JP2003007820A - 半導体素子のプラグ製造方法 - Google Patents
半導体素子のプラグ製造方法Info
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Abstract
速度を向上させるための半導体素子のセルプラグ製造方
法を提供する。 【解決手段】 所定の下部パターンが形成された半導体
基板21上に第1層間絶縁膜24を形成し、その第1層
間絶縁膜24を貫通して半導体基板21に連結される第
1セルプラグ25を形成し、半導体基板の全面に第2層
間絶縁膜26を形成した後第1セルプラグ25の上端表
面が露出されるように第2層間絶縁膜26にコンタクト
ホールを形成し、露出された第1セルプラグ25の表面
にシリサイドコンタクト28を形成し、コンタクトホー
ルを含んでいる全面に第2セルプラグ物質を形成し、平
坦化工程で第2層間絶縁膜26上の第2セルプラグ物質
を除去してコンタクトホールに第2セルプラグ29aを
形成する。
Description
方法に関するもので、特に、プラグ抵抗を減少させてメ
モリ用半導体素子のリード/ライト動作速度を向上させ
るための半導体素子のプラグ製造方法に関する。
よる半導体素子のプラグ製造方法を説明する。
体素子のプラグ製造工程の断面図である。従来の半導体
素子の製造方法は、図1aに示すように、半導体基板1
1の所定領域上に複数のゲート12を形成し、ゲート1
2を形成させた半導体基板11の全面に絶縁膜を堆積さ
せた後、ゲート12の両側面にだけ残るように絶縁膜を
選択的に除去して絶縁膜側壁13を形成する。
不純物イオンを注入してゲート12の両側、絶縁膜側壁
13の下をも含めた半導体基板11にソース/ドレイン
不純物領域を形成する。次に、半導体基板11の全面に
所定厚さの第1層間絶縁膜14を堆積した後、エッチバ
ック又は化学機械的錬磨工程でゲート12の上端表面が
露出されるように第1層間絶縁膜14を平坦化させる。
された領域を露出するように第1層間絶縁膜14を選択
的に除去して第1コンタクトホールを形成し、その第1
コンタクトホールに多結晶又は単結晶シリコンを埋め込
んで第1プラグ15を形成する。その後さらに基板全面
に第1層間絶縁膜16を堆積し、フォトリソグラフィや
エッチング工程で第1プラグ15とそれに隣接した領域
を露出するように第2層間絶縁膜16を選択的に除去し
て第2コンタクトホール17を形成する。
ル17を含んでいる半導体基板11の全面に第2プラグ
用物質18を堆積させる。第2プラグ用物質18として
は単結晶又は多結晶シリコンを用いる。
に第2プラグ用物質18を堆積させた後、図1cに示す
ように、第2コンタクトホール17のなかだけに残るよ
うに余分な第2プラグ用物質18を除去して第2プラグ
18aを形成する。
チバック工程や化学機械的錬磨(CMP)工程を用いて
行う。ストレージノードにメタルを使用するMIM(Me
tal-Insulator-Metal)キャパシタ構造ではストレージノ
ードと第2プラグ間にシリサイドコンタクトとバリアメ
タルを形成する。そのため、シリサイドコンタクトとバ
リアメタル形成領域を明確にするために図1dに示すよ
うに、エッチバック工程で第2プラグ18aの上部を十
数nm以上除去する。
そこに、図1eに示すように、シリサイドコンタクト1
9を形成する。このシリサイドコンタクト19はチタニ
ウムシリサイド膜で形成させる。これは物理蒸着法(P
VD)でチタニウム膜を堆積した後、熱処理して第2プ
ラグ18aのシリコンとチタニウム膜のチタニウムの反
応でチタニウムシリサイド膜を形成し、反応しないチタ
ニウムを除去して形成するか、化学蒸着法によるインサ
イチュー(In-situ)チタニウムシリサイド堆積工程を用
いて形成する。
コンタクト19を含んでいる半導体基板11の全面にチ
タニウム窒化膜20を堆積する。その後、図1gに示す
ように、エッチバック又はCMP工程で第2層間絶縁膜
16の上にあるチタニウム窒化膜20を除去して第2コ
ンタクトホール17内にバリア膜20aを形成する。
タクトされるMIMキャパシタを形成して従来技術によ
るキャパシタを備えた半導体素子を完成する。
た従来の半導体素子のプラグ製造方法は次のような問題
があった。
として用いるのでメモリ素子のデザインルールが減少す
ることによって増加されるプラグ抵抗が更に増加するの
で素子のリード/ライト速度が低下する。第二、MIM
キャパシタの下部電極とプラグ間にシリサイドコンタク
ト及びバリアメタルを形成するためには第2プラグを形
成させた後にエッチバック工程、バリアメタル工程及び
平坦化工程などの複雑な工程が要求される。
るためのもので、半導体素子の動作速度を向上させるこ
とができ、製造工程を単純化させることができる半導体
素子のプラグ製造方法を提供することが目的である。
の本発明による半導体素子のプラグ製造方法は、所定の
下部パターンが形成された半導体基板上に第1層間絶縁
膜を形成し、その第1層間絶縁膜を貫通して半導体基板
に連結される第1プラグを形成するステップと;第1プ
ラグを形成させた半導体基板の全面に第2層間絶縁膜を
形成して第1プラグの上端表面が露出されるように第2
層間絶縁膜にコンタクトホールを形成するステップと;
露出された第1プラグの表面にシリサイドコンタクトを
形成するステップと;コンタクトホールを形成させた第
2層間絶縁膜全面に第2プラグ物質を形成するステップ
と;平坦化工程で第2層間絶縁膜の上にある第2プラグ
物質を除去してコンタクトホールに第2プラグを形成す
るステップ;とからなることを特徴とする。
明を更に詳細に説明する。
よる半導体素子のプラグ製造工程の断面図である。本発
明による半導体素子のプラグ製造方法は、先ず図2aに
示すように半導体基板21に複数のゲート22を形成す
る。ゲート22を形成させた半導体基板21の全面に絶
縁膜を堆積し、エッチバック工程で絶縁膜を選択的に除
去してゲート22の両側面に絶縁膜側壁23を形成す
る。
21に不純物イオンを注入してソース/ドレイン不純物
領域を形成する。すなわち、所定の下部パターンを基板
に形成させる。次に、半導体基板21の全面に第1層間
絶縁膜24を形成し、ゲート22の上端表面が露出され
るように第1層間絶縁膜24の平坦化工程を行う。半導
体基板21の不純物領域が形成された箇所が露出される
ように第1層間絶縁膜24を除去して第1コンタクトホ
ールを形成し、第1コンタクトホールを含む半導体基板
の全面に単結晶ないし多結晶シリコン膜を堆積する。
CMPで第1コンタクトホール内部だけに残るように除
去して第1プラグ25を形成する。すなわち、第1層間
絶縁膜を貫通する第1プラグを形成させる。また、前記
半導体基板21の全面に第2層間絶縁膜26を形成して
フォトリソグラフィやエッチング工程で第1プラグ25
及びこれに隣接した領域が露出されるように第2層間絶
縁膜26を選択的に除去して第2コンタクトホール27
を形成する。
に限らず他の方法を用いることが可能である。その他の
方法の例としては、第1層間絶縁膜24を形成した後に
それにコンタクトホールを形成せずに、第1層間絶縁膜
24上に第2層間絶縁膜24を堆積した後に、半導体基
板21の一領域が露出されるように双方の層間絶縁膜2
4、26を除去してコンタクトホールを形成し、そのコ
ンタクトホールに単結晶ないし多結晶シリコン膜を埋め
込んでエッチバック工程で第2層間絶縁膜24の上に付
着したたシリコン膜とコンタクトホールの内部に埋め込
まれていたシリコン膜を一定量除去して形成する方法が
ある。
1プラグ25の上端表面にシリコンコンタクト28を形
成する。シリサイドコンタクト28はチタニウムシリサ
イド膜であるがその形成方法は任意である。その一例と
しては、例えば、物理蒸着法で半導体基板21の全面に
チタニウム(Ti)を堆積し、熱処理して第1プラグ2
5のシリコンとチタニウムを反応させてチタニウムシリ
サイド膜を形成した後に反応していないチタニウムを除
去して形成することができ、さらには化学蒸着法による
インサイチューチでタニウムシリサイド堆積工程を介し
て形成することもできる。
ているが、特に化学蒸着法によるチタニウムシリサイド
堆積法はステップカバレージに優れているだけでなく、
物理蒸着法を用いた際に必要な熱処理工程が不要である
ので工程が単純化されるという長所がある。
トホール27を形成させた第2層間絶縁膜26の上に化
学蒸着法でバリア膜となるチタニウム窒化膜(TiN)
29を堆積させる。次に、図2dに示すようにエッチバ
ック又はCMP工程で第2コンタクトホール27の内部
だけに残るように第2層間絶縁膜26の上のチタニウム
窒化膜29を除去して、第2コンタクトホール27の内
部に第2プラグ29aを形成する。このようにしてプラ
グを形成させた後、第2プラグ29aに接触するMIM
構造のキャパシタを形成して本実施形態による半導体素
子を完成させる。
グ製造方法は、次のような効果がある。第一、第1層間
絶縁層に形成させた第1プラグの上にシリコンコンタク
トを介して直接第2プラグを形成させたので、その第2
プラグとして比抵抗が低い金属物質を用いることができ
るのでプラグ抵抗を大きく減少させることができるので
メモリ素子の動作速度を向上させることができる。
Mキャパシタ下部電極とプラグとの間のコンタクトのた
めのチタニウムシリサイドコンタクト、バリア埋め込み
及び平坦化工程が不要であるの工程が単純化できる。
きるので特にCOB(Capasitor Over Bit)構造の素子
では化学機械的錬磨工程から発生するビットラインハー
ドマスクの損失量を減少させることができ、工程マージ
ン及び素子歩留まりが向上する。
程の断面図である。
製造工程の断面図である。
クト 29 チタニウム窒化膜 29a 第2プラグ
Claims (9)
- 【請求項1】 所定の下部パターンが形成された半導体
基板上に第1層間絶縁膜を形成し、その第1層間絶縁膜
を貫通して半導体基板に連結される第1プラグを形成す
るステップと、 半導体基板の全面に第2層間絶縁膜を形成して第1プラ
グの上端表面が露出されるように第2層間絶縁膜にコン
タクトホールを形成するステップと、 コンタクトホールによって露出された第1プラグの表面
にシリサイドコンタクトを形成するステップと、 コンタクトホールを含んでいる全面に第2プラグ物質を
コンタクトホールを埋め込むように形成するステップ
と、 平坦化工程で第2層間絶縁膜上の第2プラグ物質を除去
してコンタクトホール内に第2プラグを形成するステッ
プとを備えることを特徴とする半導体素子のプラグ製造
方法。 - 【請求項2】 第1層間絶縁膜と第2層間絶縁膜を連続
して堆積した後、第2層間絶縁膜と第1層間絶縁膜を貫
通して半導体基板に連結されるコンタクトホールを形成
し、そのコンタクトホールの第1層間絶縁膜の箇所に第
1プラグを形成するステップと、 第1プラグの表面にシリサイドコンタクトを形成するス
テップと、 コンタクトホールに金属物質を埋め込んで第1プラグの
上に第2プラグを形成するステップとを備えることを特
徴とする半導体素子のプラグ製造方法。 - 【請求項3】 第1プラグは第1プラグを構成する物質
を堆積した後、エッチバック工程を用いて層間絶縁膜の
上に堆積された第1プラグ物質とコンタクトホールの内
部に埋め込まれた第1プラグ物質の一定量を除去するス
テップを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の
半導体素子のプラグ製造方法。 - 【請求項4】 シリサイドコンタクトは化学蒸着法堆積
法によるインサイチューチタニウムシリサイド堆積工程
からなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載
の半導体素子のプラグ製造方法。 - 【請求項5】 シリサイドコンタクトは物理蒸着法で金
属膜を堆積し熱処理して第1プラグを構成する物質と金
属膜を反応させて形成することを特徴とする請求項1又
は請求項2に記載の半導体素子のプラグ製造方法。 - 【請求項6】 金属物質はチタニウム窒化物からなるこ
とを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体素
子のプラグ製造方法。 - 【請求項7】 第1プラグは単結晶シリコンからなるこ
とを特徴とする請求項1,請求項2又は請求項5に記載
の半導体素子のプラグ製造方法。 - 【請求項8】 第1プラグは多結晶シリコンからなるこ
とを特徴とする請求項1,請求項2又は請求項5に記載
の半導体素子のプラグ製造方法。 - 【請求項9】 第1プラグ物質と金属膜を反応させてシ
リサイドコンタクトを形成した後に反応せずに残ってい
る金属膜を除去する工程をさらに備えることを特徴とす
る請求項5に記載の半導体素子のプラグ製造方法。
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