KR20080088275A - Method for fabricating contact plug in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 콘택 플러그를 나타내는 단면도,1 is a cross-sectional view showing a contact plug of a semiconductor device according to the prior art;
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 콘택 플러그 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a contact plug of a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention.
* 공정의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the process
31 : 기판 32 : 게이트패턴31
33 : 게이트측벽보호막 34 : 제1절연층33: gate side wall protective film 34: first insulating layer
35 : 랜딩 플러그 콘택 36 : 제2절연층35
37 : 비트라인패턴 38 : 비트라인측벽보호막37: bit line pattern 38: bit line sidewall protection film
39 : 제3절연층 40 : 마스크패턴39: third insulating layer 40: mask pattern
41 : 콘택홀 42 : 보호막41: contact hole 42: protective film
43A : 스토리지 노드 콘택 플러그43A: Storage Node Contact Plug
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 콘택 플러그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing techniques, and more particularly to a method for manufacturing contact plugs in semiconductor devices.
반도체 소자의 집적화에 따라 라인(Line) 및 폭(Spacing)이 감소되고 이로 인해 스토리지 노드 콘택홀(Storage Node Contact Hole) 오픈(Open) 및 스토리지 노드와 스토리지 노드 콘택 플러그(Storage Node Contact Plug)간의 접촉 면적 마진(Margin)이 감소함에 따라 기존의 홀(Hole) 타입의 스토리지 노드 콘택 대신에 라인타입(Line Type)의 스토리지 노드 콘택을 적용하고 있다.Line and spacing is reduced due to the integration of semiconductor devices, which leads to the opening of the storage node contact hole and the contact between the storage node and the storage node contact plug. As the area margin decreases, line type storage node contacts are applied instead of the conventional hole type storage node contacts.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 콘택 플러그를 나타내는 단면도이다. 도면의 좌측은 비트라인패턴과 교차하는 방향으로 절취한 도면이고, 우측은 비트라인패턴과 나란한 방향으로 절취한 도면이다. 이하, 자세한 설명을 위해 두 방향에서의 공정 단면도를 함께 보여준다.1 is a cross-sectional view showing a contact plug of a semiconductor device according to the prior art. The left side of the figure is a diagram cut in the direction crossing the bit line pattern, and the right side is a figure cut in the direction parallel to the bit line pattern. Hereinafter, the cross-sectional views of the process in two directions are shown together for detailed description.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11) 상에 게이트패턴(12)을 형성하고, 게이트패턴(12)의 측벽에 게이트측벽보호막(13)을 형성한다. 여기서, 게이트패턴(12)은 폴리실리콘전극(12A), 텅스텐전극(12B) 및 게이트하드마스크질화막(12C)의 적층구조이고, 게이트측벽보호막(13)은 질화막이다.As shown in FIG. 1, a
이어서, 게이트패턴(12) 사이를 채우는 제1산화막(14)을 형성하고, 게이트패턴(12) 사이의 제1산화막(14)을 식각한 후 도전물질을 매립하여 랜딩 플러그 콘택(15, Landing Plug Contact)을 형성한다.Subsequently, a first oxide layer 14 is formed between the
이어서, 랜딩 플러그 콘택(15)을 포함하는 전면에 제2산화막(16)을 형성하고, 제2산화막(16) 상에 비트라인패턴(17)을 형성한 후 비트라인패턴(17)의 측벽에 비트라인측벽보호막(18)을 형성한다. 여기서, 비트라인패턴(17)은 폴리실리콘전극(17A), 텅스텐전극(17B) 및 비트라인하드마스크질화막(17C)의 적층구조이고, 비트라인측벽보호막(18)은 질화막이다.Subsequently, a
이어서, 비트라인패턴(17) 사이를 채우는 제3산화막(19)을 형성하고, 비트라인패턴(17) 사이의 제3산화막(19)을 식각하여 스토리지 노드 콘택홀(20, Storage Node Contact Hole)을 형성한다.Subsequently, a
위와 같이, 종래 기술은 스토리지 노드 콘택홀(20)을 형성할 때 스토리지 노드와 스토리지 노드 콘택 간의 접촉 면적 마진을 증가시키기 위해 제3산화막(19)의 상부를 일차 건식식각하고, 습식식각을 실시하여 스토리지 노드 콘택홀(30)의 상부 면적을 증가시킨 후, 추가로 이차 건식식각을 통해 랜딩 플러그 콘택(15)이 오픈되는 스토리지 노드 콘택홀(20)을 형성한다.As described above, in the prior art, when the storage
그러나, 일차 건식식각 및 습식식각을 통한 일정 부분의 하부막 식각으로 후속 이차 건식식각시 발생시킬 수 있는 폴리머(Polymer) 양이 감소하게 되고, 이로 인해 비트라인하드마스크질화막(17C)가 어택(Attack, 100)을 받아서 결국 자기정렬콘택 페일(Self Aligned Contact Fail)을 유발하는 문제점이 있다.However, a portion of the lower layer etching through primary dry etching and wet etching reduces the amount of polymer that can be generated during subsequent secondary dry etching, which causes the bit line hard
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 스토 리지 노드와 스토리지 노드 콘택 간의 접촉 면적 마진을 증가시키면서 비트라인하드마스크의 어택을 방지할 수 있는 반도체 소자의 콘택 플러그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and a method of manufacturing a contact plug of a semiconductor device capable of preventing attack of a bit line hard mask while increasing a contact area margin between a storage node and a storage node contact. The purpose is to provide.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 콘택 플러그 제조방법은 기판 상부에 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계, 상기 콘택홀에 상기 절연층의 표면보다 낮은 높이로 보호막을 매립하는 단계, 등방성식각으로 상기 콘택홀의 상부폭을 넓히는 단계, 상기 보호막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a contact plug of a semiconductor device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming an insulating layer on the substrate, etching the insulating layer to form a contact hole, rather than a surface of the insulating layer in the contact hole. Embedding the protective film at a low height, widening the upper width of the contact hole by isotropic etching, and removing the protective film.
특히, 절연층은 산화막이고, 콘택홀을 형성하는 단계는 CF계 가스를 메인가스로 사용하고 산소 및 아르곤(Ar) 가스를 첨가하여 실시하는 것을 특징으로 한다.In particular, the insulating layer is an oxide film, and the forming of the contact hole is performed by using CF gas as the main gas and adding oxygen and argon (Ar) gas.
또한, 등방성식각은 습식식각으로 실시하고, 습식식각은 BOE(Buffered Oxide Etchant) 또는 HF를 사용하여 실시하는 것을 특징으로 한다.In addition, isotropic etching is performed by wet etching, and wet etching is performed using BOE (Buffered Oxide Etchant) or HF.
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 2f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 콘택 플러그 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 도면의 좌측은 비트라인패턴과 교차하는 방향으로 절취한 도면이고, 우측은 비트라인패턴과 나란한 방향으로 절취한 도면이다. 이하, 자세한 설명을 위해 두 방향에서의 공정 단면도를 함께 보여준다.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a contact plug of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention. The left side of the figure is a diagram cut in the direction crossing the bit line pattern, and the right side is a figure cut in the direction parallel to the bit line pattern. Hereinafter, the cross-sectional views of the process in two directions are shown together for detailed description.
도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(31) 상에 게이트패턴(32)을 형성한다. 여기서, 기판(31)은 DRAM공정이 진행되는 반도체 기판일 수 있고, 게이트패턴(32)은 폴리실리콘전극(32A), 금속계전극(32B) 및 게이트하드마스크(32C)의 적층구조일 수 있다. 이때, 금속계전극(32B)은 금속 또는 금속실리사이드일 수 있고 금속은 텅스텐(W), 금속실리사이드는 텅스텐실리사이드(WSix)일 수 있다. 또한, 게이트하드마스크(32C)는 질화막일 수 있다.As shown in FIG. 2A, a
이어서, 게이트패턴(32)의 측벽에 측벽보호막(33)을 형성한다. 여기서, 측벽보호막(33)은 질화막일 수 있다.Subsequently, a sidewall
이어서, 게이트패턴(32) 사이를 채우도록 제1절연층(34)을 형성한다. 여기서, 제1절연층(34)은 게이트패턴(32) 사이의 절연을 위한 것으로, 게이트패턴(32) 사이를 채울때까지 산화막을 형성한 후, 게이트하드마스크(32C)를 타겟으로 평탄화하여 형성할 수 있다. Subsequently, the first
이어서, 게이트패턴(32) 사이의 제1절연층(34)을 식각하여 랜딩 플러그 콘택홀(Landing Plug Contact Hole)을 형성한다. Next, the first
이어서, 랜딩 플러그 콘택홀에 도전물질을 매립한 후 평탄화하여 랜딩 플러그 콘택(35, Landing Plug Contact)을 형성한다. 여기서, 도전물질은 폴리실리콘일 수 있고, 평탄화는 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing) 또는 에치 백(Etch back)으로 진행할 수 있다.Subsequently, the conductive material is embedded in the landing plug contact hole and then planarized to form a
이어서, 랜딩 플러그 콘택(35)을 포함하는 결과물의 전면에 제2절연층(34)을 형성한다. 여기서, 제2절연층(36)은 게이트패턴(32)과 후속 비트라인패턴 간의 층간절연을 위한 것으로, 산화막으로 형성할 수 있다.Next, the second
이어서, 제2절연층(36) 상에 비트라인패턴(37)을 형성한다. 여기서, 비트라인패턴(37)은 폴리실리콘전극(37A), 금속계전극(37B) 및 비트라인하드마스크(37C)의 적층구조일 수 있다. 이때, 금속계전극(37B)은 금속 또는 금속실리사이드일 수 있고 금속은 텅스텐(W), 금속실리사이드는 텅스텐실리사이드(WSix)일 수 있다. 또한, 비트라인하드마스크(37C)는 질화막일 수 있다.Subsequently, a
이어서, 비트라인패턴(37)의 측벽에 측벽보호막(38)을 형성할 수 있다. 이때, 측벽보호막(38)은 질화막일 수 있다.Subsequently, the
이어서, 비트라인패턴(37) 사이를 모두 채우도록 제3절연층(39)을 형성한다. 여기서, 제3절연층(39)은 비트라인패턴(37) 사이의 절연을 위한 것으로, 비트라인패턴(37) 사이를 채울때까지 산화막을 형성한 후, 비트라인하드마스크(37C)를 타겟으로 평탄화하여 형성할 수 있다. 특히, 산화막은 HDP(High Density Plasma) 산화막일 수 있다.Subsequently, the third
이어서, 제3절연층(39) 상에 마스크패턴(40)을 형성한다. 마스크패턴(40)은 스토리지 노드 콘택홀(Storage Node Contact Hole) 형성지역을 오픈시키기 위한 것으로, 특히 라인타입(Line Type)으로 형성할 수 있다.Subsequently, a
도 2b에 도시된 바와 같이, 마스크패턴(40)을 식각배리어로 제3 및 제2절연 층(39, 36)을 식각하여 스토리지 노드 콘택홀(41)을 형성한다. 이때, 제3 및 제2절연층(39, 36)을 한번에 식각하기 때문에 폴리머(Polymer)의 생성정도를 증가시킴으로써 종래 기술에서 이차 건식식각시 초기 식각되어야 할 막의 부족으로 인해 발생하는 자기정렬콘택 특성 약화를 방지할 수 있다. 즉, 이차 건식식각시 폴리머 부족으로 인해 비트라인하드마스크(37C)가 어택을 받아 손실되는 것을 방지할 수 있다.As illustrated in FIG. 2B, the third and second insulating
이를 위해, 제3 및 제2절연층(39, 36)은 CF계 가스를 메인가스로 사용하고 산소 및 아르곤(Ar) 가스를 첨가하여 실시하는데, CF계 가스는 C4F6 또는 C4F8일 수 있다.To this end, the third and second insulating
마스크패턴(40)이 라인타입으로 형성되었기 때문에 비트라인패턴과 교차하는 방향으로 절취한 좌측 단면도에서는 제3절연층(39)이 모두 식각되어 도시되지 않는다.Since the
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 스토리지 노드 콘택홀(41)에 제3절연층(39)의 표면보다 낮은 높이로 보호막(42)을 매립한다. 여기서, 보호막(42)은 후속 습식식각에 의해 스토리지 노드 콘택홀(41) 하부가 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로, 산화막과 선택비를 갖는 유동성이 좋은 물질로 형성하되 바람직하게는 감광막(Photoresist)으로 형성할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 2C, the
도 2d에 도시된 바와 같이, 등방성식각(200)을 실시하여 스토리지 노드 콘택홀(41)의 상부폭을 넓힌다. 여기서, 등방성식각은 습식식각으로 실시할 수 있고, 습식식각은 산화막과 질화막 및 감광막과의 식각선택비를 갖는 물질로 실시하되 바 람직하게는 BOE(Buffered Oxide Etchant) 또는 HF를 사용하여 실시할 수 있다.As shown in FIG. 2D, an
습식식각으로 스토리지 노드 콘택홀(41)의 상부폭을 넓히는 공정에서 스토리지 노드 콘택홀(41) 하부는 보호막(42)이 채우고 있기 때문에 손상을 받지 않는다. 또한, BOE 또는 HF가 질화막과 식각선택비를 갖기 때문에 질화막질의 비트라인하드마스크(37C) 및 비트라인측벽보호막(38)은 손상되지 않는다.In the process of expanding the upper width of the storage
따라서, 상부폭이 넓은 스토리지 노드 콘택홀(41A)이 형성된다.Thus, the storage
도 2e에 도시된 바와 같이, 보호막(42)을 제거한다. 보호막(42)이 감광막일 경우 산소스트립으로 제거할 수 있다.As shown in FIG. 2E, the
이어서, 스토리지 노드 콘택홀(41)을 모두 채울때까지 도전물질(43)을 형성한다. 여기서, 도전물질(43)은 폴리실리콘일 수 있다.Next, the
도 2f에 도시된 바와 같이, 도전물질(43)에 평탄화를 실시하여 스토리지 노드 콘택홀(41) 내부에 잔류하는 스토리지 노드 콘택 플러그(43A)를 형성한다. 평탄화는 마스크패턴(41)이 모두 제거되도록 비트라인하드마스크(37A)가 드러나는 타겟으로 실시할 수 있다.As illustrated in FIG. 2F, the
따라서, 상부폭이 넓은 스토리지 노드 콘택 플러그(43A)를 형성함으로써 후속 스토리지 노드와의 접촉 면적 마진을 향상시킬 수 있다.Therefore, by forming the upper storage
본 발명은 제3 및 제2절연층(39, 36)을 한번의 식각으로 스토리지 노드 콘택홀(41)을 형성한 후, 보호막(42)을 형성하고 등방성 습식식각으로 스토리지 노드 콘택홀(41A)의 상부폭을 증가시킴으로써 비트라인하드마스크(37C)의 손상을 방지하 면서 동시에 후속 스토리지 노드와의 접촉 면적 마진을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In the present invention, after the storage node contact holes 41 are formed by etching the third and second insulating
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.
상기한 본 발명에 의한 반도체 소자의 콘택 플러그 제조방법은 비트라인하드마스크의 어택을 방지하면서 후속 스토리지 노드와의 접촉 면적 마진을 향상시켜 신뢰성 있는 소자를 형성할 수 있는 효과가 있다.The method of manufacturing a contact plug of a semiconductor device according to the present invention has an effect of forming a reliable device by preventing a bit line hard mask attack and improving a contact area margin with a subsequent storage node.
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2007
- 2007-03-29 KR KR1020070031073A patent/KR20080088275A/en not_active Application Discontinuation
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CN113707663A (en) * | 2021-08-26 | 2021-11-26 | 长江存储科技有限责任公司 | Semiconductor structure, three-dimensional memory and preparation method thereof |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |