KR20140111293A - 상단 풀다운 없는 실리콘 나이트라이드 건조 트림 - Google Patents
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Abstract
기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하기 위한 방법이 제공된다. 실리콘 나이트라이드 스페이서들은 실리콘 게이트들의 측부들 상에 형성된다. 이온 임플란트는 이온 임플란트 영역들을 형성하기 위한 마스크들로서 실리콘 나이트라이드 스페이서들을 사용하여 제공된다. 비컨포멀 층은, 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 측벽들 상 보다 스페이서들 사이와 스페이서들 및 게이트들의 상단들 상에 더 두꺼운 층을 선택적으로 증착하는 게이트들과 스페이서들 위에 선택적으로 증착된다. 비컨포멀 층의 측벽들은 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 측벽들 상에서 에칭되어 버린다. 실리콘 나이트라이드 스페이서들은 트림된다.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 상에 반도체 디바이스들을 형성하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 도핑된 (doped) 실리콘 영역들 근방의 실리콘 게이트 (gate) 들을 갖는 반도체 디바이스들을 형성하는 것에 관한 것이다.
반도체 디바이스들을 형성할 때, 실리콘 게이트들에 인접한 실리콘 나이트라이드 (silicon nitride) 스페이서 (spacer) 들이 이온 임플란트 (implant) 마스크들로 사용된다.
본 발명의 목적에 따르고 선행하는 것을 달성하도록, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하기 위한 방법이 제공된다. 실리콘 나이트라이드 스페이서들은 실리콘 게이트들의 측부들 상에 형성된다. 이온 임플란트는 이온 임플란트 영역들을 형성하기 위한 마스크들로서 실리콘 나이트라이드 스페이서들을 사용하여 제공된다. 비컨포멀 층은, 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 측벽들 상 보다 스페이서들 사이와 스페이서들 및 게이트들의 상단들 상에 더 두꺼운 층을 선택적으로 증착하는 게이트들과 스페이서들 위에 선택적으로 증착된다. 비컨포멀 층의 측벽들은 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 측벽들 상에서 에칭되어 버린다. 실리콘 나이트라이드 스페이서들은 트림되지만, 실리콘 나이트라이드 스페이서 상단은 에칭되지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하기 위한 방법이 제공된다. 실리콘 나이트라이드 스페이서들은 실리콘 게이트들의 측부들 상에 형성된다. 이온 임플란트는 이온 임플란트 영역들을 형성하도록 마스크로서 실리콘 나이트라이드 스페이서들을 사용하는데 제공된다. 비컨포멀 층은, 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 측벽들 상 보다 스페이서들 사이와 스페이서들 및 게이트들의 상단들 상에 더 두꺼운 층을 선택적으로 증착하는 게이트들과 스페이서들 위에 선택적으로 증착되고, 비컨포멀 층은 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 또는 폴리머 중 적어도 하나이다. 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 측벽들 상의 비컨포멀 층의 측벽들은 에칭되어 버린다. 실리콘 나이트라이드 스페이서들은 트림된다. 기판 상 및 게이트들과 스페이서들의 상단 상의 비컨포멀 층의 일부들은 기판 상 및 실리콘 게이트들의 상단 상의 노출된 실리콘 영역들을 제공하도록 제거된다. 금속층이 증착된다. 금속층은 노출된 실리콘 영역들에서 금속 실리사이드를 형성하도록 어닐링된다.
본 발명의 이들 그리고 다른 피쳐들은 아래 본 발명의 상세한 설명과 다음의 도면들과 함께 보다 상세히 설명될 것이다.
본 발명은, 유사한 엘리먼트들을 참조하는 유사한 도면 부호들과 첨부된 도면들의 피겨 (figure) 들에서 예시로써 도시되고, 한정으로써 도시되지 않는다:
도 1은 본 발명의 일 실시예의 순서도이다.
도 2a 내지 도 2h는 발명의 프로세스를 사용하는 구조물들의 형성의 개략도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수도 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 4는 본 발명을 실행하는데 사용될 수도 있는 컴퓨터 시스템의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 순서도이다.
도 2a 내지 도 2h는 발명의 프로세스를 사용하는 구조물들의 형성의 개략도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수도 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 4는 본 발명을 실행하는데 사용될 수도 있는 컴퓨터 시스템의 개략도이다.
본 발명은 첨부된 도면들에서 도시된 것과 같이 발명의 약간 바람직한 실시예들에 관하여 상세히 설명될 것이다. 후술하는 설명에서, 많은 구체적 세부사항들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하도록 설명된다. 그러나, 본 발명은 이들 구체적 세부사항들의 전부 또는 일부 없이 실행될 수도 있다는 것은 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 다른 예시들에서, 잘 알려진 프로세스 단계들 및/또는 구조물들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 설명되지 않았다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 고 레벨 (level) 순서도이다. 본 실시예에서, 실리콘 게이트들은 실리콘 기판 위의 옥사이드 (oxide) 층 위에 형성된다 (단계 104). 실리콘 나이트라이드 (SiN) 스페이서들은 실리콘 게이트들의 측부들 상에 형성된다 (단계 108). 마스크들로 실리콘 나이트라이드 스페이서를 사용하는 동안, 이온 임플란트는 실리콘 기판 내로 이온들을 임플란트하도록 제공된다 (단계112). 비컨포멀 층은 실리콘 나이트라이드 스페이서들, 게이트들 및 기판 위에 선택적으로 증착되며, 여기서 선택적 증착이 스페이서들의 측벽들보다 실리콘 나이트라이드 스페이서들, 게이트들 및 기판의 상단들 상에 더 증착한다 (단계 116). 비컨포멀 층의 측벽들이 에칭된다 (단계 120). 실리콘 나이트라이드 스페이서들이 트림된다 (단계 124). 게이트들, 스페이서들 및 기판의 상단 상의 비컨포멀 층의 일부들이 제거된다 (단계 128). 금속층은 게이트들과 기판의 상단들 위에 증착된다 (단계 132). 금속은 금속 실리사이드를 형성하도록 어닐링된다 (단계136). 잔여 금속이 제거된다 (단계 140).
본 발명의 바람직한 실시예에서, 실리콘 게이트들은 실리콘 기판 위의 옥사이드 층 위에 형성된다 (단계 104). 도 2a는 폴리실리콘 게이트들 (212) 이 형성된 옥사이드 층 (208) 을 갖는 실리콘 기판 (204) 을 갖는 스택 (200) 의 단면도이다. 본 예시에서, 실리콘 기판은 실리콘 웨이퍼이다. 다른 실시예들에서, 실리콘 옥사이드 층 이외의 하나 이상의 다른 층들은 게이트들과 실리콘 기판 사이에 있을 수도 있다.
실리콘 나이트라이드 스페이서들은 게이트들의 측부들 상에 형성된다 (단계 108). 본 실시예에서, 실리콘 옥사이드 스페이서들은 게이트들의 측부들 상에 처음으로 형성된다. 이는 게이트들 위에 실리콘 옥사이드 층을 증착하고 실리콘 옥사이드 스페이서들을 형성하도록 실리콘 옥사이드 층의 상단들을 에칭함으로써 달성될 수도 있다. 그 후, 실리콘 나이트라이드 스페이서들은 폴리실리콘 게이트들의 측부들과 실리콘 옥사이드 스페이서들 위에 형성된다. 이는 실리콘 옥사이드 스페이서들과 게이트들 위로 실리콘 나이트라이드 층을 증착하고, 그 후 실리콘 나이트라이드 층의 상단들을 에칭함으로써 달성될 수도 있다. 도 2b는, 실리콘 옥사이드 스페이서들 (216) 이 폴리실리콘 게이트들 (212) 의 측부들 상에 형성되고, 실리콘 나이트라이드 스페이서들 (220) 이 실리콘 옥사이드 스페이서들 (216) 과 폴리실리콘 게이트들 (212) 의 측부들 상에 형성되는, 스택 (200) 의 단면도이다.
이온 임플란트는, 실리콘 나이트라이드가 마스크로 사용되는 실리콘 기판의 도핑된 영역들을 형성하도록 실리콘 기판에 제공된다 (단계 112). 일반적으로, 이온들은 실리콘 나이트라이드 스페이서들, 실리콘 옥사이드 스페이서들, 또는 게이트들에 의해 덮이지 않은 면적들 내의 기판에서 도핑된 영역들을 형성하는 기판으로 가속된다. 도 2c는 실리콘 기판에서 도핑된 이온 임플란트 영역들 (228) 을 형성하도록 이온들 (224) 이 실리콘 기판 (204) 으로 향하는 방법을 도시한다.
비컨포멀 층은 실리콘 나이트라이드 스페이서들, 게이트들, 실리콘 옥사이드 스페이서들, 및 기판 위에 선택적으로 증착되며, 여기서 선택적 증착이 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 측벽들 상보다 실리콘 나이트라이드 스페이서들, 실리콘 옥사이드 스페이서들, 게이트들, 및 기판의 상단 상에 더 증착한다 (단계 116). 본 실시예에서, 화학 기상 증착법 (CVD; chemical vapor deposition) 은 비컨포멀 층의 선택적 증착을 제공하는데 사용된다. 화학 기상 증착법은 에칭 챔버 내의 인-사이트 (in-site) 또는 익스-사이트 (ex-site) 증착 중 하나일 수 있다. 본 실시예에서, 비컨포멀 층은 실리콘 나이트라이드이다. 실리콘 나이트라이드의 비컨포멀 층을 제공하기 위한 레시피 (recipe) 의 예로, 50밀리토르 (mTorr) 의 압력이 제공된다. 사염화실리콘 (SiCl4) 및 질소 (N2) 또는 실란 (SiH4) 및 질소 (N2) 의 증착 가스는 플라즈마 챔버 내로 흐른다. 400와트 TCP의 무선 주파수 (RF) 전력 신호는 에칭 가스를 플라즈마로 변환하도록 제공된다. 75볼트의 바이어스도 제공된다. 프로세스는 15초 동안 유지된다. 비컨포멀 층이 실리콘 옥사이드인 대안적 실시예에서, 50sccm의 사염화실리콘 및 50sccm의 산소가 증착 가스로서 흐른다. 다른 실시예에서, 비컨포멀 층이 CXHYFZ인 경우, 증착 가스는 메탄 (CH4) 와 CHXFY 와 수소일 수도 있다. 75볼트의 높은 바이어스를 제공하는 것은, 바이어스가 측벽들에 비해 피쳐들의 하단들과 게이트들의 상단들 상에 선택적으로 증착하도록 돕는, 비컨포멀 층의 증착을 용이하게 한다. 도 2d는 비컨포멀 층 (232) 이 증착된 후의 스택을 도시한다.
비컨포멀 층 (232) 의 상단들 및 하단들 몇몇을 남기는 동안 비컨포멀 층 (232) 의 측벽들이 제거되도록, 비컨포멀 층 (232) 의 측벽들이 에칭된다 (단계120). 본 예시에서, 에칭은 플라즈마 프로세싱 시스템에서 제공된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수도 있는 플라즈마 프로세싱 시스템 (300) 의 예시를 개략적으로 도시한다. 플라즈마 프로세싱 시스템 (300) 은 챔버 벽 (350) 에 의해 그 안에 정의된 플라즈마 프로세싱 챔버 (304) 를 갖는 플라즈마 반응기 (302) 를 포함한다. 매칭 (match) 네트워크 (308) 에 의해 튜닝된 (tuned), 플라즈마 전력 공급부 (306) 는, 플라즈마 프로세싱 챔버 (304) 내에서 플라즈마 (314) 를 생성하도록 플라즈마 프로세싱 챔버 (304) 에 전력을 제공하는 전극이 될 전력 윈도우 (312) 근처에 위치된 TCP 코일 (310) 에 전력을 공급한다. TCP 코일 (상부 전력 소스) (310) 은 프로세싱 챔버 (304) 내에 균일한 확산 프로파일을 생산하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, TCP 코일 (310) 은 플라즈마 (314) 에서 토로이달 (toroidal) 전력 분포를 생성하도록 구성될 수도 있다. 전력 윈도우 (312) 는, TCP 코일 (310) 에서 플라즈마 챔버 (304) 까지 에너지가 통과하는 것을 허용하면서, 플라즈마 챔버 (304) 로부터 TCP 코일 (310) 을 분리하도록 제공된다. 본 실시예에서 전극 (320) 도 기판 지지부가 되도록, 매칭 네트워크 (318) 에 의해 튜닝된 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (316) 는 전극 (320) 에 의해 지지된 실리콘 기판 (204) 상에서 바이어스 전압을 설정하도록 전극 (320) 에 전력을 공급한다. 펄스 (pulse) 제어기 (352) 는 바이어스 전압이 펄싱되도록 야기한다. 펄스 제어기 (352) 는 매칭 네트워크 (318) 와 기판 지지부 사이 또는 바이어스 전압 전력 공급부 (316) 와 매칭 네트워크 (318) 사이 또는 제어기 (324) 와 바이어스 전압 전력 공급부 (316) 사이 또는 바이어스 전압이 펄싱되도록 야기하는 임의의 다른 구성에서 존재할 수도 있다. 제어기 (324) 는 플라즈마 전력 공급부 (306) 와 웨이퍼 바이어스 전압 공급부 (316) 에 대한 포인트들을 설정한다.
플라즈마 전력 공급부 (306) 와 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (316) 는, 예를 들어, 13.56MHz, 27MHz, 2MHz, 400kHz, 또는 그 주파수들의 조합들과 같은 특정 무선 주파수들에서 동작하도록 구성될 수도 있다. 플라즈마 전력 공급부 (306) 와 웨이퍼 바이어스 전력 공급부 (316) 는 바람직한 프로세스 퍼포먼스 (performance) 를 달성하도록 일정 범위의 전력들을 공급하기 위해 적절하게 크기가 변경될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서, 플라즈마 전력 공급부 (306) 는 300 내지 10000 와트 범위의 전력을 공급할 수도 있고, 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (316) 는 10 내지 2000 볼트 범위의 바이어스 전압을 공급할 수도 있다. 게다가, TCP 코일 (310) 및/또는 전극 (320) 은, 다중 전력 공급부들에 의해 전력 공급되거나 단일 전력 공급부에 의해 전력 공급될 수도 있는, 2개 이상의 보조-전극들 또는 보조-코일들로 구성될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 프로세싱 시스템 (300) 은 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (mechanism) (330) 을 더 포함한다. 가스 소스는 제1 컴포넌트 가스 소스 (332), 제2 컴포넌트 가스 소스 (334), 및 선택적으로 부가적 컴포넌트 가스 소스들 (336) 을 포함한다. 다양한 컴포넌트 가스들이 아래에서 논의될 것이다. 가스 소스들 (332, 334, 및 336) 은 가스 유입구 (340) 를 통해 프로세싱 챔버 (304) 와 유체 연통된다. 가스 유입구는 챔버 (304) 에서 임의의 유리한 위치에 위치될 수도 있고, 가스를 주입하기 위해 임의의 형상을 취할 수도 있다. 그러나, 바람직하게, 가스 유입구는 프로세스 챔버 (304) 에서 다중 구역들로의 가스들의 개별적인 유동의 독립적 조정을 허용하는, "튜닝 가능한 (tunable)" 가스 주입 프로파일을 생산하도록 구성될 수도 있다. 프로세스 가스들 및 부산물들은, 압력 조절기인 압력 제어 밸브 (342), 및 플라즈마 프로세싱 챔버 (304) 내부를 특정 압력으로 유지하도록 기능하고 가스 유출구도 제공하는, 펌프 (344) 를 통해 챔버 (304) 로부터 제거된다. 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (330) 은 제어기 (324) 에 의해 제어된다. 램 리서치 (Lam Research) 회사에 의한 키요 (Kiyo) 시스템이 본 발명의 실시예를 실행하는데 사용될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에서 사용된 제어기 (324) 를 구현하기 위해 적합한, 컴퓨터 시스템 (400) 을 보여주는 고 레벨 블록 다이어그램이다. 컴퓨터 시스템은, 집적 회로, 인쇄 회로 기판, 및 작은 휴대용 디바이스부터 거대한 슈퍼 컴퓨터까지 범위의 다수의 물리적 형상들을 가질 수도 있다. 컴퓨터 시스템 (400) 은 하나 이상의 프로세서들 (402)을 포함하고, (그래픽들, 문자, 및 다른 데이터를 디스플레이하기 위한) 전자 디스플레이 디바이스 (404), 제1 메모리 (406) (예를 들어, 랜덤 액세스 메모리 (RAM)), 저장 디바이스 (408) (예를 들어, 하드 디스크 드라이브), 이동식 저장 디바이스 (예를 들어, 광학 디스크 드라이브), 사용자 인터페이스 디바이스 (412) (예를 들어, 키보드들, 터치 스크린들, 키패드들, 마우스들 또는 다른 포인팅 디바이스들 등등), 및 통신 인터페이스 (414) (예를 들어, 무선 네트워크 인터페이스) 를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스 (414) 는, 소프트웨어 및 데이터가 링크를 통한 외부 디바이스들과 컴퓨터 시스템 (400) 사이에서 전달되도록 허용한다. 또한, 시스템은 전술한 디바이스들/모듈들이 연결된 통신 기반 시설(416) (예를 들어, 통신 버스, 크로스-오버 바, 또는 네트워크) 을 포함할 수도 있다.
통신 인터페이스 (414) 를 통해 전달된 정보는 신호들을 전달하는 통신 링크를 통해, 전자, 전자기, 광학, 또는 통신 인터페이스 (414) 에 의해 수신되는 것이 가능한 다른 신호들과 같은 신호들의 형태일 수도 있고 유선 또는 케이블, 광섬유들, 전화선, 휴대 전화 링크, 무선 주파수 링크, 및/또는 다른 통신 채널들을 사용하여 구현될 수도 있다. 이러한 통신 인터페이스들로, 하나 이상의 프로세서들 (402) 은 네트워크로부터 정보를 수신할 수도 있거나, 위에-설명된 단계들을 수행하는 코스 (course) 에서 네트워크로 정보를 출력할 수도 있다는 것이 고려된다. 게다가, 본 발명의 방법 실시예들은 프로세서들 상에서 단독으로 실행될 수도 있거나 프로세싱의 일부를 공유하는 원격 프로세서들과 함께 인터넷과 같은 네트워크 상에서 실행될 수도 있다.
용어 "비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체"는, 제1 메모리, 제2 메모리, 이동식 저장소, 및 하드 디스크들, 플래시 메모리, 디스크 드라이브 메모리, CD-ROM 및 다른 형태들의 영구 메모리와 같은, 저장 디바이스들과 같은 매체들을 지칭하는데 일반적으로 사용되고 반송파 또는 신호들과 같이, 일시적인 대상을 커버하도록 해석되지 않을 것이다. 컴퓨터 코드의 예시들은 컴파일러에 의해 생산되는 것과 같은 기계 코드, 및 인터프리터 (interpreter) 를 사용하는 컴퓨터에 의해 실행된 더 고 레벨 코드를 포함하는 파일들을 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독 가능 매체는 반송파에서 구체화되고 프로세서에 의해 실행 가능한 명령들의 시퀀스 (sequence) 로 나타내는 컴퓨터 데이터 신호에 의해 송신된 컴퓨터 코드일 수도 있다.
도 2e는 비컨포멀 층이 에칭되고 난 이후 스택 (200) 의 단면도이다. 비컨포멀 층의 측벽들이 제거되었지만, 게이트들의 상단과 기판 위의 비컨포멀 층 (232) 의 몇몇은 남아있다. 실리콘 나이트라이드 비컨포멀 층의 측벽들을 에칭하기 위한 예시적인 레시피는 50밀리토르의 압력을 제공한다. CH3F 및 O2의 실리콘 나이트라이드 트림 가스는 플라즈마 프로세싱 챔버 내로 흘러 들어간다. 트림 가스는 플라즈마로 형성되고, 플라즈마는 피쳐들의 하단과 게이트들의 상단 상의 비컨포멀 층에 비해 비컨포멀 층의 측벽들을 선택적으로 제거한다.
다른 실시예들에서, 비컨포멀 층이 SiO인 곳에서, 트림 가스는 CF4 및 O2를 포함한다. 바람직하게, CF4 및 O2의 비율은 5:1 내지 20:1이다. 보다 바람직하게, CF4 및 O2의 비율은 약 10:1이다. 다른 실시예들에서, 비컨포멀 층이 CXHYFZ인 경우, 트림 가스는 H2, CF4 및 O2를 포함한다. 바람직하게, O2 및 CF4의 비율은 5:1 내지 20:1이다. 보다 바람직하게, CF4 및 O2의 비율은 약 10:1이다.
실리콘 나이트라이드 스페이서들이 트림된다 (단계 124). 본 실시예에서, 실리콘 나이트라이드 트림은 잔여 비컨포멀 층을 제거하고 실리콘 나이트라이드 스페이서들 (220) 의 측벽들만 에칭한다. 바람직하게, 측벽들 중 적어도 1.5nm가 에칭되어 버린다. 보다 바람직하게, 측벽의 적어도 2.5nm가 에칭되어 버린다. 바람직하게, 실리콘 옥사이드 스페이서들의 상단들의 아무것도 에칭되지 않는다. 본 실시예에서, 실리콘 나이트라이드 스페이서 트림은 비컨포멀 층의 측벽들은 에칭하는 챔버와 동일한 챔버 (300) 에서 수행된다. 다른 실시예들에서, 상이한 챔버들이 상이한 단계들에 대해 사용될 수도 있다.
실리콘 나이트라이드 트림 레시피의 예시는 50밀리토르의 압력을 제공한다. CH3F 및 O2의 실리콘 나이트라이드 트림 가스는 플라즈마 프로세싱 챔버 내로 흐른다. 트림 가스는 플라즈마로 형성되고, 플라즈마는 피쳐들의 하단과 게이트들의 상단 상의 비컨포멀 층에 비해 비컨포멀 층의 측벽들을 선택적으로 제거한다.
도 2f는 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 트림 동안 실리콘 나이트라이드 층이 트림된 이후 스택 (200) 의 단면도이다. 본 실시예에서 비컨포멀 층이 실리콘 나이트라이드이므로, 기판들과 게이트들의 상단 상의 비컨포멀 층의 일부들이 실리콘 나이트라이드 트림 동안 (단계 124) 제거된다 (단계 128). 부가적인 옥사이드 세척이 니켈의 층을 증착하는 단계 이전의 기판들과 게이트들의 상단 상의 비컨포멀 층의 일부들을 제거하는 단계 (단계 128) 이후에 제공될 수도 있다. 옥사이드 세척은 NiSi의 형성을 허용하도록 기판 (204) 를 노출하기 위해 제공된다. 이 옥사이드 세척은 H2O2의 용액을 사용하는 습식 에칭에 의해 달성될 수도 있다. H2O 및 HXSOY는 유기 재료를 세척하는데 사용된다. 그 후 HF 및 H2O의 용액이 SiO2를 에칭하고 세척하는데 사용된다.
금속의 층이 스택 (200) 위에 증착된다 (단계 132). 바람직한 실시예에서, 니켈이 물리 기상 증착법에 의해 증착된다. 다른 실시예들에서, 니켈은 다른 방법들에 의해 증착될 수도 있다. 도 2g는 니켈 (236) 층이 증착된 이후 스택 (200) 의 단면도이다.
스택 (200) 은, 실리콘은 기판의 노출된 일부들 상과 실리콘 게이트들의 상단 상에 있고, 니켈이 실리콘과 접촉하는, 니켈 실리사이드 (NiSi) 를 형성하도록 어닐링된다 (단계 136). 일 실시예에서, 어닐링은 200℃ 내지 700℃ 사이의 온도에서 니켈을 가열함으로써 달성된다.
어닐링 이후, 잔여 니켈이 에칭되어 버린다 (단계 140). 일 실시예에서, 에칭은 수산화칼륨 용액을 사용하여 습식 에칭을 제공함으로써 달성된다. 도 2h는, 잔여 니켈이 스페이서들 (244) 사이의 NiSi와 게이트들 (240) 의 상단 상의 NiSi만을 남기고 에칭되어 버려진 이후의 스택 (200) 을 도시한다.
기판 (204) 상에서, NiSi (244) 에 의해 덮여진 면적은 도핑된 영역 (228) 의 면적보다 넓다는 것을 유의해야 한다. 이는, 이온 임플란트 이후와 니켈 층 (236) 을 증착하기 전에 실리콘 나이트라이드 스페이서 (220) 를 다시 에칭함으로써 달성된다. 더 넓은 면적이 저항을 감소시키고 더 나은 NiSi 형성을 제공한다. 또한, 더 넓은 면적은, 접촉 수율 (yield) 을 증가시키는, 후속의 금속 접촉과 NiSi 사이의 더 나은 연결을 허용한다. 게이트들 (212) 의 상단 상에 증착된 NiSi (240) 가 게이트들의 측부들의 아래로 연장하지 않는다는 것도 유의해야 한다. 본 발명의 양태들이 없다면, 실리콘 나이트라이드 스페이서들 (220) 과 실리콘 옥사이드 스페이서들 (216) 의 상단들이 에칭되어 버리고, 이는 게이트들 (212) 의 측부들을 노출시킨다. 이는 게이트들 (212) 의 상단에서 니켈이 측부들에 접촉하도록 허용하고, 이는 게이트들의 측부들의 몇몇 상에 NiSi을 형성하도록 야기하고, 이는 게이트들의 상단 상에 너무 많은 NiSi을 제공하고, 이는 게이트들과 접촉부 (contactor) 들 사이의 전기적 단락 (short) 을 야기할 수 있다. 따라서, 본 발명의 본 실시예는 게이트들의 상단 상의 NiSi의 면적을 증가시키지 않고 스페이서들의 하단들 사이에 증착된 NiSi의 면적을 확장한다.
부가적인 프로세싱 단계들이 반도체 디바이스들을 완성하는데 제공된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 실리콘 나이트라이드와 실리콘 옥사이드 스페이서들은 에칭되어 버리고 실리콘 게이트를 남긴다.
바람직하게, NiSi 영역은 도핑된 영역의 직경보다 적어도 3nm 더 큰 직경을 가질 것이다. 보다 바람직하게, NiSi 영역은 도핑된 영역의 직경보다 3nm 내지 10nm 더 큰 직경을 가질 것이다. 가장 바람직하게, NiSi 영역의 직경은 NiSi 영역의 직경보다 5 내지 10nm 사이만큼 더 크다.
본 발명의 다른 실시예에서, 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드의 하드 마스크 (hardmask) 는 실리콘 게이트들의 상단 상에 형성된다. 그러한 하드마스크들은 교체 게이트 스택들을 위해 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 얇은 실리콘 나이트라이드 층은 교체 게이트들의 상단 상에 위치될 수도 있고, 그 후 더 두꺼운 실리콘 옥사이드 층이 실리콘 나이트라이드 층 위에 형성된다. 제조 프로세스 동안, 더 두꺼운 실리콘 옥사이드 하드 마스크 층은 교체 게이트를 보호하도록 얇은 실리콘 나이트라이드 층을 남기고 제거된다. 본 발명은, 단락을 감소시키도록 실리콘 게이트들의 측부들의 노출을 제한하기 위해 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 측벽들을 트림하는 동안, 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 상단의 에칭을 방지한다.
다른 실시예에서, 금속 실리사이드를 형성하는데 사용된 금속은 티타늄, 코발트, 플래티늄, 또는 텅스텐일 수도 있다. 일반적으로 바이어스는 비컨포멀 층의 선택적 증착을 용이하게 하도록 제공된다. 바람직하게, 바이어스는 50볼트보다 더 크다. 보다 바람직하게, 바이어스는 적어도 75볼트이다.
본 발명이 복수의 바람직한 실시예들에 관하여 설명되는 동안, 본 발명의 범위 내에 포함되는, 수정들, 변형들, 변경들, 및 다양한 대체 균등물들이 존재한다. 또한, 본 발명의 장치들과 방법들을 구현하는 다수의 대안적인 방법들이 있다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 본 발명의 범위 및 진정한 사상 내에 포함되는 것과 같이 후술하는 첨부된 청구항들은 모든 이러한 수정들, 변형들, 변경들, 및 다양한 대체 균등물들을 포함하는 것으로 해석된다는 것으로 의도된다.
Claims (19)
- 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법으로서,
상기 실리콘 게이트들의 측부 (side) 들 상에 실리콘 나이트라이드 (silicon nitride) 스페이서들을 형성하는 단계;
이온 임플란트 영역들을 형성하기 위한 마스크들로서 상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들을 사용하여 이온 임플란트를 제공하는 단계;
상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 측벽들 상보다 스페이서들 사이와 상기 게이트들 및 상기 스페이서들의 상단들 상에 더 두꺼운 층을 선택적으로 증착하는 상기 스페이서들과 상기 게이트들 위에 비컨포멀 (nonconformal) 층을 선택적으로 증착하는 단계;
상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 측벽들 상의 상기 비컨포멀 층의 측벽들을 에칭해 버리는 (etching away) 단계; 및
상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들을 트림 (trim) 하는 단계를 포함하는, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 기판 상과 상기 실리콘 게이트들의 상단 상에 노출된 실리콘 영역들을 제공하도록 상기 기판 상과 상기 게이트들 및 상기 스페이서들의 상단 상의 상기 비컨포멀 층의 일부들을 제거하는 단계;
금속층을 증착하는 단계; 및
상기 노출된 실리콘 영역들에 금속 실리사이드 (silicide) 를 형성하도록 상기 금속층을 어닐링 (annealing) 하는 단계를 더 포함하는, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제2항에 있어서,
상기 금속 실리사이드는, 상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들 사이 및 상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들 사이에 형성된 상기 금속 실리사이드가 상기 이온 임플란트 영역들의 면적보다 더 큰 면적을 갖는 곳에 형성되고, 상기 비컨포멀 층은 상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 상기 상단들의 에칭을 방지하는, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제3항에 있어서,
상기 금속 실리사이드의 상기 면적은 상기 이온 임플란트 영역들의 상기 면적보다 적어도 3nm 더 넓은, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제4항에 있어서,
상기 비컨포멀 층은 실리콘 옥사이드 (oxide), 실리콘 나이트라이드 또는 폴리머 중 적어도 하나인, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들을 트림하는 단계 이후의 옥사이드 세척을 포함하는, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 트림하는 단계는 상기 비컨포멀 층에 대하여 상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들을 선택적으로 에칭하는, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 기판 상 및 상기 게이트들과 상기 스페이서들의 상단 상의 상기 비컨포멀 층의 일부들을 제거하는 단계는 상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들을 트림하는 단계와 함께 동시에 제공되는, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 웨이퍼인, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제9항에 있어서,
상기 실리콘 게이트들은 폴리실리콘 (polysilicon) 게이트들인, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 금속층은 니켈 (nickel), 티타늄 (titanium), 코발트 (cobalt), 플래티늄 (platinum) 또는 텅스텐 (tungsten) 중 적어도 하나인, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 금속층은 니켈인, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제2항에 있어서,
상기 금속층은 니켈, 티타늄, 코발트, 플래티늄 또는 텅스텐 중 적어도 하나인, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제2항에 있어서,
상기 금속층은 니켈이고 상기 금속 실리사이드는 니켈 실리사이드 (NiSi) 인, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제2항에 있어서,
상기 비컨포멀 층을 선택적으로 증착하는 단계는 50 볼트보다 더 큰 바이어스를 제공하는 단계를 포함하는, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법으로서,
상기 실리콘 게이트들의 측부들 상에 실리콘 나이트라이드 스페이서들을 형성하는 단계;
이온 임플란트 영역들을 형성하기 위한 마스크들로서 상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들을 사용하여 이온 임플란트를 제공하는 단계;
상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 측벽들 상보다 스페이서들 사이와 상기 게이트들 및 상기 스페이서들의 상단들 상에 더 두꺼운 층을 선택적으로 증착하는 상기 스페이서들과 상기 게이트들 위에 비컨포멀 층을 선택적으로 증착하는 단계로서, 상기 비컨포멀 층은 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드 또는 폴리머 중 적어도 하나인, 상기 비컨포멀 층을 선택적으로 증착하는 단계;
상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들의 측벽들 상의 상기 비컨포멀 층의 측벽들을 에칭해 버리는 단계;
상기 실리콘 나이트라이드 스페이서들을 트림하는 단계;
상기 기판 상 및 상기 실리콘 게이트들의 상단 상에 노출된 실리콘 영역들을 제공하도록 상기 기판 상 및 상기 게이트들과 상기 스페이서들의 상단 상에 상기 비컨포멀 층의 일부들을 제거하는 단계;
금속층을 증착하는 단계; 및
상기 노출된 실리콘 영역들에 금속 실리사이드를 형성하도록 상기 금속층을 어닐링하는 단계를 포함하는, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제16항에 있어서,
상기 금속층은 니켈, 티타늄, 코발트, 플래티늄 또는 텅스텐 중 적어도 하나인, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제16항에 있어서,
상기 금속층은 니켈이고 상기 금속 실리사이드는 니켈 실리사이드 (NiSi) 인, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법. - 제16항에 있어서,
상기 비컨포멀 층을 선택적으로 증착하는 단계는 50 볼트보다 더 큰 바이어스를 제공하는 단계를 포함하는, 기판 위에 실리콘 게이트들을 갖는 디바이스들을 형성하는 방법.
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