KR100558038B1 - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
폴리머를 제거하여 메모리 셀의 스토리지 노드 콘택 저항을 개선할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 반도체소자의 제조방법은 기판 상에 트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 상기 트랜지스터의 소오스/드레인영역이 드러나도록 하는 콘택홀을 갖는 제 1 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 콘택홀 내에 제 1 콘택플러그를 형성하는 단계; 상기 트랜지스터의 일측 소오스/드레인영역과 콘택되게 상기 제 1 층간절연막 상에 비트라인을 형성하는 단계; 상기 비트라인 양측면에 측벽스페이서를 형성하는 단계; 상기 비트라인 및 측벽스페이서를 포함한 상기 기판의 전면에 제 2 층간절연막을 증착하는 단계; 상기 제 1 콘택플러그가 드러나도록 상기 제 2 층간절연막을 식각해서 셀프 얼라인 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 셀프 얼라인 콘택홀을 NF3+He+O2 혼합가스의 플라즈마 가스를 이용하여 후처리 공정을 실시하는 단계; 및 상기 셀프 얼라인 콘택홀 내에만 스토리지 노드 콘택을 위한 제 2 콘택플러그를 형성하는 단계를 포함한다. To provide a method for manufacturing a semiconductor device that can improve the storage node contact resistance of the memory cell by removing the polymer, the method of manufacturing a semiconductor device for achieving the above object comprises the steps of forming a transistor on a substrate; Forming a first interlayer insulating film having a contact hole on the substrate to expose the source / drain regions of the transistor; Forming a first contact plug in the contact hole; Forming a bit line on the first interlayer dielectric layer to be in contact with one source / drain region of the transistor; Forming sidewall spacers on both sides of the bit line; Depositing a second interlayer insulating film on the entire surface of the substrate including the bit line and sidewall spacers; Etching the second interlayer insulating layer to expose the first contact plug to form a self-aligned contact hole; Performing a post-treatment process on the self-aligned contact hole using a plasma gas of NF 3 + He + O 2 mixed gas; And forming a second contact plug for storage node contact only in the self-aligned contact hole.
폴리머, 저항, SAC, 콘택플러그, 가스Polymer, Resistor, SAC, Contact Plug, Gas
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 반도체소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 2는 도 1e의 제 1, 제 2 콘택플러그의 계면 TEM 분석 사진 .FIG. 2 is an interface TEM analysis photograph of the first and second contact plugs of FIG. 1E. FIG.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3e의 제 1, 제 2 콘택플러그의 계면 TEM 분석 사진 .4 is an interface TEM analysis photograph of the first and second contact plugs of FIG. 3E.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
30 : 반도체기판 31 : 층간절연막 30
32 : 제 1 콘택플러그 33 : 비트라인 32: first contact plug 33: bit line
34 : 캡절연막 35a : 측벽스페이서 34:
36 : 제 2 층간절연막 37 : 제 3 절연막36: second interlayer insulating film 37: third insulating film
38 : 제 4 절연막 39 : 감광막 38: fourth insulating film 39: photosensitive film
40 : 셀프 얼라인 콘택홀 41 : 제 2 콘택 플러그 40: self-aligned contact hole 41: the second contact plug
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 메모리 셀의 스토리지 노드 콘택 저항을 개선할 수 있는 반도체소자의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device capable of improving storage node contact resistance of a memory cell.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 액티브영역의 오픈 면적이 점차로 적어지게 되고, 콘택 형성을 위한 프로세스 기술 또한 점점 더 고도화되고 있다. 이에 따라, 디자인 룰이 0.21㎛ 이하급인 소자의 경우는 스몰 콘택(small contact)을 형성하기 위하여 통상 SAC(self Align Contact) 프로세스를 적용하여 소자 제조를 이루고 있다. As the degree of integration of semiconductor devices increases, the open area of the active area is gradually reduced, and the process technology for forming contacts is becoming more and more advanced. Accordingly, in the case of devices having a design rule of 0.21 µm or less, devices are manufactured by applying a self alignment contact (SAC) process to form small contacts.
상기 SAC 프로세스는 트랜지스터의 스페이서를 HTO막 대신에 SiN막으로 형성하여 콘택홀 형성시 식각 선택비를 증가시키므로써, 미스얼라인(misalign)에 대한 공정 마진을 증가시킬 수 있도록 한 기술이다. In the SAC process, a spacer of a transistor is formed of a SiN film instead of an HTO film, thereby increasing an etching selectivity when forming a contact hole, thereby increasing a process margin for misalignment.
이하, 첨부 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 반도체소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이고, 도 2는 도 1e의 제 1, 제 2 콘택플러그의 계면 TEM 분석 사진이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art, and FIG. 2 is an interface TEM image of the first and second contact plugs of FIG. 1E.
먼저, 도 1a와 같이 게이트전극, 소오스/드레인영역(미도시)이 형성된 반도체기판(10)상에 제 1 층간절연막(11)을 증착하고, 소오스/드레인영역이 드러나도록 제 1 층간절연막(11)을 식각하여 제 1 콘택홀을 형성한다. 이후에 제 1 콘택홀내에 제 1 콘택플러그(12)를 형성한다. First, as shown in FIG. 1A, a first
이어, 도 1b에 도시한 바와 같이 비트라인 형성용 금속막과, 하드 마스크용 제 1 절연막을 차례로 증착한다. 이후에 비트라인 형성용 마스크를 이용해서 제 1 절연막을 식각하고, 식각된 제 1 절연막을 마스크로 금속막을 식각해서 비트라인(13) 및 캡절연막(14)을 형성한다. 이때 제 1 절연막은 질화막으로 형성하고, 금속막은 텅스텐으로 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 1B, a metal film for forming a bit line and a first insulating film for a hard mask are sequentially deposited. Thereafter, the first insulating film is etched using the bit line forming mask, and the metal film is etched using the etched first insulating film as a mask to form the
다음에 비트라인(13) 및 캡절연막(14)을 포함한 반도체기판(10) 전면에 측벽스페이서 형성용 제 2 절연막(15)을 증착한다. 이때 제 2 절연막(15)은 질화막으로 형성한다. Next, a second
이어, 도 1c에 도시한 바와 같이 제 2 절연막(15)을 에치백하여 비트라인(13) 및 캡절연막(14)의 측면에 측벽스페이서(15a)를 형성한다. Next, as shown in FIG. 1C, the
다음에 비트라인(13), 캡절연막(14) 및 측벽스페이서(15a)를 포함한 반도체기판(10)의 전면에 제 2 층간절연막(16)과 제 3, 제 4 절연막(17, 18)을 차례로 증착한다. 이때 제 2 층간절연막(16)과 제 4 절연막(18)은 산화막으로 형성하고, 제 3 절연막(17)은 식각스톱층으로 사용되도록 질화막으로 형성한다. Next, the second
이어, 도 1d에 도시한 바와 같이 제 4 절연막(18)상에 감광막(19)을 도포한 후, 노광 및 현상공정을 진행하여 제 1 콘택플러그(12) 상부의 제 4 절연막(18)이 노출되도록 감광막(19)을 패터닝한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1D, the
다음에 패터닝된 감광막(19)을 마스크로 제 4, 제 3 절연막(18, 17) 및 제 2 층간절연막(16)을 차례로 식각해서 제 1 콘택플러그(12)가 드러나도록 셀프 얼라인 콘택(Self Align Contact)홀(20)을 형성한다. 이후에 셀프 얼라인 콘택홀(20)을 형 성한 후에 C4F8(C5F8)+Ar+O2가스를 사용하여 후처리를 진행한다. Next, the fourth and third
이어, 감광막(19)을 제거한 후, 도 1e에 도시한 바와 같이 셀프 얼라인 콘택홀(20)을 포함한 전면에 반도체층을 증착한다. 이때 반도체층은 폴리실리콘을 이용한다. 이후에 셀프 얼라인 콘택홀(20)에만 남도록 반도체층을 전체 식각하여 스토리지 노드 콘택을 위한 제 2 콘택플러그(21)를 형성한다. Subsequently, after the
상기 공정중, 셀프 얼라인 콘택홀(20) 형성 공정후, C4F8(C5F8)+Ar+O2가스를 사용하여 후처리를 하면 도 1d 및 도 2에 도시한 바와 같이 제 1 콘택플러그(12)의 상부에 과다한 아몰퍼스(amorphous)성 산화막 즉, 폴리머(Polymer)가 대략 20~30Å정도의 두께로 생성된다. 이와 같은 발생된 폴리머는 후속 세정공정에서 완전제거가 불가능하다. After the process of forming the self-aligned
결국, 제 1 콘택플러그(12)와 스토리지 노드 콘택을 위한 제 2 콘택플러그(21)의 접촉면적이 감소하게되고, 콘택 저항이 커지는 문제가 발생된다. As a result, the contact area between the
이에 따라서 프루브 테스트(Probe Test)와 최종 테스트(Final Test)에서 'T'불량(tRWL)률이 증가하여 저수율을 초래하며 리프래쉬에도 좋지 않은 영향을 끼친다. As a result, the 'T' defective (tRWL) rate is increased in the probe test and the final test, resulting in low yield and adversely affecting the leaf lash.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 폴리머를 제거하여 메모리 셀의 스토리지 노드 콘택 저항을 개선할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of improving the storage node contact resistance of a memory cell by removing a polymer.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판 상에 트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 상기 트랜지스터의 소오스/드레인영역이 드러나도록 하는 콘택홀을 갖는 제 1 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 콘택홀 내에 제 1 콘택플러그를 형성하는 단계; 상기 트랜지스터의 일측 소오스/드레인영역과 콘택되게 상기 제 1 층간절연막 상에 비트라인을 형성하는 단계; 상기 비트라인 양측면에 측벽스페이서를 형성하는 단계; 상기 비트라인 및 측벽스페이서를 포함한 상기 기판의 전면에 제 2 층간절연막을 증착하는 단계; 상기 제 1 콘택플러그가 드러나도록 상기 제 2 층간절연막을 식각해서 셀프 얼라인 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 셀프 얼라인 콘택홀을 NF3+He+O2 혼합가스의 플라즈마 가스를 이용하여 후처리 공정을 실시하는 단계; 및 상기 셀프 얼라인 콘택홀 내에만 스토리지 노드 콘택을 위한 제 2 콘택플러그를 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, forming a transistor on a substrate; Forming a first interlayer insulating film having a contact hole on the substrate to expose the source / drain regions of the transistor; Forming a first contact plug in the contact hole; Forming a bit line on the first interlayer dielectric layer to be in contact with one source / drain region of the transistor; Forming sidewall spacers on both sides of the bit line; Depositing a second interlayer insulating film on the entire surface of the substrate including the bit line and sidewall spacers; Etching the second interlayer insulating layer to expose the first contact plug to form a self-aligned contact hole; Performing a post-treatment process on the self-aligned contact hole using a plasma gas of NF 3 + He + O 2 mixed gas; And forming a second contact plug for a storage node contact only in the self-aligned contact hole.
이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 소개하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention will be introduced in order to enable those skilled in the art to more easily implement the present invention.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이고, 도 4는 도 3e의 제 1, 제 2 콘택플러그의 계면 TEM 분석 사진이다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an interface TEM analysis photograph of the first and second contact plugs of FIG. 3E.
먼저, 도 3a와 같이 반도체기판(30)상에 게이트전극, 소오스/드레인영역(미도시)을 구비한 트랜지스터를 형성하고, 트랜지스터를 포함한 반도체기판(30)상에 제 1 층간절연막(31)을 증착하고, 소오스/드레인영역이 드러나도록 제 1 층간절연막(31)을 식각하여 제 1 콘택홀을 형성한다. 이후에 제 1 콘택홀내에 제 1 콘택플러그(32)를 형성한다. First, as shown in FIG. 3A, a transistor having a gate electrode and a source / drain region (not shown) is formed on the
이어, 도 3b에 도시한 바와 같이 비트라인 형성용 금속막과, 하드 마스크용 제 1 절연막을 차례로 증착한다. 이후에 비트라인 형성용 마스크를 이용해서 제 1 절연막을 식각하고, 식각된 제 1 절연막을 마스크로 금속막을 식각해서 비트라인(33) 및 캡절연막(34)을 형성한다. 상기 금속막은 트랜지스터의 소오스/드레인영역과 콘택되고, 제 1 절연막은 질화막으로 형성하고, 금속막은 텅스텐으로 형성한다. Next, as shown in FIG. 3B, a metal film for forming a bit line and a first insulating film for a hard mask are sequentially deposited. Thereafter, the first insulating film is etched using the bit line forming mask, and the metal film is etched using the etched first insulating film as a mask to form the
다음에 비트라인(33) 및 캡절연막(34)을 포함한 반도체기판(30) 전면에 측벽스페이서 형성용 제 2 절연막(35)을 증착한다. 이때 제 2 절연막(35)은 질화막으로 형성한다. Next, a second insulating
이어, 도 3c에 도시한 바와 같이 제 2 절연막(35)을 에치백하여 비트라인(33) 및 캡절연막(34)의 측면에 측벽스페이서(35a)를 형성한다. Next, as shown in FIG. 3C, the second insulating
다음에 비트라인(33), 캡절연막(34) 및 측벽스페이서(35a)를 포함한 반도체기판(30)의 전면에 제 2 층간절연막(36)과 제 3, 제 4 절연막(37, 38)을 차례로 증착한다. 이때 제 2 층간절연막(36)과 제 4 절연막(38)은 산화막으로 형성하고, 제 3 절연막(37)은 식각스톱층으로 사용되도록 질화막으로 형성한다. Next, the second
이어, 도 3d에 도시한 바와 같이 제 4 절연막(38)상에 감광막(39)을 도포한 후, 노광 및 현상공정을 진행하여 제 1 콘택플러그(32) 상부의 제 4 절연막(38)이 노출되도록 감광막(39)을 패터닝한다. Subsequently, after the
다음에 패터닝된 감광막(39)을 마스크로 제 4, 제 3 절연막(38, 37) 및 제 2 층간절연막(36)을 차례로 식각해서 제 1 콘택플러그(32)가 드러나도록 셀프 얼라인 콘택(Self Align Contact)홀(40)을 형성한다. Next, the fourth and third insulating
이후에 동일 장비내에서 NF3+He+O2 혼합가스의 플라즈마 가스를 이용하여 후처리 공정(AP:After Process)을 실시한다. 이때 가스의 유량은 NF3가 20~200sccm, He가 10~100sccm, O2가 10~20sccm의 범위를 갖는다. Subsequently, an after process (AP) is performed using a plasma gas of NF 3 + He + O 2 mixed gas in the same equipment. At this time, the flow rate of the gas has a range of 20 ~ 200sccm NF 3 , 10 ~ 100sccm He, 10 ~ 20sccm O 2 .
상기와 같이 NF3+He+O2 혼합가스를 이용하여 후처리 공정을 진행하면, SixFyOz 및 Si-C 형태의 폴리머가 순수 SiO2성 폴리머로 변화되어 후속 세정공정에서 완전히 제거된다. As described above, when the post-treatment process is performed using NF 3 + He + O 2 mixed gas, the polymers of the SixFyOz and Si-C forms into pure SiO 2 polymers and are completely removed in a subsequent cleaning process.
또한, 후처리 공정에서 상기 가스외에 CF4+Ar+O2 가스를 사용하여 진행할 수도 있다. 이때 사용압력은 30~200mT, 바텀 파워는 20~300W가 되도록 한다. In addition, in the post-treatment process, in addition to the gas, CF4 + Ar + O2 gas may be used. At this time, the working pressure should be 30 ~ 200mT, and the bottom power should be 20 ~ 300W.
이어, 감광막(39)을 제거한 후, 도 3e에 도시한 바와 같이 셀프 얼라인 콘택홀(40)을 포함한 전면에 반도체층을 증착한다. 이때 반도체층은 폴리실리콘층을 이용한다. 이후에 셀프 얼라인 콘택홀(40)에만 남도록 반도체층을 전체 식각하여 스토리지 노드 콘택을 위한 제 2 콘택플러그(41)를 형성한다. Subsequently, after the
상기와 같이 NF3+He+O2 가스를 이용하여 후처리 공정을 진행하면, 도 4에 도시한 바와 같이 제 1, 제 2 콘택플러그(32, 41)의 계면에서 이상물질 즉, 폴리머가 관찰되지 않는다. As described above, when the post-treatment process is performed using NF 3 + He + O 2 gas, an abnormal substance, ie, a polymer, is observed at the interface between the first and second contact plugs 32 and 41 as shown in FIG. 4. It doesn't work.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으 나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
전술한 본 발명의 반도체소자의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The method of manufacturing the semiconductor device of the present invention described above has the following effects.
폴리머를 제거하여 제 1 콘택플러그와 제 2 콘택플러그(스토리지 노드 콘택)의 콘택저항이 증가하는 것을 방지할 수 있다. The polymer may be removed to prevent an increase in contact resistance between the first contact plug and the second contact plug (storage node contact).
이에 따라서 프루브 테스트(Probe Test)와 최종 테스트(Final Test) 결과 'T'불량(tRWL)이 발생하는 것을 개선하여 수율을 향상시킬 수 있다.
Accordingly, the yield can be improved by improving the occurrence of 'T' defect (tRWL) as a result of the probe test and the final test.
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KR20040095876A (en) | 2004-11-16 |
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