KR20090044556A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 단차가 있는 정렬키(Alignment Key) 또는 오버레이 버니어(Overlay Vernier) 상에 비정질 탄소층을 형성하고 그 상부에 HTO 를 형성하여 후속 공정으로 결함이 유발되는 현상을 방지할 수 있도록 하는 기술이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, wherein an amorphous carbon layer is formed on an alignment key or an overlay vernier having a step, and an HTO is formed thereon, whereby defects are caused by a subsequent process. It is a technology that can prevent the phenomenon.
Description
도 1a 및 도 1b는 종래기술의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the prior art.
도 2a 및 도 2b는 종래기술의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도. 2A and 2B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the prior art.
도 3 은 종래 기술에 따른 문제점을 도시한 사진.Figure 3 is a photograph showing the problem according to the prior art.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도.4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 단차가 있는 정렬키(Alignment Key) 또는 오버레이 버니어(Overlay Vernier) 상에 하드마스크층으로 사용되는 비정질 탄소층이 형성될 때 나쁜 단차피복성으로 인하여 유발되는 결함을 보상할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, which is caused by poor step coverage when an amorphous carbon layer, which is used as a hard mask layer, is formed on an alignment key or an overlay vernier with a step. It relates to a technology that can compensate for the defects.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도이다. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(10) 상부에 텅스텐 또는 폴리실리콘층의 하드마스크층(20)을 형성하고, 감광막 패턴(30)을 형성한다. Referring to FIG. 1A, a
도 1b를 참조하면, 감광막 패턴(30)을 마스크로 하드마스크층(20)을 식각하여 하드마스크층 패턴(미도시)를 형성하고, 상기 하드마스크층 패턴(미도시)를 마스크로 반도체 기판(10)을 식각하여 단차를 형성한다. Referring to FIG. 1B, the
여기서, 반도체 소자의 디자인 룰(Design)이작아짐에 따라 패턴 쓰러짐 현상과 해상도 향상을 위해 레지스트 두께가 낮아진다. 이로 인해 하드마스크층의 두께도 높일 수 없게 되며, 상기 도 1b에서 도시된 바와 같이 하드마스크층과 반도체 기판 간의 식각 선택비 부족에 의해 반도체 기판 하부가 완전히 식각되지 않고 남겨지게 되는 문제점이 발생한다. Here, as the design rule of the semiconductor device becomes smaller, the resist thickness decreases to improve the pattern collapse and the resolution. As a result, the thickness of the hard mask layer may not be increased, and as shown in FIG. 1B, the lower portion of the semiconductor substrate may be left without being completely etched due to the lack of etching selectivity between the hard mask layer and the semiconductor substrate.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 하드마스크층으로 비정질 탄소층(a-Carbon)과 실리콘 산화질화막(SiON)을 사용하게 되었다. In order to overcome the above problems, an amorphous carbon layer (a-Carbon) and a silicon oxynitride layer (SiON) are used as the hard mask layer.
도 2a 및 도 2b는 종래기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도로서, 비트라인 형성공정을 예로 들어 설명한 것이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the related art, and illustrate a bit line forming process as an example.
도 2a를 참조하면, 상기 도 1a 및 도 1b에서 설명한 문제점을 극복하기 위해 반도체 기판(40) 상부에 비트라인 물질층(50), 비정질 탄소층(60) 및 실리콘 산화질화막(70)을 형성한 후 레지스트 패턴(80)을 형성한다. 여기서, 비정질 탄소층(60)은 주요성분이 폴리머(Polmer)로 이는 레지스트와 동일한 성분이다.Referring to FIG. 2A, a bit
이때, 반도체기판(40) 상의 여유면적에 형성된 오버레이 버니어의 어미자용 트렌치(미도시)는 250 ㎚ 이상의 단차를 갖도록 형성되어, 단차를 갖는 부분인 트 렌치 측벽부에서 단치피복성이 나쁜 비정질 탄소층(60)이 비정상적으로 형성된다. 또한, 실리콘 산화질화막(70)은 비정질 탄소층(60) 상에 형성되므로 비정상적으로 형성되게 된다. At this time, the trench trench (not shown) of the overlay vernier formed in the free area on the
도 2b를 참조하면, 레지스트 패턴(80)을 마스크로 실리콘 산화질화막(70), 비정질 탄소층(60) 및 비트라인 물질층(50)을 순차적으로 식각하여 비트라인을 형성한다. Referring to FIG. 2B, a bit line is formed by sequentially etching the
그 다음, 산소플라즈마를 이용한 레지스트 패턴(80)의 제거 및 세정 공정을 실시한다. Then, the
이때, 비정상으로 형성된 부분의 실리콘 산화질화막(70) 및 비정질 탄소층(60)은 도 3 의 ⓐ 부분과 같이 손상된다. At this time, the
도 3 은 산소 플라즈마를 이용한 레지스트 패턴 제거 및 세정 공정후 오버레이 버니어의 사진을 도시한 것으로, ⓐ 부분에서 실리콘 산화질화막(도 2b 의 70) 및 비정질 탄소층(도 2b 의 60)이 손상되었음을 알 수 있다. 심한 경우 비정질 탄소층(60)이 리프팅될 수도 있다. 3 is a photograph of an overlay vernier after a resist pattern removal and cleaning process using an oxygen plasma, and it can be seen that the silicon oxynitride film (70 in FIG. 2B) and the amorphous carbon layer (60 in FIG. 2B) are damaged in the area ⓐ. have. In severe cases, the
상술한 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법에서, 얼라인먼트 키 또는 오버레이 버니어의 정확도를 증가시키기 위해 키의 단차를 1200 내지 3000Å으로 유지하고 있으나 이는 후속 공정에서도 그 단차를 계속 유지하게 된다. In the above-described method for manufacturing a semiconductor device according to the related art, in order to increase the accuracy of the alignment key or the overlay vernier, the step of the key is maintained at 1200 to 3000 mW, which is maintained even in the subsequent process.
또한, 단차 상에 하드마스크층으로 비정질 탄소층 및 실리콘 산화질화막을 형성하게 되는데 비정질 탄소층 및 실리콘 산화질화막의 스텝커버리지 특성이 취약해서 비정질 탄소층이 비정상적으로 형성되고 실리콘 산화질화막이 이러한 부분을 커버하지 못하게 되므로, 비정질 탄소층이 레지스트 패턴의 제거 및 세정 공정시 비정질 탄소층이 손상되거나 리프팅되는 현상이 발생되는 문제점이 있다. In addition, an amorphous carbon layer and a silicon oxynitride layer are formed as a hard mask layer on a step, and the step coverage characteristics of the amorphous carbon layer and the silicon oxynitride layer are weak so that an amorphous carbon layer is abnormally formed and the silicon oxynitride layer covers the portion. Since it is impossible to do so, there is a problem that the amorphous carbon layer is damaged or lifted during the removal and cleaning of the resist pattern.
본 발명은 도전배선의 하드마스크층으로 사용되는 비정질 탄소층의 손상을 보상하여 반도체소자의 특성을 향상시키는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that improves the characteristics of the semiconductor device by compensating for damage of the amorphous carbon layer used as the hard mask layer of the conductive wiring.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 Method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention
오버레이 버니어의 모 버니어가 형성된 반도체기판 상에 도전배선용 도전층을 형성하는 공정과,Forming a conductive layer for conductive wiring on the semiconductor substrate on which the parent vernier of the overlay vernier is formed;
상기 도전배선용 도전층 상부에 비정질 카본층, HTO 및 실리콘 산화질화막의 적층구조로 하드마스크층을 형성하는 공정과,Forming a hard mask layer on the conductive layer for the conductive wiring by a lamination structure of an amorphous carbon layer, HTO and a silicon oxynitride film;
상기 모 버니어 중앙부 영역 상의 자 버니어 영역에 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,Forming a resist pattern in a vernier region on the parent vernier region;
상기 레지스트 패턴을 마스크로 상기 하드마스크층을 식각하여 자 버니어를 형성하고 상기 레지스트 패턴을 산소 플라즈마 처리하는 공정을 포함하는 것과,Etching the hard mask layer using the resist pattern as a mask to form a vernier, and subjecting the resist pattern to oxygen plasma;
상기 도전배선용 도전층은 워드라인(게이트), 비트라인 또는 금속배선의 도전층인 것과,The conductive wiring conductive layer is a conductive layer of a word line (gate), a bit line or a metal wiring,
상기 오버레이 버니어는 박스 인 박스 ( box in box ) 또는 박스 인 바아 ( box in bar ) 의 형태인 것과,The overlay vernier is in the form of a box in box or a box in bar,
상기 HTO 는 300 - 900 ℃ 의 온도에서 형성하는 것과,The HTO is formed at a temperature of 300-900 ℃,
상기 HTO 는 50 - 200 ㎚ 의 두께로 형성하는 것을 제1 특징으로 한다. The first HTO is characterized in that it is formed to a thickness of 50-200 nm.
또한, 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법은, In addition, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
반도체기판 상에 게이트 물질층을 형성하는 공정과,Forming a gate material layer on the semiconductor substrate;
상기 게이트 물질층을 패터닝하여 게이트를 형성하는 동시에 오버레이 버니어 영역의 게이트 물질층을 식각하여 트렌치를 형성하는 공정과,Patterning the gate material layer to form a gate and simultaneously etching a gate material layer of an overlay vernier region to form a trench;
전체표면상부에 층간절연막을 형성하고 이를 통하여 반도체기판에 접속되는 비트라인 콘택홀을 형성하는 동시에 상기 트렌치를 노출시키는 오버레이 버니어의 모 버니어를 형성하는 공정과,Forming an interlayer insulating film on the entire surface and forming a bit line contact hole connected to the semiconductor substrate through the interlayer insulating film and forming a mother vernier of an overlay vernier exposing the trench;
상기 비트라인 콘택홀을 매립하는 비트라인 도전층을 전체표면상부에 형성하는 공정과,Forming a bit line conductive layer filling the bit line contact hole on an entire surface thereof;
상기 비트라인 도전층 상에 비정질 카본층을 형성하는 공정과,Forming an amorphous carbon layer on the bit line conductive layer;
상기 비정질 카본층 상부에 HTO 및 실리콘 산화질화막을 순차적으로 형성하는 공정과,Sequentially forming HTO and silicon oxynitride on the amorphous carbon layer;
상기 모 버니어 중앙부 영역 상의 자 버니어 영역에 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,Forming a resist pattern in a vernier region on the parent vernier region;
상기 레지스트 패턴을 마스크로 상기 하드마스크층을 식각하여 자 버니어를 형성하고 상기 레지스트 패턴을 산소 플라즈마 처리하는 공정을 포함하는 것과,Etching the hard mask layer using the resist pattern as a mask to form a vernier, and subjecting the resist pattern to oxygen plasma;
상기 HTO 는 700 - 900 ℃ 의 온도에서 50 - 200 ㎚ 의 두께로 형성하는 것과,The HTO is formed to a thickness of 50 to 200 nm at a temperature of 700-900 ℃,
상기 오버레이 버니어는 박스 인 박스 ( box in box ) 또는 박스 인 바아 ( box in bar ) 의 형태인 것을 제2 특징으로 한다. The overlay vernier is characterized in that it is in the form of a box in box or a box in bar.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 여기에 소개되는 실시예는 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시되고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달되기 위해 제공된 것으로서, 명세서 전체에 걸쳐 동일하게 기술된 참조 번호들은 동일한 구성요소를 도시한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein, but may be embodied in other forms, and the embodiments described herein fully disclose the technical idea of the present invention in a thorough and complete manner, and fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. As provided, the same reference numerals throughout the specification indicate the same components.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도로서, 오버레이 버니어를 형성하는 방법을 도시한 것이다. 또한, 정렬키 형성공정에 적용할 수도 있다. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with the present invention and illustrate a method of forming an overlay vernier. It can also be applied to the alignment key forming process.
도 4a를 참조하면, 반도체기판(100) 상에 활성영역을 정의하는 소자분리막(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 소자분리막은 소자분리영역에 트렌치를 형성하고 이를 매립하는 형태의 산화막으로 형성한 것이다. Referring to FIG. 4A, an isolation layer (not shown) defining an active region is formed on the
전체표면상부에 게이트 물질층(110), 즉 게이트 산화막(미도시), 게이트 도전층(미도시), 게이트 금속층(미도시) 및 하드마스크층(미도시)의 적층구조를 형성한다. A stacked structure of the
그 다음, 게이트 물질층(110) 상부에 레지스트를 도포하고, 게이트 마스크(미도시)를 이용한 노광 및 현상 공정으로 레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. Next, a resist is applied on the
다음, 레지스트 패턴을 마스크로 게이트 물질층(110)을 식각하여 게이트 물 질층(110)으로 형성된 게이트를 형성한다. Next, the
이때, 게이트 물질층(110) 식각 공정은 오버레이 버니어 영역의 게이트 물질층(110)을 동시에 식각하여 반도체기판(100)을 노출시키는 트렌치(130)를 형성한다. In this case, the etching process of the
그 다음, 전체표면상부에 층간절연막(120)을 형성한다. Next, an
그리고, 층간절연막(120)을 식각하여 반도체기판(100)상의 활성영역을 노출시키는 비트라인 콘택홀(미도시)을 형성한다. The interlayer insulating
이때, 비트라인 콘택홀 형성 공정은 오버레이 버니어 영역의 층간절연막(120)을 식각하여 트렌치(130) 저부를 노출시킴으로써 오버레이 버니어의 모 버니어를 형성한다. 여기서, 트렌치(130)는 사각형의 평면구조로 형성한 것이다. In this case, the bit line contact hole forming process may form the mother vernier of the overlay vernier by etching the
그 다음, 비트라인 콘택홀을 매립하는 전체표면상부에 비트라인 도전층(140)을 형성한다. Next, a bit line
이때, 비트라인 도전층(140)은 폴리실리콘층, 금속층 및 이들의 적층구조 중에서 한가지로 형성한 것이다. In this case, the bit line
그 다음, 비트라인 도전층(140) 상부에 비정질 카본층(150)을 형성한다. Next, an
이때, 비정질 카본층(150)의 단차피복성이 좋지 못하여 트렌치(130) 저부의 모서리에 비정상적으로 형성된 부분인 결함(160)이 형성된다. At this time, since the step coverage of the
도 4b를 참조하면, 결함(160)을 포함한 전체표면상부에 HTO (170)를 형성한다.Referring to FIG. 4B,
이때, HTO (170)는 300 - 900 ℃ 의 온도에서 50 - 200 ㎚ 의 두께만큼 형 성한 것이다. 여기서, HTO (170)는 결함(160) 부분을 매립하여 산소 플라즈마가 결함(160)을 통하여 침투하지 못하도록 하는 역할을 한다. At this time, the
그 다음, HTO (170) 상부에 실리콘 산화질화막(180)을 형성한다.Next, a
이때, HTO (170) 는 비정질 카본층(150)과 실리콘 산화질화막(180)의 나쁜 단차피복성을 완화시키는 역할을 한다.At this time, the
그 다음, 전체표면상부에 레지스트(미도시)를 도포하고 비트라인 마스크(미도시)를 이용한 노광 및 현상 공정으로 레지스트 패턴을 형성한다. Then, a resist (not shown) is applied over the entire surface, and a resist pattern is formed by an exposure and development process using a bit line mask (not shown).
그리고, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 셀영역에 비트라인(미도시)을 패터닝하며 오버레이 버니어 영역의 중앙부에 섬형태의 자 버니어(미도시)를 형성한다. A bit line (not shown) is patterned in the cell region using the resist pattern as a mask, and an island-shaped ruler vernier (not shown) is formed in the center of the overlay vernier region.
이때, 자 버니어는 사각형의 평면구조로 형성한 것이다. 자 버니어는 셀영역의 비트라인과 동일한 적층구조인, 비트라인 도전층(140), 비정질 카본층(150), HTO (170) 및 실리콘 산화질화막(180)의 적층구조로 형성한 것이다. At this time, the vernier is formed in a rectangular planar structure. The vernier is formed by the lamination structure of the bit line
따라서, 트렌치(130)로 형성되는 모 버니어 내측에 비트라인 도전층(140), 비정질 카본층(150), HTO (170) 및 실리콘 산화질화막(180)의 적층구조로 자 버니어로 구성된 오버레이 버니어가 형성된다.Accordingly, an overlay vernier composed of a vernier in a stacked structure of the bit line
여기서, 오버레이 버니어는 박스 인 박스 ( box in box ) 의 구조로 형성된 것이다.Here, the overlay vernier is formed in a box in box structure.
또한, 자 버니어는 실리콘 산화질화막(180) 상에 형성된 섬형태의 레지스트 패턴으로 대신할 수도 있다. In addition, the magnetic vernier may be replaced with an island-type resist pattern formed on the
본 발명의 다른 실시예는 박스 인 바아 ( box in bar ) 의 구조로 형성하는 것이다.Another embodiment of the present invention is to form a box in bar (box in bar) structure.
본 발명의 또 다른 실시예는 다른 도전배선, 예를들면 워드라인(게이트) 또는 금속배선의 형성공정시 오버레이 버니어 또는 정렬키를 형성하는 공정에 적용하는 것이다. Another embodiment of the present invention is applied to a process of forming an overlay vernier or an alignment key in a process of forming another conductive wiring, for example, a word line (gate) or a metal wiring.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 도전배선의 형성공정시 하드마스크층으로 사용되는 비정질 카본층 및 실리콘 산화질화막의 적층구조 사이에 HTO 을 형성하여 나쁜 단차피복비로 인한 결함을 보상할 수 있도록 하여 결함없는 오버레이 버니어(Overlay Vernier)를 제공할 수 있도록 한다.In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, HTO is formed between a laminated structure of an amorphous carbon layer and a silicon oxynitride layer used as a hard mask layer during the formation of a conductive wiring to compensate for defects due to poor step coverage ratio. Enables to provide flawless overlay verniers.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
Claims (8)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |