KR20080062536A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 CMP 공정 후에 파티클이 잔류된 모습을 보여주는 반도체 소자의 사진.1 is a photograph of a semiconductor device showing a particle remains after the CMP process.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.2A through 2F are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a semiconductor device, according to an embodiment of the present invention.
도 3은 pH 변화에 따른 폴리실리콘막의 연마량을 도시한 그래프.3 is a graph showing the polishing amount of the polysilicon film according to the pH change.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
200 : 반도체 기판 210 : 층간절연막200
212 : 베리어막 214 : 비트라인용 도전막212: barrier film 214: conductive film for bit line
216 : 질화막 하드마스크 218 : 폴리실리콘막 하드마스크216: nitride film hard mask 218: polysilicon film hard mask
220 : 비트라인 222 : 스페이서용 질화막220: bit line 222: nitride film for spacer
230 : 절연막 H : 스토리지 노드 콘택플러그용 홀230: insulation film H: hole for storage node contact plug
240 : 스토리지 노드 콘택플러그240: storage node contact plug
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 후에 발생되는 잔류 파티클(Particle)을 제거할 수 있는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device capable of removing residual particles generated after CMP (Chemical Mechanical Polishing).
주지된 바와 같이, 디램(DRAM)과 같은 반도체 소자에는 채널을 통해 캐패시터에 전하가 저장되도록 전류를 접합 영역에 공급하거나, 캐패시터에 저장된 전하가 데이터화 될 수 있도록 캐패시터간 전하량 차이를 증폭소자(Sense Amplifier)에 전달하는 역할을 하는 비트라인(Bit Line)이 형성된다. As is well known, in a semiconductor device such as a DRAM, a current is supplied to a junction region so that charge is stored in a capacitor through a channel, or an amount of charge difference between capacitors is converted into an amplifier so that the charge stored in the capacitor can be converted into data. Bit line is formed to transfer to.
또한, 상기 캐패시터는 데이터를 저장하는 기억 장소로서 기능하며, 스토리지 노드(Storage Node)와 플레이트 노드(Plate Node) 사이에 유전체(Dielectric)막이 개재된 구조로 형성된다.In addition, the capacitor functions as a storage place for storing data, and is formed in a structure in which a dielectric film is interposed between the storage node and the plate node.
한편, 반도체 고자의 고집적화가 진행됨에 따라 상하부 도전체간 전기적 연결통로 역할을 하는 콘택홀의 크기도 점차 감소하고 있으며, 이에, 스토리지 노드 콘택을 라인 타입(Line Type)으로 형성하는 방법이 제안된 바 있다.On the other hand, as the integration of semiconductor goggles increases, the size of the contact hole, which serves as an electrical connection path between the upper and lower conductors, is gradually decreasing. Accordingly, a method of forming a storage node contact in a line type has been proposed.
이하에서는, 라인 타입 스토리지 노드 콘택 형성 공정을 포함하는 종래의 반도체 소자의 제조방법을 간략히 설명하도록 한다.Hereinafter, a manufacturing method of a conventional semiconductor device including a line type storage node contact forming process will be briefly described.
먼저, 반도체 기판 상에 비트라인용 도전막을 형성하고 상기 도전막 상에 하드마스크를 형성한 다음, 상기 하드마스크 및 도전막을 차례로 식각하여 비트라인을 형성한다. 여기서, 0.54㎛급 디램 소자의 경우에는 상기 하드마스크로서, 질화막과 텅스텐막의 적층막을 적용하고 있다.First, a conductive film for a bit line is formed on a semiconductor substrate, a hard mask is formed on the conductive film, and the bit mask is sequentially formed by etching the hard mask and the conductive film. In the case of the 0.54 탆 DRAM device, a laminated film of a nitride film and a tungsten film is used as the hard mask.
이어서, 상기 비트라인이 형성된 결과물 상에 비트라인간 공간을 메우도록 절연막을 증착한 후, 상기 절연막을 비트라인의 하드마스크가 노출될 때까지 CMP(Chemical Mechanical Polishing)하여 비트라인들의 평탄화를 이룬다. 그리고 나서, 상기 CMP가 수행된 기판 결과물을 세정한다.Subsequently, an insulating film is deposited to fill the space between the bit lines on the bit line formed product, and then the insulating film is chemically polished (CMP) until the hard mask of the bit line is exposed to planarize the bit lines. Then, the substrate product on which the CMP was performed is cleaned.
다음으로, 상기 CMP된 절연막 상에 상기 비트라인들 사이의 스토리지 노드 콘택 형성 영역을 노출시키면서 라인 타입의 개구부를 갖는 마스크 패턴을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용해서 절연막을 식각하여 스토리지 노드용 콘택홀을 형성한다. Next, a mask pattern having a line type opening is formed while exposing a storage node contact forming region between the bit lines on the CMP insulating layer, and the insulating layer is etched using the mask pattern as an etching mask. Form a contact hole for.
계속해서, 상기 스토리지 노드용 콘택홀을 폴리실리콘막으로 매립한 후, 상기 폴리실리콘막을 비트라인의 하드마스크가 노출될 때까지 에치백하여 라인 타입의 스토리지 노드 콘택을 형성한다.Subsequently, the contact hole for the storage node is filled with a polysilicon layer, and the polysilicon layer is etched back until the hard mask of the bit line is exposed to form a line type storage node contact.
이후, 도시하지는 않았지만 공지된 일련의 후속 공정들을 차례로 수행하여 반도체 소자를 제조한다. Subsequently, although not shown, a series of subsequent known processes are sequentially performed to fabricate the semiconductor device.
그러나, 종래의 경우에는 상기 절연막의 CMP 공정 후에 절연막과 텅스텐막 하드마스크가 노출되므로 세정시 SC-1(Standard Clean-1) 용액을 사용할 수 없으며, 이 때문에, CMP 공정 후에 잔류된 파티클의 제거가 제대로 이루어 지지 않는다.However, in the conventional case, since the insulating film and the tungsten film hard mask are exposed after the CMP process of the insulating film, the SC-1 (Standard Clean-1) solution cannot be used for cleaning. Therefore, the removal of particles remaining after the CMP process is prevented. It doesn't work out.
도 1은 CMP 공정 후에 파티클이 잔류된 모습을 보여주는 반도체 소자의 사진이다.1 is a photograph of a semiconductor device showing a state in which particles remain after a CMP process.
또한, 종래의 경우에는 상기 텅스텐막 하드마스크와 질화막 하드마스크 사이의 계면 특성이 좋지 않기 때문에, 후속 공정시 비트라인이 얇아지거나 손실되는 현상이 유발된다.In addition, in the conventional case, since the interface property between the tungsten film hard mask and the nitride film hard mask is not good, the bit line may be thinned or lost in a subsequent process.
따라서, 본 발명은 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 후에 잔류된 파티클(Particle)을 효과적으로 제거할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device capable of effectively removing particles remaining after CMP (Chemical Mechanical Polishing).
또한, 본 발명은 비트라인 하드마스크들의 계면 특성을 개선할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device capable of improving the interface characteristics of the bit line hard masks.
일 실시예에 있어서, 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판 상에 상부에 질화막 하드마스크와 폴리실리콘막 하드마스크가 적층된 다수의 비트라인들을 형성하는 단계; 상기 비트라인이 형성된 반도체 기판 상에 상기 비트라인들을 덮도록 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 비트라인의 폴리실리콘막 하드마스크가 노출되도록 CMP(Chemical Mechanical Polishing)하는 단계; 상기 절연막을 식각해서 홀을 형성하는 단계; 및 상기 홀을 매립하도록 도전막을 증착하여 스토리지 노드 콘택플러그를 형성하는 단계;를 포함한다.In one embodiment, a method of manufacturing a semiconductor device includes: forming a plurality of bit lines having a nitride film hard mask and a polysilicon film hard mask stacked on a semiconductor substrate; Forming an insulating layer on the semiconductor substrate on which the bit lines are formed to cover the bit lines; Chemical mechanical polishing (CMP) of the insulating layer to expose the polysilicon layer hard mask of the bit line; Etching the insulating film to form a hole; And depositing a conductive layer to fill the hole to form a storage node contact plug.
상기 비트라인들을 형성하는 단계 후, 그리고, 상기 비트라인들을 덮도록 절연막을 형성하는 단계 전, 상기 비트라인의 양측벽에 스페이서용 질화막을 형성하는 단계;를 더 포함한다.And forming a nitride nitride film for spacers on both sidewalls of the bit line after the forming of the bit lines and before forming the insulating layer to cover the bit lines.
상기 절연막은 SOD(Spin-On Dielectric)막으로 형성한다.The insulating film is formed of a SOD (Spin-On Dielectric) film.
상기 절연막을 형성하는 단계 후, 그리고, 상기 절연막을 CMP하는 단계 전, 상기 절연막이 형성된 반도체 기판을 어닐링하는 단계;를 더 포함한다.And annealing the semiconductor substrate on which the insulating film is formed after the forming of the insulating film and before the CMP of the insulating film.
상기 절연막의 CMP는 pH가 1∼9인 슬러리를 사용하여 수행한다.CMP of the insulating film is performed using a slurry having a pH of 1-9.
상기 절연막의 CMP는 세리아 슬러리를 사용하여 수행한다.CMP of the insulating film is performed using a ceria slurry.
상기 세리아 슬러리는 0.1∼10wt%의 연마제를 함유하고 있다.The ceria slurry contains 0.1 to 10 wt% abrasive.
상기 절연막을 CMP하는 단계 후, 그리고, 상기 절연막을 식각해서 홀을 형성하는 단계 전, 상기 절연막의 CMP 후에 잔류된 파티클이 제거되도록 반도체 기판을 세정하는 단계;를 더 포함한다.And cleaning the semiconductor substrate to remove particles remaining after the CMP of the insulating film, after the CMP of the insulating film and before the etching of the insulating film to form a hole.
상기 세정은 SC-1(Standard Clean-1) 용액을 사용하여 수행한다.The washing is carried out using SC-1 (Standard Clean-1) solution.
상기 세정은 SC-1(Standard Clean-1) 용액과 SPM(Sulfuric Perioxide Mixture) 및 BOE(Buffer Oxide Etchant) 중 적어도 하나 이상을 함께 사용하여 수행한다.The cleaning is performed using at least one of SC-1 (Standard Clean-1) solution, Sulfuric Perioxide Mixture (SPM) and Buffer Oxide Etchant (BOE).
상기 스토리지 노드 콘택플러그를 형성하는 단계는, 상기 홀을 매립하도록 반도체 기판 상에 도전막을 증착하는 단계; 및 상기 도전막과 비트라인의 폴리실리콘막 하드마스크를 비트라인의 질화막 하드마스크가 노출될 때까지 CMP, 또는, 에치백(Etch Back)하는 단계;를 포함한다.The forming of the storage node contact plug may include depositing a conductive film on a semiconductor substrate to fill the hole; And CMP or etch back the polysilicon film hard mask of the conductive film and the bit line until the nitride film hard mask of the bit line is exposed.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은, 상부에 질화막 하드마스크와 폴리실리콘막 하드마스크가 적층된 비트라인을 형성한 후, 상기 비트라인을 덮도록 절연막을 증착하고, 그리고 나서, 폴리실리콘막 하드마스크가 노출되도록 절연막을 CMP한다. 그 다음, CMP된 기판 결과물을 상기 CMP 후에 잔류된 파티클들이 제거되도록 세정한다.According to the present invention, after forming a bit line on which a nitride hard mask and a polysilicon film hard mask are stacked, the insulating film is deposited to cover the bit line, and then the CMP is exposed to expose the polysilicon film hard mask. do. The CMP substrate result is then cleaned to remove particles remaining after the CMP.
이렇게 하면, 상기 CMP 후에 절연막과 폴리실리콘막 하드마스크가 노출되므로 상기 세정시 SC-1(Standard Clean-1) 용액을 사용할 수 있으며, 따라서, 기판 결과물에 잔류된 파티클들을 완전히 제거할 수 있다.In this case, since the insulating film and the polysilicon film hard mask are exposed after the CMP, the SC-1 (Standard Clean-1) solution can be used during the cleaning, and thus, particles remaining in the substrate result can be completely removed.
또한, 본 발명은 상기 CMP시 pH가 9 이하인 슬러리를 사용하기 때문에 폴리실리콘막의 연마 속도가 느려져 CMP 공정의 마진을 증가시킬 수 있으며, 게다가, 상기 CMP시 국부적인 평탄화 특성이 우수한 세리아 슬러리를 사용하기 때문에 상기 절연막의 디슁(Dishing) 현상을 최소화할 수 있다.In addition, since the present invention uses a slurry having a pH of 9 or less at the time of CMP, the polishing rate of the polysilicon film is slowed to increase the margin of the CMP process, and in addition, to use a ceria slurry having excellent local planarization characteristics at the time of CMP. Therefore, dishing of the insulating layer may be minimized.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.2A through 2F are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a semiconductor device, according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 소정의 하부구조물(도시안됨)이 형성된 반도체 기판(200) 상에 상기 하부구조물을 덮도록 층간절연막(210)을 형성한다. 이어서, 상기 층간절연막(210) 상에 베리어막(212), 비트라인용 도전막(214), 질화막 하드마스크(216) 및 폴리실리콘막 하드마스크(218)를 차례로 증착한 다음, 이들(218,216,214,212)을 식각하여 상부에 질화막(216) 하드마스크와 폴리실리콘막 하드마스크(218)가 적층된 비트라인(220)들을 형성한다.Referring to FIG. 2A, an
계속해서, 상기 비트라인(220)을 포함한 기판(200) 전면 상에 질화막을 증착한 후, 상기 질화막을 에치백(Etch Back) 하여 비트라인(220)의 스페이서용 질화막(222)을 형성한다.Subsequently, after the nitride film is deposited on the entire surface of the
도 2b를 참조하면, 상기 비트라인(220)이 형성된 기판(200) 결과물 상에 상기 비트라인(220)들을 덮도록 절연막(230)을 증착한다. 상기 절연막(230)은 SOD(Spin-On Dielectric)막으로 형성하며, 상기 절연막(230)을 증착한 후에는 절연막(230)의 경질화를 위해 어닐링을 수행함이 바람직하다.Referring to FIG. 2B, an
도 2c를 참조하면, 상기 절연막(230)을 비트라인(220)의 폴리실리콘막 하드마스크(218)가 노출될 때까지 CMP(Chemical Mechanical Polishing)한다. 상기 CMP는 pH가 9 이하이며, 연마제가 0.1∼10wt% 정도 함유되어 있는 세리아 슬러리를 사용하여 수행한다.Referring to FIG. 2C, the
이때, 상기 CMP는 pH가 9 이하인 슬러리를 사용하여 수행하기 때문에 폴리실리콘막의 연마 속도가 매우 느려져 CMP 공정의 마진을 증가시킬 수 있으며, 또한, 상기 CMP는 국부적인 평탄화 특성이 우수한 세리아 슬러리를 사용하여 수행하기 때문에 절연막(230)의 디슁 현상을 최소화할 수 있다.In this case, since the CMP is performed using a slurry having a pH of 9 or less, the polishing rate of the polysilicon film is very slow, thereby increasing the margin of the CMP process, and the CMP uses a ceria slurry having excellent local planarization characteristics. As a result, dishing of the insulating
도 2d를 참조하면, 상기 CMP가 수행된 기판(200) 결과물을 상기 CMP 후에 잔류된 파티클들이 제거되도록 세정한다. 상기 세정은 SC-1(Standard Clean-1) 용액을 사용하여 수행하며, 또한, 상기 SC-1 용액과 SPM(Sulfuric Perioxide Mixture) 및 BOE(Buffer Oxide Etchant) 중 하나 이상을 함께 사용하여 수행한다.Referring to FIG. 2D, the resultant of the
여기서, 본 발명은 상기 CMP 후에 절연막(230)과 폴리실리콘막 하드마스크(218)가 노출되므로 상기 세정시 SC-1 용액을 사용할 수 있으며, 이를 통해, 기판 결과물 상에 잔류된 파티클들을 효과적으로 제거할 수 있다.In the present invention, since the insulating
도 2e를 참조하면, 상기 세정이 수행된 기판(200) 결과물 상에 비트라인(220)을 포함하여 상기 비트라인(220)들 사이의 스토리지 노드 콘택플러그 형성 영역을 노출시키는 마스크패턴(도시안됨)을 형성한다. 다음으로, 상기 마스크패턴 에 의해 노출된 절연막 및 층간절연막(210) 부분을 식각하여 라인 타입의 스토리지 노드 콘택플러그용 홀(H)을 형성한 후, 마스크패턴을 제거한다.Referring to FIG. 2E, a mask pattern including a
도 2f를 참조하면, 상기 스토리지 노드 콘택플러그용 홀(H)을 매립하도록 기판(200) 결과물 상에 폴리실리콘막을 증착한 다음, 상기 폴리실리콘막 및 비트라인(220)의 폴리실리콘막 하드마스크(218)를 상기 비트라인(220)의 질화막 하드마스크(216)가 노출될 때까지 에치백, 또는, CMP하여 반도체 기판(200)의 스토리지 노드 콘택플러그 형성 영역에 라인 타입의 스토리지 노드 콘택플러그(240)을 형성한다.Referring to FIG. 2F, a polysilicon layer is deposited on a resultant of the
이후, 도시하지는 않았지만 공지된 일련의 후속 공정들을 차례로 수행하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자를 완성한다.Subsequently, although not shown, a series of subsequent known processes are sequentially performed to complete the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
여기서, 본 발명은 상기 절연막의 CMP 공정시 pH가 9 이하인 슬러리를 사용하기 때문에 폴리실리콘막의 연마 속도가 느려져 CMP 공정의 마진을 증가시킬 수 있으며, 상기 CMP 공정시 국부적인 평탄화 특성이 우수한 세리아 슬러리를 사용하기 때문에 절연막의 디슁 현상을 최소화할 수 있다.Here, since the present invention uses a slurry having a pH of 9 or less during the CMP process of the insulating film, the polishing rate of the polysilicon film may be slowed to increase the margin of the CMP process, and a ceria slurry having excellent local planarization characteristics during the CMP process may be obtained. Because of this, it is possible to minimize the leveling of the insulating film.
도 3은 pH 변화에 따른 폴리실리콘막의 연마량을 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the polishing amount of the polysilicon film according to the pH change.
도시된 바와 같이, pH가 9 이하일 경우에 폴리실리콘막의 연마량이 현저하게 감소하며, 이를 통해, CMP 공정의 마진을 증가시킬 수 있다.As shown, when the pH is 9 or less, the polishing amount of the polysilicon film is remarkably reduced, thereby increasing the margin of the CMP process.
또한, 본 발명은 비트라인의 하드마스크로서 질화막과 폴리실리콘막의 적층막을 사용하기 때문에 상기 CMP 후에 수행되는 세정시 SC-1 용액을 사용할 수 있으며, 이를 통해, CMP 후 잔류된 파티클을 효과적으로 제거할 수 있다.In addition, since the present invention uses a laminated film of a nitride film and a polysilicon film as a hard mask of the bit line, it is possible to use the SC-1 solution during the cleaning performed after the CMP, thereby effectively removing particles remaining after the CMP. have.
게다가, 상기 폴리실리콘막 하드마스크는 질화막 하드마스크의 손실량을 최소화시키는 역할을 하며, 질화막과의 계면 특성이 기존의 텅스텐막 대비 우수하기 때문에 후속 공정시 비트라인이 얇아지거나 손실되는 현상을 방지할 수 있다.In addition, the polysilicon film hard mask plays a role of minimizing the loss of the nitride film hard mask, and since the interface property with the nitride film is superior to that of the conventional tungsten film, it is possible to prevent the thin line or the loss of the bit line during the subsequent process. have.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.As mentioned above, although the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited thereto, and the following claims are not limited to the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. It can be easily understood by those skilled in the art that can be modified and modified.
이상에서와 같이, 본 발명은 비트라인 상부에 질화막 하드마스크와 폴리실리콘막 하드마스크를 형성함으로써, CMP 공정 후에 잔류된 파티클들을 효과적으로 제거할 수 있다.As described above, the present invention can effectively remove particles remaining after the CMP process by forming a nitride film hard mask and a polysilicon film hard mask on the bit line.
또한, 본 발명은 상기 CMP 공정시 pH가 9 이하인 세리아 슬러리를 사용함으로써, CMP 공정의 마진을 증가시킬 수 있고 절연막의 디슁 현상을 최소화할 수 있다.In addition, the present invention can increase the margin of the CMP process by using a ceria slurry having a pH of 9 or less during the CMP process, it is possible to minimize the dipping phenomenon of the insulating film.
게다가, 본 발명은 기존의 텅스텐막 하드마스크 대신 상기 폴리실리콘막 하드마스크를 사용함으로써, 질화막 하드마스크와의 계면 특성을 개선하여 후속 공정시 비트라인이 얇아지거나 손실되는 현상을 방지할 수 있다.In addition, the present invention uses the polysilicon film hard mask instead of the conventional tungsten film hard mask, thereby improving the interfacial characteristics with the nitride film hard mask, thereby preventing the bit line from being thinned or lost during subsequent processing.
Claims (11)
Priority Applications (1)
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KR1020060138473A KR20080062536A (en) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | Method of manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020060138473A KR20080062536A (en) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | Method of manufacturing semiconductor device |
Publications (1)
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KR20080062536A true KR20080062536A (en) | 2008-07-03 |
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Family Applications (1)
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KR1020060138473A KR20080062536A (en) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | Method of manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
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2006
- 2006-12-29 KR KR1020060138473A patent/KR20080062536A/en not_active Application Discontinuation
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