KR20040007950A - Method of manufacture semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 폴리실리콘 영역에 형성되는 실리사이드막의 두께가 액티브 영역에 형성되는 실리사이드막의 두께보다두껍게 형성되도록 선택적으로 증가시킴으로써, 누설 전류를 증가시키지 않고 폴리실리콘 저항을 감소시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and in particular, by increasing the thickness of the silicide film formed in the polysilicon region to be thicker than the thickness of the silicide film formed in the active region, thereby increasing the polysilicon resistance without increasing leakage current. A method for manufacturing a semiconductor device that can be reduced.
반도체 제조 공정에서 특히 로직(Logic) 소자 제조 공정에서는 소자의 동작 속도가 매우 중요한 요소로 작용하기 때문에 저항 감소를 위해 실리사이드를 적용하고 있다. 이러한 실리사이드 형성 공정은 금속을 증착하고 열 공정에 의해서 금속 실리사이드를 형성하게 되는데, 이때 실리콘으로 구성되어 있는 액티브 영역과 게이트 형성 물질인 폴리실리콘 위에만 실리사이드가 형성되고 나머지 절연 물질에는 형성이 되지 않게 하는 샐리사이드(Self Aligned Silicide) 공정을 채택하고 있다. 특히, 0.18㎛ 이하로 게이트 선폭이 감소함에 따라 저항 및 안정성에서 우수한 코발트 실리사이드가 적용되고 있는 실정이다.In the semiconductor manufacturing process, especially in the logic device manufacturing process, silicide is applied to reduce the resistance because the operation speed of the device is a very important factor. This silicide forming process deposits metal and forms metal silicide by thermal process, in which silicide is formed only on the active region made of silicon and polysilicon, which is a gate forming material, but not on the remaining insulating material. It adopts the Salicide (Self Aligned Silicide) process. In particular, as the gate line width decreases to 0.18 μm or less, cobalt silicide having excellent resistance and stability is being applied.
그러나, 이렇게 실리사이드가 형성된 지역은 저항이 매우 낮기 때문에 실제로 높은 저항이 요구되는 지역에서는 적용을 할 수 없으므로 실리사이드가 형성디지 않아야 할 지역을 절연막으로 덮고 그 이외의 지역에서는 실리사이드를 형성시키는 논-살리사이드(Non-Salicide) 공정이 필요하게 된다.However, since the silicide-formed region is very low in resistance, it cannot be applied in the region where a high resistance is required, and thus the non-salicide which covers the region where the silicide should not be formed with an insulating film and forms silicide in other regions. (Non-Salicide) process is required.
논-살리사이드(Non-Salicide) 공정은 살리사이드를 형성하기 이전 웨이퍼 전면에 절연막을 증착하고 포토 마스크를 이용하여 논-살리사이드(Non-Salicide) 지역의 절연막은 보호하고 샐리사이드 형성 지역의 절연막은 제거하게 된다.The non-salicide process deposits an insulating film on the entire surface of the wafer before forming the salicide, and protects the insulating film in the non-salicide region by using a photo mask, and the insulating film in the salicide forming region. Will be removed.
그러나, 이러한 절연막 제거 공정은 주로 플라즈마를 이용한 건식 식각을 이용하게 되는데, 이 때 발생하는 식각 손상에 의해 특히 PMOS 트랜지스터 지역의 폴리실리콘(Polysilicon) 저항이 크게 열화 된다. 이러한 저항의 열화는 실리사이드의 형성 두께가 증가할수록 안정화되나 실리사이드 형성 두께의 증가는 폴리실리콘 뿐만 아니라 액티브 지역에서도 동일하게 나타나므로 액티브 지역에서의 실리사이드 두께 증가는 접합 누설 전류 증가를 동반하게 되어 소자 특성을 열화 시키게 된다.However, such an insulating film removal process mainly uses dry etching using plasma, and the etching damage generated at this time greatly degrades the polysilicon resistance of the PMOS transistor region. This deterioration of resistance is stabilized as the thickness of the silicide is increased, but the increase in the thickness of the silicide formation is the same in the active region as well as polysilicon, so the increase in the silicide thickness in the active region is accompanied by an increase in the junction leakage current. It will degrade.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 폴리실리콘 영역에 형성되는 실리사이드막의 두께가 액티브 영역에 형성되는 실리사이드막의 두께보다 두껍게 형성되도록 선택적으로 증가시킴으로써, 누설 전류를 증가시키지 않고 폴리실리콘 저항을 감소시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to increase the leakage current by selectively increasing the thickness of the silicide film formed in the polysilicon region to be thicker than the thickness of the silicide film formed in the active region. It is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can reduce the polysilicon resistance without.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도1 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
1 : 실리콘 기판2 : 샬로우 트렌치 분리막DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2: Shallow trench separator
3 : 게이트 산화막4 : 게이트 폴리 실리콘막3: gate oxide film 4: gate polysilicon film
5 : LDD 스페이서 또는 게이트 스페이서5: LDD spacer or gate spacer
6 : 소스/드레인 영역 또는 액티브 영역6: source / drain area or active area
7 : SOG막9 : 제 1 실리사이드막7: SOG film 9: first silicide film
8 : 제 1 코발트(Co)/티타늄질화(TiN)막8: first cobalt (Co) / titanium nitride (TiN) film
10 : 제 2 코발트(Co)/티타늄질화(TiN)막10: second cobalt (Co) / titanium nitride (TiN) film
11 : 제 2 실리사이드막11: second silicide film
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 방법은,A semiconductor device manufacturing method according to the present invention for achieving the above object,
샬로우 트렌치 분리(STI)막이 형성된 반도체 기판 위에 게이트 및 게이트 스페이서를 형성하는 단계;Forming a gate and a gate spacer on a semiconductor substrate on which a shallow trench isolation (STI) film is formed;
상기 구조물 위에 N+/P+ 이온주입 공정을 진행하여 소스/드레인 영역을 형성하는 단계;Performing a N + / P + ion implantation process on the structure to form a source / drain region;
상기 구조물 위에 SOG(Spin On Glass)를 이용하여 스핀 코팅(Spin Coating)으로 SOG막을 소정의 두께로 형성하는 단계;Forming a SOG film to a predetermined thickness by spin coating using spin on glass (SOG) on the structure;
상기 SOG막을 형성한 후에 포토 마스크 없이 상기 게이트 및 게이트 스페이서 물질과의 식각 선택비가 높은 식각 가스를 이용한 에치백 공정으로 상기 게이트상부가 완전히 노출되도록 식각하는 단계;Etching the gate top portion after the SOG film is formed by an etch back process using an etching gas having a high etching selectivity with respect to the gate and gate spacer materials without a photo mask;
상기 구조물 위에 제 1 코발트(Co)/티타늄질화(TiN)막을 형성하는 단계;Forming a first cobalt (Co) / titanium nitride (TiN) film on the structure;
상기 구조물 위에 어닐 공정을 실시하여 상기 게이트 위에 제 1 실리사이드막을 형성한 후 상기 제 1 코발트(Co)/티타늄질화(TiN)막을 제거하는 단계;Performing an annealing process on the structure to form a first silicide film on the gate and then removing the first cobalt (Co) / titanium nitride (TiN) film;
상기 소스/드레인 영역 위에 형성된 SOG막을 제거하는 단계;Removing the SOG film formed on the source / drain regions;
상기 구조물 위에 제 2 코발트(Co)/티타늄질화(TiN)막을 형성하는 단계; 및Forming a second cobalt (Co) / titanium nitride (TiN) film on the structure; And
상기 구조물 위에 어닐 공정을 실시하여 상기 소스/드레인 영역 위에 제 2 실리사이드막을 형성한 후 상기 제 2 코발트(Co)/티타늄질화(TiN)막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And forming a second silicide layer on the source / drain region by performing an annealing process on the structure, and then removing the second cobalt (Co) / titanium nitride (TiN) layer.
상기 식각 가스는 CF/Ar 또는 CF/Ar의 식각 가스인 것을 특징으로 한다.The etching gas is characterized in that the etching gas of CF / Ar or CF / Ar.
상기 식각 가스를 이용한 건식 식각 및 BOE 또는 HF 용액을 이용한 습식 식각을 이용하여 에치백 공정을 실시하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by performing an etch back process using dry etching using the etching gas and wet etching using a BOE or HF solution.
상기 에치백 공정시 상기 소스/드레인 영역 위에 형성된 SOG막의 두께는 1500Å 정도를 갖는 것을 특징으로 한다.The thickness of the SOG film formed on the source / drain region during the etch back process may be about 1500 mW.
상기 SOG막의 제거시 BOE(Buffered Oxide Etchant) 또는 HF를 이용한 습식 식각에 의해 제거하는 것을 특징으로 한다.The SOG layer may be removed by wet etching using BOE (Buffered Oxide Etchant) or HF.
상기 제 1 실리사이드막의 두께는 상기 제 2 실리사이드막의 두께보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 한다.The thickness of the first silicide layer is formed to be thicker than the thickness of the second silicide layer.
(실시예)(Example)
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.1 to 5 are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘(Si) 기판(1) 위에 소자분리를 위한 샬로우 트렌치 분리(Shallow Trench Isolation; STI)막(2)을 형성한다. 이 때, 상기 STI막(2)은 절연막(또는 산화막)으로 충진(fill) 및 화학적기계적연마(CMP) 공정으로 액티브 이외의 영역을 처리한다(평탄화).First, as shown in FIG. 1, a shallow trench isolation (STI) film 2 for device isolation is formed on a silicon (Si) substrate 1. At this time, the STI film 2 is filled with an insulating film (or an oxide film) and processes a region other than active by a chemical mechanical polishing (CMP) process (planarization).
그 다음, 상기 실리콘 기판(1) 내에 P웰 및 N웰을 형성한다.Then, P wells and N wells are formed in the silicon substrate 1.
그 다음, 게이트 산화막(3)과 폴리 실리콘막(4)을 증착한 후 패터닝 공정을 통해 게이트 전극을 형성한다. 이때, 폴리 실리콘막(4)은 등방성 식각된다.Next, after the gate oxide film 3 and the polysilicon film 4 are deposited, a gate electrode is formed through a patterning process. At this time, the polysilicon film 4 is isotropically etched.
그 다음, 상기 구조물 위에 NM/PM 이온을 주입한다.Next, NM / PM ions are implanted onto the structure.
그 다음, 상기 실리콘 기판(1)에 LDD 확산층을 형성하기 위한 이온 주입을 실시한다.Next, ion implantation is performed to form an LDD diffusion layer in the silicon substrate 1.
그 다음, 상기 게이트 측벽 및 이후 LDD 스페이서가 형성될 실리콘 기판(1) 위에 버퍼 산화막(4a)을 형성한다.Next, a buffer oxide film 4a is formed on the silicon substrate 1 on which the gate sidewall and the LDD spacer will be formed.
그 다음, 상기 게이트 측벽에 LDD 스페이서(5)를 형성한 후 N+/P+ 이온주입 공정을 진행하여 소스/드레인 영역(6)을 형성한다.Next, the LDD spacers 5 are formed on the sidewalls of the gate, and the source / drain regions 6 are formed by performing an N + / P + ion implantation process.
그 다음, SOG(Spin On Glass)를 이용하여 스핀 코팅(Spin Coating)으로 SOG막(500Å)(7)을 형성한다. 이러한 SOG의 경우 여타의 증착 방법과 달리 플로우(flow) 특성이 매우 크기 때문에 표면 요철과 관계없이 평평하게 SOG막(7)을형성하는 것이 가능하다.Next, an SOG film (500Å) 7 is formed by spin coating using spin on glass (SOG). In the case of such SOG, unlike other deposition methods, since the flow characteristic is very large, it is possible to form the SOG film 7 flat regardless of surface irregularities.
그 다음, 도 2에 도시된 바와 같이, SOG막(7)을 형성한 후에 포토 마스크 없이 폴리실리콘(4) 및 게이트 스페이서(5) 물질인 질화막과의 선택비가 높은 CF/Ar 또는 CF/Ar의 식각 가스를 이용한 건식 식각 및 BOE 또는 HF 용액을 이용한 습식 식각을 이용하여 에치백(Etchback) 공정을 실시한다. 이 때, SOG막(7)은 게이트(4)의 상부가 완전히 드러날 때 까지 식각하며, 소스/드레인 영역(6)의 액티브 영역 위에 SOG막(7)이 1500Å 정도의 두께를 가질 때까지 식각한다. 따라서, 식각이 완료된 후에는 게이트 폴리실리콘(4) 위의 SOG막(7)은 모두 제거되고 액티브 영역(6) 위에는 1500Å 두께의 SOG막(7)이 남게 된다.Next, as shown in FIG. 2, after forming the SOG film 7, CF / Ar or CF / Ar having a high selectivity with respect to the nitride film of the polysilicon 4 and the gate spacer 5 material without the photomask is used. Etchback processes are performed using dry etching using an etching gas and wet etching using a BOE or HF solution. At this time, the SOG film 7 is etched until the upper portion of the gate 4 is completely exposed, and the SOG film 7 is etched until the SOG film 7 has a thickness of about 1500 占 위에 over the active region of the source / drain region 6. . Therefore, after the etching is completed, all of the SOG film 7 on the gate polysilicon 4 is removed, and the SOG film 7 having a thickness of 1500 Å remains on the active region 6.
그 다음, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 구조물 위에 코발트(Co) 및 캡핑(Capping) 물질인 TiN막(8)을 형성한 후 어닐 공정을 실시한다. 이에 의해, 폴리실리콘이 드러나 있는 게이트(4)에서는 코발트 실리사이드막(9)이 형성되는 반면, SOG막(7)으로 덮여 있는 액티브 영역에는 반응이 일어나지 않게 된다.Next, as shown in FIGS. 2 and 3, a TiN film 8 made of cobalt (Co) and a capping material is formed on the structure, and then annealing is performed. As a result, the cobalt silicide film 9 is formed in the gate 4 where the polysilicon is exposed, while no reaction occurs in the active region covered with the SOG film 7.
그 다음, 캡핑 물질 및 반응하지 않은 코발트(Co)막(8)을 제거하고 나면 게이트 폴리실리콘 지역에서만 선택적으로 코발트 실리사이드막(9)이 형성된다.Then, after the capping material and the unreacted cobalt (Co) film 8 are removed, a cobalt silicide film 9 is selectively formed only in the gate polysilicon region.
그 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, BOE(Buffered Oxide Etchant) 또는 HF를 이용한 습식 식각 방법으로 액티브 영역(6)에 형성된 SOG막(7)을 제거한다.Next, as shown in FIG. 4, the SOG film 7 formed in the active region 6 is removed by a wet etching method using BOE (Buffered Oxide Etchant) or HF.
그 다음, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 구조물 위에 코발트(Co) 및 캡핑 물질인 TiN막(10)을 형성한 후 어닐 공정을 실시한다. 이에 의해, 액티브 영역(6)에서는 기존의 두께 만큼 실리사이드(11)가 형성이 되는 반면에, 게이트 폴리 실리콘 영역(4)에서는 기존의 형성된 실리사이드 뿐만 아니라 추가적으로 증착된 코발트(Co)의 확산에 의해 실리사이드(9)가 형성되므로 두께가 증가하게 된다.Next, as shown in FIGS. 4 and 5, the TiN film 10, which is cobalt (Co) and a capping material, is formed on the structure, and then annealing is performed. As a result, silicide 11 is formed in the active region 6 by the thickness thereof, whereas in the gate polysilicon region 4, not only the existing silicide is formed but also the silicide is formed by diffusion of additionally deposited cobalt (Co). Since 9 is formed, the thickness is increased.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 방법에 의하면, 게이트 폴리실리콘 지역의 실리사이드 두께를 증가시키게 되어 PMOS 실리사이드의 저항 감소 및 열적 안정성을 향상시키게 되며, 또한 액티브 지역에서는 일정한 실리사이드 두께를 유지하게 되어 접합 누설 전류 증가를 방지하게 되어 소자의 안정적인 동작을 가능하게 한다.As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the silicide thickness of the gate polysilicon region is increased to improve the resistance and thermal stability of the PMOS silicide, and also to maintain a constant silicide thickness in the active region. This prevents an increase in junction leakage current, allowing stable operation of the device.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.In addition, this invention can be implemented in various changes within the range which does not deviate from the summary.
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N231 | Notification of change of applicant | ||
WITN | Withdrawal due to no request for examination |