KR101023073B1 - Method for manufacturing Semiconductor Device - Google Patents
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Abstract
반도체 소자의 제조 방법이 개시된다. 이 방법은, 반도체 기판상에 절연물질을 증착하여 절연막을 형성하는 단계와, 절연막을 식각하여 절연막 표면을 평탄화하는 단계와, 평탄화된 절연막에 포토리소그래피 공정을 수행하여 트렌치를 형성하는 단계와, 오버 식각된 상기 트렌치를 포함하는 상기 반도체 기판 전면에 금속물질을 증착하되, 상기 오버식각된 트렌치 두께 이상으로 상기 절연막 상에 상기 금속물질을 증착하는 단계와, 절연막이 표면에 드러날 때까지 금속물질을 식각하여 트렌치에 매립된 금속물질을 노출시켜 금속막을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 그러므로, 금속막 형성시 오버 식각으로 인하여 발생되는 리세스 현상 및 레지듀의 발생을 방지할 수 있고, 금속막의 저항값을 균일하게 안정시킬 수 있다.Disclosed is a method of manufacturing a semiconductor device. The method includes depositing an insulating material on a semiconductor substrate to form an insulating film, etching the insulating film to planarize the insulating film surface, performing a photolithography process on the planarized insulating film, and forming a trench over Depositing a metal material on the entire surface of the semiconductor substrate including the etched trench, depositing the metal material on the insulating film to the thickness of the over-etched trench, and etching the metal material until the insulating film is exposed on the surface. Thereby exposing the metal material embedded in the trench to form a metal film. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of the recess phenomenon and the residue caused by the over etching during the formation of the metal film, and to uniformly stabilize the resistance value of the metal film.
오버 식각, 리세스, 레지듀 Over Etch, Recess, Residue
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 특히 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device.
일반적으로 반도체 소자는 미세화, 대용량화 및 고집적화를 위해서 반도체 소자의 트랜지스터, 비트라인 및 커패시터 등을 형성한 다음, 각각의 소자를 전기적으로 연결할 수 있는 금속배선 등과 같은 다층 배선을 형성하기 위한 후속 공정을 필수적으로 요구하고 있다. In general, semiconductor devices require a subsequent process of forming transistors, bit lines, capacitors, and the like of semiconductor devices for miniaturization, high capacity, and high integration, and then forming multi-layered wiring such as metal wirings to electrically connect the respective devices. Is asking.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10) 상에 트랜지스터(20), 콘택(40)을 포함한 하부 구조물(5)을 형성하고, 층간절연막(30)을 형성한다. As shown in FIG. 1, a
층간절연막(30) 상에 절연막(50)을 증착하고, 콘택(40)을 노출시키기 위해 절연막(50)의 일부에 트렌치(trench)를 형성하여, 트렌치에 텅스텐과 같은 금속물질을 매립하고 이를 평탄화하여 금속막(60)을 형성한다. By depositing an
트랜지스터(20), 콘택(40) 및 금속막(60)이 전기적으로 연결될 수 있고, 금속막(60)의 저항값은 절연막(50)의 트렌치에 증착되는 금속막(60)의 두께에 따라 결정되게 된다. The
도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 의해 형성된 반도체 소자의 공정단면도이다. 2A to 2C are process cross-sectional views of a semiconductor device formed by the prior art.
콘택(50)을 포함한 하부구조물(5) 상에 형성된 절연막(50)에 트렌치를 형성하기 위해 절연막(50)의 일부 영역을 식각하는 과정에서 발생된 오버 식각(over etching)으로 인하여 도 2a에 도시된 바와 같은 리세스(recess)를 동반한 토폴로지(topology)가 발생된다. As shown in FIG. 2A due to over etching generated in etching a portion of the
따라서, 절연막(50)이 식각됨과 동시에 하부구조물(5)의 일부까지 식각됨으로 인하여 식각된 절연막(50) 상에 금속막(60)을 형성하기 위한 금속 성분(62)을 적층하면, 도 2b에 도시된 바와 같이 금속 성분(62)이 절연막(50)의 높이까지 적층되지 못하고 함몰되게 된다. Therefore, when the
도 2c에 도시된 바와 같은 금속 플러그(70)를 형성하는 경우, 리세스를 동반한 토폴로지가 그대로 남아있기 때문에, 하부구조물(5)이 오버 식각된 트렌치의 상부에 형성된 금속 플러그(72)는 절연막(50) 상에 형성된 금속 플러그(70)의 높이보다 낮게 형성된다. In the case of forming the
이로 인하여, 금속 플러그(72) 사이에 형성된 절연막(80)의 상부에는 금속 레지듀(residue,90)가 적층되는 문제가 발생되고, 트렌치에 형성된 금속 플러그(72)가 균일하지 못함으로 인하여 금속 저항값이 안정화되지 못하는 단점이 있다. As a result, a problem arises in that a
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 금속막 형성시 리세스 현상 및 레지듀 형성을 방지하고, 금속막의 저항값을 안정화시키는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which a recess phenomenon and resist formation are prevented during metal film formation, and a resistance value of the metal film is stabilized.
상기 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판상에 절연물질을 증착하여 절연막을 형성하는 단계와, 절연막을 식각하여 절연막 표면을 평탄화하는 단계와, 평탄화된 절연막에 포토리소그래피 공정을 수행하여 트렌치를 형성하는 단계와, 오버 식각된 상기 트렌치를 포함하는 상기 반도체 기판 전면에 금속물질을 증착하되, 상기 오버식각된 트렌치 두께 이상으로 상기 절연막 상에 상기 금속물질을 증착하는 단계와, 절연막이 표면에 드러날 때까지 상기 금속물질을 식각하여 상기 트렌치에 매립된 금속물질을 노출시켜 금속막을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, the method including: forming an insulating film by depositing an insulating material on a semiconductor substrate; and etching the insulating film to planarize the insulating film surface; Forming a trench by performing a photolithography process, depositing a metal material on the entire surface of the semiconductor substrate including the over-etched trench, and depositing the metal material on the insulating layer to the thickness of the over-etched trench. And etching the metal material until the insulating film is exposed on the surface to expose the metal material embedded in the trench to form a metal film.
상기 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판상에 절연물질을 증착하여 절연막을 형성하는 단계와, 절연막을 식각하여 절연막 표면을 평탄화하는 단계와, 평탄화된 절연막에 포토리소그래피 공정을 수행하여 트렌치를 형성하는 단계와, 반도체 기판 전면에 금속 물질을 증착하여 트렌치를 매립하는 금속막을 형성하는 단계 및 금속막 상부 및 절연막의 상부가 평탄할 때까지 금속막 및 절연막을 식각하되, 상기 절연막은 오버식각된 상기 트렌치 두께 이상으로 식각하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, the method including: forming an insulating film by depositing an insulating material on a semiconductor substrate; Forming a trench by performing a photolithography process; forming a metal film filling a trench by depositing a metal material on the entire surface of the semiconductor substrate; and forming a metal film and an insulating film until the top of the metal film and the top of the insulating film are flat. Etching, the insulating film preferably comprises etching the over-etched thickness of the trench.
본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 방법은 금속막을 균일하게 형성함으로써, 리세스 현상 및 레지듀의 발생을 방지할 수 있고, 금속막의 저항값을 안정화시킬 수 있다. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, by forming the metal film uniformly, it is possible to prevent the recess phenomenon and the occurrence of residue, and to stabilize the resistance value of the metal film.
이하, 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 방법의 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, embodiments of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 공정단면도이다.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자 제조를 위한 방법은, 먼저 트랜지스터 제조공정 등의 일련의 반도체 제조 공정이 수행된 반도체 기판(300) 상에 절연막을 형성한다.As shown in FIG. 3A, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention first forms an insulating film on a
여기서, 절연막은 BSG(Boro Silicate Glass)막, BPSG(Boro Phospho Silicate Glass)막, PSG(Phospho Silicate Glass)막, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막, HDP(High Density Plasma) 산화막, SOG(Spin On Glass)막 또는 APL(Advanced Planarization Layer)막 등을 이용하며, 산화막 계열 이외에 무기 또는 유기 계열의 저유전율막을 이용할 수 있다.The insulating film may include a BSG (Boro Silicate Glass) film, a BPSG (Boro Phospho Silicate Glass) film, a PSG (Phospho Silicate Glass) film, a TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) film, an HDP (High Density Plasma) oxide film, and a SOG (Spin On) film. A glass film or an advanced planarization layer (APL) film may be used, and an inorganic or organic low dielectric constant film may be used in addition to the oxide film series.
본 발명에서는 TEOS막을 사용하며, 3300Å 두께로 적층한다.In the present invention, a TEOS film is used and laminated to a thickness of 3300 mm 3.
다음, 절연막을 화학 기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Polishing,CMP)으로 평탄화한다. Next, the insulating film is planarized by Chemical Mechanical Polishing (CMP).
그리고, 반도체 기판(300) 내에 형성된 콘택(미도시)을 노출시키기 위한 트 렌치(trench)를 형성하기 위하여 평탄화된 절연막(310) 상에 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. In addition, a photoresist pattern (not shown) is formed on the planarized
포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 평탄화된 절연막(310)을 식각하여 반도체 기판(300) 내에 형성된 콘택(미도시)을 노출시키는 트렌치(320)를 형성한다.The planarized
그리고, 애싱(Ashing) 공정 등의 수행으로 포토 레지스트 패턴을 제거한다.Then, the photoresist pattern is removed by an ashing process or the like.
한편, 트렌치(320)를 형성할 때 절연막(310)을 오버 식각(over etching)하여 반도체 기판(300)까지 일부 식각된다고 가정한다. Meanwhile, when forming the
즉, 절연막(310)을 3300Å 이상으로 식각하여 반도체 기판(300)의 일부 영역(A)만큼 식각되었다고 하자.In other words, it is assumed that the
도 3b에 도시된 바와 같이, 평탄화된 절연막(310)에 금속막을 형성하기 위하여 화학기상증착공정(Chemical Vapor Deposition:CVD)에 의해 트렌치(320)를 완전히 매몰시켜 텅스텐막(330)을 형성한다. As shown in FIG. 3B, the
이때, 오버식각된 트렌치에 매립되는 텅스텐막(330)의 상부에 리세스(recess) 현상을 방지하기 위하여 텅스텐막(330)을 4000Å 두께로 매립한다.In this case, the
즉, 텅스텐막(330)을 4000Å 두께로 형성하면, 트렌치가 오버식각됨으로 인하여 함몰되는 A영역으로 인한 텅스텐막(330) 표면의 리세스를 방지하고, 절연막(310a)과 평평한 텅스텐막(330)을 구현할 수 있다. That is, when the
도 3c에 도시된 바와 같이, 화학적 기계적 연마 공정(CMP)을 실시하여 절연막(310a)이 표면에 드러날 때까지 텅스텐막(330)을 연마하여 트렌치(320) 이외의 부분에 존재하는 텅스텐막을 제거한다.As shown in FIG. 3C, a
이러한 방법으로 오버 식각된 트렌치상에 형성되는 텅스텐막(330a)의 상부면은 절연막(310a)의 상부 높이와 동일하게 된다.In this manner, the upper surface of the
즉, 본 발명은 종래에 트렌치 오버 식각으로 인해 텅스텐막(330)의 표면이 인접한 절연막(310a) 보다 함몰된 즉, 리세스(recess)를 동반한 토폴로지(topology) 현상을 방지함으로써, 절연막(310a)과 평탄한 텅스텐막(330a)을 구현할 수 있다.That is, according to the present invention, the surface of the
도 3d에 도시된 바와 같이, 평탄화된 절연막(310a) 및 텅스텐막(330a) 상에 층간 절연막(Inter Metal Dielectic, 이하 "IMD"라 한다,340)을 증착한다.As shown in FIG. 3D, an interlayer dielectric (Inter Metal Dielectic, hereinafter referred to as “IMD”) 340 is deposited on the planarized
층간절연막(340)을 산화막 계열의 물질막으로 이용할 경우에는 BSG(Boro Silicate Glass)막, BPSG(Boro Phospho Silicate Glass)막, PSG(Phospho Silicate Glass)막, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막, HDP(High Density Plasma) 산화막, SOG(Spin On Glass)막 또는 APL(Advanced Planarization Layer)막 등을 이용하며, 산화막 계열 이외에 무기 또는 유기 계열의 저유전율막을 이용할 수 있다.When the interlayer
본 발명에서는 층간 절연막(340)으로 TEOS막을 사용하며, 화학적 기상증착법(CVD)을 이용하여 7000Å 두께로 증착한다.In the present invention, a TEOS film is used as the
도 3e에 도시된 바와 같이, 층간절연막(340)에 V1 패턴을 형성하기 위하여, 포토 레지스트 패턴(미도시)을 형성한 후, 이 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 층간절연막(340)을 식각하여 층간절연막 패턴(340a)을 형성한다.As shown in FIG. 3E, in order to form a V1 pattern on the
V1 패턴은 텅스텐막(330a)을 플러그용 금속막으로 형성하기 위한 패턴이다.The V1 pattern is a pattern for forming the
도 3f에 도시된 바와 같이, 층간 절연막 패턴(340a) 상에 화학기상증착공정(Chemical Vapor Deposition:CVD)을 이용하여 텅스텐막(350)을 증착한다.As shown in FIG. 3F, a
층간 절연막 패턴(340a) 사이의 하부에 노출된 텅스텐막(330a)은 텅스텐막(350)과 전기적으로 연결된다. The
도 3g에 도시된 바와 같이, 화학적 기계적 연마 공정(CMP)을 실시하여 층간 절연막 패턴(340a)이 표면에 드러날 때까지 텅스텐막(350)을 연마하여 절연막 패턴(340a) 이상의 부분에 존재하는 텅스텐막을 제거한다. As shown in FIG. 3G, the
이로써 층간 절연막 패턴(340a) 사이에 매립된 텅스텐막(350a)을 노출시킨다.As a result, the
이러한 방법으로 형성된 반도체 소자는 층간 절연막 패턴(340a) 상부에 레지듀(residue)의 적층을 방지시킬 수 있다. The semiconductor device formed in this manner may prevent stacking of resin on the interlayer
또한, 본 발명의 반도체 소자는 텅스텐막(350a)의 두께가 균일하기 때문에 금속막의 저항값이 안정되게 된다. Further, in the semiconductor element of the present invention, since the
이하, 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조방법의 다른 실시예를 설명한다.Hereinafter, another Example of the manufacturing method of the semiconductor element by this invention is described.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 공정단면도이다.4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.
하부 구조물(미도시)이 포함된 반도체 기판(400) 상에 절연막을 형성하고, 절연막을 평탄화한 후, 절연막에 트렌치를 형성하는 방법은 도 3a를 참조하여 설명한 상기 실시예와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다. Since an insulating film is formed on the
도 4a에 도시된 바와 같이, 트렌치를 포함한 반도체 기판 전면에 화학기상증 착공정(CVD)으로 텅스텐을 증착하여 트렌치를 매립한다.As shown in FIG. 4A, the trench is filled by depositing tungsten by chemical vapor deposition (CVD) on the entire surface of the semiconductor substrate including the trench.
이때, 트렌치를 형성하기 위해 절연막을 식각할 때 오버 식각된 트렌치 상에 증착된 텅스텐막(430a)의 상부는 절연막(410a)의 상부보다 낮게 형성된다. In this case, when the insulating layer is etched to form the trench, an upper portion of the
즉, 절연막을 식각하여 트렌치를 형성할 때, 반도체 기판(400)을 A만큼 오버식각했다면, 그 상부에 증착되는 텅스텐막(430a)의 상부는 절연막(410a)의 상부보다 A만큼 낮게 형성되어 리세스(recess)가 발생된다.That is, when the trench is formed by etching the insulating film, if the
따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 텅스텐막(430)의 전면을 화학적 기계적 연마 공정(CMP)을 실시하여 식각할 때 식각층(B-B')까지 식각함으로써, 리세스(recess)를 제거할 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 4B, when the entire surface of the
즉, 식각층(B-B')까지 텅스텐막(430 및 430a) 및 절연막(410a)을 동시에 식각함으로써, 텅스텐막(430 및 430a) 및 절연막(410a)을 평탄화할 수 있다. That is, by simultaneously etching the
여기서, 식각층(B-B')은 오버식각된 반도체 기판(400) 상에 증착된 텅스텐막(430a)의 상부면 보다 낮게 임의로 정의된 식각층이라고 할 수 있다. Here, the etching layer B-B 'may be referred to as an etching layer arbitrarily defined lower than an upper surface of the
이와 같은 방법으로, 본 발명은 반도체 소자의 제조에 있어서 금속막 표면의 리세스 현상 및 레지듀 발생을 방지할 수 있으며, 금속막을 균일하게 형성함으로써 금속막의 저항값을 안정화시킬 수 있다.In this manner, the present invention can prevent the recess phenomenon and the generation of residue on the surface of the metal film in the manufacture of the semiconductor element, and can stabilize the resistance value of the metal film by forming the metal film uniformly.
도 1은 일반적인 반도체 소자의 단면도.1 is a cross-sectional view of a general semiconductor device.
도 2a 내지 도 2c는 일반적인 반도체 소자의 제조과정을 나타낸 공정단면도.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a general semiconductor device.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 반도체 소자의 제조과정을 나타낸 공정단면도.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device of the present invention.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 반도체 소자의 제조과정을 나타낸 공정단면도.Figures 4a and 4b is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.
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