KR20020051154A - Method for forming self-aligned contact plug of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A formation method of a self-alignment contact plug of semiconductor devices is provided to solve an etching stopped problem according to an increase of a polymer production by forming contact plugs self-aligned through gate electrodes regardless of considering an etching selectivity between an interlayer dielectric and a nitride spacer. CONSTITUTION: A number of gate electrodes(20) are formed on a semiconductor substrate(10). At this time, the upper surfaces and both sidewalls of the gate electrodes(20) are respectively enclosed with insulating layers made of nitride capping layers(32) and nitride spacers(34). Conductive pattern(50) self-aligned by the gate electrodes(20) are formed on the regions between the gate electrodes(20).

Description

반도체 소자의 자기정렬 콘택 플러그 형성 방법 {Method for forming self-aligned contact plug of semiconductor device}Method for forming self-aligned contact plug of semiconductor device

본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 게이트 전극에 의하여 자기정렬되는 콘택 플러그를 형성하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a method of forming a contact plug self-aligned by a gate electrode.

반도체 소자가 고집적화됨에 따라 하부 배선층과 상부 배선층을 연결시키는 콘택홀과 그 주변 배선과의 간격이 감소하고, 또한 상기 콘택홀의 아스펙트 비(aspect ratio)가 증가한다. 따라서, 다층 배선 구조를 채용하는 고집적 반도체 소자에서 리소그래피(lithography) 공정을 이용하여 콘택홀을 형성할 때 정확하고 엄격한 공정 조건이 요구되며, 특히 디자인 룰(design rule)이 0.25μm 이하인 소자를 제조하는 데 있어서 현재의 리소그래피 기술로는 원하는 공정을 재현성있게 실현하는 데 한계가 있다.As the semiconductor device is highly integrated, the distance between the contact hole connecting the lower wiring layer and the upper wiring layer and the peripheral wiring thereof decreases, and the aspect ratio of the contact hole increases. Therefore, accurate and stringent process conditions are required in forming a contact hole using a lithography process in a highly integrated semiconductor device employing a multi-layered wiring structure, and in particular, a device having a design rule of 0.25 μm or less is manufactured. Current lithography techniques have limitations in reproducing the desired process reproducibly.

그에 따라, 콘택홀을 형성할 때 리소그래피 공정의 한계를 극복하기 위하여 자기정렬 방법으로 콘택홀을 형성하는 기술이 개발되었다. 이와 같은 자기정렬 콘택홀 형성 방법의 하나로서 질화막 스페이서를 에칭 장벽층으로 사용하는 방법이 있다.Accordingly, in order to overcome the limitations of the lithography process when forming contact holes, a technique for forming contact holes by a self-aligning method has been developed. As one of such self-aligned contact hole forming methods, there is a method of using a nitride film spacer as an etching barrier layer.

질화막 스페이서를 에칭 장벽층으로 하여 자기정렬 콘택홀을 형성하기 위한 종래의 방법에서는, 먼저 통상의 포토리소그래피 공정을 이용한 패터닝 방법에 의하여 반도체 기판상에 게이트 전극과 같은 도전층을 형성한 후, 상기 결과물 전면에 질화막을 형성한 후 에치백하여 상기 도전층의 측벽에 질화막 스페이서를 형성하고, 이어서 산화막으로 이루어지는 층간절연막을 순차 형성한다. 그 후, 콘택홀 영역으로 예정된 부분 위의 층간절연막을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 노출된 층간절연막을 에칭하여 자기정렬 콘택홀을 형성한 후, 상기 자기정렬 콘택홀 내에 도전 물질을 채워서 콘택 플러그를 형성한다.In a conventional method for forming a self-aligned contact hole using a nitride film spacer as an etching barrier layer, first, a conductive layer such as a gate electrode is formed on a semiconductor substrate by a patterning method using a conventional photolithography process, and then the resultant After forming a nitride film on the entire surface, it is etched back to form a nitride film spacer on the sidewall of the conductive layer, and then an interlayer insulating film made of an oxide film is sequentially formed. Thereafter, a photoresist pattern is formed to expose the interlayer insulating film over the predetermined portion to the contact hole region, the exposed interlayer insulating film is etched to form a self-aligning contact hole, and then a conductive material is filled in the self-aligning contact hole. Form a contact plug.

상기와 같은 종래 기술에 따라 자기정렬 콘택 플러그를 형성하는 방법에서는 상기 층간절연막과 질화막 스페이서간의 에칭 선택비 차이가 큰 조건으로 상기 층간절연막을 에칭하여 콘택홀을 형성하며, 에칭 공정시 에칭 선택비를 증가시키기 위하여 다량의 폴리머를 발생시키는 과탄소 탄화불소가스(carbon rich carbon fluoride gases), 예를 들면 C4F8, C5F8등을 사용한다.In the method of forming a self-aligned contact plug according to the related art as described above, a contact hole is formed by etching the interlayer insulating layer under a condition where the etching selectivity difference between the interlayer insulating layer and the nitride spacer is large. To increase, carbon rich carbon fluoride gases, for example C 4 F 8 , C 5 F 8, etc., which generate a large amount of polymer, are used.

따라서, 에칭 선택비를 증가시키는 조건으로 에칭 공정을 행하면 폴리머 생성량이 증가하여 콘택홀이 형성되기 전에 에칭이 정지되는 문제점이 생긴다.Therefore, when the etching process is performed under the condition of increasing the etching selectivity, the amount of polymer production increases, which causes the problem that the etching is stopped before the contact hole is formed.

한편, 층간절연막과 질화막 스페이서 사이의 에칭 선택비 차이를 작게 하면 콘택홀 형성 전에 에칭 정지되는 문제는 생기지 않으나 층간절연막 에칭시 상기 질화막 스페이서가 소모될 수 있다. 따라서, 에칭 후 남아 있는 질화막 스페이서로는 상기 도전층의 측벽에서 필요한 절연 길이를 확보하기 어렵다. 그 결과, 상기 콘택홀 내에 형성되는 자기정렬 콘택과 상기 도전층간에 단락이 발생하기 쉽다.On the other hand, if the difference in etching selectivity between the interlayer insulating film and the nitride film spacer is small, the problem of stopping the etching before forming the contact hole does not occur, but the nitride film spacer may be consumed when the interlayer insulating film is etched. Therefore, it is difficult to secure the required insulation length on the sidewall of the conductive layer with the nitride film spacer remaining after the etching. As a result, a short circuit is likely to occur between the self-aligned contact formed in the contact hole and the conductive layer.

특히, 디자인 룰이 0.25μm 이하인 고집적 반도체 소자 제조 공정에서, 질화막과 같은 에칭 장벽층으로 덮인 게이트 전극 위에 자기정렬 콘택홀을 형성하는 경우에는 상기 도전층과 그 위에 형성되는 자기정렬 콘택과의 사이에서 확보되어야 할 절연 두께의 마진(margin)이 부족하다. 따라서, 자기정렬 콘택홀 형성을 위한 에칭 공정시 층간절연막과 에칭 장벽층 사이의 에칭 선택비 차이가 작은 조건으로에칭 공정을 행하면 에칭 장벽층이 소모되거나 손상되어 도전층의 에지 부분에서는 최소한의 절연 길이를 확보하기 어렵고, 상기 도전층의 에지 부분이 콘택홀 내부로 노출되기 쉽다.In particular, in the manufacturing process of a highly integrated semiconductor device having a design rule of 0.25 μm or less, in the case of forming a self-aligned contact hole on a gate electrode covered with an etching barrier layer such as a nitride film, between the conductive layer and the self-aligned contact formed thereon There is a lack of margin of insulation thickness to be secured. Therefore, when the etching process is performed under the condition that the etching selectivity difference between the interlayer insulating film and the etching barrier layer is small during the etching process for forming the self-aligned contact hole, the etching barrier layer is consumed or damaged, and thus the minimum insulation length is formed at the edge portion of the conductive layer. It is difficult to secure the edge portion, and the edge portion of the conductive layer is easily exposed to the inside of the contact hole.

따라서, 고집적 반도체 소자 제조를 위한 자기정렬 콘택홀 형성시 최적 공정 조건의 공정 마진이 적고, 소자의 재현성이 저하될 뿐 만 아니라 소자 동작의 신뢰성이 저하된다.Therefore, the process margin of the optimum process conditions when forming a self-aligned contact hole for manufacturing a highly integrated semiconductor device is not only low, the reproducibility of the device is reduced, but also the reliability of the device operation.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고집적 반도체 소자 제조를 위한 자기정렬 콘택 플러그 형성 공정에서 층간절연막과 질화막 스페이서 사이의 에칭 선택비를 고려할 필요 없이 게이트 전극과 자기정렬 콘택 플러그와의 사이에서 필요한 절연 길이를 확보할 수 있도록 공정 마진을 증가시킬 수 있는 반도체 소자의 자기정렬 콘택 플러그 형성 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and an object of the present invention is to eliminate the need to consider the etching selectivity between the interlayer insulating film and the nitride film spacer in a self-aligned contact plug forming process for fabricating highly integrated semiconductor devices. The present invention provides a method for forming a self-aligned contact plug of a semiconductor device capable of increasing a process margin so as to secure a required insulation length between a self-aligned contact plug and a self-aligned contact plug.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 구현될 수 있는 반도체 소자의 일부 구성을 나타낸 레이아웃도이다.1 is a layout diagram illustrating some components of a semiconductor device that may be implemented in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2a, 도 2b 및 도 2c 는 각각 도 1의 2a - 2a 선 단면도, 2b - 2b 선 단면도 및 2c - 2c 선 단면도이고, 도 2d는 도 2a, 도 2b 및 도 2c의 단면 구조를 가지는 소자의 부분 사시도이다.2A, 2B and 2C are cross sectional views taken along lines 2A-2A, 2B-2B and 2C-2C, respectively, and FIG. 2D is a cross sectional view of the device having the cross-sectional structure of FIGS. 2A, 2B and 2C. Partial perspective view.

도 3a, 도 3b 및 도 3c 내지 도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 자기정렬 콘택 플러그 형성 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.3A, 3B, and 3C to 8A, 8B, and 8C are cross-sectional views illustrating a method of forming a self-aligned contact plug in a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention.

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

10: 반도체 기판, 12: 게이트 절연막, 20: 게이트 전극, 32: 캡핑층, 34: 스페이서, 42: 확산 방지막, 42a, 42b: 확산 방지막 패턴, 44: 제3 도전층, 44a: 제3 도전층 패턴, 46: 평탄화된 제4 절연층, 46a: 평탄화된 제4 절연층 패턴, 48: 제5 절연층, 48a: 평탄화된 제5 절연층, 50: 콘택 플러그.Reference Signs List 10 semiconductor substrate, 12 gate insulating film, 20 gate electrode, 32 capping layer, 34 spacer, 42 diffusion barrier film, 42a, 42b diffusion barrier film pattern, 44 third conductive layer, 44a third conductive layer Pattern 46: planarized fourth insulating layer, 46a: planarized fourth insulating layer pattern, 48: fifth insulating layer, 48a: planarized fifth insulating layer, 50: contact plug.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자의 자기정렬 콘택 플러그 형성 방법에서는, 반도체 기판상에 상면 및 측벽이 절연층으로 덮인 복수의 게이트 전극을 형성한다. 상기 각 게이트 전극 사이의 영역에 상기 게이트 전극에 의하여 자기정렬되는 도전층 패턴을 형성한다. 상기 도전층 패턴이 형성된 결과물 전면에 평탄화된 절연층을 형성한다. 상기 평탄화된 절연층을 패터닝하여 상기 도전층 패턴의 상면을 일부 노출시키는 평탄화된 절연층 패턴을 형성한다. 상기 평탄화된 절연층 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 도전층 패턴의 노출된 부분을 식각에 의해 제거함으로써, 상기 도전층 패턴의 나머지 부분으로 이루어지는 콘택 플러그를 형성한다.In order to achieve the above object, in the method for forming a self-aligned contact plug of a semiconductor device according to the present invention, a plurality of gate electrodes on which a top surface and sidewalls are covered with an insulating layer are formed on a semiconductor substrate. A conductive layer pattern self-aligned by the gate electrode is formed in an area between the gate electrodes. A flattened insulating layer is formed on the entire surface of the resultant product on which the conductive layer pattern is formed. The planarized insulating layer is patterned to form a planarized insulating layer pattern partially exposing the top surface of the conductive layer pattern. By removing the exposed portion of the conductive layer pattern by etching using the planarized insulating layer pattern as an etching mask, a contact plug including the remaining portion of the conductive layer pattern is formed.

바람직하게는, 상기 도전층 패턴은 그 상면의 높이가 상기 게이트 전극의 상면을 덮고 있는 절연층의 상면 높이보다 낮게 되도록 형성한다.Preferably, the conductive layer pattern is formed such that the height of the upper surface is lower than the height of the upper surface of the insulating layer covering the upper surface of the gate electrode.

또한 바람직하게는, 상기 평탄화된 절연층을 형성하는 단계는 상기 도전층 패턴이 형성된 결과물 전면에 하부 절연층을 형성하는 단계와, 상기 하부 절연층을 평탄화하는 단계와, 상기 평탄화된 하부 절연층 위에 상부 절연층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 평탄화된 절연층 패턴을 형성하는 단계에서는 상기 상부 절연층 및 평탄화된 하부 절연층을 함께 패터닝한다.Also preferably, the forming of the planarized insulating layer may include forming a lower insulating layer on the entire surface of the resultant layer on which the conductive layer pattern is formed, planarizing the lower insulating layer, and forming the lower insulating layer on the planarized lower insulating layer. Forming an upper insulating layer, and in forming the flattened insulating layer pattern, the upper insulating layer and the flattened lower insulating layer are patterned together.

본 발명에 의하면, 고집적 반도체 소자 제조를 위한 자기정렬 콘택 플러그 형성 공정에서 층간절연막과 질화막 스페이서 사이의 에칭 선택비를 고려할 필요 없이 게이트 전극에 의하여 자기정렬되는 콘택 플러그를 형성하는 것이 가능하다.According to the present invention, it is possible to form a contact plug that is self-aligned by the gate electrode without having to consider the etching selectivity between the interlayer insulating film and the nitride film spacer in the self-aligned contact plug forming process for manufacturing a highly integrated semiconductor device.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 구현될 수 있는 반도체 소자의 일부 구성을 나타낸 레이아웃도로서, 본 발명을 플래쉬 메모리 셀 (flash memory cell)에 적용한 경우를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a layout diagram illustrating some components of a semiconductor device that may be implemented according to an exemplary embodiment of the present invention, and illustrates a case in which the present invention is applied to a flash memory cell.

도 1에서, 각각 게이트 전극을 형성하는 복수의 워드 라인(W/L)이 일정 방향으로 연장되어 있고, 상기 각 워드 라인(W/L) 사이에는 각 워드 라인(W/L)과의 사이에 소정의 절연 길이를 확보한 상태로 복수의 콘택(CP)이 형성되어 있다.In FIG. 1, a plurality of word lines W / L, each of which forms a gate electrode, extend in a predetermined direction, and between each word line W / L, between each word line W / L. A plurality of contacts CP are formed in a state where a predetermined insulation length is secured.

도 2a, 도 2b 및 도 2c 는 각각 도 1의 2a - 2a 선 단면도, 2b - 2b 선 단면도 및 2c - 2c 선 단면도이고, 도 2d는 도 2a, 도 2b 및 도 2c의 단면 구조를 가지는 소자의 부분 사시도이다.2A, 2B and 2C are cross sectional views taken along lines 2A-2A, 2B-2B and 2C-2C, respectively, and FIG. 2D is a cross sectional view of the device having the cross-sectional structure of FIGS. 2A, 2B and 2C. Partial perspective view.

도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 상기 워드 라인(W/L)에 의하여 형성되는 게이트 전극(20)이 반도체 기판(10)상에서 게이트 절연막(12) 위에 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(20)은 제1 도전층(22), 유전체막(24) 및 제2 도전층(26, 28)이 차례로 적층된 구조로 이루어진다. 상기 제1 도전층(22)은 예를 들면 약 750 ∼ 3500Å의 두께를 가지는 도핑된 폴리실리콘층 또는 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다. 상기 유전체막(24)은 예를 들면 약 30 ∼ 100Å 두께의 산화막, 약 50 ∼ 120Å 두께의 질화막, 및 0 ∼ 100Å 두께의 산화막이 차례로 적층된 다층 구조로 형성될 수 있다. 상기 제2 도전층(26, 28)은 예를 들면 도핑된 폴리실리콘층(26) 및 금속 실리사이드층(28)의 적층 구조로 이루어지는 제2 도전층(26, 28)이 차례로 적층된 구조로 이루어져 있다.2A to 2D, a gate electrode 20 formed by the word line W / L is formed on the gate insulating layer 12 on the semiconductor substrate 10. The gate electrode 20 has a structure in which the first conductive layer 22, the dielectric film 24, and the second conductive layers 26 and 28 are sequentially stacked. The first conductive layer 22 may be formed of, for example, a doped polysilicon layer or an amorphous silicon layer having a thickness of about 750 to 3500 GPa. For example, the dielectric film 24 may have a multilayer structure in which an oxide film having a thickness of about 30 to 100 GPa, a nitride film having a thickness of about 50 to 120 GPa, and an oxide film having a thickness of 0 to 100 GPa are sequentially stacked. The second conductive layers 26 and 28 have a structure in which second conductive layers 26 and 28 sequentially formed of, for example, a stacked structure of a doped polysilicon layer 26 and a metal silicide layer 28 are stacked. have.

상기 게이트 전극(20)의 상면은 질화막으로 이루어지는 캡핑층(32)에 의하여, 상기 게이트 전극(20)의 측벽은 질화막으로 이루어지는 스페이서(34)에 의하여 각각 덮여 있다.An upper surface of the gate electrode 20 is covered with a capping layer 32 made of a nitride film, and sidewalls of the gate electrode 20 are covered with a spacer 34 made of a nitride film.

인접하고 있는 상기 각 게이트 전극(20) 사이의 소정 영역에는 상기 콘택(CP)을 구성하는 콘택 플러그(50)가 상기 게이트 전극(20)에 의하여 자기정렬되도록 형성되어 있다. 상기 콘택 플러그(50)와 상기 반도체 기판(10)과의 사이 및상기 콘택 플러그(50)와 상기 스페이서(34)와의 사이에는 확산 방지막(42)이 개재되어 있다.Contact plugs 50 constituting the contact CP are formed to be self-aligned by the gate electrode 20 in a predetermined region between the adjacent gate electrodes 20. A diffusion barrier 42 is interposed between the contact plug 50 and the semiconductor substrate 10 and between the contact plug 50 and the spacer 34.

도 3a, 도 3b 및 도 3c 내지 도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 자기정렬 콘택 플러그 형성 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 이들 도면에 있어서, 도 3a, 도 4a, ..., 도 8a는 각각 도 1의 2a - 2a 선 단면에 대응되는 도면이고, 도 3b, 도 4b, ..., 도 8b는 각각 도 1의 2b - 2b 선 단면에 대응되는 도면이고, 도 3c, 도 4c, ..., 도 8c는 도 1의 2c - 2c 선 단면에 대응되는 도면이다.3A, 3B, and 3C to 8A, 8B, and 8C are cross-sectional views illustrating a method of forming a self-aligned contact plug in a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention. In these drawings, FIGS. 3A, 4A, ..., and 8A are views corresponding to the cross-sections of lines 2A-2A of FIG. 1, respectively, and FIGS. 3B, 4B, ..., and 8B are respectively shown in FIG. FIG. 3C, FIG. 4C,..., And FIG. 8C are views corresponding to the cross-section 2C-2C in FIG. 1.

먼저, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 반도체 기판(10)상에 제1 절연층을 성장시킨 후, 그 위에 약 750 ∼ 3500Å의 두께를 가지는 도핑된 폴리실리콘층 또는 비정질 실리콘층, 약 30 ∼ 100Å 두께의 산화막, 약 50 ∼ 120Å 두께의 질화막, 및 0 ∼ 100Å 두께의 산화막이 차례로 적층된 다층 구조의 절연막, 도핑된 폴리실리콘층 및 금속 실리사이드층의 적층 구조로 이루어지는 폴리사이드층, 및 제2 절연층을 차례로 적층한다. 그 후, 포토리소그래피 공정에 의하여 상기 제2 절연층을 패터닝하여 캡핑층(32)을 형성한 후, 상기 캡핑층(32)을 식각 마스크로 하는 건식 식각 공정에 의하여 하부의 적층막들을 패터닝하여 게이트 산화막과, 제1 도전층(22), 유전체막(24) 및 제2 도전층(26, 28)이 차례로 적층된 게이트 전극(20)을 형성한다.First, referring to FIGS. 3A, 3B, and 3C, after a first insulating layer is grown on a semiconductor substrate 10, a doped polysilicon layer or an amorphous silicon layer having a thickness of about 750 to 3500 μs thereon, A polyside layer composed of a multilayer structure of an insulating film, a doped polysilicon layer and a metal silicide layer, in which an oxide film having a thickness of about 30 to 100 GPa, a nitride film having a thickness of about 50 to 120 GPa, and an oxide film having a thickness of 0 to 100 GPa are sequentially stacked; And a second insulating layer are sequentially stacked. Thereafter, the second insulating layer is patterned to form a capping layer 32 by a photolithography process, and then a lower layer of the stacked layers is patterned by a dry etching process using the capping layer 32 as an etching mask. A gate electrode 20 in which an oxide film, a first conductive layer 22, a dielectric film 24, and second conductive layers 26 and 28 are sequentially stacked is formed.

그 후, 상기 게이트 전극(20) 및 캡핑층(32)이 형성된 결과물 전면에 제3 절연층, 예를 들면 질화막을 증착한 후 전면 에치백하여 상기 게이트 전극(20)의 수직 측벽을 보호하기 위한 스페이서(34)를 상기 게이트 전극(20) 및 캡핑층(32)의 측벽에 형성한다. 이 때, 상기 캡핑층(32) 및 스페이서(34)가 형성된 영역 이외의 영역에서는 상기 제3 절연층인 질화막 및 상기 제1 절연층을 완전히 제거하여, 상기 스페이서(34)로 그 측벽이 덮인 상기 게이트 전극(20) 사이의 영역에서 노출되는 상기 반도체 기판(10)의 표면(10a)에 자연 산화막이 남아 있지 않도록 한다.Thereafter, a third insulating layer, for example, a nitride film is deposited on the entire surface of the resultant product on which the gate electrode 20 and the capping layer 32 are formed, and then etched back to protect the vertical sidewall of the gate electrode 20. Spacers 34 are formed on sidewalls of the gate electrode 20 and the capping layer 32. At this time, in the regions other than the region where the capping layer 32 and the spacer 34 are formed, the nitride layer and the first insulating layer, which are the third insulating layer, are completely removed, and the sidewalls of the spacer 34 are covered with the sidewalls. The natural oxide film is not left on the surface 10a of the semiconductor substrate 10 exposed in the region between the gate electrodes 20.

도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 상기 반도체 기판(10)의 활성 영역과 후속 공정에서 형성될 제3 도전층(44)간의 저항을 감소시키고 이들 상호간의 원자 확산을 방지하기 위하여, 상기 스페이서(34)가 형성된 결과물 전면에 확산 방지막(42)을 형성하고, 상기 확산 방지막(42) 위에 제3 도전층(44)을 형성한다.4A, 4B and 4C, in order to reduce the resistance between the active region of the semiconductor substrate 10 and the third conductive layer 44 to be formed in a subsequent process and to prevent atomic diffusion therebetween. A diffusion barrier 42 is formed on the entire surface of the product on which the spacers 34 are formed, and a third conductive layer 44 is formed on the diffusion barrier 42.

도시하지는 않았으나, 상기 확산 방지막(42) 및 제3 도전층(44)을 형성하기 전에, 상기 반도체 기판(10)의 노출된 표면(10a)상에 자기정렬 반응을 통하여 금속 실리사이드층을 형성할 수도 있다.Although not shown, before forming the diffusion barrier 42 and the third conductive layer 44, a metal silicide layer may be formed on the exposed surface 10a of the semiconductor substrate 10 through a self-alignment reaction. have.

도 5a, 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 상기 제3 도전층(44) 및 상기 확산 방지막(42)을 전면 식각하여 상기 게이트 전극(20)에 의하여 자기정렬되는 제3 도전층 패턴(44a) 및 확산 방지막 패턴(42a)을 형성한다. 이 때, 상기 제3 도전층 패턴(44a) 및 확산 방지막 패턴(42a)이 상기 캡핑층(32)의 상면(32t) 보다 낮은 높이의 상면(44t, 42t)을 각각 가지도록 식각량을 조절한다. 상기 전면 식각 공정시 과도 식각에 의한 상기 게이트 전극(20)의 손상을 방지하기 위하여는 질화막으로 이루어지는 상기 캡핑층(32) 및 스페이서(34)와 상기 제3 도전층(44) 간에 충분한 식각 선택비가 주어지는 분위기를 유지하여야 한다.Referring to FIGS. 5A, 5B, and 5C, the third conductive layer 44 and the diffusion barrier 42 may be etched entirely to self-align the third conductive layer pattern 44a by the gate electrode 20. And diffusion barrier film pattern 42a. At this time, the etching amount is adjusted such that the third conductive layer pattern 44a and the diffusion barrier layer pattern 42a have upper surfaces 44t and 42t having a lower height than the upper surface 32t of the capping layer 32, respectively. . In order to prevent damage to the gate electrode 20 due to excessive etching during the front surface etching process, sufficient etching selectivity between the capping layer 32, the spacer 34, and the third conductive layer 44 formed of a nitride film may be provided. Maintain the atmosphere given.

상기 식각 공정시, 상기 제3 도전층 패턴(44a)의 상면(44t) 및 확산 방지막 패턴(42a)의 상면(42t)이 상기 캡핑층(32)의 상면(32t) 보다 낮은 높이를 갖도록 함으로써, 상기 제3 도전층 패턴(44a) 및 확산 방지막 패턴(42a)이 상기 게이트 전극(20)과 완전히 격리될 수 있고, 따라서 상기 각 제3 도전층 패턴(44a)간에 원하지 않는 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다.In the etching process, the upper surface 44t of the third conductive layer pattern 44a and the upper surface 42t of the diffusion barrier layer pattern 42a have a height lower than that of the upper surface 32t of the capping layer 32. The third conductive layer pattern 44a and the diffusion barrier layer pattern 42a may be completely isolated from the gate electrode 20, thereby preventing unwanted short circuits between the third conductive layer patterns 44a. can do.

도 6a, 도 6b 및 도 6c를 참조하면, 상기 제3 도전층 패턴(44a) 및 확산 방지막 패턴(42a)을 원하는 소자 구조에 적합한 형태로 패터닝하기 위하여, 상기 결과물상에 마스크층을 형성한다. 이를 위하여, 먼저 상기 제3 도전층 패턴(44a)이 형성된 결과물 전면에 제4 절연층을 증착한 후, 이에 대하여 평탄화 공정을 행하여 평탄화된 제4 절연층(46)을 형성한다. 상기 평탄화 공정시 발생된 상기 평탄화된 제4 절연층(46)에서의 손상은 후속의 배선 형성 공정에서 배선 간의 단락을 유발하여 소자 특성의 저하를 가져올 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 상기 평탄화된 제4 절연층(46)을 제5 절연층(48)으로 덮는다.6A, 6B, and 6C, a mask layer is formed on the resultant to pattern the third conductive layer pattern 44a and the diffusion barrier layer pattern 42a into a form suitable for a desired device structure. To this end, first, a fourth insulating layer is deposited on the entire surface of the resultant product on which the third conductive layer pattern 44a is formed, and then a planarization process is performed to form a flattened fourth insulating layer 46. Damage in the planarized fourth insulating layer 46 generated during the planarization process may cause a short circuit between the wirings in a subsequent wiring forming process, thereby causing deterioration of device characteristics. In order to prevent this, the planarized fourth insulating layer 46 is covered with a fifth insulating layer 48.

도 7a, 도 7b 및 도 7c를 참조하면, 통상의 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 제5 절연층(48) 및 상기 평탄화된 제4 절연층(46)을 함께 패터닝하여, 상기 제3 도전층 패턴(44a) 및 확산 방지막 패턴(42a)중 각각 제거될 영역의 상면(44t, 42t)을 노출시키는 평탄화된 제4 절연층 패턴(46a) 및 제5 절연층 패턴(48a)을 형성한다. 상기 평탄화된 제4 절연층 패턴(46a) 및 제5 절연층 패턴(48a)은 상기 제3 도전층 패턴(44a) 및 확산 방지막 패턴(42a)을 패터닝하는 데 있어서 식각 마스크층 역할을 하게 된다.7A, 7B, and 7C, the fifth insulating layer 48 and the planarized fourth insulating layer 46 are patterned together using a conventional photolithography process to form the third conductive layer pattern. The planarized fourth insulating layer pattern 46a and the fifth insulating layer pattern 48a exposing the top surfaces 44t and 42t of the region to be removed, respectively, of the 44a and the diffusion barrier layer pattern 42a are formed. The planarized fourth insulating layer pattern 46a and the fifth insulating layer pattern 48a serve as an etch mask layer in patterning the third conductive layer pattern 44a and the diffusion barrier layer pattern 42a.

도 8a, 도 8b 및 도 8c를 참조하면, 상기 평탄화된 제4 절연층 패턴(46a) 및 제5 절연층 패턴(48a)으로 이루어지는 마스크층을 식각 마스크로 하여 노출된 상기 제3 도전층 패턴(44a) 및 확산 방지막 패턴(42a)을 식각에 의해 제거하여 원하는 부분에 콘택 플러그(50) 및 확산 방지막 패턴(42b)이 남도록 하고, 상기 콘택 플러그(50)를 형성할 필요가 없는 부분에서는 상기 반도체 기판(10)의 표면(10b)을 노출시킨다.8A, 8B, and 8C, the third conductive layer pattern exposed using the mask layer including the planarized fourth insulating layer pattern 46a and the fifth insulating layer pattern 48a as an etching mask ( 44a) and the diffusion barrier layer pattern 42a are removed by etching so that the contact plug 50 and the diffusion barrier layer pattern 42b remain in a desired portion, and the semiconductor is not formed at the portion where the contact plug 50 does not need to be formed. The surface 10b of the substrate 10 is exposed.

상기 노출된 제3 도전층 패턴(44a) 및 확산 방지막 패턴(42a)을 제거하기 위한 식각 공정을 행할 때, 상기 제4 절연층 패턴(46a) 및 제5 절연층 패턴(48a)을 구성하는 믈질과, 상기 제3 도전층 패턴(44a) 및 확산 방지막 패턴(42a)을 구성하는 물질과의 사이에 충분한 식각 선택비가 주어비는 조건으로 식각 공정을 행한다.When the etching process is performed to remove the exposed third conductive layer pattern 44a and the diffusion barrier layer pattern 42a, the materials forming the fourth insulating layer pattern 46a and the fifth insulating layer pattern 48a are formed. And the etching process is performed under a condition that a sufficient etching selectivity is provided between the third conductive layer pattern 44a and the material constituting the diffusion barrier film pattern 42a.

이로써, 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한 바와 같은 구조를 완성하게 된다.This completes the structure as described with reference to Figs. 2A to 2D.

본 발명에 따른 반도체 소자의 자기정렬 콘택 플러그 형성 방법에 의하면, 고집적 반도체 소자 제조를 위한 자기정렬 콘택 플러그 형성 공정에서 층간절연막과 질화막 스페이서 사이의 에칭 선택비를 고려할 필요 없이 게이트 전극에 의하여 자기정렬되는 콘택 플러그를 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 종래 기술에서와 같이 폴리머 생성량 증가에 따라 에칭이 정지되는 문제, 또는 층간절연막 에칭시 스페이서가 소모되어 게이트 전극의 측벽에서 필요한 절연 길이를 확보하기 어려운 문제 등이 발생될 염려가 없다.According to the method for forming a self-aligned contact plug of a semiconductor device according to the present invention, in the self-aligned contact plug forming process for fabricating a highly integrated semiconductor device, the self-aligned contact gate is self-aligned by a gate electrode without having to consider the etching selectivity between the interlayer insulating film and the nitride spacer. It is possible to form contact plugs. Therefore, as in the prior art, there is no fear that the etching may be stopped due to the increase in the amount of polymer production, or the spacer may be consumed when the interlayer insulating layer is etched, thereby making it difficult to secure the required insulation length at the sidewall of the gate electrode.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.The present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Do.

Claims (3)

반도체 기판상에 상면 및 측벽이 절연층으로 덮인 복수의 게이트 전극을 형성하는 단계와,Forming a plurality of gate electrodes on the semiconductor substrate, the top and sidewalls of which are covered with an insulating layer; 상기 각 게이트 전극 사이의 영역에 상기 게이트 전극에 의하여 자기정렬되는 도전층 패턴을 형성하는 단계와,Forming a conductive layer pattern self-aligned by the gate electrode in a region between the gate electrodes; 상기 도전층 패턴이 형성된 결과물 전면에 평탄화된 절연층을 형성하는 단계와,Forming a planarization insulating layer on the entire surface of the resultant product on which the conductive layer pattern is formed; 상기 평탄화된 절연층을 패터닝하여 상기 도전층 패턴의 상면을 일부 노출시키는 평탄화된 절연층 패턴을 형성하는 단계와,Patterning the planarized insulating layer to form a planarized insulating layer pattern partially exposing the top surface of the conductive layer pattern; 상기 평탄화된 절연층 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 도전층 패턴의 노출된 부분을 식각에 의해 제거함으로써, 상기 도전층 패턴의 나머지 부분으로 이루어지는 콘택 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 자기정렬 콘택 플러그 형성 방법.Forming a contact plug formed of the remaining portion of the conductive layer pattern by removing the exposed portion of the conductive layer pattern by etching using the planarized insulating layer pattern as an etching mask. To form a self-aligned contact plug. 제1항에 있어서, 상기 도전층 패턴은 그 상면의 높이가 상기 게이트 전극의 상면을 덮고 있는 절연층의 상면 높이보다 낮게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 자기정렬 콘택 플러그 형성 방법.The method of claim 1, wherein the upper surface of the conductive layer pattern is formed to be lower than the height of the upper surface of the insulating layer covering the upper surface of the gate electrode. 제1항에 있어서, 상기 평탄화된 절연층을 형성하는 단계는The method of claim 1, wherein the forming of the planarized insulating layer is performed. 상기 도전층 패턴이 형성된 결과물 전면에 하부 절연층을 형성하는 단계와,Forming a lower insulating layer on the entire surface of the resultant product on which the conductive layer pattern is formed; 상기 하부 절연층을 평탄화하는 단계와,Planarizing the lower insulating layer; 상기 평탄화된 하부 절연층 위에 상부 절연층을 형성하는 단계를 포함하고,Forming an upper insulating layer on the planarized lower insulating layer, 상기 평탄화된 절연층 패턴을 형성하는 단계에서는 상기 상부 절연층 및 평탄화된 하부 절연층을 함께 패터닝하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 자기정렬 콘택 플러그 형성 방법.The forming of the planarized insulating layer pattern may include patterning the upper insulating layer and the flattened lower insulating layer together.
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