KR0172770B1 - 실리사이드를 포함하는 장벽금속층 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조공정 중 실리사이드층 형성방법에 있어서, 소정 패턴이 형성된 웨이퍼의 전체구조 표면에 금속층(12)과 실리콘층(13)을 차례로 형성하는 제1단계; 및 상기 전체 웨이퍼를 열처리하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하여, 실리사이드층(14) 형성시 하부층을 구성하는 실리콘 원자의 소모를 최소화할 수 있어, 즉 금속층(2)이 하부층에 미치는 영향을 최소화할 수 있으며, 안정한 접촉저항을 얻을 수 있고, 또한 누설전류 발생을 방지할 수 있어 제품의 신뢰성 및 제조 수율을 증대시킬 수 있는 특유의 효과가 있는 실리사이드층 형성방법에 관한 것이다.

Description

실리사이드를 포함하는 장벽금속층 형성방법
제1도는 종래기술에 따라 실리사이드를 포함하는 장벽금속층이 형성된 반도체 소자의 단면도.
제2a도 및 제2b도는 본 발명의 일실시예에 따른 장벽금속층 형성 공정 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 실리콘기판 12 : 티타늄층
13 : 실리콘층 14 : 티타늄실리사이드층
15 : 티타늄나이트라이드층 16 : 게이트
17 : 층간절연막
본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 실리사이드를 포함하는 장벽금속층 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 실리사이드층은 증간접속(Interconnection)층 및 스텝 커버리지(Step coverage) 개선을 위한 웨팅층(Weting layer) 형성을 위하여 사용된다.
첨부된 도면 제1도는 종래기술에 따라 형성된 타타늄실리사이드를 포함하는 반도체 소자의 단면을 도시한 것으로, 이하 이를 참조하여 종래기술을 살펴본다.
종래에는 층간절연막(5)을 관통하여 접합영역(n+)을 노출시키는 콘택홀이 형성된 실리콘기판(1) 전체구조 상부에 티타늄층(2) 및 티타늄나이트라이드층(3)을 차례로 형성하며, 이때 열공정으로 인하여 실리콘(Si)과 티타늄(Ti)이 반응하여 타타늄실리사이드층(4)을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 티타늄실리사이드층(4)이 오믹 접촉(Ohmic contact)을 제공하여 콘택저항을 개선하게 된다. 미설명 도면 부호 '4'는 게이트를 나타낸 것이다.
그러나, 상기 제1도에 도시된 바와 같이 종래에는 실리사이드층 형성시 기판의 실리콘 원자(Si)와 장벽금속층(예를 들어, 티타늄층)의 금속 원소가 반응하기 때문에, 접합영역의 실리콘 원자(Si)의 소모로 인하여 접합 특성이 열화되는 문제점이 있었다. 또한, 실리사이드층 형성시 기판 내부로 침투하는 금속 원자는 누설 전류를 발생시켜 소자의 신뢰도를 저하시키는 문제점이 있었다.
이러한 문제점은 반도체 소자의 고집적화 의해 접합영역(n+)이 점점 앝아지고 있는 추세에 따라 더욱 큰 문제점으로 부각되고 있다.
따라서, 본 발명은 안정한 콘택저항을 얻을 수 있고, 누설전류 발생을 억제할 수 있는 실리사이드를 포함하는 장벽금속층 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 실리사이드를 포함하는 장벽금속층 형성방법에 있어서, 콘택홀이 형성된 웨이퍼 전체구조 표면을 다라 제1 장벽금속층을 형성하는 제1단계; 상기 제1 장벽금속층 상에 실리콘층을 형성하는 제2단계; 및 열처리를 실시하여 상기 제1 장벽금속층 및 상기 실리콘층을 이루는 원소간의 반응에 의해 실리사이드막을 형성하는 제3단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 실리사이드화가 가능한 장벽금속층 상부에 실리콘층(단결정, 다결정 모두 가능)을 제공함으로써 실리사이드층 형성에 의해 접합영역에 미치는 영향을 최소화하는 기술이다.
이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 소개한다.
첨부된 도면 제2a도 및 제2b도는 본 발명의 일실시예에 따른 장벽금속층 형성 공정을 도시한 것으로, 이하 이를 참조하여 그 공정을 살펴본다.
먼저, 제2a도에 도시된 바와 같이 게이트(16) 접합영역(n+)을 비롯한 하부 구조가 형성된 실리콘기판(11) 상에 층간절연막(17)을 증착하고 이를 선택 식각하여 접합영역(n+)을 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 이어서, 스퍼터링(Sputtering) 시스템에 티타늄 타겟, 실리콘 타겟, 티타늄나이트라이드 타겟을 각각 장착한 후, 실리콘기판(11) 전체구조 상부에 장벽금속층인 티타늄층(12)을 증착하고 그 상부에 실리콘층(13)을 증착한다. 이때, 실리콘층(13)은 300Å 이하의 두께로 증착하는 것이 바람직하다.
이어서, 제2b도에 도시된 바와 같이 실리콘층(13) 형성 후 곧바로 어닐(Anneal) 챔버에서 열처리를 실시하여 티타늄실리사이드층(14)을 형성하고, 전체구조 표면에 타타늄나이트라이드층(15)을 형성한다. 이때, 열처리(어닐링)는 550℃ 이상의 고온에서 실시하며, 주된 실리사이드 반응이 실리콘층(13)과 티타늄층(12)에서 일어나기 때문에 실리사이드 형성시 접합영역(n+)에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
참고적으로, 모든 공정은 고진공 상태에서 인-시츄(In-situ)로 실시하는 것이 효과적이며, 이렇게 형성되는 실리사이드층은 타타늄나이트라이드층 없이 주 금속층인 알루미늄막의 웨팅층으로 사용할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변환 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 접합영역에서의 실리사이드 반응을 최소화하여 접합영역 내의 실리콘 원자의 소모를 억제하고 장벽금속 원소의 접합영역에의 확산에 의한 접합 누설전류 발생을 억제하는 효과가 있으며, 이에 따라 안정한 콘택저항을 얻을 수 있어 소자의 신뢰성 및 수율을 증대시키는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 실리사이드를 포함하는 장벽금속층 형성방법에 있어서, 콘택홀이 형성된 웨이퍼 전체구조 표면을 따라 제1 장벽금속층을 형성하는 제1단계; 상기 제1 장벽금속층 상에 실리콘층을 형성하는 제2단계; 및 열처리를 실시하여 상기 제1 장벽금속층 및 상기 실리콘층을 이루는 원소간의 반응에 의해 실리사이드막을 형성하는 제3단계를 포함하여 이루어진 실리사이드를 포함하는 장벽금속층 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 장벽금속층이 티타늄층인 것을 특징으로 하는 실리사이드를 포함하는 장벽금속층 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘층이 300Å 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 실리사이드를 포함하는 장벽금속층 형성방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열처리가 550℃ 이상의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 실리사이드를 포함하는 장벽금속층 형성방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 장벽금속층 및 상기 실리콘층이 동일한 스퍼터링 시스템에서 형성되는 것을 특징으로 하는 실리사이드를 포함하는 장벽금속층 형성방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제3단계 수행 후, 상기 실리사이드막 상에 티타늄나이트라이드층을 형성하는 제4단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 실리사이드를 포함하는 장벽금속층 형성방법.
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