KR100680400B1 - Method of forming bit line of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 비트라인 형성방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 0.10㎛ 디자인 규정에서 비트라인을 형성할 때 사용하기 곤란했던 SiON막을 하드마스크로 사용할 수 있는 식각 공정을 개발하여 공정을 단순화, 안정화시킴으로써 후속 공정의 마진을 향상할 수 있다.The present invention relates to a method for forming a bit line of a semiconductor device, and according to the present invention, by simplifying the process by developing an etching process that can use a SiON film as a hard mask, which is difficult to use when forming a bit line in the 0.10 ㎛ design rule, Stabilization can improve the margin of subsequent processes.
Description
도 1a는 종래의 비트라인 형성공정에서 텅스텐 하드마스크를 사용하여 하드마스크 패턴을 형성한 경우 패턴 스트라이에이션 (pattern striation)가 발생한 것을 나타낸 평면 SEM 사진FIG. 1A is a planar SEM photograph showing that pattern striation occurs when a hard mask pattern is formed using a tungsten hard mask in a conventional bit line forming process.
도 1b는 종래의 비트라인 형성공정에서 텅스텐 하드마스크를 사용하여 하드마스크 패턴을 형성한 경우 라인 단선 현상이 발생한 것을 나타낸 평면 SEM 사진FIG. 1B is a planar SEM photograph showing that a line break occurs when a hard mask pattern is formed using a tungsten hard mask in a conventional bit line forming process.
도 2는 종래 기술에서 비트라인 형성시 하드마스크로 질화막을 사용하여 식각한 결과를 나타낸 단면 SEM 사진.Figure 2 is a cross-sectional SEM image showing the result of etching using a nitride film as a hard mask when forming the bit line in the prior art.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 공정을 나타낸 공정 순서도.3A-3D are process flow diagrams illustrating the process of the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 비트라인 형성시 식각 공정의 결과를 나타낸 단면 SEM 사진.Figure 4 is a cross-sectional SEM photograph showing the result of the etching process when forming the bit line according to the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
1 : 반도체 기판 2 : 게이트 산화막1
3 : 게이트 전도막 4 : 장벽 질화막3: gate conductive film 4: barrier nitride film
5 : 질화막 스페이서 6 : 소자분리막5: nitride film spacer 6: device isolation film
7 : 층간절연막 8, 23 : 하드마스크용 질화막
7 interlayer
9, 22 : 하드마스크용 SiON 막 10, 21 : 포토레지스트 막9, 22: SiON film for
11 : 게이트 전극 12 : 포토레지스트 패턴11
13 : SiON 패턴 14 : 질화막 패턴13: SiON pattern 14: nitride film pattern
본 발명은 반도체 소자의 비트라인 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 0.10㎛ 디자인 룰에서 비트라인을 형성할 때 사용하기 곤란했던 SiON을 하드마스크로 사용할 수 있는 식각 공정을 개발하여 공정을 단순화, 안정화시킴으로써 후속 공정의 마진을 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a bit line of a semiconductor device, and more particularly, to simplify the process by developing an etching process that can use SiON, which is difficult to use when forming a bit line in a 0.10 μm design rule, as a hard mask. It relates to a method that can improve the margin of subsequent processes by stabilizing.
0.10㎛ 디자인 룰이 적용되는 경우, 비트라인용 패턴 형성을 위한 포토레지스트의 두께는 2500Å 정도로 낮고, CD가 80nm 정도로 작으므로 패턴 어택 (attack)을 방지하기 위하여 하드 마스크로 텅스텐을 사용하고 있다. 하드 마스크로 텅스텐을 사용하는 경우, 증착 및 식각 공정 단계가 추가되며, 여러 단계를 거치면서 공정 결과가 불안정해진다.When the 0.10 탆 design rule is applied, the thickness of the photoresist for forming the bit line pattern is as low as 2500 mW and the CD is as small as 80 nm, and tungsten is used as a hard mask to prevent pattern attack. When tungsten is used as a hard mask, the deposition and etching process steps are added, and the process result becomes unstable in several steps.
그러나, 0.10㎛ 이하 비트라인 식각시 텅스텐 대신 SiON막을 하드 마스크로 사용할 경우 포토레지스트에 대한 선택비가 부족하여 스트라이에이션 (pattern striation) 및 라인 (line) 단선 현상 발생으로 사용이 불가능한 실정이다 (도 1a 및 도 1b 참조).However, when a SiON film is used as a hard mask instead of tungsten for bit line etching of 0.10 μm or less, the selectivity with respect to the photoresist is insufficient, and thus, it is impossible to use it due to pattern striation and line breakage (FIG. 1A and FIG. 1). 1b).
한편, 종래의 0.10㎛ 이하 비트라인 식각시 질화막 (23)을 하드마스크로 사 용하여 CHF3/O2/Ar 가스를 90sccm/20sccm/100sccm 사용하고, 파워를 600W, 압력을 70mT로 하여 95초 동안 식각한 다음, CHF3/Ar 가스를 90sccm/100sccm 사용하고, 파워를 400W, 압력을 70mT로 하여 25초 동안 식각한 경우의 패턴 단면 사진을 도 2에 나타내었는데, 이 경우 포토레지스트 (21)의 두께가 낮아 탑 노칭 (top notching, T)의 원인이 되고, 경사진 패턴이 형성되어 미세한 비트라인의 구현이 곤란함을 알 수 있다.On the other hand, using a
본 발명의 목적은 0.10㎛ 디자인 룰에서 비트라인을 형성할 때 사용하기 곤란했던 SiON막을 하드마스크로 사용할 수 있는 식각 공정을 개발하고, 하드마스크용 필름의 특성에 맞는 식각 조건을 적용시킴으로써 보다 미세한 비트라인을 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to develop an etching process that can use a SiON film, which is difficult to use when forming a bit line in a 0.10 탆 design rule, as a hard mask, and to apply finer bits by applying etching conditions suitable for the characteristics of a film for a hard mask. It is to provide a method for forming a line.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 비트라인 형성시 하드마스크로 사용되는 SiON 및 질화막을 식각하는 조건을 차별화하여 각 막질에 따라 최적의 식각 조건을 개발함으로써 보다 미세한 비트라인을 형성할 수 있는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming finer bit lines by differentiating conditions for etching SiON and nitride films, which are used as hard masks when forming bit lines, to develop an optimal etching condition according to each film quality. to provide.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서는
소자분리막이 구비된 반도체 기판 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 게이트 전극 측면에 질화막 스페이서를 형성하는 단계;
상기 게이트 전극 및 질화막 스페이서를 포함하는 결과물 전면에 층간절연막을 형성하는 단계;
상기 층간절연막 상부에 제1 하드마스크용 질화막을 형성하는 단계;
상기 질화막 상부에 제2 하드마스크용 SiON 막을 형성하는 단계;
상기 SiON 막 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 SiON 막을 식각하고, 상기 질화막을 식각하여 상기 질화막과 SiON 막 적층구조의 하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 하드마스크 패턴을 식각 마스크로 하여 층간절연막을 식각하는 단계를 포함하는 것과,
상기 질화막의 식각공정은 오버에칭을 수행하되, 상기 오버에칭은 CF4/CHF3/Ar 가스를 15sccm/75sccm/150sccm 사용하고, 파워를 400W, 압력을 50mT로 하여 25초 동안 실시하는 것과,
상기 SiON막 및 질화막 식각공정은 700∼900W의 파워 조건에서 수행하고, 상기 오버에칭은 350∼450W 파워 조건에서 수행되는 것과,
상기 SiON막 식각 및 질화막 식각공정은 모두 45∼55mT 압력 조건에서 수행되는 것과,
상기 SiON막의 식각공정은 CF4/CHF3 가스의 합계 유량이 45∼55sccm이고, CF4 : CHF3의 유량비가 1 : 4 인 분위기에서 수행되는 것과,
상기 질화막 식각공정은 CF4/CHF3 가스의 합계 유량이 81∼99sccm이고, CF4 : CHF3의 유량비가 1 : 5 인 분위기에서 수행되는 것과,
상기 SiON 막의 식각공정은 플라즈마 타입 식각 장비에서 CF4/CHF3/O2/Ar 가스를 10sccm/40sccm/17sccm/75sccm 사용하고, 파워를 800W, 압력을 50mT로 하여 35초 동안 실시하며, 상기 질화막의 식각공정은 플라즈마 타입 식각 장비에서 CF4/CHF3/O2/Ar 가스를 15sccm/75sccm/18sccm/100sccm 사용하고, 파워를 800W, 압력을 50mT로 하여 48초 동안 실시하는 것과,In the present invention
Forming a gate electrode on the semiconductor substrate including the device isolation layer;
Forming a nitride film spacer on a side of the gate electrode;
Forming an interlayer insulating film on an entire surface of the resultant product including the gate electrode and the nitride film spacer;
Forming a first hard mask nitride film on the interlayer insulating film;
Forming a SiON film for a second hard mask on the nitride film;
Forming a photoresist pattern on the SiON film;
Etching the SiON layer using the photoresist pattern as an etch mask, and etching the nitride layer to form a hard mask pattern of the nitride layer and the SiON layer stacked structure; And
Etching the interlayer dielectric layer using the hard mask pattern as an etch mask;
The etching process of the nitride film is carried out over etching, the over etching is carried out for 25 seconds using CF 4 / CHF 3 / Ar gas 15sccm / 75sccm / 150sccm, power 400W, pressure 50mT,
The SiON film and the nitride film etching process is performed under a power condition of 700 ~ 900W, the overetching is performed under a 350 ~ 450W power condition,
The SiON film etching process and the nitride film etching process are all carried out at 45 ~ 55mT pressure conditions,
The etching process of the SiON film is carried out in an atmosphere in which the total flow rate of CF 4 / CHF 3 gas is 45 ~ 55sccm, the flow rate ratio of CF 4 : CHF 3 is 1: 4,
The nitride film etching process is performed in an atmosphere in which the total flow rate of CF 4 / CHF 3 gas is 81 to 99 sccm, the flow rate ratio of CF 4 : CHF 3 is 1: 5,
The etching process of the SiON film is carried out for 35 seconds using CF 4 / CHF 3 / O 2 / Ar gas 10sccm / 40sccm / 17sccm / 75sccm in a plasma type etching equipment, power 800W, pressure 50mT, the nitride film The etching process of the plasma type etching equipment using CF 4 / CHF 3 / O 2 / Ar gas 15sccm / 75sccm / 18sccm / 100sccm, 800W power, 50mT pressure for 48 seconds,
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이상과 같은 본 발명의 공정은 디자인 룰이 0.10㎛인 경우, 즉 60∼80nm CD를 갖는 비트라인을 형성하는데 적용되는 것이 바람직하다.The process of the present invention as described above is preferably applied when the design rule is 0.10 mu m, that is, to form a bit line having a 60 to 80 nm CD.
이하, 첨부 도면을 이용하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a를 참조하면, 소자분리막 (6)이 구비된 반도체 기판 (1) 상부에 게이트 산화막, 게이트 전극용 도전체막 및 장벽 질화막을 순차적으로 형성한 다음, 이를 선택적으로 식각하여 게이트 산화막 패턴 (2), 게이트 전극용 도전체 막 패턴 (3) 및 장벽 질화막 패턴 (4)이 순차적으로 형성된 게이트 전극 (11)을 형성한다.Referring to FIG. 3A, a gate oxide film, a conductor film for a gate electrode, and a barrier nitride film are sequentially formed on a
그 다음, 게이트 전극 (11)을 포함한 결과물 전면에 질화막을 형성한 후, 식각하여 질화막 스페이서 (5)를 형성한다.
Next, a nitride film is formed over the entire surface of the resultant including the
상기 도 3a에 의해 형성된 게이트 전극 (11) 및 질화막 스페이서 (5)를 포함한 결과물 전면에 도 3b에 도시한 바와 같이 층간절연막 (7)을 형성한다.An interlayer insulating
상기 층간절연막은 BPSG와 같은 산화막이나, 플로우-필 물질을 이용한 막으로 형성하는 것이 바람직하다.The interlayer insulating film is preferably formed of an oxide film such as BPSG or a film using a flow-fill material.
그런 다음, 상기 층간절연막 (7) 상부에 제1 하드마스크용 질화막 (8), 제2 하드마스크용 SiON 막 (9) 및 포토레지스트 층 (10)을 순차적으로 형성한다.Then, a first hard
그런 다음, 도 3c를 참조하면 리소그래피 공정을 적용하여 포토레지스트 패턴 (12)를 형성하고, 이를 식각 마스크로 하여 SiON 막 (9)을 식각하여 SiON 패턴 (13)을 형성한다.Next, referring to FIG. 3C, a
이때 SiON 막을 식각하는 조건은 700∼900W의 파워 조건 및 45∼55mT 압력 조건에서, CF4/CHF3 가스의 합계 유량이 45∼55sccm이고, CF4 : CHF3 의 유량비가 1 : 4가 되도록 하는 것이 바람직하다.At this time, the conditions for etching the SiON film are such that the total flow rate of CF 4 / CHF 3 gas is 45 to 55 sccm and the flow rate ratio of CF 4 : CHF 3 is 1: 4 under 700-900 W power condition and 45-55 mT pressure condition. It is preferable.
다음, 도 3d를 참조하면, 형성된 SiON 패턴 (13)을 식각 마스크로 질화막 (8)을 식각하여 질화막 패턴 (14)를 형성한다.Next, referring to FIG. 3D, the
이 때 질화막을 식각하는 조건은 700∼900W의 파워 조건 및 45∼55mT 압력 조건에서, CF4/CHF3 가스의 합계 유량이 81∼99sccm이고, CF4 : CHF3 의 유량비가 1 : 5가 되도록 하는 것이 바람직하다.In this case, the nitride film is etched under a power condition of 700 to 900 W and a pressure condition of 45 to 55 mT so that the total flow rate of CF 4 / CHF 3 gas is 81 to 99 sccm, and the flow rate ratio of CF 4 : CHF 3 is 1: 5. It is desirable to.
본 발명에서는 전술한 바와 같이, 하드마스크로 사용되는 SiON 막과 질화막의 식각 조건을 차별화 하는데, SiON 식각시 미세한 CD를 구현할 수 있게 되며, SiON 및 질화막 식각시 모두 700∼900W 정도의 하이 파워 (high power)를 사용함으로써 낮은 두께의 포토레지스트에 대한 식각 선택비를 향상시킬 수 있다. 또한 각각의 막을 식각하는데 이상적인 CF4 : CHF3 가스의 혼합비를 사용함으로써 최적의 식각 조건을 제공함으로써 각 막의 특성에 맞는 식각 조건을 제공한다.In the present invention, as described above, to differentiate the etching conditions of the SiON film and the nitride film used as a hard mask, it is possible to implement a fine CD during the SiON etching, both SiON and nitride film during the high power of about 700 ~ 900W (high power) can improve the etch selectivity for low thickness photoresists. In addition, by using a mixture ratio of CF 4 : CHF 3 gas, which is ideal for etching each film, an optimum etching condition is provided to provide an etching condition suitable for each film characteristic.
다음, 도 3e를 참조하면, 상기 형성된 포토레지스트 패턴 (12), SiON 패턴 (13) 및 질화막 패턴 (14)를 식각 마스크로 하여 층간절연막 (7)을 식각하여 비트라인을 형성한다.Next, referring to FIG. 3E, the
도 4는, 제2 하드마스크용 SiON 막 (22)을 플라즈마 타입 식각 장비에서 CF4/CHF3/O2/Ar 가스를 10sccm/40sccm/17sccm/75sccm 사용하고, 파워를 800W, 압력을 50mT로 하여 35초 동안 식각하고, 제1 하드마스크용 질화막 (23)을 플라즈마 타입 식각 장비에서 CF4/CHF3/O2/Ar 가스를 15sccm/75sccm/18sccm/100sccm 사용하고, 파워를 800W, 압력을 50mT로 하여 48초 동안 식각한 다음, CF4/CHF3/Ar 가스를 15sccm/75sccm/150sccm 사용하고, 파워를 400W, 압력을 50mT로 하여 25초 동안 오버에칭을 수행한 결과 형성된 하드마스크 패턴의 단면 사진이다.Fig. 4 shows that the SiON film 22 for the second hard mask is used with a CF 4 / CHF 3 / O 2 / Ar gas of 10 sccm / 40 sccm / 17 sccm / 75 sccm in a plasma type etching equipment, and the power is 800 W and the pressure is 50 mT. After etching for 35 seconds, the CF 1 / CHF 3 / O 2 / Ar gas 15sccm / 75sccm / 18sccm / 100sccm in a plasma type etching equipment was used for the first hard
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 공정을 적용하면 포토레지스트 층 (21)의 두께가 낮음에도 불구하고, 도 2에서 볼 수 있는 것과 같은 탑 노칭 및 경사진 패턴이 나타나지 않고, 포토레지스트에 대한 선택비가 우수한 수직 패턴이 형성함을 볼 수 있다.As can be seen in FIG. 4, the application of the process of the present invention, despite the low thickness of the
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 비트라인 형성시 하드마스크로 사용되는 막질에 따른 최적의 식각 조건을 개발함으로써 본 발명에 따르면 0.10㎛ 디자인 룰에서 비트라인을 형성할 때 사용하기 곤란했던 SiON을 하드마스크로 사용할 수 있는 식각 공정을 개발하였을 뿐만 아니라 낮은 두께의 포토레지스트 층에 대한 식각 선택비를 높일 수 있다. 이에 따라 비트라인 형성 공정을 단순화, 안정화시킴으로써 후속 공정의 마진을 향상할 수 있다. As described above, according to the present invention, by developing an optimal etching condition according to the film quality used as a hard mask when forming the bit line, according to the present invention, SiON, which is difficult to use when forming the bit line in the 0.10 탆 design rule, is hardly formed. In addition to developing an etching process that can be used as a mask, the etching selectivity for low thickness photoresist layers can be increased. Accordingly, the margin of the subsequent process may be improved by simplifying and stabilizing the bit line forming process.
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KR20050072594A (en) | 2005-07-12 |
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