도막을 노출시키는 오픈부를 형성하는 단계;Selectively etching the insulating film to form an open portion exposing the conductive film; 상기 오픈부 저면의 식각 레지듀와 자연 산화막을 제거하는 단계;Removing the etch residue and the native oxide layer on the bottom of the open portion; H2와 Ar으로 운반되는 아세닉 함유 화합물을 번갈아 노출시켜 상기 오픈부가 형성된 프로파일을 따라 아세닉 수소 화합물 박막을 형성하는 단계;Alternating exposing the acetic containing compound carried to H 2 and Ar to form an acetic hydrogen compound thin film along the profile of the open portion; 챔버에 Ar으로 운반되는 실리콘 함유 화합물을 주입하는 제1단계와 Ar으로 운반되는 H2를 주입하는 제2단계를 번갈에 반복실시하여 상기 아세닉 수소 화합물 박막 상에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계;Forming an amorphous silicon film on the thin film of the hydrogen hydrogen compound by alternately performing a first step of injecting a silicon-containing compound transported into Ar into a chamber and a second step of injecting H 2 transported into Ar; 상기 비정질 실리콘막 상에 티타늄막과 금속 질화막을 형성하는 단계; 및Forming a titanium film and a metal nitride film on the amorphous silicon film; And 상기 금속 질화막 상에 금속막을 증착하여 상기 오픈부를 매립하는 단계Filling the open part by depositing a metal film on the metal nitride film 를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.Semiconductor device manufacturing method comprising a. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 5 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서.The method of claim 1 or 4. 상기 티타늄막과 상기 금속 질화막을 형성하는 단계에서,In the step of forming the titanium film and the metal nitride film, 상기 티타늄막을 형성한 다음, 상기 비정질 실리콘막과 티타늄막을 추가로 반복하여 증착 한 후, 상기 금속 질화막을 형성한 다음, 급속 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.Forming the titanium film, and then repeatedly depositing the amorphous silicon film and the titanium film, forming the metal nitride film, and then performing rapid heat treatment. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 6 was abandoned when the registration fee was paid. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,The method according to claim 1 or 4, 상기 금속 질화막을 형성하는 단계 후,After forming the metal nitride film, 급속 열처리 또는 진공 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.The method of manufacturing a semiconductor device further comprising the step of rapid heat treatment or vacuum heat treatment. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 7 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,The method according to claim 1 or 4, 상기 금속 질화막을 형성하는 단계에서, 620℃ 내지 680℃의 온도로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.In the step of forming the metal nitride film, the semiconductor device manufacturing method, characterized in that carried out at a temperature of 620 ℃ to 680 ℃. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 8 was abandoned when the registration fee was paid. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 금속 질화막을 형성하는 단계 후, After forming the metal nitride film, 반응실 이동없이 금속 반응원의 공급을 중단하고, 비활성 가스, 암모니아 또는 질소 가스의 분위기에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising the step of stopping the supply of the metal reactant source without moving the reaction chamber and performing heat treatment in an atmosphere of inert gas, ammonia or nitrogen gas. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 9 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 열처리하는 단계에서, 620℃ 내지 680℃의 온도로 300초 이내로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.In the step of heat treatment, the semiconductor device manufacturing method characterized in that carried out within 300 seconds at a temperature of 620 ℃ to 680 ℃. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 10 was abandoned upon payment of a setup registration fee. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리콘을 함유하는 전도막은,The conductive film containing silicon, 불순물이 도핑된 기판의 활성 영역 또는 폴리실리콘막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method comprising an active region or a polysilicon film of a substrate doped with an impurity.
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