KR20090083671A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 실리콘 기판과 랜딩플러그 사이에 밴드갭 에너지가 실리콘보다 작은 게르마늄으로 버퍼층을 형성하여 M-S 정션의 에너지 베리어를 감소시킴으로써 콘택 저항을 감소시킬 수 있는 기술을 개시한다. 이를 위해, 본 발명은 반도체 기판 상부에 게이트를 형성하는 단계; 상기 게이트 양측의 상기 반도체 기판 내에 소스/드레인 영역을 형성하는 단계; 및 상기 소스/드레인 영역 표면에 버퍼층 및 금속 실리사이드층을 포함하는 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and discloses a technology capable of reducing contact resistance by forming a buffer layer of germanium having a bandgap energy smaller than silicon between a silicon substrate and a landing plug to reduce the energy barrier of the MS junction. do. To this end, the present invention comprises the steps of forming a gate on the semiconductor substrate; Forming source / drain regions in the semiconductor substrate on both sides of the gate; And forming a landing plug including a buffer layer and a metal silicide layer on a surface of the source / drain region.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 실리콘 기판과 랜딩플러그 사이에 밴드갭 에너지가 실리콘보다 작은 게르마늄으로 버퍼층을 형성하여 M-S 정션의 에너지 베리어를 감소시킴으로써 콘택 저항을 감소시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법에 관한 기술이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device. In particular, a semiconductor device capable of reducing contact resistance by forming a buffer layer of germanium having a bandgap energy smaller than silicon between a silicon substrate and a landing plug to reduce the energy barrier of the MS junction. It is a technique relating to the manufacturing method of.
반도체 소자가 고집적화되고, 고속화됨에 따라 전체적인 소자의 크기도 작아지고, 그 결과 트랜지스터의 소스/드레인 영역과 접촉하는 콘택플러그의 사이즈도 감소하고 있다. 이와 같이 콘택플러그의 사이즈가 감소하게 되면 실리콘 기판과 콘택플러그 간의 콘택 저항(Rc)이 증가하게 된다. 이는 소자의 전류 특성을 열화시켜 소자의 고속화를 저해하는 요인이 된다. As semiconductor devices become more integrated and faster, the size of the overall device is smaller, and as a result, the size of the contact plug in contact with the source / drain regions of the transistor is also reduced. As the size of the contact plug decreases, the contact resistance Rc between the silicon substrate and the contact plug increases. This deteriorates the current characteristics of the device and becomes a factor that inhibits the speed of the device.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 다음과 같은 방법이 있다. 첫째, 콘택플러그의 사이즈를 증가시키는 방법이다. 이는 소자가 고집적화되면서 공간 마진이 줄어들고 있어 어려운 측면이 있다. 둘째, 실리콘 기판과 콘택플러그 간의 접촉면에 불순물 도핑 농도를 증가시키는 방법이 있다. 셋째, 콘택플러그와 실리콘 기판 간의 에너지 장벽층의 높이를 감소시키는 방법이 있다. There are the following ways to solve this problem. First, the size of the contact plug is increased. This is a difficult aspect since the space margin is decreasing as the device is highly integrated. Second, there is a method of increasing the impurity doping concentration on the contact surface between the silicon substrate and the contact plug. Third, there is a method of reducing the height of the energy barrier layer between the contact plug and the silicon substrate.
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 1a를 참조하면, NMOS 영역의 반도체 기판(10)에 활성영역(12)을 정의하는 소자분리막(14)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, an
그 다음, 소자분리막(14)이 형성된 반도체 기판(10) 상부에 스크린 산화막(미도시)을 형성한다. Next, a screen oxide film (not shown) is formed on the
여기서, 상기 스크린 산화막은 후속의 이온주입 공정시 반도체 기판(10)을 보호하는 역할을 한다.Here, the screen oxide film serves to protect the
그 다음, 웰 이온주입 공정을 수행하여 상기 스크린 산화막이 형성된 반도체 기판(10) 내에 웰 영역(미도시)을 형성한다.Next, a well ion implantation process is performed to form a well region (not shown) in the
도 1b를 참조하면, 반도체 기판(10) 상부에 게이트 절연막(16)을 형성하고, 게이트 절연막(16) 상부에 게이트 폴리실리콘층(18a), 게이트 전극층(18b) 및 게이트 하드마스크층(18c)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, a
여기서, 게이트 절연막(16)은 산화막으로 형성하고, 게이트 전극층(18b)는 텅스텐 실리사이드(WSix)층으로 형성하며, 게이트 하드마스크층(18c)은 질화막으로 형성한다.Here, the
그 다음, 게이트 마스크를 이용한 사진 식각공정으로 상기 적층구조를 식각하여 게이트(18)를 형성한다. Next, the stacked structure is etched by a photolithography process using a gate mask to form a
그 다음, LDD 이온주입 공정을 수행하여 게이트(18) 양측의 반도체 기판(10) 내에 LDD 영역(20)을 형성한다.Then, the LDD ion implantation process is performed to form the
그 다음, 게이트(18)를 포함한 반도체 기판(10) 상부에 스페이서용 절연막을 증착한 후, 상기 스페이서용 절연막을 식각하여 게이트(18) 양측벽에 스페이서(22)를 형성한다Thereafter, an insulating film for spacers is deposited on the
그 다음, 소스/드레인 이온주입 공정을 수행하여 스페이서(22)가 형성된 게이트(18) 양측의 반도체 기판(10) 내에 소스/드레인 영역(24)을 형성한다.Next, a source / drain ion implantation process is performed to form the source /
도 1c를 참조하면, 게이트(18) 및 스페이서(22)가 형성된 반도체 기판(10) 상부에 층간절연막(26)을 형성한다.Referring to FIG. 1C, an
도 1d를 참조하면, 층간절연막(26)을 선택적으로 식각하여 게이트(18) 양측의 활성영역(12)을 노출시키는 콘택홀(28)을 형성한다.Referring to FIG. 1D, the
그 다음, 콘택홀(28)을 포함한 층간절연막(26) 전면에 베리어 메탈층(30)을 형성한다. 여기서, 베리어 메탈층(30)은 티타늄(Ti)막을 100Å의 두께로 형성한다.Next, the
그 다음, 베리어 메탈층(30)이 형성된 상기 결과물에 열처리 공정을 수행하여 콘택홀(28) 저부에 티타늄실리사이드(TiSi2)막(32)을 형성한다. Next, a titanium silicide (TiSi 2)
도 1e를 참조하면, 베리어 메탈층(30) 상부에 도전층(34)을 형성하고, 후속 공정으로 층간절연막(26)이 노출될 때까지 도전층(34)을 평탄화시켜 랜딩플러그(미도시)를 형성한다. 여기서, 도전층(34)은 텅스텐(W)층으로 형성한다. Referring to FIG. 1E, a landing plug (not shown) is formed by forming a
이러한 텅스텐(W)층은 대략 20μΩ㎝ 이상의 상대적으로 높은 비저항을 가지고 있어 콘택 저항을 낮추기에 한계가 있다. 일반적으로, 콘택 저항은 비저항(ρ)/콘택 면적(Ac)에 비례하므로, 콘택 저항을 낮추기 위해서는 비저항(ρ)을 감소시키거나, 콘택 면적(Ac)을 증가시켜야 한다. The tungsten (W) layer has a relatively high resistivity of about 20 mu OMEGA cm or more and thus has a limit in lowering contact resistance. In general, since the contact resistance is proportional to the specific resistance ρ / contact area Ac, it is necessary to decrease the specific resistance ρ or increase the contact area Ac to lower the contact resistance.
여기서, 비저항은 exp(에너지 베리어의 높이/sqrt(불순물 농도))에 비례하며, 상술한 종래기술에서는 랜딩플러그와 활성영역 사이에 형성하는 티타늄 실리사이드층을 이용하여 에너지 베리어의 높이를 감소시키고 있다. 이로 인해, 콘택 저항이 낮아지긴 했으나, 소자의 고집적화가 심화됨에 따라 이보다 더 낮은 콘택 저항이 필요시되고 있다. Here, the specific resistance is proportional to exp (height of energy barrier / sqrt (impurity concentration)), and in the above-described prior art, the height of the energy barrier is reduced by using a titanium silicide layer formed between the landing plug and the active region. Due to this, although the contact resistance is lowered, as the high integration of the device is intensified, a lower contact resistance is required.
본 발명은 실리콘 기판과 랜딩플러그 사이에 밴드갭 에너지가 실리콘보다 작은 게르마늄으로 버퍼층을 형성하여 M-S 정션의 에너지 베리어를 감소시킴으로써 콘택 저항을 감소시킬 수 있는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to reduce the contact resistance by forming a buffer layer of germanium having a bandgap energy smaller than silicon between the silicon substrate and the landing plug to reduce the energy barrier of the M-S junction.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판 상부에 게이트를 형성하는 단계; 상기 게이트 양측의 상기 반도체 기판 내에 소스/드레인 영역을 형성하는 단계; 및 상기 소스/드레인 영역 표면에 버퍼층 및 금속 실리사이드층을 포함하는 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of forming a gate on the semiconductor substrate; Forming source / drain regions in the semiconductor substrate on both sides of the gate; And forming a landing plug including a buffer layer and a metal silicide layer on a surface of the source / drain region.
여기서, 상기 버퍼층은 게르마늄(Ge)층을 50~150Å의 두께로 형성하는 것과, 상기 금속 실리사이드층은 티타늄 실리사이드(TiSi2)층을 포함하는 것과, 상기 랜딩플러그 형성 단계는 상기 소스/드레인 영역 표면에 상기 버퍼층 및 실리콘층을 형성하는 단계; 전체 표면 상부에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막을 선택적으로 식각하여 상기 실리콘층을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀을 포함한 전면에 베리어 메탈층을 형성하는 단계; 열처리 공정으로 상기 실리콘층과 상기 베리어 메탈층을 반응시켜 상기 금속 실리사이드층을 형성하는 단계; 및 상기 콘택홀에 텅스텐층을 매립하고, 상기 층간절연막이 노출될 때까지 상기 텅스텐층을 평탄화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the buffer layer is formed of a germanium (Ge) layer having a thickness of 50 ~ 150Å, the metal silicide layer comprises a titanium silicide (TiSi2) layer, and the landing plug forming step is the surface of the source / drain region Forming the buffer layer and the silicon layer; Forming an interlayer insulating film over the entire surface; Selectively etching the interlayer insulating film to form a contact hole exposing the silicon layer; Forming a barrier metal layer on the entire surface including the contact hole; Reacting the silicon layer and the barrier metal layer to form the metal silicide layer by a heat treatment process; And embedding a tungsten layer in the contact hole and planarizing the tungsten layer until the interlayer insulating film is exposed.
여기서, 상기 실리콘층의 두께는 상기 베리어 메탈층과 2:1의 비율로 형성하는 것과, 상기 실리콘층은 200Å의 두께로 형성하고, 상기 베리어 메탈층은 티타늄(Ti)층을 100Å의 두께로 형성하는 것과, 상기 버퍼층 및 상기 실리콘층은 선택적 에피택셜 성장 방법으로 형성하는 것과, 상기 열처리 공정은 급속 열처리(RTA) 방법으로 수행하는 것과, 상기 열처리 공정은 700~900℃의 온도로 20초~1분 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.Here, the thickness of the silicon layer is formed in a ratio of 2: 1 to the barrier metal layer, the silicon layer is formed to a thickness of 200Å, the barrier metal layer is formed of a titanium (Ti) layer to a thickness of 100Å The buffer layer and the silicon layer are formed by a selective epitaxial growth method, the heat treatment process is performed by a rapid heat treatment (RTA) method, and the heat treatment process is performed at a temperature of 700 to 900 ° C. for 20 seconds to 1 degree. Characterized in that it is carried out for minutes.
그리고, 상기 랜딩플러그 형성 단계는 전체 표면 상부에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막을 선택적으로 식각하여 상기 소스/드레인 영역을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀 저부에 상기 버퍼층 및 실리콘층을 형성하는 단계; 상기 콘택홀 측벽에 베리어 메탈층을 형성하는 단계; 열처리 공정으로 상기 실리콘층과 상기 베리어 메탈층을 반응시켜 상기 금속 실리사이드층을 형성하는 단계; 및 상기 콘택홀에 텅스텐층을 매립하고, 상기 층간절연막이 노출될 때까지 상기 텅스텐층을 평탄화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the landing plug may include forming an interlayer insulating layer on the entire surface of the landing plug; Selectively etching the interlayer insulating layer to form a contact hole exposing the source / drain region; Forming the buffer layer and the silicon layer on the bottom of the contact hole; Forming a barrier metal layer on the contact hole sidewalls; Reacting the silicon layer and the barrier metal layer to form the metal silicide layer by a heat treatment process; And embedding a tungsten layer in the contact hole and planarizing the tungsten layer until the interlayer insulating film is exposed.
본 발명은 실리콘 기판과 랜딩플러그 사이에 밴드갭 에너지가 실리콘보다 작은 게르마늄으로 버퍼층을 형성하여 M-S 정션의 에너지 베리어를 감소시킴으로써 콘택 저항을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.The present invention provides the effect of reducing the contact resistance by forming a buffer layer of germanium having a bandgap energy smaller than silicon between the silicon substrate and the landing plug to reduce the energy barrier of the M-S junction.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.2A through 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(100)의 NMOS 영역에 활성영역(102)을 정의하는 소자분리막(104)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, an
그 다음, 소자분리막(104)이 형성된 반도체 기판(100) 상부에 스크린 산화막(미도시)을 형성한다. Next, a screen oxide film (not shown) is formed on the
여기서, 상기 스크린 산화막은 후속의 이온주입 공정시 반도체 기판(100)을 보호하는 역할을 한다.Here, the screen oxide film serves to protect the
그 다음, 웰 이온주입 공정을 수행하여 상기 스크린 산화막이 형성된 반도체 기판(100) 내에 웰 영역(미도시)을 형성한다.Then, a well ion implantation process is performed to form a well region (not shown) in the
도 2b를 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 게이트 절연막(106)을 형성하고, 게이트 절연막(106) 상부에 게이트 폴리실리콘층(108a), 게이트 전극층(108b) 및 게이트 하드마스크층(108c)을 형성한다.Referring to FIG. 2B, a
여기서, 게이트 절연막(106)은 산화막으로 형성하고, 게이트 전극층(108b)는 텅스텐 실리사이드(WSix)층으로 형성하며, 게이트 하드마스크층(108c)은 질화막으로 형성하는 것이 바람직하다.The
그 다음, 게이트 마스크를 이용한 사진 식각공정으로 상기 적층구조를 식각하여 게이트(108)를 형성한다. Next, the stacked structure is etched by a photolithography process using a gate mask to form a
그 다음, LDD 이온주입 공정을 수행하여 게이트(108) 양측의 반도체 기판(100) 내에 LDD 영역(110)을 형성한다.Next, the LDD ion implantation process is performed to form the
그 다음, 게이트(108)를 포함한 반도체 기판(100) 상부에 스페이서용 절연막을 증착한 후, 상기 스페이서용 절연막을 식각하여 게이트(108) 양측벽에 스페이서(112)를 형성한다Thereafter, an insulating film for spacers is deposited on the
그 다음, 소스/드레인 이온주입 공정을 수행하여 스페이서(112)가 형성된 게이트(108) 양측의 반도체 기판(100) 내에 소스/드레인 영역(114)을 형성한다.A source / drain ion implantation process is then performed to form source /
도 2c를 참조하면, 게이트(108) 양측에 노출된 활성영역(102) 상부에 버퍼층(116)을 형성하고, 버퍼층(116) 상부에 실리콘(Si)층(118)을 형성한다.Referring to FIG. 2C, a
여기서, 버퍼층(116)은 실리콘(Si)과 동일한 4족 원소로 실리콘(Si)과 비슷한 일함수를 갖고, 실리콘(Si) 보다 에너지 밴드갭이 작은 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 버퍼층(116)은 게르마늄(Ge)층을 50~150Å의 두께, 바람직하게는 100Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. Here, the
그리고, 실리콘층(118)의 두께는 후속 공정에서 형성될 베리어 메탈층과 2:1 의 비율로 형성하는 것이 바람직하며, 베리어 메탈층을 100Å의 두께로 형성할 경우 실리콘층(118)은 200Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the thickness of the
또한, 버퍼층(116) 및 실리콘층(118) 형성 공정은 선택적 에피택셜 성장(SEG; Selective Epitaxial Growth) 방법으로 수행하는 것이 바람직하다.In addition, the process of forming the
도 2d를 참조하면, 전체 표면 상부에 층간절연막(120)을 형성한다.Referring to FIG. 2D, an
도 2e를 참조하면, 층간절연막(120)을 선택적으로 식각하여 실리콘층(118)을 노출시키는 랜딩플러그 콘택홀(122)을 형성한다.Referring to FIG. 2E, the landing
그 다음, 랜딩플러그 콘택홀(122)을 포함한 전면에 베리어 메탈층(124)을 형성한다.Next, the
여기서, 베리어 메탈층(124)은 티타늄(Ti)막을 100Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.Here, the
그 다음, 베리어 메탈층(124)이 형성된 상기 결과물에 열처리 공정을 수행하여 티타늄 실리사이드(TiSi2)막(126)을 형성한다.Next, a titanium silicide (TiSi 2)
여기서, 티타늄 실리사이드막(126)은 베리어 메탈층(124)의 티타늄(Ti) 원자와 실리콘층(118)의 실리콘(Si) 원자가 반응하여 형성된다. 즉, 실리콘층(118)이 티타늄 실리사이드막(126)으로 전환되는 것이다. Here, the
그리고, 티타늄 실리사이드막(126)를 형성하기 위한 열처리 공정은 급속열처리(RTA; Rapid Thermal Annealing) 방법을 이용하고, 열처리 온도는 700~900℃, 열처리 시간은 20초~1분인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 열처리 온도가 860℃, 열처리 시간은 20초인 것이 바람직하다.In addition, the heat treatment process for forming the
도 2f를 참조하면, 베리어 메탈층(124) 상부에 도전층(128)을 형성하고, 후속 공정으로 층간절연막(120)이 노출될 때까지 도전층(128)을 평탄화시켜 랜딩플러그(미도시)를 형성한다. 여기서, 도전층(128)은 텅스텐(W)층으로 형성하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 2F, a landing plug (not shown) is formed by forming a
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다. 3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, NMOS 영역의 반도체 기판(200)에 활성영역(202)을 정의하는 소자분리막(204)을 형성한다.Referring to FIG. 3A, an
그 다음, 소자분리막(204)이 형성된 반도체 기판(200) 상부에 스크린 산화막(미도시)을 형성한다. Next, a screen oxide film (not shown) is formed on the
여기서, 상기 스크린 산화막은 후속의 이온주입 공정시 반도체 기판(200)을 보호하는 역할을 한다.Here, the screen oxide film serves to protect the
그 다음, 상기 스크린 산화막이 형성된 반도체 기판(200)에 웰 이온주입 공정을 수행하여 반도체 기판(100) 내에 웰 영역(미도시)을 형성한다.Next, a well ion implantation process is performed on the
도 3b를 참조하면, 반도체 기판(200) 상부에 게이트 절연막(206)을 형성하고, 게이트 절연막(206) 상부에 게이트 폴리실리콘층(208a), 게이트 전극층(208b) 및 게이트 하드마스크층(208c)을 형성한다.Referring to FIG. 3B, a
여기서, 게이트 절연막(206)은 산화막으로 형성하고, 게이트 전극층(208b)는 텅스텐 실리사이드(WSix)층으로 형성하며, 게이트 하드마스크층(208c)은 질화막으로 형성하는 것이 바람직하다.The
그 다음, 게이트 마스크를 이용한 사진 식각공정으로 상기 적층구조를 식각하여 게이트(208)를 형성한다. Next, the stacked structure is etched by a photolithography process using a gate mask to form a
그 다음, 게이트(208)가 형성된 반도체 기판(200)에 LDD 이온주입 공정을 수행하여 게이트(208) 양측의 반도체 기판(200) 내에 LDD 영역(210)을 형성한다.Next, an LDD ion implantation process is performed on the
그 다음, 게이트(208)를 포함한 반도체 기판(200) 상부에 스페이서용 절연막을 증착한 후, 상기 스페이서용 절연막을 식각하여 게이트(208) 양측벽에 스페이서(212)를 형성한다Next, after depositing a spacer insulating film on the
그 다음, 스페이서(212)가 형성된 반도체 기판(200)에 소스/드레인 이온주입 공정을 수행하여 스페이서(212)가 형성된 게이트(208) 양측의 반도체 기판(200) 내에 소스/드레인 영역(214)을 형성한다.Next, a source / drain ion implantation process is performed on the
도 3c를 참조하면, 스페이서(212)가 형성된 반도체 기판(200) 상부에 층간절연막(216)을 형성한다.Referring to FIG. 3C, an
도 3d를 참조하면, 층간절연막(216)을 선택적으로 식각하여 게이트(208) 양측의 활성영역(202)을 노출시키는 랜딩플러그 콘택홀(218)을 형성한다.Referring to FIG. 3D, the
그 다음, 랜딩플러그 콘택홀(218) 저부에 버퍼층(220) 및 실리콘(Si)층(222)을 형성한다.Next, a
여기서, 버퍼층(220)은 게르마늄(Ge)층을 50~150Å의 두께, 바람직하게는 100Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. Here, the
그리고, 실리콘층(222)의 두께는 후속 공정에서 형성될 베리어 메탈층과 2:1의 비율로 형성하는 것이 바람직하며, 베리어 메탈층을 100Å의 두께로 형성할 경 우 실리콘층(222)은 200Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the thickness of the
또한, 버퍼층(220) 및 실리콘층(222) 형성 공정은 선택적 에피택셜 성장(SEG) 방법으로 수행하는 것이 바람직하다.In addition, the process of forming the
도 3e를 참조하면, 랜딩플러그 콘택홀(218)을 포함한 층간절연막(216) 전면에 베리어 메탈층(224)을 형성한다.Referring to FIG. 3E, the
여기서, 베리어 메탈층(224)은 티타늄(Ti)막을 100Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.Here, the
그 다음, 베리어 메탈층(224)이 형성된 상기 결과물에 열처리 공정을 수행하여 티타늄실리사이드(TiSi2)막(226)을 형성한다. Next, a titanium silicide (TiSi 2)
여기서, 티타늄 실리사이드막(226)은 베리어 메탈층(224)의 티타늄(Ti) 원자와 실리콘층(222)의 실리콘(Si) 원자가 반응하여 형성된다. 즉, 실리콘층(222)이 티타늄 실리사이드막(226)으로 전환되는 것이다. Here, the
그리고, 티타늄 실리사이드막(226)를 형성하기 위한 열처리 공정은 급속열처리(RTA) 방법을 이용하고, 열처리 온도는 700~900℃, 열처리 시간은 20초~1분인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 열처리 온도가 860℃, 열처리 시간은 20초인 것이 바람직하다.In addition, the heat treatment process for forming the
도 3f를 참조하면, 베리어 메탈층(224) 상부에 도전층(228)을 형성하고, 후속 공정으로 층간절연막(216)이 노출될 때까지 도전층(228)을 평탄화시켜 랜딩플러그(미도시)를 형성한다. 여기서, 도전층(228)은 텅스텐(W)층으로 형성하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 3F, the
도 4는 본 발명에 따른 효과를 설명하기 위해 도시한 도면으로서, NMOS 트랜지스터의 에너지 밴드를 도시한 것이다. 4 is a diagram illustrating the effect of the present invention, and shows an energy band of an NMOS transistor.
도 4를 참조하면, 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)은 모두 4족 원소로서 티타늄 실리사이드(TiSi2)와 비슷한 일함수(work function)를 가지고 있다. 즉, 티타늄 실리사이드(TiSi2)는 4.9V, 실리콘(Si) 및 게르마늄(Ge)은 약 4.8V의 일함수를 가진다. Referring to FIG. 4, both silicon (Si) and germanium (Ge) have a work function similar to titanium silicide (TiSi 2) as a Group 4 element. That is, titanium silicide (TiSi2) has a work function of 4.9V and silicon (Si) and germanium (Ge) of about 4.8V.
그리고, 실리콘(Si)의 에너지 밴드갭 Eg은 1.12V이고, 게르마늄(Ge)의 에너지 밴드갭 Eg은 0.67V로서, 게르마늄(Ge)이 실리콘(Si)보다 약 0.5V 정도 에너지 밴드갭이 작다. The energy bandgap Eg of silicon (Si) is 1.12V and the energy bandgap Eg of germanium (Ge) is 0.67V, and the energy bandgap of germanium (Ge) is about 0.5V smaller than that of silicon (Si).
이러한 특징으로 인해 실리콘(Si)과 티타늄 실리사이드(TiSi2) 간에 M-S 정션(Metal-Silicon Junction; near ohmic contact)을 형성하는 경우에 비해 게르마늄(Ge)과 티타늄 실리사이드(TiSi2) 간에 M-S 정션을 형성하는 경우가 에너지 베리어의 높이(H) 및 너비(W)가 감소되게 된다. Due to this characteristic, an MS junction is formed between germanium (Ge) and titanium silicide (TiSi2) as compared to the formation of a metal junction (silicon junction) (silicon junction) between silicon (Si) and titanium silicide (TiSi2). The height H and the width W of the energy barrier are reduced.
즉, 에너지 베리어가 0.6V의 높이(H1)에서 0.35V의 높이(H2)로 0.25V 만큼 감소되고, 이에 따라 너비(W)도 감소되어 터널링 전류(tunneling current)가 증가하게 된다. 또한, 높이가 감소한 만큼 열적 방출(thermal emission)에 의한 전류도 증가하게 된다. 이에 따라, 콘택의 비저항(ρ)을 감소시켜 전체적으로 콘택 저항(Rc)을 감소시킬 수 있다. That is, the energy barrier is reduced by 0.25V from the height H1 of 0.6V to the height H2 of 0.35V, and thus the width W is also reduced to increase the tunneling current. In addition, as the height decreases, the current due to thermal emission also increases. Accordingly, the contact resistance Rc may be reduced as a whole by reducing the specific resistance ρ of the contact.
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 효과를 설명하기 위해 도시한 도면.4 is a view for explaining the effect of the present invention.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102569144A (en) * | 2010-12-22 | 2012-07-11 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Through hole etching method |
US8558316B2 (en) | 2011-01-06 | 2013-10-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device including metal silicide layer and fabrication method thereof |
US9331080B2 (en) * | 2014-09-23 | 2016-05-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device having contact plug and method of forming the same |
US9899379B2 (en) | 2015-05-21 | 2018-02-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices having fins |
CN109979949A (en) * | 2017-12-27 | 2019-07-05 | 瑞萨电子株式会社 | Semiconductor device and its manufacturing method |
-
2008
- 2008-01-30 KR KR1020080009609A patent/KR20090083671A/en not_active Application Discontinuation
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PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20080130 |
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PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |