KR20010058453A - Method for forming MOS transistor of semconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 고집적 반도체장치에서 셀프얼라인 콘택(Self-Aligned Contact) 구조를 갖는 반도체장치의 모스트랜지스터 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a MOS transistor of a semiconductor device having a self-aligned contact structure in a highly integrated semiconductor device.
최근의 반도체 장치는 디바이스가 고집적화됨에 따라 메모리, 예컨대 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 셀 크기가 점점 감소되면서 워드 라인과 커패시터 콘택, 비트라인과 커패시터 콘택의 마진이 점점 작아져 커패시터 콘택을 더욱 작게 형성해야만 한다.In recent years, as semiconductor devices become more integrated, memory, for example, dynamic random access memory (DRAM) cell sizes are gradually decreasing, so that margins of word lines and capacitor contacts, bit lines and capacitor contacts become smaller and smaller, so that capacitor contacts must be made smaller. do.
또한, 다수의 배선층 또는 콘택홀 사이의 미스얼라인 마진(mis-align margin)이 점점 줄어들고 있다. 더욱이, 반도체 메모리셀과 같이 디자인 룰(design rule)에 여유가 없고 같은 형태의 패턴이 반복되는 경우, 콘택홀을 셀프얼라인 방식으로 형성함으로써 메모리셀의 면적을 축소시키는 방법이 연구/개발되고 있다. 이러한 셀프얼라인 콘택방식은 주변구조물의 단차를 이용하여 콘택홀을 형성하는 것으로, 주변구조물의 높이, 콘택홀이 형성될 절연물질의 두께 및 식각방법등에 의해 다양한 크기의 콘택홀을 마스크 사용없이 얻을 수 있기 때문에 고집적화에 의해 축소화되는 반도체장치의 실현에 가장 적합한 방법으로 사용된다.In addition, mis-align margins between a plurality of wiring layers or contact holes are gradually decreasing. Furthermore, when a design rule such as a semiconductor memory cell has no margin and the same pattern is repeated, a method of reducing the area of the memory cell by forming contact holes in a self-aligned manner has been researched and developed. . The self-aligned contact method forms a contact hole by using a step of the surrounding structure, and obtains contact holes of various sizes without using a mask by the height of the surrounding structure, the thickness of the insulating material on which the contact hole is to be formed, and the etching method. As a result, it can be used as the most suitable method for realizing a semiconductor device which is reduced in size by high integration.
하지만, 종래 셀프얼라인 콘택 플러그 제조 방법은 주로 게이트전극 상측 부위의 스페이서 및 캐핑용으로 질화막을 이용할 경우 층간 절연막의 콘택홀 식각시 게이트전극간 공간 마진이 부족하고 식각 배리어로 사용되는 질화막이 충분히 배리어 역할을 하지 못해서 캐핑용막과 스페이서가 과도 식각되는 경우가 종종 있었다.이러한 과도 식각으로 인한 손실 부위는 이후 비트라인 또는 플러그 콘택과 워드 라인(게이트전극)과의 단락을 유발할 뿐만 아니라 스토리지전극 콘택과 비트라인의 단락을 유발하는 문제점이 있었다.However, in the conventional self-aligned contact plug manufacturing method, when the nitride film is mainly used for the spacer and capping of the upper portion of the gate electrode, the space margin between the gate electrodes is insufficient when the interlayer insulating film is etched, and the nitride film used as the etching barrier is sufficiently barriered. The capping layer and the spacer are often overetched because they do not play a role, and the loss due to such overetching not only causes a short circuit between the bit line or the plug contact and the word line (gate electrode), but also the storage electrode contact and the bit. There was a problem that caused a short circuit in the line.
본 발명의 목적은 소오스/드레인 이온 주입을 생략하고 층간 절연막을 형성하기전에 기판 전면에 고농도 도프트 폴리실리콘막을 얇게 형성하고 열처리 공정을 실시하여 게이트전극 에지 근방의 기판내에 소오스/드레인 접합을 형성함으로써 이후 비트라인 및 스토리지노드용 콘택 전극을 넓은 영역에 걸쳐 형성할 수 있어 고집적 반도체장치에서 미세 콘택홀 식각으로 인한 손상을 줄일 수 있는 반도체장치의 모스트랜지스터 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to form a source / drain junction in the substrate near the edge of the gate electrode by forming a thin doped polysilicon layer on the entire surface of the substrate and performing a heat treatment process before the source / drain ion implantation is omitted and the interlayer insulating film is formed. Thereafter, a contact electrode for a bit line and a storage node can be formed over a wide area, thereby providing a method of manufacturing a transistor of a semiconductor device, which can reduce damage due to fine contact hole etching in a highly integrated semiconductor device.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 반도체장치의 모스트랜지스터 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도.1 to 4 are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a MOS transistor of a semiconductor device according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 반도체기판 12 : 필드 산화막10 semiconductor substrate 12 field oxide film
14 : 게이트산화막 16 : 게이트전극용 도프트 폴리실리콘막14 gate oxide film 16 doped polysilicon film for gate electrode
18 : 게이트전극용 텅스텐실리사이드18: Tungsten Silicide for Gate Electrode
20 : 캐핑막 22 : LDD 영역20: capping film 22: LDD region
24 : 스페이서 26 : 고농도 도프트 폴리실리콘막24: spacer 26: high concentration doped polysilicon film
28 : 소오스/드레인 접합 30: 층간 절연막28 source / drain junction 30 interlayer insulating film
32 : 콘택전극32: contact electrode
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 모스 트랜지스터 제조방법에 있어서, 반도체 기판에 필드산화막을 형성하는 단계와, 기판 상부에 게이트산화막을 형성하는 단계와, 게이트산화막 상부에 도전체를 증착하고 이를 패터닝하여 게이트전극을 형성하고 게이트전극 상부에 절연물질의 캐핑막을 형성하는 단계와, 게이트전극 에지 하부에 드러난 기판내에 도전형 불순물이 저농도로 주입된 LDD 영역을 형성하는 단계와, 게이트전극 측면에 절연물질의 스페이서를 형성하는 단계와, 스페이서가 형성된 기판 전면에 고농도 도프트 폴리실리콘막을 형성하는 단계와, 고온,고압으로 열처리 공정을 실시하여 고농도 도프트 폴리실리콘막의 도펀트를 기판 표면내에 확산시켜 소오스/드레인 접합을 형성하는 단계와, 기판 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 층간 절연막에 콘택홀을 형성하고 도전체를 매립하여 콘택 전극을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a MOS transistor, the method comprising: forming a field oxide film on a semiconductor substrate, forming a gate oxide film on the substrate, depositing and patterning a conductor on the gate oxide film; Forming a gate electrode and forming a capping layer of an insulating material on the gate electrode, forming an LDD region in which a conductive impurity is injected into the substrate exposed under the edge of the gate electrode, and forming an LDD region on the side of the gate electrode. Forming a spacer, forming a high concentration doped polysilicon film on the entire surface of the substrate on which the spacer is formed, and performing a heat treatment at high temperature and high pressure to diffuse the dopant of the high concentration doped polysilicon film into the substrate surface to obtain a source / drain junction. Forming an interlayer insulating film on the entire surface of the substrate; And, forming a contact hole in the interlayer insulating film and embedding a conductive material and forming a contact electrode.
본 발명에 따르면, 모스트랜지스터 제조 공정시 소오스/드레인 이온 주입을 생략하고 층간 절연막을 형성하기전에 고농도 도프트 폴리실리콘막을 기판 전면에 형성하고 열처리 공정을 실시함으로써 도프트 폴리실리콘막의 도펀트가 LDD 영역으로 배출 확산(out-diffusion)되어 소오스/드레인 영역을 형성하고 이와 동시에 폴리실리콘막에 의해 콘택 전극과 접합 영역의 콘택 면적이 증가되어 콘택면의 접촉 저항을 높일 수 있다.According to the present invention, the dopant of the doped polysilicon film is transferred to the LDD region by omitting the source / drain ion implantation during the MOS transistor manufacturing process and forming a high concentration doped polysilicon film on the entire surface of the substrate and performing a heat treatment process before forming the interlayer insulating film. Out-diffusion may form a source / drain region, and at the same time, the contact area between the contact electrode and the junction region may be increased by the polysilicon film to increase the contact resistance of the contact surface.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 반도체장치의 모스트랜지스터 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도로서, 이를 참조하면 본 발명의 모스트랜지스터 제조 공정은 다음과 같다.1 to 4 are process flowcharts for explaining a method of manufacturing a MOS transistor of a semiconductor device according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체기판으로서 실리콘기판(10)에 소자의 활성 영역과 비활성 영역을 정의하기 위한 필드 산화막(12)을 형성한다. 그리고, 필드 산화막(12)이 형성된 기판(10)에 게이트산화막(14)을 형성한다. 게이트산화막(14) 위에 게이트 도전체로서 도프트 폴리실리콘막(16) 및 텅스텐 실리사이드(18)를 형성하고, 그 위에 캐핑막(20)으로서 질화막을 적층한다.As shown in FIG. 1, a field oxide film 12 for defining active and inactive regions of a device is formed on a silicon substrate 10 as a semiconductor substrate. The gate oxide film 14 is formed on the substrate 10 on which the field oxide film 12 is formed. A doped polysilicon film 16 and a tungsten silicide 18 are formed on the gate oxide film 14 as a gate conductor, and a nitride film is stacked on the gate oxide film 14 as a capping film 20 thereon.
그 다음, 게이트 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 진행하여 캐핑막(20), 텅스텐 실리사이드(18) 및 도프트 폴리실리콘을 패터닝해서 게이트전극을 형성한다. 그리고, 상기 게이트전극에 맞추어 게이트산화막(14)도 식각한다.Next, the capping layer 20, the tungsten silicide 18, and the doped polysilicon are patterned to form a gate electrode by performing a photo-etching process using a gate mask. The gate oxide film 14 is also etched in accordance with the gate electrode.
그리고, 도전형 불순물로서 P(phosphorus)를 저농도로 이온 주입하여 기판(10)의 표면 근방, 즉 게이트 전극의 에지 사이 또는 게이트 전극(G)과 필드 산화막 사이에 LDD 영역(22)을 형성한다.P (phosphorus) is implanted at low concentration as a conductive impurity to form the LDD region 22 near the surface of the substrate 10, that is, between the edge of the gate electrode or between the gate electrode G and the field oxide film.
그 다음, 도 2에 도시된 바와 같이, 게이트 전극 측벽에 스페이서를 형성하기 위하여 절연체로서 질화막을 증착한다. 그리고, 전면 식각 공정을 실시하여 질화막을 식각해서 게이트전극 측벽에 스페이서(24)를 형성한다. 그 다음, 스페이서(24)가 형성된 기판 전면에 고농도 도프트 폴리실리콘막(26)을 형성한다. 이때, 상기 고농도 도프트 폴리실리콘막(26)의 두께는 약 1000Å이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 2, a nitride film is deposited as an insulator to form a spacer on the sidewall of the gate electrode. The entire surface etching process is performed to etch the nitride film to form the spacers 24 on the sidewalls of the gate electrodes. Next, a high concentration doped polysilicon film 26 is formed on the entire surface of the substrate on which the spacers 24 are formed. In this case, the thickness of the high concentration doped polysilicon film 26 is preferably about 1000 kPa.
이어서, 고온, 고압으로 열처리 공정을 실시하여 고농도 도프트 폴리실리콘막(26)의 도펀트를 기판 표면내에 확산시켜 소오스/드레인 접합(28)을 형성한다.Subsequently, a heat treatment process is performed at high temperature and high pressure to diffuse the dopant of the high concentration doped polysilicon film 26 into the substrate surface to form the source / drain junction 28.
그 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판 전면에 층간 절연막(30)을 두껍게 형성한다. 그리고, 콘택 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 진행하여 층간 절연막(30)에 콘택홀을 형성하되, 상기 식각 공정시 고농도 도프트 폴리실리콘막(26)을 식각 정지 타겟으로 삼아 식각한다. 상기 콘택홀 식각 공정은 셀프얼라인 콘택(Self Aligned Contact) 식각법을 이용하는데, 필드 산화막(12)과 소오스/드레인 접합(28)에 걸쳐서 형성할 경우 콘택홀의 면적을 증가시키거나 게이트전극과 이후 형성될 콘택 전극 사이를 멀리 이격/절연시킬 수 있다. 계속해서, 상기 콘택홀이 형성된 층간 절연막(30)에 도전체로서 도프트 폴리실리콘막을 매립하고 이를 패터닝해서 콘택 전극(32)을 형성한다.3, a thick interlayer insulating film 30 is formed on the entire surface of the substrate. In addition, a contact hole is formed in the interlayer insulating layer 30 by performing a photo mask and an etching process using a contact mask, and the etching process is performed using the high concentration doped polysilicon layer 26 as an etch stop target during the etching process. The contact hole etching process uses a self-aligned contact etching method, which is formed over the field oxide layer 12 and the source / drain junction 28 to increase the area of the contact hole, The contact electrodes to be formed can be spaced apart / insulated far away. Subsequently, a doped polysilicon film is embedded in the interlayer insulating film 30 in which the contact hole is formed as a conductor and patterned to form a contact electrode 32.
그러므로, 본 발명에 따른 모스트랜지스터 제조 방법은 스페이서를 형성한 후에 기판 전면에 고농도 도프트 폴리실리콘막(26)을 얇게 증착한 후에 열처리 공정을 실시하여 LDD 영역(22)의 도펀트를 확산시켜 소오스/드레인 접합(28)을 형성한다. 이로 인해, 본 발명은 소오스/드레인 이온 주입 공정을 위한 높은 에너지의 이온 주입을 생략하므로 접합 영역의 손상을 줄일 수 있으며 콘택전극과 소오스/드레인 접합의 콘택 면적을 증가시킬 수 있어 콘택홀 식각 공정시 미스-얼라인으로 인한 콘택전극 사이의 단락 또는 스페이서 과도 식각을 미연에 방지할 수 있다.Therefore, in the method of manufacturing a MOS transistor according to the present invention, after a spacer is formed, a thin doped polysilicon film 26 is deposited on the entire surface of the substrate, and then a heat treatment is performed to diffuse the dopant in the LDD region 22 to obtain a source / The drain junction 28 is formed. As a result, the present invention omits high energy ion implantation for the source / drain ion implantation process, thereby reducing the damage of the junction region and increasing the contact area of the contact electrode and the source / drain junction during the contact hole etching process. It is possible to prevent short-circuits or excessive spacer etching between contact electrodes due to misalignment.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체장치의 모스트랜지스터 제조방법에 의하면, 소오스/드레인 이온 주입 공정을 위한 높은 에너지의 이온 주입을 생략하므로 접합 영역의 손상을 줄일 수 있다.As described above, according to the MOS transistor manufacturing method of the semiconductor device according to the present invention, since the high energy ion implantation for the source / drain ion implantation process is omitted, damage to the junction region can be reduced.
그리고, 본 발명은 콘택 전극을 소오스/드레인 접합 영역과 필드 산화막 사이에 걸쳐서 형성할 수 있어 종래보다 소오스/드레인 접합 크기를 크게 감소시킬 수 있고, 소오스/드레인 접합과 필드 산화막에 걸쳐 생성된 폴리실리콘막에 의해 비트라인 및 스토리지노드 전극용 콘택전극과 소오스/드레인 접합의 콘택 면적을 증가시킬 수 있어 콘택 저항을 크게 낮출 수 있다.In addition, the present invention can form a contact electrode between the source / drain junction region and the field oxide film, which can greatly reduce the source / drain junction size than before, and the polysilicon produced over the source / drain junction and the field oxide film. The film can increase the contact area of the contact electrode for the bit line and storage node electrodes and the source / drain junction, which can greatly reduce the contact resistance.
또한, 본 발명은 미세 콘택홀 식각 공정시 미스-얼라인으로 인한 콘택전극 사이의 단락 또는 스페이서 과도 식각을 미연에 방지할 수 있어 소자의 동작 특성을 개선하면서 그 제조 수율을 크게 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can prevent the short-circuit between the contact electrodes due to the mis-alignment or the excessive etching of the spacer due to the mis-alignment during the fine contact hole etching process, thereby improving the manufacturing yield while improving the operating characteristics of the device.
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