KR20060123806A - Method of manufacturing the stacked semiconductor device - Google Patents
Method of manufacturing the stacked semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060123806A KR20060123806A KR1020050045381A KR20050045381A KR20060123806A KR 20060123806 A KR20060123806 A KR 20060123806A KR 1020050045381 A KR1020050045381 A KR 1020050045381A KR 20050045381 A KR20050045381 A KR 20050045381A KR 20060123806 A KR20060123806 A KR 20060123806A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- film
- single crystal
- crystal silicon
- metal silicide
- barrier metal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
- H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
- H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System
- H01L21/28518—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System the conductive layers comprising silicides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
- H01L21/76843—Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
- H01L21/76846—Layer combinations
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
- H01L21/76853—Barrier, adhesion or liner layers characterized by particular after-treatment steps
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
도 1은 종래의 스택형 반도체 장치에서 콘택 플러그 형성시에 발생하는 불량을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a defect occurring when forming a contact plug in a conventional stacked semiconductor device.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 실시예 1에 따른 금속 실리사이드막을 포함하는 스택형 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다. 2 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a stacked semiconductor device including a metal silicide film according to Embodiment 1 of the present invention.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시예 2에 따른 금속 실리사이드막을 포함하는 스택형 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다. 11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a stacked semiconductor device including a metal silicide film according to Embodiment 2 of the present invention.
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 단결정 실리콘막 및 상기 단결정 실리콘막과 접속하는 콘택 플러그가 구비된 스택형 반도체 장치의 제조 방법이 개시되어 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device. More specifically, a method of manufacturing a stacked semiconductor device provided with a single crystal silicon film and a contact plug for connecting with the single crystal silicon film is disclosed.
반도체 장치를 계속적으로 집적화시키기 위해, 칩 상에 형성되는 패턴의 크기 및 상기 형성된 패턴 사이의 거리를 점차 감소시키고 있다. 그런데, 상기와 같이 패턴의 크기를 감소시키는 경우에 도전성 패턴의 저항이 매우 증가되는 등의 문 제가 발생된다. 때문에, 상기 패턴의 크기를 감소시킴으로서 집적도를 증가시키는데에는 한계가 있다. 따라서, 최근에는 상기 반도체 장치를 고도로 집적화시키기 위해, 기판 위로 MOS 트랜지스터와 같은 반도체 단위 소자들이 적층된 스택형 반도체 장치들이 개발되고 있다. In order to continuously integrate a semiconductor device, the size of a pattern formed on a chip and the distance between the formed patterns are gradually reduced. However, when the size of the pattern is reduced as described above, problems such as the resistance of the conductive pattern is greatly increased. Therefore, there is a limit to increasing the degree of integration by reducing the size of the pattern. Therefore, recently, in order to highly integrate the semiconductor device, stack type semiconductor devices in which semiconductor unit elements such as MOS transistors are stacked on a substrate have been developed.
특히, 반도체 메모리 장치 중에 SRAM장치의 경우, 단위 셀이 6개의 트랜지스터로 구현되므로 셀 면적이 매우 커질 수밖에 없다. 그러므로, 상기 단위 셀을 구현하는 각 트랜지스터를 수직 방향으로 적층시킴으로써 셀 면적을 감소시키고 있다. In particular, in the SRAM device of the semiconductor memory device, since the unit cell is implemented with six transistors, the cell area is very large. Therefore, the cell area is reduced by stacking transistors constituting the unit cell in the vertical direction.
예를 들어, 더블 스택형 SRAM 장치는 2개의 풀다운(pull-down) 소자 및 2개의 억세스(access) 소자인 NMOS 트랜지스터가 반도체 기판에 구현되고, 상기 기판 상에 위치하는 단결정 실리콘막에 상기 NMOS 트랜지스터와 연결되는 2개의 풀업 소자인 PMOS 트랜지스터가 구현된다. 또한, 트리플 스택형 SRAM 장치는 2개의 풀다운(pull-down) 소자인 NMOS 트랜지스터가 반도체 기판에 구현되고, 상기 기판 상에 위치하는 제1 단결정 실리콘막에 상기 NMOS 트랜지스터와 연결되는 2개의 풀업(pull-up) 소자인 PMOS 트랜지스터가 구현되고, 상기 제1 단결정 실리콘막 상에 위치하는 제2 단결정 실리콘막 상에 2개의 억세스(access) 소자인 NMOS 트랜지스터가 구현된다.For example, in a double stack type SRAM device, two pull-down devices and two access devices, an NMOS transistor, are implemented in a semiconductor substrate, and the NMOS transistor is disposed in a single crystal silicon film located on the substrate. Two pull-up devices, PMOS transistors, connected to are implemented. In addition, a triple stack type SRAM device has two pull-down devices, NMOS transistors are implemented in a semiconductor substrate, and two pull-ups connected to the NMOS transistors in a first single crystal silicon film located on the substrate. A PMOS transistor, which is an up-up device, is implemented, and two NMOS transistors, which are two access devices, are implemented on a second single crystal silicon film positioned on the first single crystal silicon film.
한편, 상기 스택형 SRAM장치를 구현하기 위해서는 상기 기판 또는 단결정 실리콘 상에 적층되어 있는 각 트랜지스터의 게이트 또는 콘택 영역들이 서로 전기적으로 접속되어야 한다. 이를 위하여, 상기 기판 및 단결정 실리콘막 사이에는 상기 단결정 실리콘막 및 트랜지스터의 게이트 전극이 직접적으로 접촉하는 구조의 콘택 플러그가 구비되어야 한다. 또한, 상기 콘택 플러그의 접촉 저항이 매우 작아야 하므로, 통상적으로 상기 콘택 플러그는 금속 물질로 이루어지고 있다.In order to implement the stacked SRAM device, gate or contact regions of each transistor stacked on the substrate or single crystal silicon must be electrically connected to each other. For this purpose, a contact plug having a structure in which the single crystal silicon film and the gate electrode of the transistor are in direct contact between the substrate and the single crystal silicon film should be provided. In addition, since the contact resistance of the contact plug must be very small, the contact plug is usually made of a metallic material.
상기 스택형 SRAM장치를 불량없이 구현하기 위해서는 상기 SRAM장치의 단위 셀의 복잡한 연결 구조를 만족시킬 수 있도록 정확한 위치에 상기 콘택 플러그를 형성하는 것이 매우 중요하다. 그러나, 상기 콘택 플러그를 형성하기 위해 수반되는 식각 공정에서 식각 해야할 막의 종류가 다양하여 정확한 위치에 콘택홀을 형성하기가 어렵다. 또한, 상기 콘택홀 내에 상기 콘택 플러그를 형성할 경우 상기 콘택 프러그는 상기 콘택 플러그와 접하는 막들과 예기치 않은 반응이 일어날 수 있다. 때문에, 상기 콘택 플러그를 형성할 시에 공정 불량이 빈번하게 발생되고 있다. In order to implement the stack-type SRAM device without defects, it is very important to form the contact plug at the correct position to satisfy the complex connection structure of the unit cells of the SRAM device. However, it is difficult to form a contact hole at an accurate position because there are various kinds of films to be etched in the etching process involved in forming the contact plug. In addition, when the contact plug is formed in the contact hole, the contact plug may unexpectedly react with the films in contact with the contact plug. Therefore, process defects frequently occur when the contact plug is formed.
도 1은 종래의 스택형 반도체 장치에서 콘택 플러그 형성시에 발생하는 불량을 나타내는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a defect occurring when forming a contact plug in a conventional stacked semiconductor device.
상기 콘택 플러그(30)는 콘택홀 형성, 베리어 금속막(18) 형성 및 금속막(22) 형성 공정을 수행함으로서 형성될 수 있다. 상기 콘택홀의 형성 시에 상기 콘택홀에 상기 단결정 실리콘막(14)의 측벽이 일부 노출시킴으로서, 상기 콘택 플러그(30)가 단결정 실리콘막(14)으로 제공되는 상부 액티브 영역과 접속된다.The
상기 콘택홀의 측벽 및 저면에 약 75Å의 두께를 갖는 베리어 금속막(18)을 형성할 경우 이후 어닐링 공정에서 상기 노출된 단결정 실리콘막(14)의 측벽에는 상기 베리어 금속막(18)과 실리콘이 반응하게 되어 과도한 두께를 갖는 금속 실리 사이드막(20)이 형성된다. 이러한 과도한 두께를 갖는 상기 금속 실리사이드막(20)은 상기 단결정 실리콘막(14) 내의 실리콘 원자들이 실리사이드 반응에 참여하기 위해 상기 금속 실리사이드막(20)쪽으로 일부 이동함으로서 상기 단결정 실리콘막(14)에는 보이드(24)가 생성된다. 이렇게 생성된 보이드(24)는 이 후 금속막(22)을 증착하여 콘택 플러그(30)를 형성할 경우 금속 물질이 채워지게 된다.In the case of forming the
상기와 같은 이유로, 상기 콘택 플러그를 형성할 시에 상기 단결정 실리콘막이 형성되어야 할 부위에까지 상기 금속 실리사이드 및 금속 물질이 형성되는 등의 공정 불량이 빈번하게 발생하게 된다. 특히, 상기 콘택 플러그와 접속하는 부위의 단결정 실리콘막에는 트랜지스터의 콘택 영역(미도시)이 주로 형성되며, 상기와 같은 공정 불량이 발생하는 경우에는 상기 콘택 영역을 이루는 불순물 이온들이 대부분 침식됨으로서 상기 콘택 영역이 정상적으로 형성되지 못하게 된다. 이로 인해, 반도체 장치의 동작 불량이 발생하게 되고 신뢰성이 저하된다.For the above reason, when the contact plug is formed, process defects such as the formation of the metal silicide and the metal material to the portion where the single crystal silicon film is to be formed frequently occur. In particular, a contact region (not shown) of a transistor is mainly formed in a single crystal silicon film at a portion that is connected to the contact plug, and in the case where such a process defect occurs, most of the impurity ions constituting the contact region are eroded. The area will not be formed normally. As a result, an operation failure of the semiconductor device occurs and the reliability is lowered.
또한, 도면에 도시하지 않았지만 상기 베리어 금속막을 약 30Å의 두께로 형성할 경우 상기 노출된 단결정 실리콘막의 측벽에는 얇은 두께를 갖는 금속 실리사이드막을 형성할 수 있지만, 상기 단결정 실리콘 기판의 표면에 형성되는 금속 실리사이드막은 형성 두께의 부족으로 인해 상기 콘택 플러그의 저항 증가를 초래한다.Although not shown in the drawing, when the barrier metal film is formed to a thickness of about 30 GPa, a metal silicide film having a thin thickness may be formed on the exposed sidewall of the single crystal silicon film, but the metal silicide formed on the surface of the single crystal silicon substrate. The film causes an increase in the resistance of the contact plug due to the lack of forming thickness.
본 발명의 목적은 서로 다른 두께를 갖는 금속 실리사이드막을 포함하는 스택형 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a stacked semiconductor device including a metal silicide film having a different thickness.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스택형 반도체 장치의 제조 방법으로, 먼저 상기 층간 절연막들 사이에 적층되고 상부 액티브 영역으로 이용되는 단결정 실리콘막을 단결정 실리콘 기판 상에 형성한다. 상기 단결정 실리콘 기판의 표면이 노출되도록 상기 층간 절연막들을 순차적으로 식각하여 상기 단결정 실리콘막의 측벽 및 상기 기판의 표면을 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 상기 콘택홀에 노출된 단결정 실리콘 기판에 제1 두께를 갖는 제1 금속 실리사이드막인 하부 금속 실리사이드막을, 상기 단결정 실리콘막의 측벽에 제1 두께보다 낮은 두께를 갖는 제2 금속 실리사이드막인 측부 금속 실리사이드막을 형성한다.In a method of manufacturing a stacked semiconductor device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, first, a single crystal silicon film stacked between the interlayer insulating films and used as an upper active region is formed on a single crystal silicon substrate. The interlayer insulating layers are sequentially etched to expose the surface of the single crystal silicon substrate to form contact holes exposing sidewalls of the single crystal silicon layer and the surface of the substrate. A lower metal silicide film, which is a first metal silicide film having a first thickness, on the single crystal silicon substrate exposed to the contact hole, and a side metal silicide film, which is a second metal silicide film having a thickness lower than a first thickness, on the sidewall of the single crystal silicon film; Form.
상기 설명한 바와 같이, 상기 콘택홀에 의해 노출되는 단결정 실리콘막 측벽과 단결정 실리콘 기판 표면에는 각각 서로 다른 두께를 갖는 금속 실리사이드막이 형성된다. 즉, 상기 콘택홀의 측벽의 하부 금속 실리사이드막 보다 상대적으로 낮은 두께를 갖는 측부 금속 실리사이드막이 형성되기 때문에 콘택홀 내벽에 의해 노출된 단결정 실리콘막 패턴은 거의 침식되지 않는다. 그러므로, 상기 단결정 실리콘막 패턴의 침식으로 인해 발생되는 스택형 반도체 장치의 동작 불량을 감소시킬 수 있으며 궁극적으로는 스택형 반도체 장치의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, metal silicide films having different thicknesses are formed on the single crystal silicon sidewall and the single crystal silicon substrate surface exposed by the contact hole, respectively. That is, since the side metal silicide film having a relatively lower thickness than the lower metal silicide film on the sidewall of the contact hole is formed, the single crystal silicon film pattern exposed by the contact hole inner wall is hardly eroded. Therefore, the defective operation of the stacked semiconductor device caused by the erosion of the single crystal silicon film pattern can be reduced, and ultimately, the yield and reliability of the stacked semiconductor device can be improved.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예 1Example 1
도 2 내지 도 10은 본 발명의 실시예 1에 따른 금속 실리사이드막을 포함하는 스택형 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다. 2 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a stacked semiconductor device including a metal silicide film according to Embodiment 1 of the present invention.
도 2를 참조하면, 단결정 실리콘 기판(100) 상에 제1 층간 절연막(102)을 형성한다. 상기 제1 층간 절연막(102)은 실리콘 산화물을 증착시켜 형성할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 층간 절연막(102)은 고밀도 플라즈마(HDP) 산화물 또는 BPSG(BoroPhosphor Silicate Glass)을 증착시켜 형성할 수 있다. 여기서, 상기 기판(100) 상에는 트랜지스터와 같은 반도체 단위 소자가 형성되어 있는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2, a first interlayer
이어서, 상기 제1 층간 절연막(102)을 부분적으로 식각함으로써 상기 기판(100) 표면을 선택적으로 노출시키는 개구부(104)를 형성한다. 상기 개구부(104)를 형성한 후 상기 기판(100)의 표면상에 형성되는 자연 산화막과 개구부 내에 존재하는 잔류물을 제거하기 위한 세정공정을 더 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 세정공정은 불화수소산(HF)을 포함하는 식각용액을 사용하여 수행할 수 있다.Subsequently, the first
상기 개구부(104) 저면에 노출되는 기판으로부터 상기 개구부(104) 내부를 완전히 채우도록 예비 에피택시얼막(도시안됨)을 성장시킨다. 상기 예비 에피택시얼막을 성장시킬 때 공정 온도가 약 750℃ 미만이면 성장이 용이하게 이루어지지 않기 때문에 바람직하지 않고, 상기 공정 온도가 약 1,250℃를 초과하면 에피택시얼막의 성장에 따른 공정 제어가 용이하지 않으므로 바람직하지 않다.A preliminary epitaxial layer (not shown) is grown to completely fill the inside of the
따라서, 상기 예비 에피택시얼막의 성장은 약 750 내지 1,250℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하고, 약 800 내지 900℃의 온도에서 수행하는 것이 보다 바람직하다.Therefore, the growth of the preliminary epitaxial film is preferably performed at a temperature of about 750 to 1,250 ° C, and more preferably at a temperature of about 800 to 900 ° C.
상기 예비 에피택시얼막을 형성하기 위한 상기 반응 가스는 실리콘 소스 가스를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 실리콘 소스 가스는 예컨대 실리콘테트라클로라이드(SiCl4), 실란(SiH4), 디클로로실란(SiH2Cl2), 트리클로로염화실란(SiHCl3) 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하는 것이 바람직하고, 경우에 따라서 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 본 실시예에서는 상기 반응 가스로서 주로 실리콘테트라클로라이드를 사용한다.It is preferable that the reaction gas for forming the preliminary epitaxial film includes a silicon source gas. Examples of the silicon source gas include silicon tetrachloride (SiCl 4 ), silane (SiH 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), trichlorochloride silane (SiHCl 3 ), and the like. It is preferable to use these individually, and you may mix and use two or more as needed. In this embodiment, mainly silicon tetrachloride is used as the reaction gas.
상기 예비 에피택시얼막을 연마하여 상기 제1 층간 절연막(102) 상부면과 동일 평면 상에 위치한 상부면을 갖는 에피택시얼막(106)을 형성한다. The preliminary epitaxial film is polished to form an
도 3을 참조하면, 상기 제1 층간 절연막(102) 및 에피택시얼막(106) 상에 비정질 실리콘막(도시안됨)을 형성한다. 상기 비정질 실리콘막은 일 예로 화학기상증착 공정을 수행하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 3, an amorphous silicon film (not shown) is formed on the first interlayer
이어서, 상기 비정질 실리콘막에 열처리하여 상기 비정질 실리콘막을 상변화시킨다. 상기 상변화에 의해 비정질 실리콘막은 단결정 실리콘막(108)전환된다. Subsequently, the amorphous silicon film is heat-treated to change the amorphous silicon film. The amorphous silicon film is switched to the single
구체적으로, 상기 열처리 공정에 의해 상기 비정질 실리콘막이 상 변화되고, 이 때 상기 에피택시얼막(106)의 실리콘 물질이 시드로 작용함으로서 상기 비정질 실리콘막의 결정 구조가 단결정으로 변화된다.Specifically, the amorphous silicon film is phase-changed by the heat treatment process, and the silicon material of the
도 4를 참조하면, 상기 단결정 실리콘막(108)을 선택적으로 식각함으로서 상 부 액티브 영역으로 제공되기 위한 단결정 실리콘막 패턴(108a)을 형성한다. 상기 단결정 실리콘막 패턴(108a)상에도 트랜지스터를 포함하는 단위 소자들을 다양하게 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4, the single
이어서, 상기 단결정 실리콘막 패턴(108a) 및 제1 층간 절연막(102) 상에 제2 층간 절연막(110)을 형성한다.Subsequently, a second
도 5를 참조하면, 상기 제2 층간 절연막(110)을 부분적으로 식각함으로써 제2 콘택홀(112)을 형성한다. 이어서, 상기 제1 층간 절연막(102)을 부분적으로 식각하여 상기 제2 콘택홀(112)과 연통하는 제1 콘택홀(114)을 형성한다. 이하에서는, 상기 제2 콘택홀(112) 및 제1 콘택홀(114)을 통칭하여 콘택홀(116)이라고 설명한다. 상기 콘택홀(116)을 형성함으로서, 상기 제2 층간 절연막(110) 및 제1 층간 절연막(102)은 제2 층간 절연막 패턴(110a) 및 제1 층간 절연막 패턴(102a)으로 전환된다. 이 때, 상기 콘택홀(116)은 그 내부면에 상기 단결정 실리콘막 패턴(108a)의 일부분이 노출되도록 형성된다. Referring to FIG. 5, the
상기 콘택홀(116)이 도 4에 도시된 에피택시얼막(106) 부위에 형성되는 경우에는 상기 제1 층간 절연막(102)뿐 아니라 상기 에피택시얼막(106)을 식각하는 공정도 함께 수행하여야 한다.When the
도 6을 참조하면, 상기 콘택홀(116)의 측벽, 저면, 상기 단결정 실리콘막 패턴의 노출된 부분 및 상기 제2 층간 절연막 패턴(110a) 상부면에 제1 베리어 금속막(120)을 형성한다.Referring to FIG. 6, a first
상기 제1 베리어 금속막(120)은 예컨대 티타늄, 탄탈륨, 코발트, 티타늄 질 화물, 탄탈늄 질화물 및 코발트 질화물 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하는 것이 바람직하고, 경우에 따라서 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The first
즉, 상기 제1 베리어 금속막(120)은 단일 금속막 구조를 갖거나 금속막/금속질화막이 적층된 구조를 갖도록 형성할 수 있다. 본 실시예의 제1 베리어 금속막(120)은 티타늄막/티타늄질화막이 적층된 구조를 갖는 것이 바람직하다. 일 예로 상기 금속막은 75Å이하의 두께를 갖도록 형성하고, 50 내지 25Å의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.That is, the first
상기 제1 베리어 금속막(120)은 물리적 기상증착 공정으로 형성하는 것이 바림직하다. 상기 물리적 기상증착 공정은 콘택홀 내에 실질적으로 동일한 두께를 갖는 제1 베리어 금속막을 형성하기 어려운 특성을 갖기 때문에 상기 콘택홀의 측벽에는 상기 제1 베리어 금속막이 거의 형성되지 않는다. 이 때문에 상기 제1 베리어 금속막은 상기 단결정 실리콘막 패턴의 노출된 부분과 상기 제2 층간 절연막 패턴(110a) 상부면 에만 소정의 두께로 형성된다. The first
일 예로, 제1 베리어 금속막을 형성하는 공정은 고온에서 진행되기 때문에 제1 베리어 금속막과 기판과 실리콘막의 실리콘이 불가피하게 실리사이드 반응을 할 수 있다.For example, since the process of forming the first barrier metal film is performed at a high temperature, the silicon of the first barrier metal film, the substrate, and the silicon film may inevitably undergo a silicide reaction.
도 7을 참조하면, 상기 제1 베리어 금속막(120)에 에치백 공정을 수행하여 상기 콘택홀(116) 저면에 노출되고, 단결정 실리콘 기판 상에 위치한 제1 베리어 금속막 패턴(120a)을 형성한다.Referring to FIG. 7, an etch back process is performed on the first
상기 에치백 공정은 상기 물리적 기상증착 공정으로 형성된 제1 베리어 금속 막으로 인해 불량하진 콘택홀(116) 입구의 프로파일을 개선하기 위하여 수행된다. 이후, 상기 제1 베리어 금속막 패턴(120a)이 형성된 콘택홀 내에 잔류하는 식각 잔류물을 제거하기 위한 세정공정을 더 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 세정공정은 불화수소산(HF)을 포함하는 식각용액을 사용하여 수행할 수 있다.The etch back process is performed to improve the profile of the
도 8을 참조하면, 상기 제1 베리어 금속막 패턴(120a)이 형성된 콘택홀(116)의 측벽, 제1 베리어 금속막 패턴의 상부면 및 제2 층간 절연막 패턴(110a) 상부면에 제2 베리어 금속막(130)을 연속적으로 형성한다. Referring to FIG. 8, a second barrier is formed on a sidewall of the
상기 제2 베리어 금속막(130)은 예컨대 티타늄, 탄탈륨, 코발트, 티타늄 질화물, 탄탈늄 질화물 및 코발트 질화물 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하는 것이 바람직하고, 경우에 따라서 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.The second
상기 제2 베리어 금속막(130)은 단일 금속막 구조를 갖거나 금속막/금속질화막이 적층된 구조를 갖도록 형성할 수 있다. 본 실시예의 제2 베리어 금속막(130)은 티타늄막/티타늄질화막이 적층된 구조를 갖는 것이 바람직하다. 일 예로 상기 금속막은 75Å이하의 두께를 갖도록 형성하고, 50 내지 25Å의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.The second
일 예로 상기 제2 베리어 금속막(130)인 티타늄막은 상기 콘택홀 내로 TiCl4가스를 플로우시킨 이후 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 제2 베리어 금속막은 화학적 기상증착 공정으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 화학적 기상증착 공정은 상기 물리적 기상증착 공정과 달릴 콘택홀 내에 실질적으로 동일한 두께를 갖 는 제2 베리어 금속막(130)을 형성할 수 있다.For example, the titanium film, which is the second
도 9를 참조하면, 급속 열처리 공정을 수행하여 상기 콘택홀에 노출된 단결정 실리콘 기판 즉, 콘택홀의 저면에 제1 두께를 갖는 제1 금속 실리사이드막(142)인 하부 금속 실리사이드막을 형성하고, 상기 단결정 실리콘막 패턴(108a)의 측벽에 제1 두께보다 낮은 제2 두께를 갖는 제2 금속 실리사이드막(144)인 측부 금속 실리사이드막을 형성한다.Referring to FIG. 9, a rapid thermal annealing process may be performed to form a single crystal silicon substrate exposed to the contact hole, that is, a lower metal silicide layer, which is a first
상기 제1 금속 실리사이드막(142)은 상기 기판을 약 850℃ 이하의 온도에서 급속 열처리할 경우 상기 콘택홀에 노출된 단결정 실리콘 기판의 실리콘과 상기 기판에 면접되는 제1 베리어 금속막 패턴(120a)이 실리사이드 반응하여 형성된다. 상기 콘택홀(116) 저면에 제1 두께를 갖는 제1 금속 실리사이드막(142)이 형성됨에 따라 콘택 저항이 감소된다. 제1 베리어 금속막이 티타늄막을 포함할 경우 상기 열처리 온도는 약 650℃를 갖는 것이 바람직하다. The first
상기 제2 금속 실리사이드막(144)은 상기 기판을 약 850℃ 이하의 온도에서 급속 열처리할 경우 상기 콘택홀에 노출된 단결정 실리콘막 패턴의 측벽의 실리콘과 상기 실리콘막 패턴의 측벽과 면접되는 제2 베리어 금속막(130)이 실리사이드 반응하여 형성된다. 상기 콘택홀(116)의 측면에 제1 두께 보다 낮은 제2 두께를 갖는 제2 실리사이드막(144)이 형성됨에 따라 콘택저항은 감소된다.The second
설명한 바와 같이, 상기 제1 금속 실리사이드막(142)과 제2 금속 실리사이드막(144)의 두께를 차별화하여 형성함으로서 제2 금속 실리사이드막(142)이 상기 단결정 실리콘막 패턴(108a)까지 침투함에 따라 발생하는 불량을 감소시킬 수 있다. 또한, 제2 실리사이드막(144) 보다 두꺼운 두께를 갖는 제1 실리사이드막(142)을 형성할 있기 때문에 상기 단결정 실리콘 기판(100)과 전기적으로 연결되는 콘택 플러그 간의 콘택 저항을 감소시킬 수 있다.As described above, the thicknesses of the first
도 10을 참조하면, 상기 제1 및 제2 금속 실리사이드막이 형성된 결과물의 상기 콘택홀(116) 내부를 채우도록 금속막(도시안됨)을 증착하고, 상기 제2 층간 절연막 패턴(110a)이 노출되도록 평탄화함으로써 상기 콘택홀(116) 내부를 채우는 금속막 패턴(122)인 콘택 플러그를 형성한다. 상기 콘택 플러그(150)는 텅스텐, 알루미늄 또는 구리를 사용하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 10, a metal film (not shown) is deposited to fill the inside of the
실시예 2 Example 2
도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시예 2에 따른 금속 실리사이드막을 포함하는 스택형 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다. 11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a stacked semiconductor device including a metal silicide film according to Embodiment 2 of the present invention.
이하에서 설명하는 방법은 제1 베리어 금속막, 제2 베리어 금속막 및 제1 및 제2 금속 실리사이드막을 형성하는 방법을 제외하고는 상기 도 2 내지 10을 참조로 설명한 반도체 장치 제조 방법과 동일하다.The method described below is the same as the semiconductor device manufacturing method described with reference to FIGS. 2 to 10 except for the method of forming the first barrier metal film, the second barrier metal film, and the first and second metal silicide films.
도 11을 참조하면, 상기 물리적 기상증착 공정으로 제2 층간절연막의 상부면과 콘택홀(216)에 노출된 단결정 실리콘 기판 상에 형성된 제1 베리어 금속막(220)에 급속 열처리 공정을 수행하여 보조 금속 실리사이드막(225)을 형성한다. 상기 보조 금속 실리사이드막(225)은 제3 금속 실리사이드막이다.Referring to FIG. 11, the first barrier metal layer 220 formed on the single crystal silicon substrate exposed to the upper surface of the second interlayer dielectric layer and the
상기 보조 금속 실리사이드막(225)은 상기 기판을 약 850℃ 이하의 온도에서 급속 열처리할 경우 상기 콘택홀에 노출된 단결정 실리콘 기판의 실리콘과 상기 기판에 면접되는 제1 베리어 금속막 패턴(220a)의 일부가 실리사이드 반응하여 형성된다. 상기 열처리 공정시 불활성가스 및 질소를 포함하는 공정가스가 제공된다. 상기 제1 베리어 금속막이 티타늄막을 포함할 경우 상기 열처리 온도는 약 650℃를 갖는 것이 바람직하다. The auxiliary
이후, 보조 금속 실리사이드막(225)의 형성에 적용되지 않는 상기 제1 베리어 금속막을 식각용액을 이용하여 식각공정을 수행한다. 상기 식각용액은 예컨대 황산, 인산, 아세트산, 질산등을 포함할 수 있다. 상기 식각용액을 이용한 식각공정에 의해 상기 콘택홀의 저면 즉, 단결정 실리콘 기판에는 보조 금속 실리사이드막만 존재한다. 상기 식각공정을 수행한 이후 탈이온수를 이용하여 상기 기판에 잔류하는 물질을 제거하는 린스 공정을 더 수행한다.Thereafter, an etching process is performed on the first barrier metal layer, which is not applied to the formation of the auxiliary
도 12를 참조하면, 상기 보조 금속 실리사이드막(225)의 상부면, 콘택홀(216)의 측벽 및 제2 층간 절연막 패턴(210a) 상부면에 제2 베리어 금속막(230)을 연속적으로 형성한다. Referring to FIG. 12, a second
상기 제2 베리어 금속막(230)은 예컨대 티타늄, 탄탈륨, 코발트, 티타늄 질화물, 탄탈늄 질화물 및 코발트 질화물 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하는 것이 바람직하고, 경우에 따라서 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.The second
상기 제2 베리어 금속막(230)은 단일 금속막 구조를 갖거나 금속막/금속질화막이 적층된 구조를 갖도록 형성할 수 있다. 본 실시예의 제2 베리어 금속막(230)은 티타늄막/티타늄질화막이 적층된 구조를 갖는 것이 바람직하다. 일 예로 상기 제2 베리어 금속막(230)인 티타늄막은 상기 콘택홀 내로 TiCl4가스를 플로우시킨 이후 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 제2 베리어 금속막은 화학적 기상증착 공정으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 화학적 기상증착 공정은 상기 물리적 기상증착 공정과 달릴 콘택홀 내에서 실질적으로 동일한 두께를 갖는 제2 베리어 금속막(230)을 형성할 수 있다.The second
도 13을 참조하면, 급속 열처리 공정을 수행하여 보조 금속 실리사이드막(225)상에 제4 금속 실리사이드막을 형성함으로써 하부 금속 실리사이드막(242)을 형성하고, 상기 단결정 실리콘막 패턴(208a)의 측벽에 제2 두께를 갖는 제2 금속 실리사이드막인 측부 금속 실리사이드막(244)을 형성한다.Referring to FIG. 13, a lower
상기 제4 금속 실리사이드막(241)은 상기 기판을 약 850 이하의 온도에서 급속 열처리할 경우 상기 보조 금속 실리사이드막(225)과 면접되는 제2 베리어 금속막(230)이 실리사이드 반응하여 형성된다. 제2 베리어 금속막이 티타늄막을 포함할 경우 상기 열처리 온도는 약 650℃를 갖는 것이 바람직하다. The fourth
따라서, 상기 제4 금속 실리사이드막(241)이 상기 보조 금속 실리사이드막(225) 상에 형성됨으로 인해 상기 콘택홀(216) 저면에는 제2 금속 실리사이드(244)막 보다 큰 두께를 갖는 하부 금속 실리사이드막(242)이 형성된다. 이로 인해 기판과 전기적으로 연결되는 콘택 플러그의 콘택 저항이 감소된다.Accordingly, since the fourth
상기 측부 금속 실리사이드막(244)은 상기 기판을 약 850 이하의 온도에서 급속 열처리할 경우 상기 콘택홀에 노출된 단결정 실리콘막 패턴의 측벽의 실리콘 과 상기 실리콘막 패턴의 측벽과 면접되는 제2 베리어 금속막(230)이 실리사이드 반응하여 형성된다. 따라서, 상기 콘택홀(216)의 측면에 제1 두께 보다 낮은 제2 두께를 갖는 제2 금속 실리사이드막인 측부 금속 실리사이드막(244)이 형성된다. 상기 측부 금속 실리사이드막이 형성됨에 따라 콘택저항은 감소된다.The side
설명한 바와 같이, 상기 하부 금속 실리사이드막(242)과 측부 금속 실리사이드막(244)의 두께를 차별화하여 형성함으로 인해 단결정 실리콘막 패턴(208a)에는 금속이 침투하여 발생되는 불량이 감소된다. 또한, 측부 금속 실리사이드막(244) 보다 두꺼운 두께를 갖는 하부 금속 실리사이드막(242)을 형성할 수 있기 때문에 단결정 실리콘 기판과 콘택 플러그 간의 콘택 저항이 감소될 수 있다.As described above, since the thicknesses of the lower
도 14를 참조하면, 상기 하부 금속 실리사이드막(242) 및 측부 금속 실리사이드막(244)이 형성된 콘택홀(216) 내부를 채우도록 금속막(도시안됨)을 증착하고, 상기 제2 층간 절연막 패턴(210a)이 노출되도록 평탄화함으로서 상기 콘택홀(216) 내부를 채우는 금속막 패턴(250)인 콘택 플러그를 형성한다. 상기 금속막 패턴(250)은 텅스텐, 알루미늄 또는 구리를 사용하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 14, a metal layer (not shown) is deposited to fill an inside of the
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 하부 금속 실리사이드막과 즉부 금속 실리사이드막을 서로 다른 두께를 갖도록 형성함으로써 스택형 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 시에 빈번히 발생하는 단결정 실리콘막 패턴의 침식을 감소시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, by forming the lower metal silicide film and the instant metal silicide film to have different thicknesses, it is possible to reduce the erosion of the single crystal silicon film pattern frequently generated when forming the contact plug of the stacked semiconductor device.
또한, 단결정 실리콘 기판과 콘택 플러그 간의 콘택 저항이 감소될 수 있다. 따라서, 반도체 소자의 수율 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다. In addition, the contact resistance between the single crystal silicon substrate and the contact plug can be reduced. Therefore, the yield and the reliability of the semiconductor device are improved.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050045381A KR20060123806A (en) | 2005-05-30 | 2005-05-30 | Method of manufacturing the stacked semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050045381A KR20060123806A (en) | 2005-05-30 | 2005-05-30 | Method of manufacturing the stacked semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20060123806A true KR20060123806A (en) | 2006-12-05 |
Family
ID=37728634
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020050045381A KR20060123806A (en) | 2005-05-30 | 2005-05-30 | Method of manufacturing the stacked semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20060123806A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109979949A (en) * | 2017-12-27 | 2019-07-05 | 瑞萨电子株式会社 | Semiconductor device and its manufacturing method |
-
2005
- 2005-05-30 KR KR1020050045381A patent/KR20060123806A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109979949A (en) * | 2017-12-27 | 2019-07-05 | 瑞萨电子株式会社 | Semiconductor device and its manufacturing method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101884002B1 (en) | Method of manufacturing a contact structure | |
US7265050B2 (en) | Methods for fabricating memory devices using sacrificial layers | |
KR100360396B1 (en) | Method for forming contact structure of semiconductor device | |
KR100715267B1 (en) | Stacked semiconductor device and method for manufacturing the same | |
US20050250316A1 (en) | Methods for fabricating memory devices using sacrifical layers and memory devices fabricated by same | |
KR100418573B1 (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
KR100607413B1 (en) | Stacked semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US20120280325A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
KR20090002646A (en) | Method for fabricating tungsten line with reduced sheet resistance tungsten layer and method for fabricating gate of semiconductor device using the same | |
US6913972B2 (en) | Method of fabrication on a gate pattern of a non-volatile memory device | |
KR100469833B1 (en) | Semiconductor device | |
KR100606256B1 (en) | Semiconductor integrated circuit device and the method of manufacturing the same | |
US20080251824A1 (en) | Semiconductor memory device and manufacturing method thereof | |
KR100489657B1 (en) | Method for forming patterns in a semiconductor device and method for a semiconductor device using the same | |
KR100492898B1 (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
KR20060123806A (en) | Method of manufacturing the stacked semiconductor device | |
US20070284743A1 (en) | Fabricating Memory Devices Using Sacrificial Layers and Memory Devices Fabricated by Same | |
KR100669108B1 (en) | Stacked semiconductor device and method of manufacturing the same | |
KR100623590B1 (en) | Method for forming cylindrical capacitor in semiconductor memory device | |
KR100367735B1 (en) | Integrated circuit line and fabricating method thereof | |
KR20060118078A (en) | Method of manufacturing the stacked semiconductor device | |
KR100307968B1 (en) | Method of forming interlevel dielectric layers of semiconductor device provided with plug-poly | |
KR100616495B1 (en) | Method for fabrication of semiconductor device enable to decrease inter-layer lattice mismatch between silicon layer and silicon thin film | |
KR100540491B1 (en) | Semiconductor device including aluminium metallization and method for manufacturing the same | |
KR20080049161A (en) | Method of manufacturing a stacked semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |