KR100672161B1 - Method for forming metal line of flash memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 플래쉬 메모리 소자의 메탈 라인 형성 공정 단면도1A to 1F are cross-sectional views of a metal line forming process of a flash memory device according to the related art.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 실시예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 메탈 라인 형성 공정 단면도2A to 2H are cross-sectional views of a metal line forming process of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
20 : 반도체 기판 21 : 층간절연막20
22 : 식각정지 질화막 23 : 트렌치 산화막22 etch
24 : 질화막 하드마스크 25 : 반사방지막24 nitride film
26 : 트렌치 27 : 스페이서26: trench 27: spacer
28 : 콘택홀 29 : 메탈 라인28: contact hole 29: metal line
본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 메탈 라인 형성 방법에 관한 것으로, 특히 공정 스텝 및 공정 시간을 줄이기에 적합한 플래쉬 메모리 소자의 메탈 라인 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a metal line of a flash memory device, and more particularly, to a method for forming a metal line of a flash memory device suitable for reducing process steps and processing time.
70nm 이하의 낸드 플래쉬 메모리 소자에서는 메탈 라인(metal line) 형성을 위한 트렌치 식각시 ArF용 포토레지스트(photoresist)를 마스크로 사용하고 있다. In NAND flash memory devices of 70 nm or less, an ArF photoresist is used as a mask during the trench etching for forming a metal line.
ArF용 포토레지스트는 미세 패터닝은 가능하지만, 그 두께가 얇아 하부의 트렌치 산화막과 식각정지 질화막을 식각하기엔 마진(margin)이 매우 부족하다.The photoresist for ArF can be finely patterned, but its thickness is so thin that the margin for etching the lower trench oxide film and the etch stop nitride film is very insufficient.
이러한 포토레지스트 마진 부족을 보완하기 위하여 하드마스크를 추가로 도입하였다.In order to compensate for the lack of photoresist margin, a hard mask was further introduced.
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 메탈 라인 형성 공정 단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views of a metal line forming process according to the prior art.
우선, 공통 소오스 영역과 드레인 영역 사이에 직렬 연결되는 소오스 선택 트랜지스터(SST), 셀 트랜지스터 및 드레인 선택 트랜지스터(DST)로 구성되는 셀 스트링이 형성된 반도체 기판(10)을 준비한다.First, a
이어, 도 1a에 도시하는 바와 같이 상기 반도체 기판(10)상에 산화막을 증착하여 층간절연막(11)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1A, an oxide film is deposited on the
도면으로 나타내지는 않았지만 상기 층간절연막(11)은 2층의 절연막이 적층된 구조이며, 상기 2층의 절연막 중 하부의 절연막에는 상기 소오스 영역에 연결되는 소오스 플러그를 형성하고, 상기 층간절연막(11)에는 드레인 영역에 연결되는 드레인 콘택을 형성한다.Although not shown in the drawing, the
이어, 상기 층간절연막(11)상에 식각정지 질화막(12)과 트렌치 산화막(13)을 차례로 형성한다.Subsequently, an etch stop nitride film 12 and a
그런 다음, 포토레지스트 마진 부족을 보완하기 위하여 상기 트렌치 산화막(13)상에 텅스텐을 증착하여 텅스텐 하드마스크(14)를 형성한다. Then, tungsten is deposited on the
상기 텅스텐 하드마스크(14)가 불투명하여 후속 포토 공정시 하부에 형성되어 있는 정렬키(alignment key)를 확인할 수 없으므로 상기 하드마스크(14)에 정렬키(미도시)를 형성한다.Since the tungsten
즉, 상기 텅스텐 하드마스크(14)상에 키 오픈 마스크(key open mask)를 형성하고, 상기 키 오픈 마스크를 이용한 식각 공정으로 텅스텐 하드마스크(14)를 식각하여 정렬키를 형성한다. 이어, 상기 키 오픈 마스크를 제거하고 습식 크리닝(wet cleaning) 공정을 실시한다.That is, a key open mask is formed on the tungsten
그런 다음, 노광광에 의한 난반사를 막기 위하여 상기 텅스텐 하드마스크(14)상에 반사방지막(15)을 형성하고, 상기 반사방지막(15)상에 ArF용 포토레지스트(PR)를 도포한 다음, 메탈 라인 트렌치가 정의되도록 노광 및 현상 공정으로 상기 포토레지스트(PR)를 패터닝한다.Then, in order to prevent diffuse reflection by exposure light, an
이어서, 도 1b에 도시하는 바와 같이 상기 패터닝된 포토레지스트(PR)를 마스크로 상기 반사방지막(15)과 텅스텐 하드마스크(14)를 식각하고, 상기 포토레지스트(PR)를 제거한 후, 습식 크리닝(wet cleaning) 공정을 실시한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the
상기 텅스텐 하드마스크(14) 식각 공정은 별도의 금속 식각 장비에서 실시해야 하므로 금속 식각 장비가 추가로 필요하다. 또한, 텅스텐 하드마스크(14)를 식각하기엔 포토레지스트(PR) 마진이 부족하여 공정 안정성이 떨어지는 문제점이 있 다. Since the tungsten
이어, 도 1c에 도시된 바와 같이 상기 패터닝된 텅스텐 하드마스크(14)를 마스크로 상기 트렌치 산화막(13)과 식각정지 질화막(12)을 식각하여 메탈 라인용 트렌치(16)를 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 1C, the
이후 메탈 라인용 텅스텐을 증착하기 전에 실시하는 습식 크리닝(wet cleaning) 공정시 상기 트렌치 산화막(13)이 손상되어 이웃하는 메탈 라인간 브릿지(bridge)가 유발되는 문제를 예방하기 위하여 도 1d에 도시하는 바와 같이 전면에 질화막을 증착하고 에치백(etch-back)하여 상기 트렌치(16) 측면에 스페이서(17)를 형성한다.In order to prevent a problem in which the
그런 다음, 도 1e에 도시된 바와 같이 상기 트렌치(16) 하부의 층간절연막(11)에 반도체 기판(10)의 일부분을 오픈하는 콘택홀(18)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1E, a
상기 콘택홀(18)에 의한 반도체 기판(10) 오픈이 제대로 이루어졌는지를 확인하기 위하여 공정 중에 라인상에서 SEM(Scanning Electron Microscopy) 장치를 이용하여 콘택홀(18)의 임계치수(CD : Critical Dimension)를 측정하는데, 상기 텅스텐 하드마스크(14)의 방해로 임계치수 측정이 불가능하여 콘택홀(18) 오픈 여부 확인이 불가능하다.Critical dimension (CD) of the
이후, 습식 크리닝 공정을 실시하고 도 1f에 도시하는 바와 같이 상기 콘택홀(18) 및 트렌치(16)가 매립되도록 전면에 텅스텐막을 증착한 다음 상기 트렌치 산화막(13)을 타겟으로 상기 텅스텐막과 텅스텐 하드마스크(14)를 평탄 제거하여 메탈 라인(19)을 형성한다.Thereafter, a wet cleaning process is performed and a tungsten film is deposited on the entire surface such that the
이와 같은, 종래 기술의 문제점은 다음과 같다.This problem of the prior art is as follows.
첫째, 텅스텐 하드마스크 식각 공정을 별도의 금속 식각 장비에서 실시해야 하므로 금속 식각 장비를 추가로 도입해야 한다.First, since the tungsten hard mask etching process must be performed in a separate metal etching equipment, additional metal etching equipment should be introduced.
둘째, 텅스텐 하드마스크 식각 공정을 별도의 금속 식각 장비에서 실시해야 하므로 장비간 이동에 따른 공정 지연이 발생된다. Second, since the tungsten hard mask etching process must be performed in a separate metal etching equipment, a process delay occurs due to the movement between the equipment.
셋째, 텅스텐 하드마스크를 식각하기엔 ArF용 포토레지스트의 마진이 부족하여 공정 안정성이 떨어진다.Third, in order to etch the tungsten hard mask, the margin of the photoresist for ArF is insufficient, resulting in poor process stability.
넷째, 불투명한 텅스텐 하드마스크로 인해 하부의 정렬키가 보이지 않아 정렬키를 추가로 형성해야 하므로 공정 스텝이 증가되게 된다. Fourth, because the opaque tungsten hard mask does not see the lower alignment key, the alignment key must be additionally formed, thereby increasing the process step.
다섯째, 텅스텐 하드마스크의 방해로 라인상에서 콘택 오픈 여부 확인이 어려워 공정의 신뢰성이 떨어지게 된다.Fifth, it is difficult to check whether a contact is open on the line due to the interference of the tungsten hard mask, thereby reducing the reliability of the process.
따라서, 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 공정 스텝 및 공정 시간을 줄일 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 메탈 라인 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming a metal line of a flash memory device capable of reducing the process step and the process time, which is devised to solve the above-described problems of the prior art.
본 발명의 다른 목적은 하드마스크 식각을 위하여 별도의 장비를 필요로 하지 않으며 장비간 이동에 따른 공정 지연이 발생하지 않는 플래쉬 메모리 소자의 메탈 라인 형성방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for forming a metal line of a flash memory device, which does not require a separate device for hard mask etching and does not cause a process delay due to movement between devices.
본 발명의 또 다른 목적은 메탈 콘택 식각 후 콘택 오픈 여부 확인이 가능하 도록 하여 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 메탈 라인 형성방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for forming a metal line of a flash memory device that can improve the reliability of the process by enabling the contact open after etching the metal contact.
본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 메탈 라인 형성방법은 반도체 기판상에 층간절연막과 식각정지 질화막과 트렌치 산화막과 질화막 하드마스크를 차례로 형성하는 단계와, 상기 질화막 하드마스크를 패터닝하고 패터닝된 질화막 하드마스크를 마스크로 상기 트렌치 산화막을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 질화막 하드마스크와 상기 트렌치 하부의 식각정지 질화막을 제거하는 단계와, 상기 트렌치 측면에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 트렌치 하부의 층간 절연막에 상기 반도체 기판을 노출하는 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 트렌치 및 콘택홀 내부에 메탈 라인을 형성하는 단계를 포함한다.The metal line forming method of the flash memory device according to the present invention comprises the steps of forming an interlayer insulating film, an etch stop nitride film, a trench oxide film and a nitride film hard mask on a semiconductor substrate, and patterning the nitride film hard mask and patterned nitride film hard mask Forming a trench by etching the trench oxide layer using a mask, removing the nitride hard mask and an etch stop nitride layer under the trench, forming a spacer on a side of the trench, and forming an interlayer insulating layer under the trench Forming a contact hole exposing the semiconductor substrate in the trench; and forming a metal line in the trench and the contact hole.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Only this embodiment is provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 실시예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 메탈 라인 형성 공정 단면도이다.2A to 2H are cross-sectional views of metal line forming processes of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
우선, 공통 소오스 영역과 드레인 영역 사이에 직렬 연결되는 소오스 선택 트랜지스터(SST), 셀 트랜지스터 및 들인 선택 트랜지스터(DST)로 구성되는 셀 스트링이 형성된 반도체 기판(20)을 준비한다.First, a
이어, 도 2a에 도시하는 바와 같이 상기 반도체 기판(20)상에 산화막을 증착하여 층간절연막(21)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2A, an oxide film is deposited on the
도면으로 나타내지는 않았지만 상기 층간절연막(21)은 2층의 절연막이 적층된 구조이며, 상기 2층의 절연막 중 하부의 절연막에는 상기 소오스 영역에 연결되는 소오스 플러그를 형성하고, 상기 층간절연막(21)에는 드레인 영역에 연결되는 드레인 콘택을 형성한다.Although not shown in the drawing, the
이어, 상기 층간절연막(21)상에 식각정지 질화막(22)과 트렌치 산화막(23)과 질화막 하드마스크(24)를 차례로 형성한다.Subsequently, an etch
상기 질화막 하드마스크(24)는 종래의 텅스텐 하드마스크와 달리 투명하여 질화막 하드마스크(24)를 형성한 이후에도 하부에 형성되어 있는 정렬키가 가려지지 않는다. 때문에, 정렬키 형성을 위한 별도의 공정을 실시하지 않아도 된다.Unlike the conventional tungsten hard mask, the nitride film
이어, 상기 질화막 하드마스크(24)상에 반사방지막(25)을 형성하고, 상기 반사방지막(25)상에 ArF용 포토레지스트(PR)를 도포하고 트렌치가 정의되도록 노광 및 현상 공정으로 상기 포토레지스트(PR)를 패터닝한다.Subsequently, an
상기 트렌치 산화막(23)은 이후에 형성되는 메탈 라인 두께 및 메탈 라인 형성을 위한 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정의 마진을 고려하여 1700~2100Å의 두께로 형성하고, 포토 마스크 DOF(Depth of Focus) 마진이 최적화될 수 있도 록 상기 질화막 하드마스크(24)와 반사방지막(25)은 각각 600~800Å, 250~300Å의 두께로 형성한다.The
이어서, 도 2b 및 도 2c에 도시하는 바와 같이 상기 패터닝된 포토레지스트(PR)를 마스크로 하는 식각 공정으로 상기 반사방지막(25)과 질화막 하드마스크(24)를 패터닝하고, 산소 가스를 이용한 인시튜(in-situ) 공정으로 남아있는 포토레지스트(PR)와 반사방지막(25)을 제거한다.Next, as shown in FIGS. 2B and 2C, the
상기 반사방지막(25) 식각시에는 CF4, CHF3, O2의 혼합 가스를 사용하고, 상기 질화막 하드마스크(24) 식각시에는 CF4와 CHF3의 혼합 가스를 사용한다. 그리고, 상기 포토레지스트(PR)의 손실을 최소화하기 위하여 상기 반사방지막(25)과 질화막 하드마스크(24) 식각 공정시 바이어스 파워(bias power)는 200W 이하가 되도록 한다. A mixed gas of CF 4 , CHF 3 and O 2 is used to etch the
그런 다음, 도 2d에 도시하는 바와 같이 상기 패터닝된 질화막 하드마스크(24)를 마스크로 상기 트렌치 산화막(23)을 식각하여 메탈 라인용 트렌치(26)를 형성한다. Next, as shown in FIG. 2D, the
상기 트렌치 산화막(23) 식각시 식각 가스로 C4F6, Ar, O2의 혼합 가스 또는 C5F8, Ar, O2의 혼합 가스를 사용하여 질화막 대비 산화막이 높은 식각 선택비를 가질 수 있도록 가스 조성비를 조절한다. 바람직하게, 질화막 대비 산화막이 10배 이상의 식각 선택비를 갖게 되도록 한다.When the
따라서, 상기 식각정지 질화막(22)에서 식각이 멈춰지게 되어 트렌치(26)는 균일한 깊이를 갖게 된다.Therefore, the etch stop is stopped in the etch
상기 트렌치 산화막(23) 식각시 높은 식각 선택비로 인하여 다량의 폴리머(polymer)가 발생되는데, 이 폴리머로 인해 후속 공정이 방해 받지 않도록 O2, Ar의 혼합가스 분위기에서 PET(Post Etch Treatment) 공정을 실시하여 폴리머를 제거한다.When the
이어, 도 2e에 도시하는 바와 같이 남아있는 질화막 하드마스크(24)와 상기 트렌치(26) 하부의 식각정지 질화막(22)을 제거한다.Next, as shown in FIG. 2E, the remaining nitride
이때, 상기 트렌치 산화막(23)도 식각되게 되어 트렌치 산화막(23)의 상부 프로파일(profile)이 라운드(round)해지게 되는데, 산화막 대비 질화막의 식각 선택비를 높여 손실되는 트렌치 산화막(23)의 두께가 250~400Å이 되도록 한다.At this time, the
상기 포토레지스트(PR)를 마스크로 질화막 하드마스크(24)를 패터닝하는 공정, 트렌치 산화막(23) 식각 공정, 질화막 하드마스크(24)와 식각정지 질화막(22)을 제거하는 공정은 동일한 산화막 식각 장비에서 인시튜(in-situ)로 진행하여 장비간 이동에 따른 공정 지연이 발생되지 않도록 하는 것이 좋다. The process of patterning the nitride film
산화막 식각 장비에서 질화막 식각이 가능하도록 하기 위해서는 상기 포토레지스트(PR)를 마스크로 질화막 하드마스크(24)를 패터닝하는 공정과 질화막 하드마스크(24) 및 식각정지 질화막(22)을 제거하는 공정시 질화막의 식각 속도가 산화막의 식각 속도보다 빠르게 되도록 식각 가스 조성을 최적화시켜야 한다. 식각 가스로는 CH2F2, CF4, O2, Ar의 혼합 가스를 사용하고 산화막 대비 질화막의 식각 선택 비가 2.6 이상이 되도록 한다.In order to enable nitride film etching in the oxide etching equipment, the nitride film
그리고, 상기 트렌치(26)의 각도가 87도 이상으로 유지되도록 하여 최대한 수직한 메탈 라인을 형성할 수 있도록 한다.In addition, the angle of the
이어서, O2, Ar의 혼합 가스분위기에서 PET 공정을 실시하여 질화막 하드마스크(24)와 식각정지 질화막(22)의 제거시에 발생된 폴리머를 제거한다. Subsequently, a PET process is performed in a mixed gas atmosphere of O 2 and Ar to remove the polymer generated during removal of the nitride film
그런 다음, 도 2f에 도시하는 바와 같이 이후 메탈 라인용 텅스텐을 증착하기 전에 실시하는 습식 크리닝 공정시 상기 트렌치 산화막(23)이 손상되는 불량을 방지하기 위하여 전면에 50~100Å의 두께로 질화막을 증착하고 에치백(etch back)하여 상기 트렌치(26) 측면에 질화막 스페이서(27)를 형성한다.Then, as illustrated in FIG. 2F, a nitride film is deposited to a thickness of 50˜100 μm on the front surface of the wet cleaning process before the deposition of tungsten for metal lines to prevent damage to the
이어, 도 2g에 도시하는 바와 같이 상기 트렌치(26) 하부의 층간절연막(21)에 반도체 기판(20)을 오픈하는 콘택홀(28)을 형성한 후 습식 크리닝 공정을 실시한다.Subsequently, as shown in FIG. 2G, a
종래에는 상부에 남아 있는 텅스텐 하드마스크의 방해로 콘택홀(28)의 오픈 여부를 확인할 수 없었으나, 본 발명에서는 하드마스크를 텅스텐이 아닌 질화막으로 형성하였으므로 콘택홀(28) 형성 직후 콘택홀(28) 오픈 여부를 명확히 확인할 수 있다. Conventionally, it was not possible to determine whether the
이어, 도 2h에 도시하는 바와 같이 상기 콘택홀(28) 및 트렌치(26)가 매립되도록 전면에 텅스텐막을 증착한 다음 상기 트렌치 산화막(23)을 타겟으로 상기 텅스텐막을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)하여 메탈 라인(29)을 형성한다. 상 기 CMP 공정시 산화막 대비 텅스텐막이 60 이상의 식각 선택비를 갖도록 한다.Subsequently, as shown in FIG. 2H, a tungsten film is deposited on the entire surface such that the
이상으로 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 메탈 라인을 완성한다.This completes the metal line of the flash memory device according to the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the present invention has the following effects.
첫째, 불투명한 텅스텐막 대신 투명한 질화막으로 하드마스크를 형성하여 하드마스크에 별도의 정렬키를 형성하지 않아도 된다. 따라서, 공정 스텝 수를 줄일 수 있다.First, a hard mask is formed of a transparent nitride film instead of an opaque tungsten film, so that a separate alignment key may not be formed on the hard mask. Therefore, the number of process steps can be reduced.
둘째, 콘택홀 오픈 여부 확인을 방해하는 텅스텐막 대신 질화막을 이용하여 하드마스크를 형성하므로 콘택홀 형성 직후 콘택홀의 오픈 여부를 확인할 수 있다. Second, since a hard mask is formed using a nitride film instead of a tungsten film that prevents the contact hole from being opened, it is possible to confirm whether the contact hole is opened immediately after forming the contact hole.
셋째, 콘택홀의 오픈 여부를 바로 확인할 수 있으므로 콘택홀이 오픈되지 않은 경우에 적절한 대응이 가능하여 공정 안정성을 향상시킬 수 있다.Third, since the contact hole can be immediately checked whether or not the contact hole is opened, appropriate response is possible when the contact hole is not opened, thereby improving process stability.
넷째, 질화막을 이용하여 하드마스크를 형성하여 하드마스크, 트렌치 산화막, 식각정지 질화막 식각 공정을 동일 장비 내에서 인시튜로 진행할 수 있다. 따라서, 장비간 이동에 따른 공정 시간을 단축시킬 수 있다.Fourth, a hard mask may be formed using a nitride film to perform a hard mask, a trench oxide film, and an etching stop nitride film etching process in situ within the same equipment. Therefore, the process time according to the movement between the equipment can be shortened.
넷째, 텅스텐막 대신 질화막을 이용하여 하드마스크를 형성하여 하드마스크 식각을 위하여 별도의 장비를 구비하지 않아도 되므로 비용을 절감할 수 있다.Fourth, since a hard mask is formed using a nitride film instead of a tungsten film, it is not necessary to provide additional equipment for etching the hard mask, thereby reducing costs.
Claims (19)
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