KR20000045875A - 코발트 실리사이드막을 갖는 반도체장치의 게이트 전극 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 코발트 실리사이드막을 갖는 반도체장치의 게이트 전극 형성방법에 관한 것으로써, 특히 이 방법은 게이트 산화막위에 도프트 폴리실리콘막을 형성하는 단계와, 도프트 폴리실리콘막위에 티타늄질화물로 이루어진 확산 방지막을 형성하는 단계와, 확산 방지막 위에 코발트 실리사이드막을 형성하는 단계와, 게이트 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 상기 순차적층된 코발트 실리사이드막과 확산 방지막 및 도프트 폴리실리콘막을 셀프얼라인되도록 패터닝하여 게이트 산화막위에 게이트 전극을 형성하는 단계로 이루어진다. 이에 따라, 본 발명은 도프트 폴리실리콘막 위에 코발트 실리사이드의 결정 성장과 코발트의 확산을 방지용의 티타늄질화박막을 추가 형성함으로써 코발트 실리사이드 공정으로 인한 게이트 산화막의 열화를 방지한다.
Description
본 발명은 반도체장치의 형성방법에 관한 것으로서, 특히 비정항이 낮은 코발트 실리사이드막을 갖는 반도체장치의 게이트 전극 형성방법에 관한 것이다.
통상적인 반도체장치내 게이트 전극은 제조 공정시 저항 특성을 낮추면서 반도체장치의 신뢰성을 높이기 위해 게이트 산화막 형성, 도프트 폴리실리콘(doped poly silicon) 증착, 그리고 고융점 저저항 금속으로서 텅스텐(W)을 증착하고 있다.
도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 의한 텅스텐층을 갖는 게이트 전극 및 그 반도체장치의 형성방법을 설명하기 위한 수직 단면도들이다.
이를 참조하면 종래 반도체장치의 제종 공정은 다음과 같은데, 우선 도 1a에 도시된 바와 같이 반도체 기판으로서 실리콘 기판(10)에 소자간 분리를 위한 소자분리막(도시하지 않음)을 형성하고 소자분리막에 의해 구분되는 기판의 활성 영역 위에 게이트 산화막(12)을 형성하고, 그 위에 게이트 도전층으로서 도프트 폴리실리콘(14)을 증착한 후에 도프트 폴리실리콘막(14) 위에 티타늄 질화물질(TiNx) 내지 텅스텐 질화물질(WNx)을 증착하여 웨팅층(wetting layer)(16)을 형성하고, 그 위에 텅스텐(W)(18)을 증착한다. 그 다음 게이트 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 실시하여 상기 텅스텐층(18)부터 도프트 폴리실리콘막(14)까지 셀프얼라인되도록 패터닝하여 상기 게이트 산화막(12) 위에 게이트 전극(G)을 형성한다.
이후 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 게이트 전극(G) 측면에 전기 절연 및 이후 형성될 소스/드레인의 확산 영역을 정의하기 위한 스페이서(18)를 형성하고, 이온 주입 공정을 실시하여 상기 게이트 전극(G) 에지 근방의 기판 내에 불순물이 주입된 소스/드레인 영역(20)을 형성하여 통상의 모스 트랜지스터를 완성한다.
상기 텅스텐(18)을 화학기상증착공정(chemical vapor deposition)으로 증착할 때 상기 웨팅층(16)에 의해 시드(seed) 성장을 원할히 할 수 있다.
하지만, 소자의 집적화가 진행됨에 따라 RC 시간 지연이 가장 큰 문제점으로 지적되고 있기 때문에 최근에는 텅스텐 보다 비저항이 낮은(약∼17Ω㎝) 코발트 실리사이드(CoSix)가 차세대 게이트물질로 주목받고 있는데, 이 경우 통상의 실리사이드 공정과 같이 도프트 폴리실리콘막 위에 코발트를 증착하고 급속 열처리공정을 실시하여 코발트 실리사이드막을 형성하면 코발트 실리사이드의 불규칙한 성장으로 인해 도프트 폴리실리콘막과 코발트 실리사이드막의 계면이 불규칙하게 된다. 이를 방지하기 위해 상기 공정 대신에 코발트 실리콘(CoSix)의 화합물 타겟을 이용하여 코발트 실리사이드막을 성장시킬 경우 후속 열처리 공정에서 발생하는 열(thermal budget)에 의해 코발트 실리사이드의 결정 성장과 코발트 입자가 게이트 산화막으로 확산되어 결국 GOI(gate oxide integrity)의 특성을 열화시키게 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 코발트 실리사이드를 갖는 게이트 전극 형성시 도프트 폴리실리콘막 위에 코발트 실리사이드의 결정 성장과 코발트의 확산을 방지하는 티타늄질화물질로 이루어진 확산 방지막을 추가 형성함으로써 코발트 실리사이드 공정으로 인한 게이트 산화막의 열화를 방지하여 게이트 전극 특성을 향상시킬 수 있는 코발트 실리사이드막을 갖는 반도체장치의 게이트 전극 형성방법을 제공하는데 있다.
도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 의한 텅스텐층을 갖는 게이트 전극 및 그 반도체장치의 형성방법을 설명하기 위한 수직 단면도들,
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 코발트 실리사이드막을 갖는 게이트 전극과 그 반도체장치의 형성방법을 설명하기 위한 수직 단면도들,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 형성된 코발트 실리사이드막을 갖는 반도체장치의 게이트 전극 구조를 나타낸 수직 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 실리콘기판 102 : 게이트 산화막
104 : 도프트 폴리실리콘막 106 : 확산 방지막
108 : 코발트 실리사이드막 110: 스페이서막
112 : 소스/드레인영역
G : 게이트 전극
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체기판 상부의 활성 영역위에 게이트 산화막을 형성한 후에 도프트 폴리실리콘막을 적층하고 그 위에 금속 실리사이드막을 순차적층하고 이 도프트 폴리실리콘막과 실리사이드막을 패터닝하여 게이트 전극을 형성함에 있어서, 게이트 산화막위에 도프트 폴리실리콘막을 형성하는 단계와, 도프트 폴리실리콘막위에 티타늄질화물질로 이루어진 확산 방지막을 형성하는 단계와, 확산 방지막 위에 코발트 실리사이드막을 형성하는 단계와, 게이트 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 상기 순차적층된 코발트 실리사이드막과 확산 방지막 및 도프트 폴리실리콘막을 셀프얼라인되도록 패터닝하여 게이트 산화막위에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 확산 방지막은 180∼350℃의 증착온도와 20Torr이하의 압력 조건을 갖는 물리기상증착공정 내지 300∼700℃의 증착온도 조건을 갖는 화학기상증착공정을 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 확산 방지막의 두께는 50∼300Å으로 한다.
한편, 상기 코발트 실리사이드막 형성단계는 코발트 실리사이드의 혼합물 타겟을 이용하며 이 물질을 증착한 후에 급속 열처리 공정을 실시하거나, 또는 확산 방지막 위에 도프트 폴리실리콘을 증착하고 그 위에 코발트를 적층하고 급속 열처리공정을 실시함으로써 상기 확산 방지막 위에 코발트 실리사이드막을 형성하도록 한다. 그렇지 않으면, 상기 확산 방지막 위에 도프트 폴리실리콘을 증착하고 그 위에 코발트 및 티타늄을 순차 적층한 후에 급속 열처리공정을 실시함으로써 상기 확산 방지막 위에 코발트 실리사이드막을 형성하도록 한다.
본 발명에 따르면, 상기 도프트 폴리실리콘막과 코발트 실리사이드막 사이에 도프트 폴리실리콘과 저항계수와 비슷한 티타늄질화물질을 증착하여 확산 방지막을 내재하여 상기 확산 방지막에 의해 실리사이드 공정시 유발되는 코발트의 확산이 억제되어 코발트 확산으로 인한 게이트 산화막의 열화를 미연에 방지한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하고자 한다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 코발트 실리사이드막을 갖는 반도체장치의 게이트 전극 형성방법을 설명하기 위한 수직 단면도들이다.
우선, 반도체기판으로서 실리콘기판(100) 상부에 소자간 분리를 위한 소자분리막(도시하지 않음)을 형성하고, 소자분리막에 의해 구분되는 기판의 활성 영역 위에 게이트 산화막(102)을 형성하고, 그 위에 순차적으로 게이트 도전층으로서 도프트 폴리실리콘막(104)을 형성한다. 이때, 도프트 폴리실리콘 형성은 500∼650℃의 반응챔버내 온도 범위와 80Torr이하의 증착 압력하에서 이루어지며 SiH4와 PH3가스를 소스 가스(source gas)로 이용한다.
그 다음, 상기 도프트 폴리실리콘막(104) 위에 티타늄질화물을 50∼300Å의 두께로 증착하여 확산 방지막(106)을 형성한다. 이 막(106)의 증착 공정은 180∼350℃의 증착온도와 20Torr이하의 압력 조건을 갖는 물리기상증착 또는 300∼700℃의 증착온도 조건을 갖는 화학기상증착공정을 이용한다.
그리고, 상기 확산 방지막(106)이 형성된 기판 위에 코발트 실리사이드막(108)을 형성한다. 이때 코발트 실리사이드막(108) 형성 공정은 여러 가지 방법이 있는데, 그 중에서 코발트 실리사이드(CoSix)의 혼합물 타겟을 이용한 방법으로, 확산 방지막막(106) 위에 코발트 실리사이드(CoSix)의 혼합물을 증착한 후에 급속 열처리 공정(rapid thermal process)을 실시하여 코발트 실리사이드막(108)을 형성한다.
그 다음, 게이트 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 상기 순차적층된 코발트 실리사이드막(108)과 확산 방지막(106) 및 도프트 폴리실리콘막(104)을 셀프얼라인되도록 패터닝하여 게이트 산화막(102)위에 게이트 전극(G)을 형성한다. 이후, 일련의 제조 공정을 거쳐서 LDD(Lightly Doped Drain)와 스페이서막(110) 및 소스/드레인 영역(112)을 형성하여 본 발명에 따른 반도체장치의 제조 공정을 완료한다.
한편, 본 발명에 따른 코발트 실리사이드막은 다른 제조 공정을 이용하여 형성할 수 있는데 이는 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 형성된 코발트 실리사이드막을 갖는 반도체장치의 게이트 전극 구조를 나타낸 수직 단면도으로서, 상술된 제조 공정 순사에 따라 상기 도프트 폴리실리콘(104) 위에 티타늄질화물을 증착하여 확산 방지막(106)을 형성하고 그 위에 순차적으로 도프트 폴리실리콘(107) 및 코발트(Co)를 층착한 후에 급속 열처리공정을 실시하여 코발트 실리사이드막(108)을 형성한다.
또는 상기와 같은 동일한 구조의 게이트 전극을 위의 방법 대신에 다음과 같은 방법으로 형성할 수도 있다. 이는 확산 방지막(106) 위에 도프트 폴리실리콘(107)을 증착하고 그 위에 코발트(Co) 및 티타늄(Ti)을 순차 적층한 후에 1차로 550∼750℃의 온도에서 급속 열처리 공정을 실시하고 SC-1을 이용한 세정공정을 실시하여 미반응 금속을 제거한 후에, 2차로 650∼850℃의 온도에서 급속 열처리 공정을 실시함으로써 코발트 실리사이드막(108)을 형성한다.
따라서, 상기한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체장치 내 게이트 전극의 코발트 실리사이드 제조 공정을 이용하게 되면, 실리콘 내부에서 다른 물질에 비해 확산 속도가 높은 코발트의 확산을 억제하기 위해 도프 폴리실리콘막 위에 티타늄질화막을 추가 형성함으로써 열처리 공정시 폴리실리콘의 결정립계를 따라 빠른 속도로 이동하는 코발트의 확산을 억제하는데 크게 기여함과 동시에 코발트 실리사이드막 자체의 결정 성장에 대한 방지 역할을 하여 게이트 산화막의 열적 저하를 방지하고 코발트 실리사이드막의 안정성을 유지할 수 있는 장점이 있다.
Claims (5)
- 반도체기판 상부의 활성 영역위에 게이트 산화막을 형성한 후에 도프트 폴리실리콘막을 적층하고 그 위에 금속 실리사이드막을 순차적층하고 이 도프트 폴리실리콘막과 실리사이드막을 패터닝하여 게이트 전극을 형성함에 있어서,상기 게이트 산화막위에 도프트 폴리실리콘막을 형성하는 단계;상기 도프트 폴리실리콘막위에 티타늄질화물을 증착하여 확산 방지막을 형성하는 단계;상기 확산 방지막 위에 코발트 실리사이드막을 형성하는 단계; 및게이트 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 상기 순차적층된 코발트 실리사이드막과 확산 방지막 및 도프트 폴리실리콘막을 셀프얼라인되도록 패터닝하여 상기 게이트 산화막위에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 코발트 실리사이드막을 갖는 반도체장치의 게이트 전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 확산 방지막은 180∼350℃의 증착온도와 20Torr이하의 압력 조건을 갖는 물리기상증착공정 내지 300∼700℃의 증착온도 조건을 갖는 화학기상증착공정을 이용하며 그 두께는 50∼300Å으로 하는 것을 특징으로 하는 코발트 실리사이드막을 갖는 반도체장치의 게이트 전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 코발트 실리사이드막 형성단계는,코발트 실리사이드의 혼합물 타겟을 이용하며 이 물질을 증착한 후에 급속 열처리 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 코발트 실리사이드막을 갖는 반도체장치의 게이트 전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 코발트 실리사이드막 형성단계는,상기 확산 방지막 위에 도프트 폴리실리콘을 증착하고 그 위에 코발트를 적층하고 급속 열처리공정을 실시함으로써 상기 확산 방지막 위에 코발트 실리사이드막을 형성하는 것을 특징으로 하는 코발트 실리사이드막을 갖는 반도체장치의 게이트 전극 형성방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 코발트 실리사이드막 형성 단계는,상기 확산 방지막 위에 도프트 폴리실리콘을 증착하고 그 위에 코발트 및 티타늄을 순차 적층한 후에 급속 열처리공정을 실시함으로써 상기 확산 방지막 위에 코발트 실리사이드막을 형성하는 것을 특징으로 하는 코발트 실리사이드막을 갖는 반도체장치의 게이트 전극 형성방법.
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-
1998
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