KR20080089069A - Gate of semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 따른 텅스텐게이트 공정시 발생하는 네가티브슬로프현상을 나타낸 사진.1 is a photograph showing a negative slope phenomenon occurring during the tungsten gate process according to the prior art.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 게이트 구조를 도시한 도면.2 illustrates a gate structure of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시예에 따른 게이트 제조 방법을 도시한 공정 단면도.3A to 3I are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a gate in accordance with an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
21 : 실리콘기판 22 : 소자분리막21
23 : 게이트절연막 24B: 폴리실리콘막패턴23: gate
25 : 희생막 26 : 하드마스크막25: sacrificial film 26: hard mask film
29B : 텅스텐실리사이드막 30B : 텅스텐막29B:
31 : 게이트하드마스크막 32 : 캡핑막31: gate hard mask film 32: capping film
본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체소자의 게이트 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a gate of a semiconductor device.
폴리실리콘과 텅스텐실리사이드의 적층을 이용한 게이트 형성 공정은 텅스텐실리사이드 식각 및 이후 폴리실리콘 식각 과정에서 네가티브슬로프(Negative Slope) 현상이 발생하지는 않는다. 그러나, 소자의 고집적화가 진행되면서 게이트의 선폭이 감소하면서 저항이 증가하고 이에 따라 데이터 전달 속도가 감소하여 시간지연(Time Delay)을 유발하여 제품 특성에 영향을 주고 있다.In the gate forming process using a stack of polysilicon and tungsten silicide, a negative slope phenomenon does not occur during tungsten silicide etching and subsequent polysilicon etching. However, as the integration of devices increases, the line width of the gate decreases, the resistance increases, and accordingly, the data transfer rate decreases, causing a time delay to affect product characteristics.
이에 최근에는 폴리실리콘과 텅스텐의 적층구조(이하 '텅스텐게이트'라 약칭함)를 이용하여 저항을 개선하는 방향으로 기술개발이 이루어지고 있다. 그러나, 텅스텐 게이트 공정에서는 텅스텐 식각 및 폴리실리콘 식각시 텅스텐실리사이드와는 다르게 텅스텐의 유연한 물성때문에 네가티브슬로프 현상(식각단면이 네가티브로 기울어지는 현상)이 발생하여 텅스텐의 선폭이 감소하는 현상이 발생하고 있다. Recently, technology development has been made to improve resistance by using a laminated structure of polysilicon and tungsten (hereinafter abbreviated as 'tungsten gate'). However, in the tungsten gate process, unlike tungsten silicide in tungsten etching and polysilicon etching, a negative slope phenomenon (a negative slope of the etching section) occurs due to the flexible physical properties of tungsten, thereby reducing the tungsten line width. .
도 1은 종래기술에 따른 텅스텐게이트 공정시 발생하는 네가티브슬로프현상을 나타낸 사진이다.1 is a photograph showing a negative slope phenomenon occurring during the tungsten gate process according to the prior art.
도 1의 네가티브슬로프(도면부호 'N Slope') 현상은 텅스텐막이 과도하게 식각됨에 따라 발생되며, 텅스텐게이트의 저항 감소의 걸림돌이 되고 있다. The negative slope (N 'slope') phenomenon of FIG. 1 occurs as the tungsten film is excessively etched, which is an obstacle in reducing the resistance of the tungsten gate.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 텅 스텐게이트 공정시 네가티브슬로프 현상이 발생하는 것을 방지하여 저항을 감소시킬 수 있는 반도체소자의 게이트 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, to provide a gate and a method of manufacturing a semiconductor device that can reduce the resistance by preventing the negative slope phenomenon occurs during the tungsten gate process. There is this.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자의 게이트 제조 방법은 제1도전막을 형성하는 단계; 상기 제1도전막 상에 오프닝을 갖는 절연막을 형성하는 단계; 상기 오프닝을 따라 절연막 상에 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막 상에 상기 오프닝을 채우는 제2도전막을 형성하는 단계; 상기 오프닝의 하부 영역을 채우도록 상기 제2도전막과 보호막을 식각하는 단계; 상기 오프닝의 나머지영역을 채우는 하드마스크막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 제거하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 하여 상기 제1도전막을 일부 식각하는 단계; 상기 일부 식각된 제1도전막을 포함한 전면에 캡핑막을 형성하는 단계; 및 상기 캡핑막과 상기 제1도전막의 나머지를 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method of manufacturing a gate of the semiconductor device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a first conductive film; Forming an insulating film having an opening on the first conductive film; Forming a protective film on the insulating film along the opening; Forming a second conductive film filling the opening on the protective film; Etching the second conductive layer and the passivation layer to fill the lower region of the opening; Forming a hard mask film filling the remaining area of the opening; Removing the insulating film; Etching the first conductive layer partially by using the hard mask layer as an etch barrier; Forming a capping layer on the entire surface including the partially etched first conductive layer; And etching the remainder of the capping layer and the first conductive layer.
또한, 본 발명의 반도체소자의 게이트는 제1도전막; 상기 제1도전막 상의 금속실리사이드막; 상기 금속실리사이드막 상의 제2도전막; 상기 제2도전막 상의 게이트하드마스크막; 및 상기 제1도전막의 상부 측벽과 상기 게이트하드마스크막 및 금속실리사이드막의 측벽을 덮는 캡핑막을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 금속실리사이드막은 상기 제2도전막의 바닥 및 양측벽을 덮는 형태인 것을 특징으로 한다.In addition, the gate of the semiconductor device of the present invention is a first conductive film; A metal silicide film on the first conductive film; A second conductive film on the metal silicide film; A gate hard mask layer on the second conductive layer; And a capping layer covering an upper sidewall of the first conductive layer and a sidewall of the gate hard mask layer and the metal silicide layer, wherein the metal silicide layer is formed to cover the bottom and both sidewalls of the second conductive layer. do.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 게이트 구조를 도시한 도면이다.2 illustrates a gate structure of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 실리콘기판(21)에 소자분리막(22)이 형성되고, 실리콘기판(21)의 선택된 표면 상에 게이트절연막(23)이 형성된다.Referring to FIG. 2, a
그리고, 게이트절연막(23) 위에 폴리실리콘막패턴(24B), 텅스텐실리사이드막(29B), 텅스텐막(30B) 및 게이트하드마스크막(31)이 적층되고, 폴리실리콘막패턴(24B)의 상부와 텅스텐실리사이드막(29B) 및 게이트하드마스크막(31)의 측벽에 캡핑막(32)이 형성된다. 여기서, 텅스텐실리사이드막(29B)은 텅스텐막(30B)의 바닥 및 양측벽을 덮는 형태를 가지면서 폴리실리콘막 패턴(24B) 상에 형성된다. 그리고, 폴리실리콘막패턴(24B)의 하부는 측면이 외부에 노출되고, 상부는 캡핑막(32)에 의해 덮이는 구조가 된다.Then, the
바람직하게, 게이트하드마스크막(31) 및 캡핑막(32)은 질화막이다. 그리고, 폴리실리콘막패턴(24B) 위에 잔류하는 텅스텐막(30B)과 텅스텐실리사이드막(29B)의 높이는 800∼1000Å이다. 그리고, 텅스텐실리사이드막(29)의 두께는 50Å 이하(5∼50Å)의 두께이다.Preferably, the gate
전술한 바와 같이, 텅스텐막(30B)과 폴리실리콘막패턴(24B)을 포함하는 텅스텐 게이트 구조가 되며, 전체적인 게이트의 프로파일이 수직 프로파일을 갖는다.As described above, the tungsten gate structure includes the
후술하겠지만, 도 2의 게이트 구조는 상감기법을 이용하여 형성하며, 이러한 상감기법에 의해 텅스텐막의 네가티브슬로프를 방지하여 수직한 프로파일을 얻을 수 있다. 특히, 텅스텐실리사이드막(29B)은 후속 폴리실리콘막 식각시 텅스텐막(30B)의 측벽을 보호하는 보호막 역할을 한다.As will be described later, the gate structure of FIG. 2 is formed using the damascene method, and by this damascene method, a negative slope of the tungsten film can be prevented to obtain a vertical profile. In particular, the
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 게이트 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3I are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a gate of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(21)에 소자분리막(22)을 형성하여 트랜지스터가 동작할 부분, 즉 활성영역을 형성한다. 이때, 소자분리막(22)은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 이용하여 형성한다.As shown in FIG. 3A, the
이어서, 게이트전극과 실리콘기판간 절연을 위한 게이트절연막(23)을 형성한다. 이때, 게이트절연막(23)은 산화(Oxidation) 공정을 통해 형성한 실리콘산화막이다.Subsequently, a
이어서, 게이트절연막(23) 상에 폴리실리콘막(24)을 증착한 후 게이트패터닝을 위한 희생막(25)과 식각시 배리어역할을 하는 하드마스크막(26)을 증착한다. 이때, 희생막(25)은 산화막(Oxide)이며, 또한, 희생막(25) 위에 형성되는 하드마스크막(26)은 절연체 및 식각배리어 역할을 동시에 구현하기 위해 불순물이 도핑되지 않은 폴리실리콘막(Undoped polysilicon)을 사용한다. 바람직하게, 희생막(25)과 하드마스크막(26)으로 이루어진 절연막 구조는 후속 텅스텐막의 높이와 게이트보호구조인 게이트하드마스크막의 높이를 고려하여 2500Å∼3000Å 두께로 형성한다. Subsequently, a
도 3b에 도시된 바와 같이, 게이트가 형성될 부분의 공간(Space) 확보를 위 해 포토레지스트패턴(27)을 형성한다.As shown in FIG. 3B, a
이어서, 포토레지스트패턴(27)을 식각장벽으로 하여 하드마스크막(26)과 희생막(25)을 식각한다. 이로써, 폴리실리콘막(24)의 표면을 오픈시키는 오프닝(28)이 형성된다. 이때, 오프닝(28)은 게이트가 형성될 공간으로서 라인(Line) 패턴이다.Subsequently, the
도 3c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트패턴(27)을 제거한 후, 전면에 텅스텐실리사이드막(29)을 증착한다. 이때, 텅스텐실리사이드막(29)은 후속 폴리실리콘막의 1,2차 식각시 텅스텐막의 측벽이 식각되는 것을 방지하는 보호막 역할만 하도록 그 두께를 최소화 한다. 바람직하게, 텅스텐실리사이드막(29)은 50Å 이하(5∼50Å)의 두께로 증착한다.As shown in FIG. 3C, after removing the
이어서, 텅스텐실리사이드막(29) 상에 오프닝(28)을 채우도록 텅스텐막(30)을 증착한다.Next, a
도 3d에 도시된 바와 같이, 에치백(Etchback) 공정을 진행한다. 이때, 에치백공정은 텅스텐막(30)과 텅스텐실리사이드막(29)을 동시에 에치백하며, 이를 통해 오프닝(28)의 내부에만 텅스텐막(30A)과 텅스텐실리사이드막(29A)을 잔류시켜 이웃한 게이트간에 절연상태가 유지되도록 한다.As shown in FIG. 3D, an etchback process is performed. At this time, the etch back process etches back the
이와 같은 에치백공정시 하드마스크막(26)이 식각정지막(Etch stopper) 역할을 한다.During the etch back process, the
도 3e에 도시된 바와 같이, 습식식각, 바람직하게는 습식딥식각(Wet Dip Etch)을 진행하여 추가로 텅스텐막(30A)과 텅스텐실리사이드막(29A)을 식각한다. 이때, 폴리실리콘막(24) 위에 잔류하는 텅스텐막(30B)과 텅스텐실리사이드막(29B)의 높이는 800∼1000Å을 유지하도록 한다. 이로써 텅스텐막(30B)과 텅스텐실리사이드막(29B)이 오프닝(28)의 하부(Bottom) 영역을 채우는 형태가 된다.As shown in FIG. 3E, a wet etching, preferably wet dip etching, is further performed to etch the
도 3f에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘막(24), 텅스텐실리사이드막(29B) 및 텅스텐막(30B)을 보호하기 위해 게이트하드마스크막(31)을 증착한다. 이때, 게이트하드마스크막(31)은 질화막이다.As shown in FIG. 3F, a gate
이어서, 게이트하드마스크막(31)을 에치백하여 이웃한 게이트간의 분리를 실시한다. 이때, 텅스텐막 위의 게이트하드마스크막(31)은 희생막(25)의 두께에 따라 1500∼2000Å을 유지하게 된다. 그리고, 게이트하드마스크막(31)의 에치백시 하드마스크막(26)이 식각정지막 역할을 한다.Subsequently, the gate
이로써, 게이트하드마스크막(31)이 오프닝의 나머지 영역을 채운다.As a result, the gate
도 3g에 도시된 바와 같이, 희생막(25)을 제거한다. As shown in FIG. 3G, the
바람직하게, 희생막(25) 제거 공정은 습식딥아웃(Dip Out) 공정을 이용하며, 예를 들어 희생막(25)이 산화막이므로 HF 또는 BOE 용액을 이용한다. 이러한 습식딥아웃 공정시 하드마스크막(26)이 동시에 떨어져 나가 제거된다.Preferably, the
도 3h에 도시된 바와 같이, 게이트하드마스크막(31)을 식각장벽으로 하여 폴리실리콘막(24)을 1차로 일부 식각한다. 이로써, 요철형 폴리실리콘막패턴(24A)이 형성된다. 이러한 1차 식각시 텅스텐실리사이드막(29B)이 텅스텐막(30B)이 식각되는 것을 방지한다.As shown in FIG. 3H, the
도 3i에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘막패턴(24A) 보호 및 텅스텐실리사이 드막(29B) 보호를 위한 캡핑막(32)을 증착한다. 이때, 캡핑막(32)은 질화막이다.As shown in FIG. 3I, a
이어서, 에치백을 통해 캡핑막(32)을 선택적으로 식각한 후, 남아있는 폴리실리콘막패턴(24A)을 2차 식각하고, 연속해서 게이트절연막(23)을 식각하여 텅스텐게이트 구조를 완성한다. 이때, 폴리실리콘막패턴(24A)의 2차 식각시 텅스텐막(30B)의 측벽에는 텅스텐실리사이드막(29B) 및 캡핑막(32)이 존재하므로, 텅스텐막(30B)의 과도 식각이 발생되는 것을 방지한다.Subsequently, after the
최종 게이트 구조를 살펴보면, 게이트절연막(23) 위에 폴리실리콘막패턴(24B), 텅스텐실리사이드막(29B), 텅스텐막(30B) 및 게이트하드마스크막(31)이 적층되고, 폴리실리콘막패턴(24B)의 상부와 텅스텐실리사이드막(29B) 및 게이트하드마스크막(31)의 측벽에 캡핑막(32)이 형성된다. 여기서, 텅스텐실리사이드막(29B)은 텅스텐막(30B)의 바닥 및 양측벽을 덮는 형태를 가지면서 폴리실리콘막 패턴(24B) 상에 형성된다. 그리고, 폴리실리콘막패턴(24B)의 하부는 측면이 외부에 노출되고, 상부는 캡핑막(32)에 의해 덮이는 구조가 된다. 그리고, 폴리실리콘막패턴(24B) 위에 잔류하는 텅스텐막(30B)과 텅스텐실리사이드막(29B)의 높이는 800∼1000Å이다.Looking at the final gate structure, a
전술한 바에 따르면, 본 발명은 상감(Damascene) 기법을 이용하여 오프닝을 형성한 후, 이 오프닝 내부에 텅스텐실리사이드막(29B), 텅스텐막(30B) 및 게이트하드마스크막(32)을 채우므로써, 수직(Vertical) 프로파일의 게이트 구조를 형성할 수 있다. 이와 같이, 텅스텐막(30B)이 수직한 프로파일을 가지므로 저항 개선의 효 과가 있다.According to the above, the present invention forms an opening by using a damascene technique, and then fills the
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은 게이트의 저항을 개선할 수 있고, 저항 개선을 통해 트랜지스터의 안정적인 특성을 확보 할 수 있는 효과가 있다.The present invention described above can improve the resistance of the gate, it is possible to secure the stable characteristics of the transistor through the improved resistance.
또한, 본 발명은 게이트의 상층부를 상감기법(Damascene)에 의해 형성한 후 하층부 형성을 진행하므로써 기존 게이트 형성 방법보다 수직(Vertical)한 게이트프로파일을 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of obtaining a vertical gate profile than the conventional gate forming method by forming the upper layer portion of the gate by a damascene method and then forming the lower layer portion.
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KR1020070032054A KR20080089069A (en) | 2007-03-31 | 2007-03-31 | Gate of semiconductor device and method for fabricating the same |
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CN111092014A (en) * | 2018-10-24 | 2020-05-01 | 中电海康集团有限公司 | Method for manufacturing semiconductor device |
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2007
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