KR100596892B1 - Method for forming transistors of semiconductor devices - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법에 관한 것으로서, 하드마스크인 질화막을 구비한 게이트 전극의 전표면에 형성한 버퍼 산화막 중에서 하드마스크 측벽의 버퍼 산화막을 제거한 후 후속 질화막 형성 공정을 실시함으로써 버퍼 산화막을 통한 수소(hydrogen)의 침입에 따른 셀(Cell) 전압의 강하를 방지하여 공정수율 및 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a transistor of a semiconductor device, wherein a buffer oxide film is formed by removing a buffer oxide film on a sidewall of a hard mask from a buffer oxide film formed on the entire surface of a gate electrode having a nitride film as a hard mask, and then performing a subsequent nitride film forming process. It is possible to improve the process yield and the reliability of the device by preventing the drop of the cell voltage due to the penetration of hydrogen through.
Description
도 1a 내지 도 1c 는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 형성 공정도.1A to 1C are transistor forming process diagrams of a semiconductor device according to the prior art.
도 2 는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 단면 TEM 사진도.2 is a cross-sectional TEM photograph of a semiconductor device according to the prior art.
도 3a 내지 도 3e 는 본 발명에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 형성 공정도.3A to 3E are transistor forming process diagrams of a semiconductor device according to the present invention.
< 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>
10,40 : 반도체 기판 12 : 폴리 실리콘 패턴 10,40: semiconductor substrate 12: polysilicon pattern
14 : WSi 패턴 16,44 : 하드마스크14:
18,42 : 게이트 전극 20,46 : 버퍼 산화막18,42
22,50 : 질화막 24 : 스페이서22,50
26,52 : 콘택 플러그 48 : 감광막26, 52: contact plug 48: photosensitive film
49 : 감광막 패턴49: photosensitive film pattern
본 발명은 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법에 관한 것으로서, 특히 하드마스크인 질화막을 구비한 게이트 전극의 전표면에 형성한 버퍼 산화막 중에서 하드마스크 측벽의 버퍼 산화막을 제거한 후 후속 질화막 형성 공정을 실시함으로써 버퍼 산화막을 통한 수소(hydrogen)의 침입에 따른 셀(Cell) 전압의 강하를 방지하여 공정수율 및 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a transistor of a semiconductor device. In particular, a buffer oxide film is formed by removing a buffer oxide film on a sidewall of a hard mask from a buffer oxide film formed on the entire surface of a gate electrode having a nitride film as a hard mask, and then performing a subsequent nitride film forming process. The present invention relates to a method for forming a transistor of a semiconductor device capable of improving a process yield and device reliability by preventing a drop in cell voltage due to hydrogen intrusion.
반도체 소자의 크기가 작아짐에 따라 소자의 미세화에 관한 노력과 더불어, 반도체 소자의 특성열화를 방지하려는 노력이 가해지고 있다.As the size of a semiconductor device decreases, efforts have been made to miniaturize the device and to prevent deterioration of characteristics of the semiconductor device.
현재 반도체 소자에서 게이트 산화막, 게이트 도전층 및 하드마스크의 적층구조로 이루어진 게이트 전극의 측벽에 스페이서를 형성하기 위하여 버퍼 산화막과 질화막의 순차 증착 후 엣치 백을 실시한다. 여기서 상기 버퍼 산화막은 반도체 기판과 질화막의 열팽창계수 차이에 의한 전이(dislocation) 등을 방지하기 위하여, 상기 구조와 질화막 사이에 증착한다.In order to form spacers on sidewalls of a gate electrode having a stacked structure of a gate oxide film, a gate conductive layer, and a hard mask in a semiconductor device, an etching back is performed after sequentially depositing a buffer oxide film and a nitride film. Here, the buffer oxide film is deposited between the structure and the nitride film in order to prevent dislocation due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor substrate and the nitride film.
도 1a 내지 도 1c 는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 형성 공정도이다.1A to 1C are flowcharts of transistor formation of a semiconductor device according to the prior art.
도 1a 를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 게이트 산화막(도시안됨), 폴리 실리콘 패턴(12) 및 WSi 패턴(14)의 적층구조로 이루어진 게이트 전극(18) 위에 질화막으로 하드마스크(16)를 형성한다.Referring to FIG. 1A, a
그다음, 상기 구조의 전표면에 버퍼 산화막(20)을 증착한다.Then, a
도 1b 를 참조하면, 상기 구조의 전표면에 스페이서용 질화막(22)을 증착한 다. Referring to FIG. 1B, a
도 1c 를 참조하면, 상기 구조에 전면식각 공정을 수행하여 반도체 기판(10)을 노출시켜 스페이서(24)를 형성한다.Referring to FIG. 1C, a
그다음, 상기 구조의 전표면에 층간절연막(도시안됨)을 증착한다. Then, an interlayer insulating film (not shown) is deposited on the entire surface of the structure.
그후, 콘택 마스크(도시안됨)를 이용한 사진식각 공정으로 콘택 홀 영역으로 예정된 부분의 상기 층간절연막을 식각하여 콘택 홀(도시안됨)을 형성한다.Thereafter, a contact hole (not shown) is formed by etching the interlayer insulating film in a portion intended for the contact hole region by a photolithography process using a contact mask (not shown).
이후, 상기 구조의 전표면에 상기 콘택 홀을 매립하는 콘택 플러그용 도전체(도시안됨)를 증착한다. 그리고, 평탄화 공정으로 하드마스크(16)를 노출시켜 콘택 플러그(26)를 분리한 후 후속공정을 진행한다.Thereafter, a contact plug conductor (not shown) is deposited on the entire surface of the structure to fill the contact hole. In addition, the
이때, 하드마스크(26) 측벽의 버퍼 산화막(20)에 후속공정에 의한 상부구조물로부터의 수소(hydrogen)가 침입하여 소자의 특성을 열화시킨다. 특히 WSi 패턴(14)과 폴리 실리콘 패턴(12)으로의 수소의 침입은 소자의 셀(Cell) 전압을 100 ~ 500 mV 강하시켜 소자의 신뢰성을 저하시킨다.At this time, hydrogen from the upper structure in a subsequent process penetrates into the
도 2 는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 단면 TEM 사진도이다.2 is a cross-sectional TEM photograph of a semiconductor device according to the prior art.
도 2 를 참조하면, 원형 점선 부분에서 수소의 침투가 발생되어 하측으로 진행함을 볼 수 있다.Referring to Figure 2, it can be seen that the penetration of hydrogen occurs in the circular dotted line portion proceeds to the lower side.
이를 방지하기 위하여 콘택 플러그의 분리 후 버퍼 산화막에 이온을 주입하여 클러스터(cluster)를 형성하는 방법과, 콘택 플러그의 분리 후 게이트 전극의 상부를 질화막으로 실링(sealing)하는 방법이 있다.In order to prevent this, there are a method of forming a cluster by injecting ions into the buffer oxide film after separation of the contact plug, and a method of sealing an upper portion of the gate electrode with a nitride film after separation of the contact plug.
그러나, 전자는 이온주입 공정의 추가와 리프레쉬 특성의 열화라는 문제점이 발생하고, 후자는 실제 패터닝을 포함한 주변기술의 난이도가 높아 100nm급 소자에서는 적용하지 못하는 문제점이 있다.However, the former suffers from the addition of an ion implantation process and deterioration of the refresh characteristics, and the latter has a problem of being difficult to apply to a 100 nm device because of the difficulty of peripheral technologies including actual patterning.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 하드마스크인 질화막을 구비한 게이트 전극의 전표면에 형성한 버퍼 산화막 중에서 하드마스크 측벽의 버퍼 산화막을 제거한 후 후속 질화막 형성 공정을 실시함으로써 버퍼 산화막을 통한 수소(hydrogen)의 침입에 따른 셀(Cell) 전압의 강하를 방지하여 공정수율 및 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to remove the buffer oxide film on the sidewall of the hard mask from the buffer oxide film formed on the entire surface of the gate electrode having the nitride film as a hard mask, and then perform a subsequent nitride film forming process. The present invention provides a method of forming a transistor of a semiconductor device capable of preventing a drop in cell voltage due to intrusion of hydrogen through a buffer oxide film, thereby improving process yield and device reliability.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법의 특징은, The present invention is to achieve the above object, the characteristics of the transistor forming method of a semiconductor device according to the present invention,
반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법에 있어서,In the transistor formation method of a semiconductor element,
반도체 기판 상에 하드마스크를 구비한 게이트 전극을 형성하는 공정과,Forming a gate electrode having a hard mask on the semiconductor substrate;
상기 구조의 전표면에 버퍼 산화막을 증착하는 공정과,Depositing a buffer oxide film on the entire surface of the structure;
상기 구조의 전표면에 감광막을 형성하는 공정과,Forming a photosensitive film on the entire surface of the structure;
상기 감광막을 소정 두께 제거하되, 상기 게이트 전극과 상기 하드마스크의 계면 상측의 일정 높이까지 제거하는 공정과,Removing the photoresist by a predetermined thickness, and removing the photoresist to a predetermined height above an interface between the gate electrode and the hard mask;
상기 버퍼 산화막을 제거하는 공정과,Removing the buffer oxide film;
상기 구조의 전표면에 질화막을 증착하는 공정을 구비함에 있다. And depositing a nitride film on the entire surface of the structure.
또한 본 발명의 다른 특징은, 상기 게이트 전극과 하드마스크의 계면 상측의 일정 높이는 상기 계면으로부터 100 Å 이상 인 것과, 상기 감광막을 제거하는 공정은 O2 플라즈마 방식 및 부분노광에 의한 습식세정 방식중 어느 하나의 방식으로 실시하는 것과, 상기 버퍼 산화막을 제거하는 공정은 플라즈마 방식 및 습식세정 방식 중 어느 하나의 방식으로 실시하는 것과, 상기 습식세정 방식은 BOE 또는 HF 중 어느 하나를 사용하여 실시하는 것을 특징으로 한다.In addition, another feature of the present invention, the predetermined height above the interface between the gate electrode and the hard mask is 100 kPa or more from the interface, the step of removing the photosensitive film is any one of the O2 plasma method and the wet cleaning method by partial exposure. And the step of removing the buffer oxide film may be performed by any one of a plasma method and a wet cleaning method, and the wet cleaning method may be performed using either BOE or HF. do.
이하 본 발명에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming a transistor of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3e 는 본 발명에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 형성 공정도이다.3A to 3E are flowcharts of transistor formation of a semiconductor device according to the present invention.
도 3a 를 참조하면, 반도체 기판(40) 상에 하드마스크(44)를 구비한 게이트 전극(42)을 형성한다. Referring to FIG. 3A, a
그다음, 상기 구조의 전표면에 버퍼 산화막(46)을 증착한다.A
그후, 상기 구조의 전표면에 감광막(48)을 형성한다.Thereafter, a
도 3b 를 참조하면, 게이트 전극(42)과 하드마스크(44)간 계면 상측의 일정 높이까지 감광막(48)을 제거한다. 여기서, 상기 일정 높이는 100 Å 이상인 것이 바람직하다. 또한, 감광막(48)을 제거하는 공정은 O2 플라즈마 방식 및 부분노광에 의한 습식세정 방식중 어느 하나의 방식으로 실시하는 것이 바람직하다. 이러써, 게이트 전극(42) 사이에 잔류 감광막 패턴(49)이 발생한다.Referring to FIG. 3B, the
도 3c 를 참조하면, 버퍼 산화막(46)의 노출된 부분을 제거한다. 여기서, 버 퍼 산화막(46)의 노출된 부분을 제거하는 공정은 플라즈마 방식 및 습식세정 방식 중 어느 하나의 방식으로 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 습식세정 방식의 사용시 BOE 또는 HF 중 어느 하나를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3C, the exposed portion of the
도 3d 를 참조하면, 잔류 감광막 패턴(49)을 제거하고 상기 구조의 전표면에 질화막(50)을 증착한다. 이로써, 하드마스크 측벽에 버퍼 산화막이 없으므로, 상부구조로 부터의 수소 침투를 억제할 수 있다.Referring to FIG. 3D, the
도 3e 를 참조하면, 상기 구조의 전표면에 층간절연막(도시안됨)을 증착한다. Referring to FIG. 3E, an interlayer insulating film (not shown) is deposited on the entire surface of the structure.
그다음, 콘택 마스크(도시안됨)를 이용한 사진식각 공정으로 콘택 홀 영역으로 예정된 부분의 상기 버퍼 산화막(46), 질화막(50) 및 층간절연막을 식각하여 콘택 홀(도시안됨)을 형성한다.Next, a contact hole (not shown) is formed by etching the
그후, 상기 구조의 전표면에 상기 콘택 홀을 매립하는 콘택 플러그용 도전체(도시안됨)를 증착한다. 그리고, 평탄화 공정으로 하드마스크(44)를 노출시켜 콘택 플러그(52)를 분리한 후 후속공정을 진행한다.Then, a contact plug conductor (not shown) is deposited on the entire surface of the structure. In addition, the
본 발명에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법은, 하드마스크(44) 측벽에 질화막(50)을 형성하여 후속공정의 상부구조로부터의 수소의 침투를 방지하여 종래 기술에서 발생할 수 있는 셀 전압 강하를 방지할 수 있고, 게이트 전극 상부 사이의 공간이 증가하여 ?? 필(gap fill)이 향상된다.In the method for forming a transistor of a semiconductor device according to the present invention, the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법은, 하드마스크인 질화막을 구비한 게이트 전극의 전표면에 형성한 버퍼 산화막 중에서 하드마스크 측벽의 버퍼 산화막을 제거한 후 후속 질화막 형성 공정을 실시함으로써 버퍼 산화막을 통한 수소(hydrogen)의 침입에 따른 셀(Cell) 전압의 강하를 방지하여 공정수율 및 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the method for forming a transistor of a semiconductor device according to the present invention comprises removing the buffer oxide film on the sidewall of the hard mask from the buffer oxide film formed on the entire surface of the gate electrode having the nitride film as the hard mask, and then performing the subsequent nitride film forming process. By doing so, it is possible to prevent the drop of the cell voltage due to the intrusion of hydrogen through the buffer oxide layer, thereby improving the process yield and the reliability of the device.
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