KR20110012458A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 게이트와 콘택 플러그간 숏트(short)를 방지하기 위한 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 for preventing a short between a gate and a contact plug.
반도체 제조 공정에서 랜딩 플러그 콘택(Landing Plug Contact) 공정은 기판의 액티브 영역(active region)과 스토리지 노드(storage node) 또는 비트라인(bitline)을 연결시켜주기 위해 필요한 공정이다.In a semiconductor manufacturing process, a landing plug contact process is a process required to connect an active region of a substrate to a storage node or a bitline.
소자 집적화로 게이트들간 간격이 축소됨으로 인하여 랜딩 플러그 콘택 공정 중에 오정렬(misalign)이 발생하거나, 콘택홀 식각시 식각이 과하게 되면 게이트 도전막이 게이트 하드마스크막에 의해 보호되지 못하여 게이트와 랜딩 플러그 콘택이 숏트(short)되는 불량(SAC 폐일)이 유발된다. If the gap between gates is reduced due to device integration, if misalignment occurs during the landing plug contact process or if the etching is excessive during the contact hole etching, the gate conductive layer may not be protected by the gate hard mask layer and the gate and landing plug contacts may be shorted. Short (SAC closed) is caused.
본 발명은 게이트와 콘택 플러그간 숏트를 방지하기 위한 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device for preventing a short between the gate and the contact plug.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 기판상에 게이트 도전막 및 게이트 하드마스크막을 적층하는 단계와, 상기 게이트 하드마스크막과 상기 게이트 도전막을 패터닝하여 게이트를 형성하되, 상기 패터닝된 게이트 하드마스크막의 측면이 상기 패터닝된 게이트 도전막의 측면으로부터 일정폭 돌출되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present disclosure, a method of manufacturing a semiconductor device may include forming a gate by stacking a gate conductive layer and a gate hard mask layer on a substrate, and patterning the gate hard mask layer and the gate conductive layer, wherein the gate is patterned. And allowing a side of the hard mask layer to protrude from the side surface of the patterned gate conductive layer.
상기 게이트 도전막은 폴리실리콘막과 배리어막 및 금속막을 적층하여 형성되는 것을 특징으로 한다.The gate conductive film is formed by stacking a polysilicon film, a barrier film and a metal film.
상기 게이트를 형성하는 단계는, 상기 게이트 하드마스크막 상에 게이트 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 게이트 하드마스크막 대비 상기 게이트 도전막에 대하여 높은 식각율을 갖는 식각 가스를 사용하여 상기 게이트 마스크 패턴을 마스크로 상기 게이트 하드마스크막 및 상기 폴리실리콘막의 일부분까지 상기 게이트 도전막을 식각하는 단계와, 상기 게이트 마스크 패턴을 제거하는 단계와, 상기 식각된 게이트 하드마스크막을 이용하여 남아있는 상기 폴리실리콘막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the gate may include forming a gate mask pattern on the gate hard mask layer and using the etching gas having an etching rate having a higher etching rate with respect to the gate conductive layer than the gate hard mask layer. Etching the gate conductive layer to a portion of the gate hard mask layer and the polysilicon layer using a mask, removing the gate mask pattern, and etching the remaining polysilicon layer using the etched gate hard mask layer. Characterized in that it comprises a step.
상기 게이트 마스크 패턴을 제거한 후 상기 폴리실리콘막을 식각하기 전에, 상기 식각된 게이트 하드마스크막 및 게이트 도전막을 포함한 전면에 표면 굴곡을 따라서 캡핑막을 형성하는 단계와, 상기 캡핑막을 전면 식각하여 상기 캡핑막을 상기 게이트 하드마스크막 및 게이트 도전막의 식각된 측면에 스페이서 형태로 남기는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.After removing the gate mask pattern and before etching the polysilicon layer, forming a capping layer along the surface curvature on the entire surface including the etched gate hard mask layer and the gate conductive layer, and etching the capping layer to the entire surface to form the capping layer. The method may further include leaving a spacer in an etched side surface of the gate hard mask layer and the gate conductive layer.
상기 남아있는 폴리실리콘막을 식각하는 단계 이후에 재산화 공정으로 상기 폴리실리콘막의 식각된 측면에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And etching the remaining polysilicon film to form an oxide film on the etched side of the polysilicon film by a reoxidation process.
상기 게이트를 형성하는 단계는, 상기 게이트 하드마스크막 상에 게이트 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 게이트 마스크 패턴을 이용하여 상기 게이트 하드마스크막과 상기 폴리실리콘막의 일부분까지 상기 게이트 도전막을 식각하는 단계와, 상기 게이트 마스크 패턴을 제거하는 단계와, 상기 게이트 하드마스크막 대비 상기 게이트 도전막에 대하여 높은 손실율을 갖는 세정액을 이용하여 크리닝 공정을 실시하는 단계와, 상기 식각된 게이트 하드마스크막을 이용하여 남아있는 상기 폴리실리콘막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the gate may include forming a gate mask pattern on the gate hard mask layer, and etching the gate conductive layer to a portion of the gate hard mask layer and the polysilicon layer using the gate mask pattern. And removing the gate mask pattern, performing a cleaning process using a cleaning liquid having a higher loss rate with respect to the gate conductive layer compared to the gate hard mask layer, and using the etched gate hard mask layer. And etching the polysilicon film.
상기 크리닝 공정을 실시한 후 상기 폴리실리콘막을 식각하기 전에, 상기 식각된 게이트 하드마스크막 및 게이트 도전막을 포함한 전면에 표면 굴곡을 따라서 캡핑막을 형성하는 단계와, 상기 캡핑막을 식각하여 상기 캡핑막을 상기 게이트 하드마스크막 및 게이트 도전막의 식각된 측면에 스페이서 형태로 남기는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.After performing the cleaning process and before etching the polysilicon film, forming a capping film along the surface curvature on the entire surface including the etched gate hardmask film and the gate conductive film, and etching the capping film to the gate hard The method may further include leaving a spacer in an etched side surface of the mask layer and the gate conductive layer.
상기 남아있는 폴리실리콘막을 식각하는 단계 이후에 재산화 공정으로 상기 폴리실리콘막의 식각된 측면에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And etching the remaining polysilicon film to form an oxide film on the etched side of the polysilicon film by a reoxidation process.
상기 게이트를 형성하는 단계 이후에, 상기 게이트 측면에 게이트 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.After the forming of the gate, forming a gate spacer on the side of the gate.
상기 게이트 스페이서는 상기 게이트 하드마스크막의 측면에서보다 상기 게이트 도전막의 측면에서 더 두꺼운 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.The gate spacer may be formed to a thickness thicker at the side of the gate conductive layer than at the side of the gate hard mask layer.
본 발명에 따르면, 게이트 하드마스크막이 게이트 도전막보다 넓게 형성되어 랜딩 플러그 콘택 공정시 게이트 하드마스크막에 의하여 게이트 도전막이 충분히 보호되므로 게이트와 콘택 플러그가 숏트되는 불량이 방지된다.According to the present invention, since the gate hard mask film is formed wider than the gate conductive film, the gate conductive film is sufficiently protected by the gate hard mask film during the landing plug contact process, thereby preventing a defect in shorting the gate and the contact plug.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 게이트 절연막(11)과 게이트 도전막(12, 13, 14) 및 게이트 하드마스크막(15)을 적층한다.Referring to FIG. 1A, the
게이트 절연막(11)은 산화막 또는 산화막과 질화막의 적층막으로 형성될 수 있고, 게이트 도전막(12, 13, 14)은 폴리실리콘막(12)과 배리어막(13) 및 금속막(14)을 적층하여 형성될 수 있다.The
배리어막(13)은 티타늄나이트라이드(TiN) 또는 텅스텐실리콘나이트라이드(WSiN)로 형성될 수 있고, 금속막(14)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 텅스텐 실리사이드, 몰리브텐 실리사이드층 중 어느 하나로 형성될 수 있다. The
그리고, 게이트 하드마스크막(15)은 질화막으로 형성될 수 있다.The gate
도 1b를 참조하면, 게이트 하드마스크막(15)과 폴리실리콘막(12)의 일부분까지 게이트 도전막(14, 13, 12)을 패터닝하여 상부 게이트 패턴(16)을 형성하되, 패터닝된 게이트 하드마스크막(15)의 측면이 패터닝된 게이트 도전막(14, 13, 12)의 측면으로부터 일정폭만큼 돌출되록 한다.Referring to FIG. 1B, the
따라서, 패터닝된 게이트 하드마스크막(15)의 폭(W1)은 패터닝된 게이트 도전막(14, 13, 12)의 폭(W2)보다 큰 사이즈를 갖게 된다.Therefore, the width W1 of the patterned gate
상기 상부 게이트 패턴(16)을 형성하는 방법으로는, 게이트 하드마스크막(15) 상에 게이트 예정 부분을 덮는 게이트 마스크 패턴(미도시)을 형성하고, 게이트 마스크 패턴을 배리어로 게이트 하드마스크막(15)과 폴리실리콘막(12)의 일부분까지 게이트 도전막(14, 13, 12)을 이방적으로 식각하되, 게이트 도전막(12, 13, 14) 대비 게이트 하드마스크막(15)에 대해 높은 식각율을 갖는 식각 가스를 사용하여 게이트 하드마스크막(15)의 측면이 게이트 도전막(14, 13, 12)의 측면보다 돌출되도록 한 다음, 남아있는 게이트 마스크 패턴을 제거하고, 포스트 크리닝 공정을 실시하는 방법을 사용할 수 있다.In the method of forming the
이와 다르게, 게이트 하드마스크막(15) 상에 게이트 예정 부분을 덮는 게이트 마스크 패턴(미도시)을 형성하고 게이트 마스크 패턴을 배리어로 게이트 하드마스크막(15)과 폴리실리콘막(12)의 일부분까지 게이트 도전막(14, 13, 12)을 버티컬하게 식각하고, 남아있는 게이트 마스크 패턴을 제거하고, 게이트 하드마스크막(15) 대비 게이트 도전막(12, 13, 14)에 대하여 높은 손실율을 갖는 세정액을 사용하는 포스트 크리닝 공정으로 게이트 도전막(14, 13, 12)의 측면 대비 게이트 하 드마스크막(15)의 측면을 돌출시키는 방법을 사용할 수도 있다.Alternatively, a gate mask pattern (not shown) is formed on the gate
도 1c를 참조하면, 상부 게이트 패턴(16)을 포함한 전면에 표면 굴곡을 따라서 캡핑막(17)을 형성한다.Referring to FIG. 1C, the
캡핑막(17)은 후속 재산화(reoxidation) 공정시 금속막(14)의 산화를 방지하기 위한 것으로, 질화막으로 형성될 수 있다.The
도 1d를 참조하면, 캡핑막(17)을 전면 식각하여 캡핑막(17)을 상부 게이트 패턴(16)의 양측면에 스페이서 형태로 남긴 다음, 상부 게이트 패턴(16) 및 남아있는 캡핑막(17)을 배리어로 폴리실리콘막(12)을 식각하여 게이트(G)를 형성한다.Referring to FIG. 1D, the
도 1e를 참조하면, 재산화 공정으로 폴리실리콘막(12)의 식각된 측면에 산화막(18)을 형성한다.Referring to FIG. 1E, an
재산화 공정은 폴리실리콘막(12) 식각시 식각되는 폴리실리콘막(12) 양측 게이트 절연막(11)에 발생되는 식각 손상을 치유하기 위한 공정으로, 재산화 공정시 캡핑막(17)에 의해 감싸진 금속막(14)과 배리어막(13) 및 폴리실리콘막(12) 상부 측면에는 산화막(18)이 성장되지 않고 노출된 폴리실리콘막(12) 하부 측면에만 산화막(18)이 성장된다.The reoxidation process is a process for curing etching damage caused to the
도 1f를 참조하면, 게이트(G)를 포함한 전면에 표면 굴곡을 따라서 게이트 스페이서막(19)을 형성한다.Referring to FIG. 1F, the
게이트 스페이서막(19)은 질화막으로 형성될 수 있다.The
게이트 스페이서막(19)은 게이트(G)의 표면 굴곡을 따라서 형성되므로 게이트 스페이서막(19)이 형성된 이후에도 게이트(G)의 네거티브한 프로파일이 그대로 유지된다. Since the
이러한 네거티브한 프로파일은 게이트(G)와 콘택 플러그간 숏트를 방지하는 데는 유리하지만, 게이트(G) 사이에 층간절연막 형성시 갭필 마진을 감소시키어 층간절연막에 보이드(void)가 유발되는 원인이 된다.This negative profile is advantageous in preventing short between the gate G and the contact plug, but reduces the gap fill margin when the interlayer insulating film is formed between the gates G, causing voids in the interlayer insulating film.
도 1g를 참조하면, 게이트 스페이서막(19)을 전면 식각하여 게이트(G) 측면에 게이트 스페이서(19A)를 형성하되, 상기 전면 식각을 게이트 하드마스크막(15) 측면의 게이트 스페이서(19A)의 두께가 게이트 도전막(12, 13, 14) 측면의 게이트 스페이서(19A)의 두께보다 두껍게 되도록 진행하여, 게이트 스페이서(19A)를 포함한 게이트(G)의 측면 프로파일이 포지티브한 형태를 갖도록 한다.Referring to FIG. 1G, the
이후, 도시하지 않았지만 게이트(G)를 포함한 전면에 층간절연막을 형성하고, 랜딩 플러그 콘택 공정으로 게이트(G)들 사이의 층간절연막을 관통하여 기판(10)에 접속되는 콘택 플러그를 형성한다.Subsequently, although not shown, an interlayer insulating film is formed on the entire surface including the gate G, and a contact plug connected to the
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 게이트 하드마스크막이 게이트 도전막보다 넓게 형성되어 랜딩 플러그 콘택 공정시 게이트 하드마스크막에 의하여 게이트 도전막이 충분히 보호되므로 게이트와 콘택 플러그가 숏트되는 불량이 방지된다.As described above in detail, since the gate hard mask layer is formed wider than the gate conductive layer, the gate conductive layer is sufficiently protected by the gate hard mask layer during the landing plug contact process, thereby preventing the gate and the contact plug from shorting.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above with reference to the embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art having ordinary knowledge in the scope of the present invention described in the claims and It will be appreciated that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the art.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 설명><Description of main parts of drawing>
10 : 기판10: substrate
11 : 게이트 절연막11: gate insulating film
12 : 폴리실리콘막12: polysilicon film
13 : 배리어막13: barrier film
14 : 금속막14: metal film
15 : 게이트 하드마스크막15 gate hard mask film
16 : 상부 게이트 패턴16: upper gate pattern
17 : 캡핑막17: capping film
18 : 산화막18 oxide film
19A : 게이트 스페이서19A: Gate spacer
G : 게이트G: Gate
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-
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