JP2000031088A - 半導体装置のコンタクトホ―ルを形成する方法 - Google Patents

半導体装置のコンタクトホ―ルを形成する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置のコンタクトホールを形成する方
法を提供する。 【解決手段】 複数のゲートスタックを有する半導体基
板の前面に第1絶縁膜を形成する段階と半導体基板の前
面に第1絶縁膜を覆う層間絶縁膜を形成する段階と、層
間絶縁膜をエッチングしてゲートスタックの間にコンタ
クトホールを形成する段階と、半導体基板の前面に第2
絶縁膜を形成する段階と、第2絶縁膜をエッチバックし
て前記コンタクトホール内部の両側壁にスペーサを形成
する段階と、ゲートスタックの間の半導体基板を露出す
るようにスペーサ及び層間絶縁膜をマスクとして使用し
て第1絶縁膜をエッチングする段階とを含むことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関するものであり、より詳しくは、コンタクトホ
ールを形成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】工程技術及び設計技術の速い発展は、半
導体メモリ装置の高集積を可能にするが、半導体メモリ
装置が高集積化されれば高集積化されるほどデザインル
−ル(最小配線幅;minimum feature size)はそれに比
例して縮小される。縮小されるデザインルールにより半
導体集積回路を製造する時縮小された以後の配線抵抗は
縮小される以前のそれと同一に維持されなければならな
い。デザインルールの縮小による配線抵抗を同一に維持
するために、縮小される配線幅に相応して配線の高さが
増加されなければならないことは、この分野の通常的な
知識を持つ者にとって自明である。
【0003】このような状況下で、半導体メモリ装置の
高集積化によりコンタクトホール(contact hole)(又
は、コンタクトオープニング(contact opening))を
形成することが徐々に最大の争点になっている。このよ
うな争点は、ダイナミックランダムアクセスメモリ(dy
namic random accessmemory;DRAM)、特にCOB
(Capacitor Over Bitine)構造を有するDRAMにお
いてさらに重要視されている。
【0004】図1乃至図4は、従来の技術に係るコンタ
クトホール形成方法を説明するための断面図である。図
1を参照すると、情報貯蔵手段(information storage
means)としてメモリセル(各々が一つのキャパシタと
一つのスイッチングトランジスタで構成される)が形成
されるセルアレイ領域(cell array area)とコア領域
(core area)に分けられた半導体基板10には、ゲー
ト電極パターン18が形成される。
【0005】各ゲート電極パターン18はゲート酸化膜
11、ゲート電極15そしてシリコン窒化物質で形成さ
れるキャッピング膜(capping layer)16で構成さ
れ、ゲート電極15は、図1に示されたように、ポリシ
リコン膜(polysilicon layer;12)上にタングステン
シリサイド(WSi;14)が積層された構造を有す
る。 その後、セルアレイ領域とコア領域とを含む半導体
基板10の前面には、所定厚さを有する第1シリコン窒
化膜20がこの分野によく知られた工程技術(例えば、
CVD)を用いて形成される。
【0006】以後、ゲート電極パターン18の両側壁上
にスペーサ(spacer)21を形成するために、第1シリ
コン窒化膜20はこの分野の通常的なエッチング工程
(例えば、反応性イオンエッチング工程(Reactive−Io
n Etching process))によりエッチングされる。その
後、図2に示されたように、半導体基板10の前面に
は、第1シリコン窒化膜20に比較し相対的に薄い第2
シリコン窒化膜22と層間絶縁膜24が順次に形成され
る。
【0007】半導体基板10のセルアレイ領域には、第
2シリコン窒化膜22をエッチング阻止層(etch stopp
er layer)として使用してコンタクトホール26が、図
3に示されたように形成される。その後、エッチング阻
止層として使用され、コンタクトホール内に残っている
第2シリコン窒化膜22が除去された工程結果物は図4
の通りである。このような一連の製造段階を通じて、コ
ンタクトホールが形成される。ここで、図3及び図4に
示されたように、半導体基板10のコア領域には、前述
した製造方法によるコンタクトホールが形成されない。
【0008】しかし、前述した従来のコンタクトホール
製造方法によると、コンタクトホール26を形成する段
階で、ゲート電極パターン18の角部にエッチング阻止
層として使用された第2シリコン窒化膜22がエッチン
グされる。これにより第2シリコン窒化膜22、第1シ
リコン窒化膜20、即ちスペーサ21そしてキャッピン
グ膜16が同一な物質で形成されるので、エッチング阻
止層として使用された第2シリコン窒化膜22が除去さ
れる中にゲート電極パターン18の角部にある第1シリ
コン窒化膜20、即ち、スペーサ21及びキャッピング
膜16が、図4に点線で示されたように、エッチングさ
れる。
【0009】その結果、図面には示されなかったが、ス
トレージノード及びビットライン用導電パッド(conduc
tive pad)(又は、ランディングパッド(landing pa
d)、導電プラグ(conductive plug))を形成するため
にコンタクトホ−ル26に導電物質が充填される時、導
電パッドとゲート電極15は電気的に連結される。従っ
て、導電パッド(以後形成される)とゲート電極15と
の間に絶縁にならないというのが従来の問題点である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ビッ
トライン及びストレージノード用導電パッドとゲート電
極との間の良い絶縁特性が維持されるようにする半導体
装置のコンタクトホール製造方法を提供することであ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】前述したような目的を達
成するための本発明の一特徴によると、半導体装置のコ
ンタクトホールを形成する方法において、複数のゲート
スタックを有する半導体基板の前面に第1絶縁膜を形成
する段階と、半導体基板の前面に第1絶縁膜を覆う層間
絶縁膜を形成する段階と、層間絶縁膜をエッチングして
ゲートスタックの間にコンタクトホールを形成する段階
と、半導体基板の前面に第2絶縁膜を形成する段階と、
第2絶縁膜をエッチバックしてコンタクトホール内部の
両側壁にスペーサを形成する段階と、ゲートスタックの
間の半導体基板を露出するようにスペーサ及び層間絶縁
膜をマスクとして使用して第1絶縁膜をエッチングする
段階とを含むことを特徴とする。
【0012】この実施形態において、第1層間絶縁膜は
約50Å−100Åの厚さを有するシリコン窒化膜で形
成されることを特徴とする。 この実施形態において、第1絶縁膜はコンタクトホール
を形成する段階の間にエッチングストッパ(etching st
opper)として作用することを特徴とする。
【0013】この実施形態において、第2絶縁膜は約3
00Å乃至500Åの厚さを有するシリコン酸化膜で形
成されることを特徴とする。 この実施形態において、ゲートスタック各々はゲート酸
化膜、ゲート電極及びゲートキャッピング膜を含むこと
を特徴とする。
【0014】本発明の他の特徴によると、半導体装置の
コンタクトホールを形成する方法において、ゲートスタ
ックを有する半導体基板の前面に第1絶縁膜及び第2絶
縁膜を順次に形成する段階と、ゲートスタティックは半
導体基板のセルアレイ領域及びコア領域に各々形成さ
れ、コア領域のみを露出するように第2絶縁膜上に第1
フォトレジストパターンを形成する段階と、第1フォト
レジストパターンをマスクとして使用して第2及び第1
絶縁膜を順次にエッチングする段階と、第1フォトレジ
ストパターンを除去した後、セルアレイ領域のみを露出
するように第2フォトレジストパターンを形成する段階
と、第2フォトレジストパターンをマスクとして使用し
て第1絶縁膜が露出される時までセルアレイ領域の第2
絶縁膜をエッチングしてゲートスタックの間にコンタク
トホールを形成する段階と、第2フォトレジストパター
ンを除去した後、半導体基板の前面に層間絶縁膜を形成
する段階と、層間絶縁膜をエッチングしてセルアレイ領
域のゲートスタティックの間にコンタクトホールを形成
する段階と、半導体基板の前面に第3絶縁膜を形成する
段階と、第3絶縁膜をエッチバックしてコンタクトホー
ル内部の両側壁にスペーサを形成する段階と、セルアレ
イ領域にあるゲートスタックの間の半導体基板を露出す
るようにスペーサ及び層間絶縁膜をマスクとして使用し
て第1絶縁膜をエッチングする段階とを含むことを特徴
とする。
【0015】この実施形態において、第1絶縁膜は50
Å−100Åの厚さを有するシリコン窒化膜で形成され
ることを特徴とする。 この実施形態において、第2絶縁膜は500Åの厚さを
有するシリコン酸化膜で形成されることを特徴とする。
この実施形態において、第3絶縁膜は300Å乃至50
0Åの厚さを有するシリコン酸化膜で形成されることを
特徴とする。
【0016】この実施形態において、第1絶縁膜はコン
タクトホールを形成する段階の間にエッチングストッパ
として作用することを特徴とする。このような装置によ
り、エッチング阻止層として使用されるシリコン窒化膜
を除去する時誘発されるゲート電極パターンの角部の露
出現象が防止できる。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の新たなコンタクトホール
製造方法によると、ゲート電極パターン142を形成し
た後エッチング阻止層としてシリコン窒化膜144が半
導体基板100の前面に形成される。その後、ここに層
間絶縁膜を蒸着させてビットライン及びストレージノー
ド用コンタクトホール156が形成されてコンタクトホ
ール内部の両側壁には、シリコン酸化膜を用いてスペー
サ160が形成される。
【0018】これは、エッチング阻止層として使用され
るシリコン窒化膜144が除去される時、スペーサ16
0が完全にエッチングされないようにしてゲート電極1
40とストレージ電極及びビットライン用導電パッド1
62の間の電気的な連結が防止できる。
【0019】図5は、DRAM装置の概略的なレイアウ
トを示す図面である。図5を参照すると、半導体基板1
00には、複数のゲート電極142が並列に所定間隔を
置いて配列されている。各ゲート電極142の間には、
ストレージノード用導電パッド162及びビットライン
用導電パッド166が図5に示されたように形成されて
いる。ストレージノード用導電パッド162上には、電
気的に連結されるそして対応するストレージノード16
4が形成されている。
【0020】そして、ゲート電極142と直交する方向
へ複数のビットライン110が並列に配列され、対応す
るビットライン用導電パッド166と電気的に各々連結
される(即ち、アクティブ−ビットラインコンタクト1
12を形成する)。図5の点線3a−3a’に沿って切
断された断面を基準にして、本発明によるコンタクトホ
−ルの形成方法を説明するための断面図が図6乃至図1
4に示されている。
【0021】二進情報を貯蔵するための複数のメモリセ
ル(memory cells)が形成されるセルアレイ領域(cell
array area)そしてコア領域として分離された半導体
基板100上には、ゲート電極パターン142が通常の
工程技術により形成される。ゲート電極パターン142
はゲート酸化膜132、ゲート電極140そしてシリコ
ン窒化物質で形成されるキャッピング膜138より構成
される。
【0022】本発明の望ましい実施形態によるゲート電
極140は、約700Åの厚さを有するポリシリコン膜
134上に約1000Åの厚さを有するタングステンシ
リサイド膜(WSi)136が積層された構造で形成さ
れる。しかし、ゲート電極140が異なる構造で形成で
きることは、この分野の通常的な知識を持つ者に自明で
ある。その後、セルアレイ領域そしてコア領域を含む半
導体基板100の前面には、第1絶縁膜144及び第2
絶縁膜146が順次に形成される。第1絶縁膜144は
大略50Å−100Åの厚さを有するシリコン窒化膜1
44で形成され、第2絶縁膜146は大略500Åの厚
さを有するシリコン酸化膜で形成される。
【0023】その後、コア領域の半導体基板100が露
出されるようにセルアレイ領域の半導体基板100の前
面を覆う第1フォトレジストパターン148が形成され
た後、第1フォトレジストパターン148をマスクとし
て使用して半導体基板100が露出される時まで第2絶
縁膜146及び第1絶縁膜144を順次にエッチングす
る。エッチング工程結果として、図7に示されたよう
に、コア領域のゲート電極パターン142の両側壁に
は、シリコン窒化物質と高温熱酸化物質で構成されたス
ペーサ150が形成される。
【0024】図8を参照すると、第1フォトレジストパ
ターン148を除去した後、コア領域の半導体基板10
0の前面には、セルアレイ領域の半導体基板100上に
形成された構造物が露出されるように第2フォトレジス
トパターン152が形成される。第2フォトレジストパ
ターン152をマスクとして使用してセルアレイ領域の
半導体基板100上に形成されたシリコン酸化膜146
が湿式エッチングにより除去される。第2フォトレジス
トパターン152が除去された後、層間絶縁膜154が
セルアレイ領域及びコア領域を含む半導体基板100の
前面に形成され、この分野の通常的な技術(例えば、C
MP技術)により平板化されると、図9のような工程結
果物が得られる。
【0025】図5に示されたようなビットライン用導電
パット166及びストレージノード用導電パッド162
を形成するためのコンタクトホール156が第1絶縁膜
144をエッチング阻止層を用いて、この分野のよく知
られたフォトエッチング工程(photo-etchingprocess)
により図10に示されたようにセルアレイ領域にのみ形
成される。その後、コア領域及びセルアレイ領域を含ん
だ半導体基板100の前面には、図11に示されたよう
に、第3絶縁膜158が通常の技術(例えば、CVD技
術)により形成される。第3絶縁膜158は、約300
Å乃至500Åの厚さを有するシリコン酸化膜で形成さ
れる。
【0026】その後、コンタクトホールの内部の両側壁
にスペーサ160を形成するために、第3絶縁膜158
が第1絶縁膜144即ち、シリコン窒化膜をエッチング
阻止層として使用してこの分野の通常的なエッチング工
程(例えば、RIE工程)によりエッチングされる。 そ
の結果、図12に示された工程結果物が得られる。ここ
で、ゲート電極パターン142の両側壁に残っている
し、各スペーサ160を構成するシリコン窒化膜はシリ
コン酸化膜により覆われている。
【0027】そして、スペーサ160を形成するシリコ
ン酸化膜とシリコン窒化膜の選択比を用いてコンタクト
ホール156の下部面に残っているそして半導体基板1
00と接したシリコン窒化膜144が、図13に示され
たように、除去される。この際、ゲート電極パターン1
42の両側壁に残っているシリコン窒化膜144がシリ
コン酸化膜により保護されるので、ゲート電極パターン
の角部が過度にエッチングされない。以後、この分野の
通常的な工程技術によってストレージノード用導電パッ
ド162及びビットライン用導電パッド166そしてス
トレージノード164が図14に示されたように形成さ
れる。
【0028】
【発明の効果】前述したように、ゲート電極パターンを
形成した後比較的薄いシリコン窒化膜をエッチング阻止
層として形成する。その後、層間絶縁膜内にビットライ
ン及びストレージノード用コンタクトホールを形成し、
コンタクトホール内にシリコン酸化膜を用いた酸化膜ス
ペーサを形成する。これによって、エッチング阻止層と
して使用されるシリコン窒化膜をエッチングする時ゲー
トスペーサのエッチングが減少されるようにしてゲート
電極とストレージノードとの間の電気的な絶縁が確保で
きる。又、ゲート電極の間スペーサが従来技術よりスペ
ーサ厚さの二倍ほど広がるので、層間絶縁膜の蒸着時ボ
イド(void)のない工程が進行できる。これは、本発明
のもう一つの特徴として、DRAMの最も重要な要素の
収縮性(shrinkability)を大きく左右するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来技術によるコンタクトホール形成方法を
説明するための断面図である。
【図2】 従来技術によるコンタクトホール形成方法を
説明するための断面図である。
【図3】 従来技術によるコンタクトホール形成方法を
説明するための断面図である。
【図4】 従来技術によるコンタクトホール形成方法を
説明するための断面図である。
【図5】 DRAMのレイアウトを示す図面である。
【図6】 図5で点線3a−3a’に沿って切断された
断面を基準として本発明の望ましい実施形態によるコン
タクトホール形成方法を説明するための断面図である。
【図7】 図5で点線3a−3a’に沿って切断された
断面を基準として本発明の望ましい実施形態によるコン
タクトホール形成方法を説明するための断面図である。
【図8】 図5で点線3a−3a’に沿って切断された
断面を基準として本発明の望ましい実施形態によるコン
タクトホール形成方法を説明するための断面図である。
【図9】 図5で点線3a−3a’に沿って切断された
断面を基準として本発明の望ましい実施形態によるコン
タクトホール形成方法を説明するための断面図である。
【図10】 図5で点線3a−3a’に沿って切断され
た断面を基準として本発明の望ましい実施形態によるコ
ンタクトホール形成方法を説明するための断面図であ
る。
【図11】 図5で点線3a−3a’に沿って切断され
た断面を基準として本発明の望ましい実施形態によるコ
ンタクトホール形成方法を説明するための断面図であ
る。
【図12】 図5で点線3a−3a’に沿って切断され
た断面を基準として本発明の望ましい実施形態によるコ
ンタクトホール形成方法を説明するための断面図であ
る。
【図13】 図5で点線3a−3a’に沿って切断され
た断面を基準として本発明の望ましい実施形態によるコ
ンタクトホール形成方法を説明するための断面図であ
る。
【図14】 図5で点線3a−3a’に沿って切断され
た断面を基準として本発明の望ましい実施形態によるコ
ンタクトホール形成方法を説明するための断面図であ
る。
【符号の説明】
10,100 半導体基板 18,142 ゲート電極パターン 21,160 ゲートスペーサ 24,154 層間絶縁膜 26,156 コンタクトホール 142 ゲート電極 162,166 導電パッド 164 ストレージノード 110 ビットライン 144 第1絶縁膜 146 第2絶縁膜 158 第3絶縁膜

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置のコンタクトホールを形成
    する方法において、 複数のゲートスタックを有する半導体基板の前面に第1
    絶縁膜を形成する段階と、 前記半導体基板の前面に前記第1絶縁膜を覆う層間絶縁
    膜を形成する段階と、 前記層間絶縁膜をエッチングして前記ゲートスタックの
    間に前記コンタクトホールを形成する段階と、 前記半導体基板の前面に第2絶縁膜を形成する段階と、 前記第2絶縁膜をエッチバックして前記コンタクトホー
    ル内部の両側壁にスペーサを形成する段階と、 前記ゲートスタックの間の前記半導体基板を露出するよ
    うに前記スペーサ及び前記層間絶縁膜をマスクとして使
    用して前記第1絶縁膜をエッチングする段階とを含むこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1絶縁膜は、約50Å−100
    Åの厚さを有するシリコン窒化膜で形成されることを特
    徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第1絶縁膜は、前記コンタクトホ
    ールを形成する段階の間にエッチングストッパとして作
    用することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第2絶縁膜は、約300Å乃至5
    00Åの厚さを有するシリコン酸化膜で形成されること
    を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記ゲートスタック各々は、ゲート酸
    化膜、ゲート電極及びゲートキャッピング膜とを含むこ
    とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 半導体装置のコンタクトホールを形成
    する方法において、 ゲートスタックを有する半導体基板の前面に第1及び第
    2絶縁膜を順次に形成する段階と、 前記ゲートスタックは、前記半導体基板のセルアレイ領
    域及びコア領域に各々形成され、 前記コア領域のみを露出するように前記第2絶縁膜上に
    第1フォトレジストパターンを形成する段階と、 前記第1フォトレジストパターンをマスクとして使用し
    て前記第2及び第1絶縁膜を順次にエッチングして前記
    コア領域のゲートスタックの両側壁にスペーサを形成す
    る段階と、 前記第1フォトレジストパターンを除去した後、前記セ
    ルアレイ領域のみを露出するように第2フォトレジスト
    パターンを形成する段階と、 前記第2フォトレジストパターンをマスクとして使用し
    て前記第1絶縁膜が露出される時まで前記セルアレイ領
    域の前記第2絶縁膜をエッチングする段階と、 前記第2フォトレジストパターンを除去した後、前記半
    導体基板の前面に層間絶縁膜を形成する段階と、 前記層間絶縁膜をエッチングして前記セルアレイ領域の
    ゲートスタックの間に前記コンタクトホールを形成する
    段階と、 前記半導体基板の前面に第3絶縁膜を形成する段階と、 前記第3絶縁膜をエッチバックして前記コンタクトホー
    ル内部の両側壁にスペーサを形成する段階と、 前記セルアレイ領域にあるゲートスタックの間の前記半
    導体基板を露出するように前記スペーサ及び前記層間絶
    縁膜をマスクとして使用して前記第1絶縁膜をエッチン
    グする段階とを含むことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  7. 【請求項7】 前記第1絶縁膜は、50Å−100Å
    の厚さを有するシリコン窒化膜で形成されることを特徴
    とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記第2絶縁膜は、500Åの厚さを
    有するシリコン酸化膜で形成されることを特徴とする請
    求項6に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記第3絶縁膜は、300Å乃至50
    0Åの厚さを有するシリコン酸化膜で形成されることを
    特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記第1絶縁膜は、前記コンタクト
    ホールを形成する段階の間にエッチングストッパとして
    作用することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置
    の製造方法。
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