KR20110022267A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 기술에 관한 것으로, 특히 리세스게이트(Recess Gate, RG)를 구비하는 반도체 장치의 콘택홀(contact hole) 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a contact hole in a semiconductor device having a recess gate (RG).
최근 반도체 장치의 집적도가 감소함에 따른 동작특성의 열화를 방지하기 위하여 3차원 구조의 채널을 갖는 리세스게이트(Recess gate)가 도입 및 적용하고 있다. 통상적으로, 리세스게이트는 기판을 선택적으로 식각하여 형성된 리세스패턴에 게이트전극의 일부 또는 전부가 매립된 구조의 게이트 구조물을 의미한다.Recently, a recess gate having a channel having a three-dimensional structure has been introduced and applied to prevent deterioration of operating characteristics due to a decrease in the degree of integration of semiconductor devices. In general, the recess gate refers to a gate structure having a part or all of the gate electrodes embedded in a recess pattern formed by selectively etching a substrate.
한편, 반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라 게이트 사이의 간격이 좁아지고 있으며, 이에 따라 콘택 공정 마진도 감소하고 있다. 이러한 콘택 공정 마진을 확보호가 위하여 랜딩플러그 콘택(Landing Plug Contact, LPC) 구조를 널리 사용하고 있다. 랜딩 플러그 콘택 공정은 비트라인 콘택 및 스토리지노드 콘택이 형성될 게이트 사이의 공간에 미리 도전물질을 매립시킴으로써 후속 콘택 공정시 오버레이 마진을 확보하는 기술이다.On the other hand, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the gaps between gates become narrower, and accordingly, contact process margins also decrease. Landing Plug Contact (LPC) structures are widely used to secure such contact process margins. The landing plug contact process is a technique of securing an overlay margin in a subsequent contact process by filling a conductive material in a space between a gate where a bit line contact and a storage node contact are to be formed in advance.
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 리세스게이트를 구비하는 반도체 장치의 제조방법을 도시한 공정단면도이고, 도 2는 종래기술에 따른 리세스게이트를 구비하는 반도체 장치의 문제점을 도시한 단면도이다. 1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate according to the prior art, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a problem of a semiconductor device having a recess gate according to the prior art. .
도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(11)을 선택적으로 식각하여 리세스패턴(12)을 형성한 후, 리세스패턴(12)을 매립하고 일부가 기판(11) 위로 돌출된 형태를 갖는 리세스게이트(16)를 형성한다. 이때, 리세스게이트(16)는 게이트절연막(13), 게이트전극(14) 및 게이트하드마스크막(15)이 순차적으로 적층된 적층구조물이다. As shown in FIG. 1A, after the
다음으로, 리세스게이트(16)를 포함하는 구조물 표면을 따라 제1절연막(17)을 형성한 후에 제1절연막(17) 상에 리세스게이트(16) 사이를 매립하는 층간절연막(18)을 형성한다. Next, after the first insulating
다음으로, 층간절연막(18) 상에 자기정렬콘택마스크(미도시)를 형성한 후, 자기정렬콘택마스크를 식각장벽(etch barrier)으로 제1절연막(17)에서 식각이 정지하도록 층간절연막(18)을 식각하여 리세스게이트(16) 사이의 기판(11) 상부를 노출시키는 콘택홀(19)을 형성한다.Next, after forming a self-aligned contact mask (not shown) on the
다음으로, 콘택홀(19)을 포함하는 구조물 표면을 따라 제2절연막(20)을 형성한다. Next, a second
도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2절연막(17, 20)을 선택적으로 식각하여 리세스게이트(16) 측벽에 제1 및 제2절연막(17, 20)이 적층된 구조의 게이트스페이서를 형성함과 동시에 콘택홀(19) 아래 기판(11) 표면을 노출시킨다. As shown in FIG. 1B, a gate spacer having a structure in which the first and second
도 1c에 도시된 바와 같이, 콘택홀(19)을 도전물질로 매립하여 플러그(21)를 형성한다. As illustrated in FIG. 1C, the
하지만, 종래기술은 콘택홀(19) 아래 기판(11) 표면을 노출시키기 위한 식각공정시 콘택홀(19) 아래 제1 및 제2절연막(17, 20)을 동시에 즉, 한번에 식각하기 때문에 콘택홀(19) 아래 기판(11)이 손실되는 문제점이 발생한다(도 1b의 도면부호 'A' 참조). However, in the prior art, since the first and second
콘택홀(19)을 형성하기 이전에 리세스게이트(16) 사이의 기판(11)에 접합영역을 형성한 경우에는 기판(11) 손실로 인해 접합영역의 저항이 증가하거나, 접합영역과 플러그(21) 사이의 콘택저항이 증가하는 문제점이 발생한다. 또한, 콘택홀(19)을 형성한 이후에 리세스게이트(16) 사이의 기판(11)에 접합영역을 형성하는 경우에는 접합영역의 접합깊이가 기설정된 접합깊이보다 증가하여 채널길이를 감소시키는 문제점을 유발하게 된다. If the junction region is formed in the
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 리세스게이트(16)를 형성하는 과정에서 오정렬이 발생한 경우에는 기판(11) 손실로 인해 게이트전극(14)과 플러그(21) 사이에 쇼트가 발생하는 문제점이 있다(도 2의 도면부호 'B' 참조).In addition, as shown in FIG. 2, when a misalignment occurs in the process of forming the
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 리세스게이트를 구비하는 반도체 장치에서 콘택홀 형성공정시 콘택홀 아래 기판이 손실되는 것을 방지할 수 있는 반도체 장치 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides a semiconductor device manufacturing method that can prevent a substrate from being lost under a contact hole during a contact hole forming process in a semiconductor device having a recess gate. The purpose is.
또한, 본 발명은 리세스게이트와 플러그 사이에 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있는 반도체 장치 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다. In addition, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can prevent a short from occurring between a recess gate and a plug.
상기 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명의 반도체 장치 제조방법은, 기판상에 게이트절연막이 잔류하도록 복수의 리세스게이트를 형성하는 단계; 상기 리세스게이트를 포함하는 구조물 표면을 따라 제1절연막을 형성하는 단계; 상기 제1절연막 상에 상기 리세스게이트 사이를 매립하는 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 제1절연막에서 식각이 정지되도록 상기 층간절연막을 선택적으로 식각하여 상기 리세스게이트 사이의 상기 기판 상부를 오픈하는 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀 표면을 따라 제2절연막을 형성하는 단계; 상기 콘택홀 아래 상기 제2절연막을 식각하고, 연속해서 상기 제1절연막을 일부 식각하는 1차 식각단계; 상기 게이트절연막에서 식각이 정지되도록 상기 콘택홀 아래 상기 잔류하는 상기 제1절연막을 식각하는 2차 식각단계; 상기 콘택홀 아래 상기 게이트절연막을 식각하여 상기 기판 표면을 노출시키는 3차 식각단계; 및 상기 콘택홀에 도전물질을 매립하 여 플러그를 형성하는 단계를 포함하고 있다. In accordance with an aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device includes: forming a plurality of recess gates such that a gate insulating film remains on a substrate; Forming a first insulating layer along a surface of the structure including the recess gate; Forming an interlayer insulating film filling the gap between the recess gates on the first insulating film; Selectively etching the interlayer insulating layer to stop etching in the first insulating layer to form a contact hole for opening an upper portion of the substrate between the recess gates; Forming a second insulating layer along a surface of the contact hole; A first etching step of etching the second insulating layer under the contact hole and subsequently partially etching the first insulating layer; A secondary etching step of etching the remaining first insulating layer under the contact hole to stop etching in the gate insulating layer; A third etching step of exposing the surface of the substrate by etching the gate insulating layer under the contact hole; And embedding a conductive material in the contact hole to form a plug.
상술한 과제 해결 수단을 바탕으로 하는 본 발명은, 콘택홀 아래 제2절연막, 제1절연막 및 게이트절연막을 3차례의 식각공정을 통해 식각하여 콘택홀 아래 기판 표면을 노출시킴으로써, 콘택홀 아래 기판이 손실되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. The present invention based on the above-described problem solving means, by etching the second insulating film, the first insulating film and the gate insulating film under the contact hole through three etching processes to expose the substrate surface under the contact hole, There is an effect to prevent the loss.
이로써, 본 발명은 콘택홀 아래 기판 손실에 따른 반도체 장치의 특성 열화를 방지할 수 있는 효과가 있으며, 특히 리세스게이트와 플러그 사이에 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. Accordingly, the present invention has the effect of preventing the deterioration of characteristics of the semiconductor device due to the loss of the substrate under the contact hole, and in particular, the short circuit between the recess gate and the plug can be prevented.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT 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.
후술할 본 발명은 리세스게이트(Recess Gate, RG)를 구비하는 반도체 장치에서 콘택홀 형성공정시 콘택홀 아래 기판이 손실되는 것을 방지하고, 리세스게이트 형성공정시 오정렬이 발생하더라도 리세스게이트와 플러그 사이에 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있는 반도체 장치의 제조방법을 제공한다. The present invention will be described later to prevent the loss of the substrate under the contact hole during the contact hole forming process in a semiconductor device having a recess gate (RG), even if misalignment occurs in the recess gate forming process Provided is a method of manufacturing a semiconductor device that can prevent shorts from occurring between plugs.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일실시예에 따른 리세스게이트를 갖는 반도체 장치의 제조방법을 도시한 공정단면도이다. 3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate according to an embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(31) 예컨대, 실리콘기판을 선택적으로 식각하여 리세스패턴(32)을 형성한다. 리세스패턴(32)은 3차원 구조의 채널을 제공하기 위한 것으로, 사각형, 다각형, 벌브형(bulb type) 및 새들핀형(saddle fin type)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 형태로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3A, a
다음으로, 리세스패턴(32)을 매립하고 일부가 기판(31) 위로 돌출된 리세스게이트(36)를 형성한다. 리세스게이트(36)는 게이트절연막(33), 게이트전극(34) 및 게이트하드마스크막(35)이 순차적으로 적층된 적층구조물로 형성할 수 있다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따른 리세스게이트(36)는 기판(31) 상에 게이트절연막(33)이 잔류하도록 형성한다. 이하, 리세스게이트(36) 형성방법에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Next, the
먼저, 리세스패턴(32)을 포함하는 구조물 표면에 게이트절연막(33)을 형성한다. 게이트절연막(33)은 산화막 예컨대, 실리콘산화막(SiO2)으로 형성할 수 있으며, 게이트절연막(33)을 위한 실리콘산화막은 열산화법(thermal oxidation)을 사용하여 형성할 수 있다. 이때, 게이트절연막(33)은 10Å ~ 20Å 범위의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.First, the
다음으로, 게이트절연막(33) 상에 리세스패턴(32)을 매립하고 기판(31) 상부를 덮도록 게이트도전막을 형성한다. 게이트도전막은 폴리실리콘막(poly Si), 실리 콘게르마늄막(SiGe) 등의 실리콘막과 텅스텐(W), 텅스텐실리사이드(WS), 티타늄질화막(TiN) 등의 금속성막이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다.Next, the
다음으로, 게이트도전막 상에 게이트하드마스크막(35)을 형성한다. 게이트하드마스크막(35)은 산화막, 질화막 및 산화질화막(oxynitride)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. Next, a gate
다음으로, 게이트하드마스크막(35) 상에 감광막패턴(미도시)을 형성한 후, 감광막패턴을 식각장벽(etch barrier)으로 게이트하드마스크막(35) 및 게이트도전막을 순차적으로 식각한다. Next, after forming a photoresist pattern (not shown) on the gate
상술한 공정과정을 통해 기판(11) 상에 게이트절연막(33)이 잔류하고, 게이트절연막(33), 게이트전극(34) 및 게이트하드마스크막(35)가 순차적으로 적층된 구조의 리세스게이트(36)를 형성할 수 있다. Through the above-described process, the
다음으로, 리세스게이트(36)를 포함하는 구조물 표면을 따라 제1절연막(37)을 형성한다. 이때, 제1절연막(37)은 공정간 리세스게이트(36) 및 리세스게이트(36) 사이의 기판(31) 표면을 보호하고, 후속 콘택홀 형성공정시 식각정지막으로 작용한다. 또한, 제1절연막(37)은 리세스게이트(36) 측벽에 잔류하는 스페이서로 작용한다. Next, a first
제1절연막(37)은 게이트절연막(33)과 식각선택비를 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 제1절연막(37)은 질화막으로 형성할 수 있으며, 질화막으로는 실리콘질화막(Si3N4)을 사용할 수 있다. 그리고, 제1절연막(37)은 20Å ~ 70Å 범위의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.The first
한편, 도면에 도시하지는 않았지만 제1절연막(37)을 형성하기 이전에 리세스게이트(36) 측벽에 스페이서를 형성하는 단계를 추가적으로 진행할 수 있으며, 리세스게이트(36) 사이의 기판(31)에 불순물을 이온주입하여 접합영역을 형성하는 단계를 진행할 수도 있다.Although not shown in the drawing, before the first
도 3b에 도시된 바와 같이, 제1절연막(37) 상에 리세스게이트(36) 사이를 매립하고, 리세스게이트(36) 상부를 덮도록 층간절연막(38)을 형성한다. 이때, 층간절연막(38)은 제1절연막(37)에 대하여 식각선택비를 갖는 물질로 형성하는것이 바람직하다. 따라서, 제1절연막(38)은 산화막으로 형성할 수 있으며, 산화막으로는 매립특성이 우수한 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)를 사용할 수 있다.As shown in FIG. 3B, an
다음으로, 층간절연막(38) 상에 자기정렬콘택마스크(미도시)를 형성한 후, 자기정렬콘택마스크를 식각장벽으로 층간절연막(38)을 식각하는 자기정렬콘택식각을 실시하여 리세스게이트(36) 사이의 기판(31) 상부를 노출시키는 콘택홀(39)을 형성한다. 이때, 자기정렬콘택식각시 제1절연막(37)이 식각정지막으로 작용하기 때문에 식각공정은 제1절연막(37)에서 식각이 정지된다. 따라서, 콘택홀(39)은 리세스게이트(36) 사이 기판(31) 상부의 제1절연막(37)을 노출시키는 구조를 갖고, 콘택홀(39) 형성공정시 제1절연막(37)에 의하여 콘택홀(39) 아래 기판(31)이 손상(또는 손실)되는 것을 방지할 수 있다. Next, after forming a self-aligned contact mask (not shown) on the
콘택홀(39)을 형성하기 위한 식각공정은 고밀도 플라즈마(High Density)를 이용한 비등방성 건식식각법(dry etch)을 사용하여 실시할 수 있다. 이때, 고밀도 플라즈마를 이용한 건식식각은 식각가스로부터 반응성이 우수한 라디컬(radical)을 다량을 생성할 수 있기 때문에 식각특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. An etching process for forming the
층간절연막(38)을 산화막으로 형성한 경우에 콘택홀(39)을 형성하기 위한 식각공정은 식각가스로는 불화탄소가스(CxFy, x,y는 0을 제외한 자연수)와 산소가스(O2)가 혼합된 혼합가스(CxFy/O2, x,y는 0을 제외한 자연수)를 사용하여 실시할 수 있다. 이때, 불화탄소가스로는 CF4, C2F6, C3F8, C4F6, C4F8, C6F6 등을 사용할 수 있다.In the case where the
여기서, 불화탄소가스와 산소가스가 혼합된 혼합가스는 불화탄소가스:산소가스의 혼합비율이 40:1 ~ 100:1 범위를 가질 수 있다. 예컨대, 불화탄소가스:산소가스의 혼합비율이 40:1인 경우에는 식각챔버에 불화탄소가스 및 산소가스를 각각 400sccm 및 10sccm 유량으로 공급함을 의미한다. Here, the mixed gas in which the fluorocarbon gas and the oxygen gas are mixed may have a mixing ratio of carbon fluoride gas: oxygen gas in a range of 40: 1 to 100: 1. For example, when the mixing ratio of carbon fluoride gas: oxygen gas is 40: 1, it means that the fluorocarbon gas and oxygen gas are supplied to the etching chamber at a flow rate of 400 sccm and 10 sccm, respectively.
고밀도 플라즈마를 이용한 비등방성 건식식각법은 ICP(Inductively Coupled Plasma), TCP(Transformer Coupled Plasma) 및 MERIE(Magnetically Enhanced Reactive Ion Beam Etching)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 타입(type)의 식각장비를 사용하여 실시할 수 있다.Anisotropic dry etching using high density plasma uses any type of etching equipment selected from the group consisting of Inductively Coupled Plasma (ICP), Transformer Coupled Plasma (TCP), and Magnetically Enhanced Reactive Ion Beam Etching (MERIE). It can be carried out.
다음으로, 콘택홀(39)을 포함하는 구조물 표면을 따라 제2절연막(40)을 형성한다. 제2절연막(40)은 후속 공정간 제1절연막(37)과 더불어서 리세스게이트(36) 및 리세스게이트(36) 사이의 기판(31) 표면을 보호하고, 리세스게이트(36) 측벽에 잔류하는 스페이서로 작용한다. 이때, 제2절연막(40)은 30Å ~ 80Å 범위의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.Next, a second insulating
여기서, 제2절연막(40)은 제1절연막(37)과 동일한 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 제2절연막(40)은 질화막으로 형성할 수 있으며, 질화막으로는 실리콘질화막을 사용할 수 있다. The second insulating
이하, 콘택홀(39) 아래 제2절연막(40), 제1절연막(37) 및 게이트절연막(33)을 순차적으로 식각하여 기판(31)의 손실없이 콘택홀(39) 아래 기판(31)을 노출시키기 위한 식각공정에 대하여 도 3c 내지 도 3e를 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the second insulating
도 3c에 도시된 바와 같이, 콘택홀(39) 아래 제2절연막(40)을 식각하고 연속해서 제1절연막(37)을 일부 식각하는 1차 식각공정을 실시한다. 구체적으로, 제1 및 제2절연막(37, 40)을 선택적으로 식각하는 1차 식각공정을 실시하여 리세스게이트(36) 측벽에 제1 및 제2절연막(37, 40)이 적층된 구조의 스페이서를 형성함과 동시에 콘택홀(39) 하부 게이트절연막(33) 상에 제1절연막(37)을 소정 두께(T) 잔류시킨다. As shown in FIG. 3C, a first etching process is performed to etch the second insulating
여기서, 1차 식각공정을 진행하기 이전에 콘택홀(39) 아래 기판(31) 상에 잔류하는 제1 및 제2절연막(37, 40)의 두께합은 50Å ~ 150Å 범위를 가지며, 1차 식각공정 이후에 잔류하는 제1절연막(37)의 두께(T)는 제1 및 제2절연막(37, 40)의 두께합 대비 10% 범위 즉, 게이트절연막(33) 상에 잔류하는 제1절연막(37)은 5Å ~ 15Å 범위의 두께(T)를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 참고로, 1차 식각공정시 잔류하는 제1절연막(37)의 두께를 10% 미만으로 타겟팅하여 1차 식각공정을 진행할 경우에는 1차 식각공정간 게이트절연막(33)이 손상(또는 손실)될 우려가 있으며, 잔류하는 제1절연막(37)의 두께가 10%를 초가하도록 타겟팅하여 1차 식각공정을 진행할 경우 후속 잔류하는 제1절연막(37)을 제거하기 위한 2차 식각공정에 대한 부담을 증가시킬 우려가 있다. Here, the sum of the thicknesses of the first and second insulating
제1 및 제2절연막(37, 40)을 동일한 물질(예컨대, 실리콘질화막)로 형성함에 따라 1차 식각공정시 식각가스로는 불화탄소가스(CxFy, x,y는 0을 제외한 자연수), 불화메탄가스(ClHmFn, l,m,n은 0을 제외한 자연수) 및 산소가스(O2)가 혼합된 혼합가스(CxFy/ClHmFn/O2, x,y,l,m,n은 0을 제외한 자연수)를 사용하여 실시할 수 있다. 이때, 불화탄소가스로는 CF4, C2F6, C3F8, C4F6, C4F8, C6F6 등을 사용할 수 있고, 불화메탄가스로는 CHF3, CH2F2등을 사용할 수 있다.As the first and second insulating
여기서, 불화탄소가스, 불화메탄가스 및 산소가스가 혼합된 혼합가스는 불화탄소가스:불화메탄가스:산소가스의 혼합비율이 9:3:1 ~ 3:9:1의 범위를 가질 수 있다. 예컨대, 불화탄소가스:불화메탄가스:산소가스의 혼합비율이 9:3:1인 경우는 챔버에 불화탄소가스, 불화메탄가스 및 산소가스를 각각 90sccm, 30sccm 및 10sccm의 유량으로 공급함을 의미한다. Here, the mixed gas of the fluorocarbon gas, the fluorinated methane gas and the oxygen gas may have a mixing ratio of fluorocarbon gas: methane fluoride gas: oxygen gas in a range of 9: 3: 1 to 3: 9: 1. For example, when the mixing ratio of carbon fluoride gas: methane fluoride gas: oxygen gas is 9: 3: 1, it means that carbon fluoride gas, fluoride methane gas, and oxygen gas are supplied to the chamber at a flow rate of 90 sccm, 30 sccm, and 10 sccm, respectively. .
또한, 1차 식각공정은 고밀도 플라즈마를 이용한 비등방성 건식식각법을 사용하여 실시할 수 있다. 따라서, 1차 식각공정은 ICP타입, TCP타입 또는 MERIE타입의 식각장비를 사용하여 실시할 수 있다. 여기서, 1차 식각공정은 콘택홀(39) 아래 게이트절연막(33) 상에 제1절연막(37)을 소정 두께(T) 잔류시키기 위하여 제2 및 제1절연막(40, 37)을 5Å/sec ~ 20Å/sec 범위의 식각속도를 식각하는 것이 바람직하다. 제2 및 제1절연막(40, 37)에 대한 식각속도가 5Å/sec 미만일 경우에는 1차 식각공정 시간이 증가하여 기형성된 구조물이 고밀도 플라즈마에 손상될 우려가 있으며, 식각속도가 20Å/sec를 초과할 경우에는 잔류하는 제1절연막(37)의 두께(T)를 조절하기 어렵다. In addition, the primary etching process may be performed using an anisotropic dry etching method using a high density plasma. Therefore, the primary etching process may be performed using etching equipment of ICP type, TCP type or MERIE type. Here, in the first etching process, the second and first insulating
도 3d에 도시된 바와 같이, 콘택홀(39) 아래 게이트절연막(33) 상에 잔류하는 제1절연막(37)을 식각하는 2차 식각공정을 실시한다. 즉, 2차 식각공정은 게이트절연막(33)에서 식각이 정지하도록 콘택홀(39) 아래 잔류하는 제1절연막(37)을 식각한다. As shown in FIG. 3D, a second etching process of etching the first insulating
2차 식각공정은 고밀도 플라즈마를 이용한 비등방성 건식식각법을 사용하여 실시할 수 있다. 따라서, 2차 식각공정은 ICP타입, TCP타입 또는 MERIE타입의 식각장비를 사용하여 실시할 수 있으며, 1차 식각공정과 동일 챔버에서 인시튜(in-situ)로 진행할 수 있다. The secondary etching process may be performed using anisotropic dry etching using high density plasma. Therefore, the secondary etching process may be performed using etching equipment of the ICP type, the TCP type, or the MERIE type, and may be performed in-situ in the same chamber as the primary etching process.
또한, 2차 식각공정시 산화막으로 이루어진 게이트절연막(33)의 손실없이 콘택홀(39) 아래 잔류하는 제1절연막(37) 즉, 질화막만을 선택적으로 식각하기 하기 위하여 식각가스로는 브롬화수소가스(HBr), 산소가스(O2) 및 헬륨가스(He)가 혼합된 혼합가스(HBr/O2/He)를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. 여기서, 브롬화수소는 제1절연막(37)을 식각하는 역할(즉, 질화막을 식각하는 역할)을 수행하고, 산소는 게이트절연막(33)과 제1절연막(37) 사이의 식각선택비를 제공하는 역할(즉, 산화막 과 질화막 사이의 식각선택비를 제공하는 역할)을 수행하며, 헬륨은 플라즈마 생성 및 유지하는 역할을 수행한다. In addition, in order to selectively etch only the first insulating
여기서, 2차 식각공정시 게이트절연막(33)과 제1절연막(37) 사이의 식각선택비를 보다 효과적으로 확보하기 위해 식각가스인 브롬화수소가스, 산소가스 및 헬륨가스가 혼합된 혼합가스는 브롬화수소가스:산소가스:헬륨가스의 혼합비율이 30:1:30 ~ 10:1:5의 범위를 가질 수 있다. 예컨대, 브롬화수소가스:산소가스:헬륨가스의 혼합비율이 30:1:30인 경우는 식각챔버에 브롬화수소가스, 산소가스 및 헬륨가스를 각각 300sccm, 10sccm 및 300sccm의 유량으로 공급함을 의미한다. Here, in order to more effectively secure the etching selectivity between the
한편, 통상적으로 플라즈마 생성 및 유지를 위해서 아르곤(Ar)을 많이 사용하나, 아르곤은 헬륨에 비하여 원자량이 큰 물질이기 때문에 2차 식각공정시 헬륨대신에 아르곤을 사용할 경우 아르곤 스퍼터링(sputtering)에 의해 게이트절연막(33)이 손상될 우려가 있다. 참고로, 헬륨 및 아르곤 스퍼터링에 의한 식각은 식각대상막에 대한 선택비를 갖지 않는다.On the other hand, argon (Ar) is commonly used for plasma generation and maintenance, but since argon is a material having a larger atomic weight than helium, when argon is used instead of helium during the secondary etching process, the gate is formed by argon sputtering. The insulating
또한, 2차 식각공정은 게이트절연막(33)의 손실없이 콘택홀(39) 아래 잔류하는 제1절연막(37)만을 선택적으로 식각하기 위하여 200W ~ 500W 범위의 소스파워(source power) 및 100W ~ 300W 범위의 바이어스파워(bias power)를 사용하여 실시할 수 있다.In addition, the secondary etching process includes source power in the range of 200 W to 500 W and 100 W to 300 W to selectively etch only the first insulating
도 3e에 도시된 바와 같이, 콘택홀(39) 아래 게이트절연막(33)을 식각하여 기판(31) 표면을 노출시키는 3차 식각공정을 실시한다. 이때, 3차 식각공정은 고밀도 플라즈마를 이용한 비등방성 건식식각법을 사용하여 실시하거나, 또는 습식식각 법을 사용하여 실시할 수 있다. As shown in FIG. 3E, a third etching process is performed to expose the surface of the
이하, 3차 식각공정을 고밀도 플라즈마를 이용한 비등방성 건식식각법을 사용하여 실시하는 경우를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a case where the third etching process is performed by using an anisotropic dry etching method using high density plasma will be described in detail.
ICP타입, TCP타입 또는 MERIE타입의 고밀도 플라즈마 식각장비 중 어느 하나를 이용하고, 기판(31)의 손실없이 산화막으로 이루어진 게이트절연막(33)만을 식각하기 위한 식각가스로 불화탄소가스(CxFy, x,y는 0을 제외한 자연수), 불화메탄가스(ClHmFn, l,m,n은 0을 제외한 자연수), 산소가스(O2) 및 아르곤가스(Ar)가 혼합된 혼합가스를 사용할 수 있다. 이때, 보다 효과적으로 기판(31)의 손실없이 게이트절연막(33)만을 식각하기 위해 불화탄소가스, 불화메탄가스, 산소가스 및 아르곤가스가 혼합된 혼합가스는 불화탄소가스:불화메탄가스:산소가스:아르곤가스의 혼합비율이 3:3:1:5 ~ 5:5:1:20의 범위를 가질 수 있다. 예컨대, 불화탄소가스:불화메탄가스:산소가스:아르곤가스의 혼합비율이 3:3:1:5인 경우에는 식각챔버에 불화탄소가스, 불화메탄가스, 산소가스 및 아르곤가스를 각각 30sccm, 30sccm, 10sccm 및 50sccm의 유량으로 공급함을 의미한다. Carbon fluoride gas (C x F y ) is used as an etching gas for etching only the
또한, 3차 식각공정간 기판(31) 손실을 방지하기 위해 200W ~ 600W 범위의 소스파워 및 100W ~ 300W 범위의 바이어스파워를 사용하여 실시하는 것이 바람직히다. In addition, in order to prevent the loss of the
이처럼, 3차 식각공정을 고밀도 플라즈마를 이용한 비등방성 건식식각법을 사용하여 실시할 경우에는 1차 및 2차 식각공정과 연속해서 동일 챔버에서 인시튜 로 3차 식각공정을 진행할 수 있으며, 이를 통해 반도체 장치의 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. As such, when the tertiary etching process is performed using anisotropic dry etching method using high density plasma, the tertiary etching process may be performed in situ in the same chamber continuously with the first and second etching processes. There is an advantage that can improve the productivity of the semiconductor device.
이하, 3차 식각공정을 습식식각법을 사용하여 실시하는 경우를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a case where the third etching process is performed by using the wet etching method will be described in detail.
기판(31)의 손실없이 산화막으로 이루어진 게이트절연막(33)만을 선택적으로 식각하기 위하여 산화막 식각용액인 BOE(Buffered Oxide Etchant) 또는 불산용액(HF)를 사용하여 3차 식각공정을 실시할 수 있다. In order to selectively etch only the
이처럼, 3차 식각공정을 습식식각법을 사용하여 실시할 경우에는 기판(31)의 손실없이 안정적으로 게이트절연막(33)을 선택적으로 제거함과 동시에 앞선 1차 및 2차 식각공정간 발생된 부산물(byproduct)을 동시에 제거할 수 있는 장점이 있다.As such, when the third etching process is performed using the wet etching method, the by-products generated between the first and second etching processes may be stably removed while the
도 3f에 도시된 바와 같이, 콘택홀(39)에 도전물질을 매립하여 플러그(41)를 형성한다. 플러그(41)는 실리콘막 또는 금속성막으로 형성할 수 있으며, 콘택홀(39)을 충분히 매립하도록 기판 전면에 도전물질을 증착한 후에 층간절연막(38) 또는 게이트하드마스크막(35)이 노출되는 조건으로 평탄화공정을 실시하는 일련의 공정과정을 통해 형성할 수 있다. 이때, 평탄화공정은 화학적기계적연마법을 사용하여 실시할 수 있다. As shown in FIG. 3F, a
한편, 3차 식각공정을 건식식각법을 사용하여 실시한 경우에는 플러그(41)를 형성하기 이전에 공정간 발생된 부산물을 제거하기 위한 세정공정을 추가적으로 실시할 수 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았지만 플러그(41)를 형성하기 이전에 콘택홀(39) 아래 기판(31)에 불순물을 이온주입하여 접합영역을 형성하거나, 또는 플러그(41)를 형성한 이후에 플러그(41)에 함유된 불순물을 기판(31)으로 확산시켜 접합영역을 형성하는 단계를 진행할 수도 있다. Meanwhile, when the tertiary etching process is performed by using a dry etching method, a cleaning process for removing by-products generated between processes may be additionally performed before the
이와 같이, 본 발명은 콘택홀(39) 아래 제2절연막(40), 제1절연막(37) 및 게이트절연막(33)을 3차례의 식각공정을 통해 식각하여 콘택홀(39) 아래 기판(31) 표면을 노출시킴으로써, 콘택홀(39) 형성공정시 기판(31)이 손실(또는 손상)되는 것을 방지할 수 있다. As described above, according to the present invention, the second insulating
이로써, 본 발명은 리세스게이트(36)와 플러그(41) 사이의 물리적인 거리를 증가시켜 이들 사이에 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 콘택홀 아래 기판(31) 손실에 따른 접합영역 손실, 접합영역과 플러그(41)간 콘택저항 증가, 접합영역의 접합깊이 증가와 같은 반도체 장치의 특성이 열화되는 것을 방지할 수 있다. As a result, the present invention can increase the physical distance between the
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will appreciate that various embodiments within the scope of the technical idea of the present invention are possible.
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 리세스게이트를 구비하는 반도체 장치의 제조방법을 도시한 공정단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate according to the prior art.
도 2는 종래기술에 따른 리세스게이트를 구비하는 반도체 장치의 문제점을 도시한 단면도. 2 is a cross-sectional view showing a problem of a semiconductor device having a recess gate according to the prior art.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일실시예에 따른 리세스게이트를 갖는 반도체 장치의 제조방법을 도시한 공정단면도.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate in accordance with an embodiment of the present invention.
*도면 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *
31 : 기판 32 : 리세스패턴31
33 : 게이트절연막 34 : 게이트전극33: gate insulating film 34: gate electrode
35 : 게이트하드마스크막 36 : 리세스게이트35 gate
37 : 제1절연막 38 : 층간절연막37: first insulating film 38: interlayer insulating film
39 : 콘택홀 40 : 제2절연막39: contact hole 40: second insulating film
41 : 플러그 41: plug
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KR1020090079790A KR20110022267A (en) | 2009-08-27 | 2009-08-27 | Method for fabricating semiconductor device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200006947A (en) * | 2018-07-11 | 2020-01-21 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | Contact conductive feature formation and structure |
-
2009
- 2009-08-27 KR KR1020090079790A patent/KR20110022267A/en not_active Application Discontinuation
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