KR20010003697A - Fabricating method for semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a semiconductor device is provided to guarantee a stable electrical characteristic by preventing a grooving phenomenon on a surface of a doped polycrystalline silicon layer, and to prevent a defect by preventing the doped polycrystalline silicon layer and a tungsten silicide layer from diffusing to each other. CONSTITUTION: A gate insulating layer(42) and a doped polycrystalline silicon layer(43) are sequentially formed on a semiconductor substrate(41). An oxide layer as a diffusion barrier layer(44) is formed on the doped polycrystalline silicon layer. A tungsten silicide layer(45) is formed on the diffusion barrier layer. The doped polycrystalline silicon layer is formed by using SiH4 gas or Si2H6 gas containing phosphor or arsenic.

Description

반도체소자의 제조방법{Fabricating method for semiconductor device}Fabrication method for semiconductor device

본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 텅스텐실리사이드막/도프트 다결정실리콘층 적층구조의 게이트 전극을 형성하는 경우 상기 도프트 다결정실리콘층을 SC-1용액, 피라나용액, H2O2가 함유된 용액 또는 오존수로 세정하여 확산방지막인 산화막을 형성한 다음, 텅스텐실리사이드막을 형성함으로써 상기 텅스텐실리사이드막과 다결정실리콘층 간에 상호확산을 방지하여 디펙트가 발생하는 것을 방지함으로써 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키는 반도체소자의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. In particular, when forming a gate electrode having a tungsten silicide film / doped polysilicon layer stacked structure, the doped polysilicon layer may be formed using an SC-1 solution, a piranha solution, and a H 2 O. 2 to form an oxide film which is a diffusion barrier film by washing with a solution containing 2 or ozone water, and then forming a tungsten silicide film to prevent mutual diffusion between the tungsten silicide film and the polycrystalline silicon layer to prevent defects from occurring. A method of manufacturing a semiconductor device for improving reliability.

반도체소자가 고집적화되어 감에 따라 모스 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; 이하 MOS FET라 칭함)의 게이트 전극도 폭이 줄어들고 있으나, 게이트 전극의 폭이 N배 줄어들면 게이트 전극의 전기 저항이 N배 증가되어 반도체소자의 동작 속도를 떨어뜨리는 문제점이 있다. 따라서 게이트 전극의 저항을 감소시키기 위하여 가장 안정적인 MOSFET 특성을 나타내는 다결정실리콘층/산화막 계면의 특성을 이용하여 다결정실리콘층과 실리사이드의 적층 구조인 폴리사이드가 저 저항 게이트로서 사용된다.As semiconductor devices become more integrated, the gate electrode of a metal oxide semiconductor field effect transistor (hereinafter referred to as a MOS FET) is decreasing in width, but when the width of the gate electrode is reduced by N times, the electrical resistance of the gate electrode is decreased. There is a problem that the N times increased to decrease the operation speed of the semiconductor device. Therefore, in order to reduce the resistance of the gate electrode, polyside, which is a laminated structure of the polysilicon layer and the silicide, is used as the low resistance gate by using the property of the polysilicon layer / oxide film interface exhibiting the most stable MOSFET characteristics.

일반적으로 반도체 회로를 구성하는 트랜지스터의 기능에서 가장 중요한 기능은 전류구동능력이며, 이를 고려하여 MOS FET의 채널 폭을 조정한다. 가장 널리 쓰이는 MOS FET은 게이트 전극으로 불순물이 도핑된 다결정실리콘층을 사용하고, 소오스/드레인 영역은 반도체기판상에 불순물이 도핑된 확산 영역이 사용된다. 여기서 게이트 전극의 면저항은 약 30∼70Ω/□ 정도이며, 소오스/드레인 영역의 면저항은 N+의 경우에는 약 70∼150Ω/□, P+의 경우 약 100∼250Ω/□ 정도이며, 게이트 전극이나 소오스/드레인 영역 상에 형성되는 콘택의 경우에는 콘택 저항이 하나의 콘택당 약 30∼70Ω/□ 정도이다.In general, the most important function of the transistor constituting the semiconductor circuit is the current driving capability, and the channel width of the MOS FET is adjusted in consideration of this. The most widely used MOS FET uses a polysilicon layer doped with impurities as a gate electrode, and a diffusion region doped with impurities on a semiconductor substrate is used as a source / drain region. Here, the sheet resistance of the gate electrode is about 30 to 70 Ω / □, the sheet resistance of the source / drain region is about 70 to 150 Ω / □ for N +, about 100 to 250 Ω / □ for P +, and the gate electrode or source / In the case of a contact formed on the drain region, the contact resistance is about 30 to 70? /? Per contact.

이와 같이 게이트 전극과 소오스/드레인 영역의 높은 면저항 및 콘택 저항을 감소시키기 위하여 살리사이드(salicide; self-aligned silicide) 방법이나 선택적 금속막 증착 방법으로 게이트전극과 소오스/드레인 영역의 상부에만 금속 실리사이드막을 형성하여 MOS FET의 전류구동능력을 증가시켰다.In order to reduce the high sheet resistance and contact resistance of the gate electrode and the source / drain regions, a metal silicide layer may be formed only on the gate electrode and the source / drain regions using a salicide (self-aligned silicide) method or a selective metal film deposition method. The current driving capability of the MOS FET was increased.

현재 DRAM이 고집적화되어 감에 따라 전기 저항이 낮은 전기배선 재료로서 텅스텐실리사이드막이 비트라인 뿐만 아니라 워드라인에서도 많이 사용되고 있는데, 비트라인과 워드라인이 접촉되는 부위의 접촉저항값을 낮게 하기 위하여 캐핑다결정실리콘층을 형성한다. 이때, 상기 도프트 다결정실리콘층 상부에 텅스텐실리사이드막을 증착하는 경우 상기 도프트 다결정실리콘층 표면을 불산(HF) 또는 비.오.이.(buffered oxide etchant, 이하 BOE 라 함)를 사용한 세정공정을 실시하여 자연산화막을 제거하였고, 그로 인하여 상기 도프트 다결정실리콘층의 표면이 불안정하게 되어 텅스텐실리사이드막과 반응하게 되고, 후속공정으로 캐핑다결정실리콘층까지 증착하고 나면 표면에 도 1 에 도시된 바와 같이 디펙트가 발생하게 된다.Tungsten silicide films are widely used in word lines as well as bit lines as DRAMs have high electrical resistance. As the DRAM becomes more integrated, capping polycrystalline silicon is used to lower the contact resistance of the bit line and word lines. Form a layer. In this case, when the tungsten silicide layer is deposited on the doped polysilicon layer, a cleaning process using hydrofluoric acid (HF) or B. O. (buffered oxide etchant, hereinafter referred to as BOE) is performed on the doped polysilicon layer. The organic oxide film was removed to thereby cause the surface of the doped polysilicon layer to become unstable and react with the tungsten silicide film, and after deposition to the capping polysilicon layer in a subsequent process, as shown in FIG. Defect will occur.

상기와 같은 텅스텐폴리사이드구조는 텅실텐실리사이드는 SiH4(monosilane, MS)을 WF6가스로 환원시켜 증착하는 MS공정과 SiH2Cl2(dichlorosilane, DCS)을 WF6가스로 환원시켜 증착하는 DCS공정에 의하여 증착된다. DCS공정과 MS공정 모두 Si를 소오스로 하는 기체의 환원기체로서 WF6를 이용하므로 증착된 텅스텐실리사이드막내에 각각 1016∼ 1017at/㎠, 1019∼ 1020at/㎠, 의 농도로 불소가 함유된다.In the tungsten polyside structure as described above, the tungsten polysilicide has a MS process in which SiH 4 (monosilane, MS) is reduced by WF 6 gas, and a SiS 2 Cl 2 (dichlorosilane, DCS) is reduced by WF 6 gas. Deposited by the process. Both DCS and MS processes use WF 6 as a reducing gas for Si source gas, so that fluorine is deposited in the concentrations of 10 16 to 10 17 at / cm 2 and 10 19 to 10 20 at / cm 2, respectively, in the deposited tungsten silicide film. Is contained.

상기 텅스텐실리사이드막 내의 불소는 도 2 에 도시된 바와 같이 후속 열공정시 게이트 절연막 쪽으로 확산하여 게이트 산화막의 유전률을 낮추고, 두께를 증가시킬 뿐아니라, 도프트 다결정실리콘층/게이트 산화막 계면에 고정전하센터를 형성하여 GOI 특성을 저하시킨다.The fluorine in the tungsten silicide film diffuses toward the gate insulating film during the subsequent thermal process, as shown in FIG. 2, to lower the dielectric constant of the gate oxide film and to increase the thickness thereof. To reduce GOI properties.

상기와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법에서 디펙트는 후속 워드라인 패터닝시 마스크공정에서 빛의 산란을 발생시켜 정확한 형태의 배선형성을 어렵게 하고, 식각후 잔류물(residue)이 남아 브리지(bridge)를 유발시킬 수도 있어 고집적화에 따른 미세한 선폭 확보를 불가능하게 하여 소자 특성을 열화시키거나, 수율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.In the manufacturing method of the semiconductor device according to the prior art as described above, defects cause scattering of light in the mask process during subsequent word line patterning, making it difficult to form an accurate wire, and after etching, a residue remains after the bridge ( bridge) can be caused, so that it is impossible to secure a fine line width due to high integration, thereby deteriorating device characteristics or lowering yield.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 텅스텐실리사이드막/다결정실리콘층 적층구조의 게이트 전극 형성시 도프트 다결정실리콘층의 표면을 SC-1용액, 피라나용액, H2O2가 함유된 용액 또는 오존수를 사용한 세정공정으로 확산방지막으로서 산화막을 형성하여 상기 적층구조 간의 상호확산을 방지하고 상기 도프트다결정실리콘층의 표면에 디펙트가 발생하는 것을 방지함으로써 GOI 특성을 개선시켜 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키는 반도체소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention to solve the problems of the prior art, a tungsten silicide film / polycrystal surface during the doping agent polysilicon layer forming the gate electrode of a silicon layer stacked structure SC-1 solution, blood Rana solution, H 2 O 2 is An oxide film is formed as a diffusion barrier by a cleaning process using a contained solution or ozone water to prevent mutual diffusion between the laminated structures and to prevent defects from occurring on the surface of the doped polysilicon layer, thereby improving GOI characteristics. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that improves characteristics and reliability.

도 1 은 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법에 의한 디펙트의 현미경사진.1 is a micrograph of the defect by the method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.

도 2 는 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법에 의해 형성된 게이트 전극의 단면도.2 is a cross-sectional view of a gate electrode formed by a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.

도 3a 내지 도 3f 는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체소자의 제조방법을 도시한 단면도.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.

도 4 는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체소자의 제조방법에 의한 디펙트의 현미경사진.Figure 4 is a micrograph of the defect by the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

도 5 는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체소자의 제조방법에 의해 형성된 게이트 전극의 단면도.5 is a cross-sectional view of a gate electrode formed by the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

11, 21, 41 : 반도체기판 12, 22, 42 : 게이트 산화막11, 21, 41: semiconductor substrate 12, 22, 42: gate oxide film

13, 23, 43 : 드프드 다결정실리콘층 14, 25, 45 : 텅스텐실리사이드막13, 23, 43: Dfed polycrystalline silicon layer 14, 25, 45: Tungsten silicide film

24, 44 : 확산방지막 26 : 캐핑다결정실리콘막24, 44: diffusion barrier film 26: capping polysilicon film

27 : 마스크 산화막 28 : 반사방지막27 mask oxide film 28 antireflection film

이상의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법은,Method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object,

반도체기판 상부에 게이트 절연막, 도프트 다결정실리콘층을 형성하는 공정과,Forming a gate insulating film and a doped polysilicon layer on the semiconductor substrate;

상기 도프트 다결정실리콘층의 표면에 확산방지막으로서 산화막을 형성하는 공정과,Forming an oxide film as a diffusion barrier on a surface of the doped polysilicon layer;

상기 확산방지막 상부에 텅스텐실리사이드막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.And forming a tungsten silicide film on the diffusion barrier.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3a 내지 도 3b 는 본 발명의 제1실시예에 의한 반도체소자의 제조방법을 도시한 단면도로서, 워드라인 또는 비트라인 등의 다른 도전배선의 형성공정에 적용된다.3A to 3B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention, and are applied to a process of forming other conductive wirings such as word lines or bit lines.

먼저, 반도체기판(21)에서 소자분리영역으로 예정되는 부분에 소자분리막(도시안됨)을 형성하고, 전체표면 상부에 게이트 절연막(22)을 형성한다.First, an isolation layer (not shown) is formed on a portion of the semiconductor substrate 21 that is intended as an isolation region, and a gate insulating layer 22 is formed over the entire surface.

다음, 상기 게이트 절연막(22) 상부에 도프트 다결정실리콘층(23)을 형성하되, SiH4또는 Si2H6가스를 사용하고, 도펀트(dopant)가스는 인(phosphorous) 또는 비소(arsenic)를 함유한 가스, 예를 들며 PH3과 같은 가스를 이용하고, 도펀트농도는 1E19atoms/㎠ ∼ 9E21atoms/㎠로 하는 화학기상증착방법을 인시튜로 실시하여 도프트 다결정실리콘을 증착하는 방법 또는 다결정실리콘층을 증착한 다음, POCl3을 이용한 열확산도핑(thermal diffusion doping)방법, 그리고 임플란트에 의한 방법등을 이용한다.Next, a doped polysilicon layer 23 is formed on the gate insulating layer 22, and SiH 4 or Si 2 H 6 gas is used, and the dopant gas is phosphorous or arsenic. A method of depositing a dope polycrystalline silicon or a polysilicon layer by using a gas containing, for example, a gas such as PH3, and performing a chemical vapor deposition method having a dopant concentration of 1E19 atoms / cm 2 to 9E21 atoms / cm 2 in situ. After deposition, a thermal diffusion doping method using POCl 3 and an implant method are used.

그 다음, 상기 도프트 다결정실리콘층(23) 표면을 불산(HF) 또는 BOE용액을 사용하여 세정한다. 이때, 상기 세정공정으로 상기 도프트 다결정실리콘층(23)의 표면이 불안정한 상태가 된다.Then, the surface of the doped polysilicon layer 23 is cleaned using hydrofluoric acid (HF) or a BOE solution. At this time, the surface of the doped polysilicon layer 23 is in an unstable state by the cleaning process.

다음, 상기 도프트 다결정실리콘층(23) 상부에 확산방지막(24)을 5 ∼ 50Å 두께로 형성한다.Next, a diffusion barrier 24 is formed on the doped polysilicon layer 23 to have a thickness of 5 to 50 kHz.

상기 확산방지막(24)은 산화막으로 상기 도프트 다결정실리콘층(23) 표면을 SC-1용액으로 세정하여 형성하거나, 상기 도프트 다결정실리콘층(23) 표면을 세정하지 않거나, 스크러빙하여 자연산화막으로 형성할 수 있다.The diffusion barrier 24 is formed by cleaning the surface of the doped polysilicon layer 23 with an SC-1 solution using an oxide film or by scrubbing or scrubbing the surface of the doped polysilicon layer 23 with a natural oxide film. Can be formed.

상기 확산방지막(24)은 후속 열공정에서 Si를 많이 함유하는 텅스텐실리사이드막 내의 Si들이 후속 열공정시 텅스텐실리사이드 그레인 바운더리(grain boundary)를 따라서 인접한 도프트 다결정실리콘막쪽으로 확산해 나오기 때문에 두 막간 경계면이 울퉁불퉁해지는 현상으로 파괴되기 때문에 절연성을 상실하여 게이트 전극의 전기 전도성에 문제가 되지 않는다.The diffusion barrier 24 has an interface between the two films because Si in the tungsten silicide film containing a large amount of Si is diffused along the tungsten silicide grain boundary to the adjacent doped polysilicon film during the subsequent thermal process. Since it is broken by a rugged phenomenon, it loses insulation and does not become a problem for the electrical conductivity of the gate electrode.

다음, 상기 확산방지막(24) 상부에 텅스텐실리사이드막(25)을 형성한다. 상기 텅스텐실리사이드막(25)은 WF6가스와 SiH4가스를 사용하는 화학기상증착방법으로 형성하되, 350 ∼ 500℃ 및 0.5 ∼ 2.0 Torr 하에서 2.5 ∼ 5.0sccm의 WF6가스와 200 ∼ 500sccm의 SiH4가스를 사용하여 형성하거나, WF6가스와 SiH2Cl2가스를 사용하는 화학기상증착방법으로 형성하되, 500 ∼ 700℃ 및 0.5 ∼ 2.0 Torr 하에서 2.5 ∼ 4.0sccm의 WF6가스와 100 ∼ 300sccm의 SiH2Cl2가스를 사용하여 형성한다.Next, a tungsten silicide layer 25 is formed on the diffusion barrier layer 24. The tungsten silicide layer 25 is formed by a chemical vapor deposition method using a WF 6 gas and a SiH 4 gas, and 2.5 to 5.0 sccm of WF 6 gas and 200 to 500 sccm of SiH under 350 to 500 ° C. and 0.5 to 2.0 Torr. It is formed using 4 gas or by chemical vapor deposition using WF 6 gas and SiH 2 Cl 2 gas, and 2.5 to 4.0 sccm of WF 6 gas and 100 to 300 sccm under 500 to 700 ° C and 0.5 to 2.0 Torr. It is formed using a SiH 2 Cl 2 gas.

그 다음, 상기 텅스텐실리사이드막(25) 상부에 캐핑다결정실리콘층(26)을 형성한다. 상기 캐핑다결정실리콘층(26)은 SiH4또는 Si2H6가스를 사용하고, 도펀트가스는 인 또는 비소를 함유한 가스, 예를 들며 PH3과 같은 가스를 이용하고, 도펀트농도는 1E19atoms/㎠ ∼ 9E21atoms/㎠로 하는 화학기상증착방법을 사용하여 인시튜로 도프트 다결정실리콘을 증착하되, 500 ∼ 600℃, 180 ∼ 300Torr에서 0 ∼ 200sccm의 PH3가스와 500 ∼ 2000sccm의 SiH4가스를 사용하여 형성한다.Next, a capping polysilicon layer 26 is formed on the tungsten silicide layer 25. The capping polysilicon layer 26 uses SiH 4 or Si 2 H 6 gas, the dopant gas is a gas containing phosphorus or arsenic, for example, a gas such as PH 3, and the dopant concentration is 1E19 atoms / cm 2 to Dopant polysilicon was deposited in situ using a chemical vapor deposition method of 9E21 atoms / cm 2, using 0 to 200 sccm of PH 3 gas and 500 to 2000 sccm of SiH 4 gas at 500 to 600 ° C. and 180 to 300 Torr. Form.

그 다음, 상기 캐핑다결정실리콘층(26) 상부에 마스크절연막(27)과 반사방지막(28)을 형성한 후, 게이트 전극으로 예정되는 부분을 보호하는 게이트 전극 마스크를 식각마스크로 사용하여 상기 반사방지막(28), 마스크절연막(27), 캐핑다결정실리콘층(26), 텅스텐실리사이드막(25), 확산방지막(24) 및 도프트 다결정실리콘층(23)을 식각하여 게이트 전극을 형성한다.Next, after forming the mask insulating film 27 and the anti-reflection film 28 on the capping polysilicon layer 26, the anti-reflection film by using a gate electrode mask that protects a portion intended as a gate electrode as an etching mask (28), the mask insulating film 27, the capping polysilicon layer 26, the tungsten silicide film 25, the diffusion barrier film 24 and the doped polysilicon layer 23 are etched to form a gate electrode.

도 4 는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체소자의 제조방법에 의한 디펙트의 현미경사진으로, 디펙트를 찾아볼 수 없다.4 is a micrograph of a defect by the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and no defect can be found.

도 5 는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체소자의 제조방법에 의해 형성된 게이트 전극의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a gate electrode formed by the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

반도체기판(41)에서 소자분리영역으로 예정되는 부분에 소자분리막(도시안됨)을 형성하고, 상기 반도체기판(41) 상부에 게이트 절연막(42)을 40 ∼ 100Å 두께로 형성한다.An isolation layer (not shown) is formed on a portion of the semiconductor substrate 41 to be an isolation region, and a gate insulating layer 42 is formed on the semiconductor substrate 41 to a thickness of 40 to 100 Å.

다음, 상기 게이트 절연막(42) 상부에 인 등의 불순물이 도핑된 도프트 다결정실리콘층(43)을 형성하되, 500 ∼ 700℃에서 SiH4와 PH3가스가 1.1 : 1.5 ∼ 1.5 : 1.8의 혼합비로 혼합된 가스를 이용한 화학기상증착방법으로 500 ∼ 1000Å 두께로 증착한다.Next, a doped polysilicon layer 43 doped with an impurity such as phosphorus is formed on the gate insulating layer 42, and the mixture ratio of SiH 4 and PH 3 gas is 1.1: 1.5 to 1.5: 1.8 at 500 to 700 ° C. Chemical vapor deposition method using a gas mixed with the deposited to 500 ~ 1000Å thickness.

그 다음, 상기 도프트 다결정실리콘층(43)의 표면을 세정하여 확산방지막(44)을 형성한다.Next, the surface of the doped polysilicon layer 43 is cleaned to form a diffusion barrier 44.

이때, 상기 확산방지막(44)은 NH4OH : H2O2: H2O 가 1 : 0.5 ∼ 1.5 : 3 ∼ 7의 부피비로 혼합된 염기성용액인 SC-1용액을 사용한 세정공정으로 형성된다. 상기 세정공정은 15 ∼ 90℃의 SC-1용액에 웨이퍼를 1 ∼ 10분간 디핑(dipping)하여 실시하되, 상기 세정공정으로 상기 확산방지막(44)은 5 ∼ 30Å 두께로 형성된다.At this time, the diffusion barrier 44 is formed by a washing step using a basic solution of SC-1, NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O is mixed in a volume ratio of 1: 0.5 to 1.5: 3 to 7. . The cleaning process is carried out by dipping the wafer into the SC-1 solution at 15 to 90 ° C. for 1 to 10 minutes, and the diffusion barrier 44 is formed to have a thickness of 5 to 30 μs by the cleaning process.

한편, 상기 세정공정은 피라나(piranha)용액을 사용하여 실시할 수도 있다. 상기 피라나용액은 H2SO4: H2O2가 2 ∼ 4 : 1의 부피비로 혼합된 용액으로 85 ∼ 150℃의 상기 피라나용액에 1 ∼ 10초간 디핑하여 세정공정을 실시할 수 있고, 오존수(10ppm ∼ 50ppm)를 사용하여 2 ∼ 10분간 디핑하여 세정공정을 실시함으로써 5 ∼ 30Å 두께의 확산방지막을 형성할 수도 있다. 또한, 상기 세정공정은 H2O2가 함유된 용액을 사용하여 실시할 수 있다.On the other hand, the washing step may be carried out using a piranha solution. The piranha solution is a solution in which H 2 SO 4 : H 2 O 2 is mixed in a volume ratio of 2 to 4: 1 and dipping the pyrana solution at 85 to 150 ° C. for 1 to 10 seconds to perform a washing process. It is also possible to form a diffusion barrier film having a thickness of 5 to 30 GPa by dipping for 2 to 10 minutes using ozone water (10 ppm to 50 ppm). In addition, the washing step can be carried out using a solution containing H 2 O 2 .

다음, 상기 확산방지막(44) 상부에 텅스텐실리사이드막(45)을 형성하되, 상기 텅스텐실리사이드막(45)은 WF6가스와 SiH4가스를 사용하는 화학기상증착방법으로 형성하되, 500 ∼ 650℃의 온도에서 WF6가스와 SiH4가스가 2 ∼ 3.5 : 1로 혼합된 혼합가스 또는 WF6가스와 SiH2Cl2가스가 2 ∼ 3 : 1 ∼ 1.5로 혼합된 혼합가스를 사용하여 600 ∼ 1500Å 두께로 형성한다. 상기 공정으로 형성된 텅스텐실리사이드막(45)은 상기 도프트 다결정실리콘층(43)과의 접착강도를 증가시키고, 산화특성을 향상시키기 위하여 2≤x≤2.8의 값을 갖는 WSix막으로 형성된다.Next, a tungsten silicide film 45 is formed on the diffusion barrier 44, and the tungsten silicide film 45 is formed by a chemical vapor deposition method using WF 6 gas and SiH 4 gas, but the temperature is 500 to 650 ° C. 600 to 1500 kW using a mixed gas of WF 6 gas and SiH 4 gas mixed at 2 to 3.5: 1 or a mixed gas of WF 6 gas and SiH 2 Cl 2 gas mixed at 2 to 3: 1 to 1.5 at Form to thickness. The tungsten silicide film 45 formed by the above process is formed of a WSi x film having a value of 2 ≦ x ≦ 2.8 in order to increase the adhesive strength with the doped polysilicon layer 43 and to improve oxidation characteristics.

후속공정으로 상기 텅스텐실리사이드막(45) 상부에 캐핑다결정실리콘층(도시안됨), 마스크절연막(도시안됨) 및 반사방지막(도시안됨) 등이 적층될 수도 있다.In a subsequent process, a capping polysilicon layer (not shown), a mask insulating film (not shown), an antireflection film (not shown), or the like may be stacked on the tungsten silicide layer 45.

하기의 표1은 베이스(base)조건과 SC-1용액을 사용한 세정공정의 적용에 의한 패드산화막 형성조건의 GOI 특성비교를 나타내는 것으로서, 베이스조건은 SC-1용액을 적용하지 않고 도프트 다결정실리콘층 표면의 산화막을 완전히 제거한 경우이고, SC-1을 적용한 경우는 상기 도프트 다결정실리콘층 표면에 산화막을 형성한 경우이다.Table 1 below shows the comparison of GOI characteristics of pad oxide film formation conditions by application of the base condition and the cleaning process using the SC-1 solution. The base condition is the doped polycrystalline silicon without applying the SC-1 solution. In the case where the oxide film on the surface of the layer is completely removed, SC-1 is applied when the oxide film is formed on the surface of the doped polycrystalline silicon layer.

표 1Table 1

진행조건Progress condition P1 VDP Rs(Ω/□)P1 VDP Rs (Ω / □) 게이트절연막두께증가(Tox-Teff)Gate insulation film thickness increase (T ox -T eff ) 브레이크다운 필드(MV/㎝)Breakdown field (MV / cm) Qbd(C/㎤)Qbd (C / cm 3) 베이스Base 9.07 ± 19.07 ± 1 18 ± 0.818 ± 0.8 9.15 ± 1.59.15 ± 1.5 7.16 ± 0.77.16 ± 0.7 SC-1적용SC-1 application 9.32 ± 19.32 ± 1 13 ± 0.713 ± 0.7 10.38 ± 1.210.38 ± 1.2 13.08 ± 1.113.08 ± 1.1

베이스조건이나 SC-1을 적용한 조건이나 게이트 전극의 VDP(Vanderpaw) 면저항 크기는 별로 차이가 나지 않는다.The base condition, the condition in which SC-1 is applied, and the VDP (Vanderpaw) sheet resistance of the gate electrode are not significantly different.

그리고, 실제 게이트 절연막 두께(Tox)에서 전기적 환경에서 측정된 게이트 절연막의 두께(Teff)를 뺀 값인 게이트 절연막 두께 증가치는 SC-1용액을 적용한 경우 더 적게 측정되었다. 이는 텅스텐실리사이드막으로 부터 불소의 확산을 방지하여 상기 불소와 게이트 절연막의 반응을 억제하였기 때문이다.In addition, the gate insulating film thickness increase, which is the value obtained by subtracting the thickness T eff of the gate insulating film measured in the electrical environment from the actual gate insulating film thickness T ox , was measured less when the SC-1 solution was applied. This is because the diffusion of fluorine from the tungsten silicide film is prevented and the reaction between the fluorine and the gate insulating film is suppressed.

또한, 전압이 일정하게 증가되는 경우 게이트 절연막이 파괴되는 브레이크다운 필드와 상기 게이트 절연막이 브레이크다운되는 경우의 전하량(Qbd)는 그 값이 클 수록 좋은 것으로, SC-1용액을 적용한 경우가 더 우수하다.In addition, the breakdown field in which the gate insulating film is destroyed when the voltage is constantly increased and the charge amount Qbd when the gate insulating film is broken down are larger, and the better is the case where the SC-1 solution is applied. Do.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법은, 고집적소자에 적용되는 텅스텐폴리사이드구조를 갖는 게이트 전극의 형성공정시 불순물이 도핑된 도프트 다결정실리콘층의 표면을 SC-1용액으로 세정하여 확산방지막을 형성한 다음, 텅스텐실리사이드막을 형성함으로써 상기 도프트 다결정실리콘층의 표면의 그루빙(grooving)현상이 방지되어 균일한 계면을 확보하여 안정된 전기적 특성을 확보할 수 있고, 상기 도프트 다결정실리콘층과 텅스텐실리사이드막 간에 상호확산을 방지하여 디펙트가 발생하는 것을 방지하고, 상기 텅스텐실리사이드막 내의 불소가 게이트 절연막 및 도프트 다결정실리콘층으로 확산되는 것을 방지하여 GOI특성 및 상기 도프트 다결정실리콘층의 저항균일성을 향상시켜 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하고 소자의 특성 및 공정수율을 향상시키는 이점이 있다.As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a surface of a doped polysilicon layer doped with impurities during the formation of a gate electrode having a tungsten polyside structure applied to a highly integrated device is used as an SC-1 solution. After washing to form a diffusion barrier layer, a tungsten silicide layer is formed to prevent grooving of the surface of the doped polysilicon layer, thereby securing a uniform interface to secure stable electrical characteristics. By preventing mutual diffusion between the polysilicon layer and the tungsten silicide layer to prevent defects from occurring, and preventing the fluorine in the tungsten silicide layer from diffusing into the gate insulating layer and the doped polycrystalline silicon layer, the GOI characteristics and the doped polycrystalline layer Improved resistance uniformity of the silicon layer enables high integration of semiconductor devices. And it has the advantage of improving the properties of the device and the process yield.

Claims (14)

반도체기판 상부에 게이트 절연막, 도프트 다결정실리콘층을 형성하는 공정과,Forming a gate insulating film and a doped polysilicon layer on the semiconductor substrate; 상기 도프트 다결정실리콘층의 표면에 확산방지막으로서 산화막을 형성하는 공정과,Forming an oxide film as a diffusion barrier on a surface of the doped polysilicon layer; 상기 확산방지막 상부에 텅스텐실리사이드막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.And forming a tungsten silicide film on the diffusion barrier. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도프트 다결정실리콘층은 SiH4가스나 Si2H6가스에 인이나 비소를 함유한 혼합가스를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The doped polysilicon layer is formed by using a mixed gas containing phosphorus or arsenic in SiH 4 gas or Si 2 H 6 gas. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 혼합가스는 1E19atoms/㎠ ∼ 9E21atoms/㎠의 도펀트농도를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The mixed gas has a dopant concentration of 1E19 atoms / cm 2 to 9E21 atoms / cm 2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도프트 다결정실리콘층은 화학기상증착방법으로 인시튜로 증착되거나, 열확산도핑방법 또는 임플란트방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The doped polysilicon layer is deposited in-situ by a chemical vapor deposition method, or a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that formed by a thermal diffusion doping method or an implant method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도프트 다결정실리콘층은 500 ∼ 700℃에서 SiH4와 PH3가스를 반응가스로 사용한 화학기상증착방법으로 500 ∼ 1000Å 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The doped polysilicon layer is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that 500 to 1000 Pa by a chemical vapor deposition method using SiH 4 and PH 3 gas as a reaction gas at 500 ~ 700 ℃. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 반응가스는 SiH4와 PH3가스가 1.1 : 1.5 ∼ 1.5 : 1.8의 혼합비로 혼합된 가스를 이용한 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The reaction gas is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the gas mixed with SiH 4 and PH 3 gas in a mixing ratio of 1.1: 1.5 to 1.5: 1.8. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 확산방지막은 5 ∼ 50Å 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The diffusion barrier is a manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed in a thickness of 5 ~ 50Å. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 확산방지막은 상기 도프트 다결정실리콘층을 스크러빙하여 형성되는 자연산화막으로 되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.And the diffusion barrier layer is a natural oxide layer formed by scrubbing the doped polysilicon layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 확산방지막은 SC-1용액, 피라나용액, H2O2가 함유된 용액 또는 오존수를 사용하여 상기 도프트 다결정실리콘층의 표면을 세정하여 형성된 케미칼 산화막인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The diffusion barrier is a chemical oxide film formed by cleaning the surface of the doped polysilicon layer using a SC-1 solution, a piranha solution, a solution containing H 2 O 2 or ozone water. . 제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,The method according to claim 1 or 9, 상기 확산방지막은 도프트 다결정실리콘층이 형성된 웨이퍼를 10 ∼ 50ppm의 오존수에 2 ∼ 10분간 디핑하여 세정공정을 실시하여 5 ∼ 30Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The diffusion barrier film is a semiconductor device manufacturing method characterized in that the wafer formed with a doped polysilicon layer is dipped in 10 to 50ppm ozone water for 2 to 10 minutes to perform a cleaning process to form a thickness of 5 to 30Å. 제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,The method according to claim 1 or 9, 상기 SC-1용액은 NH4OH : H2O2: H2O 가 1 : 0.5 ∼ 1.5 : 3 ∼ 7의 부피비로 혼합된 염기성용액인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The SC-1 solution is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O is a basic solution mixed in a volume ratio of 1: 0.5 to 1.5: 3 to 7. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 SC-1용액을 사용한 세정공정은 15 ∼ 90℃의 SC-1용액에 웨이퍼를 1 ∼ 10분간 디핑하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The cleaning process using the SC-1 solution is carried out by dipping the wafer into the SC-1 solution at 15 to 90 DEG C for 1 to 10 minutes. 제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,The method according to claim 1 or 9, 상기 피라나용액은 H2SO4: H2O2가 2 ∼ 4 : 1의 부피비로 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 1제조방법.The piranha solution is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the H 2 SO 4 : H 2 O 2 is a mixture of 2 to 4: 1 by volume ratio. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 피라나용액을 사용한 세정공정은 85 ∼ 150℃의 상기 피라나용액에 1 ∼ 10분간 디핑하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The cleaning process using the piranha solution is carried out by dipping in the piranha solution at 85 to 150 ° C. for 1 to 10 minutes.
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