KR20080060327A - Method for fabricating plug in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 랜딩플러그 제조 방법을 간략히 도시한 도면.Figure 1a is a simplified view showing a landing plug manufacturing method of a semiconductor device according to the prior art.
도 1b는 랜딩플러그가 형성된 상태의 평면도.Figure 1b is a plan view of the landing plug is formed.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 플러그 제조 방법을 도시한 공정 단면도.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a plug according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 랜딩플러그 제조 방법을 도시한 공정단면도.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a landing plug of a semiconductor device 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
31 : 기판 32 : 소자분리막31
33 : 게이트 절연막 34 : 게이트 전도막33: gate insulating film 34: gate conductive film
35 : 게이트 하드마스크 36 : 게이트스페이서35: gate hard mask 36: gate spacer
37 : 층간절연막 38 : 폴리실리콘막37: interlayer insulating film 38: polysilicon film
38B, 38C : 랜딩플러그38B, 38C: Landing Plug
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 플러그 제조 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 manufacturing a plug of a semiconductor device.
반도체 소자의 고집적화에 따라 비트라인 또는 캐패시터의 스토리지노드콘택플러그 공정시 충분한 공정 마진(Margin)을 확보하기 위해, 콘택 공정 전에 랜딩 플러그(Landing Plug) 공정을 실시하고 있다.In order to secure sufficient process margin during the storage node contact plug process of the bit line or capacitor according to the high integration of semiconductor devices, a landing plug process is performed before the contact process.
도 1a은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 랜딩플러그 제조 방법을 간략히 도시한 도면이고, 도 1b는 랜딩플러그가 형성된 상태의 평면도이다.1A is a view schematically illustrating a method for manufacturing a landing plug of a semiconductor device according to the related art, and FIG. 1B is a plan view of a state in which a landing plug is formed.
도 1a에 도시된 바와 같이, 소자분리막(12)이 형성된 기판(11) 상에 게이트 절연막(13), 게이트 전도막(14) 및 게이트 하드마스크(15)가 적층된 게이트 라인(G)을 형성한다. 도시하지 않았지만, 게이트라인의 측벽에 게이트스페이서가 형성될 수 있다.As shown in FIG. 1A, a gate line G on which a
이어서, 게이트 라인(G)이 형성된 기판(11)의 전면에 층간절연막(16)을 증착하고 게이트 라인의 게이트 하드마스크(15)가 드러나는 타겟으로 평탄화한 다음, 랜딩플러그콘택(Landing Plug Contact) 식각 공정을 실시하여 콘택홀을 형성한다.Subsequently, the
이어서, 기판(11)의 전면에 폴리실리콘막을 증착하여 콘택홀을 매립한 후, 에치백(Etch back) 공정 및 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)를 순차적으로 진행하여 즉, 플러그분리공정을 수행하여 로 분리되는 랜딩플러 그(17A, 17B)를 형성한다. Subsequently, the contact hole is filled by depositing a polysilicon film on the entire surface of the
도 1b를 살펴보면, 소자분리막(12)에 의해 정의된 활성영역(A) 상부에 복수의 게이트라인(G)이 형성되며, 게이트라인(G) 사이의 활성영역(A) 상에는 랜딩플러그(17A, 17B)가 형성되어 있다. 여기서, 활성영역(A)은 비트라인콘택노드(BLC) 지역과 스토리지노드콘택노드(SNC) 지역으로 구분되고, 랜딩플러그 중 하나(17A)는 비트라인콘택노드(BLC) 지역에 연결되고, 다른 하나(17B)는 스토리지노드콘택노드(SNC) 지역에 연결된다.Referring to FIG. 1B, a plurality of gate lines G are formed on the active region A defined by the
그러나, 상술한 종래 기술은 랜딩플러그(17A, 17B) 형성을 위해 폴리실리콘막을 증착할 때 유발되는 균열(seam)로 인해 후속 에치백공정을 진행할 때, 균열이 더욱 심화되는 현상이 발생한다.However, in the above-described prior art, when the subsequent etch back process is performed due to a crack caused when the polysilicon film is deposited to form the
특히, 이러한 균열은 콘택홀의 오픈면적이 큰 비트라인콘택노드(BLC) 지역에서 에치백공정시 더욱 아래로 꺼지게 되어 심한 단차를 유발시킨다. 도 1b를 보면, 비트라인콘택노드지역에 형성되는 랜딩플러그(17A)가 스토리지노드콘택노드지역에 형성되는 랜딩플러그(17B)보다 더 크게 형성되고 있으므로, 비트라인콘택노드지역에 형성되는 콘택홀은 더욱 큰 오픈면적을 갖는다.In particular, these cracks are turned down further during the etch back process in the bit line contact node (BLC) area where the contact hole has a large open area, causing a severe step. 1B, since the
이렇게 형성된 균열에 의한 단차는 후속 화학적기계적연마(CMP) 공정을 진행하는 과정중에 생성되는 각종 파티클결함(Particle defect, 도 1a의 도면부호 'D' 참조)들이 제거되지 않고 균열에 의한 단차 내부에 남아있게 만들고, 랜딩플러그 공정이 완료된 후 잔류하는 파티클결함들은 자기정렬콘택공정(Self Aligned Contact; SAC)의 페일(Fail)로 작용하게 되어 수율을 저하시키게 된다.The step caused by the cracks thus formed remains inside the step due to cracks without removing various particle defects (Particle defect (see 'D' in FIG. 1A)) generated during the subsequent chemical mechanical polishing (CMP) process. Particle defects remaining after the landing plug process is completed will act as a fail of the Self Aligned Contact (SAC), thereby lowering the yield.
위와 같은 문제점들은 랜딩플러그 공정은 물론 콘택홀 내부에 플러그를 매립시키는 반도체소자의 모든 공정에서 발생할 수 있다.The above problems may occur in all processes of a semiconductor device that embeds a plug inside a contact hole as well as a landing plug process.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 플러그 분리 공정을 수행하면서 동시에 균열(Seam)에 의한 단차를 제거하는데 적합한 반도체 소자의 플러그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a plug of a semiconductor device suitable for removing a step caused by a crack while performing a plug separation process.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 플러그 제조 방법은 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 기판의 전면에 상기 콘택홀을 매립하는 플러그도전층을 형성하는 단계; 1차 에치백을 수행하여 상기 플러그도전층 형성시 발생된 균열에 의한 단차를 제거하는 단계; 상기 단차가 제거된 플러그도전층에 대해 2차 에치백을 진행하는 단계; 및 상기 2차 에치백이 진행된 플러그도전층을 평탄화하여 상기 콘택홀에 매립된 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A plug manufacturing method of a semiconductor device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming an interlayer insulating film on a substrate; Etching the interlayer insulating layer to form a contact hole; Forming a plug conductive layer filling the contact hole on the front surface of the substrate; Performing a first etch back to remove the step caused by the crack generated when the plug conductive layer is formed; Performing a second etch back on the plug conductive layer from which the step is removed; And forming a plug embedded in the contact hole by planarizing the plug conductive layer on which the secondary etchback has been progressed.
바람직하게, 상기 플러그도전층은 폴리실리콘막으로 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 1차 에치백은 ECR 형태의 플라즈마소스에서 진행하고, 상기 2차 에치백은 TCP 형태의 플라즈마소스에서 진행하는 것을 특징으로 하며, 상기 1차 에치백은 불소계 가스와 산소(O2) 가스의 혼합가스를 사용하여 진행하고, 상기 2차 에치백은 Cl2 가스와 HBr 가스를 혼합하여 진행하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the plug conductive layer is formed of a polysilicon film, wherein the primary etch back is carried out in the plasma source of the ECR type, the secondary etch back is characterized in that it proceeds in the plasma source of TCP type The primary etchback is performed by using a mixed gas of fluorine-based gas and oxygen (O 2 ) gas, and the secondary etchback is characterized by advancing by mixing Cl 2 gas and HBr gas.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 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. .
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 플러그 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a plug according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(21) 상에 층간절연막(22)을 형성한 후, 층간절연막(22)을 식각하여 콘택홀(23)을 형성한다.As shown in FIG. 2A, after forming the
이어서, 콘택홀(23)을 내부를 채울때까지 전면에 플러그도전층(24)을 증착한다. 이때, 플러그도전층(24)은 폴리실리콘막, 텅스텐막이 적용가능하고, 콘택홀(23)의 오픈 면적에 의해 균열(S)이 발생될 수 있다.Subsequently, the plug
도 2b에 도시된 바와 같이, 플러그도전층(24)을 건식 에치백(Dry etch back)한다. 이때, 건식에치백은 2스텝으로 진행하는데 첫번째 스텝은 ECR(Electron Cyclotron Rresonance) 형태의 플라즈마소스에서 에치백하고, 두번째 스텝은 TCP(Transformer Coupled Plasma) 형태의 플라즈마소스에서 에치백한다.As shown in FIG. 2B, the plug
이하, 플러그도전층(24)이 폴리실리콘막인 경우로 가정하여 설명한다.Hereinafter, it is assumed that the plug
첫번째 스텝은, SF6와 CHF3 가스의 혼합가스와 같은 불소계 가스(F base gas)를 이용하여 측면(Lateral) 방향으로 건식에치백을 유도하여 플러그도전층(24) 의 상부에 발생된 균열(S)을 제거하면서 에치백이 진행되도록 한다. 이로써, 첫번째 스텝은 층간절연막(22)의 표면 상부에서 플러그도전층(24A)이 일정 두께(D1)가 잔류할때까지 진행한다. 예를 들어, 두께 'D1'은 300∼400Å 타겟이며, 이러한 타겟은 균열(S)에 의한 단차를 제거할 수 있는 충분한 식각타겟이다. 한편, 첫번째 스텝에 의해 단차를 제거되지만 균열(S1)은 일부 잔류할 수 있다.The first step is to use a fluorine-based gas (F base gas) such as a mixture of SF 6 and CHF 3 gas to induce a dry etch back in the direction of the side (Lateral) to cause cracks generated on the top of the plug conductive layer 24 ( Allow the etchback to proceed while removing S). Thus, the first step proceeds until the plug conductive layer 24A remains on the surface of the
이어서, 두번째 스텝을 진행한다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 두번째 스텝은 Cl2 또는 HBr 가스를 베이스로 이용하여 건식에치백을 진행한다. 이처럼, 두번째 스텝을 진행하면 첫번째 스텝후 잔류하던 균열(S1)은 더이상 존재하지 않아 단차없이 에치백이 완료되어 플러그(24B)가 형성된다.Then proceed to the second step. As shown in FIG. 2C, the second step is a dry etch back using Cl 2 or HBr gas as a base. As such, when the second step proceeds, the crack S1 remaining after the first step no longer exists, so that the etch back is completed without a step, thereby forming the
바람직하게, 첫번째 스텝은 SF6와 CHF3 가스를 주식각가스로 이용하면서, O2 가스를 첨가한다. SF6 가스와 CHF3 가스는 각각 10∼100sccm, O2 가스는 1∼10sccm의 유량을 플로우하고, 바텀파워(Bottom power)는 50∼400W를 인가하며, 압력은 3∼50mT의 조건에서 진행한다. 이때, CHF3 가스와 SF6는 9:1의 비율을 가지도록 유량을 조절하는데, 이처럼 CHF3 가스와 SF6 가스의 유량비율을 9:1로 조절하면, 측면방향으로 에치백이 발생하도록 하여 균열에 의한 단차를 제거할 수 있다.Preferably, the first step adds O 2 gas while using SF 6 and CHF 3 gas as stock angle gas. The SF 6 gas and the CHF 3 gas flow 10 to 100 sccm, the O 2 gas to 1 to 10 sccm, respectively, and the bottom power is 50 to 400 kPa, and the pressure is 3 to 50 mT. . In this case, CHF 3 gas and SF 6 is 9: to adjust the flow rate so as to have a ratio of 1: 1, thus the flow rate ratio of CHF 3 gas and SF 6 gas 9: Adjust to 1, the crack so as to generate an etch-back in the lateral direction Step by step can be eliminated.
두번째스텝은, TCP(Transfomer Coupled Plasma) 형태의 플라즈마소스를 이용하는 플라즈마 장비에서 Cl2 가스와 HBr 가스를 혼합하여 에치백한다. In the second step, Cl 2 gas and HBr gas are mixed and etched back in a plasma apparatus using a TCP (Transfomer Coupled Plasma) type plasma source.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 랜딩플러그의 제조 방법을 도 시한 단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a landing plug according to an embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 소자분리(Isolation) 공정을 실시하여 기판(31)에 소자분리막(32)을 형성하여 활성 영역을 정의한다. 이때, 활성영역은 비트라인콘택노드(BLC) 지역과 스토리지노드콘택노드(SNC) 지역이 정의되고, 채널길이 증가를 위한 리세스채널이 형성될 수 있다.As shown in FIG. 3A, an
이어서, 기판(31) 상에 게이트 절연막(33), 게이트 전도막(34) 및 게이트 하드마스크(35)가 순차적으로 적층된 게이트라인을 형성한다. 게이트라인을 형성한 후 게이트 스페이서 공정을 실시하여 게이트라인의 측벽에 게이트 스페이서(36)를 형성한다. 게이트 스페이서(36)는 통상 질화막 또는 질화막과 산화막의 적층 구조를 사용한다.Subsequently, a gate line in which the
계속해서, 기판(31)의 전면에 층간절연막(37)을 증착한다. 그리고 나서, 게이트라인의 게이트 하드마스크(35)가 드러나는 타겟으로 평탄화 공정을 실시한다.Subsequently, an
이어서, 랜딩플러그콘택 공정을 실시하여 기판(31)의 활성 영역을 노출시키는 콘택홀(도시 생략)을 형성한다. 다음으로, 기판(31)의 전면에 플러그용 폴리실리콘막(38)을 증착하여 콘택홀을 완전히 매립한다. 이때, 비트라인콘택노드(BLC) 지역 상부에서는 스토리지노드콘택노드(SNC) 지역에 비해 콘택홀의 오픈면적이 넓으므로, 폴리실리콘막(38) 증착시 균열(S10)이 발생할 수 있다.Next, a landing plug contact process is performed to form a contact hole (not shown) that exposes the active region of the
이어서, 플러그분리공정을 진행한다. 즉, 폴리실리콘막(38)을 건식 에치백(Dry etch back)한다. 2스텝(Two step)으로 나누어 진행한다. Subsequently, the plug separation process is performed. That is, the
도 3b에 도시된 바와 같이, 첫번째 스텝은, ECR 형태의 플라즈마소스에서 SF6와 CHF3 가스의 혼합가스와 같은 불소계 가스(F base gas)를 이용하여 측면(Lateral) 방향으로 건식에치백을 유도하여 폴리실리콘막(38)의 상부에 발생된 균열(S)을 제거하면서 에치백이 진행되도록 한다. 이로써, 첫번째 스텝은 게이트라인의 표면 상부에서 폴리실리콘막(38A)이 일정 두께가 잔류할때까지 진행한다. 예를 들어, 잔류하는 두께는은 300∼400Å 타겟이며, 이러한 타겟은 균열(S10)에 의한 단차를 제거할 수 있는 충분한 식각타겟이다. 한편, 첫번째 스텝에 의해 단차를 제거되지만 균열(S11)은 일부 잔류할 수 있다.As shown in FIG. 3B, the first step is to induce dry etch back in the lateral direction by using a fluorine-based gas such as a mixture of SF 6 and CHF 3 gas in an ECR type plasma source. By removing the crack (S) generated on the upper portion of the
이어서, 두번째 스텝을 진행한다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 두번째 스텝은 Cl2 또는 HBr 가스를 베이스로 이용하여 건식에치백을 진행한다. 이처럼, 두번째 스텝을 진행하면 첫번째 스텝후 잔류하던 균열(S11)은 더이상 존재하지 않아 단차없이 에치백이 완료된다.Then proceed to the second step. As shown in FIG. 3C, the second step performs a dry etch back using Cl 2 or HBr gas as a base. As such, when the second step proceeds, the crack S11 remaining after the first step no longer exists, and the etch back is completed without a step.
후속 공정으로, 게이트 하드마스크(35)가 드러나는 타겟으로 화학적기계적연마(CMP)를 실시하여 랜딩플러그(38B, 38C)를 형성한다. 그 결과를 살펴보면, 비트라인콘택노드(BLC) 지역에 형성되는 랜딩플러그(38B)와 스토리지노드콘택노드(SNC)지역에 형성되는 랜딩플러그(38C) 모두 균열 및 균열에 의한 단차가 없음을 알 수 있다.In a subsequent process, chemical mechanical polishing (CMP) is performed with the target on which the gate
바람직하게, 첫번째 스텝은 SF6와 CHF3 가스를 주식각가스로 이용하면서, O2 가스를 첨가한다. SF6 가스와 CHF3 가스는 각각 10∼100sccm, O2 가스는 1∼10sccm의 유량을 플로우하고, 바텀파워(Bottom power)는 50∼400W를 인가하며, 압력은 3 ∼50mT의 조건에서 진행한다. 이때, CHF3 가스와 SF6는 9:1의 비율을 가지도록 유량을 조절하는데, 이처럼 CHF3 가스와 SF6 가스의 유량비율을 9:1로 조절하면, 측면방향으로 에치백이 발생하도록 하여 균열에 의한 단차를 제거할 수 있다. 또한, ECR 형태의 플라즈마소스를 사용하면 측면방향의 에치백이 더 잘 일어난다.Preferably, the first step adds O 2 gas while using SF 6 and CHF 3 gas as stock angle gas. The SF 6 gas and the CHF 3 gas flow 10 to 100 sccm, the O 2 gas to 1 to 10 sccm, respectively, and the bottom power is 50 to 400 kPa, and the pressure is 3 to 50 mT. . In this case, CHF 3 gas and SF 6 is 9: to adjust the flow rate so as to have a ratio of 1: 1, thus the flow rate ratio of CHF 3 gas and SF 6 gas 9: Adjust to 1, the crack so as to generate an etch-back in the lateral direction Step by step can be eliminated. In addition, the use of ECR-type plasma sources provides better lateral etch back.
두번째스텝은, TCP(Transfomer Coupled Plasma) 형태의 플라즈마소스를 이용하는 플라즈마 장비에서 Cl2 가스와 HBr 가스를 혼합하여 에치백한다. In the second step, Cl 2 gas and HBr gas are mixed and etched back in a plasma apparatus using a TCP (Transfomer Coupled Plasma) type plasma source.
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 플러그 분리 공정에서 에치백을 두 번에 나누어 수행하여 균열 및 균열에 의한 단차를 제거하므로써 자기정렬콘택공정의 불량을 방지하여 소자의 자기정렬콘택 수율 향상 및 제조 수율 향상에 기여하는 효과가 있다.The present invention described above is performed by dividing the etch back in two steps in the plug separation process, thereby preventing the defect of the self-aligned contact process by eliminating the step due to the cracks and cracks, thereby contributing to the improvement of the self-aligned contact yield and the manufacturing yield of the device. It works.
Claims (14)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020060134277A KR20080060327A (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Method for fabricating plug in semiconductor device |
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KR1020060134277A KR20080060327A (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Method for fabricating plug in semiconductor device |
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KR1020060134277A KR20080060327A (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Method for fabricating plug in semiconductor device |
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2006
- 2006-12-27 KR KR1020060134277A patent/KR20080060327A/en not_active Application Discontinuation
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