KR20040029539A - Contact Plug Structure Of Semiconductor Device And Method Of Forming The Same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A contact plug structure of a semiconductor device and a forming method thereof are provided to form a contact plug on an elevated junction and form a shallow junction by using a silicon epitaxial growth method. CONSTITUTION: A plurality of gate patterns(145) is formed on a semiconductor substrate(100). A conductive layer is formed on the semiconductor substrate(100) between the gate patterns(145). A gate spacer(200) for exposing an upper face of the conductive layer is formed at both sidewalls of the gate patterns(145). The exposed conductive layer is etched by using the gate spacer(200) as an etch mask. A conductive layer pattern(185) having a concave groove is formed by etching the exposed conductive layer. A contact plug(210) for filling up the concave groove is formed.

Description

반도체 장치의 콘택 플러그 구조체 및 그 형성 방법{Contact Plug Structure Of Semiconductor Device And Method Of Forming The Same}Contact plug structure of semiconductor device and method of forming the same {Contact Plug Structure Of Semiconductor Device And Method Of Forming The Same}

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치의 콘택 플러그 구조체 및 그 형성 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a contact plug structure of a semiconductor device and a method for forming the same.

일반적으로, 반도체 장치는 소오스/드레인으로 사용되는 불순물 영역에 전기적으로 접속하는 콘택 플러그를 구비한다.In general, semiconductor devices have contact plugs electrically connected to an impurity region used as a source / drain.

도 1은 종래 기술에 따른 콘택 플러그의 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.1 is a process cross-sectional view illustrating a method of forming a contact plug according to the prior art.

도 1을 참조하면, 반도체기판(10)의 소정영역에 활성영역을 한정하는 소자분리막(20)을 형성한다. 상기 활성영역 상에 게이트 산화막(25)을 형성한다. 상기 게이트 산화막(25)이 형성된 반도체기판 상에 게이트 도전막(30) 및 캐핑막(40)을 차례로 적층한 후, 이를 패터닝하여 상기 활성영역을 가로지르는 게이트 패턴(45)을 형성한다.Referring to FIG. 1, an isolation layer 20 is formed in a predetermined region of a semiconductor substrate 10 to define an active region. A gate oxide film 25 is formed on the active region. The gate conductive layer 30 and the capping layer 40 are sequentially stacked on the semiconductor substrate on which the gate oxide layer 25 is formed, and then patterned to form a gate pattern 45 crossing the active region.

상기 게이트 패턴(45)을 마스크로 사용하는 저농도 이온 주입 공정을 실시하여, 상기 활성영역에 저농도 불순물 영역(70)을 형성한다. 상기 게이트 패턴(45)의 측벽에 실리콘 질화막으로 이루어지는 게이트 스페이서(50)를 형성한다. 상기 게이트 스페이서(50)를 마스크로 사용하는 고농도 이온 주입 공정을 실시하여, 상기 활성영역에 고농도 불순물 영역(80)을 형성한다.A low concentration ion implantation process using the gate pattern 45 as a mask is performed to form a low concentration impurity region 70 in the active region. A gate spacer 50 made of a silicon nitride film is formed on sidewalls of the gate pattern 45. A high concentration ion implantation process using the gate spacer 50 as a mask is performed to form a high concentration impurity region 80 in the active region.

상기 고농도 불순물 영역(80)이 형성된 반도체기판의 전면에 층간절연막을 형성한 후, 이를 패터닝하여 상기 고농도 불순물 영역(80)의 상부면을 노출시키는 콘택 홀(65)을 형성한다. 상기 콘택 홀(65)은 상기 층간절연막을 식각하는 식각 레서피에 대한, 상기 캐핑막(40) 및 상기 게이트 스페이서(50)의 식각 선택성을 이용하여 형성한다. 이러한 식각 방법은 통상 자기 정렬 콘택홀 형성 방법이라고 불리우며, 이를 위해 상기 캐핑막(40) 및 상기 게이트 스페이서(50)는 대개의 경우 실리콘 질화막으로 형성한다. 이후, 상기 콘택 홀(65)을 통해 상기 고농도 불순물 영역(80)에 접속하는 콘택 플러그(60)를 형성한다.An interlayer insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the high concentration impurity region 80 is formed, and then patterned to form a contact hole 65 exposing an upper surface of the high concentration impurity region 80. The contact hole 65 is formed using an etch selectivity of the capping layer 40 and the gate spacer 50 with respect to an etch recipe for etching the interlayer insulating layer. This etching method is commonly referred to as a self-aligning contact hole forming method. For this purpose, the capping film 40 and the gate spacer 50 are usually formed of a silicon nitride film. Thereafter, a contact plug 60 is formed to connect the high concentration impurity region 80 through the contact hole 65.

한편, 반도체 장치의 고집적화에 따라, 단위 셀의 면적은 줄어들고 있다. 이에 따라, 상기 고농도 불순물 영역(80)과 상기 콘택 플러그(60)의 접촉 면적 역시 줄어들고 있다. 상기 접촉 면적의 감소는 접촉 저항의 증가를 유발하는 문제가 있다. 이러한 저항 증가의 문제를 최소화하기 위해, 상기 콘택 플러그(60)와 상기 고농도 불순물 영역(80)의 접촉 면적을 증가시키는 방법이 제안되고 있다.On the other hand, with high integration of semiconductor devices, the area of unit cells is decreasing. Accordingly, the contact area between the high concentration impurity region 80 and the contact plug 60 is also reduced. The decrease in the contact area has a problem of causing an increase in the contact resistance. In order to minimize such a problem of resistance increase, a method of increasing the contact area of the contact plug 60 and the high concentration impurity region 80 has been proposed.

도 2는 접촉 면적을 증가시키기 위해 제시되는 종래 기술에 따른 콘택 플러그 구조체의 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.Figure 2 is a process cross-sectional view for explaining a method of forming a contact plug structure according to the prior art proposed to increase the contact area.

도 2를 참조하면, 상기 층간절연막을 패터닝하여 상기 반도체기판(10)을 노출시키는 콘택홀(65)을 형성한 후, 상기 노출된 반도체기판(10)을 소정의 깊이로 식각한다(99). 이에 따라, 상기 콘택 플러그(60)과 상기 고농도 불순물 영역(80) 사이의 접촉 면적이 증가하여, 상기 콘택 플러그(60)의 접촉 저항은 감소할 수 있다. 하지만 이처럼 반도체기판을 리세스시키는 방법은 소오스/드레인으로 사용되는 불순물 영역의 깊이(h1)를 증가시킨다. 이에 따라, 상술한 반도체기판을 리세스하는 방법은 고집적화를 위해 요구되는 얕은 접합영역을 형성하기에는 부적절하다.Referring to FIG. 2, after forming the contact hole 65 exposing the semiconductor substrate 10 by patterning the interlayer insulating layer, the exposed semiconductor substrate 10 is etched to a predetermined depth (99). As a result, the contact area between the contact plug 60 and the high concentration impurity region 80 increases, so that the contact resistance of the contact plug 60 may decrease. However, this method of recessing the semiconductor substrate increases the depth h 1 of the impurity region used as the source / drain. Accordingly, the above method of recessing the semiconductor substrate is inappropriate for forming a shallow junction region required for high integration.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 콘택 플러그 구조체의 형성 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method for forming a contact plug structure capable of reducing contact resistance.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 낮은 접촉 저항을 갖는 콘택 플러그 구조체를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a contact plug structure having a low contact resistance.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 반도체 장치의 콘택 플러그 구조체를 나타내는 공정단면도들이다.1 and 2 are process cross-sectional views illustrating a contact plug structure of a semiconductor device according to the prior art.

도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 콘택 플러그 구조체를 형성하는 방법을 나타내는 공정단면도들이다.3 to 7 are process cross-sectional views illustrating a method of forming a contact plug structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 콘택 플러그 구조체를 형성하는 방법을 나타내는 공정단면도들이다.8 are process cross-sectional views illustrating a method of forming a contact plug structure of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 콘택 플러그 구조체를 나타내는 사시도이다.9 is a perspective view illustrating a contact plug structure of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 접합영역 상에 실리콘 에피택시얼층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 콘택 플러그 구조체의 형성 방법을 제공한다. 이 방법은 반도체기판 상에 복수개의 게이트 패턴들을 형성하고, 상기 게이트 패턴들의 사이의 반도체기판 상에 도전막을 형성한 후, 상기 게이트 패턴의 양쪽 측벽에 상기 도전막의 상부면을 노출시키는 게이트 스페이서들을 형성하는 단계를 포함한다. 이후, 상기 게이트 스페이서를 식각 마스크로 사용하여 상기 노출된 도전막을 식각함으로써 오목한 홈을 갖는 도전막 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 도전막 패턴에 접속하도록, 상기 오목한 홈을 채우는 콘택 플러그를 형성한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method for forming a contact plug structure of a semiconductor device comprising the step of forming a silicon epitaxial layer on the junction region. The method forms a plurality of gate patterns on a semiconductor substrate, forms a conductive film on the semiconductor substrate between the gate patterns, and then forms gate spacers that expose the top surface of the conductive film on both sidewalls of the gate pattern. It includes a step. Thereafter, the exposed conductive layer is etched using the gate spacer as an etching mask to form a conductive layer pattern having a concave groove. Next, the contact plug which fills the said recessed groove is formed so that it may connect to the said conductive film pattern.

바람직하게는 상기 게이트 패턴을 형성한 후, 식각 손상을 치유하기 위해, 상기 게이트 패턴의 측벽에 산화막을 형성하는 열산화 공정을 실시한다. 이어서, 상기 도전막을 형성하기 전에, 상기 게이트 패턴의 측벽을 덮는 측벽 스페이서를 더 형성한다. 이때, 상기 측벽 스페이서는 실리콘 질화막으로 형성하는 것이 바람직하다.Preferably, after the gate pattern is formed, a thermal oxidation process is performed to form an oxide film on sidewalls of the gate pattern in order to heal etching damage. Next, before forming the conductive film, sidewall spacers covering sidewalls of the gate pattern are further formed. In this case, the sidewall spacer is preferably formed of a silicon nitride film.

상기 도전막을 형성하는 단계는 실리콘 에피택시얼 성장 기술을 사용하여 상기 반도체기판 상에 실리콘막을 형성한 후, 상기 실리콘막에 불순물을 주입하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The forming of the conductive film preferably includes forming a silicon film on the semiconductor substrate using a silicon epitaxial growth technique, and then implanting impurities into the silicon film.

상기 게이트 스페이서를 형성하는 단계는 상기 도전막을 포함하는 반도체기판 전면에 스페이서 절연막을 형성한 후, 상기 도전막이 노출될 때까지 상기 스페이서 절연막을 이방성 식각하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 도전막 패턴의 오목한 홈은 상기 게이트 스페이서 형성을 위한 이방성 식각 공정을 과도 식각의 방법으로 실시하여 형성할 수도 있다.The forming of the gate spacer may include forming a spacer insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate including the conductive film, and then anisotropically etching the spacer insulating film until the conductive film is exposed. Meanwhile, the concave groove of the conductive layer pattern may be formed by performing an anisotropic etching process for forming the gate spacer by an excessive etching method.

또한, 상기 도전막 패턴의 오목한 홈은 상기 게이트 스페이서 사이에서 상기 반도체기판의 상부면을 노출시키도록 형성할 수도 있다.In addition, the concave groove of the conductive film pattern may be formed to expose the upper surface of the semiconductor substrate between the gate spacers.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 콘택 플러그의 접촉 면적을 증가시킬 수 있는 반도체 장치의 콘택 플러그 구조체를 제공한다. 이 구조체는 반도체기판 상에 배치된 복수개의 게이트 패턴들, 상기 게이트 패턴들의 양쪽 상부 측벽에 배치된 게이트 스페이서들, 상기 게이트 스페이서와 상기 반도체기판 사이에 개재되는 도전막 패턴 및 상기 도전막 패턴에 접속하는 콘택 플러그를 포함한다. 이때, 상기 도전막 패턴은 오목한 홈을 갖고 상기 콘택 플러그는 상기 오목한 홈을 채우는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above another technical problem, the present invention provides a contact plug structure of a semiconductor device that can increase the contact area of the contact plug. The structure is connected to a plurality of gate patterns disposed on a semiconductor substrate, gate spacers disposed on both upper sidewalls of the gate patterns, a conductive film pattern interposed between the gate spacer and the semiconductor substrate, and the conductive film pattern. It includes a contact plug. In this case, the conductive film pattern has a concave groove, the contact plug is characterized in that filling the concave groove.

상기 도전막 패턴 아래의 반도체기판에는 소오스/드레인으로 사용되는 불순물 영역이 배치된다. 또한, 상기 오목한 홈은 상기 반도체기판을 노출시킬 수도 있다. 이 경우, 상기 콘택 플러그는 상기 소오스/드레인으로 사용되는 불순물 영역에 직접 접촉한다.An impurity region used as a source / drain is disposed on the semiconductor substrate under the conductive film pattern. In addition, the concave groove may expose the semiconductor substrate. In this case, the contact plug directly contacts an impurity region used as the source / drain.

상기 도전막 패턴은 상기 불순물 영역과 동일한 도전형의 불순물을 포함하는 다결정 실리콘인 것이 바람직하다. 또한, 상기 도전막 패턴과 상기 게이트 패턴 사이에는 실리콘 질화막으로 이루어지는 측벽 스페이서가 배치될 수도 있다.Preferably, the conductive film pattern is polycrystalline silicon containing impurities of the same conductivity type as the impurity region. In addition, a sidewall spacer made of a silicon nitride film may be disposed between the conductive film pattern and the gate pattern.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한 층이 다른 층 또는 기판 상에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the spirit of the invention will be fully conveyed to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. If it is also mentioned that the layer is on another layer or substrate it may be formed directly on the other layer or substrate or a third layer may be interposed therebetween.

도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택 플러그 구조체의 형성 방법을 나타내는 공정단면도들이다.3 to 7 are process cross-sectional views illustrating a method of forming a contact plug structure according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 반도체기판(100)의 소정영역에 활성영역을 한정하는 소자분리막(110)을 형성한다. 상기 소자분리막(110)은 통상적인 트렌치 소자분리 기술을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 소자분리막(110)은 상기 활성영역을 한정하면서 배치된 트렌치(105)를 채우는 실리콘 산화막이다. 상기 소자분리막(110)을 형성한 후, 웰(well) 영역의 형성 등을 위한 일련의 불순물 주입 공정들을 더 실시할 수도 있다.Referring to FIG. 3, an isolation layer 110 defining an active region is formed in a predetermined region of the semiconductor substrate 100. The device isolation layer 110 may be formed using conventional trench device isolation techniques. Accordingly, the device isolation layer 110 is a silicon oxide layer filling the trench 105 disposed while defining the active region. After the device isolation layer 110 is formed, a series of impurity implantation processes for forming a well region may be further performed.

상기 활성영역에 게이트 절연막(120)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(120)은 상기 활성영역을 열산화시킴으로써 형성한 실리콘 산화막인 것이 바람직하다. 상기 게이트 절연막(120) 상에 게이트 도전막 및 캐핑막을 차례로 형성한다. 이후, 상기 캐핑막 및 상기 게이트 도전막을 차례로 패터닝하여, 차례로 적층된 게이트 전극(130) 및 캐핑 패턴(140)을 형성한다. 상기 게이트 전극(130) 및 캐핑패턴(140)은 상기 활성영역을 가로지르는 게이트 패턴(145)을 구성한다. 상기 게이트 패턴(145) 형성을 위한 패터닝 공정은 플라즈마를 사용하는 이방성 식각의 단계를 포함한다.A gate insulating layer 120 is formed in the active region. The gate insulating film 120 is preferably a silicon oxide film formed by thermally oxidizing the active region. A gate conductive layer and a capping layer are sequentially formed on the gate insulating layer 120. Subsequently, the capping layer and the gate conductive layer are patterned in order to form the gate electrode 130 and the capping pattern 140 that are sequentially stacked. The gate electrode 130 and the capping pattern 140 form a gate pattern 145 crossing the active region. The patterning process for forming the gate pattern 145 may include anisotropic etching using plasma.

상기 게이트 도전막은 불순물을 포함하는 다결정 실리콘인 것이 바람직하다. 상기 캐핑막은 상기 게이트 패턴(145) 형성을 위한 패터닝 공정에서, 반사 방지막 또는 식각 마스크로 사용될 수 있다. 이를 위해, 상기 캐핑막은 실리콘 산화질화막, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막 중의 적어도 한가지인 것이 바람직하다.It is preferable that the said gate conductive film is polycrystalline silicon containing an impurity. The capping layer may be used as an anti-reflection layer or an etching mask in a patterning process for forming the gate pattern 145. To this end, the capping film is preferably at least one of a silicon oxynitride film, a silicon nitride film and a silicon oxide film.

도 4를 참조하면, 상기 게이트 패턴(145)을 이온 주입 마스크로 사용하는 저농도 이온 주입 공정을 실시하여, 상기 게이트 패턴들(145) 사이의 활성영역에 저농도 불순물 영역(170)을 형성한다.Referring to FIG. 4, a low concentration impurity region 170 is formed in the active region between the gate patterns 145 by performing a low concentration ion implantation process using the gate pattern 145 as an ion implantation mask.

상술한 것처럼, 상기 게이트 패턴(145) 형성을 위한 식각 공정은 플라즈마를 사용하는 이방성 식각의 방법으로 실시된다. 이에 따라, 상기 플라즈마에 의한 식각 손상이 상기 게이트 패턴(145)의 측벽에 발생할 수 있다. 이러한 식각 손상을 치유하기 위해, 상기 게이트 패턴(145)을 형성한 후 열산화 공정을 더 실시하는 것이 바람직하다.As described above, the etching process for forming the gate pattern 145 is performed by an anisotropic etching method using plasma. Accordingly, etching damage by the plasma may occur on sidewalls of the gate pattern 145. In order to cure such etching damage, it is preferable to further perform a thermal oxidation process after forming the gate pattern 145.

상기 열산화 공정에 의해, 상기 게이트 전극(130)의 측벽에는 산화막(150)이 형성된다. 이에 따라, 상기 게이트 전극(130)의 하부면 및 측면은 열산화 공정을 통해 형성된 실리콘 산화막으로 덮인다. 이후, 상기 산화막(150)이 형성된 상기 게이트 패턴(145)의 측벽에 상기 저농도 불순물 영역(170)을 노출시키는 측벽 스페이서(160)를 형성한다. 상기 측벽 스페이서(160)는 실리콘 질화막으로 형성하는 것이바람직하다. 한편, 상기 저농도 불순물 영역(170) 형성을 위한 이온 주입 공정은 상기 산화막(150) 또는 측벽 스페이서(160)를 형성한 후 실시할 수도 있다.By the thermal oxidation process, an oxide film 150 is formed on sidewalls of the gate electrode 130. Accordingly, the lower surface and the side surface of the gate electrode 130 are covered with a silicon oxide film formed through a thermal oxidation process. Thereafter, sidewall spacers 160 exposing the low concentration impurity region 170 are formed on sidewalls of the gate pattern 145 on which the oxide layer 150 is formed. The sidewall spacer 160 may be formed of a silicon nitride film. Meanwhile, the ion implantation process for forming the low concentration impurity region 170 may be performed after the oxide film 150 or the sidewall spacer 160 is formed.

도 5를 참조하면, 상기 측벽 스페이서들(160) 사이에 노출된 상기 활성영역 상에 도전막(180)을 형성한다. 이에 따라, 상기 도전막(180)은 상기 저농도 불순물 영역(170)에 전기적으로 접속된다.Referring to FIG. 5, a conductive layer 180 is formed on the active region exposed between the sidewall spacers 160. Accordingly, the conductive film 180 is electrically connected to the low concentration impurity region 170.

바람직하게는 상기 도전막(180)은 실리콘 에피택시얼 성장(silicon epitaxial growth) 기술을 사용하여 형성한 실리콘층인 것이 바람직하다. 이렇게 형성되는 실리콘층은 통상적으로 불순물을 포함하지 않기 때문에, 도전성을 갖지 않는다. 따라서, 상기 실리콘층을 성장시킨 후, 불순물을 주입하는 공정을 더 실시한다. 상기 불순물을 주입하는 공정은 이온 주입 공정을 이용하는 것이 바람직하고, 이때 주입되는 불순물은 상기 저농도 불순물 영역(170)과 같은 도전형인 것이 바람직하다. 또한, 상기 이온 주입 공정은 상기 저농도 불순물 영역(170) 형성을 위한 이온 주입 공정에 비해 높은 도즈(dose)로 실시된다. 이에 따라, 상기 도전막(180)은 높은 불순물 농도를 나타내며, 여기에 포함된 불순물들은 상기 활성영역으로 확산되어 고농도 불순물 영역(190)을 형성한다.Preferably, the conductive layer 180 is a silicon layer formed using a silicon epitaxial growth technique. Since the silicon layer thus formed does not usually contain impurities, it does not have conductivity. Therefore, after the silicon layer is grown, an impurity implantation step is further performed. The impurity implantation process is preferably an ion implantation process, and the impurity implantation is preferably of the same conductivity type as the low concentration impurity region 170. In addition, the ion implantation process is performed at a higher dose than the ion implantation process for forming the low concentration impurity region 170. Accordingly, the conductive layer 180 exhibits a high impurity concentration, and the impurities included in the conductive layer 180 diffuse into the active region to form the high concentration impurity region 190.

상기 고농도 불순물 영역(190)은 불순물들이 상기 도전막(180)을 관통하도록 실시되는 이온 주입 공정을 통해 형성될 수도 있다. 이를 가능하도록, 상기 도전막(180)은 과도하게 두껍지 않은 것이 바람직하다. 또한, 상기 고농도 및 저농도 불순물 영역(190, 170)은 LDD(lightly doped drain) 구조의 접합영역을 형성한다. 도전성을 갖는 상기 도전막(180)과 상기 게이트 전극(130)은 상기 산화막(130)및 상기 측벽 스페이서(140)에 의해 절연된다.The high concentration impurity region 190 may be formed through an ion implantation process in which impurities pass through the conductive layer 180. To this end, it is preferable that the conductive layer 180 is not excessively thick. In addition, the high concentration and low concentration impurity regions 190 and 170 form a junction region having a lightly doped drain (LDD) structure. The conductive layer 180 and the gate electrode 130 having conductivity are insulated by the oxide layer 130 and the sidewall spacer 140.

도 6을 참조하면, 상기 도전막(180)이 형성된 반도체기판의 전면에 스페이서 절연막을 형성한 후, 이를 이방성 식각하여 상기 도전막(180)의 상부면을 노출시키는 게이트 스페이서(200)를 형성한다. 이에 따라, 상기 게이트 스페이서(200)는 상기 게이트 패턴(145), 더 정확하게는 상기 측벽 스페이서(140)의 상부 측벽을 덮는다.Referring to FIG. 6, after forming a spacer insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate on which the conductive film 180 is formed, anisotropic etching is performed to form a gate spacer 200 exposing the top surface of the conductive film 180. . Accordingly, the gate spacer 200 covers the gate pattern 145, more precisely, the upper sidewall of the sidewall spacer 140.

상기 게이트 스페이서(140)를 식각 마스크로 사용하여 상기 노출된 도전막(180)을 이방성 식각함으로써, 오목한 홈을 갖는 도전막 패턴(185)을 형성한다. 이때, 상기 오목한 홈을 형성하기 위한 상기 이방성 식각 공정은, 도시한 것처럼, 상기 고농도 불순물 영역(190)이 노출될 때까지 실시될 수도 있다. 이에 따라, 상기 도전막 패턴(185)은 상기 고농도 불순물 영역(190)의 상부면과 접촉하면서, 상기 게이트 스페이서(200)의 아래에 배치된다.By using the gate spacer 140 as an etching mask, the exposed conductive layer 180 is anisotropically etched to form a conductive layer pattern 185 having a concave groove. In this case, the anisotropic etching process for forming the concave groove may be performed until the high concentration impurity region 190 is exposed, as shown. Accordingly, the conductive layer pattern 185 is disposed under the gate spacer 200 while contacting the upper surface of the high concentration impurity region 190.

도 7을 참조하면, 상기 도전막 패턴(185)이 형성된 반도체기판의 전면에 층간절연막을 형성한다. 상기 층간절연막은 실리콘 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이후, 상기 층간절연막을 패터닝하여 상기 고농도 불순물 영역(190) 또는 상기 도전막 패턴(185)을 노출시키는 개구부를 갖는 층간절연막 패턴을 형성한다.Referring to FIG. 7, an interlayer insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the conductive film pattern 185 is formed. The interlayer insulating film is preferably formed of a silicon oxide film. Thereafter, the interlayer insulating layer is patterned to form an interlayer insulating layer pattern having an opening exposing the high concentration impurity region 190 or the conductive layer pattern 185.

상기 개구부를 형성하는 단계는 상기 캐핑 패턴(140) 및 상기 게이트 스페이서(200)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하는, 자기 정렬 콘택홀 형성 방법(method of forming a self-aligned contact hole)을 사용하는 것이 바람직하다.The opening may include forming a method of forming a self-aligned contact hole using an etching recipe having an etch selectivity with respect to the capping pattern 140 and the gate spacer 200. It is preferable to use.

상기 층간절연막 패턴을 포함하는 반도체기판의 전면에 플러그 도전막을 형성한 후, 이를 전면 식각하여 상기 개구부를 채우는 콘택 플러그(210)를 형성한다. 상기 콘택 플러그(210) 형성 공정은 통상적으로 사용되는 다양한 방법이 적용될 수 있다. 이렇게 형성되는 상기 콘택 플러그(210)는 상기 도전막 패턴(185)의 오목한 홈을 채움으로서, 상기 불순물 영역들(190)에 전기적으로 접속된다. 한편, 상기 도전막 패턴(185)이 상기 고농도 불순물 영역(190)을 노출시키도록 형성될 경우, 상기 콘택 플러그(210)는 상기 고농도 불순물 영역(190)에 직접 접촉할 수도 있다.After the plug conductive film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the interlayer insulating layer pattern, the contact plug 210 filling the opening is formed by etching the entire surface. The contact plug 210 may be formed using various methods that are commonly used. The contact plug 210 formed as described above is electrically connected to the impurity regions 190 by filling the concave groove of the conductive layer pattern 185. Meanwhile, when the conductive layer pattern 185 is formed to expose the high concentration impurity region 190, the contact plug 210 may directly contact the high concentration impurity region 190.

이때, 상기 도전막 패턴(185)은 오목한 홈을 갖기 때문에, 도 1에서 설명한 종래 기술에 비해, 소오스/드레인으로 사용되는 상기 불순물 영역들(170, 190)에 접촉하는 상기 콘택 플러그(210)의 면적은 증가한다. 이에 따라, 반도체 장치의 고집적화에 따른 콘택 플러그의 접촉 저항의 증가를 최소화할 수 있다. 또한, 상기 도전막 패턴(185)은 상기 불순물 영역들(190)의 상부에 배치되므로, 도 2에서 설명한 종래 기술에 비해, 상기 고농도 불순물 영역(190)을 얕게 형성할 수 있는 장점을 갖는다.In this case, since the conductive layer pattern 185 has a concave groove, the contact plug 210 may be in contact with the impurity regions 170 and 190 used as the source / drain, compared to the conventional technology described with reference to FIG. 1. The area is increased. Accordingly, an increase in contact resistance of the contact plug due to high integration of the semiconductor device can be minimized. In addition, since the conductive layer pattern 185 is disposed on the impurity regions 190, the conductive impurity region 190 may be shallower than the conventional technology described with reference to FIG. 2.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 콘택 플러그 구조체를 형성하는 방법을 나타내는 공정단면도이다. 이 실시예를 도 3 내지 도 7에서 설명한 실시예와 비교하면, 층간절연막을 형성한 후 도전막을 패터닝한다는 점에서 차이를 갖는다. 따라서, 동일한 내용에 대해서는 도 3 내지 도 7에서 설명한 실시예에 대한 설명으로 대신한다.8 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a contact plug structure of a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention. This embodiment is different from the embodiment described with reference to FIGS. 3 to 7 in that the conductive film is patterned after the interlayer insulating film is formed. Therefore, the same content will be replaced with the description of the embodiment described with reference to FIGS. 3 to 7.

도 8을 참조하면, 도 6에서 설명한 게이트 스페이서(200)를 형성한 후, 그결과물 전면을 덮는 층간절연막(230)을 형성한다. 이에 따라, 상기 층간절연막(230)은 오목한 홈이 아직 형성되지 않은 상기 도전막(180)의 상부면을 덮는다.Referring to FIG. 8, after forming the gate spacer 200 described with reference to FIG. 6, an interlayer insulating layer 230 covering the entire surface of the resultant is formed. Accordingly, the interlayer insulating film 230 covers the upper surface of the conductive film 180 where the concave groove is not yet formed.

상술한 자기 정렬 콘택홀 형성 방법을 사용하여 상기 층간절연막(230)을 패터닝함으로써, 상기 도전막(180)의 상부를 노출시키는 개구부를 갖는 층간절연막 패턴을 형성한다. 이후, 노출된 상기 도전막(180)을 식각하여 콘택 플러그의 접촉면적을 증가시키기 위한 오목한 홈을 갖는 도전막 패턴(도 7의 185)을 형성한다. 이때, 상기 오목한 홈은 상기 고농도 불순물 영역(190)을 노출시킬 수도 있다. 이어서 상기 개구부 및 상기 오목한 홈을 채우면서 상기 도전막 패턴(185)에 접속하는 콘택 플러그(도 7의 210)를 형성한다. 이때에도, 소오스/드레인으로 사용되는 상기 불순물 영역(190)에 접촉하는 상기 콘택 플러그의 면적은 증가한다.The interlayer insulating film 230 is patterned by using the above-described self-aligned contact hole forming method, thereby forming an interlayer insulating film pattern having an opening that exposes an upper portion of the conductive film 180. Thereafter, the exposed conductive layer 180 is etched to form a conductive layer pattern 185 of FIG. 7 having a concave groove for increasing a contact area of the contact plug. In this case, the concave groove may expose the high concentration impurity region 190. Subsequently, a contact plug (210 of FIG. 7) connected to the conductive film pattern 185 is formed while filling the opening and the concave groove. In this case, the area of the contact plug in contact with the impurity region 190 used as the source / drain increases.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 콘택 플러그 구조체를 나타내는 사시도이다.9 is a perspective view illustrating a contact plug structure of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 반도체기판(100)의 소정영역에 활성영역을 한정하는 소자분리막(110)이 배치된다. 상기 소자분리막(110)이 형성된 반도체기판 상에는, 상기 활성영역을 가로지르는 게이트 패턴(145)이 배치된다. 상기 게이트 패턴(145)은 차례로 적층된 게이트 전극(130) 및 캐핑 패턴(140)으로 이루어진다. 상기 게이트 전극(130)은 도전성의 다결정 실리콘인 것이 바람직한데, 실리사이드 또는 금속의 물질이 더 사용될 수도 있다. 상기 캐핑 패턴(140)은 실리콘 질화막인 것이 바람직한데, 실리콘 산화질화막 또는 실리콘 산화막이 더 사용될 수도 있다.Referring to FIG. 9, an isolation layer 110 defining an active region is disposed in a predetermined region of the semiconductor substrate 100. On the semiconductor substrate on which the device isolation layer 110 is formed, a gate pattern 145 crossing the active region is disposed. The gate pattern 145 includes a gate electrode 130 and a capping pattern 140 that are sequentially stacked. The gate electrode 130 is preferably conductive polycrystalline silicon. A material of silicide or metal may be further used. The capping pattern 140 is preferably a silicon nitride film. A silicon oxynitride film or a silicon oxide film may be further used.

상기 게이트 전극(130)과 상기 활성영역 사이에는 게이트 절연막(120)이 개재된다. 상기 게이트 절연막(120)은 열산화 공정을 통해 형성된 실리콘 산화막인 것이 바람직하다. 상기 게이트 전극(130)의 측벽에는 산화막(150)이 배치되고, 상기 산화막(150)이 형성된 게이트 패턴(145)의 측벽에는 측벽 스페이서(160)가 배치된다. 상기 산화막(150) 역시 열산화 공정을 통해 형성된 실리콘 산화막인 것이 바람직하다. 또한, 상기 측벽 스페이서(160)는 실리콘 질화막인 것이 바람직하다.A gate insulating layer 120 is interposed between the gate electrode 130 and the active region. The gate insulating film 120 is preferably a silicon oxide film formed through a thermal oxidation process. An oxide layer 150 is disposed on sidewalls of the gate electrode 130, and sidewall spacers 160 are disposed on sidewalls of the gate pattern 145 on which the oxide layer 150 is formed. The oxide film 150 is also preferably a silicon oxide film formed through a thermal oxidation process. In addition, the sidewall spacer 160 is preferably a silicon nitride film.

상기 게이트 패턴(145) 사이의 활성영역에는 저농도 불순물 영역(170)이 배치된다. 상기 게이트 패턴(145)의 상부 측벽에는 게이트 스페이서(200)가 배치된다. 상기 게이트 스페이서(200)는 실리콘 질화막으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 게이트 패턴들(145) 사이에는, 상기 게이트 스페이서(200)와 상기 활성영역 사이에 개재되는 도전막 패턴(185)이 배치된다. 상기 도전막 패턴(185)은 실리콘 에피택시얼 성장 기술을 사용하여 형성한 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직한데, 도전성을 갖도록 불순물을 포함한다. 이때, 상기 도전막 패턴(185)에 포함된 불순물은 상기 저농도 불순물 영역(170)에 포함된 불순물과 동일한 도전형인 것이 바람직하다.The low concentration impurity region 170 is disposed in the active region between the gate patterns 145. The gate spacer 200 is disposed on the upper sidewall of the gate pattern 145. The gate spacer 200 is preferably made of a silicon nitride film. In addition, a conductive layer pattern 185 interposed between the gate spacer 200 and the active region is disposed between the gate patterns 145. The conductive layer pattern 185 is preferably made of silicon formed using a silicon epitaxial growth technique, and includes impurities to have conductivity. In this case, the impurities included in the conductive film pattern 185 may be the same conductivity type as the impurities included in the low concentration impurity region 170.

상기 게이트 스페이서(200) 아래의 반도체기판(100)에는 고농도 불순물 영역(190)이 배치된다. 평면적으로 볼 때, 상기 고농도 불순물 영역(190)은 상기 저농도 불순물 영역(170)과 중첩된다. 이때, 상기 저농도 불순물 영역(170)이 상기 고농도 불순물 영역(190)의 폭보다 넓다.A high concentration impurity region 190 is disposed in the semiconductor substrate 100 under the gate spacer 200. In plan view, the high concentration impurity region 190 overlaps the low concentration impurity region 170. In this case, the low concentration impurity region 170 is wider than the width of the high concentration impurity region 190.

상기 게이트 스페이서들(200) 사이에는 상기 도전막 패턴(185)을 노출시키는개구부를 갖는 층간절연막 패턴(235)이 배치된다. 상기 층간절연막 패턴(235)의 개구부는 도전성의 콘택 플러그(210)로 채워진다. 이때, 상기 도전막 패턴(185)은 상기 게이트 스페이서(200) 사이에 오목한 홈을 가질 수도 있다. 이 경우, 상기 오목한 홈의 상부면은 상기 게이트 스페이서(200)의 하부면보다 낮다. 이에 따라, 상기 콘택 플러그(210)는 상기 도전막 패턴(185)의 오목한 홈을 채움으로써, 상기 도전막 패턴(185) 나아가 상기 불순물 영역들(190, 170)에 전기적으로 접속된다.An interlayer insulating layer pattern 235 having an opening that exposes the conductive layer pattern 185 is disposed between the gate spacers 200. The opening of the interlayer insulating film pattern 235 is filled with a conductive contact plug 210. In this case, the conductive layer pattern 185 may have a concave groove between the gate spacers 200. In this case, an upper surface of the concave groove is lower than a lower surface of the gate spacer 200. Accordingly, the contact plug 210 is electrically connected to the conductive layer pattern 185 and the impurity regions 190 and 170 by filling the concave groove of the conductive layer pattern 185.

또한, 상기 도전막 패턴(185)의 오목한 홈은 상기 반도체기판(100)을 노출시키는 개구부일 수도 있다. 이 경우, 상기 콘택 플러그(210)는 상기 고농도 불순물 영역(190)에 직접 접촉한다.In addition, the concave groove of the conductive layer pattern 185 may be an opening that exposes the semiconductor substrate 100. In this case, the contact plug 210 directly contacts the high concentration impurity region 190.

본 발명에 따르면, 콘택 플러그를 실리콘 에피택시얼 성장 기술에 의해 높여진 접합영역(elevated junction) 상에 형성한다. 이에 따라, 얕은 접합영역을 형성할 수 있어, 고집적화된 반도체 장치를 제조할 수 있다. 또한, 높여진 접합영역에 오목한 홈을 형성함으로써, 콘택 플러그의 접촉 저항을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 낮은 소모 전력 및 빠른 동작 속도를 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있다.According to the present invention, contact plugs are formed on elevated junctions by silicon epitaxial growth techniques. As a result, a shallow junction region can be formed, and a highly integrated semiconductor device can be manufactured. In addition, by forming the concave groove in the raised joint region, the contact resistance of the contact plug can be reduced. As a result, a semiconductor device having low power consumption and fast operating speed can be manufactured.

Claims (12)

반도체기판 상에 복수개의 게이트 패턴들을 형성하는 단계;Forming a plurality of gate patterns on the semiconductor substrate; 상기 게이트 패턴들의 사이의 반도체기판 상에 도전막을 형성하는 단계;Forming a conductive film on the semiconductor substrate between the gate patterns; 상기 게이트 패턴의 양쪽 측벽에 상기 도전막의 상부면을 노출시키는 게이트 스페이서들을 형성하는 단계;Forming gate spacers exposing top surfaces of the conductive layer on both sidewalls of the gate pattern; 상기 게이트 스페이서를 식각 마스크로 사용하여 상기 노출된 도전막을 식각함으로써, 오목한 홈을 갖는 도전막 패턴을 형성하는 단계; 및Etching the exposed conductive layer using the gate spacers as an etching mask to form a conductive layer pattern having a concave groove; And 상기 도전막 패턴에 접속하도록, 상기 오목한 홈을 채우는 콘택 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 콘택 플러그 구조체 형성 방법.Forming a contact plug filling the concave groove to connect to the conductive film pattern. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 패턴을 형성한 후, 열산화 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 콘택 플러그 구조체 형성 방법.And forming a gate pattern, and then performing a thermal oxidation process. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도전막을 형성하기 전에, 상기 게이트 패턴의 측벽을 덮는 측벽 스페이서를 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 측벽 스페이서는 실리콘 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 구조체 형성 방법.And forming sidewall spacers covering sidewalls of the gate pattern prior to forming the conductive layer, wherein the sidewall spacers are formed of a silicon nitride film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도전막을 형성하는 단계는Forming the conductive film 실리콘 에피택시얼 성장 기술을 사용하여 상기 반도체기판 상에 실리콘막을 형성하는 단계; 및Forming a silicon film on the semiconductor substrate using a silicon epitaxial growth technique; And 상기 실리콘막에 불순물을 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 구조체의 형성 방법. .And implanting impurities into the silicon film. . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 스페이서를 형성하는 단계는Forming the gate spacer 상기 도전막을 포함하는 반도체기판 전면에 스페이서 절연막을 형성하는 단계; 및Forming a spacer insulating film on an entire surface of the semiconductor substrate including the conductive film; And 상기 도전막이 노출될 때까지 상기 스페이서 절연막을 이방성 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 구조체의 형성 방법.And anisotropically etching the spacer insulating film until the conductive film is exposed. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 도전막 패턴의 오목한 홈은 상기 게이트 스페이서 형성을 위한 이방성 식각 공정을 과도 식각의 방법으로 실시하여 형성하는 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 구조체의 형성 방법.The concave groove of the conductive layer pattern is formed by performing an anisotropic etching process for forming the gate spacer by the excessive etching method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도전막 패턴의 오목한 홈은 상기 게이트 스페이서 사이에서 상기 반도체기판의 상부면을 노출시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 구조체의 형성 방법.The concave groove of the conductive film pattern is formed to expose the upper surface of the semiconductor substrate between the gate spacers. 반도체기판 상에 배치된 복수개의 게이트 패턴들;A plurality of gate patterns disposed on the semiconductor substrate; 상기 게이트 패턴들의 양쪽 상부 측벽에 배치된 게이트 스페이서들;Gate spacers disposed on both upper sidewalls of the gate patterns; 상기 게이트 스페이서와 상기 반도체기판 사이에 개재되는 도전막 패턴;A conductive film pattern interposed between the gate spacer and the semiconductor substrate; 상기 도전막 패턴에 접속하는 콘택 플러그를 포함하되, 상기 도전막 패턴은 오목한 홈을 갖고 상기 콘택 플러그는 상기 오목한 홈을 채우는 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 구조체.And a contact plug connected to the conductive film pattern, wherein the conductive film pattern has a concave groove and the contact plug fills the concave groove. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 오목한 홈은 상기 반도체기판을 노출시키는 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 구조체.And the concave groove exposes the semiconductor substrate. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 도전막 패턴 아래의 반도체기판에는 소오스/드레인으로 사용되는 불순물 영역이 배치되는 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 구조체.And a dopant region used as a source / drain on the semiconductor substrate under the conductive layer pattern. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 도전막 패턴은 상기 불순물 영역과 동일한 도전형의 불순물을 포함하는 다결정 실리콘인 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 구조체.And the conductive film pattern is polycrystalline silicon containing impurities of the same conductivity type as the impurity region. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 도전막 패턴과 상기 게이트 패턴 사이에는 실리콘 질화막으로 이루어지는 측벽 스페이서가 더 배치되는 콘택 플러그 구조체.And a sidewall spacer made of a silicon nitride film between the conductive film pattern and the gate pattern.
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