KR100447783B1 - 실리사이드층 형성 방법 및이를 이용한 반도체 소자의제조 방법 - Google Patents

실리사이드층 형성 방법 및이를 이용한 반도체 소자의제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리사이드층 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 반도체 기판 상부에 실리사이드층을 형성하기 위한 금속층을 형성한 후 이온 주입 공정으로 접합 영역을 실리사이드층이 형성될 깊이까지 비정질화시켜 접합 영역의 비정질층에 두께가 일정하면서 그레인 사이즈(Grain size)가 작은 실리사이드층을 형성함으로써, 이온 주입 공정에 의해 금속층의 금속 성분이 접합 영역에 혼합되어 금속 성분과 실리콘 성분이 원활하게 반응하도록 하면서, 후속 열처리 공정을 실시하는 과정에서 실리사이드층이 끊어져 면저항이 증가하는 것을 방지하여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 실리사이드층 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법이 개시된다.

Description

실리사이드층 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법{Method of forming a silicide layer and manufacturing a semiconductor device using the same}
본 발명은 실리사이드층 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 얕은 접합(Shallow junction)에 실리사이드층을 형성한 후 후속 공정에서 열처리가 실시될 경우 면저항이 증가하거나 그레인 사이즈(Grain size)가 증가하여 실리사이드층이 끊어지는 것을 방지할 수 있는 실리사이드층 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
디자인 룰이 낮아지고 소자의 집적도가 증가함에 따라 모든 소자의 선폭이 줄어들고, 트랜지스터의 경우에는 접합 면적이 감소하여 저항 성분이 증가하게 된다. 이로 인하여, 소자의 동작 속도를 포함한 전기적 특성이 저하되는데, 이를 방지하기 위하여 샐리사이드 공정으로 접합부에 실리사이드층을 형성한다.
트랜지스터의 경우, 실리사이드층은 소오스 및 드레인뿐만 아니라 게이트 전극의 표면에도 형성되는데, 후속 공정에서 열처리가 실시될 경우 그레인 사이즈(Grain size)가 증가하여 실리사이드층이 끊어지는 경우가 발생된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 실리사이드층 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기로 한다. 도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 실리사이드층 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(100)의 소자 분리 영역에 소자 분리막(101)을 형성하고, 활성 영역(Active region)에 게이트 산화막(102) 및 게이트 전극(103)을 적층 구조로 형성한다. 이후, 저농도 이온 주입 공정을 실시하여 게이트 전극(103) 양 가장자리의 반도체 기판(100)에 저농도 불순물 영역(104a)을 형성한다. 저농도 불순물 영역(104a)이 형성되면, 전체 상부에 절연 물질층을 형성한 후 전면 식각 공정으로 절연 물질층을 게이트 전극(103)의 측면에만 잔류시켜 절연 물질층으로 이루어진 절연막 스페이서(105)를 게이트 전극(103)의 양측면에 형성한다. 다시, 고농도 불순물 이온 주입 공정으로 절연막 스페이서(105) 가장자리의 반도체 기판(100)에 고농도 불순물 영역(104b)을 형성한다. 이때, 고농도 불순물 영역(104b)은 저농도 불순물 영역(104a)보다 깊게 형성되며, 게이트 전극(103) 양 가장자리의 반도체 기판(100)에는 고농도 불순물 영역(104b) 및 저농도 불순물영역(104a)으로 이루어진 LDD(Lightly Doped Drain) 구조의 소오스/드레인(104)이 형성된다. 이로써, 기본 구조의 트랜지스터가 형성된다.
한편, 소자의 집적도가 높아지면서 채널 폭이 짧아짐에 따라, 단채널 효과(Short Channel Effect)가 발생되어 트랜지스터의 전기적 특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 소오스/드레인(104)을 얕은 접합(Shallow junction)으로 형성한다.
이후, 후속 공정에서 소오스/드레인(104) 상부에 형성될 콘택 플러그와 소오스/드레인(104)의 접촉 저항을 낮추기 위하여 소오스/드레인(104)의 상부에 실리사이드층을 형성한다.
도 1b를 참조하면, 소오스/드레인(104)의 상부에 실리사이드층을 형성하기 위하여 전체 상부에 금속층(106)을 형성한다.
도 1c를 참조하면, 열처리 공정을 실시하여 금속층(106)에 포함된 금속 성분과 게이트 전극(103) 및 소오스/드레인(104)에 포함된 실리콘 성분을 반응시켜 게이트 전극(103)과 소오스/드레인(104) 상부에 각각 실리사이드층(107)을 형성한다. 이후, 실리콘 성분과 반응하지 않은 미반응 금속층을 제거한다.
이때, 금속층(106)의 물질의 종류, 두께 및 반도체 기판(100)의 상태에 따라 게이트 전극(103) 및 소오스/드레인(104)에 존재하는 실리콘 원자와의 반응 및 실리콘 원자의 소모량이 달라진다.
종래에는 금속층(106)을 티타늄으로 형성하였지만, 디자인 룰이 0.18um 이하의 소자를 제조하는 경우에는 코발트로 금속층(106)을 형성한다. 이는, 티타늄을증착하여 형성한 티타늄 실리사이드층보다 코발트를 증착하여 형성한 코발트 실리사이드층이 패턴 형성 시 라인 폭에 따른 저항 특성이 우수하기 때문이다.
하지만, 코발트는 티타늄에 비해 실리콘 원자의 소모량이 약 1.5배 정도 많기 때문에, 얕은 접합으로 이루어진 소오스/드레인(104)에 코발트 실리사이드층을 형성하는데 어려움이 있다.
또한, 코발트를 이용하여 실리사이드층(107)을 형성하면, 후속 공정에서 실시되는 열처리 공정 시 그레인 사이즈(Grain size)가 증가하면서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 실리사이드층(107)이 끊어져 후속 열처리 공정에 대한 열 안정성이 열악한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 반도체 기판 상부에 실리사이드층을 형성하기 위한 금속층을 형성한 후 이온 주입 공정으로 접합 영역을 실리사이드층이 형성될 깊이까지 비정질화시켜 접합 영역의 비정질층에 두께가 일정하면서 그레인 사이즈(Grain size)가 작은 실리사이드층을 형성함으로써, 이온 주입 공정에 의해 금속층의 금속 성분이 접합 영역에 혼합되어 금속 성분과 실리콘 성분이 원활하게 반응하도록 하면서, 후속 열처리 공정을 실시하는 과정에서 실리사이드층이 끊어져 면저항이 증가하는 것을 방지하여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 실리사이드층 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 실리사이드층 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도들이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 실리사이드층 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 301 : 반도체 기판 101, 302 : 소자 분리막
102, 305 : 게이트 산화막 103 : 게이트 전극
104a : 저농도 불순물 영역 104b : 고농도 불순물 영역
104 : 소오스/드레인 105 : 절연막 스페이서
106 : 금속층 107, 205, 316 : 실리사이드층
201 : 절연층 202 : 실리콘 성분이 포함된 도전층
202a, 314 : 비정질층 203, 313 : 금속층
204, 315 : 캡핑층 A : 실리콘 영역
B : 절연 영역 303 : 이온주입 마스크
304 : 웰 306 : 폴리실리콘층
307 : 제 1 LDD 이온주입층 308 : 제 2 LDD 이온주입층
309 : 버퍼 산화막 310 : 절연막 스페이서
311 : 고농도 이온주입층 312 : 소오스/드레인
본 발명에 따른 실리사이드층 형성 방법은 실리콘 성분을 포함하는 도전층으로 이루어진 접합부가 형성된 실리콘 기판이 제공되는 단계와, 접합부를 포함한 전체 구조 상에 금속층을 형성하는 단계와, 이온 주입 공정으로 도전층의 상부를 비정질층으로 형성하는 단계와, 열처리 공정으로 도전층의 실리콘 성분과 금속층의 금속 성분을 반응시켜 비정질층에 실리사이드층을 형성하는 단계와, 실리콘 성분과 반응하지 않고 잔류하는 금속층을 세정 공정으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 금속층은 코발트로 형성하는 것을 특징으로 하며, 금속층을 형성하기 전에 HF가 H2O에 1:50 내지 1:150으로 희석된 혼합 용액을 이용한 세정 공정을 60 내지 180초 동안 실시하여 접합부의 자연 산화막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이온 주입 공정은 질소를 주입하여 도전층의 상부를 비정질층으로 형성하는 것을 특징으로 하며, 질소의 주입량은 1.0E14 내지 2.0E15atoms/cm2이며, 30 내지 60keV의 이온 주입 에너지로 주입되는 것을 특징으로 한다. 또한, 이온 주입 공정은 0 내지 60도의 주입 각도로 360도 회전하여 질소를 주입하는 것을 특징으로 한다.
비정질층을 형성한 후 열처리를 실시하기 전에, 금속층 상부에 TiN으로 이루어진 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 캡핑층은 미반응 금속층을 제거하는 과정에서 제거되는 것을 특징으로 한다.
열처리 공정은 RTP 장비에서 실시하며, 질소 분위기에서 500 내지 550℃의 온도를 유지하면서 30 내지 60초 동안 실시하는 것을 특징으로 한다.
세정 공정은 NH4OH:H2O2:H2O가 혼합된 SC-1 용액을 이용하여 45 내지 55℃의 온도에서 10 내지 15분 동안 실시하는 1차 세정 공정과, HCl:H2O2:H2O가 혼합된 SC-2 용액을 이용하여 45 내지 55℃의 온도에서 5 내지 10분 동안 실시하는 2차 세정 공정으로 진행되는 것을 특징으로 한다.
세정 공정을 실시한 후에, 질소 분위기의 RTP 장비에서 750 내지 800℃의 온도를 유지하면서 20 내지 40초 동안 열처리를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 모든 열처리 공정은 반도체 기판을 RTP 장비로 장착한 후 온도 상승률을 30 내지 50℃/sec로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 폴리실리콘층으로 이루어진 게이트 전극, 소오스 및 드레인으로 이루어진 트랜지스터가 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계와, 전체 구조 상에 금속층을 형성하는 단계와, 이온 주입 공정으로 게이트 전극, 소오스 및 드레인의 상부를 비정질층으로 형성하는 단계와, 열처리 공정으로 비정질층에 실리사이드층을 형성하는 단계와, 비정질층의 실리콘 성분과 반응하지 않고 잔류하는 금속층을 세정 공정으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 한편, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 실리사이드층 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 실리콘 성분이 포함되며 실리사이드층이 형성될 도전층(202)의 상부 표면이 노출된 접합 영역(A)과, 절연층(201)이 형성되어 절연층(201)의 상부 표면이 노출된 절연 영역(B)으로 나누어지는 반도체 기판(200) 상에 금속층(203)을 형성한다. 이때, 금속층(203)은 코발트로 형성하며, 100 내지 150Å의 두께로 형성한다.
한편, 금속층(203)을 형성하기 전에 도전층(202) 상부에 형성된 자연 산화막이나 기타 이물질을 제거하기 위하여 세정 공정을 실시할 수 있다. 이때, 세정 공정은 HF가 H2O에 1:50 내지 1:150으로 희석된 혼합 용액을 이용하여 60 내지 180초 동안 실시한다.
도 2b를 참조하면, 이온 주입 공정을 실시하여 도전층(202)의 상부를 비정질비정질층(202a)으로 형성한다.
상기에서, 이온 주입 공정은 30 내지 60keV의 이온 주입 에너지로 1.0E14 내지 2.0E15atoms/cm2의 질소를 주입한다. 이때, 이온 주입 공정에 의해 질소가 금속층(203)을 통과하면서 금속층(203)에 포함된 금속 성분의 일부분이 도전층(202)으로 혼합되어, 실리사이드층을 형성하는 후속 열처리 공정에서 도전층(202)의 실리콘 성분과 금속층(203)의 금속 성분이 보다 더 원활하게 반응하게 된다.
한편, 질소를 골고루 주입하여 도전층(202) 상부에 비정질층(202a)이 균일하게 형성되도록 하기 위하여, 이온 주입 공정 시 주입 각도를 0 내지 60도의 주입 각도로 360도 회전하면서 질소를 주입하는 것도 가능하다.
도 2c를 참조하면, 금속층(203) 상부에 캡핑층(204)을 형성한다. 캡핑층(204)은 TiN을 200 내지 300Å의 두께로 증착하여 형성한다.
도 2d를 참조하면, 도전층(202) 상부에 형성된 비정질층(202a)에 포함된 실리콘 성분과 금속층(203)의 금속 성분을 1차 열처리 공정으로 반응시켜 비정질층(202a)을 실리사이드층(205)으로 형성한다.
실리사이드층(205)을 형성하기 위한 1차 열처리 공정은 RTP 장비에서 실시하며, 질소 분위기에서 500 내지 550℃의 온도를 유지하면서 30 내지 60초 동안 실시한다. 이때, 반도체 기판을 RTP 장비로 장착한 후 RTP 장비의 내부 온도를 500 내지 550℃의 온도로 상승시키는 과정에서, 온도 상승률은 30 내지 50℃/sec로 설정하여 공정 조건을 최적화한다.
상기에서, 비정질층(도 2c의 202a)과 맞닿는 금속층(203)의 일부도 실리사이드층(205)으로 변하기 때문에, 실리사이드층(205)은 비정질층(도 2c의 202a)의 두께보다 두껍게 형성된다.
이때, 실리사이드층(205)은 금속층(203)에 포함된 금속 성분의 일부가 비정질층(도 2c의 202a)으로 혼합된 상태에서 형성되므로, 반응이 활발하게 이루어져 실리사이드층(205)이 원활하게 형성된다. 또한, 실리사이드층(205)은 비정질층(도 2c의 202a)에만 형성되므로 두께가 균일하게 형성될 뿐만 아니라, 그레인 사이즈가 작은 실리사이드 물질로 이루어지기 때문에 도전층(202)의 폭이 좁아짐에 따른 면저항의 증가를 최소화할 수 있으며, 후속 열처리 공정에서 실리사이드층(205)이 끊어지거나 막질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 2e를 참조하면, 도전층(202) 상부에 실리사이드층(205)이 형성되면, 캡핑층(도 2d의 204)을 제거한 후 도전층(202) 상부에 형성된 비정질층(도 2c의 202a)의 실리콘 성분과 반응하지 않고 잔류하는 금속층(도 2d의 203)도 제거한다. 이 후, 2차 열처리 공정을 통해 실리사이드층(205)을 막질을 향상시킨다.
상기에서, 캡핑층(도 2d의 204)과 미반응 금속층(도 2d의 203)은 NH4OH:H2O2:H2O가 약 0.2:1:10으로 혼합된 SC-1 용액을 이용하여 45 내지 55℃의 온도에서 10 내지 15분 동안 1차 세정 공정을 실시한 후 HCl:H2O2:H2O가 약 1:1:5으로 혼합된 SC-2 용액을 이용하여 45 내지 55℃의 온도에서 5 내지 10분 동안 2차 세정 공정을 실시하여 제거한다.
한편, 실리사이드층(205)의 막질을 향상시키기 위한 2차 열처리 공정은 1차 열처리 공정과 마찬가지로 RTP 장비에서 실시하며, 질소 분위기에서 750 내지 800℃의 온도를 유지하면서 20 내지 40초 동안 실시한다. 온도 상승률도 1차 열처리 공정과 같이 30 내지 50℃/sec로 설정하여 공정 조건을 최적화한다.
이로써, 면저항이 낮고 두께가 균일하면서 후속 열공정에 의해 전기적 특성이나 막질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 실리사이드층(205)이 형성된다.
이하에서는, 상기에서 서술한 실리사이드층 형성 방법을 트랜지스터 제조 공정에 적용하여 반도체 소자를 제조하는 실시예를 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 실리콘 기판(301)의 소자 분리 영역에 소자 분리막(302)을 형성한다.
도 3b를 참조하면, 소자가 형성될 영역을 개방시키는 이온 주입 마스크(303)를 형성한 후 이온 주입 공정을 통해 실리콘 기판(301)의 노출된 영역에 웰(304)을 형성한다. 이때, PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터를 형성하기 위해서는 n웰과 p웰을 각각 형성해야 하기 때문에 2번의 이온 주입 마스크 형성 공정과 2번의 이온 주입 공정을 통해 n웰과 p웰을 각각 형성한다. 좀더 상세하게 설명하면, 먼저 p웰 영역을 개방시키는 이온 주입 마스크를 형성한 후 붕소(Boron)를 주입하여 p웰을 형성하고, 다시 n웰 영역을 개방시키는 이온 주입 마스크를 형성한 후인(Phosphorus)이나 비소(Arsenic)를 주입하여 n웰을 형성한다. 본 발명에서는 p웰이나 n웰에 상관없이 하나의 웰(304)을 도시한 상태에서 설명하기로 한다.
도 3c를 참조하면, 산화 공정, 증착 공정 및 패터닝 공정을 통해 웰(304) 상부에 소정의 패턴으로 이루어진 게이트 산화막(305) 및 폴리실리콘층(306)을 적층 구조로 형성한다. 폴리실리콘층(306)에는 전도성을 부여하기 위하여 불순물이 도핑되며, 이러한 불순물은 추가의 이온 주입 공정을 통해 폴리실리콘층(306)으로 도핑되거나, 후속 공정에서 소오스 및 드레인을 형성하기 위한 이온 주입 공정 시 폴리실리콘층(306)으로 도핑된다.
이후, 저농도 이온 주입 공정을 통해 폴리실리콘층(306) 양 가장자리의 반도체 기판(301)에 소오스/드레인을 형성하기 위한 제 1 LDD 이온주입층(307)을 형성한다. 제 1 LDD 이온 주입층(307)을 후속 공정에서 형성될 고농도 이온 주입층보다 낮은 농도로 형성함으로써, 폴리실리콘층(306) 하부의 반도체 기판(301)의 채널 영역에 흐르는 캐리어(Carrier)들의 전기장을 조절하게 된다. 또한, 소자의 크기는 감소하면서 동작전압이 그에 대응하여 낮아지지 못하기 때문에 드레인 쪽의 채널 영역에 매우 높은 전기장(Electric field)이 집중되는 현상에 의하여 비정상적인 캐리어의 흐름이 형성되어 소자의 작동에 오류가 발생될 수 있는 핫 케리어 이펙트(Hot Carrier Effect)를 최소화할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 소정의 입사각을 갖는 저농도 이온 주입 공정으로 LDD 이온주입층(307)과 폴리실리콘층(306) 가장자리의 하부 영역까지 불순물을 주입하여 제 2 LDD 이온주입층(308)을 형성한다.
이때, 제 1 및 제 2 LDD 이온주입층(308)을 낮은 농도와 얕은 깊이로 형성하므로써, 소자의 크기가 감소함에 따라 발생되는 핫 캐리어 이펙트(Hot carrier effect)가 발생되는 문제를 해결하고, 국부적으로 전기장이 집중되는 현상을 감소시킬 수 있다. 또한, 폴리실리콘층(206)의 폭이 좁아지면서 채널 길이가 작아짐에 따라 소오스 및 드레인간의 간격이 좁아져 소자의 문턱 전압이 낮아지는 단채널 효과(Short channel effect)가 발생되는 문제점을 해결할 수 있다.
도 3e를 참조하면, 폴리실리콘층(306)의 측벽에 버퍼 산화막(309)을 형성하고, 다시 전체 상부에 절연막을 형성한 후 전면 식각 공정을 통해 게이트 산화막(305) 및 폴리실리콘층(306)의 측벽에 절연막 스페이서(310)를 형성한다. 이때, 폴리실리콘층(306) 및 제 1 LDD 이온주입층(307) 상부의 절연막은 전면 식각 공정에 의해 제거된다.
이후 폴리실리콘층(306) 및 절연막 스페이서(310)를 이온 주입 마스크로 이용한 고농도 이온 주입 공정을 통해 제 1 LDD 이온주입층(307)보다 더 깊은 깊이로 고농도 이온주입층(311)을 형성한 후 활성화 열처리를 통해 고농도 이온주입층(311)과 제 1 및 제 2 LDD 이온주입층(307 및 308)으로 이루어진 소오스/드레인(312)을 형성한다. 이후 이온주입 마스크(303)를 제거한다.
도 3f를 참조하면, 소오스/드레인(312)을 형성한 후에는 소오스/드레인(312) 및 폴리실리콘층(306)으로 이루어진 게이트 전극 상부에 접촉 저항을 낮추기 위하여 샐리사이드(Self-Aligned Silicide; Salicide) 공정으로 실리사이드층을 형성한다.
실리사이드층을 형성하기 위하여, 도 2a에서 설명한 방법과 동일한 방법으로, 전체 구조 상부에 금속층(313)을 형성한다. 금속층(313)은 코발트로 형성하며, 100 내지 150Å의 두께로 형성한다.
한편, 금속층(313)을 형성하기 전에 폴리실리콘층(306) 및 소오스/드레인(312) 상부에 형성된 자연 산화막이나 기타 이물질을 제거하기 위하여 세정 공정을 실시할 수 있다. 이때, 세정 공정은 HF가 H2O에 1:50 내지 1:150으로 희석된 혼합 용액을 이용하여 60 내지 180초 동안 실시한다.
도 3g를 참조하면, 이온 주입 공정을 실시하여 폴리실리콘층(306) 및 소오스/드레인(312) 상부를 비정질 비정질층(314)으로 형성한다.
상기에서, 이온 주입 공정은 30 내지 60keV의 이온 주입 에너지로 1.0E14 내지 2.0E15atoms/cm2의 질소를 주입한다. 이때, 이온 주입 공정에 의해 질소가 금속층(313)을 통과하면서 금속층(313)에 포함된 금속 성분의 일부분이 폴리실리콘층(306) 및 소오스/드레인(312)으로 혼합되어, 실리사이드층을 형성하는 후속 열처리 공정에서 폴리실리콘층(306) 및 소오스/드레인(312)의 실리콘 성분과 금속층(313)의 금속 성분이 보다 더 원활하게 반응하게 된다.
한편, 질소를 골고루 주입하여 폴리실리콘층(306) 및 소오스/드레인(312) 상부에 비정질층(314)이 균일하게 형성되도록 하기 위하여, 이온 주입 공정 시 주입 각도를 0 내지 60도의 주입 각도로 360도 회전하면서 질소를 주입하는 것도 가능하다.
도 3h를 참조하면, 금속층(313) 상부에 캡핑층(315)을 형성한다. 캡핑층(315)은 TiN을 200 내지 300Å의 두께로 증착하여 형성한다.
도 3i를 참조하면, 폴리실리콘층(306) 및 소오스/드레인(312) 상부에 형성된 비정질층(314)에 포함된 실리콘 성분과 금속층(313)의 금속 성분을 1차 열처리 공정으로 반응시켜 비정질층(314)을 실리사이드층(316)으로 형성한다.
실리사이드층(316)을 형성하기 위한 1차 열처리 공정은 RTP 장비에서 실시하며, 질소 분위기에서 500 내지 550℃의 온도를 유지하면서 30 내지 60초 동안 실시한다. 이때, 반도체 기판을 RTP 장비로 장착한 후 RTP 장비의 내부 온도를 500 내지 550℃의 온도로 상승시키는 과정에서, 온도 상승률은 30 내지 50℃/sec로 설정하여 공정 조건을 최적화한다.
상기에서, 비정질층(도 3h의 314)과 맞닿는 금속층(313)의 일부도 실리사이드층(316)으로 변하기 때문에, 실리사이드층(316)은 비정질층(도 3h의 314)의 두께보다 두껍게 형성된다.
이때, 실리사이드층(316)은 금속층(313)에 포함된 금속 성분의 일부가 비정질층(도 3h의 314)으로 혼합된 상태에서 형성되므로, 반응이 활발하게 이루어져 실리사이드층(316)이 원활하게 형성된다. 또한, 실리사이드층(316)은 비정질층(도 3h의 314)에만 형성되므로 두께가 균일하게 형성될 뿐만 아니라, 그레인 사이즈가 작은 실리사이드 물질로 이루어지기 때문에 폴리실리콘층(306) 및 소오스/드레인(312)의 폭이 좁아짐에 따른 면저항의 증가를 최소화할 수 있으며, 후속 열처리 공정에서 실리사이드층(316)이 끊어지거나 막질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 3j를 참조하면, 폴리실리콘층(306) 및 소오스/드레인(312) 상부에 실리사이드층(316)이 형성되면, 캡핑층(도 3i의 315)을 제거한 후 실리콘 성분과 반응하지 않고 잔류하는 금속층(도 3i의 313)도 제거한다. 이 후, 2차 열처리 공정을 통해 실리사이드층(316)을 막질을 향상시킨다.
상기에서, 캡핑층(도 3i의 315)과 미반응 금속층(도 3i의 313)은 NH4OH:H2O2:H2O가 약 0.2:1:10으로 혼합된 SC-1 용액을 이용하여 45 내지 55℃의 온도에서 10 내지 15분 동안 1차 세정 공정을 실시한 후 HCl:H2O2:H2O가 약 1:1:5으로 혼합된 SC-1 용액을 이용하여 45 내지 55℃의 온도에서 5 내지 10분 동안 2차 세정 공정을 실시하여 제거한다.
한편, 실리사이드층(316)의 막질을 향상시키기 위한 2차 열처리 공정은 1차 열처리 공정과 마찬가지로 RTP 장비에서 실시하며, 질소 분위기에서 750 내지 800℃의 온도를 유지하면서 20 내지 40초 동안 실시한다. 온도 상승률도 1차 열처리 공정과 같이 30 내지 50℃/sec로 설정하여 공정 조건을 최적화한다.
이로써, 면저항이 낮고 두께가 균일하면서 후속 열공정에 의해 전기적 특성이나 막질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 실리사이드층(316)이 형성된다.
상기에서는 본 발명의 실리사이드층 형성 방법을 트랜지스터의 제조 공정에 적용한 예를 설명하였으나, 본 발명에 따른 실리사이드층 형성 방법은 트랜지스터의 제조 공정에 한정되지 않고 커패시터의 하부 전극이나 상부 전극을 형성하는 공정에도 적용될 수 있으며, 실리콘 성분이 포함된 도전층 상부에 실리사이드층을 형성하는 어떠한 공정에도 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 접합부의 상부를 비정질층으로 형성하고 비정질층에 실리사이드층을 형성하여 두께가 일정하면서 그레인 사이즈가 작은 실리사이드층이 형성되도록 함으로써, 후속 열처리 공정을 실시하는 과정에서 실리사이드층이 끊어져 면저항이 증가하는 것을 방지하여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 실리콘 성분을 포함하는 도전층으로 이루어진 접합부가 형성된 실리콘 기판이 제공되는 단계;
    상기 접합부를 포함한 전체 구조 상에 금속층을 형성하는 단계;
    이온 주입 공정으로 상기 도전층의 상부를 비정질층으로 형성하는 단계;
    열처리 공정으로 상기 도전층의 실리콘 성분과 상기 금속층의 금속 성분을 반응시켜 상기 비정질층에 실리사이드층을 형성하는 단계; 및
    상기 실리콘 성분과 반응하지 않고 잔류하는 상기 금속층을 세정 공정으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리사이드층 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은 코발트로 형성하는 것을 특징으로 하는 실리사이드층 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층을 형성하기 전에 HF가 H2O에 1:50 내지 1:150으로 희석된 혼합 용액을 이용한 세정 공정을 60 내지 180초 동안 실시하여 상기 접합부의 자연 산화막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리사이드층 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 주입 공정은 질소를 주입하여 상기 도전층의 상부를 비정질층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 실리사이드층 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 질소의 주입량은 1.0E14 내지 2.0E15atoms/cm2이며, 30 내지 60keV의 이온 주입 에너지로 주입되는 것을 특징으로 하는 실리사이드층 형성 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 이온 주입 공정은 0 내지 60도의 주입 각도로 360도 회전하여 질소를 주입하는 것을 특징으로 하는 실리사이드층 형성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 비정질층을 형성한 후 상기 열처리를 실시하기 전에, 상기 금속층 상부에 TiN으로 이루어진 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리사이드층 형성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 캡핑층은 상기 미반응 금속층을 제거하는 과정에서 제거되는 것을 특징으로 하는 실리사이드층 형성 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리 공정은 RTP 장비에서 실시하며, 질소 분위기에서 500 내지 550℃의 온도를 유지하면서 30 내지 60초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 실리사이드층 형성 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 공정은 NH4OH:H2O2:H2O가 혼합된 SC-1 용액을 이용하여 45 내지 55℃의 온도에서 10 내지 15분 동안 실시하는 1차 세정 공정과, HCl:H2O2:H2O가 혼합된 SC-2 용액을 이용하여 45 내지 55℃의 온도에서 5 내지 10분 동안 실시하는 2차 세정 공정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 실리사이드층 형성 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 공정을 실시한 후에, 질소 분위기의 RTP 장비에서 750 내지 800℃의 온도를 유지하면서 20 내지 40초 동안 열처리를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리사이드층 형성 방법.
  12. 제 9 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 열처리 공정은 상기 반도체 기판을 상기 RTP 장비로 장착한 후 온도 상승률을 30 내지 50℃/sec로 설정하는 것을 특징으로 하는 실리사이드층 형성 방법.
  13. 폴리실리콘층으로 이루어진 게이트 전극, 소오스 및 드레인으로 이루어진 트랜지스터가 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계;
    전체 구조 상에 금속층을 형성하는 단계;
    이온 주입 공정으로 상기 게이트 전극, 상기 소오스 및 상기 드레인의 상부를 비정질층으로 형성하는 단계;
    열처리 공정으로 상기 비정질층에 실리사이드층을 형성하는 단계; 및
    상기 비정질층의 실리콘 성분과 반응하지 않고 잔류하는 상기 금속층을 세정 공정으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980032793A (ko) * 1996-10-14 1998-07-25 이데이노부유끼 반도체 장치의 제조 방법
JPH10242079A (ja) * 1997-02-24 1998-09-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法
US6008111A (en) * 1996-03-15 1999-12-28 Fujitsu Limited Method of manufacturing semiconductor device
US6156633A (en) * 1997-05-17 2000-12-05 United Microelectronics Corp. Process for forming high temperature stable self-aligned metal silicide layer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6008111A (en) * 1996-03-15 1999-12-28 Fujitsu Limited Method of manufacturing semiconductor device
KR19980032793A (ko) * 1996-10-14 1998-07-25 이데이노부유끼 반도체 장치의 제조 방법
JPH10242079A (ja) * 1997-02-24 1998-09-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法
US6156633A (en) * 1997-05-17 2000-12-05 United Microelectronics Corp. Process for forming high temperature stable self-aligned metal silicide layer

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