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技術 半導体集積回路の自己整列コンタクト構造体形成方法

出願人 三星電子株式会社
発明者 朴鍾佑金允基朴東建
出願日 2000年8月18日 (20年4ヶ月経過) 出願番号 2000-248885
公開日 2001年8月10日 (19年4ヶ月経過) 公開番号 2001-217201
状態 特許登録済
技術分野 半導体の電極 半導体集積回路装置の内部配線 半導体メモリ
主要キーワード マイクロ電子素子 コンタクト構造体 拡張段 低誘電定数 整列誤差 パッドコンタクト 湿式エッチング溶液 ポリシリコンパタ
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年8月10日)のものです。
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図面 (10)

課題

解決手段

基板上に配線パタ−ンを形成する段階と、基板の表面及び配線パタ−ンの表面をシリコン窒化層のようなキャッピング絶縁層で覆う段階を含み、キャッピング絶縁層上にこの絶縁層に対して湿式エッチング選択比を有する上部層間絶縁層を形成し、上部層間絶縁層及びキャッピング絶縁層を連続的に乾式エッチングして基板を露出させて望ましくは配線パタ−ンを露出させない第1コンタクトホ−ルを形成し、キャッピング絶縁層をエッチング阻止層として使用して第1コンタクトホ−ルを自己整列方式拡張し、この段階は上部層間絶縁層をキャッピング絶縁層よりさらに早くエッチングさせる湿式エッチング溶液を使用して第1コンタクトホ−ルの側壁を湿式エッチングすることにより実施することを特徴とする。

概要

背景

マイクロ電子集積回路集積度を高めるための試図はパタ−ンの間の間隔が狭くなるほど微細素子の製造に対する結果を招来した。これにより、これら素子のコンタクトホ−ルの位置をフォトリソグラフィ工程に限定するための従来の技術も改善されなければならなかった。そのような改善は全て整列余裕度に対する許容誤差を減少させるフォトリソグラフィ工程の開発を含んで進行された。他方、高集積素子を形成する時コンタクトホ−ルのサイズを縮めるための試図は望ましい技術に採択されないことである。これはコンタクトホ−ルのサイズが縮まるとコンタクト抵抗が増加するからである。

フォトリソグラフィ工程の整列許容誤差を減少させる技術はマイクロ電子素子のサイズを縮める比率に比例して減少しない。フォトリソグラフィ工程の整列と関連したこのような限界を克服するためにフォトリソグラフィ工程の精度に依存しない自己整列コンタクトホ−ル製造技術が開発されてきた。

米国特許第5,897,372号は自己整列コンタクトホ−ルを形成する方法を開示する。米国特許第5,897,372号によると、半導体基板上に上部保護層及び側壁スペ−サにより取り囲まれたゲ−ト電極を形成し、形成物全面に薄いシリコンリッチシリコン窒化層(silicon−rich siliconnitride layer)及び厚い層間絶縁層を順次に形成し、層間絶縁層及びシリコンリッチシリコン窒化層を順次に乾式エッチングしてゲ−ト電極の間の半導体基板を露出させる自己整列コンタクトホ−ルを形成する。ここで、自己整列コンタクトホ−ルは露出された半導体基板の面積極大化させて整列余裕度を高めるためにゲ−ト電極上に形成された保護層の縁部を露出させる。この際、保護層及びスペ−サを酸化層に形成する場合には自己整列コンタクトホ−ルを形成するための乾式エッチング工程を実施する間オ−バ−エッチングに起因してゲ−ト電極が露出できる。これにより、保護層及びスペ−サを層間絶縁層に対してエッチング選択比を有するシリコン窒化層で形成するか、或いはシリコンリッチシリコン窒化層を厚く形成すると、ゲ−ト電極が露出される問題点が解決できる。しかし、シリコン窒化層又はシリコンリッチシリコン窒化層は層間絶縁層として広く使用されるシリコン酸化層に比べて高い誘電定数を示す。これにより、自己整列コンタクトホ−ルを充填する配線及びゲ−ト電極の間の寄生キャパシタンスが増加されて半導体素子電気的な特性を劣化させる。

結果的に、このような自己整列コンタクトホ−ル製造技術は相対的に大きい整列誤差を有するフォトリソグラフィ工程が使用される時、やはり信頼性に対する問題点が存在する。従って、そのような自己整列技術にもかかわらず、高集積回路のコンタクトホ−ルを形成することにおいてさらに改善された方法が要求されている実情である。

概要

半導体集積回路素子自己整列コンタクト構造体形成方法を提供する。

基板上に配線パタ−ンを形成する段階と、基板の表面及び配線パタ−ンの表面をシリコン窒化層のようなキャッピング絶縁層で覆う段階を含み、キャッピング絶縁層上にこの絶縁層に対して湿式エッチング選択比を有する上部層間絶縁層を形成し、上部層間絶縁層及びキャッピング絶縁層を連続的に乾式エッチングして基板を露出させて望ましくは配線パタ−ンを露出させない第1コンタクトホ−ルを形成し、キャッピング絶縁層をエッチング阻止層として使用して第1コンタクトホ−ルを自己整列方式拡張し、この段階は上部層間絶縁層をキャッピング絶縁層よりさらに早くエッチングさせる湿式エッチング溶液を使用して第1コンタクトホ−ルの側壁を湿式エッチングすることにより実施することを特徴とする。

目的

本発明の目的は相互隣接した二つの導電層の間寄生キャパシタンスを最小化して整列技術に対する信頼性を改善させ得る自己整列コンタクト構造体の形成方法を提供することである。

本発明の他の目的はコンタクト抵抗を最小化させ得る自己整列コンタクト構造体の形成方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

基板上に複数の配線パタ−ンを形成する段階と、前記配線パタ−ンの表面及び前記基板の表面を覆うキャッピング絶縁層を形成する段階と、前記キャッピング絶縁層上に前記配線パタ−ンの間のギャップ領域充填する上部層間絶縁層を形成する段階と、前記上部層間絶縁層及び前記キャッピング絶縁層を連続的にパタニングして前記配線パタ−ンの間に第1コンタクトホ−ルを形成する段階と、前記上部層間絶縁層を選択的に湿式エッチングすることにより前記第1コンタクトホ−ルを拡張させて前記配線パタ−ンの側壁上のキャッピング絶縁層を露出させる第2コンタクトホ−ルを形成する段階とを含む自己整列コンタクト構造体形成方法

請求項2

前記配線パタ−ンを形成する段階前に前記基板上に下部層間絶縁層を形成する段階と、前記下部層間絶縁層をパタ−ニングして前記基板の所定領域を露出させるパッドコンタクトホ−ルを形成する段階と、前記下部層間絶縁層をパタ−ニングして前記基板の所定領域を露出させるパッドコンタクトホ−ルを形成する段階と、前記パッドコンタクトホ−ル内にパッドプラグを形成する段階とを付加的に含み、前記第1コンタクトホ−ルを形成する段階は前記上部層間絶縁層及び前記キャッピング絶縁層を連続的にパタ−ニングして前記パッドプラグの一部分を露出させることを特徴とする請求項1に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項3

前記配線パタ−ンを形成する段階は前記基板上に絶縁層、導電層及び保護層を順次に形成する段階と、前記保護層、前記導電層及び前記絶縁層を連続的にパタ−ニングして前記基板の所定領域を露出させる段階とを含むことを特徴とする請求項1に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項4

前記導電層はド−ピングされたポリシリコン層及び金属シリサイド層を順次に積層させて形成することを特徴とする請求項3に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項5

前記保護層はシリコン酸化層シリコン窒化層又はシリコン酸化窒化物層で形成することを特徴とする請求項3に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項6

前記キャッピング絶縁層はシリコン窒化層又はシリコン酸化窒化物層で形成することを特徴とする請求項1に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項7

前記上部層間絶縁層はシリコン酸化層で形成することを特徴とする請求項1に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項8

前記第1コンタクトホ−ルを形成する段階は前記上部層間絶縁層上に前記上部層間絶縁層の所定領域を露出させる予備コンタクトホ−ルを有するフォトレジストパタ−ンを形成する段階と、前記フォトレジストパタ−ンをエッチングマスクとして使用して前記上部層間絶縁層及び前記キャッピング絶縁層を連続的に乾式エッチングする段階と、前記フォトレジストパタ−ンを除去する段階とを含むことを特徴とする請求項1に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項9

前記フォトレジストパタ−ンを形成する段階後に前記フォトレジストパタ−ンをフロ−させて前記予備コンタクトホ−ルの直径を縮める段階を付加的に含むことを特徴とする請求項8に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項10

前記第1コンタクトホ−ルを形成する段階は前記上部層間絶縁層上に前記上部層間絶縁層の所定領域を露出させる予備コンタクトホ−ルを有するマスクパタ−ンを形成する段階と、前記予備コンタクトホ−ルの内側壁上にマスクスペ−サを形成する段階と、前記マスクパタ−ン及び前記マスクスペ−サをエッチングマスクとして使用して前記上部層間絶縁層及び前記キャッピング絶縁層を連続的に乾式エッチングする段階とを含むことを特徴とする請求項1に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項11

前記マスクパタ−ン及び前記マスクスペ−サはシリコン酸化層で形成することを特徴とする請求項10に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項12

前記第2コンタクトホ−ルを形成する段階後に前記第2コンタクトホ−ルの側壁に酸化層スペ−サを形成する段階と、前記酸化層スペ−サが形成された形成物の前記第2コンタクトホ−ルの底に露出される前記キャッピング絶縁層の突出部を乾式エッチングして前記酸化層スペ−サ下で前記キャッピング絶縁層の延長部を残存させる段階と、前記酸化層スペ−サにより取り囲まれた前記第2コンタクトホ−ル内部を充填するコンタクトプラグを形成する段階とを付加的に含むことを特徴とする請求項1に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項13

前記酸化層スペ−サは高温酸化層で形成することを特徴とする請求項12に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項14

前記コンタクトプラグを形成する段階の前に前記酸化層スペ−サの内側壁上にエッチング阻止スペ−サを形成する段階を付加的に含むことを特徴とする請求項12に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項15

前記エッチング阻止スペ−サはシリコン窒化層又はシリコン酸化窒化物層で形成することを特徴とする請求項14に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項16

半導体基板上に下部層間絶縁層を形成する段階と、前記下部層間絶縁層の所定領域を貫通し、前記半導体基板の所定領域と接触するパッドプラグを形成する段階と、前記パッドプラグが形成された形成物上に相互隣接した第1及び第2ビットラインパタ−ンを形成する段階と、前記パッドプラグの表面及び前記第1及び第2ビットラインパタ−ンの表面を覆うキャッピング絶縁層を形成する段階と、前記キャッピング絶縁層上に前記第1及び第2ビットラインパタ−ンの間のギャップ領域を充填する上部層間絶縁層を形成する段階と、前記第1及び第2ビットラインパタ−ンの間の前記上部層間絶縁層及び前記キャッピング絶縁層を連続的にパタ−ニングして前記パッドプラグの第1部分を露出させる第1コンタクトホ−ルを形成する段階と、前記上部層間絶縁層を選択的に湿式エッチングすることにより前記第1コンタクトホ−ルを拡張させて前記第1及び第2ビットラインパタ−ンの側壁上の前記キャッピング絶縁層を露出させる第2コンタクトホ−ルを形成する段階と、前記第2コンタクトホ−ルの内側壁上に酸化層スペ−サを形成する段階と、前記酸化層スペ−サにより取り囲まれた前記第2コンタクトホ−ルの底に露出された前記キャッピング絶縁層の突出部を乾式エッチングして前記第1部分より広い前記パッドプラグの第2部分を露出させることと同時に前記酸化層スペ−サ下で前記キャッピング絶縁層の延長部を残存させる段階とを含む自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項17

前記下部層間絶縁層及び前記上部層間絶縁層はBPSG層PSG層アンド−プ酸化層又は高温酸化層で形成することを特徴とする請求項16に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項18

前記第1及び第2ビットラインパタ−ンを形成する段階は前記パッドプラグが形成された形成物の全面にシリコン酸化層、ド−ピングされたポリシリコン層、タングステンシリサイド層及び保護層を順次に形成する段階と、前記保護層と、前記タングステンシリサイド層と、前記ド−ピングされたポリシリコン層及び前記シリコン酸化層を連続的にパタ−ニングして前記パッドプラグの両側に順次に積層されたシリコン酸化層パタ−ンと、ポリシリコンパタ−ンと、タングステンシリサイドパタ−ン及び保護層パタ−ンとを形成する段階を含むことを特徴とする請求項16に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項19

前記保護層はシリコン窒化層、シリコン酸化窒化物層又はシリコン酸化層であることを特徴とする請求項18に記載の自己整列構造体の形成方法。

請求項20

前記キャッピング絶縁層はシリコン窒化層又はシリコン酸化窒化物層で形成することを特徴とする請求項16に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項21

前記第1コンタクトホ−ルを形成する段階は前記上部層間絶縁層上に上部層間絶縁層の所定領域を露出させる予備コンタクトホ−ルを有するフォトレジストパタ−ンを形成する段階と、前記フォトレジストパタ−ンをエッチングマスクとして使用して前記上部層間絶縁層及び前記キャッピング絶縁層を連続的に乾式エッチングする段階と、前記フォトレジストパタ−ンを除去する段階とを含むことを特徴とする請求項16に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項22

前記フォトレジストパタ−ンを形成する段階後に前記フォトレジストパタ−ンをフロ−させて前記予備コンタクトホ−ルの直径を縮める段階を付加的に含むことを特徴とする請求項21に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項23

前記第1コンタクトホ−ルを形成する段階は前記上部層間絶縁層上に前記上部層間絶縁層の所定領域を露出させる予備コンタクトホ−ルを有するマスクパタ−ンを形成する段階と、前記予備コンタクトホ−ルの内側壁上にマスクスペ−サを形成する段階と、前記マスクパタ−ン及び前記マスクスペ−サをエッチングマスクとして使用して前記上部層間絶縁層及び前記キャッピング絶縁層を連続的に乾式エッチングする段階とを含むことを特徴とする請求項16に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項24

前記マスクパタ−ン及び前記マスクスペ−サは高温酸化層で形成することを特徴とする請求項23に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項25

前記上部層間絶縁層を選択的に湿式エッチングする工程はフッ酸溶液又は緩衝酸化膜エッチング溶液を使用して実施することを特徴とする請求項17に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項26

前記酸化層スペ−サは高温酸化層で形成することを特徴とする請求項16に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項27

前記酸化層スペ−サを形成する段階及び前記キャッピング層の突出部を乾式エッチングする段階はインサイチュ工程を使用して実施することを特徴とする請求項16に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項28

前記インサイチュ工程はCF4ガス又はCHF3ガスをエッチングガスとして使用して実施することを特徴とする請求項27に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項29

前記キャッピング絶縁層の突出部を乾式エッチングする段階後に前記第2コンタクトホ−ル内部を充填するコンタクトプラグを形成する段階を付加的に含むことを特徴とする請求項16に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項30

前記コンタクトプラグを形成する段階前に前記酸化層スペ−サの内側壁上にエッチング阻止スペ−サを形成する段階を付加的に含むことを特徴とする請求項29に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

請求項31

前記エッチング阻止スペ−サはシリコン窒化層又はシリコン酸化窒化物層で形成することを特徴とする請求項30に記載の自己整列コンタクト構造体の形成方法。

技術分野

0001

本発明は半導体集積回路素子の製造方法に関するものであり、特に自己整列自己整合コンタクト構造体形成方法に関するものである。

背景技術

0002

マイクロ電子集積回路集積度を高めるための試図はパタ−ンの間の間隔が狭くなるほど微細素子の製造に対する結果を招来した。これにより、これら素子のコンタクトホ−ルの位置をフォトリソグラフィ工程に限定するための従来の技術も改善されなければならなかった。そのような改善は全て整列余裕度に対する許容誤差を減少させるフォトリソグラフィ工程の開発を含んで進行された。他方、高集積素子を形成する時コンタクトホ−ルのサイズを縮めるための試図は望ましい技術に採択されないことである。これはコンタクトホ−ルのサイズが縮まるとコンタクト抵抗が増加するからである。

0003

フォトリソグラフィ工程の整列許容誤差を減少させる技術はマイクロ電子素子のサイズを縮める比率に比例して減少しない。フォトリソグラフィ工程の整列と関連したこのような限界を克服するためにフォトリソグラフィ工程の精度に依存しない自己整列コンタクトホ−ル製造技術が開発されてきた。

0004

米国特許第5,897,372号は自己整列コンタクトホ−ルを形成する方法を開示する。米国特許第5,897,372号によると、半導体基板上に上部保護層及び側壁スペ−サにより取り囲まれたゲ−ト電極を形成し、形成物全面に薄いシリコンリッチシリコン窒化層(silicon−rich siliconnitride layer)及び厚い層間絶縁層を順次に形成し、層間絶縁層及びシリコンリッチシリコン窒化層を順次に乾式エッチングしてゲ−ト電極の間の半導体基板を露出させる自己整列コンタクトホ−ルを形成する。ここで、自己整列コンタクトホ−ルは露出された半導体基板の面積極大化させて整列余裕度を高めるためにゲ−ト電極上に形成された保護層の縁部を露出させる。この際、保護層及びスペ−サを酸化層に形成する場合には自己整列コンタクトホ−ルを形成するための乾式エッチング工程を実施する間オ−バ−エッチングに起因してゲ−ト電極が露出できる。これにより、保護層及びスペ−サを層間絶縁層に対してエッチング選択比を有するシリコン窒化層で形成するか、或いはシリコンリッチシリコン窒化層を厚く形成すると、ゲ−ト電極が露出される問題点が解決できる。しかし、シリコン窒化層又はシリコンリッチシリコン窒化層は層間絶縁層として広く使用されるシリコン酸化層に比べて高い誘電定数を示す。これにより、自己整列コンタクトホ−ルを充填する配線及びゲ−ト電極の間の寄生キャパシタンスが増加されて半導体素子電気的な特性を劣化させる。

0005

結果的に、このような自己整列コンタクトホ−ル製造技術は相対的に大きい整列誤差を有するフォトリソグラフィ工程が使用される時、やはり信頼性に対する問題点が存在する。従って、そのような自己整列技術にもかかわらず、高集積回路のコンタクトホ−ルを形成することにおいてさらに改善された方法が要求されている実情である。

発明が解決しようとする課題

0006

本発明の目的は相互隣接した二つの導電層の間寄生キャパシタンスを最小化して整列技術に対する信頼性を改善させ得る自己整列コンタクト構造体の形成方法を提供することである。

0007

本発明の他の目的はコンタクト抵抗を最小化させ得る自己整列コンタクト構造体の形成方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0008

本発明の目的及び特徴は集積回路素子の自己整列コンタクト構造体の形成方法により提供できる。これら方法はコンタクトホ−ルが下部の集積回路素子の構造体に対して誤整列できる可能性を減少させることにより工程の信頼性を改善させる。本発明の一実施形態によると、自己整列コンタクト構造体の形成方法は基板上に複数の配線パタ−ンを形成する段階と、配線パタ−ンの表面及び基板の表面をキャッピング絶縁層(cappinginsulating layer)で覆う段階とを含む。次に、キャッピング絶縁層上に配線パタ−ンの間のギャップ領域を充填する場合は上部層間絶縁層(upper inter−layerinsulating layer)を形成する。続いて、上部層間絶縁層及びキャッピング絶縁層を連続的に乾式エッチングして基板を露出させる第1コンタクトホ−ルを形成する。ここで、第1コンタクトホ−ルは配線パタ−ンを露出させないことが望ましい。この実施形態において、キャッピング絶縁層はシリコン窒化層で形成できる。キャッピング絶縁層をエッチング阻止層として使用して自己整列方式で第1コンタクトホ−ルを拡張させる。特に、キャッピング絶縁層より上部層間絶縁層をさらに早くエッチングするエッチング溶液を使用して第1コンタクトホ−ルの側壁を湿式エッチングすることによりキャッピング絶縁層が露出されるように第1コンタクトホ−ルを拡張させて第2コンタクトホ−ルを形成する。この方法で、誤整列に対する可能性を根本的に補償する自己整列コンタクトホ−ルが形成できて自己整列される湿式エッチング段階が第1コンタクトホ−ルを拡張させて拡張された第2コンタクトホ−ル内に低抵抗コンタクト(即ち、コンタクトプラグ)が提供できる。この拡張段階を実施する間、湿式エッチング溶液選択比が高いので、配線パタ−ンが第2コンタクトホ−ルにより露出される可能性を減少させる。

0009

本発明の他の態様によると、第2コンタクトホ−ルを形成する段階後に第2コンタクトホ−ルの側壁上に酸化層スペ−サ(oxide spacer)を形成する段階と、酸化層スペ−サをエッチングマスクとして使用して基板の反対側に延びたキャッピング絶縁層の突出部(protrusion)をエッチングする段階を実施することが望ましい。この後者の連続的な段階は第2コンタクトホ−ルにより露出される基板の面積を広めるために実施され、後続工程で形成されるコンタクトプラグ及び基板の間のコンタクト抵抗を減少させる。

0010

本発明の他の実施形態によると、集積回路のメモリ素子を形成する望ましい方法は半導体基板上に下部層間絶縁層(lower inter−layer insulating layer)を形成する段階と、下部層間絶縁層内パッドコンタクトホ−ルを形成する段階とを含む。パッドコンタクトホ−ル内に通常の方法を使用してパッドプラグを形成する。続いて、下部層間絶縁層の上部表面上に相互隣る第1及び第2ビットラインパタ−ンを形成する。続けて、パッドプラグ及び第1及び第2ビットラインパタ−ンを覆うキャッピング絶縁層を形成する。キャッピング絶縁層上に上部層間絶縁層を形成する。上部層間絶縁層及びキャッピング絶縁層を連続的にエッチングしてパッドプラグの第1部分を露出させる第1コンタクトホ−ルを形成する。続いて、キャッピング絶縁層より上部層間絶縁層をさらに早くエッチングさせるエッチング溶液で第1コンタクトホ−ルの側壁を選択的にエッチングすることにより望ましい自己整列方式でビットラインパタ−ンの側壁上のキャッピング絶縁層を露出させる第2コンタクトホ−ルを形成する。次に、第2コンタクトホ−ルの側壁上に酸化層を露出させる第2コンタクトホ−ルを形成する。次に、第2コンタクトホ−ルの側壁上に酸化層スペ−サを形成する。酸化層スペ−サを形成した後にキャッピング絶縁層を再びエッチングして第1部分よりさらに大きいパッドプラグの第2部分を露出させる。この段階は酸化層スペ−サをエッチングマスクとして使用して実施するのが望ましい。他方、キャッピング絶縁層に対して低いエッチング選択比を示すエッチング工程を使用して酸化層スペ−サを形成することもできる。この場合に、酸化層スペ−サが形成されることと同時にキャッピング絶縁層がエッチングされる。従って、キャッピング絶縁層を追加にエッチングするための別途のエッチング工程が要求されない。続いて、第2コンタクトホ−ル内部にコンタクトプラグを形成する。

発明を実施するための最良の形態

0011

以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限らず異なる形態で具体化することもできる。むしろここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になり得るようにそして当業者に本発明の思想が十分に伝達できるようにするため提供されることである。図面において、層及び領域の厚さは明確性を期するために誇張している。又、層が他の層又は基板“上”にあると言及される場合にそれは他の層又は基板上に直接形成できるか、或いはそれら間に第3の層が介在されることもできる。明細書全体にかけて同一な参照番号は同一な構成要素を示す。

0012

図1は一般的なDRAM素子セルアレイ領域の一部分に対する平面図である。

0013

図1を参照すると、P型の半導体基板の所定領域に活性領域2が限定され、活性領域を横切る一対のワ−ドライン4a,4bが配置される。活性領域2の周辺領域には素子分離膜が形成される。一対のワ−ドライン4a,4bの間の活性領域2はN型不純物でド−ピングされた共通ドレ−ン領域6dに相当する。一対のワ−ドライン4a,4bの中第1ワ−ドライン4aの両側活性領域中共通ドレ−ン領域6dと向き合う活性領域2はN型の不純物でド−ピングされた第1ソ−ス領域6s′に相当する。又、第2ワ−ドライン4bの両側活性領域中共通ドレ−ン領域6dと向き合う活性領域2はN型の不純物にド−ピングされた第2ソ−ス領域6s″に相当する。

0014

第1ソ−ス領域6s′上には第1ソ−ス領域6s′と電気的に連結された第1ストレ−ジノ−ドパッド10a、即ち第1パッドプラグが配置され、第2ソ−ス領域6s″上には第2ソ−ス領域6s″と電気的に連結された第2ストレ−ジノ−ドパッド10b、即ち第2パッドプラグが配置される。又、共通ドレ−ン領域6d上には共通ドレ−ン領域6dと電気的に連結されたビットラインパッド10dが配置される。ビットラインパッド10dは共通ドレ−ン領域6dの一側に向いて延びた突出部を含む、一対のワ−ドライン4a,4bを横切って活性領域2の両側に各々第1及び第2ビットライン19が配置される。第1ビットライン19はビットラインパッド10dの突出部を露出させるビットラインコンタクトホ−ル14を通じてビットラインパッド10dと電気的に連結される。これと同じく、第2ビットライン19は他のビットラインパッド(図示せず)と電気的に連結される。

0015

図2乃至図9図1のI−Iに沿って本発明による自己整列コンタクト構造体の形成方法を説明するための断面図である。

0016

図2を参照すると、自己整列コンタクトホ−ルを有する集積回路素子の望ましい製造方法はP型半導体基板1の所定領域に活性領域を限定する素子分離層2aを形成する。活性領域を横切る一対のワ−ドライン(図1の4a及び4b)を形成する。各ワ−ドラインの両側の活性領域にN型の不純物を注入してソ−ス/ドレ−ン領域(図1の6d、6s′及び6s″)を形成する。ソ−ス/ドレ−ン領域が形成された形成物全面に下部層間絶縁層8を形成する。下部層間絶縁層8はBPSG(Borophosphosilicate Glass)層、PSG(Phospho Silicate Glass)層又はアンド−プ酸化層USG(Undoped Silicate Glass)で形成できる。通常のフォトリソグラフィ工程でマスキングを実施して下部層間絶縁層8内にパッドコンタクトホ−ル9を形成する。このパッドコンタクトホ−ル9はソ−ス/ドレ−ン領域を露出させる。下部層間絶縁層8の上部及びパッドコンタクトホ−ル9内にポリシリコン層を全面蒸着する。このポリシリコン層はN型不純物にド−ピングされた高い導電性のポリシリコン層であり得る。続いて、下部層間絶縁層8を平坦化阻止層として使用してポリシリコン層を平坦化させる。この平坦化段階は下部の第1ソ−ス領域6s′、第2ソ−ス領域6s″及び共通ドレ−ン領域6dに対して高導電性コンタクト役割を果たすパッドプラグ(図1の10a,10b及び10d)を形成する結果を招く。

0017

図3を参照すると、示されたようにパッドプラグ10a,10b,10d及び下部層間絶縁層8上に絶縁層12、望ましくは高温酸化HTO(High Temperature Oxide)のようなシリコン酸化層を形成する。絶縁層12をパタ−ニングしてビットラインパッド(図1の10d)を露出させるビットラインコンタクトホ−ル(図1の14)を形成する。ビットラインコンタクトホ−ルが形成された形成物全面に導電層19及び保護層(protection layer)20を順次に形成する。導電層19はポリシリコン層16及び金属シリサイド層18を順次に積層させて形成することが望ましく、保護層20は高温酸化層HTOのようなシリコン酸化層で形成するのが望ましい。保護層20はシリコン窒化層又はシリコン酸化窒化物層で形成することもできる。金属シリサイド層18はタングステンシリサイド層のような耐化性金属シリサイド層で形成する。タングステンシリサイド層はスパッタリング工程を使用して形成できる。

0018

図4を参照すると、フォトリソグラフィ/エッチング工程で保護層20、導電層19及び絶縁層12を連続的にパタ−ニングしてビットラインコンタクトホ−ルを覆う複数の配線パタ−ン、例えば、第1及び第2ビットラインパタ−ン22を形成して下部層間絶縁層8及びパッドプラグ10a,10b,10dを露出させる。これらビットラインパタ−ン22は3次元的に延びて相互平行に形成される。各ビットラインパタ−ン22は順次に積層された絶縁層パタ−ン12a、ビットライン19a及び保護層パタ−ン20aを含む。ここで、各ビットライン19aは順次に積層されたポリシリコンパタ−ン16a及びタングステンシリサイドパタ−ン18aを含める。この分野の通常の知識を持つ者なら分かるようにビットライン物質としてタングステンシリサイドの使用は各ビットライン19aの電気的な抵抗を低下させる。

0019

下部層間絶縁層8、パッドプラグ10a,10b,10d及びビットラインパタ−ン22の表面上に、示されたように、キャッピング絶縁層24をコンフォマルに全面形成する。キャッピング絶縁層24は50乃至100Åの厚さで形成することが望ましい。又、キャッピング絶縁層24は後続工程で形成される上部層間絶縁層に対して湿式エッチング選択比を有する絶縁層、例えばシリコン窒化層又はシリコン酸化窒化物層で形成することが望ましい。キャッピング絶縁層24上にビットラインパタ−ン22の間のギャップ領域を十分に充填するために相対的に厚い上部層間絶縁層26を形成する。上部層間絶縁層26はアンド−プ酸化物USG、BPSG、PSG及び高温酸化物HTOより成る一群から選択されたいずれか一つの物質を含める。

0020

図5を参照すると、上部層間絶縁層26上にフォトレジストパタ−ン27を形成して第1及び第2パッドプラグ10a,10bの上部の上部層間絶縁層26を選択的に露出させる。次に、フォトレジストパタ−ン27をエッチングマスクとして使用して露出された上部層間絶縁層26及びキャッピング絶縁層24を連続的に望ましくは乾式エッチングして第1及び第2パッドプラグ10a,10bの第1部分を露出させる相対的に狭くて深い第1コンタクトホ−ル32を形成する。この際、第1コンタクトホ−ル32を形成するための乾式エッチング工程はシリコン窒化層に対して低いエッチング選択比を示す通常のシリコン酸化層エッチングレシピを使用して実施することが望ましい。より詳しく、第1コンタクトホ−ル32を形成するための乾式エッチング工程はCF4ガス又はCHF3ガスを使用するシリコン酸化層エッチングレシピで実施できる。

0021

フォトレジストパタ−ン27が誤整列された状態で乾式エッチング段階を実施する間下部のビットラインパタ−ン22が露出されることを防止するために第1コンタクトホ−ル32を狭く形成することが望ましい。ビットラインパタ−ン22の露出は活性領域に形成されるDRAM阻止の信頼性及び寿命を縮められる電気的なブリッジ及び異なる寄生的欠陥を誘発させ得る。

0022

図6は第1コンタクトホ−ル32を狭く形成できる他の一つの方法を説明するための断面図である。

0023

図6を参照すると、図5で説明したように上部層間絶縁層26上にフォトレジストパタ−ン27を形成する。フォトレジストパタ−ン27を約150℃乃至200℃の温度でフロ−させて傾斜した側壁を有するフォトレジストパタ−ン27aを形成する。これにより、フロ−されたフォトレジストパタ−ン27aにより露出される上部層間絶縁層26の面積はフォトレジストパタ−ン27により露出される上部層間絶縁層26の面積より狭い。フロ−されたフォトレジストパタ−ン27aをエッチングマスクとして使用して露出された上部層間絶縁層26及びキャッピング24を連続的に乾式エッチングして相対的に狭い第1コンタクトホ−ル32を形成する。

0024

他方、図7を参照すると、第1コンタクトホ−ル32を限定するために上部層間絶縁層26上にハ−ドマスク層を形成する。ハ−ドマスク層は高温酸化層HTOのような密な(dense)シリコン酸化層に形成することが望ましい。マスク層を通常のフォトリソグラフィ/エッチング工程を使用してパタ−ニングして上部層間絶縁層26の所定領域を露出させる予備コンタクトホ−ルを有するマスクパタ−ン28を形成する。通常のスペ−サ技術を使用して予備コンタクトホ−ルの内側壁マスクスペ−サ30を形成する。マスクスペ−サ30はマスク層と同一な物質層で形成することが望ましい。

0025

マスクスペ−サ30は予備コンタクトホ−ルの有効幅を狭くして第1及び第2パッドプラグ10a,10bを露出させるための後続のエッチング段階を実施する間、ビットラインパタ−ン22を構成するビットライン19aが露出される可能性を減少させる。言い換えれば、マスクスペ−サ30は第1コンタクトホ−ル32のサイズを縮めることに有用に使用されてマスク層をパタ−ニングするためのフォトリソグラフィ工程時誤整列が発生する場合に工程信頼性を高める。続いて、マスクパタ−ン28及びマスクスペ−サ30をエッチングマスクとして使用して上部層間絶縁層26及びキャッピング絶縁層24を連続的にエッチングして第1及び第2パッドプラグ10a,10bの第1部分を露出させる第1コンタクトホ−ル32を形成する。この際、マスクパタ−ン28及びマスクスペ−サ30もエッチングされる。従って、マスクパタ−ン28及びマスクスペ−サ30は第1コンタクトホ−ル32を形成する間除去できる。

0026

図8を参照すると、フォトレジストパタ−ン27又はフロ−されたフォトレジストパタ−ン27aを除去した後、第1コンタクトホ−ル32は湿式エッチング工程を使用して自己整列方式に拡張させて第1コンタクトホ−ル32aを形成する。この際、上部層間絶縁層26は等方性エッチングされてその上部面が低くなる。これにより、縮まった上部層間絶縁層(shrank upper inter−layer insulating layer)26aが形成される。湿式エッチング工程はビットラインパタ−ン22の側壁上のキャッピング絶縁層24が露出される時まで実施することが望ましい。特に、湿式エッチング工程はキャッピング絶縁層24より上部層間絶縁層26を選択的にずっとさらに早くエッチングするエッチング溶液を使用して実施することが望ましい。この際、キャッピング絶縁層24及び上部層間絶縁層26が各々シリコン窒化層及びシリコン酸化層で形成された場合に湿式エッチング工程のためのエッチング溶液にはフッ酸(hydrofluoric acid;HF)又は緩衝酸化膜エッチング溶液(buffered oxide etchant;BOE)を使用することが望ましい。

0027

湿式エッチング工程を実施する間、キャッピング絶縁層24はエッチング阻止層、即ちビットラインパタ−ン24の側壁に対する保護層役割を果たす。キャッピング絶縁層24をエッチング阻止層として使用することにより、第1コンタクトホ−ル32を形成するためのフォトリソグラフィ工程で誤整列が発生しても第2コンタクトホ−ル32aをビットラインパタ−ン22に対して自己整列方式に形成できる。続けて、第2コンタクトホ−ル32aの側壁に通常の方法を使用して約500Åの幅を有する酸化層スペ−サ34を形成する。この際、第2コンタクトホ−ル32aの底にキャッピング絶縁層24の一部分、即ちキャッピング絶縁層24の突出部24aが露出できる。酸化層スペ−サ34は高温酸化層HTOのような誘電定数を有するシリコン酸化層に形成することが望ましい。酸化層スペ−サ34の幅は第2コンタクトホ−ル32aの幅により適切に調節できる。

0028

図9を参照すると、キャッピング絶縁層24の突出部24aを乾式エッチングして第1コンタクトホ−ル32により露出されたパッドプラグ10a,10bの第1部分よりさらに広い第2部分を露出させる。ここで、酸化層スペ−サ34を図5乃至図7で説明した第1コンタクトホ−ル32を形成するための乾式エッチング工程と同一なレシピを使用して形成する場合にキャッピング絶縁層24の突出部24aは別途のエッチング工程を使用せず容易に除去できる。従って、酸化層スペ−サ34を形成する段階及び突出部24aをエッチングする段階は一つのエッチングレシピを使用してインサイチュ工程で実施できる。結果的に、酸化層スペ−サ34の下ではキャッピング絶縁層24の延長部24bが残存する。

0029

一方、本発明によると、第1コンタクトホ−ル32を形成する間パッドプラグ10a,10bが露出されなくても、パッドプラグ10a,10bの第2部分を完全に露出させる第2コンタクトホ−ル32aが形成できる。これは、第2コンタクトホ−ル32aを形成するための湿式エッチング工程を実施する間第2コンタクトホ−ル32aの底にキャッピング絶縁層24が完全に露出され、露出されたキャッピング絶縁層24は酸化層スペ−サ34を形成する間除去しやすいからである。結果的に、本発明によると、第1コンタクトホ−ル32を形成するための乾式エッチング工程の余裕度が増加させ得る。

0030

続けて、酸化層スペ−サ34の内側壁上にエッチング阻止スペ−サ36を追加に形成することもできる。より詳しく、キャッピング絶縁層24の突出部24aが除去された形成物全面に50Å乃至100Åの薄いエッチング阻止層を形成し、エッチング阻止層を異方性エッチングして酸化層スペ−サ34の内側壁上にエッチング阻止スペ−サ34を形成する。エッチング阻止層は酸化物エッチング溶液に対して高いエッチング選択比を有する絶縁体膜、例えばシリコン窒化層又はシリコン酸化窒化層に形成するのが望ましい。一方、キャッピング絶縁層24の突出部24aはエッチング阻止スペ−サ34を形成した後、連続的に除去することもできる。

0031

エッチング阻止スペ−サ36が形成された形成物全面に第2コンタクトホ−ル32aを充填するド−ピングされたポリシリコン層のような導電層を形成する。導電層を形成する前に第2コンタクトホ−ル32aにより露出されたパッドプラグ10a,10bの表面上の自然酸化層及び汚染物質を除去するために湿式洗浄工程を実施することもできる。湿式洗浄工程は一般的に水酸化アンモニウム(NH4OH)、過酸化水素(hydrogen peroxide)(H2O2)及び脱イオン水(DI(De−ionized) water)が混合された洗浄溶液緩衝酸化物エッチング溶液(buffered oxide etchant)(BOE)を使用して実施する。この際、エッチング阻止スペ−サ36は湿式洗浄液に対して高いエッチング選択比を示す。従って、酸化層スペ−サ34がエッチングされる現象が防止できる。

0032

続けて、縮まれた上部層間絶縁層26aの上部面が露出される時まで導電層をエッチバックして第2コンタクトホ−ル32a内にコンタクトプラグ38を形成する。

0033

図9を再び参照すると、コンタクトプラグ38及びビットラインパタ−ン22の間にはキャッピング絶縁層24,酸化層スペ−サ34及びエッチング阻止スペ−サ36が介在される。ここで、キャッピング絶縁層24及びエッチング阻止スペ−サ36が100Å以下の非常に薄いシリコン窒化層又はシリコン酸化窒化物層で形成されてもビットラインパタ−ン22にどのような損傷も与えることがなく自己整列コンタクトホ−ルが形成できる。これにより、キャッピング絶縁層24及びエッチング阻止スペ−サ36の間に適切な幅を有する酸化層スペ−サ34を形成することによりコンタクトプラグ38及びビットライン19aの間の寄生キャパシタンスを顕著に減少させ得ることは勿論、コンタクト抵抗を最小化させることが容易である。

発明の効果

0034

前述したように本発明によると、高エッチング選択比を得られる湿式エッチング工程を使用して狭いコンタクトホ−ルを拡張させることにより誤整列に対する余裕度は勿論配線パタ−ンが露出される現象が防止できる。これにより、自己整列コンタクト技術の信頼性を向上させ得る。又、拡張されたコンタクトホ−ルの側壁に低誘電定数を有する酸化層スペ−サを形成することにより自己整列コンタクトホ−ルを充填するコンタクトプラグ及びコンタクトプラグの両側を過ぎる配線の間の寄生キャパシタンスを顕著に減少させ得る。

図面の簡単な説明

0035

図1本発明及び従来技術に適用される一般的なDRAMセルアレイ領域の一部分を示す平面図である。
図2図1のI−Iに沿って本発明による自己整列コンタクト構造体の形成方法を説明するための断面図であって、最初の工程を説明するための図である。
図3図2の後の工程を説明するための断面図である。
図4図3の後の工程を説明するための断面図である。
図5図4の後の工程を説明するための断面図である。
図6図5の後の工程を説明するための断面図である。
図7図6の後の工程を説明するための断面図である。
図8図7の後の工程を説明するための断面図である。
図9図8の後の工程を説明するための断面図である。

--

0036

10a,10bパッドプラグ
19aビットライン
22 ビットラインパタ−ン
24キャッピング絶縁層
24a 突出部
24b延長部
26a 上部層間絶縁層
32 第1コンタクトホ−ル
32a 第2コンタクトホ−ル
34酸化層スペ−サ
36エッチング阻止スペ−サ
38 コンタクトプラグ

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