KR20060001151A - Method for fabrication of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스토리지노드용 콘택 플러그의 아이솔레이션을 위한 화학기계적연마 공정시 발생하는 아이솔레이션 문제와 비트라인 하드마스크의 어택을 동시에 해결할 수 있는 반도체 소자 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 전도막 상에 제1절연막을 형성하는 단계; 상기 제1절연막 상에 비트라인을 형성하는 단계; 상기 비트라인 상에 제2절연막을 형성하는 단계; 상기 비트라인 상부가 노출되는 타겟으로 화학기계적연마 공정을 실시하여 상기 비트라인과 상기 제2절연막을 실질적으로 평탄화시키는 단계; 상기 평탄화된 전면에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴을 식각마스크로 상기 비트라인 사이의 제2절연막과 제1절연막을 식각하여 상기 비트라인의 측면에 얼라인되면 상기 전도막을 노출시키는 오픈부를 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계; 상기 오픈부가 형성된 전면에 플러그 형성용 전도막을 증착하는 단계; 및 에치백 공정을 실시하여 상기 비트라인 및 상기 제2절연막 상부의 상기 플러그 형성용 전도막을 제거함으로써 상기 오픈부를 통해 상기 전도막과 전기적으로 접속되며 아이솔레이션된 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법을 제공한다.
The present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can simultaneously solve the isolation problem and the bit line hard mask attack occurring during the chemical mechanical polishing process for the isolation of the contact plug for the storage node, the present invention, Forming a first insulating film on the film; Forming a bit line on the first insulating layer; Forming a second insulating film on the bit line; Performing a chemical mechanical polishing process on the target to expose the upper part of the bit line to substantially planarize the bit line and the second insulating layer; Forming a mask pattern on the planarized front surface; Etching the second insulating layer and the first insulating layer between the bit lines using the mask pattern as an etch mask to form an open portion exposing the conductive layer when the second insulating layer and the first insulating layer are aligned with the side surfaces of the bit line; Removing the mask pattern; Depositing a conductive film for plug formation on the entire surface where the open portion is formed; And removing the plug forming conductive film on the bit line and the second insulating layer by performing an etch back process to form a plug electrically connected to the conductive film and being isolated through the open portion. Provide a method.
에치백, 화학기계적연마(CMP), 플러그, 비트라인, 소토리지노드용 콘택 플러그.Contact plugs for etch backs, chemical mechanical polishing (CMP), plugs, bitlines, and storage nodes.
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 스토리지노드용 콘택 플러그 형성 공정을 도시한 단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a process of forming a contact plug for a storage node according to the prior art.
도 2는 스토리지노드용 콘택 플러그가 형성된 반도체 소자를 도시한 평면 SEM 사진.FIG. 2 is a planar SEM photograph showing a semiconductor device having a contact plug for a storage node. FIG.
도 3은 스토리지노드용 콘택 플러그 간의 아이솔레이션이 충분하지 않는 경우를 도시한 평면 사진.3 is a planar photograph illustrating a case where isolation between contact plugs for storage nodes is not sufficient.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 스토리지노드용 콘택 플러그형성 공정을 도시한 단면도.
4A through 4C are cross-sectional views illustrating a process of forming a contact plug for a storage node according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on main parts of drawing
400: 기판 401 : 제1층간절연막400: substrate 401: first interlayer insulating film
402 : 셀콘택 플러그 403 : 제2층간절연막402: cell contact plug 403: second interlayer insulating film
404 : 비트라인 전도막 405 : 비트라인 하드마스크404: bit line conductive film 405: bit line hard mask
406 : 제3층간절연막 410 : 스토리지노드용 콘택 플러그
406: third interlayer insulating film 410: contact plug for storage node
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로 특히, 스토리지노드용 콘택 플러그 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a contact plug for a storage node.
일반적으로, 반도체 소자는 그 내부에 다수의 단위 소자들을 포함하여 이루어진다. 반도체 소자가 고집적화되면서 일정한 셀(Cell) 면적 상에 고밀도로 소자들을 형성하여야 하며, 이로 인하여 단위 소자, 예를 들면 트랜지스터와 캐패시터들의 크기는 점차 줄어들고 있다. 특히 DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 같은 반도체 메모리 소자에서 디자인 룰(Design rule)이 감소하면서 셀의 내부에 형성되는 반도체 소자들의 크기가 점차 작아지고 있다. 실제로 최근 반도체 DRAM 장치의 최소 선폭은 0.1㎛ 이하로 형성되며, 80nm 이하까지도 요구되고 있다. 따라서, 셀을 이루는 반도체 소자들의 제조 공정에 많은 어려움들이 발생하고 있다.In general, a semiconductor device includes a plurality of unit devices therein. As semiconductor devices become highly integrated, devices must be formed at a high density on a predetermined cell area, thereby decreasing the size of unit devices such as transistors and capacitors. In particular, as the design rules decrease in semiconductor memory devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory), the size of semiconductor devices formed inside the cell is gradually decreasing. In fact, in recent years, the minimum line width of the semiconductor DRAM device is formed to 0.1㎛ or less, even up to 80nm is required. Therefore, many difficulties arise in the manufacturing process of the semiconductor elements forming the cell.
한편, 반도체 소자의 고집적화가 가속화됨에 따라 반도체 소자를 이루는 여러 요소들은 적층 구조를 이루게 되었고, 이에 따라 도입된 것이 콘택 플러그(또는 패드) 개념이다.Meanwhile, as the high integration of semiconductor devices is accelerated, various elements of the semiconductor devices have a stacked structure, and thus, a contact plug (or pad) concept has been introduced.
이러한 콘택 형성을 위해서는 고종횡비를 갖는 구조물 사이를 식각해야 하는 어려움이 있으며, 이 때 두 물질 예컨대, 산화막과 질화막간의 식각 선택비를 이용하여 식각 프로파일을 얻는 SAC 공정이 도입되었다.In order to form such a contact, there is a difficulty in etching between structures having a high aspect ratio, and at this time, an SAC process for obtaining an etching profile using an etching selectivity between two materials, for example, an oxide film and a nitride film, has been introduced.
SAC 공정을 위해서는 CF 및 CHF 계열의 가스를 이용하며, 이 때 하부의 도전 패턴에 대한 어택을 방지하기 위해 질화막 등을 이용한 식각정지막과 스페이서 등이 필요하다.For the SAC process, CF and CHF-based gases are used, and an etch stop film and a spacer using a nitride film are needed to prevent attack on the conductive pattern below.
이하, 전술한 SAC 식각 공정을 이용한 스토리지노드용 콘택 플러그 공정을 살펴 보는 바, 도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 스토리지노드용 콘택 플러그 형성 공정을 도시한 단면도이다.Hereinafter, a storage node contact plug process using the aforementioned SAC etching process will be described, and FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating a process of forming a contact plug for a storage node according to the prior art.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 웰 및 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 이루기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판(100) 상에 제1층간절연막(101)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a first interlayer
제1층간절연막(101)을 산화막 계열의 물질막으로 이용할 경우에는 BSG(Boro-Silicate-Glass)막, BPSG(Boro-Phopho-Silicate-Glass)막, PSG(Phospho-Silicate-Glass)막, TEOS(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate)막, HDP(High Density Plasma) 산화막, SOG(Spin On Glass)막 또는 APL(Advanced Planarization Layer)막 등을 이용하며, 산화막 계열 이외에 무기 또는 유기 계열의 저유전율막을 이용할 수 있다.When the first interlayer
참고로, 여기서 게이트전극 패턴은 생략되었다.For reference, the gate electrode pattern is omitted here.
이어서, 제1층간절연막(101)을 선택적으로 식각하여 기판(100)의 불순물 확산영역(도시하지 않음)을 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 이 때, SAC 식각 공정을 적용한다.Subsequently, the first
이어서, 콘택홀을 매립하도록 폴리실리콘 등의 전도막을 증착한 다음, 게이트 하드마스크가 노출되는 타겟으로 평탄화 공정을 실시하여 아이솔레이션된 복수의 셀콘택 플러그(102)를 형성한다.
Subsequently, a conductive film such as polysilicon is deposited to fill the contact hole, and then a planarization process is performed on the target to which the gate hard mask is exposed to form a plurality of isolated
이어서, 셀콘택 플러그(102)가 형성된 전면에 제2층간절연막(103)을 형성한다. 제2층간절연막(103)은 제1층간절연막(102)과 실질적으로 동일한 산화막 계열의 물질막 또는 저유전율막을 사용한다.Subsequently, a second
이어서, 도면에 도시되지는 않았지만, 제2층간절연막(103)을 선택적으로 식각하여 셀 콘택 플러그(102) 중 일부를 노출시킴으로써 비트라인 형성 영역을 정의한 다음, 셀콘택 플러그(102) 형성 공정과 유사한 공정으로 비트라인 콘택 플러그(도시하지 않음)를 형성한다. 이어서, 비트라인 콘택 플러그에 전기적으로 접속된 비트라인(B/L)을 형성한다.Subsequently, although not shown in the drawing, the second
비트라인은 비트라인 하드마스크(105)/비트라인 전도막(104)이 적층된 구조를 갖는다. 비트라인 전도막(104)은 통상 폴리실리콘, W, WN, WSix의 단독 또는 이들의 조합된 형태를 이용한다. 비트라인과 하부의 비트라인 콘택 플러그 또는 비트라인과 셀콘택 플러그(102) 사이에는 비트라인 전도막(104) 증착시 기판 또는 셀콘택 플러그로 금속이 확산되는 것을 방지하기 위해 Ti, TiN, TiSi2 등으로 이루어진 배리어막이 형성되며, 여기서는 도시하지 않았다.The bit line has a structure in which the bit line
비트라인 하드마스크(105)는 후속 스토리지노드용 콘택홀 형성을 위한 식각 공정 중 층간절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 과정에서 비트라인 전도막(104)을 보호하기 위한 것으로서, 층간절연막과 식각 속도가 현저하게 차이나는 물질을 사용한다. 예컨대, 층간절연막으로 산화막 계열을 사용할 경우에는 실리콘 질화막(SiN) 또는 실리콘 산화질화막(SiON) 등의 질화막 계열의 물질을 사용하고, 층간절 연막으로 폴리머계 저유전율막을 사용할 경우에는 산화막 계열의 물질을 사용한다.The bit line
이어서, 비트라인(B/L)이 형성된 프로파일을 따라 후속 SAC 방식을 이용한 식각 공정에서 비트라인(B/L) 등 하부 구조의 어택을 방지하기 위해 스페이서를 형성하는 바, 여기서는 도면의 간략화를 위해 생략한다.Subsequently, spacers are formed to prevent attack of the underlying structure such as the bit line (B / L) in an etching process using a subsequent SAC method along the profile in which the bit lines (B / L) are formed. Omit.
스페이서의 경우 비트라인(B/L)이 형성된 프로파일을 따라 질화막 계열의 절연막을 증착한 다음, 전면식각을 통해 비트라인(B/L) 측벽에 형성한다.In the case of a spacer, an insulating film based on a nitride film is deposited along the profile in which the bit lines B / L are formed, and then formed on the sidewalls of the bit lines B / L through front etching.
다음으로, 비트라인(B/L)이 형성된 전체 구조 상부에 산화막 계열의 제3층간절연막(106)을 형성한다. 제3층간절연막(106) 또한 제1 및 제2층간절연막(101, 103)과 유사한 물질로 사용한다.Next, an oxide-based third
이어서, 제3층간절연막(106) 상에 스토리지노드용 콘택홀 형성을 위한 마스크 패턴(107)을 형성한다. Subsequently, a
마스크 패턴(107)은 포토레지스트, 포토레지스트/희생 하드마스크의 구조를 포함한다.The
희생 하드마스크는 포토레지스트 패턴의 약한 식각 내성을 보완하기 위해 사용하며, 폴리실리콘, 실리콘 질화막, 텅스텐 등을 사용한다.The sacrificial hard mask is used to compensate for the weak etching resistance of the photoresist pattern, and polysilicon, silicon nitride, tungsten, and the like are used.
한편, 포토레지스트 패턴과 희생 하드마스크 또는 포토레지스트와 제3층간절연막 사이에 난반사 방지와 접착력 증대의 목적으로 통상 반사방지막을 사용하나 여기서는 설명의 간략화를 위해 생략하였다.Meanwhile, an anti-reflection film is generally used for the purpose of preventing diffuse reflection and increasing adhesion between the photoresist pattern and the sacrificial hard mask or the photoresist and the third interlayer insulating film.
계속해서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(107)을 식각마스크로 제3층간절연막(106)과 제2층간절연막(103)을 식각하여 비트라인(B/L)의 측면에 얼라인 되면서 스토리지노드 콘택이 이루어질 셀콘택 플러그(102)를 노출시키는 오픈부(108) 즉, 스토리지노드용 콘택홀을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the third
전술한 오픈부(108) 형성 공정은 대체적으로, 제3 및 제2층간절연막(106, 103)과 비트라인 하드마스크(105)의 식각선택비를 이용한 SAC 식각 공정으로, 마스크 패턴(107)을 식각마스크로 제3 및 제2층간절연막(106, 103)을 식각하여 식각정지막(도시하지 않음)에서 식각 멈춤을 하는 SAC 식각 공정과, 식각정지막과 스페이서 등을 제거하여 셀콘택 플러그(102)를 오픈 공정 및 오픈부(108)의 개구부를 확장하며 식각 잔류물을 제거하기 위한 세정 공정 등으로 나뉜다. The process of forming the
이러한 식각 공정에서는 주로 CF4 등의 CxFy(x,y는 1 ∼ 10) 가스와 CH2F2 등의 CaHbFc(a,b,c는 1 ∼ 10) 가스를 혼합하여 사용한다.In such an etching process, CxFy (x, y is 1 to 10) gas, such as CF 4 , and CaHbFc (a, b, c is 1 to 10) gas, such as CH 2 F 2 , are mixed and used.
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(107)을 제거한 다음, 오픈부(108)가 형성된 전면에 스토리지노드용 콘택 플러그 형성을 위한 전도막(109a)을 증착하여 오픈부(108)를 통해 노출된 셀콘택 플러그(102)와 전기적으로 접속시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 1C, after removing the
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 비트라인 하드마스크(105)가 노출되는 타겟으로 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP라 함) 공정을 실시하여 제3층간절연막(406) 및 비트라인 하드마스크(405) 상부의 전도막(109a)을 제거함으로써, 아이솔레이션(Isolation)된 북수의 스토리지노드용 콘택 플러그(109b)를 형성한다.
Subsequently, as illustrated in FIG. 1D, a chemical mechanical polishing process (CMP) is performed on the target to which the bit line
여기서, 스토리지노드용 콘택 플러그 형성을 위한 전도막(109a)은 폴리실리콘막을 포함한다.Here, the
도 2는 스토리지노드용 콘택 플러그가 형성된 반도체 소자를 도시한 평면 SEM 사진이다.FIG. 2 is a planar SEM photograph illustrating a semiconductor device in which a contact plug for a storage node is formed.
도 2를 참조하면, 라인 형태의 복수의 비트라인(B/L)이 일정 간격으로 배치되어 있으며, 비트라인(B/L)의 측면에 얼라인되어 CMP 공정에 의해 아이솔레이션된 복수의 스토리지노드용 콘택 플러그가 형성되어 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, a plurality of bit lines B / L in a line form are arranged at regular intervals, and are arranged for side surfaces of the bit lines B / L and are isolated by a CMP process. It can be seen that the contact plug is formed.
한편, 도 1d와 같은 플러그 아이솔레이션시 CMP 공정을 이용할 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, when using the CMP process when plug isolation as shown in Figure 1d may cause the following problems.
가) 연마가 불충분하게 되었을 경우 플러그 간의 아이솔레이션이 안될 수가 있다.A) If the polishing is insufficient, the isolation between the plugs may not be possible.
나) 연마가 충분하게 되었더라도 다음과 같은 이유로 플러그 간의 아이솔레이션이 안된 곳이 있거나, 플러그 간의 아이솔레이션이 충분하지 않아서 플러그 간의 브릿지가 발생할 수 있다.B) Even if the grinding is sufficient, there may be some places where the isolation between the plugs is not possible or the bridge between the plugs may occur because the isolation between the plugs is insufficient.
ㄱ. 게이트전극과 비트라인 사이의 다이 내에서의 토폴로지 및 패턴 형성의 차이 A. Differences in Topology and Pattern Formation in the Die Between the Gate Electrode and Bitline
ㄴ. CMP 장비의 특성상 웨이퍼 내에서의 균일하게 연마가 일어나지 않는 이유N. Reasons why grinding does not occur uniformly in wafer due to the characteristics of CMP equipment
ㄷ. CMP 이전 공정에서 유니폼(Uniform)하게 공정이 진행되지 않는 이유C. Why does the process not work uniformly before the CMP process?
도 3은 스토리지노드용 콘택 플러그 간의 아이솔레이션이 충분하지 않는 경 우를 도시한 평면 사진이다.3 is a planar view illustrating a case where isolation between contact plugs for storage nodes is not sufficient.
도 3을 참조하면, 스토리지노드용 콘택 플러그(SNC) 간의 아이솔레이션이 충분하지 않아 'A' 부분에서 플러그 간의 브릿지가 발생할 가능성이 증대된다.Referring to FIG. 3, since the isolation between the contact plugs SNC for the storage node is not sufficient, the possibility of a bridge between plugs in an 'A' portion is increased.
다) 나)에서의 문제점을 해결하기 위해 연마 공정을 과도하게 실시할 경우 웨이퍼의 일부 지역에서는 비트라인 하드마스크의 연마가 과도하게 진행되어 비트라인의 어택 등을 유발할 수 있다.
C) If the polishing process is excessively performed to solve the problem in b), the bit line hard mask may be excessively polished in some areas of the wafer, which may cause the bit line attack.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 스토리지노드용 콘택 플러그의 아이솔레이션을 위한 화학기계적연마 공정시 발생하는 아이솔레이션 문제와 비트라인 하드마스크의 어택을 동시에 해결할 수 있는 반도체 소자 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, the semiconductor device manufacturing that can simultaneously solve the isolation problem and bit line hard mask attack occurring during the chemical mechanical polishing process for the isolation of the contact plug for storage nodes Its purpose is to provide a method.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전도막 상에 제1절연막을 형성하는 단계; 상기 제1절연막 상에 비트라인을 형성하는 단계; 상기 비트라인 상에 제2절연막을 형성하는 단계; 상기 비트라인 상부가 노출되는 타겟으로 화학기계적연마 공정을 실시하여 상기 비트라인과 상기 제2절연막을 실질적으로 평탄화시키는 단계; 상기 평탄화된 전면에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴을 식각마스크로 상기 비트라인 사이의 제2절연막과 제1절연막을 식각하여 상기 비트라인 의 측면에 얼라인되면 상기 전도막을 노출시키는 오픈부를 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계; 상기 오픈부가 형성된 전면에 플러그 형성용 전도막을 증착하는 단계; 및 에치백 공정을 실시하여 상기 비트라인 및 상기 제2절연막 상부의 상기 플러그 형성용 전도막을 제거함으로써 상기 오픈부를 통해 상기 전도막과 전기적으로 접속되며 아이솔레이션된 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention, forming a first insulating film on the conductive film; Forming a bit line on the first insulating layer; Forming a second insulating film on the bit line; Performing a chemical mechanical polishing process on the target to expose the upper part of the bit line to substantially planarize the bit line and the second insulating layer; Forming a mask pattern on the planarized front surface; Etching the second insulating layer and the first insulating layer between the bit lines using the mask pattern as an etch mask to form an open portion exposing the conductive layer when the second insulating layer and the first insulating layer are aligned with the side surfaces of the bit line; Removing the mask pattern; Depositing a conductive film for plug formation on the entire surface where the open portion is formed; And removing the plug forming conductive film on the bit line and the second insulating layer by performing an etch back process to form a plug electrically connected to the conductive film and being isolated through the open portion. Provide a method.
본 발명은 비트라인 형성 및 층간절연막 증착 후 비트라인 하드마스크가 노출되도록 CMP 공정을 실시하여 층간절연막과 비트라인 상부를 평탄화시킨 후, 스토리지노드 형성을 위해 셀콘택 플러그를 노출시키는 오픈부를 형성한 다음, 플러그 형성용 전도막을 증착하고 CMP가 아닌 에치백 공정을 통해 스토리지노드용 콘택 플러그를 아이솔레이션시킨다.
After the formation of the bit line and the deposition of the interlayer dielectric layer, the CMP process is performed to expose the bit line hard mask, thereby forming an open portion exposing the cell contact plug to form a storage node. In addition, the conductive film for forming a plug is deposited and the contact plug for the storage node is isolated through an etch back process rather than a CMP.
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 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary 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. do.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 스토리지노드용 콘택 플러그형성 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 스토리지노드용 콘택 플러그 형성 공정을 살펴본다.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a process of forming a contact plug for a storage node according to an embodiment of the present invention, and with reference to this, a process of forming a contact plug for a storage node according to an embodiment of the present invention will be described.
한편, 후술하는 본 발명의 오픈부 형성 공정에서는 스토리지노드용 콘택홀 형성을 위한 패턴의 형태로 T-타입, I-타입, 홀-타입 등 다양한 형태에도 응용이 가능하다.On the other hand, in the open portion forming process of the present invention to be described later can be applied to various forms such as T-type, I-type, hole-type in the form of a pattern for forming a contact hole for a storage node.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 웰 및 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 이루기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판(400) 상에 제1층간절연막(401)을 형성한다.First, as shown in FIG. 4A, a first
제1층간절연막(401)을 산화막 계열의 물질막으로 이용할 경우에는 BSG막, BPSG막, PSG막, TEOS막, HDP 산화막, SOG막 또는 APL막 등을 이용하며, 산화막 계열 이외에 무기 또는 유기 계열의 저유전율막을 이용할 수 있다.When the first
참고로, 본 발명의 실시예에 해당하는 단면에서는 게이트전극 패턴은 나타나지 않는다.For reference, the gate electrode pattern does not appear in the cross section corresponding to the embodiment of the present invention.
이어서, 제1층간절연막(401)을 선택적으로 식각하여 기판(400)의 불순물 확산영역(도시하지 않음)을 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 이 때, SAC 식각 공정을 적용한다.Subsequently, the first
이어서, 콘택홀을 매립하도록 폴리실리콘 등의 전도막을 증착한 다음, 게이트 하드마스크가 노출되는 타겟으로 평탄화 공정을 실시하여 아이솔레이션된 복수의 셀콘택 플러그(402)를 형성한다.Subsequently, a conductive film such as polysilicon is deposited to fill the contact hole, and then a planarization process is performed on the target to which the gate hard mask is exposed to form a plurality of isolated cell contact plugs 402.
이어서, 셀콘택 플러그(402)가 형성된 전면에 제2층간절연막(403)을 형성한다. 제2층간절연막(403)은 제1층간절연막(402)과 실질적으로 동일한 산화막 계열의 물질막 또는 저유전율막을 사용한다.Subsequently, a second
이어서, 도면에 도시되지는 않았지만, 제2층간절연막(403)을 선택적으로 식 각하여 셀 콘택 플러그(402) 중 일부를 노출시킴으로써 비트라인 형성 영역을 정의한 다음, 셀콘택 플러그(402) 형성 공정과 유사한 공정으로 비트라인 콘택 플러그(도시하지 않음)를 형성한다. 이어서, 비트라인 콘택 플러그에 전기적으로 접속된 비트라인(B/L)을 형성한다.Subsequently, although not shown in the drawing, the second
비트라인은 비트라인 하드마스크(405)/비트라인 전도막(404)이 적층된 구조를 갖는다. 비트라인 전도막(404)은 통상 폴리실리콘, W, WN, WSix의 단독 또는 이들의 조합된 형태를 이용한다. 비트라인과 하부의 비트라인 콘택 플러그 또는 비트라인과 셀콘택 플러그(402) 사이에는 비트라인 전도막(404) 증착시 기판 또는 셀콘택 플러그로 금속이 확산되는 것을 방지하기 위해 Ti, TiN, TiSi2 등으로 이루어진 배리어막이 형성되며, 여기서는 도시하지 않았다.The bit line has a structure in which a bit line
비트라인 하드마스크(405)는 후속 스토리지노드용 콘택홀 형성을 위한 식각 공정 중 층간절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 과정에서 비트라인 전도막(404)을 보호하기 위한 것으로서, 층간절연막과 식각 속도가 현저하게 차이나는 물질을 사용한다. 예컨대, 층간절연막으로 산화막 계열을 사용할 경우에는 실리콘 질화막(SiN) 또는 실리콘 산화질화막(SiON) 등의 질화막 계열의 물질을 사용하고, 층간절연막으로 폴리머계 저유전율막을 사용할 경우에는 산화막 계열의 물질을 사용한다.The bit line
이어서, 비트라인(B/L)이 형성된 프로파일을 따라 후속 SAC 방식을 이용한 식각 공정에서 비트라인(B/L) 등 하부 구조의 어택을 방지하기 위해 스페이서를 형성하는 바, 여기서는 도면의 간략화를 위해 생략한다. Subsequently, spacers are formed to prevent attack of the underlying structure such as the bit line (B / L) in an etching process using a subsequent SAC method along the profile in which the bit lines (B / L) are formed. Omit.
스페이서의 경우 비트라인(B/L)이 형성된 프로파일을 따라 질화막 계열의 절연막을 증착한 다음, 전면식각을 통해 비트라인(B/L) 측벽에 형성한다.In the case of a spacer, an insulating film based on a nitride film is deposited along the profile in which the bit lines B / L are formed, and then formed on the sidewalls of the bit lines B / L through front etching.
다음으로, 비트라인(B/L)이 형성된 전체 구조 상부에 산화막 계열의 제3층간절연막(406)을 형성한다. 제3층간절연막(406) 또한 제1 및 제2층간절연막(401, 403)과 유사한 물질로 사용한다.Next, an oxide film-based third
이어서, 비트라인 하드마스크(404)가 노출되는 타겟으로 CMP 공정(407)을 실시하여 제3층간절연막(406)을 제거함으로써, 제3층간절연막(406)과 비트라인 하드마스크(404)를 평탄화시킨다.Subsequently, the third
이 때, 연마제로는 암모니아로 찐 실리카(Fumed silica), 아교질의 실리카(Colloidal silica) 또는 산화 세륨(Ceria)을 사용한다.In this case, as the abrasive, ammonia steamed (Fumed silica), gelatinous silica (Colloidal silica) or cerium oxide (Ceria) is used.
제3층간절연막(406)을 평탄화시킴으로써 후속 스토리지노드용 콘택홀 형성시 식각 타겟을 줄일 수 있다.By planarizing the third
이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이 평탄화딘 제33층간절연막(406) 상에 스토리지노드용 콘택홀 형성을 위한 마스크 패턴(408)을 형성한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 4B, a
마스크 패턴(408)은 포토레지스트, 포토레지스트/희생 하드마스크의 구조를 포함한다.The
희생 하드마스크는 포토레지스트 패턴의 약한 식각 내성을 보완하기 위해 사용하며, 폴리실리콘, 실리콘 질화막, 텅스텐 등을 사용한다.The sacrificial hard mask is used to compensate for the weak etching resistance of the photoresist pattern, and polysilicon, silicon nitride, tungsten, and the like are used.
한편, 포토레지스트 패턴과 희생 하드마스크 또는 포토레지스트와 제3층간절연막 사이에 난반사 방지와 접착력 증대의 목적으로 통상 반사방지막을 사용하나 여기서는 설명의 간략화를 위해 생략하였다.
Meanwhile, an anti-reflection film is generally used for the purpose of preventing diffuse reflection and increasing adhesion between the photoresist pattern and the sacrificial hard mask or the photoresist and the third interlayer insulating film.
계속해서, 마스크 패턴(408)을 식각마스크로 제3층간절연막(406)과 제2층간절연막(403)을 식각하여 비트라인(B/L)의 측면에 얼라인되면서 스토리지노드 콘택이 이루어질 셀콘택 플러그(402)를 노출시키는 오픈부(409) 즉, 스토리지노드용 콘택홀을 형성한다.Subsequently, the third
전술한 오픈부(409) 형성 공정은 제3층간절연막(406)과 제2층간절연막(403)과 비트라인 하드마스크(405)의 식각선택비를 이용한 SAC 식각 공정으로, 마스크 패턴(408)을 식각마스크로 제3층간절연막(406)과 제2층간절연막(403)을 식각하여 식각정지막(도시하지 않음)에서 식각 멈춤을 하는 SAC 식각 공정과, 식각정지막과 스페이서 등을 제거하여 셀콘택 플러그(402)를 오픈 공정 및 오픈부(108)의 개구부를 확장하며 식각 잔류물을 제거하기 위한 세정 공정 등으로 나뉜다. The above-described
이러한 식각 공정에서는 주로 CF4 등의 CxFy(x,y는 1 ∼ 10) 가스와 CH2F2 등의 CaHbFc(a,b,c는 1 ∼ 10) 가스를 혼합하여 사용한다.In such an etching process, CxFy (x, y is 1 to 10) gas, such as CF 4 , and CaHbFc (a, b, c is 1 to 10) gas, such as CH 2 F 2 , are mixed and used.
한편, CMP 공정에 의해 제3층간절연막(406)이 비트라인 하드마스크(404) 까지 제거되어 식각 타겟이 줄어들었으므로 SAC 공정시 페일 발생을 줄일 수 있다.On the other hand, since the third
이어서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(408)을 제거한 다음, 오픈부(409)가 형성된 전면에 스토리지노드용 콘택 플러그 형성을 위한 전도막을 증착하여 오픈부(409)를 통해 노출된 셀콘택 플러그(402)와 전기적으로 접속시킨다.
Subsequently, as shown in FIG. 4C, after removing the
이어서, 비트라인 하드마스크(405)가 노출되는 타겟으로 에치백 공정을 실시하여 제3층간절연막(406) 및 비트라인 하드마스크(405) 상부의 전도막을 제거함으로써, 아이솔레이션된 북수의 스토리지노드용 콘택 플러그(410)를 형성한다.Subsequently, an etch back process is performed on the target to which the bit line
여기서, 스토리지노드용 콘택 플러그 형성을 위한 전도막은 폴리실리콘막을 포함한다. 에치백 공정시 CF4 또는 SF6와 같은 플로린(Fluorine)계의 가스를 사용하거나, Cl2 또는 CCl4 등의 클로린(Chlorine)계 가스를 사용한다.
Here, the conductive film for forming the contact plug for the storage node includes a polysilicon film. In the etchback process, a fluorine-based gas such as CF 4 or SF 6 is used, or a chlorine-based gas such as Cl 2 or CCl 4 is used.
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 비트라인 형성 및 층간절연막 증착 후 비트라인 하드마스크가 노출되도록 CMP 공정을 실시하여 층간절연막과 비트라인 상부를 평탄화시킨 후, 스토리지노드 형성을 위해 셀콘택 플러그를 노출시키는 오픈부를 형성한 다음, 플러그 형성용 전도막을 증착하고 CMP가 아닌 에치백 공정을 통해 스토리지노드용 콘택 플러그를 아이솔레이션시킴으로써, 다음과 같은 장점이 있음을 실시예를 통해 일아 보았다.According to the present invention, the CMP process is performed to expose the bit line hard mask after the formation of the bit line and the deposition of the interlayer insulating layer, thereby planarizing the interlayer insulating layer and the upper part of the bit line, and then exposing the cell contact plug to form a storage node. After forming the open part to be formed, by depositing a conductive film for forming a plug and isolating the contact plug for the storage node through an etch back process other than the CMP, it was seen through the embodiment has the following advantages.
가) 연마가 불충분하게 되었을 경우 발생하는 스토리지노드용 콘택 플러그 간의 아이솔레이션 불량의 문제를 해결할 수 있다.A) It can solve the problem of the isolation failure between the contact plugs for storage nodes, which occurs when the polishing is insufficient.
나) 게이트전극 ∼ 비트라인 사이의 다이 내에서의 토폴로지 및 패턴 형성의 차이로 인하여 발생될 수 있는 다이 내 일부 지역에서의 스토리지노드 콘택 플러그 간의 아이솔레이션 불량 문제를 해결할 수 있다.B) Solving a problem of poor isolation between storage node contact plugs in some areas of the die, which may occur due to a difference in topology and pattern formation in the die between the gate electrode and the bit line.
다) CMP 장비의 특성상 웨이퍼 내에서의 위치에 따라 연마 균일도가 달라 빌 생하는 웨이퍼 일부 지역에서의 플러그 간의 아이솔레이션 불량 문제를 해결할 수 있다.C) Due to the characteristics of CMP equipment, the polishing uniformity varies depending on the position within the wafer, which can solve the problem of poor isolation between plugs in some areas of the wafer.
라) CMP 이전 공장에서 유니폼하게 공정이 진행되지 않은 이유로 스토리지노드용 콘택 플러그 간의 아이솔레이션 불량 문제를 해결할 수 있다.D) The problem of poor isolation between contact plugs for storage nodes can be solved because the process was not uniformly performed in the factory before CMP.
마) 과도한 연마를 방지함으로써 후속 공정에서의 만마진을 확보할 수 있다.
E) By preventing excessive grinding, it is possible to secure a full margin in a subsequent process.
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 바와 같은 본 발명은, 스토리지노드용 콘택 플러그의 아이솔레이션을 위한 화학기계적연마 공정시 발생하는 아이솔레이션 문제와 비트라인 하드마스크의 어택을 동시에 해결할 수 있어, 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can solve the isolation problem and the bit line hard mask attack during the chemical mechanical polishing process for the isolation of the contact plug for the storage node, thereby improving the yield of the semiconductor device. have.
Claims (7)
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KR1020040050190A KR20060001151A (en) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | Method for fabrication of semiconductor device |
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KR1020040050190A KR20060001151A (en) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | Method for fabrication of semiconductor device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100725371B1 (en) * | 2006-01-13 | 2007-06-07 | 삼성전자주식회사 | Photomasks including multi layered light shielding patterns, manufacturing method thereof and blank photomask for fabricating the same |
-
2004
- 2004-06-30 KR KR1020040050190A patent/KR20060001151A/en not_active Application Discontinuation
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