KR20010001734A - Semiconductor device comprising poly SiGe gate having a low resistance - Google Patents

Semiconductor device comprising poly SiGe gate having a low resistance Download PDF

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KR20010001734A
KR20010001734A KR1019990021151A KR19990021151A KR20010001734A KR 20010001734 A KR20010001734 A KR 20010001734A KR 1019990021151 A KR1019990021151 A KR 1019990021151A KR 19990021151 A KR19990021151 A KR 19990021151A KR 20010001734 A KR20010001734 A KR 20010001734A
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김형섭
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윤종용
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Abstract

PURPOSE: A semiconductor device having a low resistance polysilicon germanium gate is provided to reduce resistance of an alloy layer consisting of silicon and germanium, by forming a gate stack including germanium, by forming an impurity layer, by selectively forming a silicon layer on the gate stack and substrate, and by forming and annealing a metal layer on the entire surface, so that a metal silicide layer is formed on the gate stack and substrate. CONSTITUTION: A semiconductor device having a low resistance polysilicon germanium gate comprises a substrate(40), a trench(42), an isolation layer(44), a gate stack, a gate spacer(52), a metal silicide layer(66) and an impurity layer. The trench is formed in the substrate. The isolation layer fills the trench. The gate stack consists of a germanium-containing silicon layer and a metal silicide layer sequentially formed on the substrate between the trenches. A gate spacer is formed on a side surface of the gate stack under the metal silicide layer. The metal silicide layer is formed on the substrate between the gate spacer and the trench. The impurity layer is formed on the substrate between the gate stack and the trench.

Description

저 저항 폴리-실리콘 게르마늄(P-SiGe) 게이트를 구비하는 반도체 장치 및 그 제조방법{Semiconductor device comprising poly SiGe gate having a low resistance}Semiconductor device comprising a low resistance poly-silicon germanium (P-Si) gate and a method for manufacturing the same {Semiconductor device comprising poly SiGe gate having a low resistance}

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 자세하게는 저 저항 폴리-실리콘 게르마늄(P-SiGe) 게이트를 구비하는 반도체 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a low resistance poly-silicon germanium (P-SiGe) gate and a method for manufacturing the same.

반도체 장치의 고집적화, 동작 속도 증가 및 소비전력의 감소는 반도체 장치를 제조하는 과정에서 언제나 고려되어야할 조건들이다. 이러한 조건들을 충족시키기 위한 방안으로, 게이트 산화막의 두께를 감소시키거나 게이트 라인의 저항을 감소시키기 위해 비 저항이 낮은 실리사이드 계열의 물질을 이용하는 방안이 제시되고 있다. 그러나 P+게이트를 사용하는 경우, 폴리 실리콘에 도핑되어 있는 보론(B)의 농도가 게이트/실리콘산화막 계면근처에서 낮아지게 되고, 이것은 결국 Cox의 증가로 나타나게 되어 트랜지스터의 특성을 열화시킨다.Higher integration of semiconductor devices, increased operating speeds, and reduced power consumption are conditions that must always be considered in the manufacture of semiconductor devices. In order to satisfy these conditions, a method of using a silicide-based material having a low specific resistance to reduce the thickness of the gate oxide layer or reduce the resistance of the gate line has been proposed. However, when using a P + gate, the concentration of boron (B) doped in polysilicon is lowered near the gate / silicon oxide interface, which eventually results in an increase in Cox, thereby degrading the characteristics of the transistor.

이를 해결하기 위한 방안으로써, 폴리 실리콘과 게르마늄(Ge)의 합금층 및 상기 합금층 상에 폴리 실리콘층을 캡핑 층으로 사용하여 게이트 전극을 형성하는 방법을 제시하고 있으나, 후속 열처리 공정에서 상기 합금층으로부터 상기 캡핑층으로 게르마늄이 확산되어 실리사이드화 공정에서 비저항이 높은 실리사이드층이 형성되는 문제가 있다.As a solution to this problem, an alloy layer of polysilicon and germanium (Ge) and a method of forming a gate electrode using a polysilicon layer as a capping layer on the alloy layer are proposed, but the alloy layer in a subsequent heat treatment process There is a problem in that germanium is diffused from the capping layer to form a silicide layer having a high specific resistance in the silicideation process.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하기 위한 것으로써, 실리콘과 게르마늄으로 이루어진 합금층을 포함하는 게이트의 저항을 낮출 수 있는 반도체 장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the resistance of a gate including an alloy layer made of silicon and germanium, in order to solve the problems of the prior art described above.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기의 반도체 장치의 바람직한 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the above semiconductor device.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 저 저항 폴리 실리콘 게이르마늄(P-SiGe) 게이트를 구비하는 반도체 장치 및 그 제조방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a semiconductor device having a low resistance poly silicon germanium (P-SiGe) gate and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Major Parts of Drawings *

40:기판. 42:트랜치.40: substrate. 42: trench.

44:소자분리막. 46:게이트 절연막.44: device isolation membrane. 46: gate insulating film.

48:폴리 실리콘 게르마늄. 50:제1 실리콘층.48: polysilicon germanium. 50: first silicon layer.

52:게이트 스페이서. 54, 56:소오스 및 드레인 영역.52: gate spacer. 54, 56: source and drain regions.

58:게르마늄이 확산된 폴리 실리콘층.58: Polysilicon layer in which germanium is diffused.

60, 62: 제2 실리콘층.60, 62: second silicon layer.

64:금속층. 66:금속 실리사이드층.64: metal layer. 66: metal silicide layer.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 기판, 상기 기판에 형성된 트랜치, 상기 트랜치를 채운 소자분리막, 상기 트랜치 사이의 기판 상에 순차적으로 형성된 게르마늄을 포함하는 실리콘층 및 선택적으로 형성된 금속의 실리사이드층을 포함하는 게이트 적층물, 상기 금속 실리사이드층 아래의 게이트 적층물 측면에 형성된 게이트 스페이서, 상기 게이트 스페이서와 상기 트랜치 사이의 기판 상에 형성된 금속 실리사이드층 및 상기 게이트 적층물과 상기 트랜치 사이의 기판에 형성된 불순물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 저 저항의 실리콘-게르마늄 게이트를 구비하는 반도체 장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a substrate, a trench formed in the substrate, a device isolation film filling the trench, a silicon layer comprising germanium sequentially formed on the substrate between the trench and a silicide layer of a metal selectively formed. A gate stack comprising: a gate spacer formed on a side of the gate stack under the metal silicide layer; a metal silicide layer formed on a substrate between the gate spacer and the trench; and a gate spacer formed on a substrate between the gate stack and the trench. Provided is a semiconductor device having a low-resistance silicon-germanium gate comprising an impurity layer.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 게이트 적층물은 게이트 절연막, 실리콘 및 게르마늄으로 이루어진 합금층, 상기 합금층 상에 형성되어 있고 상기 합금층으로부터 게르마늄이 확산된 폴리 실리콘층 및 선택적으로 형성된 금속의 실리사이드층으로 이루어진 것을 특징을 한다.According to an embodiment of the present invention, the gate stack is formed of a gate insulating film, an alloy layer made of silicon and germanium, a polysilicon layer formed on the alloy layer and diffused germanium from the alloy layer, and silicide of a metal selectively formed. It is characterized by consisting of layers.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 게이트 스페이서는 상기 게이트 절연막, 상기 게르마늄을 포함하는 실리콘층의 측면에 형성되어 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the gate spacer is formed on a side surface of the silicon layer including the gate insulating layer and the germanium.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 게르마늄을 포함하는 실리콘층은 실리콘 및 게르마늄으로 이루어진 합금층과 상기 합금층 상에 형성되어 있고 상기 합금층으로부터 게르마늄이 확산된 폴리 실리콘층이다.According to an embodiment of the present invention, the silicon layer including germanium is formed of an alloy layer made of silicon and germanium, and a polysilicon layer in which germanium is diffused from the alloy layer.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속 실리사이드층은 티타늄 실리사이드층, 코발트 실리사이드층, 니켈 실리사이드층 및 백금 실리사이드층으로 이루어진 군중 적어도 선택된 어느 하나이다.According to an embodiment of the present invention, the metal silicide layer is at least one selected from the group consisting of a titanium silicide layer, a cobalt silicide layer, a nickel silicide layer, and a platinum silicide layer.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 저 저항 폴리 실리콘-게르마늄 게이트를 구비하는 반도체 장치의 제조방법은 (a) 기판에 트랜치를 형성하는 단계;(b) 상기 트랜치를 채우는 소자분리막을 형성하는 단계; (c) 상기 트랜치 사이의 기판 상에 폴리 실리콘 및 게르마늄으로 이루어진 합금층을 포함하는 게이트 적층물을 형성하는 단계; (d) 상기 게이트 적층물과 상기 트랜치 사이의 기판에 얕은 불순물층을 형성하는 단계; (e) 상기 게이트 적층물의 측면에 게이트 스페이서를 형성하는 단계; (f) 상기 게이트 스페이서와 상기 트랜치 사이의 기판에 상기 (d)단계에서 형성한 불순물층 보다 깊은 불순물층을 형성하는 단계; (g) 상기 게이트 적층물 및 상기 게이트 스페이서와 상기 트랜치 사이의 기판 상에 실리콘층을 선택적으로 형성하는 단계; (h) 상기 선택적으로 형성된 실리콘층 상에 금속층을 형성하는 단계; 및 (i) 상기 결과물을 어닐링하여 상기 게이트 적층물 및 상기 게이트 스페이서와 상기 트랜치 사이의 기판 상에 금속 실리사이드층을 형성하는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device having a low resistance polysilicon germanium gate according to the present invention may include: (a) forming a trench in a substrate; (b) forming a device isolation layer filling the trench; Forming; (c) forming a gate stack comprising an alloy layer of polysilicon and germanium on the substrate between the trenches; (d) forming a shallow impurity layer in the substrate between the gate stack and the trench; (e) forming a gate spacer on the side of the gate stack; (f) forming an impurity layer deeper than the impurity layer formed in step (d) on the substrate between the gate spacer and the trench; (g) selectively forming a silicon layer on the gate stack and a substrate between the gate spacer and the trench; (h) forming a metal layer on the selectively formed silicon layer; And (i) annealing the resultant to form a metal silicide layer on the gate stack and the substrate between the gate spacer and the trench.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 게이트 적층물은 게이트 절연막, 폴리 실리콘과 게르마늄의 합금층 및 실리콘층을 순차적으로 형성한 다음 역순으로 패터닝하여 형성한다.According to an embodiment of the present invention, the gate stack is formed by sequentially forming a gate insulating film, an alloy layer of polysilicon and germanium, and a silicon layer, and then patterning in a reverse order.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 금속층은 티타늄, 코발트, 니켈 및 백금으로 이루어진 군중 적어도 선택된 어느 하나를 사용하여 형성한다.According to an embodiment of the present invention, the metal layer is formed using at least one selected from the group consisting of titanium, cobalt, nickel and platinum.

이와 같이, 폴리 실리콘-게르마늄의 합금층을 포함하는 게이트 상부에 선택적으로 실리콘층을 형성하는 공정을 추가할 경우, 상기 실리콘층에는 게르마늄이 적어 실리사이드화 반응시 비저항의 증가 없이 금속 실리사이드층을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 폴리 실리콘-게르마늄의 합금층을 포함하는 상기 게이트의 저항을 낮출 수 있다.As such, in the case of adding a process of selectively forming a silicon layer on the gate including the alloy layer of polysilicon-germanium, the germanium is less in the silicon layer to form the metal silicide layer without increasing the specific resistance during the silicideation reaction. Can be. Therefore, it is possible to lower the resistance of the gate including the alloy layer of polysilicon-germanium.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 저 저항 폴리-실리콘 게이르마늄(P-SiGe) 게이트를 구비하는 반도체 장치 및 그 제조방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a semiconductor device having a low resistance poly-silicon germanium (P-SiGe) gate and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 도면에서 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이다. 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.However, embodiments of the present invention can be modified in many different forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers or regions are exaggerated for clarity. In the drawings like reference numerals refer to like elements.

첨부된 도면, 도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 저 저항 폴리 실리콘 게이르마늄(P-SiGe) 게이트를 구비하는 반도체 장치 및 그 제조방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a semiconductor device having a low resistance polysilicon germanium (P-SiGe) gate and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention.

먼저, 본 발명의 실시예에 의한 저 저항 폴리 실리콘 게이르마늄(P-SiGe) 게이트를 구비하는 반도체 장치에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.First, a semiconductor device including a low resistance polysilicon germanium (P-SiGe) gate according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5.

구체적으로, 기판(40)에 트랜치(42)가 형성되어 있고, 상기 트랜치(42)는 소자분리막(44)으로 채워져 있다. 상기 소자분리막(44) 사이의 기판(40) 상에 게이트 적층물(S)이 형성되어 있다. 상기 게이트 적층물(S)은 순차적으로 형성된 게이트 절연막(46), 폴리 실리콘과 게르마늄의 합금층(48), 게르마늄이 확산된 폴리 실리콘층(58) 및 금속 실리사이드층(66)이다. 상기 폴리 실리콘과 게르마늄의 합금층(48)의 두께는 500Å∼2,500Å정도이다. 그리고 상기 게르마늄이 확산된 폴리 실리콘층(58)의 두께는 500Å∼2,000Å정도이다. 상기 금속 실리사이드층(66)은 티타늄 실리사이드층, 코발트 실리사이드층, 니켈 실리사이드층 및 백금 실리사이드층으로 이루어진 군중 선택된 어느 하나이다. 상기 게이트 적층물(S)의 측면에 게이트 스페이서(52)가 형성되어 있다. 구체적으로는 게이트 절연막(46), 폴리 실리콘과 게르마늄의 합금층(48) 및 게르마늄이 확산된 폴리 실리콘층(58)으로 이루어진 적층물의 측면에 형성되어 있다. 상기 금속 실리사이드층(66)은 상기 게이트 스페이서(52)와 상기 트랜치(42) 사이의 기판(40) 상에도 형성되어 있다. 그리고 그 아래의 기판에 상기 게이트 스페이서(52) 아래에 까지 확장되어 있는 LDD(Lightly Doped Drain)구조의 불순물영역(54, 56)이 형성되어 있다. 상기 LDD구조의 불순물 영역중 하나(54)는 소오스 영역이고 다른 하나는 드레인 영역이다.In detail, a trench 42 is formed in the substrate 40, and the trench 42 is filled with an isolation layer 44. A gate stack S is formed on the substrate 40 between the device isolation layers 44. The gate stack S may include a gate insulating layer 46, an alloy layer 48 of polysilicon and germanium, a polysilicon layer 58 in which germanium is diffused, and a metal silicide layer 66. The thickness of the alloy layer 48 of polysilicon and germanium is about 500 kPa to 2,500 kPa. The thickness of the polysilicon layer 58 in which the germanium is diffused is about 500 kPa to about 2,000 kPa. The metal silicide layer 66 is one selected from the group consisting of a titanium silicide layer, a cobalt silicide layer, a nickel silicide layer, and a platinum silicide layer. The gate spacer 52 is formed on the side of the gate stack S. Specifically, the gate insulating film 46 is formed on the side surface of the laminate made of the polysilicon and germanium alloy layer 48 and the germanium-diffused polysilicon layer 58. The metal silicide layer 66 is also formed on the substrate 40 between the gate spacer 52 and the trench 42. Impurity regions 54 and 56 of an LDD (Lightly Doped Drain) structure are formed on the substrate below the gate spacer 52. One of the impurity regions 54 of the LDD structure is a source region and the other is a drain region.

다음에는 상기와 같은 저 저항 폴리 실리콘 게르마늄 게이트를 구비하는 반도체 장치의 제조방법을 설명한다.Next, a method of manufacturing a semiconductor device having the low resistance polysilicon germanium gate as described above will be described.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(40)을 필드영역과 활성영역으로 설정한다. 이어서, 상기 필드영역에 소정의 깊이로 트랜치(42)를 형성한다. 상기 기판(40) 상에 상기 트랜치(42)를 채우는 절연물질막을 형성한다. 상기 절연물질막의 전면을 상기 기판(40)의 표면이 노출될 때 까지 평탄화한다. 이 결과, 상기 트랜치(42)를 제외한 기판 상에서 상기 절연물질막이 제거되고 상기 트랜치(42)에 소자분리막(44)이 형성된다. 상기 소자분리막(44)이 형성된 기판(40) 상에 게이트 절연막(46), 폴리 실리콘과 게르마늄의 합금층(48) 및 제1 실리콘층(50)을 순차적으로 형성한다. 상기 제1 실리콘층(50)은 폴리 실리콘층이다. 상기 폴리 실리콘과 게르마늄의 합금층(48)은 500Å∼2,500Å정도의 두께로 형성한다. 그리고 상기 제1 실리콘층(50)은 500Å∼2,000Å정도의 두께로 형성한다. 상기 제1 실리콘층(50) 상에 감광막, 예컨대 포토레지스트막을 도포한 다음, 사진공정을 적용하여 게이트 영역을 한정하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 제1 실리콘층(50), 상기 폴리 실리콘과 게르마늄의 합금층(48) 및 상기 게이트 절연막(46)을 순차적으로 이방성식각한다. 그리고 상기 감광막 패턴을 제거한다. 이 결과, 상기 트랜치(42) 사이의 기판(40)의 일부 영역 상에 상기 게이트 절연막(46), 폴리 실리콘과 게르마늄의 합금층(48) 및 상기 제1 실리콘층(50)으로 구성되는 게이트 적층물이 형성된다. 이후, 상기 기판(40) 상에 후속 이온 주입공정에서 상기 기판(40)의 표면이 손상되는 것을 방지하기 위한 버퍼 산화막(buffer oxide, 미도시)를 형성한다. 이어서, 상기 게이트 적층물(S)이 형성된 기판(40)에 도전성 불순물을 이온주입하여 상기 게이트 적층물(S)과 상기 트랜치(42) 사이의 기판에 얕은 불순물층(51, 51a)을 형성한다.Referring to FIG. 1, the semiconductor substrate 40 is set as a field region and an active region. A trench 42 is then formed in the field region at a predetermined depth. An insulating material layer is formed on the substrate 40 to fill the trench 42. The entire surface of the insulating material film is planarized until the surface of the substrate 40 is exposed. As a result, the insulating material layer is removed on the substrate except for the trench 42, and the device isolation layer 44 is formed in the trench 42. A gate insulating layer 46, an alloy layer 48 of polysilicon and germanium, and a first silicon layer 50 are sequentially formed on the substrate 40 on which the device isolation layer 44 is formed. The first silicon layer 50 is a polysilicon layer. The alloy layer 48 of polysilicon and germanium is formed to a thickness of about 500 kPa to about 2,500 kPa. The first silicon layer 50 is formed to a thickness of about 500 kPa to about 2,000 kPa. After applying a photoresist film, for example, a photoresist film, on the first silicon layer 50, a photoresist is applied to form a photoresist pattern (not shown) defining a gate region. The first silicon layer 50, the alloy layer 48 of polysilicon and germanium, and the gate insulating layer 46 are sequentially anisotropically etched using the photoresist pattern as an etching mask. And the photosensitive film pattern is removed. As a result, a gate stack composed of the gate insulating film 46, an alloy layer 48 of polysilicon and germanium and the first silicon layer 50 is formed on a portion of the substrate 40 between the trenches 42. Water is formed. Thereafter, a buffer oxide layer (not shown) is formed on the substrate 40 to prevent the surface of the substrate 40 from being damaged in a subsequent ion implantation process. Subsequently, conductive impurities are implanted into the substrate 40 on which the gate stack S is formed to form shallow impurity layers 51 and 51a on the substrate between the gate stack S and the trench 42. .

도 2를 참조하면, 상기 얕은 불순물층(51, 51a)이 형성된 결과물 전면에 게이트 스페이서 형성을 위한 절연막(미도시)을 형성한다. 상기 절연막의 전면을 상기 기판(40)의 표면이 노출될 때 까지 이방성식각한다. 이 결과, 상기 이방성 식각의 특성으로 인해, 상기 게이트 절연막(46), 폴리 실리콘과 게르마늄의 합금층(48) 및 상기 제1 실리콘층(50)으로 구성되는 상기 게이트 적층물의 측면에 게이트 스페이서(52)가 형성된다. 이어서, 상기 게이트 스페이서(52)가 형성되어 있는 상기 기판(40)의 전면에 도전성 불순물을 이온주입한 다음, 상기 도전성 불순물을 활성화 시키기 위해 그 결과물을 어닐링한다. 이때, 상기 얕은 불순물층(51, 51a)을 형성할 때보다 이온주입 에너지를 크게한다. 이 결과, 상기 게이트 스페이서(52)와 상기 트랜치(42) 사이의 기판(40)에 상기 얕은 불순물층(51, 51a)보다 깊은 불순물층이 형성된다. 그런데, 상기 게이트 스페이서(52) 형성 후 실시하는 이온주입과정에서 상기 게이트 스페이서(52)가 마스크로 작용하여 상기 게이트 스페이서(52) 아래의 기판(40)에는 얕은 불순물층이 된다. 따라서, 상기 게이트 적층물(S)과 상기 트랜치(42) 사이의 기판에는 LDD구조의 불순물층(54, 56)이 형성된다. 상기 LDD구조의 불순물층(54, 56)중 하나(예컨대 54)는 소오스 영역으로, 다른 하나(56)는 드레인 영역으로 사용된다.Referring to FIG. 2, an insulating film (not shown) for forming a gate spacer is formed on the entire surface of the resultant product on which the shallow impurity layers 51 and 51a are formed. The entire surface of the insulating film is anisotropically etched until the surface of the substrate 40 is exposed. As a result, due to the characteristics of the anisotropic etching, the gate spacer 52 is formed on the side surface of the gate stack including the gate insulating layer 46, an alloy layer 48 of polysilicon and germanium, and the first silicon layer 50. ) Is formed. Subsequently, ion implantation is performed on the entire surface of the substrate 40 on which the gate spacer 52 is formed, and then the resultant is annealed to activate the conductive impurity. At this time, the ion implantation energy is larger than when the shallow impurity layers 51 and 51a are formed. As a result, an impurity layer deeper than the shallow impurity layers 51 and 51a is formed in the substrate 40 between the gate spacer 52 and the trench 42. However, the gate spacer 52 serves as a mask in the ion implantation process after the gate spacer 52 is formed to form a shallow impurity layer on the substrate 40 under the gate spacer 52. Therefore, impurity layers 54 and 56 of the LDD structure are formed on the substrate between the gate stack S and the trench 42. One of the impurity layers 54 and 56 of the LDD structure (for example, 54) is used as a source region and the other 56 is used as a drain region.

한편, 도 1 및 도 2를 비교하면 알 수 있듯이, 상기 LDD구조의 불순물층(54, 56)을 형성할 때까지의 히트 버젯(heat budget)에 의해 상기 제1 실리콘층(50)의 성질이 달라진다.On the other hand, as can be seen by comparing Figures 1 and 2, the heat budget until the formation of the impurity layers 54 and 56 of the LDD structure, the property of the first silicon layer 50 is Different.

즉, 상기 히트 버젯에 의해, 상기 제1 실리콘층(50) 아래에 형성된 상기 폴리 실리콘과 게르마늄의 합금층(48)으로부터 상기 제1 실리콘층(50)으로 게르마늄(Ge)이 확산된다. 이 결과, 상기 제1 실리콘층(50)은 게르마늄이 확산된 폴리 실리콘층(58)으로 된다. 따라서, 상기 폴리 실리콘과 게르마늄의 합금층(48)과 상기 게르마늄이 확산된 폴리 실리콘층(58)은 다 같이 게르마늄을 포함하는 유사한 물질층으로 된다.That is, germanium (Ge) is diffused from the alloy layer 48 of polysilicon and germanium formed under the first silicon layer 50 to the first silicon layer 50 by the heat budget. As a result, the first silicon layer 50 becomes a polysilicon layer 58 in which germanium is diffused. Thus, the alloy layer 48 of polysilicon and germanium and the polysilicon layer 58 in which the germanium is diffused together become a similar material layer including germanium.

도 3을 참조하면, 상기 LDD구조의 불순물층(54, 56)의 표면과 상기 게르마늄이 확산된 폴리 실리콘층(58)의 표면에만 선택적으로 제2 실리콘층(60, 62)을 형성한다. 상기 제2 실리콘층(60, 62)은 선택적 에피텍셜 성장법으로 형성한다. 이때, 상기 LDD구조의 불순물층(54, 56)의 표면에는 에피텍셜 실리콘층이 형성되고, 상기 게르마늄이 확산된 폴리 실리콘층(58)의 표면에는 일반적인 폴리 실리콘 또는 비정질의 폴리 실리콘층이 형성된다. 상기 제2 실리콘층(60, 62)은 후속 실리사이드 공정에 소요되는 실리콘을 충당하기 위해 형성하는 층이다. 따라서, 상기 제2 실리콘층(60, 62)의 두께는 후속 실리사이드 형성공정에 소요될 것으로 예상되는 실리콘층의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3, second silicon layers 60 and 62 are selectively formed only on the surfaces of the impurity layers 54 and 56 of the LDD structure and the surface of the polysilicon layer 58 in which the germanium is diffused. The second silicon layers 60 and 62 are formed by a selective epitaxial growth method. In this case, an epitaxial silicon layer is formed on the surfaces of the impurity layers 54 and 56 of the LDD structure, and a general polysilicon or amorphous polysilicon layer is formed on the surface of the polysilicon layer 58 in which the germanium is diffused. . The second silicon layers 60 and 62 are layers formed to cover silicon for subsequent silicide processes. Therefore, the thickness of the second silicon layers 60 and 62 is preferably formed to be the thickness of the silicon layer expected to be required for the subsequent silicide formation process.

도 4를 참조하면, 상기 제2 실리콘층(60, 62)이 형성된 기판의 전면에 금속층(64)을 형성한다. 상기 금속층(64)은 티타늄(Ti), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군중 선택된 어느 하나로 형성한다. 이어서, 상기 금속층(64)과 상기 제2 실리콘층(60, 62) 사이에 실리사이드화 반응을 유도하기 위해 상기 금속층(64)이 형성된 결과물을 어닐링한다. 이 결과, 상기 제2 실리콘층(60, 62)과 상기 금속층(64) 사이에 금속 실리사이드층(66)이 형성된다. 상기 금속 실리사이드층(66)은 티타늄 실리사이드층, 코발트 실리사이드층, 니켈 실리사이드층 및 백금 실리사이드층으로 이루어진 군중 선택된 어느 하나로 형성한다. 상기 실리사이드화 반응은 상기 제2 실리콘층(60, 62)과 상기 금속층(64) 사이에서 일어나는 것이므로, 상기 실리사이드화 반응이 종료된 후에도 상기 금속층(64)중 상기 제2 실리콘층(60, 62)과 접촉되지 않은 부분은 그대로 남게 된다. 따라서, 상기 금속 실리사이드층(66)을 형성한 후, 실리사이드화 반응으로 소모되지 않은 금속층을 제거한다. 이 결과, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 스페이서(52)와 상기 트랜치(42) 사이의 기판(40) 상에 비정항이 낮은 상기 금속 실리사이드층(66)이 형성되고, 상기 게르마늄이 확산된 폴리 실리콘층(58) 상에도 상기 금속 실리사이드층(66)이 형성되어, 상기 게이트 적층물에 저 저항의 금속 실리사이드층(66)이 추가된 제2의 게이트 적층물(S)이 상기 기판(40) 상에 형성된다.Referring to FIG. 4, the metal layer 64 is formed on the entire surface of the substrate on which the second silicon layers 60 and 62 are formed. The metal layer 64 is formed of any one selected from the group consisting of titanium (Ti), cobalt (Co), nickel (Ni), and platinum (Pt). Subsequently, the resultant metal layer 64 is annealed to induce a silicidation reaction between the metal layer 64 and the second silicon layers 60 and 62. As a result, a metal silicide layer 66 is formed between the second silicon layers 60 and 62 and the metal layer 64. The metal silicide layer 66 is formed of one selected from a group consisting of a titanium silicide layer, a cobalt silicide layer, a nickel silicide layer, and a platinum silicide layer. Since the silicided reaction occurs between the second silicon layers 60 and 62 and the metal layer 64, the second silicon layers 60 and 62 of the metal layer 64 even after the silicided reaction is completed. The part which is not in contact with remains. Therefore, after the metal silicide layer 66 is formed, the metal layer that is not consumed by the silicideation reaction is removed. As a result, as shown in FIG. 5, the metal silicide layer 66 having low amorphousness is formed on the substrate 40 between the gate spacer 52 and the trench 42, and the germanium is diffused. The metal silicide layer 66 is also formed on the polysilicon layer 58, and the second gate stack S in which the low-resistance metal silicide layer 66 is added to the gate stack is the substrate 40. ) Is formed on.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 캡핑(capping)층으로 사용되는 상기 제1 실리콘층(도 1의 50)을 형성하지 않은 상태에서 상기 기판(40)에 불순층, 예를 들면 상기 LDD구조의 불순물층(54, 56)을 형성할 수도 있다. 이때, 상기 금속층(64)으로는 상기 언급한 것외의 다른 물질이 사용될 수 있다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, an impurity layer, for example, the LDD, is formed on the substrate 40 without the first silicon layer (50 in FIG. 1) used as a capping layer. Impurity layers 54 and 56 of the structure may be formed. In this case, other materials than those mentioned above may be used as the metal layer 64.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 제2 실리콘층(60, 62)을 형성하는 대신 상기 폴리 실리콘 및 게르마늄으로 이루어진 합금층(48)과 상기 제2 실리콘층(60, 62) 사이에 확산 장벽층을 형성하는 방법이나 상기 금속 실리사이드층(66)외의 다른 저 저항 물질층으로 변형하여 본 발명을 실시할 수 있는 것이 명백하다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. For example, those of ordinary skill in the art, instead of forming the second silicon layers 60 and 62, an alloy layer 48 and the second silicon layer 60 made of the polysilicon and germanium It is apparent that the present invention can be practiced by forming a diffusion barrier layer between the layers 62 and 62, or by transforming it into a layer of low resistance material other than the metal silicide layer 66. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 장치는 폴리 실리콘 및 게르마늄으로 이루어진 합금층을 포함하는 게이트 적층물을 구비하되, 그 상부에 저 저항의 금속 실리사이드층이 구비되어 있는 것을 특징으로 게이트 적층물을 구비하고 있다. 또한, 이와 같은 반도체 장치를 제조하기 위해, 게르마늄을 포함하는 게이트 적층물을 형성한 다음, 불순물층 형성등과 같은 고온 공정을 먼저 실시하고, 상기 게이트 적층물 및 상기 기판 상에 선택적으로 실리콘층을 형성한 다음, 그 결과물 전면에 금속층을 형성하여 어닐링함으로써 상기 게이트 적층물 및 상기 기판 상에 금속 실리사이드층을 형성한다. 따라서, 본 발명을 이용하면 실리콘 및 게르마늄으로 이루어진 합금층을 포함하는 게이트 전극의 저항을 낮출 수 있다.As described above, the semiconductor device according to the present invention includes a gate stack including an alloy layer made of polysilicon and germanium, wherein a low-resistance metal silicide layer is provided on the gate stack. Equipped. In addition, in order to manufacture such a semiconductor device, a gate stack including germanium is formed, and then a high temperature process such as an impurity layer is formed first, and then a silicon layer is selectively formed on the gate stack and the substrate. After forming, a metal layer is formed on the entire surface of the resultant and then annealed to form a metal silicide layer on the gate stack and the substrate. Therefore, by using the present invention, it is possible to lower the resistance of the gate electrode including the alloy layer made of silicon and germanium.

Claims (6)

기판;Board; 상기 기판에 형성된 트랜치;A trench formed in the substrate; 상기 트랜치를 채운 소자분리막;An isolation layer filling the trench; 상기 트랜치 사이의 기판 상에 순차적으로 형성된 게르마늄을 포함하는 실리콘층 및 선택적으로 형성된 금속의 실리사이드층을 포함하는 게이트 적층물;A gate stack comprising a silicon layer comprising germanium sequentially formed on a substrate between the trenches and a silicide layer of metal optionally formed; 상기 금속 실리사이드층 아래의 게이트 적층물 측면에 형성된 게이트 스페이서;A gate spacer formed on a side of the gate stack under the metal silicide layer; 상기 게이트 스페이서와 상기 트랜치 사이의 기판 상에 형성된 금속 실리사이드층; 및A metal silicide layer formed on a substrate between the gate spacer and the trench; And 상기 게이트 적층물과 상기 트랜치 사이의 기판에 형성된 불순물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 저 저항의 실리콘-게르마늄 게이트를 구비하는 반도체 장치.And a silicon germanium gate having a low resistance, the impurity layer formed on a substrate between the gate stack and the trench. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 적층물은 게이트 절연막, 실리콘 및 게르마늄으로 이루어진 합금층, 상기 합금층 상에 형성되어 있고 상기 합금층으로부터 게르마늄이 확산된 폴리 실리콘층 및 상기 선택적으로 형성된 금속의 실리사이드층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 저 저항의 실리콘-게르마늄 게이트를 구비하는 반도체 장치.2. The gate stack of claim 1, wherein the gate stack is a gate insulating film, an alloy layer made of silicon and germanium, a polysilicon layer formed on the alloy layer and in which germanium is diffused from the alloy layer, and a silicide layer of the selectively formed metal. A semiconductor device having a low resistance silicon-germanium gate, characterized in that consisting of. 제 2 항에 있어서, 상기 금속 실리사이드층은 티타늄 실리사이드층, 니켈 실리사이드층, 코발트 실리사이드층 및 백금 실리사이드층으로 이루어진 군중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 저 저항의 실리콘-게르마늄 게이트를 구비하는 반도체 장치.3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the metal silicide layer is any one selected from the group consisting of a titanium silicide layer, a nickel silicide layer, a cobalt silicide layer, and a platinum silicide layer. (a) 기판에 트랜치를 형성하는 단계;(a) forming a trench in the substrate; (b) 상기 트랜치를 채우는 소자분리막을 형성하는 단계;(b) forming an isolation layer filling the trench; (c) 상기 트랜치 사이의 기판 상에 폴리 실리콘 및 게르마늄으로 이루어진 합금층을 포함하는 게이트 적층물을 형성하는 단계;(c) forming a gate stack comprising an alloy layer of polysilicon and germanium on the substrate between the trenches; (d) 상기 게이트 적층물과 상기 트랜치 사이의 기판에 얕은 불순물층을 형성하는 단계;(d) forming a shallow impurity layer in the substrate between the gate stack and the trench; (e) 상기 게이트 적층물의 측면에 게이트 스페이서를 형성하는 단계;(e) forming a gate spacer on the side of the gate stack; (f) 상기 게이트 스페이서와 상기 트랜치 사이의 기판에 상기 (d) 단계에서 형성한 불순물층 보다 깊은 불순물층을 형성하는 단계; 및(f) forming an impurity layer deeper than the impurity layer formed in step (d) on the substrate between the gate spacer and the trench; And (g) 상기 게이트 적층물 및 상기 게이트 스페이서와 상기 트랜치 사이의 기판 상에 실리콘층을 선택적으로 형성하는 단계;(g) selectively forming a silicon layer on the gate stack and a substrate between the gate spacer and the trench; (h) 상기 선택적으로 형성된 실리콘층 상에 금속층을 형성하는 단계; 및(h) forming a metal layer on the selectively formed silicon layer; And (i) 상기 결과물을 어닐링하여 상기 게이트 적층물 및 상기 게이트 스페이서와 상기 트랜치 사이의 기판 상에 금속 실리사이드층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 저항의 실리콘-게르마늄 게이트를 구비하는 반도체 장치의 제조방법.(i) annealing the resultant to form a metal silicide layer on the substrate between the gate stack and the gate spacer and the trench, wherein the semiconductor device has a low resistance silicon-germanium gate. Manufacturing method. 제 4 항에 있어서, 상기 게이트 적층물은 게이트 절연막, 폴리 실리콘과 게르마늄의 합금층 및 실리콘층을 순차적으로 형성한 다음 역순으로 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 저 저항의 실리콘-게르마늄 게이트를 구비하는 반도체 장치의 제조방법.The low-resistance silicon-germanium gate according to claim 4, wherein the gate stack is formed by sequentially forming a gate insulating film, an alloy layer of polysilicon and germanium, and a silicon layer, and patterning in reverse order. Method of manufacturing a semiconductor device. 제 4 항에 있어서, 상기 금속층은 티타늄, 코발트, 니켈 및 백금으로 이루어진 군중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 저 저항의 실리콘-게르마늄 게이트를 구비하는 반도체 장치의 제조방법.The method of claim 4, wherein the metal layer is formed using one selected from the group consisting of titanium, cobalt, nickel, and platinum. 6.
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