KR20030093818A - Method for forming contact holes in semiconductor devices - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 콘택홀 형성방법에 관한 것으로, 특히 포토리소그래피 공정에 의하지 않고 콘택홀을 형성할 수 있는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a contact hole in a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a contact hole without using a photolithography process.
반도체 소자의 집적도가 증가하면서 소자들의 간격이 좁아지고 각 소자가 형성될 수 있는 영역도 좁아지고 있다. 이러한 결과는 콘택영역을 축소시켜 포토리소그래피 공정에서의 정렬 여유도(alignment margin)를 감소시키므로 콘택불량이 발생하기 쉬워진다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, the spacing between the devices becomes narrower and the area in which each device can be formed becomes smaller. This result reduces contact area and reduces alignment margin in the photolithography process, thereby making contact defects more likely to occur.
잘 알려진 바와 같이, 포토리소그래피 공정 마진을 확보하면서 고집적 반도체 소자의 콘택을 형성하는 방법으로서, 자기정렬콘택(Self-Aligned Contact ; SAC)을 형성하는 방법이 널리 사용되고 있다. 그러나, SAC을 형성하는 데에도 포토리소그래피 공정은 여전히 수행되어야 하므로, 하부층과의 미스얼라인 마진은 매우 중요하게 관리되어야 한다. 이를 위해서, 포토리소그래피 공정을 수행하는 장비가 관리할 수 있는 공정 마진을 감안하여 반도체 소자를 설계하여야 하는데, 이 때문에 반도체 소자를 더욱 고집적화시키는 데 많은 제약이 따른다.As is well known, a method of forming a self-aligned contact (SAC) is widely used as a method of forming a contact of a highly integrated semiconductor device while securing a photolithography process margin. However, since the photolithography process still needs to be performed to form the SAC, misalignment margin with the underlying layer must be managed very important. To this end, it is necessary to design a semiconductor device in consideration of process margins that can be managed by a device performing a photolithography process, and thus, there are many limitations in making the semiconductor device more highly integrated.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 기존 공정의 문제점을 해결하기 위하여, 포토리소그래피 공정에 의하지 않고 콘택홀을 형성할 수 있는 반도체 소자의 콘택홀 형성방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method for forming a contact hole in a semiconductor device capable of forming contact holes without using a photolithography process in order to solve the problems of the conventional process described above.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에서 구현하려고 하는 DRAM 셀의 레이아웃.1 is a layout of a DRAM cell to be implemented in the first embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 단면에 대응되는 것으로 본 발명의 제1 실시예에 따른 공정 단계를 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining a process step according to the first embodiment of the present invention corresponding to the section II-II 'of FIG.
도 3 내지 도 8은 도 2의 공정 단계에 후속하는 각 공정별 상면도.3 to 8 are top views of respective processes following the process steps of FIG. 2.
도 9 내지 도 14는 도 3 내지 도 8의 각 공정 단계에 대응하는 단면도.9 to 14 are cross-sectional views corresponding to respective process steps of FIGS. 3 to 8.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에서 구현하려고 하는 DRAM 셀의 레이아웃.Figure 15 is a layout of a DRAM cell to be implemented in the second embodiment of the present invention.
도 16 내지 도 20은 본 발명의 제2 실시예에서 도 15의 레이아웃에 따라 진행하는 각 공정별 단면도.16 to 20 are cross-sectional views for each process proceeding according to the layout of FIG. 15 in a second embodiment of the present invention.
도 21a 및 도 21b는 도 17의 공정 단계에 대응하는 상면도.21A and 21B are top views corresponding to the process steps of FIG. 17.
도 22 및 도 23은 도 18의 공정 단계에 대응하는 사시도.22 and 23 are perspective views corresponding to the process steps of FIG. 18.
도 24는 도 19의 공정 단계에 대응하는 사시도.24 is a perspective view corresponding to the process step of FIG. 19.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
5, 105 : 반도체 기판,20, 220 : 에치 스토퍼,5, 105: semiconductor substrate, 20, 220: etch stopper,
45a, 45b, 145 : 콘택영역,50, 250 : 산화막,45a, 45b, 145: contact region, 50, 250: oxide film,
47a, 47b, 147 : 콘택홀,60 : 게이트,47a, 47b, 147: contact hole, 60: gate,
50a, 50c, 50d, 250a, 250c, 250d : 산화막 패턴,50a, 50c, 50d, 250a, 250c, 250d: oxide film pattern,
62, 162 : 탭영역,80, 280 : 마스크막,62, 162: tap area, 80, 280: mask film,
160 : 비트라인.160: bit line.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 콘택홀 형성방법에서는, 반도체 기판 상에 서로 평행한 배선들을 형성하기 위한 몰드용 산화막 패턴들을 형성한다. 이 때, 상기 산화막 패턴은 제1 폭을 가지며 콘택홀이 형성될 부분마다 상기 제1 폭보다는 큰 제2 폭을 갖도록 형성한다. 그리고 나서, 상기 산화막 패턴들 사이에 도전물질을 일부 높이 매립하여 서로 평행한 다마신(damascene) 배선들을 형성하고, 상기 산화막 패턴에서 제2 폭을 가졌던 부분만 상기 배선보다 위쪽에 남도록 상기 배선 위쪽의 산화막 패턴을 식각한다. 이렇게 하여 남겨진 산화막 패턴의 상면과 나란하도록 상기 배선 상에 마스크막(mask layer)을 형성하고, 상기 마스크막에 대해 상기 남겨진 산화막 패턴을 선택적으로 제거하면, 상기 남겨진 산화막 패턴이 있던 자리에 콘택홀이 형성된다.In the method for forming a contact hole according to the present invention for achieving the above technical problem, to form a mold oxide film pattern for forming parallel wirings on a semiconductor substrate. In this case, the oxide layer pattern has a first width and is formed to have a second width larger than the first width for each portion where the contact hole is to be formed. Then, a portion of the conductive material is embedded between the oxide patterns to form damascene wires parallel to each other, and only the portion having the second width in the oxide pattern remains above the wiring. The oxide pattern is etched. In this way, if a mask layer is formed on the wiring so as to be parallel to the upper surface of the remaining oxide film pattern, and if the remaining oxide film pattern is selectively removed with respect to the mask film, a contact hole may be formed at a position where the remaining oxide film pattern is present. Is formed.
여기서, 상기 배선들을 형성하고 상기 배선 위쪽의 산화막 패턴을 식각하기 위하여, 상기 산화막 패턴의 상면을 덮고 상기 산화막 패턴들 사이를 채우도록 도전물질을 증착한 다음, 상기 산화막 패턴으로부터 상기 도전물질을 리세스시켜 상기 다마신 배선들을 형성하는 동시에, 상기 배선보다 위쪽에 있는 산화막 패턴의 폭이 전체적으로 감소되도록, 상기 도전물질이 증착된 결과물 상면을 에치백(etch-back)한다. 그리고 나서, 상기 산화막 패턴에서 제2 폭을 가졌던 부분만 상기 배선보다 위에 남도록, 앞에서 폭이 감소된 산화막 패턴을 식각한다.Here, in order to form the wirings and etch the oxide pattern on the wiring, a conductive material is deposited to cover the top surface of the oxide pattern and fill the gaps between the oxide patterns, and then recess the conductive material from the oxide pattern. In order to form the damascene wires, the upper surface of the resultant material on which the conductive material is deposited is etched back such that the width of the oxide pattern above the wires is reduced as a whole. Then, the oxide film pattern having the reduced width is etched so that only the portion having the second width in the oxide film pattern remains above the wiring.
상기 도전물질이 증착된 결과물 상면을 에치백하는 단계에서 에치백을 충분히 수행하는 경우에는 상기 산화막 패턴에서 제2 폭을 가졌던 부분만 상기 배선보다 위에 남도록 할 수 있으므로, 산화막 패턴을 식각하는 후속의 단계를 생략하여도 된다. 즉, 에치백 단계와 후속의 식각 단계는 병합(merge)하여 수행할 수 있다.When the etch back is sufficiently performed in the step of etching back the upper surface of the resultant material on which the conductive material is deposited, only a portion having the second width in the oxide pattern may remain above the wiring, and thus subsequent steps of etching the oxide pattern. May be omitted. That is, the etch back step and the subsequent etching step may be performed by merging.
본 발명에 의하면, 포토리소그래피에 의하지 않고 콘택홀을 형성할 수 있으므로, 공정 마진을 고려하지 않아도 콘택홀을 제 위치에 정확하게 정렬하여 형성할 수 있다.According to the present invention, since the contact hole can be formed without photolithography, the contact hole can be formed accurately aligned in position without considering the process margin.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. The shape and the like of the elements in the drawings are exaggerated in order to emphasize a more clear description, elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements.
(제1 실시예)(First embodiment)
본 실시예에서는 도 1 내지 도 14를 참조하여, DRAM의 게이트를 다마신법으로 형성하면서 셀 패드용 콘택홀을 형성하는 경우를 설명한다. 도 1은 본 실시예에서 구현하려고 하는 DRAM 셀의 레이아웃이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 단면에 대응되는 것으로, 본 실시예에 따른 공정 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 3 내지 도8은 도 2의 공정 단계에 후속하는 각 공정별 상면도이다. 도 9 내지 도 14는 도 3 내지 도 8의 각 공정 단계에 대응하는 단면도이다. 도 9 내지 도 14에서의 (a), (b), (c)는 도 3 내지 도 8에서의 a-a', b-b', c-c' 단면에 해당된다.In the present embodiment, a case in which a cell pad contact hole is formed while the gate of the DRAM is formed by the damascene method will be described with reference to FIGS. 1 is a layout of a DRAM cell to be implemented in this embodiment. FIG. 2 corresponds to the section II-II 'of FIG. 1 and is a view for explaining the process steps according to the present embodiment. 3 to 8 are top views of respective processes following the process steps of FIG. 2. 9 to 14 are cross-sectional views corresponding to the respective process steps of FIGS. 3 to 8. (A), (b) and (c) in FIGS. 9 to 14 correspond to a-a ', b-b' and c-c 'cross sections in FIGS. 3 to 8.
우선 도 1을 참조하면, 장축과 단축을 갖는 활성영역(15)이 반도체 기판 상에 행 및 열을 따라 반복적으로 배치된다. 활성영역(15) 이외의 부분은 절연물질로 이루어진 소자분리막(10)이다. 활성영역(15)의 단축 방향으로 신장하는 게이트라인(30)이 활성영역(15)당 두 개씩 배치된다. 게이트라인(30) 양측의 활성영역(15)에는 셀 패드에 의한 콘택영역(45a, 45b)이 마련된다.Referring first to FIG. 1, an active region 15 having a long axis and a short axis is repeatedly arranged along rows and columns on a semiconductor substrate. Portions other than the active region 15 are device isolation films 10 made of an insulating material. Two gate lines 30 extending in the short direction of the active region 15 are disposed per active region 15. Contact regions 45a and 45b formed by cell pads are provided in the active regions 15 on both sides of the gate line 30.
이제 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 공정 단계를 살펴본다. 먼저, 반도체 기판(5) 내에 도 1과 같은 모양으로 활성영역(15)들을 정의하기 위하여 STI(Shallow Trench Isolation) 방법 등으로 소자분리막(10)을 형성한 다음, 반도체 기판(5) 전면에 10 내지 500Å 정도 두께의 에치 스토퍼(etch stopper, 20)를 형성한다. 계속하여, 500 내지 6000Å 정도 두께의 산화막(50)을 형성한다. 에치 스토퍼(20)로는 산화막(50)과 식각선택비가 다른 물질, 예컨대 실리콘 질화물을 증착하여 형성할 수 있다.Referring now to Figure 2 looks at the process steps according to an embodiment of the present invention. First, in order to define the active regions 15 in the semiconductor substrate 5 in the shape as shown in FIG. 1, the device isolation layer 10 is formed by a shallow trench isolation (STI) method, and then the front surface of the semiconductor substrate 5 is formed. An etch stopper 20 having a thickness of about 500 kPa is formed. Subsequently, an oxide film 50 having a thickness of about 500 to 6000 GPa is formed. The etch stopper 20 may be formed by depositing a material having a different etching selectivity from the oxide film 50, such as silicon nitride.
다음에 도 3 및 도 9에 도시한 것처럼 산화막(50)을 패터닝하여 에치 스토퍼(20)를 노출시키는 산화막 패턴(50a)들을 형성한다. 산화막 패턴(50a)들은 도 1의 게이트라인(30)에 놓여질 게이트를 다마신법으로 형성하기 위한 몰드용 산화막 패턴들이다. 이 때, 산화막 패턴(50a)은 제1 폭(W11)을 가지며 셀 패드용 콘택홀이 형성될 부분, 즉 도 1의 콘택영역(45a, 45b)에 해당되는 곳마다 상기 제1폭(W11)보다는 큰 제2 폭(W12)을 갖도록 형성한다.Next, as illustrated in FIGS. 3 and 9, the oxide film 50 is patterned to form oxide film patterns 50a exposing the etch stopper 20. The oxide film patterns 50a are mold oxide film patterns for forming a gate to be placed on the gate line 30 of FIG. 1 by the damascene method. In this case, the oxide layer pattern 50a has a first width W11 and the first width W11 wherever the cell pad contact hole is to be formed, that is, the contact area 45a or 45b of FIG. 1. Rather than having a larger second width (W12).
도 4 및 도 10을 참조하면, 산화막 패턴(50a)들을 형성함에 따라 노출되었던 에치 스토퍼(20)를 제거한 다음, 그 제거한 부위에 게이트 산화막(22)을 형성한다. 게이트 산화막(22)으로는 얇은 열산화막을 성장시킬 수 있다.4 and 10, the etch stopper 20 that is exposed as the oxide pattern 50a is formed is removed, and then the gate oxide layer 22 is formed on the removed portion. As the gate oxide film 22, a thin thermal oxide film can be grown.
이제 도 5 및 도 11을 참조하면, 산화막 패턴(50a)들 사이에 도전물질을 일부 높이 매립하여 서로 평행한 다마신 게이트(60)들을 형성한다. 그리고, 산화막 패턴(50a)에서 제2 폭(W12)을 가졌던 부분만 상기 게이트(60)보다 위쪽에 남도록 게이트(60) 위쪽 부분의 산화막 패턴을 식각함으로써, 상부 패턴의 폭이 전체적으로 감소된 산화막 패턴(50b)을 형성한다.Referring now to FIGS. 5 and 11, the conductive material is partially filled between the oxide layer patterns 50a to form damascene gates 60 parallel to each other. The oxide pattern of the upper portion of the gate 60 is etched so that only the portion of the oxide pattern 50a having the second width W12 remains above the gate 60, thereby reducing the width of the upper pattern as a whole. To form 50b.
이미 도 3을 참조하여 본 바와 같이 산화막 패턴(50a)이 제1 폭(W11)과 제2 폭(W12)을 가짐으로써 들쭉날쭉한 모양이 되게 형성하였으므로, 산화막 패턴(50a)들 사이에 도전물질을 메워 형성한 게이트(60)는 실질적으로는(substantially) 라인 타입이지만 주변보다 폭이 넓은 탭영역(tab, 62)도 가지게 된다.As described with reference to FIG. 3, since the oxide film pattern 50a is formed to have a jagged shape by having the first width W11 and the second width W12, a conductive material is formed between the oxide film patterns 50a. The gate 60 formed therein is substantially a line type but has a wider tab area 62 than the periphery.
다마신 게이트(60)들과 폭이 감소된 산화막 패턴(50b)을 형성하는 단계를 좀 더 자세히 살펴보면, 우선 도 4에서처럼 게이트 산화막(22)이 형성된 결과물 전면에 도핑된 폴리실리콘과 같은 도전물질을 증착한다. 도전물질은 산화막 패턴(50a)의 상면을 덮고 산화막 패턴(50a)들 사이를 채우도록 증착된다. 이어서, 상기 도전물질이 증착된 결과물 상면을 에치백함으로써, 산화막 패턴(50a)으로부터 상기 도전물질을 리세스시켜 게이트(60)들을 형성한다. 에치백에 의하여, 게이트(60)보다 위쪽에 있는 산화막 패턴의 폭도 전체적으로 감소된다. 결과적으로, 게이트(60) 상부의 산화막 패턴(50b)들 사이는 에치백을 수행하기 전보다 벌어지게 된다.Looking at the step of forming the damascene gates 60 and the oxide layer pattern 50b having a reduced width in detail, first, as shown in FIG. 4, a conductive material such as polysilicon doped on the entire surface of the gate oxide layer 22 is formed. Deposit. The conductive material is deposited to cover the top surface of the oxide pattern 50a and to fill the gaps between the oxide pattern 50a. Subsequently, by etching back the upper surface of the resultant material on which the conductive material is deposited, the conductive material is recessed from the oxide layer pattern 50a to form gates 60. By etch back, the width of the oxide film pattern above the gate 60 is also reduced as a whole. As a result, the gap between the oxide layer patterns 50b on the gate 60 is wider than before the etch back is performed.
도 6 및 도 12를 참조하면, 폭이 감소된 산화막 패턴(50b)들을 식각하여, 상기 산화막 패턴(50a)에서 제2 폭(W12)을 가졌던 부분만 게이트(60)보다 위에 남긴다. 이것은, 이웃하는 게이트(60)들에서 서로 마주보는 탭영역(62) 사이에 있던 얇은 산화막 패턴 부분은 제거되고, 탭영역(62)끼리 마주보지 않아 좀 더 두터운 산화막 패턴 부분은 남겨지는 것으로 이해될 수 있다. 남겨진 산화막 패턴(50c) 중에서 게이트(60)보다 위에 있는 부분은 콘택홀이 형성될 부분(45a, 45b) 위에만 위치함을 알 수 있다. 폭이 감소된 산화막 패턴(50b)들을 식각할 때에는 건식각, 습식각 또는 플라즈마 식각을 이용할 수 있다. 만약, 도 5 및 도 11을 참조하여 설명한 단계에서 에치백을 충분히 수행한다면, 폭이 감소된 산화막 패턴(50b)들을 후속적으로 식각하는 단계를 생략하더라도 상기 산화막 패턴(50a)에서 제2 폭(W12)을 가졌던 부분만 남겨지도록 할 수 있다.6 and 12, the oxide patterns 50b having the reduced width are etched to leave only portions of the oxide patterns 50a having the second width W12 above the gate 60. This can be understood that the thin oxide pattern portion between the tab regions 62 facing each other in the neighboring gates 60 is removed, and the thicker oxide layer pattern portions are left behind because the tab regions 62 do not face each other. Can be. It can be seen that the portion above the gate 60 among the remaining oxide layer patterns 50c is located only on the portions 45a and 45b where the contact holes are to be formed. When etching the oxide layer patterns 50b having a reduced width, dry etching, wet etching, or plasma etching may be used. If the etching back is sufficiently performed in the steps described with reference to FIGS. 5 and 11, the second width (i) in the oxide layer pattern 50a may be omitted even if the subsequent etching of the oxide layer patterns 50b having the reduced width is omitted. Only the part that had W12) can be left.
도 7 및 도 13을 참조하면, 이렇게 남겨진 산화막 패턴(50c)의 상면과 나란하도록 게이트(60) 상에 마스크막(80)을 형성한다. 먼저, 산화막 패턴(50c)의 상면을 덮고 산화막 패턴(50c)들 사이를 완전히 채우는 마스크물질을 증착한다. 마스크물질의 증착 두께는 500 내지 10000Å일 수 있다. 마스크물질은 산화막 패턴(50c)과 식각선택비가 다르고, 단차도포성이 우수한 물질인 것이 바람직하다. 예컨대, 마스크물질은 실리콘 질화막일 수 있다.7 and 13, a mask film 80 is formed on the gate 60 to be parallel to the top surface of the oxide film pattern 50c thus left. First, a mask material covering the upper surface of the oxide film pattern 50c and completely filling the oxide film patterns 50c is deposited. The deposition thickness of the mask material may be 500 to 10000 kPa. The mask material is different from the oxide film pattern 50c in etching selectivity and is preferably a material having excellent step coverage. For example, the mask material may be a silicon nitride film.
다음, 남겨진 산화막 패턴(50c)의 상면이 드러날 때까지 상기 마스크물질이 증착된 결과물의 상면을 건식각 또는 화학적 기계적 연마(CMP)를 이용하여 평탄화시킨다. 그러면 도시된 바와 같이 셀 부분 전체는 마스크막(80)으로 덮여진 채, 콘택홀이 형성될 영역(45a, 45b) 위에서만 산화막 패턴(50c)이 노출된다.Next, the upper surface of the resultant material on which the mask material is deposited is planarized by dry etching or chemical mechanical polishing (CMP) until the upper surface of the remaining oxide layer pattern 50c is exposed. Then, as illustrated, the entire cell portion is covered with the mask layer 80, and the oxide layer pattern 50c is exposed only on the regions 45a and 45b where the contact holes are to be formed.
도 8 및 도 14를 참조하면, 마스크막(80)에 대해 상기 남겨진 산화막 패턴(50c)을 선택적으로 제거함으로써, 상기 남겨진 산화막 패턴(50c)이 있던 자리에 콘택홀(47a, 47b)을 형성한다. 이처럼 콘택홀(47a, 47b)을 형성할 때에 포토리소그래피에 의하지 않으므로 미스얼라인 마진을 고려할 필요없이 공정을 진행할 수 있는 장점이 있다. 남겨진 산화막 패턴(50c)을 제거할 때에는 이방성 식각을 이용하여, 게이트(60) 주위로 스페이서 형태의 산화막 패턴(50d)을 남길 수 있다. 이와 같이 형성된 콘택홀(47a, 47b) 내에서 에치 스토퍼(20)를 제거한 다음에 도전물질로 메우면, 도 1에서와 같이 원하는 위치(45a, 45b)에 저절로 바르게 얼라인된 셀 패드가 구현된다.8 and 14, by selectively removing the remaining oxide film pattern 50c with respect to the mask film 80, contact holes 47a and 47b are formed in the place where the remaining oxide film pattern 50c was located. . As such, since the contact holes 47a and 47b are not formed by photolithography, the process can be performed without considering the misalignment margin. When removing the remaining oxide layer pattern 50c, anisotropic etching may be used to leave the oxide layer pattern 50d in the form of a spacer around the gate 60. When the etch stopper 20 is removed in the contact holes 47a and 47b thus formed and then filled with a conductive material, the cell pads are aligned properly at the desired positions 45a and 45b as shown in FIG. 1. .
(제2 실시예)(2nd Example)
본 실시예에서는 도 15 내지 도 24를 참조하여, DRAM의 비트라인을 다마신법으로 형성하면서 스토리지 노드 콘택플러그를 위한 콘택홀을 형성하는 경우를 설명한다. 도 15는 본 발명의 제2 실시예에서 구현하려고 하는 DRAM 셀의 레이아웃이다. 도 16 내지 도 20은 본 발명의 제2 실시예에서 도 15의 레이아웃에 따라 진행하는 각 공정별 단면도이다. 도 16 내지 도 20에서의 (a)와 (b)는 도 15의 a-a'와 b-b' 단면에 각각 대응된다. 도 21a 및 도 21b는 도 17의 공정 단계에 대응하는 상면도이다. 도 22와 도 23은 도 18의 공정 단계에 대응하는 사시도이다. 도 24는 도 19의 공정 단계에 대응하는 사시도이다.In the present embodiment, a case in which a contact hole for a storage node contact plug is formed while a bit line of a DRAM is formed by a damascene method will be described with reference to FIGS. 15 to 24. 15 is a layout of a DRAM cell to be implemented in the second embodiment of the present invention. 16 to 20 are cross-sectional views of processes according to the layout of FIG. 15 in the second embodiment of the present invention. (A) and (b) in FIGS. 16 to 20 correspond to cross sections a-a 'and b-b' of FIG. 15, respectively. 21A and 21B are top views corresponding to the process steps of FIG. 17. 22 and 23 are perspective views corresponding to the process steps of FIG. 18. 24 is a perspective view corresponding to the process step of FIG. 19.
우선 도 15를 참조하면, 반도체 기판 상에 행 및 열을 따라 장축과 단축을 갖는 활성영역(115)이 반복적으로 배치된다. 활성영역(115) 이외의 부분은 소자분리막(110)이다. 활성영역(115)당 두 개씩의 게이트(130)가 활성영역(115)의 단축 방향으로 연장하도록 배치된다. 게이트(130) 양측으로 셀 패드(140a, 140b)가 형성된다. 드레인 쪽에 접하는 셀 패드(140b) 위에는 비트라인 콘택패드(142)가 형성되고, 비트라인 콘택패드(142)들 위로는 게이트(130) 연장 방향에 수직하게 비트라인(160)이 배치된다. 소오스 쪽에 접하는 셀 패드(140a) 위에는 스토리지 노드 콘택플러그에 의한 콘택영역(145)이 마련된다.First, referring to FIG. 15, an active region 115 having a long axis and a short axis is repeatedly arranged along a row and a column on a semiconductor substrate. Portions other than the active region 115 are the device isolation layers 110. Two gates 130 per active region 115 are disposed to extend in a short direction of the active region 115. Cell pads 140a and 140b are formed at both sides of the gate 130. The bit line contact pads 142 are formed on the cell pads 140b facing the drain side, and the bit lines 160 are disposed on the bit line contact pads 142 perpendicular to the extending direction of the gate 130. A contact region 145 is formed on the cell pad 140a facing the source by a storage node contact plug.
이제 도 16을 참조하여, 반도체 기판(105) 상에 도 15에서와 같은 활성영역(115)들을 한정하는 소자분리막(110)을 형성한다. 소자분리막(110)이 형성된 반도체 기판(105) 상부에 게이트(130)를 형성한다. 게이트(130)는 게이트 절연막(112), 도전층(114) 및 하드 마스크막(116)을 형성하고 이를 패터닝한 다음, 패터닝된 하드 마스크막(116), 도전층(114) 및 게이트 절연막(112) 측벽에 스페이서(118)를 형성함으로써 얻어진다. 게이트(130) 양측의 반도체 기판(105) 내에 불순물을 주입하여, 소오스/드레인 영역(도시되지 않음)을 형성한다. 게이트(130)들 사이의 공간이 충분히 채워지도록 하드 마스크막(116) 및 스페이서(118)와 식각선택비가 상이한 물질을 증착하여, 반도체 기판(105) 상부에 제1 층간 절연막(120)을 형성한다. 다음에, 소오스/드레인 영역이 노출되도록 제1 층간 절연막(120)을 소정 부분 식각한다. 이 때, 도전층(114)은 하드 마스크막(116)과 스페이서(118)에 의하여 둘러싸여져 있고, 제1 층간 절연막(120)이 하드 마스크막(116) 및 스페이서(118)와 식각선택비가 상이하므로, 하드 마스크막(116)과 스페이서(118)의 측면을 따라 자기정렬방식으로 홀이 형성된다. 그 다음, 노출된 소오스/드레인 영역과 콘택되도록 도전층을 메꾸어 셀 패드(140a, 140b)를 형성한다.Referring to FIG. 16, an isolation layer 110 is formed on the semiconductor substrate 105 to define the active regions 115 as shown in FIG. 15. A gate 130 is formed on the semiconductor substrate 105 on which the device isolation layer 110 is formed. The gate 130 forms a gate insulating film 112, a conductive layer 114, and a hard mask film 116 and patterns the pattern, and then patterned the hard mask film 116, a conductive layer 114, and a gate insulating film 112. ) By forming spacers 118 on the sidewalls. Impurities are implanted into the semiconductor substrate 105 at both sides of the gate 130 to form a source / drain region (not shown). The first interlayer insulating layer 120 is formed on the semiconductor substrate 105 by depositing a material having a different etching selectivity from the hard mask layer 116 and the spacer 118 so that the space between the gates 130 is sufficiently filled. . Next, the first interlayer insulating layer 120 is partially etched to expose the source / drain regions. In this case, the conductive layer 114 is surrounded by the hard mask layer 116 and the spacer 118, and the first interlayer insulating layer 120 has an etching selectivity different from that of the hard mask layer 116 and the spacer 118. Therefore, holes are formed along the side surfaces of the hard mask layer 116 and the spacer 118 in a self-aligning manner. Then, the conductive layer is filled to contact the exposed source / drain regions to form cell pads 140a and 140b.
계속하여 반도체 기판(105) 상부에 제2 층간 절연막(125)을 형성한 다음, 제2 층간 절연막(125) 내에 도 15에서와 같은 위치에 비트라인 콘택 패드(142)를 형성한다. 이렇게 비트라인 콘택 패드(142)가 구비된 제2 층간 절연막(125) 상부에 10 내지 500Å 정도 두께의 에치 스토퍼(220)를 형성하고, 500 내지 6000Å 정도 두께의 산화막(250)을 형성한다.Subsequently, the second interlayer insulating layer 125 is formed on the semiconductor substrate 105, and then the bit line contact pads 142 are formed in the second interlayer insulating layer 125 as shown in FIG. 15. The etch stopper 220 having a thickness of about 10 to 500 mW is formed on the second interlayer insulating layer 125 having the bit line contact pad 142 and the oxide film 250 having a thickness of about 500 to 6000 mW is formed.
도 17에 도시한 것처럼 산화막(250)을 패터닝하여 에치 스토퍼(220)를 노출시키는 산화막 패턴(250a)들을 형성하고, 산화막 패턴(250a)들에 의하여 노출된 에치 스토퍼(220)를 제거함으로써 그 하부의 제2 층간 절연막(125)을 노출시킨다. 산화막 패턴(250a)들은 도 15에서와 같이 배치되는 비트라인(160)을 다마신법으로 형성하기 위한 몰드용 산화막 패턴들이다. 이러한 결과물을 위에서 보면 도 21a 또는 도 21b와 같은 모양이 되어야 한다. 도 21a 및 도 21b에서와 같이, 산화막 패턴(250a)은 제1 폭(W21)을 가지며, 콘택홀이 형성될 부분, 즉 도 15의 콘택영역(145)에 해당되는 곳마다 상기 제1 폭(W21)보다는 큰 제2 폭(W22)을 갖도록 형성한다.As shown in FIG. 17, the oxide film 250 is patterned to form oxide film patterns 250a exposing the etch stoppers 220, and the etch stoppers 220 exposed by the oxide film patterns 250a are removed. The second interlayer insulating film 125 is exposed. The oxide film patterns 250a are mold oxide film patterns for forming the bit line 160 arranged as shown in FIG. 15 by the damascene method. Looking at these results should look like Figure 21a or 21b. As shown in FIGS. 21A and 21B, the oxide layer pattern 250a has a first width W21, and the first width (wherever the contact hole is formed, that is, the contact area 145 of FIG. 15). It is formed to have a larger second width (W22) than W21.
도 18을 참조하면, 산화막 패턴(250a)들 사이에 도전물질을 일부 높이 매립하여 서로 평행한 비트라인(160)들을 형성하고, 산화막 패턴(250a)에서 제2폭(W22)을 가졌던 부분만 비트라인(160)보다 위쪽에 남도록 비트라인(160) 위쪽의 산화막 패턴을 식각함으로써 상부 폭이 전체적으로 감소된 산화막 패턴(250b)을 형성한다. 이 단계는 도 5 및 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이 도전물질을 증착한 다음 에치백을 수행함으로써 달성될 수 있다.Referring to FIG. 18, a portion of the conductive material is buried between the oxide pattern 250a to form bit lines 160 parallel to each other, and only the portion of the oxide pattern 250a having the second width W22 is bit. By etching the oxide pattern on the bit line 160 so as to remain above the line 160, the oxide pattern 250b having a reduced overall width is formed. This step may be accomplished by depositing a conductive material and then performing etch back as described with reference to FIGS. 5 and 11.
도 22와 도 23은 도 18의 공정 단계에 대응하는 사시도로서, 도 21a와 같은 모양으로 산화막 패턴(250a)들을 형성하였을 경우에 해당한다. 도시의 편의를 위하여, 비트라인(160)과 폭이 좁아진 산화막 패턴(250b)만 나타내었다. 도 21a에서와 같이 산화막 패턴(250a)이 제1 폭(W21)과 제2 폭(W22)을 가지도록 들쭉날쭉하게 형성하였으므로, 산화막 패턴(250a)들 사이에 다마신법으로 형성한 비트라인(160)은 실질적으로는 라인 타입이면서도 상대적으로 폭이 넓은 탭영역(162)을 가지게 된다.22 and 23 are perspective views corresponding to the process steps of FIG. 18 and correspond to the case where the oxide film patterns 250a are formed in the same shape as that of FIG. 21A. For convenience of illustration, only the bit line 160 and the narrowed oxide pattern 250b are shown. As shown in FIG. 21A, since the oxide pattern 250a is jagged to have the first width W21 and the second width W22, the bit line 160 is formed by the damascene method between the oxide pattern 250a. Is substantially a line type and has a relatively wide tap area 162.
도 23을 참조하면, 상기 산화막 패턴(250a)에서 제2 폭(W22)을 가졌던 부분만 비트라인(160)보다 위에 남도록, 폭이 감소된 산화막 패턴(250b)들을 식각한다. 이것은, 이웃하는 비트라인(160)들에서 서로 마주보는 탭영역(162) 사이에 있던 얇은 산화막 패턴 부분은 제거되고, 그렇지 않은 나머지 부분은 남겨지는 것으로 이해될 수 있다. 남겨진 산화막 패턴(250c) 중에서 상기 비트라인(160)보다 위에 남는 부분은 바로 콘택홀이 형성될 부분(145) 위에 위치한다. 폭이 감소된 산화막 패턴(250b)들을 식각하는 단계는 도 6 및 도 12를 참조하여 설명한 단계와 유사하게 수행될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 23, the oxide pattern patterns 250b having the reduced width are etched so that only the portion of the oxide pattern 250a having the second width W22 remains above the bit line 160. This can be understood that the thin oxide pattern portions that were between the tab regions 162 facing each other in the neighboring bit lines 160 are removed, and the remaining portions are left behind. The portion of the remaining oxide pattern 250c remaining above the bit line 160 is positioned directly on the portion 145 where the contact hole is to be formed. The etching of the oxide layer patterns 250b having the reduced width may be performed similarly to the steps described with reference to FIGS. 6 and 12, and thus a detailed description thereof will be omitted.
다음에 도 19 및 도 24를 참조하면, 이렇게 남겨진 산화막 패턴(250c)의 상면과 나란하도록 비트라인(160) 상에 마스크막(280)을 형성한다. 그러면 셀 부분 전체는 마스크막(280)으로 덮여 있고 콘택홀이 형성될 영역(145) 위에만 산화막 패턴(250c)이 위에서 보인다. 이와 같은 단계는 도 7 및 도 13을 참조하여 설명한 단계와 유사하게 수행될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.Next, referring to FIGS. 19 and 24, a mask film 280 is formed on the bit line 160 to be parallel to the top surface of the oxide film pattern 250c thus left. Then, the entire cell portion is covered with the mask layer 280, and the oxide layer pattern 250c is only visible on the region 145 where the contact hole is to be formed. Since this step may be performed similarly to the steps described with reference to FIGS. 7 and 13, a detailed description thereof will be omitted.
도 20을 참조하면, 마스크막(280)에 대해 상기 남겨진 산화막 패턴(250c)을 선택적으로 제거함으로써 상기 남겨진 산화막 패턴(250c)이 있던 자리에 콘택홀(147)을 형성한다. 상기 남겨진 산화막 패턴(250c)을 제거할 때에 이방성 식각을 이용하면, 비트라인(160) 주위로 스페이서 형태의 산화막 패턴(250d)이 남겨진다. 이와 같은 콘택홀(147) 내에 드러난 에치 스토퍼(220)를 제거하고 도전물질을 채우면, 도 15에서와 같이 저절로 바르게 얼라인된 스토리지 노드 콘택플러그를 형성하여 콘택을 완성할 수 있다. 콘택홀(147)을 형성할 때에 포토리소그래피에 의하지 않으므로 미스얼라인 마진을 고려할 필요없이 공정을 진행할 수 있다.Referring to FIG. 20, a contact hole 147 is formed at a position where the remaining oxide layer pattern 250c is located by selectively removing the remaining oxide layer pattern 250c from the mask layer 280. When anisotropic etching is used to remove the remaining oxide pattern 250c, an oxide layer pattern 250d having a spacer shape is left around the bit line 160. If the etch stopper 220 exposed in the contact hole 147 is removed and the conductive material is filled, the contact can be completed by forming a storage node contact plug that is properly aligned as shown in FIG. 15. Since the contact hole 147 is not formed by photolithography, the process may be performed without considering the misalignment margin.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 상기 실시예들에서는 DRAM에서 게이트와 셀 패드를 위한 콘택홀을 형성하는 경우, 비트라인과 스토리지 노드 콘택플러그를 위한 콘택홀을 형성하는 경우를 각각 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 서로 평행한 배선들을 다마신법으로 형성하면서 콘택홀을 형성하는 것이므로, 평행한 배선들과 콘택을 포함한다면 어떠한 구조의 반도체 소자 제조에라도 적용가능하다.As mentioned above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. In the above embodiments, a case where a contact hole for a gate and a cell pad is formed in a DRAM and a case where a contact hole for a bit line and a storage node contact plug are formed is described as an example. Since the contact hole is formed while the damascene method is formed, it is applicable to the manufacture of semiconductor devices of any structure as long as it includes parallel wirings and contacts.
상술한 본 발명에 의하면, 포토리소그래피를 생략하고 하부층의 패턴을 따라 그대로 식각하면 저절로 콘택홀이 형성되어 미스얼라인 마진을 생각할 필요가 없이 콘택홀을 형성할 수 있다. 공정이 단순화되고 미스얼라인 마진을 고려하지 않아도 되므로 급속한 디자인 룰 감소가 가능하여, 반도체 소자의 집적도를 높이는 데에 기여할 수 있다.According to the present invention described above, if the photolithography is omitted and the etching is performed as it is along the pattern of the lower layer, a contact hole is formed by itself, so that the contact hole can be formed without having to consider a misalignment margin. Since the process is simplified and no misalignment margin needs to be considered, rapid design rules can be reduced, contributing to higher integration of semiconductor devices.
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KR1020020031679A KR20030093818A (en) | 2002-06-05 | 2002-06-05 | Method for forming contact holes in semiconductor devices |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100831265B1 (en) * | 2006-12-29 | 2008-05-22 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Method of fabricating a semiconductor device |
-
2002
- 2002-06-05 KR KR1020020031679A patent/KR20030093818A/en not_active Application Discontinuation
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