KR20080024374A - High temperature stability nickel silicide preparation method for ulsi - Google Patents

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윤기정
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Abstract

A method for manufacturing high temperature stability nickel silicide for use in ULSI(Ultra-Large Scale Integration) is provided to prevent transition from NiSi to NiSi2 and to improve thermal stability characteristic of the nickel silicide by adding iridium to nickel silicide. An iridium layer and a nickel layer are deposited on a single crystalline silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate, or a nickel thin film of an iridium alloy is directly deposited on the silicon substrate. The deposited silicon substrate is thermally processed and then a silicidation reaction is performed. The resultant silicon substrate is cooled. A deposition thickness of the iridium layer is controlled by adjusting the addition amount of iridium with respect to a deposition thickness of the nickel layer. The addition amount of the iridium is controlled in 1 to 10 % of the deposition thickness of the nickel layer.

Description

ULSI을 위한 고온 안정 니켈 실리사이드 제조방법{High temperature stability nickel silicide preparation method for ULSI}High temperature stability nickel silicide preparation method for ULSI

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 안정 니켈 실리사이드 제조과정의 모식도를 나타낸다.Figure 1 shows a schematic diagram of a high temperature stable nickel silicide manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 니켈 실리사이드의 열처리 온도변화에 따른 표면저항을 나타낸다.Figure 2 shows the surface resistance according to the heat treatment temperature change of the nickel silicide according to an embodiment of the present invention.

(a)는 실시예 1 및 비교예 1의 열처리 온도에 따른 표면저항의 변화   (a) is the change in the surface resistance of the heat treatment temperature of Example 1 and Comparative Example 1

(b)는 실시예 2 및 비교예 2의 열처리 온도에 따른 표면저항의 변화   (b) is the change in the surface resistance of the heat treatment temperature of Example 2 and Comparative Example 2

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 니켈 실리사이드의 주사전자현미경(FESEM, Field Emission Scanning Electron Microscope)을 나타낸다.Figure 3 shows a scanning electron microscope (FESEM, Field Emission Scanning Electron Microscope) of nickel silicide prepared according to an embodiment of the present invention.

(a)는 700 ℃로 열처리한 Ni/Ir/Si   (a) is Ni / Ir / Si heat treated at 700 ℃

(b)는 1000 ℃로 열처리한 Ni/Ir/Si   (b) is Ni / Ir / Si heat-treated at 1000 ℃

(c)는 700 ℃로 열처리한 Ni/Ir/poly-Si   (c) is Ni / Ir / poly-Si heat-treated at 700 ℃

(d)는 1000 ℃로 열처리한 Ni/Ir/poly-Si   (d) is Ni / Ir / poly-Si heat-treated at 1000 ℃

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 니켈 실리사이드를 트렌치 가공 후, 주사전자현미경으로 관찰한 사진을 나타낸다.Figure 4 shows a photograph of the nickel silicide prepared according to an embodiment of the present invention after the trench processing, observed with a scanning electron microscope.

(a)는 실시예 1를 700 ℃로 열처리 후, 트렌치 가공한 것   (a) is a trench processed after heat treatment of Example 1 at 700 ℃

(b)는 실시예 1를 1000 ℃로 열처리 후, 트렌치 가공한 것   (b) was a trench treatment after heat treatment of Example 1 at 1000 ℃

(c)는 실시예 2를 700 ℃로 열처리 후, 트렌치 가공한 것   (c) was a trench treatment after heat treatment of Example 2 at 700 ℃

(d)는 실시예 2를 1000 ℃로 열처리 후, 트렌치 가공한 것   (d) Trenched after Example 2 the heat treatment at 1000 ° C

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 니켈 실리사이드에서의 생성 실리사이드의 상을 확인하기 위한 X-레이 회절분석의 록킹 커브(rocking curve)을 나타낸다.FIG. 5 shows a rocking curve of X-ray diffraction analysis to identify the phase of product silicide in nickel silicide prepared according to one embodiment of the present invention.

(a)는 실시예 1(Ni/Ir/Si) 및 비교예 1(Ni/Si)의 700 및 1000 ℃로 열처리에 따른 록킹 커브   (a) is the rocking curve of the heat treatment at 700 and 1000 ℃ of Example 1 (Ni / Ir / Si) and Comparative Example 1 (Ni / Si)

(b)는 실시예 2(Ni/Ir/poly-Si) 및 비교예 2(Ni/poly-Si)의 700 및 1000 ℃로 열처리에 따른 록킹 커브   (b) shows the rocking curve of heat treatment at 700 and 1000 ° C. of Example 2 (Ni / Ir / poly-Si) and Comparative Example 2 (Ni / poly-Si).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 니켈 실리사이드을 오제이전자분광기(Auger Electron Spectroscopy)로 Si, Ni, Ir의 조성변화를 관찰한 것을 나타낸다.Figure 6 shows that the nickel silicide prepared according to an embodiment of the present invention observed the composition change of Si, Ni, Ir by Auger Electron Spectroscopy (Auger Electron Spectroscopy).

(a)는 700 ℃로 열처리한 Ni/Ir/Si   (a) is Ni / Ir / Si heat treated at 700 ℃

(b)는 1000 ℃로 열처리한 Ni/Ir/Si   (b) is Ni / Ir / Si heat-treated at 1000 ℃

(c)는 700 ℃로 열처리한 Ni/Ir/poly-Si   (c) is Ni / Ir / poly-Si heat-treated at 700 ℃

(d)는 1000 ℃로 열처리한 Ni/Ir/poly-Si   (d) is Ni / Ir / poly-Si heat-treated at 1000 ℃

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 니켈 실리사이드의 표면조도를 나타낸 것이다.Figure 7 shows the surface roughness of the nickel silicide prepared according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 ULSI을 위한 고온 안정 니켈 실리사이드 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high temperature stable nickel silicide manufacturing method for ULSI.

실리사이드는 실리콘과 천이금속이 정량비로 혼합하여 만들어진 소재로써 내식성 및 전기전도도가 우수하여 반도체 제조에 쓰이고 있다. 이러한 실리사이드는 배선층의 접촉 저항을 저감시키고 실리콘층과 금속 배선층 간의 확산에 의한 열화를 방지하기 위하여 상보형 트랜지스터 소자 제작에 쓰이고 있다.Silicide is a material made by mixing silicon and transition metal in a fixed ratio and is used for semiconductor manufacturing because of its excellent corrosion resistance and electrical conductivity. Such silicides are used in the fabrication of complementary transistor devices in order to reduce the contact resistance of the wiring layer and to prevent degradation due to diffusion between the silicon layer and the metal wiring layer.

실리사이드는 마스크 없이 다결정 실리콘으로 구성되는 게이트와 단결정 실리콘 기판 위에 구성되는 소스/드레인의 상부에 천이금속을 증착하고 열처리하여 형성하는 실리사이드 제조방법을 통하여 경제적인 제조가 가능할 뿐만 아니라 최소 선폭이 65 ㎚ 이하의 상보형 트랜지스터 제조가 가능하여 지속적으로 사용되고 있다. 따라서, 실리사이드의 물성은 다결정 실리콘 및 단결정 실리콘 상부 모두에 대하여 목적하는 전기적 특성과 열적 안정성이 확보되어야 한다.The silicide is economically manufactured through the silicide manufacturing method of depositing and heat-treating a transition metal on the gate of polycrystalline silicon and the source / drain on a single crystal silicon substrate without a mask, and having a minimum line width of 65 nm or less. It is possible to manufacture complementary transistors, which have been used continuously. Therefore, the physical properties of the silicide should ensure the desired electrical properties and thermal stability for both the top of the polycrystalline silicon and single crystal silicon.

현재까지 널리 사용된 대표적인 실리사이드로 티타늄 실리사이드(TiSi2) 및 코발트 실리사이드(CoSi2)를 들 수 있다. 이들 두 실리사이드 모두 반도체 소자의 고속 동작에 적합한 저저항 값을 가지고 있다.Representative silicides widely used to date include titanium silicide (TiSi 2 ) and cobalt silicide (CoSi 2 ). Both of these silicides have low resistance values suitable for high speed operation of semiconductor devices.

그러나, 상기 티타늄 실리사이드는 브리징(bridging)에 기인한 쇼트(short)가 비교적 쉽게 발생하며, 최소 선폭이 0.25 ㎛ 이하의 소자에는 사용의 어려움이 있으며, 상기 코발트 실리사이드는 Co 박막층과 실리콘 사이에 절연 산화막이 있어, 실리사이드 반응이 잘 이루어지지 않아 과도한 전처리 과정이 필요한 점과, 구조적으로 Co 원자 하나와 두 개의 실리콘 원자가 화합하여야 하므로 부피 팽창이 크고 최종적으로 두꺼운 두께를 가진 실리사이드 박막이 만들어지는 단점이 있다.However, the titanium silicide is relatively easy to short due to bridging, and it is difficult to use a device having a minimum line width of 0.25 μm or less, and the cobalt silicide has an insulating oxide film between the Co thin film layer and the silicon. As a result, the silicide reaction is not well performed, so an excessive pretreatment process is required, and since a single Co atom and two silicon atoms are structurally combined, a silicide thin film having a large volume expansion and finally a thick thickness is formed.

이에 반해, 니켈 실리사이드(NiSi)는 티타늄 실리사이드 또는 코발트 실리사이드와 비슷한 비저항을 갖으면서도 브리징 문제점과, 좁은 라인 효과가 없는 것으로 알려져 있다. 그리고 실리콘 소모량도 코발트 실리사이드를 형성할 때 보다 적은 것으로 알려져 있다.In contrast, nickel silicide (NiSi) has a specific resistance similar to that of titanium silicide or cobalt silicide, but has no bridging problem and no narrow line effect. And silicon consumption is also known to be less than when forming cobalt silicide.

따라서 최소 선폭이 65 ㎚이하의 고집적 트랜지스터 소자를 만들 때는 하나의 니켈과 하나의 실리콘 원자가 화합하여 만들어지는 니켈 실리사이드(NiSi)가 기존의 티타늄 실리사이드 또는 코발트 실리사이드의 단점을 극복하고 통상적인 실리사이드 제조방법으로 구현할 수 있다. Therefore, when manufacturing a highly integrated transistor device having a minimum line width of 65 nm or less, nickel silicide (NiSi) formed by combining one nickel and one silicon atom overcomes the disadvantages of the conventional titanium silicide or cobalt silicide and uses a conventional silicide manufacturing method. Can be implemented.

그러나 니켈 실리사이드는 700 ℃ 이상에서는 전기적 저항을 나타내는 특성 중의 하나인 표면저항이 급격히 증가하여 저저항의 오믹 컨택(ohmic contact)을 형성시킬 수 없게 되는 문제가 있다. 즉, 니켈 실리사이드가 형성된 후, 후속 배선 제조과정을 포함한 후속 과정에서 700 ℃ 이상의 열처리를 하게 되면 NiSi가 고저항의 NiSi2로 변화하여 소자가 작동하지 못하는 문제를 야기하게 된다.However, nickel silicide has a problem in that the surface resistance, which is one of the characteristics of electrical resistance, is rapidly increased at 700 ° C. or higher, so that ohmic contact of low resistance cannot be formed. That is, after the nickel silicide is formed, if the heat treatment at 700 ℃ or more in the subsequent process including the subsequent wiring manufacturing process NiSi is changed to a high resistance NiSi 2 causes a problem that the device does not work.

이에, 니켈 실리사이드는 이미 기존의 나노급 트랜지스터 제조에 가장 적합한 물리적 특성을 가지고 있으나, 만약 700 ℃ 이상에서도 저저항을 유지하는 열적 안정성을 가지게 한다면 최소 선폭이 65 ㎚를 요구하는 트랜지스터의 제작뿐만 아니라, 50 ㎚ 두께형성이 가능하여 향후 10년 후에 예상되는 상보형 트랜지스터를 제작하는 실리사이드 소재로 사용될 수 있다. Thus, nickel silicide already has the most suitable physical properties for the production of conventional nano-grade transistors, but if the thermal stability to maintain a low resistance even at 700 ℃ or more, as well as the fabrication of transistors requiring a minimum line width of 65 nm, It is possible to form a 50 nm thickness can be used as a silicide material to produce a complementary transistor expected in the next 10 years.

이에 본 발명자는 상기 니켈 실리사이드의 문제점을 해결하기 위해 연구하던 중에 니켈 실리사이드에 이리듐(Ir)을 첨가시켜 NiSi가 고저항의 NiSi2 상으로의 변태를 억제함으로써 열적으로 안정한 특성을 지니는 실리사이드 제조방법을 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다. Therefore, the present inventors added a iridium (Ir) to the nickel silicide during the study to solve the problem of the nickel silicide to suppress the transformation of the NiSi to the high resistance NiSi 2 phase silicide manufacturing method having a thermally stable characteristics It was developed to complete the present invention.

본 발명은 ULSI을 위한 고온 안정 니켈 실리사이드 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a high temperature stable nickel silicide manufacturing method for ULSI.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 단결정 또는 다결정 실리콘 기판 위에 이리듐층 및 니켈층을 증착하거나, 또는 이리듐이 합금화된 니켈 박막을 직접 실리콘 기판 위에 증착하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 증착된 실리콘 기판을 열처리하여 실리사이드화 반응을 수행하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2의 실리사이드화 반응이 수행된 실리콘 기판을 냉각시키는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어지는 고온 안정 니켈 실리사이드 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of depositing an iridium layer and a nickel layer on a single crystal or polycrystalline silicon substrate, or depositing an iridium alloyed nickel thin film directly on the silicon substrate (step 1); Heat-treating the silicon substrate deposited in step 1 to perform a silicide reaction (step 2); And it provides a high temperature stable nickel silicide manufacturing method comprising the step (step 3) of cooling the silicon substrate subjected to the silicideation reaction of step 2.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 단계 1은 단결정 또는 다결정 실리콘 기판 위에 이리듐층 및 니켈층을 증착하거나, 또는 이리듐이 합금화된 니켈 박막을 직접 실리콘 기판 위에 증착하는 단계이다.Step 1 of the present invention is to deposit an iridium layer and a nickel layer on a single crystal or polycrystalline silicon substrate, or directly deposit a iridium alloyed nickel thin film on the silicon substrate.

상기 단계 1에서는 단결정 또는 다결정 실리콘 기판을 사용할 수 있으며, 상기 실리콘 기판 위에 이리듐층 및 니켈층을 증착하거나, 또는 이리듐이 합금화된 니켈 박막을 증착하여 제조되는 니켈 실리사이드는 700 ℃ 이상에서 전기적 저항을 나타내는 특성 중의 하나인 저저항의 오믹 컨텍을 나타낼 수 있다.In step 1, a single crystal or polycrystalline silicon substrate may be used, and nickel silicide prepared by depositing an iridium layer and a nickel layer on the silicon substrate, or by depositing an iridium alloyed nickel thin film exhibits electrical resistance at 700 ° C. or higher. One of the characteristics is a low resistance ohmic contact.

또한, 상기 이리듐층의 증착 두께는 니켈층의 증착 두께에 대하여 이리듐의 첨가량을 조절함으로써 조절할 수 있다. 상기 이리듐의 첨가량은 니켈층의 증착 두께의 1 ~ 10%로 사용할 수 있다. 또한, 상기 단계 1의 니켈층은 이리듐이 1 ~ 10% 합금화된 것을 사용할 수 있다. 상기 이리듐의 첨가량의 범위 및 니켈층의 이리듐이 합금화되는 범위는 니켈 실리사이드가 700 ℃ 이상에서 전기적 저항을 나타내는 특성 중의 하나인 저저항의 오믹 컨텍을 형성하도록 하는 적절한 범위이다.In addition, the deposition thickness of the iridium layer can be adjusted by adjusting the amount of iridium added to the deposition thickness of the nickel layer. The addition amount of the iridium may be used as 1 to 10% of the deposition thickness of the nickel layer. In addition, the nickel layer of the step 1 may be used is an alloy of 1 ~ 10% iridium. The range of the added amount of iridium and the range of iridium alloying of the nickel layer are an appropriate range for forming a low resistance ohmic contact, which is one of the characteristics that the nickel silicide exhibits electrical resistance at 700 ° C or higher.

또한, 상기 단계 1의 실리콘 기판 위에 증착되는 이리듐층 및 니켈층의 증착순서는 이리듐층 증착 후 니켈층을 증착하거나(이리듐층/니켈층), 또는 니켈층을 증착한 후 이리듐층을 증착(니켈층/이리듐층)하여 사용할 수 있다. 상기 실리콘 기판 위에 증착되는 이리듐층/니켈층 또는 니켈층/이리듐층을 상술한 증착 순서 중 어느 하나를 1회 또는 2회 이상 증착할 수 있다.In addition, the deposition order of the iridium layer and the nickel layer deposited on the silicon substrate of step 1 is to deposit a nickel layer after the iridium layer deposition (iridium layer / nickel layer), or after depositing the nickel layer to deposit an iridium layer (nickel Layer / iridium layer). An iridium layer / nickel layer or a nickel layer / iridium layer deposited on the silicon substrate may be deposited one or more times.

상기 기판의 니켈 및 이리듐의 증착순서는 증착되는 니켈 및 이리듐층에 열을 가하여 니켈이 이리듐으로 합금화될 수 있는 형태라면 한정되지 않는다.The deposition order of nickel and iridium of the substrate is not limited as long as the nickel can be alloyed with iridium by applying heat to the deposited nickel and iridium layers.

또한, 본 발명의 단계 2는 단계 1에서 증착된 실리콘 기판을 열처리하여 실리사이드화 반응을 수행하는 단계이다.In addition, step 2 of the present invention is a step of performing a silicide reaction by heat-treating the silicon substrate deposited in step 1.

상기 단계 2에서 증착되는 니켈 및 이리듐층의 실리사이드화 반응을 수행하기 위한 열처리는 급속 열처리 장치에 의해 수행될 수 있다. 이때, 열처리 온도는 200 ~ 1300 ℃에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 700 ~ 1300 ℃에서 수행될 수 있다. 상기 열처리 온도는 니켈 및 이리듐층의 실리사이드화 반응을 수행하기 위해 적절한 온도이며, 이로부터 형성되는 니켈 실리사이드는 700 ℃ 이상에서도 저저항을 유지하는 열적 안정성을 가지게 되어, 최소 선폭이 65 ㎚를 요구하는 트랜지스터의 제작뿐만 아니라, 50 ㎚ 두께 형성이 가능하여 상보형 트랜지스터를 제작하는 실리사이드 소재로 사용될 수 있다.The heat treatment for performing the silicideation reaction of the nickel and iridium layer deposited in step 2 may be performed by a rapid heat treatment apparatus. At this time, the heat treatment temperature may be performed at 200 ~ 1300 ℃, preferably may be carried out at 700 ~ 1300 ℃. The heat treatment temperature is a temperature suitable for performing the silicideation reaction of the nickel and iridium layer, the nickel silicide formed therefrom has a thermal stability to maintain a low resistance even above 700 ℃, the minimum line width is required to 65 nm In addition to fabrication of the transistor, it is possible to form a thickness of 50 nm can be used as a silicide material for producing a complementary transistor.

본 발명의 단계 3은 단계 2의 실리사이드화 반응이 수행된 실리콘 기판을 냉 각시키는 단계이다.Step 3 of the present invention is a step of cooling the silicon substrate subjected to the silicideation reaction of step 2.

상기 실리콘 기판의 냉각은 불활성 기체를 -60 ~ 100 ℃의 온도로 주입하여 실시할 수 있으며, 바람직하게는 -60 ~ 30 ℃로 실시할 수 있다. 냉각시간은 10 ~ 60분 동안 수행될 수 있다. 상기 냉각 온도가 -60 ℃ 미만일 경우, 냉각되는 실리콘 기판에 물리적인 변화를 초래할 수 있으며, 100 ℃을 초과할 경우에는 100 ℃ 이하보다 냉각시간이 길어져, 냉각온도로서는 유효하지 못하다.Cooling of the silicon substrate can be carried out by injecting an inert gas at a temperature of -60 ~ 100 ℃, preferably -60 ~ 30 ℃. Cooling time may be performed for 10 to 60 minutes. If the cooling temperature is less than -60 ℃, it may cause a physical change in the silicon substrate to be cooled, if it exceeds 100 ℃, the cooling time is longer than 100 ℃ or less, it is not effective as the cooling temperature.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples. However, the following examples are merely to illustrate the present invention, but the content of the present invention is not limited by the following examples.

<< 실시예Example > 이리듐이 포함된 니켈 실리사이드 제조> Nickel silicide containing iridium

실시예Example 1: 단결정 실리콘 기판을 사용한 니켈 실리사이드의 제조 1: Preparation of Nickel Silicide Using Single Crystal Silicon Substrate

직경이 10 ㎝이고, 두께가 550 ㎛인 p-type(100) 베어(bare) 단결정 실리콘 기판(Si)에 자연 산화막이 형성되기 전에 100 Å 두께의 니켈금속/10 Å 두께의 이리듐(Ir)금속을 열 증착기로 증착시켜 최종적으로 Ni(100 Å)/Ir(10 Å)/Si(550 ㎛) 시편을 제조하였다.100 금속 thick nickel metal / 10 Å thick iridium (Ir) metal before a natural oxide film is formed on a p-type (100) bare single crystal silicon substrate (Si) with a diameter of 10 cm and a thickness of 550 µm The Ni (100 mm 3) / Ir (10 mm) / Si (550 μm) specimens were finally prepared by depositing with a thermal evaporator.

상기 시편은 10-3 torr의 진공에서 7쌍의 할로겐 램프를 이용하여 급속 열처리 방식(열처리 승온속도 20초, 유지시간은 40초로 실시할 경우 오버 슈트가 40 ~ 100 ℃정도 일어났으며 세팅한 온도까지 내려가는데 10초가 소모됨)을 통한 300, 450, 500, 700, 800, 900, 1000 및 1200 ℃의 8가지 조건에서 40초간 열처리하여 단결정 실리콘 기판에 이리듐이 첨가된 니켈실리사이드를 제조하였다.The specimen was subjected to rapid heat treatment using a pair of halogen lamps in a vacuum of 10 -3 torr (20 seconds at a heat treatment temperature increase rate of 40 seconds and a holding time of 40 seconds. The silicon silicide added with iridium to the single crystal silicon substrate was manufactured by heat-treating for 40 seconds under 8 conditions of 300, 450, 500, 700, 800, 900, 1000, and 1200 ° C. through 10 seconds.

실시예Example 2 :  2 : 다결정Polycrystalline 실리콘 기판을 사용한 니켈 실리사이드의 제조 Preparation of Nickel Silicide Using Silicon Substrate

직경이 10 ㎝이고, 두께가 550 ㎛인 p-type(100)에 2000 Å의 열산화막을 가진 실리콘 기판에는 저압화학기상증착(LPCVD, Low Pressure Chemical Vapor Deposition)기를 사용하여 폴리 실리콘(poly-Si)을 기판 전면에 700 Å의 두께로 성막한 후 기판에 자연 산화막이 형성되기 전에 10 Å두께의 이리듐금속과 100 Å두께의 니켈금속을 열증착기로 열 증착기로 증착시켜 최종적으로 Ni(100 Å)/Ir(10 Å)/poly-Si(700 Å)/SiO2(2000 Å)/Si(550 ㎛) 시편을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이리듐이 첨가된 니켈실리사이드를 제조하였다.A silicon substrate having a thermal oxide film of 2000 에 in a p-type (100) having a diameter of 10 cm and a thickness of 550 µm was fabricated using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). ) Was deposited on the entire surface of the substrate at a thickness of 700 Å, and 10 Å thick iridium metal and 100 니켈 nickel metal were deposited by a thermal evaporator with a thermal evaporator before the natural oxide film was formed on the substrate. A iridium-added nickel silicide was prepared in the same manner as in Example 1, except that the specimen was prepared in a / Ir (10 Å) / poly-Si (700 Å) / SiO 2 (2000 Å) / Si (550 μm) specimen. Prepared.

<< 비교예Comparative example > 니켈 실리사이드의 제조> Preparation of Nickel Silicide

비교예Comparative example 1: 단결정 실리콘 기판을 사용하고, 이리듐이 첨가되지 않은 니켈 실리사이드의 제조 1: Preparation of Nickel Silicide Using Single Crystal Silicon Substrate and Without Iridium

단결정 실리콘 기판에 이리듐층을 증착하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.Except that the iridium layer was not deposited on the single crystal silicon substrate was prepared in the same manner as in Example 1.

비교예Comparative example 2:  2: 다결정Polycrystalline 실리콘 기판을 사용하고, 이리듐이 첨가되지 않은 니켈 실리사이드의 제조 Preparation of Nickel Silicide Using Silicon Substrate and Without Iridium

다결정 실리콘 기판에 이리듐층을 증착하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 제조하였다.Except that the iridium layer was not deposited on the polycrystalline silicon substrate was prepared in the same manner as in Example 2.

<< 실험예Experimental Example 1> 온도에 따른 실리사이드의 표면저항 측정 1> Measurement of surface resistance of silicide according to temperature

상기 제조된 니켈 실리사이드에 온도에 따른 표면저항을 측정하기 위해 하기의 실험을 실시하엿다.The following experiment was carried out to measure the surface resistance according to temperature in the prepared nickel silicide.

상기 실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2를 80 ℃로 유지시킨 30%-황산(H2SO4)에 10분간 담궈 세척 후 사점 저항기(4 point probe, Changmin사, CMT-SR1000N))를 사용하여 각 시편의 표면저항(ohm/sq)을 측정하였고, 그 결과를 도 2 및 3에 나타내었다.After dipping for 10 minutes in 30% sulfuric acid (H 2 SO 4 ) kept in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 at 80 ℃ and then washed with a four-point resistor (4 point probe, Changmin, CMT-SR1000N) The surface resistance (ohm / sq) of each specimen was measured using the results, and the results are shown in FIGS. 2 and 3.

상기 도 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1은 700 ℃ 이상에서 급격한 표면저항의 변화를 보이는 반면, 10% 이리듐이 포함된 니켈 실리사이드는 표면저항이 1200 ℃까지 안정한 것이 관찰되었다. 또한, 비교예 2도 700 ℃ 이상에서 급격한 표면저항의 변화를 보이는 반면, 실시예 2는 비교예 2에 비해 850 ℃ 이하에서도 낮은 표면 저항을 나타내었다. As shown in FIG. 2, Comparative Example 1 showed a sharp change in surface resistance at 700 ° C. or higher, whereas nickel silicide containing 10% iridium had a stable surface resistance up to 1200 ° C. FIG. In addition, Comparative Example 2 also showed a sharp change in the surface resistance at 700 ℃ or more, while Example 2 exhibited a lower surface resistance even at 850 ℃ or less than Comparative Example 2.

따라서, 상기 단결정 및 다결정 실리콘 기판에 이리듐이 첨가된 니켈 실리사이드는 저저항 안정화 공정 범위를 크게 향상시켰음을 알 수 있었다.Accordingly, it was found that nickel silicide added with iridium to the single crystal and polycrystalline silicon substrates greatly improved the low resistance stabilization process range.

<< 실험예Experimental Example 2> 니켈 실리사이드 표면의 전자현미경 관찰 2> Electron microscopy observation of nickel silicide surface

제조된 실리사이드의 평면적인 미세구조를 확인하기 위하여 하기와 같은 실험을 진행하였다.In order to check the planar microstructure of the prepared silicide, the following experiment was conducted.

700 또는 1000 ℃에서 실리사이드화 처리한 실시예 1 및 2의 기판을 30% 황산에서 10분간 세척한 후, 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, HITACHI사, S-4300)을 이용하여 시편을 관찰하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.After the substrates of Examples 1 and 2 subjected to silicide treatment at 700 or 1000 ° C. were washed for 10 minutes in 30% sulfuric acid, the specimens were observed using a scanning electron microscope (Field Emission Scanning Electron Microscope, Hitachi, S-4300). It was. The results are shown in FIG.

도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 시편에 700 ℃로 열처리한 (a)는 매우 균일한 표면상을 보였으며, 1000 ℃로 열처리한 (b)는 폭이 0.2 ㎛ 정도의 미로형의 표면 응집을 관찰할 수 있었다. As shown in Figure 3, the specimen of Example 1 (a) heat treated at 700 ℃ showed a very uniform surface, the heat treatment at 1000 ℃ (b) is a labyrinth surface of about 0.2 ㎛ width Aggregation could be observed.

또한, 실시예 2의 시편에 700 ℃로 열처리한 (c)는 100 ㎚ 이하의 점형(dot) 결정립을 보이며, 실시예 2의 시편에 1000 ℃로 열처리한 (d)는 (b)보다 더욱 미세한 미로형 미세구조를 가짐을 알 수 있었다.In addition, (c) heat-treated at 700 ° C. on the specimen of Example 2 showed dot grains of 100 nm or less, and (d) heat-treated at 1000 ° C. on the specimen of Example 2 was more fine than (b). It was found to have a maze-type microstructure.

<< 실험예Experimental Example 3> 니켈 실리사이드의 수직단면구조의 관찰 3> Observation of vertical section structure of nickel silicide

상기 실시예 1 및 2에 의해 제조된 니켈 실리사이드의 수직단면구조를 관찰하기 위하여 하기와 같은 실험을 진행하였다.In order to observe the vertical cross-sectional structure of the nickel silicide prepared in Examples 1 and 2 were carried out as follows.

상기 실시예 1 및 2에 따른 시편을 각각 700 및 1000 ℃로 열처리하여 니켈 실리사이드를 제조한 후, 듀얼빔 접속이온빔 시스템(FEI사, dual beam-field ion beam Nano Lab200)을 이용하여 Ga이온을 30 kV로 가속시켜 표면전류가 10 pA가 되도록 유지하고, 150 ㎚ 깊이를 목표값으로 하여 1.2×1.0 ㎛2 면적으로 실시예 1 및 2의 니켈 실리사이드를 트렌치(trench) 가공하였다. 트렌치 가공 후, 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, HITACHI사, S-4300)을 이용하여 니켈 실리사이드를 관찰하였다. 또한, 가공된 트렌치를 52°로 기울여 실리콘 및 도전성 실리사이드의 두께가 다른 것을 이용하여 니켈 실리사이드의 두께를 결정하였다. 그 결과를 도 4 및 5에 나타내었다.After the nickel silicide was prepared by heat-treating the specimens according to Examples 1 and 2 at 700 and 1000 ° C., respectively, Ga ions were obtained by using a dual beam connection ion beam system (FEI, dual beam-field ion beam Nano Lab200). The nickel silicides of Examples 1 and 2 were trenched in a 1.2 × 1.0 μm 2 area with a target depth of 150 nm while accelerating to kV to maintain a surface current of 10 pA. After the trench processing, nickel silicide was observed using a scanning electron microscope (Field Emission Scanning Electron Microscope, HITACHI, S-4300). In addition, the thickness of the nickel silicide was determined by inclining the processed trench at 52 ° using the thicknesses of the silicon and the conductive silicide. The results are shown in FIGS. 4 and 5.

도 4에 나타난 바와 같이, 상기 트렌치 가공된 니켈 실리사이드의 두께는 (a) 41 ㎚, (b) 38 ㎚, (c) 55 ㎚, (d) 55 ㎚로 측정이 되어 실리사이드화 온도에 따른 실리사이드층의 두께는 크게 달라지지 않았다. 아울러, 상기 실리사이드의 두께는 최소 선폭 100 ㎚급 이하의 쉘로우 정션 트랜지스터(shallow junction transistor)에 응용이 가능할 것이다.As shown in Figure 4, the thickness of the trenched nickel silicide is measured as (a) 41 nm, (b) 38 nm, (c) 55 nm, (d) 55 nm so that the silicide layer according to the silicided temperature The thickness of did not change significantly. In addition, the thickness of the silicide may be applicable to a shallow junction transistor having a minimum line width of 100 nm or less.

<< 실험예Experimental Example 4> 니켈 실리사이드의 X- 4> X- of nickel silicide 레이Lay 회절분석Diffraction analysis

열처리에 따른 니켈 실리사이드의 생성 실리사이드 상을 확인하기 위하여 하기의 실험을 하였다.The following experiment was conducted to confirm the formation of the silicide phase of nickel silicide by the heat treatment.

실시예 1(Ni/Ir/Si) 및 2(Ni/Ir/poly-Si)와 비교예 1(Ni/Si) 및 2(Ni/poly-Si)의 니켈 실리사이드를 X-레이 회절분석기(RIGAKU사, GEIGERFLEXD/MAX-ⅡA)를 이용하여, Cu Kα 파장을 1.5406 Å이었고, 이때 필라멘트 전류는 20 ㎃, 가속전압은 30 ㎸이었다. 스캔영역은 JCPDS(Joint Committee Powder Diffraction Standard) 카드 상에 나타나 있는 니켈 실리사이드를 고려하여 2θ를 20 ~ 80°범위에서 700 및 1000 ℃로 40초간 열처리하여 시편을 분석하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.Nickel silicides of Example 1 (Ni / Ir / Si) and 2 (Ni / Ir / poly-Si) and Comparative Examples 1 (Ni / Si) and 2 (Ni / poly-Si) were analyzed by X-ray diffractometer (RIGAKU). Using GEIGERFLEXD / MAX-IIA), the Cu Kα wavelength was 1.5406 mA, wherein the filament current was 20 mA and the acceleration voltage was 30 mA. The scan area was analyzed by thermally treating 2θ at 700 and 1000 ° C. for 40 seconds in the range of 20 to 80 ° in consideration of nickel silicide shown on a Joint Committee Powder Diffraction Standard (JCPDS) card. The results are shown in FIG.

도 5에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 니켈 실리사이드는 700 ℃에서 2θ값이 45°정도인 NiSi(○ 표시)의 형성을 나타내는 피크가 존재하며, 1000 ℃에서는 특유의 NiSi2(☆ 표시)가 나타나면서 고저항상의 형상이 나타난 반면에, 실시예 1의 경우 700 및 1000 ℃에서 각각 Ir3Si(□ 표시), IrSi3상(△ 표시)이 나타났다. 이러한 복잡한 Ir실리사이드는 Ir3Si5를 비롯하여 모두 고온으로 갈수록 저저항을 가지는 특성이 있는 것으로 알 수 있었다.As shown in FIG. 5, the nickel silicide of Comparative Example 1 has a peak indicating the formation of NiSi (○ mark) having a 2θ value of about 45 ° at 700 ° C., and at 1000 ° C., a characteristic NiSi 2 (☆ mark) is present. On the other hand, the shape of the high resistance phase was shown, whereas in Example 1, Ir 3 Si (□ mark) and IrSi 3 phase (△ mark) were shown at 700 and 1000 ° C., respectively. These complex Ir silicides, including Ir 3 Si 5 , all have a characteristic of having a low resistance toward higher temperatures.

또한, 실시예 2는 저온인 700 ℃에서 NiSi 특성피크가 보이지 않고 Ir3Si의 특성피크가 보이고 있다. 따라서 다결정 실리콘기판을 가진 경우는 결정립계를 따라 빠른 확산이 발생, Ir이 NiSi에 고용된 형태의 Ni(Ir)Si와 Ir3Si가 공동으로 혼재하면서 저저항을 보이게 됨을 알 수 있었다.In addition, in Example 2, the NiSi characteristic peak was not seen at a low temperature of 700 ° C., and the characteristic peak of Ir 3 Si was seen. Therefore, it can be seen that in the case of the polycrystalline silicon substrate, rapid diffusion occurs along the grain boundary, and Ni (Ir) Si and Ir 3 Si in a form in which Ir is dissolved in NiSi are mixed and show low resistance.

<< 실험예Experimental Example 5> 온도에 따른 니켈 실리사이드의 화학조성의 정량분석 5> Quantitative Analysis of Chemical Composition of Nickel Silicide by Temperature

온도에 따른 니켈 실리사이드의 화학조성의 정량분석을 위하여 하기와 같은 실험을 진행하였다.In order to quantitatively analyze the chemical composition of nickel silicide according to temperature, the following experiment was conducted.

오제이 전자분광기(Auger Electron Spectroscopy, Perkin-Elmer사)를 이용하 여 700 및 1000 ℃로 각각 열처리한 실시예 1 및 2의 시편에 대해 Si, Ni, Ir의 조성변화를 측정하여 온도에 따라 생성된 니켈 실리사이드의 화학조성 정량분석을 하였다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.Nickel produced according to temperature by measuring the compositional changes of Si, Ni, and Ir for the specimens of Examples 1 and 2 heat-treated at 700 and 1000 ° C. using Auger Electron Spectroscopy (Perkin-Elmer) The chemical composition of silicide was quantitatively analyzed. The results are shown in FIG.

도 6에 나타난 바와 같이, 실시예 1을 각각 700 및 1000 ℃로 열처리한 (a)및 (b)의 니켈 실리사이드는 NiSi라고 판단되는 모두 비슷한 화학양비를 보였고, 실시예 2를 700 ℃로 열처리한 (c)는 상기 (a) 및 (b)와 비슷한 화학양비를 보인 반면에, 실시예 2를 1000 ℃로 열처리한 (d)는 화학성분비가 다른 실리사이드가 형성되었다. 특히, 하부에 있던 Si층이 오히려 상부로 가는 도치 현상이 생겼으며 이에 따라 극단적인 응집형상이 생겼다고 판단되었다. 이로 보아, (a), (b) 및 (c)의 니켈실리사이드는 저저항을 보이는 실리사이드가 생성되었음을 알 수 있었다.As shown in FIG. 6, the nickel silicides of (a) and (b), which were heat-treated at 700 and 1000 ° C., respectively, showed similar chemical ratios, which were determined to be NiSi, and Example 2 was heat-treated at 700 ° C. (c) showed a similar chemical ratio as in (a) and (b), whereas (d) in Example 2 heat-treated at 1000 ° C. formed silicides having different chemical composition ratios. In particular, it was judged that the inversion phenomenon toward the upper part of the Si layer in the lower part occurred, and thus an extreme aggregation shape occurred. From this, it was found that the nickel silicides of (a), (b) and (c) produced silicides showing low resistance.

<< 실험예Experimental Example 6> 니켈 실리사이드의  6> of nickel silicide 표면조도의Surface roughness 측정 Measure

열처리에 따른 니켈 실리사이드의 표면조도의 변화를 알아보기 위하여 하기와 같은 실험을 진행하였다.In order to determine the change in surface roughness of the nickel silicide according to the heat treatment, the following experiment was conducted.

실리사이드 공정에 따른 표면조도의 변화를 확인하기 위하여 주사탐침현미경(Scanning Probe Microscope, PSIA CP, AP-0100)을 이용하여 5×5 ㎛2 범위를 콘택 모드로 스캔 분석하여 제곱평균(root mean square, rms)을 측정함으로써 정량화하였다. 실시예 1 및 2의 열처리 온도에 따른 시편의 제곱 평균값은 5개의 수평선을 설정하여 이들의 제곱 평균값을 결정하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다.In order to confirm the change in surface roughness according to the silicide process, a scanning probe microscope (Scanning Probe Microscope, PSIA CP, AP-0100) was used to scan and analyze a 5 × 5 μm 2 range in contact mode to obtain a root mean square, Quantification by measuring rms). The square mean values of the specimens according to the heat treatment temperatures of Examples 1 and 2 set five horizontal lines to determine their square mean values. The results are shown in FIG.

도 7에서 나타난 바와 같이, 열처리 온도에 따른 실시예 1의 시편은 300 ~ 700 ℃까지 전체 조도의 제곱 평균값이 서서히 증가하다 800 ℃부터는 표면조도 값이 급격히 증가하였다. 700 ℃까지는 표면조도가 부피변화에도 불구하고 고른 표면을 가지고 생성되었다고 판단되고, 800 ℃이상에서는 고온열처리에 의한 표면 응집현상의 발생으로 표면조도가 크게 측정이 되었다고 판단되었다. As shown in Figure 7, the specimen of Example 1 according to the heat treatment temperature gradually increases the square average value of the total roughness from 300 to 700 ℃ The surface roughness value rapidly increased from 800 ℃. The surface roughness was determined to have an even surface despite the volume change up to 700 ℃, and surface roughness was determined to be large due to the surface cohesion caused by the high temperature heat treatment above 800 ℃.

또한, 열처리 온도에 따른 실시예 2의 시편은 300 ~ 700 ℃까지 전체 표면조도의 제곱평균 값이 거의 변화가 없다가 800 ℃ 근처에서 약간 낮아지고, 800 ℃ 이상에서는 다시 표면조도 값이 증가하였다. 그러나 전체 온도범위에서 표면조도는 온도에 따른 큰 변화 없이 2.0 ㎚ 정도를 보임을 알 수 있었다.In addition, in the specimen of Example 2 according to the heat treatment temperature, the root mean square value of the total surface roughness was almost unchanged until 300 ~ 700 ℃, but slightly lowered near 800 ℃, and the surface roughness value increased again above 800 ℃. However, it was found that the surface roughness in the entire temperature range was about 2.0 nm without significant change with temperature.

본 발명에 의하면, 기존의 니켈 실리사이드 소재에 소량의 이리듐을 혼합하여 고온에서도 안정하게 저저항을 유지하는 고온 안정 니켈 실리사이드를 제조함으로써 반도체 소재 분야에 유용하게 사용될 수 있다.According to the present invention, a small amount of iridium may be mixed with an existing nickel silicide material to prepare a high temperature stable nickel silicide that maintains low resistance stably even at high temperature, and thus may be usefully used in the semiconductor material field.

Claims (10)

단결정 또는 다결정 실리콘 기판 위에 이리듐층 및 니켈층을 증착하거나, 또는 이리듐이 합금화된 니켈 박막을 직접 실리콘 기판 위에 증착하는 단계(단계 1);Depositing an iridium layer and a nickel layer on the single crystal or polycrystalline silicon substrate, or depositing an iridium alloyed nickel thin film directly on the silicon substrate (step 1); 상기 단계 1에서 증착된 실리콘 기판을 열처리하여 실리사이드화 반응을 수행하는 단계(단계 2); 및Heat-treating the silicon substrate deposited in step 1 to perform a silicide reaction (step 2); And 상기 실리사이드화 반응이 수행된 실리콘 기판을 냉각시키는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어지는 고온 안정 니켈 실리사이드의 제조방법.And cooling the silicon substrate on which the silicidation reaction has been performed (step 3). 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 이리듐층의 증착 두께는 니켈층의 증착 두께에 대하여 이리듐의 첨가량을 조절함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 고온 안정 니켈 실리사이드의 제조방법.The method of claim 1, wherein the deposition thickness of the iridium layer of step 1 is controlled by adjusting the amount of iridium added with respect to the deposition thickness of the nickel layer. 제2항에 있어서, 상기 이리듐의 첨가량은 니켈층의 증착 두께의 1 ~ 10%로 조절되는 것을 특징으로 하는 고온 안정 니켈 실리사이드의 제조방법.The method of claim 2, wherein the amount of iridium added is controlled to 1 to 10% of the deposition thickness of the nickel layer. 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 니켈 박막은 이리듐이 1~10% 합금화된 것임 을 특징으로 하는 고온 안정 니켈 실리사이드의 제조방법.The method of claim 1, wherein the nickel thin film of step 1 is iridium alloyed 1 ~ 10%, characterized in that the manufacturing method of high temperature stable nickel silicide. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 기판 위에 증착되는 이리듐층 및 니켈층의 증착순서는 이리듐층 증착 후 니켈층을 증착하거나(이리듐층/니켈층), 또는 니켈층을 증착한 후 이리듐층을 증착(니켈층/이리듐층)하는 것을 특징으로 하는 고온 안정 니켈 실리사이드의 제조방법.The method of claim 1, wherein the deposition order of the iridium layer and the nickel layer deposited on the silicon substrate is deposited by depositing an iridium layer and then depositing a nickel layer (iridium layer / nickel layer), or depositing a nickel layer and then depositing an iridium layer ( Nickel layer / iridium layer). 제5항에 있어서, 상기 실리콘 기판 위에 증착되는 이리듐층/니켈층 또는 니켈층/이리듐층은 1회 증착되거나, 또는 2회 이상 반복하여 증착되는 것을 특징으로 하는 고온 안정 니켈 실리사이드의 제조방법.The method of claim 5, wherein the iridium layer / nickel layer or the nickel layer / iridium layer deposited on the silicon substrate is deposited once or repeatedly deposited two or more times. 제1항에 있어서, 상기 실리사이드화 반응을 수행하기 위한 열처리는 급속 열처리 장치에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 고온 안정 니켈 실리사이드의 제조방법.The method of claim 1, wherein the heat treatment for performing the silicidation reaction is carried out by a rapid heat treatment apparatus. 제1항에 있어서, 상기 열처리 온도는 200 ~ 1300 ℃에서 수행되는 것을 특징 으로 하는 고온 안정 니켈 실리사이드의 제조방법.The method of claim 1, wherein the heat treatment temperature is performed at 200 ~ 1300 ℃ high temperature stable nickel silicide manufacturing method. 제8항에 있어서, 상기 열처리 온도는 700 ~ 1300 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고온 안정 니켈 실리사이드의 제조방법.The method of claim 8, wherein the heat treatment temperature is performed at 700 to 1300 ° C. 10. 제1항에 있어서, 상기 단계 3의 냉각은 불활성 기체를 -60 ~ 100 ℃에서 10 ~ 60분의 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고온 안정 니켈 실리사이드의 제조방법.The method of claim 1, wherein the cooling of the step 3 is a method for producing a high temperature stable nickel silicide, characterized in that the inert gas is carried out for 10 to 60 minutes at -60 ~ 100 ℃.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101445927B1 (en) * 2011-09-26 2014-09-29 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus

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