KR20050107591A - 저 저항 ｍｏｓｆｅｔ 및 저 저항 ｍｏｓｆｅｔ 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부 저항이 보다 낮은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 장치 및 이러한 CMOS 장치 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 MOSFET는 게이트 영역의 표면의 상부 뿐만 아니라 기판에 제 1 실리사이드 영역을 형성하고, 제 1 실리사이드 두께보다 큰 제 2 실리사이드 두께를 갖는 제 2 실리 사이드 영역을 형성함으로써 제조된다. 본 발명의 방법은 장치의 채널 영역의 가까운 근방에 저 저항 제 1 실리사이드를 형성하며, 제 1 실리사이드의 합체에 의해, 장치의 외부 저항이 감소되며, 제 2 실리사이드의 합체에 의해, 저 시트 저항 상호접속부(low sheet resistance interconnects)가 생성된다.
Description
본 발명은 반도체 장치 및 반도체 장치 제조 방법에 관한 것이고, 보다 구체적으로, 외부 저항이 보다 낮은 진보형 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 장치 및 진보형 CMOS 장치 제조 방법에 관한 것이다.
고성능 반도체 장치의 중요한 특성은 전기를 도통시키는 능력이다. 전류는 저항과 반비례 관계이다. 전형적으로, 반도체 재료의 단면을 증가하거나, 전자 경로 길이를 감소하거나 또는 반도체 재료의 저항성을 감소함으로써 저항은 감소되고 전자 장치를 통과하는 전자 흐름은 증가된다.
현재 실행할 수 있는 것보다 높은 집적 밀도의 메모리, 논리 회로 및 기타 장치와 같은 집적 회로(IC)를 제조하기 위해서는, MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistors) 및 CMOS(complementary metal oxide semiconductors)와 같은 FET(field effect transistors)의 크기를 더 축소하는 방법을 강구해야 한다. 크기 조정에 의해 소형화(compactness)가 달성되고, 장치의 전기적 특성을 유지하며 장치의 전체 크기 및 장치의 동작 전압을 감소시킴으로써 장치의 동작 성능이 향상된다. 또한, 장치의 모든 크기는 장치의 전기적 성능을 최적화하기 위해서 동시에 크기 조정되어야 한다.
MOSFET 크기 조정에 있어서 주요 과제 중 하나는, 소스/드레인 저항이라고도 알려져 있는 장치의 외부 저항(Rext)을 낮추는 것이다. 외부 저항은 채널 저항을 제외한 MOSFET 장치에서의 모든 저항 값의 합이다. 외부 저항은 실리사이드화 프로세스 뿐만 아니라 웨이퍼의 도핑 및 확산에 기인한다. MOSFET 장치의 크기 조정하는 경우에, 그리고 장치 게이트-길이 및 게이트 산화물 두께가 감소되고 외부 저항이 일정하게 유지되면, 크기 조정을 통해 달성되는 성능 이득이 제한된다.
종래의 MOSFET 설계에서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 게이트 영역(5)은 Si 포함 기판(10)의 상부에 형성된다. 게이트 영역(5)은 게이트 유전체(2)의 상부에 배치되는 게이트 도전체(3)의 상부에 게이트 실리사이드(4)를 포함한다. Si 포함 기판(10)은 깊은 소스/드레인 영역(6), 소스/드레인 연장부(7), 두꺼운 실리사이드 콘택트(8) 및 채널 영역(9)을 포함한다. 소스/드레인 연장부(7)는 게이트 영역(5) 아래에서 부분적으로 연장된다. 실리사이드 영역(8)에 도달하기 위해 전자의 전류가 흐르는 전자 경로(W1)는 채널 영역(9)과 접하는 소스/드레인 연장부(7)의 단부에서 시작하고 두꺼운 실리사이드 영역(8)까지 연장된다. 전자 경로(W1)의 크기를 감소시킴으로써, 장치의 성능이 향상된다. 그러므로, 실리사이드 영역과, 채널 영역(9)과 접하는 소스/드레인 연장부 영역(7)의 단부 사이의 거리를 감소시킴으로써 전자 경로(W1)를 감소하는 것이 바람직할 것이다.
현재의 MOSFET 설계를 이용하면, 전자 경로(W1), 저 저항의 두꺼운 실리사이드(8)에 도달하기 전에 소스/드레인 연장부 영역(7)을 통과하는 전류의 경로는 60 nm의 크기이다. 종래의 MOSFET 설계에서, 두꺼운 실리사이드(8)는 다음 이유 때문에 채널과 더 가까워질 수 없다. 즉,
먼저, 종래의 MOSFET 설계는 칩의 설계에 합체된 장치들간에 시트 저항을 감소시키기 위해 두꺼운 실리사이드층을 이용한다. 실리사이드가 두꺼울수록, 상호접속부의 단면이 커져, 저 저항/고 전류 상호접속부가 생긴다. 두꺼운 실리사이드는 어닐링 처리 단계 동안에 수평 방향과 수직 방향으로 기판 내로 형성되므로, 채널 단부 끝의 연장부 에지 및 접합부의 바닥의 연장부 에지로부터 적절한 간격을 가져야 한다.
예를 들어, 실리사이드를 위해 코발트를 이용하면, 5 내지 10 nm 증착된 Co 층은 대략 20~40 nm의 깊이로 확산되고 또한 측면으로 확산될 것이다. 두꺼운 실리사이드 영역은 상당 정도 계면 거칠기를 야기할 수 있고, 얇은 연장부 접합부의 펀치 수루(punch-through)가 될 수 있다. 펀치 수루는 과잉 수준의 접합부 누설이 될 수 있다. 양수율에서의 통계적 실패 혹은 패널티가 없이 실리사이드가 채널에 근접할 수 있는 정도에 관한 위의 제한이 종래의 MOSFET에서의 기본적인 집적 제한이다.
둘째로, 실리사이드를 채널 영역(9)에 보다 근접하게 하기 위해서, 최종 간격판 폭이 감소되어, 깊은 소스/드레인 영역(6)과 채널 영역(9)간의 거리를 감소시켜야 한다. 깊은 소스/드레인 영역(6)과 채널 영역(9) 사이 근방의 감소로써, 깊은 소스/드레인 영역(6)과 채널 영역(9)간의 상호접속이 증가되어 단 채널 효과(short channel effet)가 증가된다. 단 채널 효과는 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있는 것으로서, 게이트 및 소스 드레인 영역간에 공유하는 전기 전하로 인한 임계 전압(Vt)의 감소로서, 장치를 온 또는 오프 상태로 제어하는 장치 능력의 열화를 초래하는 것이다.
최소화된 외부 저항을 갖는 MOSFET 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
도 1은 채널 영역으로부터 대략 60 nm 이격되어 있는 두꺼운 실리사이드 영역을 포함하는 종래의 MOSFET 장치를 도시하는 도면(단면도),
도 2는 채널 영역의 가까운 근방에 얇은 실리사이드 영역을 포함하는 본 발명의 MOSFET 장치의 도면(단면도),
도 3(a) 내지 (h)는 도시한 실시예에서, 채널 영역의 가까운 근방에 얇은 실리사이드 영역을 포함하는 NFET 장치가 제조되며, 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 기초 처리 단계들을 나타내는 도면(단면도),
도 4(a) 내지 (g)는 도시한 실시예에서, 채널 영역의 가까운 근방에 얇은 실리사이드 영역을 포함하는 PFET 장치가 제조되며, 본 발명의 또 다른 실시예에서 사용되는 기초 처리 단계들을 나타내는 도면(단면도).
본 발명은 외부 저항이 낮은 MOSFET 장치 및 외부 저항이 낮은 MOSFET 장치를 제조하는 방법을 제공한다. 종래의 장치 설계에서는, NFET 장치에서 외부 저항의 크기가 200 내지 300 옴 미크론의 크기이다. 본 발명의 MOSFET는 종래의 설계보다 약 10% 내지 50% 낮은 외부 저항을 갖는다. 본 발명의 MOSFET 장치는 또한 저 시트 저항 상호 접속부(low sheet resistance interconnects)를 포함한다. 고성능 칩 설계에서, 칩 내에 합체된 장치들간의 상호접속부를 위한 저 저항 콘택트를 포함하는, 외부 저항이 낮은 장치를 제조하는 것이 바람직하다. 본 발명의 MOSFET 장치는 제 1 및 제 2 실리사이드 영역을 적용함으로써 외부 저항을 낮게 하며, 여기서 제 1 실리사이드 영역은 그 두께가 제 2 실리사이드 영역보다 작으며 장치의 채널 영역의 가까운 근방에 배치된다. 제 1 실리사이드 영역은 종래의 실리사이드 영역보다 얇으므로, 채널 영역의 가까운 근방에 종래의 실리사이들을 이격시키는데 생기는 불리한 점이 방지된다. 제 2 실리사이드 영역은 제 1 실리사이드 영역보다 두꺼우며, 칩 내에 합체된 장치들을 위한 저 시트 저항 상호접속부를 제공한다.
제 1 실리사이드 영역은 채널 단부에서 소스/드레인 연장부 끝의 약 2 nm 내지 약 15 nm 내로 들어올 수 있다. 이는 종래의 MOSFET 설계에서 사용되는 거리보다 훨씬, 대략 60 nm의 크기로 가깝다. 제 1 실리사이드 영역은 소스/드레인 연장부 영역보다 저항이 작다. 제 1 실리사이드를 소스/드레인 연장부 영역 내로 합체시킴으로써, 본 발명의 장치의 외부 저항은 소스/드레인 연장부 영역 및 제 1 실리사이드 영역의 저항간의 차만큼 감소된다.
광의의 측면에서, 본 발명의 방법은,
기판의 표면의 상부에 게이트 영역을 형성하는 단계와,
게이트 영역의 측벽 상에 제 1 간격판 폭을 갖는 제 1 간격판을 형성하는 단계와,
게이트 영역의 노출된 표면의 상부 뿐만 아니라 기판에 제 1 실리사이드 폭을 갖는 제 1 실리사이드 영역을 형성하는 단계와,
기판 상에 제 1 간격판 폭보다 큰 제 2 간격판 폭을 가지며, 기판에서 제 1 실리사이드 영역을 보호하는 제 2 간격판을 형성하는 단계와,
상기 기판 내 그리고 게이트 영역의 상기 표면의 상부에, 제 1 실리사이드 두께보다 큰 두께를 갖는 제 2 실리사이드 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예는 저 저항 NFET(N-type doped Field Effect Transistor) 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 통상, 원소 주기표의 그룹 V 원소로 Si 포함 기판을 도핑함으로써 NFET 장치가 제조된다. 제 1 실리사이드 영역을 합체하는 저 저항 NFET 장치를 제조하면, 게이트의 사전 도핑이 실시될 수 있다. 게이트 사전 도핑에 후속하여, 제 2 주입에 의해 소스/드레인 연장부 영역이 형성된다. 마지막으로, 추가 주입 단계를 이용하여 깊은 소스/드레인 영역이 형성된다.
본 발명의 제 2 실시예는 저 저항 PFET(P-type doped field effect transistor) 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. PFET 장치는 통상 원소 주기표의 그룹 III-A 원소로 기판을 도핑함으로써, Si 포함 기판 내에 제조된다. 소스/드레인 연장부를 위한 주입 단계와 깊은 소스/드레인 영역을 위한 두 번째 주입 단계를 이용하여 제 1 실리사이드 영역을 합체하는 저 저항 PFET 장치를 제조하는 것뿐만 아니라, 단일의 주입 단계를 이용하여 소스/드레인 연장부와 깊은 소스/드레인 영역 둘 다를 제조하는 것도 가능하다.
본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 방법을 이용하여 제조되는 저 저항 MOSFET에 관한 것이다. 광의의 측면에서, 본 발명의 저 저항 MOSFET는,
제 1 실리사이드 두께를 가지며, 제 1 실리사이드 두께보다 큰 제 2 실리사이드 두께를 갖는 제 2 실리사이드 영역과 접하는 제 1 실리사이드 영역을 포함하는 기판과,
기판의 상부의 패터닝된 게이트 영역과,
제 1 간격판 폭을 가지며 상기 패턴 게이트 영역의 측벽과 접하는 제 1 간격판과,
제 1 간격판의 측벽과 접하며, 제 1 간격판 폭보다 큰 제 2 간격판 폭을 가지며, 상기 제 1 실리사이드 영역의 상부에 자기 정렬되어 배치되는 제 2 간격판을 포함한다.
본 발명에 의해 형성되는 MOSFET 구조체뿐만 아니라 외부 저항이 낮은 MOSFET 장치를 제조하는 방법을 제공하는 본 발명은 이제 본 출원서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다. 첨부 도면에서는 동일 참조 번호가 동일 및 대응하는 요소들을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 MOSFET 장치를 도시하는 도 2를 참조하자. 본 발명의 MOSFET 장치는 제 1 실리사이드 두께(T1)를 갖는 제 1 실리사이드 영역(11)과, 제 2 실리사이드 두께(T2)를 갖는 제 2 실리사이드 영역(12)을 포함하되, 제 2 실리사이드 두께(T2)는 제 1 실리사이드 두께(T1)보다 크다. 본 발명의 MOSFET 장치는 또한 기판(10)의 상부에 배치되는 게이트 영역(5)을 포함한다. 게이트 영역(5)은 게이트 유전체(2)와, 게이트 유전체(2)의 상부에 배치되는 산화물층(구체적으로 라벨링되어 있지 않음)에 의해 보호되는 측벽을 갖는 게이트 도전체(3)와, 게이트 도전체(3)의 상부에 배치되는 게이트 실리사이드(4)를 포함한다. 기판(10)은 깊은 소스/드레인 영역(6)과, 소스/드레인 연장부(7)와, 제 1 실리사이드 영역(11)과 제 2 실리사이드 영역(12)을 포함한다. 제 1 간격판 폭(W2)을 갖는 제 1 간격판(14)은 게이트 영역(5)과 접한다. 제 1 간격판 폭(W2)보다 큰 제 2 간격판 폭(W3)을 갖는 제 2 간격판(15)은 제 1 간격판(14)에 접하며 제 1 실리사이드 영역(11)의 상부에 자기 정렬되어 형성된다.
제 2 실리사이드 영역(12)은 저 시트 저항 상호접속부를 필요로 하는 칩 설계 내로 합체된 저 저항 콘택트로서 작용한다. 제 1 실리사이드 영역(11)은 저 저항 실리사이드가 장치의 채널 영역(9)에 보다 근접하여 배치되게 한다. 제 1 실리사이드 영역(11)을 합체함으로써, 저 저항 실리사이드에 도달하기까지 전류가 흐르는 전자 경로(W4)가 약 20 nm보다 작게, 보다 바람직하게는 약 5 nm보다 작게 감소될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 제 1 및 제 2 실리사이드 영역을 포함하는 본 발명의 MOSFET를 제조하는 방법을 포함한다. 도 3(a) 내지 3(h)에 도시한 실시예를 참조하라. 본 발명에서, 장치의 채널 영역(9)의 가까운 근방에 약 2 nm 내지 약 15 nm의 크기의 두께를 갖는 제 1 실리사이드 영역(11)을 포함함으로써 외부 저항이 낮은 NFET가 제조된다.
도 3(a)를 참조하면, 증착 및 리소그래피를 포함하는 종래의 방법을 이용하여 기판(10)의 상부에 패터닝된 게이트 영역(5)이 형성된다. 패터닝된 게이트 영역(5)은 게이트 유전체(2)의 상부에 배치되는 게이트 도전체(3)를 포함한다. 기판(10)은 종래의 Si 포함 재료, GaAs, InAs 및 기타 이와 유사한 반도체와 같은 임의의 반도체 재료 등을 포함한다. Si 포함 재료는 Si, 벌크 Si, 단결정 Si, 다결정 Si, SiGe, 비결정질 Si, SOI(Silicon-on-insulator substrates), SGOI(SiGe-on-insulator), 어닐링된 폴리 Si 및 폴리 Si, 라인 구조체 등을 포함한다. Si/Ge와 같은 계층형 반도체도 본 명세서에서 구상된다.
기판(10) 상에 형성되는 게이트 유전체(2)는 통상 산화물 재료이며 일반적으로는 8 nm보다 큰 두께이며, 바람직하게는 약 1.0 nm 내지 약 1.2 nm 두께이다. 또한, 게이트 유전체(2)는 산화물과 함께 또는 산화물 없이 질화물, 산질화물 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 게이트 유전체(2)는 CVD(chemical vapor deposition), ALCVD(atomic layer CVD), 펄스형 CVD, 플라즈마 보조형 CVD, 스퍼터링 및 화학 용액 증착과 같은 종래의 기술을 이용하여 형성되거나, 또는 이와 다르게, 게이트 유전체(2)는 산화, 산질화, 질화 및/또는 플라즈마 또는 유기 처리를 포함할 수 있는 열적 성장 처리에 의해 형성된다. 게이트 유전체(2)로서 사용될 수 있는 산화물의 적절한 예에는 SiO2, AL2O3, ZrO2, HfO2, Ta2O3, TiO2, 페로브스카이트형 산화물 및 이들의 조합 및 다층 등이 포함된다. 게이트 유전체(2)는 비결정성, 다결정성 또는 에피택셜 형태 중 하나일 수 있다.
게이트 도전체(3)는 폴리실리콘 또는 적절한 금속으로 구성될 수 있다. 게이트 도전체(3)는 CVD 및 스퍼터링과 같은 종래의 증착 처리를 이용하여 게이트 유전체(2)의 상부에 형성된다.
게이트 유전체(2) 및 게이트 도전체(3)를 형성한 후에, 패터닝된 게이트 영역(5)이 종래의 포토리소그래피 및 에칭을 이용하여 형성된다. 특히, 패터닝될 표면에 포토레지스트를 도포하고, 포토레지스트를 방사선의 패턴에 노출시키고, 그 패턴을 종래의 레지스트 현상기를 이용하여 포토레지스트 내로 현상함으로써 패턴이 생성된다. 포토레지스트의 패터닝이 완료되면, 포토레지스트에 의해 피복되는 섹션이 보호되고, 노출된 영역은 보호되지 않는 영역을 제거하는 선택적인 에칭 처리를 이용하여 제거된다. 패터닝된 게이트 영역(5)의 형성에 후속하여, 보호 산화물층은 패터닝된 게이트 영역(5)을 보호하며 이에 접하여 형성된다. 보호 산화물층은 게이트 영역(5)의 열적 산화에 의해 생성된다.
본 발명의 이 시점에서 게이트 도전체(3)의 사전 도핑이 실행될 수 있다. 게이트 도전체의 사전 도핑에 의하여, 고 확산 속도로의 원소의 이용이 가능하게 되며, 단 채널 효과의 발생률을 증가시키는 장치의 단 채널 영역(9) 내로 주입된 원소의 확산이 방지된다. NFET 장치를 제조할 때, 그 고 확산 속도 때문에 게이트 도전체(3)를 인으로 사전 도핑하는 것이 바람직하지만, 기판(10) 내에서 채널 효과를 방지하기 위해서, 게이트 영역(5)에만 사전 도핑이 실시되어야 한다. 채널 영역(9) 내로 침식하여 단 채널 효과를 생성하는 것을 방지하기 위해 게이트 영역 내에서 필요한 다량/고속 확산을 도포하는 것을 소스/드레인 영역(6)에 도포되는 것으로부터 방지하기 위해 사전 도핑이 사용된다. 패터닝 및 에칭 이전에 게이트 도전체 재료의 증착 중에, 게이트 도전체(3)의 에칭 이후에 또는 인시튜(in-situ) 사전 도핑이 실시될 수 있다. 전형적인 게이트 주입량 범위는 약 5 × 1015 atoms/cm2 내지 약 2 × 1015 atoms/cm2 이며, 최적량은 약 8 × 1015 atoms/cm2 이다. 주입되는 종이 기판(10) 내로 침투하는 것을 방지하기 위해 상당히 낮은 주입 에너지가 유지된다. 보호 산화물층이 존재하면, 주입 에너지는 게이트 도전체(3) 내로 이온 침투를 가능하게 하기 위해 상당히 커야 한다. 전형적인 주입 에너지 범위는 약 1 내지 약 20 keV이며, 최적 에너지는 대략 12 keV이다. 주입 도펀트는 유형 III-A 원소 또는 유형 V 원소일 수 있다. 주입 에너지는 주입 중인 종에 따라 다르며, 위에서 설명한 주입 에너지는 인인 경우에 가장 적합하다.
선택적인 블록 마스크는 주입 이전에, 일 도펀트 유형으로 게이트 도전체를 도핑하기 전에 기판 영역을 사전 선택하기 위해 사용될 수 있다. 블록 마스크 적용 및 주입 절차는 서로 다른 도펀트 유형으로 도핑 선택된 게이트 도전체까지 반복될 수 있다.
도 3(b)를 참조하면, 소스/드레인 연장부 영역(7)은 기판(10)에 형성되고, 부분적으로 게이트 영역(5) 아래에서 연장된다. 소스/드레인 연장부 영역(7)은 이온 주입을 통해 형성되고, 수직 주입 및 일정 각 주입의 조합으로 연장부에서 원하는 단계를 형성한다. NFET 장치를 제조하기 위하여, 인과 반대로 비소는 고속의 확산으로 주입 원소를 이용할 때 발생하는 채널 영역 내로 소스/드레인 침식에 의해 야기되는 단 채널 효과 열화를 방지하기 위해서 바람직하다. 비소 주입이 바람직하지만, NFET 장치를 형성하기 위해 이용되는 인 및 안티몬(antimony)을 등의 다른 그룹 V 원소가 본 발명 내에 포함될 수 있다. 소스/드레인 연장부 영역(7)을 형성하기 위한 주입 에너지는 비소인 경우에 약 1 keV 내지 약 5 keV, 바람직하게는 약 3 keV이고, BF2인 경우에 약 1 keV 내지 약 7 keV, 바람직하게는 약 4 keV이고, 붕소인 경우에는 약 1 keV 내지 약 2 keV, 바람직하게는 약 1 keV이다. 이들 주입술은 5 × 1014 atoms/cm2 내지 2 × 1015 atoms/cm2, 바람직하게는 약 1 × 1015 atoms/cm2의 크기의 저 농도의 도핑량을 이용하여 통상 실시된다.
소스/드레인 연장부 영역(7) 주입에 후속하여, 도 3(c)에 도시하는 바와 같이, 제 1 간격판(14)이 게이트 영역(5)과 접하여 형성된다. 제 1 간격판(14)은 기술 분야에 잘 알려져 있는 종래의 증착 및 에칭 처리를 이용하여 형성된다. 제 1 간격판(14)은 바람직하게는 약 3 nm 내지 약 40 nm, 보다 바람직하게는 약 5.0 nm 내지 약 20.0 nm, 훨씬 더 바람직하게는 약 7.0 nm 내지 약 15.0 nm 그리고 가장 바람직하게는 약 10 nm의 제 1 간격판 폭(W2)을 가진다. 제 1 간격판 폭(W2)은 제 2 간격판 폭(W3)보다 작다. 제 1 간격판(14)은 질소와 같은 유전체 재료로 구성될 수 있다. 제 1 간격판(14) 재료는 가장 바람직하게는 SiN을 포함한다.
도 3(d)를 참조하면, 제 2 간격판(14) 형성에 후속하여, 깊은 소스/드레인 영역(6)을 형성하기 위해 보다 높은 에너지 이온 주입이 수행된다. 이러한 주입은 통상 약 1 × 1015 원소/cm2 내지 약 5 ×1015 원소/cm2 , 바람직하게는 약 3 × 1015 원소/cm2의 고농도의 도펀트량을 이용하여 실시된다. 주입 에너지는 주입 종류 및 기판에 따라 다르고, 즉, SOI CMOS 기판의 비소 주입은 약 10 keV 내지 약 20 keV의 주입을 필요로 한다. 깊은 소스/드레인 영역(6)은 그룹 V 도펀트가 기판 내로 천천히 확산되기 때문에 그룹 V 도펀트, 바람직하게는 비소 주입을 이용하여 바람직하게 형성된다. 또한, 그룹 IIIA 원소는 깊은 소스/드레인(6) 형성을 위한 주입물로서 이용될 수 있다.
깊은 소스/드레인 영역(6) 형성에 후속하여, 소스/드레인 및 게이트 영역은 급속 열적 어닐링, 퍼니스 어닐링 또는 플래시램프 어닐링 등과 같은 종래의 처리를 이용하여 활성화 어닐링에 의해 활성화된다. 활성화 어닐링은 약 1000의 최적 온도로 약 850℃ 위의 온도로 수행된다. 본 발명의 이러한 단계는 도펀트 원소를 활성화하고, 도펀트가 주입된 Si 포함 재료의 도전성을 변경한다. 활성화 어닐링 동안에 결과로 생성되는 구조체는 도 3(e)에 도시되어 있다.
활성화 어닐링에 후속하여, 본 발명의 제 1 실리사이드 영역(11)은 도 3(f)에 도시되어 있는 바와 같이 형성된다. 통상 실리사이드 형성은 Si 포함 재료 또는 웨이퍼의 표면 상으로 금속층을 증착시키는 것을 필요로 한다. 금속층은 CVD(chemical vapor deposition), 플라즈마 보조형 CVD, 고밀도 DVD(HDCVD), 도금, 스퍼터링, 증발 및 화학적 용액 증착 등을 포함하는 종래의 처리를 이용하여 형성될 수 있다. 실리사이드 형성을 위해 증착되는 금속은 Ta, Ti, W, Pt, Co, Ni 및 이들의 조합을 포함하고, 가장 바람직하게는 Co를 포함한다. 증착에 후속하여, 급속 열적 어닐링 등과 같은 종래의 처리를 이용하여 어닐링 단계에 적용된다. 열적 어닐링 동안에, 증착된 금속은 Si와 반응하여 금속 실리사이드를 형성한다. 금속은 소스/드레인 연장부 영역(7)의 노출된 부분 상으로 증착되어 약 2 nm 내지 약 7 nm, 바람직하게는 약 2 nm의 두께를 갖는 금속층을 형성한다. Si 포함 재료의 상부의 Co의 2 nm 두께 층을 증착함으로써, 약 7 nm의 두께를 갖는 얇은 실리사이드층(11)을 형성한다. 또한, 금속은 게이트 도전체(3)의 상부에 증착되고, 게이트 실리사이드 영역(4)을 형성한다.
제 1 실리사이드 영역(11)은 약 1 nm 내지 약 20 nm, 바람직하게는 약 2.0 nm 내지 약 15 nm, 훨씬 더 바람직하게는 약 5.0 nm 내지 약 12.0 nm 그리고 가장 바람직하게는 약 7.0 nm 내지 약 10.0 nm의 제 1 실리사이드 두께(T1)를 가진다. 제 2 실리사이드 두께(T2)는 제 1 실리사이드 두께(T1)보다 크다. 장치의 채널 영역(9)에 가장 가까운 제 1 실리사이드 영역(11)의 단부는 채널 영역(9)과 접하는 소스/드레인 연장부 영역(7)의 단부로부터 폭(W4)이 약 2 nm 내지 약 15 nm, 바람직하게는 약 3 nm 내지 약 10 nm, 가장 바람직하게는 약 7 nm 이격되어 있다. 이전에 가능한 것보다 채널 영역(9) 근방에 더 가까이 소스/드레인 연장부 영역(7) 내로 저 저항 제 1 실리사이드 영역(11)을 도입함으로써, 장치의 외부 저항이 감소된다.
도 3(g)을 참조하면, 제 2 간격판(15)이 얇은 실리사이드 영역의 상부에 제 1 간격판(14)과 인접하여 형성된다. 제 2 간격판(15)은 해당 기술 분야에 잘 알려져 있는 종래의 증착 및 에칭 처리를 이용하여 형성되고, 약 20 nm 내지 약 90 nm, 바람직하게는 약 30 nm 내지 약 70 nm, 훨씬 더 바람직하게는 약 40 nm 내지 약 60 nm, 그리고 가장 바람직하게는 50 nm의 제 2 간격 폭(W3)을 가진다. 제 2 간격판 폭(W3)은 제 1 간격판 폭(W2)보다 크다. 제 2 간격판(15)은 질화물, 산화물, 산질화물 또는 이들의 조합과 같은 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 제 2 간격판(15) 재료는 가장 바람직하게는 SiN을 포함한다.
제 2 간격판(15) 형성에 후속하여, 제 2 실리사이드 두께(T2)를 갖는 제 2 실리사이드 영역이 도 3(h)에 증착되는 바와 같이 형성된다. 기판의 표면으로부터 보다 큰 깊이 크기(T2)를 갖는 제 2 실리사이드 영역(12)은 제 1 실리사이드 영역(11)보다 두껍다. 제 2 실리사이드(12) 형성은 제 1 및 제 2 간격판(14, 15)에 의해 보호되지 않는 노출된 실리사이드 영역의 상부에 금속이 더 증착되는 것을 필요로 한다. 제 1 실리사이드 영역(11)은 제 2 간격판(15)에 의한 다른 금속 증착물로부터 보호되고, 이것에 자기 정렬된다. 제 2 실리사이드(12) 형성을 위하여 증착되는 금속은 Ta, Ti, W, Pt, Co, Ni 및 이들의 조합을 포함하며, 바람직하게는 Co를 포함한다. 제 2 증착 이후에 형성되는 금속층은 약 6 nm 내지 약 10 nm의 범위의 두께를 가진다.
증착에 후속하여, 구조체는 어닐링 단계에 급속 열적 어닐링(rapid thermal annealing) 등과 같은 종래의 처리를 이용하여 약 400 내지 약 850의 온도에서 어닐링된다. 실리사이드 형성을 위한 어닐링 처리는 사용되는 금속에 따라 다르고, 즉, Co의 경우에 1 실리사이드 형성을 위한 제 1 온도는 약 500이고, 2 실리사이드 형성을 위한 제 2 온도는 약 750이다. 어닐링에 후속하여, 제 2 실리사이드 영역(12)의 결과 두께(T2)는 약 10 nm 내지 약 40 nm 두께이고, 바람직하게는 약 15 nm 내지 약 35 nm 두께이고, 보다 바람직하게는 약 20 nm 내지 약 35 nm 두께이고, 훨씬 더 바람직하게는 약 20 nm 내지 약 30 nm 두께이고, 가장 바람직하게는 약 20 nm 두께이다. 결과로 생기는 NFET는 제 2 실리사이드 영역(12) 및 제 1 실리사이드 영역(11)을 포함하며, 제 1 실리사이드 영역(12)은 장치의 외부 저항을 감소시키고 제 2 실리사이드 영역(12)은 저 저항 상호접속부의 역할을 한다.
선택적으로, 제 2 어닐링은 제 1 및 제 2 실리사이드 영역(11, 12)의 보다 낮은 저항 상을 제조하기 위하여 실시될 수 있다. 예를 들어, Ti 실리사이드(TiSi2)를 이용할 때, TiSi2의 C49 상은 대략 600 내지 625의 어닐링 온도에서 형성되고, 대략 60 내지 65 micro-ohms-cm의 저항을 가지며, 약 800 보다 큰 제 2 어닐링 후에 생성되는 C54 상은 약 10 내지 약 15 micro-ohms-cm보다 훨씬 낮은 저항을 가진다.
본 발명의 제 2 실시예는 도 4(a) 내지 4(g)에 도시한 바와 같이, 저 저항 PFET를 제조하는 방법이다. 도핑 재료를 그룹 V 원소로부터 그룹 III-A 원소로 변경한 것만 제외하고는 NFET와 유사한 방식으로 PFET 제조물을 집적하는 것이 가능하다. 이와 다르게, 본 방법의 제 2 실시예는 소스/드레인 연장부 및 깊은 소스/드레인 영역 둘 다를 형성하기 위해 단일 주입을 이용하여 저 저항 PFET 장치를 생성한다. 소스/드레인 연장부 및 깊은 소스/드레인 영역 둘 다를 제조하기 위해 단일의 주입 단계를 이용함으로써, 실질적으로, 채널에 대해 주입 원소의 침식과 단 채널 결과가 생길 확률이 감소된다.
도 4(a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 제 1 실리사이드(11)를 포함하는 PFET 장치를 제조하기 위해서, 게이트 도전체(3)를 사전 도핑하기 위한 주입과 소스/드레인 영역을 형성하기 위한 단일의 주입만 실행된다. PFET 장치를 위한 게이트 영역(5) 형성과, 간격판(14, 15) 형성에 관련된 모든 다른 처리 단계들은 위에서 설명한 본 발명의 제 1 실리사이드(11)를 포함하는 NFET 장치를 형성하기 위한 처리 단계들과 동일하거나 유사하다.
도 4(c) 및 (d)를 참조하면, 단일의 저 에너지 주입(주입 에너지 입력)이 이온 주입을 통해 이루어져 얕은 소스/드레인 연장부(20)를 형성한다. 소스/드레인 영역(7)은 보통 비소의 경우에 약 1 keV 내지 약 5 keV이며, 바람직하게는 약 3 keV이고, BF2의 경우에 약 1 keV 내지 약 7 keV이고, 바람직하게는 약 4 keV이고, 붕소의 경우에 약 1 keV 내지 약 2 keV이며, 바람직하게는 약 1 keV이다. 단일의 저 에너지 주입에 이어서, 도 3(d)에 도시하는 바와 같이, 대략 850에서, 보다 바람직하게는 약 1000에서 활성화 어닐링이 실시된다. 붕소가 바람직하지만, 다른 유형 III 원소도 PFET 장치를 제조하는데 이용될 수 있다.
도 4(e)를 참조하면, NFET 장치를 제조하기 위한 위의 방법에서 설명하는 바와 같이 본 발명의 제 1 실리사이드(11) 영역이 형성된다. 제 1 실리사이드 영역(11)은 약 5 nm 내지 약 15 nm의 두께(T1)를 가지며 실리사이드 영역이 장치의 채널 영역(9)과 접하는 얕은 소스/드레인 연장부(20)의 단부가 2 nm 내지 약 15 nm 내로, 바람직하게는 약 7nm 들어오게 한다.
도 4(f) 내지 (g)를 참조하면, 제 1 실리사이드 형성(11) 다음에, 제 1 간격판(15)이 제 1 실리사이드(11) 영역의 상부에 형성되고, 제 2 실리사이드(12) 영역은 NFET 장치를 제조하기 위해 위에서 설명한 것과 동일 또는 유사한 처리 단계들을 따라서 형성된다. 이 결과 생기는 PFET는 제 2 실리사이드 영역(12) 및 제 1 실리사이드 영역(11)을 포함하며, 제 1 실리사이드 영역(11)은 장치의 외부 저항을 감소시키고, 제 2 실리사이드 영역(12)은 저 저항 상호접속부의 역할을 한다.
본 발명이 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 특정적으로 도시되고 설명되었으나, 당업자라면, 본 발명의 사상 및 범주로부터 이탈하지 않고 형태 및 세부사항에 있어 전술한 및 다른 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명은 도시하고 설명한 정확한 형태 및 세부사항에 국한되지 않고, 첨부 청구의 범위의 범주 내에 들어오는 것에 의해 정의된다.
Claims (26)
- 저 저항 MOSFET 장치를 형성하는 방법으로서,기판의 표면의 상부에 게이트 영역을 형성하는 단계와,상기 게이트 영역의 측벽 상에 제 1 간격판 폭을 갖는 제 1 간격판을 형성하는 단계와,상기 게이트 영역의 표면의 상부와 상기 기판내에 제 1 실리사이드 두께를 갖는 제 1 실리사이드 영역을 형성하는 단계와,상기 기판 상에 상기 제 1 간격판 폭보다 큰 제 2 간격판 폭을 가지며, 상기 기판에서 상기 제 1 실리사이드 영역을 보호하는 제 2 간격판을 형성하는 단계와,상기 기판에 그리고 상기 게이트 영역의 표면의 상부에 상기 제 1 실리사이드 두께보다 큰 제 2 실리사이드 영역을 형성하는 단계를 포함하는저 저항 MOSFET 장치 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 영역 형성 단계는 상기 게이트 영역을 사전 도핑(predoping)하는 단계를 포함하는 저 저항 MOSFET 장치 형성 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 사전 도핑 단계는 상기 게이트 영역 내로 유형 III-A 원소 또는 유형 V 원소의 이온 주입을 포함하는 저 저항 MOSFET 장치 형성 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 사전 도핑 단계는 상기 게이트 영역 내로의 인의 이온 주입을 포함하는 저 저항 MOSFET 장치 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 영역 형성 단계에 후속하여 소스/드레인 연장부 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 저 저항 MOSFET 장치 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 간격판 형성 단계 후에, 깊은 소스/드레인 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 저 저항 MOSFET 장치 형성 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 깊은 소스/드레인 영역을 형성하는 단계는 상기 기판 내로 유형 III-A 원소 또는 유형 V 원소의 이온 주입을 포함하는 저 저항 MOSFET 장치 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 실리사이드 영역을 형성하는 단계는 상기 기판의 노출된 표면 상에 제 1 금속층을 증착시키는 단계와 어닐링하는 단계를 포함하는 저 저항 MOSFET 장치 형성 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 1 금속층은 약 2 nm 내지 약 7 nm까지의 두께를 갖는 MOSFET 장치 형성 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 금속층은 Ta, Ti, W, Pt, Co, Ni 또는 이들의 조합을 포함하는 저 저항 MOSFET 장치 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 실리사이드 영역은 상기 게이트 영역 아래에 채널 영역을 가지고 있는 상기 기판 내에 형성되며, 상기 실리사이드 영역과 상기 채널 영역 사이의 거리는 약 2 nm 내지 약 15 nm인 저 저항 MOSFET 장치 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 실리사이드 영역은 상기 게이트 영역 아래에 채널 영역을 가지고 있는 상기 기판 내에 형성되며, 상기 실리사이드 영역과 상기 채널 영역 사이의 거리는 약 3 nm 내지 약 10 nm인 저 저항 MOSFET 장치 형성 방법.
- 제 1 실리사이드 두께를 갖는 제 1 실리사이드 영역을 가지며, 상기 제 1 실리사이드 두께보다 큰 제 2 실리사이드 두께를 갖는 제 2 실리사이드 영역과 접하는 기판과,상기 기판의 상부에 패터닝된 게이트 영역과,상기 패턴 게이트 영역의 측벽과 접하며 제 1 간격판 폭을 갖는 제 1 간격판과,상기 제 1 간격판의 측벽과 접하며 상기 제 1 간격판 폭보다 큰 제 2 간격판 폭을 가지며 상기 제 1 실리사이드 영역의 상부에 자기 정렬되어 배치되는 제 2 간격판을 포함하는저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,소스/드레인 연장부 영역 및 채널 영역을 더 포함하며, 상기 소스/드레인 연장부 영역은 상기 제 1 실리사이드 영역과 상기 채널 영역 사이에 배치되되, 상기 채널 영역과 상기 소스/드레인 연장부 영역 사이의 크기는 약 2 nm 내지 약 15 nm인저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,소스/드레인 연장부 영역 및 채널 영역을 더 포함하며, 상기 소스/드레인 연장부 영역은 상기 제 1 실리사이드 영역과 상기 채널 영역 사이에 배치되되, 상기 채널 영역과 상기 소스/드레인 연장부 영역 사이의 크기는 약 3 nm 내지 약 10 nm인 저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,소스/드레인 연장부 영역 및 채널 영역을 더 포함하되, 상기 소스/드레인 연장부 영역은 상기 제 1 실리사이드 영역과 상기 채널 영역 사이에 배치되되, 상기 채널 영역과 상기 소스/드레인 연장부 사이의 크기는 약 7 nm인 저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 간격판 폭은 약 3 nm 내지 약 40 nm인 저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 간격판 폭은 약 5 nm 내지 약 20 nm인 저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 간격판 폭은 약 7 nm 내지 약 15 nm인 저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 2 간격판 폭은 약 20 nm 내지 약 90 nm인 저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 2 간격판 폭은 약 30 nm 내지 약 70 nm인 저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 실리사이드 영역은 대략 1 nm 내지 약 20 nm의 두께를 갖는 저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 실리사이드 영역은 대략 2 nm 내지 약 15 nm의 두께를 갖는 저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 실리사이드 영역은 대략 5 nm 내지 약 12 nm의 두께를 갖는 저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 2 실리사이드 영역은 약 10 nm 내지 약 40 nm의 두께를 갖는 저 저항 MOSFET.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 2 실리사이드 영역은 약 15 nm 내지 약 35 nm의 두께를 갖는 저 저항 MOSFET.
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