KR20040003960A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조기술에 관한 것으로, 특히 반도체 장치의 콘택플러그에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technology, and more particularly to a contact plug of a semiconductor device.
반도체 소자, 특히 디램(DRAM)이 고집적화 되어 감에 따라 워드 라인, 비트 라인등과 같은 도전성 패턴들은 그 간격이 점점 줄어들고 있고 있으며, 콘택 영역 또한 그 크기가 줄어들고 있다. 콘택 영역의 마진이 충분할 경우에는 포토레지스트 패턴을 마스크로 한 일반적인 식각 공정으로 콘택홀을 형성하고, 이 콘택홀과 배선 영역에 도전성 물질을 매립하여 하부 도전층과 전기적으로 연결하였다.As semiconductor devices, especially DRAMs, have become highly integrated, conductive patterns such as word lines, bit lines, and the like are becoming smaller, and contact areas are also decreasing in size. When the contact region had sufficient margin, a contact hole was formed by a general etching process using a photoresist pattern as a mask, and a conductive material was buried in the contact hole and the wiring region to be electrically connected to the lower conductive layer.
그러나, 소자가 점점 고집적화 되어감에 따라 콘택영역의 마진이 부족하여 자기정렬 콘택 공정을 통해 콘택홀을 형성하는 방식이 도입되었다. 또한, 콘택홀의 크기가 작아짐에 따라 도전성 물질로 콘택홀을 양호하게 매립하기 어려워 매립 특성이 우수한 도전성 물질을 사용하여 콘택홀만을 매립시키는 콘택 플러그 방식이 널리 채택되고 있다.However, as devices are becoming more and more integrated, a method of forming contact holes through self-aligned contact processes has been introduced due to a lack of margin of contact regions. In addition, as the size of the contact hole decreases, it is difficult to bury the contact hole with a conductive material satisfactorily, and a contact plug method for filling only the contact hole using a conductive material having excellent embedding characteristics has been widely adopted.
콘택플러그형성에 도핑된(Doping) 폴리 실리콘이나 텅스텐(W)을 사용하여 콘택플러그를 형성하나, 최근에는 도핑된 폴리 실리콘보다 상대적으로 저항이 낮은 텅스텐 플러그를 주로 사용하고 있다.Although contact plugs are formed using doped polysilicon or tungsten (W) for forming contact plugs, tungsten plugs having a relatively lower resistance than doped polysilicon are mainly used.
한편, 반도체 장치의 제조기술이 미세화 되어 감에에 따라 층간절연막의 갭필능력과 평탄화 기술이 점점 더 많이 요구되어 지고 있으며, 이에 따라 층간절연막으로 사용되는 실리콘산화막의 도핑레벨이 점점높아지고 있다.On the other hand, as the manufacturing technology of semiconductor devices is miniaturized, gap fill capability and planarization technology of interlayer insulating films are increasingly required, and accordingly, doping levels of silicon oxide films used as interlayer insulating films are increasing.
도1a에 내지 도1b는 종래기술에 의한 반도체 장치의 콘택플러그 제조방법을 보여주는 공정단면도이다.1A to 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a contact plug of a semiconductor device according to the prior art.
도1a에 도시된 바와 같이, 먼저 활성영역(11)이 형성된 기판(10)에 제1 및 제2 층간절연막(12,13)을 형성하고, 이어서 콘택홀형성을 위한 감광막패턴(14)을 형성한다. 여기서 제1 층간절연막(12)은 도핑된 절연막이고, 제2 층간절연막(13)은 도핑이 안된 층간절연막이다.As shown in FIG. 1A, first and second interlayer insulating films 12 and 13 are formed on a substrate 10 on which an active region 11 is formed, and then a photoresist pattern 14 for forming a contact hole is formed. do. Here, the first interlayer insulating film 12 is a doped insulating film, and the second interlayer insulating film 13 is an undoped interlayer insulating film.
이어서 도1b에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(13)을 이용하여 활성영역(11)이 노출되도록 제1 및 제2 층간절연막(12,13)을 선택적으로 식각하여 콘택홀(15)를 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, the contact holes 15 are formed by selectively etching the first and second interlayer insulating films 12 and 13 to expose the active region 11 using the photoresist pattern 13. .
이어서 도1c에 도시된 바와 같이, 콘택홀 형성후 습식 세정작업을 한다.Subsequently, as shown in FIG. 1C, the wet cleaning operation is performed after the contact hole is formed.
이어서 도1d에 도시된 바와 같이, 콘택홀 내부에 후속공정에서 하부구조물을 보호하기 위해서 베리어메탈(15)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1D, a barrier metal 15 is formed in the contact hole to protect the substructure in a subsequent process.
이 때 도핑된 층간절연막(12)과 도핑이 안된 층간절연막(13)은 습식식각 속도의 차이학 생기게 되는에 이로인해 세정작업시 단차(도1c의 'A')가 발생하게 된다. 이러한 단차는 후속공정에서 전술한 베리어메탈등을 형성할 때에 문제를 발생시킨다.(도1d B)At this time, the doped interlayer insulating film 12 and the undoped interlayer insulating film 13 generate a difference in the wet etching rate, which causes a step ('A' in FIG. 1C) during the cleaning operation. This step causes a problem when forming the above-mentioned barrier metal and the like in a subsequent step (Fig. 1D B).
이와같이 반도체 장치의 제조시 층간절연막의 경우 도핑된 실리콘산화막과 비도핑된 실리콘산화막이 적층되어 사용되고 있으며, 이러한 경우 콘택홀 식각후 세적작업때나 배선 형성전 세정작업때 도핑된 층간절연막과 비도핑된 층간절연막간의 습식식각 속도의 차이로 인해 단차를 발생하게 된다.As described above, in the manufacture of a semiconductor device, an interlayer dielectric layer is formed by stacking a doped silicon oxide layer and an undoped silicon oxide layer. Due to the difference in wet etching rate between the interlayer insulating films, a step is generated.
이 때 생긴 단차는 후속공정에서 형성하는 막이 제대로 형성되지 않게 하거나 콘택저항을 증가시키거나 콘택페일울 유발하게 된다. 최근 반도체 장치의 고집적화에 따라 층간절연막의 도핑레벨이 높아지고, 따라서 이러한 습식세정작업으로 인한 단차다 더 커지고 있다.In this case, the step may prevent the film formed in the subsequent process from being formed properly, increase contact resistance, or cause contact fail. In recent years, the higher the integration of semiconductor devices, the higher the doping level of the interlayer insulating film, and thus the larger the step due to this wet cleaning operation.
본 발명은 습식세정작업에서 적층된 층간절연막의 도핑농도의 차이로 인한 콘택홀의 변형을 방지하여 신뢰성 높은 반도체 장치의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a highly reliable semiconductor device by preventing the deformation of the contact hole due to the difference in the doping concentration of the interlayer insulating film laminated in the wet cleaning operation.
도1a에 내지 도1d는 종래기술에 의한 반도체 장치의 콘택플러그 제조방법을 보여주는 공정단면도.1A to 1D are cross-sectional views showing a method for manufacturing a contact plug of a semiconductor device according to the prior art;
도2a 내지 도2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 콘택플러그 제조방법을 보여주는 공정단면도.2A through 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a contact plug in a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
20 : 기판20: substrate
21 : 활성영역21: active area
22 : 제1 층간절연막22: first interlayer insulating film
23 : 제2 층간절연막23: second interlayer insulating film
24 : 감광막 패턴24: photosensitive film pattern
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판상에 도핑된 제1 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 제1 층간절연막보다 도핑농도가 낮은 제2 층간절연막을 형성하는 단계: 콘택홀을 형성하기 위해 상기 제1 및 제2 층간절연막을 선택적으로 제거하는 제1 식각공정을 진행하는 단계; 상기 제1 식각공정보다 큰 공정마진을 가지고 상기 콘택홀 주변영역의 제2 층간절연막을 제거하는 제2 식각공정을 진행하는 단계; 및 상기 콘택홀을 습식세정하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조방법이 제공된다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a doped first interlayer insulating film on the substrate; Forming a second interlayer dielectric layer having a lower doping concentration than the first interlayer dielectric layer; performing a first etching process of selectively removing the first and second interlayer dielectric layers to form a contact hole; Performing a second etching process of removing a second interlayer dielectric layer in the area around the contact hole with a process margin greater than that of the first etching process; And wet cleaning the contact hole.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도2a 내지 도2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 콘택플러그 제조방법을 보여주는 공정단면도이다.2A through 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a contact plug in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도2a에 도시된 바와 같이, 먼저 활성영역(21)이 형성된 기판(20)에 제1 및 제2 층간절연막(22,23)을 형성하고, 이어서 그 상부에 콘택홀형성을 위한 감광막패턴(24)을 형성한다. 여기서 제1 층간절연막(22)은 도핑된 절연막으로서 PSG(Phospho-Silicate Glass), BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass), BSG(Boro-Silicate Glass), SOG(Spin on Glass)등의 이용한 막을 사용하며, 제2 층간절연막(23)은 도핑이 안된 층간절연막이며, MTO(Medium Temperature Deposition of Oxide), HTO(High Temperature Oxide), TEOS(Tetraethylorthosilicate)등을 사용하여 형성한다. 이 때 제2 층간절연막(23)은 질화막으로 사용가능하며, 제2 층간절연막(23)상에 질화막을 형성할 수도 있다.As shown in FIG. 2A, first and second interlayer insulating films 22 and 23 are formed on a substrate 20 on which an active region 21 is formed, and then a photoresist pattern 24 for forming a contact hole is formed thereon. ). Here, the first interlayer insulating film 22 is a doped insulating film using a film made of PSG (Phospho-Silicate Glass), BPSG (Boro-Phospho-Silicate Glass), BSG (Boro-Silicate Glass), or SOG (Spin on Glass). The second interlayer insulating film 23 is an undoped interlayer insulating film, and is formed using MTO (Medium Temperature Deposition of Oxide), HTO (High Temperature Oxide), TEOS (Tetraethylorthosilicate), or the like. In this case, the second interlayer insulating film 23 may be used as a nitride film, and a nitride film may be formed on the second interlayer insulating film 23.
이어서 도2b에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(13)을 이용하여 활성영역(21)이 노출되도록 제1 및 제2 층간절연막(22,23)을 선택적으로 식각하여 콘택홀(25)를 형성한다. 여기서 콘택홀(25)은 홀(hole)타입, T타입, 바(Bar)타입, 라인(line)타입등으로 형성할 수 있다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2B, the first and second interlayer insulating layers 22 and 23 are selectively etched to expose the active regions 21 using the photoresist pattern 13 to form the contact holes 25. . The contact hole 25 may be formed of a hole type, a T type, a bar type, a line type, or the like.
이어서 도2c에 도시된 바와 같이. O2플라즈마를 이용하여 마스크 CD(critical dimension)을 조금 넓힌다음 다시 식각공정을 실시한다. 이 때에는 제1 층간절연막(22)만이 식각이 되도록, 제1 층간절연막(22)의 두께의 80% ~ 120% 정도로 식각타겟(target)이 되도록 조절한다.Then as shown in FIG. 2C. After using the O 2 plasma, the mask CD (critical dimension) is slightly expanded and then etched again. In this case, the first interlayer insulating film 22 is etched so that the etching target is about 80% to 120% of the thickness of the first interlayer insulating film 22.
또한, 플라즈마 처리시 플라즈마의 안정성의 위해 아르곤 가스를 첨가하여 사용하며, CD를 넓히는 공정은 첫번째 콘택홀 식각후 같은 챔버에서 인시츄(In-Sutu)로 하거나 챔버를 옮겨서 진행할 수 있다.In addition, in the plasma treatment, argon gas is added for the stability of the plasma, and the process of widening the CD may be performed in-situ or moving the chamber in the same chamber after the first contact hole etching.
이어서 도2d에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(13)을 제거하고, 습식세정공정을 진행한다. 이와 같이 콘택홀 식각공정을 2번에 나누어서 각각 다른 CD를 가지고 하게 되면, 후속공정에서 습식세정공정을 진행하여도 콘택홀의 수직단차(C)는 발생하지 않는다Subsequently, as shown in FIG. 2D, the photoresist pattern 13 is removed and a wet cleaning process is performed. In this way, if the contact hole etching process is divided into two and each has a different CD, the vertical step C of the contact hole does not occur even if the wet cleaning process is performed in a subsequent process.
따라서 층간절연막의 도핑농도에 따른 콘택홀의 단차가 발생하지 않기 때문에 콘택홀의 저항이 증가하거나 콘택홀의 페일을 방지할 수 있어, 반도체 장치 제조의 수율과 신뢰성 향상이 가능하다.Therefore, since the contact hole does not occur due to the doping concentration of the interlayer insulating film, the resistance of the contact hole may be increased or the contact hole may be prevented, thereby increasing the yield and reliability of manufacturing a semiconductor device.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
본 발명에 의해 안정적인 콘택홀 형성이 가능하여 반도체 장치의 공정 신뢰도 향상이 기대된다.According to the present invention, stable contact holes can be formed, and process reliability of semiconductor devices is expected to be improved.
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KR101497546B1 (en) * | 2008-11-06 | 2015-03-03 | 삼성전자주식회사 | Method of fabricating semiconductor device with spacer in SAC |
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2002
- 2002-07-05 KR KR1020020038993A patent/KR20040003960A/en not_active Application Discontinuation
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