KR20010028057A - Bit line contact with a stable contact resistance and method of forming the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a bit line contact is provided to simultaneously guarantee stable contact resistance in regions having different contact characteristics, by forming a titanium silicide layer in a bit line contact formed on a polysilicon pad while not forming the titanium silicide layer in a bit line contact formed on a gate. CONSTITUTION: A plurality of the first and second transistors have gate electrodes composed of polysilicon/tungsten silicide on a semiconductor substrate(100) including a cell array region and a peripheral circuit region. The first interlayer dielectric is formed on the substrate including the plurality of the first and second transistors. The first interlayer dielectric is etched to form the first and second openings for forming a pad exposing the substrate between the first and second transistors. Polysilicon is formed inside the first and second openings to manufacture the first and second conductive pads. A titanium silicide layer(230) is selectively formed on the first and second conductive pads. The second interlayer dielectric is formed on the resultant structure. The second interlayer dielectric is etched to form the first, second and third bit line contact holes which expose the silicide layer on the first and second conductive pad and the tungsten silicide layer of the second transistor. A barrier metal layer(240,290) and a bit line metal layer(300) are formed on the bit line contact hole and the second interlayer dielectric.

Description

안정적인 콘택 저항을 가지는 비트라인 콘택 및 그 형성 방법{BIT LINE CONTACT WITH A STABLE CONTACT RESISTANCE AND METHOD OF FORMING THE SAME}BIT LINE CONTACT WITH A STABLE CONTACT RESISTANCE AND METHOD OF FORMING THE SAME

본 발명은 반도체 장치 제조에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 신뢰성 있는 비트라인 콘택 구조 및 이를 형성하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor device manufacturing, and more particularly, to a reliable bit line contact structure and a method of forming the same.

최근 반도체 기억 소자 특히 디램(DRAM:dynamic random access memory)의 고집적화, 초고속화에 따라 안정적인 콘택 저항의 확보와 비트라인 및 워드라인의 면저항(sheet resistance)의 감소가 절실히 요구되어 지고 있다. 면저항을 줄이기 위해 워드라인(게이트 전극)을 티타늄 실리사이드(TiSix)막으로 형성하거나 비트라인을 금속으로 형성하는 방법이 활발히 연구되어 지고 있다.Recently, with the high integration and ultra-high speed of semiconductor memory devices (DRAM), there is an urgent need to secure stable contact resistance and to reduce sheet resistance of bit lines and word lines. In order to reduce sheet resistance, a method of forming a word line (gate electrode) with a titanium silicide (TiSi x ) film or a bit line with a metal has been actively studied.

잘 알려진 바와 같이 비트라인 콘택이 형성되는 하부막질(sub-layer)로는 주변회로 영역의 활성영역(불순물 확산 영역) 및 게이트 전극과 셀어레이 영역의 도전성 패드(폴리실리콘 패드)가 있다. 이러한 서로 다른 영역의 콘택 저항을 낮추고 누설전류(current leakage)를 방지하는 적합한 배리어(barrier) 물질이 필요로 되는데, 현재 일반적으로 사용되는 배리어 물질로는 티타늄/티타늄 질화막 구조이다. 그리고 비트라인 물질로는 텅스텐이 사용된다. 여기서 티타늄은 후속 열처리 공정시 하부에 드러난 실리콘과 반응하여 티타늄 실리사이드(TiSix)를 형성하여 접촉저항을 향상시키는 역할을 하고 티타늄 질화막은 후속 텅스텐 증착시 발생하는 프로린(fluorine) 가스가 하부막질로 침투하여 계면을 불안정화시키는 것을 막아주는 방지막으로 사용된다. 일 예로 미국 특허 번호 5,895,239에 개시된 "METHOD FOR FABRICATING DYNAMIC RANDOM ACCESS MEMORY BY SIMULTANEOUSLY FORMING OF TUNGSTEN BIT LINE AND TUNGSTEN LANDING PLUG CONTACTS"가 참조로 여기에 개시된다.As is well known, sub-layers in which bit line contacts are formed include an active region (impurity diffusion region) of a peripheral circuit region and a conductive pad (polysilicon pad) of a gate electrode and a cell array region. There is a need for a suitable barrier material that lowers the contact resistance of these different areas and prevents current leakage. The barrier material currently used is a titanium / titanium nitride film structure. Tungsten is used as the bit line material. In this case, titanium reacts with silicon exposed at the bottom of the subsequent heat treatment process to form titanium silicide (TiSi x ) to improve contact resistance, and titanium nitride film penetrates into the lower film by fluorine gas generated during subsequent tungsten deposition. It is used as a prevention film to prevent destabilization of the interface. As an example disclosed herein is "METHOD FOR FABRICATING DYNAMIC RANDOM ACCESS MEMORY BY SIMULTANEOUSLY FORMING OF TUNGSTEN BIT LINE AND TUNGSTEN LANDING PLUG CONTACTS", disclosed in US Pat. No. 5,895,239.

한편, 텅스텐 비트라인을 도입한 초기에 있어서, 상기 티타늄/티타늄 질화막 구조의 배리어막의 형성 방법은, 먼저 티타늄/티타늄 질화막을 연속공정으로 증착시킨 후, 콘택 계면에 티타늄 실리사이드막을 형성시키기 위해 열처리 공정을 수행하였다. 그러나 이러한 방법은 콘택 저항의 변화(variation)가 심하고 게이트위 콘택 저항이 수십 킬로옴(KΩ) 이상이었다.On the other hand, in the initial introduction of the tungsten bit line, the method of forming the barrier film of the titanium / titanium nitride film structure, first depositing the titanium / titanium nitride film in a continuous process, and then performing a heat treatment process to form a titanium silicide film on the contact interface Was performed. However, this method had a significant variation in contact resistance and more than a few tens of kiloohms (KΩ) on the gate.

이를 개선하기 위해, 티타늄을 분리하여 증착시키고 열처리 공정을 통해 티타늄 실리사이드막을 먼저 형성시킨 후, 실리콘과 반응하지 않은 티타늄과 계면에 형성된 이산화 티타늄(TiO2)을 습식 식각 공정과 고주파(Radio Frequency) 식각을 통해 제거시킨후, 티타늄 질화막을 증착한다. 그러나 이러한 티타늄 및 이산화 티타늄막 제거를 위한 고주파 식각에 대해 활성영역 및 폴리실리콘 패드 상에 형성된 콘택과 게이트 상에 형성된 콘택 서로 다른 형태의 결과를 나타낸다. 즉 활성영역과 폴리실리콘 패드 상에 형성된 콘택은 고주파 식각량이 적을수록 저항이 감소하는 반면, 게이트 상의 콘택은 고주파 식각량이 많을 수록 저항과 저항 변이가 감소한다.To improve this, titanium is separated and deposited, and a titanium silicide layer is first formed through a heat treatment process. Then, titanium dioxide (TiO 2 ) formed at an interface with titanium not reacted with silicon is wet-etched and radio frequency etched. After removing through, a titanium nitride film is deposited. However, for the high frequency etching for removing the titanium and titanium dioxide film, the contact formed on the active region and the polysilicon pad and the contact formed on the gate show different results. That is, the contact formed on the active region and the polysilicon pad decreases the resistance as the amount of high frequency etching decreases, whereas the contact and the resistance on the gate decreases as the amount of high frequency etching decreases.

왜냐하면, 잘 알려진 바와 같이, 후속 고유전막질의 커패시터 형성 공정진행시 커패시터의 누설전류를 감소시키기 위해 약 800℃ 이상의 열처리 공정이 필수적인데, 텅스텐 실리사이드 전극 위에 형성되는 비트라인 콘택 계면의 티타늄 실리사이드가 이러한 고온 열처리 공정에서 텅스텐 실리사이드막으로 침투하여 또 하나의 새로운 계면을 형성하고 상변위(phase transformation)를 일으켜 콘택 저항을 불안정하게 하기 때문에, 게이트 상의 콘택의 경우 티타늄 실리사이드 생성이 적을수록 그러나 활성영역 및 폴리실리콘 패드 상의 콘택의 경우 티타늄 실리사이드 생성이 많을수록 콘택 저항의 관점에서 유리하기 때문이다.Because, as is well known, the heat treatment process of about 800 ° C. or more is necessary to reduce the leakage current of the capacitor during the process of forming the capacitor of the high dielectric film quality, and the titanium silicide of the bit line contact interface formed on the tungsten silicide electrode is a high temperature. In the heat treatment process, the contact resistance on the gate is less active because of penetration of the tungsten silicide film to form another new interface and phase transformation, resulting in unstable contact resistance. For contacts on the pad, more titanium silicide production is advantageous in terms of contact resistance.

따라서 상기 서로 다른 영역에서의 비트라인 안정적인 콘택 저항을 가지는 비트라인 콘택을 형성하는 방법이 절실히 요구된다.Therefore, there is an urgent need for a method of forming bit line contacts having bit line stable contact resistances in the different regions.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 폴리실리콘 패드 내에만 티타늄 실리사이드막을 형성하고 게이트의 콘택 내에는 티타늄 실리사이드가 형성되지 않게 하여 폴리실리콘 패드 및 게이트 위의 모든 콘택에서 안정적인 콘택저항을 확보하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and forms a titanium silicide film only in the polysilicon pad and prevents the titanium silicide from forming in the contact of the gate, thereby ensuring stable contact resistance at all the contacts on the polysilicon pad and the gate. To secure the purpose.

도 1 내지 도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비트라인 콘택 형성 방법을 개략적으로 나타내는 단면도이다.1 to 12 are cross-sectional views schematically illustrating a bit line contact forming method according to an exemplary embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

100 : 반도체 기판 110 : 소자분리영역100 semiconductor substrate 110 device isolation region

120, 130 : 폴리실리콘/텅스텐 실리사이드 게이트 전극120, 130 polysilicon / tungsten silicide gate electrode

140 : 게이트 캡핑막 150 : 마스크 산화막140: gate capping film 150: mask oxide film

160 : 게이트 스페이서 170 : 불순물 확산영역160: gate spacer 170: impurity diffusion region

180 : 트랜지스터 200, 250 : 절연막180: transistor 200, 250: insulating film

210 : 비트라인 콘택홀 220 : 폴리실리콘 패드210: bit line contact hole 220: polysilicon pad

230 : 티타늄 실리사이드막 240, 290 : 배리어 금속막230: titanium silicide film 240, 290: barrier metal film

260, 270, 280 : 비트라인 콘택홀260, 270, 280: bit line contact hole

300 : 비트라인용 금속막 310 : 비트라인 패턴300: bit line metal film 310: bit line pattern

(구성)(Configuration)

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구성에 따르면, 비트라인 콘택을 형성하는 방법은, 셀 어레이 영역과 주변회로 영역이 정의된 반도체 기판 상에 적어도 폴리실리콘/텅스텐 실리사이드의 게이트 전극을 가지는 다수의 제 1 및 제 2 트랜지스터를 각각 형성하는 단계와, 상기 다수의 제 1 트랜지스터 및 상기 다수의 제 2 트랜지스터를 포함하여 상기 반도체 기판 상에 제 1 층간절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 층간절연막을 식각하여 상기 다수의 제 1 트랜지스터 및 상기 다수의 제 2 트랜지스터 사이의 반도체 기판을 노출시키는 패드 형성용 제 1 및 제 2 오프닝을 형성하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 오프닝 내부에 폴리실리콘을 형성하여 제 1 및 제 2 도전성 패드를 각각 형성하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 도전성 패드 상부에 선택적으로 티타늄 실리사이드막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 층간절연막 및 상기 티타늄 실리사이드막 상에 제 2 층간절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 2 층간절연막을 식각하여 상기 제 1 및 제 2 도전성 패드 상의 상기 실리사이드막 및 상기 제 2 트랜지스터의 상기 텅스텐 실리사이드막을 각각 노출시키는 제 1, 제 2 및 제 3 비트라인 콘택홀을 형성하는 단계와, 그리고, 상기 비트라인 콘택홀 및 상기 제 2 층간절연막 상에 배리어 금속막 및 비트라인용 금속막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.According to one configuration of the present invention for achieving the above object, a method for forming a bit line contact, a plurality of having a gate electrode of at least polysilicon / tungsten silicide on the semiconductor substrate defined cell array region and peripheral circuit region Forming first and second transistors, respectively, forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate including the plurality of first transistors and the plurality of second transistors, and forming the first interlayer insulating film. Etching to form first and second openings for pad formation exposing a semiconductor substrate between the plurality of first transistors and the plurality of second transistors, and to form polysilicon inside the first and second openings. Forming a first and a second conductive pad, respectively, and selectively forming a tee on top of the first and second conductive pad. Forming a titanium silicide layer, forming a second interlayer dielectric layer on the first interlayer dielectric layer and the titanium silicide layer, and etching the second interlayer dielectric layer to etch the silicide layer on the first and second conductive pads. And forming first, second and third bit line contact holes exposing the tungsten silicide film of the second transistor, respectively, and forming a barrier metal film on the bit line contact hole and the second interlayer insulating film. And forming a bit line metal film.

상술한 방법에 있어서, 상기 배리어 금속막은 TiN, TaN, TiSiN, TaSiN, WN, ZrN 그리고 NbN 중 어느 하나에 의해서 형성되며, 약 300 옹그스트롬 내지 600 옹그스트롬의 두께를 가진다.In the above method, the barrier metal film is formed of any one of TiN, TaN, TiSiN, TaSiN, WN, ZrN and NbN, and has a thickness of about 300 Angstroms to 600 Angstroms.

상술한 방법에 있어서, 상기 티타늄 실리사이드막 상에 배리어 금속막을 더 형성하는 것을 특징으로 하며 상기 배리어 금속막은 TiN 그리고 TiSiN 중 어느 하나에 의해서 형성될 수 있다.In the above-described method, a barrier metal film is further formed on the titanium silicide film, and the barrier metal film may be formed by any one of TiN and TiSiN.

(작용)(Action)

도 12를 참조하면, 셀 어레이 영역 및 주변회로 영역의 폴리실리콘 패드(210) 상에 형성되는 비트라인 콘택의 경우 안정적인 콘택 저항을 확보하기 위해 티타늄 실리사이드막(220)/티타늄 질화막(230,290)/텅스텐막(300)으로 이루어져 있으며, 주변회로 영역의 게이트 위에 즉 텅스텐 실리사이드막(130) 위에 형성되는 비트라인 콘택의 경우 안정적인 콘택 저항 확보 및 콘택 저항 증가 방지를 위해 폴리실리콘 패드에 형성되는 콘택과는 달리 티타늄 실리사이드막이 형성되지 않은 티타늄막 질화막(290)/텅스텐막(300)으로 구성되어 있다.Referring to FIG. 12, in the case of the bit line contact formed on the polysilicon pad 210 in the cell array region and the peripheral circuit region, the titanium silicide layer 220 / titanium nitride layer 230, 290 / tungsten in order to secure stable contact resistance. The bit line contact formed on the gate of the peripheral circuit region, that is, on the tungsten silicide layer 130, unlike the contact formed on the polysilicon pad to secure a stable contact resistance and prevent an increase in contact resistance, is formed of the film 300. A titanium film nitride film 290 / tungsten film 300 in which a titanium silicide film is not formed.

이와 같이 서로 다른 하부막질 특성을 가지는 영역에서 차별적으로 티타늄 실리사이드막을 형성함으로써, 모두 안정적인 콘택저항을 확보할 수 있는 효과가 있다.Thus, by forming a titanium silicide film differentially in a region having different lower film characteristics, there is an effect that all can secure a stable contact resistance.

(실시예)(Example)

이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 제시되는 도면에서 형성되는 막질 및 영역들이 다소 과장되게 도시되어 있으며 반도체 제조 공정에서 통상적으로 사용되는 널리 알려진 공정 기술에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The film quality and regions formed in the drawings shown are exaggerated somewhat, and detailed descriptions of well-known process technologies commonly used in semiconductor manufacturing processes are omitted.

먼저 웨이퍼가 준비된다. 상기 웨이퍼 중에서 반도체 장치를 구성하는 여러 가지 소자가 형성되는 특정 부분을 이하에서 반도체 기판이라 한다. 도면에는 이러한 반도체 기판(100)의 일부분만이 도시되어져 있다. 도 1을 참조하면, 상기 반도체 기판(100) 상에 소자분리공정이 진행되어 활성영역과 비활성 영역(110)이 정의된다. 그리고 나서 통상적인 이온주입공정 예들 들면 웰 구조 및 트랜지스터 문턱 전압 조절을 위한 이온주입공정이 상기 활성영역 상에 진행된다. 다음 반도체 기판(100) 전면에 게이트 산화막(미도시)이 형성되고 게이트 전극물질 및 게이트 캡핑막이 증차된다.First, the wafer is prepared. The specific part in which the various elements which comprise a semiconductor device among the said wafer are formed is called a semiconductor substrate below. Only a portion of this semiconductor substrate 100 is shown in the figure. Referring to FIG. 1, an isolation process is performed on the semiconductor substrate 100 to define an active region and an inactive region 110. Then, conventional ion implantation processes such as the ion implantation process for adjusting the well structure and the transistor threshold voltage are performed on the active region. Next, a gate oxide film (not shown) is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100, and a gate electrode material and a gate capping film are increased.

좀더 구체적으로 게이트 전극물질로 폴리실리콘(120) 및 게이트의 저항을 감소시키기위한 텅스텐 실리사이드막(130)이 형성된다. 예를 들면, 상기 폴리실리콘막(120)은 약 800 옹그스트롬 내지 1,200 옹그스트롬의 두께를 가지도록 형성되며, 상기 텅스텐 실리사이드막(130)은 약 800 옹그스트롬 내지 1,200 옹그스트롬의 두께를 가지도록 형성된다.More specifically, the tungsten silicide layer 130 for reducing the resistance of the polysilicon 120 and the gate is formed of the gate electrode material. For example, the polysilicon film 120 is formed to have a thickness of about 800 angstroms to 1,200 angstroms, and the tungsten silicide film 130 is formed to have a thickness of about 800 angstroms to 1,200 angstroms. do.

상기 게이트 캡핑막은 캡핑 실리콘 질화막(140)으로 형성된다. 좀 더 구체적으로 상기 실리콘 질화막(140)은 약 1,800 옹그스트롬 내지 2,500 옹그스트롬의 두께를 가지도록 형성된다.The gate capping layer is formed of a capping silicon nitride layer 140. More specifically, the silicon nitride film 140 is formed to have a thickness of about 1,800 Angstroms to 2,500 Angstroms.

그리고 나서 마스크 산화막(150) 예를 들면 고온산화막이 약 200 옹그스트롬 내지 500 옹그스트롬의 두께를 가지도록 형성된다.A mask oxide film 150, for example a high temperature oxide film, is then formed to have a thickness of about 200 Angstroms to 500 Angstroms.

다음 게이트 패턴을 형성하기 위해 포토리소그라피 공정과 에칭 공정이 진행되어 다수의 게이트 패턴이 도 2에 나타난 바와 같이 반도체 기판의 셀 어레이 영역 및 주변회로 영역에 각각 형성된다. 상기 포토리소그라피 공정 및 에칭 공정 중에 상기 마스크 산화막의 대부분이 제거되고, 후속 스페이서 형성공정에서도 일부 남아있는 막질이 제거된다.Next, a photolithography process and an etching process are performed to form a gate pattern, and a plurality of gate patterns are formed in the cell array region and the peripheral circuit region of the semiconductor substrate, respectively, as shown in FIG. 2. Most of the mask oxide film is removed during the photolithography process and the etching process, and some of the remaining film quality is removed even in the subsequent spacer forming process.

다음 게이트 스페이서 형성공정이 수행되어 상기 게이트 패턴 양측벽에 절연막 스페이서가 형성된다. 구체적으로, 절연막으로 실리콘 질화막이 약 500 옹그스트롬의 두께를 가지도록 형성된다. 그리고 나서 재식각(etch-back)되어 상기 게이트 패턴의 양측벽에만 남고 나머지 부분에서는 모두 제거되어 측벽 스페이서(160)가 완성된다.Next, a gate spacer forming process is performed to form insulating film spacers on both sidewalls of the gate pattern. Specifically, the silicon nitride film is formed as an insulating film to have a thickness of about 500 Angstroms. The sidewall spacers 160 are then etched back to remove only the remaining portions of both sides of the gate pattern and to remove all of the remaining portions.

다음 통상적인 이온주입공정이 수행되어 활성영역 상에 불순물 확산 영역(170)이 형성되고, 트랜지스터(180)가 완성된다.Next, a conventional ion implantation process is performed to form an impurity diffusion region 170 on the active region, and the transistor 180 is completed.

다음 도 3을 참조하면, 상기 트랜지스터(180)를 포함하여 상기 반도체 기판(100) 상에 제 1 층간절연막이 형성된다. 상기 제 1 층간절연막은 통상적으로 산화막으로 형성되며, 약 5,000 옹그스트롬 내지 6,000 옹그스트롬의 두께를 가지도록 형성된다. 다음 후속 포토리소그라피 및 에칭 공정에 적합한 표면 토폴로지를 위해 평탄화 공정이 상기 제 1 층간절연막 상에 수행되는데, 예를 들면, 화학적기계적연마 기술(CMP:chemical mechanical polishing)을 사용하여 약 1,000 옹그스트롬 정도의 상기 제 1 층간절연막(200)을 식각하여 평탄한 상부 표면을 가지는 제 1 층간절연막(200)이 형성된다.Next, referring to FIG. 3, a first interlayer insulating film is formed on the semiconductor substrate 100 including the transistor 180. The first interlayer insulating film is typically formed of an oxide film, and has a thickness of about 5,000 Angstroms to 6,000 Angstroms. A planarization process is then performed on the first interlayer insulating film for a suitable surface topology for subsequent photolithography and etching processes, for example, using about 1,000 Angstroms using chemical mechanical polishing (CMP). The first interlayer insulating layer 200 is etched to form a first interlayer insulating layer 200 having a flat upper surface.

다음 후속 비트라인 콘택홀 형성을 위한 식각 공정의 마진 확보를 위해 상기 불순물 확산 영역(170)에 전기적으로 연결되는 도전성 패드 공정이 진행된다. 구체적으로 포토리소그라피 공정과 자기정렬콘택 에칭 공정이 수행된다. 즉 상기 제 1 층간절연막(200) 상에 포토레지스트막이 스핀 코팅되어 패터닝 된다. 상기 패턴화된 포토레지스트막을 사용하여 상기 제 1 층간절연막(200)을 식각한다. 이때, 상기 제 1 층간절연막의 식각은 상기 질화막 스페이서(160) 및 캡핑 질화막140)에 식각 선택비가 우수한 조건, 이른바 자기정렬콘택 식각 조건으로 식각하여 콘택 패드 형성을 위한 오프닝(210)을 도 3에 나타난 바와 같이 형성한다.Next, a conductive pad process electrically connected to the impurity diffusion region 170 is performed to secure a margin of an etching process for forming a subsequent bit line contact hole. Specifically, a photolithography process and a self-aligned contact etching process are performed. That is, the photoresist film is spin-coated and patterned on the first interlayer insulating film 200. The first interlayer dielectric layer 200 is etched using the patterned photoresist layer. In this case, the etching of the first interlayer dielectric layer is performed by etching the nitride spacer spacer 160 and the capping nitride layer 140 under the condition of excellent etching selectivity, so-called self-aligned contact etching condition, to form an opening 210 for forming a contact pad. Form as shown.

상기 자기정렬 콘택 식각으로 인해, 비록 오정렬이 발생하더라도 층간절연막에 대한 식각이 질화막에서 정지되기 때문에 공정마진을 확보할 수있다.Due to the self-aligned contact etching, even if misalignment occurs, the process margin can be secured because the etching to the interlayer insulating film is stopped in the nitride film.

다음 상기 제 1 층간절연막(200) 및 상기 오프닝(210) 상에 도전성 패드용 도전물질 예를 들면 도핑된 폴리실리콘이 형성된다. 다음 상기 형성된 폴리실리콘막에 대하여 화학적기계적 연마 공정이나 재식각 공정을 진행하여 전기적으로 서로 격리된 도전성 패드(220)를 형성한다. 좀 더 구체적으로 상기 화학적기계적 연마는, 바람직하게는, 상기 제 1 층간절연막(200)인 산화막 대비 상기 폴리실리콘의 식각 선택비가 약 2:1인 조건으로 진행하며, 도 4에 나타난 바와 같이 도전성 패드(220)가 상기 제 1 층간절연막(220) 상부 표면으로 부터 소정의 깊이로 리세스된다.Next, a conductive material, such as doped polysilicon, for a conductive pad is formed on the first interlayer insulating layer 200 and the opening 210. Next, a chemical mechanical polishing process or a re-etching process is performed on the formed polysilicon film to form conductive pads 220 electrically isolated from each other. More specifically, the chemical mechanical polishing is preferably performed under the condition that the etching selectivity of the polysilicon is about 2: 1 with respect to the oxide film, which is the first interlayer insulating film 200, as shown in FIG. 220 is recessed to a predetermined depth from an upper surface of the first interlayer insulating film 220.

다음 상기 폴리실리콘 도전성 패드(220) 상에 형성되는 비트라인 콘택의 안정적인 콘택 저항 확보를 위해 실리사이드막 형성 공정이 수행된다. 먼저 티타늄막이 약 100 옹그스트롬 내지 200 옹그스트롬의 두께를 가지도록 상기 제 1 층간절연막 및 상기 리세스된 도전성 패드(220)의 상부에 형성된다. 후속 공정으로 열처리 공정을 수행하여 노출된 도전성 패드(220)의 폴리실리콘과 티타늄과의 반응을 통해 티타늄 실리사이드막(230)을 형성한다. 상기 실리사이드 열처리 공정은 급속열처리방법(RTP:rapid thermal annealing process) 또는 퍼니스(furnace) 등이 적용된다. 다음, 노출된 폴리실리콘 패드와 반응하지 않은 티타늄, 즉 상기 제 1 층간절연막 상에 형성된 티타늄막이 선택적으로 제거된다(도 5 참조).Next, a silicide film forming process is performed to secure stable contact resistance of the bit line contact formed on the polysilicon conductive pad 220. First, a titanium film is formed on the first interlayer insulating film and the recessed conductive pads 220 to have a thickness of about 100 Angstroms to 200 Angstroms. A heat treatment process is performed in a subsequent process to form a titanium silicide layer 230 through a reaction between the exposed polysilicon of the conductive pad 220 and titanium. The silicide heat treatment process is a rapid thermal annealing process (RTP) or a furnace (furnace) is applied. Next, titanium that has not reacted with the exposed polysilicon pad, that is, the titanium film formed on the first interlayer insulating film is selectively removed (see FIG. 5).

다음 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 도 5에 나타난 결과물 상에 티타늄 질화막(240)이 형성될 수 있다. 상기 티타늄 질화막 대신 티타늄 실리콘 질화막이 형성될 수 도 있다. 상기 티타늄 질화막(240)은 후속 비트라인 콘택 형성을 위한 식각 공정시 상기 폴리실리콘 패드(220) 상에 형성된 티타늄 실리사이드막(230)을 보호하기 위함이다. 상기 티타늄 질화막(240)은 약 300 옹그스트롬 내지 600 옹그스트롬의 두께를 가지도록 형성된다. 그리고 나서 상기 제 1 층간절연막(200) 상에 형성된 티타늄 질화막(240)이 화학적기계적 연마 공정 또는 재식각 공정으로 제거되어 도 7에 나타난 바와 같이 상기 티타늄 실리사이드막(220) 상에만 남게된다.Next, as shown in FIG. 6, a titanium nitride film 240 may be formed on the resultant shown in FIG. 5. A titanium silicon nitride film may be formed instead of the titanium nitride film. The titanium nitride layer 240 is to protect the titanium silicide layer 230 formed on the polysilicon pad 220 during an etching process for subsequent bit line contact formation. The titanium nitride film 240 is formed to have a thickness of about 300 Angstroms to 600 Angstroms. Then, the titanium nitride film 240 formed on the first interlayer insulating film 200 is removed by a chemical mechanical polishing process or a re-etching process and remains only on the titanium silicide film 220 as shown in FIG. 7.

다음 도 8에 나타난 바와 같이, 상기 제 1 층간절연막(200) 및 상기 티타늄 질화막(240) 상에 제 2 층간절연막(250)이 형성된다. 상기 제 2 층간절연막(250)은 산화막으로 형성되며, 예를 들면, 플라즈마 강화-테트라에틸오르토실리케이트 (plasma enhanced-tetraorthosilicate) 산화막으로 약 1,000 옹그스트롬 내지 3,000 옹그스트롬의 두께를 가지도록 형성된다.Next, as shown in FIG. 8, a second interlayer insulating film 250 is formed on the first interlayer insulating film 200 and the titanium nitride film 240. The second interlayer insulating film 250 is formed of an oxide film, for example, a plasma enhanced-tetraorthosilicate oxide film having a thickness of about 1,000 Angstroms to 3,000 Angstroms.

다음 공정은 비트라인 콘택 형성 공정이다. 구체적으로 포토리소그라피 공정과 에칭 공정이 수행된다. 즉 상기 제 2 층간절연막(250) 상에 포토레지스트막이 스핀 코팅되어 패터닝 된다. 상기 패턴화된 포토레지스트막을 사용하여 상기 제 2 층간절연막(250)을 식각하여 상기 주변회로 및 셀 어레이 영역의 폴리실리콘 패드 상에 형성된 티타늄 질화막(240) 및 상기 주변회로 영역의 게이트 패턴의 텅스텐 실리사이드막(130)을 노출시키는 제 1, 제 2 , 제 3 비트라인 콘택 오프닝(260,270,280)을 도 9에 나타난 바와 같이 형성한다. 이때 상기 콘택 식각에서 상기 티타늄 질화막(240)은 하부의 티타늄 실리사이드막(230)이 과식각되는 것을 방지 하는 역할을 한다.The next process is a bit line contact formation process. Specifically, a photolithography process and an etching process are performed. That is, the photoresist film is spin-coated and patterned on the second interlayer insulating film 250. The second interlayer insulating layer 250 is etched using the patterned photoresist film to form a titanium nitride film 240 formed on the polysilicon pads of the peripheral circuit and the cell array region and the tungsten silicide of the gate pattern of the peripheral circuit region. First, second and third bitline contact openings 260, 270 and 280 exposing the film 130 are formed as shown in FIG. In this case, the titanium nitride layer 240 may prevent the lower titanium silicide layer 230 from being overetched in the contact etching.

다음 도 10을 참조하면, 비트라인용 물질로 사용되는 텅스텐 형성시 발생되는 프로린 가스가 하부막질을 침투하여 계면을 불안정화시키는 것을 막아주는 반응 방지 배리어막(290)이 형성된다. 상기 반응 방지 배리어막(290)은 예를 들면 티타늄 질화막으로 형성되며 약 300 옹그스트롬 내지 600 옹그스트롬의 두께를 가지도록 형성된다. 상기 티타늄 질화막 대신 TiN, TaN, TiSiN, TaSiN, WN, ZrN, NbN 등이 형성될 수 도 있다.Next, referring to FIG. 10, a reaction prevention barrier layer 290 is formed to prevent proline gas generated when tungsten used as a bit line material penetrate the lower layer to destabilize the interface. The reaction prevention barrier layer 290 is formed of, for example, a titanium nitride layer and has a thickness of about 300 Angstroms to 600 Angstroms. TiN, TaN, TiSiN, TaSiN, WN, ZrN, NbN, etc. may be formed instead of the titanium nitride film.

다음 도 11을 참조하면, 비트라인 형성용 물질로 텅스텐(300)이 상기 오프닝을 완전히 채우도록 상기 반응 방지막(290) 상에 화학적 기상 증착법(CVD;chemical vapor deposition)법으로 증착된다. 상기 텅스텐막(300)은 약 800 옹그스트롬 내지 3,000 옹그스트롬의 두께를 가지도록 형성된다.Next, referring to FIG. 11, tungsten 300 as a bit line forming material is deposited on the reaction prevention layer 290 by chemical vapor deposition (CVD) to completely fill the opening. The tungsten film 300 is formed to have a thickness of about 800 Angstroms to 3,000 Angstroms.

다음 도 12를 참조하면, 후속 공정으로 포토리소그라피 공정 및 에칭 공정을 진행하여 비트라인(310)을 형성한다.Next, referring to FIG. 12, a bit line 310 is formed by performing a photolithography process and an etching process in a subsequent process.

비록 도시되지는 않았지만 상기 비트라인은 다음과 같은 공정으로 형성될 수도 있다. 즉, 상기 텅스텐막이 증착된 후, 상기 티타늄 질화막이 나타날 때까지 상기 텅스텐막이 재식각되어 텅스텐 플러그가 형성된다. 그리고 나서, 상기 결과물 상에 비트라인 물질로 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 물질이 증착되고 패터닝되어 비트라인이 형성된다.Although not shown, the bit line may be formed by the following process. That is, after the tungsten film is deposited, the tungsten film is etched again until the titanium nitride film appears to form a tungsten plug. Then, a material such as aluminum or an aluminum alloy is deposited and patterned as the bit line material on the resultant to form a bit line.

비록 바람직한 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화 및 변경이 가능하다.Although the present invention has been described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited thereto, and various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention.

본 발명에 따르면, 게이트 상에 형성되는 비트라인 콘택에는 티타늄 실리사이드막을 형성하지 않으면서, 폴리실리콘 패드 상에 형성되는 비트라인 콘택에는 티타늄 실리사이드막을 형성함으로써, 서로 다른 콘택 특성을 가지는 영역에서 동시에 안정적인 콘택 저항을 확보할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a titanium silicide film is formed on a bit line contact formed on a polysilicon pad while a titanium silicide film is not formed on a bit line contact formed on a gate, thereby simultaneously making stable contact in a region having different contact characteristics. It is effective to secure resistance.

또한 셀 어레이 영역 뿐 아니라 주변회로 영역에서도 콘택 패드를 형성함으로써, 후속 비트라인 콘택 식각 공정에서 식각되는 층간절연막의 두께를 거의 동일하게 함으로써, 손쉬운 비트라인 콘택 식각 공정을 가능케 한다.In addition, by forming contact pads not only in the cell array region but also in the peripheral circuit region, the thickness of the interlayer insulating layer etched in a subsequent bit line contact etching process is almost the same, thereby facilitating an easy bit line contact etching process.

Claims (3)

반도체 장치의 비트라인 콘택을 형성하는 방법에 있어서,In the method of forming a bit line contact of a semiconductor device, 셀 어레이 영역과 주변회로 영역이 정의된 반도체 기판 상에 적어도 폴리실리콘/텅스텐 실리사이드의 게이트 전극을 가지는 다수의 제 1 및 제 2 트랜지스터를 각각 형성하는 단계와;Forming a plurality of first and second transistors each having a gate electrode of at least polysilicon / tungsten silicide on a semiconductor substrate in which a cell array region and a peripheral circuit region are defined; 상기 다수의 제 1 트랜지스터 및 상기 다수의 제 2 트랜지스터를 포함하여 상기 반도체 기판 상에 제 1 층간절연막을 형성하는 단계와;Forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate including the plurality of first transistors and the plurality of second transistors; 상기 제 1 층간절연막을 식각하여 상기 다수의 제 1 트랜지스터 및 상기 다수의 제 2 트랜지스터 사이의 반도체 기판을 노출시키는 패드 형성용 제 1 및 제 2 오프닝을 형성하는 단계와;Etching the first interlayer insulating film to form first and second openings for pad formation exposing a semiconductor substrate between the plurality of first transistors and the plurality of second transistors; 상기 제 1 및 제 2 오프닝 내부에 폴리실리콘을 형성하여 제 1 및 제 2 도전성 패드를 각각 형성하는 단계와;Forming polysilicon inside the first and second openings to form first and second conductive pads, respectively; 상기 제 1 및 제 2 도전성 패드 상부에 선택적으로 티타늄 실리사이드막을 각각 형성하는 단계와;Selectively forming titanium silicide layers on the first and second conductive pads, respectively; 상기 결과물 상에 제 2 층간절연막을 형성하는 단계와;Forming a second interlayer insulating film on the resultant; 상기 제 2 층간절연막을 식각하여 상기 제 1 및 제 2 도전성 패드 상의 상기 실리사이드막 및 상기 제 2 트랜지스터의 상기 텅스텐 실리사이드막을 각각 노출시키는 제 1, 제 2 및 제 3 비트라인 콘택홀을 형성하는 단계와; 그리고Etching the second interlayer insulating layer to form first, second and third bit line contact holes exposing the silicide layer and the tungsten silicide layer of the second transistor on the first and second conductive pads, respectively; ; And 상기 비트라인 콘택홀 및 상기 제 2 층간절연막 상에 배리어 금속막 및 비트라인용 금속막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 비트라인 콘택 형성 방법.And forming a barrier metal film and a bit line metal film on the bit line contact hole and the second interlayer insulating film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배리어 금속막은 TiN, TaN, TiSiN, TaSiN, WN, ZrN 그리고 NbN 중 어느 하나에 의해서 형성되며, 약 300 옹그스트롬 내지 600 옹그스트롬의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 비트라인 콘택 형성 방법.And the barrier metal film is formed of any one of TiN, TaN, TiSiN, TaSiN, WN, ZrN and NbN, and has a thickness of about 300 Angstroms to 600 Angstroms. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 티타늄 실리사이드막 상에 실리사이드 보호막을 더 형성하는 것을 특징으로 하며 상기 실리사이드 보호막은 TiN 또는 TiSiN으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 비트라인 콘택 형성 방법.And forming a silicide protective layer on the titanium silicide layer, wherein the silicide protective layer is formed of TiN or TiSiN.
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KR100945225B1 (en) * 2002-12-26 2010-03-03 주식회사 하이닉스반도체 Method for fabrication of semiconductor device
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