KR100576458B1 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 BPSG(Boron Phosphor Silicate Glass)층의 선택적인 식각으로 주변 영역의 BPSG층 제거 하는데 있어서 셀(Cell) 영역의 BPSG층이 불필요하게 식각 되어 셀 영역의 BPSG층에 보이드(Void)가 발생하고 반도체 소자의 특성이 저하되는 문제를 해결하기 위하여, 비트라인용 플러그층을 셀 영역 및 주변 영역의 경계에 더 형성하여 식각 장벽의 역할을 하도록 하고, 보이드 발생에 의한 비트 라인(Bit line)간 단락 발생을 방지하는 등 소자의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발명에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. In particular, the BPSG layer in the cell region is unnecessarily etched to remove the BPSG layer in the peripheral region by the selective etching of the BPSG layer. In order to solve the problem of voids in the BPSG layer and deterioration of the characteristics of the semiconductor device, a bit line plug layer is further formed at the boundary between the cell region and the peripheral region to serve as an etch barrier, and voids are generated. The present invention relates to an invention capable of improving the yield and reliability of devices, such as preventing short circuits between bit lines.
Description
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 2는 종래의 셀 영역에 보이드가 발생되는 것을 나타낸 사진도2 is a photograph showing that voids are generated in a conventional cell region.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 4는 본 발명의 주변 영역의 BPSG층 식각 공정시 셀 영역을 나타낸 사진
도 5는 본 발명의 셀 영역을 나타낸 사진
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
4 is a photo showing a cell region during the BPSG layer etching process of the peripheral region of the present invention
5 is a photograph showing a cell region of the present invention.
<Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
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11, 31 : 반도체 기판 13, 33 : 소자분리막11, 31:
15, 35 : 워드 라인 17, 37 : 제 1 질화막15, 35:
18, 38 : 제 2 질화막 19, 39 : BPSG층18, 38:
21 : 플러그층 23, 43 : 제 3 감광막21:
25 : 보이드 41 : 제 1 비트라인용 플러그층
42 : 제 2 비트라인용 플러그층25: void 41: plug layer for first bit line
42: plug layer for second bit line
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 BPSG(Boron Phosphor Silicate Glass)층의 선택적인 식각으로 주변 영역의 BPSG층 제거 하는데 있어서 셀(Cell) 영역의 BPSG층이 불필요하게 식각 되어 셀 영역의 BPSG층에 보이드(Void)가 발생하고 반도체 소자의 특성이 저하되는 문제를 해결하기 위하여, 비트라인용 플러그층을 셀 영역 및 주변 영역의 경계에 더 형성하여 식각 장벽의 역할을 하도록 하고, 보이드 발생에 의한 비트 라인(Bit line)간 단락 발생을 방지하는 등 소자의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발명에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. In particular, the BPSG layer in the cell region is unnecessarily etched to remove the BPSG layer in the peripheral region by the selective etching of the BPSG layer. In order to solve the problem of voids in the BPSG layer and deterioration of the characteristics of the semiconductor device, a bit line plug layer is further formed at the boundary between the cell region and the peripheral region to serve as an etch barrier, and voids are generated. The present invention relates to an invention capable of improving the yield and reliability of devices, such as preventing short circuits between bit lines.
반도체 소자는 매년 집적도의 증가 추세를 보이고 있으며, 이러한 집적도의 증가는 소자 각각의 구성 요소 면적 및 크기의 감소를 수반하게 되어 여러 가지 공정상의 제약이 있다.Semiconductor devices show an increase in the degree of integration every year, and the increase in the density is accompanied by a reduction in the area and size of each component of the device has a variety of process constraints.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이고, 도 2는 종래의 셀 영역에 보이드가 발생되는 것을 나타낸 사진도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art, and FIG. 2 is a photograph showing that voids are generated in a conventional cell region.
종래의 반도체 소자의 제조 방법은 도 1a에서와 같이, 소자분리 영역에 소자분리막(13)이 형성되며 셀(Cell) 영역과 주변 영역이 정의된 반도체 기판(11)상에 제 1 산화막, 제 1 다결정 실리콘층, 하드 마스크(Hard mask)층인 제 1 질화막(17) 및 제 1 감광막(도시하지 않음)을 순차적으로 형성한다.In the conventional method of manufacturing a semiconductor device, as shown in FIG. 1A, a first oxide film and a first oxide film are formed on a
그 후, 상기 제 1 감광막을 워드 라인(Word line)이 형성될 부위에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한 후, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 1 감광막을 마스크로 상기 제 1 질화막(17), 제 1 다결정 실리콘층 및 제 1 산화막을 선택 식각하여 상기 반도체 기판(11)상에 게이트 절연막을 개재한 워드 라인(15)을 형성한 후, 상기 제 1 감광막을 제거한다.Thereafter, the first photoresist film is selectively exposed and developed to remain only in a portion where a word line is to be formed, and then the
그리고, 전면에 식각 방지막인 제 2 질화막(18)을 형성한 후, 상기 제 2 질 화막(18)상에 층간 절연막인 BPSG(Boron Phosphor Silicate Glass)층(19)과 제 2 감광막(도시하지 않음)을 순차적으로 형성한다.After the
이어, 상기 제 2 감광막을 비트 라인(Bit line) 콘택이 형성될 부위에만 제거되도록 선택적으로 노광 및 현상한 다음, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 2 감광막을 마스크로 상기 BPSG층(19)을 선택 식각한 후, 상기 제 2 감광막을 제거한다.Subsequently, the second photoresist layer is selectively exposed and developed to be removed only at a portion where a bit line contact is to be formed, and then the
그리고, 상기 BPSG층(19)을 마스크로 상기 제 2 질화막(18)을 에치백(Etch-back)하여 제 1 콘택홀을 형성하고 상기 노출된 워드 라인(15) 일측의 반도체 기판(11) 상에 제 2 질화막 스페이서(18a)를 형성한다.In addition, the
그 후, 상기 제 1 콘택홀을 포함한 전면에 제 2 다결정 실리콘층을 형성한 후, 상기 BPSG층(19)을 식각 종말점으로 화학 기계 연마 방법에 의해 상기 제 2 다결정 실리콘층을 평탄 식각하여 플러그층(21)을 형성한다.Thereafter, a second polycrystalline silicon layer is formed on the entire surface including the first contact hole, and then the second polycrystalline silicon layer is flat-etched by a chemical mechanical polishing method using the
도 1b에서와 같이, 상기 BPSG층(19)상에 제 3 감광막(23)을 도포한다.As shown in FIG. 1B, a third
그리고, 상기 제 3 감광막(23)을 셀 영역에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한다.The third
도 1c에서와 같이, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 3 감광막(23)을 마스크로 상기 주변 영역의 BPSG층(19)을 습식 식각하여 제거한다.As shown in FIG. 1C, the
여기서, 상기 BPSG층(19)과 제 3 감광막(23)과의 접촉 불량 발생으로 주변 영역의 BPSG층 제거 공정시, 상기 제 3 감광막(23)을 따라 식각 용액이 셀 영역의 BPSG층(19)에도 침투하므로 상기 BPSG층(19)의 측면 식각이 발생되어 도 2에서와 같이, 보이드(Void)(25)가 발생된다.Here, in the process of removing the BPSG layer in the peripheral region due to the poor contact between the
그리고, 후속 공정으로 상기 제 3 감광막(23)을 제거한다.Then, the third
종래의 반도체 소자의 제조 방법은 다음과 같은 이유에 의해 소자의 수율 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.The conventional method for manufacturing a semiconductor device has a problem that the yield and reliability of the device are deteriorated due to the following reasons.
첫째, BPSG층과 감광막과의 접촉 불량 발생으로 주변 영역의 BPSG층 제거 공정시, 상기 감광막을 따라 상기 BPSG층의 측면 식각이 발생되어 식각 용액이 셀 영역의 BPSG층에도 침투하므로 보이드가 발생되어 후속 공정 중 화학 기계 연마 공정에서 슬러리(Slurry)가 상기 보이드에 끼어 파티클(Particle)이 다량 발생되고 또한 비트 라인 형성 공정에서 상기 보이드를 따라 상기 비트 라인 형성 물질이 남게 되어 상기 비트 라인간 단락이 발생된다.First, in the process of removing the BPSG layer in the peripheral region due to poor contact between the BPSG layer and the photoresist layer, side etching of the BPSG layer occurs along the photoresist layer, and the etching solution penetrates into the BPSG layer of the cell region, thereby causing voids. In the chemical mechanical polishing process, a slurry is caught in the voids, and a large amount of particles are generated, and in the bit line forming process, the bit line forming material remains along the voids, causing short circuits between the bit lines. .
둘째, 첫째 문제를 해결하기 위해 상기 BPSG층상에 HDP(High Density Plasma) 산화막을 형성하나 상기 BPSG층의 측면 식각을 방지하지 못한다.Second, in order to solve the first problem, an HDP (High Density Plasma) oxide film is formed on the BPSG layer, but the side etching of the BPSG layer is not prevented.
셋째, 첫째 문제를 해결하기 위해 상기 BPSG층상에 질화막을 형성하나 상기 질화막 제거 공정이 어렵다. Third, in order to solve the first problem, a nitride film is formed on the BPSG layer, but the nitride film removing process is difficult.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 BPSG층의 선택적인 전면 식각으로 플러그층을 돌출시킨 후, 상기 주변 영역의 BPSG층 제거 공정을 진행하여 셀 영역의 BPSG층 식각 현상을 방지하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and the semiconductor layer prevents the BPSG layer etching phenomenon in the cell region by protruding the plug layer by selective front etching of the BPSG layer and then proceeding to remove the BPSG layer in the peripheral region. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a device.
본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은 반도체 기판상의 셀 영역과 주변 영역에 워드 라인을 형성하는 단계와,
상기 반도체 기판 전면에 식각 방지막을 형성하는 단계와,
상기 셀 영역의 워드 라인 사이와 상기 셀 영역과 주변 영역의 경계에 형성된 비트라인용 콘택 플러그층을 포함하는 층간 절연막을 형성하는 단계와,
상기 층간 절연막을 선택적으로 전면 식각하여 상기 비트라인용 콘택 플러그층 상부를 돌출시키는 단계 및
상기 주변 영역의 층간 절연막을 습식 식각 방법으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention comprises the steps of forming a word line in a cell region and a peripheral region on a semiconductor substrate,
Forming an etch stop layer on the entire surface of the semiconductor substrate;
Forming an interlayer insulating film including a bit line contact plug layer formed between a word line of the cell region and a boundary between the cell region and a peripheral region;
Selectively etching the interlayer insulating film to protrude an upper portion of the bit plug contact plug layer;
And removing the interlayer insulating film in the peripheral area by a wet etching method.
상기와 같은 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.When described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention as follows.
3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3a을 참조하면, 반도체 기판의 셀 영역 및 주변 영역의 경계에 소자분리막(33)이 형성되며 셀 영역과 주변 영역이 정의된 반도체 기판(31)상에 제 1 산화막, 제 1 다결정 실리콘층, 하드 마스크층인 제 1 질화막(37) 및 제 1 감광막(도시하지 않음)을 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 3A, an
그 후, 상기 제 1 감광막을 워드 라인이 형성될 부위에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한 후, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 1 감광막을 마스크로 상기 제 1 질화막(37), 제 1 다결정 실리콘층 및 제 1 산화막을 선택 식각하여 상기 반도체 기판(31)상에 게이트 절연막을 개재한 워드 라인(35)을 형성한 후, 상기 제 1 감광막을 제거한다.Thereafter, the first photoresist film is selectively exposed and developed to remain only at the site where the word line is to be formed, and then the
그리고, 전면에 식각 방지막인 제 2 질화막(38)을 형성한 후, 상기 제 2 질화막(38)상에 층간 절연막인 BPSG층(39)과 제 2 감광막(도시하지 않음)을 순차적으로 형성한다.After the
이어, 상기 제 2 감광막을 비트라인용 콘택이 형성될 부위에만 제거되도록 선택적으로 노광 및 현상한 다음, 상기 선택적으로 노광 및 현상 된 제 2 감광막을 마스크로 상기 BPSG층(39)을 선택 식각한 후, 상기 제 2 감광막을 제거한다. 이때, 셀 영역의 워드 라인(35) 사이에 제 1 비트라인 콘택홀이 형성되도록 하고, 셀 영역 및 주변 영역의 경계부에 제 2 비트라인 콘택홀이 형성되도록 한다. Subsequently, the second photoresist layer is selectively exposed and developed so as to be removed only at a portion where a contact for the bit line is to be formed, and then selectively etched the
그리고, 상기 BPSG층(39)을 마스크로 상기 제 2 질화막(38)을 에치백하여 상기 노출된 워드 라인(35) 측벽에 제 2 질화막 스페이서(38a)를 형성한다.The
그 후, 상기 제 1 및 제 2 비트라인 콘택홀을 포함한 전면에 제 2 다결정 실리콘층을 형성한 후, BPSG층(39)을 식각 종말점으로 화학 기계 연마 방법에 의해 상기 제 2 다결정 실리콘층을 평탄 식각하여 제 1 및 제 2 비트라인용 콘택 플러그층(41, 42)을 형성한다.Thereafter, after forming a second polycrystalline silicon layer on the front surface including the first and second bit line contact holes, the second polycrystalline silicon layer is flattened by a chemical mechanical polishing method with the
도 3b을 참조하면, 상기 BPSG층(39)을 선택적으로 전면 식각하여 제 1 및 제 2 비트라인용 콘택 플러그층(41, 42)을 돌출시킨다.Referring to FIG. 3B, the
여기서, 상기 BPSG층(39)을 건식 식각 방법 또는 습식 식각 방법으로 전면 식각할 수 있으나, 건식 식각 방법으로 식각할 경우 다음과 같다.Here, the
상기 BPSG층(39)을 C3F8, C4F8, C5F8, C4F6, 및 C2F4로 이루어진 군으로부터 선택된 다량의 폴리머(Polymer)를 유발하는 과탄소 함유 가스인 제 1 식각 가스를 사용하는 건식 식각 방법으로 식각한다.The
또는, 상기 BPSG층(39)을 CHF3, C2HF5, CH2F2, CH3F, CH2, CH4, C2H4 및 H2로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스인 제 2 식각 가스를 사용하는 건식 식각 방법으로 식각한다.Alternatively, the
또는, 상기 BPSG층(39)을 불활성 가스를 혼합한 제 3 식각 가스를 사용하는 건식 식각 방법으로 식각하거나, 상기 제 1, 제 2, 제 3 식각 가스를 혼합한 가스를 사용하는 건식 식각 방법으로 식각한다.Alternatively, the
도 3c을 참조하면, 상기 돌출된 제 1 및 제 2 비트라인용 콘택 플러그층(41, 42)을 포함하는 반도체 기판 전면에 제 3 감광막(43)을 도포한다.Referring to FIG. 3C, a third
그리고, 제 1 및 제 2 비트라인용 콘택 플러그층(41, 42)과 제 3 감광막(43)과의 접촉력을 증가 시키기 위하여 상기 제 3 감광막(43)을 열처리, E-빔(Beam) 처리 또는 울트라-바이얼리트 라이트(Ultra-Violet Light) 처리를 진행한다.In order to increase the contact force between the first and second bit line contact plug layers 41 and 42 and the
이어, 상기 제 3 감광막(43)을 셀 영역에만 남도록 선택적으로 노광 및 현상한다.Subsequently, the
도 3d을 참조하면, 상기 선택적으로 노광 및 현상된 제 3 감광막(43)을 마스크로 상기 주변 영역의 BPSG층(39)을 HF:NH4F:DI 혼합 용액, HF:DI 혼합 용액, HF:NH4F:DI 계면활성제의 혼합 용액 및 HNO3:CH3COOH:HF 혼합 용액 중 선택된 혼합 용액을 사용한 습식 식각 공정으로 식각한다.Referring to FIG. 3D, the
그리고, 후속 공정으로 상기 제 3 감광막(43)을 제거한다.Then, the third
여기서, 상기 BPSG층(39)의 습식 식각 공정시, 제 1 및 제 2 비트라인용 콘택 플러그층(41, 42)의 제 1 및 제 2 비트라인용 콘택 플러그층(41, 42)과 제 3 감광막(43)과의 접촉 면적이 증가되고 또한 상기 돌출된 제 2 비트라인용 콘택 플러그층(42)이 식각 장벽으로써의 역할을 하여 상기 제 3 감광막(43)을 따라 식각 용액이 셀 영역의 BPSG층(39)에 침투되는 것을 방지하므로 도 4와 도 5에서와 같이, 셀 영역에 보이드가 발생되지 않는다.Here, in the wet etching process of the
본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은 비트라인용 플러그층을 셀 영역 및 주변 영역의 경계부에 더 형성하여 식각 장벽의 역할을 하도록 하고, BPSG층의 선택적인 전면 식각으로 플러그층을 돌출시킨 후, 상기 주변 영역의 BPSG층 제거 공정을 진행함으로써, BPSG층 제거 공정시 발생되는 셀 영역의 BPSG층 식각 현상을 방지하여 보이드 발생을 억제하고 비트 라인간 단락 발생을 방지하는 등 소자의 수율 및 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the bit line plug layer is further formed at the boundary between the cell region and the peripheral region to serve as an etch barrier, and after protruding the plug layer by selective front etching of the BPSG layer, By performing the BPSG layer removal process in the peripheral region, the BPSG layer etching phenomenon of the cell region generated during the BPSG layer removal process is prevented, thereby suppressing void generation and preventing short circuit between bit lines, thereby improving device yield and reliability. It works.
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