KR20020048618A - Semiconductor device with self aligned silicide layer and method for forming the same - Google Patents

Semiconductor device with self aligned silicide layer and method for forming the same Download PDF

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KR20020048618A
KR20020048618A KR1020000077830A KR20000077830A KR20020048618A KR 20020048618 A KR20020048618 A KR 20020048618A KR 1020000077830 A KR1020000077830 A KR 1020000077830A KR 20000077830 A KR20000077830 A KR 20000077830A KR 20020048618 A KR20020048618 A KR 20020048618A
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Abstract

PURPOSE: A fabrication method of semiconductor device is provided to prevent a short between a semiconductor substrate and a contact plug due to an over-etch of an active region by forming etch stop layers. CONSTITUTION: A plurality of gate patterns(106) are formed on a substrate(100). A first etch stop layer(112) is formed on the resultant structure. After forming a material layer on the first etch stop layer(112), the material layer and the first etch stop layer(112) are sequentially etched to expose the upper surfaces of the gate patterns(106). After removing the material layer, metal silicide layers(116) are formed on the upper surfaces of the exposed gate patterns(106), thereby reducing a leakage current. Then, a second etch stop layer(118) is formed on the resultant structure.

Description

샐리사이드막을 갖는 반도체 장치 및 그의 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE WITH SELF ALIGNED SILICIDE LAYER AND METHOD FOR FORMING THE SAME}A semiconductor device having a salicide film and a method for manufacturing the same {SEMICONDUCTOR DEVICE WITH SELF ALIGNED SILICIDE LAYER AND METHOD FOR FORMING THE SAME}

본 발명은 반도체 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로 게이트 전극에만 국부적으로 샐리사이드막이 형성된 반도체 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor device in which a salicide film is formed locally only on a gate electrode, and a manufacturing method thereof.

반도체 소자가 고집적화됨에 따라, 콘택 저항과 소오스/드레인 영역의 저항을 감소시키고 게이트 전극의 저항을 감소시키기 위하여 샐리사이드(self-aligned silicide; salicide) 기술이 적용되고 있다.As semiconductor devices have been highly integrated, a salicide (self-aligned silicide) technique has been applied to reduce contact resistance and resistance of the source / drain regions and reduce the resistance of the gate electrode.

통상적인 샐리사이드 공정은 게이트 패턴이 형성된 반도체 기판 전면에 Ti, Co 및 Pt 등과 같은 금속막을 형성한 후 게이트 전극과 소오스/드레인 영역의 실리콘과 금속막을 반응시켜 실리사이드막을 형성하는 방법으로 진행된다. 이때, 게이트 패턴의 측벽에는 절연막 스페이서가 형성되어 있기 때문에, 게이트 패턴 및 소오스/드레인 영역의 상부에만 국부적으로 실리사이드막이 형성된다.The conventional salicide process is a method of forming a silicide film by forming a metal film such as Ti, Co, and Pt on the entire surface of a semiconductor substrate on which a gate pattern is formed, and then reacting the gate electrode with silicon and a metal film in a source / drain region. At this time, since the insulating film spacer is formed on the sidewall of the gate pattern, the silicide film is locally formed only on the gate pattern and the source / drain regions.

그러나, 소오스/드레인 영역에 실리사이드막을 형성할 경우, 콘택 저항을 감소시킨다는 이점이 있는 반면에 실리사이드막의 프로파일이 불량할 경우 접합 누설 전류를 발생시킬 수 있는 문제점을 내포하고 있다. 또한, 정전기(electrostatic discharge; ESD)에 의한 칩 파괴를 방지하기 위한 ESD 트랜지스터의 경우 드레인단의 저항이 높아야 정전기에 대한 보호 특성을 극대화할 수 있다. 그런데, 드레인 영역에 저저항 실리사이드막이 형성되면, 드레인의 길이를 증가시키는 물리적인 방법으로는 정전기를 극복할 수 있는 높은 저항을 얻기 어렵다는 문제가 있다.However, when the silicide film is formed in the source / drain regions, there is an advantage of reducing the contact resistance, while having a problem that a junction leakage current may be generated when the silicide film has a poor profile. In addition, in the case of an ESD transistor for preventing chip destruction by electrostatic discharge (ESD), the resistance of the drain terminal must be high to maximize the protection against static electricity. However, when the low resistance silicide film is formed in the drain region, there is a problem that it is difficult to obtain a high resistance capable of overcoming static electricity by a physical method of increasing the length of the drain.

한편, 반도체 소자의 셀 크기가 감소함에 따라 반도체 제조 공정 전반에 걸쳐서 여러가지 공정 상의 한계들이 노출되고 있으며, 특히 사진 기술의 관점에서 패턴 크기의 극미세화에 기인한 어려움들이 대두되고 있다. 이러한 한계들을 극복하기 위한 다양한 접근 방법들이 시도되고 있으며, 층간절연막인 산화막 식각 공정에서 산화막과 질화막간의 식각선택비를 이용하여 활성 영역과 소자분리 영역 상에 콘택을 형성하는 무경계(borderless) 콘택 형성도 그러한 방법 중 하나이다.On the other hand, as the cell size of the semiconductor device is reduced, various process limitations are exposed throughout the semiconductor manufacturing process, and in particular, difficulties due to the miniaturization of the pattern size are emerging from the viewpoint of photographic technology. Various approaches have been attempted to overcome these limitations, and a borderless contact formation method for forming a contact on the active region and the isolation region by using an etch selectivity between an oxide layer and a nitride layer in an oxide layer etching process which is an interlayer insulating layer is performed. One such method is that.

그러나, 통상의 로컬 샐리사이드 공정을 사용하면, 후속의 층간절연막 식각 공정시 식각정지막의 역할을 하는 질화막을 형성하지 못하기 때문에, 무경계 콘택홀을 형성하기 위한 식각 공정시 소자분리막이 과도하게 식각된다. 이로 인해, 무경계 콘택과 기판이 전기적으로 단락되는 문제가 발생한다.However, when the conventional local salicide process is used, the device isolation film is excessively etched during the etching process for forming the borderless contact hole because the nitride film serving as the etch stop film cannot be formed during the subsequent interlayer insulating film etching process. . This causes a problem that the borderless contact and the substrate are electrically shorted.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 종래 기술의 문제점을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the problems of the prior art.

도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 의한 반도체 장치의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device according to the prior art.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 소자분리막(12)을 형성한다. 소자분리막(12)이 형성된 반도체 기판(10)의 소정 영역에 게이트 산화막(14)과 게이트 전극(15)이 적층된 게이트 패턴(16)을 형성한다. 이때, 게이트 전극(15)은 폴리실리콘막으로 형성한다. 게이트 패턴(16) 양옆의 활성 영역에 소오스/드레인 영역(17)을 형성하고, 게이트 패턴(16)의 양측벽에는 스페이서(19)를 형성한다.Referring to FIG. 1A, an isolation layer 12 is formed on a semiconductor substrate 10. A gate pattern 16 in which the gate oxide film 14 and the gate electrode 15 are stacked is formed in a predetermined region of the semiconductor substrate 10 on which the device isolation film 12 is formed. At this time, the gate electrode 15 is formed of a polysilicon film. Source / drain regions 17 are formed in active regions on both sides of the gate pattern 16, and spacers 19 are formed on both side walls of the gate pattern 16.

도 1b를 참조하면, 스페이서(19)가 형성된 결과물 전면에 제 1 층간절연막(23)을 형성한다. 게이트 패턴(16)의 상부면, 즉 게이트 전극(15)이 노출될 때까지, 제 1 층간절연막(23)을 CMP(chemical mechanical polishging) 공정으로 평탄화 식각한다.Referring to FIG. 1B, a first interlayer insulating film 23 is formed on the entire surface of the resultant product on which the spacers 19 are formed. The first interlayer insulating layer 23 is planarized by a chemical mechanical polish (CMP) process until the upper surface of the gate pattern 16, that is, the gate electrode 15 is exposed.

도 1c를 참조하면, 노출된 게이트 전극(15)을 포함하는 제 1 층간절연막(23) 상에 실리사이드막을 형성하기 위한 고융점 금속막(25)을 형성한다. 금속막(25)이 형성된 결과물을 열처리하여 게이트 전극(15)의 상부에 금속 실리사이드막(26)을 형성한다.Referring to FIG. 1C, a high melting point metal film 25 for forming a silicide film is formed on the first interlayer insulating film 23 including the exposed gate electrode 15. The resultant in which the metal film 25 is formed is heat-treated to form a metal silicide film 26 on the gate electrode 15.

도 1d 및 도 1e를 참조하면, 제 1 층간절연막(23) 상에 잔류하는 미반응 금속막(25)을 제거한다. 금속 실리사이드막(26) 및 제 1 층간절연막(23) 상에 제 2 층간절연막(28)을 형성한다. 통상의 사진 식각 공정으로 제 2 층간절연막(28)을 패터닝하여, 게이트 전극(15) 및 소자분리막(12)을 노출시키는 콘택홀들을 형성한다. 콘택홀이 형성된 결과물 전면에 콘택홀을 채우는 도전막(도면 미도시)을 형성한다. 제 2 층간절연막(28)이 노출될 때까지 도전막을 평탄화 식각하여 콘택홀 내부에 콘택 플러그(30)를 형성한다.1D and 1E, the unreacted metal film 25 remaining on the first interlayer insulating film 23 is removed. A second interlayer insulating film 28 is formed on the metal silicide film 26 and the first interlayer insulating film 23. The second interlayer insulating layer 28 is patterned by a conventional photolithography process to form contact holes exposing the gate electrode 15 and the device isolation layer 12. A conductive film (not shown) is formed on the entire surface of the resultant where the contact holes are formed. The conductive film is flattened and etched until the second interlayer insulating film 28 is exposed to form a contact plug 30 in the contact hole.

이때, 콘택홀을 형성하기 위한 식각정지막이 형성되어 있지 않으므로, 층간절연막(28)과 식각선택비가 낮은 산화막으로 형성된 소자분리막(12)이 과도하게 식각되는 현상이 발생하게 된다. 그러면, 콘택홀 내부에 형성되는 콘택 플러그(30)와 반도체 기판(12) 사이에 전기적인 단락이 유발되는 문제가 생긴다.In this case, since the etch stop layer for forming the contact hole is not formed, the phenomenon that the etch stop layer 12 and the device isolation layer 12 formed of the oxide film having a low etching selectivity is excessively etched may occur. As a result, an electric short circuit may occur between the contact plug 30 formed in the contact hole and the semiconductor substrate 12.

이와 같이, 종래 기술에 의한 샐리사이드 공정을 적용할 경우, 무경계 콘택 플러그를 형성할 수 없게 되므로, 반도체 소자의 집적도 증가에 어려움이 있다.As described above, in the case of applying the salicide process according to the related art, since the borderless contact plug cannot be formed, it is difficult to increase the degree of integration of the semiconductor device.

본 발명은 상술한 제반 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 국부적인 샐리사이드 공정을 적용함과 동시에 무경계 콘택 플러그 형성시 콘택 홀 형성시 활성 영역이 과도하게 리세스되어 반도체 기판과 콘택 플러그가 단락되는 것을 방지할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and the active region is excessively recessed at the time of forming the contact hole at the time of forming the borderless contact plug while simultaneously applying the local salicide process to short-circuit the semiconductor substrate and the contact plug. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can be prevented.

본 발명의 또 다른 목적은, 국부적으로 형성된 샐리사이드막을 포함하며 콘택홀 형성 공정에서 소자분리막의 과도한 식각을 방지할 수 있는 구조를 갖는 반도체 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor device including a locally formed salicide film and having a structure capable of preventing excessive etching of the device isolation film in a contact hole forming process.

도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 의해 제조된 반도체 장치의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.3 is a cross-sectional view for explaining the structure of a semiconductor device manufactured by an embodiment of the present invention.

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

10, 100 : 반도체 기판12, 102 : 소자분리막10, 100: semiconductor substrate 12, 102: device isolation film

16, 106 : 게이트 패턴19, 109 : 스페이서16, 106: gate pattern 19, 109: spacer

23, 28, 120 : 층간절연막113 : 물질층23, 28, 120: interlayer insulating film 113: material layer

112 : 제 1 식각정지막25, 115 : 금속막112: first etch stop film 25, 115: metal film

26, 116 : 금속 실리사이드막118 : 제 2 식각정지막26, 116 metal silicide film 118 second etch stop film

30, 123 : 콘택 플러그30, 123: contact plug

(구성)(Configuration)

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 반도체 장치의 제조 방법은, 반도체 기판에 복수개의 게이트 패턴들을 형성한다. 상기 게이트 패턴들을 포함하는 반도체 기판 전면에 콘포말한 제 1 식각정지막을 형성한다. 상기 제 1 식각정지막 상에 물질층을 형성한다. 상기 게이트 패턴들 상부의 상기 제 1 식각정지막이 노출될 때가지 상기 물질층을 평탄화 식각한다. 상기 게이트 패턴들의 상부면이 노출되도록 상기 노출된 제 1 식각정지막을 패터닝한다. 상기 물질층을 제거하고, 상기 노출된 게이트 패턴들의 상부면에 금속 실리사이드막을 형성한다. 상기 금속 실리사이드막 및 상기 제 1 식각정지막 상에 콘포말한 제 2 식각정지막을 형성한다.In order to achieve the above object, the semiconductor device manufacturing method according to the present invention forms a plurality of gate patterns on a semiconductor substrate. A conformal first etch stop layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the gate patterns. A material layer is formed on the first etch stop layer. The material layer is planarized etched until the first etch stop layer is exposed on the gate patterns. The exposed first etch stop layer is patterned to expose the top surfaces of the gate patterns. The material layer is removed, and a metal silicide layer is formed on upper surfaces of the exposed gate patterns. A conformal second etch stop layer is formed on the metal silicide layer and the first etch stop layer.

본 발명에 있어서, 상기 게이트 패턴은 게이트 산화막 및 게이트 전극을 차례로 적층시켜 형성하고, 상기 게이트 전극은 폴리실리콘막으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 식각정지막은 실리콘 질화막으로 형성하고, 상기 물질층은 포토레지스트막으로 형성하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the gate pattern is formed by sequentially stacking a gate oxide film and a gate electrode, and the gate electrode is formed of a polysilicon film. The first and second etch stop layers may be formed of a silicon nitride layer, and the material layer may be formed of a photoresist layer.

상기 금속 실리사이드막을 형성하는 단계는, 상기 노출된 게이트 패턴들 및 상기 제 1 식각정지막 상에 금속막을 형성하는 단계, 상기 금속막이 형성된 결과물 전면을 열처리하는 단계, 및 상기 제 1 식각정지막 상의 미반응된 금속막을 제거하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 금속막은 Co, Ti, Ni 및 Pt 중 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.The forming of the metal silicide layer may include forming a metal layer on the exposed gate patterns and the first etch stop layer, heat treating an entire surface of the resultant product on which the metal layer is formed, and forming a metal silicide layer on the first etch stop layer. It is preferable to include the step of removing the reacted metal film. At this time, the metal film is preferably formed of any one of Co, Ti, Ni and Pt.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 반도체 장치는, 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 게이트 산화막, 폴리실리콘막 및 금속 실시사이드막이 차례로 적층된 복수개의 게이트 패턴들, 상기 게이트 패턴들의 측벽 및 상기 반도체 기판 상에 형성된 제 1 식각정지막 및 상기 제 1 식각정지막 및 상기 금속 실리사이드막 상에 형성된 제 2 식각정지막을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a plurality of gate patterns formed on the semiconductor substrate, in which a gate oxide film, a polysilicon film, and a metal execution film are sequentially stacked, And a second etch stop layer formed on sidewalls and the semiconductor substrate, and a second etch stop layer formed on the first etch stop layer and the metal silicide layer.

본 발명에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 식각정지막은 실리콘 질화막인 것이 바람직하다.In the present invention, the first and second etch stop films are preferably silicon nitride films.

(실시예)(Example)

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 반도체 기판(100)에 활성 영역을 한정하기 위한 소자분리막(102)을 형성한다. 소자분리막(102)은 통상적인 트렌치 소자분리 공정으로 형성한다. 소자분리막(102)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 게이트 산화막(104) 및 게이트 전극(105)이 차례로 적층된 복수개의 게이트 패턴들(106)을 형성한다. 게이트전극(105)은 폴리실리콘막으로 형성하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는, 게이트 전극(105) 상에 게이트 전극(105)을 절연시키기 위한 게이트 캡핑막(도면 미도시)을 더 형성할 수도 있다. 게이트 캡핑막은 예를 들어, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성한다.Referring to FIG. 2A, an isolation layer 102 for defining an active region is formed on the semiconductor substrate 100. The device isolation film 102 is formed by a conventional trench device isolation process. A plurality of gate patterns 106 in which the gate oxide film 104 and the gate electrode 105 are sequentially stacked are formed on the semiconductor substrate 100 on which the device isolation film 102 is formed. The gate electrode 105 is preferably formed of a polysilicon film. In some cases, a gate capping film (not shown) may be further formed on the gate electrode 105 to insulate the gate electrode 105. The gate capping film is formed of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film.

게이트 패턴(106) 양옆의 활성 영역 상에 도전형의 불순물 이온을 주입하여 소오스/드레인 영역(107)을 형성한다. 이어서, 게이트 패턴(106)을 포함하는 반도체 기판(100) 전면에 실리콘 질화막을 형성한 후 건식 식각하여 게이트 패턴(106)의 양측벽에 스페이서(109)를 형성한다. 이후, 경우에 따라서는 LDD(lightly doped drain)영역을 형성하기 위해 게이트 패턴(106) 양옆의 활성 영역 상에 고농도의 불순물 이온을 추가로 주입할 수도 있다.The source / drain regions 107 are formed by implanting conductive type impurity ions onto the active regions on both sides of the gate pattern 106. Subsequently, a silicon nitride film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 including the gate pattern 106 and then dry-etched to form spacers 109 on both sidewalls of the gate pattern 106. Thereafter, in some cases, a high concentration of impurity ions may be further implanted into active regions on both sides of the gate pattern 106 to form a lightly doped drain (LDD) region.

도 2b를 참조하면, 스페이서(109)가 형성된 결과물 전면에 콘포말한 제 1 식각정지막(112)을 형성한다. 제 1 식각정지막(112)은 후속 샐리사이드 공정에서 소오스/드레인 영역(107)에 금속 실리사이드막이 형성되는 것을 방지하는 역할을 한다. 제 1 식각정지막(112)은 실리콘 질화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 식각정지막(112) 상에 물질층(113), 바람직하게는 포토레지스트막을 형성한다. 포토레지스트막(113)을 형성한 후에는 포토레지스트막(113)을 경화시키기 위한 통상의 베이크(bake) 공정을 실시한다.Referring to FIG. 2B, a conformal first etch stop layer 112 is formed on the entire surface of the resultant formed spacer 109. The first etch stop layer 112 serves to prevent the metal silicide layer from being formed in the source / drain regions 107 in a subsequent salicide process. The first etch stop film 112 is preferably formed of a silicon nitride film. A material layer 113, preferably a photoresist layer, is formed on the first etch stop layer 112. After the photoresist film 113 is formed, a conventional bake process for curing the photoresist film 113 is performed.

도 2c를 참조하면, 게이트 패턴(106)의 상부에 형성된 제 1 식각정지막(112)이 노출될 때까지 물질층(113)을 평탄화 식각한다. 평탄화 식각 공정은 물질층(113)과 제 1 식각정지막(112) 간의 식각선택비가 우수한 건식 식각 또는 습식 식각 공정으로 진행하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2C, the material layer 113 is planarized etched until the first etch stop layer 112 formed on the gate pattern 106 is exposed. The planarization etching process may be performed by a dry etching process or a wet etching process having an excellent etching selectivity between the material layer 113 and the first etching stop layer 112.

도 2d를 참조하면, 평탄화된 물질층(113) 및 노출된 제 1 식각정지막(112) 상에 포토레지스트막을 형성한 후 패터닝하여 제 1 식각정지막(112)을 노출시키는 포토레지스트 패턴(도면에 미도시)을 형성한다. 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 노출된 제 1 식각정지막(112)을 제거하여 게이트 전극(105)의 상부면을 노출시킨다. 여기서, 제 1 식각정지막(112)을 제거하는 공정은 게이트 전극(105)과 식각정지막(112) 간의 식각선택비가 우수한 건식 식각 또는 습식 식각으로 진행하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2D, a photoresist pattern is formed on the planarized material layer 113 and the exposed first etch stop layer 112 and then patterned to expose the first etch stop layer 112. (Not shown). The upper surface of the gate electrode 105 is exposed by removing the exposed first etch stop layer 112 using the photoresist pattern as an etch mask. Here, the process of removing the first etch stop layer 112 may be performed by dry etching or wet etching, which has excellent etching selectivity between the gate electrode 105 and the etch stop layer 112.

도 2e를 참조하면, 제 1 식각정지막(112) 상에 잔류하는 물질층(113)을 제거한다. 제 1 식각정지막(112) 및 노출된 게이트 전극(105) 상에 고융점 금속막(115)을 형성한다. 금속막(115)은 예를 들어 Co, Ti, Ni 및 Pt 중 어느 하나로 형성한다. 금속막(115)이 형성된 결과물을 열처리하여 금속 실리사이드막(116)을 형성한다. 이때, 게이트 전극(105)의 상부에서 노출된 폴리실리콘막 내의 실리콘 입자들이 금속막(116)과 반응하여 금속 실리사이드막(116)이 형성된다. 반면에, 제 1 식각정지막(112) 상에 형성된 금속막(115)은 미반응 상태로 남아있게 된다. 따라서, 게이트 전극(105)의 상부에만 선택적으로 금속 실리사이드막(116)이 형성된다.Referring to FIG. 2E, the material layer 113 remaining on the first etch stop layer 112 is removed. The high melting point metal layer 115 is formed on the first etch stop layer 112 and the exposed gate electrode 105. The metal film 115 is formed of any one of Co, Ti, Ni, and Pt, for example. The resulting metal film 115 is heat-treated to form a metal silicide film 116. At this time, silicon particles in the polysilicon film exposed on the gate electrode 105 react with the metal film 116 to form the metal silicide film 116. On the other hand, the metal film 115 formed on the first etch stop film 112 remains unreacted. Therefore, the metal silicide film 116 is selectively formed only on the gate electrode 105.

도 2f를 참조하면, 제 1 식각정지막(112) 상에 잔류하는 미반응된 금속막(115)을 제거한다. 그러면, 폴리실리콘막 및 금속 실리사이드막(116)이 차례로 적층된 게이트 전극(105)이 형성된다. 바람직하게는 금속막(115)을 제거한 후 금속 실리사이드막(116)이 형성된 반도체 기판(100) 전면을 열처리한다. 열처리 공정은 예를 들어, 700 ℃ 이상의 온도로 진행한다. 이러한 후속 열처리 공정은 금속 실리사이드막(116)을 안정화시키고 저저항화시키기 위한 것이다.Referring to FIG. 2F, the unreacted metal film 115 remaining on the first etch stop film 112 is removed. Then, the gate electrode 105 in which the polysilicon film and the metal silicide film 116 are sequentially stacked is formed. Preferably, the entire surface of the semiconductor substrate 100 on which the metal silicide film 116 is formed is removed after the metal film 115 is removed. The heat treatment step proceeds, for example, at a temperature of 700 ° C or higher. This subsequent heat treatment process is for stabilizing and lowering the metal silicide film 116.

금속 실리사이드막(116) 및 제 1 식각정지막(112) 상에 제 2 식각정지막(118)을 형성한다. 제 2 식각정지막(118)은 콘택홀을 형성하는 후속 식각공정에서 하부막(가령, 실리콘 기판)이 과도하게 식각되는 것을 방지하는 역할을 한다. 제 2 식각정지막(118)은 실리콘 질화막으로 형성하는 것이 바람직하다.The second etch stop layer 118 is formed on the metal silicide layer 116 and the first etch stop layer 112. The second etch stop layer 118 prevents the underlying layer (eg, the silicon substrate) from being excessively etched in the subsequent etching process of forming the contact hole. The second etch stop film 118 is preferably formed of a silicon nitride film.

도 2g를 참조하면, 제 2 식각정지막(118) 상에 층간절연막(120)을 형성한다. 층간절연막(120)은 실리콘 산화막, 예를 들어 USG(undoped silicate glass)막, BPSG(borophosphosilicate glass)막 또는 HTO(high temperature oxide)막 중 어느 하나로 형성한다. 층간절연막(120)을 CMP 공정 또는 건식 식각 공정 등에 의해 평탄화 식각한다. 평탄화된 층간절연막(120)을 패터닝하여 제 2 식각정지막(102)의 소정 영역, 즉 게이트 패턴(106) 및 소자분리막(102)과 활성 영역 상부를 노출시키는 콘택홀들을 형성한다. 이어서, 콘택홀들의 바닥에 노출된 제 1 및 제 2 식각정지막(112, 118)을 선택적으로 제거하여 게이트 전극, 즉 금속 실사이드막(116) 및 소자분리막(102)과 활성 영역을 노출시킨다.Referring to FIG. 2G, an interlayer insulating layer 120 is formed on the second etch stop layer 118. The interlayer insulating layer 120 is formed of any one of a silicon oxide film, for example, an undoped silicate (USG) film, a borophosphosilicate glass (BPSG) film, or a high temperature oxide (HTO) film. The interlayer insulating layer 120 is planarized by a CMP process or a dry etching process. The planarized interlayer insulating layer 120 is patterned to form contact holes exposing a predetermined region of the second etch stop layer 102, that is, the gate pattern 106, the device isolation layer 102, and an upper portion of the active region. Subsequently, the first and second etch stop layers 112 and 118 exposed to the bottom of the contact holes are selectively removed to expose the gate electrode, that is, the metal silicide layer 116, the device isolation layer 102, and the active region. .

이후, 콘택홀들이 형성된 결과물 전면에 배리어막(도면에 미도시)을 형성한다. 배리어막 상에 콘택홀들을 채우는 도전막, 예를 들어 텅스텐막을 형성한다. 층간절연막이 노출될 때까지 도전막 및 배리어막을 CMP 공정 또는 건식 식각 공정 등에 의해 평탄화 식각하여 콘택홀들을 채우는 콘택 플러그들(123)을 형성한다.Thereafter, a barrier film (not shown) is formed on the entire surface of the resultant contact hole. A conductive film, such as a tungsten film, is formed on the barrier film to fill the contact holes. The conductive plug and the barrier film are planarized by a CMP process or a dry etching process until the interlayer insulating layer is exposed to form contact plugs 123 filling the contact holes.

다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 반도체 장치의 구조를 상세히 설명한다.Next, the structure of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.

도 3을 참조하면, 반도체 기판(100)의 활성 영역의 상부를 게이트 패턴(106)이 가로지르고, 게이트 패턴(106)의 양옆에는 소오스/드레인 영역(107)이 형성된다. 여기서, 게이트 패턴(106)은 차례로 적층된 게이트 산화막(104) 및 게이트 전극을 포함하고, 게이트 전극은 차례로 적층된 폴리실리콘막(105) 및 금속 실리사이드막(116)을 포함한다. 게이트 패턴(106)의 양측벽은 질화막 스페이서(109)에 의해 덮여질 수 있다. 게이트 패턴(106)의 양측벽, 즉 스페이서(109) 및 반도체 기판(100)은 제 1 식각정지막(112)으로 덮여지고, 제 1 식각정지막(112) 및 게이트 패턴(106)의 상부면, 즉 금속 실리사이드막(116)은 제 2 식각정지막(118)으로 덮여진다. 여기서, 제 1 및 제 2 식각정지막(112, 118)은 실리콘 질화막인 것이 바람직하다. 이와 같은 구조의 샐리사이드막을 갖는 반도체 장치를 형성하면, 후속 공정으로 진행되는 콘택홀 형성을 위한 식각 공정시 제 1 및 제 2 식각정지막(112, 118)에 의해 하부막이 과다하게 식각되는 것이 방지된다.Referring to FIG. 3, the gate pattern 106 crosses an upper portion of the active region of the semiconductor substrate 100, and source / drain regions 107 are formed on both sides of the gate pattern 106. Here, the gate pattern 106 includes a gate oxide film 104 and a gate electrode stacked in turn, and the gate electrode includes a polysilicon film 105 and a metal silicide film 116 stacked in turn. Both sidewalls of the gate pattern 106 may be covered by the nitride film spacer 109. Both sidewalls of the gate pattern 106, that is, the spacer 109 and the semiconductor substrate 100, are covered with the first etch stop layer 112, and top surfaces of the first etch stop layer 112 and the gate pattern 106. That is, the metal silicide layer 116 is covered with the second etch stop layer 118. Here, the first and second etch stop films 112 and 118 are preferably silicon nitride films. When the semiconductor device having the salicide layer having such a structure is formed, the lower layer is prevented from being excessively etched by the first and second etch stop layers 112 and 118 during the etching process for forming the contact hole, which proceeds to a subsequent process. do.

본 발명은 제 1 식각정지막에 의해 게이트 전극의 상부에만 실리사이드막을 형성하는 로컬 샐리사이드 공정을 적용한 후 제 2 식각정지막을 형성하여 후속되는 무경계 콘택 플러그 형성 공정에서 하부막이 과도하게 식각되는 것을 방지한다. 이에 따라, 활성 영역에는 샐리사이드막을 형성되지 않으므로, 접합 누설 전류를 최소화하여 저전력 소자에서도 안정적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 정전기 보호 트랜지스터의 보호 성능을 극대화할 수 있다. 또한, 무경계 콘택 형성 공정을 적용할 수 있게 되므로, 셀 크기를 감소시켜 소자의 집적도를 향상시킬 수 있다.The present invention applies a local salicide process that forms a silicide layer only on the gate electrode by the first etch stop layer, and then forms a second etch stop layer to prevent the underlying layer from being excessively etched in the subsequent borderless contact plug formation process. . Accordingly, since the salicide layer is not formed in the active region, the junction leakage current can be minimized, thereby enabling stable use even in low power devices, and maximizing the protection performance of the electrostatic protection transistor. In addition, since it is possible to apply a borderless contact forming process, it is possible to reduce the cell size to improve the integration of the device.

Claims (10)

반도체 기판에 복수개의 게이트 패턴들을 형성하는 단계;Forming a plurality of gate patterns on the semiconductor substrate; 상기 게이트 패턴들을 포함하는 상기 반도체 기판 전면에 콘포말한 제 1 식각정지막을 형성하는 단계;Forming a conformal first etch stop layer on an entire surface of the semiconductor substrate including the gate patterns; 상기 제 1 식각정지막 상에 물질층을 형성하는 단계;Forming a material layer on the first etch stop layer; 상기 게이트 패턴들 상부의 상기 제 1 식각정지막이 노출될 때까지 상기 물질층을 평탄화 식각하는 단계;Planar etching the material layer until the first etch stop layer is exposed on the gate patterns; 상기 게이트 패턴들의 상부면이 노출되도록 상기 노출된 제 1 식각정지막을 패터닝하는 단계;Patterning the exposed first etch stop layer to expose upper surfaces of the gate patterns; 상기 물질층을 제거하는 단계;Removing the material layer; 상기 노출된 게이트 패턴들 상부면에 금속 실리사이드막을 형성하는 단계; 및Forming a metal silicide layer on upper surfaces of the exposed gate patterns; And 상기 금속 실리사이드막 및 상기 물질층 상에 콘포말한 제 2 식각정지막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.And forming a conformal second etch stop layer on the metal silicide layer and the material layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 패턴은 게이트 산화막 및 게이트 전극을 차례로 적층시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.And the gate pattern is formed by sequentially laminating a gate oxide film and a gate electrode. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 게이트 전극은 폴리실리콘막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.The gate electrode is formed of a polysilicon film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 및 제 2 식각정지막은 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.And the first and second etch stop films are silicon nitride films. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 물질층은 포토레지스트막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.And the material layer is formed of a photoresist film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 실리사이드막을 형성하는 단계는,Forming the metal silicide film, 상기 노출된 게이트 패턴들 및 상기 제 1 식각정지막 상에 금속막을 형성하는 단계;Forming a metal layer on the exposed gate patterns and the first etch stop layer; 상기 금속막이 형성된 결과물 전면을 열처리하는 단계; 및Heat-treating the entire surface of the resultant product on which the metal film is formed; And 상기 제 1 식각정지막 상의 미반응된 금속막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.And removing an unreacted metal film on the first etch stop film. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 금속막은 Co, Ti, Ni 및 Pt 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.The metal film is formed of any one of Co, Ti, Ni and Pt. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 실리사이드막을 형성한 후, 상기 반도체 기판 전면을 700 ℃ 이상으로 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.And forming a metal silicide film, and then heat treating the entire surface of the semiconductor substrate to 700 ° C. or higher. 반도체 기판;Semiconductor substrates; 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 게이트 산화막, 폴리실리콘막 및 금속 실리사이드막이 차례로 적층된 복수개의 게이트 패턴들;A plurality of gate patterns formed on the semiconductor substrate and sequentially stacked with a gate oxide film, a polysilicon film, and a metal silicide film; 상기 게이트 패턴들의 측벽 및 상기 반도체 기판 상에 형성된 제 1 식각정지막; 및A first etch stop layer formed on sidewalls of the gate patterns and the semiconductor substrate; And 상기 제 1 식각정지막 및 상기 금속 실리사이드막 상에 형성된 제 2 식각정지막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And a second etch stop layer formed on the first etch stop layer and the metal silicide layer. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 1 및 제 2 식각정지막은 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the first and second etch stop layers are silicon nitride layers.
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KR100856058B1 (en) * 2002-06-29 2008-09-02 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming self align contact in semiconductor device

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