KR20080008797A - 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 위에 게이트 산화막, 다결정 규소층을 적층하는 단계, 다결정 규소층의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계, 기판에 도전형 불순물 이온을 고농도로 주입하여 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계, 기판 위에 제1 금속막을 형성한 후 열처리하여 살리사이드화 하는 단계, 살리사이드화 하지 않은 제1 금속막을 제거하는 단계, 기판 위에 질화막 및 층간 절연막을 형성하는 단계, 화학적 기계적 연마로 게이트 상부에 형성된 살리사이드를 제거하는 단계, 기판 위에 제2 금속막을 형성한 후 열처리하여 게이트를 실리사이드화 하는 단계, 실리사이드화 하지 않은 제2 금속막을 제거하는 단계를 포함한다.
풀리실리사이드실리콘(FUSI), 게이트실리사이드, 코발트, 티타늄
Description
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이고,
도 2 내지 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 공정 순서대로 도시한 단면도이다.
본 발명은 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 장치의 풀리실리사이드실리콘 게이트 형성방법에 관한 것이다.
최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 반도체소자를 구성하는 트랜지스터의 채널길이도 64㎚ 이하로 작아지고 있다. 이와 같이 채널길이가 작아짐에 따라 게이트 형성시 게이트를 구성하는 폴리실리콘의 디플리션(depletion)에 의해 게이트산화막의 등가산화물두께(EOT; Equivalent Oxide Thickness) 증가가 심각한 문제로 대두되고 있다.
폴리실리콘의 디플리션 현상을 감소시키기 위한 방법으로서 금속게이트를 사용하는 방법이 있다. 그러나 금속게이트를 상보형 모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터에 적용할 경우, n채널형 모스영역과 p채널형 모 스영역에 서로 다른 금속을 사용하여야 하는 등의 공정상의 어려움이 있다. 따라서 최근에는 폴리실리콘 위에 금속을 증착한 후에 후속 열처리를 통해 금속실리사이드를 형성하는 풀리실리사이드실리콘(FUSI; Fully Silicide Silicon) 게이트 구조가 제안된 바 있다.
그러나 열처리 만으로 풀리 실리사이드 게이트를 형성할 경우, 폴리 게이트 위에 먼저 형성된 소스 영역 및 드레인 영역용 살리사이드로 인해서 게이트 전체가 실리사이드화 되지 않고 국부적으로 형성될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 균일하면서도 안정적으로 게이트 전체를 실리사이드화 하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 기판 위에 게이트 산화막, 다결정 규소층을 적층하는 단계, 다결정 규소층의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계, 기판에 도전형 불순물 이온을 고농도로 주입하여 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계, 기판 위에 제1 금속막을 형성한 후 열처리하여 살리사이드화 하는 단계, 살리사이드화 하지 않은 제1 금속막을 제거하는 단계, 기판 위에 질화막 및 층간 절연막을 형성하는 단계, 화학적 기계적 연마로 게이트 상부에 형성된 살리사이드를 제거하는 단계, 기판 위에 제2 금속막을 형성한 후 열처리하여 게이트를 실리사이드화 하는 단계, 실리사이드화 하지 않은 제2 금속막을 제거하는 단계를 포함한다.
제1 금속막 및 제2 금속막은 니켈 또는 코발트로 형성할 수 있다.
화학적 기계적 연마는 텅스텐: 장벽층: 층간 절연막=1:1.5:1 또는 1:2 사이의 선택비를 가지도록 하며, 식각 속도는 50~200rpm 압력은 2~6psi의 조건으로 진행할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
먼저 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 반도체 장치는 소자 분리 영역(도시하지 않음)이 한정되어 있는 기판(10)에 소스 영역 및 드레인 영역(22), 이들 사이에 위치하는 채널 영역이 형성되어 있다. 소스 영역 및 드레인 영역(22)은 도전형 불순물 이온이 고농도로 도핑 되어 있으며 채널 영역은 진성 반도체(intrinsic semiconductor) 영역으로 문턱 전압(Vth) 조절용 이온이 도핑될 수 있다.
그리고 채널 영역과 대응하는 기판(10) 위에는 게이트 산화막(12)이 형성되 어 있으며, 게이트 산화막(12) 위에는 게이트(16)가 형성되어 있다. 게이트(16)의 측벽에는 스페이서(16)가 형성되어 있다.
스페이서(16)는 질화 규소와 같은 질화물로 이루어지며, 게이트(20)는 실리사이드, 예를 들어 CoSi2 또는 TiSi2 등으로 이루어진다.
스페이서(16)와 대응하는 기판(10)에는 도전형 불순물이 소스 영역 및 드레인 영역(22)보다 저농도로 도핑된 저농도 도핑 영역(14)이 형성되어 있다.
그리고 게이트 산화막(12)이 형성되지 않아 노출된 기판(10)의 소스 영역 및 드레인 영역(22) 상부에는 살리사이드(24)가 형성되어 있다.
이러한 구조를 가지는 반도체 장치를 형성하는 방법은 첨부한 도 2 내지 도 7과 기 설명한 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저 도 2에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10) 위에 LOCOS(local oxidation of silicon, 도시하지 않음) 또는 STI(shallow trench insulation) 방식으로 형성한 절연 물질로 이루어진 소자 분리 영역(12)을 형성한다. LOCOS 방식은 기판의 소정 영역에 부분적으로 산화막을 성장시켜 소자 분리 영역을 형성하는 방식이고, STI 방식은 기판의 소정 영역에 트랜치를 형성한 후 절연 물질을 트랜치에 채워 소자 분리 영역을 형성하는 방식이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 기판(10)을 산화하여 기판(10) 위에 산화막을 형성한다. 다음 산화막 위에 화학적 기상 증착 등의 방법으로 다결정 규소막 및 산화막을 적층한다. 다결정 규소층은 1,000~2,000Å의 두께로 형성한다.
이후 선택적 식각 공정으로 산화막, 다결정 규소막 및 산화막을 차례로 패터닝하여 하드 마스크(hard mask)(18), 다결정 규소 패턴(16) 및 게이트 산화막(14)을 형성한다. 하드 마스크(18)는 좀 더 정밀한 배선을 형성하기 위한 것으로 선택적 식각 공정시 사용하는 감광막의 특성에 따라 생략할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 기판(10) 전면에 도전형 불순물을 저농도로 도핑하여 저농도 도핑 영역(20)을 형성한다. 저농도 도핑 영역(20)을 형성하기 전에 하드 마스크(18)를 제거할 수 있다.
이후, 산화막 및 질화막을 형성한 후 에치백(etch back)하여 다결정 규소 패턴(16)의 측벽에 스페이서(20b)와 완충층(20a)을 형성한다. 도시하지 않았으나 스페이서 형성 전에 할로이온(halo) 등을 주입할 수 있다.
그런 다음, 기판(10) 전면에 도전형 불순물을 고농도로 도핑하여 소스 및 드레인(22)을 형성한다.
이때 주입되는 이온은 n형 또는 p형 불순물로 예를 들면 비소(As), 인(P), 붕소(B) 등을 주입한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 기판(10) 전면에 티타늄(Ti) 또는 코발트(Co) 등과 같은 금속을 증착한 후 급속 열처리 등으로 열처리하여 살리사이드(24)를 형성한다. 이때 살리사이드(24)는 스페이서(16)에 의해 보호되지 않는 게이트(20)의 상부 표면 및 게이트(20) 측면의 소정 영역과 소스 영역 및 드레인 영역(22) 위에 형성된다.
다음 도 6에 도시한 바와 같이, 기판(10) 위에 질화막(28)과 층간 절연 막(30)을 형성한다. 층간 절연막(30)은 TEOS 등의 산화물로 형성할 수 있다. 이후 게이트 상부의 살리사이드(26)가 노출될 때까지 화학적 기계적 연마로 기판을 연마한다.
그리고, 노출된 살리사이드를 텅스텐 터치 업(W touch up) 방법으로 제거한다.
여기서 텅스텐 터치 업 방법은 실리카(silica) 또는 세리아(ceria) 슬러리(slurry)를 사용하여 화학적 기계적 연마하는 것으로, 텅스텐: 장벽층: 층간 절연막=1:1.5:1 또는 1:2 사이의 선택비를 가지도록 하며, 식각 속도는 50~200rpm 압력은 2~6psi의 조건으로 진행한다.
다음 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(10) 위에 코발트(Co)를 증착하고 제1 차 열처리하여 다결정 규소 패턴(16)을 실리사이드화하여 게이트(32)를 완성한다. 본 발명의 실시예에서와 같이 소스 영역(24) 및 드레인 영역(24)의 살리사이드(26)와 함께 형성된 게이트 상부의 살리사이드가 모두 제거되기 때문에 게이트 상부의 살리사이드(26)의 방해 없이 게이트(16) 전체가 실리사이드화 된다.
열처리시에 코발트 등의 금속막은 2~3배 정도로 부피가 팽창하기 때문에 다결정 규소층이 충분히 실리사이드화 될 수 있는 두께로 형성한다. 예를 들어, 다결정 규소 패턴이 1,500Å의 두께로 형성되었다면, 코발트 금속막은 600~800Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 게이트(16)는 스페이서(26) 보다 돌출될 수 있으며, 게이트(16)의 돌출된 두께는 350~1,350Å 정도이다.
이후 실리사이드화 되지 않은 코발트 금속막을 제거한 후 게이트(16)를 이루 는 실리사이드를 안정화시키기 위해서 열처리를 한다. 니켈 실리사이드를 형성하는 방법은 도 5의 소스 영역 및 드레인 영역(24)의 살리사이드(26)를 형성하는 방법과 동일하다.
지금까지 설명한 바와 같이, 텅스텐 터치 업 방법으로 게이트 상부에 남겨진 형성된 살리사이드를 모두 제거하기 때문에 이로 인해서 국부적으로 게이트가 실리사이드화 되지 않는 현상을 제거할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
Claims (3)
- 기판 위에 게이트 산화막, 다결정 규소층을 적층하는 단계,상기 다결정 규소층의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계,상기 기판에 도전형 불순물 이온을 고농도로 주입하여 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계,상기 기판 위에 제1 금속막을 형성한 후 열처리하여 살리사이드화 하는 단계,살리사이드화 하지 않은 상기 제1 금속막을 제거하는 단계,상기 기판 위에 질화막 및 층간 절연막을 형성하는 단계,화학적 기계적 연마로 상기 게이트 상부에 형성된 살리사이드를 제거하는 단계,상기 기판 위에 제2 금속막을 형성한 후 열처리하여 상기 게이트를 실리사이드화 하는 단계,실리사이드화 하지 않은 상기 제2 금속막을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 제1 금속막 및 제2 금속막은 니켈 또는 코발트로 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 화학적 기계적 연마는 텅스텐: 장벽층: 층간 절연막=1:1.5:1 또는 1:2 사이의 선택비를 가지도록 하며, 식각 속도는 50~200rpm 압력은 2~6psi의 조건으로 진행하는 반도체 장치의 제조 방법.
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