KR20230016746A - Formation method of silicide layer using the Excimer laser for the semiconductor devices - Google Patents

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Abstract

Provided is an annealing method using an excimer laser and a semiconductor device using the same to provide a silicide layer that does not require a deposition and removal process of a laser absorption layer and can reduce gate, source, and drain junction resistance. The present research was supported by the overseas source technology commercialization technology development project research fund. (Task number: S3010291). The method includes the steps of: forming monosilicide through primary excimer laser annealing; and forming a polycrystalline silicide layer through secondary excimer laser annealing.

Description

엑시머 레이저 어닐링을 이용한 초저접합 실리사이드층 형성방법 {Formation method of silicide layer using the Excimer laser for the semiconductor devices}Formation method of silicide layer using the Excimer laser for the semiconductor devices}

본 발명은 엑시머 레이저 어닐링을 이용한 초저접합 실리사이드층 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming an ultra-low junction silicide layer using excimer laser annealing.

최근의 반도체 소자는 고집적화와 소형화를 동시에 이루어야 하는 기술적 난제에 빠져있다. 이를 해결하는 방안으로, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 트랜지스터를 제조하는 경우 초저접합(Ultra-shallow junction)을 형성하는 기술에 관한 관심이 늘고 있다.Recent semiconductor devices are facing a technical challenge of achieving high integration and miniaturization at the same time. As a way to solve this problem, interest in a technology for forming an ultra-shallow junction in the case of manufacturing a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) transistor is increasing.

그러나, 초저접합과 관련하여 요구되는 접합 깊이(Junction depth)가 더욱 얇아짐에 따라, 통상적인 가열 방식으로 형성한 접합은 게이트 저항 및 접합저항이 증가하는 문제점이 있다. 이를 극복하고자 선폭 50nm 이하의 반도체 소자의 열처리 공정에서도 레이저를 이용한 어닐링 공정에 대한 주목도가 높아지고 있다.However, as the junction depth required for ultra-low junctions becomes thinner, the gate resistance and junction resistance of junctions formed by conventional heating methods increase. In order to overcome this, the degree of attention to the annealing process using a laser is increasing even in the heat treatment process of a semiconductor device having a line width of 50 nm or less.

기존 100㎛ 이상의 게이트 길이(Gate length)를 갖는 반도체 소자 및 트랜지스터에는 소스(Source) 및 드레인(Drain) 영역의 각 내측에 초저접합의 소스/드레인 확장(Source/Drain Extension) 도핑층이 형성되며, 불순물 이온 주입 후 트랜지스터 소자의 소스/드레인 영역과 배선저항을 줄이고, 8족 금속원소를 증착하여 램프(Lamp) 베이스의 급속 열처리 공정(Rapid Thermal Process)을 수행함으로써, 소스/드레인 확장 도핑층과 소스/드레인 영역에서의 도핑 물질과 실리사이드를 활성화되도록 하는 방법을 사용하고 있다.In existing semiconductor devices and transistors having a gate length of 100 μm or more, an ultra-low junction source/drain extension doped layer is formed on each inner side of the source and drain regions, After impurity ion implantation, the source/drain region and wiring resistance of the transistor device are reduced, and a group 8 metal element is deposited to perform a lamp-based rapid thermal process, thereby extending the source/drain doping layer and source /A method of activating the doping material and silicide in the drain region is used.

그러나, 상기한 방법은 공정의 단계가 복잡하며, 고비용의 공정을 다수 포함하는 경제적인 문제점을 안고 있다. 또한, 통상적으로 사용하는 레이저 어닐링 공정은 실리콘 게이트를 갖는 트랜지스터의 제조법에는 유리하게 적용할 수 있으나, 상기 실리콘 게이트 상단에 금속 게이트를 포함하는 경우 상기 금속 게이트의 레이저광 흡수율이 높아 금속 게이트가 먼저 녹아 형상이 변형되는 현상이 발생하는 문제점이 있다.However, the above method suffers from economic problems in that the process steps are complicated and a number of expensive processes are involved. In addition, a commonly used laser annealing process can be advantageously applied to a manufacturing method of a transistor having a silicon gate, but when a metal gate is included on top of the silicon gate, the laser light absorption rate of the metal gate is high, so the metal gate melts first. There is a problem in that a phenomenon in which the shape is deformed occurs.

이를 해결하는 방법으로, 기판의 전면에 금속성 또는 탄소성의 레이저 흡수층을 증착하여 레이저 어닐링 이후 제거하는 일회성 방편이 개시되고 있으나, 금속성의 레이저 흡수층은 실리콘의 녹는점과 별 차이가 없어 흡수층 제거 이후에도 산화막 내에 성분이 잔류하는 현상이 있으며, 탄소성의 레이저 흡수층은 식각하여 제거하는 방법 외에는 적용이 어렵다는 문제가 있다.As a way to solve this problem, a one-time method of depositing a metallic or carbonaceous laser absorption layer on the entire surface of the substrate and removing it after laser annealing has been disclosed. There is a phenomenon that components remain, and there is a problem that it is difficult to apply the laser absorption layer of carbonaceous material other than a method of etching and removing it.

본 연구는 해외원천기술 상용화 기술개발 사업 연구비에 의해 지원되었습니다. (과제번호:S3010291)This research was supported by the overseas source technology commercialization technology development project research fund. (Task number: S3010291)

(0001) 대한민국 등록특허 제10-0365414호 (2001. 04. 30.)(0001) Republic of Korea Patent No. 10-0365414 (2001. 04. 30.) (0002) 대한민국 공개특허 제10-2017-0056748호 (2015. 11. 13.)(0002) Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0056748 (2015. 11. 13.)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래 180nm 수준의 접합 두께를 더욱 축소하여 100nm 수준으로 제어하며, 본 발명은 레이저 비정질의 흡수층을 배제하고 실리콘으로의 흡수율이 뛰어난 엑시머 레이저 어닐링을 이용한 초저접합 실리사이드층의 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the conventional 180 nm level junction thickness is further reduced and controlled to 100 nm level. It is an object to provide a formation method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 엑시머 레이저를 이용하여 기판상에 초저접합 실리사이드층을 형성하는 방법에 관한 것이다.One aspect of the present invention for achieving the above object relates to a method of forming an ultra-low junction silicide layer on a substrate using an excimer laser.

상기 일 양태에 있어, 상기 형성방법은,In the above aspect, the forming method,

실리콘 웨이퍼 기판 상부에 게이트 절연층 및 비정질 실리콘을 증착하여 단계;Depositing a gate insulating layer and amorphous silicon on a silicon wafer substrate;

상기 비정질 실리콘을 식각하는 단계;Etching the amorphous silicon;

상기 게이트 영역 측면에 1차 스페이서를 형성하는 단계;forming a first spacer on a side surface of the gate region;

상기 웨이퍼 기판에 이온을 주입하여 소스(source) 영역을 형성하는 단계;implanting ions into the wafer substrate to form a source region;

상기 웨이퍼 기판에 이온을 주입하여 드레인(drain) 영역을 형성하는 단계;implanting ions into the wafer substrate to form a drain region;

상기 1차 스페이서를 제거하는 단계;removing the primary spacer;

상기 게이트, 소스 및 드레인 영역 상에 금속층을 증착하는 단계;depositing a metal layer over the gate, source and drain regions;

상기 게이트 영역 측면에 2차 스페이서를 형성하는 단계;forming a secondary spacer on a side surface of the gate region;

1차 엑시머 레이저 어닐링을 통해 모노 실리사이드를 형성하는 단계;forming monosilicide through primary excimer laser annealing;

2차 엑시머 레이저 어닐링을 통해 다결정 구조의 실리사이드층을 형성하는 단계;forming a polycrystalline silicide layer through secondary excimer laser annealing;

를 포함하는 것일 수 있다.It may contain.

상기 일 양태에 있어, 상기 비정질 실리콘 증착은 300 내지 380℃에서 수행하는 것일 수 있다.In the above aspect, the amorphous silicon deposition may be performed at 300 to 380°C.

상기 일 양태에 있어, 상기 2차 스페이서는 질화 텅스텐, 질화 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸에테르케톤(PEEK) 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 것일 수 있다.In the above aspect, the secondary spacer may be made of any one or two or more selected from the group consisting of tungsten nitride, silicon nitride, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethyl ether ketone (PEEK), and nylon. there is.

상기 일 양태에 있어, 상기 금속층은 Ni, Pd, Pt 및 Co 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것일 수 있다.In the above aspect, the metal layer may be made of any one selected from Ni, Pd, Pt, and Co.

상기 일 양태에 있어, 상기 모노 실리사이드는 NiSi를 포함하는 것일 수 있다.In the above aspect, the monosilicide may include NiSi.

상기 일 양태에 있어, 상기 다결정 구조의 실리사이드 층은 NiSi2를 포함하는 것일 수 있다.In the above aspect, the silicide layer of the polycrystalline structure may include NiSi 2 .

상기 일 양태에 있어, 상기 엑시머 레이저는 DUV(Deep Ultra Violet) 영역의 파장을 사용하는 것일 수 있다.In the above aspect, the excimer laser may use a wavelength in a deep ultra violet (DUV) region.

상기 일 양태에 있어, 상기 DUV 영역의 파장은 180 내지 320nm인 것일 수 있다.In the above aspect, the wavelength of the DUV region may be 180 to 320 nm.

상기 일 양태에 있어, 상기 엑시머 레이저의 펄스 에너지밀도는 500 내지 1200mJ/cm2이며, 각 펄스의 지속시간은 5 내지 50ns일 수 있다.In the above aspect, the pulse energy density of the excimer laser is 500 to 1200 mJ/cm 2 , and the duration of each pulse may be 5 to 50 ns.

상기 일 양태에 있어, 상기 엑시머 레이저는 선형 빔 스팟을 갖는 것일 수 있다.In the above aspect, the excimer laser may have a linear beam spot.

상기 일 양태에 있어, 상기 선형 빔 스팟은 긴 모서리의 길이가 5 내지 30mm이며, 짧은 모서리의 길이가 0.1 내지 1.0mm인 것일 수 있다.In the above aspect, the length of the long edge of the linear beam spot may be 5 to 30 mm, and the length of the short edge may be 0.1 to 1.0 mm.

상기 일 양태에 있어, 상기 어닐링 공정은 350 내지 450℃에서 수행하는 것일 수 있다.In the above aspect, the annealing process may be performed at 350 to 450°C.

또한, 본 발명의 다른 일 양태는 상기 초저접합 실리사이드층의 형성방법에 따라 제조된 초저접합 실리사이드층을 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a semiconductor device including an ultra-low junction silicide layer manufactured according to the method for forming the ultra-low junction silicide layer.

본 발명에 따른 엑시머 레이저 어닐링을 이용한 실리사이드층의 형성방법은 공정상 레이저 흡수층의 증착 및 제거 공정이 필요치 않으며, 게이트, 소스 및 드레인 접합저항을 감소시킬 수 있는 초저접합 실리사이드층을 제공한다.The method of forming a silicide layer using excimer laser annealing according to the present invention provides an ultra-low junction silicide layer that does not require deposition and removal of a laser absorption layer and can reduce gate, source, and drain junction resistance.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑시머 레이저 어닐링을 이용한 초저접합 실리사이드층을 반도체 상에 형성하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 7은 엑시머 레이저의 파장, 주사시간 및 에너지밀도에 따라 용융된 실리콘의 깊이를 나타낸 그래프이다.
도 8은 엑시머 레이저의 파장, 주사시간 및 에너지밀도에 따라 용융된 실리콘이 유지되는 시간을 나타낸 그래프이다.
도 9는 엑시머 레이저를 웨이퍼에 주사하며 측정한 엑시머 레이저의 에너지밀도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 급속 가열 냉각 시 나타나는 접합층의 XRD(X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 11은 엑시머 레이저 어닐링 시 나타나는 접합층의 XRD(X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 12는 실리콘의 흡광도 및 대표적인 레이저 파장 영역을 함께 나타낸 그래프이다.
1 to 6 are schematic diagrams illustrating a process of forming an ultra-low junction silicide layer on a semiconductor using excimer laser annealing according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the depth of molten silicon according to the wavelength, scanning time, and energy density of an excimer laser.
8 is a graph showing the time for which molten silicon is maintained according to the wavelength, scanning time, and energy density of an excimer laser.
9 is a graph showing the energy density of an excimer laser measured while scanning an excimer laser onto a wafer.
10 is a graph showing an X-Ray Diffraction (XRD) spectrum of a bonding layer appearing during rapid heating and cooling.
11 is a graph showing an X-Ray Diffraction (XRD) spectrum of a bonding layer appearing during excimer laser annealing.
12 is a graph showing absorbance of silicon and a representative laser wavelength region together.

이하 본 발명에 따른 엑시머 레이저 어닐링을 이용한 실리사이드층 형성방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, a method of forming a silicide layer using excimer laser annealing according to the present invention will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Therefore, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the drawings presented below, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, unless there is another definition in the technical terms and scientific terms used, they have meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscure are omitted.

본 발명의 일 실시예에 따른 엑시머 레이저 어닐링을 이용한 실리사이드층의 형성방법은,A method for forming a silicide layer using excimer laser annealing according to an embodiment of the present invention,

실리콘 웨이퍼 기판 상부에 게이트 절연층 및 비정질 실리콘을 증착하는 단계;depositing a gate insulating layer and amorphous silicon on top of a silicon wafer substrate;

상기 비정질 실리콘을 식각하는 단계;Etching the amorphous silicon;

상기 게이트 영역 측면에 1차 스페이서를 형성하는 단계;forming a first spacer on a side surface of the gate region;

상기 반도체 기판에 이온을 주입하여 소스(source) 영역을 형성하는 단계;implanting ions into the semiconductor substrate to form a source region;

상기 반도체 기판에 이온을 주입하여 드레인(drain) 영역을 형성하는 단계;forming a drain region by implanting ions into the semiconductor substrate;

상기 1차 스페이서를 제거하는 단계;removing the primary spacer;

상기 게이트, 소스 및 드레인 영역 상에 금속층을 증착하는 단계;depositing a metal layer over the gate, source and drain regions;

상기 게이트 영역 측면에 2차 스페이서를 형성하는 단계;forming a secondary spacer on a side surface of the gate region;

1차 엑시머 레이저 어닐링을 통해 모노 실리사이드를 형성하는 단계;forming monosilicide through primary excimer laser annealing;

2차 엑시머 레이저 어닐링을 통해 다결정 구조의 실리사이드층을 형성하는 단계;forming a polycrystalline silicide layer through secondary excimer laser annealing;

를 포함하는 것일 수 있다.It may contain.

상기 게이트 절연층은 상기 비정질 실리콘의 증착 이전에 수행하는 것일 수 있다. 상기 게이트 절연층은 폴리실리콘 또는 실리케이트일 수 있다.The gate insulating layer may be performed before the deposition of the amorphous silicon. The gate insulating layer may be polysilicon or silicate.

상기 비정질 실리콘은 플라스마 화학적 기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링법, 열진공법 및 전자빔법 중 선택된 어느 하나의 방법으로 증착되는 것일 수 있으나, 반드시 이에 제한받지는 않는다.The amorphous silicon may be deposited by any one method selected from plasma enhanced chemical vapor deposition, sputtering, thermal vacuum, and electron beam, but is not necessarily limited thereto.

상기 비정질 실리콘 증착은 250 내지 400℃에서 수행하는 것일 수 있다. 이때, 바람직하게는 280 내지 380℃에서 수행하는 것일 수 있다. 이와 같은 온도에서 증착함으로써 증착 수율을 높일 수 있어 바람직하다.The amorphous silicon deposition may be performed at 250 to 400 °C. At this time, it may be preferably carried out at 280 to 380 ℃. Depositing at such a temperature is preferable because the deposition yield can be increased.

상기 1차 스페이서는 이온 주입 시 소스 및 드레인 영역의 범위를 제어하기 위하여 사용하는 것으로, 이후 비등방성 식각으로 제거하는 것일 수 있다.The primary spacers may be used to control ranges of the source and drain regions during ion implantation, and may be removed by anisotropic etching afterward.

상기 엑시머 레이저는 DUV(Deep Ultra Violet) 영역의 파장을 사용하는 것일 수 있다. 구체적으로 파장 영역이 180 내지 320nm인 엑시머 레이저를 사용하는 것일 수 있다. 상기 파장 영역을 만족하는 엑시머 레이저는 예를 들어, XeCl(308nm), KrF(248nm) 및 ArF(193nm) 레이저를 사용하는 것일 수 있다. 이때, KrF 또는 XeCl 레이저를 사용하는 것이 반도체의 접합저항을 더욱 낮출 수 있어 바람직하다.The excimer laser may use a wavelength in a deep ultra violet (DUV) region. Specifically, an excimer laser having a wavelength range of 180 to 320 nm may be used. Excimer lasers satisfying the above wavelength range may be, for example, XeCl (308 nm), KrF (248 nm), and ArF (193 nm) lasers. At this time, it is preferable to use a KrF or XeCl laser because it can further lower the junction resistance of the semiconductor.

상기 엑시머 레이저의 펄스 에너지밀도는 500 내지 1200mJ/cm2일 수 있다. 상기 펄스 에너지가 너무 낮은 경우 접합이 잘 형성되지 않아 접합저항이 높아지며, 펄스 에너지가 너무 높은 경우 오히려 접합저항이 증가할 수 있어 바람직하지 않다.Pulse energy density of the excimer laser may be 500 to 1200 mJ/cm 2 . When the pulse energy is too low, junctions are not formed well, resulting in high junction resistance. When the pulse energy is too high, junction resistance may increase, which is undesirable.

상기 엑시머 레이저의 펄스 지속시간은 5 내지 50ns일 수 있다. 상기 엑시머 레이저의 펄스 지속시간이 증가할수록 레이저가 주사된 표면이 용융되는 시간이 증가하는데, 엑시머 레이저 펄스를 50ns를 초과하여 지속할 경우 과다한 용융이 발생하여 어닐링 타겟 물질 외의 다른 물질들이 손상을 입을 수 있으며, 지속시간이 5ns 미만일 경우 어닐링이 충분히 되지 않아 바람직하지 않다.A pulse duration of the excimer laser may be 5 to 50 ns. As the pulse duration of the excimer laser increases, the melting time of the laser-scanned surface increases. If the excimer laser pulse continues for more than 50 ns, excessive melting may occur, which may damage materials other than the annealing target material. If the duration is less than 5 ns, it is not preferable because annealing is not sufficiently performed.

상기 엑시머 레이저는 선형 빔 스팟을 갖는 것일 수 있다. 선형의 빔 스팟은 높은 처리율(Throughput)을 가지나, 빔이 오버랩되는 단점을 가지고 있다. 그러나, 본 발명에서는 빔이 오버랩되어 생길 수 있는 단점인 뜨임 현상(Tempera ting) 현상에 의해 성능저하가 잘 발생하지 않는 타겟 물질을 사용하여 상기한 단점을 극복할 수 있다.The excimer laser may have a linear beam spot. A linear beam spot has a high throughput, but has a disadvantage in that the beams overlap. However, in the present invention, the above disadvantages can be overcome by using a target material that does not easily deteriorate in performance due to a tempering phenomenon, which is a disadvantage that may occur due to overlapping beams.

상기 일 양태에 있어, 상기 선형 빔 스팟은 긴 모서리의 길이가 5 내지 30mm이며, 짧은 모서리의 길이가 0.1 내지 1.0mm인 것일 수 있다. 이와 같은 범위의 빔 스팟 크기를 유지함으로써 반도체의 수율을 높일 수 있다.In the above aspect, the length of the long edge of the linear beam spot may be 5 to 30 mm, and the length of the short edge may be 0.1 to 1.0 mm. The semiconductor yield can be increased by maintaining the beam spot size within this range.

상기 일 양태에 있어, 상기 어닐링 공정은 350 내지 550℃에서 수행하는 것일 수 있다. 이와 같은 온도 범위에서 어닐링을 수행함으로써 실리사이드층이 가장 낮은 비저항을 갖는 구간에서 형성되어, 이를 사용한 고성능 소자 구현이 가능하다.In the above aspect, the annealing process may be performed at 350 to 550°C. By performing annealing in this temperature range, a silicide layer is formed in a section having the lowest resistivity, and a high-performance device using the silicide layer can be implemented.

상기 비정질 실리콘은 상기 2회에 걸친 엑시머 레이저 어닐링을 통해 정질 폴리실리콘으로 변형되는 것일 수 있다.The amorphous silicon may be transformed into crystalline polysilicon through the excimer laser annealing twice.

상기 초저접합 실리사이드층 형성방법에 있어서, 이에 사용되는 물질과 그 역할에 관한 상세한 설명은 하기 실시예와 함께 후술한다.In the method of forming the ultra-low junction silicide layer, a detailed description of the material used therein and its role will be described later along with the following examples.

또한, 본 발명은 상기 형성방법에 따라 제조된 실리사이드를 포함하는 반도체 소자를 제공한다. 본 발명에 따른 실리사이드를 포함하는 반도체는 낮은 접합저항을 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention provides a semiconductor device including silicide manufactured according to the above forming method. A semiconductor including silicide according to the present invention is characterized by having low junction resistance.

상기 반도체 소자의 접합저항에 관련한 보다 상세한 설명은 하기의 실시예와 함께 후술한다.A more detailed description of the junction resistance of the semiconductor device will be described later along with the following examples.

이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 엑시머 레이저 어닐링을 이용한 실리사이드층 형성방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, a method of forming a silicide layer using excimer laser annealing according to the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only one reference for explaining the present invention in detail, but the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한, 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is merely to effectively describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. In addition, the unit of additives not specifically described in the specification may be % by weight.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑시머 레이저 어닐링을 이용한 실리사이드층 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도로써, 이를 설명하면 다음과 같다.1 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of forming a silicide layer using excimer laser annealing according to an embodiment of the present invention, which will be described below.

도 1을 참조하면, 실리콘 웨이퍼 기판(4)상에 필드 영역과 활성 영역을 한정하는 소자 분리막(5)을 형성하고, 공지의 방법으로 N-웰 및 P-웰을 형성한다(N-웰 및 P-웰은 도시하지 않음). 다음으로, 상기 실리콘 웨이퍼 기판(4)상에 게이트 절연층(11), 1차 스페이서(6a)를 차례로 형성한 후, 비정질 실리콘(10)을 증착한다. 이후 소스 및 드레인 영역을 생성하기 위한 불순물을 주입한다.Referring to FIG. 1, a device isolation film 5 defining a field region and an active region is formed on a silicon wafer substrate 4, and an N-well and a P-well are formed by a known method (N-well and P-well not shown). Next, the gate insulating layer 11 and the first spacer 6a are sequentially formed on the silicon wafer substrate 4, and then amorphous silicon 10 is deposited. Thereafter, impurities for generating source and drain regions are implanted.

이때, 상기 실리콘 웨이퍼는 단결정 웨이퍼 또는 다결정 웨이퍼일 수 있으나, 반드시 이에 제한받지는 않는다. 상기 1차 스페이서는 질화 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸에테르케톤(PEEK) 또는 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 것일 수 있다. 이때, Si3N4를 사용하는 것이 차후 제거하기 용이하여 바람직하다. In this case, the silicon wafer may be a single crystal wafer or a polycrystalline wafer, but is not necessarily limited thereto. The primary spacer may be made of one or two or more materials selected from the group consisting of silicon nitride, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethyl ether ketone (PEEK), and nylon. At this time, it is preferable to use Si 3 N 4 because it is easy to remove later.

도 2를 참조하면, 불순물 주입으로 인한 소스 영역(21) 및 드레인 영역(31)이 생성된 것을 알 수 있다. 다음으로, 1차 스페이서 및 1차 스페이서 하단의 게이트 절연층(11)의 일부를 선택적으로 식각하여 제거하며, 금속층을 형성하기 위한 증착을 수행한다.Referring to FIG. 2 , it can be seen that a source region 21 and a drain region 31 are formed by impurity implantation. Next, the first spacer and a portion of the gate insulating layer 11 under the first spacer are selectively etched away and deposited to form a metal layer.

상기 금속층은 Ni, Pd, Pt 및 Co 중 선택된 어느 하나의 원소로 이루어진 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 원소는 8족 원소에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 본 발명에서는 전술한 8족 원소 이외에 Co와 같은 원소를 포함할 수 있다.The metal layer may be made of any one element selected from Ni, Pd, Pt, and Co. Specifically, the element may be any one selected from group 8 elements, but in the present invention, an element such as Co may be included in addition to the group 8 elements described above.

이때, 상기 금속층을 250 내지 750Å의 두께로 증착하는 것일 수 있다.In this case, the metal layer may be deposited to a thickness of 250 to 750 Å.

도 3을 참조하면, 증착이 수행되어 게이트 영역 금속층(13), 소스 영역 금속층(23) 및 드레인 영역 금속층(33)이 형성된 것을 알 수 있다. 다음으로, 소스/드레인 영역의 금속층(23/33)이 선택적으로 어닐링이 가능하도록 비정질 실리콘(10) 측면에 2차 스페이서(6b)를 형성한다.Referring to FIG. 3 , it can be seen that deposition is performed to form a gate region metal layer 13 , a source region metal layer 23 , and a drain region metal layer 33 . Next, secondary spacers 6b are formed on the side of the amorphous silicon 10 so that the metal layers 23/33 of the source/drain regions can be selectively annealed.

도 4를 참조하면, 2차 스페이서(6b)를 형성함으로써 소스/드레인 영역의 금속층(23/33)의 어닐링이 가능한 범위가 한정되어있는 것을 확인할 수 있다. 이후 1차 엑시머 레이저 어닐링을 수행한다.Referring to FIG. 4 , it can be seen that the range in which annealing of the metal layers 23/33 in the source/drain regions is possible is limited by forming the secondary spacers 6b. Thereafter, primary excimer laser annealing is performed.

상기 2차 스페이서는 질화 텅스텐, 질화 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸에테르케톤(PEEK) 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 것일 수 있다. 이때, 상기 2차 스페이서를 500 내지 1000Å의 두께로 형성하는 것일 수 있다. 이와 같은 조건을 만족함으로써, 열 안정성 및 전기적 안정성이 우수한 2차 스페이서를 제공할 수 있다.The secondary spacer may be made of one or two or more materials selected from the group consisting of tungsten nitride, silicon nitride, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethyl ether ketone (PEEK), and nylon. In this case, the secondary spacer may be formed to a thickness of 500 to 1000 Å. By satisfying these conditions, it is possible to provide a secondary spacer excellent in thermal stability and electrical stability.

도 5를 참조하면, 1차 엑시머 레이저 어닐링 이후 게이트 영역 단결정 실리사이드층(12a), 소스 영역 단결정 실리사이드층(22a) 및 드레인 영역 단결정 실리사이드층(32a)이 형성된 것을 알 수 있다. 상기 단결정을 다결정으로 변환하기 위해 2차 엑시머 레이저 어닐링을 수행한다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that a gate region single crystal silicide layer 12a, a source region single crystal silicide layer 22a, and a drain region single crystal silicide layer 32a are formed after the first excimer laser annealing. Secondary excimer laser annealing is performed to convert the single crystal into a polycrystal.

상기 모노 실리사이드는 NiSi를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 모노 실리사이드는 전이금속과 실리콘의 원자비가 1:1로 이루어진 화합물을 의미하는 것일 수 있다.The monosilicide may include NiSi. In this case, the monosilicide may refer to a compound composed of a transition metal and silicon atomic ratio of 1:1.

상기 다결정 구조의 실리사이드층은 NiSi2를 포함하는 것일 수 있다.The silicide layer of the polycrystalline structure may include NiSi 2 .

도 6을 참조하면, 2차 엑시머 레이저 어닐링을 통해, 게이트 절연층(11), 게이트 영역 다결정 실리사이드층(12) 및 정질 폴리실리콘(14)이 게이트(1)를 형성하며, 소스 영역(21), 소스 영역 다결정 실리사이드층(22) 및 소스 영역 금속층(23)이 소스(2)를 형성하며, 드레인 영역(31), 드레인 영역 다결정 실리사이드층(32) 및 드레인 영역 금속층(33)이 드레인(3)을 형성하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6 , the gate insulating layer 11 , the gate region polycrystalline silicide layer 12 , and the crystalline polysilicon layer 14 form the gate 1 through secondary excimer laser annealing, and the source region 21 , the source region polycrystalline silicide layer 22 and the source region metal layer 23 form the source 2, and the drain region 31, the drain region polycrystalline silicide layer 32 and the drain region metal layer 33 form the drain region 3 ) can be formed.

이후, 공지의 후속 공정, 예를 들어 층간절연막 형성, 접점 형성 및 배선 공정을 수행하여 초저접합 실리사이드층을 갖는 반도체 소자를 완성한다.Then, a semiconductor device having an ultra-low junction silicide layer is completed by performing a known subsequent process, for example, an interlayer insulating film formation, a contact formation, and a wiring process.

상기와 같은 엑시머 레이저 어닐링을 수행함으로써, 기 공지된 방법인 레이저 흡수층을 사용하는 방법과 달리, 레이저 흡수층을 별도로 증착 및 제거하는 공정이 없어 적은 비용으로 초저접합 실리사이드층을 갖는 반도체 소자를 제공할 수 있다.By performing the excimer laser annealing as described above, a semiconductor device having an ultra-low junction silicide layer can be provided at a low cost because there is no process of separately depositing and removing the laser absorption layer, unlike the previously known method of using a laser absorption layer. there is.

[실시예 1-1][Example 1-1]

전술한 방법과 같이 실리콘 웨이퍼 상에 게이트, 소스 및 드레인 영역을 각각 생성한 다음, Ni층을 500Å 두께로 증착하였다. 이후 질화 텅스텐을 800Å 두께로 증착하여 2차 스페이서를 형성하였다.After the gate, source, and drain regions were respectively formed on the silicon wafer in the same manner as described above, a Ni layer was deposited to a thickness of 500 Å. Then, tungsten nitride was deposited to a thickness of 800 Å to form secondary spacers.

다음으로, KrF 레이저(248nm)를 500mJ/cm2의 에너지밀도로 조정하여 30ns 동안 1차 어닐링하였다. 이때, 긴 모서리가 15mm, 짧은 모서리가 0.5mm인 선형 빔 스팟으로 레이저를 주사하였다.Next, a KrF laser (248 nm) was adjusted to an energy density of 500 mJ/cm 2 and primary annealing was performed for 30 ns. At this time, the laser was scanned as a linear beam spot with a long edge of 15 mm and a short edge of 0.5 mm.

마지막으로, 상기 1차 어닐링과 동일한 조건으로 2차 어닐링을 수행하여 초저접합 트랜지스터를 완성하였다.Finally, a second annealing was performed under the same conditions as the first annealing to complete an ultra-low junction transistor.

[실시예 1-2 내지 1-6][Examples 1-2 to 1-6]

KrF 레이저의 에너지밀도를 하기 표 1과 같이 달리한 것을 제외하고 모든 공정을 실시예 1-1과 동일하게 수행하였다.All processes were performed in the same manner as in Example 1-1 except that the energy density of the KrF laser was changed as shown in Table 1 below.

[비교예 1-1][Comparative Example 1-1]

레이저 어닐링을 수행하지 않은 것을 제외하고 모든 공정을 실시예 1-1과 동일하게 수행하였다.All processes were performed in the same manner as in Example 1-1 except that laser annealing was not performed.

[비교예 1-2 내지 1-4][Comparative Examples 1-2 to 1-4]

KrF 레이저의 에너지밀도를 하기 표 1과 같이 달리한 것을 제외하고 모든 공정을 실시예 1-1과 동일하게 수행하였다.All processes were performed in the same manner as in Example 1-1 except that the energy density of the KrF laser was changed as shown in Table 1 below.

[실시예 2-1][Example 2-1]

전술한 방법과 같이 실리콘 웨이퍼 상에 게이트, 소스 및 드레인 영역을 각각 생성한 다음, Ni층을 500Å 두께로 증착하였다. 이후 질화 텅스텐을 800Å 두께로 증착하여 2차 스페이서를 형성하였다.Gate, source, and drain regions were respectively formed on the silicon wafer as described above, and then a Ni layer was deposited to a thickness of 500 Å. Thereafter, tungsten nitride was deposited to a thickness of 800 Å to form secondary spacers.

다음으로, XeCl 레이저(308nm)를 500mJ/cm2의 에너지밀도로 조정하여 30ns 동안 1차 어닐링하였다. 이때, 긴 모서리가 15mm, 짧은 모서리가 0.5mm인 선형 빔 스팟으로 레이저를 주사하였다.Next, primary annealing was performed for 30 ns by adjusting the XeCl laser (308 nm) to an energy density of 500 mJ/cm 2 . At this time, the laser was scanned as a linear beam spot with a long edge of 15 mm and a short edge of 0.5 mm.

마지막으로, 상기 1차 어닐링과 동일한 조건으로 2차 어닐링을 수행하여 초저접합 트랜지스터를 완성하였다.Finally, a second annealing was performed under the same conditions as the first annealing to complete an ultra-low junction transistor.

[실시예 2-2 내지 2-5][Examples 2-2 to 2-5]

XeCl 레이저의 에너지밀도를 하기 표 1과 같이 달리한 것을 제외하고 모든 공정을 실시예 2-1과 동일하게 수행하였다.All processes were performed in the same manner as in Example 2-1 except that the energy density of the XeCl laser was changed as shown in Table 1 below.

[비교예 2-1][Comparative Example 2-1]

레이저 어닐링을 수행하지 않은 것을 제외하고 모든 공정을 실시예 2-1과 동일하게 수행하였다.All processes were performed in the same manner as in Example 2-1 except that laser annealing was not performed.

[비교예 2-2][Comparative Example 2-2]

XeCl 레이저의 에너지밀도를 하기 표 1과 같이 달리한 것을 제외하고 모든 공정을 실시예 2-1과 동일하게 수행하였다.All processes were performed in the same manner as in Example 2-1 except that the energy density of the XeCl laser was changed as shown in Table 1 below.

[특성 평가방법][Characteristic evaluation method]

A. 접합저항 측정A. Measurement of junction resistance

상기 실시예 및 비교예의 제조에 사용한 엑시머 레이저의 에너지밀도별 접합저항을 측정하여 표 1 및 표 2에 나타내었다.Bonding resistances according to energy densities of the excimer lasers used in the manufacture of the above Examples and Comparative Examples were measured and shown in Tables 1 and 2.

비교예 1-1Comparative Example 1-1 비교예 1-2Comparative Example 1-2 비교예 1-3Comparative Example 1-3 실시예 1-1Example 1-1 실시예 1-2Example 1-2 실시예 1-3Examples 1-3 실시예 1-4Example 1-4 실시예 1-5Example 1-5 실시예 1-6Example 1-6 비교예 1-4Comparative Example 1-4 KrF 레이저 에너지밀도
(mJ/cm2)
KrF laser energy density
(mJ/cm 2 )
00 350350 400400 500500 600600 700700 800800 10001000 12001200 13001300
접합저항
(Rs, Ω)
junction resistance
(R s , Ω)
1818 2323 6161 4444 2121 2020 1919 2323 3535 5656
실리사이드층 형성 여부Formation of silicide layer ×× ×× ××

표 1은 248nm의 파장을 지닌 KrF 레이저를 사용하여 실험한 결과를 나타낸 것으로, 이를 참조하면, 레이저 어닐링을 수행하지 않은 비교예 1-1에서부터, 비교예 1-3(400mJ/cm2)까지 접합저항이 증가하는 경향을 보인다. 그러나 이러한 경향은 레이저의 에너지밀도가 400mJ/cm2를 초과하는 경우 사라지며, 실시예 1-1(500mJ/cm2)에 이르러서는 접합저항이 두드러지게 감소하기 시작하여 실시예 1-2(600mJ/cm2)에 이르러서는 낮은 접합저항을 유지하는 것을 알 수 있다.Table 1 shows the results of experiments using a KrF laser having a wavelength of 248 nm. Referring to this, bonding from Comparative Example 1-1 to Comparative Example 1-3 (400 mJ/cm 2 ) in which laser annealing was not performed resistance tends to increase. However, this tendency disappears when the energy density of the laser exceeds 400mJ/cm 2 , and in Example 1-1 (500mJ/cm 2 ), the junction resistance starts to decrease remarkably, and in Example 1-2 (600mJ / cm 2 ), it can be seen that low junction resistance is maintained.

이때, 실시예 1-2 내지 1-5에서 상기와 같은 낮은 접합저항을 유지하며, 레이저의 에너지밀도가 1200mJ/cm2를 초과하는 경우인 비교예 1-5는 다시 접합저항이 큰 폭으로 증가하여 바람직하지 않았다.At this time, in Examples 1-2 to 1-5, the low junction resistance is maintained, and in Comparative Example 1-5, which is a case where the energy density of the laser exceeds 1200mJ/cm 2 , the junction resistance increases significantly again. so it was not desirable.

비교예 2-1Comparative Example 2-1 실시예 2-1Example 2-1 실시예 2-2Example 2-2 실시예 2-3Example 2-3 실시예 2-4Example 2-4 실시예 2-5Example 2-5 비교예 2-2Comparative Example 2-2 XeCl 레이저 에너지밀도
(mJ/cm2)
XeCl laser energy density
(mJ/cm 2 )
00 500500 600600 800800 10001000 12001200 15001500
접합저항
(Rs, Ω)
junction resistance
(R s , Ω)
1818 5959 3030 2222 2323 3535 6262
실리사이드층 형성 여부Formation of silicide layer ××

표 2는 308nm의 파장을 지닌 XeCl 레이저를 사용하여 실험한 결과를 나타낸 것으로, 이를 참조하면, 실시예 2-1의 접합저항이 59Ω으로 비교적 높으나, 실시예 2-2 내지 2-4는 각각 31, 22, 23Ω으로 낮게 유지되는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 2-5는 35Ω으로 소폭 상승하였으나, 소자 적용 시 문제가 있는 수준은 아니었으며, 레이저의 에너지밀도가 1200mJ/cm2를 초과하는 경우인 비교예 2-2의 접합저항은 62Ω으로 큰 폭으로 상승하여 바람직하지 않았다.Table 2 shows the results of experiments using a XeCl laser with a wavelength of 308 nm. Referring to this, the junction resistance of Example 2-1 is relatively high at 59 Ω, but Examples 2-2 to 2-4 have a relatively high junction resistance of 31 , 22 and 23 Ω. In addition, Example 2-5 slightly rose to 35Ω, but it was not a problem level when applying the device, and the junction resistance of Comparative Example 2-2, which is a case where the energy density of the laser exceeds 1200mJ/cm 2 , was 62Ω. A large rise was not desirable.

상기한 결과를 종합하면, 레이저의 에너지밀도가 400mJ/cm2 이하, 1200mJ/cm2초과일 경우 접합저항이 큰 폭으로 증가하는 경향을 보이며, 접합저항이 감소하며 감소된 접합저항이 유지되는 구간은 400 초과 1200mJ/cm2 미만인 것을 알 수 있다.Summarizing the above results, when the energy density of the laser is less than 400mJ/cm 2 and exceeds 1200mJ/cm 2 , the junction resistance tends to increase significantly, and the junction resistance decreases and the reduced junction resistance is maintained. It can be seen that is greater than 400 and less than 1200 mJ/cm 2 .

단, 레이저 어닐링을 수행하지 않은 비교예 1-1 및 비교예 2-1은 다른 모든 비교예 및 실시예보다 접합저항이 낮으나 실리사이드층이 존재하지 않으므로 트랜지스터 소자로 적용 시 성능이 매우 뒤떨어져 바람직하지 않다.However, Comparative Example 1-1 and Comparative Example 2-1 in which laser annealing was not performed have lower junction resistance than all other Comparative Examples and Examples, but do not have a silicide layer, so when applied as a transistor device, their performance is very poor, which is not preferable. .

상기한 결과를 예측할 수 있는 기반자료로써 본 발명의 도 7을 참조하면, 레이저의 종류, 레이저의 주사시간, 레이저의 에너지 총량 및 최대 용융 깊이 간의 관계를 파악할 수 있다.Referring to FIG. 7 of the present invention as a basis for predicting the above results, it is possible to grasp the relationship between the type of laser, the scanning time of the laser, the total amount of energy of the laser, and the maximum melting depth.

또한, 도 8을 참조하면, 레이저의 종류, 레이저의 주사시간, 레이저의 에너지 총량 및 용융 시간 간의 관계를 파악할 수 있다.In addition, referring to FIG. 8 , the relationship between the type of laser, the scanning time of the laser, the total amount of energy of the laser, and the melting time can be grasped.

B. 실리사이드 층의 결정구조 분석B. Analysis of the crystal structure of the silicide layer

RTA(급속 열처리 공정)를 수행한 소자의 표면과 본 발명에 따른 KrF 레이저 어닐링을 통해 형성한 소자의 표면을 X선 회절(X-ray Diffraction)로 분석하여 그 결과를 각각 도 10 및 도 11에 나타내었다.The surface of the device subjected to RTA (rapid heat treatment process) and the surface of the device formed through KrF laser annealing according to the present invention were analyzed by X-ray diffraction, and the results are shown in FIGS. 10 and 11, respectively. showed up

도 10을 통해 알 수 있는 바와 같이, RTA 500℃ 이하에서는 NiSi(모노 실리사이드) 및 Ni3Si2와 같은 결정상태가 발견되었다. 이와 같은 결정구조는 일반적으로 본 발명의 실시예에서 제공하는 NiSi2 결정구조보다 저항값이 높아 바람직하지 않다.As can be seen from FIG. 10 , crystalline states such as NiSi (monosilicide) and Ni 3 Si 2 were found below RTA 500° C. Such a crystal structure generally has a higher resistance value than the NiSi 2 crystal structure provided in the embodiment of the present invention, which is not preferable.

반면, 도 11을 통해 알 수 있는 바와 같이, KrF 레이저 어닐링을 수행한 소자의 표면은 레이저의 에너지 밀도를 500mJ/cm2로 높였을 때 비로소 NiSi2 결정구조가 형성되는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, as can be seen from FIG. 11, it can be confirmed that the NiSi 2 crystal structure is formed only when the energy density of the laser is increased to 500 mJ/cm 2 on the surface of the device subjected to KrF laser annealing.

이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described through specific details and limited examples as described above, this is only provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above examples, and the present invention belongs Various modifications and variations from these descriptions are possible to those skilled in the art.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and it will be said that not only the claims to be described later, but also all modifications equivalent or equivalent to these claims belong to the scope of the present invention. .

Claims (13)

실리콘 웨이퍼 기판 상부에 게이트 절연층 및 비정질 실리콘을 증착하여 게이트 영역을 형성하는 단계;
상기 비정질 실리콘을 식각하는 단계;
상기 게이트 영역 측면에 1차 스페이서를 형성하는 단계;
상기 실리콘 웨이퍼 기판에 이온을 주입하여 소스(source) 영역을 형성하는 단계;
상기 실리콘 웨이퍼 기판에 이온을 주입하여 드레인(drain) 영역을 형성하는 단계;
상기 1차 스페이서를 제거하는 단계;
상기 게이트, 소스 및 드레인 영역 상에 금속층을 증착하는 단계;
상기 게이트 영역 측면에 2차 스페이서를 형성하는 단계;
1차 엑시머 레이저 어닐링을 통해 모노 실리사이드를 형성하는 단계;
2차 엑시머 레이저 어닐링을 통해 실리사이드층을 형성하는 단계;
를 포함하는 초저접합 실리사이드층 형성방법.
forming a gate region by depositing a gate insulating layer and amorphous silicon on the silicon wafer substrate;
Etching the amorphous silicon;
forming a first spacer on a side surface of the gate region;
implanting ions into the silicon wafer substrate to form a source region;
forming a drain region by implanting ions into the silicon wafer substrate;
removing the primary spacer;
depositing a metal layer over the gate, source and drain regions;
forming a secondary spacer on a side surface of the gate region;
forming monosilicide through primary excimer laser annealing;
forming a silicide layer through secondary excimer laser annealing;
A method of forming an ultra-low junction silicide layer comprising:
제1항에 있어서,
상기 비정질 실리콘 증착은 300 내지 380℃에서 수행하는 것인 초저접합 실리사이드층 형성방법.
According to claim 1,
The method of forming the ultra-low junction silicide layer, wherein the amorphous silicon deposition is performed at 300 to 380 ° C.
제1항에 있어서,
상기 2차 스페이서는 질화 텅스텐, 질화 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸에테르케톤(PEEK) 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 초저접합 실리사이드층 형성방법.
According to claim 1,
The secondary spacer is formed of one or two or more selected from the group consisting of tungsten nitride, silicon nitride, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethyl ether ketone (PEEK), and nylon.
제1항에 있어서,
상기 금속층은 Ni, Pd, Pt 및 Co 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 초저접합 실리사이드층 형성방법.
According to claim 1,
The method of forming the ultra-low junction silicide layer, characterized in that the metal layer is made of any one selected from Ni, Pd, Pt and Co.
제1항에 있어서,
상기 모노 실리사이드는 NiSi를 포함하는 것을 특징으로 하는 초저접합 실리사이드층 형성방법.
According to claim 1,
The method of forming an ultra-low junction silicide layer, characterized in that the monosilicide includes NiSi.
제1항에 있어서,
상기 실리사이드층은 NiSi2를 포함하는 것을 특징으로 하는 초저접합 실리사이드층 형성방법.
According to claim 1,
The method of forming an ultra-low junction silicide layer, wherein the silicide layer includes NiSi 2 .
제1항에 있어서,
상기 엑시머 레이저는 DUV(Deep Ultra Violet) 영역의 파장을 사용하는 것을 특징으로 하는 초저접합 실리사이드층 형성방법.
According to claim 1,
The method of forming an ultra-low junction silicide layer, characterized in that the excimer laser uses a wavelength in the DUV (Deep Ultra Violet) region.
제7항에 있어서,
상기 DUV 영역의 파장은 180 내지 320nm인 것을 특징으로 하는 초저접합 실리사이드층 형성방법.
According to claim 7,
The method of forming an ultra-low junction silicide layer, characterized in that the wavelength of the DUV region is 180 to 320 nm.
제7항에 있어서,
상기 엑시머 레이저의 펄스 에너지밀도는 500 내지 1200mJ/cm2이며, 각 펄스의 지속시간은 5 내지 50ns인 초저접합 실리사이드층 형성방법.
According to claim 7,
The pulse energy density of the excimer laser is 500 to 1200 mJ/cm 2 , and the duration of each pulse is 5 to 50 ns.
제7항에 있어서,
상기 엑시머 레이저는 선형 빔 스팟을 갖는 것을 특징으로 하는 초저접합 실리사이드층 형성방법.
According to claim 7,
The method of forming an ultra-low junction silicide layer, characterized in that the excimer laser has a linear beam spot.
제10항에 있어서,
상기 선형 빔 스팟은 긴 모서리의 길이가 5 내지 30mm이며, 짧은 모서리의 길이가 0.1 내지 1.0mm인 직사각형인 초저접합 실리사이드층 형성방법.
According to claim 10,
The linear beam spot is a rectangular shape having a long edge of 5 to 30 mm and a short edge of 0.1 to 1.0 mm.
제1항에 있어서,
상기 어닐링 공정은 350 내지 550℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 초저접합 실리사이드층 형성방법.
According to claim 1,
The annealing process is performed at 350 to 550 ° C.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따라 형성된 초저접합 실리사이드층을 포함하는 반도체 소자.A semiconductor device comprising an ultra-low junction silicide layer formed according to any one of claims 1 to 12.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR980011910A (en) * 1996-07-29 1998-04-30 김광호 Method of forming silicide
KR100365414B1 (en) 2001-04-30 2002-12-18 Hynix Semiconductor Inc Method for forming ultra-shallow junction using laser annealing process
KR20040059489A (en) * 2002-12-30 2004-07-05 동부전자 주식회사 Method for forming semiconductor element
KR20050015652A (en) * 2003-08-07 2005-02-21 동부전자 주식회사 Method for forming a source/drain junction in a semiconductor silicide manufacturing procedure
KR100653689B1 (en) * 2004-06-09 2006-12-04 삼성전자주식회사 salicide process using bi-metal layer and method of fabricating a semiconductor device using the same
KR20140049952A (en) * 2012-10-18 2014-04-28 에스피티에스 테크놀러지스 리미티드 A method of depositing an amorphous silicon film
KR20170056748A (en) 2015-11-13 2017-05-24 삼성디스플레이 주식회사 Method of excimer laser annealing

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR980011910A (en) * 1996-07-29 1998-04-30 김광호 Method of forming silicide
KR100365414B1 (en) 2001-04-30 2002-12-18 Hynix Semiconductor Inc Method for forming ultra-shallow junction using laser annealing process
KR20040059489A (en) * 2002-12-30 2004-07-05 동부전자 주식회사 Method for forming semiconductor element
KR20050015652A (en) * 2003-08-07 2005-02-21 동부전자 주식회사 Method for forming a source/drain junction in a semiconductor silicide manufacturing procedure
KR100653689B1 (en) * 2004-06-09 2006-12-04 삼성전자주식회사 salicide process using bi-metal layer and method of fabricating a semiconductor device using the same
KR20140049952A (en) * 2012-10-18 2014-04-28 에스피티에스 테크놀러지스 리미티드 A method of depositing an amorphous silicon film
KR20170056748A (en) 2015-11-13 2017-05-24 삼성디스플레이 주식회사 Method of excimer laser annealing

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