KR19990002649A - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 텅스텐 실리사이드층의 증착 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

DCS 공정으로 텅스텐 실리사이드층을 증착할 때 환원제로 사용하고 있는 디클로로사일렌(dichlorosilance;SiH₂Cl₂) 가스의 Cl 이온이 공정 완료후 장비 외부의 공기중으로 노출되면 공기중의 수분등 수소 성분과 반응하여 우유빛 헤이즈(haze)를 유발하므로, 후속 포토(photo)공정을 어렵게 하거나 텅스텐 실리사이드층의 특성을 변화시키는 문제점이 발생함.

3. 발명의 해결방법의 요지

DCS 공정으로 텅스텐 실리사이드층을 증착할 때 모노사일렌(monosilane) 및 수소 화합물로 처리하여 헤이즈의 소오스(source)가 되는 염소(Cl) 성분을 제거함.

4. 발명의 중요한 용도

반도체 소자에서 텅스텐 실리사이드층 형성 공정.

Description

반도체 소자의 제조 방법

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 텅스텐 실리사이드층 형성 방법에 관한 것이다.

텡스텐 실리사이드층(WSi_x)은 소자의 저항을 개선시키기 위하여 폴리실리콘을 대체하여 사용하고 있다. 일반적으로 텅스텐 실리사이드층은 모노사일렌(monosilane;SiH₄)을 텅스텐플르오르(WF₆)로 환원시켜 증착하는 MS공정과 디클로로사일렌(dichlorosilance;SiH₂Cl₂)을 텅스텐플르오르로 환원시켜 증착하는 DCS 공정에 의하여 증착된다. 그런데 이들 공정 모두 실리콘-소오스 기체의 환원기체로서 텅스텐플르오르를 이용하므로 증착된 텅스텐 실리사이드층 내에 DCS 공정의 경우는 10¹⁶∼ 10¹⁷ions/㎤, MS 공정의 경우는 10¹⁹∼ 10²⁰ions/㎤의 농도로 불소(F)가 함유된다. 따라서 불소 함유량이 낮고 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 좋은 DCS 공정이 최근 소자 적용에서 선호되고 있다.

그러나 텅스텐 실리사이드층을 DCS 공정으로 증착함에 있어서, 환원제로 사용하고있는 디클로로사일렌 가스는 증착 공정의 완료 후 장비 외부로 노출되면 청정실(clean room) 내부 공기중의 수분등 수소 성분과 반응하여 우유빛 헤이즈(haze)를 유발시킨다. 이러한 헤이즈의 발생에 의해 후속 포토(photo) 공정을 어렵게 하거나, 텅스텐 실리사이드층의 자체 특성을 변화시킬 우려가 높다. 한편, 이러한 헤이즈를 제거하기 위하여 순수(deionized water) 세정(rinse) 및 스크루빙(scrubbing)을 실시하는데, 공정 단가 및 시간이 증가하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 반도체 제조 공정중 DCS 공정으로 텅스텐 실리사이드층을 증착함에 있어서, 환원제로 사용되는 디클로로사일렌이 공기중에 노출되어 발생하는 헤이즈 현상을 억제하여 후속 공정이 양호하게 진행되도록 하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 하지막 상부에 DCS 공정으로 텅스텐 실리사이드층을 증착하는 과정에서, 모노사일렌 가스를 흘려주어 텅스텐 실리사이드층 내부의 염소 이온 및 불소 이온을 제거하는 단계와, 상기 모노사일렌 가스에서 분해된 실리콘을 텅스텐 실리사이드층 상부에 증착하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1(a) 및 도 1(b)는 본 발명에 의한 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위해 순차적으로 도시한 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

11 : 실리콘 기판 12 : 폴리실리콘층

13 : 텅스텐 실리사이드층 14 : 실리콘층

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1(a) 및 도 1(b)는 본 발명에 의한 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위해 순차적으로 도시한 단면도이다.

도 1(a)는 실리콘 기판(11) 상부에 텅스텐 폴리사이드 구조로써 폴리실리콘층(12) 및 텅스텐 실리사이드층(13)을 순차로 증착한 단면도이다. 텅스텐 실리사이드층(13)은 DCS 공정으로 증착되는데, 소오스 가스로 사용되는 디클로로사일렌 가스의 염소 성분이 공기중에 노출되면 수소 성분과 반응하여 헤이즈 현상을 발생 시킨다.

텅스텐 실리사이드층(13)의 증착 과정 중에, 수소 성분이 함유된 모노사일렌 가스를 흘려주면, 550 ℃ 이상의 CVD 반응 챔버 내에서 모노사일렌 가스는 수소 및 실리콘 성분으로 분해되는데, 이때 모노사일렌 가스의 수소 성분은 텅스텐 실리사이드층(13)의 염소 성분과 반응하여 HCl로 형성됨으로써 텅스텐 실리사이드층(13)의 염소 성분을 제거시킨다. 또한 분해된 모노사일렌의 실리콘 성분은 일부분이 텅스텐 실리사이드층(13) 상부에 증착되거나, 텅스텐 실리사이드층(13)의 불소 성분과 반응하여 SiF₄로 형성됨으로써 텅스텐 실리사이드층(13)의 불소 성분을 제거한다. 따라서 게이트에 적용시 불소 성분의 확산을 줄임으로써 게이트 산화막의 전기적 특성을 향상시킬 수 있고, 증착된 실리콘층(14)은 텅스텐 실리사이드층(13)의 스트레스(stress) 변화에 대한 버퍼층(buffer layer) 역할을 할 수 있어 열적 안정성에 기여할 수 있다.

도 1(b)는 실리콘층(14)이 텅스텐 실리사이드층(13) 상부에 층착된 단면도이다. 이 과정에서 모노사일렌 가스 대신 수소 화합물 가스를 사용하여도 헤이즈의 소오스가 되는 텅스텐 실리사이드층(13)의 염소 성분을 제거할 수 있다.

따라서 2 ∼ 3 회에 걸쳐 모노사일렌 및 수소 화합물 가스를 흘려주어 텅스텐 실리사이드층(13)의 증착 공정을 진행하면, 헤이즈의 원인이되는 텅스텐 실리사이드층(13)의 염소 성분뿐만 아니라 불소 성분까지도 제거되어, 게이트에 적용할 경우 게이트의 특성을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 수소 화합물의 가스를 흘려줌으로써 텅스텐 실리사이드층 내에 존재하는 염소 이온을 제거하여 헤이즈 현상을 예방하고, 불소 성분의 제거 및 실리콘층의 증착으로 소자의 전기적 특성 향상 및 열적 안정성에 기여할 수 있다.

Claims (5)

1. 하지막 상부에 DCS 공정으로 텅스텐 실리사이드층을 증착하는 과정에서, 모노사일렌 가스를 흘려주어 텅스텐 실리사이드층 내부의 염소 이온 및 불소 이온을 제거하는 단계와,

   상기 모노사일렌 가스에서 분해된 실리콘을 텅스텐 실리사이드층 상부에 증착하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 DCS 공정은 550 ℃ 이상의 반응 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 염소 이온은 모노사일렌 가스의 수소 성분과 반응하여 HCl 형태로 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 불소 이온은 모노사일렌 가스의 실리콘 성분과 반응하여 SiF₄형태로 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 모노사일렌 가스 대신 수소 화합물 가스를 사용하여 텅스텐 실리사이드층의 염소 이온을 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.