KR100278276B1 - 선택성장법을이용한콘택플러그형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선택 성장법으로 콘택홀 내에 플러그를 형성하여 전기적 특성 저하를 방지하는 콘택 플러그 형성 방법으로, 실리콘막을 형성하기 위한 씨드(seed)를 형성하고 고진공에서 SiH4또는 S2H6가스 등을 흘리면서 열처리하여 씨드를 중심으로 실리콘 원자가 이동되도록 하여 그레인(grain)을 성장시켜 콘택홀을 매립함으로써 콘택 플러그를 형성하는 방법이다. 이에 의해 식각 손상에 따른 전기적 특성 저하를 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치 제조 분야에 관한 것으로, 특히 콘택홀 내에 전도막을 매립하여 콘택 플러그(contact plug)를 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 제조 공정 중, 콘택홀을 형성하기 위한 층간절연막 식각 공정에서 소자의 양산성 등을 고려하여 과도한 식각을 실시하게 되면 식각에 의한 손상(damage)으로 결함(defect)이 발생하게 되고 누설전류가 증가하여 소자의 리프레쉬(refresh) 특성이 저하되는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 다층의 층간절연막을 한 번에 식각하여 콘택홀을 형성하지 않고 다수 번의 식각공정을 실시한다. 그 예로서, 워드라인(word line)을 형성하고 제1 층간절연막을 형성한 후, 제1 층간절연막을 선택적으로 제거하여 비트라인을 기판과 연결시킬 제1 콘택홀 및 캐패시터를 기판과 연결시킬 제2 콘택홀 각각의 일부를 미리 형성하고, 제1 콘택홀 및 제2 콘택홀 내에 전도막을 매립하여 플러그를 형성한다. 이어서, 제2 층간절연막을 형성하고, 제2 층간절연막을 선택적으로 제거하여 제1 콘택홀 내에 형성된 플러그를 노출시키고 비트라인을 형성한 다음, 제3 층간절연막을 형성하고 제3 층간절연막 및 제2 층간절연막을 선택적으로 제거하여 상기 제2 콘택홀 내에 형성된 플러그를 노출시키고 상기 제2 콘택홀 내의 플러그와 연결되는 캐패시터를 형성한다.
이와 같이 다층의 층간절연막을 한 번에 식각하지 않고 다수번 식각함으로써 과도식각에 의한 기판의 식각 손상을 방지하여 소자의 특성 저하를 방지할 수 있다. 그러나, 이 경우 콘택홀 내에 플러그를 형성하기 위한 식각과정에서 플러그 또한 식각되어 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있다.
도1a 및 도1b는 종래의 콘택 플러그 형성 과정에서 발생하는 문제점을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도1a에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(10) 상에 제1 층간절연막(11)을 형성하고, 제1 층간절연막(11)을 선택적으로 제거하여 실리콘 기판(10)을 노출시키는 콘택홀을 형성한 후, 전체 구조 상에 전도막을 형성한 후 에치백(etch back)하여 콘택홀 내에 플러그(12)를 형성한다. 이때, 제1 층간절연막(10) 상에 형성된 전도막을 제거하기 위한 과도식각으로 플러그(12)가 손상되어 플러그 내에 골(A)이 만들어진다.
다음으로, 도1b에 도시한 바와 같이 전체 구조 상에 제2 층간절연막(13)을 형성한 후, 제2 층간절연막(13)을 선택적으로 제거하여 상기 플러그(12)를 노출시킨다. 이때, 상기 플러그 내의 골(A)에 제3 층간절연막(13)의 일부가 제거되지 않고 플러그(12) 상에 잔류하여 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 과도식각에 의한 전기적 특성 저하를 방지할 수 있는 콘택 플러그 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도1a 및 도1b는 종래 기술에 따른 콘택홀 플러그 형성 방법의 문제점을 설명하기 위한 공정 단면도
도2a 내지 도2c는 본 발명의 일실시예에 따른 콘택 플러그 형성 공정 단면도
도3a 내지 도3d는 본 발명의 다른 실시예에 따라 형성된 콘택 플러그 단면을 보이는 SEM 사진
* 도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명
20, 30: 실리콘 기판 21, 31: 층간절연막
22: 제1 비정질 실리콘막 23: 씨드
24: 제2 비정질 실리콘막 32A, 32B, 32C, 32D: 단결정 실리콘막
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실리콘 기판 상의 층간절연막 내에 형성되어 상기 실리콘 기판을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계; 500 ℃ 내지 620 ℃ 온도에서 SiH4또는 S2H6가스를 사용하여, 상기 실리콘 기판 상에 실리콘막 형성을 위한 씨드(seed)를 형성하는 단계; 및 상기 씨드가 형성된 상기 실리콘 기판 상에 선택 성장법으로 단결정 실리콘막을 성장시켜 상기 콘택홀을 매립하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실리콘 기판 상의 층간절연막 내에 형성되어 상기 실리콘 기판을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀 바닥의 상기 실리콘 기판 및 상기 콘택홀 측벽에 제1 비정질 실리콘막을 형성하는 단계; 500 ℃ 내지 620 ℃ 온도에서 SiH4또는 S2H6가스를 사용하여, 상기 제1 비정질 실리콘막 상에 실리콘막 형성을 위한 씨드(seed)를 형성하는 단계; 및 상기 씨드가 형성된 상기 제1 비정질 실리콘막 상에 선택 성장법으로 제2 비정질 실리콘막을 성장시켜 상기 콘택홀을 매립하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법을 제공한다.
본 발명은 선택 성장법으로 콘택홀 내에 플러그를 형성하여 전기적 특성 저하를 방지하는 콘택 플러그 형성 방법으로, 실리콘막을 형성하기 위한 씨드(seed)를 형성하고 고진공에서 SiH4또는 S2H6가스 등을 흘리면서 열처리하여 씨드를 중심으로 실리콘 원자가 이동되도록 하여 그레인(grain)을 성장시켜 콘택홀을 매립하는 방법이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도2a 내지 도2c는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 콘택 플러그 형성 공정 단면도이다.
먼저, 도2a에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(20)상에 제1 층간절연막(21)을 형성하고, 제1 층간절연막(21)을 선택적으로 제거하여 실리콘 기판(20)을 노출시키는 콘택홀을 형성한 다음, 전체 구조 상에 제1 비정질 실리콘막(22)을 형성한다.
상기 제1 층간절연막(21)은 BPSG(boro-phospho silicate glass)막, BSG(boro silicate glass)막, PSG(phospho silicate glass)막, 열산화 공정으로 형성된 SiO2막, 또는 고온 산화막(high temperature oxide, HTO)막으로 이루어진다. 상기 제1 층간절연막(21)을 선택적으로 식각하는 과정은 C2F6, CF4, CHF3등의 C를 포함한 가스를 식각제로 사용한다. 그리고, 상기 제1 비정질 실리콘막(22)을 50 sccm 내지 400 sccm의 SiH4또는 S2H6가스, 1 Torr 이하의 압력 및 550 ℃ 이하의 온도 조건에서 형성한다. 상기 제1 비정질 실리콘막(22)에는 불순물이 도핑될 수도 있으며, 상기 제1 비정질 실리콘막(22)을 도핑하기 위하여 PH3가스와 같이 인(P)을 포함한 가스를 사용하기도 한다.
다음으로, 도2b에 도시한 바와 같이 상기 제1 비정질 실리콘막(22)을 에치백하여 상기 콘택홀의 측벽 및 바닥에만 제1 비정질 실리콘막(22)이 잔류되도록 한다. 이어서, 완충산화식각제(buffer oxide etchant, BOE) 또는 HF 등을 사용하여 상기 제1 비정질 실리콘막(22) 상의 산화막 및 자연산화막(도시하지 않음)을 제거하고 500 ℃ 내지 620 ℃ 온도에서 SiH4또는 S2H6가스를 소오스(source)로 사용하여 제1 비정질 실리콘막(22) 상에 씨드(seed)(23)를 형성한다.
다음으로, 도2c에 도시한 바와 같이 10-4Torr 이하의 압력 및 500 ℃ 내지 620 ℃ 온도에서 SiH4또는 S2H6가스를 소오스(source)로 사용하여 선택적 성장법으로 제2 비정질 실리콘막(24)을 형성한다. 이때, 상기 SiH4또는 S2H6가스 양은 30 sccm 이하가 되도록 한다.
전술한 본 발명의 일실시예에서는 씨드(23)를 형성하기 전에 제1 비정질 실리콘막(22)을 형성하여, 이후의 선택적 성장법으로 콘택홀 내부를 비정질 실리콘막으로 매립하는 경우를 설명하였지만, 상기 제1 비정질 실리콘막(22)을 형성하는 단계는 생략 가능하다. 이와 같이, 씨드 형성 이전에 비정질 실리콘막을 형성하지 않을 경우에는, 씨드 형성 후에 실시되는 선택적 성장 공정에서 씨드 하부의 단결정 실리콘 기판의 결정상을 따라 단결정 실리콘막이 형성된다.
도3a 내지 도3d는 전술한 바와 같이, 씨드를 단결정 실리콘 기판 상에 형성한 후 선택적 성장법으로 단결정 실리콘막을 성장시킨 단면을 보이는 SEM 사진으로, 도면부호 30은 실리콘 기판, 31은 층간절연막, 32A, 32B, 32C 및 32D는 각기 다른 조건에서 선택적으로 성장된 단결정 실리콘막을 각각 나타낸다.
도3a 및 도3b는 콘택홀이 형성된 실리콘 기판(30) 상에 씨드를 형성하고, 10 sccm의 가스를 흘려주며 증착 시간을 변화시켜 단결정 실리콘막(32A, 32B)을 형성한 결과를 보인다.
도3a는 200 초 동안 증착하였을 경우 실리콘 기판(30) 상에 272 Å 두께의 단결정 실리콘막(32A)이 형성된 것을 보이고, 도3b는 300 초 동안 증착하였을 경우 실리콘 기판(30) 및 층간절연막(31) 상에 각각 471 Å 및 363 Å 두께의 단결정 실리콘막(32B)이 형성된 것을 보인다.
도3c 및 도3d는 콘택홀이 형성된 실리콘 기판(30) 상에 씨드를 형성하고, 5 sccm의 가스를 흘려주며 증착 시간을 변화시켜 단결정 실리콘막(32C, 32D)을 형성한 결과를 보인다.
도3c는 200 초 동안 증착하였을 경우 실리콘 기판(30) 상에 314 Å 두께의 단결정 실리콘막(32C)이 형성된 것을 보이고, 도3d는 250 초 동안 증착하였을 경우 실리콘 기판(30) 상에 471 Å 두께의 단결정 실리콘막(32D)이 형성된 것을 보인다.
전술한 본 발명의 일실시예 및 다른 실시예에서의 씨드 형성 조건은 동일하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 식각 손상에 따른 전기적 특성 저하를 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (7)
- 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법에 있어서,실리콘 기판 상의 층간절연막 내에 형성되어 상기 실리콘 기판을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계;500 ℃ 내지 620 ℃ 온도에서 SiH4또는 S2H6가스를 사용하여, 상기 실리콘 기판 상에 실리콘막 형성을 위한 씨드(seed)를 형성하는 단계; 및상기 씨드가 형성된 상기 실리콘 기판 상에 선택 성장법으로 단결정 실리콘막을 성장시켜 상기 콘택홀을 매립하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법.
- 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법에 있어서,실리콘 기판 상의 층간절연막 내에 형성되어 상기 실리콘 기판을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계;상기 콘택홀 바닥의 상기 실리콘 기판 및 상기 콘택홀 측벽에 제1 비정질 실리콘막을 형성하는 단계;500 ℃ 내지 620 ℃ 온도에서 SiH4또는 S2H6가스를 사용하여, 상기 제1 비정질 실리콘막 상에 실리콘막 형성을 위한 씨드(seed)를 형성하는 단계; 및상기 씨드가 형성된 상기 제1 비정질 실리콘막 상에 선택 성장법으로 제2 비정질 실리콘막을 성장시켜 상기 콘택홀을 매립하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 제1 비정질 실리콘막을,1 Torr를 넘지 않는 압력 및 550 ℃를 넘지 않는 온도에서, 50 sccm 내지 400 sccm의 SiH4또는 S2H6가스를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 제1 비정질 실리콘막을 형성하기 위하여 PH3가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 콘택홀 형성 후 또는 상기 제1 비정질 실리콘막 형성 후,완충산화식각제 또는 HF를 사용한 산화막 제거공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 제2 비정질 실리콘막을,10-4Torr를 넘지 않는 압력 및 500 ℃ 내지 620 ℃ 온도에서SiH4또는 S2H6가스를 소오스로 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제2 비정질 실리콘막을 형성하기 위한 상기 SiH4또는 S2H6가스 양은 30 sccm을 넘지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101073009B1 (ko) * | 2008-12-24 | 2011-10-12 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 캐패시터 및 그의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20000003400A (ko) | 2000-01-15 |
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