KR19990061993A - 모스형 전계효과 트랜지스터의 장벽층형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모스형전계효과 트랜지스터의 장벽층에 관한 것으로서, 특히, 실리콘기판의 소오스/드레인의 상부면에 형성된 절연막을 식각공정으로 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 단계 후에 콘택홀과 절연막상에 장벽층을 형성하는 단계와; 상기 단계 후에 열처리공정으로 장벽층을 확산시켜 소오스/드레인의 상부면에 스파이킹방지층을 형성하는 단계와; 상기 단계 후에 장벽층 상에 금속물을 주입하여 금속배선층을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 모스형 전계효과 트랜지스터의 장벽층형성방법인 바, 장벽층의 저면부 사이에 얇게 스파이킹방지층을 형성시키므로 콘택홀내에 알루미늄을 증착하여 금속배선으로 사용할 때 정션파괴를 방지하고 접촉저항을 저하시키도록 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.
Description
본 발명은 모스형 전계효과트랜지스터의 장벽층에 관한 것으로, 특히, 장벽층인 티타늄층과 티타늄나이트라이드층 사이에 코발트층을 형성하여 제 1 단계 및 제 2 단계의 후속열처리 공정을 거치면서 코발층의 코발트가 티타늄층으로 확산되어 실리콘기판의 소오스/드레인의 상부면과 장벽층의 저면부 사이에 얇게 스파이킹방지층을 형성시키므로 콘택홀내에 알루미늄을 증착하여 금속배선으로 사용할 때 정션파괴를 방지하고 접촉저항을 저하시키도록 하는 모스형 전계효과 트랜지스터의 장벽층형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체장치의 종류에는 여러 가지가 있으며, 이 반도체장치 내에 형성되는 트랜지스터 및 커패시터등을 구성시키는 방법에는 다양한 제조기술이 사용되고 있으며, 최근에는 반도체기판 상에 산화막을 입혀 전계효과를 내도록 하는 모스형 전계효과 트랜지스터(MOSFET; metal oxide semiconductor field effect transistor)를 점차적으로 많이 사용하고 있는 실정에 있다.
상기한 모스형 전계효과 트랜지스터는 반도체 기판상에 형성된 게이트가 반도체층에서 얇은 산화 실리콘막에 의해 격리되어 있는 전계효과 트랜지스터로서 접합형 트랜지스터와 같이 임피던스가 저하되는 일이 없으며, 확산 공정이 1회로 간단하고, 소자간의 분리가 필요 없는 장점을 지니고 있어서, 고밀도 집적화에 적합한 특성을 지니고 있는 반도체 장치이다.
도 1 및 도 2는 종래의 모스형 전계효과 트랜지스터에서 장벽층을 형성하는 과정을 개략적으로 보인 도면으로서, 실리콘기판(1) 상에 트랜지스터를 형성하고 난 후에 미도시된 트랜지스터 게이트전극 상에 절연막(2)을 증착하고, 이 절연막(2)을 마스킹 식각공정을 통하여 실리콘기판(1)에 있는 소오스/드레인(6)의 상부에 콘택홀(4)을 형성시킨다.
그리고, 상기 콘택홀(4)과 절연막(2) 상에 티타늄(Ti)층/타타늄나이트라이드(TiN)층으로 이루어진 장벽층(3)을 증착하고 그 장벽층(3) 상에서 콘택홀(4)을 통하여 소오스/드레인(6)에 전기적으로 연결되는 금속배선층(5)을 형성하여 상부와 하부의 배선으로서 사용하게 된다.
그런데, 최근에 반도체소자의 고집적화가 이루어지면서 소오스/드레인 영역의 두께가 얇아지는 얕은 정션(Shallow junction)이 점차적으로 요구됨에 따라 금속배선층을 콘택홀로 증착하여 소오스/드레인의 장벽층 상에 형성할 때 금속성분이 소오스/드레인으로 침투 되어 정션파괴(Junction spiking)가 빈번하게 발생될 뿐만아니라 금속배선층과 소오스/드레인간의 접촉저항이 감소됨으로 인하여 반도체소자의 고집적화에 장애가 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로서, 장벽층인 티타늄층과 티타늄나이트라이드층 사이에 코발트층을 형성하여 제 1 단계 및 제 2 단계의 후속열처리 공정을 거치면서 코발층의 코발트가 티타늄층으로 확산되어 실리콘기판의 소오스/드레인의 상부면과 장벽층의 저면부 사이에 얇게 형성시키므로 콘택홀내에 알루미늄을 증착하여 금속배선으로 사용할 때 정션파괴를 방지하고 접촉저항을 저하시키도록 하는 것이 목적이다.
도 1 및 도 2는 종래의 모스형 전계효과 트랜지스터에서 장벽층을 형성하는 과정을 개략적으로 보인 도면이고,
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 모스형 전계효과 트랜지스터에서 장벽층을 형성하는 상태를 순차적으로 예시한 도면이다.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
10 : 실리콘기판 20 : 절연막
30 : 콘택홀 40 : 소오스/드레인
50 : 장벽층 52 : 티타늄층
54 : 코발트층 56 : 티타늄나이트라이드층
이러한 목적은 실리콘기판의 소오스/드레인의 상부면에 형성된 절연막을 식각공정하여 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 단계 후에 콘택홀과 절연막상에 장벽층을 형성하는 단계와; 상기 단계 후에 열처리공정으로 장벽층을 확산시켜 소오스/드레인의 상부면에 스파이킹방지층을 형성하는 단계와; 상기 단계 후에 장벽층 상에 금속물을 주입하여 알루미늄(Al)인 금속배선층을 형성하는 단계로 이루어진 모스형 전계효과 트랜지스터의 장벽층형성방법을 제공함으로써 달성된다.
그리고, 상기 장벽층은 티타늄층/코발트층/티타늄나이트라이드층으로 이루어지고, 이 티타늄층은 150∼200Å의 두께를 갖고 스퍼터링방식으로 형성되고, 이코발트층은 350∼400Å의 두께를 갖고, 스퍼터링방식 또는 저압화학기상증착법(LPCVD법)으로 형성되며, 티타늄나이트라이드층(56)은 200∼250Å의 두께를 갖고 스퍼터링방식으로 형성된다.
또한, 상기 스파이킹방지층을 형성하기 위한 열처리공정은 장벽층의 코발트층을 서서히 소오스/드레인으로 확산시키는 제 1 열처리단계와; 상기 단계 후에 서서히 확산된 코발트층을 실리콘기판과 반응시켜 실리사이드화하여 스파이킹방지층을 형성하는 제 2 열처리단계등이 급속열처리공정(Rapid thermal process)에서 이루어진다
그리고, 상기 제 1 열처리단계는 650∼750℃의 온도로 램프업(Ramp up) 한 후에 5∼10 분동안 질소(N2)가스분위기에서 코발트층을 티타늄층을 통하여 확산시키고, 상기 제 2 열처리단계는 800∼1000℃의 온도로 2∼5분간 질소가스분위기에서 반응시켜 이루어진다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명에 따른 장벽층 형성방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(10)의 소오스/드레인(40)의 상부면에 BPSG산화막으로 된 절연막(20)을 마스킹 식각공정을 통하여 콘택홀(30)을 형성하도록 한다.
그리고, 도 4는 상기 단계 후에 콘택홀(30)과 절연막(20)상에 장벽층(50)을 형성하는 상태를 도시한 도면으로서, 상기 장벽층(50)은 티타늄층(54)/코발트층(54)/티타늄나이트라이드층(56)으로 이루어지고, 티타늄층(52)은 150∼200Å의 두께를 갖고 스퍼터링(Sputtering)방식으로 형성되며, 코발트층(54)은 350∼400Å의 두께를 갖고, 스퍼터링방식 또는 저압화학기상증착법으로 형성하고, 티타늄나이트라이드층(56)은 200∼250Å의 두께를 갖고 스퍼터링방식으로 형성시키게 된다.
도 5는 상기 단계 후에 열처리공정으로 장벽층(50)을 확산시켜 소오스/드레인(40)의 상부면에 스파이킹방지층(70)을 형성하고, 그 장벽층(50) 상에 알루미늄(Al)을 주입한 금속배선층(60)을 형성하는 상태를 보이고 있다.
한편, 상기 스파이킹방지층(70)을 형성하기 위한 열처리공정은 장벽층(50)의 코발트층(54)을 650∼750℃의 온도로 램프업 한 후에 5∼10 분동안 질소가스분위기에서 코발트층(54)을 티타늄층(52)을 통하여 서서히 소오스/드레인(40)으로 확산시킨 후에 서서히 확산된 코발트층(54)을 800∼1000℃의 온도로 2∼5분간 질소가스분위기에서 실리콘기판(10)과 반응시켜 실리사이드화하여 스파이킹방지층(70)을 형성하게 되는 것이다.
따라서, 상기한 바와 같이 본 발명에 따른 장벽층 형성방법을 이용하게 되면, 장벽층인 티타늄층과 티타늄나이트라이드층 사이에 코발트층을 형성하여 제 1 단계 및 제 2 단계의 후속열처리 공정을 거치면서 코발층의 코발트가 티타늄층으로 확산되어 실리콘기판의 소오스/드레인의 상부면과 장벽층의 저면부 사이에 얇게 스파이킹방지층을 형성시키므로 콘택홀내에 알루미늄을 증착하여 금속배선으로 사용할 때 금속물질이 소오스/드레인으로 유입되는 것을 차단하여 정션파괴(Junction destruction)를 방지하고, 접촉저항(Contact registance)을 저하시키도록 하여 반도체소자의 고집적화를 달성하고, 반도체소자의 동작특성을 향상시키도록 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.
Claims (7)
- 실리콘기판의 소오스/드레인의 상부면에 형성된 절연막을 식각공정으로 콘택홀을 형성하는 단계와;상기 단계 후에 콘택홀과 절연막상에 티타늄층/코발트층/티타늄나이트라이드층으로 된 장벽층을 형성하는 단계와;상기 단계 후에 열처리공정으로 장벽층을 확산시켜 소오스/드레인의 상부면에 스파이킹방지층을 형성하는 단계와;상기 단계 후에 장벽층 상에 금속물을 주입하여 금속배선층을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 모스형 전계효과 트랜지스터의 장벽층형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 티타늄층은 150∼200Å의 두께를 갖고 스퍼터링방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 모스형 전계효과 트랜지스터의 장벽층형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 코발트층은 350∼400Å의 두께를 갖고, 스퍼터링방식 또는 저압화학기상증착법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 모스형 전계효과 트랜지스터의 장벽층형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 티타늄나이트라이드층은 200∼250Å의 두께를 갖고 스퍼터링방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 모스형 전계효과 트랜지스터의 장벽층형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스파이킹방지층을 형성하기 위한 열처리공정은 급속열처리공정으로서, 장벽층의 코발트층을 서서히 소오스/드레인으로 확산시키는 제 1 열처리단계와;상기 단계 후에 서서히 확산된 코발트층을 실리콘기판과 반응시켜 실리사이드화하여 스파이킹방지층을 형성하는 제 2 열처리공정을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 모스형 전계효과 트랜지스터의 장벽층형성방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 열처리단계는 650∼750℃의 온도로 램프업 한 후에 5∼10 분동안 질소가스분위기에서 코발트층을 티타늄층을 통하여 확산시키는 것을 특징으로 하는 모스형 전계효과 트랜지스터의 장벽층형성방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 열처리단계는 800∼1000℃의 온도로 2∼5분간 질소가스분위기에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 모스형 전계효과 트랜지스터의 장벽층형성방법.
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| KR100493008B1 (ko) * | 1998-06-30 | 2006-04-21 | 삼성전자주식회사 | 전도성 산화물 전극을 구비하는 반도체 메모리장치 |
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1997
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