KR20030056158A - 반도체 소자 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 그 목적은 불순물 함유 절연막으로부터 불순물이 소스, 드레인 층이나 게이트 내부로 침투하는 것을 방지하는 데 있다. 이를 위해 본 발명에서는, 소자 분리 영역이 정의된 실리콘웨이퍼의 소자 영역에 게이트, 소스, 드레인을 포함하는 반도체 소자를 형성하는 단계와; 게이트, 소스, 드레인의 상부에, 헬륨 가스와 아르곤 가스 중의 하나 이상의 가스와 질소 가스를 사용한 플라즈마 방법에 의해 베리어막을 형성하는 단계와; 실리콘웨이퍼의 상부 전면에 금속전 절연막으로 불순물 함유 절연막을 증착하는 단계와; 불순물 함유 절연막 및 베리어막을 선택적으로 식각하여 게이트의 일부가 드러나도록 컨택홀을 형성하는 단계를 순차적으로 수행함으로써, 게이트 상부 및 소스, 드레인 층 상부에 베리어막을 형성하여 불순물 함유 절연막으로부터 불순물이 침투하는 것을 방지한다.

Description

반도체 소자 제조 방법 {Fabrication method of semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불순물 함유 절연막 형성 전에 베리어막을 형성하여 불순물의 침투를 방지하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자를 제조하는 공정에서 모스 트랜지스터 등의 반도체 소자가 형성된 실리콘웨이퍼와 금속 배선층을 전기적으로 절연하기 위하여 금속전 절연막을 형성하는데, 최근 금속전 절연막으로서 낮은 유전상수를 갖는 불소 함유 산화막 또는 수소 함유 산화막 등의 불순물 함유 절연막을 선호하고 있다.
즉, 종래에는 모스 트랜지스터의 소스, 드레인 층 상부에 일반 산화막 또는 질화막 등을 형성한 후 산화막 또는 질화막 상부에 불순물 함유 절연막을 형성하여 왔다.
그러나, 불순물 함유 절연막에서 수소, 불소 등의 불순물들이 일반 산화막또는 질화막을 통과하여 소스, 드레인 층과 게이트 내부로 침투하여 소자의 정상적인 동작을 방해하는 경우가 종종 발생하고 있다.
이러한 현상은 소자의 집적도가 증가할수록 불순물의 침투량에 민감하게 반응하여, 소량의 불순물 침투로도 소자의 오동작이 초래되기 때문에, 불순물 함유 절연막으로부터의 불순물 침투 현상을 방지하는 일이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 불순물 함유 절연막으로부터 불순물이 소스, 드레인 층이나 게이트 내부로 침투하는 것을 방지하는 데 있다.
도 1a 내지 1c는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법을 도시한 단면도이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법은, 소자 분리 영역이 정의된 실리콘웨이퍼의 소자 영역에 게이트, 소스, 드레인을 포함하는 반도체 소자를 형성하는 단계와; 게이트, 소스, 드레인의 상부에, 헬륨 가스와 아르곤 가스 중의 하나 이상의 가스와 질소 가스를 사용한 플라즈마 방법에 의해 베리어막을 형성하는 단계와; 실리콘웨이퍼의 상부 전면에 금속전 절연막으로 불순물 함유 절연막을 증착하는 단계와; 불순물 함유 절연막 및 베리어막을 선택적으로 식각하여 게이트의 일부가 드러나도록 컨택홀을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이 때 플라즈마 방법은, 300℃ 내지 700℃의 온도에서 압력은 1 Torr 내지 10 Torr, 증착시 인가되는 전력은 500 W 내지 4000 W, 반응시간은 1분 이상이 되도록 하는 것이 바람직하며, 질소 가스를 단독으로 사용할 수도 있다.
또한, 베리어막 형성 후에 실리콘웨이퍼의 상부 전면에 질화막을 증착하고 질화막 상부에 금속전 절연막으로 불순물 함유 절연막을 증착하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 도 1a 내지 1c는 본 발명에 따라 반도체 소자를 제조하는 방법을 도시한 단면도이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 로코스(LOCOS:local oxidation of silicon)공정 또는 트렌치격리(STI:shallow trench isolation) 공정으로 형성된 필드 산화막(2)에 의해 소자 분리 영역이 정의된 실리콘웨이퍼(1)의 소자 영역에 게이트 산화막(3)과 폴리실리콘으로 형성된 게이트(4), 소스 및 드레인(6)을 포함하는 반도체 소자, 일 예로 모스 트랜지스터를 형성한다. 이 때, 모스 트랜지스터는 게이트 측벽에 질화막으로 사이드월(5)을 형성하고, 소스와 드레인을 LDD 구조로 형성할 수도 있다.
다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 질소 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하고 이러한 질소 플라즈마 분위기 하에서 폴리실리콘으로 이루어진 게이트(4) 표면 및 소스, 드레인 층(6) 표면의 실리콘이 질소 플라즈마와 반응하여 베리어막(7)인 실리콘질화막이 게이트(4)의 상부 및 소스, 드레인 층(6)의 상부에 형성되도록 한다.
이 때, 베리어막(7) 증착 공정의 조건은 300℃ 내지 700℃의 온도에서 압력은 1 Torr 내지 10 Torr, 증착시 인가되는 전력은 500 W 내지 4000 W, 반응시간은1분 이상이 되도록 하며, 질소 가스의 유량은 특별히 한정할 필요는 없다.
또한, 플라즈마 효율성을 높이기 위해, 헬륨 가스 또는 아르곤 가스 또는 헬륨과 아르곤 가스 둘 다를 질소 가스와 동시에 사용할 수도 있다.
플라즈마 형성 전에 웨이퍼를 세정하여 게이트(4)의 표면 및 소스, 드레인 층(6)의 표면을 최대한 청결하도록 하는 것이 좋다.
이와 같은 일반 플라즈마 방법 대신에 고밀도 플라즈마 방법에 의해 베리어막(7)을 형성할 수도 있다.
다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 실리콘웨이퍼(1)의 상부 전면에 질화막(8)을 증착한 후, 그 상부에 불순물 함유 절연막(9)을 두껍게 증착한다.
이 때, 질화막(8)은 그 하부에 플라즈마에 의해 형성된 베리어막(7)인 실리콘질화막에 비해 조성비에서 5% 이상 차이가 나는 것이 바람직하며, 베리어막(7) 보다 두꺼운 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 질화막(8)을 생략할 수도 있다.
이후에는, 불순물 함유 절연막(9)의 상면을 화학기계적 연마하여 평탄화시킨 후, 불순물 함유 절연막(9), 질화막(8) 및 베리어막(7)을 선택적으로 식각하여 게이트(4)의 일부가 드러나도록 컨택홀을 형성한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 게이트 상부 및 소스, 드레인 층 상부에 질소가스 등을 사용한 플라즈마 처리에 의해 베리어막을 형성하기 때문에, 불순물 함유 절연막으로부터 불순물이 게이트 또는 소스, 드레인 층 내부로 침투하는 현상이 방지되는 효과가 있다.
따라서, 종래 불순물 침투로 인한 소자의 오동작을 방지하며, 이로 인해 소자의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 소자 분리 영역이 정의된 실리콘웨이퍼의 소자 영역에 게이트, 소스, 드레인을 포함하는 반도체 소자를 형성하는 단계와;
    상기 게이트, 소스, 드레인의 상부에, 헬륨 가스와 아르곤 가스 중의 하나 이상의 가스와 질소 가스를 사용한 플라즈마 방법에 의해 베리어막을 형성하는 단계와;
    상기 실리콘웨이퍼의 상부 전면에 금속전 절연막으로 불순물 함유 절연막을 증착하는 단계와;
    상기 불순물 함유 절연막 및 베리어막을 선택적으로 식각하여 상기 게이트의 일부가 드러나도록 컨택홀을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 방법은, 300℃ 내지 700℃의 온도에서 압력은 1 Torr 내지 10 Torr, 증착시 인가되는 전력은 500 W 내지 4000 W, 반응시간은 1분 이상이 되도록 하는 반도체 소자 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 플라즈마 방법에서 질소 가스를 단독으로 사용하는 반도체 소자 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 베리어막 형성 후에 상기 실리콘웨이퍼의 상부 전면에 질화막을 증착하고 상기 질화막 상부에 금속전 절연막으로 불순물 함유 절연막을 증착하는 반도체 소자 제조 방법.
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