KR19990010041A - 반도체소자의 확산방지막 형성방법 - Google Patents

Abstract

반도체소자의 확산방지막 형성방법에 관한 것으로 특히, 큰 종횡비를 갖는 콘택홀 구조에서 플라즈마 질화(nitridation) 및 수소(H₂) 플라즈마 환원 공정을 이용하여 확산방지막을 용이하게 형성할 수 있는 반도체소자의 확산방지막 형성방법에 관한 것이다. 이와 같은 반도체소자의 확산방지막 형성방법은 반도체기판을 준비하는 단계, 상기 반도체기판의 소정영역 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 측면에 측벽 스페이서를 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 양측면 상기 반도체기판에 불순물 영역을 형성하는 단계, 상기 불순물 영역 상측의 반도체기판 및 상기 게이트 전극상에 실리사이드막을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극을 포함한 상기 불순물 영역 전면에 절연막을 형성하는 단계, 상기 절연막을 선택적으로 패터닝하여 상기 실리사이드막이 형성된 상기 불순물 영역 상측으로 콘택홀을 형성하는 단계, 상기 기판 전면을 H₂와 N₂플라즈마를 이용한 화학반응을 실시하여 상기 콘택홀내의 상기 실리사이드막상에 확산방지막을 형성하는 단계, 및 상기 콘택홀내의 상기 확산방지막 상측 및 상기 콘택홀에 인접한 절연막상에 전도성막을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

반도체소자의 확산방지막 형성방법

본 발명은 반도체소자의 확산방지막 형성방법에 관한 것으로 특히, 큰 종횡비를 갖는 콘택홀 구조에서 플라즈마 질화(nitridation) 및 수소(H₂) 플라즈마 환원 공정을 이용하여 확산방지막을 용이하게 형성할 수 있는 반도체소자의 확산방지막 형성방법에 관한 것이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 종래 반도체소자의 확산방지막 형성방법을 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1b는 종래 일 반도체소자의 확산방지막 형성공정 단면도이다.

먼저, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(1)상에 게이트 산화막(2) 및 폴리실리콘층을 차례로 형성한후 선택적으로 패터닝(포토리소그래피공정 + 식각공정)하여 게이트 전극(3)을 형성한다. 이어서, 상기 게이트 전극(3)의 측면에 측벽 스페이서(4)를 형성한후 상기 게이트 전극(3)을 마스크로 이용한 이온주입공정으로 상기 게이트전극(3) 양측면 반도체기판(1)에 소오스/드레인으로 사용할 불순물 영역(5)을 형성한다. 그다음, 상기 게이트 전극(3)을 포함한 기판 전면에 티타늄(titanium)층(6)을 형성한다.

도 1b에 나타낸 바와 같이, 상기 기판 전면을 열처리하여 상기 게이트 전극(3) 및 상기 불순물 영역(5)이 형성된 반도체기판(1)의 표면에 실리사이드층(6a)을 형성한다. 이어서, 미반응된 티타늄층(6)을 제거한다. 그다음, 상기 실리사이드층(6a)을 포함한 기판 전면에 ILD(Inter Layer Directric)층(7)을 형성한후 상기 게이트 전극(3)양측면의 불순물 영역(5)상측의 실리사이드층(6a)이 노출되도록 상기 ILD층(7)을 선택적으로 패터닝(포토리소그래피공정 + 식각공정)하여 콘택홀(8)을 형성한다.

도 1c에 나타낸 바와 같이, 상기 콘택홀(8)을 포함한 ILD층(7)상에 확산방지막으로써 Ti/TiN층(9)을 형성한다. 이어서, 급속열처리(RTA : Rapid Thermal Annealing) 공정을 수행한다. 그다음, 상기 콘택홀(8) 및 절연막(7)상에 형성된 Ti/TiN층(9)상에 금속전도층(10)을 형성한후 전도선 영역을 정의하여 선택적인 패터닝공정(포토리소그래피공정 + 식각공정)을 실시한다. 이때, 상기 전도선 영역은 상기 콘택홀(8) 및 콘택홀(8)에 인접한 절연막(7) 상측으로 정의하여 그 이외의 상기 금속전도층(10) 및 Ti/TiN층(9)을 제거한다. 이때, 상기 금속전도층(10)은 텅스텐 또는 알루미늄층으로 형성한다. 즉, 상기 Ti/TiN층(9)은 알루미늄층 또는 텅스텐층과 같은 금속층과 실리콘기판 또는 실리사이드층(6a)과의 상호확산을 방지하기 위한 확산방지막으로써 상기 Ti/TiN층(9)은 스텝 커버리지(step coverage)에 취약하여 두껍게 증착하는데 이와 같은 경우는 스트레스가 크기 때문에 이를 완화시켜 주기 위하여 급속 열처리 공정을 필요로 한다.

도 2a 내지 도 2b는 종래 다른 반도체소자의 확산방지막 형성공정 단면도이다.

이때, 종래 다른 반도체소자의 확산방지막 형성방법중 도 2a는 도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같은 종래 일 반도체소자의 확산방지막 형성방법과 거의 유사하므로 그 설명을 간략하게 하기로 한다.

즉, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 기판전면에 ILD층(7)을 형성한후 상기 ILD층(7)을 선택적으로 패터닝(포토리소그래피공정 + 식각공정)하여 상기 불순물 영역(5)상측으로 콘택홀(8)을 형성한다. 이어서, 상기 실리사이드층(6a)을 질소(N₂)플라즈마를 사용하여 질화(nitridation)시켜 상기 불순물 영역(5) 상측의 실리사이드층(6a)상에 TiSiNO층(10)을 형성한다. 이와 같은 TiSiNO층(10)은 티타늄층을 형성하지 않더라도 실리사이드층(6a)과 TiSiNO층(10)계면에서의 접촉저항을 상당하게 낮출수 있으며, 확산방지막으로서의 특성도 우수하다.

도 2b에 나타낸 바와 같이, 상기 콘택홀(8)내의 TiSiNO층(10)을 포함한 상기 절연막(7) 표면에 TiN층(11)을 형성한다. 이어서, 상기 TiN층(11)상에 텅스텐 또는 알루미늄층의 금속 전도층(10)을 증착한후 패터닝공정을 실시한다.

종래 반도체소자의 확산방지막 형성방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 종래 일 반도체소자의 확산방지막 형성방법에 있어서는 확산방지막으로 형성하는 Ti/TiN층을 스텝 커버리지가 좋지 못한 이유 때문에 두껍게 형성하여야 하므로 후속공정에서 도전층 증착공정시 콘택홀을 완전히 매립시키지 못하는 경우가 발생할 수 있었다. 그리고, 급속열처리공정을 추가하여야 하므로 공정 또한 복잡한 문제점이 발생하였다.

둘째, 종래 다른 반도체소자의 확산방지막 형성방법에 있어서는 TiN층을 형성한후 금속전도층을 형성하는 공정시 특히, 텅스텐을 증착할 경우 콘택홀 하부의 산화막(자연 산화막)층 때문에 텅스텐층의 핵형성시간이 길어져 생산성이 떨어지며, WF₆가스와 산화막(TiSiNO)층의 접촉시간이 길어질 경우 누설전류의 발생가능성이 높아지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 일 및 다른 반도체소자의 확산방지막 형성방법의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 TiSiN층을 형성하기전의 공정으로 수소(H₂) 플라즈마를 이용한 환원반응으로 실리사이드층상에 형성된 자연산화막을 제거한다음 TiSiN층을 형성하거나 또는 질소(N₂)플라즈마를 이용한 질화공정시 수소(H₂)가스를 이용한 환원반응으로 TiSiN층을 형성하는 공정을 이용하여 확산방지막 형성공정을 단순화하고, 신뢰도를 향상시킨 반도체소자의 확산방지막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1는 종래 일 반도체소자의 확산방지막 형성공정 단면도

도 2a 내지 도 2는 종래 다른 반도체소자의 확산방지막 형성공정 단면도

도 3a 내지 도 3d는 본 발명 반도체소자의 확산방지막 형성공정 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 반도체기판 22 : 게이트 산화막

23 :게이트 전극 24 : 측벽 스페이서

25 : 불순물 영역 26a : 실리사이드층

27 : ILD층 28 ; 콘택홀

29 : TiSiN층 30 : TiN층

31 : 금속 전도층

본 발명에 따른 반도체소자의 확산방지막 형성방법은 반도체기판을 준비하는 단계, 상기 반도체기판의 소정영역 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 측면에 측벽 스페이서를 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 양측면 상기 반도체기판에 불순물 영역을 형성하는 단계, 상기 불순물 영역 상측의 반도체기판 및 상기 게이트 전극상에 실리사이드막을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극을 포함한 상기 불순물 영역 전면에 절연막을 형성하는 단계, 상기 절연막을 선택적으로 패터닝하여 상기 실리사이드막이 형성된 상기 불순물 영역 상측으로 콘택홀을 형성하는 단계, 상기 기판 전면을 H₂와 N₂플라즈마를 이용한 화학반응을 실시하여 상기 콘택홀내의 상기 실리사이드막상에 확산방지막을 형성하는 단계, 및 상기 콘택홀내의 상기 확산방지막 상측 및 상기 콘택홀에 인접한 절연막상에 전도성막을 형성하는 단계를 포함한다.

이와 같은 본 발명 반도체소자의 확산방지막 형성방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명 반도체소자의 확산방지막 형성공정 단면도이다.

먼저, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(21)상에 게이트 산화막(22) 및 폴리실리콘층을 차례로 형성한후 선택적으로 패터닝(포토리소그래피공정 + 식각공정)하여 게이트 전극(23)을 형성한다. 이어서, 상기 게이트 전극(23)의 측면에 측벽 스페이서(24)를 형성한후 상기 게이트 전극(23)을 마스크로 이용한 이온주입공정으로 상기 게이트전극(23) 양측면 반도체기판(21)에 소오스/드레인으로 사용할 불순물 영역(25)을 형성한다. 그다음, 상기 게이트 전극(23)을 포함한 기판 전면에 티타늄(titanium)층(26)을 형성한다.

도 3b에 나타낸 바와 같이, 상기 기판 전면을 열처리하여 상기 게이트 전극(23) 및 상기 불순물 영역(25)이 형성된 반도체기판(21)의 표면에 실리사이드층(26a)을 형성한다. 이어서, 미반응된 티타늄층(26)을 제거한다. 그다음, 상기 실리사이드층(26a)을 포함한 기판 전면에 ILD(Inter Layer Directric)층(27)을 형성한후 상기 게이트 전극(23)양측면의 불순물 영역(25)상측의 실리사이드층(26a)이 노출되도록 상기 ILD층(27)을 선택적으로 패터닝(포토리소그래피공정 + 식각공정)하여 콘택홀(28)을 형성한다.

도 3c에 나타낸 바와 같이, 상기 실리사이드층(26a)상의 자연산화막(도시되지 않음)을 제거하기 위하여 질소(N₂) 플라즈마 질화(nitridation)공정전에 수소(H₂) 플라즈마를 이용한 환원반응을 실시한다음 질소(N₂) 플라즈마 질화(nitridation)공정을 실시하여 상기 실리사이드층(26a)상에 확산방지막인 TiSiN층(29)을 형성한다. 이때, 질소 플라즈마 질화공정시 수소 가스를 첨가시켜 환원반응과 동시에 TiSiN층(29)을 형성할 수도 있다. 이때, TiSiN층(29)을 형성하는 공정은 0.05∼10 torr의 압력과 50∼600℃의 온도와 200∼1000W 의 파워에서 실시한다.

도 3d에 나타낸 바와 같이, 상기 TiSiN층(29)을 포함한 상기 절연막(27)표면에 TiN층(30)을 형성한다. 이어서, 상기 TiN층(30)상에 텅스텐 또는 알루미늄층의 금속 전도층(31)을 증착한후 상기 콘택홀(28) 및 콘택홀(28)에 인접한 절연막(27)상에만 남도록 선택적으로 패터닝한다.

본 발명에 따른 반도체소자의 확산방지막 형성방법은 실리사이드막상의 자연산화막을 제거한후 삼성분계인 TiSiN층을 형성하거나, 자연산화막을 제거하는 공정과 TiSiN층을 형성하는 공정을 동시에 실시하므로 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 공정이 단순해지므로 생산성을 향상시킬 수 있다.

둘째, WF₆가스와 산화막(TiSiN)층의 접촉시간이 짧으므로 누설전류의 발생가능성등이 낮아져 신뢰도 높은 확산방지막을 제공할 수 있다.

Claims (1)

1. 반도체기판을 준비하는 단계;

   상기 반도체기판의 소정영역 게이트 전극을 형성하는 단계;

   상기 게이트 전극의 측면에 측벽 스페이서를 형성하는 단계;

   상기 게이트 전극의 양측면 상기 반도체기판에 불순물 영역을 형성하는 단계;

   상기 불순물 영역 상측의 반도체기판 및 상기 게이트 전극상에 실리사이드막을 형성하는 단계;

   상기 게이트 전극을 포함한 상기 불순물 영역 전면에 절연막을 형성하는 단계;

   상기 절연막을 선택적으로 패터닝하여 상기 실리사이드막이 형성된 상기 불순물 영역 상측으로 콘택홀을 형성하는 단계;

   상기 기판 전면을 H₂와 N₂플라즈마를 이용한 화학반응을 실시하여 상기 콘택홀내의 상기 실리사이드막상에 확산방지막을 형성하는 단계; 그리고,

   상기 콘택홀내의 상기 확산방지막 상측 및 상기 콘택홀에 인접한 절연막상에 전도성막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 확산방지막 형성방법.