KR20080002549A - Method of manufacturing bitline contact hole in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 따른 비트라인콘택홀 형성 방법을 개략적으로 도시한 도면.1 is a view schematically showing a bit line contact hole forming method according to the prior art.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 비트라인콘택홀의 형성 방법을 도시한 공정 단면도.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of forming a bit line contact hole according to an exemplary embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
21 : 반도체기판 22 : 게이트산화막21
23 : 게이트전극 24 : 게이트하드마스크질화막23 gate electrode 24 gate hard mask nitride film
25A, 25B : 게이트스페이서 26 : 셀스페이서질화막25A, 25B: gate spacer 26: cell spacer nitride film
27 : 제1층간절연막 28 : 랜딩플러그콘택27: first interlayer insulating film 28: landing plug contact
29 : 제2층간절연막 30 : NBC 마스크29: second interlayer insulating film 30: NBC mask
31 : 폴리머31: polymer
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 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 forming a bit line contact hole in a semiconductor device.
DRAM 제조공정시 비트라인콘택홀(Bitline contact hole, BLC)은 셀지역에는'BLC1'을 형성하고, 주변지역에는 'BLC2'를 형성하고 있다.Bitline contact hole (BLC) forms 'BLC1' in the cell area and 'BLC2' in the surrounding area during the DRAM manufacturing process.
BLC2 형성을 위한 BLC2 식각시에는 주변지역의 활성영역(N+ 접합영역, P+ 접합영역) 및 게이트 상부(On gate) 지역을 식각하고, BLC1 형성을 위한 BLC1 식각시에는 셀지역을 식각하고 있다.In the BLC2 etching process for forming BLC2, the active region (N + junction region, P + junction region) and on-gate region of the peripheral region are etched, and the cell region is etched during BLC1 etching for BLC1 formation.
도 1은 종래기술에 따른 비트라인콘택홀 형성 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a bit line contact hole forming method according to the prior art.
도 1을 참조하면, 셀영역과 주변영역이 정의된 반도체기판(11)이 각 영역 상부에 게이트라인을 형성한다. 이때, 게이트라인은 게이트산화막(12), 게이트전극(13) 및 게이트하드마스크질화막(14)의 순서로 적층된 구조이다.Referring to FIG. 1, a
이어서, 게이트라인의 양측벽에 게이트스페이서(15A, 15B)를 형성한다. 이때, 주변영역에서만 스페이서식각이 이루어져 측벽 형태의 게이트스페이서(15B)가 형성된다. 이후, 주변영역에는 N+ 접합과 P+ 접합의 형성을 위한 이온주입이 진행된다.Subsequently,
이어서, 전면에 셀스페이서질화막(16)을 형성한 후, 제1층간절연막(17)을 형성한다.Subsequently, after forming the
이어서, 셀영역에만 랜딩플러그콘택(18)을 형성한다. 이때, 랜딩플러그콘 택(18) 형성을 위해 셀영역에서 게이트라인 사이의 반도체기판의 표면이 노출되도록 콘택식각을 진행하고, 폴리실리콘 증착 및 CMP를 진행한다. 여기서, CMP는 게이트하드마스크질화막(14)의 표면이 드러날때까지 진행한다.Next, the
이어서, 전면에 제2층간절연막(18)을 형성한 후, BLC1과 BLC2를 각각 형성한다. 여기서, BLC1은 셀영역에서 랜딩플러그콘택의 일부를 노출시키는 콘택홀이고, BLC2는 주변영역에서 N+ 접합, P+ 접합 및 게이트전극의 표면을 노출시키는 콘택홀이다.Subsequently, after forming the second
그러나, 종래기술은 BLC1, BLC2를 각각 형성하므로 공정 스텝(step) 수가 증가하는 문제가 있다. However, the prior art has a problem in that the number of process steps increases because BLC1 and BLC2 are formed respectively.
따라서, BLC2 식각과 BLC1 식각을 머지(Merge)하는 NBC(Nitride Barrier Contact etch) 식각을 적용하고 있다.Therefore, NBC (Nitride Barrier Contact etch) etching that merges BLC2 etching and BLC1 etching is applied.
그러나, NBC 식각을 적용하는 경우, 주변영역의 활성영역 상부(On active)를 식각하는 BLC2 식각의 식각타겟은 4000Å, 셀영역의 랜딩플러그콘택 상부를 식각하는 BLC1 식각타겟은 1000Å으로 각각 다르기 때문에 BLC1 식각타겟으로 하면 BLC2 지역에 오픈되지 않는 오픈불량(Not open, 도면부호 '19' 참조)이 발생하고, BLC2 식각타겟으로 하면 BLC1 지역의 식각타겟이 과다하여 게이트하드마스크질화막의 손실(도면부호 '20' 참조)을 초래하게 되고 이로써 게이트라인과 BLC1간의 SAC(Self Aligned Contact) 페일(fail)이 발생한다.However, in the case of applying NBC etching, the BLC1 etching target for etching the upper portion of the active area of the peripheral area is 4000Å and the BLC1 etching target for etching the landing plug contact of the cell area is 1000Å, so the BLC1 is different. If the etch target does not open in the BLC2 region (not open, see '19'), and if the BLC2 etch target, the etch target of the BLC1 region is too large, the loss of gate hard mask nitride film (drawing symbol ' 20 '), which results in a Self Aligned Contact (SAC) failure between the gate line and BLC1.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, NBC(Nitride Barrier Contact etch) 식각을 이용하여 BLC2 식각과 BLC1 식각을 동시에 진행할 때의 오픈 불량 및 SAC 페일을 방지할 수 있는 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, a semiconductor device capable of preventing open defects and SAC fail when BLC2 etching and BLC1 etching simultaneously using NBC (Nitride Barrier Contact etch) etching The purpose of the present invention is to provide a method for forming a bit line contact hole.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비트라인콘택홀 형성 방법은 셀영역과 주변영역이 정의된 반도체기판의 각 영역 상에 게이트하드마스크질화막을 구비하는 게이트라인을 형성하는 단계; 상기 셀영역의 게이트라인 사이에 랜딩플러그콘택을 형성하는 단계; 상기 랜딩플러그콘택을 포함한 전면에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막 상에 상기 셀영역에 형성될 비트라인콘택홀과 상기 주변영역에 형성될 비트라인콘택홀을 동시에 정의하는 마스크를 형성하는 단계; 상기 마스크를 식각배리어로 이용한 제1식각을 통해 상기 주변지역에서는 비트라인콘택홀을 일부 개방시키고 상기 셀영역에서는 비트라인콘택홀을 완전히 개방시키는 단계; 상기 주변영역의 비트라인콘택홀을 완전히 개방시키는 제2식각을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 제1식각은 질화막에 대해 식각선택비가 큰 식각가스를 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2식각은 산화막과 질화막을 1:1의 비율로 동시에 식각하는 식각가스를 사용하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a bit line contact hole, the method including: forming a gate line including a gate hard mask nitride layer on each region of a semiconductor substrate in which a cell region and a peripheral region are defined; Forming a landing plug contact between the gate line of the cell region; Forming an interlayer insulating film on the entire surface including the landing plug contact; Forming a mask on the interlayer insulating layer to simultaneously define a bit line contact hole to be formed in the cell region and a bit line contact hole to be formed in the peripheral region; Partially opening the bit line contact hole in the peripheral area and completely opening the bit line contact hole in the cell region through a first etching using the mask as an etching barrier; And performing a second etching to completely open the bit line contact hole in the peripheral area, wherein the first etching uses an etching gas having a high etching selectivity with respect to the nitride film. The second etching is characterized by using an etching gas for simultaneously etching the oxide film and the nitride film in a ratio of 1: 1.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명 의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .
후술하는 본 발명은 BLC1 식각과 BLC2 식각을 머지하는 NBC 식각시 식각공정조건에서 식각공정 스텝을 2스텝으로 나누어 식각한다.In the present invention to be described later, the etching process step is etched by dividing the etching process step into two steps during the NBC etching process to merge the BLC1 and BLC2 etching.
제1식각스텝에서는 SAC(Self Aligned Contact) 식각가스를 사용한 SAC 식각스텝으로서 BLC2 식각지역인 활성영역 위에서 500Å 정도 남기는 식각타겟으로 식각을 하므로써, 식각타겟이 작은 BLC1 지역에서는 게이트하드마스크질화막이 식각이 되면서 폴리머(Polymer)가 많이 발생하게 되어 식각스톱(Etch stop)이 발생하게 된다.In the first etching step, as the SAC etching step using the SAC (Self Aligned Contact) etching gas, the gate hard mask nitride layer is etched in the BLC1 region where the etching target is small because the etching target is etched to leave 500 위에서 above the active region which is the BLC2 etching region. As a result, a lot of polymer is generated and an etch stop occurs.
그 다음으로, 제2식각스텝에서는 산화막식각스텝을 적용하여 BLC2 지역에 남은 산화막을 식각하게 되면 BLC1 지역은 제1식각스텝에서 발생된 폴리머로 인하여 더 이상 게이트하드마스크질화막 손실이 발생하지 않게 되므로 BLC1 식각과 BLC2 식각을 머지하는 NBC 식각 공정을 적용할 수 있다.Next, in the second etching step, if the oxide film remaining in the BLC2 region is etched by applying the oxide etching step, the BLC1 region no longer causes gate hard mask nitride film loss due to the polymer generated in the first etching step. An NBC etching process that merges etching and BLC2 etching can be applied.
첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.It will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 비트라인콘택홀의 형성 방법을 도시한 공정 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of forming a bit line contact hole according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변영역이 정의된 반도체기판(21)의 각 영역 상에 게이트라인을 형성한다. 이때, 게이트라인은 게이트산화막(22), 게이트전극(23) 및 게이트하드마스크질화막(24)의 순서로 적층된다.As shown in FIG. 2A, a gate line is formed on each region of the
이어서, 게이트라인의 양측벽에 게이트스페이서(25A, 25B)를 형성한다. 이때, 주변영역에서만 스페이서식각이 이루어져 측벽 형태의 게이트스페이서(25B)가 형성된다. 이후, 주변영역에는 N+ 접합과 P+ 접합의 형성을 위한 이온주입이 진행된다.Subsequently,
이어서, 전면에 셀스페이서질화막(26)을 형성한 후, 제1층간절연막(27)을 형성한다. 여기서, 셀스페이서질화막(26)은 후속 랜딩플러그콘택 형성을 위한 콘택식각시 식각배리어 역할을 하여 게이트라인이 어택받는 것을 방지한다.Subsequently, after forming the cell
이어서, 셀영역에만 랜딩플러그콘택(28)을 형성한다. 이때, 랜딩플러그콘택(28) 형성을 위해 셀영역에서 게이트라인 사이의 반도체기판의 표면이 노출되도록 콘택식각을 진행하고, 폴리실리콘 증착 및 CMP(또는 전면식각)를 진행한다. 여기서, CMP는 게이트하드마스크질화막(24)의 표면이 드러날때까지 진행한다.Next, the
이어서, 전면에 제2층간절연막(29)을 증착한 후 평탄화한다. 이때, 제2층간절연막(29)은 BPSG와 같은 산화막 물질로 형성하며, 제1층간절연막(27)도 BPSG와 가은 산화막 물질로 형성한다.Subsequently, the second
이어서, 제2층간절연막(29) 상에 감광막을 이용한 NBC 마스크(30)를 형성한다. 이때, NBC 마스크(30)는 셀영역에 형성될 비트라인콘택홀(BLC1)과 주변영역에 형성될 비트라인콘택홀(BLC2)이 동시에 정의된 마스크로서, 이하 BLC1은 셀영역에서 랜딩플러그콘택(28) 위에 형성될 것이라 하고, BLC2는 주변영역의 활성영역 위에 형성될 것이라 한다. 주변영역의 게이트전극 상부에 형성되는 BLC2는 편의상 생략하기로 한다.Subsequently, an NBC
위와 같이 NBC 마스크(30)를 형성한 후에는 BLC1 식각과 BLC2 식각을 동시에 진행하는 NBC 식각을 진행한다.After forming the NBC
본 발명은 도 2b 및 2c에 도시된 바와 같이 NBC 식각을 제1식각스텝(도 2b)과 제2식각스텝(도 2c)으로 나누어 진행한다.The present invention proceeds by dividing the NBC etching into a first etching step (FIG. 2B) and a second etching step (FIG. 2C) as shown in FIGS. 2B and 2C.
먼저, 도 2b에 도시된 바와 같이, NBC 마스크(29)를 식각배리어로 하여 제1식각스텝을 진행한다.First, as shown in FIG. 2B, the first etching step is performed using the NBC
상기 제1식각스텝은 자기정렬콘택이 이루어지는 식각가스(이를 'SAC 식각가스'라고 약칭함), 즉, 질화막을 잘 식각하지 않으면서 산화막은 잘 식각하는 질화막에 대해 식각선택비가 큰 가스를 사용한다. 이처럼, SAC 식각가스를 사용하면 셀영역에서는 게이트하드마스크질화막(24)이 소량 식각되면서 폴리머(Polymer, 31)가 많이 발생하게 되어 식각스톱(Etch stop)이 발생하게 된다. 이때, 제1식각스텝시 식각타겟은 BLC2 지역의 활성영역 위에 500Å 정도 남기는 타겟(T1)으로 하는데, 그 이유는 셀스페이서질화막(26)이 활성영역 위에 있기 때문에 제1식각스텝에서 셀스페이서질화막(26)까지 타겟을 줄 경우 BLC2 낫오픈 가능성이 있기 때문이다.The first etching step uses an etching gas having a self-aligned contact (abbreviated as 'SAC etching gas'), that is, a gas having a high etching selectivity with respect to the nitride film which is well etched without the oxide film being etched well. . As such, when the SAC etching gas is used, as the gate hard mask nitride layer 24 is etched in a small amount in the cell region,
바람직하게, 제1식각스텝에서 사용하는 SAC 식각가스는 C4F6, C4F8 및 C5F8로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 사용한다. 그리고, 폴리머(31)를 많이 발생시키기 위하여 식각챔버의 압력을 5∼100mT로 하며, 식각타겟은 BLC2 지역의 활성영역 위에 500∼1000Å 남기는 타겟(T1)으로 한다. Preferably, the SAC etching gas used in the first etching step uses any one selected from the group consisting of C 4 F 6 , C 4 F 8, and C 5 F 8 . In order to generate a large amount of the
전술한 바와 같이, 제1식각스텝을 진행하면, 셀영역에서는 랜딩플러그콘택(28) 위에 BLC1이 형성되고, 주변영역의 활성영역 위에서는 BLC2가 일부 개방된다. 한편, 제1식각스텝에서 BLC1이 개방될 때, 게이트하드마스크질화막(24)의 손실 은 500Å 이하로 매우 작다.As described above, when the first etching step is performed, BLC1 is formed on the
다음으로, 도 2c에 도시된 제2식각스텝을 진행한다.Next, the second etching step shown in FIG. 2C is performed.
도 2c에 도시된 바와 같이, 제2식각스텝은 산화막 식각 스텝이다. 산화막 식각 스텝이라 함은 산화막과 질화막을 1:1의 비율로 동시에 식각하는 것으로, 일부 개방된 BLC2를 완전히 개방시키기 위해 주변영역의 남아있는 제1층간절연막(27)과 셀스페이서질화막(26)을 동시에 식각한다.As shown in FIG. 2C, the second etching step is an oxide layer etching step. The oxide etching step is to simultaneously etch the oxide film and the nitride film at a ratio of 1: 1. In order to completely open the partially opened BLC2, the remaining first
예컨대, 제2식각스텝은 CF4, CHF3, O2 및 Ar로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 가스(즉, 단독 사용 또는 둘 이상을 혼합 사용)를 사용한다. 그리고, 제2식각스텝에서 사용되는 식각챔버의 압력은 5∼100mT이고, 산화막식각후 발생되는 활성영역 손실을 50∼500Å로 조절할 수 있다.For example, the second etching step uses at least one gas selected from the group consisting of CF 4 , CHF 3 , O 2, and Ar (ie, single use or a mixture of two or more). In addition, the pressure of the etching chamber used in the second etching step is 5 to 100 mT, and the loss of the active region generated after the oxide film etching can be adjusted to 50 to 500 kPa.
위와 같이 제2식각스텝을 진행하면, BLC2가 완전히 오픈되고, BLC1 경우는 제1식각스텝에서 발생된 폴리머(31)로 인하여 게이트하드마스크질화막(24)의 손실이 더 이상 발생되지 않아 SAC 페일이 없음(SAC Fail Free)을 알 수 있다.As described above, when the second etching step is performed, the BLC2 is completely opened. In the case of BLC1, the loss of the gate hard mask nitride film 24 is no longer caused by the
폴리머(31)는 도 2d에 도시된 바와 같이, 후속 세정공정에 의해 제거된다. 통상적으로 콘택식각후에는 세정을 진행하는데, 이때 폴리머(31)도 동시에 제거할 수 있다.The
상술한 실시예에 따르면, BLC1과 BLC2를 머지할 때 발생하는 CD 바이어스(Critical Dimension Bias)를 20nm 이하로 조절할 수 있다. 여기서, CD 바이어스라 함은 BLC1과 BLC2의 ID(Inspection Dimension) 바이어스, 즉 DICD(Develop Inspection CD)와 FICD(Final Inspection CD) 간 차이를 의미하는 것으로, 본 발명에 의하면 BLC1과 BLC2의 CD 바이어스를 최소화시킬 수 있다.According to the above-described embodiment, the CD bias generated when merging BLC1 and BLC2 can be adjusted to 20 nm or less. Here, CD bias refers to the difference between the ID (Inspection Dimension) bias of BLC1 and BLC2, that is, the difference between the Development Inspection CD (DICD) and the Final Inspection CD (FICD). It can be minimized.
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 NBC(Nitride Barrier Contact etch) 식각을 이용하여 BLC2 식각과 BLC1 식각을 동시에 진행하더라도 오픈 불량 및 SAC 페일을 방지할 수 있고, 또한, 본 발명은 오픈 불량 및 SAC 페일을 방지하면서 NBC 공정을 적용하므로 공정스텝수를 감소시키고, 이로써 단가감소 및 개발기간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention described above can prevent open failure and SAC fail even when BLC2 and BLC1 etching are performed simultaneously using NBC (Nitride Barrier Contact etch) etching, and the present invention also prevents NBC while preventing open failure and SAC fail. Applying the process reduces the number of process steps, thereby reducing the unit cost and shorten the development period.
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KR1020060061438A KR20080002549A (en) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Method of manufacturing bitline contact hole in semiconductor device |
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KR1020060061438A KR20080002549A (en) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Method of manufacturing bitline contact hole in semiconductor device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11688687B2 (en) | 2020-07-29 | 2023-06-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices having landing pad patterns and methods of manufacturing the same |
-
2006
- 2006-06-30 KR KR1020060061438A patent/KR20080002549A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11688687B2 (en) | 2020-07-29 | 2023-06-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices having landing pad patterns and methods of manufacturing the same |
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