KR20080061038A - Method of forming a polysilicon contact in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1i는 본 발명에 의한 반도체 장치의 폴리실리콘 콘택 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1A to 1I are cross-sectional views illustrating a method of forming a polysilicon contact of a semiconductor device according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 반도체 기판 102 : 소자 분리층100
110 : 게이트 구조물 114 : 소스/드레인 영역들110: gate structure 114: source / drain regions
114a : 드레인 영역 114b : 소스 영역114a: drain
116 : 단결정 실리콘층 118 : 제1 절연층116: single crystal silicon layer 118: first insulating layer
120 : 제1 콘택홀 122 : 제1 티타늄층120: first contact hole 122: the first titanium layer
124 : 제1 티타늄 실리사이드 126 : 제1 폴리실리콘 패턴124: first titanium silicide 126: first polysilicon pattern
128 : 제1 콘택 128a : 제1 패드128:
128b : 제2 패드 130 : 제2 절연층128b: second pad 130: second insulating layer
132 : 제2 콘택홀 134 : 제2 티타늄층132: second contact hole 134: second titanium layer
136 : 제2 티타늄 실리사이드 138 : 제2 폴리실리콘 패턴136: second titanium silicide 138: second polysilicon pattern
140 : 제2 콘택 142 : 비트 라인140: second contact 142: bit line
144 : 제3 절연층 146 : 제3 콘택홀144: third insulating layer 146: third contact hole
148 : 제3 티타늄층 150 : 제3 티타늄 실리사이드148: third titanium layer 150: third titanium silicide
152 : 제3 폴리실리콘 패턴 154 : 제3 콘택 152: third polysilicon pattern 154: third contact
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 장치의 활성 영역과 폴리실리콘 콘택 및 폴리실리콘 콘택들간의 콘택 저항이 낮은 반도체 장치의 폴리실리콘 콘택 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a polysilicon contact method of a semiconductor device having a low contact resistance between an active region of a semiconductor device and polysilicon contacts and polysilicon contacts.
반도체 장치가 고집적화됨에 따라 소자의 디자인-룰, 예컨대 트랜지스터의 채널 길이, 액티브 간격, 배선 넓이(width), 배선 간격 및 콘택 패드의 크기 등이 축소(scale-down)되고 있다. 이러한 축소된 콘택 패드에서 콘택 저항을 줄이기 위한 발명이 계속되고 있다. 특히, DRAM과 같은 메모리 장치에서 고집적화에 따른 패턴의 미세화로 인하여 비트라인 또는 스토리지 노드 등의 콘택 형성 시 미스얼라인(mis-align)이 유발될 수 있으며 이로 인하여 여러 가지 문제가 발생하고 있다. As semiconductor devices have been highly integrated, device design rules such as transistor channel length, active spacing, wiring width, wiring spacing, and contact pad size have been scaled down. In order to reduce contact resistance in such a reduced contact pad, there is a continuing invention. In particular, due to the miniaturization of patterns due to high integration in memory devices such as DRAMs, mis-alignment may occur when forming contacts such as bit lines or storage nodes, which causes various problems.
종래의 반도체 장치의 콘택 형성 방법을 간단히 설명하면, 반도체 기판 상에 워드라인으로 제공되는 게이트 전극, 캐패시터 콘택 영역(예컨대, 소스 영역) 및 비트라인 콘택 영역(예컨대, 드레인 영역)으로 구성된 트랜지스터(도시하지 않음)들을 형성한다. 상기 트랜지스터들의 소스 영역 및 드레인 영역 상에 그 위에 형성되어질 콘택홀들의 종횡비를 감소시키기 위한 폴리실리콘 콘택 패드들을 형성한다. A method of forming a contact of a conventional semiconductor device will be briefly described as follows. A transistor (shown as a gate electrode, a capacitor contact region (eg, a source region), and a bit line contact region (eg, a drain region) provided as a word line on a semiconductor substrate is illustrated. Not formed). Polysilicon contact pads are formed on the source and drain regions of the transistors to reduce the aspect ratio of the contact holes to be formed thereon.
이어서, 상기 트랜지스터들 및 폴리실리콘 콘택 패드들의 전면에 절연층을 형성한 후, 사진식각 공정으로 상기 절연층을 식각하여 상기 기판의 드레인 영역 과 연결된 폴리실리콘 콘택 패드들을 노출하는 콘택홀들을 형성한다. 이어서, 상기 콘택홀들의 측벽 및 바닥면, 그리고 상기 절연층 상에 베리어 금속층으로서, 예컨대 티타늄층 및 티타늄 나이트라이드층을 순차적으로 화학 기상 증착 방법으로 증착한다. Subsequently, after forming an insulating layer on the front surface of the transistors and the polysilicon contact pads, the insulating layer is etched by a photolithography process to form contact holes exposing the polysilicon contact pads connected to the drain region of the substrate. Subsequently, as a barrier metal layer, for example, a titanium layer and a titanium nitride layer are sequentially deposited on the sidewalls and bottom surfaces of the contact holes and the insulating layer by a chemical vapor deposition method.
이어서, 상기 티타늄 나이트라이드층 상에 금속층으로, 예컨대 텅스텐층을 화학 기상 증착 방법으로 증착한다. 그런 다음, 사진식각 공정으로 상기 텅스텐층, 티타늄 나이트라이드층 및 티타늄층을 패터닝하여 상기 기판의 드레인 영역과 연결된 폴리실리콘 콘택 패드들에 전기적으로 연결되는 다이렉트 콘택(Direct contact) 패드들을 형성한다. 상기 다이렉트 콘택 패드들 상에 상기 다이렉트 콘택 패드들과 연결되는 비트라인들을 형성한다. Subsequently, a metal layer, for example a tungsten layer, is deposited on the titanium nitride layer by a chemical vapor deposition method. The tungsten layer, titanium nitride layer and titanium layer are then patterned by photolithography to form direct contact pads electrically connected to polysilicon contact pads connected to the drain region of the substrate. Bit lines connected to the direct contact pads are formed on the direct contact pads.
이어서, 상기 절연층 상에 비트라인들을 덮도록 추가적인 절연층을 형성한 후, 사진식각 공정으로 상기 추가적인 절연층을 식각하여 상기 기판의 소스 영역과 연결된 폴리시리콘 콘택 패드들과 접촉되는 콘택 플러그들을 형성한다. 이어서, 상기 콘택 플러그들 내에 도핑된 폴리실리콘을 매립하여 후속하여 스토리지 노드와 연결되는 베리드 콘택(Buried contact) 패드들을 형성한다.Subsequently, after forming an additional insulating layer on the insulating layer to cover the bit lines, the additional insulating layer is etched by a photolithography process to form contact plugs in contact with the polysilicon contact pads connected to the source region of the substrate. do. Subsequently, doped polysilicon is buried in the contact plugs to form buried contact pads that are subsequently connected to the storage node.
이와 같이 폴리실리콘 콘택 패드들 상에 콘택 저항을 줄이기 위해서, 상기 콘택 패드들과 접합하는 금속으로 이루어지는 다이렉트 콘택 패드들을 형성하는 경우, 상기 폴리실리콘 콘택 패드들과 텅스텐 콘택들의 접촉면 사이에 베리어 금속층으로서 티타늄 나이트라이드층 및 티타늄층을 형성하는데 상기 베리어 금속층의 일 부를 제거시키는 노드 분리 공정에 어려움이 있다. Thus, in order to reduce the contact resistance on the polysilicon contact pads, when forming the direct contact pads made of a metal in contact with the contact pads, titanium as a barrier metal layer between the contact surface of the polysilicon contact pads and tungsten contacts There is a difficulty in the node separation process for removing a part of the barrier metal layer to form a nitride layer and a titanium layer.
즉, 상기 노드 분리를 위한 상기 베리어 금속층의 제거는 에치백 공정으로 수행하기 어려워 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing; 이하, "CMP"라 한다.) 공정으로 수행하고 있다. 그러나, 상기 CMP 공정을 수행하여 노드 분리시킨 경우 후속 공정의 포토 키(photo key)가 보이지 않아 얼라인하기가 어렵다. 따라서, 상기 키 부분을 노출시키기 위한 사진식각 공정이 추가되어야 하므로 비용적인 부담이 되고 있다.That is, the removal of the barrier metal layer for the node separation is difficult to perform by the etch back process, and thus, the chemical mechanical polishing (hereinafter, referred to as "CMP") process is performed. However, when the node is separated by performing the CMP process, it is difficult to align the photo key of the subsequent process because the photo key is not visible. Therefore, the photolithography process for exposing the key portion has to be added, which is a cost burden.
상기와 같이 종래 기술에 따른 반도체 장치는 소스/드레인 영역과 외부를 연결시키기 위한 콘택 형성 과정에서 미스 얼라인이 발생되고 있다.As described above, in the semiconductor device according to the related art, misalignment is generated in the process of forming a contact for connecting the source / drain region and the outside.
또한, 상기 반도체 장치에서는 소스/드레인 영역들과 접촉되는 폴리실리콘 콘택 패드들 상에 금속으로 이루어진 다이렉트 콘택 패드들 및 스토리지 노드와 접촉되는 베리드 콘택 패드들이 직접 연결되기 때문에 접촉되는 부분에서 콘택 저항이 증가되는 문제점이 있다.Further, in the semiconductor device, since the direct contact pads made of metal and the buried contact pads in contact with the storage node are directly connected to the polysilicon contact pads in contact with the source / drain regions, the contact resistance at the contacted portion is increased. There is an increasing problem.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기판과 폴리실리콘 콘택 및 폴리실리콘 콘택들 사이의 콘택 저항을 감소시키면서 노드 분리 공정을 용이하게 할 수 있는 반도체 장치의 콘택 형성 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention to solve the above problems is to provide a method for forming a contact of a semiconductor device that can facilitate the node separation process while reducing the contact resistance between the substrate and the polysilicon contact and polysilicon contacts.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 장치의 폴리실리콘 콘택 형성 방법에 의하면, 도전성 영역을 갖는 기판 상에 상기 도전성 영역을 노출시 키는 제1 콘택홀을 포함하는 제1 절연층을 형성한다. 상기 제1 콘택홀의 측벽, 바닥면 및 상기 제1 절연층 상에 제1 티타늄층을 형성한다. 상기 제1 콘택홀을 매립하면서 상기 제1 티타늄층 상에 도핑된 폴리실리콘으로 이루어지는 제1 도전층을 증착하면서 상기 제1 티타늄층을 제1 티타늄 실리사이드로 변환시킨다. 상기 제1 도전층 및 제1 티타늄 실리사이드를 상기 제1 절연층이 노출될 때까지 제거하여 상기 제1 콘택홀 내에 제1 콘택을 형성한다. 상기 제1 절연층 및 제1 콘택 상에 상기 제1 콘택을 노출시키는 제2 콘택홀을 갖는 제2 절연층을 형성한다. 상기 제2 콘택홀의 측벽, 바닥면 및 제2 절연층 상에 제2 티타늄층을 형성한다. 상기 제2 콘택홀을 매립하면서 상기 제2 티타늄층 상에 도핑된 폴리실리콘으로 이루어지는 제2 도전층을 증착하면서 상기 제2 티타늄층을 제2 티타늄 실리사이드로 변환시킨다. 상기 제2 도전층 및 제2 티타늄 실리사이드를 상기 제2 절연층이 노출될 때까지 제거하여 상기 제2 콘택홀 내에 제2 콘택을 형성한다.In order to achieve the above object, according to the method for forming a polysilicon contact of a semiconductor device according to the present invention, a first insulating layer including a first contact hole exposing the conductive region is formed on a substrate having a conductive region. . A first titanium layer is formed on the sidewalls, the bottom surface of the first contact hole, and the first insulating layer. While filling the first contact hole, the first titanium layer is converted into the first titanium silicide while depositing a first conductive layer made of polysilicon doped on the first titanium layer. The first conductive layer and the first titanium silicide are removed until the first insulating layer is exposed to form a first contact in the first contact hole. A second insulating layer having a second contact hole exposing the first contact is formed on the first insulating layer and the first contact. A second titanium layer is formed on the sidewalls, the bottom surface, and the second insulating layer of the second contact hole. While filling the second contact hole, the second titanium layer is converted into second titanium silicide while depositing a second conductive layer made of polysilicon doped on the second titanium layer. The second conductive layer and the second titanium silicide are removed until the second insulating layer is exposed to form a second contact in the second contact hole.
본 발명의 일 예로서, 상기 제1 및 제2 티타늄층은 화학 기상 증착(CVD) 공정에 의해 증착된다. As an example of the present invention, the first and second titanium layers are deposited by a chemical vapor deposition (CVD) process.
본 발명의 일 예로서, 상기 도전성 영역을 갖는 기판 상에 제1 절연층을 형성하는 공정을 수행하기 전에 상기 도전성 영역 상에 선택적인 에피택셜 성장 방식으로 단결정 실리콘층을 더 형성할 수 있다.As an example of the present invention, a single crystal silicon layer may be further formed on the conductive region by a selective epitaxial growth method before the process of forming the first insulating layer on the substrate having the conductive region.
여기서, 상기 제2 콘택은 비트라인과 접촉되는 다이렉트 콘택일 수 있다. 또한, 상기 제2 콘택은 스토리지 노드와 접촉되는 베리드 콘택일 수도 있다.Here, the second contact may be a direct contact in contact with the bit line. In addition, the second contact may be a buried contact in contact with the storage node.
본 발명에 의하면, 도핑된 폴리실리콘으로 이루어지는 콘택들의 형성시 콘택 홀의 바닥면에 티타늄 실리사이드를 형성함으로써, 기판과 제1 콘택의 계면 및 제1 콘택과 제2 콘택의 계면에서 콘택 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 티타늄 실리사이드를 사용함으로써, 종래의 폴리실리콘 콘택 상에 콘택 저항을 감소시키기 위하여 텅스텐층을 형성하고 CMP하여 노드 분리시키는 경우에 비하여 노드 분리가 용이하게 이루어지므로 폴리실리콘 콘택의 미스얼라인 문제를 차단시킬 수 있다. 또한, CMP로 노드 분리 공정을 수행할 경우 얼라인이 어려워 추가적으로 요구되는 사진식각 공정이 필요하지 않아 공정 추가에 따른 비용 증가를 감소시킬 수 있다. According to the present invention, by forming titanium silicide on the bottom surface of the contact hole when forming contacts made of doped polysilicon, contact resistance can be reduced at the interface between the substrate and the first contact and at the interface between the first and second contacts. have. In addition, by using titanium silicide, the problem of misalignment of polysilicon contacts is solved because node separation is easier than in the case of forming a tungsten layer in order to reduce contact resistance on a conventional polysilicon contact and separating the nodes by CMP. Can be blocked. In addition, when the node separation process is performed by CMP, alignment is difficult, and thus, an additional photolithography process is not required, thereby reducing the cost increase due to the addition of the process.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 층 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 층이 다른 층 또는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 층이 개재될 수 있다.Hereinafter, 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 following examples and may be implemented in other forms. The embodiments introduced herein are provided to make the disclosure more complete and to fully convey the spirit and features of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness of each device or layer and regions has been exaggerated for clarity of the invention and, if the layer is said to be located on another layer or substrate, directly formed on another layer or substrate Or an additional layer may be interposed therebetween.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명에 의한 반도체 장치의 폴리실리콘 콘택 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.1A to 1I are cross-sectional views for explaining a polysilicon contact forming method of a semiconductor device according to the present invention.
도 1a는 기판(100) 상에 도전성 영역을 노출시키는 제1 콘택홀(120)을 포함하는 제1 절연층(118)을 형성하는 단계를 도시한다. FIG. 1A illustrates forming a first
기판(100)의 표면 부위에 소자 분리층(102)을 형성함으로써 다수의 액티브 영역들을 정의한다. 예를 들면, 셸로우 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정을 수행하여 상기 기판(100)의 표면 부위에 액티브 영역들을 서로 전기적으로 격리시키기 위한 소자 분리층(102)을 형성한다.A plurality of active regions are defined by forming the
상기 소자 분리층(102) 및 상기 액티브 영역들 상에 후속하여 형성되는 게이트 구조물의 게이트 절연층(미도시)을 형성한다. 상기 게이트 절연층은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있으며, 열 산화 공정을 수행함으로써 형성된다. 이어서, 상기 게이트 절연층 상에 게이트 전극으로서 기능할 수 있는 도전층(미도시)을 형성한다. 상기 도전층은 티타늄 또는 티타늄 질화물을 포함하여 형성할 수 있다. 이어서, 상기 도전층 상에 실리콘 질화물로 이루어지는 마스크 패턴(108)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(108)은 실리콘 질화물층을 형성하고, 사진 식각 공정으로 상기 실리콘 질화물층이 게이트 구조물 상부에 형성되도록 패터닝하여 형성한다.A gate insulating layer (not shown) of a gate structure subsequently formed on the
이어서, 상기 마스크 패턴(108)을 식각 마스크로 이용하여 이방성 식각 공정을 수행함으로써 기판(100) 상에 게이트 절연막 패턴(104), 게이트 전극 패턴(106) 및 마스크 패턴(108)을 포함하는 게이트 구조물(110)을 형성한다. 상기 게이트 구조물(110)의 측벽들 상에 게이트 스페이서(112)를 형성하여 워드라인으로 제공한다. 이어서, 상기 게이트 구조물(110)과 인접하는 기판(100)의 표면 부위들에 도전성 영역으로서 소스/드레인 영역들(114)을 형성하여 트랜지스터들을 완성한다. 상기 소스/드레인 영역들(114)은 비트라인 콘택 영역으로 이용되는 드레인 영역(114a) 및 캐패시터 콘택 영역으로 이용되는 소스 영역(114b)을 포함한다. Subsequently, an anisotropic etching process is performed using the
본 발명의 일 실시예로서, 상기 트랜지스터들의 소스/드레인 영역들(114) 상에 후속하여 형성되어질 제1 콘택홀(120)의 종횡비를 감소시키기 위하여 상기 제1 콘택홀(120)의 일부를 채우는 단결정 실리콘층(116)을 형성할 수 있다. 상기 단결정 실리콘층(116)은 선택적인 에피택셜 성장(selective epitaxial growth) 방식으로 형성된다. In some embodiments, a portion of the
이어서, 상기 트랜지스터들을 포함하는 기판(100)의 전면에 실리콘 산화물을 증착하여 제1 절연층(118)을 형성한 후, 상기 제1 절연층(118)을 제거하여 상기 기판(100)의 표면에 형성되어 있는 도전성 영역, 즉 상기 트랜지스터의 소스/드레인 영역들(114)과 연결된 단결정 실리콘층(116)을 노출시키도록 제1 콘택홀(120)을 형성한다. 즉, 상기 제1 콘택홀(120)은 상기 게이트 구조물(110)들을 식각 마스크로 사용하는 자기 정렬된 콘택(self aligned contact) 형성 공정을 통해 상기 게이트 구조물(110)들 사이에 형성된다. 이때, 상기 제1 콘택홀(120)은 이방성 식각 공정을 통해 형성된다.Subsequently, silicon oxide is deposited on the entire surface of the
도 1b는 제1 티타늄층(122)을 형성하는 단계를 도시한다. 1B illustrates forming a
상기 제1 절연층(118)은 상기 게이트 구조물(110)이 노출되도록 CMP 또는 에치백에 의해 평탄화시킨다. The first insulating
이어서, 예비-세정(pre-cleaning) 공정을 통해 상기 제1 콘택홀(120)을 통해 노출된 기판(100)의 표면에 형성된 자연 산화막을 제거한 다음, CVD 공정을 수행하는 반응 챔버에서 상기 반응 챔버 내에 사염화티탄(TiCl4) 가스를 공급하여 상기 제 1 콘택홀(120)의 측벽, 바닥면 및 상기 게이트 구조물(110) 상에 제1 내화 금속층, 예컨대 제1 티타늄층(122)을 형성한다. 상기 제1 티타늄층(122)은 상기 기판(100)과 후속하여 형성되는 제1 콘택(128, 도1c)을 이루는 도핑된 폴리실리콘 물질의 도핑된 원자의 확산을 방지하기 위한 층으로서 제공된다. Subsequently, a natural oxide film formed on the surface of the
바람직하게는, 상기 제1 티타늄층(122)은 약 500∼650℃의 온도에서 CVD 방식에 의해 약 50∼100Å의 두께로 형성된다.Preferably, the
도 1c는 상기 제1 티타늄층(122)에서 제1 티타늄 실리사이드(124)로의 변환 및 제1 콘택(128)을 형성하는 단계를 도시한다. FIG. 1C illustrates the conversion of the
상기와 같이 제1 티타늄층(122)을 형성한 후, 도핑된 폴리실리콘으로 이루어지는 제1 도전층(미도시)을 CVD 공정 방식으로 상기 제1 콘택홀(120)을 충분히 매립할 수 있을 정도의 두께로 형성한다. After the
바람직하게는, 상기 제1 도전층은 약 550~600℃의 증착 온도로 가열되면서 형성된다. Preferably, the first conductive layer is formed while heating to a deposition temperature of about 550 ~ 600 ℃.
이때, 상기 증착 온도에서 상기 제1 티타늄층(122)에서의 티타늄 원자들과 형성되는 제1 도전층의 실리콘 원자들이 반응하여 상기 제1 티타늄층(122)은 제1 티타늄 실리사이드(124)로 변환된다. 따라서, 상기 제1 콘택홀(120)의 저면, 측벽들 및 게이트 구조물(110) 상에 제1 티타늄 실리사이드(124)가 균일하게 형성된다. 상기 제1 티타늄 실리사이드(124)는 상기 기판(100)과 상기 제1 도전층 사이에서 일함수를 낮추어 오믹 콘택을 형성시킴으로써 전류 전도도를 향상시킨다.At this time, the titanium atoms in the
이어서, 상기 제1 도전층 및 제1 티타늄 실리사이드(124)를 상기 게이트 구 조물(110)이 노출될 때까지 제거하여 상기 제1 콘택홀(120) 내에 제1 티타늄 실리사이드(124) 및 제1 폴리실리콘 패턴(126)으로 이루어지는 제1 콘택(128)을 형성한다. 상기 제거 공정은 에치백 공정, CMP 공정 또는 이들을 조합한 공정으로 수행될 수 있다. 이때, 상기 제1 콘택(128)은 비트 라인 콘택이 연결되는 제1 패드(128a)와 스토리지 노드 콘택이 연결되는 제2 패드(128b)를 포함한다.Subsequently, the first conductive layer and the
도 1d는 상기 제1 절연층(118) 및 제1 콘택(128) 상에 상기 제1 콘택(128)의 일부를 노출시키는 제2 콘택홀(132)을 포함하는 제2 절연층(130)을 형성하는 단계를 도시한다. FIG. 1D illustrates a second insulating
여기서, 상기 일부가 노출되는 제1 콘택(128)은 상기 비트 라인 콘택이 연결되는 제1 패드(128a)이다. The
상기한 바와 같이, 상기 게이트 구조물(100)들 및 제1 콘택(128) 전면에 실리콘 산화물을 증착하여 제2 절연층(130)을 형성한 후, 평탄한 상부면을 갖도록 연마한다. 이어서, 사진식각 공정으로 상기 제1 콘택(128) 중 제1 패드(128a)를 노출시키도록 상기 제2 절연층(130)을 제거하여 제2 콘택홀(132)을 형성한다. 상기 제2 콘택홀(132)은 상기 제1 콘택(128) 중 제1 패드(128a)와 접촉되는 비트 라인 콘택을 형성시키기 위하여 제공된다.As described above, after the silicon oxide is deposited on the entire surfaces of the
도 1e는 제2 티타늄층(134)을 형성하는 단계를 도시한다. 1E illustrates forming a
상기한 바와 같이, 습식 식각 공정을 통해 상기 제2 콘택홀(132)을 통해 노출된 상기 제1 패드(128a)의 표면에 형성된 식각 잔류물을 제거한 다음, CVD 공정 이 수행되는 반응 챔버 내에 사염화티탄(TiCl4) 가스를 공급하여 상기 제2 콘택홀(132)의 측벽, 바닥면 및 상기 제2 절연층(130) 상에 제2 내화 금속층, 예컨대 제2 티타늄층(134)을 형성한다. 상기 제2 티타늄층(134)은 비트 라인(미도시) 및 비트라인 콘택(미도시)을 이루는 금속 원자의 확산을 방지하기 위한 층으로서 제공된다. As described above, the etching residue formed on the surface of the
바람직하게는, 상기 제2 티타늄층(134)은 약 500∼650℃의 온도에서 CVD 방식에 의해 약 50∼100Å의 두께로 형성된다.Preferably, the
도 1f는 상기 제2 티타늄층(134)에서 제2 티타늄 실리사이드(136)로의 변환 및 제2 콘택(140)을 형성하는 단계를 도시한다.FIG. 1F illustrates the conversion of the
상기한 바와 같이, 상기 제2 티타늄층(134)을 형성한 후, 도핑된 폴리실리콘으로 이루어지는 제2 도전층(미도시)을 화학 기상 증착 방법으로 상기 제2 콘택홀(132)을 충분히 매립할 수 있을 정도의 두께로 증착한다.As described above, after the
바람직하게는, 상기 제2 도전층은 약 550~600℃의 증착 온도로 가열하여 형성된다. Preferably, the second conductive layer is formed by heating to a deposition temperature of about 550 ~ 600 ℃.
이때, 상기 증착 온도에서 상기 제2 티타늄층(134)에서의 티타늄 원자들과 형성되는 제2 도전층에서의 실리콘 원자들이 반응하여 상기 제2 티타늄층(134)은 제2 티타늄 실리사이드(136)로 변환된다. 따라서, 상기 제2 콘택홀(132)의 저면, 측벽들 및 제2 절연층(130) 상에 제2 티타늄 실리사이드(136)가 균일하게 형성된다. 상기 제2 티타늄 실리사이드(136)는 상기 제1 패드(128a)의 상기 제1 폴리실리 콘 패턴(126)과 상기 제2 도전층 사이에서 일함수를 낮추어 오믹 콘택을 형성시킴으로써 전류 전도도를 향상시킨다.At this time, the titanium atoms in the
이어서, 상기 제2 도전층 및 제2 티타늄 실리사이드(136)를 상기 제2 절연층(130)이 노출될 때까지 제거하여 제2 콘택(140)을 형성한다. 상기 제2 콘택(140)은 상기 제2 콘택홀(132) 내에 제2 티타늄 실리사이드(136) 및 제2 폴리실리콘 패턴(138)으로 이루어진다. 상기 제거 공정은 에치백 공정, CMP 공정 또는 이들을 조합한 공정으로 수행된다. Subsequently, the second conductive layer and the
상기 제2 콘택(140)은 상기 제1 콘택(128) 중 제1 패드(128a) 상에 후속하여 형성되는 비트 라인(142, 도 1g)이 접촉되는 다이렉트 콘택(direct contact)이다. 이와 같이, 상기 제1 폴리실리콘 패턴(126) 및 제2 폴리실리콘 패턴(138) 사이에 제2 티타늄 실리사이드(136)를 형성시킴으로써 폴리실리콘으로 이루어지는 제1 콘택(128)과 제2 콘택(140)의 계면에서의 콘택 저항이 감소될 수 있다.The
그리고, 상기 제1 콘택(128) 중 제2 패드(128b) 상에는 후속하여 형성되는 스토리지 노드(미도시)가 접촉되는 베리드 콘택(buried contact)으로서 제3 콘택(도 1h, 154)이 형성된다. A third contact (FIGS. 1H and 154) is formed on the
도 1g는 비트 라인(142) 및 상기 제1 콘택(128)들의 제2 패드(128b)를 노출시키는 제3 콘택홀(146)을 포함하는 제3 절연층(144)을 형성하는 단계를 도시한다.FIG. 1G illustrates forming a third
상기한 바와 같이, 제2 콘택(140)을 형성한 후, 상기 제2 콘택(140) 및 제2 절연층(130) 상에 상기 제2 콘택(140)의 상기 제2 폴리실리콘 패턴(138)과 연결되는 금속층(미도시)을 형성한다. 상기 금속층은 후속되는 패터닝 공정을 통해 비트 라인(142)들로 제공된다. 예를 들면, 상기 금속층은 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 형성될 수 있다. 상기 금속층은 비트라인(142)들로 사용될 수 있을 정도의 낮은 저항이 확보될 수 있도록 충분한 높이로 형성되는 것이 바람직하다.As described above, after the
상기 금속층 상에 하드 마스크층(미도시)을 형성한다. 예를 들면, 상기 하드 마스크층은 실리콘 질화물(SiN)과 같은 질화물로 형성될 수 있다. 상기 하드 마스크층은 후속되는 공정에서 상기 금속층을 패터닝하고, 스토리지 노드 콘택홀(미도시)의 형성을 위한 이방성 식각 공정에 대한 충분한 버퍼 역할을 할 수 있는 높이로 형성되는 것이 바람직하다. A hard mask layer (not shown) is formed on the metal layer. For example, the hard mask layer may be formed of a nitride such as silicon nitride (SiN). The hard mask layer may be formed to a height sufficient to serve as a buffer for the anisotropic etching process for patterning the metal layer and forming a storage node contact hole (not shown) in a subsequent process.
이어서, 사진 식각 공정으로 상기 하드 마스크층 및 금속층을 순차적으로 식각하여 하드 마스크 패턴들(미도시), 비트 라인(142)들로 이루어진 비트라인 구조물들(미도시)을 형성한다. 상기 비트라인 구조물들은 제1 방향으로 연장되는 라인 형상을 갖는다. Subsequently, the hard mask layer and the metal layer are sequentially etched by a photolithography process to form bit line structures (not shown) including hard mask patterns (not shown) and bit lines 142. The bit line structures have a line shape extending in a first direction.
상기 비트 라인(142)들의 측벽에는 상기 하드 마스크 패턴들 사이에 형성될 스토리지 노드 콘택(미도시)이 상기 비트 라인(142)들과 접촉되는 것을 방지하기 위하여 스페이서(미도시)가 형성된다.Spacers (not shown) are formed on sidewalls of the
이어서, 상기 비트 라인(142)들을 포함하는 비트라인 구조물들을 덮도록 상기 제2 절연층(130), 제2 콘택(140) 상에 실리콘 산화물을 증착하여 제3 절연층(144)을 형성한다. 이후에, 상기 제3 절연층(144)을 제거하여 상기 제1 콘택(128) 중 제2 패드(128b)를 노출시키도록 제3 콘택홀(146)을 형성한다. 상기 제3 콘택홀(146)은 이방성 식각 공정을 수행하여 형성한다.Subsequently, silicon oxide is deposited on the second insulating
도 1h는 제3 티타늄층(148)을 형성하는 단계를 도시한다. 1H illustrates forming a
상기한 바와 같이, 습식 식각 공정을 통해 상기 제3 콘택홀(146)을 통해 노출된 상기 제2 패드(128b)의 표면에 형성된 식각 잔류물을 제거한 다음, CVD 공정이 수행되는 반응 챔버 내에 사염화티탄(TiCl4) 가스를 공급하여 상기 제3 콘택홀(146)의 측벽, 바닥면 및 상기 제3 절연층(144) 상에 제3 내화 금속층, 예컨대 제3 티타늄층(148)을 형성한다. As described above, the etching residue formed on the surface of the
바람직하게는, 상기 제3 티타늄층(148)은 약 500∼650℃의 온도에서 CVD 방식에 의해 약 50∼100Å의 두께로 형성된다.Preferably, the
도 1i는 상기 제3 티타늄층(148)에서 제3 티타늄 실리사이드(150)로의 변환 및 제3 콘택(154)을 형성하는 단계를 도시한다. FIG. 1I illustrates the conversion from the
상기한 바와 같이 제3 티타늄층(148)이 형성된 후, 도핑된 폴리실리콘으로 이루어지는 제3 도전층(미도시)을 화학 기상 증착 방법으로 상기 제3 콘택홀(146)을 충분히 매립할 수 있을 정도의 두께로 증착한다. After the
바람직하게는, 상기 제3 도전층은 약 550~600℃의 증착 온도로 가열하여 형성된다. Preferably, the third conductive layer is formed by heating to a deposition temperature of about 550 ~ 600 ℃.
이때, 상기 증착 온도에서 상기 제3 티타늄층(148)에서의 티타늄 원자들과 형성되는 제3 도전층에서의 실리콘 원자들이 반응하여 상기 제3 티타늄층(148)은 제3 티타늄 실리사이드(150)로 변환된다. 따라서, 상기 제3 콘택홀(146)의 저면, 측벽들 및 제3 절연층(144) 상에 제3 티타늄 실리사이드(150)가 균일하게 형성된 다. 상기 제3 티타늄 실리사이드(150)는 상기 제2 패드(128b)의 상기 제1 폴리실리콘 패턴(126)과 상기 제3 도전층 사이에서 일함수를 낮추어 오믹 콘택을 형성시킴으로써 전류 전도도를 향상시킨다.At this time, the titanium atoms in the
이어서, 상기 제3 도전층 및 제3 티타늄층(148)을 상기 제3 절연층(144)이 노출될 때까지 제거하여 제3 콘택(154)을 형성한다. 상기 제2 콘택(154)은 상기 제3 콘택홀(146) 내에 형성된 제3 티타늄 실리사이드(150) 및 제3 폴리실리콘 패턴(152)으로 이루어진다. 상기 제거 공정은 에치백 공정, CMP 공정 또는 이들을 조합한 공정으로 수행된다. 상기 제3 콘택(154)은 상기 제1 콘택(128)의 제2 패드(128b)와 접합된 베리드 콘택으로서 제공되며, 상기 제3 콘택(154) 상에는 스토리지 노드(미도시)가 형성된다.Next, the third conductive layer and the
종래 방법에 의하면, 도핑된 폴리실리콘을 매립하여 콘택을 형성할 경우, 콘택의 저항을 감소시키기 위해 폴리실리콘 콘택 상에 금속 콘택을 형성하였으며, 계면에 Ti/TiN 등의 베리어 금속층을 형성하였다. 그러나, 이 경우 노드 분리를 위한 에치백이나 CMP 공정 수행시 패턴에 결함이 발생하여 미스얼라인이 발생되는 문제가 있었다.According to the conventional method, when a contact is formed by filling doped polysilicon, a metal contact is formed on the polysilicon contact to reduce the resistance of the contact, and a barrier metal layer such as Ti / TiN is formed on the interface. However, in this case, there is a problem in that a misalignment occurs due to a defect in a pattern during an etch back or a CMP process for node separation.
이에 반하여, 본 발명에서는 도핑된 폴리실리콘으로 이루어지는 콘택들 사이 및 상기 콘택들과 실리콘 기판 사이에 티타늄 실리사이드를 형성시켜 콘택들의 계면에서 보다 저저항(low resistance)의 콘택을 확보할 수 있으며, 노드 분리도 용이하게 수행될 수 있다. In contrast, in the present invention, titanium silicide is formed between the contacts made of doped polysilicon and between the contacts and the silicon substrate, thereby obtaining a lower resistance contact at the interface of the contacts, and node separation. It can also be easily performed.
마지막으로, 상기 스토리지 노드 콘택과 접속하는 커패시터 및 상기 커패시 터와 비트 라인 구조물들의 전기적인 연결을 위한 금속 배선들(미도시)을 형성함으로써, 디램 장치를 완성한다.Finally, a DRAM device is completed by forming a capacitor connecting to the storage node contact and metal wires (not shown) for electrically connecting the capacitor and the bit line structures.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 기판 상에 제1 콘택홀을 포함하는 제1 절연층을 형성하고 상기 제1 콘택홀의 바닥면에 제1 티타늄 실리사이드를 형성한 후, 상기 제1 콘택홀 내에 도핑된 폴리실리콘으로 이루어진 제1 콘택을 형성한다. 상기 제1 콘택 상에 제2 콘택홀을 포함하는 제2 절연층을 형성하고, 제2 콘택홀의 바닥면에 제2 티타늄 실리사이드를 형성한 후 상기 제2 콘택홀 내에 제2 콘택을 형성한다.According to the present invention as described above, after forming a first insulating layer including a first contact hole on the substrate and the first titanium silicide formed on the bottom surface of the first contact hole, the doped in the first contact hole A first contact made of polysilicon is formed. A second insulating layer including a second contact hole is formed on the first contact, a second titanium silicide is formed on a bottom surface of the second contact hole, and a second contact is formed in the second contact hole.
따라서, 도핑된 폴리실리콘으로 이루어지는 콘택들의 형성시 콘택홀의 바닥면에 티타늄 실리사이드를 형성함으로써, 기판과 제1 콘택의 계면 및 제1 콘택과 제2 콘택의 계면에서 콘택 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 티타늄 실리사이드를 사용함으로써, 종래의 폴리실리콘 콘택 상에 콘택 저항을 감소시키기 위하여 텅스텐층을 형성하고 CMP하여 노드 분리시키는 경우에 비하여 노드 분리가 용이하게 이루어지므로 폴리실리콘 콘택의 미스얼라인 문제를 차단시킬 수 있다. 또한, CMP로 노드 분리 공정을 수행할 경우 얼라인이 어려워 추가적으로 요구되는 사진식각 공정이 필요하지 않아 공정 추가에 따른 비용 증가를 감소시킬 수 있다. Accordingly, by forming titanium silicide on the bottom surface of the contact hole when forming the contacts made of doped polysilicon, contact resistance may be reduced at the interface between the substrate and the first contact and at the interface between the first and second contacts. In addition, by using titanium silicide, the problem of misalignment of polysilicon contacts is solved because node separation is easier than in the case of forming a tungsten layer in order to reduce contact resistance on a conventional polysilicon contact and separating the nodes by CMP. Can be blocked. In addition, when the node separation process is performed by CMP, alignment is difficult, and thus, an additional photolithography process is not required, thereby reducing the cost increase due to the addition of the process.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
Claims (5)
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KR1020060135788A KR20080061038A (en) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | Method of forming a polysilicon contact in semiconductor device |
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KR1020060135788A KR20080061038A (en) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | Method of forming a polysilicon contact in semiconductor device |
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KR1020060135788A KR20080061038A (en) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | Method of forming a polysilicon contact in semiconductor device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101116732B1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-02-22 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming storage node contacts and bit lines |
KR20130123687A (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-13 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor devices and methods of manufacturing the same |
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