KR20030002749A - Method of manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 비트 라인 콘택 플러그 및 스토러지 노드 콘택 플러그 형성 공정을 단순화 및 안정화 시킬 수 있고, 비트 라인의 접촉 저항을 안정화시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular, to simplify and stabilize the process of forming a bit line contact plug and a storage node contact plug, and to manufacture a semiconductor device capable of stabilizing contact resistance of a bit line. It is about a method.
일반적으로, 반도체 소자가 고집적화 되어감에 따라 각 패턴들의 크기도 작아지며, 패턴 형성 공정상의 어려운 문제들이 발생하고 있다. 특히 셀의 비트 라인 콘택 플러그와 스토러지 노드 콘택 플러그를 패터닝함에 있어, 콘택의 크기와 콘택간의 간격이 매우 작기 때문에 각각의 콘택 패턴들을 개별적으로 정의(define)하기 어렵다. 이를 해결하기 위하여, 자기정렬콘택 식각 공정으로 콘택 패턴을 한번에 크게 형성시킨 후, 워드 라인 하드 마스크층을 식각 장벽으로 이용한 화학적 기계적 연마 방법으로 비트 라인 콘택 플러그와 스토러지 노드 콘택 플러그를 개별적으로 분리 형성시키는 방법이 보편화 되어있다. 이와 같이 자기정렬콘택 식각 공정 및 콘택 플러그 형성 공정을 적용하는 반도체 소자의 제조 방법을 도 1a 내지 도 1f를 참조하여 설명하면 다음과 같다.In general, as semiconductor devices are highly integrated, the size of each pattern is also reduced, and difficult problems in the pattern forming process occur. In particular, in patterning the bit line contact plug and the storage node contact plug of a cell, it is difficult to define each contact pattern separately because the contact size and the distance between the contacts are very small. To solve this problem, a large contact pattern is formed at a time by a self-aligned contact etching process, and then the bit line contact plug and the storage node contact plug are separately formed by a chemical mechanical polishing method using a word line hard mask layer as an etching barrier. The way to make it is universal. A method of fabricating a semiconductor device to which the self-aligned contact etching process and the contact plug forming process are applied will be described below with reference to FIGS. 1A to 1F.
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views of devices for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(11)에 소자 분리막(12)을 형성하여 액티브 영역(active region)을 정의(define)한다. 소자 분리막(12)이 형성된 반도체 기판(11) 상에 워드 라인(13)을 형성한다. 워드 라인(13) 상에는 워드 라인 하드 마스크층(14)이 형성된다. 소오스/드레인 이온 주입으로 반도체 기판(11)에 드레인 및 소오스 접합부(15a 및 15b)를 형성한다. 워드 라인(13) 및 워드 라인 하드 마스크층(14)이 적층된 구조의 측벽에 워드 라인 스페이서(16)를 형성한다. 워드 라인 스페이서(16)를 포함하는 전체 구조상에 제 1 절연층(17)을 형성하고, 제 1 절연층(17) 상에 제 1 자기정렬콘택 식각 공정에 사용될 제 1 포토레지스트 패턴(18)을 형성한다. 제 1 포토레지스트 패턴(18)을 식각 마스크로 한 제 1 자기정렬 식각 공정으로 제 1 절연층(17)을 식각하여 드레인 및 소오스 접합부(15a 및 15b)를 노출시키며, 이로 인하여 드레인 접합부(15a)에는 제 1 비트 라인 콘택홀(19a)이 형성되며, 소오스 접합부(15b)에는 제 1 스토러지 노드 콘택홀(19b)이 형성된다.Referring to FIG. 1A, an isolation region 12 is formed on a semiconductor substrate 11 to define an active region. The word line 13 is formed on the semiconductor substrate 11 on which the device isolation layer 12 is formed. The word line hard mask layer 14 is formed on the word line 13. Source and drain ion implantation forms drain and source junctions 15a and 15b in the semiconductor substrate 11. The word line spacers 16 are formed on sidewalls of the stacked structure of the word line 13 and the word line hard mask layer 14. The first insulating layer 17 is formed on the entire structure including the word line spacer 16, and the first photoresist pattern 18 to be used in the first self-aligned contact etching process is formed on the first insulating layer 17. Form. The first insulating layer 17 is etched by using a first self-aligned etching process using the first photoresist pattern 18 as an etching mask to expose the drain and source junctions 15a and 15b, thereby draining the junction 15a. The first bit line contact hole 19a is formed in the first junction, and the first storage node contact hole 19b is formed in the source junction 15b.
상기에서, 소자 분리막(12)은 소자의 고집적화를 위해 쉘로우 트렌치 아이소레이션(STI) 공정으로 형성하는 것이 바람직하다. 워드 라인 하드 마스크층(14)은 질화물 계통의 물질로 형성하는 것이 바람직하며, 이후에 실시되는 제 1 화학적 기계적 연마 공정시 제거되는 두께를 고려하여 두껍게 증착하여 형성한다. 워드 라인 스페이서(16)는 제 1 자기정렬콘택 식각 공정시 워드 라인(13)의 노출을 방지하기 위해 질화물 계통의 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 절연층(17)은 주변 셀 간을 전기적으로 절연시키면서 셀을 보호하기 위해 주로 산화물 계통의 물질을 증착하며, 제 1 자기정렬콘택 식각 공정을 용이하게 하기 위하여 증착후 평탄화 공정을 수행한다.In the above, the device isolation layer 12 is preferably formed by a shallow trench isolation (STI) process for high integration of the device. The word line hard mask layer 14 is preferably formed of a nitride-based material, and is formed by depositing a thick layer in consideration of the thickness removed during the first chemical mechanical polishing process. The word line spacer 16 may be formed of a nitride-based material in order to prevent the word line 13 from being exposed during the first self-aligned contact etching process. The first insulating layer 17 mainly deposits an oxide-based material in order to protect the cells while electrically insulating the surrounding cells, and performs a post-deposition planarization process to facilitate the first self-aligned contact etching process.
도 1b를 참조하면, 제 1 포토레지스트 패턴(18)을 제거하고, 콘택홀들(19a 및 19b)이 충분히 매립되도록 콘택 플러그 물질 예를 들어, 폴리실리콘을 증착한다. 이후 제 1 화학적 기계적 연마 공정을 워드 라인 하드 마스크층(14) 일부까지 연마하여, 비트 라인 콘택 플러그(20a) 및 제 1 스토러지 노드 콘택 플러그(20b)를 각각 형성한다. 비트 라인 콘택 플러그(20a)는 드레인 접합부(15a)에 연결되며, 제 1 스토러지 노드 콘택 플러그(20b)는 소오스 접합부(15b)에 연결된다.Referring to FIG. 1B, the first photoresist pattern 18 is removed and a contact plug material, such as polysilicon, is deposited so that the contact holes 19a and 19b are sufficiently buried. Thereafter, the first chemical mechanical polishing process is polished to a part of the word line hard mask layer 14 to form the bit line contact plug 20a and the first storage node contact plug 20b, respectively. The bit line contact plug 20a is connected to the drain junction 15a, and the first storage node contact plug 20b is connected to the source junction 15b.
도 1c를 참조하면, 콘택 플러그들(20a 및 20b)을 포함한 전체 구조상에 제 2 절연층(21)을 형성한다. 제 2 절연층(21)상에 비트 라인 콘택 플러그(20a) 부분이 개방된 제 2 포토레지스트 패턴(22)을 형성한다. 제 2 포토레지스트 패턴(22)식각 마스크로 한 식각 공정으로 제 2 절연층(21)을 식각하여 비트 라인 콘택 플러그(20a)가 노출되는 제 2 비트 라인 콘택홀(23)을 형성한다.Referring to FIG. 1C, the second insulating layer 21 is formed on the entire structure including the contact plugs 20a and 20b. A second photoresist pattern 22 having a portion of the bit line contact plug 20a open is formed on the second insulating layer 21. The second insulating layer 21 is etched by an etching process using the second photoresist pattern 22 as an etching mask to form a second bit line contact hole 23 through which the bit line contact plug 20a is exposed.
상기에서, 제 2 절연층(21)은 산화물 계통의 물질을 사용하여 제 2 비트 라인 콘택홀(23)의 깊이를 고려한 두께로 증착하여 형성한다.In the above, the second insulating layer 21 is formed by depositing a thickness considering the depth of the second bit line contact hole 23 using an oxide-based material.
도 1d를 참조하면, 제 2 비트 라인 콘택홀(23) 부분에 비트 라인 콘택 플러그(20a)와 연결되는 비트 라인(24)을 형성한다. 비트 라인(24) 상에는 비트 라인 하드 마스크층(25)이 형성된다. 비트 라인(24) 및 비트 라인 하드 마스크층(25)이 적층된 구조의 측벽에 비트 라인 스페이서(26)를 형성한다.Referring to FIG. 1D, a bit line 24 connected to the bit line contact plug 20a is formed in the second bit line contact hole 23. The bit line hard mask layer 25 is formed on the bit line 24. The bit line spacers 26 are formed on sidewalls of the structure in which the bit lines 24 and the bit line hard mask layer 25 are stacked.
상기에서, 비트 라인 하드 마스크층(25)은 질화물 계통의 물질로 형성하는 것이 바람직하며, 이후에 실시되는 제 2 화학적 기계적 연마 공정시 제거되는 두께를 고려하여 두껍게 증착하여 형성한다. 비트 라인 스페이서(26)는 자기정렬콘택 식각 공정시 비트 라인(24)의 노출을 방지하기 위해 질화물 계통의 물질로 형성하는 것이 바람직하다.In the above, the bit line hard mask layer 25 is preferably formed of a nitride-based material, and is formed by depositing thickly in consideration of the thickness removed during the second chemical mechanical polishing process. The bit line spacer 26 may be formed of a nitride based material to prevent the bit line 24 from being exposed during the self-aligned contact etching process.
도 1e를 참조하면, 비트 라인 스페이서(26)를 포함하는 전체 구조상에 제 3 절연층(27)을 형성하고, 제 3 절연층(27) 상에 제 2 자기정렬콘택 식각 공정에 사용될 제 3 포토레지스트 패턴(28)을 형성한다. 제 3 포토레지스트 패턴(28)을 식각 마스크로 한 제 2 자기정렬 식각 공정으로 제 3 절연층(27) 및 제 2 절연층(21)을 순차적으로 식각하여 제 1 스토러지 노드 콘택 플러그(20b)가 노출되는 제 2 스토러지 노드 콘택홀(29)이 형성된다.Referring to FIG. 1E, a third insulating layer 27 is formed on the entire structure including the bit line spacers 26, and a third photo to be used in the second self-aligned contact etching process on the third insulating layer 27. The resist pattern 28 is formed. The first storage node contact plug 20b is sequentially etched by sequentially etching the third insulating layer 27 and the second insulating layer 21 by a second self-aligned etching process using the third photoresist pattern 28 as an etching mask. The second storage node contact hole 29 to which the is exposed is formed.
상기에서, 제 3 절연층(27)은 산화물 계통의 물질을 증착하며, 제 2 자기정렬콘택 식각 공정을 용이하게 하기 위하여 증착후 평탄화 공정을 수행한다.In the above, the third insulating layer 27 deposits an oxide-based material and performs a post-deposition planarization process to facilitate the second self-aligned contact etching process.
도 1f를 참조하면, 제 3 포토레지스트 패턴(28)을 제거하고, 제 2 스토러지 노드 콘택홀(29)이 충분히 매립되도록 콘택 플러그 물질 예를 들어, 폴리실리콘을증착한다. 이후 제 2 화학적 기계적 연마 공정을 비트 라인 하드 마스크층(25) 일부까지 연마하여, 제 1 스토러지 노드 콘택 플러그(20b)에 연결되는 제 2 스토러지 노드 콘택 플러그(20b)를 형성한다.Referring to FIG. 1F, the third photoresist pattern 28 is removed and a contact plug material, for example polysilicon, is deposited so that the second storage node contact hole 29 is sufficiently filled. Thereafter, the second chemical mechanical polishing process is polished to a part of the bit line hard mask layer 25 to form a second storage node contact plug 20b connected to the first storage node contact plug 20b.
이후에는 캐패시터 형성 공정, 배선 형성 공정 등을 일반적인 공정에 따라 실시하여 반도체 소자를 완성시킨다.Thereafter, the capacitor forming step, the wiring forming step, and the like are performed according to a general step to complete the semiconductor device.
상기한 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법에는 다음의 몇 가지 문제를 유발시킨다.The above-described method for manufacturing a semiconductor device according to the prior art causes some of the following problems.
먼저, 자기정렬콘택 식각 공정이 두번 실시되는데, 이 자기정렬콘택 식각 공정은 식각 타겟을 잘못 설정했을 경우, 제 1 자기정렬콘택 식각 공정 단계에서 콘택 플러그들(20a 및 20b)과 워드 라인(13) 사이에서 전기적 단락(short)을 유발시킬 가능성이 있으며, 제 2 자기정렬콘택 식각 공정 단계에서 콘택 플러그(30)와 비트 라인(24) 사이에서 전기적 단락을 유발시킬 가능성이 있다.First, the self-aligned contact etching process is performed twice. When the self-aligned contact etching process is incorrectly set, the contact plugs 20a and 20b and the word line 13 are formed in the first self-aligned contact etching process step. There is a possibility of causing an electrical short between, and there is a possibility of causing an electrical short between the contact plug 30 and the bit line 24 in the second self-aligned contact etching process step.
둘째, 콘택 플러그들(20a, 20b 및 30)을 형성하기 위해 화학적 기계적 연마 공정이 두번 실시되는데, 제 1 화학적 기계적 연마 공정 동안 워드 라인 하드 마스크층(14)이 일부 연마되고, 제 2 화학적 기계적 연마 공정 동안 비트 라인 하드 마스크층(25)이 일부 연마되기 때문에 이들 하드 마스크층(14 및 25)을 소자에서 원하는 두께보다 더 두껍게 형성시켜야만 되며, 이로 인하여 워드 라인(13) 및 비트 라인(24)을 패터닝하는 식각 공정에 부담이 생기게 된다.Second, the chemical mechanical polishing process is performed twice to form the contact plugs 20a, 20b, and 30, wherein the word line hard mask layer 14 is partially polished during the first chemical mechanical polishing process, and the second chemical mechanical polishing is performed. Because the bit line hard mask layer 25 is partially polished during the process, these hard mask layers 14 and 25 must be formed thicker than the desired thickness in the device, thereby forming the word line 13 and the bit line 24. There is a burden on the patterning etching process.
셋째, 화학적 기계적 연마 공정시 연마 타겟을 안정적으로 조절하기 어렵다.즉, 과도하게 연마되어 워드 라인(13) 및 비트 라인(24)이 손상되거나, 혹은 연마가 부족하여 플러그 패턴간의 브릿지(bridge)를 유발시키는 불량이 발생된다.Third, it is difficult to stably adjust the polishing target in the chemical mechanical polishing process, i.e., it is excessively polished so that the word line 13 and the bit line 24 are damaged or the polishing is insufficient and thus the bridge between the plug patterns is broken. Inducing defects are generated.
넷째, 플러그 패턴들을 2중으로 형성시키므로 인하여 그만큼 플러그 노드의 저항이 높아지기 때문에 소자의 동작 특성을 저하시킨다.Fourthly, since the plug node has a higher resistance due to the double formation of the plug patterns, the operation characteristics of the device are deteriorated.
따라서, 본 발명은 반도체 소자의 비트 라인 콘택 플러그 및 스토러지 노드 콘택 플러그 형성 공정을 단순화 및 안정화 시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of simplifying and stabilizing a bit line contact plug and a storage node contact plug forming process of a semiconductor device.
본 발명의 다른 목적은 비트 라인의 접촉 저항을 안정화 시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of stabilizing the contact resistance of the bit line.
본 발명의 또 다른 목적은 콘택 플러그를 2중으로 형성시키지 않아 플러그 노드의 저항 증가를 방지하여 소자의 동작 특성 저하를 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing a decrease in operating characteristics of a device by preventing a double formation of a contact plug to prevent an increase in resistance of a plug node.
본 발명의 또 다른 목적은 소자의 고집적화 실현 및 공정 단순화를 이룰 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of realizing high integration of the device and simplifying the process.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 워드 라인 하드 마스크층 및 워드 라인 스페이서로 둘러싸인 워드 라인과, 드레인 및 소오스 접합부가 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계; 전체 상부에 제1 절연층을 형성한 후, 일부분을 식각하여 비트 라인 콘택홀 및 스토러지 노드 콘택홀을 형성하는 단계; 전체 상부에 폴리실리콘층을 형성한 후, 상기 비트 라인 콘택홀 부분의 상기 폴리실리콘층을 식각하여 비트 라인 콘택 플러그 및 스토러지 노드 콘택 플러그를 각각 형성하는 단계; 전체 구조상에 제 2 절연층을 형성한 후, 상기 제 2 절연층, 상기 스토러지 노드 콘택 플러그 및 상기 제 1 절연층 일부를 연마하여 평탄화 시키는 단계; 상기 제 2 절연층의 일부를 식각하여 상기 비트 라인 콘택 플러그가 노출되는 비트 라인 다마신 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 비트 라인 다마신 패턴 내부에 비트 라인 및 비트 라인 하드 마스크층을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention provides a semiconductor substrate including a word line surrounded by a word line hard mask layer and a word line spacer, and a drain and a source junction; Forming a bit line contact hole and a storage node contact hole by etching a portion of the first insulating layer over the entire first insulating layer; Forming a polysilicon layer over the whole, and then etching the polysilicon layer of the bit line contact hole portion to form a bit line contact plug and a storage node contact plug, respectively; Forming a second insulating layer on the entire structure, and then polishing and planarizing the second insulating layer, the storage node contact plug, and a portion of the first insulating layer; Etching a portion of the second insulating layer to form a bit line damascene pattern to which the bit line contact plug is exposed; And forming a bit line and a bit line hard mask layer inside the bit line damascene pattern.
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.1A to 1F are cross-sectional views of a device for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.2A to 2F are cross-sectional views of devices for describing a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11, 41: 반도체 기판12, 42: 소자 분리막11, 41: semiconductor substrate 12, 42: device isolation film
13, 43: 워드 라인14, 44: 워드 라인 하드 마스크층13, 43: word line 14, 44: word line hard mask layer
15a, 45a: 드레인 접합부15b, 45b: 소오스 접합부15a, 45a: drain junction 15b, 45b: source junction
16, 46: 워드 라인 스페이서17, 47: 제 1 절연층16, 46: word line spacer 17, 47: first insulating layer
19a: 제 1 비트 라인 콘택홀49a: 비트 라인 콘택홀19a: first bit line contact hole 49a: bit line contact hole
19b: 제 1 스토러지 노드 콘택홀49b: 스토러지 노드 콘택홀19b: first storage node contact hole 49b: storage node contact hole
50: 폴리실리콘층20a, 50a: 비트 라인 콘택 플러그50: polysilicon layer 20a, 50a: bit line contact plug
20b: 제 1 스토러지 노드 콘택 플러그20b: first storage node contact plug
50b: 스토러지 노드 콘택 플러그21, 51: 제 2 절연층50b: storage node contact plug 21, 51: second insulating layer
23: 제 2 비트 라인 콘택홀53: 비트 라인 다마신 패턴23: second bit line contact hole 53: bit line damascene pattern
24, 54: 비트 라인25, 55: 비트 라인 하드 마스크층24, 54: bit line 25, 55: bit line hard mask layer
26, 56: 비트 라인 스페이서27: 제 3 절연층26 and 56: bit line spacer 27: third insulating layer
29: 제 2 스토러지 노드 콘택홀30: 제 2 스토러지 노드 콘택 플러그29: second storage node contact hole 30: second storage node contact plug
18, 22, 28, 48, 52, 70: 포토레지스트 패턴18, 22, 28, 48, 52, 70: photoresist pattern
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.2A to 2F are cross-sectional views of devices for describing a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(41)에 소자 분리막(42)을 형성하여 액티브 영역(active region)을 정의(define)한다. 소자 분리막(42)이 형성된 반도체 기판(41) 상에 워드 라인(43)을 형성한다. 워드 라인(43) 상에는 워드 라인 하드 마스크층(44)이 형성된다. 소오스/드레인 이온 주입으로 반도체 기판(41)에 드레인 및 소오스 접합부(45a 및 45b)를 형성한다. 워드 라인(43) 및 워드 라인 하드 마스크층(44)이 적층된 구조의 측벽에 워드 라인 스페이서(46)를 형성한다. 워드 라인스페이서(46)를 포함하는 전체 구조상에 제 1 절연층(47)을 형성하고, 제 1 절연층(47) 상에 자기정렬콘택 식각 공정에 사용될 제 1 포토레지스트 패턴(48)을 형성한다. 제 1 포토레지스트 패턴(48)을 식각 마스크로 한 자기정렬 식각 공정으로 제 1 절연층(47)을 식각하여 드레인 및 소오스 접합부(45a 및 45b)를 노출시키며, 이로 인하여 드레인 접합부(45a)에는 비트 라인 콘택홀(49a)이 형성되며, 소오스 접합부(45b)에는 스토러지 노드 콘택홀(49b)이 형성된다.Referring to FIG. 2A, an isolation region 42 is formed on a semiconductor substrate 41 to define an active region. The word line 43 is formed on the semiconductor substrate 41 on which the device isolation layer 42 is formed. The word line hard mask layer 44 is formed on the word line 43. Source and drain ion implantation forms drain and source junctions 45a and 45b in the semiconductor substrate 41. The word line spacers 46 are formed on sidewalls of the structure in which the word line 43 and the word line hard mask layer 44 are stacked. A first insulating layer 47 is formed on the entire structure including the word line spacer 46, and a first photoresist pattern 48 to be used in the self-aligned contact etching process is formed on the first insulating layer 47. . The first insulating layer 47 is etched by a self-aligned etching process using the first photoresist pattern 48 as an etch mask to expose the drain and source junctions 45a and 45b, thereby forming a bit in the drain junction 45a. The line contact hole 49a is formed, and the storage node contact hole 49b is formed in the source junction 45b.
상기에서, 소자 분리막(42)은 소자의 고집적화를 위해 쉘로우 트렌치 아이소레이션(STI) 공정으로 형성하는 것이 바람직하다. 워드 라인 하드 마스크층(44)은 질화물 계통의 물질로 형성하는 것이 바람직하며, 종래와는 달리 화학적 기계적 연마 공정에 직접적으로 관련되지 않아 일정 두께 연마되지 않기 때문에 소자에서 원하는 최소한의 두께 즉, 자기정렬콘택 식각 공정시 식각 장벽층 역할을 할 수 있는 최적의 두께로 형성한다. 워드 라인 스페이서(46)는 자기정렬콘택 식각 공정시 워드 라인(43)의 노출을 방지하기 위해 질화물 계통의 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 절연층(47)은 주변 셀간을 전기적으로 절연시키면서 셀을 보호하기 위해 주로 산화물 계통의 물질을 증착하며, 자기정렬콘택 식각 공정을 용이하게 하기 위하여 증착후 평탄화 공정을 수행한다.In the above, the device isolation layer 42 is preferably formed by a shallow trench isolation (STI) process for high integration of the device. The word line hard mask layer 44 is preferably formed of a nitride-based material. Unlike the related art, the word line hard mask layer 44 is not directly related to the chemical mechanical polishing process and thus is not polished to a certain thickness, so that the minimum thickness, that is, self-alignment, is desired in the device. It is formed to an optimal thickness that can serve as an etching barrier layer during the contact etching process. The word line spacer 46 may be formed of a nitride-based material in order to prevent the word line 43 from being exposed during the self-aligned contact etching process. The first insulating layer 47 mainly deposits an oxide-based material in order to protect the cells while electrically insulating the surrounding cells, and performs a post-deposition planarization process to facilitate the self-aligned contact etching process.
도 2b를 참조하면, 제 1 포토레지스트 패턴(48)을 제거하고, 콘택홀들(49a 및 49b)이 충분히 매립되도록 폴리실리콘층(50)을 형성한다. 폴리실리콘층(50)은 후속 식각 공정을 용이하게 하기 위하여 표면을 평탄화 시키는 것이 바람직하다. 폴리실리콘층(50)의 표면 평탄화는 건식 에치 백 공정이나 화학적 기계적 연마 공정으로 한다.Referring to FIG. 2B, the first photoresist pattern 48 is removed, and the polysilicon layer 50 is formed to sufficiently fill the contact holes 49a and 49b. The polysilicon layer 50 is preferably planarized to facilitate the subsequent etching process. Surface planarization of the polysilicon layer 50 is performed by a dry etch back process or a chemical mechanical polishing process.
도 2c를 참조하면, 비트 라인 노드 지역이 개방된 제 2 포토레지스트 패턴(70)을 폴리실리콘층(50)상에 형성한다. 제 2 포토레지스트 패턴(70)을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 워드 라인 하드 마스크층(44)이 노출될 때까지 폴리실리콘층(50)을 식각하여 비트 라인 콘택 플러그(50a) 및 스토러지 노드 콘택 플러그(50b)를 각각 형성한다. 비트 라인 콘택 플러그(50a)는 드레인 접합부(45a)에 연결되며, 스토러지 노드 콘택 플러그(50b)는 소오스 접합부(45b)에 연결된다.Referring to FIG. 2C, a second photoresist pattern 70 having an open bit line node region is formed on the polysilicon layer 50. In the etching process using the second photoresist pattern 70 as an etching mask, the polysilicon layer 50 is etched until the word line hard mask layer 44 is exposed to thereby expose the bit line contact plug 50a and the storage node contact. Each plug 50b is formed. The bit line contact plug 50a is connected to the drain junction 45a, and the storage node contact plug 50b is connected to the source junction 45b.
상기에서, 제 2 포토레지스트 패턴(70)은 비트 라인 노드 지역이 개방되는 반면, 스토러지 노드 콘택 플러그(50b)가 형성되는 부분은 덮여져 있기 때문에, 비트 라인 콘택 플러그(50a)는 비트 라인 콘택홀(49a) 내에만 폴리실리콘층(50)으로 형성되고, 스토러지 노드 콘택 플러그(50b)는 스토러지 노드 콘택홀(49b) 내부뿐만아니라 윗쪽으로 돌출된 형태로 형성된다. 여기서, 스토러지 노드 콘택 플러그(50b)의 돌출부분은 종래 소자와 비교할 때 도 1f에 도시된 제 2 스토러지 노드 콘택 플러그(30)에 해당된다. 한편, 제 2 포토레지스트 패턴(70)의 개방 부분을 비트 라인 노드 지역이라고 정의하였는데, "비트 라인 노드 지역"의 의미를 정확히 표현하면 이웃하는 도전층 예를 들어, 스토러지 노드 콘택 플러그(50b)와 비트 라인이 전기적으로 충분히 절연될 수 있도록 절연물이 채워질 공간을 포함한다.In the above, since the bit line node region of the second photoresist pattern 70 is opened, the portion where the storage node contact plug 50b is formed is covered, so that the bit line contact plug 50a is a bit line contact. The polysilicon layer 50 is formed only in the hole 49a, and the storage node contact plug 50b is formed to protrude upward as well as inside the storage node contact hole 49b. Here, the protrusion of the storage node contact plug 50b corresponds to the second storage node contact plug 30 shown in FIG. 1F when compared with the conventional device. Meanwhile, an open portion of the second photoresist pattern 70 is defined as a bit line node region. When the meaning of the "bit line node region" is accurately expressed, the neighboring conductive layer, for example, the storage node contact plug 50b, is defined. And a space in which the insulator will be filled so that the bit lines can be sufficiently electrically insulated.
도 2d를 참조하면, 제 2 포토레지스트 패턴(70)을 제거하고, 전체 구조상에 제 2 절연층(51)을 형성한다. 화학적 기계적 연마 공정을 실시하여 제 2 절연층(51), 스토러지 노드 콘택 플러그(50b) 및 제 1 절연층(47) 일부를 연마하여평탄화 시킨다. 평탄화된 표면에 비트 라인 콘택 플러그(50a)를 포함한 비트 라인이 형성될 지역이 개방된 제 3 포토레지스트 패턴(52)을 형성한다. 제 3 포토레지스트 패턴(52)을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 비트 라인 콘택 플러그(50a)가 노출되는 시점까지 제 2 절연층(51)을 식각하여 비트 라인 다마신 패턴(53)을 형성한다.Referring to FIG. 2D, the second photoresist pattern 70 is removed and a second insulating layer 51 is formed on the entire structure. A chemical mechanical polishing process is performed to flatten the second insulating layer 51, the storage node contact plug 50b, and a portion of the first insulating layer 47. A third photoresist pattern 52 is formed on the planarized surface to open an area where the bit line including the bit line contact plug 50a is to be formed. In the etching process using the third photoresist pattern 52 as an etching mask, the second insulating layer 51 is etched until the bit line contact plug 50a is exposed to form the bit line damascene pattern 53.
상기에서, 비트 라인 다마신 패턴(53)의 측벽은 제 2 절연층(51)으로 이루어지며, 비트 라인 콘택 플러그(50a) 부분의 다마신 패턴(53)의 측벽에도 제 2 절연층(51)이 일정 두께 남아있어 스토러지 노드 콘택 플러그(50b)와 후에 형성될 비트 라인과의 전기적 절연을 이룰 수 있게 한다. 제 2 절연층(51)은 산화물 계통의 물질 예를 들어, BPSG, TEOS, USG, HDP 와 같은 물질을 사용하여 형성한다.In the above description, the sidewalls of the bit line damascene pattern 53 may be formed of the second insulating layer 51, and the second insulation layer 51 may also be formed on the sidewalls of the damascene pattern 53 of the bit line contact plug 50a. This thickness remains to allow electrical isolation between the storage node contact plug 50b and the bit lines to be formed later. The second insulating layer 51 is formed using an oxide-based material such as BPSG, TEOS, USG, or HDP.
도 2e 및 도 2f를 참조하면, 제 3 포토레지스트 패턴(52)을 제거하고, 비트 라인 다마신 패턴(53)의 측벽에 비트 라인 스페이서(56)를 형성한다. 비트 라인 스페이서(56)가 형성된 비트 라인 다마신 패턴(53) 내부에 비트 라인(54)을 형성한다. 비트 라인(54) 상부에 비트 라인 하드 마스크층(55)을 형성한다.2E and 2F, the third photoresist pattern 52 is removed, and the bit line spacers 56 are formed on sidewalls of the bit line damascene pattern 53. The bit line 54 is formed in the bit line damascene pattern 53 on which the bit line spacer 56 is formed. The bit line hard mask layer 55 is formed on the bit line 54.
상기에서, 비트 라인(54)은 도전층 물질 예를 들어, 폴리사이드, 텅스텐, 알루미늄 등과 같은 물질을 증착한 후 에치 백(etch back) 공정으로 형성하는데, 에치 백 공정 타겟을 조절하여 비트 라인(54) 상단면이 비트 라인 다마신 패턴(53)의 상단면 보다 아래쪽에 위치되도록 하여 일정 깊이 예를 들어, 100 ~ 1000Å의 깊이의 홀이 형성되도록 하고, 이 홀에 비트 라인 하드 마스크층(55)이 형성되도록 한다. 비트 라인 하드 마스크층(55)은 질화물 계통의 물질을 200 ~ 2000Å의 두께로증착한 후 건식 에치 백 공정 또는 화학적 기계적 연마 공정으로 비트 라인(54) 상에 형성된다. 비트 라인 스페이서(56)는 질화물 계통의 물질을 100 ~ 1000Å의 두께로 증착한 후 스페이서 식각 공정으로 형성된다.In the above, the bit line 54 is formed by an etch back process after depositing a conductive layer material, for example, polyside, tungsten, aluminum, etc., by adjusting the etch back process target. 54. The top surface is positioned below the top surface of the bit line damascene pattern 53 so that a hole having a predetermined depth, for example, a depth of 100 to 1000 mm is formed, and the bit line hard mask layer 55 is formed in the hole. ) To form. The bit line hard mask layer 55 is formed on the bit line 54 by a dry etch back process or a chemical mechanical polishing process after depositing a nitride-based material to a thickness of 200 to 2000 microns. The bit line spacer 56 is formed by a spacer etching process after depositing a nitride-based material to a thickness of 100 ~ 1000Å.
이후에는 캐패시터 형성 공정, 배선 형성 공정 등을 일반적인 공정에 따라 실시하여 반도체 소자를 완성시킨다.Thereafter, the capacitor forming step, the wiring forming step, and the like are performed according to a general step to complete the semiconductor device.
상술한 바와 같이, 본 발명은 자기정렬콘택 식각 공정을 한번만 실시하므로 자기정렬콘택 식각 공정시에 발생될 수 있는 위험을 줄일 수 있고, 콘택 플러그 형성시 화학적 기계적 연마 공정 대신에 패터닝 공정을 적용하므로 기존처럼 하드 마스크층을 두껍게 형성할 필요가 없을 뿐만 아니라, 이로 인하여 워드 라인의 패터닝 공정을 용이하게 진행할 수 있고, 또한 다마신 방법을 적용하여 비트 라인을 형성하고, 스토러지 노드 콘택 플러그를 2중 구조로 형성하지 않아 공정의 단순화 및 플러그 저항 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention reduces the risk that may occur during the self-aligned contact etching process because the self-aligned contact etching process is performed only once, and applies the patterning process instead of the chemical mechanical polishing process when forming the contact plug. Not only does not need to form a thick hard mask layer, but also makes it easy to process the word line patterning process, and also applies a damascene method to form a bit line, and the storage node contact plug has a double structure. Since it is not formed, it is possible to simplify the process and improve plug resistance characteristics.
Claims (12)
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KR1020010038449A KR20030002749A (en) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | Method of manufacturing a semiconductor device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7511328B2 (en) | 2004-12-27 | 2009-03-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device having raised cell landing pad and method of fabricating the same |
US8119512B1 (en) * | 2010-12-09 | 2012-02-21 | Hynix Semiconductor Inc. | Method for fabricating semiconductor device with damascene bit line |
-
2001
- 2001-06-29 KR KR1020010038449A patent/KR20030002749A/en not_active Application Discontinuation
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