KR20060128280A - Method for manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 스토리지 노드 컨택 형성시 발생하는 HDP 산화막의 데미지를 도시한 SEM 사진.1 is a SEM photograph showing the damage of the HDP oxide film generated when forming a storage node contact of a semiconductor device according to the prior art.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 컨택 플러그 형성방법을 도시한 공정 단면도.2 to 5 are cross-sectional views illustrating a method for forming a contact plug of a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110 : 반도체 기판 110 : 접합영역110
111 : 제1 절연막 112 : 랜딩 플러그111: first insulating film 112: landing plug
113 : 비트라인 114 : 하드마스크113: bit line 114: hard mask
115 : 비트라인 스페이서 116 : 제2 절연막115: bit line spacer 116: second insulating film
117 : 포토레지스트 패턴 118 : 식각공정117
119 : 트렌치 120 : 스토리지 노드 스페이서119: trench 120: storage node spacer
122 : 제3 절연막 123 : 식각공정122: third insulating film 123: etching process
125 : 컨택홀 127 : 컨택 플러그125: contact hole 127: contact plug
O : 오버행 발생영역 O: Overhang generating area
본 발명은 반도체 소자 제조방법에 관한 것으로, 특히 80㎚ 이하급 캐패시터(capacitor)의 스토리지 노드(storage node; 또는, 하부전극) 컨택 플러그(contact plug) 형성방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a storage node (or lower electrode) contact plug of a capacitor of 80 nm or less.
반도체 소자가 고집적화되면서 80㎚ 이하급 캐패시터(capacitor)의 스토리지 노드 컨택(storage node contact)의 경우에는 ArF 감광막을 이용하여 홀(hole) 타입(type)으로 스토리지 노드 컨택을 형성하고 있다. 이와 같이 홀 타입으로 스토리지 노드 컨택을 형성하는 경우에는 스토리지 노드 컨택 상부의 오픈(open) 면적이 좁아서 스토리지 노드(캐패시터의 하부전극)와의 오버레이 마진(overlay margin)이 부족하다. 따라서, 오버레이 마진 확보를 위해서는 스토리지 노드 컨택과 스토리지 노드 간에 폴리 패드를 별도로 형성해주어야 한다.As the semiconductor devices are highly integrated, storage node contacts of the 80 nm or smaller capacitors are formed using a ArF photosensitive film to form storage node contacts in a hole type. In the case of forming the storage node contact in the hole type as described above, an open area of the upper portion of the storage node contact is narrow, so that an overlay margin with the storage node (the lower electrode of the capacitor) is insufficient. Therefore, to secure the overlay margin, a poly pad must be formed separately between the storage node contact and the storage node.
그러나, 이와 같이 폴리 패드를 별도로 형성하려면 공정이 복잡해지는 문제점이 있다. 또한, ArF 감광막을 이용하려면 고가의 마스크 장비를 필요로 하므로 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.However, there is a problem that the process is complicated to form the poly pad separately. In addition, since the use of the ArF photosensitive film requires expensive mask equipment, there is a problem in that the manufacturing cost increases.
결국, 이러한 제조공정의 복잡함과 제조비용의 증가를 해결하기 위하여 종래에는 와이드닝 식각(widning etch) 방법을 적용하여 스토리지 노드 컨택 상부의 오픈 면적을 증가시킴으로써 스토리지 노드 컨택과 스토리지 노드 간의 오버레이 마 진이 증가되도록 하였다. 통상적으로, 와이드닝 식각 방법은 스토리지 노드 컨택 양측 상부의 층간절연막 즉, HDP 산화막을 일부분 식각하여 스토리지 노드 컨택 상부의 오픈 면적을 증가시킨다. 이때, HDP 산화막은 매립특성을 향상시키기 위해 보통 2차례에 걸친 증착(Deposition) 및 식각공정을 통해 형성된다. 예컨대, 제1 증착공정을 통해 비트라인을 덮는 제1 HDP 산화막을 증착하고 이때 보이드(void)가 형성된 부분을 제1 식각공정을 통해 식각한다. 그런 다음, 제2 증착공정을 통해 제1 HDP 산화막 상에 제2 HDP 산화막을 증착하고 이때 보이드가 형성된 부분을 제2 식각공정을 통해 식각한 후 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 통해 이를 평탄화한다.As a result, in order to solve the complexity of the manufacturing process and the increase in manufacturing cost, the overlay margin between the storage node contact and the storage node is increased by increasing the open area of the storage node contact by applying a widening etch method. It was made. In general, the widening etching method partially etches the interlayer insulating layer, that is, the HDP oxide layer on both sides of the storage node contact, to increase the open area on the storage node contact. In this case, the HDP oxide film is usually formed through two deposition and etching processes in order to improve the buried property. For example, a first HDP oxide layer covering a bit line is deposited through a first deposition process, and a portion in which a void is formed is etched through a first etching process. Then, the second HDP oxide film is deposited on the first HDP oxide film through the second deposition process, and the portion where the voids are formed is etched through the second etching process and then planarized by a chemical mechanical polishing (CMP) process.
그러나, 이러한 와이드닝 식각 방법을 적용하는 경우에는 HDP 산화막이 데미지(damage)를 입고 심한 경우에는 비트라인이 손상되는 문제점을 유발한다. 그 이유는 다음과 같다. 제1 및 제2 식각공정시에는 통상적으로 NF3를 이용하는데 평탄화가 진행된 후에는 제1 및 제2 HDP 산화막 간의 계면에 NF3의 플루오린(F)이 노출된다. 그러면, 스토리지 노드 컨택 형성을 위한 식각공정시 사용되는 식각용액이 노출된 플루오린을 따라 HDP 산화막으로 침투하여 도 1에 도시된 바와 같이, HDP 산화막에 데미지(damage, 'A' 부위 참조)를 입히는 문제점이 있다. 이는, 비트라인까지 영향을 미쳐 비트라인을 손상시키는 문제점이 있다.However, when the widening etching method is applied, the HDP oxide film may be damaged and, in severe cases, the bit line may be damaged. The reason for this is as follows. In the first and second etching processes, NF 3 is typically used. After planarization is performed, fluorine (F) of NF 3 is exposed at the interface between the first and second HDP oxide layers. Then, the etching solution used during the etching process for forming the storage node contacts penetrates into the HDP oxide film along the exposed fluorine to inflict damage to the HDP oxide film (see 'A' region) as shown in FIG. 1. There is a problem. This affects the bit lines and damages the bit lines.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 반도체 소자의 스토리지 노드 컨택 형성시 스토리지 노드 컨택과 스토리지 노드 간의 오버레이 마진을 확보하면서 스토리지 노드 컨택의 양측으로 존재하는 절연막 및 도전층 패턴의 손상을 방지하는 반도체 소자 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, the insulating film and the conductive that exist on both sides of the storage node contact while ensuring the overlay margin between the storage node contact and the storage node when forming the storage node contact of the semiconductor device It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that prevents damage to a layer pattern.
상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 반도체 기판 상에 랜딩 플러그가 개재된 제1 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제1 절연막 상에 복수의 도전층 패턴을 형성하는 단계와, 상기 도전층 패턴을 덮도록 상기 제1 절연막 상에 제2 절연막을 증착하는 단계와, 상기 도전층 패턴 사이의 상기 제2 절연막을 리세스시켜 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치의 상부에서 오버행이 발생되도록 상기 트렌치를 포함한 상기 제2 절연막 상부에 실리콘이 함유된 제3 절연막을 증착하는 단계와, 상기 제3 절연막을 하드마스크로 이용한 식각공정을 통해 상기 트렌치 저부에 잔류하는 상기 제2 절연막을 식각하여 상기 랜딩 플러그를 노출시키는 컨택홀을 형성하는 단계와, 상기 컨택홀 및 상기 트렌치가 매립되도록 상기 제3 절연막 상에 도전물질을 증착하는 단계와, 상기 제3 절연막 및 상기 도전물질을 평탄화하여 상기 컨택홀 및 상기 트렌치가 매립되는 컨택플러그를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method including forming a first insulating film having a landing plug interposed on a semiconductor substrate, forming a plurality of conductive layer patterns on the first insulating film, Depositing a second insulating film on the first insulating film so as to cover the conductive layer pattern, recessing the second insulating film between the conductive layer patterns to form a trench, and overhanging the trench Depositing a third insulating film containing silicon on the second insulating film including the trench so as to be generated, and etching the second insulating film remaining on the bottom of the trench through an etching process using the third insulating film as a hard mask. Forming a contact hole exposing the landing plug, and forming a conductive material on the third insulating layer to fill the contact hole and the trench And depositing a contact plug in which the contact hole and the trench are filled by planarizing the third insulating film and the conductive material.
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 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 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. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween.
실시예Example
도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 컨택 플러그 형성방법을 도시한 공정단면도들이다. 여기서, 도 2 내지 도 5에 도시된 참조부호들 중 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일 요소이다.2 to 5 are process cross-sectional views illustrating a method for forming a contact plug of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention. Here, the same reference numerals among the reference numerals shown in FIGS. 2 to 5 are the same elements performing the same function.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100) 상에 복수의 워드라인(미도시)을 형성한 후, 워드라인의 양측으로 노출된 기판(100)에 접합영역(110)을 형성한다. First, as shown in FIG. 2, after forming a plurality of word lines (not shown) on the
이어서, 워드라인을 덮도록 제1 절연막(111)을 증착하고 워드라인 사이의 제1 절연막(111)을 식각하여 접합영역(110)을 노출시키는 컨택홀(미도시)을 형성한다. 그런 다음, 컨택홀이 매립되도록 폴리실리콘을 증착 및 평탄화하여 컨택홀이 매립되는 랜딩 플러그(112)를 형성한다. 이때, 제1 절연막(111)은 층간 절연막(ILD : Inter Layer Dielectric)으로 산화막 계열의 물질로 형성한다. 예컨대, 제1 절연막(111)은 HDP(High Density Plasma) 산화막, BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)막, PSG(Phosphorus Silicate Glass)막, PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyle Ortho Silicate)막, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)막, USG(Un-doped Silicate Glass)막, FSG(Fluorinated Silicate Glass)막, CDO(Carbon Doped Oxide)막 및 OSG(Organic Silicate Glass)막 중 어느 하나를 이용하여 단층막 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성한다.Subsequently, the first
이어서, 랜딩 플러그(112)를 포함한 제1 절연막(111) 상에 하드마스크(114)를 구비한 복수의 비트라인(113)을 형성한다. 여기서, 비트라인(113)은 도면에 도시하지는 않았지만, 폴리실리콘/베리어 메탈(barrier metal)/텅스텐(W)/하드마스크(114)가 적층된 구조로 형성할 수 있다. 또한, 그 양측벽에는 비트라인(113)을 보호하기 위한 질화막 비트라인 스페이서(115)를 더 구비할 수 있다. 예컨대, 비트라인(113)은 다음과 같이 형성된다.Subsequently, a plurality of
먼저, 랜딩 플러그(112)를 포함한 제1 절연막(111) 상에 폴리실리콘을 증착한 후 베리어 메탈로 Ti/TiN을 100 내지 1000Å의 두께로 증착한다. 그런 다음, 텅스텐을 300 내지 1000Å의 두께로 증착하고 질화막으로 이루어진 하드마스크(114)를 2000 내지 4000Å의 두께로 증착한다. First, polysilicon is deposited on the first insulating
이어서, 포토리소그래피(photolithography) 공정을 실시하여 하드마스크(114)를 식각하는데, 이때 하드마스크(114)는 CF4/CHF3/O2/Ar을 조합한 조합가스를 이용하여 20 내지 70mTorr의 압력과 300 내지 1000W의 파워 조건에서 식각한다.Subsequently, the
이어서, 하드마스크(114)를 이용한 식각공정을 통해 텅스텐을 식각하는데, 이때 텅스텐은 SF6/BCL3/N2/Cl2를 조합한 조합가스를 이용하여 20 내지 70mTorr의 압 력과 300 내지 1000W의 파워 조건에서 식각한다.Subsequently, tungsten is etched through an etching process using the
이어서, 하드마스크(114)를 이용한 식각공정을 통해 베리어 메탈과 폴리실리콘을 식각한 다음, 하드마스크(114)를 포함한 전체 구조 상부에 질화막을 50 내지 150Å의 두께로 증착한다. 그런 다음, 건식식각공정을 실시하여 질화막을 식각함으로써, 비트라인(113)의 양측벽에 비트라인 스페이서(115)가 형성된다.Subsequently, the barrier metal and the polysilicon are etched through an etching process using the
이어서, 비트라인(113)을 포함한 전체 구조 상부에 제2 절연막(116)을 증착한다. 이때, 제2 절연막(116)은 산화막 계열의 물질로 형성하는데 바람직하게는, HDP(High Density Plasma) 산화막으로 형성한다. 또한, 제2 절연막(116)은 4000 내지 10000Å의 두께로 증착한다.Subsequently, a second
이어서, 제2 절연막(116) 상에 KrF 감광막(미도시)을 도포한 후, 포토마스크(미도시)를 이용한 노광 및 현상공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(117)을 형성한다. 여기서, KrF, 감광막을 이용하는 경우에는 마스크 장비의 비용이 감소된다.Subsequently, a KrF photosensitive film (not shown) is coated on the second
이어서, 포토레지스트 패턴(117)을 식각마스크로 이용한 식각공정(118)을 실시하여 비트라인(113) 사이의 제2 절연막(116)을 식각한다. 이로써, 제2 절연막(116) 내에 트렌치(119)가 형성된다. 이때, 트렌치(119)의 오픈면적(D)은 비트라인(113) 간의 거리보다는 좁게 형성하여 비트라인(113)에 데미지를 입히지 않도록 한다. 또한, 트렌치(119)는 1000 내지 2000Å의 깊이로 형성한다.Next, an
여기서, 트렌치(119) 형성을 위한 식각공정(118)은 15 내지 50mTorr의 압력과 300 내지 1000W의 파워 조건에서 C4F8/C5F8/C4F6/CH2F2/Ar/O2/Co/N2의 식각가스를 조합한 조합가스를 이용하여 실시한다.Here, the
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 스트립(strip) 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(117, 도 2 참조)을 제거한 다음, 세정공정(cleaning)을 실시한다.Subsequently, as shown in FIG. 3, a strip process is performed to remove the photoresist pattern 117 (see FIG. 2), and then a cleaning process is performed.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, HF와 NH4F가 20:1로 혼합된 BOE(Buffered Oxide Etchant) 용액을 이용한 습식식각공정을 통해 트렌치(119, 도 2 참조)의 오픈 면적(D, 도 2 참조)을 증가시킬 수 있다.In addition, although not shown in the drawings, the open area (D, FIG. 2) of the trench 119 (see FIG. 2) through a wet etching process using a BOE (Buffered Oxide Etchant) solution in which HF and NH 4 F are mixed at 20: 1. 2).
이어서, 트렌치(119)를 포함한 제2 절연막(116) 상부의 단차를 따라 질화막(미도시)을 100 내지 300Å의 두께로 증착한다. 그런 다음, 건식식각공정을 실시하여 질화막을 식각한다. 이로써, 트렌치(119)의 내측벽에는 각각 스토리지 노드 스페이서(120)가 형성된다.Subsequently, a nitride film (not shown) is deposited to a thickness of 100 to 300 Å along the step above the second
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 트렌치(119, 도 2 참조)를 포함한 제2 절연막(116) 상에 실리콘(Si)을 일정량 함유한 제3 절연막(122)을 500 내지 2000Å의 두께로 증착한다. 이때, 제3 절연막(122)은 실리콘을 20 내지 50% 함유한 SRON(Silicon Rich Oxy Nitride)막으로 스텝 커버리지(step coverage)가 낮으므로 트렌치(119) 상부에서 오버행(overhang; 'O' 부위 참조)이 발생된다. 이에 따라, 오버행('O' 부위 참조)이 발생된 제3 절연막(122) 사이의 임계치수(CD1, Critical Dimesion)가 트렌치(119) 상부의 제3 절연막(122) 사이의 임계치수(CD2)보다 작아진다. 이는, 트렌치(119)의 오픈면적이 오버행 부위('O' 부위 참조)의 오픈 면적보다 크다는 것을 의미한다.Subsequently, as shown in FIG. 4, a third
이어서, 제3 절연막(122)을 하드마스크로 이용한 식각공정(123)을 실시하여 제3 절연막(122) 및 제2 절연막(116)을 식각한다. 이로써, 랜딩 플러그(112)를 노출시키는 컨택홀(125)이 형성된다. Subsequently, an
여기서, 컨택홀(125)의 오픈면적은 제3 절연막(122)을 하드마스크로 이용하기 때문에 오버행('O' 부위 참조)이 발생된 제3 절연막(122) 사이의 임계치수(CD1)와 동일하다. 따라서, 비트라인(113)과의 스페이스(space) 마진을 확보하여 비트라인(113)의 손상을 방지할 수 있다.Here, since the open area of the
이어서, 도면에 도시되진 않았지만, H2SO4/H2O2 또는 HF와 NH4F가 300:1로 혼합된 BOE 용액을 이용한 세정공정을 통해 컨택홀(125) 형성을 위한 식각공정(123)시 발생되어 잔류하는 폴리머(polymer)를 제거한다.Subsequently, although not shown in the drawings, an etching process for forming the
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 컨택홀(125, 도 4 참조) 및 트렌치(119, 도 2 참조)가 매립되도록 제3 절연막(122) 상에 도전물질(미도시)을 증착한다. 이때, 도전물질은 폴리실리콘으로, 1500 내지 3000Å의 두께로 증착한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 5, a conductive material (not shown) is deposited on the third insulating
이어서, 제2 절연막(116)을 평탄화 정지막으로 하는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 실시하여 제3 절연막(122) 및 도전물질을 평탄화한다. 이로써, 컨택홀(125) 및 트렌치(119)가 매립되는 스토리지 노드 컨택 플러그(127)가 형성된다. 이때, 컨택 플러그(127) 상부의 오픈 면적은 트렌치(119) 상부의 제3 절연막(122) 사이의 임계치수(CD2)와 동일하다. 따라서, 후속공정을 통해 형성될 스토리지 노드(미도시)와의 오버레이 마진을 확보할 수 있다.Subsequently, the third
이어서, 도면에 도시되지는 않았지만, 스토리지 노드 컨택 플러그(127)와 전기적으로 접속되는 캐패시터의 스토리지 노드를 형성한다.Subsequently, although not shown in the figure, the storage node of the capacitor is electrically connected to the storage
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 도전층 패턴 사이의 절연막에 넓은 오픈 면적을 갖는 트렌치를 형성한 후, 트렌치가 매립되는 컨택 플러그를 형성함으로써 컨택 플러그 상부의 임계치수가 증가된다. 따라서, 컨택 플러그와 스토리지 노드 간의 오버레이 마진을 확보할 수 있다.As described above, according to the present invention, after forming a trench having a wide open area in the insulating film between the conductive layer patterns, by forming a contact plug in which the trench is embedded, the critical dimension of the upper portion of the contact plug is increased. Therefore, it is possible to secure an overlay margin between the contact plug and the storage node.
또한, 본 발명에 의하면, 스텝 커버리지가 낮아 트렌치 상부에서 오버행이 발생되는 SRON막을 하드마스크로 이용하여 트렌치 저부에 트렌치보다 작은 임계치수를 갖는 컨택홀을 형성한 후 컨택홀이 매립되는 컨택 플러그를 형성함으로써, 컨택 플러그 양측에 존재하는 도전층 패턴 및 절연막과의 스페이스 마진이 확보된다. 따라서, 도전층 패턴 및 절연막의 손상이 방지된다. In addition, according to the present invention, a contact plug having a smaller critical dimension than a trench is formed in the bottom of the trench by using a SRON film having a low step coverage and an overhang occurring in the upper portion of the trench as a hard mask. As a result, a space margin between the conductive layer pattern and the insulating film existing on both sides of the contact plug is ensured. Thus, damage to the conductive layer pattern and the insulating film is prevented.
또한, 본 발명에 의하면, KrF 감광막을 이용하여 스토리지 노드 컨택을 형성함으로써 마스크 장비의 비용을 절감할 수 있다. 따라서, 반도체 소자의 제조비용을 절감시키고 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the cost of the mask equipment by forming a storage node contact using the KrF photosensitive film. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced and the yield can be improved.
Claims (15)
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KR1020050049583A KR20060128280A (en) | 2005-06-10 | 2005-06-10 | Method for manufacturing a semiconductor device |
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- 2005-06-10 KR KR1020050049583A patent/KR20060128280A/en not_active Application Discontinuation
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