KR20050010229A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 게이트라인과 콘택플러그간 브릿지를 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device capable of preventing bridges between gate lines and contact plugs.
일반적으로 모스 트랜지스터(MOSFET)는 드레인영역의 에지에서 전기장이 강하게 형성될 경우 핫 캐리어(hot carrier)가 증가되어 트랜지스터의 특성을 열화시키기 때문에 이를 방지하기 위해 게이트전극 측벽에 절연 물질로 된 게이트스페이서(gate spacer)를 형성한다. 이때, 게이트스페이서는 게이트 전극 사이의 절연을 위한 목적뿐만 아니라 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 채택할 경우 이후 고농도 불순물을 이온주입하기 위한 소스/드레인 영역을 확보하는 기능도 한다.In general, when the electric field is strongly formed at the edge of the drain region, the MOSFET increases the hot carriers and deteriorates the characteristics of the transistors. gate spacer). In this case, the gate spacer serves to secure a source / drain region for ion implantation of high-concentration impurities after adopting a lightly doped drain (LDD) structure as well as for insulation between the gate electrodes.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변영역이 정의된 반도체 기판(11) 상에 게이트산화막(12), 게이트전극(13) 및 하드마스크질화막(14)의 순서로 적층된 게이트라인을 형성한 후, 게이트라인을 포함한 전면에 제1실리콘산화막(15a), 실리콘질화막(15b) 및 제2실리콘산화막(15c)을 순차적으로 형성한다.As shown in FIG. 1A, a gate line stacked in the order of the gate oxide film 12, the gate electrode 13, and the hard mask nitride film 14 is formed on the semiconductor substrate 11 having a cell region and a peripheral region defined therein. Thereafter, the first silicon oxide film 15a, the silicon nitride film 15b, and the second silicon oxide film 15c are sequentially formed on the entire surface including the gate line.
다음에, 셀영역을 덮고 주변영역을 오픈시키는 주변영역오픈마스크층(16)을 형성한 후, 주변영역오픈마스크층(16)을 식각마스크로 하여 주변영역의 제1실리콘산화막(15a), 실리콘질화막(15b) 및 제2실리콘산화막(15c)을 선택적으로 식각하여 주변영역에 형성된 게이트라인의 양측벽에 게이트스페이서(15)를 형성한다. 이때, 게이트스페이서(15)는 제1실리콘산화막(15a), 실리콘질화막(15b) 및 제2실리콘산화막(15c)의 삼중 구조이다.Next, after forming the peripheral region open mask layer 16 covering the cell region and opening the peripheral region, the first silicon oxide film 15a and silicon of the peripheral region are formed using the peripheral region open mask layer 16 as an etch mask. The nitride film 15b and the second silicon oxide film 15c are selectively etched to form gate spacers 15 on both side walls of the gate line formed in the peripheral region. In this case, the gate spacer 15 has a triple structure of the first silicon oxide film 15a, the silicon nitride film 15b, and the second silicon oxide film 15c.
계속해서, 주변영역오픈마스크층(16)을 잔류시킨 상태에서 이온주입 공정을 진행하여 소스/드레인 영역(17)을 형성한다.Subsequently, the ion implantation process is performed with the peripheral area open mask layer 16 remaining to form the source / drain regions 17.
도 1b에 도시된 바와 같이, 주변영역오픈마스크층(16)을 제거한 후, 셀영역은 오픈시키고 주변영역을 덮는 셀영역오픈마스크층(18)을 형성한다. 여기서, 셀영역오픈마스크층(18)과 주변영역오픈마스크층(16)은 감광막으로 형성한다.As shown in FIG. 1B, after removing the peripheral region open mask layer 16, the cell region is opened and a cell region open mask layer 18 is formed to cover the peripheral region. Here, the cell region open mask layer 18 and the peripheral region open mask layer 16 are formed of a photosensitive film.
계속해서, 셀영역오픈마스크층(18)을 식각마스크로 셀영역에 잔류하는 제2실리콘산화막(15c)을 선택적으로 습식식각한다. 이때, 실리콘질화막(15b)이 제2실리콘산화막(15c)의 습식식각시 식각배리어 역할을 하므로 제1실리콘산화막(15a)는 식각되지 않는다.Subsequently, the second silicon oxide film 15c remaining in the cell region is selectively wet-etched using the cell region open mask layer 18 as an etching mask. At this time, since the silicon nitride film 15b serves as an etching barrier during the wet etching of the second silicon oxide film 15c, the first silicon oxide film 15a is not etched.
도 1c에 도시된 바와 같이, 셀영역오픈마스크층(18)을 제거한 후, 반도체 기판(11)의 전면에 층간절연막(19)을 증착한다. 이어서, 층간절연막(19)을 자기정렬콘택 식각을 통해 제거하고, 계속해서 게이트라인 사이의 실리콘질화막과 제1실리콘산화막을 제거하여 콘택홀을 형성한다. 이와 같은 콘택홀을 형성하기 위한 자기정렬콘택 식각 공정은 셀영역에서만 진행된다.As shown in FIG. 1C, after removing the cell region open mask layer 18, an interlayer insulating film 19 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 11. Subsequently, the interlayer insulating film 19 is removed through self-aligned contact etching, and the silicon nitride film and the first silicon oxide film between the gate lines are subsequently removed to form contact holes. The self-aligned contact etching process for forming such a contact hole is performed only in the cell region.
다음으로, 콘택홀에 콘택플러그(20)를 채운다. 이때, 콘택플러그(20)는 스토리지노드콘택과 비트라인콘택이 연결될 플러그이다.Next, the contact plug 20 is filled in the contact hole. In this case, the contact plug 20 is a plug to which the storage node contact and the bit line contact are connected.
위와 같은 종래 기술에서, 셀영역에서는 제1실리콘산화막(15a)과 실리콘질화막(15b)의 이중 구조의 게이트스페이서가 형성되고, 주변영역에서는 제1실리콘산화막(15a), 실리콘질화막(15b) 및 제2실리콘산화막(15c)의 삼중 구조의 게이트스페이서가 형성된다.In the prior art as described above, a gate spacer having a double structure of the first silicon oxide film 15a and the silicon nitride film 15b is formed in the cell region, and the first silicon oxide film 15a, the silicon nitride film 15b and the first film are formed in the peripheral region. The triple spacer structure of the silicon dioxide film 15c is formed.
여기서, 실리콘질화막(15b)은 게이트스페이서 역할 및 셀영역에서 콘택홀 형성시 배리어로 사용되며, 제1실리콘산화막(15a)은 실리콘질화막(15b) 형성시 게이트전극(13)과 반도체 기판(11)에 스트레스가 인가되는 것을 완충시키기 위한 버퍼 역할을 하고, 제2실리콘산화막(15c)은 주변영역에서 이온주입시 숏채널효과를 방지하기 위해 도입한 것이다.Here, the silicon nitride film 15b serves as a gate spacer and serves as a barrier when forming contact holes in the cell region, and the first silicon oxide film 15a forms the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 when the silicon nitride film 15b is formed. It serves as a buffer for buffering the stress is applied to the second silicon oxide film (15c) is introduced to prevent the short channel effect when the ion implantation in the peripheral region.
그러나, 종래 기술은 셀영역의 제2실리콘산화막(15c)을 제거하기 위한 습식식각시 실리콘질화막(15b)이 습식식각 용액으로부터 어택(attack)받는 문제가 있다.However, the prior art has a problem that the silicon nitride film 15b is attacked from the wet etching solution during wet etching to remove the second silicon oxide film 15c in the cell region.
이로 인해 어택받은 실리콘질화막(15b)을 통해 제1실리콘산화막(15a)이 추가로 식각되어 게이트라인의 일부가 드러나게 되고, 이는 게이트라인과 콘택플러그(20)간의 브릿지(도 1c의 'A' 참조)를 발생시킨다.As a result, the first silicon oxide layer 15a is additionally etched through the attacked silicon nitride layer 15b to expose a part of the gate line, which is a bridge between the gate line and the contact plug 20 (see 'A' in FIG. 1C). ).
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 게이트스페이서로 작용하는 질화막이 어택받아 발생하는 게이트라인과 콘택플러그간 브릿지를 방지하는데 적합한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides a method of manufacturing a semiconductor device suitable for preventing bridges between gate lines and contact plugs generated when a nitride film acting as a gate spacer is attacked. have.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도,1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art;
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.2A to 2C are cross-sectional views illustrating 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
21 : 반도체 기판 22 : 게이트산화막21 semiconductor substrate 22 gate oxide film
23 : 게이트전극 24 : 하드마스크 질화막23 gate electrode 24 hard mask nitride film
25a : 실리콘산화막 25b : 실리콘질화막25a: silicon oxide film 25b: silicon nitride film
25c : 유기반사방지막 25 : 게이트스페이서25c: organic antireflection film 25: gate spacer
26 : 주변영역오픈마스크층 27 : 소스/드레인영역26: peripheral area open mask layer 27: source / drain area
28 : 층간절연막 29 : 콘택플러그28: interlayer insulating film 29: contact plug
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자의 제조 방법은 셀영역과 주변영역이 정의된 반도체 기판 상에 게이트라인을 형성하는 단계, 상기 게이트라인을 포함한 전면에 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 유기막을 차례로 적층하는 단계, 상기 유기막 상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 상기 주변영영역을 오픈시키는 마스크층을 형성하는 단계, 상기 마스크층에 의해 노출된 상기 주변영역의 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 유기막을 식각하여 상기 주변영역에 형성된 상기 게이트라인의 측벽에 삼중 구조의 게이트스페이서를 형성하는 단계, 및 상기 마스크층과 상기 셀영역에 잔류하는 유기막을 동시에 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 마스크층과 상기 셀영역에 잔류하는 유기막을 동시에 제거하는 단계는 상기 실리콘질화막이 상기 마스크층과 상기 유기막에 대해 높은 선택비를 갖는 식각조건으로 진행하는 것을 특징으로 하며, 상기 마스크층과 상기 셀영역에 잔류하는 유기막을 동시에 제거하는 단계는 다운 스트림 방식의 플라즈마를 이용한 등방성 건식식각 방식으로 진행하는 것을 특징으로 하고, 상기 유기막은 베이스 폴리머 계열, 크로스링커 계열, 열적 산 생성 계열 또는 솔벤트 계열의 유기반사방지막을 이용하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, the method including: forming a gate line on a semiconductor substrate in which a cell region and a peripheral region are defined; Stacking, applying a photoresist film on the organic layer, and patterning the photoresist layer by exposure and development to form a mask layer for opening the peripheral zero region, a silicon oxide film, a silicon nitride layer in the peripheral region exposed by the mask layer, and Etching the organic film to form a gate spacer having a triple structure on the sidewall of the gate line formed in the peripheral region, and simultaneously removing the organic layer remaining in the mask layer and the cell region, Simultaneously removing the organic layer remaining in the mask layer and the cell region; The silicon nitride film is subjected to an etching condition having a high selectivity with respect to the mask layer and the organic film, and the step of simultaneously removing the organic film remaining in the mask layer and the cell region is a downstream method It is characterized in that it proceeds by an isotropic dry etching method using a plasma, the organic film is characterized in that using an organic antireflection film of the base polymer series, crosslinker series, thermal acid generation series or solvent series.
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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변영역이 정의된 반도체 기판(21) 상에 게이트산화막(22), 게이트전극(23) 및 하드마스크질화막(24)의 순서로 적층된 게이트라인을 형성한 후, 게이트라인을 포함한 전면에 실리콘산화막(25a), 실리콘질화막(25b) 및 유기반사방지막(25c)을 순차적으로 형성한다.As shown in FIG. 2A, gate lines stacked in the order of the gate oxide layer 22, the gate electrode 23, and the hard mask nitride layer 24 are formed on the semiconductor substrate 21 having the cell region and the peripheral region defined therein. After that, the silicon oxide film 25a, the silicon nitride film 25b, and the organic antireflection film 25c are sequentially formed on the entire surface including the gate line.
여기서, 유기반사방지막(25c)은 베이스 폴리머(base polymer) 계열, 크로스링커(cross linker) 계열, 열적 산 생성(thermal acid generator) 계열 또는 솔벤트(solvent) 계열의 반사방지막을 이용한다.Here, the organic antireflection film 25c uses a base polymer, a cross linker, a thermal acid generator, or a solvent antireflection film.
한편, 유기반사방지막(25c)외에 무기반사방지막도 이용할 수 있으나, 무기반사방지막은 후속 주변영역오픈마스크층(26) 스트립시 산소플라즈마에 의해 제거되는 특성이 없어 셀영역에서 불필요하게 계속 잔류하므로 이용하지 않는다.In addition, an inorganic antireflection film may be used in addition to the organic antireflection film 25c. However, the inorganic antireflection film does not have a property of being removed by oxygen plasma during stripping of the subsequent peripheral open mask layer 26, and thus remains unnecessary in the cell area. I never do that.
다음에, 반도체 기판(21)의 전면에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 셀영역을 덮고 주변영역을 오픈시키는 주변영역오픈마스크층(26)을 형성한다.Next, a photoresist film is coated on the entire surface of the semiconductor substrate 21 and patterned by exposure and development to form a peripheral region open mask layer 26 covering the cell region and opening the peripheral region.
계속해서, 주변영역오픈마스크층(26)을 식각마스크로 하여 주변영역의 유기반사방지막(25c), 실리콘질화막(25b) 및 실리콘산화막(25a)을 선택적으로 식각하여 주변영역에 형성된 게이트라인의 양측벽에 게이트스페이서(25)를 형성한다. 이때, 게이트스페이서(25)는 실리콘산화막(25a), 실리콘질화막(25b) 및 유기반사방지막(25c)의 삼중 구조이다.Subsequently, the organic anti-reflective film 25c, the silicon nitride film 25b, and the silicon oxide film 25a in the peripheral area are selectively etched using the peripheral area open mask layer 26 as an etching mask, and both sides of the gate line formed in the peripheral area. The gate spacer 25 is formed on the wall. In this case, the gate spacer 25 has a triple structure of the silicon oxide film 25a, the silicon nitride film 25b, and the organic antireflection film 25c.
계속해서, 주변영역오픈마스크층(26)을 잔류시킨 상태에서 이온주입 공정을 진행하여 소스/드레인 영역(27)을 형성한다. 이때, 주변영역오픈마스크층(26)과 게이트스페이서를 구성하는 유기반사방지막(25c)는 이온주입 마스크로 이용된다.Subsequently, the ion implantation process is performed while the peripheral region open mask layer 26 is left to form the source / drain regions 27. At this time, the organic antireflection film 25c constituting the peripheral area open mask layer 26 and the gate spacer is used as an ion implantation mask.
도 2b에 도시된 바와 같이, 주변영역오픈마스크층(26)을 스트립한다. 이때, 주변영역오픈마스크층(26)은 다운 스트림(down stream) 방식의 플라즈마를 이용한 등방성 건식식각 방식으로 제거한다.As shown in FIG. 2B, the peripheral area open mask layer 26 is stripped. At this time, the peripheral area open mask layer 26 is removed by an isotropic dry etching method using a plasma of the downstream (downstream) method.
위와 같은 주변영역오픈마스크층(26) 스트립시에 셀영역의 유기반사방지막(25c)도 동시에 제거되며, 아울러 주변영역의 게이트스페이서를 구성하고 있던 유기반사방지막(25c)도 제거된다.At the time of stripping the peripheral area open mask layer 26 as described above, the organic anti-reflective film 25c of the cell region is also removed at the same time, and the organic anti-reflective film 25c that forms the gate spacer of the peripheral area is also removed.
여기서, 주변영역오픈마스크층(26) 제거시에 셀영역의 유기반사방지막(25c)이 제거되는 이유는, 주변영역오픈마스크층(26)을 형성하는 감광막이 유기반사방지막과 동일하게 유기물질이기 때문이다.The reason why the organic antireflection film 25c of the cell region is removed when the peripheral area open mask layer 26 is removed is that the photoresist film forming the peripheral area open mask layer 26 is an organic material in the same manner as the organic antireflection film. Because.
따라서, 주변영역오픈마스크층(26)을 유기물질인 감광막으로 형성하므로 주변영역오픈마스크층(26)과 유기반사방지막(25c)은 플라즈마를 이용한 등방성 건식식각에 따른 선택비가 전혀 없기 때문에 동시에 제거되는 것이다.Therefore, since the peripheral area open mask layer 26 is formed of an organic photosensitive film, the peripheral area open mask layer 26 and the organic anti-reflection film 25c are simultaneously removed because there is no selection ratio due to isotropic dry etching using plasma. will be.
전술한 바와 같이, 주변영역오픈마스크층(26) 제거후에 주변영역의 게이트스페이서는 실리콘산화막(25a)과 실리콘질화막(25b)의 이중구조로 잔류하는데, 유기반사방지막(25c)은 소스/드레인 영역(27) 형성시 숏채널효과를 방지하기 위해 사용되었기 때문에 이온주입후에 제거되어도 무방하다.As described above, the gate spacer of the peripheral region remains after the removal of the peripheral region open mask layer 26 in a double structure of the silicon oxide film 25a and the silicon nitride film 25b. The organic anti-reflection film 25c is a source / drain region. (27) It may be removed after ion implantation because it was used to prevent short channel effect during formation.
한편, 유기반사방지막이 제거됨에 따라 실리콘질화막(24)이 건식식각 공정에 노출되는데, 이때 실리콘질화막(24)은 종래 기술과 같이 선택비가 낮은 습식식각시에 어택받은 문제가 있었으나, 본 발명에서는 실리콘질화막(24)이 플라즈마를 이용한 등방성 건식식각에 대한 선택비가 매우 높기 때문에 어택받지 않는다.Meanwhile, as the organic anti-reflective coating is removed, the silicon nitride film 24 is exposed to a dry etching process, wherein the silicon nitride film 24 has a problem of being attacked during wet etching with a low selectivity as in the prior art. The nitride film 24 is not attacked because the selectivity to isotropic dry etching using plasma is very high.
도 2c에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21)의 전면에 층간절연막(28)을 증착한다. 이어서, 층간절연막(28)을 자기정렬콘택 식각을 통해 제거하고, 계속해서 게이트라인 사이의 실리콘질화막과 실리콘산화막을 제거하여 콘택홀을 형성한다. 이와 같은 콘택홀을 형성하기 위한 자기정렬콘택 식각 공정은 셀영역에서만 진행된다.As shown in FIG. 2C, an interlayer insulating film 28 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 21. Subsequently, the interlayer insulating film 28 is removed through self-aligned contact etching, and the silicon nitride film and the silicon oxide film between the gate lines are subsequently removed to form contact holes. The self-aligned contact etching process for forming such a contact hole is performed only in the cell region.
다음으로, 콘택홀에 콘택플러그(29)를 채운다. 이때, 콘택플러그(29)는 스토리지노드콘택과 비트라인콘택이 연결될 플러그이다.Next, the contact plug 29 is filled in the contact hole. In this case, the contact plug 29 is a plug to which the storage node contact and the bit line contact are connected.
전술한 실시예에 따르면, 본 발명은 실리콘질화막 위에 실리콘산화막을 증착하지 않고, 또한 이 실리콘산화막을 셀영역에서 제거하기위한 습식식각공정을 진행하지 않는다.According to the embodiment described above, the present invention does not deposit a silicon oxide film on the silicon nitride film and does not perform a wet etching process for removing the silicon oxide film from the cell region.
더욱이, 본 발명은 주변영역오픈마스크층 아래에 유기반사방지막이 미리 형성되어 있으므로, 주변영역오픈마스크층을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정이 매우 정밀하게 진행된다.Further, in the present invention, since the organic antireflection film is formed under the peripheral area open mask layer in advance, the photolithography process for forming the peripheral area open mask layer proceeds very precisely.
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.
상술한 본 발명은 셀영역에 실리콘산화막 증착 공정 및 셀영역에서의 습식식각 공정을 생략할 수 있으므로 공정을 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above can omit the silicon oxide film deposition process in the cell region and the wet etching process in the cell region, there is an effect that can simplify the process.
또한, 습식식각에 의한 실리콘질화막의 어택이 발생하지 않으므로 게이트라인과 콘택플러그간 브릿지를 억제하여 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는효과가 있다.In addition, since the silicon nitride film is not attacked by wet etching, the bridge between the gate line and the contact plug is suppressed, thereby improving the reliability of the semiconductor device.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2003-07-18 KR KR1020030049242A patent/KR20050010229A/en not_active Application Discontinuation
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