KR20060133700A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 공정 단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 워드라인(word line) 저부(bottom)와 비트라인 컨택(bit line contact)부 사이의 거리(A)와, 워드라인 저부와 접합영역 간의 공핍 간섭을 설명하기 위하여 도시한 도면.FIG. 2 is a diagram illustrating the distance A between a word line bottom and a bit line contact and a depletion interference between the word line bottom and the junction region.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 기판1: substrate
2 : 게이트 산화막2: gate oxide film
3 : 폴리 실리콘막3: polysilicon film
4 : 텅스텐 실리사이드층4: tungsten silicide layer
5 : 하드 마스크5: hard mask
6 : 게이트 전극(워드라인)6: gate electrode (word line)
7 : 버퍼 산화막7: buffer oxide film
8 : 제1 질화막8: first nitride film
8a : 제1 스페이서8a: first spacer
11 : 제2 질화막11: second nitride film
11a : 제2 스페이서11a: second spacer
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 90nm급 이하의 반도체 소자의 게이트 전극 간의 절연을 위한 스페이서(spacer) 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 반도체 소자, 예컨대 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 소자의 도전 패턴 형성공정은 워드라인(word line) 또는 비트라인(bit line) 등의 도전 패턴을 형성한 후 도전 패턴 상부에 실리콘 산화막을 형성한다. 그런 다음, 실리콘 산화막 상부에 실리콘 질화막을 스페이서(spacer) 형태로 형성하는 과정으로 이루어진다. In general, a conductive pattern forming process of a semiconductor device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory) device forms a conductive pattern such as a word line or a bit line, and then forms a silicon oxide layer on the conductive pattern. do. Then, a silicon nitride film is formed on the silicon oxide film in the form of a spacer.
이하에서는, 일례로 워드라인과 스페이서 형성과정을 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a process of forming word lines and spacers will be described in detail.
먼저, 소자의 특성을 개선시키기 위하여 게이트 절연막과 게이트 전극의 적층 패턴을 형성한 후, 적층 패턴의 상부에 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법으로 실리콘 산화막을 증착하여 버퍼 산화막(buffer oxide)을 형성한다. 그런 다음, 버퍼 산화막의 상부에 스페이서용 질화막 및 이온 주입 배리어막(barrier layer)을 증착한 후 이온 주입 배리어막을 사용하여 반도체 기판의 주변회로 영역에 소정의 반도체 구조물층을 형성한다. 그런 다음, 스페이서용 질화막을 식각 배리어로 하고, 통상의 산화막용 습식 식각용액을 사용하여 이온 주입 배리어 산화막을 제거한 후 스페이서용 질화막을 전면식각하여 버퍼 산화막의 측벽에 질화막 스페이서를 형성한다. First, in order to improve the characteristics of the device, a stack pattern of a gate insulating film and a gate electrode is formed, and then a silicon oxide film is deposited on the stack pattern by a chemical vapor deposition (CVD) method to form a buffer oxide. After that, a nitride nitride layer and an ion implantation barrier layer are deposited on the buffer oxide layer, and then a predetermined semiconductor structure layer is formed in the peripheral circuit region of the semiconductor substrate using the ion implantation barrier layer. Then, the nitride film for spacers is used as an etch barrier, the ion implantation barrier oxide film is removed using a normal wet etching solution for oxide films, and the nitride film for spacers is etched to form a nitride film spacer on the sidewall of the buffer oxide film.
이처럼 워드라인의 스페이서로서 질화막을 사용하는 이유는 반도체 소자가 미세화되어 감에 따라 워드라인 간의 스페이서가 감소하고, 이로 인하여 절연 확보에 많은 어려움이 있기 때문이다. 이러한 절연 확보를 위해 워드라인의 양측벽에 스페이서를 형성한다. 따라서, 박막의 스페이서에 의해 금속간의 절연특성이 충분히 만족되도록 해야 하기 때문에 산화막 보다는 절연특성 및 피복성이 우수한 질화막을 사용하였다. The reason why the nitride film is used as the spacer of the word line is that as the semiconductor device becomes finer, the spacer between the word lines decreases, which causes a lot of difficulty in securing insulation. Spacers are formed on both side walls of the word line to secure such insulation. Therefore, since the insulating properties between the metals must be sufficiently satisfied by the spacer of the thin film, a nitride film having excellent insulating properties and coating properties is used rather than an oxide film.
최근에는 워드라인의 스페이서로서 절연 특성을 확보하기 위하여 이중 질화막을 사용하였다. 이중 질화막을 이용한 스페이서 형성공정은 먼저 게이트 스페이서 질화막과 셀 스페이서 질화막을 순차적으로 증착한 후 게이트 스페이서 질화막과 셀 스페이서 질화막을 동시에 식각하여 워드라인 측벽에 스페이서를 형성하는 공정으로 이루어진다. Recently, a double nitride film is used as a spacer of a word line to secure insulation characteristics. The spacer forming process using a double nitride film is a process of first depositing a gate spacer nitride film and a cell spacer nitride film sequentially, and then forming a spacer on the sidewall of the word line by simultaneously etching the gate spacer nitride film and the cell spacer nitride film.
이처럼 이중 질화막으로 스페이서를 형성하는 경우 소자의 집적도가 증가될 수록 워드라인 간의 스페이스가 감소하게 되어 이중 질화막 증착시 그 내부에 공극(void)이 발생되었고, 이러한 공극은 랜딩 폴리 플러그(Landing Poly Plug; LPP)의 패턴 간 브릿지(bridge)를 유발시킨다. 또한, 스페이스가 극히 작을 경우 랜딩 플러그 컨택홀(Landing Plug Contact hole; LPC) 형성시 컨택홀이 오픈되지 않는 문제가 발생된다. As such, when the spacer is formed of a double nitride film, the space between word lines decreases as the degree of integration of the device is increased, and voids are generated therein during the deposition of the double nitride film. Such voids include a landing poly plug; LPP) causes an inter-pattern bridge. In addition, when the space is extremely small, there is a problem that the contact hole does not open when a landing plug contact hole (LPC) is formed.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다음과 같은 목적들이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, has the following objects.
우선, 본 발명은 이중 질화막으로 워드라인 스페이서를 형성하기 위한 제조공정시 공극의 발생을 억제하여 절연특성을 개선시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. First of all, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of improving insulation characteristics by suppressing generation of voids in a manufacturing process for forming a word line spacer with a double nitride film.
또한, 본 발명은 이중 질화막으로 워드라인 스페이서를 형성한 후 후속 랜딩 플러그 컨택홀 형성공정시 컨택홀이 오픈되지 않는 문제를 해결할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다. In addition, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of solving a problem in which a contact hole is not opened during a subsequent landing plug contact hole forming process after forming a word line spacer with a double nitride film.
또한, 본 발명은 이중 질화막으로 워드라인 스페이서를 형성하기 위한 제조공정시 두번에 걸친 식각공정에 의해 기판이 손실되고, 손실된 부위를 통해 누설전류가 발생되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device that can prevent the substrate is lost by the two-etch process during the manufacturing process for forming the word line spacer with a double nitride film, the leakage current through the lost portion There is another purpose to provide.
상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 복수의 게이트 전극 이 형성된 기판을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극의 단차를 따라 버퍼 산화막을 형성하는 단계와, 상기 버퍼 산화막 상부에 제1 질화막을 형성하는 단계와, 상기 제1 질화막과 상기 버퍼 산화막을 식각하여 상기 게이트 전극의 양측벽에 상기 게이트 전극의 상부로부터 하부로 역 테이퍼를 구조를 갖는 제1 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 제1 스페이서를 포함하는 전체 구조 상부의 단차를 따라 제2 질화막을 증착하는 단계와, 상기 제2 질화막을 식각하여 상기 제1 스페이서의 측벽에 제2 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method including forming a substrate on which a plurality of gate electrodes are formed, forming a buffer oxide film along a step of the gate electrode, and forming a first oxide on the buffer oxide film. Forming a nitride film, etching the first nitride film and the buffer oxide film to form a first spacer having a reverse taper structure from an upper side to a lower side of the gate electrode on both sidewalls of the gate electrode; 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: depositing a second nitride film along a step of an upper portion of an entire structure including a spacer; and etching the second nitride film to form a second spacer on a sidewall of the first spacer. To provide.
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. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 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. In addition, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.
실시예Example
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1) 상부에 워드라인으로 기능하는 게이트 전극(6)을 형성한다. 여기서, 게이트 전극(6)은 게이트 산화막(2), 폴리 실리콘막(3), 텅스텐 실리사이드층(4) 및 하드 마스크(5)의 적층 구조로 이루어진다. First, as shown in FIG. 1A, a
이어서, 게이트 전극(6)에 의해 형성된 단차를 따라 버퍼 산화막(7)을 증착한다. 이때, 버퍼 산화막(7)은 CVD 방식으로 증착한다. Subsequently, the
이어서, 버퍼 산화막(7) 상부에 게이트 스페이서 질화막인 제1 질화막(8)을 증착한다. 이때, 제1 질화막(8)은 게이트 전극(6) 간 스페이서 감소에 따른 공극 발생을 억제하기 위하여 비교적 얇게 증착한다. 바람직하게는 150~250Å의 두께로 증착한다. Subsequently, a first nitride film 8, which is a gate spacer nitride film, is deposited on the
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 식각공정(9)을 실시하여 제1 질화막(8, 도1a참조)과 버퍼 산화막(7, 도1a참조)을 식각한다. 이때, 식각공정(9)은 폴리머(polymer)가 많이 생성되는 조건으로 실시한다. 이로써, 식각공정(9)이 진행되는 과정에서 폴리머는 계속해서 생성되고, 이렇게 생성된 폴리머는 게이트 전극(6)의 상부보다 하부로 갈수록 계속 적층되어 쌓이게 된다. 이에 따라, 식각공정(9) 중 제1 질화막(8)은 하부로 갈수록 두꺼운 역 테이퍼(taper) 형태를 갖도록 식각되게 된다. 결국, 제1 스페이서(8a)는 게이트 전극(6)의 측벽으로부터 하부의 폭이 상부의 폭보다 두껍게 형성된다. 이러한 구조를 통해 게이트 전극(6)의 상부에서 인접한 게이트 전극(6) 간의 스페이스를 확보할 수 있게 된다. 이로써, 후속 제2 질화막(11, 도1c참조) 증착공정시 피복성을 증대시켜 공극 생성을 최대한 억제시킬 수 있다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, an etching process 9 is performed to etch the first nitride film 8 (see FIG. 1A) and the buffer oxide film 7 (see FIG. 1A). At this time, the etching process 9 is carried out under the condition that a lot of polymer (polymer) is produced. As a result, the polymer is continuously produced during the etching process 9, and the polymer thus produced is continuously stacked and stacked downward from the top of the
또한, 제1 스페이서(8a)를 역 테이퍼 형태로 형성함으로써 게이트 전극(6)의 저부와 후속 임플란트(implant) 공정을 통해 형성될 접합영역, 즉 게이트 전극(6)과 오픈되는 영역(접합영역) 간에 전자/정공의 간섭을 최소화하여 항복전압(breakdown voltage) 등의 전기적 특성을 안정화할 수 있다. 즉, 게이트 전극(6)의 저부와 접합영역 간에 간격이 가까우면 후속 임플란트 공정 후 실시되는 열처리 공정시 접합영역에 주입된 이온들이 게이트 전극(6) 쪽으로 확산되어 항복전압을 열화시키게 되는데, 이러한 항복전압의 열화를 방지하기 위하여 제1 스페이서(8a)의 하부를 두껍게 형성한다. In addition, by forming the
예컨대, 종래기술에서와 같이 이중 질화막에 대한 식각공정시 기판이 손실되어 누설전류가 발생되고, 기판의 손실부로부터 워드라인 저부까지의 질화막 두께가 감소하여 도 2에 도시된 'A' 부위에서와 같이 워드라인의 끝, 즉 접합 공핍(junction depletion)영역에서부터 너무 가까운 거리를 유지함으로써 기판 내에 임플란트에 의한 접합영역 간의 상호 간섭으로 원하지 않는 항복전압의 열화현상이 유발된다. 이러한 항복전압의 열화현상을 방지하기 위하여 제1 스페이서(8a)의 하부를 두껍게 형성하는 한편, 도 1d에 도시된 바와 같이 기판(1)의 리세스부(13)의 내측벽에 제2 질화막(11)을 잔류시킨다. 이로써, 즉 게이트 전극(6)과 오픈되는 영역 간에 전자/정공의 간섭을 최소화하여 항복전압(breakdown voltage) 등의 전기적 특성을 안정화할 수 있다.For example, as in the prior art, the substrate is lost during the etching process of the double nitride film, and a leakage current is generated. Likewise, by maintaining the distance between the end of the word line, that is, the junction depletion region, the interference between the junction regions by the implant in the substrate causes unwanted degradation of breakdown voltage. In order to prevent such degradation of the breakdown voltage, a lower portion of the
이를 위해, 식각공정(9)은 폴리머 생성을 억제하는 산소(Oxygen) 사용을 최 대한 억제하고, 수소(Hydrogen)가 함유된 가스와 카본(Carbon)이 함유된 가스를 혼합한 혼합가스를 이용하여 폴리머가 많이 생성되도록 실시한다. 여기서, 수소가 함유된 가스로는 H2, H2O, CHF3, CH4 및 CH2F2 가스 등을 사용하고, 카본이 함유된 가스로는 C4F6, C5F8 및 C4F8 가스 등을 사용한다. 또한, 식각공정(9)은 하부로 갈수록 폴리머를 지속적으로 적층시키기 위하여 50~400W의 플라즈마 RF 파워(plasma RF power)를 사용한다. 이로써, 제1 질화막(8)의 식각율을 최대한 낮추어 줌으로써 하부로 갈수록 폴리머가 두껍게 증착되게 되다. 이때, 식각율은 초당 10~20Å이 되도록 한다. To this end, the etching process 9 is to suppress the use of oxygen (oxygen) to suppress the production of the polymer to the maximum, using a mixed gas of a gas containing hydrogen (hydrogen) and a gas containing carbon (carbon) Do this to produce a lot of polymer. Here, H 2 , H 2 O, CHF 3 , CH 4, and CH 2 F 2 gas are used as the gas containing hydrogen, and C 4 F 6 , C 5 F 8, and C 4 F as the gas containing carbon. 8 Use gas or the like. In addition, the etching process 9 uses a plasma RF power of 50 ~ 400W to continuously stack the polymer toward the bottom. As a result, the lower the etch rate of the first nitride film 8 as possible, the thicker the polymer is deposited toward the bottom. At this time, the etching rate is 10 ~ 20Å per second.
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제1 스페이서(8a)를 덮도록 셀 스페이서 질화막인 제2 질화막(11)을 단차를 따라 증착한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1C, the
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 식각공정(12)을 실시하여 제2 질화막(11, 도1c참조)을 식각한다. 이로써, 제1 스페이서(8a)의 측벽에는 제2 스페이서(11a)가 형성된다. 이때, 도 1b에서 리세스된 기판(1)이 일정 깊이로 다시 리세스되는 동시에 리세스부(13)의 내측벽에도 제2 질화막(11)이 식각되어 스페이서(11a)가 형성된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1D, an
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, 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다. As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
우선, 본 발명은 이중 질화막으로 워드라인 스페이서를 형성하기 위한 제조공정시 버퍼 산화막 형성 후 증착되는 게이트 스페이서용 제1 질화막을 비교적 얇게 증착하여 피복성을 증대시킴으로써 공극의 발생을 최대한 억제하여 절연특성을 개선시킬 수 있다. First, in the manufacturing process for forming a word line spacer with a double nitride film, the first nitride film for a gate spacer deposited after the formation of a buffer oxide film is deposited relatively thinly to increase the coating property to suppress the generation of voids to maximize insulation properties. Can be improved.
또한, 본 발명은 제1 질화막 식각공정시 폴리머가 많이 발생되는 식각조건으로 공정을 실시하여 게이트 전극의 상부로부터 하부로 갈수록 두꺼운 역 테이퍼 형태로 제1 스페이서를 형성함으로써 게이트 전극의 저부에서 인접한 접합영역 간의 전자/정공의 간섭을 최소화하여 항복전압 등과 같은 전기적 특성을 안정화시킬 수 있다. In addition, the present invention performs a process under the etching conditions that the polymer is generated a lot during the first nitride film etching process to form a first spacer in the form of a reverse taper thicker from the top to the bottom of the gate electrode to the junction region adjacent to the bottom of the gate electrode By minimizing the interference of electrons / holes between the electrical properties such as breakdown voltage can be stabilized.
또한, 본 발명은 제1 질화막 식각공정시 폴리머가 많이 발생되는 식각조건으로 공정을 실시함으로써 기판의 손실을 최소화하여 실리콘 격자의 손상을 최소화할 수 있다. In addition, the present invention can minimize the loss of the substrate by minimizing the loss of the substrate by performing the process under the etching conditions in which a lot of polymer during the first nitride film etching process.
또한, 본 발명은 제1 질화막을 비교적 얇게 증착하여 게이트 전극 간의 스페이스를 확보함으로써 후속 랜딩 플러그 컨택홀 형성공정시 컨택홀이 오픈되지 않는 문제를 해결할 수 있다. In addition, the present invention can solve the problem that the contact hole is not opened during the subsequent landing plug contact hole forming process by securing a space between the gate electrodes by depositing the first nitride film relatively thin.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050053471A KR20060133700A (en) | 2005-06-21 | 2005-06-21 | Method for manufacturing semiconductor device |
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KR1020050053471A KR20060133700A (en) | 2005-06-21 | 2005-06-21 | Method for manufacturing semiconductor device |
Publications (1)
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KR20060133700A true KR20060133700A (en) | 2006-12-27 |
Family
ID=37812446
Family Applications (1)
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KR1020050053471A KR20060133700A (en) | 2005-06-21 | 2005-06-21 | Method for manufacturing semiconductor device |
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Country | Link |
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KR (1) | KR20060133700A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8043922B2 (en) | 2009-01-30 | 2011-10-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of fabricating semiconductor device |
US9627509B2 (en) | 2014-07-21 | 2017-04-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device and method of fabricating the same |
-
2005
- 2005-06-21 KR KR1020050053471A patent/KR20060133700A/en not_active Application Discontinuation
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