KR20080013184A - Method for forming metal contact in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 반도체소자의 금속컨택 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a metal contact forming method of a conventional semiconductor device.
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 반도체소자의 금속컨택 형성방법을 설명하기 위하여 나타내보인 단면도들이다.2 and 3 are cross-sectional views illustrating a method for forming a metal contact of a semiconductor device according to the present invention.
도 4는 주입된 불순물의 농도에 따른 여러 가지 산화막의 식각율을 나타낸 그래프이다.4 is a graph illustrating etching rates of various oxide layers according to concentrations of implanted impurities.
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체소자의 금속컨택 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a metal contact of a semiconductor device.
반도체소자의 금속컨택은 현재 대부분의 디램(DRAM) 소자에서 금속층과 비트라인, 커패시터의 플레이트 전극과 연결되어 소자들에 전력(power)과 신호를 전달하는 역할을 한다.The metal contact of the semiconductor device is currently connected to the metal layer, the bit line, and the plate electrode of the capacitor in most DRAM devices to transfer power and signals to the devices.
도 1은 종래의 반도체소자의 금속컨택 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a metal contact forming method of a conventional semiconductor device.
도 1을 참조하면, 셀영역 및 주변회로영역을 갖는 반도체기판(100)에 소자분리막(102)을 형성하여 활성영역을 한정한다. 다음에 반도체기판(100) 위에 통상의 방법을 사용하여 트랜지스터를 형성하고, 이에 따라 반도체기판(100) 상부에는 워드라인이 배치된다. 워드라인을 포함하는 트랜지스터를 형성한 후에는, 워드라인 상부에 비트라인을 형성한다. 비트라인 사이에는 절연막이 배치된다. 다음에 비트라인 및 절연막 위에 커패시터(110)를 형성하는데, 이 커패시터(110)는 셀영역에만 형성한다. 커패시터(110)는 노드 분리된 스토리지 노드(111), 유전체막(112) 및 플레이트 노드(113)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an
다음에 층간절연막(120)을 형성하는데, 주변회로영역에 배치되는 제1 층간절연막(121)과, 셀영역 및 주변회로영역에 배치되는 제2 층간절연막(122)이 순차적으로 적층되는 구조로 형성한다. 소정의 마스크막패턴(미도시)을 이용해 층간절연막(120)의 일부를 식각하여 금속컨택을 위한 컨택홀(130)을 형성한다. 그러면 셀영역에서는 커패시터(110)의 플레이트노드(113)가 노출되며, 주변회로영역에서는 비트라인 도전막이 노출된다. 이후에 컨택홀(130)을 금속막으로 채우면 금속컨택이 만들어진다.Next, an interlayer
금속컨택을 형성하기 위한 컨택홀(130)은 매우 높은 어스펙트비(aspect ratio)를 갖는 것으로, 약 20,000Å 정도의 스토리지 노드와, 비트라인 상부에 형성된 층간절연막을 식각하여 비트라인이 노출되도록 해야 한다. 따라서, 스토리지 노드의 높이가 계속 높아지고 있는 현 상황에서 금속컨택 공정은 많은 문제점을 가 지고 있다. 그 중 하나가 컨택홀을 형성하기 위한 식각공정시 반응가스의 흐름(flow)의 차이에 의해 반도체기판의 중심부에 배치되는 셀영역과 주변부에 배치되는 주변회로영역 사이에 식각율이 서로 달라서 주변회로영역의 컨택홀이 제대로 형성되지 않는다는 것이다. 즉, 반도체기판의 중심부를 기준으로 식각율을 조절하면 주변부에서는 층간절연막의 식각이 덜 이루어져, 도 1에 도시된 바와 같이 비트라인이 노출되지 않는 문제점이 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 주변부의 패턴의 크기(critical dimension)를 중심부보다 크게 하여 공정을 진행하고 있다. 그러나, 이렇게 중심부와 주변부의 패턴의 크기를 다르게 할 경우 금속컨택과 비트라인 사이의 오버레이 불량(overlay fail)이 발생하여 누설전류가 야기되는 문제점이 있다.The
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체기판 중심부와 주변부에서의 층간절연막의 식각율의 차이로 인해 컨택홀 형성을 위한 식각공정에서 주변부의 금속전극막이 노출되지 않는 현상을 방지할 수 있는 반도체소자의 금속컨택 형성방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a semiconductor device capable of preventing the metal electrode film from being exposed in the etching process for forming the contact hole due to the difference in the etching rate of the interlayer insulating film at the center and the peripheral portion of the semiconductor substrate. It is to provide a method for forming a metal contact.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 반도체소자의 금속컨택 형성방법은, 반도체기판 상에 형성된 금속전극막을 덮는 층간절연막을 형성하는 단계와, 주변회로영역의 층간절연막 상에 금속컨택이 형성될 영역을 노출시키는 마스크패턴을 형성하는 단계와, 노출된 층간절연막에 불순물이온을 주입하는 단계, 및 마스크패턴을 식각 마스크로 하여 층간절연막을 식각하여 금속전극막을 노출시키는 컨택홀을 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a metal contact of a semiconductor device, the method including: forming an interlayer insulating film covering a metal electrode film formed on a semiconductor substrate; Forming a mask pattern exposing the insulating film, implanting impurity ions into the exposed interlayer insulating film, and forming a contact hole exposing the metal electrode film by etching the interlayer insulating film using the mask pattern as an etch mask. .
본 발명에 있어서, 셀영역의 금속전극막은 플레이트노드이고, 주변회로영역의 금속전극막은 비트라인이며, 층간절연막은 산화막으로 형성한다.In the present invention, the metal electrode film in the cell region is a plate node, the metal electrode film in the peripheral circuit region is a bit line, and the interlayer insulating film is formed of an oxide film.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 반도체소자의 금속컨택 형성방법을 설명하기 위하여 나타내보인 단면도들이다.2 and 3 are cross-sectional views illustrating a method for forming a metal contact of a semiconductor device according to the present invention.
도 2를 참조하면, 셀영역 및 주변회로영역을 갖는 반도체기판(300)에 소자분리막(302)을 형성하여 활성영역을 정의한다. 다음에 반도체기판(300) 상에 통상의 방법을 사용하여 트랜지스터를 형성하고, 이에 따라 반도체기판(300) 상부에는 워드라인이 배치된다. 워드라인을 포함하는 트랜지스터를 형성한 후에는, 워드라인 상부에 비트라인을 형성한다. 비트라인 사이에는 절연막이 배치된다. 다음에 비트라인 및 절연막 위에 커패시터(310)를 형성하는데, 이 커패시터(310)는 셀영역에만 형성한다. 커패시터(310)는 노드 분리된 스토리지 노드(311), 유전체막(312) 및 플레이트 노드(313)를 포함한다. Referring to FIG. 2, an
다음에, 반도체기판의 전면에 층간절연막(320)을 형성한다. 이 층간절연막(320)은 주변회로영역에 배치되는 제1 층간절연막(321)과, 셀영역 및 주변회로영 역에 배치되는 제2 층간절연막(322)이 순차적으로 적층되는 구조로 형성한다. Next, an
이어서, 층간절연막(320)이 형성된 반도체기판 상에 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상을 실시하여 주변회로영역의 금속컨택이 형성될 영역을 노출시키도록 포토레지스트 패턴(325)을 형성한다. Subsequently, after the photoresist is coated on the semiconductor substrate on which the
다음에, 포토레지스트 패턴(325)에 의해 노출된 주변회로영역의 상기 층간절연막(320)에 소정의 이온주입 공정을 실시한다. 이렇게 주변회로영역의 층간절연막(320)에 주입된 불순물이온들은 층간절연막의 격자(lattice)의 결합을 약화시키는 결함(defect)으로 작용한다. 따라서, 후속되는 컨택홀 형성을 위한 식각공정에서 주변회로영역의 층간절연막의 식각속도가 이온주입되지 않은 셀영역의 층간절연막의 식각속도에 비해 빠르게 하는 역할을 한다. 상기 이온주입 공정에서 주입되는 불순물의 농도와 주입 에너지는 층간절연막(320)의 종류나 두께 등에 따라 달라질 수 있다.Next, a predetermined ion implantation process is performed on the
도 3을 참조하면, 포토레지스트 패턴을 제거한 다음 상기 층간절연막(320) 위에 셀영역 및 주변회로영역의 컨택영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성하고, 이를 이용해 층간절연막(320)의 일부를 식각하여 금속컨택을 위한 컨택홀(330)을 형성한다. 그러면 셀영역에서는 커패시터(310)의 플레이트노드(313)가 노출되며, 주변회로영역에서는 비트라인 도전막이 노출된다. 상기 층간절연막(320)을 식각하는 공정에서 셀영역과 주변회로영역에서 식각가스의 흐름의 차이로 인해 식각율이 다르게 되는 문제가 발생하나, 주변회로영역의 층간절연막은 이미 이온주입에 의해 격자들의 결합이 약화되어 있기 때문에 도시된 바와 같이 컨 택홀이 성공적으로 형성된다. 이후에 컨택홀(330)을 금속막으로 매립하여 금속컨택을 형성한다.Referring to FIG. 3, after removing the photoresist pattern, a photoresist pattern (not shown) is formed on the
도 4는 산화막에 주입된 불순물의 농도에 따른 여러 가지 산화막의 식각율을 나타낸 그래프로서, 이온주입 에너지가 40KeV일 때의 고온산화막(HTO), 고밀도플라즈마산화막(HDP) 및 열산화막(thermal oxide)의 식각율을 각각 나타낸다. 도시된 바와 같이, 산화막의 식각율은 불순물의 농도가 높을수록 크다는 것을 알 수 있다.4 is a graph showing the etching rate of various oxide films according to the concentration of impurities implanted in the oxide film. The etching rate of each is shown. As shown, it can be seen that the etching rate of the oxide film is larger as the concentration of impurities is higher.
이와 같이 이온주입에 따른 산화막의 식각율의 차이를 이용하면 금속컨택 형성공정뿐만 아니라, 층간절연막의 높이 균일도(uniformity)를 높이는 평탄화 공정에 적용할 수 있다. 즉, 단차가 높은 산화막에 선택적으로 이온주입을 실시하여 후속 식각공정에서의 식각율을 높임으로써 층간절연막의 평탄화를 이룰 수 있다.By using the difference in the etching rate of the oxide film according to the ion implantation as described above, it can be applied not only to the metal contact forming process but also to the planarization process to increase the height uniformity of the interlayer insulating film. In other words, by selectively implanting ions into the oxide film having a high level of difference, the etch rate can be increased in a subsequent etching process to planarize the interlayer insulating film.
상술한 본 발명에 의한 반도체소자의 금속컨택 형성방법에 따르면, 이온주입된 산화막의 식각율이 그렇지 않은 산화막의 식각율보다 빠른 성질을 이용하여 주변회로영역의 층간절연막에만 선택적으로 불순물이온을 주입함으로써, 컨택홀을 형성하기 위한 식각공정에서 주변회로영역의 층간절연막의 식각이 덜 이루어져 컨택홀이 제대로 형성되지 않은 문제점을 해소할 수 있다. 따라서, 반도제소자의 제조수율을 향상시킬 수 있으며, 식각공정의 마진(margin)을 증가시킬 수 있다.According to the method for forming a metal contact of a semiconductor device according to the present invention, by implanting impurity ions only in the interlayer insulating film of the peripheral circuit region by using the property that the etching rate of the ion implanted oxide film is faster than the etching rate of the oxide film that is not In the etching process for forming the contact hole, the etching of the interlayer insulating layer in the peripheral circuit area is less etched. Therefore, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved, and the margin of the etching process can be increased.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 개량이 가능함은 명백하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and improvements can be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Is obvious.
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US9997400B2 (en) | 2015-12-11 | 2018-06-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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2006
- 2006-08-07 KR KR1020060074345A patent/KR20080013184A/en not_active Application Discontinuation
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US9997400B2 (en) | 2015-12-11 | 2018-06-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US10347527B2 (en) | 2015-12-11 | 2019-07-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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