KR20090098281A - Method for manufacturing the semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 비트라인과 금속배선을 연결하는 메탈 콘택의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a metal contact connecting a bit line and a metal wiring.
일반적으로, 반도체 소자는 그 내부에 다수의 단위 소자들을 포함하여 이루어진다. 반도체 소자가 고집적화되면서 일정한 셀(Cell) 면적 상에 고밀도로 여러 요소들을 형성하여야 하며, 이로 인하여 단위 소자, 예를 들면 트랜지스터, 캐패시터들의 크기는 점차 줄어들고 있다. In general, a semiconductor device includes a plurality of unit devices therein. As semiconductor devices are highly integrated, various elements must be formed at a high density on a certain cell area, thereby decreasing the size of unit devices such as transistors and capacitors.
특히 DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 같은 반도체 메모리 장치에서 디자인 룰(Design rule)이 감소하면서 셀의 내부에 형성되는 단위 소자들의 크기가 점차 작아지지만, 캐패시터의 용량을 확보하기 위해서는 그 종횡비의 증가가 불가피하며, 이로 인해 캐패시터 형성 이후에 이루어지는 메탈 콘택홀 형성 시 공정상의 어려움이 발생한다. In particular, in semiconductor memory devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory), as the design rule decreases, the size of unit elements formed inside the cell gradually decreases, but in order to secure the capacity of the capacitor, the aspect ratio increases. Inevitably, this causes difficulties in forming the metal contact hole formed after the formation of the capacitor.
그 대표적인 예가 반도체 메모리 소자 제조시 비트라인 형성 및 셀 영역의 캐패시터 형성 후 주변영역에서 금속 배선 형성을 위한 메탈 콘택홀 형성 공정이 다.A typical example is a metal contact hole forming process for forming a metal line in a peripheral region after forming a bit line and forming a capacitor of a cell region in manufacturing a semiconductor memory device.
이러한 반도체 소자에서 캐패시터를 콘케이브(Concave) 구조로 진행시에는 후속 메탈 콘택 식각 깊이가 증가하여 콘택 낫 오픈(Not-Open)과 같은 문제가 발생할 수 있다.In the semiconductor device, when a capacitor is formed into a concave structure, a subsequent metal contact etching depth may increase, thereby causing a problem such as contact not-open.
또한, 메탈 콘택(Deep Metal Contact)은 고집적화될수록 종횡비(Aspect Ratio)는 보다 높아져 포토레지스트 선택비 감소, 콘택 오픈 능력 저하, 하부 CD(Bottom Critical Dimension) 부족, 프로파일 보잉(Profile Bowing)으로 인한 최소 공간 감소와 같은 많은 문제점이 발생한다. 특히, 딥 콘택은 식각 타겟이 높아 산화막 패턴 상부에 보잉이 발생하고 보잉으로 인한 최소 공간이 감소하여 마스크 상태에서 홀 직경을 증가시키더라도 브릿지(Bridge) 발생 우려가 있다.In addition, the higher the density of deep metal contacts, the higher the aspect ratio, resulting in reduced photoresist selection, lower contact open capability, lower CD (bottom critical dimension), and minimal space due to profile bowing. Many problems arise, such as reduction. In particular, since the deep contact has a high etching target, bowing may occur on the oxide layer pattern, and the minimum space due to the bowing may be reduced, thereby increasing the hole diameter in the mask state.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 메탈 콘택 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating a metal contact manufacturing method of a semiconductor device according to the prior art.
도 1a를 참조하면, 비트라인(110)이 구비된 반도체 기판(100) 상부에 제 1 층간 절연막(120) 및 식각 방지막(130)을 형성한다. Referring to FIG. 1A, a first
여기서, 비트라인(110)은 비트라인 배리어층(110a), 비트라인 금속층(110b) 및 비트라인 하드마스크층(110c)의 적층구조로 구성된다. 그리고, 비트라인(110) 양측에 비트라인용 스페이서(115)를 포함하고 있다.Here, the
다음에, 식각 방지막(130) 상부에 제 2 층간 절연막(140) 및 제 3 층간 절연막(150)을 형성한다. Next, a second
여기서, 제 2 층간 절연막(140) 및 제 3 층간 절연막(150)은 각각 PSG막 및 PE-TEOS막으로 형성한다. Here, the second
그 다음, 제 3 층간 절연막(150), 제 2 층간 절연막(140), 식각 방지막(130) 및 제 1 층간 절연막(120)을 순차적으로 식각하여 비트라인(110)을 노출시키는 콘택홀(155)을 형성한다. Next, the
이때, 제 1, 2 및 3 층간 절연막(120, 140, 150)의 높이에 따라 셀 영역의 저장전극의 높이가 결정되는데, 상기 셀 영역의 저장전극 높이가 증가함에 따라 식각되는 층간 절연막의 높이도 증가하게 된다. 따라서, 높은 종횡비로 인해 콘택홀(155)의 식각 마진이 부족하여 'A'와 같이 비트라인(110)이 노출되지 않는 콘택홀 낫 오픈(Not Open) 현상이 발생하는 문제가 있다. At this time, the height of the storage electrode of the cell region is determined according to the height of the first, second, and third
도 1b를 참조하면, 상기 '도 1a'의 'A'와 같은 콘택홀 낫 오픈 현상을 방지하기 위해 식각 시간을 증가시켜 비트라인(110)의 비트라인 금속층(110b)을 노출시킨다. Referring to FIG. 1B, the etching time is increased to expose the bit
다음에, 콘택홀(155) 내벽에 배리어 금속층(160)을 형성하고, 텅스텐으로 콘택홀(155)을 매립하여 메탈 콘택(170)을 형성한다. Next, the
다음에, 제 3 층간 절연막(150) 상부에 메탈 콘택(170)과 접속되는 금속 배선(180)을 형성한다. Next, a
이때, 금속 배선(180) 상부 및 하부에 각각 티타늄(Ti), 티타늄 질화막(TiN) 및 이들의 조합 중 선택된 어느 하나를 포함하도록 하는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable to include any one selected from titanium (Ti), titanium nitride film (TiN), and a combination thereof, above and below the
여기서, 상기 '도 1a'의 'A'와 같은 콘택홀 낫 오픈 현상을 방지하기 위해 식각 시간을 증가시키는 경우, 콘택홀의 CD(Critical Dimension)가 디자인된 CD에 비해 크게 증가하여 후속 공정 진행 시 'B'와 같이 메탈 콘택(170) 상부가 지나치게 넓어지거나, 보잉(Bowing)이 발생하여 후속 금속 배선 형성 시 금속 배선과 메탈 콘택 간의 오버랩 마진이 감소하게 되는 문제가 있다. Here, when the etching time is increased to prevent the contact hole sickle opening phenomenon as shown in 'A' of FIG. 1A, the CD (critical dimension) of the contact hole is significantly increased compared to the designed CD, and thus, ' As shown in B ′, the upper portion of the
상술한 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법에서, 소자의 크기가 감소함에 따라 적정 Cs를 확보하기 위해 저장전극의 높이는 지속적으로 높아지는데 비해, 메탈 콘택의 CD는 감소하게 된다. 따라서, 메탈 콘택 형성을 위한 콘택홀 식각 공정 시 식각 마진(Etch Margin)이 부족하게 되어 콘택홀 낫 오픈(Not Open) 현상이 발생하며, 이를 방지하기 위해 식각 시간을 증가시켜 낫 오픈을 방지하고자 하는 경우, 콘택홀의 CD(Critical Dimension)를 증가되거나, 상기 콘택홀에 보잉(Bowing)이 발생하여 후속 공정 시 금속 배선과 메탈 콘택 간의 오버랩 마진(Overlap Margin)이 감소되는 문제점이 있다.In the above-described method for manufacturing a semiconductor device according to the related art, as the size of the device decreases, the height of the storage electrode is continuously increased to secure an appropriate Cs, whereas the CD of the metal contact is reduced. Therefore, during the contact hole etching process for forming a metal contact, the etching margin is insufficient and a contact hole not open phenomenon occurs. In order to prevent this, the etching time is increased to prevent the sick opening. In this case, there is a problem in that the CD (Critical Dimension) of the contact hole is increased or the bowing occurs in the contact hole, so that an overlap margin between the metal wire and the metal contact is reduced during the subsequent process.
본 발명은 메탈 콘택이 형성될 영역의 층간 절연막을 리세스시키고, 상기 리세스 측벽에 배리어막을 형성한 후 상기 배리어막을 마스크로 콘택홀 식각 공정을 수행함으로써, 메탈 콘택 상부의 CD(Critical Dimension)가 확장되는 것을 방지하고, 메탈 콘택 상부에 보잉(Bowing) 현상이 발생하는 것을 방지하여 소자의 특성을 향상시키는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. According to an embodiment of the present invention, a CD is formed by recessing an interlayer insulating layer in a region where a metal contact is to be formed, forming a barrier layer on the sidewall of the recess, and performing a contact hole etching process using the barrier layer as a mask. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device, which prevents the expansion and prevents bowing from occurring on the upper portion of the metal contact to improve device characteristics.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 Method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention
비트라인이 구비된 반도체 기판 상부에 제 1 층간 절연막을 형성하는 단계와,Forming a first interlayer insulating layer on the semiconductor substrate including the bit lines;
상기 제 1 층간 절연막 상부에 제 2 층간 절연막을 형성하는 단계와,Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film;
상기 제 2 층간 절연막을 식각하여 리세스를 형성하는 단계와,Etching the second interlayer insulating film to form a recess;
상기 리세스 측벽에 배리어막을 형성하는 단계와,Forming a barrier layer on the sidewalls of the recesses;
상기 배리어막을 마스크로 상기 제 2 층간 절연막 및 제 1 층간 절연막을 식각하여 상기 비트라인이 노출되는 콘택홀을 형성하는 단계와,Etching the second interlayer insulating layer and the first interlayer insulating layer using the barrier layer as a mask to form a contact hole exposing the bit line;
상기 콘택홀에 금속층을 매립하여 메탈 콘택을 형성하는 단계와,Filling a metal layer in the contact hole to form a metal contact;
상기 제 2 층간 절연막 상부에 상기 메탈 콘택과 접속되는 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. And forming a metal wire connected to the metal contact on the second interlayer insulating layer.
그리고, 상기 제 1 층간 절연막 및 제 2 층간 절연막은 각각 PSG, PE-TEOS 및 이들의 조합 중 선택된 어느 하나로 형성하고, 상기 배리어막은 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막과 식각 선택비가 상이한 물질로 형성하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 질화막으로 형성한다. The first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film may be formed of any one selected from PSG, PE-TEOS, and a combination thereof, and the barrier film may be formed of a material having an etch selectivity different from that of the first and second interlayer insulating films. It is preferable, and it is formed more preferably with a nitride film.
또한, 상기 리세스를 포함하는 상기 콘택홀 내벽에 배리어 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 배리어 금속층은 티타늄(Ti), 티타늄 질화막(TiN) 및 이들의 조합 중 어느 하나로 형성한다. The method may further include forming a barrier metal layer on the inner wall of the contact hole including the recess, wherein the barrier metal layer is formed of any one of titanium (Ti), titanium nitride (TiN), and a combination thereof.
그리고, 상기 금속 배선은 알루미늄으로 형성하며, 상기 금속 배선 상부 및 하부에 각각 티타늄, 티타늄 질화막 및 이들의 조합 중 선택된 어느 하나의 층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The metal wire is formed of aluminum, and further includes any one layer selected from titanium, a titanium nitride film, and a combination thereof on the upper and lower portions of the metal wire.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 메탈 콘택이 형성될 영역의 층간 절연막을 리세스시키고, 상기 리세스 측벽에 배리어막을 형성한 후 상기 배리어막을 마스크로 콘택홀 식각 공정을 수행함으로써, 메탈 콘택과 금속 배선 간의 오정렬에 의한 오버랩 마진을 향상시킬 수 있으며, 상기 콘택홀 식각 공정 시 상기 콘택홀 상부의 CD가 확장되는 현상 및 보잉 현상을 방지할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 중심부와 에지부 간의 식각 마진 부족에 의한 콘택홀 낫 오픈 현상을 방지하여 소자의 특성을 향상시키는 효과가 있다. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a metal layer is formed by recessing an interlayer insulating layer in a region where a metal contact is to be formed, forming a barrier layer on the sidewall of the recess, and performing a contact hole etching process using the barrier layer as a mask. The overlap margin due to misalignment between the metal wires can be improved, and the phenomenon in which the CD of the upper portion of the contact hole is expanded and the bowing phenomenon can be prevented during the contact hole etching process. In addition, there is an effect of preventing the contact hole sick open phenomenon due to the lack of etching margin between the center and the edge of the wafer to improve the characteristics of the device.
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 것으 로 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 being in scope.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 것으로, 셀 영역의 비트라인 및 저장전극 형성 이후 주변 회로 영역의 비트라인과 상부 금속배선을 연결하는 메탈 콘택을 형성하는 방법을 도시한 것이다.2A to 2F illustrate a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and after forming the bit line and the storage electrode of the cell region, a method of forming a metal contact connecting the bit line and the upper metal wiring of the peripheral circuit region to each other is shown. It is shown.
도 2a를 참조하면, 비트라인(210)이 구비된 반도체 기판(200) 상부에 제 1 층간 절연막(220) 및 식각 방지막(230)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, the first
여기서, 비트라인(210)은 비트라인 배리어층(210a), 비트라인 금속층(210b) 및 비트라인 하드마스크층(210c)의 적층구조로 구성된다. 그리고, 비트라인(210)은 양측에 비트라인용 스페이서(215)를 포함한다. Here, the
다음에, 식각 방지막(230) 상부에 제 2 층간 절연막(240) 및 제 3 층간 절연막(250)을 형성하고, CMP 공정을 수행하여 제 3 층간 절연막(250)이 평탄화되도록 한다. Next, the second
여기서, 제 2 층간 절연막(240) 및 제 3 층간 절연막(250)은 각각 PSG, PE-TEOS 및 이들의 조합 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다. Here, the second
그 다음, 제 3 층간 절연막(250) 상부에 하드마스크층(미도시) 및 메탈 콘택 예정 영역을 오픈시키는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 그 다음, 상기 감광막 패턴(미도시)을 마스크로 상기 하드마스크층(미도시)을 식각하여 하드마스크 패 턴(255)을 형성한다. Next, a photoresist pattern (not shown) is formed on the third
도 2b를 참조하면, 하드마스크 패턴(255)을 식각 마스크로 제 3 층간 절연막(250) 상측을 식각하여 리세스(260)를 형성한다. 이때, 리세스(260)는 2000 ~ 3000Å의 깊이로 식각하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 2B, the
도 2c 및 도 2d를 참조하면, 리세스(260)를 포함하는 전체 표면에 배리어막(270)을 형성한다. 이때, 배리어막(270)은 리세스(260) 내벽 및 하드마스크 패턴(255)의 측벽 및 상부에 형성된다. 2C and 2D, the
여기서, 배리어막(270)은 제 1, 2 및 3 층간 절연막(220, 240, 250)과 식각 선택비가 상이한 물질로 형성하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 질화막으로 형성한다.The
다음에, 전면 식각으로 하드마스크 패턴(255) 표면 및 리세스(260) 저부의 배리어막(270)을 제거하여, 하드마스크 패턴(255) 측벽 및 리세스(260) 측벽에만 배리어막(270)이 남겨지도록 한다. Next, the
이때, 배리어막(270)은 후속 공정으로 진행되는 콘택홀 식각 공정 시 콘택홀 상부의 측벽을 보호하는 역할을 하며, 후속 클리닝(Cleaning) 공정 시 상기 콘택홀 상부의 CD(Critical Dimension)가 확장되는 것을 방지하는 역할을 하므로, 제거하지 않는 것이 바람직하다. In this case, the
도 2e를 참조하면, 하드마스크 패턴(255) 및 배리어막(270)을 마스크로 리세스(260) 하부의 제 3 층간 절연막(250), 제 2 층간 절연막(240), 식각 방지막(230) 및 제 1 층간 절연막(220)을 순차적으로 식각하여 비트라인(210)을 노출시키는 콘 택홀(280)을 형성한다. 이하, 콘택홀(280)은 리세스(260)를 포함한 것을 의미한다. Referring to FIG. 2E, the third
이때, 비트라인(210) 상측의 비트라인 하드마스크층(210c)이 식각되고, 비트라인 도전층(210b)이 일부 식각된다. 즉, 콘택홀(280)에 의해 비트라인 도전층(210b)이 노출되도록 하는 것이 바람직하다.In this case, the bit line
도 2f를 참조하면, 하드마스크 패턴(255)을 제거하고, 콘택홀(280) 내벽에 배리어 금속층(290)을 형성한다. 여기서, 배리어 금속층(290)은 티타늄(Ti), 티타늄 질화막(TiN) 및 이들의 조합 중 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2F, the
다음에, 배리어 금속층(290)이 형성된 콘택홀(280)을 포함하는 전체 상부에 금속층을 형성한다.Next, a metal layer is formed on the entire top including the
그 다음, 제 3 층간 절연막(250)이 노출될때까지 에치 백(Etch-Back) 공정을 수행하여 금속층으로 매립된 메탈 콘택(295)을 형성한다. 여기서, 상기 금속층은 텅스텐인 것이 바람직하다. Next, an etch-back process is performed until the third
그 다음, 제 3 층간 절연막(250) 상부에 금속 배선층을 형성한 후 패터닝하여 메탈 콘택(295)과 접속하는 금속 배선(300)을 형성한다.Next, a metal wiring layer is formed on the third
이때, 금속 배선(300)은 알루미늄으로 형성하는 것이 바람직하다. At this time, the
그리고, 금속 배선(300) 상부 및 하부에 각각 티타늄(Ti), 티타늄 질화막(TiN) 및 이들의 조합 중 선택된 어느 하나를 포함하도록 하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable to include any one selected from titanium (Ti), titanium nitride film (TiN), and combinations thereof, above and below the
다음에, 금속 배선(300)을 포함하는 전체 상부에 절연막을 형성하여 금속 배선(300)을 외부와 격리시키는 공정을 진행한다.Next, an insulating film is formed over the entirety including the
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ><Explanation of Signs of Major Parts of Drawings>
200 : 반도체 기판 210 : 비트라인200: semiconductor substrate 210: bit line
220 : 제 1 층간 절연막 230 : 식각 방지막220: first interlayer insulating film 230: etching prevention film
240 : 제 2 층간 절연막 250 : 제 3 층간 절연막240: second interlayer insulating film 250: third interlayer insulating film
255 : 마스크 패턴 270 : 배리어막255: mask pattern 270: barrier film
280 : 콘택홀 290 : 배리어 금속층280: contact hole 290: barrier metal layer
295 : 메탈 콘택 300 : 금속 배선295
Claims (9)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080023547A KR20090098281A (en) | 2008-03-13 | 2008-03-13 | Method for manufacturing the semiconductor device |
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KR1020080023547A KR20090098281A (en) | 2008-03-13 | 2008-03-13 | Method for manufacturing the semiconductor device |
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Family
ID=41357383
Family Applications (1)
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KR1020080023547A KR20090098281A (en) | 2008-03-13 | 2008-03-13 | Method for manufacturing the semiconductor device |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160058031A (en) * | 2014-11-14 | 2016-05-24 | 램 리써치 코포레이션 | Plated metal hard mask for vertical nand hole etch |
US20160293444A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor device |
US10115602B2 (en) | 2016-07-27 | 2018-10-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor devices |
-
2008
- 2008-03-13 KR KR1020080023547A patent/KR20090098281A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20160058031A (en) * | 2014-11-14 | 2016-05-24 | 램 리써치 코포레이션 | Plated metal hard mask for vertical nand hole etch |
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Legal Events
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |