KR100270185B1 - Low temperature formation of low resistivity titanium silicide - Google Patents

Low temperature formation of low resistivity titanium silicide Download PDF

Info

Publication number
KR100270185B1
KR100270185B1 KR1019970026632A KR19970026632A KR100270185B1 KR 100270185 B1 KR100270185 B1 KR 100270185B1 KR 1019970026632 A KR1019970026632 A KR 1019970026632A KR 19970026632 A KR19970026632 A KR 19970026632A KR 100270185 B1 KR100270185 B1 KR 100270185B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
titanium
silicon
layer
refractory metal
titanium silicide
Prior art date
Application number
KR1019970026632A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR19990002901A (en
Inventor
사이릴 2세 캐브럴
로렌스 알프레드 클레벤져
프랑소와 막스 되르
제임스 멕켈 에드윈 하퍼
랜디 윌리암 맨
글렌 레스터 마일즈
제임스 스파이로스 내코스
론넨 앤드류 로이
케더린 엘 세인져
Original Assignee
포만 제프리 엘
인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포만 제프리 엘, 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 filed Critical 포만 제프리 엘
Priority to KR1019970026632A priority Critical patent/KR100270185B1/en
Publication of KR19990002901A publication Critical patent/KR19990002901A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100270185B1 publication Critical patent/KR100270185B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/665Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using self aligned silicidation, i.e. salicide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28026Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
    • H01L21/28035Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities
    • H01L21/28044Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities the conductor comprising at least another non-silicon conductive layer
    • H01L21/28052Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities the conductor comprising at least another non-silicon conductive layer the conductor comprising a silicide layer formed by the silicidation reaction of silicon with a metal layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28518Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table the conductive layers comprising silicides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 저저항 티타늄 실리사이드 및 그를 포함하는 반도체 디바이스는, 실리콘 기판상의 층으로 침착되는, 티타늄 및 1 내지 20 원자 퍼센트의 내화성 금속을 포함하는 티타늄 합금에 의해 형성될 수 있다. 그리고 나서, 기판은 실질적으로 C54 상 티타늄 실리사이드를 형성하기에 충분한 온도로 가열된다. 티타늄 합금은 또한 실리콘을 포함할 수 있으며, 내화성 금속은 Mo, W, Ta, Nb, V 또는 Cr일 수 있고, 더욱 바람직하기로는 Ta 또는 Nb이다. 저저항 티타늄 실리사이드를 형성하는데 사용되는 가열 단계는 900℃ 미만의 온도에서, 바람직하기로는 약 600℃ 내지 700℃에서 수행된다.The low resistance titanium silicide and semiconductor device comprising the same according to the present invention can be formed by a titanium alloy comprising titanium and 1 to 20 atomic percent refractory metal, deposited in a layer on a silicon substrate. The substrate is then heated to a temperature sufficient to form substantially titanium silicide on C54. The titanium alloy may also include silicon, and the refractory metal may be Mo, W, Ta, Nb, V or Cr, more preferably Ta or Nb. The heating step used to form the low resistance titanium silicide is performed at a temperature below 900 ° C., preferably at about 600 ° C. to 700 ° C.

Description

저저항 티타늄 실리사이드 층 형성 방법 및 그를 포함하는 반도체 디바이스{LOW TEMPERATURE FORMATION OF LOW RESISTIVITY TITANIUM SILICIDE}Low resistance titanium silicide layer formation method and semiconductor device including same TECHNICAL FIELD

본 발명은 집적 회로 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 내화성 금속을 사용하여 티타늄 실리사이드의 상 전이(phase transformation) 온도를 감소시킨 집적 회로 소자에서 실리콘층 위에 티타늄 실리사이드 층을 형성하는 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to integrated circuit devices, and more particularly, to a method of forming a titanium silicide layer on a silicon layer in an integrated circuit device using a refractory metal to reduce the phase transformation temperature of the titanium silicide. .

티타늄 실리사이드는, 저 저항성, 자기 정렬이 가능하다는 점 및 비교적 양호한 열 안정도라고 하는 특성이 결합됨으로 인해 자기 정렬된 실리사이드 응용에 대해 VLSI 산업에 가장 광범위하게 사용되는 실리사이드가 되었다. TiSi2가 다른 실리사이드에 비해 일정한 장점을 갖기는 하지만, 동질이상(polymorphic) 재료라는 사실로 인해 사용시에 또 다른 문제점을 나타낸다. 구체적으로, 전형적인 사용시에 TiSi2는, 단위 셀당 12개의 원자를 갖고 약 60-90 마이크로-오옴-센티미터의 저항을 갖는 사방정계 기부 중심 상(an orthorhombic base-centered phase)(업계에서 C49 상이라 알려짐)으로서, 또는 단위 셀 당 24개의 원자를 갖고 약 12-20 마이크로-오옴-센티미터의 저항을 갖는 보다 열역학적으로 바람직한 사방정계 면 중심 상(an orthorhombic face-centered phase)으로서 존재한다. 티타늄 실리사이드를 형성하는 데 일반적으로 통용되는 처리 단계를 사용할 경우, 보다 덜 바람직한, 보다 높은 저항을 갖는 C49 상이 먼저 형성된다. 저저항의 C54 상을 획득하기 위해서는 제 2의 고온 어닐링 단계가 필요하다. 이러한 제 2 단계는, 실리사이드 및 다른 집적 회로 소자, 특히, 보다 작은 선폭(line-widths)의 소자에 나쁜 영향을 주기 때문에 불리하다. 예를 들어, 이중 도핑된 폴리실리콘 게이트 구조물이 더 많이 사용된 일부 소자에서는, 제 2 어닐링 단계에서 필요한 바와 같이, 추가적인 열 사이클에 대한 소자의 감도가 증가되었다. 또한, 실리콘 질화물의 벗겨짐 및 깨어짐도 이러한 제 2 어닐링 단계와 연관된다.Titanium silicides have become the most widely used silicides in the VLSI industry for self-aligned silicide applications because of their combination of low resistance, self-alignment, and relatively good thermal stability. Although TiSi 2 has certain advantages over other silicides, the fact that it is a polymorphic material presents another problem in use. Specifically, in typical use, TiSi 2 is an orthorhombic base-centered phase (known in the art as the C49 phase) having 12 atoms per unit cell and a resistance of about 60-90 micro-ohm-cm. Or as a more thermodynamically preferred an orthorhombic face-centered phase having 24 atoms per unit cell and a resistance of about 12-20 micro-ohm-centimeters. When using commonly used treatment steps to form titanium silicide, a less desirable, higher resistance C49 phase is formed first. A second high temperature annealing step is required to obtain the low resistance C54 phase. This second step is disadvantageous because it adversely affects silicides and other integrated circuit devices, especially those of smaller line-widths. For example, in some devices where more double doped polysilicon gate structures are used, the device's sensitivity to additional thermal cycles has been increased, as required in the second annealing step. In addition, peeling and breaking of silicon nitride is also associated with this second annealing step.

티타늄 실리사이드를 형성하는 데 널리 통용되는 일련의 처리 단계는, (1) 사전 세척, (2) 티타늄 침착(deposition), (3) 약 700℃ 미만의 온도로 실리사이드 형성, (4) 선택적 에칭 및 (5) 약 700℃보다 높은 온도에서의 상 전이 어닐링을 포함한다. 지배적인 C49 상을 C54 상으로 변환하는 것은 상 전이 어닐링이다. 오버-스페이서 브릿징(over-spacer bridging)을 최소화하기 위해 초기의 형성 온도는 700℃ 이하로 유지된다. 제 2 전이 어닐링은 임의의 비반응된 티타늄이 선택적으로 제거된 후에 수행되며, 통상 형성 온도보다 높은 50-200℃의 온도에서 수행되어 판저항(sheet resistance)을 최상으로 제어하도록 C54 상으로의 완전한 전이를 보장한다. 그러나 소자의 선폭 및 실리사이드 막 두께가 계속해서 감소함에 따라 이후 보다 상세히 설명되는 바와 같이 제 2 어닐링 단계에 대한 필요를 없애는 것이 더욱 바람직하게 된다.A series of processing steps that are commonly used to form titanium silicides include (1) pre-cleaning, (2) titanium deposition, (3) silicide formation at temperatures below about 700 ° C., (4) selective etching, and ( 5) phase transition annealing at temperatures above about 700 ° C. Converting the dominant C49 phase to C54 phase is phase transition annealing. The initial formation temperature is kept below 700 ° C. to minimize over-spacer bridging. The second transition annealing is carried out after any unreacted titanium is selectively removed and is usually carried out at a temperature of 50-200 ° C. above the forming temperature to complete control over sheet C54 to best control sheet resistance. To ensure the transition. However, as the line width and silicide film thickness of the device continue to decrease, it becomes more desirable to eliminate the need for a second annealing step as will be described in more detail later.

C49 상의 표면 에너지가 C54 상의 표면 에너지보다 낮기 때문에 C49 상이 먼저 형성된다는 것이 일반적이다. 즉, C54 상의 표면 에너지가 더 높으므로 그의 형성에 대해 더욱 높은 에너지 장벽이 형성된다. 상기한 표준 처리시에 사용되는 제 2 전이 어닐링 단계는, 새로운 표면의 형성과 연관된 핵형성 장벽(nulceation barrier)을 극복하고 새로이 형성되는 C54 상의 격자 구조를 성장시키는데 필요한추가적인 열에너지를 제공한다. VLSI 응용에서 만약 상 전이가 금지되거나 균일하게 발생하지 못하면, 회로 성능의 저하가 관찰된다. 몇몇 더욱 높은 성능의 회로에서 불량 상 전이와 연관된 RC 지연은 통상 약 5-10 퍼센트이다.It is common for the C49 phase to be formed first because the surface energy of the C49 phase is lower than the surface energy of the C54 phase. That is, the higher surface energy on C54 results in a higher energy barrier to its formation. The second transition annealing step used in the above standard processing provides additional heat energy needed to overcome the nucleation barrier associated with the formation of new surfaces and grow the lattice structure on the newly formed C54. In VLSI applications, if phase transitions are inhibited or do not occur uniformly, degradation of circuit performance is observed. In some higher performance circuits, the RC delay associated with the bad phase transition is typically about 5-10 percent.

C49-C54의 상 전이에 있어서의 중요한 문제점은 집괴화(agglomeration)로서 알려진 현상이다. 상 전이를 이루는데 사용된 열 에너지가 과도하면, 통상 집괴화라고 불리우는 티타늄 실리사이드의 형태학적 퇴화가 발생한다. 선폭과 실리사이드 막 두께가 감소함에 따라, C49를 C54로 상 전이시키는데 필요한 열 에너지는 증가하고, 실리사이드 막이 집괴하기 시작하는 열 에너지 레벨은 감소한다. 따라서, 이러한 상 전이를 수행하기 위한 계속해서 작아지는 처리 윈도우(an ever-shirinking process window)가 존재하며, 그 결과 처리 제어 및 균일도를 더욱 성취하기 어렵게 된다.An important problem in the phase transition of C49-C54 is a phenomenon known as agglomeration. If the thermal energy used to achieve the phase transition is excessive, morphological degradation of titanium silicide, commonly called agglomeration, occurs. As the line width and silicide film thickness decrease, the heat energy required to phase transfer C49 to C54 increases, and the heat energy level at which the silicide film begins to agglomerate decreases. Thus, there is an ever-shirinking process window for performing such phase transitions, which results in more difficult process control and uniformity.

따라서, 일반적으로 통용되는 종래의 처리에서의 제 2의 고온 어닐링 단계가 필요 없이, 티타늄 실리사이드의 C54 상을 형성하는 개선된 방법이 필요하다. 제 2 어닐링 단계를 제거하거나 C49 상을 소망하는 C54 상 티타늄 실리사이드로 전이시키는데 필요한 온도를 감소시키면, 고온 처리와 관련된 문제 및 상 전이 어닐링동안 실리사이드 막의 집괴화로부터 초래되는 한계들을 제거할 수 있다.Thus, there is a need for an improved method of forming the C54 phase of titanium silicide, without the need for a second high temperature annealing step in commonly used conventional processing. Eliminating the second annealing step or reducing the temperature required to transfer the C49 phase to the desired C54 phase titanium silicide can eliminate the problems associated with high temperature treatment and the limitations resulting from the agglomeration of the silicide film during phase transition annealing.

도 1 내지 3은 본 발명의 한 측면에 따른 티타늄 실리사이드의 C54 상 형성을 예시하는 단면도.1 to 3 are cross-sectional views illustrating C54 phase formation of titanium silicides in accordance with an aspect of the present invention.

도 4는 본 발명에 따라 내화성 금속을 사용한 경우 및 사용하지 않은 경우에 대해 몇개의 처리에 대한 티타늄 실리사이드 층의 판저항 대 스퍼터링된 티타늄 두께의 그래프.4 is a graph of sheet resistance versus sputtered titanium thickness for several treatments with and without refractory metal in accordance with the present invention.

도 5 내지 8은 본 발명에 따른, 증착에 의해 또는 주입에 의해 형성된 내화성 금속을 사용한 경우 및 사용하지 않은 경우의 몇가지 처리 경우에 대해 형성되는 티타늄 실리사이드 층의 판저항을 도시하는 인시튜 스캐닝 저항 그래프.5 to 8 are in situ scanning resistance graphs showing sheet resistance of titanium silicide layers formed for some treatment cases with and without use of refractory metals formed by deposition or by implantation in accordance with the present invention. .

도 9는 본 발명에 따라 Mo 이온 주입된 경우 및 이온 주입되지 않은 경우에 대해 측정된 티타늄 실리사이드 라인 저항의 막대그래프.FIG. 9 is a bar graph of titanium silicide line resistance measured for Mo ion implanted and non-ion implanted according to the present invention. FIG.

도 10 및 11은 본 발명의 한 측면에 따른 C54 상 티타늄 실리사이드의 형성을 예시하는 횡단측면도.10 and 11 are cross-sectional side views illustrating the formation of titanium silicide on C54 in accordance with an aspect of the present invention.

도 12는 순수 Ti, Ti(탄탈륨) 합금 및 Ti(니오븀) 합금으로부터 티타늄 실리사이드를 형성하는데 있어서의 정규 판저항 대 온도를 도시하는 그래프.FIG. 12 is a graph showing normal sheet resistance versus temperature in forming titanium silicide from pure Ti, Ti (tantalum) alloys and Ti (niobium) alloys.

도 13은 900℃에서 어닐링된 티타늄 실리사이드 층의 저항 대 내화성 금속의 원자 퍼센트를 도시하는 그래프.FIG. 13 is a graph showing the atomic percent of resistance versus refractory metal of a titanium silicide layer annealed at 900 ° C. FIG.

도 14는 700℃에서 어닐링된 티타늄 실리사이드 층의 저항 대 내화성 금속의 원자 퍼센트를 도시하는 그래프.FIG. 14 is a graph showing the atomic percent of resistance versus refractory metal of a titanium silicide layer annealed at 700 ° C. FIG.

도 15는 C54 티타늄 실리사이드의 형성 온도 대 내화성 금속의 원자 퍼센트를 도시하는 그래프.FIG. 15 is a graph showing atomic percentage of refractory metals versus formation temperature of C54 titanium silicide. FIG.

도 16은 본 발명의 저저항 티타늄 실리사이드를 구비한 반도체 디바이스의 일부를 도시한 횡단면도.16 is a cross sectional view showing a portion of a semiconductor device with low resistance titanium silicide of the present invention.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 실리콘 기판 12 : 상부 표면10 silicon substrate 12 upper surface

14 : 내화성 금속 16 : 티타늄 층14: refractory metal 16: titanium layer

18,50 : 티타늄 실리사이드 층 30 : 티타늄 합금 층18,50: titanium silicide layer 30: titanium alloy layer

32 : C54 상 티타늄 실리사이드 층 52 : 소스32: titanium 54 silicide layer 52: source on C54

54 : 드레인 56 : 게이트 접촉부54 drain 56 gate contact

59 : 게이트 62 : 산화물 스페이서59 gate 62 oxide spacer

본 발명의 방법에 의해, 이러한 필요성이 충족되고, 종래의 한계가 극복되며, 본 발명의 원리에 따른 다른 잇점이 실현된다. 본 발명에서는 반도체 웨이퍼상의 실리콘 층 위로 금속 실리사이드를 형성하는 방법을 제공한다. 본 방법은 반도체 디바이스의 실리콘 기판상에 티타늄 실리사이드 층을 형성하는 단계를 포함하며, 이 방법은 (1) 실리콘 기판 위에 1 내지 20 원자 퍼센트의 내화성 금속으로 이루어진 티타늄 합금 층을 침착하는 단계, (2) 이 티타늄 합금으로부터 실질적으로 C54 상 티타늄 실리사이드를 형성하기에 충분한 온도로 티타늄 합금을 가열하는 단계를 포함한다. 이 때의 온도는 약 700℃ 미만일 수 있다.By the method of the present invention, this need is met, the conventional limitations are overcome, and other advantages according to the principles of the present invention are realized. The present invention provides a method of forming a metal silicide over a silicon layer on a semiconductor wafer. The method includes forming a titanium silicide layer on a silicon substrate of a semiconductor device, the method comprising: (1) depositing a titanium alloy layer of 1 to 20 atomic percent refractory metal on a silicon substrate, (2 Heating the titanium alloy to a temperature sufficient to form a titanium silicide substantially on C54 from the titanium alloy. The temperature at this time may be less than about 700 ℃.

상기 방법의 한 응용에서 티타늄 합금은 1 내지 15 원자 퍼센트의 내화성 금속으로 이루어질 수 있고, 이 내화성 금속은 Ta, Nb, Mo, W, V 및 Cr로 구성되는 그룹중 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 티타늄 합금은 티타늄, 실리콘 및 내화성 금속, 예를 들면, TiSi2와 내화성 금속으로 이루어질 수 있다. 반도체 기판은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비결정 실리콘, 실리콘 게르마늄 합금, N형 도판트를 함유하는 SOI(Silicon on Insulator) 및 P형 도판트를 함유하는 SOI로부터 선택될 수 있다. 티타늄 합금은 물리적 기상 증착 또는 화학적 기상 증착에 의해 실리콘 기판 위로 침착될 수 있다.In one application of the method the titanium alloy may consist of 1 to 15 atomic percent refractory metal, which may consist of one or more of the group consisting of Ta, Nb, Mo, W, V and Cr. Titanium alloys may consist of titanium, silicon and refractory metals such as TiSi 2 and refractory metals. The semiconductor substrate may be selected from monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, silicon germanium alloy, silicon on insulator (SOI) containing N-type dopant and SOI containing P-type dopant. The titanium alloy may be deposited onto the silicon substrate by physical vapor deposition or chemical vapor deposition.

본 발명의 다른 측면은 C54 상 티타늄 실리사이드 층을 갖는 반도체 디바이스를 포함하며, 이 디바이스는 (1) 실리콘 층 및 (2) 상기 실리콘 층 위에 형성된 티타늄 실리사이드 층을 포함하되, 상기 티타늄 실리사이드 층은 실질적으로 C54 상 티타늄 실리사이드와 1 내지 20 원자 퍼센트의 내화성 금속을 포함한다. 본 발명에 따른 반도체 디바이스의 또 다른 측면은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비결정 실리콘, 실리콘 게르마늄 합금, N형 도판트를 함유하는 SOI 및 P형 도판트를 함유하는 SOI로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 실리콘 층을 포함한다. 본 발명의 반도체 디바이스는 1 내지 15 원자 퍼센트의 내화성 금속을 포함하는 10 내지 200㎚ 두께로 이루어진 티타늄 실리사이드 층을 포함할 수 있다.Another aspect of the invention includes a semiconductor device having a titanium silicide layer on C54, the device comprising (1) a silicon layer and (2) a titanium silicide layer formed over the silicon layer, wherein the titanium silicide layer is substantially Titanium silicide on C54 and from 1 to 20 atomic percent refractory metal. Another aspect of the semiconductor device according to the invention is a silicon layer selected from the group consisting of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, silicon germanium alloy, SOI containing N-type dopant and SOI containing P-type dopant. Include. The semiconductor device of the present invention may comprise a titanium silicide layer consisting of 10 to 200 nm thick comprising 1 to 15 atomic percent refractory metal.

본 발명의 일실시예에 따르면, 내화성 금속이 실리콘 층의 표면 근방에 배치되고, 티타늄 금속층(이후 티타늄 실리사이드를 형성하는데 사용됨)이 이 내화성 금속 위에 침착된 후, 웨이퍼가 티타늄 실리사이드를 형성하기에 충분한 온도로 가열된다.According to one embodiment of the invention, after the refractory metal is disposed near the surface of the silicon layer and the titanium metal layer (hereinafter used to form titanium silicide) is deposited over the refractory metal, the wafer is sufficient to form titanium silicide. Heated to temperature.

두 번째 실시예에서, 티타늄 금속 층은 또한, 예를 들면, 공지된 폴리사이드 처리에서처럼 실리콘을 구비할 수도 있다. 티타늄 금속 층이 실리콘을 구비하면, Ti-실리콘 합금(몇몇 경우 화학양론적일 수 있음)이 침착된 후 웨이퍼를 소망하는 고체 상을 획득하기에 충분한 온도로 가열함으로써 최종 티타늄 실리사이드가 획득된다. Si 외에도, 전구체 금속층(precursory metal layer)은 주기율표에서 B, C, N, O, Al, P, S, Zn, Ga, Ge, As, Se, Cd, In, Sn, Sb, Te, Hg, Tl, Pb 및 Bi를 포함하는 ⅡB, ⅢA, ⅣA, ⅤA 및 ⅥA 그룹으로부터의 다른 원소를 포함할 수도 있다.In a second embodiment, the titanium metal layer may also be provided with silicon, for example as in known polycide treatments. If the titanium metal layer comprises silicon, the final titanium silicide is obtained by heating the wafer to a temperature sufficient to obtain the desired solid phase after the Ti-silicon alloy (which in some cases may be stoichiometric) is deposited. In addition to Si, the precursor metal layer is a B, C, N, O, Al, P, S, Zn, Ga, Ge, As, Se, Cd, In, Sn, Sb, Te, Hg, Tl in the periodic table. And other elements from groups IIB, IIIA, IVA, VA, and VIA, including Pb and Bi.

내화성 금속은 금속 실리사이드를 형성할 수 있는 금속인 것이 바람직하며, 실리콘 층의 표면에서 내화성 금속의 농도는 약 1017원자/㎤보다 큰 것이 바람직하다. 내화성 금속은 Mo, W, Ta, Nb, V 또는 Cr일 수 있다. 실리콘 층은 단결정 또는 다결정일 수 있지만, 다결정인 것이 바람직하다. 실리사이드를 형성하는데 사용되는 가열 단계는 약 700℃ 미만의 온도에서 수행되며, 보다 바람직하기로는 약 600-700℃에서 수행된다.The refractory metal is preferably a metal capable of forming metal silicides, and the concentration of the refractory metal at the surface of the silicon layer is preferably greater than about 10 17 atoms / cm 3. The refractory metal may be Mo, W, Ta, Nb, V or Cr. The silicon layer may be monocrystalline or polycrystalline, but is preferably polycrystalline. The heating step used to form the silicide is carried out at a temperature below about 700 ° C., more preferably at about 600-700 ° C.

내화성 금속을 배치하는 데 사용할 수 있는 몇 가지 방법이 있다. 일반적으로, 이들 배치 방법은 표면상에 또는 표면으로부터 수 옹스트롬 이내, 예를 들면, 약 2Å내에 내화성 금속 원자를 배치한다. 내화성 금속을 배치하는 첫 번째 방법은 약 1012내지 5X1014원자/㎠의 양을, 보다 바람직하기로는 약 1013내지 1014원자/㎠의 양을 이온 주입하는 것이다. 바람직한 주입 에너지는 약 15 내지 90KeV이다. 다른 방법에 의하면, 내화성 금속이, 소위 금속 펠릿(a metal pellet)을 증발시킴으로써 실리콘 층의 표면상에 배치된다. 또한, 내화성 금속은 스퍼터링에 의해 또는 실리콘 층의 표면을 내화성 금속 이온을 함유하는 용액에 노출시킴으로써 배치될 수도 있다. 예를 들면, 이 용액은 HCl 또는 질산을 함유하는 묽은 산용액일 수 있다. 상기 배치 방법중 이온 주입을 제외한 모든 방법하에서, 실리콘 표면상에 배치된 내화성 금속 층의 두께는 약 2.0㎚ 미만인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 약 0.01 내지 1.5㎚이다.There are several methods that can be used to place refractory metals. In general, these placement methods place refractory metal atoms on the surface or within a few angstroms of the surface, for example within about 2 GPa. The first method of placing refractory metals is by ion implantation in an amount of about 10 12 to 5 × 10 14 atoms / cm 2, more preferably in an amount of about 10 13 to 10 14 atoms / cm 2. Preferred implantation energy is between about 15 and 90 KeV. According to another method, the refractory metal is disposed on the surface of the silicon layer by evaporating a so-called metal pellet. The refractory metal may also be disposed by sputtering or by exposing the surface of the silicon layer to a solution containing refractory metal ions. For example, this solution may be a dilute acid solution containing HCl or nitric acid. Under all of the above batch methods except ion implantation, the thickness of the refractory metal layer disposed on the silicon surface is preferably less than about 2.0 nm, more preferably about 0.01 to 1.5 nm.

선택에 따라, 웨이퍼는 내화성 금속 배치 단계 후, 전구체 금속층 침착 단계 이전에 어닐링된다. 바람직하기로는, 이 어닐링 단계는 적어도 약 900℃의 웨이퍼 온도에서 수행되며, 보다 바람직하기로는 약 900℃와 1000℃ 사이에서 수행된다. 한가지 방법으로, 이 어닐링은 적어도 약 5초 동안 급속 열 어닐링법(rapid thermal annealing;RTA)을 이용하여 수행된다. 이와 달리, 적어도 약 10분동안 로내에서 어닐링하는 방법이 사용될 수도 있다.Optionally, the wafer is annealed after the refractory metal placement step and before the precursor metal layer deposition step. Preferably, this annealing step is performed at a wafer temperature of at least about 900 ° C, more preferably between about 900 ° C and 1000 ° C. In one method, this annealing is performed using rapid thermal annealing (RTA) for at least about 5 seconds. Alternatively, a method of annealing in the furnace for at least about 10 minutes may be used.

본 발명에 대한 다른 방법으로, 티타늄 실리사이드 층이 반도체 웨이퍼상의 실리콘 층 위에 형성된다. 이러한 방법에 따르면, 내화성 금속이 실리콘 층의 표면 근방에 배치되고, 티타늄 층이 이 내화성 금속 위에 침착된 후, 웨이퍼가 충분한 온도로 가열되어 티타늄 층의 적어도 일부로부터 티타늄 실리사이드 층을 형성한다. 바람직하기로는 이러한 가열 단계 동안 형성된 티타늄 실리사이드 층은 실질적으로 TiSi2의 C54 상을 나타낸다. 바람직하기로는, 티타늄 층은 약 25-57.5㎚의 두께까지 침착되며, TiSi2층은 약 700℃ 미만의 온도에서 형성되고, 보다 바람직하기로는 약 600-700℃에서 형성된다. 또한, 내화성 금속은 Mo, W, Ta, Nb, V 또는 Cr인 것이 바람직하며, 이온 주입 또는 금속 증착에 의해 배치되는 것이 바람직하다. Mo, Ta 및 Nb는 W에 대해서조차 가장 양호한 결과를 나타내었다. 이온 주입은 약 1013내지 1014원자/㎠의 주입량으로 수행되는 것이 바람직하다. 바람직하기로는, 앞서 설명된 선택에 따른 어닐링 단계가 수행된다.In another method for the present invention, a titanium silicide layer is formed over a silicon layer on a semiconductor wafer. According to this method, a refractory metal is disposed near the surface of the silicon layer, and after the titanium layer is deposited on the refractory metal, the wafer is heated to a sufficient temperature to form a titanium silicide layer from at least a portion of the titanium layer. Preferably the titanium silicide layer formed during this heating step substantially represents the C54 phase of TiSi 2 . Preferably, the titanium layer is deposited to a thickness of about 25-57.5 nm and the TiSi 2 layer is formed at a temperature below about 700 ° C., more preferably at about 600-700 ° C. In addition, the refractory metal is preferably Mo, W, Ta, Nb, V or Cr, and is preferably disposed by ion implantation or metal deposition. Mo, Ta and Nb showed the best results even for W. Ion implantation is preferably performed at an implantation amount of about 10 13 to 10 14 atoms / cm 2. Preferably, the annealing step according to the selection described above is carried out.

본 발명에 따른 다른 실시예에서, 실리콘 층 위에 소량의 내화성 금속을 함유하는 티타늄 층을 침착하는 단계와, 웨이퍼를 티타늄 실리사이드를 형성하기에 충분한 온도로 가열하는 단계를 포함하는 방법에 의해 반도체 웨이퍼상의 실리콘 층 위에 금속 실리사이드 층이 형성된다. C49로부터 C54로의 티타늄 실리사이드의 상 전이 온도는 상기 실리콘 층의 표면에 존재하는 상기 내화성 금속에 의해 낮아진다. 바람직하기로는, 티타늄과 내화성 금속은 동일한 침착 처리동안에 침착되며, 소스내 내화성 금속 층의 원자 퍼센트는 약 20 원자 퍼센트 미만이고, 바람직하기로는 1과 15 원자 퍼센트 사이이다.In another embodiment according to the invention, depositing a titanium layer containing a small amount of refractory metal on a silicon layer and heating the wafer to a temperature sufficient to form titanium silicide on the semiconductor wafer. A metal silicide layer is formed over the silicon layer. The phase transition temperature of titanium silicide from C49 to C54 is lowered by the refractory metal present on the surface of the silicon layer. Preferably, titanium and refractory metal are deposited during the same deposition treatment, with the atomic percent of the refractory metal layer in the source being less than about 20 atomic percent, preferably between 1 and 15 atomic percent.

본 발명의 다른 실시예에 따른 바람직한 방법으로, 티타늄 층은 소량의 내화성 금속을 또한 함유하는 티타늄 소스로부터 침착된다. 그리고 나서, 웨이퍼는 실질적으로 티타늄 실리사이드의 C54 상을 형성하기에 충분한 온도로 가열된다. 바람직하기로는, 이 온도는 약 700℃ 미만이며, 내화성 금속의 원자 퍼센트는 약 20 원자 퍼센트 미만이다.In a preferred method according to another embodiment of the invention, the titanium layer is deposited from a titanium source which also contains a small amount of refractory metal. The wafer is then heated to a temperature sufficient to substantially form a C54 phase of titanium silicide. Preferably, this temperature is less than about 700 ° C. and the atomic percentage of the refractory metal is less than about 20 atomic percent.

본 발명의 장점은 상 전이 어닐링 단계가 제거된다는 것이다. 예를 들면, 티타늄 실리사이드에 대하여, 원하는 C54 상이 실질적으로 티타늄 실리사이드 형성 단계 동안에 바로 형성된다. C49로부터 C54로 TiSi2를 전이시키기 위한 어떤 제 2의 상 전이 어닐링도 필요하지 않는다. 또한, 티타늄 실리사이드 막이 보다 낮은 처리 온도에 노출되므로, 집괴화가 본질적으로 제거된다. 본 발명의 다른 장점으로서, 실리사이드 막의 최종적인 C54 상의 미세구조를 제어할 수 있는 능력이 개선되며, C54 상 입자의 소립자 사이즈가 제조되는 디바이스의 임계 칫수보다 작아질 수 있다.An advantage of the present invention is that the phase transition annealing step is eliminated. For example, for titanium silicide, the desired C54 phase is formed directly during the titanium silicide formation step. No second phase transition annealing is needed to transfer TiSi 2 from C49 to C54. In addition, since the titanium silicide film is exposed to lower processing temperatures, agglomeration is essentially eliminated. As another advantage of the present invention, the ability to control the final microstructure of the C54 phase of the silicide film is improved, and the particle size of the C54 phase particles can be smaller than the critical dimension of the device being manufactured.

일실시예에서, 내화성 금속이 실리콘 층의 표면 근방에 배치되며, 이 내화성 금속과 실리콘 표면 위에 티타늄 층이 침착된다. 그리고나서 웨이퍼가 티타늄 실리사이드의 C54 상을 형성하기에 충분한 시간동안 약 600 내지 700℃의 온도로 가열된다.In one embodiment, a refractory metal is disposed near the surface of the silicon layer, and a titanium layer is deposited over the refractory metal and the silicon surface. The wafer is then heated to a temperature of about 600 to 700 ° C. for a time sufficient to form the C54 phase of titanium silicide.

보다 구체적으로, 도 1을 참조하면, 단결정 실리콘 웨이퍼(100) 또는 다결정 실리콘일 수 있는 실리콘 층(10)이 마련된다. 실리콘 층(10)은, 예를 들면, 다결정 N 또는 P형 라인이거나 단결정 N 또는 P형 영역일 수 있다. 내화성 금속은 부분적으로는 금속이 배치되는 방법에 따라 실리콘 층(10)의 상부 표면(12)상에 또는 근방에 배치된다. 내화성 금속은 TiSi2의 C54 상을 형성하기 위한 표면 에너지 장벽을 낮추도록 작용하고, 따라서, 표면의 또는 그 근방의 내화성 금속의 존재는 C54 상의 형성을 촉진하게 되는 것으로 생각된다. 상부 표면(12) 근방에 내화성 금속-실리콘 합금이 형성되는 것으로 생각된다. 이것이 금속-실리콘 복합체인지 금속-실리콘 화합물인지의 여부는 확실히 밝혀지지 않았다. 일반적으로, 배치된 내화성 금속의 얼마간은 상부 표면(12)상에 또는 상부 표면으로부터 수 옹스트롬내에 존재해야 한다. 물론, 내화성 금속 원자의 정확한 배치는 배치 방법에 따라 달라진다. 그러나 이러한 응용을 목적으로 본 명세서에 설명된 각 배치 방법은 내화성 금속 원자를 실리콘 표면의 근방에 배치하는 것으로 간주된다.More specifically, referring to FIG. 1, a silicon layer 10, which may be a single crystal silicon wafer 100 or polycrystalline silicon, is provided. Silicon layer 10 may be, for example, a polycrystalline N or P type line or a single crystal N or P type region. The refractory metal is disposed on or near the top surface 12 of the silicon layer 10 depending in part on how the metal is disposed. The refractory metal acts to lower the surface energy barrier for forming the C54 phase of TiSi 2 , and therefore, the presence of the refractory metal on or near the surface is believed to promote the formation of the C54 phase. It is believed that a refractory metal-silicon alloy is formed in the vicinity of the upper surface 12. It is not clear whether this is a metal-silicon composite or a metal-silicon compound. In general, some of the disposed refractory metal should be present in the top surface 12 or in a few angstroms from the top surface. Of course, the exact placement of the refractory metal atoms depends on the placement method. However, each placement method described herein for the purpose of this application is considered to place refractory metal atoms in the vicinity of the silicon surface.

이제 도 2를 참조하면, 내화성 금속(14)이 실리콘 층(10)의 표면 근방에 있는 것으로 나타나 있다. 우선, 도 2는 단지 예시를 목적으로 할 뿐, 내화성 금속(14)이 반드시 전체 상부 표면(12)을 덮을 필요는 없음을 이해해야 한다. 두 번째, 내화성 금속(14)의 분포는 또한 배치 방법에 따라 변화하게 됨을 주목해야 한다. 예를 들어, 내화성 금속(14)이 이온 주입에 의해 배치되면, 대부분의 금속은 상부 표면(12)의 아래에 위치된다. 다른 한편, 금속이 증착법에 의해 배치되면, 대부분의 금속은 상부 표면(12)의 아래가 아니라 표면상에 배치된다. 이온 주입법 및 증착법 모두의 경우에, C54 상 표면의 에너지 장벽을 낮추는 것은 상부 표면(12) 근방에서의 내화성 금속의 농도라 여겨진다. 내화성 금속(14)이 배치된 후, 티타늄 층(16)이 소위 스퍼터링 또는 증착에 의해 내화성 금속(14) 위로 침착된다. 예를 들어, 25 내지 57.5㎚의 두께가 사용되며, 당분야에 숙련된 자라면 그보다 크거나 작은 두께가 또한 사용될 수도 있음을 알 것이다. 상부 표면(12)은 사용되는 내화성 금속 배치 방법에 따라 그의 위치가 변화하게 되므로 도 2에 명시적으로 도시되지 않았다.Referring now to FIG. 2, it is shown that the refractory metal 14 is near the surface of the silicon layer 10. First, it should be understood that FIG. 2 is for illustrative purposes only, and that the refractory metal 14 does not necessarily cover the entire top surface 12. Second, it should be noted that the distribution of the refractory metal 14 also varies with the placement method. For example, when the refractory metal 14 is disposed by ion implantation, most of the metal is located below the upper surface 12. On the other hand, if the metal is disposed by vapor deposition, most of the metal is disposed on the surface rather than below the upper surface 12. For both ion implantation and deposition, lowering the energy barrier on the C54 phase surface is considered to be the concentration of refractory metal in the vicinity of the upper surface 12. After the refractory metal 14 is disposed, the titanium layer 16 is deposited over the refractory metal 14 by so-called sputtering or vapor deposition. For example, thicknesses of 25 to 57.5 nm are used, and those skilled in the art will appreciate that thicknesses larger or smaller may also be used. The upper surface 12 is not explicitly shown in FIG. 2 because its position will vary depending on the refractory metal placement method used.

스퍼터링 또는 증착법 외에도, 또한 화학적 기상 증착법에 의해 티타늄 층(16)을 내화성 금속(14) 위로 침착할 수도 있다. 또한, 이들 방법중 하나에 의해 침착할 때, 순수한 티타늄 층이 아니라 Ti 및 Si 합금을 함유하는 층을 침착할 수도 있다. 이러한 합금은 화학양론의 TiSi2일 수도 있지만, 반드시 그러해야 하는 것은 아니고, Ti-Si 합금이 그의 실리콘 화합물내에 다량 또는 소량일 수도 있다. Ti-Si 합금을 침착할 때, 본 발명에 따른 방법은 실질적으로 본 명세서에 설명된 것과 유사하다. 당분야에 숙련된 자라면 필요한 어떤 변형이라도 이해할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 티타늄 층의 침착은 대안적으로 티타늄-실리콘 합금 층의 침착을 지칭할 수도 있다.In addition to sputtering or vapor deposition, it is also possible to deposit titanium layer 16 over refractory metal 14 by chemical vapor deposition. In addition, when depositing by one of these methods, it is also possible to deposit a layer containing Ti and Si alloys rather than a pure titanium layer. Such alloys may be stoichiometric TiSi 2 , but are not required to be, and Ti-Si alloys may be large or small in their silicon compounds. When depositing a Ti-Si alloy, the method according to the invention is substantially similar to that described herein. Those skilled in the art will understand any modifications necessary. Also, as used herein, the deposition of a titanium layer may alternatively refer to the deposition of a titanium-silicon alloy layer.

도 3에서, TiSi2막(18)이 실리콘 층(10)을 TiSi2의 C54 상을 형성하기에 충분한 시간동안 약 600℃와 700℃ 사이의 온도로 가열함으로써 실리콘 층(10) 위에 형성되었다. 이 시간은 전반적으로 RTA에 대해 약 20초 내지 통상의 로내에서의 어닐링에 대해 약 20분이다. 본 발명의 방법에 따르면, TiSi2막의 형성 시에는 실질적으로 C49 상을 거쳐서 이루어지는 것이 아니라, 낮아진 표면 에너지 장벽으로 인해 대개 C54 상으로 바로 진행한다.In FIG. 3, a TiSi 2 film 18 was formed over the silicon layer 10 by heating the silicon layer 10 to a temperature between about 600 ° C. and 700 ° C. for a time sufficient to form a C54 phase of TiSi 2 . This time is generally about 20 seconds for RTA to about 20 minutes for annealing in a conventional furnace. According to the method of the present invention, the formation of the TiSi 2 film does not substantially pass through the C49 phase, but rather proceeds directly to the C54 phase due to the lowered surface energy barrier.

선택에 따른 어닐링 단계는 TiSi의 C54 상의 형성을 더욱 촉진하는 데 유리하며, 특히, 낮은 온도, 즉, 약 650℃ 미만으로 실리사이드를 형성할 때 그러함이 밝혀졌다. 이러한 선택에 따른 어닐링은 내화성 금속(14)의 배치 후 및 Ti 층(16)의 침착 전에 수행된다. 일반적으로, 이러한 어닐링은 적어도 약 900℃의 웨이퍼 온도에서, 보다 바람직하기로는 900-1000℃의 웨이퍼 온도에서, RTA를 사용할 경우 적어도 약 5초, 통상의 석영 로를 사용할 경우 약 10-30분의 시간동안 수행된다. 바람직한 어닐링은 N2환경에서 로내에서 약 10분동안 약 900℃의 온도에서 수행하는 것이다. 이러한 선택에 따른 어닐링은 또한, 확실하지는 않지만, 실리콘 층의 표면에서 내화성 금속-실리콘 합금의 형성을 촉진할 수 있는 것으로 생각된다.The optional annealing step is found to be advantageous for further promoting the formation of the C54 phase of TiSi, especially when forming silicides at low temperatures, ie below about 650 ° C. Annealing according to this selection is carried out after the placement of the refractory metal 14 and before the deposition of the Ti layer 16. In general, such annealing can be performed at a wafer temperature of at least about 900 ° C., more preferably at a wafer temperature of 900-1000 ° C., for at least about 5 seconds using RTA, and about 10-30 minutes using a conventional quartz furnace. Run for hours. Preferred annealing is performed at a temperature of about 900 ° C. for about 10 minutes in the furnace in an N 2 environment. Annealing according to this choice is also believed to be able to promote the formation of a refractory metal-silicon alloy at the surface of the silicon layer, although not certain.

일반적으로, 본 발명의 방법에 따른 내화성 금속은 금속 실리사이드를 형성할 수 있는 어떤 금속도 될 수 있다. 이러한 응용을 목적으로, "내화성 금속"은 (이에 한정되는 것은 아니지만) Mo, V, W, Ta, Nb, 또는 Cr을 포함하는 것으로 정의되며, Ta 및 Nb는 가장 현저한 효과를 제공한다. 상기 금속들은 본 명세서에 개시된 배치 방법들중 어느것도 이용가능하지만, Mo, Ta, 및/또는 Nb의 이온 주입 및 증착법이 바람직한 방법이다.In general, the refractory metal according to the method of the present invention may be any metal capable of forming metal silicides. For this purpose, "refractory metals" are defined to include (but not limited to) Mo, V, W, Ta, Nb, or Cr, and Ta and Nb provide the most significant effect. The metals can be any of the placement methods disclosed herein, but ion implantation and deposition of Mo, Ta, and / or Nb is the preferred method.

이제 상기한 실리사이드화 처리를 보다 상세히 설명하면, 내화성 금속을 배치하기 위해 몇가지 방법이 사용될 수 있다. 일반적으로, 이들 배치 방법은 상부 표면(12)상에 또는 상부 표면으로부터 수 옹스트롬내에 내화성 금속 원자를 배치시킨다. 실리콘 계면에 가장 근접한 내화성 금속 원자가 가장 활동적이지만, 다른 더 멀리 있는 원자도 본 명세서에서 사용된 근방이라는 의미로부터 배제되지 않는다. 예를 들어, 표면에서 약 2 옹스트롱(즉, 약 0.2㎚)내에 위치하는 원자가 가장 활동적일 수 있다. 내화성 금속을 배치하는 첫 번째 방법은 약 1012내지 5X1014원자/㎠의 양으로 이온 주입하는 것이며, 심지어 더욱 바람직하기로는 약 1013내지 1014원자/㎠의 양으로 이온 주입하는 것이다. 이들 경우에 대한 바람직한 이온 주입 에너지는 약 15 내지 90KeV이다.Referring now to the silicided treatment described above in more detail, several methods may be used to dispose refractory metals. In general, these placement methods place refractory metal atoms on top surface 12 or in a few angstroms from the top surface. Refractory metal atoms closest to the silicon interface are the most active, but other, further atoms are not excluded from the sense used in the vicinity. For example, atoms located within about 2 Angstroms (ie about 0.2 nm) at the surface may be most active. The first method of placing refractory metals is ion implantation in an amount of about 10 12 to 5X10 14 atoms / cm 2, and even more preferably ion implantation in an amount of about 10 13 to 10 14 atoms / cm 2. Preferred ion implantation energies for these cases are about 15 to 90 KeV.

내화성 금속을 주입하는 한 방법은 상업적으로 이용가능한 이온 주입 시스템의 아크 챔버의 사용을 포함한다. 아크 챔버는 통상 내화성 금속(예를 들면, 몰리브덴, 니오븀, 탄탈륨 또는 텅스텐)으로 제조되거나 다른 경우 내화성 금속으로 안을 대어 제조되므로, 이들 금속을 이온 주입하는 한가지 방법은 주입될 금속의 소스로서 아크 챔버를 사용하여 성취된다. 주입될 금속 종류는 아크 챔버 재료를 적절히 변화시킴으로써, 그리고 소망하는 종류의 공지된 동위원소에 기초하여 금속 종류의 소망하는 원자량 단위(atomic mass unit;AMU)를 선택하도록 자기 분석기를 조정함으로써 선택된다. 예를 들어, 적절한 설정치는 Mo에 대해 98AMU이고, W에 대해 184AMU이다. W는 또한 이온 주입 툴의 이온 소스 필라멘트내의 통상의 필라멘트 재료이므로, 대안적으로 W는 단일 이온화된 W에 대해 분석기 자석을 184AMU로 조정하거나 이중 이온화된 W에 대해 92AMU로 조정함으로써 다르게 주입될 수 있다. 특정의 금속 종류에 대해 선택된 양 및 에너지는 이온 주입 시스템의 용량 및 주입을 수행하는데 걸리는 시간에 의해 제한된다.One method of implanting refractory metals involves the use of an arc chamber of a commercially available ion implantation system. Since arc chambers are usually made of refractory metals (e.g., molybdenum, niobium, tantalum or tungsten) or otherwise lined with refractory metals, one method of ion implanting these metals is to employ the arc chamber as a source of metal to be implanted. Is achieved using. The type of metal to be implanted is selected by appropriately changing the arc chamber material and by adjusting the magnetic analyzer to select the desired atomic mass unit (AMU) of the metal type based on known isotopes of the desired type. For example, a suitable setting is 98 AMU for Mo and 184 AMU for W. Since W is also a conventional filament material in the ion source filament of the ion implantation tool, alternatively, W can be injected differently by adjusting the analyzer magnet to 184 AMU for a single ionized W or 92 AMU for a double ionized W. . The amount and energy selected for a particular metal type are limited by the capacity of the ion implantation system and the time taken to perform the implantation.

특정의 Mo 주입 경우에 대해 설명하면, Mo 아크 챔버가 주입 시스템내에 설치된 후, 1보론 3불소 소스 가스(BF3)가 아크 챔버내로 도입된다. 이온화된 BF3는 적어도 약 45KeV의 주입 에너지에 의해 약 200㎃의 적절한 Mo 이온(98Mo+) 빔 전류를 제공하기 위해 아크 챔버로부터 몰리브덴을 휘발시키도록 작용한다. 아크 챔버는 때때로 다른 통상의 응용에 사용하는 동안 다른 재료로 코팅되므로, Mo 이온 빔 전류를 획득하기 위해서는 청정 챔버 또는 새로운 소스 챔버를 사용하는 것이 바람직하다.Referring to a particular Mo injection case, after the Mo arc chamber is installed in the injection system, 1 boron trifluorine source gas (BF 3 ) is introduced into the arc chamber. The ionized BF 3 acts to volatilize the molybdenum from the arc chamber to provide a suitable Mo ion (98Mo +) beam current of about 200 kW with an implantation energy of at least about 45 KeV. Since arc chambers are sometimes coated with other materials during use in other conventional applications, it is desirable to use clean chambers or new source chambers to obtain Mo ion beam currents.

상기한 조건(즉, 45KeV의 에너지)하에 Mo 원자를 주입할 때, 약 1019원자/㎤의 최대 Mo 농도에 대응하는 Mo 원자의 가장 큰 농도는 실리콘 층 내의 약 30㎚ 깊이에서 발생하는 것으로 판정되었다. 그러나 앞서 설명된 바와 같이, 가장 관심있는 Mo 원자의 농도는 표면에서이다. 상기한 선택에 따른 어닐링 단계를 사용할 때, SIMS 데이터는 표면에서 Mo 원자의 농도가 약 5X1018원자/㎤임을 표시하였다. 실리콘 계면에서 내화성 금속의 표면 농도는 약 1017원자/㎤보다 큰 것이 바람직할 수 있는 것으로 예상된다.When injecting Mo atoms under the above conditions (i.e., energy of 45 KeV), it is determined that the largest concentration of Mo atoms corresponding to a maximum Mo concentration of about 10 19 atoms / cm 3 occurs at a depth of about 30 nm in the silicon layer. It became. However, as explained above, the concentration of Mo atoms of most interest is at the surface. When using the optional annealing step described above, SIMS data indicated that the concentration of Mo atoms at the surface was about 5 × 10 18 atoms / cm 3. It is expected that the surface concentration of the refractory metal at the silicon interface may be preferably greater than about 10 17 atoms / cm 3.

다른 방법으로, 내화성 금속은 소위 금속 펠릿을 증착시킴으로써 실리콘 층의 표면상에 배치된다. 이것은 전자 빔(e-beam) 증착에 의해 또는 저항성 가열(예를 들면, 대전류에 의해 가열되는 도가니내에 펠릿을 위치시킴)에 의해 이루어질 수도 있다. 증착법을 사용할 때, 내화성 금속의 두께가 너무 크지 않게 하는 것이 중요하다. 예를 들어, 실리콘 층상에 배치된 Mo 층의 두께는 약 2.0㎚ 미만인 것이 바람직하다. 이것은 절대적인 최대 두께는 아니지만, Mo 층의 두께가 2.0㎚ 이상으로 증가할 경우 실리사이드 막이 벗겨짐이 관측되었다. 보다 바람직하기로는, 약 0.01 내지 1.5㎚의 Mo 두께가 사용된다. 다른 금속에 대한 바람직한 두께는 다소 다를 수 있다.Alternatively, the refractory metal is disposed on the surface of the silicon layer by depositing so-called metal pellets. This may be done by e-beam deposition or by resistive heating (eg placing the pellets in a crucible that is heated by a large current). When using the vapor deposition method, it is important that the thickness of the refractory metal is not too large. For example, the thickness of the Mo layer disposed on the silicon layer is preferably less than about 2.0 nm. This is not an absolute maximum thickness, but it was observed that the silicide film peeled off when the thickness of the Mo layer increased to 2.0 nm or more. More preferably, a Mo thickness of about 0.01 to 1.5 nm is used. Preferred thicknesses for other metals may vary somewhat.

이와 같이 작은 두께의 내화성 금속을 증착시켜 실리콘 층상에 형성할 때 때때로 증착율을 제어하기가 어렵다. 결과적으로, 한가지 증착법에서 실리콘상에 배치를 위한 준비가 될 때까지, 내화성 금속을 함유하도록 셔터가 증착 금속 소스 챔버 위에 위치된다. 그리고 나서, 챔버가 개방된 후 매우 신속하게 폐쇄(소위 "플래쉬(flash)" 증착이라고 함)되어 실리콘 층 위에 얇은 내화성 금속 층이 제공된다. 증착율을 더욱 잘 제어하는 다른 증착법이 사용될 수 있다.It is sometimes difficult to control the deposition rate when depositing a small thickness of refractory metal to form on a silicon layer. As a result, the shutter is positioned above the deposition metal source chamber to contain the refractory metal until ready for placement on silicon in one deposition method. Then, after the chamber is opened, it closes very quickly (called "flash" deposition) to provide a thin layer of refractory metal over the silicon layer. Other deposition methods can be used to better control the deposition rate.

내화성 금속의 증착에 대한 다른 방법으로서, 대신에 내화성 금속이 실리콘 층상에 앞서 증착법에 대해 설명된 것과 유사한 두께까지 스퍼터링되므로써 배치될 수도 있다. 당분야에 숙련된 자라면 스퍼터링법에 의해 사용된 변경이 이해될 것이다.As another method for the deposition of refractory metals, the refractory metal may instead be placed on a silicon layer by sputtering to a thickness similar to that described previously for the deposition method. Those skilled in the art will understand the modifications used by the sputtering method.

이상의 방법 외에도, 실리콘 층의 표면을 내화성 금속의 이온을 함유하는 용액에 노출시킴으로써 내화성 금속을 실리콘 층상에 배치할 수도 있다. 바람직한 방법으로, 이 용액은 수성이며, HCl 또는 질산과 같은 묽은 산을 포함할 수도 있다.In addition to the above method, the refractory metal may be disposed on the silicon layer by exposing the surface of the silicon layer to a solution containing ions of the refractory metal. In a preferred manner, this solution is aqueous and may comprise dilute acid such as HCl or nitric acid.

앞서의 TiSi2방법에 대해, 웨이퍼는 내화성 금속 배치 단계 후 및 티타늄 층 침착 단계 이전에 선택에 따라 어닐링된다. 바람직하기로는, 이 어닐링 단계는 적어도 약 900℃, 보다 바람직하기로는 약 900℃와 1000℃ 사이의 웨이퍼 온도에서 수행된다.For the TiSi 2 method above, the wafer is optionally annealed after the refractory metal placement step and before the titanium layer deposition step. Preferably, this annealing step is performed at a wafer temperature of at least about 900 ° C, more preferably between about 900 ° C and 1000 ° C.

도 4 내지 9는 본 발명에 따라 형성된 몇개의 TiSi2막에 대한 실험 데이터를 나타낸다. 도 4는 본 발명에 따라 내화성 금속을 사용하여 처리한 경우와 내화성 금속을 사용하지 않고 처리한 경우에 대한 티타늄 실리사이드 층의 판저항 대 스퍼터링된 티타늄 두께의 그래프이다. 표준 막으로서 표시된 데이터는 내화성 금속을 사용하지 않고, 또한 제 2 상 전이 어닐링을 실시하지 않고 형성되었다. W에 대한 데이터 점 및 Mo에 대한 데이터에 대응하는 TiSi2막은 본 발명에 따라 (100) 단결정 실리콘상에 N2분위기에서 30분동안 600℃로 어닐링함으로써 형성되었다. 선택에 따라 5초 동안 1000℃의 RTA 어닐링은 내화성 금속의 주입 후에 수행되었다(W 및 Mo 모두에 대해 실시됨). 선택에 따른 어닐링은, TiSi2막이 약 600℃에서 형성될 때 필요하지만, 약 700℃의 형성 온도에 대해서는 필요하지 않다. 각 막의 판저항은 그래프내에 데이터 점으로 표시된다.4 to 9 show experimental data for several TiSi 2 films formed in accordance with the present invention. 4 is a graph of sheet resistance vs. sputtered titanium thickness of a titanium silicide layer for treatment with refractory metals and without treatment with refractory metals in accordance with the present invention. The data indicated as a standard film was formed without using refractory metals and without performing a second phase transition annealing. TiSi 2 films corresponding to data points for W and data for Mo were formed by annealing at 600 ° C. for 30 minutes in an N 2 atmosphere on (100) single crystal silicon according to the present invention. Optionally, RTA annealing at 1000 ° C. for 5 seconds was performed after injection of the refractory metal (performed for both W and Mo). Optional annealing is required when the TiSi 2 film is formed at about 600 ° C., but is not required for a formation temperature of about 700 ° C. The sheet resistance of each film is represented by data points in the graph.

도 5 내지 7은 본 발명에 따라 증착법에 의해 형성된 내화성 금속을 사용하여 처리한 경우 및 내화성 금속을 사용하지 않고 처리한 경우에 대해 형성되는 티타늄 실리사이드 층의 판저항을 도시하는 인시튜(in-situ) 스캐닝 저항 그래프이다. 이들 측정은 TiSi2막을 형성하는 동안 로내의 4지점에 프로브를 연속적으로 위치시킴으로써 이루어졌다. 도 5 내지 7에서 사용된 내화성 금속은 앞서 설명된 "플래쉬" 증착법에 의해 배치되었다. 도 8은 증착에 의해서가 아니라 주입에 의해 형성된 내화성 금속이 사용된 TiSi2막에 대한 인시튜 스캐닝 저항 그래프이다. 도 5 내지 8에 대한 공통의 조건은 약 300㎚ 폴리실리콘 층 위에 앞서 침착된 약 57.5㎚ 두께의 Ti 층으로부터 실리사이드 막을 형성하는 것을 포함한다. 각각의 실리사이드 막은 분당 약 15℃의 온도를 점차적으로 증가시킴으로써 형성되었다.5 to 7 show in-situ the sheet resistance of the titanium silicide layer formed for the case of treatment with a refractory metal formed by vapor deposition according to the present invention and for treatment without a refractory metal. ) Scanning resistance graph. These measurements were made by continuously positioning the probe at four points in the furnace during the formation of the TiSi 2 film. The refractory metals used in FIGS. 5-7 were disposed by the "flash" deposition method described above. 8 is an in-situ scanning resistance graph for a TiSi 2 film using refractory metal formed by implantation rather than by deposition. Common conditions for FIGS. 5-8 include forming silicide films from about 57.5 nm thick Ti layers previously deposited over about 300 nm polysilicon layers. Each silicide film was formed by gradually increasing the temperature of about 15 ° C. per minute.

이제 도 5를 살펴보면, 곡선(30)은 내화성 금속을 사용하지 않고 형성된 티타늄 실리사이드 막에 대한 판저항 동향을 도시한다. 곡선(30)은 대략 지점(32)에서의 혼합에 기인한 공지된 기대되는 저항 증가를 보이며, 약 500℃에서 최대 저항을 기록한다. 약 500℃이상에서 그의 저항은 화살표(34)로 표시된 바와 같이 떨어진다. 온도가 약 500℃에서 700℃로 이동할 때 형성되는 TiSi2막은 실질적으로 C49 상이다. 약 700℃에서 곡선(30)은 평평해지면서 지점(36)에서 소위 "무릎 부분(knee)"으로 들어가며, 여기서 저항은 온도 증가에 대해 실질적으로 일정하다. 이러한 "무릎 부분"은 더욱 높은 온도에 도달될 때까지 실리사이드 막이 C49로부터 C54로 변환하지 못한 결과이다. 곡선(30)과는 대조적으로, 곡선(40)은 본 발명에 따라 약 0.015㎚의 Mo을 배치한 후 형성된 실리사이드 막에 대한 저항을 도시한다. 동작은 유사하며, 단지 앞서 곡선(30)에 대해 관측된 "무릎 부분"이 곡선(40)에 대해서는 실질적으로 존재하지 않는다(지점 42를 참조). 이러한 무릎 부분이 없다는 것은 TiSi2의 C54 상이 C49 상을 통과하지 않고 실리사이드화동안 실질적인 정도로 바로 형성되었음을 의미한다.Referring now to FIG. 5, curve 30 shows the sheet resistance trend for a titanium silicide film formed without the use of refractory metals. Curve 30 shows a known expected increase in resistance due to mixing at point 32 and records the maximum resistance at about 500 ° C. Above about 500 ° C., its resistance drops as indicated by arrow 34. The TiSi 2 film formed when the temperature moves from about 500 ° C. to 700 ° C. is substantially C49 phase. At about 700 ° C., the curve 30 flattens and enters the so-called “knee” at point 36, where the resistance is substantially constant with increasing temperature. This "knee" is the result of the silicide film not converting from C49 to C54 until higher temperatures are reached. In contrast to curve 30, curve 40 shows the resistance to the silicide film formed after disposing about 0.015 nm of Mo in accordance with the present invention. The operation is similar, only the " knee portion " previously observed for curve 30 substantially does not exist for curve 40 (see point 42). The absence of this knee portion means that the C54 phase of TiSi 2 did not pass through the C49 phase but formed directly to a substantial extent during silicideation.

도 6에서 곡선(50)은 본 발명에 따라 약 0.015㎚의 Ta 층이 플래쉬 증착에 의해 배치된 경우 형성되는 실리사이드 막에 대한 판저항 동향을 도시한다. 도 5의 곡선(40)에 대해서처럼 TiSi2의 C54 상을 형성하는 동안 현저한 무릎 부분은 관측되지 않는다. 도 7에서 곡선(60)은 본 발명에 따라 약 0.015㎚의 W를 사용하여 형성된 TiSi2막에 대한 판저항 대 온도를 도시한다. 곡선(30, 40)이 곡선(60)과 대비하여 도시되어 있다. 역시 곡선(60)에 대해서도 현저한 무릎 부분은 없으며, C54 상은 사실상 약 700℃ 미만의 온도에서 형성되었다.Curve 50 in FIG. 6 shows the sheet resistance trend for the silicide film formed when a Ta layer of about 0.015 nm is disposed by flash deposition in accordance with the present invention. As with the curve 40 of FIG. 5, no significant knee portion is observed during the formation of the C54 phase of TiSi 2 . Curve 60 in FIG. 7 shows the sheet resistance versus temperature for a TiSi 2 film formed using W of about 0.015 nm in accordance with the present invention. Curves 30 and 40 are shown relative to curve 60. Again, there is no significant knee portion for curve 60, and the C54 phase was formed at temperatures substantially below about 700 ° C.

도 8은 본 발명에따라 이온 주입된 내화성 금속을 사용하여 형성된 티타늄 실리사이드 층의 판저항을 도시하는 인시튜 스캐닝 저항 그래프이다. 곡선(70)은 비교를 목적으로 내화성 금속 없이 형성된 대조표준 실리사이드 막에 대한 것이고, 곡선(80)은 Ti를 침착하기 전에 Mo가 이온 주입(1014원자/㎠의 양 및 45KeV의 주입 에너지로)된 경우에 형성된 TiSi2막에 대한 것이다. Mo를 이온 주입한 후, Ti를 침착하기 전에 10분동안 900℃에서 어닐링 단계가 수행되었다. 앞서 설명된 종래의 곡선(30)에 대해서처럼, 곡선(70)은 지점(72)에서 무릎 부분을 나타내지만, 곡선(80)은 나타내지 않는다. 곡선(80)에 무릎 부분이 존재하지 않는 것은 TiSi2의 C54 상이 실질적으로 약 700℃ 미만의 온도에서 형성되었음을 표시한다.8 is an in-situ scanning resistance graph showing the sheet resistance of a titanium silicide layer formed using an ion implanted refractory metal in accordance with the present invention. Curve 70 is for a control silicide film formed without refractory metal for comparison purposes, and curve 80 shows that Mo is ion implanted (with an amount of 10 14 atoms / cm 2 and an injection energy of 45 KeV) before depositing Ti. For the TiSi 2 film formed. After ion implantation of Mo, an annealing step was performed at 900 ° C. for 10 minutes before depositing Ti. As with the conventional curve 30 described above, the curve 70 represents the knee portion at point 72, but not the curve 80. The absence of the knee portion in curve 80 indicates that the C54 phase of TiSi 2 was formed at a temperature substantially below about 700 ° C.

도 9는 본 발명에 따라 Mo 이온 주입된 경우 및 그렇지 않은 경우에 대해 측정된 티타늄 실리사이드 선 저항의 막대그래프이다.FIG. 9 is a bar graph of titanium silicide line resistance measured for Mo and without implants in accordance with the present invention.

이상 도 4 내지 9에 나타내어진 데이터 외에도, 본 발명에 의한 실리사이드화에서 C49 상이 사실상 생략되었다는 또 다른 증거가 있다. 본 발명에 따라 형성된 티타늄 실리사이드 층의 C54 상에 대한 광학 마이크로그래프는 내화성 금속을 사용하지 않을 경우 종래의 경우에서보다 훨씬 더 작은 입자 사이즈를 표시하였다. 이것은 C54 상의 핵형성 에너지 장벽이 본 발명의 방법에 의해 현저히 감소되었다는 사실을 뒷받침한다. 이러한 사실은, 선폭이 종래의 방법을 사용한 경우 형성되는 C54 상의 입자 사이즈보다 작은 VLSI 회로에서 가장 중요하게 된다.In addition to the data shown in Figures 4-9 above, there is further evidence that the C49 phase is virtually omitted in the silicideation according to the present invention. Optical micrographs on the C54 of the titanium silicide layer formed according to the present invention showed much smaller particle sizes than in the conventional case without using refractory metals. This supports the fact that the nucleation energy barrier on C54 was significantly reduced by the method of the present invention. This fact is most important in VLSI circuits where the line width is smaller than the particle size of the C54 phase formed when using conventional methods.

앞서 설명된 본 발명에 따른 방법이 분명 안정적(robust)이지만, 이를 사용하는데 있어 몇가지 주의할 점이 있다. 첫째, 본 발명을 사용할 때 가능한 실리사이드 불안정 문제를 방지하기 위해 연장된 기간동안 700℃ 이상의 가열 사이클은 피해야 한다. 둘째, 내화성 금속 층의 두께가 너무 크면, 실리사이드의 갈라짐이 초래될 수 있다.While the method according to the invention described above is clearly robust, there are some caveats in using it. First, heating cycles above 700 ° C. for extended periods of time should be avoided to avoid possible silicide instability problems when using the present invention. Second, if the thickness of the refractory metal layer is too large, cracking of the silicide may result.

본 발명의 다른 장점은 실리콘 층의 상부 표면에 비결정 실리콘 층을 형성하지 않는다는 것이다. 구체적으로, 내화성 금속을 배치하기 위해 이온 주입법을 사용할 때 선택에 따른 어닐링 단계에 의해 존재할 수도 있는 어떤 비결정 실리콘이 제거된다. 이러한 선택에 따른 어닐링은 비결정 실리콘을 방지하기 위한 다른 배치 방법에서는 필요치 않다. 비결정 실리콘의 존재는 접합 누설 고장과 연관되므로 피하는 것이 바람직하다.Another advantage of the present invention is that it does not form an amorphous silicon layer on the top surface of the silicon layer. Specifically, any amorphous silicon that may be present by an optional annealing step is removed when using ion implantation to place refractory metals. This optional annealing is not necessary in other placement methods to prevent amorphous silicon. The presence of amorphous silicon is associated with junction leakage failures and should be avoided.

본 발명의 다른 실시예에서는, 내화성 금속을 함유하는 티타늄 합금 층을 실리콘 층 위에 침착하는 단계와, 티타늄 합금 층으로부터 C54 상 티타늄 실리사이드를 실질적으로 형성하기에 충분한 온도로 웨이퍼를 가열하는 단계를 포함하는 방법에 의해 반도체 웨이퍼상의 실리콘 층 위에 금속 실리사이드 층을 형성할 수 있으며, 여기서 티타늄 합금의 상 전이 온도는 내화성 금속의 존재에 의해 저하된다. 바람직하기로는 C54 상을 형성하는 온도는 약 700℃ 미만이다.In another embodiment of the present invention, the method includes depositing a titanium alloy layer containing a refractory metal over a silicon layer and heating the wafer to a temperature sufficient to substantially form titanium silicide on C54 from the titanium alloy layer. The method can form a metal silicide layer on a silicon layer on a semiconductor wafer, where the phase transition temperature of the titanium alloy is lowered by the presence of the refractory metal. Preferably the temperature at which the C54 phase is formed is less than about 700 ° C.

도 1 및 도 10을 참조하면, 티타늄 합금 층(30)이 실리콘 기판(10)의 표면위에 침착될 수 있다. 실리콘 기판(10)은 바로 다른 전자 소자 위에 놓여질 수도 있고 또는 바로 이러한 소자의 일부를 이룰 수도 있지만, 이들 반도체 디바이스의 측면은 본 발명에 따른 측면을 보다 명확히 도시하고 설명하기 위해 도시되지 않았다. 본 명세서에서 사용된 "전자 소자(electronic components)"라는 용어는 수동 전자 소자 및 능동 전자 소자를 모두 포함하는 것으로 의도된다. 티타늄 합금 층은 티타늄과 최고 20원자 퍼세트의 내화성 금속, 예를 들면, Ta, Nb, Mo, W, V, Cr 또는 그의 조합을 포함할 수도 있다. Ta 및 Nb가 선호되는 내화성 금속이다. 내화성 금속 외에도, Si이 또한 타타늄 합금 층 내에 포함될 수도 있다. 당분야에 숙련된 자라면 티타늄 합금 층 내로 실리콘이 추가되는 실시예는 자기 정렬 실리사이드 처리 기법의 사용을 금지할 수도 있음을 알 것이다. 내화성 금속 외에도, 티타늄 합금 층은 또한 주기율표에서 B, C, N, O, Al, P, In, Sb 및 As를 포함하는 ⅢA, ⅣA, ⅤA 및 ⅥA 그룹으로부터의 다른 원소를 포함할 수도 있다. ⅦA 원소, 예컨대, F는 피해야 하며, 이러한 원소는 존재하더라도 내화성 금속의 원자 퍼센트보다 충분히 낮은 수준으로 존재해야 한다.1 and 10, a titanium alloy layer 30 may be deposited on the surface of the silicon substrate 10. The silicon substrate 10 may be directly over other electronic devices or may form part of such devices, but aspects of these semiconductor devices have not been shown to more clearly depict and explain aspects in accordance with the present invention. The term "electronic components" as used herein is intended to include both passive and active electronic components. The titanium alloy layer may comprise titanium and a refractory metal of up to 20 atom sets, such as Ta, Nb, Mo, W, V, Cr or a combination thereof. Ta and Nb are preferred refractory metals. In addition to the refractory metals, Si may also be included in the titanium alloy layer. Those skilled in the art will appreciate that embodiments in which silicon is added into a titanium alloy layer may prohibit the use of self-aligned silicide treatment techniques. In addition to the refractory metal, the titanium alloy layer may also comprise other elements from the IIIA, IVA, VA and VIA groups, including B, C, N, O, Al, P, In, Sb and As in the periodic table. ⅦA elements, such as F, should be avoided and such elements, if present, should be present at levels sufficiently below the atomic percentage of the refractory metal.

티타늄 합금 층은 당분야에 공지된 몇가지 기법중 어느 하나에 의해 배치될 수 있다. 티타늄과 내화성 금속은, 결과로서 얻어지는 층 내의 내화성 금속 층의 원자 퍼센트가 20 원자 퍼센트 미만, 바람직하기로는 1 내지 15 원자 퍼센트가 되도록 소량의 내화성 금속을 또한 함유하는 상이한 소스 또는 티타늄 소스로부터 침착될 수 있다. 티타늄 합금은 스퍼터링의 물리적 기상 증착(physical vapor deposition;PVD) 처리에 의해 실리콘 기판 위에 침착될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 기판상에 막이 침착될 때 소망하는 원자 퍼센트의 내화성 금속을 갖도록 적절한 티타늄 합금의 스퍼터링 타겟이 마련된다. 대안적으로, 증착의 PVD 처리가 티타늄 합금을 배치하는데 사용될 수 있으며, 이 경우 티타늄과 내화성 금속이 두 개의 상이한 소스로부터 적절한 비율로 침착되어 소망하는 원자 퍼센트의 내화성 금속이 얻어진다. 상기한 처리들은 물론, 당분야에 공지된 티타늄 또는 금속 실리사이드를 침착하는 다른 처리들중 어느 것이 실리콘 기판 위에 티타늄 합금 층을 배치하는데 이용될 수 있다. 티타늄 합금 층은 10 내지 200㎚ 두께, 바람직하기로는 10 내지 60㎚ 두께로 배치될 수 있다.The titanium alloy layer can be disposed by any of several techniques known in the art. Titanium and refractory metals can be deposited from different sources or titanium sources that also contain small amounts of refractory metal such that the atomic percent of the refractory metal layer in the resulting layer is less than 20 atomic percent, preferably 1 to 15 atomic percent. have. Titanium alloys may be deposited on silicon substrates by physical vapor deposition (PVD) treatment of sputtering. For example, a suitable sputtering target of titanium alloy is provided to have the desired atomic percent refractory metal when the film is deposited on a silicon substrate. Alternatively, PVD treatment of deposition can be used to place the titanium alloy, in which case titanium and refractory metal are deposited in appropriate proportions from two different sources to obtain the desired atomic percent refractory metal. The treatments described above, as well as any of the other processes known in the art for depositing titanium or metal silicides, can be used to dispose a titanium alloy layer over a silicon substrate. The titanium alloy layer may be disposed 10 to 200 nm thick, preferably 10 to 60 nm thick.

도 10 및 11을 참조하면, 그리고 나서 티타늄 합금 층(30)은 실질적으로 C54 상 티타늄 실리사이드 층(32)을 형성하기에 충분한 온도로 가열될 수 있다. 여기서 사용된 "실질적으로 C54 상"이라는 문구는 C54 상이 지배적인 저항 특성을 갖고 적어도 50 중량 퍼센트의 C54 상을 포함하는 티타늄 실리사이드 층을 의미한다. 이후 본 명세서에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 장점은, C54 상이 티타늄 실리사이드 형성 단계동안에 사실상 바로 형성됨에 따라 제 2의 상 "변환 어닐링"의 필요를 회피함으로써 상 전이 어닐링 단계가 제거될 수 있다는 것이다. 더욱이, 티타늄 실리사이드내의 내화성 금속의 존재로 인해 열에 의한 손상 온도, 즉, 집괴화와 같은 바람직하지 않은 전이가 발생할 수도 있는 온도가 실질적으로 증가된다. 열 손상 온도의 증가는 보다 큰 처리 윈도우를 생성하는데 있어서의 잇점을 갖는다.Referring to FIGS. 10 and 11, the titanium alloy layer 30 may then be heated to a temperature sufficient to form a titanium silicide layer 32 on substantially C54. The phrase “substantially C54 phase” as used herein means a titanium silicide layer comprising at least 50 weight percent of the C54 phase in which the C54 phase has dominant resistance properties. As will be described in more detail herein below, an advantage of the present invention is that the phase transition annealing step can be eliminated by avoiding the need for a second phase "conversion annealing" as the C54 phase is formed virtually directly during the titanium silicide formation step. Is there. Moreover, the presence of refractory metals in titanium silicide substantially increases the damage temperature by heat, ie the temperature at which undesirable transitions such as agglomeration may occur. Increasing the thermal damage temperature has the advantage of creating a larger treatment window.

도 12에 도시된 바와 같이, 인시튜 스캐닝 저항 도면은 순수한 티타늄 실리사이드 형성 온도에 비해 내화성 금속을 함유하는 티타늄 실리사이드의 형성 온도가 감소되었음을 도시한다. 이 도면은 또한 내화성 금속이 이용되었을 때 열 안정도가 증가함을 나타낸다. 도 12에서 참조된 티타늄 층은 제각기 He 분위기에서 1050℃(분당 15℃ 증가)의 온도까지 가열되었다.As shown in FIG. 12, the in-situ scanning resistance plot shows that the formation temperature of the titanium silicide containing the refractory metal was reduced compared to the pure titanium silicide formation temperature. This figure also shows an increase in thermal stability when refractory metals are used. The titanium layers referenced in FIG. 12 were each heated to a temperature of 1050 ° C. (15 ° C. increase per minute) in He atmosphere.

도 13은 티타늄 실리사이드를 형성하는데 사용된 티타늄 합금내에 존재하는 내화성 금속의 원자 퍼센트의 함수로서 저항을 도시한다. 티타늄 합금은 He 분위기에서 900℃(분당 15℃ 증가)까지 어닐링되었다. 도면중에 점선으로 둘러싸인 "C49 TiSi2" 및 "C54 TiSi2" 영역은 순수한 TiSi2로부터 형성된 C49 상 및 C54 상 TiSi2에 대한 표준 저항 범위를 표시한다. 이 도면은 1 내지 20 원자 퍼센트의 내화성 금속을 갖는 본 발명의 어닐링된 티타늄 합금이 C49 상 TiSi2보다 훨씬 낮은 저항을 가짐을 도시한다. 그러나 Mo를 갖도록 형성된 티타늄 합금은 약 5 원자 퍼센트 이하의 농도에서 감소된 저항을 나타낸다. 또한, 도 14는 마찬가지로 티타늄 실리사이드를 형성하는데 사용된 티타늄 합금내에 존재하는 내화성 금속의 원자 퍼센트의 함수로서 저항을 도시한다. 그러나 도 14에서는 N2분위기에서 700℃(60초간 35℃/S로 유지됨)로 30 내지 50㎚의 티타늄 합금 층에 대해 어닐링이 수행되었다. 도 13 및 14는 Ta, Nb, Mo, W 및 V를 각기 함유하는 티타늄 합금으로부터 형성된 티타늄 실리사이드가 C49 상 티타늄 실리사이드보다 훨씬 낮은 저항을 나타냄을 도시한다. 도 15는 또한 C54 형성 온도를 티타늄 합금에 추가되는 내화성 금속의 원자 퍼센트의 함수로서 도시한다. 도 14 및 15는 모두 본 발명의 어닐링된 티타늄 합금이 순수한 TiSi2로부터 형성된 C54 상 TiSi2에 필적할만한 저항을 가지며, 훨씬 더 낮은 어닐링 온도에서 저저항을 성취함을 도시한다.FIG. 13 shows the resistance as a function of the atomic percent of refractory metal present in the titanium alloy used to form titanium silicide. The titanium alloy was annealed up to 900 ° C. (15 ° C. increase per minute) in He atmosphere. The “C49 TiSi 2 ” and “C54 TiSi 2 ” regions surrounded by dotted lines in the figure indicate standard resistance ranges for C49 and C54 phase TiSi 2 formed from pure TiSi 2 . This figure shows that the annealed titanium alloy of the present invention having 1 to 20 atomic percent refractory metal has a much lower resistance than TiSi 2 on C49. However, titanium alloys formed with Mo exhibit reduced resistance at concentrations below about 5 atomic percent. 14 also shows the resistance as a function of the atomic percentage of the refractory metal present in the titanium alloy used to form the titanium silicide. However, in FIG. 14, annealing was performed on a titanium alloy layer of 30 to 50 nm at 700 ° C. (maintained at 35 ° C./S for 60 seconds) in an N 2 atmosphere. 13 and 14 show that titanium silicides formed from titanium alloys containing Ta, Nb, Mo, W and V, respectively, exhibit much lower resistance than titanium silicides on C49. 15 also shows the C54 formation temperature as a function of the atomic percentage of refractory metal added to the titanium alloy. 14 and 15 show that the annealed titanium alloy of the present invention has a resistance comparable to that of TiSi 2 on C54 formed from pure TiSi 2 and achieves low resistance at much lower annealing temperatures.

본 발명에 따른 처리는 순수한 티타늄으로부터 형성된 티타늄 실리사이드 층을 이용하는 현재의 반도체 제조 기법내로 쉽게 통합될 수 있다. 예를 들어, 도 16을 참조하면, N-MOSFET 및 P-MOSFET에 대해 소스(52)로서 본 발명에 따른 티타늄 실리사이드 층(50)과, 드레인 접촉부(54) 및 게이트 접촉부(56)를 이용하는 CMOS 트랜지스터가 도시된다. 그러나 본 발명의 티타늄 실리사이드는 다수의 다른 전자 부품의 제조 처리 기법과 함께 사용될 수도 있다.The treatment according to the invention can be easily integrated into current semiconductor fabrication techniques using a titanium silicide layer formed from pure titanium. For example, referring to FIG. 16, a CMOS using a titanium silicide layer 50 according to the present invention, a drain contact 54 and a gate contact 56 as a source 52 for an N-MOSFET and a P-MOSFET. Transistors are shown. However, the titanium silicides of the present invention may also be used with fabrication processing techniques for many other electronic components.

티타늄 및 내화성 금속을 포함하는 티타늄 합금은 폴리실리콘 층(58)을 포함하는 디바이스 위에 침착될 수도 있고, 현재의 자기 정렬 실리사이드 응용에서의 순수한 티타늄처럼 소스(52) 및 드레인(54) 영역의 고 도핑 실리콘 위에 침착될 수도 있다. 침착 후, 티타늄 합금은 티타늄 실리사이드를 형성하도록 "형성 어닐링" 공정에서 먼저 가열될 수 있다. C54 상 티타늄 실리사이드가 다른 실리사이드들보다 훨씬 낮은 온도에서 티타늄 합금으로부터 형성될 수 있으므로, 형성 어닐링 공정에서 사실상 C54 상 티타늄 실리사이드 층을 형성할 수도 있다. 따라서, 다수의 경우에서 C54 상 티타늄 실리사이드가 첫 번째 저온 어닐링에 의해 사실상 형성됨에 따라 티타늄 합금을 사용할 때 변환 어닐링에 대한 필요성이 완전히 제거될 수 있다. 그러나 형성 어닐링 온도 및 디바이스의 기하학적 구조에 따라 몇몇 응용에서는 변환 어닐링이 여전히 필요할 수도 있다.Titanium alloys, including titanium and refractory metals, may be deposited over devices comprising polysilicon layer 58, and may be highly doped in source 52 and drain 54 regions like pure titanium in current self-aligned silicide applications. It may be deposited on silicon. After deposition, the titanium alloy may first be heated in a “form annealing” process to form titanium silicide. Since titanium silicide on C54 can be formed from a titanium alloy at a much lower temperature than other silicides, the formation annealing process may actually form the titanium silicide on C54 phase layer. Thus, in many cases the need for conversion annealing can be completely eliminated when using titanium alloys as the titanium silicide on C54 phase is substantially formed by the first cold annealing. However, depending on the formation annealing temperature and the geometry of the device, some applications may still require conversion annealing.

그리고 나서, C49 상이든, C54 상이든 이들 둘의 혼합이든 티타늄 실리사이드는 티타늄 합금 층중 반응되지 않은 부분을 제거하는 현재의 처리 기법에 따라 선택적으로 에칭될 수 있다. 이러한 처리는, 실리콘 기판 위에 위치되지 않는 티타늄 합금의 영역이 실리사이드를 형성하도록 반응하지 않고 실리사이드에 대해 금속을 선택적으로 에칭하는 에칭에 의해 "자기 정렬"될 수도 있으므로 통상적으로 "살리사이드(salicide)" 또는 자기 정렬된 실리사이드 처리라 칭한다. 에칭 후, C49 상 티타늄 실리사이드 또는 C49 및 C54 상의 혼합 상태를 갖는 티타늄 실리사이드는 제 2의 어닐링, 즉, 실리사이드를 소망하는 실질적인 C54 상 티타늄 실리사이드로 전이시키는 "변환 어닐링"에 처해질 수 있다. 그러나 이와 같이 변환 어닐링이 필요하거나 바람직한 경우에서조차도, 변환 어닐링은 상당히 낮은 온도에서 수행될 수 있으므로, 이용가능한 열 부담을 유지한다. 본 발명의 저저항 티타늄 실리사이드 층의 형성 후, 전자 부품 및 소망하는 상호접속물이 잘 알려진 반도체 제조 기법을 이용하여 완성될 수 있다.The titanium silicide may then be selectively etched according to current processing techniques to remove unreacted portions of the titanium alloy layer, whether C49 phase, C54 phase, or a mixture of the two. This treatment is typically “salicide” because regions of the titanium alloy that are not located on the silicon substrate may be “self aligned” by etching to selectively etch the metal against the silicide without reacting to form silicide. Or self-aligned silicide treatment. After etching, titanium silicide on C49 or titanium silicide with mixed phases on C49 and C54 may be subjected to a second annealing, ie, a “conversion annealing” that transfers the silicide to the desired substantially C54 phase titanium silicide. Even in this case, however, even where conversion annealing is necessary or desirable, conversion annealing can be performed at significantly lower temperatures, thus maintaining the available heat burden. After formation of the low resistance titanium silicide layer of the present invention, the electronic components and desired interconnects can be completed using well known semiconductor fabrication techniques.

순수한 티타늄 실리사이드의 경우 형성 어닐링은 C49 상 티타늄 실리사이드를 형성한다. 이 형성 어닐링은 브릿징으로서 언급되는 통상의 문제인 소자의 원하지 않는 영역에 대한 실리사이드의 형성을 피하기 위해 반드시 저온에서 수행되므로, 순수한 TiSi2로부터 C54 상을 형성할 수 없다. 예를 들어, 선택적 에칭 이전에 순수한 티타늄으로부터 C54 상 티타늄 실리사이드를 형성하는데 필요한 온도에 처해지는 도 16의 디바이스에서, 티타늄 층의 원하지 않는 부분에 산화물 스페이서(62) 위로 실리사이드가 형성될 수 있다. 이러한 스페이서(62) 위의 실리사이드의 형성은 게이트(59)와 소스(52) 또는 드레인(54) 영역을 전기적으로 접속하여 디바이스를 쇼트시킨다. 그러므로 기존의 실리사이드 처리 기법은 제 2의 고온 어닐링, 즉, 변환 어닐링을 이용하여 티타늄의 원하지 않는 부분을 에칭한 후 C49 상 티타늄 실리사이드를 소망하는 저저항 C54 상으로 변환해야 한다. 따라서, 사실상 C54 상인 저저항 티타늄 실리사이드 층은 단일의 형성 어닐링으로 또는 900℃보다 훨씬 낮은 온도에서의 변환 어닐링으로 티타늄 합금을 이용하여 디바이스를 가열함으로써 형성되는 것이 특히 중요하다. 앞서 설명된 바와 같이, 티타늄 합금으로부터 C54 상을 형성하는 것은 개별적인 전자 부품의 사전정의된 도핑 영역(58, 60)을 형성하는 도판트 물질의 이동을 감소시키게 된다는 점에서 유리하다.In the case of pure titanium silicide, the forming annealing forms titanium silicide on C49. This formation annealing is necessarily carried out at low temperatures to avoid the formation of silicides on unwanted areas of the device, which is a common problem referred to as bridging, and therefore cannot form a C54 phase from pure TiSi 2 . For example, in the device of FIG. 16 subject to the temperature needed to form titanium silicide on C54 from pure titanium prior to selective etching, silicide may be formed over oxide spacers 62 in the unwanted portion of the titanium layer. The formation of the silicide on the spacer 62 electrically connects the gate 59 and the region of the source 52 or drain 54 to short the device. Therefore, conventional silicide treatment techniques have to etch unwanted portions of titanium using a second high temperature annealing, i.e., conversion annealing, and then convert the C49 phase titanium silicide to the desired low resistance C54 phase. Therefore, it is particularly important that the low resistance titanium silicide layer, which is substantially C54 phase, is formed by heating the device using a titanium alloy with a single formation annealing or with conversion annealing at temperatures much lower than 900 ° C. As described above, forming the C54 phase from the titanium alloy is advantageous in that it reduces the movement of the dopant material forming the predefined doped regions 58 and 60 of the individual electronic components.

이상 본 발명이 상세히 설명되었지만, 본 발명은 본 명세서에 개시된 특정의 형태에 제한되지 않으며, 첨부된 특허 청구 범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범주내에 마땅히 포함될 수 있는 변경 및 등가물을 포함하는 것으로 의도된다.While the invention has been described in detail above, it is intended that the invention not be limited to the particular form disclosed herein, but include modifications and equivalents as may be within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is intended.

본 발명의 장점은 상 전이 어닐링 단계가 제거된다는 것이다. 예를 들면, 티타늄 실리사이드에 대하여, 원하는 C54 상이 실질적으로 티타늄 실리사이드 형성 단계 동안에 바로 형성된다. C49로부터 C54로 TiSi2를 전이시키기 위한 어떤 제 2의 상 전이 어닐링이 필요하지 않다. 또한, 티타늄 실리사이드 막이 보다 낮은 처리 온도에 노출되므로, 집괴화가 본질적으로 제거된다. 본 발명의 다른 장점으로서, 실리사이드 막의 최종적인 C54 상의 미세구조를 제어할 수 있는 능력이 개선되며, C54 상 입자의 소립자 사이즈가 제조되는 디바이스의 임계 칫수보다 작아질 수 있다.An advantage of the present invention is that the phase transition annealing step is eliminated. For example, for titanium silicide, the desired C54 phase is formed directly during the titanium silicide formation step. No second phase transition annealing is needed to transfer TiSi 2 from C49 to C54. In addition, since the titanium silicide film is exposed to lower processing temperatures, agglomeration is essentially eliminated. As another advantage of the present invention, the ability to control the final microstructure of the C54 phase of the silicide film is improved, and the particle size of the C54 phase particles can be smaller than the critical dimension of the device being manufactured.

Claims (21)

반도체 디바이스의 실리콘 기판 상에 티타늄 실리사이드 층을 형성하는 방법에 있어서,A method of forming a titanium silicide layer on a silicon substrate of a semiconductor device, the method comprising: ① 상기 실리콘 기판 위에 1 내지 20 원자 퍼센트의 내화성 금속을 포함하는 티타늄 합금 층을 배치하는 단계와,① placing a titanium alloy layer comprising 1 to 20 atomic percent refractory metal on the silicon substrate; ② 상기 티타늄 합금을 실질적으로 C54 상 티타늄 실리사이드를 형성하기에 충분한 온도로 가열하는 단계를 포함하는② heating the titanium alloy to a temperature sufficient to form a titanium silicide on substantially C54 phase; 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.Titanium silicide layer formation method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 온도는 약 700℃ 미만인 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.Wherein said temperature is less than about 700 ° C. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 상기 티타늄 합금 층을 C54 상 티타늄 실리사이드로 완전히 전이시키기에 충분한 온도로 가열되는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.And the substrate is heated to a temperature sufficient to completely transition the titanium alloy layer to titanium silicide on C54. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 내화성 금속은 Ta, Nb, W, V 및 Cr로 구성되는 그룹으로부터 하나 이상의 원소를 포함하는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.And wherein said refractory metal comprises at least one element from the group consisting of Ta, Nb, W, V and Cr. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 티타늄 합금은 1 내지 15 원자 퍼센트의 내화성 금속을 포함하는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.Wherein said titanium alloy comprises 1 to 15 atomic percent refractory metal. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 내화성 금속은 Ta 및 Nb로 구성되는 그룹으로부터 선택된 내화성 금속을 포함하는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.Wherein said refractory metal comprises a refractory metal selected from the group consisting of Ta and Nb. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 티타늄 합금은 티타늄, 실리콘 및 내화성 금속을 포함하는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.Wherein said titanium alloy comprises titanium, silicon, and a refractory metal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 티타늄 합금 층은 상기 실리콘 기판 위에 10 내지 60㎚ 두께로 배치되는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.And the titanium alloy layer is disposed on the silicon substrate in a thickness of 10 to 60 nm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리콘 기판은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비결정 실리콘 및 실리콘 게르마늄 합금으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.Wherein said silicon substrate is selected from the group consisting of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, and silicon germanium alloy. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리콘 기판은 N형 도판트를 함유하는 SOI(Silicon on Insulator) 및 P형 도판트를 함유하는 SOI로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.Wherein said silicon substrate is selected from the group consisting of a silicon on insulator (SOI) containing an N-type dopant and a SOI containing a P-type dopant. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 티타늄 합금은 물리적 기상 증착(physical vapor deposition)에 의해 상기 실리콘 기판 위에 침착되는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.And the titanium alloy is deposited on the silicon substrate by physical vapor deposition. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 티타늄 합금은 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition)에 의해 상기 실리콘 기판 위에 침착되는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.And the titanium alloy is deposited on the silicon substrate by chemical vapor deposition. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 티타늄 합금은 1 내지 약 5 원자 퍼센트의 Mo를 포함하는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.Wherein said titanium alloy comprises from 1 to about 5 atomic percent Mo. 반도체 디바이스 내에 티타늄 실리사이드 층을 형성하는 방법에 있어서,A method of forming a titanium silicide layer in a semiconductor device, the method comprising: ① 반도체 디바이스 위에 10 내지 200㎚ 두께의 티타늄 합금 층을 침착하는 단계―상기 티타늄 합금은 1 내지 15 원자 퍼센트의 내화성 금속을 포함하고 상기 반도체 디바이스는 노출된 실리콘 표면을 갖는 다수의 전자 소자를 포함함―와,① depositing a 10-200 nm thick titanium alloy layer over the semiconductor device—the titanium alloy comprises 1 to 15 atomic percent refractory metal and the semiconductor device comprises a plurality of electronic devices having exposed silicon surfaces -Wow, ② 상기 실리콘 표면 위의 상기 티타늄 합금 층 내에 C54 상 티타늄 실리사이드가 실질적으로 형성되기에 충분한 온도로 상기 티타늄 합금 층을 가열하는 단계―상기 온도는 약 700℃ 미만임―와,(B) heating the titanium alloy layer to a temperature sufficient to substantially form a C54 phase titanium silicide in the titanium alloy layer on the silicon surface, wherein the temperature is less than about 700 ° C .; ③ 상기 티타늄 합금 층의 반응되지 않은 부분을 에칭하는 단계③ etching the unreacted portion of the titanium alloy layer 를 포함하는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.Titanium silicide layer forming method comprising a. 반도체 디바이스 내에 티타늄 실리사이드 층을 형성하는 방법에 있어서,A method of forming a titanium silicide layer in a semiconductor device, the method comprising: ① 반도체 디바이스 위에 10 내지 200㎚ 두께의 티타늄 합금 층을 침착하는 단계―상기 티타늄 합금은 1 내지 15 원자 퍼센트의 내화성 금속을 포함하고, 상기 반도체 디바이스는 노출된 실리콘 표면을 갖는 다수의 전자 소자를 포함함―와,① depositing a 10-200 nm thick titanium alloy layer over the semiconductor device—the titanium alloy comprises 1 to 15 atomic percent refractory metal, the semiconductor device comprising a plurality of electronic devices having an exposed silicon surface Hamm ② 상기 실리콘 표면 위의 상기 티타늄 합금 내에 티타늄 실리사이드가 형성되기에 충분할 정도로 상기 티타늄 합금 층을 가열하는 단계와,(B) heating the titanium alloy layer to a degree sufficient for titanium silicide to form in the titanium alloy on the silicon surface; ③ 상기 티타늄 합금의 반응되지 않은 부분을 에칭하는 단계와,(3) etching the unreacted portion of the titanium alloy; ④ 실질적으로 C54 상 티타늄 실리사이드를 형성하기에 충분한 온도로 상기 티타늄 실리사이드를 가열하는 단계―상기 온도는 약 700℃ 미만임―④ heating the titanium silicide to a temperature sufficient to substantially form titanium silicide on C54 phase, wherein the temperature is less than about 700 ° C. 를 포함하는 티타늄 실리사이드 층 형성 방법.Titanium silicide layer forming method comprising a. 티타늄 실리사이드 층을 갖는 반도체 디바이스에 있어서,A semiconductor device having a titanium silicide layer, ① 실리콘 층과,① with silicon layer, ② 상기 실리콘 층 위의 티타늄 실리사이드 층―상기 티타늄 실리사이드 층은 실질적으로 C54 상 티타늄 실리사이드 및 1 내지 20 원자 퍼센트의 제 2 내화성 금속을 포함하고, 상기 티타늄 실리사이드 층의 두께는 10∼200㎚임―A titanium silicide layer on the silicon layer, the titanium silicide layer substantially comprising titanium silicide on C54 and a second refractory metal of 1 to 20 atomic percent, wherein the thickness of the titanium silicide layer is 10-200 nm. 을 포함하는 반도체 디바이스.Semiconductor device comprising a. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 실리콘 층은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비결정 실리콘, 실리콘 게르마늄 합금, N형 도판트를 함유하는 SOI 및 P형 도판트를 함유하는 SOI로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 반도체 디바이스.Wherein said silicon layer is selected from the group consisting of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, silicon germanium alloy, SOI containing an N-type dopant, and SOI containing a P-type dopant. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 제 2 내화성 금속은 Ta, Nb, W, V 또는 Cr중 하나 이상으로 된 그룹으로부터 선택되는 반도체 디바이스.And the second refractory metal is selected from the group consisting of at least one of Ta, Nb, W, V or Cr. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 티타늄 실리사이드 층은 1 내지 15 원자 퍼센트의 제 2 내화성 금속을 포함하는 반도체 디바이스.Wherein said titanium silicide layer comprises 1 to 15 atomic percent of a second refractory metal. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제 2 내화성 금속은 Ta 및 Nb로 된 그룹으로부터 선택되는 반도체 디바이스.And the second refractory metal is selected from the group consisting of Ta and Nb. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 제 2 내화성 금속은 Mo를 포함하며,The second refractory metal includes Mo, 상기 티타늄 실리사이드 층은 1 내지 5 원자 퍼센트의 Mo을 포함하는 반도체 디바이스.Wherein said titanium silicide layer comprises 1 to 5 atomic percent Mo.
KR1019970026632A 1997-06-23 1997-06-23 Low temperature formation of low resistivity titanium silicide KR100270185B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970026632A KR100270185B1 (en) 1997-06-23 1997-06-23 Low temperature formation of low resistivity titanium silicide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970026632A KR100270185B1 (en) 1997-06-23 1997-06-23 Low temperature formation of low resistivity titanium silicide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990002901A KR19990002901A (en) 1999-01-15
KR100270185B1 true KR100270185B1 (en) 2000-10-16

Family

ID=19510794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970026632A KR100270185B1 (en) 1997-06-23 1997-06-23 Low temperature formation of low resistivity titanium silicide

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100270185B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100831974B1 (en) * 2002-07-12 2008-05-26 주식회사 하이닉스반도체 Dual work-function metal gate using tungsten films and method for fabricating the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990002901A (en) 1999-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR0155587B1 (en) Low temperature formation of low resistivity titanium silicide
US6187679B1 (en) Low temperature formation of low resistivity titanium silicide
US5937315A (en) Self-aligned silicide gate technology for advanced submicron MOS devices
KR100266019B1 (en) Method for fabricating semiconductor device
US7517795B2 (en) Stabilization of Ni monosilicide thin films in CMOS devices using implantation of ions before silicidation
US5856698A (en) Second implanted matrix for agglomeration control and thermal stability
JP2945967B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR100533891B1 (en) Method of forming a silicide layer using metallic impurities and pre-amorphization
US6204173B1 (en) Multiple implantation and grain growth method
US6010952A (en) Process for forming metal silicide contacts using amorphization of exposed silicon while minimizing device degradation
US6812121B2 (en) Process for forming a low resistivity titanium silicide layer on a silicon semiconductor substrate
JPH0878361A (en) Manufacture of semiconductor device
US6284635B1 (en) Method for forming titanium polycide gate
KR100270185B1 (en) Low temperature formation of low resistivity titanium silicide
KR20060126972A (en) Semiconductor device with silicided source/drains
Kittl et al. Scaled CMOS technologies with low sheet resistance at 0.06-μm gate lengths
JPH08125182A (en) Fabrication of semiconductor device
JPH1154454A (en) Low temperature formation of low resistivity titanium silicide
KR100370156B1 (en) method for manufacturing of semiconductor device
KR100249013B1 (en) Method of fabricating semiconductor device
TW418464B (en) Low temperature formation of low resistivity titanium silicide
KR100447992B1 (en) Gate electrode formation method of semiconductor device
KR20000041468A (en) Method of forming polycide gate electrode by using silicon film of amorphous phase
KR20010003444A (en) Method of manufacturing semiconductor device
KR20020041879A (en) Method of manufacturing a semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130627

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140627

Year of fee payment: 15

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150625

Year of fee payment: 16

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160630

Year of fee payment: 17

EXPY Expiration of term