KR19990002649A - Manufacturing Method of Semiconductor Device - Google Patents

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silicide layer
tungsten silicide
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semiconductor device
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정성희
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김영환
현대전자산업 주식회사
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 텅스텐 실리사이드층의 증착 방법에 관한 것임.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for depositing a tungsten silicide layer.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention

DCS 공정으로 텅스텐 실리사이드층을 증착할 때 환원제로 사용하고 있는 디클로로사일렌(dichlorosilance;SiH2Cl2) 가스의 Cl 이온이 공정 완료후 장비 외부의 공기중으로 노출되면 공기중의 수분등 수소 성분과 반응하여 우유빛 헤이즈(haze)를 유발하므로, 후속 포토(photo)공정을 어렵게 하거나 텅스텐 실리사이드층의 특성을 변화시키는 문제점이 발생함.When depositing tungsten silicide layer by DCS process, Cl ions of dichlorosilance (SiH 2 Cl 2 ) gas, which is used as reducing agent, is exposed to air outside the equipment and reacts with hydrogen components such as moisture in the air. This causes milky haze, making it difficult to follow the photo process or changing the properties of the tungsten silicide layer.

3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention

DCS 공정으로 텅스텐 실리사이드층을 증착할 때 모노사일렌(monosilane) 및 수소 화합물로 처리하여 헤이즈의 소오스(source)가 되는 염소(Cl) 성분을 제거함.When depositing tungsten silicide layer by DCS process, it is treated with monosilane and hydrogen compound to remove chlorine (Cl) component which is a source of haze.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

반도체 소자에서 텅스텐 실리사이드층 형성 공정.Tungsten silicide layer formation process in semiconductor devices.

Description

반도체 소자의 제조 방법Manufacturing Method of Semiconductor Device

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 텅스텐 실리사이드층 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 tungsten silicide layer of a semiconductor device.

텡스텐 실리사이드층(WSix)은 소자의 저항을 개선시키기 위하여 폴리실리콘을 대체하여 사용하고 있다. 일반적으로 텅스텐 실리사이드층은 모노사일렌(monosilane;SiH4)을 텅스텐플르오르(WF6)로 환원시켜 증착하는 MS공정과 디클로로사일렌(dichlorosilance;SiH2Cl2)을 텅스텐플르오르로 환원시켜 증착하는 DCS 공정에 의하여 증착된다. 그런데 이들 공정 모두 실리콘-소오스 기체의 환원기체로서 텅스텐플르오르를 이용하므로 증착된 텅스텐 실리사이드층 내에 DCS 공정의 경우는 1016∼ 1017ions/㎤, MS 공정의 경우는 1019∼ 1020ions/㎤의 농도로 불소(F)가 함유된다. 따라서 불소 함유량이 낮고 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 좋은 DCS 공정이 최근 소자 적용에서 선호되고 있다.The tungsten silicide layer (WSi x ) is used to replace polysilicon to improve the resistance of the device. In general, the tungsten silicide layer is deposited by reducing the monosilane (SiH 4 ) to tungsten fl (WF 6 ) and dichlorosilance (SiH 2 Cl 2 ) to tungsten flor. Deposited by a DCS process. However, since all of these processes use tungsten fl as the reducing gas of the silicon-source gas, the deposited tungsten silicide layer is 10 16 to 10 17 ions / cm 3 for the DCS process and 10 19 to 10 20 ions / for the MS process. Fluorine (F) is contained at a concentration of cm 3. Therefore, DCS process with low fluorine content and good step coverage has been favored in the recent device applications.

그러나 텅스텐 실리사이드층을 DCS 공정으로 증착함에 있어서, 환원제로 사용하고있는 디클로로사일렌 가스는 증착 공정의 완료 후 장비 외부로 노출되면 청정실(clean room) 내부 공기중의 수분등 수소 성분과 반응하여 우유빛 헤이즈(haze)를 유발시킨다. 이러한 헤이즈의 발생에 의해 후속 포토(photo) 공정을 어렵게 하거나, 텅스텐 실리사이드층의 자체 특성을 변화시킬 우려가 높다. 한편, 이러한 헤이즈를 제거하기 위하여 순수(deionized water) 세정(rinse) 및 스크루빙(scrubbing)을 실시하는데, 공정 단가 및 시간이 증가하는 단점이 있다.However, in depositing tungsten silicide layer by DCS process, dichloroxylene gas, which is used as reducing agent, is exposed to the outside of equipment after completion of deposition process and reacts with hydrogen components such as moisture in air in clean room to make milky color. Causes haze. The occurrence of such haze makes it difficult to make subsequent photo processes or to change its own characteristics of the tungsten silicide layer. Meanwhile, deionized water rinsing and scrubbing are performed in order to remove such haze. However, there is a disadvantage in that process cost and time increase.

따라서, 본 발명은 반도체 제조 공정중 DCS 공정으로 텅스텐 실리사이드층을 증착함에 있어서, 환원제로 사용되는 디클로로사일렌이 공기중에 노출되어 발생하는 헤이즈 현상을 억제하여 후속 공정이 양호하게 진행되도록 하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to suppress the haze phenomenon caused by the exposure of dichloroxylene used as a reducing agent in the air in the deposition of tungsten silicide layer by the DCS process in the semiconductor manufacturing process to ensure that the subsequent process proceeds well have.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 하지막 상부에 DCS 공정으로 텅스텐 실리사이드층을 증착하는 과정에서, 모노사일렌 가스를 흘려주어 텅스텐 실리사이드층 내부의 염소 이온 및 불소 이온을 제거하는 단계와, 상기 모노사일렌 가스에서 분해된 실리콘을 텅스텐 실리사이드층 상부에 증착하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object, in the process of depositing a tungsten silicide layer on the underlayer by a DCS process, chlorine ions and fluorine inside the tungsten silicide layer by flowing monosilylene gas Removing ions and depositing silicon decomposed in the monosilylene gas on the tungsten silicide layer.

도 1(a) 및 도 1(b)는 본 발명에 의한 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위해 순차적으로 도시한 단면도.1 (a) and 1 (b) are cross-sectional views sequentially shown for explaining the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

도면의 주요 부분에 대한 부호 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

11 : 실리콘 기판 12 : 폴리실리콘층11 silicon substrate 12 polysilicon layer

13 : 텅스텐 실리사이드층 14 : 실리콘층13 tungsten silicide layer 14 silicon layer

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1(a) 및 도 1(b)는 본 발명에 의한 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위해 순차적으로 도시한 단면도이다.1 (a) and 1 (b) are cross-sectional views sequentially shown to explain a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

도 1(a)는 실리콘 기판(11) 상부에 텅스텐 폴리사이드 구조로써 폴리실리콘층(12) 및 텅스텐 실리사이드층(13)을 순차로 증착한 단면도이다. 텅스텐 실리사이드층(13)은 DCS 공정으로 증착되는데, 소오스 가스로 사용되는 디클로로사일렌 가스의 염소 성분이 공기중에 노출되면 수소 성분과 반응하여 헤이즈 현상을 발생 시킨다.FIG. 1A is a cross-sectional view of sequentially depositing a polysilicon layer 12 and a tungsten silicide layer 13 having a tungsten polyside structure on the silicon substrate 11. The tungsten silicide layer 13 is deposited by a DCS process. When the chlorine component of the dichloroxylene gas used as the source gas is exposed to air, the tungsten silicide layer 13 reacts with the hydrogen component to generate a haze phenomenon.

텅스텐 실리사이드층(13)의 증착 과정 중에, 수소 성분이 함유된 모노사일렌 가스를 흘려주면, 550 ℃ 이상의 CVD 반응 챔버 내에서 모노사일렌 가스는 수소 및 실리콘 성분으로 분해되는데, 이때 모노사일렌 가스의 수소 성분은 텅스텐 실리사이드층(13)의 염소 성분과 반응하여 HCl로 형성됨으로써 텅스텐 실리사이드층(13)의 염소 성분을 제거시킨다. 또한 분해된 모노사일렌의 실리콘 성분은 일부분이 텅스텐 실리사이드층(13) 상부에 증착되거나, 텅스텐 실리사이드층(13)의 불소 성분과 반응하여 SiF4로 형성됨으로써 텅스텐 실리사이드층(13)의 불소 성분을 제거한다. 따라서 게이트에 적용시 불소 성분의 확산을 줄임으로써 게이트 산화막의 전기적 특성을 향상시킬 수 있고, 증착된 실리콘층(14)은 텅스텐 실리사이드층(13)의 스트레스(stress) 변화에 대한 버퍼층(buffer layer) 역할을 할 수 있어 열적 안정성에 기여할 수 있다.During the deposition of the tungsten silicide layer 13, when a monosilylene gas containing hydrogen is flowed, the monosilylene gas is decomposed into hydrogen and silicon in a CVD reaction chamber of 550 ° C. or higher. The hydrogen component of is reacted with the chlorine component of the tungsten silicide layer 13 to form HCl to remove the chlorine component of the tungsten silicide layer 13. In addition, the silicon component of the decomposed monosilicon is partially deposited on the tungsten silicide layer 13 or formed of SiF 4 by reacting with the fluorine component of the tungsten silicide layer 13 to form a fluorine component of the tungsten silicide layer 13. Remove Therefore, the electrical properties of the gate oxide film can be improved by reducing the diffusion of fluorine when applied to the gate, and the deposited silicon layer 14 is a buffer layer against stress change of the tungsten silicide layer 13. Can play a role and contribute to thermal stability.

도 1(b)는 실리콘층(14)이 텅스텐 실리사이드층(13) 상부에 층착된 단면도이다. 이 과정에서 모노사일렌 가스 대신 수소 화합물 가스를 사용하여도 헤이즈의 소오스가 되는 텅스텐 실리사이드층(13)의 염소 성분을 제거할 수 있다.FIG. 1B is a cross-sectional view of the silicon layer 14 laminated on the tungsten silicide layer 13. In this process, even if a hydrogen compound gas is used instead of monosilylene gas, the chlorine component of the tungsten silicide layer 13, which is a source of haze, can be removed.

따라서 2 ∼ 3 회에 걸쳐 모노사일렌 및 수소 화합물 가스를 흘려주어 텅스텐 실리사이드층(13)의 증착 공정을 진행하면, 헤이즈의 원인이되는 텅스텐 실리사이드층(13)의 염소 성분뿐만 아니라 불소 성분까지도 제거되어, 게이트에 적용할 경우 게이트의 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, when the monosilene and hydrogen compound gas are flowed two or three times and the deposition process of the tungsten silicide layer 13 is carried out, not only the chlorine component but also the fluorine component of the tungsten silicide layer 13 which causes haze is removed. Therefore, when applied to the gate can improve the characteristics of the gate.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 수소 화합물의 가스를 흘려줌으로써 텅스텐 실리사이드층 내에 존재하는 염소 이온을 제거하여 헤이즈 현상을 예방하고, 불소 성분의 제거 및 실리콘층의 증착으로 소자의 전기적 특성 향상 및 열적 안정성에 기여할 수 있다.As described above, according to the present invention, by flowing a gas of a hydrogen compound, chlorine ions present in the tungsten silicide layer are removed to prevent haze, and the fluorine component is removed and the silicon layer is deposited to improve the electrical characteristics of the device and thermal stability. Can contribute to

Claims (5)

하지막 상부에 DCS 공정으로 텅스텐 실리사이드층을 증착하는 과정에서, 모노사일렌 가스를 흘려주어 텅스텐 실리사이드층 내부의 염소 이온 및 불소 이온을 제거하는 단계와,In the process of depositing a tungsten silicide layer on the underlayer by a DCS process, flowing a monosilylene gas to remove chlorine ions and fluorine ions in the tungsten silicide layer, 상기 모노사일렌 가스에서 분해된 실리콘을 텅스텐 실리사이드층 상부에 증착하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.And depositing silicon decomposed in the monostyrene gas on the tungsten silicide layer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 DCS 공정은 550 ℃ 이상의 반응 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The DCS process is a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that carried out at a reaction temperature of 550 ℃ or more. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 염소 이온은 모노사일렌 가스의 수소 성분과 반응하여 HCl 형태로 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The chlorine ion is removed in the form of HCl by reacting with the hydrogen component of the monostyrene gas. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 불소 이온은 모노사일렌 가스의 실리콘 성분과 반응하여 SiF4형태로 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The fluorine ion is removed in the form of SiF 4 by reacting with the silicon component of the monostyrene gas. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 모노사일렌 가스 대신 수소 화합물 가스를 사용하여 텅스텐 실리사이드층의 염소 이온을 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that chlorine ions in the tungsten silicide layer are removed using a hydrogen compound gas instead of the monosilylene gas.
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