KR20010008589A - Method of forming bit-line of semiconductor device utilized damascene process - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A bit line formation method is provided to be capable of effectively forming a plug and bit lines, by forming a metal bit line connected to the plug. CONSTITUTION: A gate electrode is first formed on the semiconductor substrate. An impurity implantation region is then formed between the gate electrode and a device isolation film(12). Only the impurity implantation region corresponding to bit lines(72) is epitaxially grown to form plugs(36,40). Next, after forming an interlayer insulating film/an etch stop film/an interlayer insulating film are formed on the resulting surface, a contact hole for performing a damascene pattern is formed within the interlayer insulating film. A metal film is filled up to a given region of the contact hole. An insulating film is filled within the remaining contact hole. Then, an upper portion of the interlayer insulating film is selectively removed using the insulating film and the etch stop film within the contact hole, thus forming an electrode of the metal bit lines connected to an underlying plugs or the gate electrode. Then, the etch stop film is removed and spacers (28,70') made of an insulating material are then formed at the sidewall of the bit lines.

Description

상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법{Method of forming bit-line of semiconductor device utilized damascene process}Method of forming bit-line of semiconductor device utilized damascene process}

본 발명은 반도체장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 고집적 반도체장치의 배선 저항을 낮출 수 있으며 제조 수율을 높일 수 있는 상감 기법을 이용한 새로운 반도체장치의 비트라인 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a bit line of a new semiconductor device using a damascene technique capable of lowering wiring resistance of a highly integrated semiconductor device and increasing a manufacturing yield.

반도체 장치의 고집적화를 위해서는 리소그라피(lithography), 셀구조, 배선과 관련된 새로운 물질 및 절연막과 관련된 물성한계 연구 등이 필요하다. 그리고, 반도체 장치의 고집적화에 의해 셀 면적도 축소됨에 따라서 콘택 홀(contact hole) 면적의 축소도 필수적이다.Higher integration of semiconductor devices requires lithography, cell structures, new materials related to wiring, and physical property limits related to insulating films. In addition, as the cell area is reduced due to the higher integration of semiconductor devices, the reduction of the contact hole area is also essential.

디자인룰이 0.3??m ∼ 0.4??m정도인 64M DRAM장치에서는, 콘택홀을 통상 0.5??m정도의 피쳐사이즈(feature size)로 형성하더라도 마스크의 미스얼라인(misalign)등에 의해 주변구조물, 즉 게이트전극이나 비트라인의 노출이 빈번하게 발생하게 되는데, 이는 게이트전극과 스토리지 전극 및 비트라인과 스토리지전극의 접촉을 유발하기 때문에 메모리 장치의 신뢰성 저하에 커다란 요인으로 작용하였다.In 64M DRAM devices with a design rule of 0.3 ?? m to 0.4 ?? m, even if the contact hole is formed with a feature size of about 0.5 ?? m, the peripheral structure may be caused by misalignment of the mask. That is, the exposure of the gate electrode or the bit line occurs frequently, which causes the contact between the gate electrode and the storage electrode and the bit line and the storage electrode, which is a major factor in reducing the reliability of the memory device.

이에, 마스크의 미스얼라인등에 의한 주변구조물의 노출이 없으면서도 콘택홀의 미세화를 신뢰성있게 달성하기 위한 많은 방법들이 연구개발 되고 있는데, 그 중 한가지가 셀프 얼라인 콘택(Self-aligned contact) 형성 방법이다.Accordingly, many methods for reliably achieving miniaturization of contact holes without exposure of peripheral structures due to misalignment of masks, etc. have been researched and developed, and one of them is a method of forming a self-aligned contact. .

상기 셀프 얼라인 콘택 형성 방법은 반도체 기판상의 요철부위를 이용하여 식각량을 조절하여 콘택 부위만을 오픈 시키는 방법인데, 주변 구조물의 높이, 콘택이 형성될 절연물질의 두께 및 식각 방법에 의해 다양한 크기의 콘택을 얻을 수 있기 때문에, 고집적화에 의해 미세화되는 반도체 장치의 실현에 적합하다.The self-aligned contact forming method is a method of opening only the contact portion by adjusting the etching amount by using the uneven portion on the semiconductor substrate, the height of the surrounding structure, the thickness of the insulating material to form the contact and the etching method of various sizes Since a contact can be obtained, it is suitable for realization of the semiconductor device miniaturized by high integration.

그러나, 상기와 같은 셀프 얼라인 콘택 형성 방법도 반도체장치의 고집적화에 따라 소스/드레인 면적이 계속 축소될 경우 콘택전극이 대개 스페이서 절연막 사이에 형성되어 있기 때문에 그 면적을 확보하는데 한계가 있을 뿐만 아니라 비정렬 또는 과도 식각 공정에 의해 기판 손상을 일으켜 소자의 열화가 발생되거나 상기 비트라인용 콘택 플러그와 스토리지 노드 전극의 콘택 플러그 사이에 브릿지가 발생되는 문제점이 있었다.However, the above self-aligned contact forming method also has a limitation in securing the area because the contact electrode is usually formed between the spacer insulating films when the source / drain area is continuously reduced due to the high integration of the semiconductor device. The substrate may be damaged by an alignment or excessive etching process, resulting in deterioration of the device, or a bridge between the bit line contact plug and the storage node electrode contact plug.

한편, 최근에는 반도체장치의 동작 속도를 높이기 위해서 배선라인을 금속으로 대체하여 배선 저항의 크게 낮추고 있으며 이로 인해 비트라인의 재료 또한 금속을 사용하기에 이르렀다. 이러한 금속 비트라인은 MIM(Metal Insulator Metal)형 커패시터의 제조 공정과 동일한 프로세스에서 진행하면 제조 공정을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 반도체장치의 성능 보다 향상시킬 수 있다.On the other hand, in recent years, in order to increase the operation speed of semiconductor devices, wiring lines have been replaced with metals to greatly reduce wiring resistance, which has led to the use of metals for bit lines. The metal bit line may not only shorten the manufacturing process but also improve the performance of the semiconductor device if the metal bit line is processed in the same process as the manufacturing process of the metal insulator metal capacitor.

그러나, 반도체소자 공정시 주로 사용되고 있는 포지티브형 포토레지스트는 그 재질 특성상 비트라인 식각 공정후에도 마스크 작업이 진행되지 않는 지역에서는 비트라인의 금속을 남긴다. 비트라인의 잔여 금속이 많을 경우에는 금속 자체의 스트레스도 발생하지만 후속 열공정에 의해 잔여 금속의 들뜸 현상이 일어나 반도체소자의 수율을 낮추는 문제점이 있었다.However, the positive photoresist mainly used in semiconductor device processing leaves the bit line metal in regions where masking is not performed even after the bit line etching process due to its material characteristics. When the residual metal of the bit line is large, the stress of the metal itself also occurs, but there is a problem of lowering the yield of the semiconductor device due to the lifting of the residual metal by the subsequent thermal process.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 금속으로 이루어진 비트라인을 형성함에 있어, 에피 성장공정에 의해 기판의 활성 영역과 맞닿는 플러그를 형성하고 상감공정으로 비트라인을 형성함으로써 식각 공정으로 인한 제조 수율 저하를 방지할 수 있는 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to form a bit line made of metal in order to solve the problems of the prior art as described above, by forming a plug in contact with the active region of the substrate by the epitaxial growth process and etching by forming the bit line in the inlay process Disclosed is a method of forming a bit line of a semiconductor device using a damascene technique that can prevent a decrease in manufacturing yield due to a process.

도 1 내지 도 16은 본 발명에 따른 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법을 설명하기 위한 공정 순서도.1 to 16 are process flowcharts illustrating a bit line forming method of a semiconductor device using the damascene technique according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 실리콘기판 12 : 소자분리막10 silicon substrate 12 device isolation film

22 : 게이트산화막 24 : 도프트 폴리실리콘막22 gate oxide film 24 doped polysilicon film

26 : 하드마스크 28, 70': 스페이서26: hard mask 28, 70 ': spacer

30, 32 : 불순물 정션 34, 38, 50, 54: 포토레지스트 패턴30, 32: impurity junctions 34, 38, 50, 54: photoresist pattern

36,40 : 플러그 42 : 제 1층간절연막36, 40 Plug 42 First interlayer insulating film

44 : 제 2층간절연막 46 : 식각정지막44: second interlayer insulating film 46: etch stop film

48 : 제 3층간절연막 52, 53 : 제 1콘택홀48: third interlayer insulating film 52, 53: first contact hole

56 : 제 2콘택홀 58 : 식각 방지막56: second contact hole 58: etching prevention film

60 : 접착막 62 : 확산방지막60: adhesive film 62: diffusion barrier film

64 : 금속 68 : 절연막패턴64 metal 68 insulating film pattern

72 : 비트라인72: bit line

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체장치의 비트라인을 형성 방법에 있어서, 반도체기판 상부에 게이트전극을 형성하고 그 게이트전극 에지 근방과 소자분리막 사이에 도전형 불순물주입 영역을 형성하는 단계와, 비트라인에 해당하는 도전형 불순물주입영역만 선택적으로 에피성장시켜서 플러그를 형성하고 결과물에 제 1층간절연막을 매립하고 이를 평탄화하는 단계와, 결과물 상부에 이후 형성될 비트라인을 절연하는 제 2층간절연막과 식각정지막 및 제 3층간절연막을 순차적층하는 단계와, 제 3층간절연막과 식각정지막을 선택식각하여 제 1콘택홀을 형성하는 단계와, 제 1콘택홀에 의해 드러난 제 2층간절연막을 선택식각하여 플러그 또는 게이트전극 표면이 개방되는 제 2콘택홀을 형성하는 단계와, 제 1콘택홀의 소정 영역까지 금속막을 매립하는 단계와, 금속막이 채워지지 않은 콘택홀 내에 상부 구조물과의 전기절연을 위한 절연막패턴을 형성하는 단계와, 콘택홀내의 절연막 패턴과 식각정지막을 식각 마스크로 삼아서 제 3층간절연막을 선택식각하여 절연막패턴과 금속막으로 이루어지며 하부의 플러그 또는 게이트전극과 연결되는 비트라인을 형성하는 단계와, 비트라인 측벽에 절연물질로 된 스페이서를 형성하고 식각정지막을 제거하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of forming a bit line of a semiconductor device, comprising: forming a gate electrode on an upper surface of a semiconductor substrate, and forming a conductive impurity implantation region between the gate electrode edge and the device isolation film; Selectively epitaxially grow only the conductive impurity implantation region corresponding to the bit line to form a plug, and embed and planarize the first interlayer insulating film in the resultant, and a second interlayer insulating layer to insulate the bitline to be formed later on the resultant. And sequentially forming an etch stop film and a third interlayer insulating film, selectively etching the third interlayer insulating film and an etch stop film to form a first contact hole, and selecting a second interlayer insulating film exposed by the first contact hole. Etching to form a second contact hole through which the surface of the plug or gate electrode is opened; and forming a metal up to a predetermined region of the first contact hole. Forming an insulating film pattern for forming the insulating film for electrical insulation with the upper structure in the contact hole not filled with the metal film, and using the insulating film pattern and the etch stop film in the contact hole as an etching mask to selectively etch the third interlayer insulating film. Forming a bit line formed of an insulating layer pattern and a metal layer and connected to a lower plug or gate electrode, and forming a spacer of an insulating material on the sidewalls of the bit line and removing the etch stop layer.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 16은 본 발명에 따른 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.1 through 16 are flowcharts illustrating a method of forming a bit line of a semiconductor device using the damascene technique according to the present invention.

이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 반도체장치(Merged Memory Logic)의 제조 공정은 다음과 같다.Referring to this, the manufacturing process of a composite memory device according to an embodiment of the present invention is as follows.

우선 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체기판으로서 실리콘기판(10)의 원하는 부분에 원하는 불순물의 종류를 이온주입하여 웰(도시하지 않음)을 형성하고, 상기 기판(10)에서 소자의 활성 영역과 분리 영역을 정의하기 위한 STI(Shallow Trench Isolation) 구조의 소자분리막(12)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1, as a semiconductor substrate, a well (not shown) is formed by ion implanting a desired kind of impurity into a desired portion of the silicon substrate 10, and the active region of the device in the substrate 10 is formed. An isolation layer 12 having a shallow trench isolation (STI) structure is formed to define an isolation region.

그리고, 기판 전면에 게이트 산화막(22)과 게이드 도전층으로서 도프트 폴리실리콘막(24), 하드 마스크막(26)을 순차적으로 형성한 후, 게이트 마스크를 사용한 식각 공정을 진행하여 적층된 하드 마스크막(26)과 도프트 폴리실리콘막(24)을 선택 식각하여 게이트 전극(20a,20b)의 패턴을 형성하고, 이 게이트 전극과 셀프 얼라인되도록 게이트 산화막(22)도 식각한다. 이때, 상기 하드 마스크막(19)은 상부 구조물과의 절연을 위해서 산화막 또는 질화막으로 형성한다. 그러면, 기판(10)의 메모리 셀 어레이 영역(100)과 주변회로 영역(200)에는 각각 셀 게이트전극(20a)과 주변회로의 게이트전극(20b)이 형성되는데, 이들 게이트전극은 해당 영역에 따라 셀 게이트전극(20a)이 주변회로의 게이트전극(20b)에 비해 밀집도가 높아진다.The doped polysilicon film 24 and the hard mask film 26 are sequentially formed as the gate oxide film 22 and the gate conductive layer on the entire substrate, and then the etching process using the gate mask is performed to stack the hard mask. The film 26 and the doped polysilicon film 24 are selectively etched to form patterns of the gate electrodes 20a and 20b, and the gate oxide film 22 is also etched so as to self-align with the gate electrodes. In this case, the hard mask film 19 is formed of an oxide film or a nitride film to insulate the upper structure. Then, the cell gate electrode 20a and the gate electrode 20b of the peripheral circuit are formed in the memory cell array region 100 and the peripheral circuit region 200 of the substrate 10, respectively. The cell gate electrode 20a has a higher density than the gate electrode 20b of the peripheral circuit.

그 다음, 상기 결과물 전면에 절연물질, 예컨대 질화막을 증착하고 전면 식각 공정으로 상기 질화막을 식각해서 게이트전극(20a,20b)의 측벽에 스페이서(28)를 형성한다. 그리고, 상기 게이트전극(20a,20b)과 스페이서(28)를 마스크로 삼아 게이트전극(20a,20b)과 소자분리막(12) 사이에 드러난 기판 내에 도전형 불순물을 이온주입하여 소스/드레인 및 불순물정션(30,32)을 형성한다. 본 실시예에서는 메모리 셀 어레이 영역(100)의 소스/드레인정션(30)을 p형 불순물로 이온주입하고, 주변회로 영역(200)의 소스/드레인 및 불순물정션(30,32)을 n형 및 p형 불순물로 각각 이온주입한다.Next, an insulating material, for example, a nitride film is deposited on the entire surface of the resultant material, and the nitride film is etched by the entire surface etching process to form spacers 28 on sidewalls of the gate electrodes 20a and 20b. Then, using the gate electrodes 20a and 20b and the spacers 28 as masks, ion-implanted conductive impurities are implanted into the substrate exposed between the gate electrodes 20a and 20b and the device isolation layer 12, thereby providing source / drain and impurity junctions. To form (30,32). In this embodiment, the source / drain junction 30 of the memory cell array region 100 is implanted with p-type impurities, and the source / drain and impurity junctions 30 and 32 of the peripheral circuit region 200 are n-type and Ions are implanted with p-type impurities, respectively.

이어서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 결과물에 주변회로 영역의 p형 불순물정션(32)을 마스킹하는 포토레지스트 패턴(34)을 도포한 후에 메모리 셀 어레이 및 주변회로 영역(100,200)의 n형 불순물정션(30)만을 선택적으로 에피성장시킨다. 이에, n형 불순물정션(30) 상부에는 n형 불순물이 도핑된 폴리실리콘으로 이루어진 플러그(36)가 형성된다. 상기 포토레지스트 패턴(34)을 제거한다.2 and 3, the photoresist pattern 34 masking the p-type impurity junction 32 of the peripheral circuit region is applied to the resultant, followed by the memory cell array and the peripheral circuit region 100 and 200. Only the n-type impurity junction 30 of is selectively grown epitaxially. Thus, a plug 36 made of polysilicon doped with n-type impurities is formed on the n-type impurity junction 30. The photoresist pattern 34 is removed.

그 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 결과물에 셀 영역(100)과 주변회로 영역(100)의 n형 불순물정션(30)을 마스킹하는 포토레지스트 패턴(38)을 도포한 후에 p형 불순물정션(32)만을 선택적으로 에피성장시켜서 p형 불순물정션(32) 상부에는 p형 불순물이 도핑된 폴리실리콘형 플러그(40)를 형성한다. 그리고, 상기 포토레지스트 패턴(38)을 제거한다.Next, as shown in FIG. 4, after the photoresist pattern 38 masking the n-type impurity junction 30 of the cell region 100 and the peripheral circuit region 100 is applied to the resultant, the p-type impurity is applied. Only the junction 32 is selectively epitaxially grown to form a polysilicon plug 40 doped with p-type impurities on the p-type impurity junction 32. Then, the photoresist pattern 38 is removed.

이어서, 도 5에 도시된 바와 같이 결과물에 게이트전극(20a,20b) 사이와 선택적 에피 성장된 플러그들(36,40) 사이를 절연하도록 실리콘산화계 물질을 증착하여 제 1층간절연막(42)을 형성하고, CMP(Chemical Mechanical Polishing)공정을 실시하여 결과물 표면을 평탄화한다. 이때, 평탄화 공정은 게이트전극(20a,20b)의 상부면이 노출될 때까지 실시한다.Subsequently, as shown in FIG. 5, a silicon oxide-based material is deposited to insulate the result between the gate electrodes 20a and 20b and the selective epitaxially grown plugs 36 and 40 to form the first interlayer insulating layer 42. Then, a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed to planarize the resultant surface. In this case, the planarization process is performed until the top surfaces of the gate electrodes 20a and 20b are exposed.

계속해서, 도 6에 도시된 바와 같이, 평탄화된 결과물 상부에 이후 형성될 비트라인을 절연하기 위한 제 2층간절연막(44)을 형성하고, 그 위에 비트라인내의 절연물질 식각시 과도한 식각을 방지하기 위한 식각정지막(46)을 적층하고 이어서 제 3층간절연막(48)을 순차적으로 적층한다. 여기서, 제 2 및 제 3층간절연막(44,48)은 실리콘산화계 물질을 사용하고, 식각정지막(46)은 SiON 또는 SiN을 사용한다.Subsequently, as shown in FIG. 6, a second interlayer insulating film 44 is formed on the planarized resultant to insulate the bit line to be formed thereafter, and thereon, to prevent excessive etching during etching of the insulating material in the bit line. An etch stop layer 46 is stacked, and a third interlayer dielectric layer 48 is sequentially stacked. Here, the second and third interlayer insulating films 44 and 48 use a silicon oxide-based material, and the etch stop film 46 uses SiON or SiN.

그리고, 제 3층간절연막(48) 상부에 먼저 비트라인이 형성될 예정 영역을 확보하기 위한 창(W1)을 갖는 포토레지스트 패턴(50)을 형성한다.A photoresist pattern 50 having a window W 1 for securing a predetermined region in which a bit line is to be formed is first formed on the third interlayer insulating layer 48.

이어서, 도 7에 도시된 바와 같이 포토레지스트 패턴(50)의 창(W1)에 의해 개방된 하부 제 3층간절연막(48')과 식각정지막(46)을 선택식각하여 제 1콘택홀(52,53)을 형성한 후에 상기 패턴(50)을 제거한다. 여기서, 도면 부호 52는 플러그(36,40) 상부에 해당하는 콘택홀을 나타내며 53은 게이트전극 상부에 해당하는 콘택홀을 나타낸 것이다.Subsequently, as illustrated in FIG. 7, the lower third interlayer insulating layer 48 ′ and the etch stop layer 46 opened by the window W 1 of the photoresist pattern 50 are selectively etched to form the first contact hole ( 52 and 53, the pattern 50 is removed. Here, reference numeral 52 denotes a contact hole corresponding to an upper portion of the plugs 36 and 40 and 53 denotes a contact hole corresponding to an upper portion of the gate electrode.

계속해서, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 결과물에 W1보다 상대적으로 좁은 W2를 갖는 포토레지스트 패턴(54)을 형성하고, 상기 패턴(54)의 창에 의해 드러난 제 2층간절연막(44)을 선택식각하여 제 1콘택홀(52,53) 폭보다 좁은 제 2콘택홀(56)을 형성한다. 이때, 식각 공정은 제 2층간절연막(44)을 식각해서 플러그(36,40) 상부면을 개방할 뿐만 아니라 상기 포토레지스트 패턴(54)의 의해 선택된 게이트전극의 하드마스크(26)를 식각해서 도프트 폴리실리콘막(24) 상부면을 개방한다. 도면 부호 56'은 도프트 폴리실리콘막(24)이 개방된 제 2콘택홀을 나타낸 것이다.Subsequently, as shown in FIGS. 8 and 9, a photoresist pattern 54 having W 2 relatively narrower than W 1 is formed in the resultant, and the second interlayer exposed by the window of the pattern 54 is formed. The insulating layer 44 is selectively etched to form second contact holes 56 narrower than the width of the first contact holes 52 and 53. At this time, the etching process not only opens the upper surfaces of the plugs 36 and 40 by etching the second interlayer insulating film 44, but also by etching the hard mask 26 of the gate electrode selected by the photoresist pattern 54. The upper surface of the polysilicon film 24 is opened. Reference numeral 56 'denotes a second contact hole in which the doped polysilicon film 24 is opened.

이러한 두 번의 콘택홀 식각 공정에 의해 통상적으로 수직 배선에 주로 이용되는 상감(damascene) 기술을 적용하여 금속 비트라인을 형성할 수 있기 때문에 일반적으로 비트라인 식각 공정시 발생하게 되는 금속 잔여물로 인한 후속 공정의 열화를 방지한다.These two contact hole etching processes can be applied to the damascene technique, which is typically used for vertical wiring, to form metal bitlines, so that subsequent follow-up due to metal residues that occur during bitline etching processes To prevent deterioration of the process.

이어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 결과물의 콘택홀의 내측벽에 식각방지막(58)을 추가 형성한다. 여기서, 식각방지막(58)은 이후 비트라인의 접착물질과 확산방지막과 내부 금속이 식각되지 않도록 하는 역할을 하며 SiON 또는 SiN를 사용한다.Subsequently, as shown in FIG. 10, an etch stop layer 58 is further formed on the inner wall of the resultant contact hole. Here, the etch barrier 58 serves to prevent the adhesive material, the diffusion barrier, and the inner metal of the bit line from being etched, and uses SiON or SiN.

이어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 결과물에 비트라인의 금속과 플러그와의 접착력을 향상시키기 위한 접착막(60)을 추가 형성하고, 그 위에 비트라인의 금속과 플러그의 이온 확산 반응을 막기 위한 확산방지막(62)을 적층한다. 이때, 접착막(60)은 Ti 또는 WN이며, 확산방지막(62)은 TiN, TiAlN, WN 중에서 어느 하나를 사용한다.Subsequently, as shown in FIG. 11, an adhesive film 60 is further formed on the resultant to improve adhesion between the metal of the bit line and the plug, and the ion diffusion reaction between the metal of the bit line and the plug is prevented thereon. The diffusion barrier 62 is laminated. At this time, the adhesive film 60 is Ti or WN, the diffusion barrier 62 is any one of TiN, TiAlN, WN.

그리고, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 상기 콘택홀내에 비트라인의 전기적 특성에 맞는 금속(64)을 매립한 후에 상기 제 3층간절연막(48) 표면이 드러날 때까지 상기 콘택홀내에 채워진 금속(64)과 확산방지막(62) 및 접착막(60)을 CMP 공정을 이용하여 평탄화한다. 계속해서, 다시 건식 식각 공정으로 콘택홀내에 채워진 금속(64)과 확산방지막(62) 및 접착막(60)을 리세스(recess)하되, 제 3층간절연막(48) 표면에서부터 1000∼1500Å의 높이까지 제거한다. 여기서, 도면 부호 66은 상술한 식각 공정에 의해 콘택홀내에 남아 있는 결과물을 나타낸 것이다.12 and 13, the metal filled in the contact hole until the surface of the third interlayer insulating film 48 is exposed after embedding the metal 64 suitable for the electrical characteristics of the bit line in the contact hole. (64), the diffusion barrier film 62 and the adhesive film 60 are planarized using a CMP process. Subsequently, the metal 64, the diffusion barrier 62, and the adhesive layer 60, which are filled in the contact holes, are recessed again by a dry etching process, but the height of 1000-1500Å is increased from the surface of the third interlayer dielectric layer 48. Remove until Here, reference numeral 66 denotes a result remaining in the contact hole by the above-described etching process.

이어서, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 콘택홀을 완전히 채우도록 절연물질(SiON 또는 SiN)을 증착하고 CMP공정 또는 식각 공정으로 절연물질을 상기 3층간절연막 표면까지 식각해서 절연막패턴(68)을 형성한다. 여기서, 절연막패턴(68)은 비트라인의 금속을 보호하면서 상부 구조물의 도전체로부터 이를 절연하기 위함이다.Subsequently, as shown in FIG. 14, an insulating material (SiON or SiN) is deposited to completely fill the contact hole, and the insulating material is etched to the surface of the interlayer insulating film by a CMP process or an etching process to form an insulating pattern 68. Form. Here, the insulating film pattern 68 is to insulate it from the conductor of the upper structure while protecting the metal of the bit line.

그리고, 상기 절연막패턴(68)과 식각방지막을 식각 마스크로 삼아서 제 3층간절연막(48)만을 선택식각한다.Then, only the third interlayer insulating film 48 is selectively etched using the insulating film pattern 68 and the etch stop film as an etching mask.

그 다음, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 비트라인의 측벽을 보호하면서 다른 도전체로와 전기절연하기 위한 절연막(70)(SiON 또는 SiN)을 증착한다. 그리고, 건식식각 공정으로 상기 절연막(70) 및 식각방지막(58)을 식각해서 비트라인의 측벽에 스페이서(70')를 형성한다. 여기서, 식각정지막(58)은 이후 실시될 다른 배선을 위한 콘택전극 형성시 식각 공정을 어렵게 하기 때문에 이를 방지하고자 비트라인 영역을 제외한 부분을 모두 제거하여 제 2층간절연막(44) 표면을 노출시키는 것이 바람직하다.15 and 16, an insulating film 70 (SiON or SiN) is deposited to electrically insulate with other conductors while protecting the sidewalls of the bit lines. The insulating layer 70 and the etch stop layer 58 are etched by a dry etching process to form spacers 70 'on sidewalls of the bit lines. In this case, since the etch stop layer 58 makes the etching process difficult during the formation of the contact electrode for another wiring to be performed later, all of the portions except the bit line region are removed to expose the surface of the second interlayer insulating layer 44. It is preferable.

이러한 제조 공정에 의해서, 하부의 플러그(36,40) 및 게이트전극(20a,20b)과 연결되는 본 발명의 금속 비트라인(72)이 완성된다.By this manufacturing process, the metal bit line 72 of the present invention connected to the lower plugs 36 and 40 and the gate electrodes 20a and 20b is completed.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체장치의 비트라인 형성방법은 도핑된 불순물 접합영역을 에피성장하여 플러그를 형성하고 이후 상감 기술을 이용하여 플러그와 연결되는 금속 비트라인을 형성함으로써 고집적 복합 반도체장치에서 게이트전극 또는 반도체소자 사이가 좁더라도 효과적으로 플러그 및 비트라인을 형성할 수 있어 배선 공정의 신뢰성을 높인다.Therefore, as described above, in the method of forming a bit line of a semiconductor device according to the present invention, a highly integrated composite semiconductor is formed by epitaxially growing a doped impurity junction region to form a plug and then forming a metal bit line connected to the plug by using a damascene technique. Even if the gate electrode or the semiconductor device is narrow in the device, the plug and the bit line can be effectively formed, thereby increasing the reliability of the wiring process.

또한, 본 발명은 비트라인을 위한 식각 공정시 발생되는 금속 잔여물을 최소화함으로서 비트라인을 이루는 금속자체의 스트레스나 후속 열공정에 의한 금속의 들뜸 현상을 방지할 수 있다.In addition, the present invention can minimize the metal residue generated during the etching process for the bit line to prevent the stress of the metal itself constituting the bit line or the lifting of the metal by the subsequent thermal process.

Claims (10)

반도체장치의 비트라인을 형성 방법에 있어서,In the method of forming a bit line of a semiconductor device, 반도체기판 상부에 게이트전극을 형성하고 그 게이트전극 에지 근방과 소자분리막 사이에 도전형 불순물주입 영역을 형성하는 단계;Forming a gate electrode over the semiconductor substrate and forming a conductive impurity implantation region between the gate electrode edge and the device isolation film; 비트라인에 해당하는 도전형 불순물주입영역만 선택적으로 에피성장시켜서 플러그를 형성하고 결과물에 제 1층간절연막을 매립하고 이를 평탄화하는 단계;Selectively epitaxially growing only the conductive impurity implantation region corresponding to the bit line to form a plug, and embedding the first interlayer insulating film in the resultant and planarizing it; 상기 결과물 상부에 이후 형성될 비트라인을 절연하는 제 2층간절연막과 식각정지막 및 제 3층간절연막을 순차적층하는 단계;Sequentially forming a second interlayer insulating film, an etch stop film, and a third interlayer insulating film on the resultant layer to insulate a bit line to be formed later; 상기 제 3층간절연막과 식각정지막을 선택식각하여 제 1콘택홀을 형성하는 단계;Selectively etching the third interlayer insulating layer and the etch stop layer to form a first contact hole; 상기 제 1콘택홀에 의해 드러난 제 2층간절연막을 선택식각하여 플러그 또는 게이트전극 표면이 개방되는 제 2콘택홀을 형성하는 단계;Selectively etching the second interlayer insulating layer exposed by the first contact hole to form a second contact hole in which a plug or gate electrode surface is opened; 상기 제 1콘택홀의 소정 영역까지 금속막을 매립하는 단계;Filling a metal film to a predetermined region of the first contact hole; 상기 금속막이 채워지지 않은 콘택홀 내에 상부 구조물과의 전기절연을 위한 절연막패턴을 형성하는 단계;Forming an insulating film pattern for electrical insulation with an upper structure in a contact hole not filled with the metal film; 상기 콘택홀의 절연막 패턴과 식각정지막을 식각 마스크로 삼아서 제 3층간절연막을 선택식각하여 절연막패턴과 금속막으로 이루어지며 하부의 플러그 또는 게이트전극과 연결되는 비트라인을 형성하는 단계; 및Selectively etching the third interlayer insulating layer using the insulating layer pattern and the etch stop layer of the contact hole as an etch mask to form a bit line formed of the insulating layer pattern and the metal layer and connected to a lower plug or gate electrode; And 상기 비트라인 측벽에 절연물질로 된 스페이서를 형성하고 상기 식각정지막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법.And forming a spacer of an insulating material on the sidewalls of the bitline and removing the etch stop layer. 제 1항에 있어서, 제 1층간절연막, 제 2층간절연막 및 제 3층간절연막은 실리콘산화막인 것을 특징으로 하는 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법.2. The method of claim 1, wherein the first interlayer insulating film, the second interlayer insulating film, and the third interlayer insulating film are silicon oxide films. 제 1항에 있어서, 상기 식각정지막은 SiON 및 SiN 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법.The method of claim 1, wherein the etch stop layer is any one of SiON and SiN. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 콘택홀을 형성한 후에, 상기 콘택홀 내측의 층간 절연막에 식각 방지막을 추가 형성하는 것을 특징으로 하는 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법.The method of claim 1, wherein after forming the second contact hole, an etch stop layer is further formed on the interlayer insulating layer inside the contact hole. 제 4항에 있어서, 상기 식각방지막은 SiON 및 SiN 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법.The method of claim 4, wherein the etch stop layer is any one of SiON and SiN. 제 1항에 있어서, 상기 식각방지막을 형성한 후에, 제 1 및 제 2콘택홀이 형성된 결과물 전면에 금속층과 하부 플러그 또는 게이트전극의 접착을 위해 접착막을 추가 형성하는 것을 특징으로 하는 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법.The method of claim 1, wherein after the etching prevention layer is formed, an adhesive layer is further formed to bond the metal layer to the lower plug or the gate electrode on the entire surface of the resultant formed first and second contact holes. A method of forming a bit line in a semiconductor device. 제 6항에 있어서, 상기 접착막은 Ti 또는 WN인 것을 특징으로 하는 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법.7. The method of claim 6, wherein the adhesive layer is Ti or WN. 제 6항에 있어서, 상기 접착막 상부에 플러그 또는 게이트전극의 도전성 이온확산 방지를 위한 확산방지막을 추가 형성하는 것을 특징으로 하는 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법.The method of claim 6, further comprising forming a diffusion barrier layer on the adhesive layer to prevent conductive ion diffusion of the plug or gate electrode. 제 8항에 있어서, 상기 확산방지막은 TiN, TiAlN 및 WN 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법.The method of claim 8, wherein the diffusion barrier is any one of TiN, TiAlN, and WN. 제 1항에 있어서, 상기 비트라인 상부의 절연막과 스페이서의 절연막은 SiON 및 SiN 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상감 기법을 이용한 반도체장치의 비트라인 형성방법.The method of claim 1, wherein the insulating film over the bit line and the insulating film over the spacer are any one of SiON and SiN.
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