KR20080060370A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10 : 기판 20 : 게이트 패턴10: substrate 20: gate pattern
30 : 접합 영역 40 : 식각 장벽층30
50 : 유기막 60 : 하드 마스크막50: organic film 60: hard mask film
62 : 하드 마스크막 패턴 70 : 콘택홀62: hard mask film pattern 70: contact hole
80 : 랜딩 패드 90 : 층간 절연막80
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 자기정렬콘택(Self Aligned Contact; 이하, SAC라 함) 공정을 적용하는 반도체 소자의 제조방법에 관 한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device to which a Self Aligned Contact (hereinafter referred to as SAC) process is applied.
일반적으로 반도체 소자의 경우 하부 금속 또는 접합 영역의 일부를 노출하는 콘택홀(contact hole)을 형성하고, 이를 도전성 물질로 매립하여 도전성 콘택 플러그(contact plug)를 형성하여 하부 금속 또는 접합 영역과 상부의 도전성 막간을 전기적으로 연결하는 랜딩 패드(landing pad)를 형성한다.In general, in the case of a semiconductor device, a contact hole exposing a part of a lower metal or a junction region is formed, and a contact hole is formed by filling it with a conductive material to form a conductive contact plug. A landing pad is formed to electrically connect the conductive interlayers.
최근에는 반도체 소자의 집적화로 인해 디자인 룰(design rule)이 급격히 감소하고 있기 때문에 포토리소그라피(photo lithography) 공정의 도우즈(dose), 포커스(focus) 및 얼라인 마진(alignment margin) 부족과, 식각 공정의 식각 선택비의 한계에 의해 미세 패턴 즉, 미세한 콘택홀 형성이 점점 어려워지고 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해 막질간의 식각 선택비의 차이를 이용하고, 하부 패턴 구조를 이용하여 콘택홀이 자동으로 얼라인되도록 식각 프로파일(etch profile)을 얻는 SAC 식각 공정이 보편적으로 적용되고 있다. 이러한 SAC 식각 공정은 하드 마스크로 사용되는 실리콘 질화막과 하부 층간 절연막으로 사용되는 실리콘 산화막 간이 식각 선택비 차를 이용한다. In recent years, due to the integration of semiconductor devices, design rules have been rapidly reduced, resulting in a lack of dose, focus, and alignment margin in the photolithography process, and etching. Due to the limitation of the etching selectivity of the process, it is increasingly difficult to form fine patterns, that is, fine contact holes. In order to solve such a problem, a SAC etching process using a difference in etching selectivity between layers and obtaining an etch profile to automatically align contact holes using a lower pattern structure is commonly applied. The SAC etching process uses a difference in etching selectivity between the silicon nitride film used as the hard mask and the silicon oxide film used as the lower interlayer insulating film.
하지만, 통상적으로 질화막과 산화막간의 식각 선택비는 수십대 일 이상을 얻기 어려운 문제가 있다. 따라서, 기존의 질화막 하드 마스크로는 콘택홀을 형성하기 위한 산화막 식각시 충분한 식각 장벽층으로 작용하지 못하게 되어 콘택홀 형성 영역 내의 산화막이 완전히 제거되지 않게 되거나, 콘택홀 영역 하부의 식각 장벽층으로 사용되었던 질화막이 완전히 제거되지 않는 형상이 발생한다. 이로 인해 콘택홀이 완전히 개방되지 못하는 문제가 발생한다. 또한, 소자의 집적도 증대에 따라 인접 도전층 간의 거리가 매우 적어지게 되고, 도전층 사이 영역에 질화막이 매립되어 후속 산화막 제거 후 콘택홀 내부의 질화막이 완전히 제거되지 않는 문제가 발생한다. 이와 같이 콘택홀 영역이 완전히 개방되지 않게 되어, 하부 금속 또는 접합 영역과 상부 도전성 막간의 전기적 연결이 원활히 이루어지지 않아 소자가 동작하지 않는 문제가 발생한다. However, in general, the etching selectivity between the nitride film and the oxide film has a problem that it is difficult to obtain more than tens of days. Therefore, the conventional nitride film hard mask may not function as a sufficient etching barrier layer when the oxide layer for forming the contact hole is etched so that the oxide layer in the contact hole forming region may not be completely removed or used as an etching barrier layer under the contact hole region. The formed nitride film is not completely removed. This causes a problem that the contact hole is not fully opened. In addition, as the integration of devices increases, the distance between adjacent conductive layers becomes very small, and a nitride film is buried in an area between the conductive layers so that the nitride film inside the contact hole may not be completely removed after the subsequent oxide film is removed. As such, the contact hole region is not completely opened, and thus, the electrical connection between the lower metal or the junction region and the upper conductive layer is not smoothly performed, which causes a problem that the device does not operate.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 유기물질과 산화막 간의 무한대의 식각 선택비 특성을 이용하여 콘택홀이 완전히 개방되지 않는 문제를 해결할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been proposed to solve the problems of the prior art, a method of manufacturing a semiconductor device that can solve the problem that the contact hole is not fully opened by using the infinite etch selectivity between the organic material and the oxide film. The purpose is to provide.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은, 도전성 패턴이 형성된 기판 상에 그 단차를 따라 식각 장벽층을 형성하는 단계와, 상기 도전성 패턴 사이가 매립되도록 유기막을 형성하는 단계와, 상기 도전성 패턴 사이의 일부 영역을 개방하는 산화막 계열의 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 하드 마스크막 패턴을 이용하여 상기 유기막과 상기 식각 장벽층의 일부를 제거하여 상기 도전성 패턴 사이의 상기 기판 일부를 노출하는 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀 내부를 도전막으로 매립하여 랜딩 패드를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming an etching barrier layer on a substrate on which a conductive pattern is formed, and forming an organic layer to fill the gap between the conductive patterns. Forming a hard mask pattern based on an oxide layer to open a partial region between the conductive patterns, and removing a portion of the organic layer and the etch barrier layer using the hard mask layer pattern to partially form the substrate between the conductive patterns Forming a contact hole exposing the contact hole and filling the inside of the contact hole with a conductive film to form a landing pad.
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 도면번호(참조번호)로 표시된 부분은 동일한 요소들을 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, parts denoted by the same reference numerals (reference numbers) throughout the specification represent the same elements.
실시예Example
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 단면도이다. 1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)상에 게이트 패턴(20)과 접합 영역(30)을 형성한다. First, as shown in FIG. 1A, a
예를 들면, 게이트 패턴(20)과 접합영역(30)은 다음과 같은 방법으로 형성한다. For example, the
먼저, 반도체 기판(10)에 도시되지는 않았지만, STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 실시하여 소자 분리막을 형성한다. 이후, 전체 구조상에 게이트 절연막(21)과 게이트 전극(22)용 도전막 그리고, 게이트 하드 마스크(23)를 형성한다. 이후, 식각 공정을 통해 게이트 하드 마스크(23), 게이트 전극(22)용 도전막 및 게이트 절연막(21)을 식각하여 게이트 절연막(21), 게이트 전극(22) 및 게이트 하드 마스크(23)를 포함하는 게이트 패턴(20)을 형성한다. 이때, 게이트 전극(22)은 폴리 실리콘막 상에 텅스텐 실리사이드층(또는, 텅스텐/텅스텐 실리사이드층)이 형성된 다층막을 사용하는 것이 바람직하다. 이후, 게이트 패턴(20) 양측의 반도체 기판(10) 내에 불순물 이온주입을 실시하여 접합영역(30)(소오스 및 드레인 영역)을 형성한다. 물론 도시되지는 않았지만, 게이트 패턴(20)의 양측벽에 산화막, 질화막 또는 이들이 적층된 적층 구조로 이루어진 게이트 스페이서(spacer)를 형성한다. Although not illustrated in the
이어서, 게이트 패턴(20)을 포함하는 기판(10) 상부의 단차를 따라 SAC용 식각 장벽층(40)을 형성한다. 이때, 식각 장벽층(40)은 게이트 패턴 사이의 콘택홀이 형성될 영역 내에 식각 장벽층(40)으로 인한 매립을 방지할 수 있는 물질을 사용하고, 저유전막 특성을 갖는 절연막을 사용하여 게이트 패턴(20) 측면에 잔류하게 되는 식각 장벽층(40)의 두께를 줄일 수 있다. 이러한 식각 장벽층(40)으로는 SiBN막, SiCN막, SiC막 및 SiBCN막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 사용한다. 또한, 식각 장벽층(40)은 20 내지 150Å 두께로 형성한다. 여기서, 식각 장벽층(40)이 게이트 패턴(20)의 양측벽에 위치하여 상술한 스페이서로 작용할 수 있다. 따라서, 게이트 스페이서를 상기 식각 장벽층(40)으로 대체할 수 있다. Subsequently, the
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴(20) 사이 영역의 빈공간을 유기막(50)으로 매립한다. 즉, 식각 장벽층(40)을 포함하는 기판(10) 상부를 덮도 록 유기막(50)을 형성한다. 이때, 유기막(50)으로는 후속 공정을 통해 제작되는 하드 마스크 패턴(62)으로 사용되는 산화막과의 식각 선택비가 무한대가 될 수 있는 유기물질막을 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 유기막(50)은 비정질 카본막 또는 SilK(제품명)로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the empty space between the
이어서, 전면 식각 즉, 평탄화 공정을 실시하여 게이트 패턴(20) 상부의 유기막(50)을 제거한다. 이때, 전면 식각으로는 에치백(etch back) 공정 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing)공정을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 전면 식각을 통해 유기막(50)의 높이를 낮춤으로 인해 후속 공정시 제거되는 유기막(50)의 두께를 낮출 수 있다.Subsequently, an entire surface is etched, that is, a planarization process is performed to remove the
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 유기막(50)이 형성된 기판(10) 상부에 후속 공정을 통해 형성될 감광막 마스크 패턴(61)의 두께 부족에 기인한 식각 자유도(etch margin)를 보상하기 위하여 산화막 계열의 물질로 하드 마스크(60)를 형성한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1C, an etch margin due to lack of thickness of the
이어서, 하드 마스크(60) 상에 감광막을 도포한 다음 포토 마스크를 이용한 포토리소그라피 공정을 통해 감광막 마스크 패턴(61)을 형성한다. 이때 감광막 도포 전에 필요에 따라 반사 방지막(미도시)으로 BARC(Bottom Anti-Reflective Coating)막을 더 도포할 수 있다. 이때, 포토리소그라피 공정시 ArF 또는 F2를 노광원으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 하드 마스크(60)는 열 산화막 또는 CVD 공정을 통해 제작된 다양한 형태의 산화막을 사용할 수 있다. 예컨대, BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass), USG(Un-doped Silicate Glass), TEOS(Tetra Ethyle Ortho Silicate), SOG(Spin On Glass), SOD(Spin On Dielectric)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 사용한다. Subsequently, the photoresist film is coated on the
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 감광막 마스크 패턴(61)을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 통해 하드 마스크(60)의 일부를 제거하여 하드 마스크 패턴(62)을 형성한다. 이때, 식각 공정시 산화막만을 선택적으로 식각하기 위해 C4F6/Ar 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 이하 설명의 편의를 위해 하드 마스크 패턴을 '62'로 표기한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1D, a part of the
이어서, 하드 마스크 패턴(62) 형성 후 잔류하는 감광막 마스크 패턴(61)을 제거하는 것이 바람직하다. 물론, 감광막 마스크 패턴(61)을 제거하지 않고 후속 공정을 진행할 수도 있다. Subsequently, it is preferable to remove the
이어서, 도 1e에 도시된 바와 같이, 하드 마스크 패턴(62)을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 통해 게이트 패턴(20) 사이 영역의 유기막(50)을 제거하고, 게이트 패턴(20) 사이의 접합 영역(30) 상부에 마련된 식각 장벽층(40)을 제거하여 상기 접합 영역(30)의 일부를 노출시키는 콘택홀(70)을 형성한다. 이때, 식각공정은 SAC 공정으로 유기막(50)과, 유기막(50)을 제외한 나머지 패턴막-하드 마스크 패턴(62) 및 식각 장벽층(40)-간의 식각 선택비가 높은 식각조건으로 실시하는 것이 바람직하다. Subsequently, as shown in FIG. 1E, the
한편, 상술한 바와 같이 유기막(50)과 하드 마스크 패턴(62) 간은 그 식각 선택비를 무한대로 가져갈 수 있다. 따라서, 하드 마스크 패턴(62)의 두께를 얇게 하여도 충분한 식각 방지 역할을 할 수 있게 된다. 즉, 유기막(50)을 제거하기 위한 식각시 하드 마스크 패턴(62)은 전혀 제거되지 않게 된다. 또한, 게이트 패턴(20) 상에 마련된 식각 장벽층(40) 또한 유기막(50)과는 무한대의 식각 선택비를 가질 수 있어 유기막(50) 제거를 위한 식각시 제거되지 않고, 잔류할 수 있다. 이를 통해 게이트 패턴(20) 사이의 유기막(50)을 완전히 제거할 수 있어 유기막(50)의 잔류로 인한 콘택홀(70)이 개방되지 않는 문제를 해결할 수 있다. 이러한 유기막(50)의 제거로 인해 게이트 패턴(20) 사이의 공간이 개방되어 식각 장벽층(40)이 노출된다. Meanwhile, as described above, the etch selectivity between the
이어서, 하드 마스크 패턴(62)을 식각 마스크로 하는 전면식각을 실시하여 게이트 패턴(20) 사이의 접합 영역(30) 상부의 식각 장벽층(40)의 일부를 제거하여 접합 영역(30)의 일부를 노출시킨다. 이때, 도면에 도시된 바와 같이 게이트 패턴(20) 상측에 마련된 식각 장벽층(40)의 일부도 식각될 수 있다. 이를 통해, 식각 장벽층(40)은 게이트 패턴(20) 측면에 스페이서 형태로 잔류하게 된다. 앞서 언급한 바와 같이 식각 장벽층(40)으로 저유전율을 갖는 물질막을 사용하기 때문에 상기 식각 장벽층(40)의 두께를 얇게 할 수 있다. 이를 통해 식각 장벽층(40) 증착시 식각 장벽층(40)에 의해 콘택홀(70) 영역 하부가 매립되는 현상을 방지하여 콘택홀(70)이 개방되지 않는 현상을 방지할 수 있다. Subsequently, the entire surface is etched using the
이어서, 도 1f에 도시된 바와 같이, 콘택홀(70)이 매립되도록 도전막을 형성하고, 평탄화하여 랜딩 패드(80)를 형성하고, 게이트 패턴(20) 사이에 잔류하는 유 기막(50)을 제거한다. 이때, 도전막 즉, 랜딩 패드(80)로는 W, Ti, TiN 및 WN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 사용한다. 또한, 평탄화를 위한 공정으로 에치백 공정 또는 화학적 기계적 연마 방법을 사용할 수 있다. 즉, 랜딩 패드용 도전막을 형성한 다음 에치백 공정을 수행하여 게이트 패턴(20) 상부의 상기 도전막 및 하드 마스크 패턴(62)을 제거한다. 이후, 식각공정을 통해 잔류하는 유기막(50)을 제거한다. 이를 통해, 콘택홀(70) 영역이 랜딩 패드용 도전막으로 매립되어 랜딩 패드(80)가 형성되고, 게이트 패턴(20) 사이에는 빈 공간이 발생하게 된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1F, a conductive film is formed to fill the
이어서, 도 1g에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴(20) 사이의 빈 공간에 층간 절연막(90)을 형성한다. 즉, 전체 구조상에 유동성이 우수한 산화막을 전체 기판(10)에 형성하여 빈 공간 내측을 산화막으로 매립한다. 이때, 유동성이 우수한 산화막으로는 APL(Advanced Planarization Layer)막, BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass), USG(Un-doped Silicate Glass), TEOS(Tetra Ethyle Ortho Silicate), SOG(Spin On Glass), SOD(Spin On Dielectric)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 사용한다. Subsequently, as shown in FIG. 1G, an
이어서, 평탄화 공정을 통해 랜딩 패드(80) 상부 영역의 산화막을 제거하여 게이트 패턴(20) 사이의 빈 공간을 층간 절연막(90)으로 매립한다. 이때, 평탄화 공정은 앞서 설명한 바와 같이 에치백 방법 또는 화학적 기계적 연마 방법을 이용할 수 있다. Subsequently, the oxide layer in the upper region of the
물론 본 실시예는 상술한 방법에 한정되지 않고, 다양한 공정을 통해 랜딩 패드(100)를 형성할 수 있다. 지금까지 본 발명은 실시예를 통해 SAC 공정을 적용하는 DRAM 소자의 랜딩 패드 형성공정에 대해 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 미세 콘택홀을 형성하여 상하부 도전성막 간을 전기적으로 연결하는 모든 반도체 소자의 제조공정에 적용할 수 있다.Of course, the present embodiment is not limited to the above-described method, and the landing pad 100 may be formed through various processes. Thus far, the present invention has been described with respect to the process of forming a landing pad of a DRAM device using the SAC process. However, the present invention is not limited thereto. For example, all semiconductor devices electrically connecting upper and lower conductive layers to form fine contact holes are described. It can be applied to manufacturing process.
본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 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 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, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 저유전율 특성의 식각 장벽층을 형성하여 게이트 패턴 측벽의 스페이서 두께를 줄일 수 있고, 유기막과 하드 마스크막으로 사용되는 산화막 간의 무한대의 식각 선택비를 이용하여 큰 종횡비를 갖는 콘택홀을 개방시킬 수 있어 콘택홀이 완전히 개방되지 않는 문제에 기인한 소자 불량을 방지할 수 있다. As described above, according to the present invention, an etching barrier layer having a low dielectric constant can be formed to reduce the spacer thickness of the sidewall of the gate pattern, and an infinite etching selectivity between the organic film and the oxide film used as the hard mask film can be used. The contact hole having a large aspect ratio can be opened to prevent device defects caused by the problem that the contact hole is not fully opened.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |