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KR20040090181A - Nickel salicide process and method of fabricating a MOS transistor using the same - Google Patents

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KR20040090181A
KR20040090181A KR1020030024126A KR20030024126A KR20040090181A KR 20040090181 A KR20040090181 A KR 20040090181A KR 1020030024126 A KR1020030024126 A KR 1020030024126A KR 20030024126 A KR20030024126 A KR 20030024126A KR 20040090181 A KR20040090181 A KR 20040090181A
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nickel
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semiconductor substrate
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윤선필
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노관종
구자흠
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삼성전자주식회사
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Abstract

니켈 샐리사이드 공정 및 이를 사용하여 모스 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 반도체기판의 소정영역에 또는 상기 반도체기판의 소정영역 상에 불순물 이온들로 도우핑된 배선층을 형성하는 것을 구비한다. 상기 반도체기판 상에 상기 배선층을 노출시키는 실리사이드화 저지막을 형성한다. 상기 실리사이드화 저지막을 갖는 반도체기판을 후열처리하여 상기 배선층 내의 불순물 이온들을 활성화시킨다. 이어서, 상기 활성화된 배선층의 표면 상에 선택적으로 니켈 모노 실리사이드막(nickel mono-silicide layer; NiSi layer)을 형성한다. 상기 니켈 모노 실리사이드막은 400℃ 내지 530℃의 저온에서 형성한다. 이에 따라, 상기 배선층의 저항은 물론 상기 배선층 상의 니켈 실리사이드막의 저항을 현저히 감소시킬 수 있다.A nickel salicide process and a method of manufacturing a MOS transistor using the same are provided. The method includes forming a wiring layer doped with impurity ions in a predetermined region of the semiconductor substrate or on the predetermined region of the semiconductor substrate. A silicided blocking film exposing the wiring layer is formed on the semiconductor substrate. The semiconductor substrate having the silicided stop film is post-heated to activate impurity ions in the wiring layer. Subsequently, a nickel mono-silicide layer (NiSi layer) is selectively formed on the surface of the activated wiring layer. The nickel mono silicide film is formed at a low temperature of 400 ° C to 530 ° C. Accordingly, the resistance of the nickel silicide film on the wiring layer as well as the resistance of the wiring layer can be significantly reduced.

Description

니켈 샐리사이드 공정 및 이를 사용하여 모스 트랜지스터를 제조하는 방법{Nickel salicide process and method of fabricating a MOS transistor using the same}Nickel salicide process and method of fabricating a MOS transistor using the same

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 니켈 샐리사이드 공정 및 이를 사용하여 모스 트랜지스터를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a nickel salicide process and a method of manufacturing a MOS transistor using the same.

반도체 소자는 모스 트랜지스터와 같은 개별소자(descrete device)를 스위칭 소자로 널리 채택하고 있다. 상기 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 상기 모스 트랜지스터는 점점 스케일 다운되고 있다. 그 결과, 상기 모스 트랜지스터의 채널 길이가 감소하여 단채널 효과(short channel effect)가 발생한다. 상기 채널 길이의 감소는 게이트 전극의 좁은 폭으로 이어진다. 이에 따라, 상기 게이트 전극의 전기적인 저항은 증가한다. 상기 단채널 효과를 개선하기 위해서는 상기 모스 트랜지스터의 소오스/드레인 영역의 접합깊이(junction depth)와 아울러서 게이트 절연막의 두께를 감소시키는 것이 요구된다. 결과적으로, 상기 게이트 전극의 저항(R)은 물론 상기 게이트 커패시턴스(C)가 증가한다. 이 경우에, 상기 게이트 전극에 가해지는 전기적인 신호의 전송속도(transmission speed)는 RC 지연시간(Resistance-Capacitance delay time)에 기인하여 느려진다.Semiconductor devices are widely adopted as switching devices, such as discrete devices such as MOS transistors. As the degree of integration of the semiconductor device increases, the MOS transistor is gradually scaled down. As a result, the channel length of the MOS transistor is reduced to generate a short channel effect. The reduction in channel length leads to a narrow width of the gate electrode. Accordingly, the electrical resistance of the gate electrode is increased. In order to improve the short channel effect, it is required to reduce the thickness of the gate insulating layer as well as the junction depth of the source / drain regions of the MOS transistor. As a result, the gate capacitance C as well as the resistance R of the gate electrode increases. In this case, the transmission speed of the electrical signal applied to the gate electrode becomes slow due to the resistance-capacitance delay time.

이에 더하여, 상기 소오스/드레인 영역은 얕은 접합깊이를 가지므로 그것의 면저항(sheet resistance)이 증가한다. 그 결과, 상기 단채널 모스 트랜지스터의 구동능력(drivability)이 저하된다. 이에 따라, 상기 고집적 반도체 소자에 적합한 고성능(high performance) 모스 트랜지스터를 구현하기 위하여 샐리사이드(salicide; self-aligned silicide) 기술이 널리 사용되고 있다.In addition, the source / drain region has a shallow junction depth, so its sheet resistance increases. As a result, the drivability of the short channel MOS transistor is reduced. Accordingly, a salicide (self-aligned silicide) technology is widely used to realize a high performance MOS transistor suitable for the highly integrated semiconductor device.

상기 샐리사이드 기술은 상기 게이트 전극 및 소오스/드레인 영역 상에 선택적으로 금속 실리사이드막을 형성하여 상기 게이트 전극 및 소오스/드레인 영역의 전기적인 저항을 낮추기 위한 공정기술(process technology)이다. 상기 금속 실리사이드막으로 코발트 실리사이드막 또는 타이타늄 실리사이드막 등이 널리 채택되고 있다. 특히, 상기 코발트 실리사이드막의 저항은 선폭의 변화에 대하여 매우 낮은 의존성을 보인다. 이에 따라, 상기 단채널 모스 트랜지스터의 게이트 전극 상에 코발트 실리사이드막을 형성하는 기술이 널리 사용되고 있다. 그러나, 상기 게이트 전극의 폭이 약 0.1 ㎛ 보다 작은 경우에, 응집(agglomeration)이라고 알려진 현상에 기인하여 상기 코발트 실리사이드막의 적용에 한계가 있다. 이에 따라, 최근에 니켈 샐리사이드 기술이 고성능 모스 트랜지스터의 제조에 사용되고 있다.The salicide technology is a process technology for lowering the electrical resistance of the gate electrode and the source / drain regions by selectively forming a metal silicide layer on the gate electrode and the source / drain regions. As the metal silicide film, a cobalt silicide film or a titanium silicide film is widely adopted. In particular, the resistance of the cobalt silicide film shows a very low dependency on the change in line width. Accordingly, a technique of forming a cobalt silicide film on the gate electrode of the short channel MOS transistor is widely used. However, when the width of the gate electrode is smaller than about 0.1 mu m, there is a limit to the application of the cobalt silicide film due to a phenomenon known as agglomeration. Accordingly, nickel salicide technology has recently been used in the manufacture of high performance MOS transistors.

모스 트랜지스터에 금속 샐리사이드 기술을 적용하는 방법이 미국특허 제6,326,289 B1에 "포토레지스트층에 의해 소오스/드레인 영역들로부터 블로킹된 사전 비정질화 주입을 사용하여 실리사이드층을 형성하는 방법(method of forming a silicide layer using a pre-amorphization implant which is blocked from source/drain regions by a layer of photoresist)"이라는 제목으로 로더등(Rodder et al.)에 의해 개시된 바 있다.A method of applying metal salicide technology to a MOS transistor is described in US Pat. No. 6,326,289 B1, "Method of forming a silicide layer using pre-amorphous implantation blocked from source / drain regions by a photoresist layer. silicide layer using a pre-amorphization implant which is blocked from source / drain regions by a layer of photoresist, as described by Rodder et al.

로더 등에 따르면, 반도체기판에 게이트 전극 및 소오스/드레인 영역들을 형성하고, 상기 게이트 전극만을 선택적으로 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 이온주입 마스크로 사용하여 상기 노출된 게이트 전극의 표면에 불순물들을 주입한다. 그 결과, 상기 게이트 전극의 표면만이 비정질화되고(amorphized), 상기 소오스/드레인 영역들에 어떠한 손상이 가해지지 않는다. 상기 비정질화된 게이트 전극 및 상기 소오스/드레인 영역들 상에 선택적으로 금속 실리사이드막을 형성한다. 이에 따라, 상기 게이트 전극의 폭이 좁을지라도, 상기 게이트 전극 상에 형성되는 금속 실리사이드막이 응집되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 소오스/드레인 영역들은 어떠한 이온주입 손상도 갖지 않으므로, 상기 소오스/드레인 영역들의 접합 누설전류 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.According to the loader or the like, gate electrodes and source / drain regions are formed on the semiconductor substrate, and a photoresist pattern selectively exposing only the gate electrode is formed. Subsequently, impurities are implanted into the surface of the exposed gate electrode using the photoresist pattern as an ion implantation mask. As a result, only the surface of the gate electrode is amorphous and no damage is done to the source / drain regions. A metal silicide layer is selectively formed on the amorphous gate electrode and the source / drain regions. Accordingly, even if the width of the gate electrode is narrow, it is possible to prevent the metal silicide film formed on the gate electrode from agglomerating. In addition, since the source / drain regions do not have any ion implantation damage, the junction leakage current characteristics of the source / drain regions may be prevented from deteriorating.

그럼에도 불구하고, 니켈 샐리사이드 기술에 대한 연구는 지속적으로 요구되고 있다. 이는, 상기 니켈 샐리사이드 기술이 초고집적 반도체소자의 고성능 모스 트랜지스터에 적합하기 때문이다. 그러나, 상기 니켈 샐리사이드 기술에 있어서, 니켈 실리사이드막을 형성하기 위한 실리사이드화 온도(silicidation temperature) 및 후속 열공정 온도(subsequent thermal process temperature)는 상기 니켈 실리사이드막의 상변이(phase transformation)에 직접적인 영향을 준다. 따라서, 상기 니켈 샐리사이드 기술을 채택하는 반도체소자의 열처리 공정을 최적화시키는 것이 필요하다.Nevertheless, research on nickel salicide technology is continuously required. This is because the nickel salicide technology is suitable for high performance MOS transistors of ultra-high density semiconductor devices. However, in the nickel salicide technology, the silicidation temperature and subsequent thermal process temperature for forming the nickel silicide film directly affect the phase transformation of the nickel silicide film. . Therefore, it is necessary to optimize the heat treatment process of the semiconductor device employing the nickel salicide technology.

또한, 상기 니켈 샐리사이드 기술과 같은 금속 샐리사이드 기술을 상기 초고집적 반도체소자에 적용하는 경우에, 상기 금속 샐리사이드 기술은 정전하 방전회로(ESD circuit; electro-static discharge circuit)와 같은 입출력 보호회로(I/O protection circuit)에 적용되지 않는 것이 바람직하다. 이는 상기 금속 샐리사이드 기술이 상기 입출력 보호회로의 접합 누설전류(junction leakage current)의 증가와 아울러서 상기 입출력 보호회로 내의 게이트 전극들 및 소오스/드레인 영역들의 저항의 감소를 초래할 수 있기 때문이다. 상기 입출력 보호회로 내의 게이트 전극들 및 소오스/드레인 영역들의 저항의 감소는 정전하 방전 특성의 저하로 이어진다. 결과적으로, 상기 입출력 보호회로는 상기 금속 샐리사이드 공정 전에, 실리사이드화 저지막(silicidation blocking layer)으로 덮여져야 한다. 그러나, 상기 실리사이드화 저지막을 형성하는 동안, 상기 소오스/드레인 영역들 및 게이트 전극 내의 불순물들은 불활성화(deactivation)될 수 있다. 이 경우에, 내부회로(internal circuit)를 구성하는 모스 트랜지스터들의 전기적인 특성이 저하된다.In addition, when the metal salicide technology such as the nickel salicide technology is applied to the ultra-high density semiconductor device, the metal salicide technology is an input / output protection circuit such as an electro-static discharge circuit (ESD circuit). It is preferable not to apply to the (I / O protection circuit). This is because the metal salicide technology may cause an increase in junction leakage current of the input / output protection circuit and a decrease in resistance of gate electrodes and source / drain regions in the input / output protection circuit. The decrease in the resistance of the gate electrodes and the source / drain regions in the input / output protection circuit leads to the deterioration of the electrostatic discharge characteristic. As a result, the input / output protection circuit must be covered with a silicidation blocking layer before the metal salicide process. However, during the formation of the silicided stop layer, impurities in the source / drain regions and the gate electrode may be deactivated. In this case, the electrical characteristics of the MOS transistors constituting the internal circuit are degraded.

결론적으로, 상기 니켈 실리사이드막을 형성하기 위한 샐리사이드 공정을 최적화시키는 것이 요구된다.In conclusion, it is desired to optimize the salicide process for forming the nickel silicide film.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 실리콘 패턴 또는 불순물층 상에 선택적으로 형성되는 니켈 실리사이드막의 비저항과 아울러서 상기 실리콘 패턴 또는 불순물층 내의 불순물들의 불활성화(deactivation)를 감소시킬 수 있는 니켈 샐리사이드 공정을 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a nickel salicide process that can reduce the deactivation of impurities in the silicon pattern or impurity layer as well as the resistivity of the nickel silicide film selectively formed on the silicon pattern or impurity layer. There is.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 최적화된 니켈 샐리사이드 공정을 사용하여 향상된 전기적 특성(improved electrical characteristic)을 얻을 수 있는 모스 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a MOS transistor which can obtain an improved electrical characteristic by using an optimized nickel salicide process.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모스 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.1 is a process flowchart illustrating a manufacturing method of a MOS transistor according to an embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 모스 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a MOS transistor according to an embodiment of the present invention.

도 9a는 일반적인(typical) 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 문턱전압 특성 및 종래의 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 문턱전압 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 9A is a graph showing threshold voltage characteristics of NMOS transistors fabricated using a typical cobalt salicide technique and threshold voltage characteristics of NMOS transistors fabricated using a conventional nickel salicide technique.

도 9b는 일반적인 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 문턱전압 특성 및 종래의 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 문턱전압 특성을 보여주는 그래프이다.9B is a graph showing threshold voltage characteristics of PMOS transistors fabricated using a general cobalt salicide technique and threshold voltage characteristics of PMOS transistors fabricated using a conventional nickel salicide technique.

도 10a는 일반적인 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성 및 종래의 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성을 보여주는 그래프이다.10A is a graph showing on / off current characteristics of NMOS transistors fabricated using a general cobalt salicide technique and on / off current characteristics of NMOS transistors fabricated using a conventional nickel salicide technique.

도 10b는 일반적인 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성 및 종래의 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 10B is a graph showing on / off current characteristics of PMOS transistors fabricated using a general cobalt salicide technique and on / off current characteristics of PMOS transistors fabricated using a conventional nickel salicide technique.

도 11a는 일반적인 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 C-V 특성 및 종래의 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 C-V 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 11A is a graph showing C-V characteristics of NMOS transistors fabricated using a general cobalt salicide technique and C-V characteristics of NMOS transistors fabricated using a conventional nickel salicide technique.

도 11b는 일반적인 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 C-V 특성 및 종래의 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 C-V 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 11B is a graph showing C-V characteristics of PMOS transistors fabricated using a general cobalt salicide technique and C-V characteristics of PMOS transistors fabricated using a conventional nickel salicide technique.

도 12a는 종래의 기술에 따라 형성된 NMOS 트랜지스터들의 소오스/드레인 영역들의 저항특성 및 본 발명에 따라 형성된 NMOS 트랜지스터들의 소오스/드레인 영역들의 저항특성을 보여주는 그래프이다.12A is a graph showing resistance characteristics of source / drain regions of NMOS transistors formed in accordance with the prior art and resistance characteristics of source / drain regions of NMOS transistors formed in accordance with the present invention.

도 12b는 종래의 기술에 따라 형성된 NMOS 트랜지스터들의 엘디디 영역들의 저항특성 및 본 발명에 따라 형성된 NMOS 트랜지스터들의 엘디디 영역들의 저항특성을 보여주는 그래프이다.12B is a graph showing resistance characteristics of LED regions of NMOS transistors formed according to the related art and resistance regions of LED regions of NMOS transistors formed according to the present invention.

도 13a는 일반적인 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 문턱전압 특성 및 본 발명의 변형예에 따른 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 문턱전압 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 13A is a graph illustrating threshold voltage characteristics of NMOS transistors fabricated using a general cobalt salicide technique and threshold voltage characteristics of NMOS transistors fabricated using a nickel salicide technique according to a modification of the present invention.

도 13b는 일반적인 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 문턱전압 특성 및 본 발명의 변형예에 따른 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 문턱전압 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 13B is a graph showing threshold voltage characteristics of PMOS transistors fabricated using a general cobalt salicide technique and threshold voltage characteristics of PMOS transistors fabricated using a nickel salicide technique according to a modification of the present invention.

도 14a는 일반적인 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 C-V 특성 및 본 발명의 변형예에 따른 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 C-V 특성을 보여주는 그래프이다.14A is a graph showing C-V characteristics of NMOS transistors fabricated using a general cobalt salicide technique and C-V characteristics of NMOS transistors fabricated using a nickel salicide technique according to a modification of the present invention.

도 14b는 일반적인 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 C-V 특성 및 본 발명의 변형예에 따른 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 C-V 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 14B is a graph showing C-V characteristics of PMOS transistors fabricated using a general cobalt salicide technique and C-V characteristics of PMOS transistors fabricated using a nickel salicide technique according to a modification of the present invention.

도 15a는 일반적인 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성 및 본 발명의 변형예에 따른 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 온/온프 전류 특성을 보여주는 그래프이다.15A is a graph showing on / off current characteristics of NMOS transistors fabricated using a general cobalt salicide technique and on / off current characteristics of NMOS transistors fabricated using a nickel salicide technique according to a modification of the present invention. .

도 15b는 일반적인 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성 및 본 발명의 변형예에 따른 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 온/온프 전류 특성을 보여주는 그래프이다.15B is a graph showing on / off current characteristics of PMOS transistors fabricated using a general cobalt salicide technique and on / off current characteristics of PMOS transistors fabricated using a nickel salicide technique according to a modification of the present invention. .

도 16a는 종래의 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 C-V 특성 및 본 발명에 따른 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 C-V 특성을 보여주는 그래프이다.16A is a graph showing C-V characteristics of NMOS transistors fabricated using the conventional nickel salicide technique and C-V characteristics of NMOS transistors fabricated using the nickel salicide technique according to the present invention.

도 16b는 종래의 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 C-V 특성 및 본 발명에 따른 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 C-V 특성을 보여주는 그래프이다.16B is a graph showing C-V characteristics of PMOS transistors fabricated using the conventional nickel salicide technique and C-V characteristics of PMOS transistors fabricated using the nickel salicide technique according to the present invention.

도 17a는 종래의 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성 및 본 발명에 따른 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성을 보여주는 그래프이다.17A is a graph showing on / off current characteristics of NMOS transistors fabricated using the conventional nickel salicide technique and on / off current characteristics of NMOS transistors fabricated using the nickel salicide technique according to the present invention.

도 17b는 종래의 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성 및 본 발명에 따른 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성을 보여주는 그래프이다.17B is a graph showing on / off current characteristics of PMOS transistors fabricated using the conventional nickel salicide technique and on / off current characteristics of PMOS transistors fabricated using the nickel salicide technique according to the present invention.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 신규한(novel) 니켈 샐리사이드 공정을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a novel nickel salicide process.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 니켈 샐리사이드 공정은 반도체기판의 소정영역에 불순물 이온들을 주입하여 불순물층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 불순물층을 갖는 반도체기판 상에 상기 불순물층을 노출시키는 실리사이드화 저지막 패턴(silicidation blocking layer pattern)을 형성한다. 상기 실리사이드화 저지막 패턴을 갖는 반도체기판을 후열처리하여(post-anneal) 상기 불순물층 내의 불순물들을 활성화시킨다. 이어서, 상기 활성화된 불순물층의 표면에 니켈 실리사이드막을 선택적으로 형성한다.According to an aspect of the present invention, the nickel salicide process includes forming an impurity layer by implanting impurity ions into a predetermined region of a semiconductor substrate. A silicidation blocking layer pattern exposing the impurity layer is formed on the semiconductor substrate having the impurity layer. The semiconductor substrate having the silicided stop layer pattern is post-annealed to activate impurities in the impurity layer. Subsequently, a nickel silicide film is selectively formed on the surface of the activated impurity layer.

상기 실리사이드화 저지막 패턴을 형성하기 전에, 상기 불순물층을 갖는 반도체기판을 추가로 사전 열처리(pre-anneal)할 수 있다. 상기 사전 열처리 공정은 830℃ 내지 1150℃의 온도에서 실시한다. 그 결과, 상기 불순물층 내의 불순물들은 활성화된다.Before forming the silicided stop layer pattern, the semiconductor substrate having the impurity layer may be further pre-annealed. The pre-heat treatment step is carried out at a temperature of 830 ℃ to 1150 ℃. As a result, the impurities in the impurity layer are activated.

상기 실리사이드화 저지막 패턴은 실리콘 질화막으로 형성할 수 있다. 상기 실리콘 질화막은 일반적으로 535℃ 내지 825℃의 온도에서 형성한다. 상기 실리사이드화 저지막 패턴은 샐리사이드 공정을 필요로 하지 않는 다른 불순물층들을 덮는다. 상기 사전 열처리 공정을 실시할지라도, 상기 실리사이드화 저지막 패턴을 형성하는 동안 상기 불순물층 내의 불순물들의 대부분은 불활성화된다(deactivated). 그 결과, 상기 불활성화된 불순물층(deactivated impurity layer)의 저항은 현저히 증가된다.The silicided stop layer pattern may be formed of a silicon nitride layer. The silicon nitride film is generally formed at a temperature of 535 ° C to 825 ° C. The silicided stop layer pattern covers other impurity layers that do not require a salicide process. Even if the pre-heat treatment process is performed, most of the impurities in the impurity layer are deactivated while forming the silicided stopper film pattern. As a result, the resistance of the deactivated impurity layer is significantly increased.

상기 후열처리 공정(post-annealing process)은 830℃ 내지 1150℃의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 후열처리 공정은 상기 불활성화된 불순물층을 재활성화시키어(reactivate) 상기 불순물층의 전기적인 특성을 향상시킨다.The post-annealing process is preferably carried out at a temperature of 830 ℃ to 1150 ℃. The post heat treatment process reactivates the deactivated impurity layer to improve electrical characteristics of the impurity layer.

상기 니켈 실리사이드막은 다양한 조성비(composition rate)를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 니켈 실리사이드막(nickel silicide layer)은 다이 니켈 모노 실리사이드막(di-nickel mono-silicide layer; Ni2Si layer), 니켈 모노 실리사이드막(nickel mono-silicide layer; NiSi layer) 또는 니켈 다이 실리사이드막(nickel di-silicide layer; NiSi2 layer)일 수 있다. 이들 니켈 실리사이드막들중 상기 니켈 모노 실리사이드막(NiSi layer)이 가장 낮은 비저항(resistivity)을 갖는다. 그러나, 상기 니켈 모노 실리사이드막(NiSi layer)은 400℃ 내지 530℃의 저온에서 형성되는 반면에, 상기 니켈 다이 실리사이드막(NiSi2layer)은 550℃보다 높은 온도에서 형성된다. 따라서, 저저항성의(low resistive) 니켈 실리사이드막을 형성하기 위해서는 상기 니켈 실리사이드막의 형성공정 및 그 후속 공정이 550℃보다 낮은 온도에서 진행되어야 한다.The nickel silicide layer may have various composition rates. For example, the nickel silicide layer may be a di-nickel mono-silicide layer (Ni).2Si layer, nickel mono-silicide layer (NiSi layer) or nickel di-silicide layer (NiSi)2 layer). Of these nickel silicide films, the nickel mono silicide film (NiSi layer) has the lowest resistivity. However, the nickel monosilicide layer (NiSi layer) is formed at a low temperature of 400 ° C to 530 ° C, while the nickel disilicide layer (NiSi)2layer) is formed at temperatures higher than 550 ° C. Therefore, in order to form a low resistive nickel silicide film, the process of forming the nickel silicide film and subsequent steps thereof must be performed at a temperature lower than 550 ° C.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 니켈 샐리사이드 공정은 반도체기판 상에 불순물 이온들로 도우핑된 실리콘 패턴을 형성하는 것을 포함한다. 상기 도우프트 실리콘 패턴을 갖는 반도체기판 상에 상기 도우프트 실리콘 패턴을 노출시키는 실리사이드화 저지막 패턴(silicidation blocking layer pattern)을 형성한다. 상기 실리사이드화 저지막 패턴을 갖는 반도체기판을 후열처리하여(post-annealing) 상기 도우프트 실리콘 패턴 내의 불순물들을 활성화시킨다. 상기 활성화된 실리콘 패턴의 표면에 니켈 실리사이드막을 선택적으로 형성한다.According to another aspect of the present invention, the nickel salicide process includes forming a silicon pattern doped with impurity ions on a semiconductor substrate. A silicided blocking layer pattern exposing the doped silicon pattern is formed on the semiconductor substrate having the doped silicon pattern. The semiconductor substrate having the silicided stop layer pattern is post-annealed to activate impurities in the doped silicon pattern. A nickel silicide layer is selectively formed on the surface of the activated silicon pattern.

상기 실리사이드화 저지막 패턴을 형성하기 전에, 상기 도우프트 실리콘 패턴을 갖는 반도체기판을 추가로 사전 열처리(pre-anneal)할 수 있다. 상기 사전 열처리 공정은 830℃ 내지 1150℃의 온도에서 실시한다. 그 결과, 상기 도우프트 실리콘 패턴 내의 불순물들은 활성화된다.Before forming the silicided stop layer pattern, the semiconductor substrate having the doped silicon pattern may be further pre-annealed. The pre-heat treatment step is carried out at a temperature of 830 ℃ to 1150 ℃. As a result, impurities in the doped silicon pattern are activated.

상기 실리사이드화 저지막 패턴은 실리콘 질화막으로 형성할 수 있다. 상기 실리콘 질화막은 일반적으로 535℃ 내지 825℃의 온도에서 형성한다. 그 결과, 상기 도우프트 실리콘 패턴은 불활성화된다(deactivated).The silicided stop layer pattern may be formed of a silicon nitride layer. The silicon nitride film is generally formed at a temperature of 535 ° C to 825 ° C. As a result, the doped silicon pattern is deactivated.

상기 후열처리 공정(post-annealing process)은 830℃ 내지 1150℃의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 후열처리 공정은 상기 불활성화된 불순물층을 재활성화시키어(reactivate) 상기 불순물층의 전기적인 특성을 향상시킨다.The post-annealing process is preferably carried out at a temperature of 830 ℃ to 1150 ℃. The post heat treatment process reactivates the deactivated impurity layer to improve electrical characteristics of the impurity layer.

상기 니켈 실리사이드막은 400℃ 내지 530℃의 저온에서 형성한다.The nickel silicide film is formed at a low temperature of 400 ° C to 530 ° C.

상기 다른 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 니켈 샐리사이드 공정을 사용하여 모스 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 반도체기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 것을 포함한다. 상기 게이트 절연막의 소정영역 상에 게이트 패턴, 즉 게이트 전극을 형성한다. 상기 게이트 패턴의 측벽 상에 절연성 스페이서(insulating spacer)를 형성한다. 상기 게이트 패턴 및 상기 스페이서를 이온주입 마스크로 사용하여 상기 반도체기판 내에 불순물 이온들을 주입하여 소오스/드레인 영역들을 형성한다. 상기 소오스/드레인 영역들을 갖는 반도체기판 상에 상기 게이트 패턴 및 상기 소오스/드레인 영역을 노출시키는 실리사이드화 저지막 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 실리사이드화 저지막 패턴을 갖는 반도체기판을 후열처리하여 상기 게이트 패턴 및 상기 소오스/드레인 영역들 내의 불순물들을 활성화시킨다. 상기 활성화된 게이트 패턴의 표면 및 상기 활성화된 소오스/드레인 영역들의 표면들에 니켈 실리사이드막을 선택적으로 형성한다.In order to achieve the above another technical problem, the present invention provides a method of manufacturing a MOS transistor using a nickel salicide process. This method includes forming a gate insulating film on a semiconductor substrate. A gate pattern, that is, a gate electrode is formed on a predetermined region of the gate insulating film. An insulating spacer is formed on sidewalls of the gate pattern. Source / drain regions are formed by implanting impurity ions into the semiconductor substrate using the gate pattern and the spacer as an ion implantation mask. A silicided stop layer pattern exposing the gate pattern and the source / drain regions is formed on the semiconductor substrate having the source / drain regions. Subsequently, the semiconductor substrate having the silicided stop layer pattern is post-heated to activate impurities in the gate pattern and the source / drain regions. A nickel silicide layer is selectively formed on the surface of the activated gate pattern and the surfaces of the activated source / drain regions.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the scope of the invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. In addition, where a layer is said to be "on" another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. Like numbers refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 모스 트랜지스터들의 제조방법을 설명하기 위한 공정 순서도(process flow chart)이고, 도 2 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 모스 트랜지스터들의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 is a process flow chart illustrating a method of manufacturing MOS transistors according to embodiments of the present invention, and FIGS. 2 to 7 illustrate a method of manufacturing MOS transistors according to embodiments of the present invention. Sections for doing so.

도 1 및 도 2를 참조하면, 반도체기판(51)의 소정영역에 소자분리막(53)을 형성하여 활성영역을 한정한다. 상기 활성영역 상에 게이트 절연막(55)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(55)을 갖는 반도체기판의 전면 상에 게이트 도전막(gate conductive layer)을 형성한다. 상기 게이트 도전막은 N형의 불순물들 또는 P형의 불순물들로 도우핑된 실리콘막으로 형성할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 게이트 도전막은 N형의 도우프트 폴리실리콘막 또는 P형의 도우프트 폴리실리콘막으로 형성할 수 있다. NMOS 트랜지스터를 형성하기 위해서는 상기 게이트 도전막은 N형의 도우프트 실리콘막으로 형성하는 것이 바람직하고, PMOS 트랜지스터를 형성하기 위해서는 상기 게이트 도전막은 P형의 도우프트 실리콘막으로 형성하는 것이 바람직하다.1 and 2, an isolation region 53 is formed in a predetermined region of the semiconductor substrate 51 to define an active region. A gate insulating layer 55 is formed on the active region. A gate conductive layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate having the gate insulating film 55. The gate conductive layer may be formed of a silicon layer doped with N type impurities or P type impurities. More specifically, the gate conductive film may be formed of an N-type doped polysilicon film or a P-type doped polysilicon film. In order to form an NMOS transistor, the gate conductive film is preferably formed of an N-type doped silicon film, and in order to form a PMOS transistor, the gate conductive film is preferably formed of a P-type doped silicon film.

상기 게이트 도전막을 패터닝하여 상기 게이트 절연막의 소정영역 상에 게이트 패턴(57), 즉 게이트 전극을 형성한다(도 1의 단계 1). 상기 게이트 패턴(57)은 상기 활성영역의 상부를 가로지르도록 형성된다. 상기 게이트 패턴(57) 및 소자분리막(53)을 이온주입 마스크들로 사용하여 상기 활성영역 내에 제1 불순물 이온들을 주입하여 LDD 영역들(lightly doped drain regions; 59)을 형성한다(도 1의 단계 3). 상기 제1 불순물 이온들은 N형 불순물 이온들 또는 P형 불순물 이온들일 수 있다. 구체적으로, 상기 N형 불순물 이온들은 비소 이온들 또는 인 이온들이고, 상기 P형 불순물 이온들은 붕소 이온들 또는 불화붕소(boron fluoride; BF2) 이온들이다.The gate conductive layer is patterned to form a gate pattern 57, that is, a gate electrode on a predetermined region of the gate insulating layer (step 1 of FIG. 1). The gate pattern 57 is formed to cross the upper portion of the active region. Lightly doped drain regions 59 are formed by implanting first impurity ions into the active region using the gate pattern 57 and the device isolation layer 53 as ion implantation masks (step of FIG. 1). 3). The first impurity ions may be N-type impurity ions or P-type impurity ions. Specifically, the N-type impurity ions are arsenic ions or phosphorus ions, and the P-type impurity ions are boron ions or boron fluoride (BF 2 ) ions.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 LDD 영역들(59)을 갖는 반도체기판의 전면 상에 절연성 스페이서막(insulating spacer layer)을 형성한다. 상기 스페이서막은 실리콘 산화막(61) 및 실리콘 질화막(63)을 차례로 적층시키어 형성하는 것이 바람직하다. 상기 실리콘 산화막(61)을 형성하는 공정은 생략할 수도 있다.1 and 3, an insulating spacer layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate having the LDD regions 59. The spacer film is preferably formed by stacking a silicon oxide film 61 and a silicon nitride film 63 in sequence. The process of forming the silicon oxide film 61 may be omitted.

도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 스페이서막을 이방성 식각하여 상기 게이트 패턴(57), 즉 실리콘 패턴의 측벽 상에 절연성 스페이서(64)를 형성한다(도 1의 단계 5). 결과적으로, 상기 스페이서(64)는 실리콘 산화막 스페이서(61a) 및 실리콘 질화막 스페이서(63a)를 포함한다. 그러나, 상기 실리콘 산화막(61)을 형성하는 공정을 생략하는 경우에는, 상기 스페이서(64)는 상기 실리콘 질화막 스페이서(63a)만으로 구성된다. 이어서, 상기 게이트 패턴(57), 스페이서(64) 및 소자분리막(53)을 이온주입 마스크들로 사용하여 상기 활성영역 내에 제2 불순물 이온들을 주입하여 소오스/드레인 영역들(65)을 형성한다(도 1의 단계 7). 그 결과, 상기 스페이서(64)의 하부에 상기 LDD 영역들(59)이 잔존한다. 상기 제2 불순물 이온들 역시 N형 불순물 이온들 또는 P형 불순물 이온들일 수 있다. 상기 이온주입 공정 직후의 불순물 이온들(as-implanted impurity ions)은 상기 게이트 패턴(57) 및 활성영역 내의 실리콘 원자들 사이의 지점들(positions), 즉 인터스티샬 격자 사이트들(interstitial lattice sites)에 위치한다. 이러한 인터스티샬 불순물 이온들은자유전자들(free electrons)을 제공하는 도우너들(donors) 또는 정공들(holes)을 제공하는 억셉터들(acceptors)로서의 역할을 하지 못한다. 즉, 상기 이온주입 공정 직후의 불순물 이온들은 비활성화된 상태(deactivated states)에 있다. 이에 따라, 상기 이온주입 공정 직후의 소오스/드레인 영역들(as-implanted source/drain regions; 65)은 야금접합(metallurgical junction)을 갖지 않으며 높은 전기적인 저항을 보인다.1 and 4, the spacer layer is anisotropically etched to form an insulating spacer 64 on the sidewall of the gate pattern 57, that is, the silicon pattern (step 5 of FIG. 1). As a result, the spacer 64 includes a silicon oxide film spacer 61a and a silicon nitride film spacer 63a. However, when the process of forming the silicon oxide film 61 is omitted, the spacer 64 is composed of only the silicon nitride film spacer 63a. Subsequently, source / drain regions 65 may be formed by implanting second impurity ions into the active region using the gate pattern 57, the spacer 64, and the device isolation layer 53 as ion implantation masks ( Step 7 of FIG. 1). As a result, the LDD regions 59 remain under the spacer 64. The second impurity ions may also be N-type impurity ions or P-type impurity ions. As-implanted impurity ions immediately after the ion implantation process are positioned between the gate pattern 57 and silicon atoms in the active region, i.e., interstitial lattice sites. Located in These interstitial impurity ions do not serve as donors that provide free electrons or acceptors that provide holes. That is, impurity ions immediately after the ion implantation process are in deactivated states. Accordingly, as-implanted source / drain regions 65 immediately after the ion implantation process do not have metallurgical junctions and exhibit high electrical resistance.

계속해서, 상기 제2 불순물 이온들이 주입된 반도체기판을 사전 열처리하여(pre-anneal) 상기 소오스/드레인 영역들(65) 및 상기 게이트 패턴(57) 내의 불순물들을 활성화시킨다(도 1의 단계 9). 상기 사전 열처리 공정은 생략할 수도 있다. 상기 사전 열처리 공정은 830℃ 내지 1150℃의 온도에서 급속 열처리 공정을 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 사전 열처리 공정은 분위기 가스로서 질소가스를 사용하여 실시할 수 있다. 상기 사전 열처리 공정 동안, 상기 인터스티샬 불순물 이온들의 대부분은 대체 격자 사이트들(substitutional lattice sites)로 이동된다(swept). 이에 따라, 상기 활성화된 불순물 이온들은 도우너들 또는 억셉터들로 작용하여 상기 소오스/드레인 영역들(65)의 전기적인 저항을 감소시킨다.Subsequently, the semiconductor substrate into which the second impurity ions are implanted is pre-annealed to activate impurities in the source / drain regions 65 and the gate pattern 57 (step 9 of FIG. 1). . The pre-heat treatment step may be omitted. The pre-heat treatment step is preferably carried out using a rapid heat treatment process at a temperature of 830 ℃ to 1150 ℃. In addition, the said pre-heat processing process can be performed using nitrogen gas as an atmospheric gas. During the pretreatment process, most of the interstitial impurity ions are swamped into substitutional lattice sites. Accordingly, the activated impurity ions act as donors or acceptors to reduce the electrical resistance of the source / drain regions 65.

도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 소오스/드레인 이온주입 공정 또는 상기 사전 열처리 공정이 진행된 반도체기판 상에 실리사이드화 저지막(SBL; silicidation blocking layer)을 형성한다. 상기 실리사이드화 저지막은 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 차례로 적층시키어 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 실리사이드화 저지막은 실리콘 질화막만으로 형성할 수도 있다. 일반적으로, 상기 실리사이드화 저지막은 535℃ 내지 825℃의 온도에서 화학기상증착(CVD; chemaical vapor deposition) 기술을 사용하여 형성한다. 예를 들면, 상기 CVD 실리콘 질화막은 약 700℃의 온도에서 형성할 수 있다.1 and 5, a silicidation blocking layer (SBL) is formed on a semiconductor substrate on which the source / drain ion implantation process or the pre-heat treatment process is performed. It is preferable that the silicide formation stop film is formed by stacking a silicon oxide film and a silicon nitride film in order. However, the silicided stop film may be formed only of the silicon nitride film. In general, the silicided stop film is formed using a chemical vapor deposition (CVD) technique at a temperature of 535 ℃ to 825 ℃. For example, the CVD silicon nitride film may be formed at a temperature of about 700 ° C.

한편, 대부분의 도우펀트들(불순물 이온들)은 535℃ 내지 825℃의 온도 범위 내에서 쉽게 불활성화되는 성질을 갖는다. 이에 따라, 상기 실리사이드화 저지막을 형성하는 동안, 상기 게이트 패턴(57), LDD 영역들(59) 및 소오스/드레인 영역(65)들 내의 불순물들은 불활성화된다(deactivated). 상기 불활성화된 LDD 영역들(59a), 상기 불활성화된 게이트 패턴(57a) 및 상기 불활성화된 소오스/드레인 영역들(65a)은 높은 저항을 갖는다. 또한, 상기 불활성화된 소오스/드레인 영역들(65a)은 큰 접합 누설전류(large junction leakage current)를 보인다. 이에 더하여, 상기 게이트 절연막(55)에 인접한 상기 불활성화된 게이트 패턴(57a) 내의 불순물들이 고갈되어(depleted) 상기 게이트 절연막(55)에 기인하는 게이트 커패시터와 직렬 연결된 디플리션(depletion) 커패시터를 생성시킨다(generate). 결과적으로, 전체 게이트 커패시턴스(total gate capacitance)가 감소한다. 이러한 게이트 커패시턴스의 감소는 상기 게이트 절연막의 등가적인 두께(equivalent thickness)를 증가시키는 결과를 초래한다.On the other hand, most of the dopants (impurity ions) have the property of easily inactivated within the temperature range of 535 ℃ to 825 ℃. Accordingly, the impurities in the gate pattern 57, the LDD regions 59, and the source / drain regions 65 are deactivated while the silicided stop layer is formed. The deactivated LDD regions 59a, the deactivated gate pattern 57a, and the deactivated source / drain regions 65a have a high resistance. In addition, the deactivated source / drain regions 65a exhibit a large junction leakage current. In addition, a depletion capacitor connected in series with the gate capacitor resulting from the gate insulating layer 55 due to depleted impurities in the deactivated gate pattern 57a adjacent to the gate insulating layer 55 is removed. Generate. As a result, the total gate capacitance is reduced. This reduction in gate capacitance results in an increase in the equivalent thickness of the gate insulating film.

계속해서, 상기 실리사이드화 저지막을 패터닝하여 상기 게이트 패턴(57a) 및 소오스/드레인 영역들(65a)을 노출시키는 실리사이드화 저지막 패턴(70)을 형성한다(도 1의 단계 11). 그 결과, 상기 실리사이드화 저지막 패턴(70)은 차례로 적층된 실리콘 산화막 패턴(67) 및 실리콘 질화막 패턴(69)을 포함한다. 상기 실리사이드화 저지막 패턴(70)은 상기 실리콘 질화막 패턴(69)만으로 이루어질 수도 있다. 상기 실리사이드화 저지막 패턴(70)은 입출력 보호회로(input/output protection circuit; 도시하지 않음)를 덮도록 형성된다. 이에 따라, 도 5에 보여진 활성영역은 내부회로(internal circuit)의 모스 트랜지스터가 형성되는 영역에 해당한다.Subsequently, the silicided stop layer is patterned to form a silicided stop layer pattern 70 exposing the gate pattern 57a and the source / drain regions 65a (step 11 of FIG. 1). As a result, the silicided stop layer pattern 70 includes a silicon oxide layer pattern 67 and a silicon nitride layer pattern 69 that are sequentially stacked. The silicided stop layer pattern 70 may be formed of only the silicon nitride layer pattern 69. The silicided blocking layer pattern 70 is formed to cover an input / output protection circuit (not shown). Accordingly, the active region shown in FIG. 5 corresponds to a region in which a MOS transistor of an internal circuit is formed.

도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 실리사이드화 저지막 패턴(70)을 갖는 반도체기판을 후열처리하여(post-anneal) 상기 게이트 패턴(57a), LDD 영역들(59a) 및 소오스/드레인 영역들(65a) 내의 불순물들을 재활성화시킨다(reactivate, 도 1의 단계 13). 이에 따라, 상기 디플리션 커패시터가 제거되고, 재활성화된 게이트 패턴(57b)이 형성된다. 이에 더하여, 상기 소오스/드레인 영역들(65a) 및 상기 LDD 영역들(59a)은 재활성화된 소오스/드레인 영역들(65b) 및 재활성화된 LDD 영역들(59b)로 변환되어(converted) 감소된 저항(reduced resistance)을 갖는다. 상기 후열처리 공정(poat-annealing process)은 830℃ 내지 1150℃의 온도에서 급속 열처리 기술을 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 후열처리 공정은 분위기 가스로서 질소가스를 사용하여 실시할 수 있다.1 and 6, the semiconductor substrate having the silicided stop layer pattern 70 is post-annealed to form the gate pattern 57a, LDD regions 59a, and source / drain regions. The impurities in 65a are reactivated (step 13 of FIG. 1). Accordingly, the depletion capacitor is removed and a reactivated gate pattern 57b is formed. In addition, the source / drain regions 65a and the LDD regions 59a are converted and reduced into reactivated source / drain regions 65b and reactivated LDD regions 59b. Has a reduced resistance. The post-heating process (poat-annealing process) is preferably carried out using a rapid heat treatment technique at a temperature of 830 ℃ to 1150 ℃. In addition, the said post-heat treatment process can be performed using nitrogen gas as an atmospheric gas.

도 1, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 후열처리 공정이 완료된 반도체기판 상에 금속 샐리사이드 기술, 즉 니켈 샐리사이드 기술을 적용한다(도 1의 단계 15). 좀 더 구체적으로, 상기 후열처리 공정이 완료된 반도체기판의 표면을 세정하여 상기 재활성화된 게이트 패턴(57b) 및 상기 재활성화된 소오스/드레인영역들(65b)의 표면 상에 잔존하는 자연산화막(native oxide layer) 및 오염입자들(contaminated particles)을 제거한다. 상기 세정된 반도체기판의 전면 상에 니켈막(71)을 형성한다. 상기 니켈막(71)은 순수 니켈막(pure nickel layer) 또는 니켈 합금막(nickel alloy layer)로 형성한다. 상기 니켈 합금막은 20 atom% 이하의 혼합비(mixing ratio)를 갖는 탄탈륨(Ta), 지르코늄(Zr), 타이타늄(Ti), 하프니움(Hf), 텅스텐(W), 코발트(Co), 백금(Pt), 팔라디움(Pd), 바나디움(V), 니오비움(Nb) 또는 이들의 조합물을 함유한다(contain). 특히, 상기 니켈 합금막이 탄탈륨을 함유하는 경우에, 상기 탄탈륨은 후속 공정에서 형성되는 니켈 모노 실리사이드막들의 열적 안정성(thermal stability)을 향상시킨다.1, 7 and 8, a metal salicide technique, that is, a nickel salicide technique, is applied to a semiconductor substrate on which the post-heat treatment process is completed (step 15 of FIG. 1). More specifically, a native oxide film remaining on the surface of the reactivated gate pattern 57b and the reactivated source / drain regions 65b by cleaning the surface of the semiconductor substrate on which the post-heat treatment process is completed. oxide layer and contaminated particles are removed. The nickel film 71 is formed on the entire surface of the cleaned semiconductor substrate. The nickel film 71 is formed of a pure nickel layer or a nickel alloy layer. The nickel alloy film has tantalum (Ta), zirconium (Zr), titanium (Ti), hafnium (Hf), tungsten (W), cobalt (Co), and platinum (Pt) having a mixing ratio of 20 atom% or less. ), Palladium (Pd), vanadium (V), niobium (Nb) or combinations thereof. In particular, when the nickel alloy film contains tantalum, the tantalum improves thermal stability of nickel mono silicide films formed in subsequent processes.

이어서, 상기 니켈막(71)을 갖는 반도체기판을 400℃ 내지 530℃의 저온에서 열처리한다. 그 결과, 상기 니켈막(71)이 상기 게이트 패턴(57b)의 실리콘 원자들 및 상기 소오스/드레인 영역들(65b)의 실리콘 원자들과 반응하여 상기 게이트 패턴(57b) 및 상기 소오스/드레인 영역들(65b)의 표면들에 각각 선택적으로 제1 및 제2 니켈 모노 실리사이드막들(NiSi layers; 71a, 71b)을 생성시킨다.Subsequently, the semiconductor substrate having the nickel film 71 is heat-treated at a low temperature of 400 ° C to 530 ° C. As a result, the nickel layer 71 reacts with the silicon atoms of the gate pattern 57b and the silicon atoms of the source / drain regions 65b to react with the gate pattern 57b and the source / drain regions. First and second nickel mono silicide films (NiSi layers) 71a and 71b are selectively formed on the surfaces of 65b, respectively.

상기 열처리 온도가 550℃보다 높은 경우에는, 상기 니켈 모노 실리사이드막들(NiSi layers) 대신에 상기 니켈 모노 실리사이드막보다 높은 저항을 갖는 니켈 다이 실리사이드막(NiSi2layer)이 형성된다. 이에 따라, 상기 열처리 온도, 즉 실리사이드화 온도(silicidation temperature)는 400℃ 내지 530℃의 저온인 것이 바람직하다. 다음에, 상기 스페이서(64), 소자분리막(53) 및 실리사이드화 저지막 패턴(70) 상의 미반응된 니켈막(unreacted nickel layer)을 제거하여 상기 제1 니켈 모노 실리사이드막(71a)을 상기 제2 니켈 모노 실리사이드막(71b)으로부터 전기적으로 분리시킨다(disconnect). 상기 미반응된 니켈막은 황산용액(H2SO4) 및 과산화수소(H2O2)의 혼합용액(mixture)을 사용하여 제거할 수 있다.When the heat treatment temperature is higher than 550 ° C., a nickel die silicide layer (NiSi 2 layer) having a higher resistance than the nickel mono silicide layer is formed instead of the nickel mono silicide layers. Accordingly, the heat treatment temperature, that is, the silicidation temperature (silicidation temperature) is preferably a low temperature of 400 ℃ to 530 ℃. Next, an unreacted nickel layer on the spacer 64, the device isolation layer 53, and the silicided stop layer pattern 70 is removed to form the first nickel monosilicide layer 71a. It is electrically disconnected from the 2 nickel mono silicide film 71b. The unreacted nickel film may be removed using a mixture of sulfuric acid solution (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).

계속해서, 상기 니켈 샐리사이드 공정이 완료된 반도체기판의 전면 상에 층간절연막(73)을 형성한다. 상기 층간절연막(73)은 550℃보다 낮은 온도에서 형성하는 것이 바람직하다. 이는 상기 니켈 모노 실리사이드막들(71a, 71b)의 상변이(phase transformation)를 억제시키기 위함이다.Subsequently, an interlayer insulating film 73 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate where the nickel salicide process is completed. The interlayer insulating film 73 is preferably formed at a temperature lower than 550 ° C. This is to suppress phase transformation of the nickel mono silicide layers 71a and 71b.

<실험예들; examples>Experimental Examples; examples>

이하에서는, 상술한 실시예들에 따라 제작된 시료들(samples)의 여러가지 측정결과들(various measurement results)을 설명하기로 한다.Hereinafter, various measurement results of samples manufactured according to the above-described embodiments will be described.

도 9a 내지 도 11a는 통상의(conventional) 니켈 샐리사이드 기술 및 전형적인(typical) 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 전기적인 특성들을 보여주는 그래프들이고, 도 9b 내지 도 11b는 통상의 니켈 샐리사이드 기술 및 전형적인 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 전기적인 특성들을 보여주는 그래프들이다. 좀 더 구체적으로, 도 9a 및 도 9b는 각각 NMOS 트랜지스터들의 문턱전압 특성을 보여주는 그래프 및 PMOS 트랜지스터들의 문턱전압 특성을 보여주는 그래프이다. 도 9a 및 도 9b의 도면들에 있어서, 가로축들(abscissas)은 채널길이(Lch)를 나타내고 세로축들(ordinates)은 문턱전압(Vth)을 나타낸다. 여기서, 상기 채널길이(Lch)는 게이트 전극의 폭에 해당한다.9A-11A are graphs showing the electrical properties of NMOS transistors fabricated using conventional nickel salicide technology and typical cobalt salicide technology, and FIGS. 9B-11B are conventional nickel sally. Graphs showing the electrical characteristics of PMOS transistors fabricated using side technology and typical cobalt salicide technology. More specifically, FIGS. 9A and 9B are graphs showing threshold voltage characteristics of NMOS transistors and graphs showing threshold voltage characteristics of PMOS transistors, respectively. In the drawings of FIGS. 9A and 9B, abscissas represent channel lengths L ch and ordinates represent threshold voltages V th . In this case, the channel length L ch corresponds to the width of the gate electrode.

또한, 도 10a는 여러가지의 채널길이들을 갖는 NMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성(즉, 온 전류 및 오프 전류의 상관관계(correlation))을 보여주는 그래프이고, 도 10b는 여러가지의 채널길이들을 갖는 PMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성을 보여주는 그래프이다. 상기 NMOS 트랜지스터들 및 PMOS 트랜지스터들의 채널 폭들은 10㎛이었다. 도 10a 및 도 10b의 도면들에 있어서, 가로축들(abscissas)은 단위 채널 폭당(per unit channel width) 드레인 포화전류(drain saturation current; Idsat)를 나타내고, 세로축들(ordinates)은 단위 채널 폭당 드레인 오프 전류(drain off current; Idoff)를 나타낸다. 여기서, 상기 드레인 포화전류(Idsat)는 소오스 영역 및 벌크 영역을 접지시키고 드레인 영역 및 게이트 전극에 전압 Vdd(NMOS 트랜지스터들에 대하여 +1 볼트, PMOS 트랜지스터들에 대하여 -1 볼트)를 인가한 경우에 상기 드레인 영역을 통하여 흐르는 전류이다. 또한, 상기 드레인 오프 전류(Idoff)는 상기 소오스 영역, 벌크 영역 및 게이트 전극을 접지시키고 상기 드레인 영역에 상기 전압 Vdd(NMOS 트랜지스터들에 대하여 +1 볼트, PMOS 트랜지스터들에 대하여 -1 볼트)를 인가한 경우에 상기 드레인 영역을 통하여 흐르는 전류이다.Also, FIG. 10A is a graph showing on / off current characteristics (ie, correlation of on current and off current) of NMOS transistors having various channel lengths, and FIG. 10B is a PMOS transistor having various channel lengths. These graphs show their on / off current characteristics. The channel widths of the NMOS transistors and PMOS transistors were 10 μm. In the figures of FIGS. 10A and 10B, abscissas represent per unit channel width drain saturation current (Idsat), and ordinates represent drain off per unit channel width. Indicates a drain off current (Idoff). In this case, the drain saturation current Idsat grounds the source region and the bulk region and applies a voltage Vdd (+1 volt for NMOS transistors and -1 volt for PMOS transistors) to the drain region and the gate electrode. It is a current flowing through the drain region. In addition, the drain off current Idoff grounds the source region, the bulk region, and the gate electrode, and applies the voltage Vdd (+1 volt for NMOS transistors and -1 volt for PMOS transistors) to the drain region. In one case, the current flows through the drain region.

이에 더하여, 도 11a 및 도 11b는 각각 NMOS 트랜지스터의 C-V 플롯(capacitance-voltage plot) 및 PMOS 트랜지스터의 C-V 플롯이다. 상기 C-V 플롯들은 100㎑의 고주파에서 측정되었다. 이 경우에, NMOS 트랜지스터들 및 PMOS 트랜지스터들은 50×50 ㎛2의 채널면적(게이트 면적)을 갖도록 형성되었다. 또한, 도 11a 및 도 11b의 도면들에 있어서, 가로축들은 게이트 전압(VG)을 나타내고, 세로축들은 게이트 커패시턴스(C)를 나타낸다. 이때, 소오스 영역 및 드레인 영역은 벌크영역과 함께 접지되었다. 이 경우에, 상기 게이트 전극에 반전 모드(inversion mode)의 게이트 전압이 인가될지라도, 상기 소오스 영역 및 드레인 영역 내의 다수 캐리어들(majority carriers)이 채널 영역으로 충분히 공급되어 상기 채널 영역에 디플리션 영역(depletion region)이 형성되는 것을 방지한다. 이에 따라, 상기 C-V 플롯들은 저주파에서 측정되는 C-V 플롯들과 동일한 특성을 보인다.In addition, FIGS. 11A and 11B are the CV-capacitance-voltage plot of the NMOS transistor and the CV plot of the PMOS transistor, respectively. The CV plots were measured at a high frequency of 100 Hz. In this case, the NMOS transistors and the PMOS transistors were formed to have a channel area (gate area) of 50 × 50 μm 2 . In addition, in the drawings of FIGS. 11A and 11B, the horizontal axes represent the gate voltage V G and the vertical axes represent the gate capacitance C. In FIG. At this time, the source region and the drain region were grounded together with the bulk region. In this case, even when a gate voltage of an inversion mode is applied to the gate electrode, the majority carriers in the source region and the drain region are sufficiently supplied to the channel region to deplete the channel region. Prevents the formation of depletion regions. Accordingly, the CV plots exhibit the same characteristics as the CV plots measured at low frequencies.

한편, 도 9a 내지 도 11a의 측정결과들을 보여주는 NMOS 트랜지스터들은 다음의 [표 1]에 기재된 주요 공정 조건들(key process conditions)을 사용하여 제작되었다.Meanwhile, NMOS transistors showing the measurement results of FIGS. 9A to 11A were manufactured using key process conditions described in Table 1 below.

공정 파라미터Process parameters NiSi 시료NiSi Sample CoSi2시료CoSi 2 Sample 1. 게이트 절연막Gate insulating film 실리콘 옥시나이트라이트막(SiON), 16ÅSilicon Oxynitite Film (SiON), 16Å 2. 게이트 패턴2. Gate pattern N형 폴리실리콘막N-type polysilicon film 3. LDD 이온주입3. LDD ion implantation Arsenic, 2.5×1014atoms/㎠, 5KeVArsenic, 2.5 × 10 14 atoms / ㎠, 5KeV 4. S/D 이온주입4. S / D ion implantation Arsenic, 5×1015atoms/㎠, 40KeVArsenic, 5 × 10 15 atoms / ㎠, 40KeV 5. 사전 열처리5. Pre-heat Treatment 1050℃, 질소 분위기, 급속 열처리(RTP)1050 ° C, nitrogen atmosphere, rapid heat treatment (RTP) 6. 실리사이드화 저지막6. Silicided Stop Film 실리콘 질화막(SiN), 500Å, 700℃(LPCVD)Silicon Nitride Film (SiN), 500Å, 700 ℃ (LPCVD) 7. 샐리사이드 공정(실리사이드화 열처리)7. Salicide process (silicidation heat treatment) 450℃450 ℃ 제1 열처리(450℃)제2 열처리(830℃)First Heat Treatment (450 ℃) Second Heat Treatment (830 ℃)

또한, 도 9b 내지 도 11b의 측정결과들을 보여주는 PMOS 트랜지스터들은 다음의 [표 2]에 기재된 주요 공정 조건들을 사용하여 제작되었다.In addition, PMOS transistors showing the measurement results of FIGS. 9B to 11B were fabricated using the main process conditions described in Table 2 below.

공정 파라미터Process parameters NiSi 시료NiSi Sample CoSi2시료CoSi 2 Sample 1. 게이트 절연막Gate insulating film 실리콘 옥시나이트라이트막(SiON), 16ÅSilicon Oxynitite Film (SiON), 16Å 2. 게이트 패턴2. Gate pattern P형 폴리실리콘막P-type polysilicon film 3. LDD 이온주입3. LDD ion implantation Boron, 2×1014atoms/㎠, 0.6KeVBoron, 2 × 10 14 atoms / ㎠, 0.6KeV 4. S/D 이온주입4. S / D ion implantation Boron, 3×1015atoms/㎠, 3KeVBoron, 3 × 10 15 atoms / ㎠, 3KeV 5. 사전 열처리5. Pre-heat Treatment 1050℃, 질소 분위기, 급속 열처리(RTP)1050 ° C, nitrogen atmosphere, rapid heat treatment (RTP) 6. 실리사이드화 저지막6. Silicided Stop Film 실리콘 질화막(SiN), 500Å, 700℃(LPCVD)Silicon Nitride Film (SiN), 500Å, 700 ℃ (LPCVD) 7. 샐리사이드 공정(실리사이드화 열처리)7. Salicide process (silicidation heat treatment) 450℃450 ℃ 제1 열처리(450℃)제2 열처리(830℃)First Heat Treatment (450 ℃) Second Heat Treatment (830 ℃)

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들은 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들에 비하여 상대적으로 높은 문턱전압들(Vth)을 보였다. 이와 마찬가지로, 상기 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들은 상기 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들에 비하여 상대적으로 높은 문턱전압들을 보였다. 결과적으로, 상기 코발트 실리사이드막의 형성공정은 상기 실리사이드화 저지막을 형성하는 동안 상기 게이트 패턴들 내에 생성된 디플리션 영역들을 제거하는 반면에 상기 니켈 실리사이드막의 형성공정은 상기 실리사이드화 저지막을 형성하는 동안 상기 게이트 패턴들 내에 생성된 디플리션 영역들을 제거하지 못하는 것으로 이해될 수 있다. 이는 상기 코발트 실리사이드막을 형성하기 위한 열처리 온도가 상기 게이트 패턴들 내의 상기 니켈 실리사이드막을 형성하기 위한 열처리 온도보다 높기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 상기 니켈 실리사이드막을 825℃보다 높은 온도에서 형성하는 것은 바람직하지 못하다. 이는 상기 니켈 실리사이드막이 약 550℃보다 높은 온도에서 형성되는 경우에 상기 니켈 실리사이드막의상변이(phase transformation)가 발생하여 그것의 저항을 증가시키기 때문이다.9A and 9B, NMOS transistors fabricated using nickel salicide technology showed relatively high threshold voltages V th compared to NMOS transistors fabricated using cobalt salicide technology. Similarly, PMOS transistors fabricated using the nickel salicide technique showed relatively higher threshold voltages than PMOS transistors fabricated using the cobalt salicide technique. As a result, the formation process of the cobalt silicide layer removes the depletion regions generated in the gate patterns while the silicide formation stop layer is formed, while the formation process of the nickel silicide layer is performed while the silicide formation stop layer is formed. It may be understood that the depletion regions generated in the gate patterns may not be removed. This is because the heat treatment temperature for forming the cobalt silicide film is higher than the heat treatment temperature for forming the nickel silicide film in the gate patterns. Nevertheless, it is not preferable to form the nickel silicide film at a temperature higher than 825 占 폚. This is because when the nickel silicide film is formed at a temperature higher than about 550 ° C., a phase transformation of the nickel silicide film occurs to increase its resistance.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 니켈 샐리사이드 기술을 채택하는 NMOS 트랜지스터들의 드레인 포화전류(Idsat)는 코발트 샐리사이드 기술을 채택하는 NMOS 트랜지스터들의 드레인 포화전류(Idsat)에 비하여 작았다. 예를 들면, NMOS 트랜지스터들에 있어서, 상기 드레인 오프 전류(Idoff)가 10 ㎁/㎛이었을 때, 니켈 샐리사이드 시료들은 약 500 ㎂/㎛의 드레인 포화전류(Idsat)를 보였고 코발트 샐리사이드 시료들은 약 540 ㎂/㎛의 드레인 포화전류(Idsat)를 보였다. 이는 상기 니켈 샐리사이드 시료들(samples)이 불활성화된(deactivated) N형 소오스/드레인 영역들을 갖는 반면에 상기 코발트 샐리사이드 시료들은 코발트 실리사이드화 공정 동안 활성화된 N형 소오스/드레인 영역들을 갖기 때문이다.10A and 10B, the drain saturation current Idsat of NMOS transistors employing nickel salicide technology is smaller than the drain saturation current Idsat of NMOS transistors employing cobalt salicide technology. For example, in NMOS transistors, when the drain off current (Idoff) was 10 mA / µm, the nickel salicide samples showed a drain saturation current (Idsat) of about 500 mA / µm and the cobalt salicide samples were about. A drain saturation current (Idsat) of 540 mA / µm was shown. This is because the nickel salicide samples have N-type source / drain regions deactivated while the cobalt salicide samples have N-type source / drain regions activated during the cobalt silicideation process. .

이에 반하여, 상기 니켈 샐리사이드 기술을 채택하는 PMOS 트랜지스터들의 드레인 포화전류(Idsat)는 상기 코발트 샐리사이드 기술을 채택하는 PMOS 트랜지스터들의 드레인 포화전류(Idsat)에 비하여 큰 값을 보였다. 예를 들면, PMOS 트랜지스터들에 있어서, 상기 드레인 오프 전류(Idoff)가 1 ㎁/㎛이었을 때, 니켈 샐리사이드 시료들은 약 185 ㎂/㎛의 드레인 포화전류(Idsat)를 보였고 코발트 샐리사이드 시료들은 약 175 ㎂/㎛의 드레인 포화전류(Idsat)를 보였다. 이는 니켈 실리사이드막 및 P형 소오스/드레인 영역 사이의 콘택저항이 코발트 실리사이드막 및 P형 소오스/드레인 영역 사이의 콘택저항보다 작기 때문이다.In contrast, the drain saturation current Idsat of the PMOS transistors employing the nickel salicide technology has a larger value than the drain saturation current Idsat of the PMOS transistors employing the cobalt salicide technology. For example, in PMOS transistors, when the drain off current (Idoff) was 1 mA / µm, the nickel salicide samples showed a drain saturation current (Idsat) of about 185 mA / µm and the cobalt salicide samples were about. A drain saturation current (Idsat) of 175 mA / µm was shown. This is because the contact resistance between the nickel silicide film and the P-type source / drain regions is smaller than the contact resistance between the cobalt silicide film and the P-type source / drain regions.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터의 축적모드(accumulation mode)에 있어서, 니켈 샐리사이드 시료들은 코발트 샐리사이드시료들과 동일한 게이트 커패시턴스를 보였다. 그러나, NMOS 트랜지스터의 반전 모드(inversion mode)에 있어서, 니켈 샐리사이드 시료들의 게이트 커패시턴스는 코발트 샐리사이드 시료들의 게이트 커패시턴스보다 낮았다(도 11a의 "A" 영역 참조). 이와 마찬가지로, PMOS 트랜지스터의 반전 모드(inversion mode)에 있어서, 니켈 샐리사이드 시료들의 게이트 커패시턴스는 코발트 샐리사이드 시료들의 게이트 커패시턴스보다 낮았다(도 11b의 "A" 영역 참조). 이는 상기 니켈 샐리사이드 시료들의 게이트 패턴들 내에 상기 실리사이드화 저지막을 형성하는 동안 생성된 불순물 고갈 영역들(impurity depletion region)이 존재하는 것으로 이해될 수 있다.11A and 11B, in the accumulation mode of the NMOS transistor and the PMOS transistor, the nickel salicide samples showed the same gate capacitance as the cobalt salicide samples. However, in the inversion mode of the NMOS transistor, the gate capacitance of the nickel salicide samples was lower than the gate capacitance of the cobalt salicide samples (see region "A" in FIG. 11A). Likewise, in the inversion mode of the PMOS transistor, the gate capacitance of the nickel salicide samples was lower than the gate capacitance of the cobalt salicide samples (see region “A” in FIG. 11B). It may be understood that impurity depletion regions existed during the formation of the silicided stop layer in the gate patterns of the nickel salicide samples.

좀 더 구체적으로, 상기 NMOS 트랜지스터의 N형 게이트 패턴 내에는 상기 실리사이드 저지막을 형성하는 동안 불순물들의 비활성화로 인하여 전자공핍층(electron depletion layer)이 형성된다. 상기 니켈 샐리사이드 시료들의 경우에, 상기 전자 공핍층은 니켈 실리사이막을 형성한 후에도 여전히 잔존한다. 이에 반하여, 상기 코발트 샐리사이드 시료들의 경우에, 상기 전자 공핍층의 폭은 코발트 실리사이드막을 형성하는 동안 감소된다. 그럼에도 불구하고, 상기 축적모드에서, 상기 니켈 샐리사이드 기술을 채택하는 NMOS 트랜지스터는 코발트 샐리사이드 기술을 채택하는 NMOS 트랜지스터와 동일한 게이트 커패시턴스를 보였다. 이는 상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 패턴에 음의 게이트 전압(negative gate voltage)이 인가되기 때문이다. 다시 말해서, 상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 패턴 내에 충분한 양(sufficient amount)의 전자들이 공급되므로 상기 전자 공핍층을 제거하기 때문이다.More specifically, an electron depletion layer is formed in the N-type gate pattern of the NMOS transistor due to deactivation of impurities while the silicide stop layer is formed. In the case of the nickel salicide samples, the electron depletion layer still remains after forming the nickel silicide film. In contrast, in the case of the cobalt salicide samples, the width of the electron depletion layer is reduced during formation of the cobalt silicide film. Nevertheless, in the accumulation mode, the NMOS transistor employing the nickel salicide technology exhibited the same gate capacitance as the NMOS transistor employing the cobalt salicide technology. This is because a negative gate voltage is applied to the gate pattern of the NMOS transistor. In other words, since a sufficient amount of electrons are supplied into the gate pattern of the NMOS transistor, the electron depletion layer is removed.

한편, 상기 반전모드(inversion mode)의 경우에, 상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 패턴에는 양의 게이트 전압이 인가된다. 이에 따라, 상기 니켈 샐리사이드 시료들의 N형 게이트 패턴 내에 형성된 전자 공핍층은 여전히 잔존한다. 그 결과, 상기 니켈 샐리사이드 시료는 상기 코발트 샐리사이드 시료에 비하여 상대적으로 낮은 게이트 커패시턴스를 갖는 것으로 해석될 수 있다.Meanwhile, in the inversion mode, a positive gate voltage is applied to the gate pattern of the NMOS transistor. Accordingly, the electron depletion layer formed in the N-type gate pattern of the nickel salicide samples still remains. As a result, the nickel salicide sample may be interpreted to have a relatively low gate capacitance as compared to the cobalt salicide sample.

도 11b에 도시된 PMOS 트랜지스터들의 C-V 플롯 역시 상기 NMOS 트랜지스터들의 C-V 플롯들에 대한 설명과 동일한 원리로 해석될 수 있음은 당업자에게 자명하다.It will be apparent to those skilled in the art that the C-V plot of the PMOS transistors shown in FIG. 11B can also be interpreted on the same principle as the description of the C-V plots of the NMOS transistors.

도 12a는 도 9a 내지 도 11a에서 설명된 NMOS 트랜지스터들의 소오스/드레인 영역들 및 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제작된 NMOS 트랜지스터들의 소오스/드레인 영역들의 저항 특성을 보여주는 그래프이고, 도 12b는 도 9a 내지 도 11a에서 설명된 NMOS 트랜지스터의 엘디디 영역들 및 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제작된 NMOS 트랜지스터의 엘디디 영역들의 저항 특성을 보여주는 그래프이다. 도 12a 및 도 12b의 도면들에 있어서, 가로축들은 면저항(RS; sheet resistance)을 나타내고, 세로축들은 축적분포율(cummulative distribution rate)을 나타낸다. 여기서, 상기 소오스/드레인 영역들 및 LDD 영역들의 면저항은 샐리사이드 공정 전에 측정되었다. 또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 NMOS 트랜지스터들은 다음의 [표 3]에 기재된 주요 공정 조건들을 사용하여 제작되었다.FIG. 12A is a graph showing resistance characteristics of source / drain regions of the NMOS transistors described in FIGS. 9A through 11A and source / drain regions of NMOS transistors manufactured according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 9A to 11A are graphs showing the resistance characteristics of the LED regions of the NMOS transistors and the LED regions of the NMOS transistor fabricated according to the preferred embodiment of the present invention. In the drawings of Figure 12a and 12b, the horizontal axis are the sheet resistance; represents (R S resistance sheet), and the vertical axis represent the accumulation distribution ratio (cummulative distribution rate). Here, sheet resistances of the source / drain regions and LDD regions were measured before the salicide process. In addition, NMOS transistors according to a preferred embodiment of the present invention were fabricated using the main process conditions described in Table 3 below.

공정 파라미터Process parameters NMOS 트랜지스터NMOS transistor 1. 게이트 절연막Gate insulating film 실리콘 옥시나이트라이트막(SiON), 16ÅSilicon Oxynitite Film (SiON), 16Å 2. 게이트 패턴2. Gate pattern N형 폴리실리콘막N-type polysilicon film 3. LDD 이온주입3. LDD ion implantation Arsenic, 2.5×1014atoms/㎠, 5KeVArsenic, 2.5 × 10 14 atoms / ㎠, 5KeV 4. S/D 이온주입4. S / D ion implantation Arsenic, 5×1015atoms/㎠, 40KeVArsenic, 5 × 10 15 atoms / ㎠, 40KeV 5. 실리사이드화 저지막5. Silicided Stop Film 실리콘 질화막(SiN), 500Å, 700℃(LPCVD)Silicon Nitride Film (SiN), 500Å, 700 ℃ (LPCVD) 6. 후 열처리6. After heat treatment 1050℃, 질소 분위기, 급속 열처리(RTP)1050 ° C, nitrogen atmosphere, rapid heat treatment (RTP)

상기 [표 3]으로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 실리사이드화 저지막을 형성하기 전에 어떠한 열처리 공정도 적용되지 않았다. 그 대신에, 상기 실리사이드화 저지막을 형성한 후에 후열처리 공정(post-anneling process)을 실시하였다. 그 결과, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 NMOS 트랜지스터들의 N형 소오스/드레인 영역들은 도 12a에 보여진 바와 같이 100 Ω/square 내지 125 Ω/square의 면저항을 보였다. 그러나, 도 9a 내지 도 11a에서 설명된 NMOS 트랜지스터들의 N형 소오스/드레인 영역들은 175 Ω/square 내지 210 Ω/square의 면저항을 보였다.As can be seen from Table 3, according to a preferred embodiment of the present invention, no heat treatment process was applied before forming the silicided stopper film. Instead, a post-anneling process was performed after the silicided stop film was formed. As a result, the N-type source / drain regions of the NMOS transistors according to the preferred embodiment of the present invention exhibited sheet resistance of 100 Ω / square to 125 Ω / square as shown in FIG. 12A. However, the N-type source / drain regions of the NMOS transistors described in FIGS. 9A through 11A exhibited sheet resistances of 175 Ω / square to 210 Ω / square.

이에 더하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 NMOS 트랜지스터들의 N형 LDD 영역들은 도 12b에 보여진 바와 같이 200 Ω/square 내지 210 Ω/square의 면저항을 보였다. 그러나, 도 9a 내지 도 11a에서 설명된 NMOS 트랜지스터들의 N형 LDD 영역들은 360 Ω/square 내지 380 Ω/square의 면저항을 보였다.In addition, the N-type LDD regions of the NMOS transistors according to the preferred embodiment of the present invention exhibited sheet resistance of 200 Ω / square to 210 Ω / square as shown in FIG. 12B. However, the N-type LDD regions of the NMOS transistors described in FIGS. 9A to 11A exhibited sheet resistances of 360 Ω / square to 380 Ω / square.

결과적으로, 상기 실리사이드화 저지막을 형성한 후에 상기 후열처리 공정을 실시하는 경우에 상기 N형 소오스/드레인 영역들 및 N형 LDD 영역들은 재활성화되는(reactivated) 것으로 이해될 수 있다.As a result, it may be understood that the N-type source / drain regions and the N-type LDD regions are reactivated when the post-heat treatment process is performed after the silicided stop film is formed.

도 13a 내지 도 15a와 아울러서 도 13b 내지 도 15b는 상기 실리사이드화 저지막의 형성 공정의 영향력을 직접적으로 알아보기 위한 측정결과들을 보여주는 그래프들이다.13B to 15B together with FIGS. 13A to 15A are graphs showing measurement results for directly determining the influence of the process of forming the silicided stopper film.

도 13a 내지 도 15a는 니켈 샐리사이드 기술 및 코발트 샐리사이드 기술을 채택하는 NMOS 트랜지스터들의 전기적인 특성들을 보여주는 그래프들이고, 도 13b 내지 도 15b는 상기 니켈 샐리사이드 기술 및 상기 코발트 샐리사이드 기술을 채택하는 PMOS 트랜지스터들의 전기적인 특성들을 보여주는 그래프들이다. 구체적으로, 도 13a 및 도 13b는 각각 NMOS 트랜지스터들의 문턱전압 특성을 보여주는 그래프 및 PMOS 트랜지스터들의 문턱전압 특성을 보여주는 그래프이다. 도 13a 및 도 13b의 도면들에 있어서, 가로축들(abscissas)은 채널길이(Lch)를 나타내고 세로축들(ordinates)은 문턱전압(Vth)을 나타낸다. 여기서, 상기 채널길이(Lch)는 게이트 전극의 폭에 해당한다.13A-15A are graphs showing electrical characteristics of NMOS transistors employing nickel salicide technology and cobalt salicide technology, and FIGS. 13B-15B are PMOS employing the nickel salicide technology and the cobalt salicide technology. These graphs show the electrical characteristics of the transistors. Specifically, FIGS. 13A and 13B are graphs showing threshold voltage characteristics of NMOS transistors and graphs showing threshold voltage characteristics of PMOS transistors, respectively. In the drawings of FIGS. 13A and 13B, abscissas represent channel lengths L ch and ordinates represent threshold voltages V th . In this case, the channel length L ch corresponds to the width of the gate electrode.

또한, 도 14a 및 도 14b는 각각 NMOS 트랜지스터의 C-V 플롯(capacitance-voltage plot) 및 PMOS 트랜지스터의 C-V 플롯이다. 상기 C-V 플롯들은 도 11a 및 도 11b에서 설명된 바와 같이 100㎑의 고주파에서 측정되었다. 또한, 상기 NMOS 트랜지스터들 및 PMOS 트랜지스터들은 50×50 ㎛2의 채널면적(게이트 면적)을 갖도록 형성되었다. 도 11a 및 도 11b의 도면들에 있어서, 가로축들은 게이트 전압(VG)을 나타내고, 세로축들은 게이트 커패시턴스(C)를 나타낸다. 이때, 소오스 영역 및 드레인 영역은 도 11a 및 도 11b에서 설명된 바와 같이 벌크영역과 함께 접지되었다.14A and 14B are CV plots of NMOS transistors and CV plots of PMOS transistors, respectively. The CV plots were measured at a high frequency of 100 Hz as described in FIGS. 11A and 11B. In addition, the NMOS transistors and the PMOS transistors are formed to have a channel area (gate area) of 50 × 50 μm 2 . In the figures of FIGS. 11A and 11B, the horizontal axes represent the gate voltage V G , and the vertical axes represent the gate capacitance C. In FIG. At this time, the source region and the drain region are grounded together with the bulk region as described with reference to FIGS. 11A and 11B.

이에 더하여, 도 15a는 여러가지의 채널길이들을 갖는 NMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성을 보여주는 그래프이고, 도 15b는 여러가지의 채널길이들을 갖는 PMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성을 보여주는 그래프이다. 도 15a 및 도 15b의 도면들에 있어서, 가로축들(abscissas)은 단위 채널 폭당(per unit channel width) 드레인 포화전류(drain saturation current; Idsat)를 나타내고, 세로축들(ordinates)은 단위 채널 폭당 드레인 오프 전류(drain off current; Idoff)를 나타낸다. 여기서, 상기 드레인 포화전류(Idsat) 및 드레인 오프 전류(Idoff)는 도 10a 및 도 10b에서와 동일한 바이어스 조건들을 사용하여 측정되었다.In addition, FIG. 15A is a graph showing on / off current characteristics of NMOS transistors having various channel lengths, and FIG. 15B is a graph showing on / off current characteristics of PMOS transistors having various channel lengths. In the figures of FIGS. 15A and 15B, abscissas represent per unit channel width drain saturation current (Idsat), and ordinates represent drain off per unit channel width. Indicates a drain off current (Idoff). Here, the drain saturation current Idsat and drain off current Idoff were measured using the same bias conditions as in FIGS. 10A and 10B.

도 13a 내지 도 15a의 측정결과들을 보여주는 NMOS 트랜지스터들은 다음의 [표 4]에 기재된 주요 공정 조건들을 사용하여 제작되었다.NMOS transistors showing the measurement results of FIGS. 13A to 15A were fabricated using the main process conditions described in Table 4 below.

공정 파라미터Process parameters NiSi 시료NiSi Sample CoSi2시료CoSi 2 Sample 1. 게이트 절연막Gate insulating film 실리콘 옥시나이트라이트막(SiON), 16ÅSilicon Oxynitite Film (SiON), 16Å 2. 게이트 패턴2. Gate pattern N형 폴리실리콘막N-type polysilicon film 3. LDD 이온주입3. LDD ion implantation Arsenic, 2.5×1014atoms/㎠, 5KeVArsenic, 2.5 × 10 14 atoms / ㎠, 5KeV 4. S/D 이온주입4. S / D ion implantation Arsenic, 5×1015atoms/㎠, 40KeVArsenic, 5 × 10 15 atoms / ㎠, 40KeV 5. 사전 열처리5. Pre-heat Treatment 1050℃, 질소 분위기, 급속 열처리(RTP)1050 ° C, nitrogen atmosphere, rapid heat treatment (RTP) 6. 실리사이드화 저지막6. Silicided Stop Film 생략(skipped)Skipped 7. 샐리사이드 공정(실리사이드화 열처리)7. Salicide process (silicidation heat treatment) 450℃450 ℃ 제1 열처리(450℃)제2 열처리(830℃)First Heat Treatment (450 ℃) Second Heat Treatment (830 ℃)

또한, 도 13b 내지 도 15b의 측정결과들을 보여주는 PMOS 트랜지스터들은 다음의 [표 5]에 기재된 주요 공정 조건들을 사용하여 제작되었다.In addition, PMOS transistors showing the measurement results of FIGS. 13B to 15B were fabricated using the main process conditions described in Table 5 below.

공정 파라미터Process parameters NiSi 시료NiSi Sample CoSi2시료CoSi 2 Sample 1. 게이트 절연막Gate insulating film 실리콘 옥시나이트라이트막(SiON), 16ÅSilicon Oxynitite Film (SiON), 16Å 2. 게이트 패턴2. Gate pattern P형 폴리실리콘막P-type polysilicon film 3. LDD 이온주입3. LDD ion implantation Boron, 2×1014atoms/㎠, 0.6KeVBoron, 2 × 10 14 atoms / ㎠, 0.6KeV 4. S/D 이온주입4. S / D ion implantation Boron, 3×1015atoms/㎠, 3KeVBoron, 3 × 10 15 atoms / ㎠, 3KeV 5. 사전 열처리5. Pre-heat Treatment 1050℃, 질소 분위기, 급속 열처리(RTP)1050 ° C, nitrogen atmosphere, rapid heat treatment (RTP) 6. 실리사이드화 저지막6. Silicided Stop Film 생략(skipped)Skipped 7. 샐리사이드 공정(실리사이드화 열처리)7. Salicide process (silicidation heat treatment) 450℃450 ℃ 제1 열처리(450℃)제2 열처리(830℃)First Heat Treatment (450 ℃) Second Heat Treatment (830 ℃)

도 13a 및 도 13b를 참조하면, 상기 실리사이드 저지막의 형성 공정을 생략하는 경우에, 니켈 샐리사이드 기술을 채택하는 모스 트랜지스터들은 코발트 샐리사이드 기술을 채택하는 모스 트랜지스터들과 동일한 문턱전압 특성을 보였다. 결과적으로, 상기 실리사이드화 저지막의 형성공정이 상기 니켈 샐리사이드 기술을 채택하는 모스 트랜지스터들의 문턱전압 특성을 저하시키는 요인(factor)으로 작용하는 것으로 이해될 수 있다.13A and 13B, when omitting the formation of the silicide blocking layer, MOS transistors employing nickel salicide technology exhibited the same threshold voltage characteristics as that of MOS transistors employing cobalt salicide technology. As a result, it can be understood that the process of forming the silicided stop film serves as a factor for lowering the threshold voltage characteristic of the MOS transistors employing the nickel salicide technology.

도 14a 및 도 14b를 참조하면, NMOS 트랜지스터들 및 PMOS 트랜지스터들 모두에 있어서, 니켈 샐리사이드 시료들은 코발트 샐리사이드 시료들과 동일한 C-V 특성들을 보였다. 따라서, 이러한 C-V 특성들 역시 상기 실리사이드화 저지막을 형성하는 공정의 영향을 받는 것으로 이해될 수 있다.14A and 14B, in both NMOS transistors and PMOS transistors, nickel salicide samples showed the same C-V characteristics as cobalt salicide samples. Therefore, it can be understood that these C-V properties are also affected by the process of forming the silicided stop film.

도 15a 및 도 15b를 참조하면, 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들은 코발트 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들과 동일한 온/오프 전류 특성을 보였다. 결과적으로, 상기 니켈 샐리사이드 시료들의 N형 소오스/드레인 영역들이 상기 코발트 샐리사이드 시료들의 N형 소오스/드레인 영역들과 동일한 저항을 갖는 것으로 해석될 수 있다. 다시 말해서, 상기 실리사이드화 저지막을 형성하지 않는 경우에, 상기 니켈 샐리사이드 시료들의 N형 소오스/드레인 영역들은 활성화된 상태(activated state)를 유지하는 것으로 이해될 수 있다.15A and 15B, NMOS transistors fabricated using nickel salicide technology exhibited the same on / off current characteristics as NMOS transistors fabricated using cobalt salicide technology. As a result, the N-type source / drain regions of the nickel salicide samples may be interpreted to have the same resistance as the N-type source / drain regions of the cobalt salicide samples. In other words, when the silicided stop film is not formed, it may be understood that the N-type source / drain regions of the nickel salicide samples maintain an activated state.

한편, PMOS 트랜지스터들에 있어서, 니켈 샐리사이드 시료들의 온/오프 전류 특성은 코발트 샐리사이드 시료들의 온/오프 전류 특성보다 오히려 우수하였다. 예를 들면, 드레인 오프 전류(Idoff)가 10 ㎁/㎛이었을 때, 니켈 샐리사이드 시료들은 약 220 ㎂/㎛의 드레인 포화전류(Idsat)를 보였고 코발트 샐리사이드 시료들은 약 185 ㎂/㎛의 드레인 포화전류(Idsat)를 보였다. 즉, 니켈 샐리사이드 시료들의 드레인 포화전류가 코발트 샐리사이드 시료들의 드레인 포화전류에 비하여 약 19%만큼(by about 19%) 증가되었다. 결과적으로, 도 15b에 보여진 니켈 샐리사이드 시료들의 온/오프 전류 특성은 도 10b에 보여진 니켈 샐리사이드 시료들의 온/오프 전류 특성에 비하여 현저히 개선되었다. 이는 상기 실리사이드화 저지막의 형성을 생략하는 경우에 상기 니켈 샐리사이드 시료들의 P형 게이트 전극 및 P형 소오스/드레인 영역들이 활성화된 상태를 유지하기 때문이다. 구체적으로, 상기 온/오프 전류 특성의 개선은 상기 활성화된 P형 게이트 전극 내의 불순물 고갈층이 불활성화된 P형 게이트 전극 내의 불순물 고갈층보다 좁다는 사실에 기인한다. 이에 따라, 상기 활성화된 P형 게이트 전극을 갖는 모스 트랜지스터의 온 전류는 불활성화된 P형 게이트 전극을 갖는 모스 트랜지스터의 온 전류보다 크다. 또한, 상기 온/오프 전류 특성의 개선은 상기 활성화된 P형 소오스/드레인 영역들 및 그 위의 니켈 실리사이드막 사이의 콘택저항이 불활성화된 P형 소오스/드레인 영역들 및 그 위의 니켈 실리사이드막 사이의 콘택저항보다 현저히 작다는 사실에 기인한다.On the other hand, in the PMOS transistors, the on / off current characteristics of the nickel salicide samples were superior to the on / off current characteristics of the cobalt salicide samples. For example, when the drain off current (Idoff) was 10 mA / µm, the nickel salicide samples showed a drain saturation current (Idsat) of about 220 mA / µm and the cobalt salicide samples had a drain saturation of about 185 mA / µm. The current Idsat was shown. That is, the drain saturation current of the nickel salicide samples was increased by about 19% compared to the drain saturation current of the cobalt salicide samples. As a result, the on / off current characteristics of the nickel salicide samples shown in FIG. 15B are significantly improved compared to the on / off current characteristics of the nickel salicide samples shown in FIG. 10B. This is because the P-type gate electrode and the P-type source / drain regions of the nickel salicide samples remain activated when the silicide formation stop film is omitted. Specifically, the improvement of the on / off current characteristics is due to the fact that the impurity depletion layer in the activated P-type gate electrode is narrower than the impurity depletion layer in the inactivated P-type gate electrode. Accordingly, the on current of the MOS transistor having the activated P-type gate electrode is greater than that of the MOS transistor having the deactivated P-type gate electrode. In addition, the improvement of the on / off current characteristics may be achieved by the P-type source / drain regions in which contact resistance between the activated P-type source / drain regions and the nickel silicide layer thereon is inactivated and the nickel silicide layer thereon. This is due to the fact that it is significantly smaller than the contact resistance between.

도 16a 및 도 17a는 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 NMOS 트랜지스터들의 전기적인 특성들을 보여주는 그래프들이고, 도 16b 및 도 17b는 상기 니켈 샐리사이드 기술을 사용하여 제작된 PMOS 트랜지스터들의 전기적인 특성들을 보여주는 그래프이다. 구체적으로, 도 16a 및 도 16b는 각각 NMOS 트랜지스터들의 C-V 플롯들 및 PMOS 트랜지스터들의 C-V 플롯들이다. 상기 C-V 플롯들은 도 11a 및 도 11b에서 설명된 것과 동일한 조건 하에서 측정되었다. 이 경우에, 상기 NMOS 트랜지스터들 및 PMOS 트랜지스터들 역시 50×50 ㎛2의 채널면적(게이트 면적)을 갖도록 형성되었다. 도 17a 및 도 17b는 각각 NMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성을 보여주는 그래프 및 PMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성을 보여주는 그래프이다. 도 17a 및 도 17b에 보여진 데이타들은 도 10a 및 도 10b에서 설명된 것과 동일한 바이어스 조건 하에서 측정되었다.16A and 17A are graphs showing electrical characteristics of NMOS transistors fabricated using nickel salicide technology, and FIGS. 16B and 17B are diagrams showing electrical characteristics of PMOS transistors fabricated using nickel salicide technology. It is a graph. Specifically, FIGS. 16A and 16B are CV plots of NMOS transistors and CV plots of PMOS transistors, respectively. The CV plots were measured under the same conditions as described in FIGS. 11A and 11B. In this case, the NMOS transistors and the PMOS transistors were also formed to have a channel area (gate area) of 50 × 50 μm 2 . 17A and 17B are graphs showing on / off current characteristics of NMOS transistors and on / off current characteristics of PMOS transistors, respectively. The data shown in FIGS. 17A and 17B were measured under the same bias conditions as described in FIGS. 10A and 10B.

상기 NMOS 트랜지스터들 및 PMOS 트랜지스터들의 게이트 절연막들은 14Å의 두께를 갖는 실리콘 옥시나이트라이드막으로 형성하였다. 또한, 상기 모스 트랜지스터들의 게이트 패턴들, LDD 영역들, 소오스/드레인 영역들, 실리사이드화 저지막들 및 실리사이드막들은 [표 1] 및 [표 2]에 기재된 것과 동일한 공정 조건들을 사용하여 형성하였다.The gate insulating films of the NMOS transistors and the PMOS transistors are formed of a silicon oxynitride film having a thickness of 14 占 퐉. In addition, the gate patterns, the LDD regions, the source / drain regions, the silicided stop layers, and the silicide layers of the MOS transistors were formed using the same process conditions as those described in [Table 1] and [Table 2].

도 16a 및 도 16b의 도면들에 있어서, 참조부호 "○"로 표시한 데이타들은실리사이드화 저지막(SBL; silicidation blocking layer)을 형성한 다음에 후열처리 공정이 적용된 시료들의 측정결과들(measurement results)을 나타내고, 참조부호 "△"로 표시한 데이타들은 소오스/드레인 이온주입 공정 후에 사전 열처리 공정을 채택하고 상기 실리사이드화 저지막의 형성공정 및 상기 후열처리 공정을 배제시킨 시료들의 측정결과들을 나타낸다. 또한, 참조부호 "□"로 표시한 데이타들은 상기 실리사이드화 저지막을 형성하기 전에 상기 사전 열처리 공정을 채택하고 상기 후 열처리 공정을 배제시킨 시료들의 측정결과들을 나타낸다.In the drawings of FIGS. 16A and 16B, data denoted by “○” are measurement results of samples subjected to a post-heat treatment process after forming a silicidation blocking layer (SBL). ), And the data denoted by "Δ" show measurement results of samples that adopt the pre-heat treatment process after the source / drain ion implantation process and exclude the formation of the silicided stopper film and the post-heat treatment process. In addition, the data indicated by " □ " represent measurement results of samples that adopted the pre-heat treatment step and exclude the post-heat treatment step before forming the silicided stopper film.

도 17a 및 도 17b의 도면들에 있어서, 참조부호 "△"로 표시한 데이타들은 실리사이드화 저지막(SBL; silicidation blocking layer)을 형성한 다음에 후열처리 공정이 적용된 시료들의 측정결과들을 나타내고, 참조부호 "□"로 표시한 데이타들은 소오스/드레인 이온주입 공정 후에 사전 열처리 공정을 채택하고 상기 실리사이드화 저지막(SBL)의 형성공정 및 상기 후열처리 공정을 배제시킨 시료들의 측정결과들을 나타낸다. 또한, 참조부호 "▽"로 표시한 데이타들은 상기 실리사이드화 저지막(SBL)을 형성하기 전에 상기 사전 열처리 공정을 채택하고 상기 후 열처리 공정을 배제시킨 시료들의 측정결과들을 나타낸다.In the drawings of FIGS. 17A and 17B, data denoted by "Δ" represent measurement results of samples to which a post-heat treatment process is applied after forming a silicidation blocking layer (SBL) and refer to it. The data indicated by the symbol " □ " represent measurement results of samples that adopt the pre-heat treatment process after the source / drain ion implantation process and exclude the formation process of the silicided blocking film SBL and the post-heat treatment process. In addition, the data denoted by "i" represent the measurement results of the samples adopting the pre-heat treatment process and excluding the post-heat treatment process before forming the silicided blocking film SBL.

상기 사전 열처리 공정 및 후 열처리 공정은 1050℃의 온도에서 급속 열처리 기술을 사용하여 실시하였다. 이때, 질소 가스가 분위기 가스로 사용되었다.The pre-heat treatment step and the post-heat treatment step were carried out using a rapid heat treatment technique at a temperature of 1050 ℃. At this time, nitrogen gas was used as the atmosphere gas.

도 16a 및 도 16b를 참조하면, 상기 사전 열처리 공정이 실시되었고 상기 후열처리 공정이 생략되었을 때, NMOS 트랜지스터의 반전 모드에서의 게이트 커패시턴스는 약 33 ㎊이었다. 이에 반하여, 상기 후열처리 공정이 실시되었거나 상기 실리사이드화 저지막의 형성공정이 생략되었을 때, 상기 NMOS 트랜지스터의 반전 모드에서의 게이트 커패시턴스는 약 36 ㎊이었다.16A and 16B, when the pre-heat treatment process was performed and the post-heat treatment process was omitted, the gate capacitance in the inversion mode of the NMOS transistor was about 33 kW. In contrast, when the post-heat treatment step or the formation of the silicided stop film was omitted, the gate capacitance in the inversion mode of the NMOS transistor was about 36 kW.

또한, 상기 사전 열처리 공정이 실시되었고 상기 후열처리 공정이 생략되었을 때, PMOS 트랜지스터의 반전 모드에서의 게이트 커패시턴스는 약 30 ㎊이었다. 이에 반하여, 상기 후열처리 공정이 실시되었거나 상기 실리사이드화 저지막의 형성공정이 생략되었을 때, 상기 PMOS 트랜지스터의 반전 모드에서의 게이트 커패시턴스는 약 33 ㎊이었다.Further, when the pre-heat treatment step was performed and the post-heat treatment step was omitted, the gate capacitance in the inversion mode of the PMOS transistor was about 30 kW. In contrast, when the post-heat treatment step or the silicide formation stop film formation step was omitted, the gate capacitance in the inversion mode of the PMOS transistor was about 33 kW.

결론적으로, 상기 후열처리 공정은 상기 NMOS 트랜지스터들 및 상기 PMOS 트랜지스터들의 C-V 특성들을 개선시키는 것으로 이해될 수 있다.In conclusion, the post-heat treatment process may be understood to improve C-V characteristics of the NMOS transistors and the PMOS transistors.

도 17a 및 도 17b를 참조하면, 상기 후열처리 공정을 채택하거나(employing) 상기 실리사이드화 저지막의 형성공정을 배제시킨(excluding) 모스 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성은 상기 사전 열처리 공정을 채택하고 상기 후열처리 공정을 배제시킨 모스 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성에 비하여 개선되었다. 예를 들면, NMOS 트랜지스터들의 드레인 오프 전류(Idoff)가 10 ㎁/㎛이었을 때, 상기 후열처리 공정을 채택하거나(employing) 상기 실리사이드화 저지막의 형성공정을 배제시킨(excluding) NMOS 트랜지스터들의 드레인 포화전류(Idsat)는 약 590 ㎂/㎛이었고 상기 사전 열처리 공정을 채택하고 상기 후열처리 공정을 배제시킨 NMOS 트랜지스터들의 드레인 포화전류(Idsat)는 약 550 ㎂/㎛이었다. 또한, PMOS 트랜지스터들의 드레인 오프 전류(Idoff)가 10 ㎁/㎛이었을 때, 상기 후열처리 공정을 채택하거나(employing) 상기 실리사이드화 저지막의 형성공정을배제시킨(excluding) PMOS 트랜지스터들의 드레인 포화전류(Idsat)는 약 300 ㎂/㎛이었고 상기 사전 열처리 공정을 채택하고 상기 후열처리 공정을 배제시킨 PMOS 트랜지스터들의 드레인 포화전류(Idsat)는 약 270 ㎂/㎛이었다.Referring to FIGS. 17A and 17B, on / off current characteristics of MOS transistors employing the post-heat treatment process or excluding the formation of the silicided stoppage film may include the pre-heat treatment process. The on / off current characteristics of MOS transistors excluding the heat treatment process are improved. For example, when the drain off current Idoff of the NMOS transistors is 10 mA / m, the drain saturation current of the NMOS transistors employing the post-heat treatment process or excluding the formation of the silicided stop film. (Idsat) was about 590 mA / μm, and the drain saturation current (Idsat) of the NMOS transistors adopting the pre-heat treatment process and excluding the post-heat treatment process was about 550 mA / μm. In addition, when the drain off current Idoff of the PMOS transistors is 10 ㎁ / µm, the drain saturation current Idsat of the PMOS transistors employing the post-heat treatment process or excluding the formation of the silicided stop layer is excluded. ) Was about 300 mA / μm and the drain saturation current (Idsat) of the PMOS transistors adopting the pre-annealed process and excluding the post-heat treatment process was about 270 mA / μm.

결론적으로, 상기 후열처리 공정은 상기 NMOS 트랜지스터들 및 상기 PMOS 트랜지스터들의 온/오프 전류 특성을 개선시키는 것으로 이해될 수 있다.In conclusion, the post-heat treatment process may be understood to improve on / off current characteristics of the NMOS transistors and the PMOS transistors.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 니켈 샐리사이드 공정 전에 실리사이드화 저지막을 갖는 반도체기판을 열처리하는 경우에 안정된 전기적인 특성을 갖는 고성능 모스 트랜지스터들을 구현할 수 있다.As described above, according to the present invention, high-performance MOS transistors having stable electrical characteristics may be implemented when heat-treating a semiconductor substrate having a silicided stop film before a nickel salicide process.

Claims (32)

반도체기판의 소정영역에 불순물 이온들을 주입하여 불순물층을 형성하고,Impurity ions are implanted into a predetermined region of the semiconductor substrate to form an impurity layer, 상기 불순물층을 갖는 반도체기판 상에 상기 불순물층을 노출시키는 실리사이드화 저지막 패턴(silicidation blocking layer pattern)을 형성하고,Forming a silicidation blocking layer pattern exposing the impurity layer on the semiconductor substrate having the impurity layer, 상기 실리사이드화 저지막 패턴을 갖는 반도체기판을 후열처리하여(post-annealing) 상기 불순물층 내의 불순물들을 활성화시키고,Post-annealing the semiconductor substrate having the silicided stop layer pattern to activate impurities in the impurity layer, 상기 활성화된 불순물층의 표면에 니켈 실리사이드막을 선택적으로 형성하는 것을 포함하는 니켈 샐리사이드 공정.Nickel salicide process comprising selectively forming a nickel silicide film on the surface of the activated impurity layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 불순물 이온들은 N형 불순물 이온들 또는 P형 불순물 이온들인 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.And the impurity ions are N-type impurity ions or P-type impurity ions. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리사이드화 저지막 패턴을 형성하기 전에, 상기 불순물층을 포함하는 반도체기판을 사전 열처리하여(pre-annealing) 상기 불순물층 내의 불순물들을 활성화시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.And prior to forming the silicided stop layer pattern, pre-annealing the semiconductor substrate including the impurity layer to activate impurities in the impurity layer. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 사전 열처리 공정은 830℃ 내지 1150℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.The pre-heat treatment step is nickel salicide process, characterized in that carried out at a temperature of 830 ℃ to 1150 ℃. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 사전 열처리 공정은 질소가스를 분위기 가스(ambient gas)로 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.The pre-heat treatment step is a nickel salicide process, characterized in that carried out using nitrogen gas as an ambient gas (ambient gas). 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 사전 열처리 공정은 급속 열처리 공정을 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.The pre-heat treatment step is a nickel salicide process, characterized in that carried out using a rapid heat treatment process. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리사이드화 저지막 패턴(silicidation blocking layer pattern)은 535℃ 내지 825℃의 온도에서 실리콘 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.The silicided blocking layer pattern (silicidation blocking layer pattern) is a nickel salicide process, characterized in that the silicon nitride film formed at a temperature of 535 ℃ to 825 ℃. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 후열처리 공정은 830℃ 내지 1150℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.Nickel salicide process, characterized in that the post-heat treatment step is carried out at a temperature of 830 ℃ to 1150 ℃. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 후열처리 공정은 질소가스를 분위기 가스(ambient gas)로 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.The post-heat treatment process is a nickel salicide process, characterized in that carried out using nitrogen gas as an ambient gas (ambient gas). 반도체기판 상에 불순물 이온들로 도우핑된 실리콘 패턴을 형성하고,Forming a silicon pattern doped with impurity ions on the semiconductor substrate, 상기 도우프트 실리콘 패턴을 갖는 반도체기판 상에 상기 도우프트 실리콘 패턴을 노출시키는 실리사이드화 저지막 패턴(silicidation blocking layer pattern)을 형성하고,Forming a silicidation blocking layer pattern exposing the doped silicon pattern on the semiconductor substrate having the doped silicon pattern; 상기 실리사이드화 저지막 패턴을 갖는 반도체기판을 후열처리하여(post-annealing) 상기 도우프트 실리콘 패턴 내의 불순물들을 활성화시키고,Post-annealing the semiconductor substrate having the silicided stop layer pattern to activate impurities in the doped silicon pattern, 상기 활성화된 실리콘 패턴의 표면에 니켈 실리사이드막을 선택적으로 형성하는 것을 포함하는 니켈 샐리사이드 공정.Nickel salicide process comprising selectively forming a nickel silicide film on the surface of the activated silicon pattern. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 실리콘 패턴은 폴리실리콘막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.Nickel salicide process, characterized in that the silicon pattern is formed of a polysilicon film. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 불순물 이온들은 N형 불순물 이온들 또는 P형 불순물 이온들인 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.And the impurity ions are N-type impurity ions or P-type impurity ions. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 실리사이드화 저지막 패턴을 형성하기 전에, 상기 도우프트 실리콘 패턴을 포함하는 반도체기판을 사전 열처리하여(pre-annealing) 상기 도우프트 실리콘 패턴 내의 불순물들을 활성화시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.And prior to forming the silicided stop layer pattern, pre-annealing the semiconductor substrate including the doped silicon pattern to activate impurities in the doped silicon pattern. Side process. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 사전 열처리 공정은 830℃ 내지 1150℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.The pre-heat treatment step is nickel salicide process, characterized in that carried out at a temperature of 830 ℃ to 1150 ℃. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 사전 열처리 공정은 질소가스를 분위기 가스로 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.The pre-heat treatment step is a nickel salicide process, characterized in that carried out using nitrogen gas as the atmosphere gas. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 사전 열처리 공정은 급속 열처리 공정을 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.The pre-heat treatment step is a nickel salicide process, characterized in that carried out using a rapid heat treatment process. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 실리사이드화 저지막 패턴(silicidation blocking layer pattern)은 535℃ 내지 825℃의 온도에서 실리콘 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.The silicided blocking layer pattern (silicidation blocking layer pattern) is a nickel salicide process, characterized in that the silicon nitride film formed at a temperature of 535 ℃ to 825 ℃. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 후열처리 공정은 830℃ 내지 1150℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.Nickel salicide process, characterized in that the post-heat treatment step is carried out at a temperature of 830 ℃ to 1150 ℃. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 후열처리 공정은 질소가스를 분위기 가스로 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 니켈 샐리사이드 공정.The post-heat treatment step is a nickel salicide process, characterized in that carried out using nitrogen gas as the atmosphere gas. 반도체기판 상에 게이트 절연막을 형성하고,Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate, 상기 게이트 절연막의 소정영역 상에 게이트 패턴을 형성하고,Forming a gate pattern on a predetermined region of the gate insulating film, 상기 게이트 패턴의 측벽 상에 절연성 스페이서(insulating spacer)를 형성하고,Forming an insulating spacer on the sidewall of the gate pattern, 상기 게이트 패턴 및 상기 스페이서를 이온주입 마스크로 사용하여 상기 반도체기판 내에 불순물 이온들을 주입하여 소오스/드레인 영역들을 형성하고,Source / drain regions are formed by implanting impurity ions into the semiconductor substrate using the gate pattern and the spacer as an ion implantation mask; 상기 소오스/드레인 영역들을 갖는 반도체기판 상에 상기 게이트 패턴 및 상기 소오스/드레인 영역을 노출시키는 실리사이드화 저지막 패턴을 형성하고,Forming a silicided stop layer pattern exposing the gate pattern and the source / drain region on a semiconductor substrate having the source / drain regions, 상기 실리사이드화 저지막 패턴을 갖는 반도체기판을 후열처리하여 상기 게이트 패턴 및 상기 소오스/드레인 영역들 내의 불순물들을 활성화시키고,Thermally treating the semiconductor substrate having the silicided stop layer pattern to activate impurities in the gate pattern and the source / drain regions, 상기 활성화된 게이트 패턴의 표면 및 상기 활성화된 소오스/드레인 영역들의 표면들에 니켈 실리사이드막을 선택적으로 형성하는 것을 포함하는 모스 트랜지스터의 제조방법.And selectively forming a nickel silicide film on the surface of the activated gate pattern and the surfaces of the activated source / drain regions. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 게이트 패턴은 폴리 실리콘막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.And the gate pattern is formed of a polysilicon film. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 불순물 이온들은 N형 불순물 이온들 또는 P형 불순물 이온들인 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.And the impurity ions are N-type impurity ions or P-type impurity ions. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 실리사이드화 저지막 패턴을 형성하기 전에, 상기 소오스/드레인 영역들을 포함하는 반도체기판을 사전 열처리하여 상기 게이트 패턴 및 상기 소오스/드레인 영역들 내의 불순물들을 활성화시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.Before forming the silicided stop layer pattern, the MOS transistor further comprises preheating a semiconductor substrate including the source / drain regions to activate impurities in the gate pattern and the source / drain regions. Manufacturing method. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 사전 열처리 공정은 830℃ 내지 1150℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.The pre-heat treatment step is a method of manufacturing a MOS transistor, characterized in that carried out at a temperature of 830 ℃ to 1150 ℃. 제 24 항에 있어서,The method of claim 24, 상기 사전 열처리 공정은 질소가스를 분위기 가스로 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.The pre-heat treatment step is a manufacturing method of the MOS transistor, characterized in that carried out using nitrogen gas as the atmosphere gas. 제 25 항에 있어서,The method of claim 25, 상기 사전 열처리 공정은 급속 열처리 공정을 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.The preheating step is a method of manufacturing a MOS transistor, characterized in that carried out using a rapid heat treatment step. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 실리사이드화 저지막 패턴을 형성하는 것은 535℃ 내지 825℃의 온도에서 실리콘 질화막을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.Forming the silicided blocking layer pattern comprises forming a silicon nitride film at a temperature of 535 ℃ to 825 ℃. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 후열처리 공정은 830℃ 내지 1150℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.The post-heat treatment process is a method of manufacturing a MOS transistor, characterized in that carried out at a temperature of 830 ℃ to 1150 ℃. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 후열처리 공정은 질소가스를 분위기 가스로 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.The post-heat treatment step is a method of manufacturing a MOS transistor, characterized in that carried out using nitrogen gas as the atmosphere gas. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 니켈 실리사이드막을 선택적으로 형성하는 것은Selectively forming the nickel silicide film 상기 후열처리 공정이 완료된 반도체기판의 표면을 세정하여 상기 활성화된 게이트 패턴의 표면 및 상기 활성화된 소오스/드레인 영역들의 표면을 노출시키고,Cleaning the surface of the semiconductor substrate on which the post-heat treatment process is completed to expose the surface of the activated gate pattern and the surface of the activated source / drain regions, 상기 세정된 반도체기판의 전면 상에 니켈막을 형성하고,Forming a nickel film on the entire surface of the cleaned semiconductor substrate, 상기 니켈막을 갖는 반도체기판을 400℃ 내지 530℃의 온도에서 열처리하여 상기 게이트 패턴 및 상기 소오스/드레인 영역 상에 니켈 모노 실리사이드막(nickel mono-silicide layer; NiSi layer)을 형성하고,Heat treating the semiconductor substrate having the nickel film at a temperature of 400 ° C. to 530 ° C. to form a nickel mono-silicide layer (NiSi layer) on the gate pattern and the source / drain region; 상기 스페이서 상에 잔존하는 미반응된 니켈막(unreacted nickel layer)을 제거하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.Removing an unreacted nickel layer remaining on the spacer. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 니켈막은 순수 니켈막(pure nickel layer) 또는 니켈 합금막(nickel alloy layer)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.The nickel film is a method of manufacturing a MOS transistor, characterized in that formed of a pure nickel layer (pure nickel layer) or a nickel alloy layer (nickel alloy layer). 제 31 항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 니켈 합금막은 탄탈륨(Ta), 지르코늄(Zr), 타이타늄(Ti), 하프니움(Hf), 텅스텐(W), 코발트(Co), 백금(Pt), 팔라디움(Pd), 바나디움(V), 니오비움(Nb) 또는 이들의 조합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 모스 트랜지스터의 제조방법.The nickel alloy film is tantalum (Ta), zirconium (Zr), titanium (Ti), hafnium (Hf), tungsten (W), cobalt (Co), platinum (Pt), palladium (Pd), vanadium (V), Niobium (Nb) or a combination thereof.
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