KR101068149B1 - Method for forming landing plug of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 랜딩 플러그 형성방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 방법은, 반도체 기판 상에 하드마스크막을 구비한 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극을 덮도록 기판 상에 층간절연막을 증착하는 단계와, 상기 층간절연막을 식각하여 수개의 게이트 전극 및 게이트 전극 사이의 기판 부분을 동시에 노출시키는 랜딩 플러그 콘택을 형성하는 단계와, 상기 층간절연막 내의 카본 성분이 제거되도록 H2 플라즈마 처리하는 단계와, 상기 랜딩 플러그 콘택을 매립하도록 기판 상에 도전막을 증착하는 단계 및 상기 하드마스크막이 노출되도록 상기 층간절연막 및 도전막을 CMP하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, H2 플라즈마 처리를 통하여 층간절연막의 카본기를 줄임으로써, 후속의 CMP 공정시 카본에 의한 식각 부산물을 줄임으로써, 피노키오 결함을 억제할 수 있다. The present invention discloses a method for forming a landing plug of a semiconductor device. The disclosed method includes forming a gate electrode with a hard mask film on a semiconductor substrate, depositing an interlayer insulating film on the substrate to cover the gate electrode, and etching the interlayer insulating film to several gates. Forming a landing plug contact that simultaneously exposes a portion of the substrate between the electrode and the gate electrode, subjecting the substrate to H2 plasma to remove the carbon component in the interlayer insulating film, and depositing a conductive film on the substrate to fill the landing plug contact And CMPing the interlayer insulating film and the conductive film to expose the hard mask film. According to the present invention, Pinocchio defects can be suppressed by reducing the carbon group of the interlayer insulating film through H2 plasma treatment, thereby reducing the etching by-products by carbon during the subsequent CMP process.
Description
도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 랜딩 플러그 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating processes for forming a landing plug of a semiconductor device according to the related art.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 랜딩 플러그 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도. 2A to 2E are cross-sectional views of processes for describing a method for forming a landing plug of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명* Description of the Related Art [0002]
21: 반도체 기판 22: 게이트 전극21: semiconductor substrate 22: gate electrode
22a: 게이트 산화막 22b: 게이트 도전막22a:
22c: 게이트 하드마스크막 23: 스페이서 질화막22c: gate hard mask film 23: spacer nitride film
24: 층간절연막 25: 랜딩 플러그 콘택홀24: interlayer insulating film 25: landing plug contact hole
26: 랜딩 플러그 26: landing plug
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는, 반도체 소자의 랜딩 플러그 콘택 형성방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a landing plug contact of a semiconductor device.
종래의 CMP 공정은 슬러리(slurry)를 사용하여 플러그를 격리 시키는 방법으로 플러그 재료와 워드라인, 즉, 게이트의 하드마스크층으로 사용되는 질화막과 평탄화 및 갭필(gap fill)재료로 사용되는 산화막을 연마할 때 질화막, 플러그 재료 및 산화막의 식각 선택비 차이로 인하여 질화막에 비해 플러그 재료와 산화막이 디싱되는 현상이 유발되어 나타나는 여러가지 문제점이 있었다. In the conventional CMP process, a slurry is used to isolate the plug, thereby polishing the plug material and the word line, that is, the nitride film used as the hard mask layer of the gate, and the oxide film used as the planarization and gap fill material. When the plug material and the oxide film dished due to the difference in etching selectivity of the nitride film, the plug material and the oxide film caused a number of problems appear.
특히, 플러그 재료와 산화막 디싱 지역으로 CMP 연마 잔류물이 침투하는 경우 후속 세정(cleaning) 공정에서 제거되지 않아 랜딩 플러그 간에 브릿지 (bridge)를 유발시켜 소자의 수율을 감소를 발생시키는 문제점이 있다. In particular, when the CMP polishing residue penetrates into the plug material and the oxide dish dishing area, the CMP polishing residue is not removed in a subsequent cleaning process, causing a bridge between landing plugs, thereby reducing the yield of the device.
이하, 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 콘택 플러그 형성방법을 설명하기로 한다. Hereinafter, a method for forming a contact plug of a semiconductor device according to the related art will be described.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 반도체소자의 콘택 플러그 형성방법을 도시한 단면도이다. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method for forming a contact plug of a semiconductor device according to the prior art.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(11) 상에 다수개의 게이트 전극(12)을 형성한다. 여기서, 상기 게이트 전극은 게이트 산화막(12a)과 게이트 도전막(12b) 및 게이트 하드마스크막(12c)으로 이루어져 있음을 이해할 수 있다. 그런다음, 상기 게이트 전극(12)의 양측 면에 게이트 스페이서(13)를 형성한다. Referring to FIG. 1A, a plurality of
이어서, 상기 게이트 전극(12)을 덮도록 기판(11) 상에 층간절연막(14)을 형성하고, 이를 CMP하여 평탄화시킨다. 통상적으로, 상기 층간절연막(14) 물질은 BPSG를 이용하는데, 여기에는 카본(Carbon)이 포함되어 있다. Subsequently, an interlayer
그런다음, 상기 층간절연막(14) 및 게이트 전극의 하드마스크막(12c)의 일부 를 자기정렬방식(Self Aligned Contact: 이하 SAC) 방식으로 식각하여 랜딩플러그가 형성될 영역을 한정하는 콘택홀(15)을 형성한다. Then, a portion of the
도 1b를 참조하면, 상기 콘택홀(15)을 매립하도록 도전물질을 매립하고, 이를 도전물질 간에 절연이 되도록 CMP하여 각 게이트 전극 사이에 랜딩플러그(16)를 형성한다. Referring to FIG. 1B, a conductive material is embedded to fill the
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 기술에 따른 랜딩 플러그 형성방법은, 랜딩 플러그를 형성하기 위한 CMP 공정시 하드마스크막인 질화막과 층간절연막인 질화막 랜딩플러그 물질인 폴리막을 동시에 CMP하게되며, 이때, 층간절연막에 포함되어 있는 카본 성분에 의해 유발되는 부산물로 인해 발생하는 플러그 간의 브릿지, 일명 피노키오 결함이 발생하는 문제점이 있다. However, in the method of forming a landing plug according to the related art as described above, the CMP process for forming the landing plug simultaneously CMPs a nitride film, which is a hard mask film, and a poly film, which is a nitride film landing plug material, which is an interlayer insulating film. There is a problem that bridges between plugs, also known as Pinocchio defects, are generated due to by-products caused by carbon components included in the insulating film.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 반도체 소자의 랜딩 플러그를 형성하는 과정에 있어서, 랜딩 플러그 간의 브릿지, 일명 피노키오 결함의 발생을 억제할 수 있는 반도체 소자의 랜딩 플러그 콘택 형성방법 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the problems according to the prior art as described above, in the process of forming a landing plug of the semiconductor device, a bridge between the landing plug, a semiconductor that can suppress the occurrence of pinocchio defects It is an object of the present invention to provide a method for forming a landing plug contact of a device.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 반도체 기판 상에 하드마스크막을 구비한 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 덮도록 기판 상에 층간절연막을 증착하는 단계; 상기 층간절연막을 식각하여 수개의 게이트 전극 및 게이트 전극 사이의 기판 부분을 동시에 노출시키는 랜딩 플러그 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 층간절연막 내의 카본 성분이 제거되도록 H2 플라즈마 처리하는 단계; 상기 랜딩 플러그 콘택홀을 매립하도록 기판 상에 도전막을 증착하는 단계; 및 상기 하드마스크막이 노출되도록 상기 층간절연막 및 도전막을 CMP하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 랜딩 플러그 형성방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention, forming a gate electrode having a hard mask film on a semiconductor substrate; Depositing an interlayer insulating film on a substrate to cover the gate electrode; Etching the interlayer insulating film to form a landing plug contact hole simultaneously exposing several gate electrodes and a portion of the substrate between the gate electrodes; H2 plasma treatment to remove the carbon component in the interlayer insulating film; Depositing a conductive film on a substrate to fill the landing plug contact hole; And CMPing the interlayer insulating layer and the conductive layer to expose the hard mask layer.
여기서, 상기 H2 플라즈마 처리는 N2 가스를 첨가하여 수행한다. Here, the H2 plasma treatment is performed by adding N2 gas.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2c은 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 콘택 플러그 형성방법을 도시한 단면도이다. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method for forming a contact plug of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(21) 상에 게이트 산화막(22a), 게이트 도전막(22b), 게이트 하드마스크막(22c) 및 난반사막(미도시)을 차례로 형성한다. 그런다음, 상기 난반사막 상에 게이트 전극이 형성될 영역을 한정하는 감광막 패턴(미도시)을 형성하고, 이를 식각 장벽으로 하여 난반사막을 식각한다. 여기서, 상기 난반사막은 300~1500Å의 두께로 형성한다. Referring to FIG. 2A, a
이어서, 상기 감광막 및 난반사막을 식각장벽으로 이용해서 상기 게이트 하드마스크막과 게이트 도전막 및 게이트 산화막을 식각하여 다수개의 게이트 전극(22)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 도전막(22b)은 폴리막 텅스텐막의 이중구조임을 이해할 수 있다. 여기서, 상기 게이트 산화막(22a)은 30~150Å의 두께로 형성하고, 게이트 도전막(22b)에서 폴리막 및 텅스텐 실리사이드막은 각각 500~1500 Å, 500~2000Å의 두께로 형성하며, 상기 게이트 하드마스크막(22c)은 1500~4000Å의 두께로 하여 형성한다. Subsequently, the gate hard mask film, the gate conductive film, and the gate oxide film are etched using the photoresist film and the diffuse reflection film as an etch barrier to form a plurality of
다음으로, 상기 게이트 전극(22)의 양측면 및 기판 상에 스페이서 질화막(23)을 형성한다. Next, a
도 2b를 참조하면, 상기 게이트 전극(22)을 덮도록 기판 상에 층간절연막(24)을 형성한다. 이어서, 상기 층간절연막(24)을 경화시키기 위하여 열처리를 실시하고, 그런다음, 상기 층간절연막(24)을 CMP 공정을 통해 평탄화 시킨다. Referring to FIG. 2B, an
다음으로, 상기 층간절연막(24) 상에 감광막을 도포하고, 이를 노광 및 현성하여 랜딩 플러그 콘택홀이 형성될 영역을 한정하는 감광막 패턴을 형성한다. 상기 감광막 패턴을 식각 장벽으로 이용해서 상기 층간절연막(24)을 식각하여 다수개의 게이트를 노출시키는 랜딩 플러그 콘택홀(25)을 형성한다. 이어서, 상기 감광막 패턴을 스트립 공정을 통해 제거한다. Next, a photoresist film is coated on the
이때. 상기 층간절연막(24) 물질은 BPSG, BSG, PSG 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 여기서, 상기 층간절연막(24) 물질로 BPSG를 증착할때, 붕소(Boron) 불순물은 3~6wt%의 량으로 사용하며, 인(Phosphorous) 불순물은 3~6wt%의 량으로 사용하며, BSG를 사용함에 따라, 붕소 불순물의 함유량은 5~20wt%의 량으로 사용하며, PSG를 사용함에 따라, 인 불순물의 함유량은 5~25wt%의 량으로 하여 사용한다. At this time. The
도 2c를 참조하면, 상기 노출된 게이트 전극(22) 및 스페이서 질화막(23) 상에 랜딩 플러그 콘택 버퍼 산화막(23b)을 500~3000Å의 두께로 형성한다. 여기서, 상기 랜딩 플러그 콘택 버퍼 산화막(23b)은 스텝커버리지(step-coverage) 특성이 좋지 않은 물질 및 방법으로 증착함으로써 상기 노출된 게이트 상에 두껍게 증착되며, 게이트 사이 영역의 스페이서 질화막 상에는 얇게 증착된다. 이는, 스페이서 질화막(23) 제거시 게이트 상부의 게이트 하드마스막(22c)의 식각을 방지하기 위함이다. Referring to FIG. 2C, a landing plug contact
그런다음, 게이트 전극(22) 사이 영역의 기판을 노출시키도록 에치 백하여 게이트 사이 영역의 스페이서 질화막(23) 및 랜딩 플러그 콘택 버퍼 산화막(23b)을 제거한다. The
이어서, 상기 에치 백 공정에서 기판에 인가된 식각 데미지를 회복하기 위하여 LET(light etch treatment)를 수행한다. 이때, 상기 LET 처리시 NF3와 He 및 O2 가스를 섞어서 사용하거나, CF4 및 O2 가스를 섞어서 사용할 수 있다. Subsequently, a light etch treatment (LET) is performed to recover the etch damage applied to the substrate in the etch back process. At this time, the LET treatment may be used by mixing NF3 and He and O2 gas, or mixed with CF4 and O2 gas.
도 2d를 참조하면, 층간절연막(24)에 포함되어 있는 카본 성분을 줄이기 위하여 기판 전면상에 H2 플라즈마 처리를 실시한다. 이때, 상기 H2 플라즈마 형성시 N2 가스를 첨가하여 사용함이 바람직하다. Referring to FIG. 2D, an H 2 plasma treatment is performed on the entire surface of the substrate to reduce the carbon component included in the interlayer
여기서, 상기 층간절연막의 카본 성분은 후속의 CMP 공정시 식각 잔류물을 다량 발생시키며, 이는 CMP 공정으로 인한 디싱(Dishing) 영역 사이로 침투하여 피노키오 결함을 유발하고, 이는 또 비트 패일을 발생시킨다. 따라서, H2 플라즈마 처리를 함으로써, 카본 성분을 줄임으로써 피노키오 결함을 방지할 수 있다. Here, the carbon component of the interlayer insulating film generates a large amount of etching residues in the subsequent CMP process, which penetrates between dishing areas due to the CMP process, causing pinocchio defects, which also causes bit failing. Therefore, by performing the H2 plasma treatment, the Pinocchio defect can be prevented by reducing the carbon component.
도 2e를 참조하면, 상기 콘택홀(25)을 매립하도록 도전물질, 바람직하게는 폴리막을 매립하고, 이를 도전물질간에 절연이 되도록 CMP하여 콘택 플러그(26)를 형성한다. Referring to FIG. 2E, a conductive material, preferably a poly film, is embedded to fill the
여기까지에서, 본 발명은 콘택 플러그를 형성하기 위한 CMP 공정에서 하드마 스크막의 질화막 및 폴리막과 층간절연막의 카본의 식각 잔류물에 의하여 발생하는 브릿지, 일명 피노키오 결함을 억제하기 위하여 H2 플라즈마 처리를 통하여 층간절연막의 카본 성분을 최소화함으로써, 피노키오 결함을 억제할 수 있다. Up to this point, the present invention uses the H2 plasma treatment in order to suppress bridges, also known as Pinocchio defects, caused by the nitride film of the hard mask film and the etching residue of carbon of the poly film and the interlayer insulating film in the CMP process for forming the contact plug. By minimizing the carbon component of the interlayer insulating film, pinocchio defects can be suppressed.
이상에서와 같이, 본 발명에 따르면, H2 플라즈마 처리를 통하여 층간절연막의 카본기를 줄임으로써, 후속의 CMP 공정시 카본에 의한 식각 부산물을 줄임으로써, 피노키오 결함을 억제할 수 있다. As described above, according to the present invention, by reducing the carbon group of the interlayer insulating film through the H2 plasma treatment, it is possible to suppress the Pinocchio defect by reducing the etching by-products by the carbon during the subsequent CMP process.
따라서, 소자 및 소자 공정의 신뢰성을 확보하고, 수율을 향상시킬 수 있다.Therefore, the reliability of an element and an element process can be ensured and a yield can be improved.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to the embodiments described above, but in the field to which the invention pertains without departing from the spirit of the invention as claimed in the claims. Any person with ordinary knowledge will be able to make various modifications.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20040001938A (en) * | 2002-06-29 | 2004-01-07 | 주식회사 하이닉스반도체 | Forming method of self align contact in semiconductor device |
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2004
- 2004-01-08 KR KR1020040001223A patent/KR101068149B1/en not_active IP Right Cessation
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