KR20100002872A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 금속실리사이드 게이트 형성시, 다마신(Damascene) 공정을 이용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device using a damascene process in forming a metal silicide gate.
일반적으로, 반도체 소자의 게이트는 산화막 재질의 게이트 절연막과 폴리실리콘막으로 이루어진 게이트 도전막 및 상기 게이트 도전막 상에 형성되는 보호막의 적층막으로 이루어진다. 이것은 상기 폴리실리콘막이 고융점, 박막 형성의 용이성, 라인 패턴의 용이성, 산화 분위기에 대한 안정성, 및 평탄한 표면 형성 등과 같은 게이트로서 요구되는 물성을 충분히 만족시키기 때문이다. In general, a gate of a semiconductor device includes a gate conductive film made of an oxide film and a polysilicon film, and a laminated film of a protective film formed on the gate conductive film. This is because the polysilicon film satisfies physical properties required as a gate such as high melting point, ease of thin film formation, ease of line pattern, stability to an oxidizing atmosphere, and flat surface formation.
그런데, 최근 반도체 소자의 고집적화 추세에 부합하여 디자인 룰(Design Rule)이 감소함에 따라, 게이트 전극의 폭이 0.35㎛급 이하인 경우에 채널 길이가 상기 게이트의 폭보다 작아지게 되었고, 이에, 보다 낮은 저항을 갖는 게이트를 형성하기 위해 상기 게이트 도전막으로서 폴리실리콘막과 금속막의 적층막으로 이루어진 금속 게이트 구조로 전환되고 있으며, 한 예로, 최근 들어 금속막으로서 텅스텐막(W)을 적용한 금속 게이트의 형성을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. However, in accordance with the recent trend of high integration of semiconductor devices, as the design rule decreases, the channel length becomes smaller than the gate width when the width of the gate electrode is 0.35 μm or less, thereby lowering the resistance. In order to form the gate having the gate conductive film, a metal gate structure composed of a laminated film of a polysilicon film and a metal film has been converted. Research is being actively conducted.
이러한 금속 실리사이드 게이트의 경우, 일반적인 금속 게이트에 비해서 비저항은 높지만 보전력(Retention) 측면에서는 더 유리한 특성을 갖기 때문에 공정 단순화 및 게이트 안정성 향상에 따른 수율 향상을 위해서는 매우 유용한 기술로 사용되고 있는 추세이다. Such metal silicide gates have a higher resistivity than conventional metal gates, but have more advantageous properties in terms of retention, and thus are used as very useful techniques for improving process yield and improving gate stability.
그러나, 자세하게 도시하고 설명하지는 않았지만, 전술한 텅스텐 실리사이드(WSix) 게이트의 경우에는, 상기 텅스텐 실리사이드(WSix) 물질 자체의 비 저항이 크기 때문에 게이트 간의 간격이 감소함에 따라 상기 텅스텐 실리사이드를 게이트 물질로 적용하기가 점점 어려워지고 있다.However, although not shown and described in detail, in the case of the aforementioned tungsten silicide (WSix) gate, the tungsten silicide is applied as the gate material as the spacing between the gates decreases because the specific resistance of the tungsten silicide (WSix) material itself is large. It's getting harder to do.
또한, 상기 텅스텐 실리사이드 게이트는 상기 텅스텐이 금속이라는 특성으로 인해, 그의 표면 산화 및 계면 특성을 향상시키기 위해서는 게이트 형성시, 복잡한 스택 구조 및 측벽 구조가 요구된다.In addition, the tungsten silicide gate requires a complicated stack structure and a sidewall structure at the time of gate formation to improve its surface oxidation and interfacial properties due to the property that the tungsten is a metal.
한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 코발트 실리사이드(CoSix) 게이트 구조가 제안되었지만, 기존 스택 구조의 게이트를 형성하는 방법으로 상기 코발트 실리사이드막을 형성할 경우, 상기 코발트 실리사이드 게이트 형성 후, 하드마스크 역할을 수행할 수 있는 물질을 형성할 수 없기 때문에, 후속의 콘택 공정에서 상기 게이트의 일정 부분에서 손실이 발생 됨에 따른, 상기 게이트와 콘택 간의 단락을 발생시킬 우려가 있다.Meanwhile, in order to solve the above problems, a cobalt silicide (CoSix) gate structure has been proposed, but when the cobalt silicide layer is formed by a method of forming a gate of a conventional stack structure, after forming the cobalt silicide gate, it serves as a hard mask. Since it is not possible to form a material capable of performing, there is a concern that a short circuit between the gate and the contact may occur as a loss occurs at a portion of the gate in a subsequent contact process.
본 발명은 코발트 실리사이드 게이트 형성시, 게이트 상부에 하드마스크를 형성할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a hard mask on the gate when forming a cobalt silicide gate.
또한, 본 발명은 코발트 실리사이드 게이트 형성시, 게이트의 손실 발생을 방지하여 게이트와 콘택 간의 단락 발생을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device that can prevent the occurrence of a loss of the gate when forming the cobalt silicide gate to prevent a short circuit between the gate and the contact.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판 상에, 실리콘막을 포함하고 상면에 제1하드마스크막이 적층된 게이트 구조물을 형성하는 단계; 상기 게이트 구조물 사이에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 제1하드마스크막을 제거하는 단계; 상기 제1하드마스크막이 제거된 게이트 구조물 상에 상기 층간절연막보다 낮은 높이로 금속 실리사이드막을 형성하는 단계; 및 상기 금속 실리사이드막 상에 상기 층간절연막 사이를 매립하도록 제2하드마스크막을 형성하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, the method including: forming a gate structure including a silicon film and a first hard mask film stacked on an upper surface thereof; Forming an interlayer insulating film between the gate structures; Removing the first hard mask layer; Forming a metal silicide layer on the gate structure from which the first hard mask layer has been removed to a height lower than that of the interlayer insulating layer; And forming a second hard mask layer on the metal silicide layer to fill the interlayer insulating layer.
상기 게이트 구조물 및 제1하드마스크막의 양 측벽에 형성된 스페이서를 더 포함한다.The semiconductor device may further include spacers formed on both sidewalls of the gate structure and the first hard mask layer.
상기 제1하드마스크막은 질화막으로 형성하고, 상기 층간절연막은 산화막으로 형성한다.The first hard mask film is formed of a nitride film, and the interlayer insulating film is formed of an oxide film.
상기 층간절연막을 형성하는 단계는, 상기 반도체 기판 상에 상기 게이트 구조물 및 제1하드마스크막을 덮도록 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막을 1차 CMP하는 단계; 및 상기 1차 CMP된 층간절연막을 상기 제1하드마스크막이 노출될 때까지 2차 CMP하는 단계;를 포함한다.The forming of the interlayer dielectric layer may include forming an interlayer dielectric layer on the semiconductor substrate to cover the gate structure and the first hard mask layer; First CMP the interlayer insulating film; And performing secondary CMP on the first CMP interlayer insulating layer until the first hard mask layer is exposed.
상기 제1하드마스크막을 제거하는 단계는 인산을 이용한 습식 식각으로 수행한다.The removing of the first hard mask layer may be performed by wet etching using phosphoric acid.
상기 금속실리사이드막을 형성하는 단계는 상기 제1하드마스크막이 제거된 게이트 구조물을 포함한 반도체 기판 상에 금속막을 증착하는 단계; 상기 금속막이 증착된 반도체 기판에 대해 상기 게이트 구조물과 반응하도록 300∼700℃의 온도에서 열 처리를 수행하는 단계; 및 상기 열 처리에 의해 미반응된 금속막을 제거하는 단계;를 포함한다.The forming of the metal silicide film may include depositing a metal film on a semiconductor substrate including a gate structure from which the first hard mask film is removed; Performing heat treatment at a temperature of 300 to 700 ° C. to react with the gate structure on the semiconductor substrate on which the metal film is deposited; And removing the unreacted metal film by the heat treatment.
상기 금속막은 코발트(Co)로 형성한다.The metal film is formed of cobalt (Co).
상기 미반응된 금속막을 제거하는 단계는 80∼150℃의 온도에서 과수가 첨가된 황산을 이용하여 습식 식각으로 수행한다.The step of removing the unreacted metal film is performed by wet etching using sulfuric acid to which fruit water is added at a temperature of 80 to 150 ° C.
상기 미반응된 금속막을 제거하는 단계 후, 500∼900℃의 온도에서 열 처리를 수행하는 단계;를 더 포함한다.After the step of removing the unreacted metal film, performing a heat treatment at a temperature of 500 ~ 900 ℃; further includes.
상기 제2하드마스크막은 질화막으로 형성한다.The second hard mask film is formed of a nitride film.
상기 제2하드마스크막을 형성하는 단계는, 상기 금속 실리사이드막이 형성된 게이트 구조물을 포함한 반도체 기판 상에 제2하드마스크막을 증착하는 단계; 및 상기 제2하드마스크막을 상기 층간절연막이 노출될 때까지 CMP로 제거하는 단계;를 포함한다.The forming of the second hard mask layer may include depositing a second hard mask layer on a semiconductor substrate including a gate structure on which the metal silicide layer is formed; And removing the second hard mask layer with CMP until the interlayer dielectric layer is exposed.
상기 제2하드마스크막을 증착하는 단계는 상기 제2하드마스크막을 1000∼3000Å의 두께로 형성한다.In the depositing of the second hard mask film, the second hard mask film is formed to a thickness of 1000 to 3000 GPa.
상기 제2하드마스크막을 제거하는 단계는 상기 제2하드마스크막을 제거하기 위해 사용하는 슬러리에 인산을 1∼10% 첨가하여 수행한다.The removing of the second hard mask film is performed by adding 1 to 10% of phosphoric acid to a slurry used to remove the second hard mask film.
상기 슬러리는 질화막대 산화막의 선택비가 30:1∼50:1의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.The slurry is characterized in that the selectivity ratio of nitride to oxide film has a range of 30: 1 to 50: 1.
본 발명은 금속 실리사이드 게이트 형성시, 다마신 공정을 이용하여 형성함으로써, 상기 금속 실리사이드막 상에 하드마스크막을 용이하게 형성할 수 있다.In the present invention, when the metal silicide gate is formed, a hard mask layer may be easily formed on the metal silicide layer by using a damascene process.
따라서, 본 발명은 후속의 콘택 공정에서 상기 금속 실리사이드 게이트의 손실 발생을 방지할 수 있으므로, 게이트와 콘택 간의 단락 발생을 방지할 수 있다.Accordingly, the present invention can prevent the occurrence of loss of the metal silicide gate in a subsequent contact process, thereby preventing a short circuit between the gate and the contact.
게다가, 본 발명은 상기와 같이 금속 실리사이드막 상에 하드마스크막을 형성하여 기존의 게이트 구조를 그대로 유지함으로써, 콘택 또는 비트라인 형성 공정 등과 같은 후속의 공정 수행시, 상기 공정 등을 변화시키지도 않고도 전체 반도체 소자의 제조 공정에 적용할 수 있다.Furthermore, the present invention maintains the existing gate structure by forming a hard mask film on the metal silicide film as described above, so that subsequent semiconductor processing such as a contact or bit line forming process may be performed without changing the process or the like. It can apply to the manufacturing process of an element.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
자세하게, 도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.1A to 1G are cross-sectional views illustrating processes for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, which will be described below.
도 1a를 참조하면, 소자분리막(104) 및 상기 소자분리막(104)에 의해 구획되는 활성 영역을 갖는 반도체 기판(102) 상에 게이트 절연막(106), 게이트 도전막(108)으로 및 제1하드마스크막(110)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a gate
여기서, 상기 게이트 절연막(102), 게이트 도전막(108) 및 제1하드마스크막(110)은 각각 산화막, 폴리 실리콘막 및 질화막으로 형성하며, 이때, 상기 게이트 도전막(108)은 후속의 금속 실리사이드막이 형성되는 두께를 고려하여 1000∼2000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.Here, the
도 1b를 참조하면, 상기 제1하드마스크막(110), 게이트 도전막(108) 및 게이트 절연막(102)을 식각하여, 상기 반도체 기판(102) 상에, 상면에 제1하드마스크막(110)이 형성되고, 게이트 절연막(102) 및 게이트 도전막(108)으로 이루어진 게이트 구조물(112)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, the first
그런 다음, 상기 게이트 구조물(112) 및 제1하드마스크막(110)의 표면에 스페이서(114)를 형성한다.Then, a
이때, 상기 스페이서(114)는 산화막 및 질화막 중 어느 하나 이상의 막으로 형성하며, 바람직하게는, 산화막, 질화막 및 산화막의 적층 구조로 형성한다. In this case, the
도 1c를 참조하면, 상기 스페이서(114)가 형성된 게이트 구조물(112) 및 제1하드마스크막(110) 상에 상기 제1하드마스크막(110) 및 게이트 구조물(112)을 덮도록 층간절연막(116)을 3000∼6000Å의 두께로 형성한다.Referring to FIG. 1C, an interlayer insulating layer may be formed on the
도 1d를 참조하면, 상기 층간절연막(116)을 상기 제1하드마스크막(110) 상부로 600∼1000Å의 두께만큼 잔류하도록 1차 CMP(Chemical Mechanical Polishing)한 다음, 이어서, 상기 1차 CMP된 층간절연막(116)을 상기 제1하드마스크막(110)이 노출될 때까지 2차 CMP한다.Referring to FIG. 1D, a first chemical mechanical polishing (CMP) is performed such that the interlayer
여기서, 상기 1차 CMP는 실리카 계열의 슬러리를 이용하여 수행하며, 상기 2 차 CMP는 산화막대 질화막 간의 선택비가 높은 세리아 계열의 고 선택비 슬러리를 이용하여 상기 제1하드마스크막(110) 표면에서 상기 산화막에 대한 2차 CMP가 정지되도록 수행한다.Here, the primary CMP is performed by using a silica-based slurry, and the secondary CMP is formed on the surface of the first
도 1e를 참조하면, 상기 1차 및 2차 CMP에 의해 노출된 제1하드마스크막(110) 부분을 상기 게이트 구조물(112)이 노출될때까지 제거한다.Referring to FIG. 1E, portions of the first
상기 제1하드마스크막(110) 부분의 제거는 인산을 이용한 습식 식각으로 수행한다.Removal of the portion of the first
도 1f를 참조하면, 상기 제1하드마스크막(110) 부분의 제거의 의해 노출된 상기 게이트 구조물(112)을 포함한 반도체 기판(102) 상에 금속막(118)을 형성한다.Referring to FIG. 1F, a
여기서, 상기 금속막(118)은 코발트(Co)로 형성하며, 이때, 상기 코발트는 후속의 금속 실리사이드막의 30∼50% 정도의 두께 만큼 형성될 수 있도록, 200∼500Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.Here, the
도 1g를 참조하면, 상기 코밭트와 같은 금속막(118)이 형성된 반도체 기판(102)에 대해 300∼700℃의 온도에서 열 처리를 수행하여 상기 게이트 구조물(112) 상에 코발트 실리사이드막과 같은 금속 실리사이드막(120)을 형성한다.Referring to FIG. 1G, a heat treatment may be performed at a temperature of 300 to 700 ° C. on a
그런 다음, 상기 미반응된 금속막(118)을 과수가 첨가된 황산을 이용하여 습식 식각으로 제거한다.Then, the
이때, 상기 미반응된 상기 금속막(118)의 제거 속도를 향상시키기 위해 80∼150℃의 온도에서 수행할 수 있다.At this time, in order to improve the removal rate of the
한편, 상기 코발트 실리사이드막과 같은 금속 실리사이드막(120) 형성 후, 상기 금속 실리사이드막(120)의 안정성을 향상시키기 위해 500∼900℃의 온도에서 열 처리를 더 수행할 수 있다.Meanwhile, after the formation of the
도 1h를 참조하면, 상기 미반응된 금속막(118)이 제거되고 상부에 상기 금속 실리사이드막(120)이 형성된 게이트 구조물(112)을 포함한 반도체 기판(102) 상에 질화막으로 이루어지고, 1000∼3000Å의 두께를 갖는 제2하드마스크막(122)을 형성한다.Referring to FIG. 1H, a nitride film is formed on a
도 1i를 참조하면, 상기 제2하드마스크(122)막을 상기 층간절연막(116) 및 스페이서(114)가 노출될때까지 CMP로 제거하여 게이트 절연막(106), 게이트 도전막(108), 금속 실리사이드막(120) 및 제2하드마스크막(122)으로 이루어진 게이트(124)를 형성한다.Referring to FIG. 1I, the second
여기서, 상기 제2하드마스크막(122)의 제거는 질화막대 산화막의 선택비가 30:1∼50:1의 범위를 갖는 슬러리를 이용하여 수행하며, 이때, 상기 제2하드마스크막(122)의 제거를 더욱 용이하게 하기 위해 상기 슬러리 내에 인산을 1∼10% 첨가하여 사용할 수 있다.Here, the removal of the second
전술한 바와 같이 본 발명은, 상기와 같이 다마신 공정을 이용하여 금속 실리사이드 게이트를 형성함으로써, 일반적인 스택 구조의 금속 실리사이드 게이트를 형성하는 종래의 방법과 달리, 상기 금속 실리사이드막 상에 하드마스크막을 용이하게 형성할 수 있다.As described above, the present invention, unlike the conventional method of forming a metal silicide gate having a general stack structure by forming a metal silicide gate using the damascene process as described above, facilitates a hard mask film on the metal silicide layer. Can be formed.
따라서, 상기와 같이 금속 실리사이드막 상에 하드마스크막을 용이하게 형성 할 수 있으므로, 후속의 콘택 공정에서 상기 게이트의 손실 발생을 방지할 수 있어, 그래서, 게이트와 콘택 간의 단락을 방지할 수 있다.Therefore, since the hard mask film can be easily formed on the metal silicide film as described above, the occurrence of loss of the gate can be prevented in a subsequent contact process, so that a short circuit between the gate and the contact can be prevented.
또한, 상기와 같이 금속 실리사이드막 상에 하드마스크막을 형성하여 기존의 게이트 구조를 그대로 유지함으로써, 콘택 또는 비트라인 형성 공정 등과 같은 후속의 공정 수행시, 상기 공정 등을 변화시키지도 않고도 바로 전체 반도체 소자의 제조 공정에 적용할 수 있다.In addition, by forming a hard mask layer on the metal silicide layer as described above, the existing gate structure is maintained as it is, so that subsequent processes such as a contact or bit line forming process may be performed without changing the process or the like. It is applicable to a manufacturing process.
이상, 전술한 본 발명의 실시예들에서는 특정 실시예에 관련하고 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.In the above-described embodiments of the present invention, the present invention has been described and described with reference to specific embodiments, but the present invention is not limited thereto, and the scope of the following claims is not limited to the scope of the present invention. It will be readily apparent to those skilled in the art that the present invention may be variously modified and modified.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정별 단면도.1A to 1I are cross-sectional views illustrating processes for manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080062921A KR20100002872A (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Method of manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020080062921A KR20100002872A (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Method of manufacturing semiconductor device |
Publications (1)
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KR20100002872A true KR20100002872A (en) | 2010-01-07 |
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ID=41812850
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020080062921A KR20100002872A (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Method of manufacturing semiconductor device |
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-
2008
- 2008-06-30 KR KR1020080062921A patent/KR20100002872A/en not_active Application Discontinuation
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