KR20090109303A - Metal oxide semiconductor field effect transistor and method for fabricating the same - Google Patents

Metal oxide semiconductor field effect transistor and method for fabricating the same Download PDF

Info

Publication number
KR20090109303A
KR20090109303A KR1020080034686A KR20080034686A KR20090109303A KR 20090109303 A KR20090109303 A KR 20090109303A KR 1020080034686 A KR1020080034686 A KR 1020080034686A KR 20080034686 A KR20080034686 A KR 20080034686A KR 20090109303 A KR20090109303 A KR 20090109303A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
gate
drain
source
poly
Prior art date
Application number
KR1020080034686A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
양현덕
문창욱
김민선
전중석
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020080034686A priority Critical patent/KR20090109303A/en
Publication of KR20090109303A publication Critical patent/KR20090109303A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4966Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a composite material, e.g. organic material, TiN, MoSi2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4983Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET with a lateral structure, e.g. a Polysilicon gate with a lateral doping variation or with a lateral composition variation or characterised by the sidewalls being composed of conductive, resistive or dielectric material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/665Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using self aligned silicidation, i.e. salicide

Abstract

PURPOSE: A metal oxide semiconductor field effect transistor is provided to obtain the low resistance and the equivalent oxide thickness(EOT) value. CONSTITUTION: A metal oxide semiconductor field effect transistor includes a semiconductor substrate(21), a source(22), a drain(23), a gate insulating layer(24), a gate(26), and an insulated side wall(25). The source and the drain are formed in the both side top of the semiconductor substrate. The gate insulating layer and the gate are successively formed on the upper side of the semiconductor substrate between the source and the drain. The insulated side wall surrounds the circumference of the gate to insulate the gate neighboring. The source, the drain and the gate are altogether formed by the same silicide.

Description

금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 및 그 제조 방법{Metal oxide semiconductor field effect transistor and method for fabricating the same}Metal oxide semiconductor field effect transistor and method for manufacturing the same {Metal oxide semiconductor field effect transistor and method for fabricating the same}

본 발명은 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET; metal oxide semiconductor field effect transistor) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PtSi로 게이트, 소스 및 드레인을 동시에 형성시킨 p-타입 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(pMOSFET) 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) and methods of manufacturing the same. It relates to a transistor (pMOSFET) and a method of manufacturing the same.

일반적인 pMOSFET은 다결정 실리콘(poly-Si)으로 형성된 게이트와, 상기 게이트 양측의 실리콘 기판에 이온 주입법(ion implantation)으로 붕소(boron)와 같은 도판트(dopant)를 주입한 후 고온 열처리 하여 형성된 p+-Si의 소스 및 드레인을 갖는다. 또한, 일반적인 pMOSFET의 경우, 상기 게이트, 소스 및 드레인의 저항을 낮추기 위해 게이트, 소스 및 드레인의 각 표면에 컨택 금속(contact metal)으로서, 예컨대 NiSi를 형성할 수 있다.A typical pMOSFET is a gate formed of poly-silicon (poly-Si), and a p +-formed by injecting a dopant such as boron by ion implantation into a silicon substrate on both sides of the gate, followed by high temperature heat treatment. It has a source and a drain of Si. In addition, in the case of a general pMOSFET, for example, NiSi may be formed as a contact metal on each surface of the gate, the source and the drain in order to lower the resistance of the gate, the source and the drain.

그런데 상기 일반적인 MOSFET이 점차 소형화 됨에 따라 도판트에 의해 형성되는 소스 및 드레인의 두께도 지속적으로 얇아져야 하는데, 그로 인해 저항이 커져서 새로운 대안이 요구되고 있다. 또한, pMOSFET의 제조를 위하여 도판트로서 붕 소를 사용하는 경우, 붕소가 게이트 절연막의 내부로 침투하여 문턱전압(threshold voltage)이 변화하고 신뢰성이 저하된다. 또한, 소스 및 드레인의 형성시, 도판트의 이온 주입 후 도판트를 활성화시키기 위해 약 800℃ 이상의 고온 열처리가 필요한데, 이로 인해 게이트 전극 재료의 활용폭이 제한된다.However, as the general MOSFET is gradually miniaturized, the thickness of the source and drain formed by the dopant must be continuously thinned, and thus the resistance is increased, thereby requiring a new alternative. In addition, when boron is used as the dopant for the manufacture of the pMOSFET, boron penetrates into the gate insulating film to change the threshold voltage and lower the reliability. In addition, in the formation of the source and drain, a high temperature heat treatment of about 800 ° C. or more is required to activate the dopant after ion implantation of the dopant, which limits the utilization of the gate electrode material.

한편, poly-Si로 형성된 게이트 전극의 경우, 폴리 공핍(poly-depletion) 현상으로 인하여 등가산화막 두께(EOT; equivalent oxide thickness)가 증가되며, 저항이 비교적 크다는 단점이 있다. poly-Si 대신에 순수 금속이나 또는 실리사이드(silicide)를 사용하는 경우에는 고온 안정성이 떨어지며, 고온 안정성 측면에서 TaN이나 TiN와 같은 질화물 전극들이 활용될 수도 있으나 순수 금속이나 실리사이드 전극에 비해 저항이 큰 단점이 있다.On the other hand, in the case of the gate electrode formed of poly-Si, the equivalent oxide thickness (EOT) is increased due to the poly-depletion phenomenon, and has a disadvantage in that the resistance is relatively large. When pure metal or silicide is used instead of poly-Si, high temperature stability is inferior, and nitride electrodes such as TaN and TiN may be used in terms of high temperature stability, but resistance is greater than pure metal or silicide electrodes. There is this.

상술한 일반적인 MOSFET의 단점들을 개선하기 위하여 제안된 쇼트키 배리어 MOSFET(Schottky barrier MOSFET)은 소스와 드레인을 실리사이드로 형성하여 기생 저항을 획기적으로 낮출 수 있으며, 이온 주입법을 통한 도판트의 주입 및 도판트를 활성화 하기 위한 고온 열처리 공정이 필요 없는 장점이 있다. 이러한 쇼트키 배리어 MOSFET의 구조로 pMOSFET을 제조하는 경우, 실리사이드로서 PtSi를 사용하는 것이 적당하다. 이 경우, 소스와 드레인은 PtSi로 구성되며, 게이트는 poly-Si층과 PtSi층으로 이루어진다. 그러나 이러한 쇼트키 배리어 pMOSFET의 경우에도, 게이트 전극으로서 poly-Si를 사용하기 때문에, 기존의 poly-Si의 문제점들을 완전히 개선하지는 못하였으며, poly-Si 전극 내에서 도판트의 활성화를 위한 고온 열처리 공정이 여전히 필요하다.Schottky barrier MOSFET (Schottky barrier MOSFET) proposed to improve the above-mentioned disadvantages of the general MOSFET can significantly reduce the parasitic resistance by forming the source and drain as silicide, and dopant implantation and dopant through ion implantation method There is an advantage that does not need a high temperature heat treatment process to activate the. When manufacturing a pMOSFET with the structure of such a Schottky barrier MOSFET, it is suitable to use PtSi as a silicide. In this case, the source and the drain are made of PtSi, and the gate is made of a poly-Si layer and a PtSi layer. However, even in such a Schottky barrier pMOSFET, since poly-Si is used as the gate electrode, the problems of the existing poly-Si are not completely improved, and a high temperature heat treatment process for activation of the dopant in the poly-Si electrode is performed. This is still necessary.

본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고온 열처리 공정이 전혀 필요 없으며 종래에 비하여 개선된 특성을 갖는 p-타입의 쇼트키 배리어 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(pMOSFET)를 제공하는 것이다.Summary of the Invention The present invention is directed to improving the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to eliminate the need for a high temperature heat treatment process, and have a p-type Schottky barrier metal oxide semiconductor field effect transistor (pMOSFET) having improved characteristics compared to the conventional art. To provide.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상술한 p-타입의 쇼트키 배리어 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the above-described schottky barrier metal oxide semiconductor field effect transistor.

본 발명의 한 유형에 따른 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 양측 상부에 각각 형성된 소스와 드레인; 상기 소스와 드레인 사이의 반도체 기판의 상면에 각각 차례로 형성된 게이트 절연막과 게이트; 및 상기 게이트 주변을 절연화하기 위하여 상기 게이트의 둘레를 둘러싸는 절연성 측벽;을 포함하며, 상기 소스, 드레인 및 게이트는 모두 동일한 실리사이드만으로 형성된 것을 특징으로 한다.A metal oxide semiconductor field effect transistor according to one type of the present invention includes a semiconductor substrate; Source and drain formed on upper sides of the semiconductor substrate, respectively; A gate insulating film and a gate each formed on an upper surface of the semiconductor substrate between the source and the drain in order; And an insulating sidewall surrounding the gate to insulate the gate, wherein the source, the drain, and the gate are all formed of the same silicide.

본 발명에 따르면, 상기 실리사이드는 예컨대 FUSI PtSi일 수 있다.According to the invention, the silicide may be for example FUSI PtSi.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 게이트 절연막과 절연성 측벽은, 예컨대, SiO2, SiOxNy, HfO2, Al2O3 중에서 어느 하나의 재료를 사용할 수 있다.In addition, according to a preferred embodiment of the present invention, the gate insulating film and the insulating side wall, for example, may be used any one material of SiO 2 , SiO x N y , HfO 2 , Al 2 O 3 .

한편, 본 발명의 다른 유형에 따른 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법은, a) 반도체 기판 위에 제 1 절연재료층과 poly-Si 층을 적층하고, 상기 제 1 절연재료층과 poly-Si 층을 소정의 패턴을 패터닝하는 단계; b) 상기 단계 a)의 결과물 위에 제 2 절연재료층을 전체적으로 적층하고, 상기 반도체 기판의 표면과 poly-Si 층이 표면이 노출될 때까지 상기 제 2 절연재료층을 식각함으로써, 제 1 절연재료층으로 된 게이트 절연막과 제 2 절연재료층으로 된 측벽을 형성하는 단계; c) 상기 단계 b)의 결과물 위에 Pt 층을 적층하는 단계; d) 열처리를 통해 상기 Pt 층을 상기 poly-Si 층 및 반도체 기판과 각각 반응시켜 PtSi만으로 이루어진 소스, 드레인 및 게이트를 동시에 형성하는 단계; 및 e) 잔여 Pt 층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the method for manufacturing a metal oxide semiconductor field effect transistor according to another type of the present invention, a) a first insulating material layer and a poly-Si layer laminated on a semiconductor substrate, the first insulating material layer and poly-Si layer Patterning a predetermined pattern; b) first laminating the second insulating material layer over the resultant of step a) and etching the second insulating material layer until the surface of the semiconductor substrate and the poly-Si layer are exposed. Forming a sidewall of a layered gate insulating film and a second insulating material layer; c) depositing a Pt layer on the product of step b); d) reacting the Pt layer with the poly-Si layer and the semiconductor substrate, respectively, by heat treatment to simultaneously form a source, a drain, and a gate consisting of only PtSi; And e) removing the residual Pt layer.

여기서, 상기 반도체 기판은 실리콘으로 이루어질 수 있다.Here, the semiconductor substrate may be made of silicon.

또한, 상기 제 1 및 제 2 절연성재료층은 예컨대 SiO2, SiOxNy, HfO2, Al2O3 중에서 어느 하나의 재료를 사용할 수 있다.In addition, the first and second insulating material layers may be any one of, for example, SiO 2 , SiO x N y , HfO 2 , Al 2 O 3 .

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 Pt 층의 두께는 상기 poly-Si 층의 두께의 적어도 0.76배 이상일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the Pt layer may be at least 0.76 times the thickness of the poly-Si layer.

본 발명에 따르면, 상기 단계 d)에서 열처리는 400℃ 내지 700℃의 온도로 RTA 장비 또는 반도체용 퍼니스 장비에서 수행될 수 있다.According to the present invention, the heat treatment in step d) may be performed in an RTA device or a furnace equipment for a semiconductor at a temperature of 400 ℃ to 700 ℃.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단계 b) 후에 또는 상기 단계 c) 후에, 소스 및 드레인이 형성될 영역에 도판트를 이온 주입할 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, after the step b) or after the step c), the dopant may be ion implanted into the region where the source and the drain are to be formed.

또한, 상기 단계 b) 후에 또는 상기 단계 c) 후에, 게이트가 형성될 영역에 추가적으로 도판트를 이온 주입할 수도 있다.In addition, after step b) or after step c), an additional dopant may be implanted into the region where the gate is to be formed.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 p-타입의 쇼트키 배리어 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(pMOSFET)의 구성 및 그 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, a configuration of a p-type Schottky barrier metal oxide semiconductor field effect transistor (pMOSFET) and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쇼트키 배리어 pMOSFET(20)의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 쇼트키 배리어 pMOSFET(20)는, 예컨대 실리콘(Si)으로 형성된 반도체 기판(21), 상기 반도체 기판(21)의 양측 상부에 각각 형성된 소스(22)와 드레인(23), 및 상기 소스(22)와 드레인(23) 사이의 반도체 기판(21)의 상면에 각각 차례로 형성된 게이트 절연막(24)과 게이트(26)을 포함한다. 또한, 상기 게이트(26)의 둘레에는 절연성 재료로 된 측벽(25)이 추가적으로 형성되어, 소스(22) 및 드레인(23)이 상기 게이트(26)와 전기적으로 절연되어 있다. 여기서, 측벽(26)의 재료로는 상기 게이트 절연막(24)의 재료와 동일한 재료를 사용할 수도 있으며, 또는 고유전율을 갖는 다른 유전체 재료를 사용할 수도 있다. 예컨대, 상기 게이트 절연막(24)과 측벽(26)은 SiO2, SiOxNy, HfO2, Al2O3 등과 같은 재료로 이루어질 수 있다.1 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a Schottky barrier pMOSFET 20 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a Schottky barrier pMOSFET 20 according to a preferred embodiment of the present invention may include, for example, a semiconductor substrate 21 formed of silicon (Si) and a source formed on both sides of the semiconductor substrate 21. 22 and a drain 23, and a gate insulating layer 24 and a gate 26, which are sequentially formed on the upper surface of the semiconductor substrate 21 between the source 22 and the drain 23, respectively. In addition, a sidewall 25 made of an insulating material is further formed around the gate 26 so that the source 22 and the drain 23 are electrically insulated from the gate 26. Here, the same material as that of the gate insulating film 24 may be used as the material of the sidewall 26, or another dielectric material having a high dielectric constant may be used. For example, the gate insulating layer 24 and the sidewall 26 may be formed of a material such as SiO 2 , SiO x N y , HfO 2 , Al 2 O 3, or the like.

본 발명에 따르면, 상기 소스(22), 드레인(23) 및 게이트(26)는 모두 동일한 실리사이드(silicide) 재료만으로 이루어질 수 있다. 예컨대, PtSi를 이용하여 소 스(22), 드레인(23) 및 게이트(26)를 형성할 수 있다. 이 경우, 반도체 기판(21) 위에 소스(22) 및 드레인(23)을 형성할 때, 게이트(26)를 동시에 형성하는 것이 가능하다. 그러면 종래의 MOSFET 제조 공정과 달리 800℃ 이상의 고온 열처리 공정이 전혀 필요 없게 된다. 또한, 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 pMOSFET(20)는 종래에 비하여 구조가 간단하여 제조 공정이 간단해 질 수 있다. 특히, 상기 소스(22), 드레인(23) 및 게이트(26)의 실리사이드 재료로서 PtSi를 사용할 경우, 질화물 전극을 사용하는 경우에 비하여 저항이 낮다. 또한, 예컨대 SiO2으로 형성된 게이트 절연막(24) 위에 게이트(26)로서 형성된 FUSI(fully silicided) PtSi는 약 4.9eV의 일함수 값을 가지므로 pMOSFET의 게이트 전극으로 사용되기에 적당하다.According to the present invention, the source 22, the drain 23 and the gate 26 may all be made of the same silicide material only. For example, the source 22, the drain 23, and the gate 26 may be formed using PtSi. In this case, when the source 22 and the drain 23 are formed on the semiconductor substrate 21, it is possible to simultaneously form the gate 26. Then, unlike the conventional MOSFET manufacturing process, there is no need for a high temperature heat treatment process of 800 ° C. or higher at all. In addition, the Schottky barrier pMOSFET 20 according to the present invention has a simpler structure than the conventional method, and thus, the manufacturing process may be simplified. In particular, when PtSi is used as the silicide material of the source 22, drain 23 and gate 26, the resistance is lower than that of the case of using a nitride electrode. Further, FUSI (fully silicided) PtSi formed as the gate 26 on the gate insulating film 24 formed of SiO 2 , for example, is suitable for use as a gate electrode of a pMOSFET because it has a work function value of about 4.9 eV.

한편, 도 2a 내지 도 2g는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 쇼트키 배리어 pMOSFET(20)를 제조하는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다. 이하, 도 2a 내지 도 2g를 참조하여, 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 pMOSFET(20)의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.2A to 2G are cross-sectional views sequentially illustrating a process of manufacturing the Schottky barrier pMOSFET 20 according to the exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 1. 2A to 2G, the method for manufacturing the Schottky barrier pMOSFET 20 according to the present invention will be described in detail.

먼저, 도 2a를 참조하면, 예컨대 실리콘(Si)으로 형성될 수 있는 반도체 기판(21)의 상면 위에 제 1 절연재료층(14)을 형성한다. 예컨대, 상기 제 1 절연재료층(14)은 게이트 절연막의 형성을 위한 것으로서, 예컨대 SiO2, SiOxNy, HfO2, Al2O3 중에서 어느 하나를 사용할 수 있다.First, referring to FIG. 2A, a first insulating material layer 14 is formed on an upper surface of a semiconductor substrate 21, which may be formed of, for example, silicon (Si). For example, the first insulating material layer 14 is for forming a gate insulating film. For example, any one of SiO 2 , SiO x N y , HfO 2 , and Al 2 O 3 may be used.

다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 절연재료층(14)의 상면 위에 다결정 실리콘(poly-Si) 층(11)을 형성한다. 그런 후, 상기 poly-Si 층(11)의 표면 위에 포토레지스트(12)를 형성한 다음, 예컨대 리소그래피(lithography) 공정을 통해 상기 포토레지스트(12)를 소정의 패턴으로 패터닝한다. 그리고 건식 에칭을 이용하여 제 1 절연재료층(14)과 poly-Si 층(11)을 식각함으로써 상기 포토레지스트(12)의 패턴과 동일한 형태로 상기 제 1 절연재료층(14)과 poly-Si 층(11)을 패터닝한다. 도 2c는 이러한 방식으로 상기 제 1 절연재료층(14)과 poly-Si 층(11)이 패터닝된 후의 단면도를 도시하고 있다. 도 2c에는 제 1 절연재료층(14)까지 완전히 식각되어 반도체 기판(21)의 상면이 완전히 노출된 상태를 도시하고 있다. 그러나, 이 과정에서는 상기 제 1 절연재료층(14)까지 완전히 식각될 필요는 없으며, 단지 poly-Si 층(11)만이 식각되면 충분하다. 따라서, 도 2c에서 반도체 기판(21)의 표면에 제 1 절연재료층(14)이 부분적으로 남아 있을 수도 있다.Next, as shown in FIG. 2B, the poly-Si layer 11 is formed on the upper surface of the first insulating material layer 14. Thereafter, the photoresist 12 is formed on the surface of the poly-Si layer 11, and then the photoresist 12 is patterned in a predetermined pattern by, for example, a lithography process. The first insulating material layer 14 and the poly-Si layer 11 are etched using dry etching to form the same pattern as that of the photoresist 12. Pattern layer 11. FIG. 2C shows a cross-sectional view after the first insulating material layer 14 and the poly-Si layer 11 are patterned in this manner. FIG. 2C illustrates a state in which the upper surface of the semiconductor substrate 21 is completely exposed until the first insulating material layer 14 is completely etched. However, in this process, it is not necessary to fully etch the first insulating material layer 14, and only the poly-Si layer 11 is sufficient to be etched. Therefore, in FIG. 2C, the first insulating material layer 14 may partially remain on the surface of the semiconductor substrate 21.

그런 후, 도 2d를 참조하면, 상기 반도체 기판(21)과 poly-Si 층(11) 위로 전체적으로 제 2 절연재료층(15)을 형성한다. 상기 제 2 절연재료층(15)은 게이트를 둘러싸고 게이트 주변을 절연화하는 측벽의 형성을 위한 것으로서, 제 1 절연재료층(14)과 마찬가지로 예컨대 SiO2, SiOxNy, HfO2, Al2O3 중에서 어느 하나의 재료를 사용할 수 있다. 그러나 제 1 절연재료층(14)과 제 2 절연재료층(15)을 반드시 동일한 재료로 형성할 필요는 없으며, 각각 다른 재료로 형성하더라도 무방하다.Thereafter, referring to FIG. 2D, a second insulating material layer 15 is entirely formed over the semiconductor substrate 21 and the poly-Si layer 11. The second insulating material layer 15 is for forming sidewalls that surround the gate and insulate the gate, and like the first insulating material layer 14, for example, SiO 2 , SiO x N y , HfO 2 , Al 2. Any material of O 3 can be used. However, the first insulating material layer 14 and the second insulating material layer 15 are not necessarily formed of the same material, and may be formed of different materials.

제 2 절연재료층(15)을 형성한 다음에는, 도 2e에 도시된 바와 같이, 드라이 에칭을 통해 poly-Si 층(11)의 둘레 부분을 제외한 나머지 제 2 절연재료층(15)을 모두 제거한다. 이 과정에서는 반도체 기판(21)의 상부 표면과 poly-Si 층(11)의 상부 표면이 완전히 노출될 때까지 드라이 에칭을 수행할 필요가 있다. 이렇게 함으로써 게이트 절연막(24)과 측벽(25)이 완성된다.After forming the second insulating material layer 15, as shown in FIG. 2E, all of the second insulating material layer 15 except for the peripheral portion of the poly-Si layer 11 is removed by dry etching. do. In this process, it is necessary to perform dry etching until the upper surface of the semiconductor substrate 21 and the upper surface of the poly-Si layer 11 are completely exposed. In this way, the gate insulating film 24 and the side wall 25 are completed.

다음으로, 도 2f에 도시된 바와 같이, PtSi로 이루어진 소스, 드레인 및 게이트를 동시에 형성하기 위하여 반도체 기판(21)과 poly-Si 층(11) 위로 Pt 층(16)을 충분한 두께로 형성한다. 일반적으로 PtSi를 형성할 때, 약 1nm 두께의 Pt에 대해 약 1.32nm 두께의 Si이 소모된다. 따라서 FUSI PtSi를 형성할 때, poly-Si를 완전히 소모하여 반응 후 잔여하는 poly-Si가 없도록 하기 위해서는, 상기 Pt 층(16)의 두께는 poly-Si 층(11)의 두께의 적어도 0.76배 이상이 되어야 한다.Next, as shown in FIG. 2F, a Pt layer 16 is formed over the semiconductor substrate 21 and the poly-Si layer 11 to a sufficient thickness to simultaneously form a source, a drain, and a gate made of PtSi. In general, when forming PtSi, about 1.32 nm thick Si is consumed for about 1 nm thick Pt. Therefore, when forming FUSI PtSi, the thickness of the Pt layer 16 is at least 0.76 times the thickness of the poly-Si layer 11 in order to completely consume poly-Si so that no poly-Si remains after the reaction. Should be

이렇게 Pt 층(16)을 충분한 두께로 형성한 후에는, 열처리(annealing)를 통해 Pt 층(16)과 poly-Si 층(11) 및 Pt 층(16)과 반도체 기판(21)을 각각 반응시킨다. 여기서 열처리는 약 400℃ 내지 700℃의 비교적 저온에서 수행될 수 있다. 예컨대, 이러한 열처리는 RTA(rapid thermal annealing) 장비 또는 반도체용 퍼니스(furnace) 장비를 이용하여 수행될 수 있다. 그러면 Pt 층(16)의 Pt가 poly-Si 층(11) 및 반도체 기판(21)의 Si과 반응하면서 PtSi가 형성된다. 열처리 공정이 완료되면, 마지막으로 습식 에칭을 통해 남은 Pt를 제거한다. 이때 에칭액으로는, 예컨대, 질산과 염산을 증류수(DI water)에 혼합하여 만든 Aqua Regia를 사용할 수 있다. 이렇게 함으로써, 도 2g에 도시된 바와 같이, 소스(22), 드레인(23) 및 게이트(26)가 동시에 형성되며, 도 1에 도시된 구조와 같은 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 pMOSFET가 완성된다.After forming the Pt layer 16 to a sufficient thickness, the Pt layer 16, the poly-Si layer 11, the Pt layer 16, and the semiconductor substrate 21 are reacted through annealing, respectively. . The heat treatment here may be carried out at a relatively low temperature of about 400 ℃ to 700 ℃. For example, such heat treatment may be performed using rapid thermal annealing (RTA) equipment or furnace equipment for semiconductors. Then, Pt of Pt layer 16 reacts with Si of poly-Si layer 11 and semiconductor substrate 21 to form PtSi. After the heat treatment process is completed, the remaining Pt is finally removed by wet etching. At this time, for example, Aqua Regia made by mixing nitric acid and hydrochloric acid in distilled water (DI water) can be used. By doing so, as shown in Fig. 2G, the source 22, the drain 23 and the gate 26 are formed at the same time, and the Schottky barrier pMOSFET according to the present invention with the structure shown in Fig. 1 is completed.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 pMOSFET 제조 방법에 의하면, 게이트(26)가 PtSi와 같은 실리사이드만으로 이루어지며, 소스(22) 및 드레인(23)과 동시에 형성될 수 있다. 따라서 poly-Si 게이트 전극을 갖는 기존의 쇼트키 배리어 pMOSFET에 비해 낮은 저항과 등가산화막 두께(EOT) 값을 확보할 수 있으며, 그 결과 기존의 쇼트키 배리어 pMOSFET에 비해 더 큰 구동 전류(driving current)와 이동도(mobility) 특성을 확보할 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 pMOSFET 제조 방법에 의하면, poly-Si에 주입된 도판트를 활성화시키기 위한 800℃ 이상의 고온 열처리가 전혀 필요 없다.As described so far, according to the pMOSFET fabrication method according to the present invention, the gate 26 is made of only silicide such as PtSi, and can be formed simultaneously with the source 22 and the drain 23. Thus, lower resistance and equivalent oxide thickness (EOT) values can be obtained compared to conventional Schottky barrier pMOSFETs with poly-Si gate electrodes, resulting in larger driving currents than conventional Schottky barrier pMOSFETs. And mobility characteristics can be secured. In addition, as described above, according to the pMOSFET manufacturing method according to the present invention, there is no need for a high temperature heat treatment of 800 ° C. or higher for activating the dopant implanted in poly-Si.

한편, 소스(22) 및 드레인(23)의 쇼트키 배리어 높이(SBH; Schottky barrier height)를 보다 낮추기 위하여, Pt 층(16)의 형성 전후로 소스(22) 및 드레인(23)이 형성될 영역 부근에 도판트를 이온 주입할 수도 있다. 마찬가지로 게이트(26)가 형성될 poly-Si 층(11)에도 도판트를 이온 주입할 수도 있다. 여기서 도판트는 붕소 등을 사용할 수 있다. 예컨대, 도 2e에 도시된 과정에서 측벽(25)을 형성한 직후에 도판트를 주입할 수도 있으며, 또는 도 2f에 도시된 과정에서 Pt 층(16)을 형성한 직후에 도판트를 주입할 수도 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 도판트 주입은 단순히 쇼트키 배리어 높이를 낮추기 위한 것이기 때문에, 도판트의 활성화를 위한 기존의 고온 열처리 공정은 요구되지 않는다. 단지 Pt 층(16)을 형성한 후에, 도 2g에 도시된 과정에서 PtSi를 형성하기 위한 열처리 공정만으로도 쇼트키 배리어 높이를 0.3eV 이하로 충분히 낮출 수 있다.On the other hand, in order to lower the Schottky barrier height (SBH) of the source 22 and the drain 23, near the region where the source 22 and the drain 23 are to be formed before and after the formation of the Pt layer 16. The dopant may be ion implanted into it. Likewise, the dopant may be ion implanted into the poly-Si layer 11 on which the gate 26 is to be formed. As the dopant, boron or the like may be used. For example, the dopant may be implanted immediately after the sidewall 25 is formed in the process illustrated in FIG. 2E, or the dopant may be implanted immediately after the Pt layer 16 is formed in the process illustrated in FIG. 2F. have. According to the present invention, since such dopant implantation is merely for lowering the Schottky barrier height, the existing high temperature heat treatment process for activation of the dopant is not required. After forming the Pt layer 16 only, the heat treatment process for forming PtSi in the process shown in FIG. 2G can sufficiently lower the Schottky barrier height to 0.3 eV or less.

지금까지, 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.To date, exemplary embodiments have been described and illustrated in the accompanying drawings in order to facilitate understanding of the present invention. However, it should be understood that such embodiments are merely illustrative of the invention and do not limit it. And it is to be understood that the invention is not limited to the illustrated and described description. This is because various other modifications may occur to those skilled in the art.

도 1은 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 pMOSFET의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a Schottky barrier pMOSFET according to the present invention.

도 2a 내지 도 2g는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 pMOSFET를 제조하는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.2A through 2G are cross-sectional views sequentially illustrating a process of manufacturing a Schottky barrier pMOSFET according to the present invention shown in FIG.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

11.....poly-Si 층 12.....포토레지스트11 ..... poly-Si layer 12 ..... photoresist

14,15.....절연재료층 16.....Pt 층14,15 ..... insulating material layer 16 ..... Pt layer

20.....pMOSFET 21.....기판20 ..... pMOSFET 21 ..... Substrate

22.....소스 23.....드레인22 ..... source 23 ..... drain

24.....게이트 절연막 25.....측벽24 ..... gate insulating film 25 ..... side wall

26.....게이트26 ..... gate

Claims (10)

반도체 기판;Semiconductor substrates; 상기 반도체 기판의 양측 상부에 각각 형성된 소스와 드레인;Source and drain formed on upper sides of the semiconductor substrate, respectively; 상기 소스와 드레인 사이의 반도체 기판의 상면에 각각 차례로 형성된 게이트 절연막과 게이트; 및A gate insulating film and a gate each formed on an upper surface of the semiconductor substrate between the source and the drain in order; And 상기 게이트 주변을 절연화하기 위하여 상기 게이트의 둘레를 둘러싸는 절연성 측벽;을 포함하며,An insulating sidewall surrounding the gate to insulate the gate; 상기 소스, 드레인 및 게이트는 모두 동일한 실리사이드만으로 형성된 것을 특징으로 하는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터.And the source, drain, and gate are all formed of the same silicide only. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리사이드는 FUSI PtSi인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터.The silicide is FUSI PtSi metal oxide semiconductor field effect transistor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 절연막과 절연성 측벽은 SiO2, SiOxNy, HfO2, Al2O3 중에서 어느 하나의 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터.And the gate insulating layer and the insulating sidewall are made of any one of SiO 2 , SiO x N y , HfO 2 , and Al 2 O 3 . a) 반도체 기판 위에 제 1 절연재료층과 poly-Si 층을 적층하고, 상기 제 1 절연재료층과 poly-Si 층을 소정의 패턴을 패터닝하는 단계;a) laminating a first insulating material layer and a poly-Si layer on a semiconductor substrate, and patterning a predetermined pattern on the first insulating material layer and the poly-Si layer; b) 상기 단계 a)의 결과물 위에 제 2 절연재료층을 전체적으로 적층하고, 상기 반도체 기판의 표면과 poly-Si 층이 표면이 노출될 때까지 상기 제 2 절연재료층을 식각함으로써, 제 1 절연재료층으로 된 게이트 절연막과 제 2 절연재료층으로 된 측벽을 형성하는 단계;b) first laminating the second insulating material layer over the resultant of step a) and etching the second insulating material layer until the surface of the semiconductor substrate and the poly-Si layer are exposed. Forming a sidewall of a layered gate insulating film and a second insulating material layer; c) 상기 단계 b)의 결과물 위에 Pt 층을 적층하는 단계;c) depositing a Pt layer on the product of step b); d) 열처리를 통해 상기 Pt 층을 상기 poly-Si 층 및 반도체 기판과 각각 반응시켜 PtSi만으로 이루어진 소스, 드레인 및 게이트를 동시에 형성하는 단계; 및d) reacting the Pt layer with the poly-Si layer and the semiconductor substrate, respectively, by heat treatment to simultaneously form a source, a drain, and a gate consisting of only PtSi; And e) 잔여 Pt 층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.e) removing the residual Pt layer; and manufacturing a metal oxide semiconductor field effect transistor. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 반도체 기판은 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.The semiconductor substrate is a method of manufacturing a metal oxide semiconductor field effect transistor, characterized in that made of silicon. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제 1 및 제 2 절연성재료층은 SiO2, SiOxNy, HfO2, Al2O3 중에서 어느 하 나의 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.The first and second insulating material layers are any one of SiO 2 , SiO x N y , HfO 2 , Al 2 O 3 A method of manufacturing a metal oxide semiconductor field effect transistor. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 Pt 층의 두께는 상기 poly-Si 층의 두께의 적어도 0.76배 이상인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.And the thickness of the Pt layer is at least 0.76 times the thickness of the poly-Si layer. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 단계 d)에서 열처리는 400℃ 내지 700℃의 온도로 RTA 장비 또는 반도체용 퍼니스 장비에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.Heat treatment in step d) is a method of manufacturing a metal oxide semiconductor field effect transistor, characterized in that carried out in the furnace equipment for RTA equipment or semiconductor at a temperature of 400 ℃ to 700 ℃. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 단계 b) 후에 또는 상기 단계 c) 후에, 소스 및 드레인이 형성될 영역에 도판트를 이온 주입하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.After step b) or after step c), a dopant is ion implanted into a region where a source and a drain are to be formed. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 단계 b) 후에 또는 상기 단계 c) 후에, 게이트가 형성될 영역에 추가적으로 도판트를 이온 주입하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.After step b) or after step c), an additional dopant is implanted into the region where the gate is to be formed.
KR1020080034686A 2008-04-15 2008-04-15 Metal oxide semiconductor field effect transistor and method for fabricating the same KR20090109303A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080034686A KR20090109303A (en) 2008-04-15 2008-04-15 Metal oxide semiconductor field effect transistor and method for fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080034686A KR20090109303A (en) 2008-04-15 2008-04-15 Metal oxide semiconductor field effect transistor and method for fabricating the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090109303A true KR20090109303A (en) 2009-10-20

Family

ID=41552622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080034686A KR20090109303A (en) 2008-04-15 2008-04-15 Metal oxide semiconductor field effect transistor and method for fabricating the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20090109303A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010036774A1 (en) 2009-11-12 2011-05-19 Hyundai Motor Company Gasoline engine with compression ignition

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010036774A1 (en) 2009-11-12 2011-05-19 Hyundai Motor Company Gasoline engine with compression ignition

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101027107B1 (en) Metal gate mosfet by full semiconductor metal alloy conversion
US8536040B1 (en) Techniques for using material substitution processes to form replacement metal gate electrodes of semiconductor devices with self-aligned contacts
US10297511B2 (en) Fin-FET device and fabrication method thereof
JP2007243003A (en) Method of manufacturing semiconductor device
US20060105527A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2006344836A (en) Semiconductor apparatus and manufacturing method thereof
TWI469262B (en) Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device
JP2007335834A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2007251030A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2007103694A (en) Semiconductor device and method of manufacturing same
CN101685799A (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
CN103426821A (en) Method of semiconductor integrated circuit fabrication
JP4904472B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2005217275A (en) Semiconductor device and its fabricating method
US7098120B2 (en) Method of manufacturing semiconductor devices
US20060228885A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP3998665B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008527743A (en) Self-formed metal silicidation gate for CMOS devices
US7045448B2 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
TW201330253A (en) MOSFET integrated circuit with improved silicide thickness uniformity and methods for its manufacture
JP2009043938A (en) Semiconductor apparatus and manufacturing method therefor
JP2009117621A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008227165A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US7754554B2 (en) Methods for fabricating low contact resistance CMOS circuits
CN103578953B (en) The method that semiconductor integrated circuit manufactures

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination