KR100383757B1 - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 식각방지막이 형성된 전체 구조 상부에 형성되는 절연층의 두께를 최소화하여 형성함으로써, 절연층을 형성하기 위한 증착공정시 절연층의 소정 부위에 오버행이 형성되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제시함에 있다.

Description

반도체 소자의 제조 방법{Method of manufacturing a semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 식각방지막이 형성된 전체 구조 상부에 형성되는 절연층의 두께를 최소화하여 형성함으로써, 절연층을 형성하기 위한 증착공정시 절연층의 소정 부위에 오버행이 형성되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체의 집적도가 증가함에 따라 셀(cell)내의 게이트전극과 게이트전극 사이의 접합영역의 폭이 감소하고 있는 추세이다.
이에 따라, 접합영역(예를 들면, 소오스 및 드레인영역)과 상부 금속라인을 전기적으로 접속하기 위한 콘택플러그가 형성될 콘택홀 형성시, IPO의 오버행(overhang)으로 인해 식각방지막(Self-Aligned-Contact : SAC)이 식각되지 않은 문제가 발생한다.
이를 도 1을 결부하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 우선 소정의 구조가 형성된 반도체 기판(1) 상부에 적층구조의 게이트전극(2)이 형성된다. 게이트전극의 양측면에는 후속 식각공정시, 자신을 보호하기 위한 스페이서(3)가 증착된 후, 패터닝되어 형성된다. 스페이서(3)는 90∼110Å의 두께로 형성된 옥사이드와 540∼660Å의 두께로 형성된 질화물질의 적층구조로 형성된다.
이후, 전체 구조 상부에는 질화물질이 270∼330Å의 두께로 식각방지막(4) 및 절연층(8)이 형성된다.
통상, 절연층(8)은 IPO가 1350∼1650Å의 두께로 증착되어 형성되는 제 1 절연막(5)과, PSG가 1350∼1650Å의 두께로 증착되어 형성되는 제 2 절연막(6)과, BPSG가 7200∼8800Å의 두께로 증착되어 형성되는 제 3 절연막(7)의 적층구조로 형성된다.
그러나, 식각방지막(4) 형성 후, 제 1 절연막(5)으로 IPO를 증착하기 위한 증착공정시, 후속공정에 의해 형성되는 콘택홀 부위에서 제 1 절연막(5)이 "A"와 같이 오버행(overhang)이 형성된다. 이로 인해, 식각방지막(4)과 제 1 절연막(5) 사이에 "B"와 같이 빈 공간이 형성되어, 콘택홀을 형성하기 위한 후속 식각공정시 식각방지막(4)이 식각되지 않게 된다.이와 같이, 오버행 및 빈 공간이 발생하는 이유는, 첫째, 절연층의 최하층인 IPO를 절연을 고려하여 1350 내지 1650Å의 두께로 비교적 두껍게 증착하기 때문이다. 둘째, PSG와 BPSG는 그 특성상 온도조건에 따라 유동성이 서로 크게 달라짐에도 불구하고, 후속공정의 편의를 위해 PSG와 BPSG를 연속적으로 증착한 후 동일한 온도조건으로 열처리공정을 실시하기 때문이다. 즉, 종래기술에서는 PSG와 BPSG를 연속적으로 증착한 후, 동일한 온도조건으로 열처리공정을 실시함에 따라 BPSG의 유동성에 비해 PSG의 유동성은 좋아지지 않는다.
이런 현상은 도 2에서 도시된 바와 같이 플래쉬 메모리의 단면도를 촬영한 SEM 사진에서도 나타난다.
즉, 제 1 절연막중 콘택홀에 대응되게 형성된 부위에 "A"와 같이 오버행이 형성됨으로 인해, 제 1 절연막과 식각방지막 간에 "B"와 같이 빈 공간이 형성된다. 이러한 빈 공간은 콘택홀을 형성하기 위한 소정의 식각공정시, 소오스로 사용되는카본(carbon)물질들이 덩어리로 뭉치면서 마스크와 같은 역할을 하여 식각공정을 방해하게 된다. 이로 인해, 접합영역에 대응되게 형성된 식각방지막이 식각되지 않게 된다.
전술한 바와 같이, 제 1 절연막의 오버행에 의해 콘택홀을 형성하기 위한 소정의 식각공정시 삭각방지막이 식각되지 않아 콘택홀이 형성되지 않는 문제가 도출된다.
따라서, 본 발명의 목적은 게이트전극이 형성된 반도체 기판 상부에 적층구조의 절연층을 형성하기 위한 증착공정시, 절연층의 소정 부위에 형성되는 오버행을 제거하여 절연층과 식각방지막간에 빈 공간이 형성되는 것을 방지하기 위한 플래쉬 메모리 제조 방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 반도체 소자의 단면도.
도 2는 종래 기술에 의해 형성된 반도체 소자의 단면을 촬영한 SEM 사진도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 반도체 소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의해 형성된 반도체 소자의 단면을 촬영한 SEM 사진도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 반도체 소자의 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 의해 형성된 반도체 소자의 단면을 촬영한 SEM 사진도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1,11,12 : 반도체 기판 2,12,22 : 게이트전극
3,13,23 : 스페이서 4,14,24 : 식각방지막
5,15 : 제 1 절연막 6,16 : 제 2 절연막
7 : 제 3 절연막 8,17,25 : 절연층
본 발명은 소정의 구조가 형성된 반도체 기판 상부에 게이트전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트전극의 측면에 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 스페이서를 포함한 전체 구조 상부에 식각방지막을 형성하는 단계와; 상기 식각방지막 상부에 단일층의 절연층을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 반도체 소자의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 우선 소정의 구조가 형성된 반도체 기판(11) 상부에 적층구조의 게이트전극(12)이 형성된다. 게이트전극(12)은 산화막, 도전층 및 절연막으로 형성된다.
게이트전극(12)의 양측면에는 후속 식각공정시, 자신을 보호하기 위한 스페이서(13)가 증착된 후, 패터닝되어 형성된다. 스페이서(13)는 700∼850℃의 온도범위와 SiH2Cl2가스분위기에서 80∼120Å의 두께로 옥사이드가 증착된 후, 540∼660Å의 두께로 질화물질이 증착된 적층구조로 형성된다.
이후, 전체 구조 상부에는 600∼750℃에서 180∼220Å의 두께로 식각방지막(14)이 형성된다.
이후, 식각방지막(14)을 포함한 전체 구조 상부에 절연층(15)이 형성된다. 절연층(17)은 IPO가 270∼330Å의 두께로 증착되어 형성되는 제 1 절연막(15)과, BPSG가 9000∼11000Å의 두께로 증착되어 형성되는 제 2 절연막(16)의 2층 구조로 형성된다.
이후, 절연층(17)을 포함한 전체 구조 상부는 800∼850℃에서 열처리된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 식각방지막이 형성된 전체 구조 상부에 2층구조의 절연층을 형성한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는, 절연층(17)을 IPO의 제1 절연막(15)과 BPSG의 제2 절연막(16)의 2층 구조로 형성하되, IPO의 두께를 270 내지 330Å의 두께로 형성하고, 그 상에 BPSG를 9000 내지 11000Å의 두께로 형성한 후 열처리공정을 실시한다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에서는, IPO를 270 내지 330Å의 두께로 감소시켜 형성함에 따라, 종래기술에 비해 그 만큼 갭필링 특성이 좋아지게 된다. 또한, 열처리공정시 동일한 온도조건에서 BPSG보다 유동 특성이 좋지 않은 PSG를 형성하지 않고, IPO 상에 BPSG만을 형성한 후, 동일한 열처리공정을 통해 BPSG의 유동성을 개선시킴으로써, 종래기술에 비해 유동성을 개선시킬 수 있다. 이렇게 함으로써, 도 4에서 도시된 바와 같이 식각방지막 상부에 형성되는 절연층에 오버행이 형성되지 않아 게이트 콘택홀과 금속 콘택홀의 형성을 위한 식각공정이 문제없이 이루어진다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 반도체 소자의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 우선 소정의 구조가 형성된 반도체 기판(21) 상부에 적층구조의 게이트전극(22)이 형성된다. 게이트전극(22)은 산화막, 도전층 및 절연막으로 형성된다.
게이트전극(22)의 양측면에는 후속 식각공정시, 자신을 보호하기 위한 스페이서(23)가 증착된 후, 패터닝되어 형성된다. 스페이서(23)는 700∼850℃의 온도범위와 SiH2Cl2가스분위기에서 80∼120Å의 두께로 옥사이드가 증착된 후, 540∼660Å의 두께로 질화물질이 증착된 적층구조로 형성된다.
이후, 전체 구조 상부에는 600∼750℃에서 180∼220Å의 두께로 식각방지막(24)이 형성된다.
식각방지막(24)을 포함한 전체 구조 상부에는 9000∼11000Å의 두께로 BPSG의 단일 절연층(25)이 형성된다.
이후, 절연층(25)을 포함한 전체 구조 상부는 800∼850℃에서 열처리된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 식각방지막이 형성된 전체 구조 상부에 단일층으로 절연층을 형성한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예서는, 절연층(25)을 BPSG를 이용하여 형성한 후 열처리공정을 실시한다. 즉, 본 발명의 제2 실시예서는, 유동 특성이 좋지 않은 IPO와 PSG를 형성하지 않고, BPSG만을 형성한 후, 동일한 열처리공정을 통해 BPSG의 유동성을 개선시킴으로써 종래기술에 비해 유동성을 개선시킬 수 있다. 이렇게 함으로써, 도 6에서 도시된 바와 같이 식각방지막 상부에 형성되는 절연층에 오버행이 형성되지 않아 게이트 콘택홀과 금속 콘택홀의 형성을 위한 식각공정이 문제없이 이루어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 식각방지막이 형성된 전체 구조 상부에 형성되는 절연층의 두께를 최소화하여 형성함으로써, 절연층을 형성하기 위한 증착공정시 절연층의 소정 부위에 오버행이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 절연층과 식각방지막 간에 공간이 제거되어 콘택홀을 형성하기 위한 후속 식각공정시 식각방지막을 충분히 식각하여 콘택홀 내에 형성되는 콘택플러그와 접합영역간의 계면특성이 개선되어 콘택저항이 감소된다.

Claims (5)

  1. 소정의 구조가 형성된 반도체 기판 상부에 게이트전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트전극의 측면에 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 스페이서를 포함한 전체 구조 상부에 식각방지막을 형성하는 단계;
    상기 식각방지막 상부에 절연층을 형성하되, 상기 절연층을 IPO와 BPSG의 적층구조로 형성하거나, 상기 BPSG의 단층 구조로 형성하는 단계; 및
    상기 BPSG의 유동성을 높이기 위하여, 전체 구조 상부에 대하여 열처리공정을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서는 700∼850℃의 온도범위와 SiH2Cl2가스분위기에서 80∼120Å의 두께로 옥사이드가 증착된 후, 540∼660Å의 두께로 질화물질이 증착된 적층구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 식각방지막은 600∼750℃에서 180∼220Å의 두께로 질화물이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 IPO는 270∼330Å의 두께로 증착되고, 상기 BPSG는 9000∼11000Å의 도께로 증착되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리공정은 800∼850℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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