KR20080020938A - Method for fabricating semiconductor devise - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안정적인 구조의 콘택이 형성된 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a stable structure contact and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 모스 전계효과 트랜지스터(MOSFET)가 고집적화 및 고속화 됨에 따른 한계를 극복하면서 보다 우수한 성능을 가진 트랜지스터를 형성하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다. 특히, 고성능의 트랜지스터를 구현하기 위하여 전자 또는 정공의 이동도(mobility)를 증가시키는 방법이 많이 개발되고 있다.In general, various methods for forming transistors having better performances have been studied while overcoming the limitations of MOSFETs having high integration and speed. In particular, many methods for increasing the mobility of electrons or holes have been developed to implement high-performance transistors.
전자 또는 정공의 이동도를 증가시키는 방법으로는 채널 영역에 물리적인 스트레스(stress)를 가하여 채널 영역의 에너지 밴드(energy band) 구조를 변경시키는 방법이 있다. 예를 들어, NMOS 트랜지스터는 채널에 인장응력(tensile stress)을 가하는 경우 성능이 향상되며, PMOS 트랜지스터는 채널에 압축응력(compressive stress)를 가하는 경우 성능이 향상된다.As a method of increasing the mobility of electrons or holes, there is a method of changing the energy band structure of the channel region by applying physical stress to the channel region. For example, NMOS transistors improve performance when a tensile stress is applied to a channel, and PMOS transistors perform when compressive stress is applied to a channel.
따라서, NMOS 트랜지스터에 인장 스트레스막을 형성하고, PMOS 트랜지스터에는 압축 스트레스막을 형성하여 동시에 NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터의 성능을 모두 향상시킬 수 있으므로, 트랜지스터의 유형에 적합한 응력막을 각각 적용하 는 듀얼 응력막(Dual Stress Layer)을 사용하는 것이 바람직하다. Accordingly, since a tensile stress film is formed on the NMOS transistor and a compressive stress film is formed on the PMOS transistor, the performance of both the NMOS transistor and the PMOS transistor can be improved at the same time. It is preferable to use a stress layer.
도 1은 종래기술에 따른 듀얼 응력막이 형성된 반도체 소자의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 제1 트랜지스터 영역(I), 예를 들어 NMOS 트랜지스터 영역에는 NMOS 트랜지스터를 덮는 인장응력막(31)과 식각 정지막(33)이 위치하며, 제2 트랜지스터 영역(II), 예를 들어 PMOS 트랜지스터 영역에는 PMOS 트랜지스터를 덮는 압축응력막(35)이 위치한다.1 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a dual stress film according to the prior art. Referring to FIG. 1, in the first transistor region I, for example, an NMOS transistor region, a
그런데, NMOS 트랜지스터 영역(I)과 PMOS 트랜지스터 영역(II)의 경계부(II)에는 인장응력막(31), 식각정지막(33) 및 압축응력막(35)이 서로 중첩되는 영역이 존재한다. 이것은 각각의 응력막을 형성하기 위한 식각 공정에 있어서 공정상 마진으로 인하여 포토레지스트 패턴이 겹치는 영역에서 발생할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이 경계부(II)는 소자분리영역(11)에 위치하며 그 상부에 게이트 전극(25c)이 위치할 수 있다. 또한, 도면에 도시되지는 않았으나, 경계부(II)는 활성영역에 위치하며 소정의 게이트 라인 및/또는 소스/드레인 영역을 포함할 수도 있다.However, in the boundary portion II between the NMOS transistor region I and the PMOS transistor region II, there is a region where the
통상적으로 NMOS 트랜지스터 영역(I), PMOS 트랜지스터 영역(II) 및 경계부(II)에 구비된 게이트 전극(25a,25b,25c)과 소스/드레인 영역(21a,21b,)의 상면에는 콘택저항을 낮추기 위한 오믹막으로서 실리사이드막(27a,27b,27c)이 구비되며, 이러한 실리사이드막(27a,27b,27c)은 층간 절연막(40) 내에 형성된 콘택(61,63,65)에 의해 캐패시터, 비트라인 또는 배선 등과 전기적으로 연결된다.Typically, contact resistances are lowered on the upper surfaces of the
도 1에 도시된 듀얼 응력막을 구비한 소자의 콘택을 형성하기 위해서는 각각의 응력막을 관통하여 실리사이드막을 노출시키도록 콘택홀을 형성하여야 한다. 그 런데, NMOS 트랜지스터 영역(I)과 PMOS 트랜지스터 영역(II)에는 단일 응력막이 존재하는 반면, 경계부(II)에는 각각의 응력막이 중첩된 적층막 구조를 갖는다. 이 때 모든 영역에서 콘택홀(51,53,55)을 동시에 형성하되 식각 종료점을 경계부(II)의 실리사이드막(27c)로 맞추면, 적층막이 형성된 경계부(II)에서 실리사이드막(27c)의 상면이 안정적으로 노출될 수 있는 반면, 단일 응력막을 구비하는 NMOS 트랜지스터 영역(I) 및 PMOS 트랜지스터 영역(II)에서는 과도식각이 일어나게 되어 실리사이드막(27a,27b)이 유실되어 콘택홀(51,53)의 저면에 소스/드레인 영역(21a,21b)과 게이트 전극(25a,25b)이 노출될 수 있다. 이로 인하여 경계부(III)에서는 실리사이드막(27c)의 유실없이 콘택홀(51)이 안정적으로 형성된다고 해도, NMOS 트랜지스터 영역(I) 및 PMOS 트랜지스터 영역(II)에서는 그렇지 못하다. 이러한 경우 콘택 저항이 증가하는 등 반도체 소자의 신뢰성과 특성이 열화될 수 있다.In order to form the contact of the device having the dual stress film shown in Figure 1 it is necessary to form a contact hole to expose the silicide film through each stress film. However, a single stress film exists in the NMOS transistor region I and the PMOS transistor region II, whereas the boundary portion II has a laminated film structure in which the respective stress films overlap. In this case, when the
이와는 반대로, 별도의 도면으로 도시하지는 않았으나, 만일 식각 종료점을 NMOS 및 PMOS 트랜지스터 영역(I,II)의 실리사이드막의 상면에 맞추게 되면 경계부(III)에 형성되는 콘택홀은 적층막을 관통하지 못한 상태가 된다. 따라서, 경계부에서는 전기적 신호를 전달할 수 없으므로, 반도체 소자의 신뢰성 및 특성이 저하될 수 있다.On the contrary, although not illustrated in a separate drawing, if the etching end point is aligned with the top surface of the silicide film of the NMOS and PMOS transistor regions I and II, the contact hole formed in the boundary portion III does not penetrate the laminated film. . Therefore, since the electrical signal cannot be transmitted at the boundary, the reliability and characteristics of the semiconductor device may be degraded.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 실리사이드막 상에 콘택이 안정적으로 형성되어 신뢰성 및 특성이 향상된 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a stable contact and formed on the silicide layer to improve the reliability and characteristics.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 제1 트랜지스터 영역, 제2 트랜지스터 영역을 구비하는 반도체 기판을 제공하고, 상부에 제1 실리사이드막이 각각 형성된 게이트 전극과 제1 도전형 소스/드레인 영역을 포함하는 제1 트랜지스터 및 상부에 제2 실리사이드막이 각각 형성된 게이트 전극과 제2 도전형 소스/드레인 영역을 포함하는 제2 트랜지스터를 상기 제1 트랜지스터 영역 및 제2 트랜지스터 영역에 각각 형성하고, 상기 제1 트랜지스터 영역에 제1 응력막을, 상기 제2 트랜지스터 영역에 제2 응력막을 순차적으로 형성하되, 상기 제1 트랜지스터 영역과 상기 제2 트랜지스터 영역의 경계부에 구비된 제3 실리사이드막 상에 상기 제1 응력막 및 제2 응력막이 순차적으로 중첩되게 하고, 상기 제3 실리사이드막 상에 중첩된 상기 제2 응력막을 제거하고, 상기 반도체 기판 전면에 층간 절연막을 형성하고, 상기 층간 절연막을 관통하되 저면이 상기 제1 내지 제3 실리사이드막의 상면 또는 그 내부에 존재하는 콘택홀을 형성하고, 상기 콘택홀을 매립하는 콘택 플러그를 형성하는 것을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including a gate electrode having a first transistor region and a second transistor region, the first electrode layer having a first silicide layer formed thereon; A first transistor including a first conductivity type source / drain region, a gate electrode having a second silicide layer formed thereon, and a second transistor including a second conductivity type source / drain region, respectively, include the first transistor region and the second transistor. A third stress film formed in each of the regions, a first stress film formed in the first transistor region, and a second stress film formed sequentially in the second transistor region, and provided in a boundary portion between the first transistor region and the second transistor region. The first stress film and the second stress film are sequentially stacked on the silicide film, and the third silicide Removing the second stress film superimposed on the passivation layer, forming an interlayer insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate, and penetrating the interlayer insulating film, and having a bottom surface of the first to third silicide films or in contact therewith; And forming a contact plug to fill the contact hole.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따르면, 저면이 실리사이드막의 상면 또는 그 내부에 존재하는 콘택홀 내에 콘택플러그가 안정적으로 형성될 수 있다. 따라서, 반도체 소자의 특성과 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.As described above, according to the exemplary embodiments of the present invention, the contact plug may be stably formed in the contact hole having the bottom surface of the silicide layer. Therefore, the characteristics and the reliability of the semiconductor device can be further improved.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. Thus, in some embodiments, well known process steps, well known structures and well known techniques are not described in detail in order to avoid obscuring the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 이하 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, including and / or comprising includes the presence or addition of one or more other components, steps, operations and / or elements other than the components, steps, operations and / or elements mentioned. Use in the sense that does not exclude. And “and / or” includes each and all combinations of one or more of the items mentioned. In addition, like reference numerals refer to like elements throughout the following specification.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and / or schematic views, which are ideal illustrations of the invention. Accordingly, shapes of the exemplary views may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include variations in forms generated by the manufacturing process. In addition, each component in each drawing shown in the present invention may be shown to be somewhat enlarged or reduced in view of the convenience of description.
이하의 설명에서는 제1 트랜지스터로서 NMOS 트랜지스터를, 제2 트랜지스터로서 PMOS 트랜지스터를, 제1 응력막으로서 인장응력막을, 제2 응력막으로서 압축응력막을 각각 예를 들어 설명하는데 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 트랜지스터의 도전형과 응력막의 종류는 서로 역으로 적용될 수도 있을 뿐만 아니라 서로 같은 유형일 수도 있음은 물론이다.In the following description, an NMOS transistor is used as the first transistor, a PMOS transistor is used as the second transistor, a tensile stress film is used as the first stress film, and a compressive stress film is used as the second stress film, respectively, but the present invention is not limited thereto. no. That is, the type of the conductive type and the stress film of the transistor may not only be applied inversely to each other but also may be of the same type.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 NMOS 트랜지스 터 영역(I) 및 PMOS 트랜지스터 영역(II)이 구비된 반도체 기판(100)을 포함한다. NMOS 트랜지스터 영역(I)과 PMOS 트랜지스터 영역(II)의 사이에는 소정의 경계부(III)가 존재한다.Referring to FIG. 2, the semiconductor device according to the embodiment includes a
반도체 기판(100)은 소자분리영역(111)에 의해 활성영역이 정의된다. 기판(100)으로는 Si, Ge, SiGe, GaP, GaAs, SiC, SiGeC, InAs 및 InP로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 반도체 재료로 이루어진 기판, SOI(Silicon On Insulator) 기판 등이 사용될 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하다. 또한, 도면상 도시되지는 않았으나, 필요하다면 NMOS 트랜지스터 영역(I)의 반도체 기판(100) 내에 P형 웰이, PMOS 트랜지스터 영역(II)의 반도체 기판(100) 내에는 N형 웰이 형성될 수 있다. In the
NMOS 트랜지스터 영역(I)에 위치하는 NMOS 트랜지스터는 게이트 절연막(123)상에 형성된 게이트 전극(125a)과, 게이트 전극(125a)의 양측 기판 내에 형성되며 N형 불순물이 도핑된 소스/드레인 영역(121a)을 포함한다. 게이트 전극(125a)은 예를 들면 폴리실리콘막, 금속막 등의 단일막이거나 혹은 이들의 적층막일 수 있다. 이 때, 폴리실리콘막은 N형 불순물이 도핑된 폴리실리콘일 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니며, 후술할 PMOS 트랜지스터의 게이트 전극(125b)과 동일한 도전형일 수 있다. The NMOS transistor located in the NMOS transistor region I is formed on the
이러한 게이트 전극(125a)의 측벽에는 스페이서(129)가 위치하며, 게이트 전극(125a)과 소스/드레인 영역(121a)의 상부에는 제1 실리사이드막(127a)이 형성될 수 있다. 제1 실리사이드막(127a)의 금속 성분으로서는 예를 들어 Co, Ni, Ti, Ta, W 등일 수 있는데 이에 한정되지는 않는다.The
한편, PMOS 트랜지스터 영역(II)에 위치하는 PMOS 트랜지스터는 게이트 절연막(123)상에 형성된 게이트 전극(125b)과, 게이트 전극(125b)의 양측 기판 내에 형성되며 P형 불순물이 도핑된 소스/드레인 영역(121b)을 포함한다. 여기서, 게이트 전극(125b)은 예를 들면 폴리실리콘막, 금속막 등의 단일막이거나 혹은 이들의 적층막일 수 있다. 이 때, 폴리실리콘막은 P형 불순물이 도핑된 폴리실리콘일 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다. NMOS 트랜지스터의 게이트 전극(125a)과 PMOS 트랜지스터의 게이트 전극(125b)은 서로 다른 도전형인 것이 바람직하나, 본 발명의 실시예들이 양 게이트 전극이 동일한 도전형인 경우를 배제하지는 않는다. On the other hand, the PMOS transistor located in the PMOS transistor region II is a
이러한 게이트 전극(125b)의 측벽에는 스페이서(129)가 위치하며, 게이트 전극(125b)과 소스/드레인 영역(121b)의 상부에는 제2 실리사이드막(127b)이 형성된다. 제2 실리사이드막(127b)의 금속 성분으로서는 Co, Ni, Ti, Ta, W 등일 수 있는데 이에 한정되지는 않는다.The
NMOS 트랜지스터 영역(I)과 PMOS 트랜지스터 영역(II) 사이에 위치하는 경계부(III)에는 상면에 제3 실리사이드막(127c)이 구비된 소정의 게이트 전극(125c)이 존재할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(125c)은 소자분리영역(111) 상에 위치할 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니며 활성영역 상에 위치할 수도 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 경계부(III)에는 상면에 실리사이드막이 구비된 소정의 소스/드레인 영역이 위치할 수도 있다.In the boundary portion III positioned between the NMOS transistor region I and the PMOS transistor region II, a
NMOS 트랜지스터 영역(I)에는 NMOS 트랜지스터의 채널영역에 인장응력을 가 할 수 있는 인장응력막(131)이 위치한다. 이러한 인장응력막(131)은 NMOS 트랜지스터의 채널영역에 인장응력을 가함으로써 캐리어의 이동도를 높여줄 수 있다. In the NMOS transistor region I, a
이러한 인장응력막(131)으로는 예를 들어 SiN, SiON, SiC, SiCN, SiO2 또는 이들의 조합막을 사용할 수 있는데 이에 한정되지는 않는다. 또한, 인장응력막(131)의 두께는 약 50 ~ 1000Å의 두께 내에서 적절하게 조절될 수 있다.As the
인장응력막(131) 상에 식각정지막(133)이 더 위치할 수 있다. 이러한 식각정지막(133)으로서는 예를 들어 LTO(Low Temperature Oxide)막이 사용될 수 있는데 이에 한정되지는 않는다. 이러한 식각정지막(133)은 제조공정상 인장응력막(133)을 먼저 형성하느냐, 후술할 압축응력막(135)을 먼저 형성하느냐 등 제조공정에 따라 인장응력막(131) 또는 압축응력막(135) 상에 선택적으로 위치시킬 수 있다.An
또한, PMOS 트랜지스터 영역(II)에는 PMOS 트랜지스터 상에는 채널영역에 압축응력을 가할 수 있는 압축응력막(135)이 위치한다. 이러한 압축응력막(135)은 PMOS 트랜지스터의 채널 영역에 압축응력을 가함으로써 캐리어의 이동도를 높여줄 수 있다. In the PMOS transistor region II, a
이러한 압축응력막(135)으로는 예를 들어 SiN, SiON, SiC, SiCN, SiO2 또는 이들의 조합막질을 사용할 수 있는데 이에 한정되지는 않는다. 또한, 압축응력막(135)의 두께는 약 50 ~ 1000Å의 두께 내에서 적절하게 조절될 수 있다.As the
경계부(III)에는 인장응력막(131), 식각정지막(133) 및 압축응력막(135)이 공존할 수 있다. 즉, 인장응력막(131), 식각 정지막(133) 및 압축응력막(135)은 경계부로 연장되어 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서는 경계부(III)에 위치하는 제 3 실리사이드막(127c) 상에 인장응력막(131)이 존재한다. A
NMOS 트랜지스터 영역(I), PMOS 트랜지스터 영역(II) 및 경계부(III)의 상부에는 기판 전면을 덮는 층간절연막(140)이 위치한다. 층간절연막(140)에는 층간절연막(140)을 관통하는 제1 내지 제3 콘택홀(151,153,155)들이 존재한다.An interlayer insulating
구체적으로, 제1 콘택홀(151)은 NMOS 트랜지스터 영역(I)에 위치하는데, 층간 절연막(140), 식각정지막(133) 및 인장응력막(131)을 관통하여 형성되며, 그 저면이 제1 실리사이드막(127a)의 상면 또는 그 내부에 위치한다. 또한, 제2 콘택홀(153)은 PMOS 트랜지스터 영역(II)에 위치하는데, 층간 절연막(140) 및 압축응력막(135)을 관통하여 형성되며, 그 저면이 제2 실리사이드막(127b)의 상면 또는 그 내부에 위치한다. 제3 콘택홀(155)은 경계부(III) 상에 위치하는데, 층간 절연막(140), 식각정지막(133), 인장응력막(131)을 관통하여 형성되며, 그 저면이 제3 실리사이드막(127c)의 상면 또는 그 내부에 위치한다.In detail, the
이러한 제1 내지 제3 콘택홀(151,153,155)의 내부는 도전성 물질인 콘택플러그(161,163,165)가 형성된다. 이러한 콘택플러그(161,163,165)들은 그 저면이 제1 내지 제3 실리사이드막(127c) 중 어느 하나의 상면 또는 그 내부에 위치하게 된다. The contact plugs 161, 163, and 165, which are conductive materials, are formed in the first to third contact holes 151, 153, and 155. The bottom surfaces of the contact plugs 161, 163, and 165 may be located on or in the upper surface of any one of the first to
콘택플러그(161,163,165)는 W, Cu 또는 Al 등과 같은 금속 물질이나 도전성 폴리실리콘과 같은 도전성 물질로 채워질 수 있다. 도면상 표시되지는 않았으나, 도전성 물질로 채우기 전에 각각의 콘택홀(151,153,155) 내부를 따라 컨포멀하게 배리어막(미도시)이 더 구비될 수 있다. 배리어막은 콘택홀(151,153,155) 내에 매립되는 금속막의 접촉성을 향상시키기 위한 오믹막(adhesion)과 금속 물질이 확산 되어 실리콘과 반응하는 것을 방지하는 확산 방지막(diffusion barrier)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 오믹막은 Ti 또는 Ta 등과 같은 고융점 금속(refractory metal)을 콘택홀의 표면을 따라 컨포말하게 증착하여 형성할 수 있으며, 확산 방지막은 오믹막의 표면을 따라 TiN 또는 TaN 등으로 이루어질 수 있다.The contact plugs 161, 163, and 165 may be filled with a metal material such as W, Cu, or Al, or a conductive material such as conductive polysilicon. Although not shown in the drawings, a barrier layer (not shown) may be further provided along the inside of each of the contact holes 151, 153, and 155 before filling with the conductive material. The barrier layer may include an ohmic layer to improve contactability of the metal layer embedded in the contact holes 151, 153, and 155, and a diffusion barrier to prevent the metal material from diffusing and reacting with the silicon. For example, the ohmic layer may be formed by conformally depositing a high melting point metal (refractory metal) such as Ti or Ta along the contact hole, and the diffusion barrier layer may be formed of TiN or TaN along the surface of the ohmic layer. .
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 다른 반도체 소자는 각각의 콘택홀들의 저면에 위치하는 실리사이드막이 완전히 소진되거나 펀치쓰루(punch-through)되지 않고, 콘택플러그들의 저면이 실리사이드막의 상면이나 그 내부와 접촉하도록 형성된다. 따라서, 반도체 소자의 신뢰성과 특성이 향상될 수 있다.As described above, in the semiconductor device according to the exemplary embodiment of the present invention, the silicide layer positioned at the bottom of each contact hole is not exhausted or punched through, and the bottom surface of the contact plug is in contact with the top surface or the inside of the silicide layer. It is formed to. Therefore, the reliability and characteristics of the semiconductor device can be improved.
이하에서는 도 3 내지 도 13을 참조하여 도 2에 도시된 반도체 소자를 제조하는 방법을 예시적으로 설명하기로 한다. 도 3 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 전술한 반도체 소자에 있어서의 각각의 구성요소에 대한 재질이나 치수 등에 대한 설명은 제조 방법에서도 동일하게 적용되므로, 설명의 중복을 피하기 위하여 이하의 설명에서는 생략하거나 간략하게 하기로 한다. 또한, 이하 제조 방법 설명시 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 공정 단계들에 따라 형성될 수 있는 공정에 대해서는 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 개략적으로 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 3 to 13. 3 to 13 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention. Since the descriptions of materials, dimensions, and the like for each component in the semiconductor device described above apply equally to the manufacturing method, the following description will be omitted or briefly described in order to avoid duplication of description. In addition, the process that can be formed according to the process steps that are well known to those skilled in the art in the following description of the manufacturing method will be outlined in order to avoid being ambiguously interpreted.
먼저, 도 3을 참조하면, NMOS 트랜지스터 영역(I) 및 PMOS 트랜지스터 영역(II)이 구비된 반도체 기판(100)을 제공한다. 이 때, NMOS 트랜지스터 영역(I) 및 PMOS 트랜지스터 영역(II) 사이에는 경계부(III)가 위치한다.First, referring to FIG. 3, a
보다 상세히 설명하면, 우선 반도체 기판(100)의 소정 영역에 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 공정 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 수행하여 소자분리영역(111)을 형성한다. In more detail, first, a
또한, 도면상 도시되지는 않았으나 NMOS 트랜지스터 영역(I) 및/또는 PMOS 트랜지스터 영역(II)에 웰영역을 형성할 수 있다. 예를 들어, P형 기판을 사용하는 경우, PMOS 트랜지스터 영역(II)에 n형 불순물을 주입하여 n-웰을 형성할 수 있으며, NMOS 트랜지스터 영역(I)에 p형 불순물을 주입하여 p-웰을 형성할 수 있다. Although not shown in the drawings, a well region may be formed in the NMOS transistor region I and / or the PMOS transistor region II. For example, when a P-type substrate is used, n-well may be formed by implanting n-type impurities into the PMOS transistor region II, and p-well may be formed by implanting p-type impurities into the NMOS transistor region I. Can be formed.
도면상 경계부(III)는 소자분리영역(111)에 이루어진 것으로 도시되었지만 이에 한정하는 것은 아니며, 활성영역에 형성될 수도 있음은 물론이다.In the drawing, the boundary portion III is illustrated as being formed in the
그런 다음, 도 4를 참조하면, NMOS 트랜지스터 영역(I) 및 PMOS 트랜지스터 영역(II)에 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터를 각각 형성한다. 이 때, 경계부(III)에도 게이트 전극(125c)이 형성될 수 있다. 4, an NMOS transistor and a PMOS transistor are formed in the NMOS transistor region I and the PMOS transistor region II, respectively. In this case, the
NMOS 트랜지스터는 게이트 전극(125a)과 N형 소스/드레인 영역(121a)을 포함하며, 상부에 제1 실리사이드막(127a)을 구비한다. 또한, PMOS 트랜지스터는 게이트 전극(125b)과 P형 소스/드레인 영역(121b)을 포함하며, 상부에 제2 실리사이드막(127b)을 구비한다. NMOS 트랜지스터 영역(I), PMOS 트랜지스터 영역(II) 및 경계부(III)에 구비된 게이트 전극과 소스/드레인 영역의 상부에는 제1 내지 제3 실리사이드막(127a,127b,127c)이 형성된다.The NMOS transistor includes a
구체적으로 설명하자면, 먼저, 반도체 기판(100) 전면에 게이트 절연막 및 게이트 전극용 도전막을 형성하고 패터닝하여 게이트 전극(125a,125b,125c)을 형성 한다. 이 때, 게이트 절연막(123)은 실리콘 산화막으로 형성될 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니며 실리콘 산화막보다 유전율이 높은 고유전율막으로 형성할 수도 있다. 게이트 전극(125a,125b,125c)은 서로 같거나 혹은 서로 다른 도전형의 불순물이 도핑된 폴리실리콘막, 금속막 등의 단일막 또는 적층막으로 형성될 수 있다. Specifically, first, the gate insulating film and the conductive film for the gate electrode are formed and patterned on the entire surface of the
그리고 나서, NMOS 트랜지스터 영역(I)을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 게이트 전극(125a) 양측에 n형 불순물을 주입하여 N형 소스/드레인 영역(121a)을 형성한다. 이 후, NMOS 트랜지스터 영역(I)을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 제거하고, PMOS 트랜지스터 영역(II)을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하여 PMOS 트랜지스터 영역(II)의 게이트 전극(125b) 양측에도 P형 소스/드레인 영역(121b)을 형성한다. 이와 같이 형성되는 N형 및 P형 소스/드레인 영역(121a,121b)은 DDD(Double Diffused Drain) 또는 LDD(Lightly Doped Drain) 구조로 형성될 수 있다. 이와 같은 방법을 통해 NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터가 완성된다. 설명하지 않은 도면부호 129는 절연성 스페이서를 의미한다.Then, a photoresist pattern exposing the NMOS transistor region I is formed, and n-type impurities are implanted into both sides of the
이 후, NMOS 및 PMOS 트랜지스터가 형성된 반도체 기판(100) 전면에 실리사이드용 금속막을 증착하고 열처리하여, 각각의 게이트 전극(125a,125b,125c) 및 소스/드레인 영역(121a,121b) 상에 제1 내지 제3 실리사이드막(127a,127b,127c)을 각각 형성한다.Subsequently, a silicide metal film is deposited on the entire surface of the
다음으로, 도 5 및 도 8을 참조하면, NMOS 트랜지스터 영역에 NMOS 트랜지스터를 덮는 인장응력막을, PMOS 트랜지스터 영역에 PMOS 트랜지스터를 덮는 압축응력막을 각각 형성한다. Next, referring to FIGS. 5 and 8, a tensile stress film covering the NMOS transistor is formed in the NMOS transistor region, and a compressive stress film covering the PMOS transistor is formed in the PMOS transistor region, respectively.
구체적으로 설명하자면, 먼저 도 5에 도시된 바와 같이 화학적 기상증착법(CVD), 예를 들어 열 CVD, PECVD, 고밀도 플라즈마 CVD 등을 이용하여 각각의 영역에 인장응력막(131a)을 형성한다. 이러한 인장응력막(131a)의 두께와 재질은 도 2를 참조하여 전술한 바와 같다. 예를 들어, SiN막질의 인장응력막(131a)을 형성하기 위해서, 소스가스로서 SiH4 등의 실리콘 소스가스와, NH3, N2 등의 질소 소스가스를 사용하고, 약 300 내지 600℃의 온도, 약 1 내지 10torr의 압력 하에서 증착공정을 수행할 수 있다.Specifically, first, as shown in FIG. 5, the
계속해서, 인장응력막(131a) 상에 식각정지막(133a)을 더 형성할 수 있다. 식각정지막(133)은 전술한 바와 같이 LTO막으로 형성할 수 있다. Subsequently, an
인장응력막(131a)과 식각정지막(133a) 형성 후 PMOS 트랜지스터 영역(II)을 선택적으로 노출시키는 제1 마스크 패턴(P1)을 형성한다. 이러한 제1 마스크 패턴(P1)은 포토레지스트 패턴일 수 있다. 이 때, 공정마진상 NMOS 트랜지스터 영역(I)을 가리는 제1 마스크 패턴(P1)이 경계부(III)의 일부 영역에 걸쳐 형성될 수 있다.After the
그런 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, NMOS 트랜지스터 영역(I) 이외의 영역에 형성된 인장응력막 및 식각정지막을 제거하여, NMOS 트랜지스터 영역(I)에 인장응력막(131) 및 식각정지막(133)을 잔류시킨다. 이러한 인장응력막 및 식각정지막 제거공정은 당업계에 통상적으로 사용되는 건식 또는 습식식각 방법에 의할 수 있다. 또한, 인장응력막(131)과 식각정지막(133)은 경계부(III)에도 잔류하게 된다.Then, as shown in FIG. 6, the tensile stress film and the etch stop film formed in the regions other than the NMOS transistor region I are removed, and thus the
형성된 인장응력막(131)은 NMOS 트랜지스터의 채널영역에 높은 인장응력을 가함으로써 캐리어 이동도를 향상시킬 수 있으므로, NMOS 트랜지스터의 성능이 보다 개선될 수 있다.The formed
계속해서, 도 7 내지 도 8을 참조하면, PMOS 트랜지스터 영역(II)에 압축응력막(135)을 형성한다.7 to 8, the
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판 전면에 압축응력막(135a)을 형성시킨다. 압축응력막(135)은 화학적 기상증착법(CVD), 예를 들어 열 CVD, PECVD, 고밀도 플라즈마 CVD 등을 이용하여 형성할 수 있다. 이러한 압축응력막(135a)의 두께와 재질은 도 2를 참조하여 전술한 바와 같다. 이 때, 압축응력막(135a)은 이전에 형성된 NMOS 트랜지스터 영역(I), 즉, 인장응력막(131)과 식각정지막(133) 상에도 형성될 수 있다.First, as shown in FIG. 7, the
그런 다음, NMOS 트랜지스터 영역(I)을 선택적으로 노출시키는 제2 마스크 패턴(P2), 예를 들면 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이 때, 공정마진상 PMOS 트랜지스터 영역(II)을 가리는 제2 마스크 패턴(P2)이 경계부(III)의 일부 영역에 걸쳐 형성될 수 있다.Then, a second mask pattern P2, for example, a photoresist pattern, which selectively exposes the NMOS transistor region I is formed. In this case, a second mask pattern P2 covering the process margin PMOS transistor region II may be formed over a portion of the boundary portion III.
그런 다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 마스크 패턴(P2)에 의해 노출된 영역에서 압축응력막을 식각한 다음 제2 마스크 패턴(P2)을 제거하여, PMOS 트랜지스터 영역(II)에 압축응력막(135)을 잔류시킨다. 이 때, 압축응력막(135)은 경계부(III)에도 잔류되다. 이로 인해, 경계부(III)에는 인장응력막(131), 식각정지막(133) 및 압축응력막(135)이 모두 적층된다. 이러한 적층막은 경계부(III)에 형성된 제3 실리사이드막(127c) 상에 위치할 수 있다. 이러한 압축응력막 제거공정은 당업계에 통상적으로 사용되는 건식 또는 습식식각 방법에 의할 수 있다. Then, as shown in FIG. 8, the compressive stress film is etched in the region exposed by the second mask pattern P2 and then the second mask pattern P2 is removed to compress the compressive stress in the PMOS transistor region II. The
전술한 반도체 소자의 제조 방법에서는 인장응력막 형성공정을 압축응력막 형성공정보다 먼저 수행하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 그 역으로 압축응력막을 인장응력막보다 먼저 형성할 수도 있음은 물론이다. 이 경우, 식각정지막은 인장응력막 대신 압축응력막 상에 형성될 수 있다.In the above-described method of manufacturing a semiconductor device, the tensile stress film forming process is performed before the compressive stress film forming process, but the present invention is not limited thereto. In contrast, the compressive stress film may be formed before the tensile stress film. In this case, the etch stop film may be formed on the compressive stress film instead of the tensile stress film.
그런 다음, 경계부(III)에 형성된 제3 실리사이드막(127c) 상에 중첩된 압축응력막(135)을 제거한다. 이로써, 제3 실리사이드막(127c) 상에도 인장응력막(131)만이 잔류할 수 있어, 제1 내지 제3 실리사이드막(127a,127b,127c) 상에 유사한 두께의 응력막이 존재할 수 있다. 이 때, 식각정지막(133)은 인장응력막(131) 상에 잔류할 수 있거나, 그 일부 또는 전부가 제거될 수도 있다.Then, the
구체적으로 설명하자면, 먼저 도 9에 도시된 바와 같이, 반도체 기판 전면을 덮는 포토레지스트막(P3)을 형성한다.Specifically, as shown in FIG. 9, the photoresist film P3 covering the entire surface of the semiconductor substrate is formed.
계속해서, 도 10에 도시된 바와 같이, 포토레지스트막(P3)을 선택적으로 에치백하여 제3 실리사이드막(127c) 상에 중첩된 압축응력막(135)이 돌출되어 노출되도록 포토레지스트막(P4)을 잔류시킨다. 이 때, 선택적 에치백은 O2 또는 O3 플라즈마를 사용한 RIE 에치백 공정으로 수행될 수 있다. 여기서, 본 발명의 목적범위 내에서 별도의 식각가스를 더 첨가할 수도 있다.Subsequently, as shown in FIG. 10, the photoresist film P4 is selectively etched back so that the
그런 다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 압축응력막(135)의 노출된 부분을 선택적으로 제거한다. 이 경우, 포토레지스트막(P4)을 잔류시키면서 압축응력막(135)의 돌출되어 노출된 부분을 선택적으로 제거할 수 있는 조건이라면 어떠한 식각방 법이라도 사용될 수 있다. 이로써 제3 실리사이드막(127c) 상에도 단일의 응력막 만이 위치할 수 있다.Then, as shown in FIG. 11, the exposed portion of the
한편, 비선택적인 에치백 공정에 의한다면 포토레지스트를 일부 제거하는 공정과 압축응력막의 일부를 제거하는 공정은 단일공정으로 수행할 수 있다. 즉, 도 10의 단계를 거치지 않고 도 11의 결과물을 얻을 수 있다.On the other hand, in the non-selective etch back process, the process of removing part of the photoresist and the process of removing part of the compressive stress film may be performed in a single process. That is, the result of FIG. 11 may be obtained without going through the step of FIG. 10.
이 때, 비선택적인 에치백 공정은 포토레지스트막과 압축응력막을 동시에 제거할 수 있는 공정으로서, 예를 들면 CxFy/CxHyFz/O2계열의 가스를 사용하여 RIE를 이용한 에치백 공정으로 수행할 수 있다. At this time, the non-selective etch back process is a process that can remove the photoresist film and the compressive stress film at the same time, for example, can be performed by an etch back process using RIE using a gas of CxFy / CxHyFz / O2 series. .
그런 다음, 도 12를 참조하면, 잔류된 포토레지스트막(도 11의 P4)을 제거하고, 반도체 기판 전면에 층간 절연막(140)을 형성한 다음, 층간 절연막(140) 상에 콘택홀 형성을 위한 개구부(151a,153a,155a)가 구비된 마스크 패턴(P5)을 형성한다.Next, referring to FIG. 12, the remaining photoresist film (P4 of FIG. 11) is removed, an
층간 절연막(140)은 O3-TEOS(O3-Tetra Ethyl Ortho Silicate), USG(Undoped Silicate Glass), PSG(PhosphoSilicate Glass), BSG(Borosilicate Glass), BPSG(BoroPhosphoSilicate Glass), FSG(Fluoride Silicate Glass), SOG(Spin On Glass), TOSZ(Tonen SilaZene) 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 여기서, 층간 절연막(140)은 CVD 방식, 스핀 코팅 방식 등을 이용하여 형성할 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다.The interlayer insulating
계속해서, 도 13에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(도 12의 P5)을 식각마스 크로 하여 식각공정을 수행함으로써, 저면이 제1 내지 제3 실리사이드막(127c)의 상면 또는 그 내부에 위치하는 제1 내지 제3 콘택홀(151,153,155)들을 완성한다.Subsequently, as shown in FIG. 13, an etching process is performed by using the mask pattern (P5 of FIG. 12) as an etch mask so that the bottom surface is located on or inside the first to
그런 다음, 마스크 패턴(P5)을 제거하고, 각각의 콘택홀을 매립하는 콘택 플러그(161,163,165)를 형성하여, 도 2에 도시된 반도체 소자를 제조할 수 있다.Thereafter, the mask pattern P5 may be removed, and contact plugs 161, 163, and 165 may be formed to fill the respective contact holes, thereby manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 2.
콘택플러그(161,163,165)는 W, Cu 또는 Al 등과 같은 금속 물질이나 도전성 폴리실리콘과 같은 도전성 물질로 채워질 수 있다. 도면상 표시되지는 않았으나, 도전성 물질로 채우기 전에 각각의 콘택홀(151,153,155) 내부를 따라 컨포멀하게 배리어막(미도시)을 더 형성할 수 있다. 배리어막은 콘택홀(151,153,155) 내에 매립되는 금속막의 접촉성을 향상시키기 위한 오믹막(adhesion)과 금속 물질이 확산되어 실리콘과 반응하는 것을 방지하는 확산 방지막(diffusion barrier)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 오믹막은 Ti 또는 Ta 등과 같은 고융점 금속(refractory metal)을 콘택홀의 표면을 따라 컨포말하게 증착하여 형성할 수 있으며, 확산 방지막은 오믹막의 표면을 따라 TiN 또는 TaN 등을 증착하여 형성할 수 있다.The contact plugs 161, 163, and 165 may be filled with a metal material such as W, Cu, or Al, or a conductive material such as conductive polysilicon. Although not shown in the drawings, a barrier layer (not shown) may be further conformally formed along each of the contact holes 151, 153, and 155 before filling with the conductive material. The barrier layer may include an ohmic layer for improving contactability of the metal layer embedded in the contact holes 151, 153, and 155, and a diffusion barrier for preventing the metal material from diffusing and reacting with the silicon. For example, the ohmic film may be formed by conformally depositing a high melting point metal (refractory metal) such as Ti or Ta along the contact hole, and the diffusion barrier is formed by depositing TiN or TaN along the surface of the ohmic film. can do.
콘택 플러그를 형성하는 공정에서는 층간 절연막(140)의 표면이 노출될 때까지 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 또는 에치 백(etch back) 등과 같은 평탄화 공정을 실시할 수 있다. In the process of forming the contact plug, a planarization process such as chemical mechanical polishing (CMP) or etch back may be performed until the surface of the interlayer insulating
이처럼, 본 발명의 실시예들에 의하면, 과도식각되지 않으며 저면이 실리사이드막의 상면 또는 그 내부에 존재하는 콘택홀 내에 콘택플러그가 안정적으로 형성될 수 있으므로, 저항이나 누설전류 등 반도체 소자의 특성이 향상될 수 있다.As described above, according to the exemplary embodiments of the present invention, since the contact plug may be stably formed in the contact hole which is not over-etched and the bottom surface is present on or inside the silicide layer, the characteristics of the semiconductor device such as resistance or leakage current are improved. Can be.
이상 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.
도 1은 종래기술에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the prior art.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 순서대로 나타낸 단면도들이다.3 to 13 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명> <Explanation of symbols on main parts of the drawings>
100: 반도체 기판 111: 소자분리영역100: semiconductor substrate 111: device isolation region
121a: N형 소스/드레인 영역 121b: P형 소스/드레인 영역121a: N-type source /
123: 게이트 절연막 125a,125b,125c: 게이트 전극123:
127a: 제1 실리사이드막 127b: 제2 실리사이드막127a:
127c: 제3 실리사이드막 131: 인장응력막127c: third silicide film 131: tensile stress film
133: 식각정지막 135: 압축응력막133: etch stop film 135: compressive stress film
140: 층간절연막 151: 제1 콘택홀140: interlayer insulating film 151: first contact hole
153: 제2 콘택홀 155: 제3 콘택홀153: second contact hole 155: third contact hole
161,163,165: 콘택플러그161,163,165: Contact Plug
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US84208606A | 2006-09-01 | 2006-09-01 | |
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---|---|
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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-
2007
- 2007-08-02 KR KR1020070077761A patent/KR20080020938A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |