KR0176199B1 - 반도체 소자의 접촉창 형성방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 장치의 접촉창 형성방법에 대해 기재되어 있다. 이는, 반도체 기판 상에 트랜지스터 등과 같은 하부구조물을 형성하는 단계, 상기 하부구조물을 절연시키는 층간절연층을 형성하는 단계, 상기 층간절연층 상에 식각저지층을 형성하는 단계, 접촉창이 형성될 소정부위의 상기 식각저지층 및 층간절연층의 일부를 식각하여 리세스를 형성하는 단계, 상기 리세스의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계, 상기 스페이서를 마스크로 사용하여 상기 층간절연층의 일부가 남도록 상기 층간 절연층을 식각하는 단계, 상기 스페이서 및 식각저지층을 제거하는 단계 및 접촉창이 형성될 부분에 잔존하는 상기 층간절연층을 제거하는 단계를 구비한다. 따라서, 미세접촉창 형성과 동시에, 접촉창의 프로파일(profile)을 개선함으로써, 후속 막 증착공정시 단차도포성이 개선될 수 있다.
Description
제1도 내지 제3도는 특허출원 제92-11258호에 개시된 접촉창 형성방법을 설명하기 위하여 도시된 단면도들이다.
제4도 내지 제9도는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 접촉창의 프로파일을 개선함으로써, 후속 막 증착공정을 보다 용이하게 할 수 있는 반도 체 소자의 미세접촉창 형성방법에 관한 것이다.
반도체기판과 도전층을 접속시키기 위한 접촉창은, 반도체기판 상에 형성된 층간절연층을 부분적으로 식각함으로써 반도체기판의 표면 일부를 노출시키는 것에 의해 형성된다.
전자기기의 고속화, 고기능화 및 소형화를 위해서 반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라, 셀 면적이 축소되고 결과적으로 접촉창의 크기도 감소하게 되었다. 일반적으로 접촉창은, 후속공정 진행시 공정의 마진을 부여하며, 특히 미세접촉창은 하부 도전층의 공정마진을 증가시키게 된다. 따라서, 접촉창, 특히 미세접촉창의 구조 및 그 형성방법에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔다.
현재, 미세접촉창을 형성하는 기술로서 여러 가지 방법이 제안되어 있다. 이는, 감광막 패터닝후 폴리머를 형성시켜 감광막 패턴 측벽에 적층함으로써 사진공정보다 작은 접촉창을 형성하는 방법, 접촉창 형성후 접촉창 측벽에 스페이서를 형성하여 미세접촉창을 형성하는 방법, 패터닝한 감광막을 열처리에 의해 확장시킴으로써 미세접촉창을 형성하는 방법, 접촉창이 형성되는 막과 식각선택비가 다른 물질을 증착하고 패터닝한 다음 그 측벽에 스페이서를 형성하여 미세접촉창을 형성하는 방법 등이다.
한편, 접촉창이 형성될 막 상부에 식각저지층을 형성하여 접촉창의 임계치수(Critical Dimension) 손실을 줄일 수 있는 방법이 대한민국 특허 제92-11258호에 개시된 바 있다. 이를 제1도 내지 제3도를 참조하여 설명한다.
제1도 내지 제3도는 상기 특허출원 제92-11258호에 개시된 접촉창 형성방법을 설명하기 위하여 도시된 단면도들이다.
제1도는 감광막 패턴(24)을 형성하는 단계를 도시한 것으로서, 이는 반도체 기판(10)상에 소자분리를 위한 필드산화막(12)을 형성하는 공정, 워드라인(14) 및 워드라인의 절연을 목적으로하는 제1 절연층(16)을 형성하는 공정, 제1절연층(16)이 형성된 결과물 상에 층간절연층(18)을 형성하여 표면을 평탄화하는 공정, 층간절연층(18) 상부에 폴리실리콘을 증착하여 식각저지층(20)을 형성하는 공정, 식각저지층(20) 상에 절연물을 증착하여 제2절연층(22)을 형성하는 공정, 제2절연층(22)상에 포토레지스트를 도포한 다음 패터닝하여 접촉창이 형성될 상기 제2절연층(22)의 일부를 노출시키는 감광막 패턴(24)을 형성하는 공정으로 이루어진다.
제2도는 스페이서(26)를 형성하는 단계를 도시한 것으로서, 이는 감광막 패턴(24)을 식각마스크로 사용하여 제2 절연층(22)을 패터닝하는 공정, 그 결과물 상에 산화물을 증착하고 이방성식각을 행함으로써, 패터닝된 제2절연층(22) 측벽에 산화물 스페이서(26)를 형성하는 공정, 상기 스페이서(26)를 식각마스크로 사용하여 식각저지층(20)을 선택적으로 식각하는 공정으로 이루어진다.
제3도는 접촉창(a)을 형성하는 단계를 도시한 것으로서, 이는 상기 스페이서(26)를 식각마스크로 사용하여 층간절연층(18)을 식각함으로써, 기판(10)의 일부를 노출시키는 접촉창(a)을 형성하는 공정, 제2 절연층(22) 및 스페이서(26)를 제거하는 공정으로 진행된다.
상기한 종래의 방법에 따르면, 패터닝된 제2절연층(22)에 의해 노출되는 반도체 기판의 면적이, 상기 스페이서(26) 만큼 작아지게 되기 때문에, 실제 사진공정보다 더 미세한 크기를 갖는 접촉창을 형성할 수 있다. 또한, 산화물 스페이서(26) 형성시, 폴리실리콘을 증착하여 형성된 식각저지층(20)이, 그 하부 층간절연층(18)의 손상을 방지할 수 있다.
그러나, 이 방법에 따르면, 미세접촉창 형성은 가능하지만, 접촉창폭에 대한 높이의 비로 표시되는 어스팩트 비(aspect ratio)의 증가를 초래하게 된다. 즉, 금속층 간을 격리하기 위한 층간절연층은, 일정 두께 이상을 유지하여야 하고, 접촉상의 폭은 작아지므로, 결과적으로, 접촉창 또는 비아홀의 어스펙트 비가 증가하게 된다.
이와같이 어스팩트비가 증가된 상태에서, 금속배선을 위해 통상의 방법대로 접촉창 또는 비아홀 상에 금속층을 형성하거나, 이들 접촉창 또는 비아홀을 금속으로 매몰시키고자 하는 경우, 접촉창 또는 비아홀에서 금속 배선의 스텝 커버리지(step coverage)가 불량해지게 된다. 이에따라, 접촉창 내부에 보이드(void)가 형성되거나, 배선이 단락되는 등의 문제를 야기시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 접촉창을 미세하게 형성함과 동시에 접촉창의 프로파일을 개선하여, 후속 막 증착공정을 보다 용이하게 할 수 있는 접촉창 형성방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 접촉창 형성방법은, 반도체 기판상에 트랜지스터 등과 같은 하부구조물을 형성하는 제1단계;
상기 하부구조물을 절연시키는 층간절연층을 형성하는 제2단계;
상기 층간절연층 상에 식각저지층을 형성하는 제3단계;
접촉창이 형성될 소정부위의 상기 식각저지층 및 층간절연층의 일부를 식각하여 리세스를 형성하는 제4단계;
상기 리세스의 측벽에 스페이서를 형성하는 제5단계;
상기 스페이서를 마스크로 사용하여 상기 층간절연층의 일부가 남도록 상기 층간절연층을 식각하는 제6단계;
상기 스페이서 및 식각저지층을 제거하는 제7단계; 및
접촉창이 형성될 부분에 잔존하는 상기 층간절연층을 제거하는 제8단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제8단계에서, 접촉창이 형성될 부분에 잔존하는 상기 층간절연층 제거시 웨이퍼 전면에 대한 식각공정을 진행하여 접촉창 상단에 완만한 경사를 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 층간절연층은 불순물이 도우프된 산화물, 즉 BPSG,PSG, BSG등과 같은 유동성 있는 산화물 또는 고온 산화물(HTO), 불순물이 도우프되지 않은 산화물, 즉 USG(Undoped Silicate Glass)를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 식각저지층은, 소정의 이방성 식각에 대해, 상기 층간절연층보다 식각비가 작은 물질로 형성하고, 특히, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시 나이트라이드, 다결정실리콘 및 비정질실리콘 중에서 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 제5단계에서의 상기 스페이서는, 상기 리세스 폭의 1/2이하의 두께를 갖는 물질층을 증착한 다음, 이방성식각하여 형성하는 것이 바람직하고, 상기 식각저지층과 동일 물질로 형성한다.
상기 본 발명에 따르면, 미세접촉창 형성과 동시에, 접촉창의 두께를 감소시켜 프로파일(profile)을 개선함으로써, 후속 막 증착공정시 단차도포성이 개선될 수 있다. 따라서, 종래의 접촉창 내부에 형성되는 보이드, 배선 단락 등의 문제를 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
제4도 내지 제10도는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
먼저, 제4도는 감광막 패턴(62)을 형성하는 단계를 도시한 것으로서, 이는 반도체 기판(50)상에 소자분리를 위한 필드산화막(52)을 형성하는 제1공정, 필드산화막(52)이 형성된 상기 결과물 상에 소오스/드레인(도시되지 않음) 및 게이트(54)를 형성하여 트랜지스터를 완성하는 제2공정, 상기 게이트(54)를 절연시키기 위한 제1절연층(56)을 형성하는 제3공정, 트랜지스터와 같은 하부구조물에 의해 굴곡이 형성된 반도체 기판 표면을 평탄화시키고 절연시킬 목적으로, 제1절연층(56)상에 절연물을 증착하여 층간절연층(58)을 형성하는 제4공정, 이후의 접촉상 형성시 층간절연층(58)의 손상을 방지할 목적으로 층간절연층(58)상에 식각저지층(60)을 형성하는 제5공정 및 상기 식각저지층(60)상에 포토레지스트를 도포한 후 패터닝하여, 접촉창 또는 비아홀이 형성될 영역의 상기 식각저지층 일부를 노출시키는 감광막 패턴(62)을 형성하는 제6공정으로 이루어진다.
여기에서, 상기 층간절연층(58)은 유동성 있는 절연물, 예컨대 BPSG등과 같은 불순물이 도우프된 산화물을 증착하여 형성하거나, USG를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 식각저지층(60)은 소정의 이방성 식각에 대해, 상기 층간절연층(58)을 구성하는 물질 보다 식각비가 작은 물질, 예를 들면, 질화물(SiN)또는 다결정실리콘으로 형성되고, 상기 소정의 식각에 결딜 수 있을 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 식각저지층(60)은 상기한 바와 같이, 이후의 접촉창 형성을 위한 층간절연층(58)식각공정에서 접촉창이 형성될 이외의 부분이 식각되는 것을 방지하기 위해 형성한다.
제5도는 층간절연층(58) 표면에 리세스(r)를 형성하는 단계를 도시한 것으로서, 이는 상기 감광막 패턴(62)을 식각마스크로 사용하여 접촉창이 형성될 부분의 식각저지층(60)을 제거하는 공정 및 그 하부의 층간절연층(58)을 일정량 식각하는 공정으로 진행된다.
제6도는 리세스(r)의 측벽에 스페이서(66)를 형성하는 단계를 도시한 것으로서, 이는 상기 감광막 패턴(62)을 제거하는 제1공정, 그 결과물 상에 상기 층간절연층(58)을 구성하는 물질보다 식각비가 작은 물질, 예를 들면 상기 식각저지층과 동일한 질화물 또는 다결정실리콘을 증착한 다음, 이를 이방성식각하는 제2공정으로 진행된다.
여기에서, 스페이서(66) 형성을 위해 증착되는 상기 질화물 또는 다결정실리콘의 두께는 접촉창의 크기를 결정하는 요소로 작용하며, 이는 상기 리세스(r)폭의 1/2 보다 작은 두께를 갖도록 증착하는 것이 바람직하다.
제7도는 상기 층간절연층(58)을 일정두께 식각하는 단계를 도시한 것으로서, 이는 상기 스페이서(66)를 식각마스크로 이용하여, 접촉창이 형성될 부분을, 예를 들면 층간절연층 두께의 10% 정도를 남기는 조건으로 상기 층간절연층(58)을 식각하는 공정으로 진행된다.
여기에서, 접촉창이 형성될 부분의 상기 층간절연층(58) 일부를 남기는 것은, 질화물 또는 다결정실리콘으로 형성된 상기 식각저지층(60) 및 스페이서(66)제거시, 접촉창 하부의 도전층, 예를 들면 실리콘 기판 등의 손상을 방지하기 위함이다.
제8도는 식각저지층(60) 및 스페이서(66)를 제거하는 단계를 도시한것으로서, 이는 상기 식각저지층(60) 및 스페이서(66)를 등방성식각으로 제거하는 공정으로 진행된다.
이로써, 접촉창이 형성될 층간절연층(58)에는, 그 하단이 좁고 상단이 넓은 모양의 홈이 형성된다.
제9도는 미세접촉창(h)을 형성하는 단계를 도시한 것으로서, 이는 식각저지층 및 스페이서가 제거된 결과물에 대한 전면 식각공정을 진행하여 접촉창 형성 부위에 잔존하는 상기 층간절연층(58)을 제거하는 공정으로 진행된다.
이때, 상기 전면 식각공정에서 접촉창 상단의 층간절연층(58)의 일부도 함께 식각되어져 그 상단의 모양이 완만한 경사를 갖게 된다.
이로 인해, 후 속의 막 증착공정에서 단차도포성을 더욱 향상시킬 수 있다.
따라서, 상술한 본 발명에 의한 접촉창 형성방법에 따르면, 접촉창이 형성될 부분의 층간절연층 일부를 먼저 식각하고, 그 측벽에 스페이서를 형성한 다음 층간절연층의 나머지 부분을 식각하여 접촉창을 형성한다. 이와 같이 스페이서를 이용하고, 두 번의 층간절연층 식각공정을 거쳐, 그 상단이 넓고 하단이 좁은 모양을 갖는 접촉창을 형성한다. 따라서, 미세접촉창 형성과 동시에, 접촉창의 프로파일(profile)을 개선함으로써, 후속 막 중착공정시 단차도포성이 개선될 수 있다. 이와같이 미세접촉창 형성시 어스팩트비의 증가로 인해 야기되는 후속 막, 예를 들면 스퍼터 방법에 의해 형성되는 금속막의 단차도포성 불량이 개선되어, 접촉창 내부에 형성되는 보이드로 인한 배선의 단락 등의 문제를 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 실시 가능함은 명백하다.
Claims (8)
- 반도체 기판 상에 트랜지스터 등과 같은 하부구조물을 형성하는 제1단계; 상기 하부구조물을 절연시키는 층간절연층을 형성하는 제2단계; 상기 층간절연층 상에 식각저지층을 형성하는 제3단계; 접촉창이 형성될 소정부위의 상기 식각저지층 및 층간절연층의 일부를 식각하여 리세스를 형성하는 제4단계; 상기 리세스의 측벽에 스페이서를 형성하는 제5단계; 상기 스페이서를 마스크로 사용하여 상기 층간절연층의 일부가 남도록 상기 층간절연층을 식각하는 제6단계; 상기 스페이서 및 식각저지층을 제거하는 제7단계; 및접촉창이 형성될 부분에 잔존하는 상기 층간절연층을 제거하는 제8단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉창 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제8단계에서, 접촉창이 형성될 부분에 잔존하는 상기 층간절연층 제거시 웨이퍼 전면에 대한 식각공정을 진행하여 접촉창 상단에 완만한 경사를 형성하는 것을 특징으로 하는 접촉창 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 층간절연층은 산화물로 형성하는 것을 특징으로 하는 접촉창 형성방법.
- 제3항에 있어서, 상기 산화물로는 HTO, BPSG, PSG, BSG, USG중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 접촉창 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 식각저지층은, 소정의 이방성 식각에 대해, 상기 층간절연층보다 식각비가 작은 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 접촉창 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 식각저지층은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시 나이트라이드, 다결정 실리콘 및 비정질실리콘 중에서 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 접촉창 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제5단계에서의 상기 스페이서는, 상기 리세스 폭의 1/2 이하의 두께의 물질층을 증착한 다음 이방성식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 접촉창 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 식각저지층과 동일물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 접촉창 형성방법.
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