KR960008567B1 - Silicide layer forming method - Google Patents

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Abstract

The method is provided to form the silicide layer which enables the metal layer to be used as sacrificial barrier and diffusion barrier, comprises the steps of: forming a layer (40) which contains metal to be silicide on top of an internal silicon layer (3) which contains silicon; forming a metallic silicide layer (6) by thermal process wherein the layer (6) is of titanium silicide layer.

Description

실리사이드막 형성 방법Silicide Film Formation Method

제1도는 종래방법에 따른 실리사이드막 형성 공정 단면도.1 is a cross-sectional view of a silicide film forming process according to a conventional method.

제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리사이드막 형성 공정 단면도.2 is a cross-sectional view of a silicide film forming process according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 실리콘 기판 2 : 접합영역1 silicon substrate 2 junction region

3 : 절연막 4 티타늄막3: insulating film 4 titanium film

5 : 티타늄나이트라이드막 6 : 티타늄실리사이드막5: titanium nitride film 6: titanium silicide film

40 : 티타늄-리치성 티타늄나이트라이드막40 titanium-rich titanium nitride film

본 발명은 반도체 소자의 제조공정중 소자상호간 접속방법에 관한 것으로, 특히 단일 박막을 이용한 장벽금속막 형성에 의한 실리사이드막 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of interconnecting elements between semiconductor devices during a manufacturing process, and more particularly to a method of forming a silicide film by forming a barrier metal film using a single thin film.

일반적으로 얕은 접합을 갖는 서브-마이크론급 소자 제조공정 대부분의 경우 접합 스파이크 현상 방지 및 콘택에서의 저항 개선을 위하여 알루미늄 합금과 함께 장벽금속(barrier metal)이 사용되고 있다.In general, in the manufacturing process of sub-micron device having a shallow junction, a barrier metal is used together with an aluminum alloy in order to prevent junction spike phenomenon and improve resistance in contact.

종래에 주로 이용되는 장벽금속은 티타늄/티타늄나이트라이트(Ti/TiN)의 이중구조를 주로 사용하고 있는데, 각각의 사용 목적은 다음과 같다.Conventionally used barrier metal mainly uses a dual structure of titanium / titanium nitrite (Ti / TiN), and the purpose of each is as follows.

먼저, 티타늄은 트랜지스터의 N+형 소스영역과 P+형 드레인영역과의 접합 부위에서 티타늄실리사이드막을 형성시켜 줌으로써 콘택저항을 낮추어 주는 목적으로 사용되는데 이때의 티타늄을 회생 장벽(sacrificial barrier)이라 일컫는다.First, titanium is used for the purpose of lowering the contact resistance by forming a titanium silicide film at a junction between an N + type source region and a P + type drain region of a transistor. In this case, titanium is referred to as a sacrificial barrier.

다음으로 티타늄나이트라이드막은 하측막과 상층막 사이에서 원자들의 이동을 차단해주는 확산장벽의 목적으로 사용된다.Next, titanium nitride films are used for the purpose of diffusion barriers that block the movement of atoms between the lower and upper layers.

이들막의 형성장법을 첨부된 도면 제1도를 통하여 보며, 제1A도에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(1)에 형성된 접합영역(2) 살부와 절연막(3) 상부에 티타늄막(4)을 형성한 다음, 티타늄나이트라이드라(5)을 형성한 다음 열처리하면 제1B도에서와 같은, 상기 접합영역(2)의 상부에 600Å이상의 두꺼운 티타늄실리사이드막(6)이 형성된다.A method of forming these films is shown in FIG. 1 through the accompanying drawings, and as shown in FIG. 1A, the titanium film 4 is formed on the junction region 2 and the insulating film 3 formed on the silicon substrate 1. Then, the titanium nitride la 5 is formed and then heat treated to form a thick titanium silicide film 6 of 600 Å or more on top of the junction region 2 as shown in FIG. 1B.

그러나 상기 종래방법은 다음과 같은 문제점을 안고 있다.However, the conventional method has the following problems.

첫째, 희생적으로 쓰이는 티타늄의 두께 조절이 상당히 중요한데, 티타늄의 두께가 너무 두꺼우면 티타늄실리사이드라이 더 많이 형성되어 접합의 실리콘 원자들이 더 많이 소모됨으로 인해 결국은 접합깊이가 짧아지는 결과를 초래하기 때문에 접합 스파이크 현상이 생겨 소자가 파괴되고, 만일 티타늄이 두께가 너무 얇으면 티타늄실리사이드막이 제대로 헝성되지 못해 콘택저항이 높아지게 되어 결국은 소자의 신뢰성을 저하시키게 된다.First, it is very important to control the thickness of titanium used sacrificially. If the thickness of titanium is too thick, more titanium silicide is formed, which leads to shortening of the junction depth due to the consumption of more silicon atoms in the junction. Spikes occur and the device is destroyed. If the thickness of titanium is too thin, the titanium silicide film is not properly formed, resulting in high contact resistance, which in turn lowers the reliability of the device.

둘째, 티타늄실리사이드막은 하측막과 상층막 사이에서 원자들의 이동을 차단해주는 확산장벽으로 사용되는게 그 목적을 완전하게 하기 위해서는 티타늄 대 니트로겐의 조성비가 1대 1로 동일해야 한다.Secondly, the titanium silicide layer is used as a diffusion barrier to block the movement of atoms between the lower layer and the upper layer, and the composition ratio of titanium to nitrogen must be equal to one to one to complete the purpose.

그러나 현재의 스퍼터링 장비의 대부분은 티타늄 성분이 많은 티타늄-리치(Ti-rich)성 티타늄실리사이드막을 형성하고 있는 실정이다.However, most of the current sputtering equipment forms a titanium-rich titanium silicide layer containing a lot of titanium.

상기 나열된 여러 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 종래에 확산장벽의 용도만 사용하여 왔던 금속막, 예를 들면 티타늄나이트라이드막을 안정한 확산장벽의 용도뿐만 아니라 콘택저항을 낮추어주는 회생장벽의 역할까지 동시에 할 수 있도록 하는 실리사이드막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention devised to solve the various problems listed above is a metal film, such as titanium nitride film, which has conventionally used only the use of the diffusion barrier, as well as the use of a stable diffusion barrier as well as the role of the regenerative barrier to lower the contact resistance It is an object of the present invention to provide a method for forming a silicide film which can be simultaneously made.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 실리사이드막 형성방법은 금속실리사이드라을 형성하고자하는 실리콘을 포함한 내실리콘막 상부에 실리사이드화될 금속을 많이 함유한 막을 형성하는 단계, 소정 온도에서 열처리하여 금속실리사이드막을 형성하는 단계틀 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of forming a silicide film according to the present invention comprises forming a film containing a large amount of metal to be silicided on a silicon-resistant film including silicon to form a metal silicide la, and forming a metal silicide film by heat treatment at a predetermined temperature. Characterized in that comprises a step frame.

이하, 티타늄실리사이드막을 예로들어 본 발명을 상술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by taking a titanium silicide film as an example.

본 발명은 티타늄나이트라이드막을 티타늄 성분이 니트로겐 성분에 비해 상대적으로 많은 티타늄-리치성막을 만든뒤 열처리 하여 줌으로써 티타늄나이트라이드막 속의 여러분의 티타늄 원자들이 기판의 실리콘 원자들과 반응하여 티타늄실리사이드막을 형성시킬 수가 있게 한다.The present invention forms a titanium silicide film by reacting the titanium nitride film with silicon atoms on the substrate by heat treating the titanium nitride film with a titanium-rich film that has a relatively larger amount of titanium than the nitrogen component. To make it possible.

이 반응은 티타늄 대 니트로겐의 조성비가 1대 1로 동일하게 될때까지 티타늄 원자들이 빠져나가게 되며, 결국은 안정한 티타늠나이트라이드막을 형성시킬 수가 있게 된다.This reaction leads to the escape of titanium atoms until the composition ratio of titanium to nitrogen is equal to one to one, and eventually a stable titaniumitride film can be formed.

또한 300Å 미만의 티타늄실리사이드막을 형성시킬 수가 있어 서브-마이크론급의 얕은 접합을 유지하면서 안정한 트랜지스터를 만들수 있게 된다.In addition, it is possible to form a titanium silicide film of less than 300 kW, making it possible to make a stable transistor while maintaining a sub-micron shallow junction.

그러면 티타늄-리치성 티타늄나이트라이드막을 형성하는 방법을 살펴보자.Let's look at how to form a titanium-rich titanium nitride film.

스퍼터링 장비를 이용해, 티타늄나이트라이드막 형성시 아르곤가스와 니트로겐 가스를 동시에 스퍼터링 챔버 안으로 유입시키게 되는데, 이때 니트로겐 가스를 아르곤 가스에 비해 상대적으로 적게 유입시켜 리엑티브 스퍼터링 (reactive sputtering)하게 되면, 티타늄 성분이 많은 티타늄-리치성막을 형성시킬 수 있다.Using sputtering equipment, argon gas and nitrogen gas are introduced into the sputtering chamber at the same time when titanium nitride film is formed. In this case, when reactive sputtering is performed by introducing relatively less nitrogen gas than argon gas, The titanium component can form many titanium-rich films.

상기 티타늄-리치성막을 450℃의 온도에서 30분 동안 열화로(furnace)에서 열처리하면, 이 열처리 시간동안 여분의 티타늄 원자들이 소스, 드레인 영역의 실리콘과 반응하게 되어 티타늄실리사이드막이 형성된다. 이때, 상기 열처리시 급속열처리(Rapid Thermal Process) 장비를 이용할 경우 660℃의 온도로 단시간에 진행할 수 있다.When the titanium-rich film is heat-treated in a furnace at a temperature of 450 ° C. for 30 minutes, extra titanium atoms react with silicon in the source and drain regions during the heat treatment time to form a titanium silicide film. At this time, when using a rapid thermal process (Rapid Thermal Process) equipment during the heat treatment can proceed in a short time to a temperature of 660 ℃.

상기 방식으로 티타늄나이트라이드막을 700Å형성시, 티타늄라은 200Å 정도 형성됨을 TEM(Transmission Electron Microscopy) 장비를 통해 알 수 있다.It can be seen through the transmission electron microscopy (TEM) equipment that the titanium nitride is formed at about 200 mW when the titanium nitride film is formed in the above manner.

그러면 이들막의 형성과정을 첨부된 도면 제2도의 일 실시예를 통하여 살펴보자.Next, a process of forming these films will be described with reference to an embodiment of FIG. 2.

제2A도는 실리콘 기판(1)에 형성된 접합영역(2) 상부와 절연막(3) 상부에 티타늄-리치성 티타늄나이트라이드막(40)을 형성한 상태의 단면도이다.FIG. 2A is a cross-sectional view of the titanium-rich titanium nitride film 40 formed on the junction region 2 and the insulating film 3 formed on the silicon substrate 1.

제2B도는 상기 티타늄-리치성 티타늄나이트라이드막(40) 형성후 열처리하여 상기 접합영역(2) 상부 티타늄실리사이드막(6)이 형성된 상태의 단면도이다. 이때, 상기 티타늄실리사이드막(6)의 두깨는 300Å하로 얇게 형성된다.2B is a cross-sectional view of the titanium silicide layer 6 formed on the junction region 2 by heat treatment after the titanium-rich titanium nitride layer 40 is formed. At this time, the thickness of the titanium silicide film 6 is thinly formed below 300 kPa.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 다음과 같은 여러 효과를 얻을 수 있다.The present invention made as described above can obtain various effects as follows.

첫째, 회생장벽과 확산장벽을 위한 막을 별도로 구분하여 사용되던 종래방법과 달리 티타늄막을 사용할 필요가 없고, 둘재, 티타늄실리사이드막이 형성됨으로써 양호한 옴접촉을 이를 수 있게 되어 콘택저항을 낮추어 줄 수 있고, 세째, 300Å 이하의 얇은 티타늄실리사이드막을 형성할 수 있어 소스, 드레인 영역의 실리콘을 약간만 소모되게 함으로써 안정한 접합누설전류 특성을 유지할 수 있다.First, unlike the conventional method, which was used separately to separate the film for the regenerative barrier and diffusion barrier, there is no need to use a titanium film, second material, the titanium silicide film is formed to achieve a good ohmic contact can lower the contact resistance, third It is possible to form a thin titanium silicide film of 300 Å or less, so that only a small amount of silicon in the source and drain regions can be consumed to maintain stable junction leakage current characteristics.

네째, 티타늄나이트라이드막의 조성비가 1대 1에 가깝게 될수 있어 안정한 확산장벽으로서의 역할도 동시에 할 수 있게 되어 소자의 신뢰성 증대 등 큰 효과를 얻을 수 있다.Fourth, the composition ratio of the titanium nitride film can be close to one-to-one, which can serve as a stable diffusion barrier at the same time, thereby achieving a great effect such as increasing the reliability of the device.

Claims (5)

반도체 소자의 제조공정중 실리사이드막 형성방법에 있어서, 금속실리사이드막(6)을 형성하고자하는 실리콘을 포함한 내실리콘막(3) 상부에 실리사이드화될 금속을 많이 함유한 막(40)을 형성하는 단계, 소정 온도에서 열처리하여 금속실리사이드막(6)을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 살리사이드막 형성방법.In the method of forming a silicide film during the manufacturing process of a semiconductor device, forming a film 40 containing a large amount of metal to be silicided on the silicon-resistant film 3 including silicon to form the metal silicide film 6. And forming a metal silicide film (6) by heat treatment at a predetermined temperature. 제1항에 있어서, 상기 금속실리사이드막(6)이 티타늄실리사이드막 인 것을 특징으로 하는 실리사이드막 형성방법.The method of forming a silicide film according to claim 1, wherein the metal silicide film (6) is a titanium silicide film. 제2항에 있어서, 상기 실리사이드화될 금슥을 많이 함유한 막(40)인 티타늄-리치성막(40) 형성방법이 스퍼터링 장비를 이용해, 아르곤 가스와 니트로겐 가스를 동시에 스퍼터링 챔버 안으로 유입시키되, 니트로젠 가스를 아르곤 가스에 비해 상대적으로 적게 유입시켜 리엑티브 스퍼터링(reactive sputtering)하는 것임을 특징으로 하는 실리사이드막 형성방법.The method of claim 2, wherein the method of forming the titanium-rich film 40, which is a film 40 containing a large amount of silicides, is introduced into the sputtering chamber by argon gas and nitrogen gas simultaneously using sputtering equipment. A method of forming a silicide film, characterized in that reactive sputtering is performed by introducing a relatively small amount of rosen gas as compared to argon gas. 제2항에 있어서, 상기 열처리 공정은 350 내지 550℃의 온도에서 15 내지 45분동안 열화로에서 진행하는 것을 특징으로 하는 실리사이드막 형성방법.The method of claim 2, wherein the heat treatment is performed in a deterioration furnace at a temperature of 350 to 550 ° C. for 15 to 45 minutes. 제2항에 있어서, 상기 열처리 공정은 550 내지 750℃의 온도로서 급속열처리 공정인 것을 특징으로하는 실리사이드막 형성방법.The silicide film forming method according to claim 2, wherein the heat treatment step is a rapid heat treatment step at a temperature of 550 to 750 ° C.
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