KR101043440B1 - Method for forming semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 반도체 소자의 형성 방법은 반도체 기판 상의 게이트를 포함하는 전체 상부에 버퍼층을 형성하고, 상기 반도체 기판이 노출되도록 상기 버퍼층을 식각하고, 상기 반도체 기판 상에 층간절연막을 형성한 후, 상기 층간절연막을 식각하여 콘택홀을 형성함으로써 콘택홀의 하부가 오픈되지 않는 문제를 개선하여 콘택저항이 증가되는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.In the method of forming a semiconductor device of the present invention, a buffer layer is formed over the entire surface including a gate on a semiconductor substrate, the buffer layer is etched to expose the semiconductor substrate, an interlayer insulating film is formed on the semiconductor substrate, and then the interlayer is formed. By forming the contact hole by etching the insulating film, the problem that the lower portion of the contact hole is not opened is improved, thereby providing an effect of preventing the contact resistance from increasing.
콘택홀, 버퍼 산화막 Contact Holes, Buffer Oxides
Description
본 발명은 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 콘택홀의 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a contact hole.
반도체 소자가 점차 고집적화 됨에 따라 그에 상응하여 소자의 크기가 점차 감소하고 있다.As semiconductor devices are increasingly integrated, the size of the devices is gradually reduced accordingly.
이는 사진식각공정이 반복되는 반도체 소자의 형성 공정에 있어서 식각이 정확하게 이루어지지 않게 하거나, 이웃하는 패턴들과 브릿지되는 불량들을 유발하여 반도체 소자의 신뢰성을 저하시킨다.This prevents the etching from being performed correctly in the process of forming the semiconductor device in which the photolithography process is repeated, or causes defects that are bridged with neighboring patterns, thereby lowering the reliability of the semiconductor device.
그 중 랜딩플러그의 하부가 오픈되지 않아 자기정렬 콘택이 정확하게 형성되지 않는 문제가 있는데 이를 구첵적으로 살펴보면 다음과 같다.Among them, there is a problem that the self-aligned contact is not formed correctly because the lower part of the landing plug is not opened.
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 나타낸 단면도이다. 1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device according to the prior art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 소자분리막(14)으로 정의되는 활성영역(12)이 구비된 반도체 기판(10) 상부에 형성된 하드마스크 패턴(미도시)을 식각마스크로 하여 활성영역(12)에 리세스를 형성한 후, 전체 상부에 게이트 산화막(16), 게이트 전극용 폴리실리콘층(18) 및 하드마스크층(20)을 순차적으로 형성한 후 패터닝하여 게이트 패턴(22)을 형성한다.As shown in FIG. 1A, the hard mask pattern (not shown) formed on the
그 다음 도 1b에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴(22)을 포함하는 반도체 기판(10) 상에 게이트 스페이서용 질화막(24) 및 게이트 스페이서용 산화막(미도시)을 증착한다. Next, as shown in FIG. 1B, a
이때, 게이트 스페이서용 산화막은 페리부 채널 형성에 필요한 구성으로 셀 부에서는 게이트 스페이서용 산화막을 제거하는 것이 바람직하기 때문에 셀 부만을 오픈시키는 마스크를 이용하여 셀 부의 게이트 스페이서용 산화막을 제거한다.At this time, since the gate spacer oxide film is necessary to form the ferrite channel, and the cell spacer is preferably removed, the gate spacer oxide film of the cell spacer is removed using a mask that opens only the cell spacer.
그 다음 셀 스페이서용 질화막(26)을 증착한다.Then, a
그 다음 도 1c에 도시된 바와 같이, 전체 상부에 랜딩플러그 형성을 위한 층간절연막(28)을 형성하고 하드마스크층(20)의 상부가 노출되도록 평탄화식각공정을 수행한 후 그 상부에 하드마스크층(30)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, an
그 다음 도 1d에 도시된 바와 같이, 하드마스크층(30) 상부에 랜딩플러그용 감광막 패턴(미도시)을 형성하고 이를 식각마스크로 하드마스크층(30)을 패터닝하여 하드마스크패턴(미도시)을 형성한 후, 하드마스크패턴(미도시)을 식각마스크로 층간절연막(28)을 식각하여 랜딩플러그 홀(32)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1D, a landing plug photoresist pattern (not shown) is formed on the
이후, 하드마스크패턴(미도시)는 제거한다.Thereafter, the hard mask pattern (not shown) is removed.
이때, 랜딩플러그 홀(32)을 형성하기 위해서는 층간절연막(28)을 3000Å 이상 식각해야하는데, 이때 모든 영역에서 동일한 식각률을 갖지 못해 식각률의 차이가 발생하여 국부적으로 식각타겟만큼 층간절연막(28)이 식각되지 않기 때문에 'A' 와 같이 랜딩플러그 홀(32)의 하부에 층간절연막이 남아있을 수 있다.In this case, in order to form the
이와 같이 랜딩플러그 홀(32)의 하부에 남은 층간절연막을 없애기 위해 과도식각을 수행하는 경우에는 셀 스페이서용 질화막(26) 및 게이트 스페이서용 질화막(24)의 손실을 유발하기 때문에 후속 공정에서 자기정렬 콘택의 페일이 발생할 수 있다.As described above, in the case where the transient etching is performed to remove the interlayer insulating film remaining under the
그 다음 도 1e에 도시된 바와 같이, 랜딩플러그 홀(32)을 포함하는 전체 상부에 버퍼 산화막(34)을 증착한다.Next, as shown in FIG. 1E, the
이때, 버퍼 산화막(34)은 후속 공정으로 반도체 기판의 활성영역(14)을 노출시키는 과정에서 셀 스페이서용 질화막(26)이 손실되지 않도록 형성하는데, 버퍼 산화막(34)은 전체 상부에 형성되기 때문에 'A'영역에서는 다른 영역과 달리 높은 단차를 갖게 된다.In this case, the
그 다음 도 1f에 도시된 바와 같이, 반도체 기판의 활성영역(14)이 노출되도록 버퍼 산화막(34)에 에치백을 수행한다.Next, as shown in FIG. 1F, an etch back is performed on the
이때, 'A'영역에는 다른 영역에 비해 높은 단차를 갖도록 버퍼 산화막(34)이 형성되어 있기 때문에 에치백을 수행하여도 다른 영역과 같이 활성영역(14)이 노출되지 않고 아예 오픈되지 않아 반도체 소자의 수율을 감소시키는 문제점이 있다.In this case, since the
또한, 활성영역(14)을 노출시킨다 하더라도 다른 영역에 비하여 활성영역(14)이 노출된 영역이 현저히 작기 때문에 이는 콘택 저항을 크게 하여 반도체 소자의 특성을 크게 저하시키는 문제가 있다.In addition, even if the
본 발명은 콘택홀을 형성하는데 층간절연막을 식각하는 식각률의 차이에 의해 균일하게 식각되지 않아 콘택홀의 하부가 오픈되지 않는 문제를 해결하고자 한다.The present invention is to solve the problem that the lower portion of the contact hole is not opened because it is not uniformly etched by the difference in the etching rate for etching the interlayer insulating film to form the contact hole.
본 발명의 반도체 소자의 형성 방법은 반도체 기판 상의 게이트를 포함하는 전체 상부에 버퍼층을 형성하는 단계와 상기 반도체 기판이 노출되도록 상기 버퍼층을 식각하는 단계와 상기 반도체 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계 및 상기 층간절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of forming a semiconductor device of the present invention comprises the steps of forming a buffer layer over the whole including a gate on a semiconductor substrate, etching the buffer layer to expose the semiconductor substrate, and forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate; And etching the interlayer insulating layer to form contact holes.
이때, 상기 버퍼층을 형성하는 단계는 상기 게이트를 포함하는 전체 상부에 스페이서용 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the forming of the buffer layer may further include forming an insulating film for spacers over the entire area including the gate.
그리고, 상기 스페이서용 절연막은 질화막인 것을 특징으로 한다.The spacer insulating film is a nitride film.
또한, 상기 버퍼층을 식각하는 단계는 에치백 공정으로 수행되는 것을 특징으로 한다.In addition, the etching of the buffer layer may be performed by an etch back process.
그리고, 상기 버퍼층을 식각하는 단계는 상기 버퍼층 및 상기 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 것을 특징으로 한다.The etching of the buffer layer may include forming a trench by etching the buffer layer and the semiconductor substrate.
이때, 상기 트렌치는 100Å 내지 400Å 깊이로 형성하는 것을 특징으로 한다,At this time, the trench is characterized in that it is formed to a depth of 100Å to 400Å,
그리고, 상기 층간절연막을 형성하는 단계는 상기 게이트가 노출되도록 상기 층간절연막을 평탄화 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the interlayer insulating layer may further include planarization etching of the interlayer insulating layer to expose the gate.
또한, 상기 층간절연막을 형성하는 단계는 전체 표면 상에 하드마스크층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the forming of the interlayer insulating film may further include forming a hard mask layer on the entire surface.
그리고, 상기 콘택홀을 형성하는 단계는 상기 하드마스크층 상에 형성된 감광막 패턴을 식각마스크로 상기 하드마스크층을 식각하여 하드마스크층 패턴을 형성하는 단계 및 상기 하드마스크층 패턴을 식각마스크로 상기 층간절연막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the contact hole may include forming a hard mask layer pattern by etching the hard mask layer using the photoresist pattern formed on the hard mask layer as an etching mask, and forming the hard mask layer pattern as an etching mask. And etching the insulating film.
그리고, 상기 콘택홀 형성하는 단계는 상기 층간절연막을 소정두께 식각하는 제 1 식각단계 및 상기 반도체 기판 상에 잔류하는 상기 층간절연막을 제거하는 제 2 식각단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the contact hole may include a first etching step of etching the interlayer insulating film and a second etching step of removing the interlayer insulating film remaining on the semiconductor substrate.
이때, 상기 제 1 식각단계는 상기 층간절연막의 두께가 200Å 내지 300Å 되도록 상기 층간절연막을 식각하는 것을 특징으로 한다.In this case, the first etching step is characterized in that the interlayer insulating film is etched so that the thickness of the interlayer insulating film is 200 ~ 300Å.
본 발명은 콘택홀의 하부를 오픈시키기 위한 과도식각으로 인해 자기정렬 콘택의 페일이 유발되지 않도록 하면서 콘택홀의 하부가 오픈되지 않는 문제를 개선하여 콘택저항이 증가되는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.The present invention improves the problem that the lower portion of the contact hole is not opened while preventing the self-aligned contact from failing due to the excessive etching to open the lower portion of the contact hole, thereby providing an effect of preventing the contact resistance from increasing.
본 발명은 반도체 기판 상에 형성된 도전층 패턴을 포함하는 전체 상부에 버퍼 산화막을 형성하고, 반도체 기판이 노출되도록 상기 버퍼 산화막을 식각한 후, 전체 상부에 층간절연막을 형성하고, 상기 층간절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하 는 기술적 사상을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a buffer oxide film is formed over an entire surface including a conductive layer pattern formed on a semiconductor substrate, the buffer oxide film is etched to expose a semiconductor substrate, an interlayer insulating film is formed over the entire substrate, and the interlayer insulating film is etched. It includes the technical idea of forming a contact hole.
즉, 종래와 같이 층간절연막을 형성한 후 이를 식각하여 콘택홀을 형성하는 것이 아니기 때문에 층간절연막을 식각하면서 발생되는 식각률의 차이가 발생되지 않아 콘택홀의 하부가 오픈되지 않는 문제를 개선할 수 있다.That is, since the contact hole is not formed by etching the interlayer insulating film after forming the interlayer insulating film as in the related art, the difference in the etch rate generated by etching the interlayer insulating film does not occur, thereby improving the problem that the lower part of the contact hole is not opened.
이를 구체적으로 설명하기 위해서 이하에서는 랜딩플러그 콘택홀을 실시예로 하여 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.In order to explain this in detail, the following describes the technical idea of the present invention with the landing plug contact hole as an embodiment.
하지만 이는 일 실시예로서 설명되는 것이기 때문에 본 발명의 기술적 사상However, the technical spirit of the present invention because it is described as an embodiment
을 포함하는 범위 내에서 변경실시 가능하다.Modifications can be made within a range including the above.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 나타낸 단면도이다.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 소자분리막(104)으로 정의되는 활성영역(102)이 구비된 반도체 기판(100) 상부에 형성된 하드마스크 패턴(미도시)을 식각마스크로 하여 활성영역(102)에 트렌치를 형성한 후, 전체 상부에 게이트 산화막(106), 게이트 전극용 폴리실리콘층(108) 및 하드마스크층(110)을 순차적으로 형성한 후 패터닝하여 게이트 패턴(112)을 형성한다.As shown in FIG. 2A, a hard mask pattern (not shown) formed on the
그 다음 도 2b에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴(112)을 포함하는 반도체 기판(100) 상에 게이트 스페이서용 질화막(114) 및 게이트 스페이서용 산화막(미도시)을 증착한다. 이때, 게이트 스페이서용 산화막은 페리부 채널 형성에 필요한 구성으로 셀 부에서는 게이트 스페이서용 산화막을 제거하는 것이 바람직하기 때문에 셀 부만을 오픈시키는 마스크를 이용하여 셀 부의 게이트 스페이서용 산화막을 제 거한다. 이어서 셀 스페이서용 질화막(116)을 증착한다.Next, as shown in FIG. 2B, a
그 다음 도 2c에 도시된 바와 같이, 전체 상부에 버퍼 산화막(118)을 형성한다. 이때, 버퍼 산화막(118)은 스텝 커버리지(step coverage)가 좋지 않기 때문에 동일한 두께로 형성되지 않고 도시된 바와 같이 게이트 하드마스크(110) 상으로 더 두껍게 된다.Next, as shown in FIG. 2C, the
그 다음 도 2d에 도시된 바와 같이, 버퍼 산화막(118)에 대한 에치백 공정을 수행하여 활성영역(102)에 트렌치를 형성한다. 이때, 에치백 공정을 통하여 셀 스페이서용 질화막(116), 게이트 스페이서용 질화막(114), 게이트 산화막(106), 반도체 기판의 활성영역(102)을 식각하여 트렌치를 형성하는데, 이때의 트렌치 깊이는 400Å 이하가 된다.As shown in FIG. 2D, an etch back process is performed on the
상술한 바와 같이 랜딩플러그 영역을 형성하기 이전에 활성영역(102)에 트렌치를 형성하기 때문에 랜딩플러그 하부 영역이 오픈되지 않는 문제를 근본적으로 해결할 수 있다. 또한, 종래와 같이 게이트 스페이서의 형성 이후 랜딩플러그 영역을 정의하기 위한 층간절연막을 형성하지 않기 때문에, 랜딩플러그 영역의 형성을 위해 층간절연막의 식각 시 요구되는 3000Å의 이상의 식각타겟이 적용될 필요가 없으며, 이 과정에서 특정 영역에서 식각률의 차이가 유발되어 랜딩플러그 하부 영역이 균일하게 식각되지 못하는 것을 근본적으로 방지할 수 있다. 그리고, 랜딩플러그 하부 영역의 오픈을 위한 층간절연막의 과도식각으로 인해 발생될 수 있는 셀 스페이서용 질화막(116) 및 게이트 스페이서용 질화막(114)의 손실도 방지할 수 있다. 이와 같이 종래의 식각타겟보다 낮은 식각타겟으로 식각을 진행하기 때문에 식 각률의 차이가 발생하더라도 거의 미비하기 때문에 모든 영역에서 균일하게 식각할 수 있으며 이에 따른 공정 시간도 줄일 수 있다.As described above, since the trench is formed in the
이때, 버퍼 산화막(118)은 에치백 공정을 수행하는 도중에 거의 제거되며, 일부 남아있더라도 게이트 패턴(112)의 상측에만 남아있게 되는데 이는 후속 공정에서 층간절연막(120)을 평탄화식각하는 공정에서 모두 제거된다. 버퍼 산화막(118)이 남아있더라도 이는 게이트 패턴의 스페이서와 같은 역할을 하기 때문에 후속 공정에 아무런 영향을 주지 않는다. 편의상 버퍼 산화막(118)은 모두 제거된 것으로 하여 도시하지 않는다.At this time, the
그 다음 도 2e에 도시된 바와 같이, 전체 상부에 층간절연막(120)을 형성한 후 게이트 하드마스크층(110)이 노출되도록 평탄화식각공정을 수행한다.Next, as shown in FIG. 2E, after forming the interlayer insulating
그 다음 도 2f에 도시된 바와 같이, 전체 상부에 하드마스크층(122)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2F, the
그 다음 도 2g에 도시된 바와 같이, 하드마스크층(122) 상에 랜딩플러그 영역을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 식각마스크로 하드마스크층(122)을 식각하여 하드마스크패턴을 형성하고, 하드마스크패턴을 식각마스크로 층간절연막(120)을 식각하여 랜딩플러그 영역을 형성한다. 이때, 랜딩플러그의 하부까지 한꺼번에 식각하는 것이 아니라 트렌치의 저부로부터 200Å 내지 300Å의 두께를 갖도록 층간절연막(120)을 남겨둔다. 이와 같이 층간절연막(120)을 소정두께 남겨두는 이유는 랜딩플러그 영역을 형성하기 위한 식각시 과도식각되는 것을 제어하여 반도체 소자의 또 다른 불량의 발생을 방지하기 위함이다.Next, as shown in FIG. 2G, the
그 다음 도 2h에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)의 활성영역(102)이 노출되도록 랜딩플러그 하부에 남아있는 층간절연막(120)을 제거한다. 이때, 층간절연막(120)은 습식식각 또는 건식식각으로 수행하여 제거될 수 있으며, 활성영역(102)에 셀 스페이서용 질화막(116)과의 식각선택비를 이용하여 층간절연막(120)이 제거되도록 한다. 활성영역(102)에 남아있는 층간절연막(120)의 두께는 300Å 이하이므로 식각량이 많지 않아 게이트 패턴의 측벽을 손실시키지 않아 반도체 소자의 신뢰성을 저하시킬 문제가 없다.Next, as shown in FIG. 2H, the
따라서 상술한 바와 같이 랜딩 플러그 하부 영역을 먼저 형성한 후 그 상부에 층간절연막을 형성하고 이를 식각하여 랜딩플러그 홀을 형성함으로써 랜딩플러그의 하부가 오픈되지 않는 문제를 개선할 수 있다. 또한, 반도체 기판의 활성영역이 균일하게 식각됨에 따라 랜딩플러그 저항의 변동도 크지 않아 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Therefore, as described above, the lower portion of the landing plug may be improved by first forming the lower portion of the landing plug and then forming an interlayer insulating layer on the upper portion of the landing plug and etching the same. In addition, as the active region of the semiconductor substrate is uniformly etched, the variation of the landing plug resistance is not large, thereby improving reliability of the semiconductor device.
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 나타낸 단면도. 1A to 1F are cross-sectional views showing a method of forming a semiconductor device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 나타낸 단면도.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
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