KR100709447B1 - A method for forming a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자의 형성방법에 관한 것으로, 반도체기판상에 마스크절연막 패턴과 중첩되어있는 도전배선과, 상기 패턴들의 측벽에 절연막 스페이서를 형성하고, 그 상부에 표면을 평탄화시키는 층간절연막을 형성하고 콘택마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 층간절연막을 식각하여 반도체기판을 노출시키는 저장전극 콘택홀 및 비트라인용 콘택홀을 형성한 다음, 상기 콘택홀들을 매립하는 콘택플러그용 도전층을 증착하여 랜딩 플러그 폴리 (LPP)를 형성하고 상기 콘택플러그용 도전층과 층간절연막을 상부 일정두께를 식각하는 제1차 CMP 공정을 실시하되, 염기성 슬러리를 이용하여 실시한 다음, 산성 슬러리를 이용하여 콘택플러그용 도전층과 층간절연막을 연마하는 제2차 CMP 공정으로 상기 마스크절연막 패턴 상부를 노출시켜 콘택플러그를 형성함으로써, 마스크절연막 패턴이나 콘택플러그의 디싱 현상을 방지하여 소자의 특성 열화를 방지하고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 기술이다.The present invention relates to a method for forming a semiconductor device, comprising a conductive wiring overlapping a mask insulating film pattern on a semiconductor substrate, an insulating film spacer formed on the sidewalls of the patterns, and an interlayer insulating film formed thereon to planarize a surface thereof. A photolithography process using a contact mask is performed to form a storage electrode contact hole and a bit line contact hole which expose the semiconductor substrate by etching the interlayer insulating layer, and then depositing a contact plug conductive layer filling the contact holes, and landing plug The first CMP process is performed to form poly (LPP) and to etch the contact plug conductive layer and the interlayer insulating film to an upper predetermined thickness, using a basic slurry, and then using an acid slurry to form a contact plug conductive layer. A second CMP process of polishing the interlayer insulating film and exposing the upper portion of the mask insulating film pattern By forming the lug, it is possible to prevent dishing of the mask insulating film pattern or contact plug, thereby preventing deterioration of device characteristics and consequently high integration of semiconductor devices.
Description
도 1은 종래 기술에 따른 반도체소자 형성시의 디싱이 발생한 상태의 SEM 사진.1 is a SEM photograph of the dishing occurs when forming a semiconductor device according to the prior art.
도 2는 디싱에 의해 비트라인 형성시 발생된 패일 부분의 상세 사진.Figure 2 is a detailed picture of the portion of the fail generated when forming the bit line by dishing.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자 형성방법을 도시한 단면도. 3 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명에 따라 형성된 반도체소자의 콘택플러그 형성후의 SEM 사진.8 is a SEM photograph after the formation of the contact plug of the semiconductor device formed in accordance with the present invention.
도 9 및 도 10은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 그래프도.9 and 10 are graphs for explaining the effects of the present invention.
도 11 및 도 12는 상기 도 6의 단계에서 디자인된 콘택플러그 형상의 평면 및 단면 사진.11 and 12 are plan and cross-sectional photographs of the contact plug shape designed in the step of FIG.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
11 : 반도체기판 13 : 소자분리막11: semiconductor substrate 13: device isolation film
15 : 게이트산화막 17 : 도프드 폴리실리콘층15
19 : 텅스텐실리사이드층 21 : 마스크절연막19
23 : 절연막 스페이서 25 : HTO 층23
27 : 층간절연막 29 : 콘택홀27: interlayer insulating film 29: contact hole
31 : 콘택플러그용 도전층 33 : 콘택플러그31: conductive layer for contact plug 33: contact plug
본 발명은 반도체소자의 형성방법에 관한 것으로, 특히 랜딩플러그 폴리를 이용하는 콘택플러그용 도전층의 CMP 공정시 주변의 층간절연막인 실리콘 산화막이 디싱 (dishing) 되는 현상을 방지하는 기술에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
종래의 CMP 공정은 염기성 슬러리 (slurry)를 사용하여 플러그를 격리 시키는 방법으로 플러그 재료와, 워드라인의 하드마스크층으로 사용되는 질화막과, 평탄화 및 갭필 (gap fill) 재료로 사용되는 산화막을 연마하는 공정시, 질화막과 플러그 재료 및 산화막의 식각선택비 차이로 인하여 질화막에 비해 플러그 재료와 산화막이 디싱되는 현상이 유발되어 다른 산화막을 또 증착하여야 하는 공정상의 문제점이 있다.The conventional CMP process uses a basic slurry to isolate the plug, polishing the plug material, the nitride film used as the hard mask layer of the word line, and the oxide film used as the planarization and gap fill material. In the process, due to the difference in etching selectivity between the nitride film, the plug material, and the oxide film, the phenomenon of dishing of the plug material and the oxide film is caused compared to the nitride film, and thus there is a problem in the process of depositing another oxide film.
플러그 재료와 산화막 디싱 지역으로 CMP 연마 잔류물이 빠지는 경우 후속 세정 (cleaning) 공정에서 잔류물이 제거되지 않아 비트라인 콘택플러그나 저장전극 콘택플러그 간에 브릿지 (bridge)를 유발시켜 소자의 수율을 감소시키는 문제점이 있다.When CMP abrasive residues fall into the plug material and oxide dishing area, residues are not removed in subsequent cleaning processes, resulting in a bridge between the bitline contact plugs and the storage contact plugs, reducing device yield. There is a problem.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 반도체소자의 형성방법에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면들이다.1 and 2 are views for explaining a problem according to a method of forming a semiconductor device according to the prior art.
도 1은 질화막으로 된 마스크절연막 패턴이 상측에 구비되고, 측벽에 질화막 스페이서가 구비되는 워드라인을 형성하고, 그 상부를 평탄화시키는 층간절연막을 BPSG로 형성한 다음, 저장전극 콘택홀 및 비트라인 콘택홀을 형성할 수 있는 노광마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 층간절연막을 자기정렬적으로 식각하여 저장전극 콘택홀 및 비트라인 콘택홀을 형성한 다음, 상기 콘택홀들을 매립하는 도전층을 전체표면상부에 형성하고 상기 층간절연막이 노출되도록 상기 도전층을 식각한 다음, 상기 마스크절연막이 노출될 때까지 표면을 CMP 하여 콘택플러그를 형성한다.FIG. 1 shows a word line having a mask insulating layer pattern formed of a nitride film on the upper side and a nitride spacer formed on a sidewall thereof, and forming an interlayer insulating layer formed of BPSG to planarize the upper portion thereof, and then storing electrode contact holes and bit line contacts. In the photolithography process using an exposure mask capable of forming holes, the interlayer insulating layer is etched self-aligned to form a storage electrode contact hole and a bit line contact hole, and then the conductive layer filling the contact holes is formed on the entire surface. The conductive layer is etched to expose the interlayer insulating film, and then CMP is formed on the surface until the mask insulating film is exposed to form a contact plug.
이때, 상기 CMP 공정은 상기 마스크절연막인 질화막과, 실리콘산화막인 BPSG 및 콘택플러그용 도전층의 식각선택비 차이를 이용하여 실시한 것으로서, 염기성 슬러리를 이용하여 실시한 것이다.In this case, the CMP process is performed by using an etching selectivity difference between the nitride film as the mask insulating film, the BPSG as the silicon oxide film, and the conductive layer for contact plug, using a basic slurry.
(a)는 콘택플러그용 재료인 콘택플러그용 도전층이 CMP 공정시 과도식각되어 디싱된 것을 도시한다.(a) shows that the contact plug conductive layer, which is the material for the contact plug, is over-etched and dished during the CMP process.
(b)는 층간절연막인 BPSG 가 CMP 공정시 과도식각되어 디싱된 것을 도시한다.(b) shows that the BPSG, which is an interlayer insulating film, is over-etched and dished during the CMP process.
상기 도 2는 상기 도 1 의 디싱 현상으로 인하여 발생되는 페일 (fail)을 도시한 사진들로서, 랜딩 플러그 폴리 (landing plug poly, 이하 "LPP" 라 함) 의 CMP 시 발생하는 잔유물 (residue) 에 의해 후속 공정에서 비트라인 콘택플러그와 저장전극 콘택플러그 간의 쇼트가 발생된 페일 상태이다.FIG. 2 is a photograph showing a fail generated due to the dishing phenomenon of FIG. 1, and is caused by residue generated during CMP of a landing plug poly (LPP). FIG. In a subsequent process, the short state between the bit line contact plug and the storage electrode contact plug has occurred.
(c)는 컬럼 페일을 도시한 것이고, (d)는 비트 페일을 도시한 것이다.(c) shows the column fail and (d) shows the bit fail.
상기와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 콘택플러그 형성방법은, 마스크절연막인 질화막과 층간절연막인 실리콘 산화막과 콘택플러그용 도전층 간의 식각 선택비 차이를 이용한 CMP 공정시 콘택플러그용 도전층 및 층간절연막인 실리콘 산화막의 디싱 현상으로 인한 소자의 특성 열화 및 수율 저하가 발생될 수 있는 문제점이 있다.As described above, the method for forming a contact plug of a semiconductor device according to the related art includes a contact plug conductive layer and an interlayer insulating film during a CMP process using a difference in etching selectivity between a nitride film as a mask insulating film and a silicon oxide film as an interlayer insulating film and a conductive layer for a contact plug. Due to the dishing phenomenon of the phosphorus silicon oxide film, there is a problem that deterioration of characteristics of the device and a decrease in yield may occur.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 질화막에 비해 실리콘층과 산화막에 대한 연마속도가 빠른 염기성 슬러리를 이용한 제1차 CMP 공정을 실시하고 디싱을 감소시킬 수 있는 산성 슬러리를 이용한 제2차 CMP 공정을 실시하여 콘택플러그를 형성하기 위한 CMP 공정시 디싱 현상의 유발을 억제함으로써 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 수율을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 형성방법을 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention is to perform a first CMP process using a basic slurry having a faster polishing rate for the silicon layer and the oxide film than the nitride film and to reduce dishing. By performing the second CMP process using an acidic slurry which can be used to suppress the occurrence of dishing phenomenon in the CMP process for forming the contact plug, the characteristics and reliability of the semiconductor device can be improved and the yield of the semiconductor device can be improved accordingly. A method of forming a semiconductor device is provided.
이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 형성방법은,In order to achieve the above object, a method of forming a semiconductor device according to the present invention,
반도체기판상에 게이트절연막을 형성하는 공정과,Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
상기 게이트절연막상에 질화막으로 형성된 마스크절연막 패턴과 중첩되어있는 도전배선을 형성하는 공정과, Forming a conductive wiring on the gate insulating film, the conductive wiring overlapping the mask insulating film pattern formed of a nitride film;
상기 도전배선과 마스크절연막 패턴의 측벽에 절연막 스페이서를 형성하는 공정과, Forming an insulating film spacer on sidewalls of the conductive wiring and the mask insulating film pattern;
상기 결과물 전표면을 평탄화시키는 산화막 재질의 층간절연막을 형성하는 공정과, Forming an interlayer insulating film made of an oxide film to planarize the entire surface of the resultant;
상기 층간절연막과 산화막을 콘택마스크를 이용한 사진식각공정으로 식각하 여 상기 반도체기판을 노출시키는 저장전극 및 비트라인용 콘택홀을 형성하는 공정과,Forming a storage electrode and a bit line contact hole to expose the semiconductor substrate by etching the interlayer insulating layer and the oxide layer by a photolithography process using a contact mask;
상기 콘택홀을 매립하는 실리콘 재질의 콘택플러그를 형성하는 공정과,Forming a contact plug made of silicon to fill the contact hole;
상기 콘택플러그와 층간절연막을 일정두께 식각하는 제1차 CMP 공정을 실시하되, 염기성 슬러리를 이용하여 실시하는 공정과,Performing a first CMP process of etching the contact plug and the interlayer insulating film to a predetermined thickness, using a basic slurry;
상기 콘택플러그와 층간절연막을 산성 슬러리를 이용하는 제2차 CMP 공정을 실시하여 상기 마스크절연막패턴을 노출시키는 것을 특징으로 한다.The contact plug and the interlayer insulating film may be subjected to a second CMP process using an acidic slurry to expose the mask insulating film pattern.
또한 본 발명에 따른 반도체소자의 형성방법에서는, 상기 염기성 슬러리는 pH 6∼12이고, 산성 슬러리는 pH 6 이하이며, 산성 슬러리의 (실리콘층/산화막층)의 연마 선택비는 0.5∼2인 것을 특징으로 한다.In the method for forming a semiconductor device according to the present invention, the basic slurry has a pH of 6 to 12, the acid slurry has a pH of 6 or less, and the polishing selectivity of the (silicon layer / oxide layer) of the acid slurry is 0.5 to 2. It features.
또한 본 발명에 따른 반도체소자의 형성방법의 다른 특징은, 상기 마스크절연막 상부에 반사방지막이 구비되고, 상기 반사방지막으로 실리콘산화질화막 (SiON)이 구비되며, 상기 도전배선에 유기 하부 반사방지막 (organic bottom ARC)이 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, another feature of the method for forming a semiconductor device according to the present invention includes an anti-reflection film on the mask insulating film, a silicon oxynitride film (SiON) as the anti-reflection film, and an organic lower anti-reflection film on the conductive wiring (organic) bottom ARC) is provided.
또한 본 발명에 따른 반도체소자의 형성방법의 또 다른 특징은 상기 콘택플러그가 비정질 실리콘, 폴리 실리콘 또는 에피 성장된 실리콘으로 형성되며, 상기 콘택플러그는 원형이나 "T" 형태로 랜딩 (landing)되어 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, another feature of the method for forming a semiconductor device according to the present invention is that the contact plug is formed of amorphous silicon, polysilicon or epitaxially grown silicon, and the contact plug is provided in a circular or "T" shape. It is characterized by.
또한 본 발명에 따른 반도체소자의 형성방법은 상기 CMP 공정을 pH 6 이하의 산성 슬러리로만 진행하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the method for forming a semiconductor device according to the present invention is characterized in that the CMP process only proceeds to an acidic slurry of
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 내지 도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 형성방법을 도시한 단면도이다. 3 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
먼저, 반도체기판(11)에 활성영역을 정의하는 소자분리막(13)을 형성하고, 전체표면상부에 게이트산화막(15)을 형성한다. First, a
그리고, 상기 게이트산화막(15) 상부에 게이트전극용 도전층을 형성한다. 이때, 상기 게이트전극용 도전층은 도프드 폴리실리콘층(17)과 텅스텐실리사이드층 (19)의 적층구조로 형성한다.A gate electrode conductive layer is formed on the
그리고, 상기 게이트전극용 도전층 상부에 마스크절연막(21)을 형성한다. 이때, 상기 마스크절연막(21)은 질화막으로 형성한다.A
그 다음, 게이트전극 마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 마스크절연막(21) 패턴, 게이트전극용 도전패턴(17, 19) 적층구조의 게이트전극을 형성한다. Next, a gate electrode having a stacked structure of the
여기서, 상기 마스크절연막(21) 상부에 반사방지막(도시안됨)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 반사방지막은 실리콘산화질화막 (SiON)으로 형성한다. 이러한 반사방지막은 유기 하부 반사방지막으로 형성하여 상기 게이트전극의 하부에 형성할 수도 있다. (도 3 참조)Here, an anti-reflection film (not shown) may be formed on the
그리고, 상기 게이트전극 등의 패턴 측벽에 절연막 스페이서(23)를 형성하고 전체표면상부에 HTO (high temperature oxide) 층(25)을 형성한 다음, 전체표면상부를 평탄화시키는 산화막 재질의 층간절연막(27)을 형성한다. (도 4 참조)
Then, an
그 다음, 저장전극 및 비트라인 콘택영역으로 예정된 부분을 식각하여 반도체기판(11)을 노출시키는 콘택홀(29)을 형성한다. Next, a portion predetermined as the storage electrode and the bit line contact region is etched to form a
그리고, 상기 구조의 전표면에 상기 콘택홀(29)을 매립하는 콘택플러그용 도전층(31)을 형성하고, 상기 도전층(31)과 상기 층간절연막(27)과의 식각선택비 차이를 이용하여 상기 층간절연막(27)이 노출되도록 평탄화식각함으로써 콘택플러그용 도전층(31)으로 상기 콘택홀(29)을 매립한다.Then, the contact plug
이때, 상기 콘택플러그용 도전층(31)은 에피택셜 (epitaxial) 방법으로 성장시킨 실리콘막, 비정질 실리콘막 또는 폴리실리콘막으로 형성할 수 있다. (도 5 참조)In this case, the contact plug
그 다음, 상기 층간절연막(27)과 콘택플러그용 도전층(31)의 일정두께를 제1차 CMP 한다.Subsequently, a first thickness of the
이때, 상기 제1차 CMP 공정은 질화막에 비해 실리콘층과 산화막에 대한 높은 식각속도를 갖는 pH 6∼12의 염기성 슬러리를 이용하여 실시한다. (도 6 참조)In this case, the first CMP process is carried out using a basic slurry of pH 6-12 having a higher etching rate for the silicon layer and the oxide film than the nitride film. (See Figure 6)
그 다음, 상기 층간절연막(27)과 콘택플러그용 도전층(31)을 상기 마스크절연막(21)이 노출될때까지 제2차 CMP 하여 콘택플러그(33)를 형성한다.Thereafter, the
이때, 상기 제2차 CMP 공정은 (실리콘층/산화막층)의 연마 선택비가 0.5∼2 정도인 산성 슬러리를 이용하여 실시한다. (도 7 참조)At this time, the second CMP process is carried out using an acidic slurry having a polishing selectivity of (silicon layer / oxide layer) of about 0.5 to about 2. (See Figure 7)
도 8은 상기 CMP 공정으로 형성된 반도체소자의 콘택플러그 형성후 SEM 사진을 도시한 것이다.8 illustrates an SEM image after contact plug formation of a semiconductor device formed by the CMP process.
이때, (e)는 콘택플러그(33)의 디싱이 거의 없는 상태를 도시하고, (f)는 층 간절연막(27)의 디싱이 거의 없는 상태를 도시한다.At this time, (e) shows a state where there is almost no dishing of the
도 9 및 도 10은 본 발명을 통하여 개선된 디싱 정도와 결함 레벨을 도시한 그래프도이다. 9 and 10 are graphs showing improved degree of dishing and defect level through the present invention.
상기 도 9는 산성 슬러리 및 염기성 슬러리를 이용한 LPP의 CMP 공정후 디싱 정도를 도시한 그래프도로서,9 is a graph showing the degree of dishing after the CMP process of LPP using an acid slurry and a basic slurry.
CMP 공정시 산성 슬러리(-■-)를 사용한 경우와 염기성 슬러리(-◆-)를 이용한 경우, 비트라인 질화막(BL NIT), 비트라인 콘택 폴리(BLC POLY), 저장전극콘택 폴리(SNC POLY), 비트라인콘택 층간절연막(BLC BPSG) 및 저장전극콘택 층간절연막(SNC BPSG)에서의 디싱 차이를 도시한 것이다.When using acid slurry (-■-) and basic slurry (-◆-) in CMP process, bit line nitride film (BL NIT), bit line contact poly (BLC POLY), storage electrode contact poly (SNC POLY) The difference between dishing in the bit line contact interlayer dielectric layer (BLC BPSG) and the storage electrode contact interlayer dielectric layer (SNC BPSG) is illustrated.
상기 도 10은 CMP 슬러리의 pH에 따른 BPSG 절연막의 디싱(-●-)과 피노키오 결함 레벨(-○-)을 도시한 그래프도로서, 본 발명에 따른 층간절연막의 디싱 감소와 결함 감소를 도시한 것이다. FIG. 10 is a graph illustrating dishing (-●-) and pinocchio defect levels (-○-) of a BPSG insulating film according to pH of a CMP slurry, and illustrating dishing reduction and defect reduction of an interlayer insulating film according to the present invention. will be.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따라 형성된 랜딩플러그의 평면 및 단면 사진을 도시한 것으로서, 상기 도 11은 원형으로 랜딩플러그를 형성하는 경우를 도시하고 상기 도 12는 "T" 형태로 랜딩플러그를 형성하는 경우를 도시한 것이다.11 and 12 illustrate plan and cross-sectional photographs of a landing plug formed according to the present invention, in which FIG. 11 illustrates a case in which the landing plug is formed in a circular shape, and FIG. 12 illustrates a landing plug in a "T" shape. The case of forming is shown.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 반도체소자의 형성방법은, 랜딩플러그 폴리를 이용하는 반도체소자에서 염기성 슬러리를 이용한 제1차 CMP 공정과 산성 슬러리를 이용한 제2차 CMP 공정으로 층간절연막과 플러그의 디싱 현상을 최소화시켜 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키는 효과를 제공한다.As described above, the method for forming a semiconductor device according to the present invention includes dishing of an interlayer insulating film and a plug by a first CMP process using a basic slurry and a second CMP process using an acidic slurry in a semiconductor device using a landing plug poly. Minimize the phenomenon to provide the effect of improving the characteristics and reliability of the semiconductor device.
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- 2002-06-20 KR KR1020020034697A patent/KR100709447B1/en not_active IP Right Cessation
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