KR100607817B1 - Method of manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 반도체 기판의 소정 영역에 접합부가 형성되면, 접합부에 실리사이드층을 형성하거나 금속 배선 공정을 진행하기 전에 SEG(Selective Epitaxial Growth) 공정이나 SAES(Surface Area Enhanced Silicon) 공정으로 접합부를 성장시켜 접합부의 면적을 증가시킴으로써, 접합부와 콘택 플러그 간의 정렬 마진을 보다 더 확보하고 접촉 저항이 증가하는 것을 방지하여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법이 개시된다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, wherein when a junction is formed in a predetermined region of a semiconductor substrate, a selective epitaxial growth (SEG) process or a surface area enhanced (SAES) process is performed before a silicide layer is formed on the junction or a metal wiring process is performed. By increasing the area of the junction by growing the junction by the silicon process, the semiconductor device can improve the reliability of the process and the electrical characteristics of the device by securing more alignment margin between the junction and the contact plug and preventing contact resistance from increasing. A method of producing is disclosed.
접합부, 접합면적, SEG, SAES, 볼더리스 콘택Joint, Joint Area, SEG, SAES, Boulderless Contact
Description
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명 하기 위한 소자의 단면도들이다. 1A to 1E are cross-sectional views of devices for describing a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도들이다. 2A through 2E are cross-sectional views of devices for describing a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
101, 201 : 반도체 기판 102, 202 : 소자 분리막101, 201:
103, 203 : 게이트 산화막 104, 204 : 게이트103 and 203
105, 205 : 절연막 스페이서 106, 206 : 소오스/드레인105, 205:
107, 207 : 실리콘 성장층 108, 208 : 실리사이드층107 and 207
109, 209 : 질화막 110, 210 : 층간 절연막109, 209:
111, 211 : 콘택 플러그 112, 212 : 접촉면111, 211:
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 접합부와 콘택 플러그 간의 접촉 면적을 증가시키기 위한 반도체 소자의 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 semiconductor device for increasing the contact area between the junction and the contact plug.
반도체 소자의 성능 및 집적도를 향상시키기 위하여 수많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구 결과로 게이트의 선폭을 축소하거나 구리를 이용하여 금속 배선을 형성하는 기술이 개발되고 있으며, 소오스/드레인/게이트와 금속 배선을 연결 통로인 콘택홀의 경우에는 볼더리스(Borderless) 콘택 기술을 이용하여 소자의 성능 및 집적도를 향상시키고 있다. Numerous studies have been conducted to improve the performance and the degree of integration of semiconductor devices. As a result of this research, a technology for reducing the line width of the gate or forming metal wiring using copper is being developed. In the case of a contact hole connecting a source / drain / gate and the metal wiring, a borderless contact technology is used. This improves the performance and integration of the device.
그러나, 소자가 점점 더 고집적화 될수록 볼더리스 콘택 기술을 적용하는 데에도 한계가 있다. 예를 들면, 디자인 룰이 0.13um인 경우에서의 콘택홀의 임계 치수(Critical Dimension; CD)는 0.16um 정도에 불과하며, 리소그라피 측면에서 OPC(Optical Proxymity Correction) 등의 작업을 적용하더라도 0.1um 이하가 되는 부분이 발생하게 되어 콘택 플러그와 접합부의 접촉 면적을 예측하기 어려워진다. However, as devices become more and more highly integrated, there is a limit to the application of Boulderless contact technology. For example, when the design rule is 0.13 um, the critical dimension (CD) of the contact hole is only about 0.16 um. In this case, the contact area between the contact plug and the joint becomes difficult to predict.
이로 인해 동일 셀 내에서의 콘택 저항이 영역에 따라 국부적으로 차이를 보일 수 있으며, 소자의 동작에 치명적인 결함이 발생될 수 있다.As a result, contact resistances in the same cell may be locally different according to regions, and fatal defects may occur in the operation of the device.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 반도체 기판의 소정 영역에 접합부가 형성되면, 접합부에 실리사이드층을 형성하거나 금속 배선 공정을 진행하기 전에 SEG(Selective Epitaxial Growth) 공정이나 SAES(Surface Area Enhanced Silicon) 공정으로 접합부를 성장시켜 접합부의 면적을 증가시킴으로써, 접합부와 콘택 플러그 간의 정렬 마진을 보다 더 확보하고 접촉 저항이 증가하는 것을 방지하여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Therefore, when the junction is formed in a predetermined region of the semiconductor substrate in order to solve the above problems, the present invention prior to forming a silicide layer on the junction or proceeding the metal wiring process, the surface area enhanced (SEG) process or surface area enhanced (SAES) By increasing the area of the junction by growing the junction by the silicon process, the semiconductor device can improve the reliability of the process and the electrical characteristics of the device by securing more alignment margin between the junction and the contact plug and preventing contact resistance from increasing. Its purpose is to provide a process for the preparation.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 소자분리막에 의하여 소자분리 영역 및 및 활성영역으로 분리되는 반도체 기판상에 게이트를 형성하고 상기 게이트 양측 활성영역의 반도체 기판내에 소오스 및 드레인을 형성하는 단계와, 상기 게이트와 상기 소오스 및 드레인 상에 실리콘을 성장시켜 실리콘 성장층을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 상장층을 실리사이드화하여 살리사이드층을 형성하는 단계와, 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연막에 상기 살리사이드층을 노출하는 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀에 콘택 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 실리콘 성장층은 SiH4, Si2H6 및 Si2Cl2H2 중 선택된 어느 하나를 소오스 가스로 사용하고 HCl 또는 Cl2를 반응 가스로 사용하는 SEG 공정을 형성할 수 있다. 이때, SEG 공정은 700 내지 800℃의 온도와, 20 내지 100Torr의 압력에서 20 내지 200sccm의 소오스 가스와 50 내지 100sccm의 반응 가스를 공급하면서 실시할 수 있다. In the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, a gate is formed on a semiconductor substrate which is separated into an isolation region and an active region by an isolation layer, and a source and a drain are formed in the semiconductor substrate of both active regions of the gate. Forming a silicon growth layer by growing silicon on the gate, the source and the drain, silicating the silicon upper layer to form a salicide layer, and forming an interlayer insulating film on the entire surface And forming a contact hole exposing the salicide layer in the interlayer insulating film, and forming a contact plug in the contact hole.
In the above, the silicon growth layer may form a SEG process using any one selected from SiH 4 , Si 2 H 6 and Si 2 Cl 2 H 2 as the source gas and using HCl or Cl 2 as the reaction gas. In this case, the SEG process may be performed while supplying a source gas of 20 to 200 sccm and a reaction gas of 50 to 100 sccm at a temperature of 700 to 800 ° C. and a pressure of 20 to 100 Torr.
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한편, 실리콘 성장층은 SiH4, Si2H6 및 Si2Cl2H 2 중 선택된 어느 하나를 소오 스 가스로 사용하는 SAES 공정으로 형성할 수도 있다. 이때, SAES 공정은 450 내지 550℃의 온도와, 20 내지 100Torr의 압력에서 100 내지 800sccm의 소오스 가스를 공급하면서 실시할 수 있다. Meanwhile, the silicon growth layer may be formed by a SAES process using any one selected from SiH 4 , Si 2 H 6, and Si 2 Cl 2 H 2 as a source gas. In this case, the SAES process may be performed while supplying a source gas of 100 to 800 sccm at a temperature of 450 to 550 ° C. and a pressure of 20 to 100 Torr.
실리사이드층을 형성한 후 층간 절연막을 형성하기 전에, 접합부를 포함한 전체 상부에 산화막을 형성한 후 질화막, 질산화막 및 탄화막 중 선택된 어느 하나의 막을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. After forming the silicide layer and before forming the interlayer insulating film, the method may further include sequentially forming an oxide film over the entire portion including the junction and subsequently forming any one of a nitride film, a nitride oxide film, and a carbide film.
또한, 콘택홀을 형성한 후 콘택 플러그를 형성하기 전에, 콘택홀을 통해 노출되는 소자 분리막을 CF 계열의 가스를 이용한 건식 식각이나, HF 계열의 불소 함유 식각제를 이용한 습식 식각이나, NH4OH 또는 HCl과 같이 산화막 식각제를 이용한 습식 식각 공정으로 소정의 깊이까지 제거하여 실리사이드층의 측면을 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, after forming the contact hole and before forming the contact plug, the device isolation layer exposed through the contact hole may be dry-etched using CF-based gas, wet-etched using HF-based fluorine-containing etchant, or NH 4 OH. Alternatively, the method may further include exposing a side surface of the silicide layer by removing a predetermined depth by a wet etching process using an oxide etchant such as HCl.
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. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be embodied in various different forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information. In the drawings, like reference numerals refer to like elements.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도들이다.1A to 1E are cross-sectional views of devices for describing a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1a를 참조하면, 소자 분리 영역에 소자 분리막(102)이 형성된 반도체 기판 상에 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소를 형성한다. 예로써, 트랜지스터를 형성할 경우에는 통상의 공정으로 게이트 산화막(103), 게이트(104), 절연막 스페이서(105), 소오스/드레인(106)을 형성한다. 이렇게 트랜지스터를 형성할 경우에는 게이트(104)와 소오스/드레인(106)이 후속 공정에서 형성될 콘택 플러그와 접촉할 접합부가 된다. 이하, 게이트(104)와 소오스/드레인(106)을 접합부라 하기로 한다. Referring to FIG. 1A, various elements for forming a semiconductor device are formed on a semiconductor substrate on which an
도 1b를 참조하면, SEG(Selective Epitaxial Growth) 공정으로 실리콘을 100 내지 1000Å 정도 성장시켜 게이트(104) 및 소오스/드레인(106) 상부에 실리콘 성장층(107)을 형성한다. 상기에서, SEG 공정은 SiH4, Si2H6 및 Si2Cl2H2 중 선택된 어느 하나를 소오스 가스로 사용하여 HCl 또는 Cl2를 반응 가스로 사용하여 실시한다. 구체적으로 설명하면, SEG 공정은 700 내지 800℃의 온도와, 20 내지 100Torr의 압력에서 20 내지 200sccm의 소오스 가스와 50 내지 100sccm의 반응 가스를 공급하면서 실시하여 실리콘 성장층(107)을 형성한다. 상기와 같이, 접합부(104 및 106) 상에 실리콘 성장층(107)을 형성함으로써 후속 공정에서 형성될 콘택 플러그와의 접촉 면적이 증가된다.Referring to FIG. 1B, the
도 1c를 참조하면, 샐리사이드(Self-Aligned Silicide) 공정으로 상기 실리콘 성장층(107)을 실리사이드시키어 상기 접합부(104 및 106) 상에 실리사이드층(108)을 형성한다. 이때, 실리사이드층(108)은 텅스텐을 이용하여 텅스텐 실리사이드층으로 형성하거나, 코발트를 사용하여 코발트 실리사이드층으로 형성할 수 있다.
샐리사이드 공정을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같습니다.
상기 실리콘 성장층(107)을 포함한 전체 구조 상에 금속층(도시하지 않음)을 형성한 후 열처리를 실시한다. 그러면, 실리콘 성장층(107)에 포함된 실리콘 성분과 금속층에 포함된 금속 성분이 실리사이드 반응을 일으켜 실리사이드층(108)이 형성된다. 이때, 소자 분리막(102)이나 절연막 스페이서(105)는 금속층과 반응하지 않기 때문에, 소자 분리막(102)이나 절연막 스페이서(105) 상에는 실리사이드층이 형성되지 않는다. 이후, 반응하지 않은 금속층을 제거하면, 접합부(104 및 106) 상에 실리사이드층(108)만이 잔류된다.
상기의 방법으로 접합부(104 및 106) 상에 실리사이드층(108)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1C, the
The salicide process is described in more detail as follows.
After forming a metal layer (not shown) on the entire structure including the
The
도 1d를 참조하면, 볼더리스 콘택(Borderless Contact; BLC)을 형성하기 위하여 전체 상부에 질화막(109)을 형성한 후 층간 절연막(110)을 순차적으로 형성한다. 여기서, 질화막(109)은 100 내지 500Å의 두께로 형성하며, 질화막 대신에 산화막에 대한 식각 선택비가 상이한 질산화막이나 탄화막(SiC)을 형성할 수도 있다. 한편, 질화막(109)과 실리사이드층(108) 간의 계면 특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 질화막(109)을 형성하기 전에 10 내지 200Å의 두께로 산화막(도시되지 않음)을 먼저 형성한다. 이어서, 층간 절연막(110)은 BPSG 또는 PE-TEOS로 형성할 수 있다. Referring to FIG. 1D, in order to form a borderless contact (BLC), the
도 1e를 참조하면, 사진 식각 공정으로 상기 층간 절연막(110)과 질화막(109)을 선택 식각하여 상기 실리사이드층(108)을 노출하는 콘택홀을 형성한 후 콘택홀을 전도성 물질로 매립하여 콘택 플러그(111)를 형성한다. 이때, 콘택홀은 접합부(106) 상부의 층간 절연막(110)을 먼저 제거한 후, 인산과 같은 질화물 식각제를 이용한 습식 식각으로 질화막(109)을 제거하는 방법으로 형성한다. Referring to FIG. 1E, a contact hole exposing the
이어서, 콘택홀을 통해 실리사이드층(108) 뿐만이 아니라 소자 분리막(102)의 일부가 노출되는 경우에는, 노출된 소자 분리막(102)을 소정의 깊이까지 일부 제거하여 실리사이드층(108)의 측면(112)을 노출시키고, 이를 통해 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 이때, 소자 분리막(102)은 CF 계열의 가스를 이용한 건식 식각이나, HF 계열의 불소(Fluorine) 함유 식각제를 이용한 습식 식각이나, NH4OH 또는 HCl과 같이 산화막 식각제를 이용한 습식 식각 공정으로 제거하며, 10 내지 500Å의 두께만큼 제거한다. Subsequently, when not only the
상기와 같이, SEG 공정으로 형성한 실리콘 성장층(도 1b의 107)을 이용하여 면적을 증가시킨 상태에서 접합부(106) 상부에 콘택 플러그(111)를 형성함으로써 정렬 오차에 대한 마진을 확보함과 동시에 접촉 면적이 감소되는 것을 방지하여 접촉 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있다. As described above, by using the silicon growth layer formed by the SEG process (107 in Fig. 1b) to form a
상기에서는 SEG 공정으로 접합부의 면적을 증가시켰으나 SAES(Surface Area Enhanced Silicon) 공정으로 접합부의 면적을 증가시킬 수도 있다. 이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다. Although the area of the junction is increased by the SEG process, the area of the junction may be increased by the surface area enhanced silicon (SAES) process. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention will be described.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도들이다. 2A through 2E are cross-sectional views of devices for describing a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 소자 분리 영역에 소자 분리막(202)이 형성된 반도체 기판 상에 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소를 형성한다. 예로써, 트랜지스터를 형성할 경우에는 통상의 공정으로 게이트 산화막(203), 게이트(204), 절연막 스페이서(205), 소오스/드레인(206)을 형성한다. 이렇게 트랜지스터를 형성할 경우에는 게이트(204)와 소오스/드레인(206)이 후속 공정에서 형성될 콘택 플러그와 접촉할 접합부가 된다. 이하, 게이트(204)와 소오스/드레인(206)을 접합부라 하기로 한다. Referring to FIG. 2A, various elements for forming a semiconductor device are formed on a semiconductor substrate on which an
도 2b를 참조하면, SAES(Surface Area Enhanced Silicon) 공정으로 실리콘을 30 내지 1000Å 정도 성장시켜 접합부(204 및 206) 상부에 실리콘 성장층(207)을 형성한다. 상기에서, SAES 공정은 SiH4, Si2H6 및 Si2Cl2
H2 중 선택된 어느 하나를 소오스 가스로 사용하여 실시한다. 구체적으로 설명하면, SAES 공정은 450 내지 550℃의 온도와, 20 내지 100Torr의 압력에서 100 내지 800sccm의 소오스 가스를 공급하면서 실시하여 실리콘 성장층(207)을 형성한다. 상기와 같이, 접합부(204 및 206) 상에 실리콘 성장층(207)을 형성함으로써 후속 공정에서 형성될 콘택 플러그와의 접촉 면적이 증가된다.Referring to FIG. 2B, the
도 2c를 참조하면, 샐리사이드(Self-Aligned Silicide) 공정으로 상기 실리콘 성장층(207)을 실리사이드화하여 상기 접합부(204 및 206)상에 실리사이드층(208)을 형성한다. 이때, 실리사이드층(208)은 텅스텐을 이용하여 텅스텐 실리사이드층으로 형성하거나, 코발트를 사용하여 코발트 실리사이드층으로 형성할 수 있다.
샐리사이드 공정을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같습니다.
상기 실리콘 성장층(207)을 포함한 전체 구조 상에 금속층(도시하지 않음)을 형성한 후 열처리를 실시한다. 그러면, 실리콘 성장층(207)에 포함된 실리콘 성분과 금속층에 포함된 금속 성분이 실리사이드 반응을 일으켜 실리사이드층(208)이 형성된다. 이때, 소자 분리막(202)이나 절연막 스페이서(205)는 금속층과 반응하지 않기 때문에, 소자 분리막(202)이나 절연막 스페이서(205) 상에는 실리사이드층이 형성되지 않는다. 이후, 반응하지 않은 금속층을 제거하면, 접합부(204 및 206) 상에 실리사이드층(208)만이 잔류된다.
상기의 방법으로 접합부(204 및 206) 상에 실리사이드층(208)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 2C, a
The salicide process is described in more detail as follows.
After forming a metal layer (not shown) on the entire structure including the
The
도 2d를 참조하면, 도 1d에서 서술한 방법과 동일한 방법으로 볼더리스 콘택(Borderless Contact; BLC)을 형성하기 위하여 전체 상부에 질화막(209)을 형성한 후 층간 절연막(210)을 순차적으로 형성한다. 마찬가지로, 질화막(209)과 실리사이드층(208) 간의 계면 특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 질화막(209)을 형성하기 전에 10 내지 200Å의 두께로 산화막(도시되지 않음)을 먼저 형성한다. Referring to FIG. 2D, in order to form a Boulderless Contact (BLC) in the same manner as described in FIG. 1D, an
도 2e를 참조하면, 도 1e에서 서술한 방법과 동일한 방법으로 콘택홀을 형성한 후 콘택홀을 전도성 물질로 매립하여 콘택 플러그(211)를 형성한다. 마찬가지로, 콘택홀을 통해 실리사이드층(208) 뿐만이 아니라 소자 분리막(202)의 일부가 노출되는 경우에는, 노출된 소자 분리막(202)을 소정의 깊이까지 일부 제거하여 실리사이드층(208)의 측면(212)을 노출시키고, 이를 통해 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 한편, SAES 공정에 의해 실리콘 성장층(도 2b의 207)이 울퉁불퉁하게 형성된 상태에서 실리사이드층(208)을 형성한 후 콘택 플러그(211)를 형성하므로, 실리사이드층(208)와 콘택 플러그(211)간의 접촉 면적도 증가시킬 수 있다. Referring to FIG. 2E, after the contact hole is formed in the same manner as described in FIG. 1E, the contact hole is filled with a conductive material to form the
상기와 같이, SAES 공정으로 실리콘 성장층(도 2b의 207)을 형성하여 표면적을 증가시킨 상태에서 콘택 플러그(211)를 형성함으로써 정렬 오차에 대한 마진을 확보함과 동시에 접촉 면적이 감소되는 것을 방지하여 접촉 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있다. As described above, the silicon growth layer (207 of FIG. 2B) is formed by the SAES process to form the
상술한 바와 같이, 본 발명은 SEG(Selective Epitaxial Growth) 공정이나 SAES(Surface Area Enhanced Silicon) 공정으로 실리콘을 성장시켜 접합부의 면적을 증가시킴으로써, 접합부와 콘택 플러그 간의 정렬 마진을 보다 더 확보하고 접촉 저항이 증가하는 것을 방지하여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention increases the area of the junction by growing silicon in a selective epitaxial growth (SEG) process or a surface area enhanced silicon (SAES) process, thereby further securing alignment margins between the junction and the contact plug and making contact resistance. This increase can be prevented to improve process reliability and device electrical properties.
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