KR100653983B1 - Method for forming the storage node contact - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 기판의 콘택 형성 공정 중 비트 라인 사이에 인위적 보이드를 형성시키는 스토리지 노드 콘택 형성 방법에 관한 것으로, 도체 층간 절연물로 사용하고 있는 산화물 중 층 덮힘성이 좋지 않은 절연보호막을 이용하여 콘택 형성 부위에 선택적으로 보이드를 형성하여 하드마스크질화막의 손상을 작게 할수 있으며 플러그폴리와 비트라인 간의 쇼트가 발생하는 것을 방지하도록 할 수 있는 것을 특징으로 하여 반도체 소자의 특성, 신뢰성 및 수율을 향상시키고 그에 따른 반도체 소자의 고집적화를 가능하게 하는 기술로 매우 유용하고 효과적인 장점을 지닌 발명에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a storage node contact forming method for forming artificial voids between bit lines during a contact formation process of a semiconductor substrate. The present invention provides a method for forming a contact using an insulating protective film having poor layer covering properties among oxides used as an interlayer insulator. By selectively forming voids at the site, damage to the hard mask nitride film can be reduced, and a short circuit between the plug poly and the bit line can be prevented, thereby improving the characteristics, reliability and yield of the semiconductor device. The present invention relates to an invention having a very useful and effective advantage as a technology enabling high integration of semiconductor devices.

콘택, 스토리지노드, 보이드Contacts, storage nodes, voids

Description

스토리지 노드 콘택 형성 방법 {Method for forming the storage node contact} Method for forming the storage node contact}             

도1은 종래의 스토리지 노드 콘택 형성을 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a conventional storage node contact formation.

도2a 내지 도2f는 본 발명의 스토리지 노드 콘택 형성방법을 단계적으로 나타낸 단면도이다.
2A through 2F are cross-sectional views illustrating a method of forming a storage node contact according to the present invention.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawings-

1 : 반도체 기판 2 : 게이트 산화막1 semiconductor substrate 2 gate oxide film

3 : 도전막 5 : 측벽 스페이서 3: conductive film 5: sidewall spacer

7 : 하드마스크층 9 : 감광막 7: hard mask layer 9: photosensitive film

10 : 콘택 100 : 반도체 기판 10 contact 100 semiconductor substrate

105 : 층간 절연막 109 : 도전막 105: interlayer insulating film 109: conductive film

112 : 하드마스크층 115 : 제1질화막 112: hard mask layer 115: first nitride film

115' : 질화막 스페이서 120 : 플러그폴리 115 ': nitride film spacer 120: plug poly

125 : 보이드 130 : 절연보호막(층덮힘이 나쁜 산화막) 125: void 130: insulation protective film (oxide film with poor layer covering)

130' : 산화막 스페이서 140 : 제2질화막 130 ': oxide film spacer 140: second nitride film                 

150 : 감광막 160 : 콘택 형성부위
150: photosensitive film 160: contact forming site

본 발명은 스토리지 노드 콘택 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 기판의 콘택 형성 공정 중 소정의 하부 구조를 갖는 반도체 기판 상에 비트라인과 스페이서를 갖는 게이트 사이에 인위적 보이드를 형성시켜 게이트와 콘택 폴리실리콘층에 쇼트가 발생하는 것을 방지하도록 하는 반도체 소자의 스토리지 노드 콘택 형성방법에 관한 것이다. 최근 반도체 장치가 고집적화되어 감에 따라, 디자인 룰(design rule)이 점차 축소되고, 공정의 여유도도 점차로 줄어들고 있다. 특히 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 경우, 기가(Giga) 비트 수준의 제품으로 연구가 진행되어 감에 따라 제조공정에서 설계 룰이나 공정의 여유도가 차지하는 비중이 점차로 증가되고, 결과적으로 소자의 동작 특성에도 영향을 미치고 있다. 특히, DRAM에 사용되는 커패시터는 데이터의 정상적인 입출력이나 리프레시(refresh) 특성의 확보를 위해 제한된 면적에 일정 용량 이상의 커패시턴스(capacitance)를 확보해야만 하므로, 이를 달성하기 위해 커패시터의 스토리지 노드의 구조가 3차원적으로 복잡해지고, 그 높이도 증가되고 있다. 따라서 DRAM의 커패시터에 있어서 설계 룰의 축소나 공정 여유도의 감소는 여느 메모리 장치나 소자 보다도 심각한 제약으로 받아들여지고 있다. The present invention relates to a method for forming a storage node contact, and more particularly, to form an artificial void between a gate having a bit line and a spacer on a semiconductor substrate having a predetermined substructure during a contact forming process of a semiconductor substrate. The present invention relates to a method for forming a storage node contact of a semiconductor device to prevent a short from occurring in the polysilicon layer. In recent years, as semiconductor devices have been highly integrated, design rules are gradually being reduced, and process margins are gradually being reduced. In particular, in the case of DRAM (Dynamic Random Access Memory), as the research proceeds to a gigabit level product, the proportion of design rules or process margins in the manufacturing process gradually increases, and consequently the operation of the device. It also affects characteristics. In particular, capacitors used in DRAM must have a certain amount or more of capacitance in a limited area in order to ensure normal input / output or refresh characteristics of data. It is increasingly complicated, and its height is also increasing. Therefore, the reduction of design rules and the reduction of the process margin in the capacitors of DRAMs are more serious constraints than any memory device or device.                         

상기와 같은 문제를 극복하고 일정 수준 이상의 커패시턴스를 확보하기 위하여 여러 가지 구조의 커패시터가 제안되었는데, 대별하면 트렌치(trench)형, 스택(stack)형, 또는 상기 2가지를 적절히 조합한 조합형으로 분류할 수 있다. Capacitors of various structures have been proposed in order to overcome the above problems and to secure a certain level of capacitance, which can be classified into trench type, stack type, or a combination of the two. Can be.

일반적으로, 스토리지 노드는 데이터를 저장하기 위하여 전하를 저장하는 전극으로서, 통상적으로 소정의 공정을 거쳐서 게이트를 형성한 후 절연막을 적층하고, 마스킹식각으로 하부와 연결되는 콘택홀을 형성하고, 그 콘택홀 내에 실리콘을 적층하여 CMP연마 공정을 평탄화하여서 형성하게 된다. In general, a storage node is an electrode for storing charge in order to store data. Typically, the storage node forms a gate through a predetermined process and then stacks insulating layers, forms a contact hole connected to the lower part by masking etching, and forms the contact. Silicon is laminated in the hole to form a CMP polishing process.

도1은 종래의 홀 형태의 스토리지 노드 콘택 형성을 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a conventional hole-type storage node contact formation.

도1에 도시된 바와 같이, 소정의 하부 구조를 갖는 반도체 기판(1)상에 게이트 산화막(2)와 도전막(3)을 적층한 마스크 패턴을 형성한 후 마스크 패턴 측벽에 스페이서(5)를 형성하여 비트라인(A)를 형성한다. As shown in FIG. 1, after forming a mask pattern in which a gate oxide film 2 and a conductive film 3 are stacked on a semiconductor substrate 1 having a predetermined substructure, spacers 5 are formed on sidewalls of the mask pattern. To form a bit line (A).

그리고, 상기 결과물 상에 하드마스크층(7)과 감광막(9)를 적층하여서 마스킹 식각으로 비트라인(A) 사이의 반도체 기판(1)에 콘택홀(10)을 형성한 후 감광막(9)을 제거한다.Then, the hard mask layer 7 and the photoresist layer 9 are stacked on the resultant to form a contact hole 10 in the semiconductor substrate 1 between the bit lines A by masking etching, and then the photoresist layer 9 is formed. Remove

그런데, 상기한 종래의 스토리지 노드 콘택 형성방법은, 도1에서 "B"로 표시된 바와 같이, 비트라인(A)의 도전막(3)인 텅스텐실리사이드층이 식각으로 인하여 노출되면서 후속 공정에서 콘택홀 내에 폴리실리콘층을 적층하면서 쇼트가 발생하는 문제점을 가지고 있다.
However, according to the conventional method of forming a storage node contact, as shown by "B" in FIG. 1, a contact hole is formed in a subsequent process while the tungsten silicide layer, which is the conductive film 3 of the bit line A, is exposed by etching. It has a problem that a short occurs while laminating a polysilicon layer in it.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 소정의 하부 구조를 갖는 반도체 기판 상에 도전막과 스페이서를 갖는 비트라인를 형성한 후, 층덮힘성이 나쁜 절연보호막을 도포하여 게이트 사이에 인위적인 보이드를 형성하고, 상기 결과물을 마스킹 식각하여 질화막 스페이서 외곽 및 바닥에 산화막 스페이서가 형성되게 하므로써 스토리지 노드 식각시 보이드까지 식각하여도 하드마스크층 어택(attack)이 없으며, 플러그 상부 소량의 산화막을 식각 할 시에도 식각량이 소량이기 때문에, 하드마스크층의 손실을 작게 할수 있으며 스토리지 노드와 비트라인 간의 쇼트가 발생하는 것을 방지하도록 하는 것이 목적이다.
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to form a bit line having a conductive film and a spacer on a semiconductor substrate having a predetermined substructure, and then apply an insulating protective film having poor layer covering properties. By forming an artificial void between gates and masking and etching the resultant to form an oxide spacer on the outside and bottom of the nitride spacer, there is no hard mask layer attack even when etching to the void during storage node etching, Even when the oxide film is etched, the etching amount is small, so that the loss of the hard mask layer can be reduced and the short circuit between the storage node and the bit line is prevented.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소정의 하부 구조를 갖는 반도체 기판 상에 층간절연막을 증착하고 마스킹 식각을 실시하여 플러그폴리를 형성하는 단계와, 상기 결과물 상에 게이트를 형성하는 단계와, 상기 결과물 상에 층덮힘성이 나쁜 절연보호막을 증착하여 보이드를 형성하는 단계와, 상기 결과물 상에 콘택 형성부위를 보호하는 감광막을 증착하여 스토리지 노드 콘택 형성을 위한 마스킹 식각을 진행하는 단계와, 상기 결과물 상에 스토리지 노드 콘택이 형성되지 않는 부위에 매립성이 좋은 산화막을 증착하여 스토리지 노드 콘택이 형성되는 부위간에 절연공정을 실시하는 단계와, 상기 결과물을 CMP공정으로 평탄화를 실시한 후 제2질화막을 증착하는 단계와, 상기 결과물 상에 감광막을 증착하여 스토리지 노드 콘 택 형성을 위한 마스킹 식각을 진행하여 플러그폴리와 연결되는 스토리지 노드 콘택을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스토리지 노드 콘택 형성방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of depositing an interlayer insulating film on a semiconductor substrate having a predetermined substructure and performing masking etching to form a plug poly, forming a gate on the resultant, Depositing an insulating protective film having poor layer covering on the resultant to form voids, depositing a photosensitive film protecting a contact forming part on the resultant, and performing masking etching to form a storage node contact; Depositing an oxide film having good buried property in a portion where a storage node contact is not formed in the insulating layer, and performing an insulation process between the portions where the storage node contact is formed, and planarizing the resultant by a CMP process, and then depositing a second nitride layer. And depositing a photoresist film on the resultant to form a storage node contact. Providing a storage node contact forming method comprising the step of forming a storage node contact is connected to the plug poly by the etching etching.

본 발명은 게이트 배선 사이에 매립된 층덮힘성이 나쁜 절연보호막 증착 시 충분히 증착되지 못하여 형성된 보이드를 이용하여 하드마스크층의 손실을 작게 할수 있으며 플러그폴리와 비트라인 간의 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
According to the present invention, the loss of the hard mask layer can be reduced by using voids formed during the deposition of the insulating protective film having poor layer covering properties between the gate lines and preventing short circuit between the plug poly and the bit line. .

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 대해 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도2a에 도시된 바와 같이, 워드라인 등의 소정의 하부 구조를 갖는 반도체 기판(100) 상에 층간절연막(102)을 증착한다. 감광막(도시 생략)을 이용한 마스킹 식각을 실시하여 상기 층간절연막(102) 상에 콘택홀을 형성하고 이러한 콘택홀 내에 매립되도록 플러그폴리(120)를 형성한다. As shown in Fig. 2A, an interlayer insulating film 102 is deposited on a semiconductor substrate 100 having a predetermined substructure such as a word line. Masking etching using a photosensitive film (not shown) is performed to form a contact hole on the interlayer insulating film 102 and to form a plug poly 120 to be filled in the contact hole.

그리고, 상기 결과물 상에 게이트산화막(105), 도전막(109) 및 하드마스크층(112)을 순차 적층하고 패터닝하여 마스크 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 마스크 패턴이 형성된 결과물 상에 제 1 질화막(115)을 증착한다. 이 때, 상기 제 1 질화막(115)으로는 LP 질화막(저압화학기상증착법(LPCVD)을 통해 증착되는 질화막)을 적용할 수 있다. The gate oxide layer 105, the conductive layer 109, and the hard mask layer 112 are sequentially stacked and patterned on the resultant to form a mask pattern. Subsequently, the first nitride film 115 is deposited on the resultant product on which the mask pattern is formed. In this case, an LP nitride film (a nitride film deposited through low pressure chemical vapor deposition (LPCVD)) may be used as the first nitride film 115.

또한, 상기 제 1 질화막(115)은 100-400Å의 두께로 증착할 수 있다. In addition, the first nitride film 115 may be deposited to a thickness of 100-400 kPa.

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 상에 감광막(도시 생략)을 증착하여 플러그폴리(120)까지 마스킹 식각한다. 이에 따라, 상기 제 1 질화막(115)이 식각되어 질화막 스페이서(115')가 형성되며, 이상의 공정에 따라 비트라인(A)이 형성된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 2B, a photoresist film (not shown) is deposited on the resultant to mask the etching up to the plug poly 120. As a result, the first nitride film 115 is etched to form the nitride film spacer 115 ′, and the bit line A is formed by the above process.

이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 상에 층덮힘성이 나쁜 절연보호막(130), 예를 들어, PE-TEOS막을 도포한다. 그 결과, 인위적인 보이드(125)가 형성되며, 이와 함께, 상기 절연보호막의 일부가 상기 질화막 스페이서(115') 측벽 상에도 형성되어 산화막 스페이서(135)가 형성된다.Thereafter, as shown in FIG. 2C, an insulating protective film 130 having a poor layer covering property, for example, a PE-TEOS film is coated on the resultant. As a result, an artificial void 125 is formed, and a part of the insulating protective film is also formed on the sidewall of the nitride spacer 115 'to form the oxide spacer 135.

이어서, 상기 보이드(125)의 측벽 및 하부에 잔류하는 산화막 스페이서(135)의 일부를 HF계열의 화학 용액을 사용하여 제거함으로서 상기 보이드(125)를 더욱 크게 형성한다 Subsequently, a portion of the oxide film spacer 135 remaining on the sidewalls and the bottom of the void 125 is removed by using a HF-based chemical solution to form the void 125 larger.

그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 보이드(125)가 형성된 결과물을 CMP공정으로 평탄화하여 제2질화막(140)을 증착한다.As shown in FIG. 2D, the resultant in which the voids 125 are formed is planarized by a CMP process to deposit a second nitride layer 140.

이때, 상기 제2질화막(140)은 1 내지 1000Å의 두께로 형성할 수 있다.In this case, the second nitride film 140 may be formed to a thickness of 1 to 1000Å.

이후, 도 2e에 도시한 바와 같이, 감광막에 대한 노광 및 현상 공정을 진행하여 상기 결과물 상에 스토리지 노드 콘택이 형성될 부위(160)를 정의하는 감광막 패턴을 형성한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 2E, an exposure and development process of the photoresist layer is performed to form a photoresist pattern defining a portion 160 on which the storage node contact is to be formed.

마지막으로, 도 2f에 도시한 바와 같이 상기 콘택이 형성될 부위(160)를 정의하는 감광막 패턴을 마스크로, 상기 제 2 질화막(140) 및 그 하부의 절연보호막(130)을 식각한다. 이 때, 상기 산화막 스페이서(135)의 일부도 함께 식각되어 상기 질화막 스페이서(115')의 측벽에만 잔류하게 된다. 또한, 이러한 식각 공정에서, 상기 보이드(125)가 형성되지 않은 질화막 스페이서(115')의 측벽에서도, 상기 절연보호막(130)이 식각되어 산화막 스페이서(135')가 형성된다.
상술한 공정의 결과 스토리지 노드 콘택(180)이 형성된다. Lastly, as shown in FIG. 2F, the second nitride layer 140 and the insulating protective layer 130 below are etched using the photoresist pattern defining the region 160 on which the contact is to be formed as a mask. At this time, a portion of the oxide film spacer 135 is also etched and remains only on the sidewall of the nitride film spacer 115 '. In addition, in the etching process, the insulating protective layer 130 is etched to form the oxide spacer 135 ′ even on the sidewall of the nitride spacer 115 ′ where the void 125 is not formed.
As a result of the above process, the storage node contact 180 is formed.

후속 공정은 공지된 기술을 이용하여 전하저장전극 및 금속배선을 실시하여 반도체 장치를 제조한다.
Subsequent processes perform charge storage electrodes and metallization using known techniques to fabricate semiconductor devices.

따라서, 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 스토리지 노드 콘택 형성방법을 이용하게 되면, 소정의 하부 구조를 갖는 반도체 기판 상에 플러그폴리를 형성한 후, 상기 결과물 상에 비트라인과 스페이서를 갖는 비트라인을 형성하며, 층덮힘성 이 나쁜 절연보호막을 증착하여 비트라인 사이에 인위적인 보이드를 형성하고, 상기 결과물을 마스킹 식각하여 질화막 스페이서 외곽 및 바닥에 산화막 스페이서가 형성되게 하므로써 스토리지 노드 식각시 보이드까지 식각하여도 하드마스크층 어택(attack)이 없으며, 플러그폴리 상부 소량의 산화막을 식각 할 시에도 식각량이 소량이기 때문에, 하드마스크층의 손실을 작게 할수 있으며 스토리지 노드와 비트라인 간의 쇼트가 발생하는 것을 방지하도록 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.Therefore, as described above, when the storage node contact forming method according to the present invention is used, the plug poly is formed on a semiconductor substrate having a predetermined substructure, and then the bit line having bit lines and spacers on the resultant. By forming an insulating void between the bit lines by depositing an insulating protective film having poor layer coverage, and masking and etching the resultant to form an oxide spacer on the outside and the bottom of the nitride spacer. Since there is no hard mask layer attack and the etching amount is small even when etching a small amount of oxide on the top of the plug poly, the loss of the hard mask layer can be reduced and the short between the storage node and the bit line can be prevented. It is a very useful and effective invention.

Claims (4)

소정의 하부 구조를 갖는 반도체 기판 상에 층간절연막을 증착하고 마스킹 식각을 실시하여 플러그폴리를 형성하는 단계와;Depositing an interlayer insulating film on a semiconductor substrate having a predetermined substructure and performing masking etching to form a plug poly; 상기 결과물 상에 게이트산화막, 도전막, 하드마스크층을 순차적으로 적층하여 마스킹식각으로 패터닝 한 후, 양측에 질화막 스페이서를 적층하여 비트라인를 형성하는 단계와;Forming a bit line by sequentially stacking a gate oxide film, a conductive film, and a hard mask layer on the resultant, by masking etching, and stacking nitride film spacers on both sides; 상기 결과물 상에 층덮힘성이 나쁜 절연보호막을 증착하여 비트라인 사이에 보이드를 형성하는 단계와; Depositing an insulating protective film having poor layer covering on the resultant to form voids between the bit lines; 상기 결과물 상에 콘택 형성부위를 보호하는 감광막을 증착하여 스토리지 노드 콘택 형성을 위한 마스킹 식각을 진행하는 단계와;Depositing a photoresist protecting the contact forming portion on the resultant to perform masking etching for forming a storage node contact; 상기 결과물 상에 스토리지 노드 콘택이 형성되지 않는 부위에 매립성이 좋은 산화막을 증착하여 스토리지 노드 콘택이 형성되는 부위간에 절연공정을 실시하는 단계와; Depositing an oxide layer having good buried property on a portion where the storage node contact is not formed on the resultant, and performing an insulation process between the portions where the storage node contact is formed; 상기 결과물을 CMP공정으로 평탄화를 실시한 후 제2질화막을 증착하는 단계와;Depositing a second nitride film after planarizing the resultant by a CMP process; 상기 결과물 상에 감광막을 증착하여 스토리지 노드 콘택 형성을 위한 마스킹 식각을 진행하여 플러그폴리와 연결되는 스토리지 노드 콘택을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스토리지 노드 콘택 형성방법. And depositing a photoresist film on the resultant to perform masking etching to form a storage node contact, thereby forming a storage node contact connected to the plug poly. 제 1항에 있어서, 상기 질화막 스페이서의 두께는 100 내지 400Å인 것을 특징으로 하는 스토리지 노드 콘택 형성방법.The method of claim 1, wherein the nitride spacer has a thickness of about 100 to about 400 microns. 제 1항에 있어서, 상기 층덮힘성이 나쁜 절연보호막은 PE-TEOS막으로 증착하는 것을 특징으로 하는 스토리지 노드 콘택 형성방법.The method of claim 1, wherein the insulating protective layer having poor layer covering is deposited using a PE-TEOS layer. 제 1항에 있어서, 상기 제2질화막 두께는 1 내지 1000Å인 것을 특징으로 하는 스토리지 노드 콘택 형성방법.The method of claim 1, wherein the second nitride layer has a thickness of about 1 to about 1000 microseconds.
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