KR20110003040A - Method for forming self aligned contact in semiconductor device with buried gate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체장치 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 매립게이트를 구비한 반도체장치의 자기정렬콘택 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a self-aligned contact of a semiconductor device having a buried gate.
60nm 이하의 DRAM 공정에서 셀에서의 트랜지스터의 집적도를 증가시키고 공정 단순화 및 누설 특성과 같은 소자 특성을 향상시키기 위해 매립게이트(Buried Gate)를 형성하는 것이 필수적이다. In DRAM processes below 60nm, it is necessary to form buried gates to increase the integration of transistors in the cell and to improve device characteristics such as process simplification and leakage characteristics.
매립게이트 제조 방법은 트렌치(Trench)를 형성하고 트렌치 내부에 게이트를 매립하는 방식으로 진행하므로써 비트라인과 게이트간의 간섭을 최소화하고 적층되는 막(Film Stack)의 수를 감소시킬 수 있으며, 또한 전체 셀의 캐패시턴스(Capacitance)를 감소시켜 리프레시(Refresh) 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The buried gate manufacturing method proceeds by forming a trench and filling a gate in the trench, thereby minimizing interference between the bit line and the gate, and reducing the number of film stacks. There is an advantage to improve the refresh characteristics by reducing the capacitance (Capacitance) of.
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 매립게이트를 구비한 반도체장치의 제 조 방법을 도시한 도면이다.1A to 1E illustrate a method of manufacturing a semiconductor device having a buried gate according to the related art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변영역이 정의된 기판(11)에 소자분리막(12)을 형성한다.As shown in FIG. 1A, the
이어서, 하드마스크막(13)을 이용하여 셀영역의 기판을 식각하여 트렌치(14)를 형성한 후 제1게이트절연막(15)을 형성한다. 이어서, 제1게이트절연막(15) 상에 트렌치를 일부 매립하는 매립게이트(16)를 형성한다.Subsequently, the
도 1b에 도시된 바와 같이, 하드마스크막(13)을 제거한 후에 매립게이트(16) 상부를 실링하는 실링막(17)을 형성한다.As shown in FIG. 1B, after removing the
이어서, 실링막(17)이 셀영역에만 잔류하도록 주변영역오픈(Peri Open) 공정을 진행한다.Subsequently, a peripheral area open process is performed such that the
이어서, 주변영역에 대해 게이트산화 공정을 통해 제2게이트절연막(18)을 형성한다.Subsequently, the second
도 1c에 도시된 바와 같이, 제2게이트절연막(18) 상에 게이트도전막(19)을 형성한 후, 셀영역에 비트라인콘택을 위한 비트라인콘택홀(20) 공정을 진행한다.As shown in FIG. 1C, after the gate
도 1d에 도시된 바와 같이, 비트라인콘택홀을 매립하도록 기판의 전면에 금속막을 증착한 후, 금속막 상에 하드마스크막을 형성한다.As shown in FIG. 1D, a metal film is deposited on the entire surface of the substrate to fill the bit line contact hole, and then a hard mask film is formed on the metal film.
이어서, 게이트식각을 진행한다. 게이트식각은 하드마스크막, 금속막 및 게이트도전막을 식각하는 공정이며, 이에 따라 주변영역에는 제2게이트절연막(18) 상에 게이트도전막(19), 게이트금속막(21B) 및 게이트하드마스크막(22B)의 순서로 적층되는 주변영역의 트랜지스터를 위한 게이트(이하, '페리게이트'라 약칭함)(PG)가 완성된다. 위와 같은 페리게이트(PG) 형성시에 셀영역에서는 비트라인콘택을 겸하는 비트라인배선막(21A)과 비트라인하드마스크막(22A)의 순서로 적층되는 비트라인(BL)이 형성된다. Subsequently, gate etching is performed. The gate etching is a process of etching the hard mask film, the metal film and the gate conductive film. Accordingly, the gate
도 1e에 도시된 바와 같이, 전면에 층간절연막(23)을 형성한다. 이어서, 층간절연막(23)을 식각하여 셀영역에 스토리지노드콘택(Storage Node Contact, 24)을 형성하기 위한 콘택 공정을 진행한다.As shown in FIG. 1E, an
상술한 종래기술은 셀영역에 매립게이트(16)를 형성한 이후에 셀영역에 실링막(17)을 이용하여 매립게이트(16)의 산화를 방지하기 위한 실링(Sealing) 공정을 진행한다. 그 다음 주변영역 만을 오픈하여 주변영역의 트랜지스터를 형성하기 위한 게이트산화(Gate Oxidation) 및 게이트도전막 증착 공정이 진행된다. 그 다음 다시 셀영역을 오픈하여 비트라인콘택홀을 형성하기 위한 콘택 식각 공정을 진행한다.In the above-described conventional technique, after the buried
그러나, 종래기술은 실링막(17)이 셀영역을 실링하고는 있지만 주변영역에서 제2게이트절연막(18)을 형성하기 위한 게이트산화 공정을 진행할 때 산소소스에 의해 매립게이트(16)가 산화되는 것을 방지하는데 한계가 있다(도 1b의 도면부호 'A').However, in the related art, although the
또한, 셀영역에서 비트라인(BL)을 형성한 다음에 스토리지노드콘택(24)이 형성되기 때문에 스토리지노드콘택(24)을 형성하기 위한 콘택오픈면적(Contact Open Area)을 확보하기 어렵다. 아울러, 콘택오픈면적이 좁아 스토리지노드콘택과 기판 간의 계면 저항이 증가하는 문제점이 있다. In addition, since the
그리고, 종래기술은 스토리지노드콘택 또는 비트라인콘택 공정 진행 시에 과도식각(Over Etch)으로 인한 기판의 손실(도 1c의 도면부호 'B' 참조)로 각 콘택과 매립게이트간의 GIDL(Gate Induced Drain Leakage)이 증가하고 자기정렬콘택 페일(Self Aligned Contact Fail) 가능성이 증가하는 문제점이 있다. In addition, the prior art is a GIDL (Gate Induced Drain) between each contact and the buried gate due to the loss of the substrate (see reference numeral 'B' in Figure 1c) due to the over-etch during the storage node contact or bit line contact process Leakage is increased and the possibility of self-aligned contact fail is increased.
본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 후속 공정에 따른 매립게이트의 산화를 방지할 수 있는 반도체장치 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the problems according to the prior art, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing oxidation of a buried gate according to a subsequent process.
또한, 본 발명의 다른 목적은 매립게이트 이후의 콘택영역의 오픈면적을 증가시켜 콘택저항을 감소시킬 수 있는 반도체장치 제조 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can reduce the contact resistance by increasing the open area of the contact region after the buried gate.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 콘택영역을 형성하기 위한 콘택식각에 따른 기판 손실을 방지할 수 있는 반도체장치 제조 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can prevent the loss of the substrate due to the contact etching for forming the contact region.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체장치 제조 방법은 기판 상에 하드마스크막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 하여 상기 기판을 식각하여 제1트렌치를 형성하는 단계; 상기 제1트렌치를 갭필하는 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 하여 상기 기판과 소자분리막을 식각하여 제2트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2트렌치를 일부 매립하는 매립게이트를 형성하는 단계; 상기 매립게이트 상부를 갭필하는 실링막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막을 제거하여 콘택영역을 오픈시키는 단계; 및 상기 콘택영역을 매립하는 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A semiconductor device manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a hard mask film on a substrate; Etching the substrate using the hard mask layer as an etch barrier to form a first trench; Forming an isolation layer gap-filling the first trenches; Forming a second trench by etching the substrate and the device isolation layer using the hard mask layer as an etch barrier; Forming a buried gate partially filling the second trench; Forming a sealing film gap-filling an upper portion of the buried gate; Removing the hard mask layer to open a contact region; And forming a landing plug to fill the contact region.
또한, 본 발명의 반도체장치 제조 방법은 기판 상에 패드산화막과 하드마스 크막이 적층된 식각장벽막을 형성하는 단계; 상기 식각장벽막을 이용한 상기 기판의 식각을 통해 제1트렌치를 형성하는 단계; 상기 제1트렌치의 측벽에 측벽산화막과 라이너질화막을 적층하는 단계; 상기 제1트렌치를 갭필하는 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 기판과 소자분리막을 식각하여 제2트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2트렌치를 일부 매립하는 매립게이트를 형성하는 단계; 상기 매립게이트 상부를 갭필하는 실링막을 형성하는 단계; 상기 식각장벽막과 측벽산화막을 제거하여 콘택영역을 오픈시키는 단계; 및 상기 콘택영역을 매립하는 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention comprises the steps of forming an etching barrier film in which a pad oxide film and a hard mask film are stacked on a substrate; Forming a first trench by etching the substrate using the etching barrier layer; Stacking a sidewall oxide layer and a liner nitride layer on sidewalls of the first trenches; Forming an isolation layer gap-filling the first trenches; Etching the substrate and the isolation layer to form a second trench; Forming a buried gate partially filling the second trench; Forming a sealing film gap-filling an upper portion of the buried gate; Opening the contact region by removing the etch barrier layer and the sidewall oxide layer; And forming a landing plug to fill the contact region.
또한, 본 발명의 반도체장치 제조 방법은 셀영역과 주변영역이 정의된 기판 상에 게이트절연막과 게이트도전막을 적층하는 단계; 상기 게이트도전막을 식각장벽으로 하여 상기 기판을 식각하여 제1트렌치를 형성하는 단계; 상기 제1트렌치를 갭필하는 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 게이트도전막을 하드마스크로 하여 상기 기판과 소자분리막을 식각하여 상기 셀영역에 제2트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2트렌치를 일부 매립하는 매립게이트를 형성하는 단계; 상기 매립게이트 상부를 갭필하는 실링막을 형성하는 단계; 상기 셀영역의 게이트도전막과 게이트절연막을 제거하여 콘택영역을 오픈시키는 단계; 및 상기 콘택영역을 매립하는 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the semiconductor device manufacturing method of the present invention comprises the steps of: laminating a gate insulating film and a gate conductive film on a substrate in which a cell region and a peripheral region are defined; Etching the substrate using the gate conductive layer as an etch barrier to form a first trench; Forming an isolation layer gap-filling the first trenches; Etching the substrate and the device isolation layer using the gate conductive layer as a hard mask to form a second trench in the cell region; Forming a buried gate partially filling the second trench; Forming a sealing film gap-filling an upper portion of the buried gate; Removing the gate conductive film and the gate insulating film of the cell region to open a contact region; And forming a landing plug to fill the contact region.
또한, 본 발명의 반도체장치 제조 방법은 셀영역과 주변영역이 정의된 기판 상에 패드산화막과 하드마스크막을 적층하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 상기 기판을 식각하여 제1트렌치를 형성하는 단계; 상기 제1트렌치를 갭필하 는 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 상기 기판과 소자분리막을 식각하여 상기 셀영역에 제2트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2트렌치를 일부 매립하는 매립게이트를 형성하는 단계; 상기 매립게이트 상부를 갭필하는 실링막을 형성하는 단계; 상기 주변영역의 하드마스크막과 패드산화막을 제거하는 단계; 상기 주변영역의 기판 상에 게이트절연막과 게이트도전막을 적층하는 단계; 상기 셀영역의 하드마스크막과 패드산화막을 제거하여 콘택영역을 오픈시키는 단계; 및 상기 콘택영역을 매립하는 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the semiconductor device manufacturing method of the present invention comprises the steps of: laminating a pad oxide film and a hard mask film on a substrate in which a cell region and a peripheral region are defined; Forming a first trench by etching the substrate using the hard mask layer as an etch barrier; Forming an isolation layer for gap filling the first trench; Etching the substrate and the device isolation layer using the hard mask layer as an etch barrier to form a second trench in the cell region; Forming a buried gate partially filling the second trench; Forming a sealing film gap-filling an upper portion of the buried gate; Removing the hard mask layer and the pad oxide layer in the peripheral region; Stacking a gate insulating film and a gate conductive film on the substrate in the peripheral region; Opening the contact region by removing the hard mask layer and the pad oxide layer in the cell region; And forming a landing plug to fill the contact region.
상술한 본 발명은 소자분리공정 및 매립게이트 형성 공정에서 사용되는 하드마스크로서 폴리실리콘막을 적용하고 매립게이트를 형성한 이후에 이를 제거함으로써 후속 공정에서 기판의 손실을 최소화할 수 있으며, 또한 콘택 저항 개선 및 콘택영역의 오픈마진을 증가시킬 수 있다.The present invention described above can minimize the loss of the substrate in a subsequent process by applying a polysilicon film as a hard mask used in the device isolation process and the buried gate forming process and removing the buried gate after forming it, and also improving contact resistance. And increase the open margin of the contact area.
또한 주변영역의 게이트도전막을 형성하는 공정을 소자분리공정 이전으로 이동하여 진행할 수 있기 때문에 주변영역의 게이트도전막을 따로 형성하는 공정을 제거하여 공정을 단순화 할 수 있으며, 주변영역의 게이트산화 공정에서 발생할 수 있는 매립게이트의 산화를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the process of forming the gate conductive film in the peripheral region can be moved before the device isolation process, the process of forming the gate conductive film in the peripheral region can be eliminated to simplify the process. There is an effect that can prevent the oxidation of the buried gate.
아울러, 본 발명은 주변영역의 게이트도전막을 먼저 형성하는 주변영역 게이트 전치 구조 또는 주변영역 게이트 후치 구조에서 모두 셀비트라인과 주변영역의 게이트를 동시에 효율적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect that both the cell bit line and the gate of the peripheral region can be efficiently formed simultaneously in the peripheral region gate pre-structure or the peripheral region gate post-structure for forming the gate conductive film of the peripheral region first.
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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. .
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다. 제1실시예는 주변영역의 게이트도전막을 먼저 형성하는 전치구조이다.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention. The first embodiment is a transposition structure in which the gate conductive film of the peripheral region is first formed.
도 2a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변영역이 정의된 기판(31)에 패드산화막(32)과 하드마스크폴리실리콘막(33)을 적층한다. 여기서, 패드산화막(32)은 셀영역에서는 패드막으로 사용하고, 주변영역에서는 게이트산화막으로 사용된다. 하드마스크폴리실리콘막(33)은 셀영역에서는 하드마스크막으로 사용하고, 주변영역에서는 게이트도전막으로 사용된다. 주변영역에서 게이트도전막으로 사용하기 위해 하드마스크폴리실리콘막(33)에는 불순물이 이온주입될 수 있고, 600∼1500Å 두께를 갖고 형성될 수 있다. 또한, 주변영역에서 게이트도전막으로 사용하는 경우 패드산화막(32)을 형성하기 전에 주변영역에서는 채널영역을 형성하기 위한 불순물의 도핑 공정이 미리 진행될 수 있다.As shown in FIG. 2A, a
다른 실시예에서, 하드마스크폴리실리콘막(33) 상에 하드마스크질화막을 더 형성할 수 있다. 주변영역에 형성되는 하드마스크폴리실리콘막(33)은 후속 공정에 서 제거되지 않고 그대로 게이트도전막으로 사용된다. 따라서, 하드마스크폴리실리콘막(33)의 손상을 최소화 하기 위해서 하드마스크질화막을 더 형성하여 후속 소자분리막을 형성하기 위한 하드마스크로 적용한다. 이때, 하드마스크질화막은 후속 매립게이트의 분리 공정에서 완전히 제거되며, 제거되는 정도를 고려하여 300∼800Å 두께로 형성한다.In another embodiment, a hard mask nitride film may be further formed on the hard
도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 진행한다. 즉, 하드마스크폴리실리콘막(33)을 하드마스크로 사용하여 제1트렌치(34)를 형성한 후에 절연막을 갭필하여 소자분리막(35)을 형성한다. 소자분리막(35)은 유동성산화막(Flowable oxide)을 이용한 싱글 갭필(Single gapfill) 공정에 의해 형성할 수 있고, 또한 유동성산화막과 증착산화막의 조합도 가능하다. 유동성산화막은 SOD(Spin On Dielectric)를 포함하고, 증착산화막은 고밀도플라즈마산화막(HDP Oxide)을 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 2B and 2C, a shallow trench isolation (STI) process is performed. That is, after forming the
소자분리막(35)을 형성하기 전에 측벽산화(Wall oxidation) 공정을 통해 측벽산화막(35A)을 형성하고, 측벽산화막(35A) 상에 라이너질화막(Liner Nitride, 35B)을 형성할 수 있다.Before forming the
도 2d에 도시된 바와 같이, 매립게이트마스크(도시 생략) 및 식각을 통해 셀영역에 제2트렌치(36)를 형성한다. 즉, 하드마스크폴리실리콘막(33)과 패드산화막(32)을 식각한 후에 연속하여 기판(31)과 소자분리막(35)을 일정 깊이 식각하여 제2트렌치(36)를 형성한다. 제2트렌치(36) 형성시에 하드마스크폴리실리콘막(33)이 하드마스크로 사용된다.As shown in FIG. 2D, the
도 2e에 도시된 바와 같이, 제2트렌치(36)의 표면 상에 게이트절연막(37)을 형성한다. 게이트절연막(37)은 셀영역의 트랜지스터를 위한 게이트절연막으로서, 이하 설명의 편의상 '셀게이트절연막(37)'이라 약칭하기로 한다.As shown in FIG. 2E, a
이어서, 셀게이트절연막(37) 상에 제2트렌치(36)를 갭필하도록 전면에 금속막(38)을 증착한다. 금속막(38)은 티타늄질화막(TiN), 탄탈륨질화막(TaN), 텅스텐막(W) 등을 포함한다. 예컨대, 저항을 낮추기 위해 티타늄질화막(또는 탄탈륨질화막)을 컨포멀(Conformal)하게 얇게 증착한 후 텅스텐막을 갭필하여 형성할 수 있다. 또한, 티타늄질화막과 탄탈륨질화막을 적층하여 형성하거나, 또는 티타늄질화막, 탄탈륨질화막 및 텅스텐막을 차례로 적층하여 형성할 수도 있다. 이때, 티타늄질화막은 20∼80Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. Subsequently, a
이어서, 하드마스크폴리실리콘막(33)의 표면이 드러나도록 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등의 방법을 이용하여 금속막(38)을 평탄화한 후 연속하여 에치백을 진행하여 제2트렌치(36)를 일부 매립하는 매립게이트(38A)를 형성한다. 매립게이트(38A)의 표면은 기판(31)의 표면보다 낮은 높이를 가질 수 있다.Subsequently, the
도 2f에 도시된 바와 같이, 매립게이트(38A) 상부를 실링하는 실링막(39)을 형성한다. 여기서, 실링막(39)은 산화막, 질화막 또는 질화막과 산화막의 적층구조 중에서 선택될 수 있다. 예컨대, 실링질화막(39A)을 얇게 실링한 후에 SOD 등의 실링산화막(39B)을 갭필하여 형성할 수 있다. 바람직하게, 주변영역에서 게이트절연막 역할을 하는 패드산화막이 형성되어 있으므로 산화 위험이 적기 때문에 실링질화막은 생략해도 되고, 이에 따라 공정이 단순해진다.As shown in FIG. 2F, a sealing
이어서, 하드마스크폴리실리콘막(33)의 표면이 드러나도록 실링막(39)을 분리시킨다. 이와 같은 실링막(39)의 분리 공정은 CMP 또는 에치백을 사용할 수 있는데, 바람직하게는 CMP를 적용하는 경우가 웨이퍼 균일도나 하부층의 손실 방지 측면에서 유리하다.Next, the sealing
도 2g에 도시된 바와 같이, 마스크(도시 생략)를 이용하여 셀영역을 오픈시킨 후에 하드마스크폴리실리콘막(33)과 패드산화막(32)을 제거한다. 이에 따라, 주변영역에만 게이트절연막으로 사용하는 패드산화막(32A)과 게이트도전막으로 사용되는 하드마스크폴리실리콘막(33A)이 잔류한다. 이하, 패드산화막을 '페리게이트절연막(32A)'이라 하고, 하드마스크폴리실리콘막(33A)을 '게이트폴리실리콘막(33A)'라 한다. 셀영역에서는 실링막(39) 사이에 랜딩플러그가 형성될 콘택영역(40)이 오픈된다.As shown in FIG. 2G, after the cell region is opened using a mask (not shown), the hard
하드마스크폴리실리콘막을 제거하는 공정은 질산과 플루오르화산의 혼합용액을 이용한 습식공정이나 플라즈마를 이용한 건식식각 모두 가능하다. 패드산화막은 습식공정을 통해 제거할 수 있다. 패드산화막 제거시에 측벽산화막(35A)도 일부 제거되는데, 라이너질화막(35B)에 의해 더이상 습식식각이 진행되지 않아 오픈되는 콘택영역(40)의 넓이를 일정한 양만 제어할 수 있다. 이 콘택영역(40)에 후속 공정에서 랜딩플러그가 매립되는데, 만약 라이너질화막(35B)에서 습식식각이 정지하는 조건이 아니라면 콘택영역(40)이 넓어져서 이웃하는 콘택영역간 브릿지(Bridge) 가능성이 높기 때문에 이를 제어할 수 있는 공정을 라이너질화막(35B)으로 확보할 수 있다.The process of removing the hard mask polysilicon film can be performed either by a wet process using a mixed solution of nitric acid and fluoric acid or by dry etching using a plasma. The pad oxide film can be removed through a wet process. When the pad oxide film is removed, a portion of the
이러한 방식으로 패드산화막을 제거하게 되면 도 4에 도시된 바와 같이, 측벽산화막(35A)이 있었던 부분만큼 콘택영역(40)의 오픈면적이 증가하게 된다. 콘택영역(40)의 오픈면적 증가는 후속 스토리지노드콘택 공정에서 오픈마진(Open Margin)을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. When the pad oxide film is removed in this manner, as shown in FIG. 4, the open area of the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘택영역의 오픈면적을 설명하기 위한 도면으로서, 후속 셀비트라인(BL)까지 고려하여 도시하고 있다.FIG. 4 is a view for explaining an open area of a contact area according to an exemplary embodiment of the present invention, and shows the subsequent cell bit line BL.
종래기술로 진행하게 되면 셀비트라인을 형성한 다음 스토리지노드콘택 공정이 진행되기 때문에 스토리지노드콘택의 높이가 높아지고 또한 스토리지노드콘택이 형성될 기판의 면적이 좁기 때문에 스토리지노드콘택을 형성하기 위한 면적이 줄어들어 스토리지노드콘택저항이 증가하고 낫오픈 또는 오픈시키기 위한 과도식각(Over Etch)으로 스토리지노드콘택과 매립게이트간 자기정렬콘택 페일의 가능성이 높아지게 된다.According to the prior art, since the storage node contact process is performed after forming the cell bit line, the height of the storage node contact is increased and the area of the substrate on which the storage node contact is to be formed is narrow, so that the area for forming the storage node contact is increased. The shrinkage increases storage node contact resistance and increases the likelihood of self-aligned contact failing between storage node contacts and buried gates due to over etching to open or open.
도 2h에 도시된 바와 같이, 콘택영역(40)을 채울때까지 전면에 플러그도전막을 증착한 후 실링막(39)의 표면이 드러나도록 플러그 분리 공정을 진행한다. 이에 따라, 자기정렬된(Self aligned) 랜딩플러그(41)가 형성된다.As shown in FIG. 2H, the plug conductive film is deposited on the entire surface until the
콘택영역을 형성하기 위한 콘택식각 공정이 없기 때문에 기판의 손실을 최소한으로 유지할 수 있어 랜딩플러그(41)와 매립게이트(38A)간의 간섭을 최소화할 수 있다. 또한 콘택영역 오픈시 측벽산화막까지 제거하므로써 콘택영역 아래의 기판을 최대한으로 활용할 수 있기 때문에 콘택 저항을 낮출 수 있는 장점이 있다. Since there is no contact etching process for forming a contact region, the loss of the substrate can be kept to a minimum, thereby minimizing interference between the landing
랜딩플러그(41)로 사용되는 플러그도전막은 금속막 또는 폴리실리콘막을 사 용할 수 있다. 또한, 선택적에피택셜성장(Selective Epitaxial Growth; SEG)을 통해 에피택셜실리콘막을 성장시킨 후에 폴리실리콘막을 증착할 수도 있다. 또한, 선택적에피택셜성장(Selective Epitaxial Growth; SEG)을 통해 에피택셜실리콘막을 성장시킨 후에 금속막을 증착할 수도 있다.The plug conductive film used as the
후속하여 셀영역에서의 비트라인 공정 및 주변영역에서의 게이트(페리게이트) 형성 공정이 진행된다.Subsequently, a bit line process in a cell region and a gate (ferrigate) formation process in a peripheral region are performed.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.
제2실시예는 주변영역의 게이트도전막을 나중에 형성하는 후치구조이다.The second embodiment is a post structure in which a gate conductive film in the peripheral region is later formed.
주변영역의 게이트도전막을 소자분리막 형성 이전에 완료 하였을 경우 셀영역의 후속 공정에서 발생하는 열(Thermal)에 의해서 주변영역의 게이트도전막(특히, 불순물이 도핑된 폴리실리콘막)의 도핑된 불순물이 확산될 수 있다. 이를 방지하기 위해 매립게이트를 형성한 이후에 주변영역의 게이트도전막을 형성한다.When the gate conductive film of the peripheral region is completed before the device isolation layer is formed, doped impurities of the gate conductive film (particularly, the polysilicon film doped with impurities) of the gate conductive film of the peripheral region are prevented by the heat generated in a subsequent process of the cell region. Can be diffused. In order to prevent this, the gate conductive film of the peripheral region is formed after the buried gate is formed.
도 3a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변영역이 정의된 기판(51)에 패드산화막(52)과 하드마스크폴리실리콘막(53)을 적층한다. 여기서, 패드산화막(52)은 셀영역에서는 패드막으로 사용하고, 주변영역에서는 게이트산화막으로 사용된다. 하드마스크폴리실리콘막(53)은 셀영역에서는 하드마스크막으로 사용하고, 제1실시예와 다르게 주변영역에서 게이트도전막으로 사용되지는 않는다. 주변영역에서 게이트도전막으로 사용되지 않으므로 하드마스크폴리실리콘막(33)에는 불순물이 이온주입되지 않는다. As shown in FIG. 3A, a
다른 실시예에서, 하드마스크폴리실리콘막(33) 상에 하드마스크질화막을 더 형성할 수 있다. 하드마스크폴리실리콘막(33)의 손상을 최소화 하기 위해서 하드마스크질화막을 더 형성하여 후속 소자분리막을 형성하기 위한 하드마스크로 적용한다. 이때, 하드마스크질화막은 후속 셀게이트의 분리 공정에서 완전히 제거되며, 제거되는 정도를 고려하여 300∼800Å 두께로 형성한다.In another embodiment, a hard mask nitride film may be further formed on the hard
도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 진행한다. 즉, 하드마스크폴리실리콘막(53)을 하드마스크로 사용하여 제1트렌치(54)를 형성한 후에 절연막을 갭필하여 소자분리막(55)을 형성한다. 소자분리막(55)은 유동성산화막(Flowable oxide)을 이용한 싱글 갭필(Single gapfill) 공정에 의해 형성할 수 있고, 또한 유동성산화막과 증착산화막의 조합도 가능하다. 유동성산화막은 SOD(Spin On Dielectric)를 포함하고, 증착산화막은 고밀도플라즈마산화막(HDP Oxide)을 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 3B and 3C, a shallow trench isolation (STI) process is performed. That is, after forming the
소자분리막(35)을 형성하기 전에 측벽산화(Wall oxidation) 공정을 통해 측벽산화막(55A)을 형성하고, 측벽산화막(55A) 상에 라이너질화막(Liner Nitride, 55B)을 형성할 수 있다.Before forming the
도 3d에 도시된 바와 같이, 매립게이트마스크(도시 생략) 및 식각을 통해 셀영역에 제2트렌치(56)를 형성한다. 즉, 하드마스크폴리실리콘막(53)과 패드산화막(52)을 식각한 후에 연속하여 기판(51)과 소자분리막(55)을 일정 깊이 식각하여 제2트렌치(56)를 형성한다. 제2트렌치(56) 형성시에 하드마스크폴리실리콘막(53)이 하드마스크로 사용된다.As shown in FIG. 3D, a
도 3e에 도시된 바와 같이, 제2트렌치(56)의 표면 상에 게이트절연막(57)을 형성한다. 게이트절연막(57)은 셀영역의 트랜지스터를 위한 게이트절연막으로서, 이하 설명의 편의상 '셀게이트절연막(57)'이라 약칭하기로 한다.As shown in FIG. 3E, a
이어서, 셀게이트절연막(57) 상에 제2트렌치(56)를 갭필하도록 전면에 금속막(58)을 증착한다. 금속막(58)은 티타늄질화막(TiN), 탄탈륨질화막(TaN), 텅스텐막(W) 등을 포함한다. 예컨대, 저항을 낮추기 위해 티타늄질화막(또는 탄탈륨질화막)을 컨포멀(Conformal)하게 얇게 증착한 후 텅스텐막을 갭필하여 형성할 수 있다. 또한, 티타늄질화막과 탄탈륨질화막을 적층하여 형성하거나, 또는 티타늄질화막, 탄탈륨질화막 및 텅스텐막을 차례로 적층하여 형성할 수도 있다. 이때, 티타늄질화막은 20∼80Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. Subsequently, a
이어서, 하드마스크폴리실리콘막(53)의 표면이 드러나도록 CMP 등의 방법을 이용하여 금속막(58)을 평탄화한 후 연속하여 에치백을 진행하여 제2트렌치(56)를 일부 매립하는 매립게이트(58A)를 형성한다. 매립게이트(58A)의 표면은 기판(51)의 표면보다 낮은 높이를 가질 수 있다.Subsequently, the
도 3f에 도시된 바와 같이, 매립게이트(58A) 상부를 실링하는 실링막(59)을 형성한다. 여기서, 실링막(59)은 산화막, 질화막 또는 질화막과 산화막의 적층구조 중에서 선택될 수 있다. 예컨대, 실링질화막(59A)을 얇게 실링한 후에 SOD 등의 실링산화막(59B)을 갭필하여 형성할 수 있다. 바람직하게, 주변영역에서 게이트절연막 역할을 하는 패드산화막이 형성되어 있으므로 산화 위험이 적기 때문에 실링질화막은 생략해도 되고, 이에 따라 공정이 단순해진다.As shown in FIG. 3F, a sealing
이어서, 하드마스크폴리실리콘막(53)의 표면이 드러나도록 실링막(59)을 분리시킨다. 이와 같은 실링막(59)의 분리 공정은 CMP 또는 에치백을 사용할 수 있는데, 바람직하게는 CMP를 적용하는 경우가 웨이퍼 균일도나 하부층의 손실 방지 측면에서 유리하다.Next, the sealing
도 3g에 도시된 바와 같이, 주변영역오픈마스크(도시 생략)를 이용하여 캡핑막(60)이 셀영역에만 잔류하도록 형성한 후에, 주변영역의 패드산화막과 하드마스크폴리실리콘막을 모두 제거한다. 이때, 주변영역에서는 소자분리막, 라이너질화막 및 측벽산화막도 일부 식각될 수 있다. 캡핑막(60)은 산화막, 질화막 또는 질화막과 산화막을 적층하여 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3G, after the
도 3h에 도시된 바와 같이, 주변영역의 트랜지스터를 위한 게이트산화 공정을 진행하여 페리게이트절연막(61)을 형성한다. 이어서, 페리게이트절연막(61) 상에 게이트폴리실리콘막(62)을 증착한 후 게이트폴리실리콘막(62)에 불순물을 이온주입한다. 게이트폴리실리콘막(62)은 600∼1500Å 두께를 갖고 형성될 수 있고, 페리게이트절연막(61)을 형성하기 전에 채널영역을 형성하기 위한 불순물의 도핑공정이 진행될 수 있다.As shown in FIG. 3H, the ferrite
위와 같은 게이트산화 공정시에 셀영역에는 캡핑막(60), 하드마스크폴리실리콘막(53) 및 실링막(59)이 매립게이트(58A)를 보호하기 때문에 매립게이트(58A)가 산화되지 않는다. In the gate oxidation process as described above, since the
도 3i에 도시된 바와 같이, 주변영역을 덮고 셀영역을 오픈시킨 후에 캡핑막(60), 하드마스크폴리실리콘막(53)과 패드산화막(52)을 제거한다. 이에 따라, 셀 영역에서는 실링막(59) 사이에 랜딩플러그가 형성될 콘택영역(63)이 오픈된다.As shown in FIG. 3I, the
하드마스크폴리실리콘막을 제거하는 공정은 질산과 플루오르화산의 혼합용액을 이용한 습식공정이나 플라즈마를 이용한 건식식각 모두 가능하다. 패드산화막은 습식공정을 통해 제거할 수 있다. 패드산화막 제거시에 측벽산화막(55A)도 일부 제거되는데, 라이너질화막(55B)에 의해 더이상 습식식각이 진행되지 않아 오픈되는 콘택영역(63)의 넓이를 일정한 양만 제어할 수 있다. 이 콘택영역(63)에 후속 공정에서 랜딩플러그가 매립되는데, 만약 라이너질화막(55B)에서 습식식각이 정지하는 조건이 아니라면 콘택영역(63)이 넓어져서 이웃하는 콘택영역간 브릿지(Bridge) 가능성이 높기 때문에 이를 제어할 수 있는 공정을 라이너질화막(55B)으로 확보할 수 있다.The process of removing the hard mask polysilicon film can be performed either by a wet process using a mixed solution of nitric acid and fluoric acid or by dry etching using a plasma. The pad oxide film can be removed through a wet process. When the pad oxide film is removed, a portion of the
이러한 방식으로 패드산화막을 제거하게 되면 측벽산화막(55A)이 있었던 부분만큼 콘택영역(64)의 오픈면적이 증가하게 된다. 콘택영역(64)의 오픈면적 증가는 후속 스토리지노드콘택 공정에서 오픈마진(Open Margin)을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. When the pad oxide film is removed in this manner, the open area of the
종래기술로 진행하게 되면 셀비트라인을 형성한 다음 스토리지노드콘택 공정이 진행되기 때문에 스토리지노드콘택의 높이가 높아지고 또한 스토리지노드콘택이 형성될 기판의 면적이 좁기 때문에 스토리지노드콘택을 형성하기 위한 면적이 줄어들어 스토리지노드콘택저항이 증가하고 낫오픈 또는 오픈시키기 위한 과도식각(Over Etch)으로 스토리지노드콘택과 매립게이트간 자기정렬콘택 페일의 가능성이 높아지게 된다.According to the prior art, since the storage node contact process is performed after forming the cell bit line, the height of the storage node contact is increased and the area of the substrate on which the storage node contact is to be formed is narrow, so that the area for forming the storage node contact is increased. The shrinkage increases storage node contact resistance and increases the likelihood of self-aligned contact failing between storage node contacts and buried gates due to over etching to open or open.
도 3j에 도시된 바와 같이, 콘택영역(63)을 채울때까지 전면에 플러그도전막을 증착한 후 실링막(59)의 표면이 드러나도록 분리시킨다. 이에 따라, 랜딩플러그(64)가 형성된다. As shown in FIG. 3J, the plug conductive film is deposited on the entire surface until the
콘택영역을 형성하기 위한 콘택식각 공정이 없기 때문에 기판의 손실을 최소한으로 유지할 수 있어 랜딩플러그(64)와 매립게이트(58A)간의 간섭을 최소화할 수 있다. 또한 콘택영역 오픈시 측벽산화막까지 제거하므로써 콘택영역 아래의 기판을 최대한으로 활용할 수 있기 때문에 콘택 저항을 낮출 수 있는 장점이 있다.Since there is no contact etching process for forming a contact region, the loss of the substrate can be kept to a minimum, thereby minimizing interference between the landing
랜딩플러그(64)로 사용되는 플러그도전막은 금속막 또는 폴리실리콘막을 사용할 수 있다. 또한, 선택적에피택셜성장(Selective Epitaxial Growth; SEG)을 통해 에피택셜실리콘막을 성장시킨 후에 폴리실리콘막을 증착할 수도 있다. 또한, 선택적에피택셜성장(Selective Epitaxial Growth; SEG)을 통해 에피택셜실리콘막을 성장시킨 후에 금속막을 증착할 수도 있다.The plug conductive film used as the
셀영역에서 랜딩플러그(64)가 형성된 이후에, 주변영역의 게이트폴리실리콘막(62) 상에도 플러그도전막(64A)가 잔류할 수 있다. 플러그도전막(64A)은 주변영역에서 게이트로 사용된다.After the
후속하여 셀영역에서의 비트라인 공정 및 주변영역에서의 게이트 형성 공정이 진행된다.Subsequently, the bit line process in the cell region and the gate formation process in the peripheral region are performed.
상술한 제1 및 제2실시예에 따르면, 소자분리막 및 매립게이트 공정 이후에 셀영역만을 선택적으로 오픈시키고 하드마스크폴리실리콘막과 패드산화막을 제거하 게 되면 기판의 손실없이 콘택영역을 오픈할 수 있어, 랜딩플러그와 매립게이트간의 간섭을 최대한 방지할 수 있다. 또한, 콘택영역 아래의 기판을 충분히 사용할 수 있으므로 콘택저항을 낮추고 콘택영역의 오픈마진을 증가시킬 수 있다.According to the first and second embodiments described above, if only the cell region is selectively opened after the device isolation layer and the buried gate process, and the hard mask polysilicon layer and the pad oxide layer are removed, the contact region can be opened without loss of the substrate. Thus, interference between the landing plug and the buried gate can be prevented as much as possible. In addition, since the substrate under the contact region can be used sufficiently, it is possible to lower the contact resistance and increase the open margin of the contact region.
그리고, 패드산화막을 제거할 때 측벽산화막도 동시에 제거되기 때문에 일정부분 콘택영역의 면적이 증가하게 되고, 아울러 면적의 증가는 라이너질화막에서 정지되기 때문에 인접한 랜딩플러그간의 브릿지를 방지할 수 있다. When the pad oxide film is removed, the sidewall oxide film is also removed at the same time, so that the area of the contact region is increased, and the increase of the area is stopped in the liner nitride film, thereby preventing the bridge between adjacent landing plugs.
또한, 제1실시예는 주변영역의 게이트도전막을 형성하는 공정을 소자분리공정 이전으로 이동하여 진행할 수 있기 때문에 주변영역의 게이트도전막을 따로 형성하는 공정을 제거하여 공정을 단순화 할 수 있으며, 주변영역의 게이트산화 공정에서 발생할 수 있는 매립게이트의 산화를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, in the first embodiment, since the process of forming the gate conductive film in the peripheral region can be performed before the device isolation process, the process of forming the gate conductive film in the peripheral region can be eliminated to simplify the process. There is an effect that can prevent the oxidation of the buried gate that may occur in the gate oxidation process.
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. 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.
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 매립게이트를 구비한 반도체장치의 제조 방법을 도시한 도면.1A to 1E illustrate a method of manufacturing a semiconductor device having a buried gate according to the prior art.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도.3A to 3J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘택영역의 오픈면적을 설명하기 위한 도면.4 is a view for explaining the open area of the contact area according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
31 : 기판 32 : 패드산화막31
33 : 하드마스크폴리실리콘막 35 : 소자분리막33 hard
35A : 측벽산화막 35B : 라이너질화막35A:
38A : 매립게이트 39 : 실링막38A: buried gate 39: sealing film
41 : 랜딩플러그41: Landing plug
Claims (24)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020090060629A KR101075526B1 (en) | 2009-07-03 | 2009-07-03 | Method for forming self aligned contact in semiconductor device with buried gate |
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