KR100643484B1 - 반도체소자의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체소자의 제조방법을 개시한다. 이에 의하면, 건식식각장치에서 CHF3 가스를 주 공정가스로 사용하고 O2 가스를 첨가가스로 사용하여 BPSG막의 일부분에 깊이 차이가 심한 딥 콘택홀을 형성한다. 여기서, RF 파워를 800∼1200W의 범위에서, 압력을 50∼150mTorr의 범위에서, 자장을 40∼80 Gauss의 범위에서, CHF3 가스를 80∼150SCCM의 범위에서, O2 가스를 5∼15 SCCM의 범위에서 결정한다.
따라서 본 발명은 마이크로 로딩효과를 최소화하고 딥 콘택홀의 양호한 식각프로파일을 확보할 수 있고, 딥 콘택홀 저면 상의 폴리머를 상당히 많이 제거하여 식각정지현상을 최소화할 수 있다.

Description

반도체소자의 제조방법{method for manufacturing semiconductor devices}
도 1은 일반적인 반도체소자에 적용된 딥 콘택홀을 나타낸 단면도.
도 2는 종래 기술에 의해 딥 콘택홀에 폴리머가 다량 발생된 상태를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 반도체소자의 제조방법을 나타낸 플로우차트.
도 4는 본 발명에 의한 반도체소자의 제조방법에 의해 딥 콘택홀에 폴리머가 상당히 많이 제거된 상태를 나타낸 단면도.
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리머로 인한 식각정지현상을 방지하면서도 양호한 프로파일의 딥(deep) 콘택홀을 형성하도록 한 반도체소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체소자의 고집적화 추세에 맞추어 반도체소자의 사이즈 축소가 지속적으로 진행되면서 금속배선을 포함한 각종 패턴의 사이즈가 최소화되어 왔다. 이에 따라 고집적 반도체소자의 콘택홀 형성을 위한 사진공정에서 얼라인먼트 및 오버랩의 마진이 상당히 취약해지기 쉬우므로 이를 극복하기 위해 고집적 반도체소자의 제조에 미세 콘택홀의 형성공정이 적용되고 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(10)의 P+(또는 N+) 확산영역(11)과 비트라인(도시 안됨)과의 콘택을 위한 딥 콘택홀(15)이 평탄화막인 BPSG막(17)의 일부 영역에 형성되고, 또한 게이트전극과 비트라인과의 콘택을 위한 콘택홀(16)이 BPSG막(17)의 다른 일부 영역에 형성된다. 한편, 게이트전극은 폴리실리콘막(13) 단독으로 구성될 수 있고 필요한 경우에는 도면에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘막(13)과 그 위의 실리사이드막으로 구성되는 것도 가능하다. 여기서, 딥 콘택홀(15)의 깊이가 2.0μm의 수준이고, 콘택홀(16)의 깊이가 1.0μm의 수준일 정도로 이들 콘택홀들 사이의 깊이 차이가 상당히 심하므로 이들 콘택홀들을 동시에 양호하게 형성하기 위해서는 고선택비의 건식식각공정이 필수적이다. 그런데, 예를 들어 AMT사의 건식식각장치(모델명: P-5000E)를 이용한 딥 콘택홀 형성공정을 효과적으로 진행하기 위해서는 BPSG(boro-phospho silicate glass) 막을 기준으로 식각율이 7000Å/분 이상이고, 폴리실리콘막과의 식각선택비가 20:1 이상의 수준이고, 식각프로파일이 88°이상의 각도를 가지고, 마이크로 로딩효과가 최소화하여야 하는 등 기본적인 공정능력이 필요하다. 여기서 식각율이나 식각선택비 등은 건식식각장치의 공정조건 상의 RF 파워나 압력 등을 변경함으로써 달성 가능할 수도 있다.
그러나, 종래의 건식식각장치를 이용한 딥 콘택홀 형성공정의 경우, 5000Å의 식각율이고, 폴리실리콘막과의 식각선택비가 12:1∼15:1 수준이기 때문에 도 1의 콘택홀들(15),(16)의 깊이 차이를 극복하기가 쉽지 않다. 또한 CF4/CHF3/Ar가스를 사용하기 때문에 RIE-lag 현상에 대해 매우 취약하여서 딥 콘택홀(15)의 형성을 위한 식각공정의 마진이 부족해진다. 이러한 공정능력의 부족현상은 기본적으로 건식식각장치 자체의 설비능력에 영향을 많이 받으며 또한 공정조건의 차이에 의해서도 많이 발생한다. 현재의 건식식각공정이 RIE-lag 현상에 취약한 이유는 반송가스로서 Ar가스를 사용하므로 Ar가스에 의하여 마이크로 로딩(micro loading) 효과가 많이 발생하는 측면으로 분석할 수 있다. 또한 감광막(19)의 패턴을 마스크로 이용하여 BPSG막(17)의 일부분을 건식식각함으로써 딥 콘택홀(15)을 형성하는 동안에 도 2에 도시된 바와 같이, 콘택홀(15)의 일정한 깊이(D1) 이하에서 측면 및 저면에 다량 발생되는 부산물, 예를 들어 폴리머(polymer)(21),(23)중에서 저면 상의 폴리머(23)를 효과적으로 제거하지 못하고, 심한 경우에는 저면 상의 폴리머(23)로 인하여 식각정지현상이 발생하는 측면으로 분석할 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 식각정지현상을 방지하면서도 딥 콘택홀의 양호한 프로파일을 얻도록 한 반도체소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 마이크로로딩현상을 최소화하여 공정신뢰성을 향상하도록 한 반도체소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체소자의 제조방법은,
실리콘기판 상에 평탄화막을 형성하는 단계; 상기 평탄화막 상에 딥 콘택홀을 형성하기 위한 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 딥 콘택홀을 형성함과 동시에 딥 콘택홀 내부에 형성되는 폴리머를 제거하기 위하여, CHF3 가스를 주 공정가스로 사용하고 O2 가스를 첨가가스로 사용하여 상기 평탄화막의 일부분을 건식식각하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 건식식각시 RF 파워는 800∼1200W의 범위에서, 압력은 50∼150mTorr의 범위에서, 자장은 40∼80 Gauss의 범위에서, CHF3 가스는 80∼150SCCM의 범위에서, O2 가스는 5∼15 SCCM의 범위에서 결정할 수 있다.
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따라서 본 발명은 주 공정가스로서 CHF3 가스를 사용하고 첨가가스로서 O2 가스를 사용함으로써 딥 콘택홀의 양호한 식각프로파일을 유지하고 아울러 딥 콘택홀의 저면 상의 반응부산물인 폴리머를 상당히 많이 제거하여 식각정지현상을 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 반도체소자의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 종래의 부분과 동일 구조 및 동일 작용의 부분에 는 동일 부호를 부여한다.
도 3은 본 발명에 의한 반도체소자의 제조방법을 나타낸 플로우차트이고, 도 4는 본 발명에 의한 반도체소자의 제조방법을 적용하여 딥 콘택홀의 저면에 폴리머를 제거한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 반도체소자의 제조방법은 단계(S1)에서 반도체기판 상에 평탄화막을 형성하고, 단계(S3)에서 평탄화막 상에 감광막의 패턴을 형성하고, 단계(S5)에서 CHF3 가스/O2 가스를 사용하여 딥 콘택홀을 형성한다. 이를 도 1과 도 4를 참조하여 더욱 상세히 언급하면, 먼저, 단계(S1)에서는 먼저, 실리콘기판(10)의 액티브영역을 전기적으로 분리하기 위해 실리콘기판(10)의 필드영역에 LOCOS(local oxidation of silicon)공정 또는 STI(shallow trench isolation) 공정과 같은 아이솔레이션공정에 의해 아이솔레이션층(도시 안됨)을 형성한다. 그런 다음, 실리콘기판(10)의 액티브영역 상에 게이트산화막을 열성장법에 의해 정해진 두께만큼 성장시킨다. 이어서 게이트산화막 상에 통상적인 화학기상증착법에 의해 게이트전극의 도전층을 적층한다. 즉, 게이트전극의 하층으로서 폴리실리콘막(13)을 1500∼2500Å의 두께로 적층한다. 필요한 경우, 도면에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘막(13) 상에 실리사이드막, 예를 들어 텅스텐실리사이드막을 1200∼2000Å의 두께로 적층하는 것도 가능한데 이는 게이트전극의 패턴을 위한 사진공정에서의 난반사를 방지하기 위해 실리사이드막 상에 비반사막(도시 안됨)을 적층하는 것도 가능하다. 비반사막은 플라즈마 강화 화학기상증착법에 의해 1000Å의 두께로 적층된 하층의 산화막과, 통상적인 화학기상증착법에 의해 적층된 상층의 질화산화막으로 구성되는 것이 일반적이다.
이후 상기 막 상에 게이트전극의 패턴을 위한 감광막(도시 안됨)의 패턴을 형성하고 이를 식각마스크로 이용하여 실리사이드막 및 폴리실리콘막(13)을 그 아래의 게이트산화막이 노출될 때까지 건식식각한다. 마지막으로 감광막의 패턴을 스트립공정으로 제거하여 게이트전극의 패턴을 형성한다. 이어서 게이트전극의 좌, 우 양측벽에 절연막, 예를 들어 산화막의 스페이서를 형성하고 실리콘기판(10)의 소스/드레인영역을 위한 P+(또는 N+) 확산영역(11)을 형성한다.
그런 다음, 상기 결과 구조 상에 평탄화막으로서 산화막, 예를 들어 BPSG막(17)을 두껍게 적층하고 이를 화학기계연막공정으로 처리하여 BPSG막(17)의 표면을 평탄화한다.
단계(S3)에서는 BPSG막(17)의 평탄화가 이루어지고 나면, 사진공정을 이용하여 BPSG막(17) 상에 확산영역(11)과 비트라인(도시 안됨)과의 콘택을 위한 부분 및 게이트전극의 다결정실리콘막(13)과 비트라인과의 콘택을 위한 부분을 각각 노출하고 나머지 부분을 덮는 감광막(19)의 패턴을 형성한다.
단계(S5)에서는 종래와 마찬가지로 AMT사의 건식식각장치(모델명: P-5000E)를 이용하되 공정가스를 바꾼 조건에서 감광막(19)의 패턴을 마스크로 이용하여 BPSG막(17)을 건식식각하여 딥 콘택홀(15)과 콘택홀(16)을 함께 형성한다. 여기서, 딥 콘택홀(15)의 깊이가 2.0μm의 수준이고, 콘택홀(16)의 깊이가 1.0μm의 수준일 정도로 이들 콘택홀들 사이의 깊이 차이가 상당히 심하므로 이들 콘택홀들을 동시 에 양호하게 형성하기 위해서는 고선택비의 건식식각공정이 필수적이다.
이를 좀 더 상세히 언급하면, CF4/CHF3/Ar가스를 사용하여 딥 콘택홀(15)을 형성할 때 마이크로로딩현상이 많이 발생하고 아울러 콘택홀(15)의 일정한 깊이(D1) 이하에서 측면 및 저면에 다량 발생되는 부산물, 예를 들어 폴리머(polymer)(21),(23)중에서 저면 상의 폴리머(23)를 효과적으로 제거하지 못하여서 폴리머(23)로 인한 식각정지현상을 다발하는 종래와는 달리 본 발명은 CHF3 가스를 주 공정가스로 사용하고 O2 가스를 첨가가스로 사용하여 딥 콘택홀(15)을 형성한다. 여기서, BPSG막을 기준으로 식각율이 7000Å/분 이상이고, 폴리실리콘막과의 식각선택비가 20:1 이상의 수준이고, 식각프로파일이 88°이상이고, 마이크로 로딩효과가 최소화하는 등 기본적인 공정능력을 확보하기 위해 RF 파워를 800∼1200W의 범위에서, 압력을 50∼150mTorr의 범위에서, 자장을 40∼80 Gauss의 범위에서, CHF3 가스를 80∼150SCCM의 범위에서, O2 가스를 5∼15 SCCM의 범위에서 결정하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명은 마이크로로딩효과를 개선하고 또한 딥 콘택홀(15)의 양호한 식각프로파일을 유지할 수 있으며 도 4에 도시된 바와 같이, 딥 콘택홀(15)의 저면 상의 반응부산물인 폴리머(23)를 상당히 많이 제거하여 식각정지현상을 최소화할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체소자의 제조방법에서는 건식식각장치에서 CHF3 가스를 주 공정가스로 사용하고 O2 가스를 첨가가스로 사용하여 BPSG막의 일부분에 깊이 차이가 심한 딥 콘택홀을 형성한다. 여기서, RF 파워를 800∼1200W의 범위에서, 압력을 50∼150mTorr의 범위에서, 자장을 40∼80 Gauss의 범위에서, CHF3 가스를 80∼150SCCM의 범위에서, O2 가스를 5∼15 SCCM의 범위에서 결정한다.
따라서 본 발명은 마이크로 로딩효과를 최소화하고 딥 콘택홀의 양호한 식각프로파일을 확보할 수 있고, 딥 콘택홀 저면 상의 폴리머를 상당히 많이 제거하여 식각정지현상을 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

Claims (3)

  1. (정정) 실리콘기판 상에 평탄화막을 형성하는 단계;
    상기 평탄화막 상에 딥 콘택홀을 형성하기 위한 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 딥 콘택홀을 형성함과 동시에 딥 콘택홀 내부에 형성되는 폴리머를 제거하기 위하여, CHF3 가스를 주 공정가스로 사용하고 O2 가스를 첨가가스로 사용하여 상기 평탄화막의 일부분을 건식식각하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.
  2. (삭제)
  3. (정정) 제 1 항에 있어서, 상기 건식식각시 RF 파워는 800∼1200W의 범위에서, 압력은 50∼150mTorr의 범위에서, 자장은 40∼80 Gauss의 범위에서, CHF3 가스는 80∼150SCCM의 범위로 하고 O2 가스는 5∼15 SCCM의 범위로 유지함을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.
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