JPH11251557A - 半導体装置の自己整列コンタクト形成方法 - Google Patents

半導体装置の自己整列コンタクト形成方法

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JPH11251557A JP11001358A JP135899A JPH11251557A JP H11251557 A JPH11251557 A JP H11251557A JP 11001358 A JP11001358 A JP 11001358A JP 135899 A JP135899 A JP 135899A JP H11251557 A JPH11251557 A JP H11251557A
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燦旭 鄭
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昶賢 趙
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弘植 鄭
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自己整列コンタクトの形成工程の再現性を向
上させる。 【解決手段】 トランジスタを含む半導体基板100全
面に物質層106を形成し、その上に平坦な上部表面を
有する層間絶縁膜108が形成し、その上にT字形のオ
ープン領域を有するマスクパターン110が形成され
る。これを使用してゲートスペーサ105間の活性領域
101の上部表面が露出されるまで層間絶縁膜108及
び物質層106をエッチングする。オープン領域111
が導電層で充填された後、平坦化エッチング工程でゲー
トマスクの上部表面が露出される時まで層間絶縁膜10
8及び導電層がエッチングされてコンタクトパッド11
2aが形成される。

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、より詳しくは半導体装置の自己
整列コンタクト(self−aligned cont
act)形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体素子が高集積化されるによって、
ギガビットDRAM(giga bit DRAM)時代
を迎えるようになった。しかし、ギガビットDRAM時
代に入りながら、素子の大きさが0.18μm以下の線
幅(critical Dimension)で形成され
ることによって、素子と素子、層と層を連結するコンタ
クトホールの大きさと誤整列マージン(misalig
nment margin)が共に減少するようになっ
た。
【0003】これにより、フォトリソグラフィ(pho
tolithography)工程で製作されるコンタ
クトホールの大きさを減少させ、フォト設備上で整列の
正確度を高めるため自己整列コンタクトが提案された。
【0004】自己整列コンタクトの長所は、フォト工程
時誤整列マージンを増やすことができ、コンタクト抵抗
を省くことができるということである。従って、自己整
列コンタクトは、今後、高集積素子に使われる重要なコ
ンタクト形成方法の中の一つと見なされている。
【0005】図1は、従来の半導体装置の自己整列コン
タクト形成方法により形成された自己整列コンタクト構
造を示す平面図であり、図2及び図3は、図1のA−
A'ラインを追って切開された断面図であり、自己整列
コンタクト形成方法の工程を順次的に示す断面図であ
る。
【0006】まず、図2を参照すると、従来の半導体メ
モリ装置の自己整列コンタクトパッド形成方法は、まず
半導体基板1上に活性領域2と非活性領域を定義するた
めに素子隔離膜3が形成される。素子隔離膜3は、一般
的によく知られたLOCOS(Local Oxida
tion of Silicon)方法又は浅いトレン
チ隔離(shallow trench isolat
ion)方法で形成される。
【0007】半導体基板1上にゲート酸化膜(図示せ
ず)が形成された後、ゲート酸化膜上にゲート電極(g
ate electrode)用導電物質層及びゲート
マスク(gate mask)用絶縁物質層が順に蒸着さ
れる。絶縁物質層は後続工程で形成される層間絶縁膜6
とエッチング選択比を有する絶縁物質、例えばSiN又
はSiON等で形成される。絶縁物質層及び導電物質層
がこの分野でよく知られた写真エッチング(photo
lithography)工程でパターニングされてゲ
ート電極層4、即ちゲートマスク4b及びゲート電極4
aが各々形成される。
【0008】ゲート電極4a両側の活性領域2上にLD
D(lightly dopeddrain)構造形成の
ための低濃度ソース/ドレーン不純物イオンが注入され
る。ゲート電極4a及びゲートマスク4bの両側壁にゲ
ートスペーサ(gatespacer)5が形成される。
ゲートスペーサ5も、後続工程で形成される層間絶縁膜
6とエッチング選択比を有する絶縁物質、例えばSiN
又はSiON等で形成される。ゲートスペーサ5の両側
の活性領域2上に高濃度ソース/ドレーン不純物イオン
が注入されてトランジスタ(transistor)が完
成される。
【0009】半導体基板1全面に層間絶縁膜6が蒸着さ
れ、自己整列コンタクト形成のためのフォトパターン
(図示せず)を使用して層間絶縁膜6がエッチングされて
コンタクトホール7a、7bが形成される。
【0010】次に、図3において、フォトレジストパタ
ーンが除去された後、コンタクトホール7a、7bが完
全に充填されるように層間絶縁膜6上にポリシリコン膜
が蒸着される。層間絶縁膜6の上部表面が露出される時
までポリシリコン膜がCMP(chemicalmec
hanical polishing)工程又はエッチ
バック(etch back)工程等で平坦化エッチング
される。すると、自己整列コンタクトパッド8a、8b
即ち、ストレージノードコンタクトパッド8a及びビッ
トラインコンタクトパッド8bが各々形成される。
【0011】しかし、前述したような従来方法におい
て、高集積素子であるほど図2に示したように、コンタ
クトホール7a、7b間の層間絶縁膜6の幅Wが非常に
狭いために、コンタクトホール7a、7bを形成するた
めのフォト工程時、フォトレジストパターン形成が難し
くなる。
【0012】現在メモリセル(memory cell)
構造の最小デザインルール(design rule)
が小さくなりながらセル内のビットライン及びストレー
ジノード連結のためのソース/ドレーンコンタクト形成
方法が非常に重要な技術として台頭してきている。コン
タクト形成方法の中、前述したような自己整列コンタク
ト形成方法はIEDM95、p.907及びIEDM9
6、p.597に開示されたように、既に素子に搭載さ
れている。
【0013】しかし、これらが提示した典型的な自己整
列コンタクトパターン形状は図1に示されたように、円
形(circle type)又は楕円形(ellips
etype)であった。このような自己整列コンタクト
パターン形成のための工程進行において、パターンの大
きさが小さくなれば小さくなるほど、即ちコンタクトホ
ールの大きさが小さくなるほどエッチング工程でエッチ
ングされる面積が小さくなって、コンタクトホールの相
対的な深さは深くなるようになる。その結果、エッチン
グ速度が減少されたり、甚だしい場合コンタクトホール
内で反応副産物が拡散されて出てくることができないに
つれエッチング反応速度が顕著に減少されるエッチング
停止(etch stop)、現象が発生する。
【0014】問題点を解決するために、ポリマー(po
lymer)発生を抑制する条件でエッチングが進行さ
れたり、エッチング時間を増やすことができる。しか
し、層間絶縁膜に対するSiN又はSiON等のエッチ
ング選択比が減少されて層間絶縁膜が選択的にエッチン
グされず、従って自己整列コンタクト形成の固有目的を
失うようになる。
【0015】これにより、Y.Kohyama等がコン
タクトホールを一つに縛った新しい構造を提示した。("
A Fully Printable、Self−al
igned and Planarized Stac
ked CapacitorDRAM Cell Te
chnology for 1Gbit DRAMan
d beyond"、symp.on VLSI te
ch.digestof technical pap
ers、pp.17-18、1997)
【0016】しかし、これらの構造は、フォトレジスト
パターンが占める面積が小さいためコンタクトホール形
成のためのエッチング工程時ポリマー生成が少ないとい
う問題点を有する。ポリマーは層間絶縁膜に対するエッ
チング速度とエッチング選択比を変化させるが、フォト
レジストパターンの面積が十分に大きい時エッチング選
択比が高くなる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の諸般
問題点を解決するため提案されたものとして、自己整列
コンタクト形成において、コンタクトホールの縦横比増
加によるエッチング停止現像が防止できる半導体装置の
自己整列コンタクト形成方法を提供することにその目的
がある。
【0018】本発明の他の目的は、自己整列コンタクト
形成において、層間絶縁膜のエッチング選択比が十分に
確保できる半導体装置の自己整列コンタクト形成方法を
提供することにある。
【0019】本発明のまた他の目的は、自己整列コンタ
クトホール形成のためのエッチング工程時、消耗される
ゲートマスク層を補償することによって、後続平坦化工
程が容易にでき、ポリストリンガによるコンタクトパッ
ド間のブリッジングが防止できる半導体装置の自己整列
コンタクト形成方法を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】(構成)上述の目的を達
成するための本発明によると、半導体装置の自己整列コ
ンタクト形成方法は、半導体基板と、活性領域と非活性
領域を定義して半導体基板内に形成された素子隔離膜
と、半導体基板上に形成されたゲート電極、ゲートマス
ク、そしてゲートスペーサを有するトランジスタを含む
半導体装置の自己整列コンタクト形成方法において、ト
ランジスタを含んで半導体基板全面に物質層を形成する
段階と、物質層上に平坦な上部表面を有する層間絶縁膜
を形成する段階と、層間絶縁膜上に非活性領域の一部と
活性領域が露出されるようにマスクパターンを形成する
が、'T'字形のオープン領域を有するように形成する段
階と、マスクパターンを使用してゲートスペーサ間の活
性領域の上部表面が露出される時まで層間絶縁膜及び物
質層を順にエッチングする段階と、マスクパターンを除
去する段階と、オープン領域が完全に充填される時まで
層間絶縁膜上に導電層を形成する段階と、ゲートマスク
の上部表面が露出される時まで導電層及び層間絶縁膜を
平坦化エッチングして少なくとも二つ以上のコンタクト
パッドを形成する段階とを含む。
【0021】この方法の望ましい実施形態において、導
電層及び層間絶縁膜平坦化エッチング工程後、コンタク
トパッドの上部の一部をエッチングする段階を付加的に
含むことができる。
【0022】上述の目的を達成するための本発明による
と、半導体装置の自己整列コンタクト形成方法は、半導
体基板と、活性領域と非活性領域を定義して半導体基板
内に形成された素子隔離膜と、半導体基板上に形成され
たゲート電極、ゲートマスク、そしてゲートスペーサを
有するトランジスタを含む半導体装置の自己整列コンタ
クト形成方法において、トランジスタを含んで半導体基
板全面に物質層を形成する段階と、トランジスタを完全
に覆う時まで物質層上に第1層間絶縁膜を形成する段階
と、ゲートマスクの上部表面が露出される時まで第1層
間絶縁膜の上部表面を平坦化エッチングする段階と、第
1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を形成する段階と、第
2層間絶縁膜上に非活性領域の一部と活性領域が露出さ
れるようにマスクパターンをT字形のオープン領域を有
するように形成する段階と、マスクパターンを使用して
ゲートスペーサ間の活性領域の上部表面が露出される時
まで第2及び第1層間絶縁膜、そして物質層を順にエッ
チングする段階と、マスクパターンを除去する段階と、
オープン領域が完全に充填される時まで第2層間絶縁膜
上に導電層を形成する段階と、ゲートマスクの上部表面
が露出される時まで導電層及び第2層間絶縁膜を平坦化
エッチングして少なくとも二つ以上のコンタクトパッド
を形成する段階とを含む。
【0023】上述の目的を達成するための本発明による
と、半導体装置の自己整列コンタクト形成方法は、半導
体基板と、半導体基板上に形成された構造物(stru
ctures)、そして構造物を取り囲むように形成さ
れたキャッピング層(capping layer)を含
む半導体装置の自己整列コンタクト形成方法において、
半導体基板全面に層間絶縁膜を形成する段階と、層間絶
縁膜上にマスクパターンを少なくとも二つ以上のコンタ
クト領域を含むオープン領域を有するように形成する段
階と、マスクパターンを使用してキャッピング層間の半
導体基板の上部表面が露出される時まで層間絶縁膜をエ
ッチングする段階と、マスクパターンを除去する段階
と、オープン領域が完全に充填される時まで層間絶縁膜
上に導電層を形成する段階と、キャッピング層の上部表
面が露出される時まで導電層及び層間絶縁膜を平坦化エ
ッチングして少なくとも二つ以上のコンタクトパッドを
形成する段階とを含む。
【0024】上述の目的を達成するための本発明による
と、半導体装置の自己整列コンタクト形成方法は、半導
体基板と、活性領域と非活性領域を定義して半導体基板
内に形成された素子隔離膜と、半導体基板上に形成され
たゲート電極、ゲートマスク、そしてゲートスペーサを
有するトランジスタを含む半導体装置の自己整列コンタ
クト形成方法において、トランジスタを含んで半導体基
板全面に素子隔離膜を保護するための物質層を形成する
段階と、物質層上に平坦な上部表面を有する層間絶縁膜
を形成する段階と、層間絶縁膜上に非活性領域の一部と
活性領域が露出されるようにマスクパターンを形成する
が、'T'字形のオープン領域を有するように形成する段
階と、マスクパターンを使用してゲートスペーサ間の物
質層が露出される時まで層間絶縁膜をエッチングする段
階と、マスクパターンを除去する段階と、オープン領域
及び層間絶縁膜上に少なくとも物質層の厚さ以上の補償
マスク層を形成するが、高段差部位に相対的にさらに厚
く形成されるようにする段階と、ゲートスペーサ間の活
性領域の上部表面が露出される時まで補償マスク層及び
物質層を順にエッチングする段階とを含む。
【0025】この方法の望ましい実施形態において、半
導体装置の自己整列コンタクト形成方法は、補償マスク
層及び物質層エッチング工程後、オープン領域が完全に
充填される時まで層間絶縁膜上に導電層を形成する段階
と、補償マスク層の上部表面が露出される時まで導電層
及び層間絶縁膜を平坦化エッチングして少なくとも2つ
以上のコンタクトパッドを形成する段階とをさらに含む
ことができる。
【0026】(作用)図10、図17、図21、そして
図22を参照すると、本発明の実施形態による新規した
半導体装置の自己整列コンタクト形成方法は、'T'字形
のオープン領域(open region)を有するマス
クパターン(mask pattern)を使用して層間
絶縁膜及び物質層がエッチングされる。オープン領域が
完全に充填されるように層間絶縁膜上に導電層が形成さ
れた後、導電層及び層間絶縁膜が平坦化エッチングされ
てコンタクトパッドが形成される。このように、ストレ
ージノードコンタクト領域とビットラインコンタクト領
域を'T'字形でマージ(merge)させることによっ
て、再現性のある自己整列コンタクトが形成でき、コン
タクトホールの縦横比増加によるエッチング停止現象が
防止でき、フォトレジストパターンが占める面積を十分
に確保することによって層間絶縁膜エッチング時、エッ
チング選択比の減少が防止できる。また、マージコンタ
クト領域形成のためのエッチング工程により損失するゲ
ートマスクを補償するためのマスク層形成工程を追加す
ることによって、マージコンタクト領域内のゲートマス
クとその他の領域のゲートマスク間の段差を最小化させ
ることができ、これで後続コンタクトパッド形成のため
の平坦化工程が容易にでき、ポリストリンガによるコン
タクトパッド間ブリッジングを防止できる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、図3から図22までを参照
して本発明の実施形態を詳しく説明する。
【0028】図11から図17において、図4から図1
0に示された半導体装置の自己整列コンタクトの構成要
素と同一な機能を有する構成要素に対しては同一の符号
を併記する。
【0029】(実施形態1)図4から図10までは、本
発明の第1実施形態による半導体装置の自己整列コンタ
クト形成方法の工程を順次的に示す平面図であり、図1
1から図17は、各々、図4から図10のB-B'ライン
を追って切開された断面図である。
【0030】図4及び図11を参照すると、本発明の実
施形態による半導体メモリ装置の自己整列コンタクトパ
ッド形成方法は、まず半導体基板100上に活性領域1
01と非活性領域を定義するために素子隔離膜102が
形成される。素子隔離膜102は、例えばLOCOS方
法及び浅いトレンチ隔離方法の中、いずれか一つで形成
される。活性領域101は半導体基板100の上部から
見ると、例えば、長い楕円形態で形成される。半導体基
板100上にゲート酸化膜(図示せず)を間に置いて、ゲ
ート電極用導電物質層及びゲートマスク用絶縁物質層が
順に形成される。ゲート電極用導電物質層は例えば、ポ
リシリコン膜又はポリシリコン膜及びシリサイド膜が積
層された多層膜で形成される。ゲートマスク用絶縁物質
層は後続工程で形成される層間絶縁膜108とエッチン
グ選択比を有する物質例えば、SiN又はSiON等の
絶縁物質で形成される。絶縁物質層は1000オングス
トロームから2000オングストロームの厚さ範囲内で
形成される。
【0031】導電物質層及び絶縁物質層は、この分野で
よく知られた写真エッチング工程によりパタニングされ
て半導体基板100上にライン(line)形態のゲート
電極層104、即ちゲート電極104a及びゲートマス
ク104bが形成される。この時、パスゲート(pas
s gate)は活性領域の周辺を折って曲げるように
形成することによって、ゲートスペーサ間の活性領域の
オープン部位の幅を増加させるようになり、従って自己
整列コンタクトエッチング時コンタクトナットオープン
(contact not open)を減らすようにな
る。ゲート電極104a両側の活性領域101上にLD
D(lightly doped drain)構造のた
めの低濃度ソース/ドレーン不純物イオンが注入され
る。
【0032】図5及び図12において、ゲート電極10
4a及びゲートマスク104bの両側壁にゲートスペー
サ105が形成される。ゲートスペーサ105は、ゲー
トマスク104bと同じく、後続工程により形成される
層間絶縁膜108とエッチング選択比を有する物質、例
えばSiN又はSiON等の絶縁物質で形成される。即
ち、半導体基板100全面にSiN又はSiONが50
0オングストロームから1000オングストロームの厚
さ範囲内で形成された後、エッチバック工程でエッチン
グされて形成される。ゲートスペーサ105両側の活性
領域101上に高濃度ソース/ドレーン不純物イオンが
注入されてトランジスタが完成される。
【0033】図6及び図13を参照すると、トランジス
タを含んで半導体基板100全面に活性領域101、素
子隔離膜102、ゲートマスク104b、そしてゲート
スペーサ105等を保護するための物質層106が形成
される。物質層106もまた、後続工程により形成され
る層間絶縁膜108とエッチング選択比を有する物質、
例えばSiN又はSiON等の絶縁物質で形成される。
物質層106は約100 の厚さを有するように薄く形
成され、後続工程で層間絶縁膜に対するエッチング停止
層として使われる。
【0034】トランジスタが完全に覆われる時まで物質
層106上に層間絶縁膜108、例えば酸化膜が300
0オングストロームから9000オングストロームの厚
さ範囲内で形成される。層間絶縁膜108はボイド(v
oid)を発生させない充填(filling)特性が優
秀な膜質で形成される。層間絶縁膜108がCMP工程
乃至エッチバック工程により平坦化エッチングされてそ
の上部表面が平坦化される。即ち、層間絶縁膜108が
ゲートマスク104bの上部表面が露出されない範囲内
で平坦化エッチングされる。
【0035】一方、層間絶縁膜108がゲートマスク1
04bの上部表面が露出される時までエッチングされた
後、層間絶縁膜108及びゲートマスク104b上に他
の層間絶縁膜(図示せず)が形成されるようにすること
もできる。
【0036】次、図14を参照すると、層間絶縁膜10
8上にフォトレジストパターン110が形成される。フ
ォトレジストパターン110は図7のように、活性領域
101及び非活性領域の一部を含む'T'字形のオープン
領域111を有するように形成される。オープン領域1
11は、ストレージノードコンタクト領域aとビットラ
インコンタクト領域bを含むマージコンタクト領域にな
る。このようなマージコンタクト領域は、従来コンタク
ト領域よりその大きさが増加されたことであり、コンタ
クト領域の大きさが小さくなる時、発生されるエッチン
グ停止現像を防止するようになる。また、Kohyam
a等が提案した構造に比べてフォトレジストパターンが
占める面積が増加されてエッチング選択比を向上させる
ようになる。
【0037】図8及び図15において、フォトレジスト
パターン110をマスクとして使用して層間絶縁膜10
8がエッチングされてコンタクトオプニング111aが
形成される。この時、ゲートマスク104b、ゲートス
ペーサ105、そして物質層106がゲート電極104
a及び素子隔離膜102のエッチングを防止するように
なる。即ち、エッチング停止層として使われる。次、ゲ
ートスペーサ105の間の活性領域101の上部表面が
露出される時まで物質層106がエッチングされる。
【0038】フォトレジストパターン110が除去され
た後、コンタクトオプニング111aが完全に充填され
る時まで層間絶縁膜108上に導電層、例えばポリシリ
コン膜112が形成される。ポリシリコン膜112は3
000オングストロームから7000オングストローム
の厚さ範囲内で形成される。ポリシリコン膜112が図
9及び図16のように、層間絶縁膜108の上部表面が
露出される時までCMP工程乃至エッチバック工程で平
坦化エッチングされる。ポリシリコン膜112がCMP
工程でエッチングされる場合、例えば通常のポリシリコ
ンエッチング用スラリー(slurry)を使用して遂行
される。
【0039】最後に、ゲートマスク104bの上部表面
が露出される時まで層間絶縁膜108及びポリシリコン
膜112がCMP工程で平坦化エッチングされると図1
0及び図17に示されたように、自己整列されたストレ
ージノードコンタクトパッド112a及びビットライン
コンタクトパッド112bが各々形成される。層間絶縁
膜108及びポリシリコン膜112に対するCMP工程
は例えば、通常の酸化膜エッチング用スラリーを使用し
て遂行される。
【0040】コンタクトオープニング111a形成時、
ゲートマスク104bの損失により発生されることがで
きるポリストリンガ(polly stringer)を
除去するためにコンタクトパッド112a、112bの
一部をエッチングする工程が遂行される。このエッチン
グ工程は、ストレージノードコンタクトパッド112a
とビットラインコンタクトパッド112b間のポリスト
リンガによるブリッジングを防止するために遂行され、
湿式エッチング方法又は乾式エッチング方法で遂行され
る。
【0041】湿式エッチングは、例えばSC1溶液(N
3及びH22、そしてD.Iウォーター(deioni
zed water)の混合溶液)を使用して遂行さ
れ、乾式エッチングは、例えばCl2ガスを含むエッチ
ングガスを使用して遂行される。
【0042】実際に、ゲートマスク104bの上部が露
出される時まで層間絶縁膜108が平坦化エッチングさ
れた後、コンタクトオープニング111a形成工程が遂
行されると、オープン領域111内のゲートマスク10
4bの損失が500オングストロームから900オング
ストローム程度に甚だしくなる。これにより、オープン
領域111内のゲートマスクとその他の領域のゲートマ
スク間の段差によってポリストリンガの除去が難しくな
る。
【0043】しかし、本発明のように層間絶縁膜108
の一部を平坦化エッチングしてゲートマスク104bの
上部にある程度層間絶縁膜108を残したり、ゲートマ
スク104bの上部が露出されるように、層間絶縁膜1
08が平坦化エッチングされた後他の層間絶縁膜が形成
される場合、ゲートマスクが約200オングストローム
程度しか損失されないのでポリストリンガのない安定さ
れたコンタクトパッド112a、112b形成が可能に
なる。
【0044】(実施形態2)図18から図21は、本発明
の第2実施形態による半導体装置の自己整列コンタクト
形成方法の工程を順次的に示す断面図である。
【0045】図18を参照すると、本発明の第2実施形
態による半導体装置の自己整列コンタクト形成方法は、
半導体基板200上に活性領域201と非活性領域を定
義するために素子隔離膜202が形成される。素子隔離
膜202は、例えばL0C0S方法及び浅いトレンチ隔離
方法の中、いずれか一つで形成される。活性領域201
は半導体基板200の上部から見ると、例えば長い楕円
形態で形成される。半導体基板200上にゲート酸化膜
(図示せず)を間に置いて、ゲート電極用導電物質層及
びゲートマスク用絶縁物質層が順に形成される。ゲート
電極用導電物質層は例えば、ポリシリコン膜又はポリシ
リコン膜及びシリサイド膜が積層された多層膜で形成さ
れる。ゲートマスク用絶縁物質層は後続工程で形成され
る層間絶縁膜208とエッチング選択比を有する物質、
例えばSiN又はSiON等の絶縁物質で形成される。
絶縁物質層は1000オングストロームから2000オ
ングストロームの厚さ範囲内で形成される。
【0046】導電物質層及び絶縁物質層がこの分野でよ
く知られた写真エッチング工程によりパタニングされて
ゲート電極層204即ち、ゲート電極204a及びゲー
トマスク204bが形成される。ゲート電極204a両
側の活性領域201上にLDD(lightlydop
ed drain)構造のための低濃度ソース/ドレーン
不純物イオンが注入される。
【0047】ゲート電極204a及びゲートマスク20
4bの両側壁にゲートスペーサ205が形成される。ゲ
ートスペーサ205はゲートマスク204bと同じく、
後続工程により形成される層間絶縁膜208とエッチン
グ選択比を有する物質例えば、SiN又はSiON等の
絶縁物質で形成される。即ち、半導体基板200全面に
絶縁物質(SiN又はSiON)が500オングストロ
ームから1000オングストロームの厚さ範囲内で形成
された後、エッチバック工程でエッチングされて形成さ
れる。ゲートスペーサ205両側の活性領域201上に
高濃度ソース/ドレーン不純物イオンが注入されてトラ
ンジスタが完成される。
【0048】トランジスタを含んで半導体基板200全
面に活性領域201、素子隔離膜202、ゲートマスク
404b、そしてゲートスペーサ205を保護するため
の物質層206が形成される。物質層206もまた、後
続工程により形成される層間絶縁膜208とエッチング
選択比を有する物質例えば、SiN又はSiON等の絶
縁物質で形成される。物質層206は約100オングス
トロームの厚さを有するように薄く形成され、後続工程
で層間絶縁膜に対対するエッチング停止層として使われ
る。
【0049】物質層206上に層間絶縁膜208例え
ば、酸化膜が3000オングストロームから9000オ
ングストロームの厚さ範囲内で形成される。層間絶縁膜
208はボイド(void)を発生させない充填(fil
ling)特性が優秀な膜質で形成される。層間絶縁膜
208がCMP工程乃至エッチバック工程により平坦化
エッチングされてその上部表面が平坦化される。
【0050】次に、図19において、層間絶縁膜208
上にフォトレジストパターン210が形成される。フォ
トレジストパターン210は第1実施形態の図14に示
されたように、活性領域201及び非活性領域の一部を
含む'T'字形のオープン領域211を有するように形成
される。オープン領域211はストレージノードコンタ
クト領域aとビットラインコンタクト領域bを含むマー
ジコンタクト領域211になる。このようなマージコン
タクト領域は従来コンタクト領域よりその大きさが増加
されたことであり、コンタクト領域の大きさが小さくな
る時発生されるエッチング停止現像を防止するようにな
る。また、Kohyama等が提案した構造に比べてフ
ォトレジストパターンが占める面積が増加されてエッチ
ング選択比を向上させるようになる。
【0051】図20を参照すると、フォトレジストパタ
ーン210をマスクとして使用して層間絶縁膜208が
エッチングされてコンタクトオプニング211aが形成
される。この時、ゲートマスク204b、ゲートスペー
サ205、そして物質層206がゲート電極204a及
び素子隔離膜202のエッチングを防止するようにな
る。即ち、エッチング停止層として使われる。
【0052】図21において、フォトレジストパターン
210が除去された後、コンタクトオプニング211a
及び層間絶縁膜208上に本発明の第2実施形態による
新規した少なくとも物質層206厚さ以上の補償マスク
層220が形成される。補償マスク層220は高段差部
位即ち、ゲートマスク204b上に相対的にさらに厚く
形成されるようにする。このために、PECVD(pl
asma enhanced chemical va
por deposition)のように、故意的に不
良なステップカバレージ(step coverage)
を形成することができる方法で遂行される。
【0053】補償マスク層220はゲートスペーサ20
5間の活性領域201上の物質層206を除去するため
のエッチング工程時ゲートマスク204bの損失を補償
するために形成される。
【0054】補償マスク層220は、ゲートマスク20
4bと同じくSiN又はSiON等の絶縁物質で形成さ
れ、その厚さは200オングストロームから1500オ
ングストロームの厚さ範囲内で形成される。
【0055】ゲートスペーサ205間の活性領域201
が露出されるように補償マスク層220及び物質層20
6がエッチバック工程等でエッチングされると、図5E
に示されたように、オープン領域211内のゲート電極
とその他の領域のゲート電極間に段差がほとんどなくな
る。
【0056】以下工程は、第1実施形態と同一な段階で
遂行される。即ち、コンタクトオプニング211aが完
全に充填される時まで層間絶縁膜208上に導電層、例
えばポリシリコン膜が形成される。ポリシリコン膜が層
間絶縁膜208の上部表面が露出される時までCMP工
程乃至エッチバック工程で平坦化エッチングされる。ポ
リシリコン膜がCMP工程でエッチングされる場合、例
えば通常のポリシリコンエッチング用スラリー(slu
rry)を使用して遂行される。
【0057】最後に、ゲートマスク204bの上部表面
が露出される時まで層間絶縁膜208及びポリシリコン
膜がCMP工程で平坦化エッチングされると各々自己整
列されたストレージノードコンタクトパッド(図面に未
図示)及びビットラインコンタクトパッド(図示せず)が
同時に形成される。層間絶縁膜208及びポリシリコン
膜に対するCMP工程は、例えば通常の酸化膜エッチン
グ用スラリーを使用して遂行される。
【0058】前述したように、オープン領域211のゲ
ートマスクとその他の領域のゲートマスク間の段差を最
小化することによって、平坦化エッチング工程がより容
易に遂行される。
【0059】
【発明の効果】本発明は、ストレージノードコンタクト
領域とビットラインコンタクト領域を'T'字形でマージ
させることによって、再現性のある自己整列コンタクト
が形成でき、コンタクトホールの縦横比増加によるエッ
チング停止現像が防止でき、またフォトレジストパター
ンが占める面積を十分に確保することによって層間絶縁
膜エッチング時、エッチング選択比減少が防止できる効
果がある。
【0060】本発明はマージコンタクト領域形成のため
のエッチング工程により損失されるゲートマスクを補償
するためのマスク層形成工程を追加することによって、
マージコンタクト領域内のゲートマスクとその他の領域
のゲートマスク間の段差を最小化させることができ、こ
れで後続コンタクトパッド形成のための平坦化工程が容
易にでき、ポリストリンガによるコンタクトパッド間ブ
リッジングが防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の半導体装置の自己整列コンタクト形成
方法により形成された自己整列コンタクト構造を示す平
面図である。
【図2】 図1のA-A'ラインを追って切開された断面
図であり、自己整列コンタクト形成方法の工程を示す断
面図である。
【図3】 図1のA-A'ラインを追って切開された断面
図であり、自己整列コンタクト形成方法の工程を示す断
面図である。
【図4】 本発明の第1実施形態による半導体装置の自
己整列コンタクト形成方法の工程を示す平面図である。
【図5】 本発明の第1実施形態による半導体装置の自
己整列コンタクト形成方法の工程を示す平面図である。
【図6】 本発明の第1実施形態による半導体装置の自
己整列コンタクト形成方法の工程を示す平面図である。
【図7】 本発明の第1実施形態による半導体装置の自
己整列コンタクト形成方法の工程を示す平面図である。
【図8】 本発明の第1実施形態による半導体装置の自
己整列コンタクト形成方法の工程を示す平面図である。
【図9】 本発明の第1実施形態による半導体装置の自
己整列コンタクト形成方法の工程を示す平面図である。
【図10】 本発明の第1実施形態による半導体装置の
自己整列コンタクト形成方法の工程を示す平面図であ
る。
【図11】 図4のB-B'ラインを折って切開した断面
図である。
【図12】 図5のB-B'ラインを折って切開した断面
図である。
【図13】 図6のB-B'ラインを折って切開した断面
図である。
【図14】 図7のB-B'ラインを折って切開した断面
図である。
【図15】 図8のB-B'ラインを折って切開した断面
図である。
【図16】 図9のB-B'ラインを折って切開した断面
図である。
【図17】 図10のB-B'ラインを折って切開した断
面図である。
【図18】 本発明の第2実施形態による半導体装置の
自己整列コンタクト形成方法の工程を示す断面図であ
る。
【図19】 本発明の第2実施形態による半導体装置の
自己整列コンタクト形成方法の工程を示す断面図であ
る。
【図20】 本発明の第2実施形態による半導体装置の
自己整列コンタクト形成方法の工程を示す断面図であ
る。
【図21】 本発明の第2実施形態による半導体装置の
自己整列コンタクト形成方法の工程を示す断面図であ
る。
【図22】 本発明の第2実施形態による半導体装置の
自己整列コンタクト形成方法の工程を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1、100、200:半導体基板 2、101、201:活性領域 3、102、202:素子隔離膜 4a、104a、204a: ゲート電極 4b、104b、204b: ゲートマスク 5、105、205: ゲートスペーサ 6、108、208: 層間絶縁膜 7a、7b: コンタクトホール 8a、112a: ストレージノードコンタクトパッド 8b、112b: ビットラインコンタクトパッド 106、206: 物質層 110、210: フォトレジストパターン 111、211: マージコンタクト領域、T字形オープ
ン領域 111a、211a: コンタクトオ−プニング 220:補償マスク層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鄭 燦旭 大韓民国ソウル市西草區西草洞1436−1現 代エーピーティ21−408 (72)発明者 趙 昶賢 大韓民国ソウル市松波區新天洞17−6美星 エーピーティ9−408 (72)発明者 鄭 弘植 大韓民国京畿道水原市勸善區九雲洞三煥エ ーピーティ9−1504 (72)発明者 李 宰求 大韓民国ソウル市冠岳區新林11洞1574−1

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、活性領域と非活性領域を
    定義して前記半導体基板内に形成された素子隔離膜と、
    半導体基板上に形成されたゲート電極、ゲートマスク、
    そしてゲートスペーサを有するトランジスタを含む半導
    体装置の自己整列コンタクト形成方法において、 前記トランジスタを含む半導体基板全面に物質層を形成
    する段階と、 前記物質層上に平坦な上部表面を有する層間絶縁膜を形
    成する段階と、 前記層間絶縁膜上に非活性領域の一部と活性領域が露出
    されるようにマスクパターンをT字形のオープン領域を
    有するように形成する段階と、 前記マスクパターンを使用して前記ゲートスペーサ間の
    半導体基板上部表面が露出される時まで層間絶縁膜及び
    物質層を順にエッチングする段階と、 前記マスクパターンを除去する段階と、 前記オープン領域が完全に充填される時まで層間絶縁膜
    上に導電層を形成する段階と、 前記ゲートマスクの上部表面が露出される時まで前記導
    電層及び層間絶縁膜を平坦化エッチングして少なくとも
    二つ以上のコンタクトパッドを形成する段階とを含むこ
    とを特徴とする半導体装置の自己整列コンタクト形成方
    法。
  2. 【請求項2】 前記ゲートマスク、ゲートスペーサ、そ
    して物質層は、前記層間絶縁膜とエッチング選択比を有
    する絶縁物質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自己整列コンタクト形成方法。
  3. 【請求項3】 前記絶縁物質は、SiN又はSiONで
    あることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の自
    己整列コンタクト形成方法。
  4. 【請求項4】 前記ゲートマスクは、1000オングス
    トロームから2000オングストロームまでの厚さ範囲
    内で形成され、前記ゲートスペーサは500オングスト
    ロームから1000オングストロームまでの厚さの範囲
    内で形成され、前記物質層は約100オングストローム
    の厚さ範囲内で形成されることを特徴とする請求項1又
    は2に記載の半導体装置の自己整列コンタクト形成方
    法。
  5. 【請求項5】 前記ゲートマスク、ゲートスペーサ、そ
    して物質層は、前記層間絶縁膜エッチング時エッチング
    停止層として使われることを特徴とする請求項1に記載
    の半導体装置の自己整列コンタクト形成方法。
  6. 【請求項6】 前記層間絶縁膜は、3000オングスト
    ロームから9000オングストロームまでの厚さ範囲内
    で形成され、前記導電層は3000オングストロームか
    ら7000オングストロームまでの厚さ範囲内で形成さ
    れることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の自
    己整列コンタクト形成方法。
  7. 【請求項7】 前記T字形のオープン領域は、少なくと
    も二つ以上のコンタクト領域を含むマージコンタクト領
    域であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置
    の自己整列コンタクト形成方法。
  8. 【請求項8】 前記平坦化エッチング工程は、CMP工
    程、エッチバック工程、そしてこれらの複合工程のうち
    のいずれか一つで遂行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自己整列コンタクト形成方法。
  9. 【請求項9】 前記導電層及び層間絶縁膜平坦化エッチ
    ング工程後、前記コンタクトパッドの上部の一部をエッ
    チングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項1
    に記載の半導体装置の自己整列コンタクト形成方法。
  10. 【請求項10】 前記コンタクトパッドのエッチング工
    程は、隣接するコンタクトパッド間の導電ストリンガを
    除去するために湿式エッチング工程及び乾式エッチング
    工程のうちのいずれか一つで遂行されることを特徴とす
    る請求項9に記載の半導体装置の自己整列コンタクト形
    成方法。
  11. 【請求項11】 半導体基板と、前記半導体基板内に活
    性領域と非活性領域とを定義するよう形成された素子隔
    離膜と、半導体基板上に形成されたゲート電極、ゲート
    マスク、およびゲートスペーサを有するトランジスタを
    含む半導体装置の自己整列コンタクト形成方法におい
    て、 前記トランジスタを含む半導体基板全面に物質層を形成
    する段階と、 前記トランジスタを完全に覆う時まで前記物質層上に第
    1層間絶縁膜を形成する段階と、 前記ゲートマスクの上部表面が露出される時まで第1層
    間絶縁膜の上部表面を平坦化エッチングする段階と、 前記第1層間絶縁膜上に第2層間絶縁膜を形成する段階
    と、 前記第2層間絶縁膜上に非活性領域の一部と活性領域が
    露出されるようマスクパターンをT字形のオープン領域
    を有するように形成する段階と、 前記マスクパターンを使用して前記ゲートスペーサ間の
    活性領域の上部表面が露出される時まで第2層間絶縁膜
    及び第1層間絶縁膜、そして物質層を順にエッチングす
    る段階と、 前記マスクパターンを除去する段階と、 前記オープン領域が完全に充填される時まで第2層間絶
    縁膜上に導電層を形成する段階と、 前記ゲートマスクの上部表面が露出される時まで前記導
    電層及び第2層間絶縁膜を平坦化エッチングして少なく
    とも二つ以上のコンタクトパッドを形成する段階とを含
    むことを特徴とする半導体装置の自己整列コンタクト形
    成方法。
  12. 【請求項12】 前記導電層及び前記第2層間絶縁膜の
    平坦化エッチング工程後、前記コンタクトパッドの上部
    の一部をエッチングする段階をさらに含むことを特徴と
    する請求項11に記載の半導体装置の自己整列コンタク
    ト形成方法。
  13. 【請求項13】 前記コンタクトパッドエッチング工程
    は、隣接のコンタクトパッド間の導電ストリンガを除去
    するために湿式エッチング工程及び乾式エッチング工程
    のうちのいずれか一つで遂行されることを特徴とする請
    求項12に記載の半導体装置の自己整列コンタクト形成
    方法。
  14. 【請求項14】 半導体基板と、該半導体基板上に形成
    された構造物(structures)、および構造物を
    取り囲むように形成されたキャッピング層(cappi
    ng layer)を含む半導体装置の自己整列コンタ
    クト形成方法において、 前記半導体基板全面に平坦な上部表面を有する層間絶縁
    膜を形成する段階と、 前記層間絶縁膜上にマスクパターンを少なくとも二つ以
    上のコンタクト領域を含むオープン領域を有するように
    形成する段階と、 前記マスクパターンを使用して前記キャッピング層間の
    半導体基板の上部表面が露出される時まで層間絶縁膜を
    エッチングする段階と、 前記マスクパターンを除去する段階と、 前記オープン領域が完全に充填される時まで層間絶縁膜
    上に導電層を形成する段階と、 前記キャッピング層の上部表面が露出される時まで前記
    導電層及び層間絶縁膜を平坦化エッチングして少なくと
    も二つ以上のコンタクトパッドを形成する段階とを含む
    ことを特徴とする半導体装置の自己整列コンタクト形成
    方法。
  15. 【請求項15】 前記導電層及び層間絶縁膜平坦化エッ
    チング工程後、前記コンタクトパッドの上部の一部をエ
    ッチングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項
    14に記載の半導体装置の自己整列コンタクト形成方
    法。
  16. 【請求項16】 前記コンタクトパッドエッチング工程
    は、隣接のコンタクトパッド間の導電ストリンガを除去
    するために湿式エッチング工程及び乾式エッチング工程
    中のいずれか一つにより遂行されることを特徴とする請
    求項15に記載の半導体装置の自己整列コンタクト形成
    方法。
  17. 【請求項17】 半導体基板と、活性領域と非活性領域
    を定義して前記半導体基板内に形成された素子隔離膜
    と、半導体基板上に形成されたゲート電極、ゲートマス
    ク、そしてゲートスペーサを有するトランジスタを含む
    半導体装置の自己整列コンタクト形成方法において、 前記トランジスタを含んで半導体基板全面に物質層を形
    成する段階と、 前記物質層上に平坦な上部表面を有する層間絶縁膜を形
    成する段階と、 前記層間絶縁膜上に非活性領域の一部と活性領域が露出
    されるようにマスクパターンをT字形のオープン領域を
    有するように形成する段階と、 前記マスクパターンを使用して前記ゲートスペーサ間の
    物質層が露出される時まで前記層間絶縁膜をエッチング
    する段階と、 前記マスクパターンを除去する段階と、 前記オープン領域及び層間絶縁膜上に少なくとも前記物
    質層の厚さ以上の補償マスク層を高段差部位により厚く
    形成する段階と、 前記ゲートスペーサ間の前記半導体基板の上部表面が露
    出される時まで前記補償マスク層及び物質層を順にエッ
    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
    自己整列コンタクト形成方法。
  18. 【請求項18】 前記ゲートマスク、ゲートスペーサ、
    そして物質層は前記層間絶縁膜とエッチング選択比を有
    する絶縁物質で形成されることを特徴とする請求項17
    に記載の半導体装置の自己整列コンタクト形成方法。
  19. 【請求項19】 前記絶縁物質は、SiN及びSiON
    中いずれか一つであることを特徴とする請求項18に記
    載の半導体装置の自己整列コンタクト形成方法。
  20. 【請求項20】 前記ゲートマスク、ゲートスペーサ、
    そして物質層は、前記層間絶縁膜エッチング時エッチン
    グ停止層として使われることを特徴とする請求項17に
    記載の半導体装置の自己整列コンタクト形成方法。
  21. 【請求項21】 前記'T'字形のオープン領域は、少な
    くとも二つ以上のコンタクト領域を含むマージコンタク
    ト領域であることを特徴とする請求項17に記載の半導
    体装置の自己整列コンタクト形成方法。
  22. 【請求項22】 前記補償マスク層は、SiN及びSi
    ON中いずれか一つで形成されることを特徴とする請求
    項17に記載の半導体装置の自己整列コンタクト形成方
    法。
  23. 【請求項23】 前記補償マスク層は、PECVDのよ
    うにステップカバレージを不良に形成可能な蒸着工程で
    形成されることを特徴とする請求項17に記載の半導体
    装置の自己整列コンタクト形成方法。
  24. 【請求項24】 前記補償マスク層は、200オングス
    トロームから1500オングストロームまでの厚さ範囲
    内で形成されることを特徴とする請求項17に記載の半
    導体装置の自己整列コンタクト形成方法。
  25. 【請求項25】 前記補償マスク層及び物質層エッチン
    グ工程後、前記オープン領域が完全に充填される時まで
    層間絶縁膜上に導電層を形成する段階と、 前記補償マスク層の上部表面が露出される時まで前記導
    電層及び層間絶縁膜を平坦化エッチングして少なくとも
    二つ以上のコンタクトパッドを形成する段階とをさらに
    含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置の
    自己整列コンタクト形成方法。
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